WO2005063550A1 - Servolenkung - Google Patents

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WO2005063550A1
WO2005063550A1 PCT/EP2004/053570 EP2004053570W WO2005063550A1 WO 2005063550 A1 WO2005063550 A1 WO 2005063550A1 EP 2004053570 W EP2004053570 W EP 2004053570W WO 2005063550 A1 WO2005063550 A1 WO 2005063550A1
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WO
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steering
torque
additional
angle
actively applying
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/053570
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Lauer
Joachim Nell
Ralf Schwarz
Roger Bauer
Steffen TRÖSTER
Steffen Linkenbach
Oliver Hoffmann
Original Assignee
Continental Teves Ag & Co.Ohg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Continental Teves Ag & Co.Ohg filed Critical Continental Teves Ag & Co.Ohg
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Priority to JP2006546164A priority patent/JP2007516896A/ja
Priority to EP04804913A priority patent/EP1720756A1/de
Priority to US10/584,731 priority patent/US20070235240A1/en
Publication of WO2005063550A1 publication Critical patent/WO2005063550A1/de

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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/027—Parking aids, e.g. instruction means
    • B62D15/0285—Parking performed automatically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
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    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/008—Changing the transfer ratio between the steering wheel and the steering gear by variable supply of energy, e.g. by using a superposition gear
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    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0472—Controlling the motor for damping vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/007—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits adjustable by the driver, e.g. sport mode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications

Definitions

  • the invention relates to a power steering.
  • the invention also relates to a method for driver support.
  • power steering is to be understood to mean all steering systems which generate a force or a moment to support the driver in his steering activity.
  • power steering encompasses steering systems with hydraulic, electrohydraulic, electromechanical or electromagnetic actuators.
  • Hydraulic power steering systems Today's motor vehicles, in particular passenger cars, are generally equipped with hydraulic or electrohydraulic power steering systems, hereinafter referred to as “hydraulic power steering systems”.
  • hydraulic actuators e.g. Hydraulic cylinders, which generate a force that assists the driver in actuating the steering mechanism in response to the rotation of the steering wheel.
  • Vehicle dynamics interventions are possible by changing the wheel steering angle with a superimposed steering.
  • the "intelligent" assistant can provide the driver with haptic feedback about an additional steering torque for -. a position of his vehicle to be changed (directional organs) is given.
  • the additional steering torque can also be used to provide the driver with a direction that improves driving dynamics.
  • the object of the invention is to provide a steering system and a method that ensure optimum driver support and at the same time great steering comfort.
  • a steering system with a superimposed steering function additionally has an "intelligent" torque actuator.
  • This power steering advantageously opens up new possibilities for supporting and changing the driver steering specification.
  • the means for actively applying an additional steering torque is a functionally independent and independently manageable assembly and that the means for actively applying an overlay steering angle is a functionally independent and independently manageable assembly
  • the means of the units according to the invention for actively applying an additional steering torque and for actively applying a superimposed steering angle can be integrated as functionally independent units in a conventional power steering system without modifications to the basic characteristics.
  • These units are advantageously each as an independently manageable assembly, i. H. an independent module, added to an already existing hydraulic power steering, to generate a functional gain.
  • Counter torque is generated, which at least partially compensates for a superimposed torque generated by the means for actively applying a superimposed steering angle.
  • This embodiment is particularly advantageous because, in the case of superimposed steering, it is necessary for the driver to hold the steering wheel and thus apply a supporting counter-torque, so that a
  • Differential angle adjustment d. H. Setting a superimposed steering angle becomes possible. According to the invention, this moment is taken over by an upstream means for actively applying an additional steering torque (power controller).
  • a course specification can thus be implemented independently of the driver (vehicle driver). The driver can correct the course specification by applying only a small force. Another advantage of this is that the driver remains in control of the vehicle and his responsibility for driving.
  • driver activity detection i. a determination is made as to whether the driver is consciously driving the vehicle and can actively react to a possibly changed driving situation.
  • an active rotation of the steering wheel without changing the wheel angle tests whether the driver is taking part in the traffic situation. So z. B. a fatigue or a current so-called second sleep can be detected.
  • a selection unit preferably a selection unit that can be actuated directly by the driver, sole control of the means for actively applying an additional steering torque, sole control of the means for active application of a superimposed steering angle or combined control of the means can be selected for the active application of an additional steering torque and the means for the active application of an overlay steering angle.
  • the selection can be made, for example, by operating an additional switch. With this, the driver chooses whether he would like haptic feedback through an additional steering torque or an angle-adjusting course correction through a superimposed steering angle.
  • autonomous driving in particular independent parking, is carried out by activating the means for actively applying an additional steering torque and activating the means for actively applying an overlapping steering angle.
  • This embodiment is particularly preferred, since the combination of the actuator angle-adjusting actuator system with the torque-applying actuator system enables particularly safe and comfortable driving for the driver, in particular a comfortable automatic parking process.
  • the means for actively applying an additional steering torque Additional torque actuator preferably an electric motor or an electromagnet, an electronic control unit (ECU I) and a preferably redundant steering wheel torque sensor.
  • ECU I electronice control unit
  • the means for actively applying an overlay angle have an overlay actuator, an electronic control and regulating unit (ECU II) and two preferably redundant rotation angle sensors.
  • a gear is advantageously provided, preferably a planetary gear, which interacts with the additional torque actuator.
  • An electric motor is preferably used as the additional torque actuator.
  • the means for actively applying an additional steering torque and the means for actively applying an overlay steering angle generate an additional steering wheel torque and an adjusted overlay angle adapted to the current vehicle dynamics, in particular the current lateral acceleration.
  • the means for actively applying an additional steering torque and the means for actively applying an overlay steering angle have an additional steering wheel torque and an adapted overlay angle that is adapted to the vehicle course and the course of the road generated .
  • the object is also achieved by a method for driver assistance, which is characterized in that an additional steering torque can be applied actively and at the same time an overlay steering angle can be actively applied.
  • the additional steering torque and the superimposed steering angle are preferably regulated independently.
  • This independent regulation is then advantageously merged and integrated with an existing steering control.
  • the method provides that the active application of an additional steering torque generates a counter torque which at least partially compensates for a superimposed torque generated by the active application of an overlay steering angle.
  • driver activity is detected by actively applying an additional steering torque and actively applying a superimposed steering angle, i.e. a determination as to whether the driver is consciously driving the vehicle and can actively react to a possibly changed driving situation.
  • the driver selects or specifies a sole application of an additional steering torque, a sole application of an overlay steering angle or a combination can.
  • autonomous driving in particular independent parking, is carried out by actively applying an additional steering torque and actively applying a superimposed steering angle.
  • the active application of an additional steering torque is carried out by an independent control in accordance with signals from a preferably redundant steering wheel torque sensor.
  • the active application of a superimposition angle is carried out by an independent control based on signals from two preferably redundant rotation angle sensors.
  • an additional steering wheel torque and an adapted superimposition angle are generated that are adapted to the current vehicle dynamics, in particular the current lateral acceleration.
  • an additional steering wheel torque which is adapted to the vehicle course and the course of the road, and an adapted overlay angle are generated.
  • an additional steering wheel restoring torque is generated which information to the driver about a
  • an additional steering wheel restoring torque is generated which indicates to the driver information about a roadway contact. Resetting forces that occur are shown or simulated on the steering.
  • the figure shows schematically an embodiment of the power steering system according to the invention with a magnetic additional torque actuator for torque transmission and with an electromechanical actuator with gear for a steering angle superimposition.
  • the steering system shown in the figure consists of a steering wheel 1, a steering column 2 connected to the steering wheel 1 with 2 universal joints 3, 4.
  • the steering column 2 is connected or part of a steering wheel shaft 5, which is designed via a steering gear 6, a steering rod 7, here as a rack 7, which actuates track rods 8, 9 attached to the side of the rack 7, and thereby causes the wheels 10, 11 to pivot causes.
  • hydraulic support is implemented by means of a hydraulic pump 13 driven by the drive motor of the vehicle, for example via a belt drive 12 supplies pressurized hydraulic fluid to a steering valve 14 via a line 15.
  • the pressure fluid can flow back into a reservoir 17 through a return line 16.
  • the rack 7 and thus also the piston 21 are displaced.
  • the movement of the piston 21 is supported by the pressure of the hydraulic fluid.
  • the valve 14 also causes hydraulic fluid to flow from one chamber into the other chamber, so that the steering actuation as a whole receives hydraulic support.
  • This conventional hydraulic power steering system described above has a unit 22 for generating an additional torque, with an additional torque actuator, here an electromagnetic actuator 23, a first control unit ECU I 24 for controlling the additional torque actuator 23 and for evaluating signals from a steering torque sensor 25 and a sensor 26 for the position of the additional torque actuator 23.
  • the electronic components are connected to an electrical energy source 27.
  • the first control unit ECU I 24 and the torque sensor 25 are preferably designed redundantly.
  • the unit 22 is preferably designed as a functionally independent and independently manageable assembly for the torque superposition.
  • the control unit ECU 24 can in particular also be arranged separately.
  • the steering wheel torque or steering torque which is defined by the steering system characteristic and the acting forces, can be actively influenced by the unit for generating an additional torque 22.
  • An additional torque (additional steering torque) is generated by the additional torque actuator 23 and applied to the handlebar. It is possible to add the torque to the constructive steering wheel torque or to subtract it from it.
  • the transmission of the actuator torque can take place with or without translation via a transmission or, as shown here, directly to the part 28 of the steering wheel shaft 5.
  • an electric motor is used as additional torque actuator 23 (not shown here).
  • the additional steering torque is then preferably transmitted to the steering wheel shaft 5 or 28 via a transmission, in particular a belt transmission.
  • the unit 22 itself is designed to be fail-silent. This means that it is switched off in the event of an error.
  • the steering shaft 5 is divided into a steering-wheel-side steering shaft section 29 and a steering-gear-side steering shaft section 30.
  • the sections and 29, 30 of the steering shaft 5 are operatively connected to a unit 31 for generating a superimposed steering angle ⁇ .
  • the unit 31 for the superimposition function has an overlay actuator, advantageously an electric motor 32, and a superimposition gear 33, advantageously a planetary gear.
  • the motor position of the electric motor 32 is measured via a sensor 34.
  • the signals from the engine position sensor 34 and from two angle sensors, an angle sensor 35 for the rotational angle position of the steering shaft 29 or the steering wheel 1 and an angle sensor 36 for the rotational position of the steering shaft 30, are fed to a second control unit ECU II 37.
  • the first and second control units ECU I 24 and ECU II 7 are connected to one another via a communication line 3S>. It is also possible to provide a common control unit or to design these units as part of an overall steering controller.
  • the position of the wheels 10, 11, which is set by the driver via the steering wheel 1, can be actively influenced by the unit 31 for generating the superimposed steering angle.
  • An additional steering angle is generated by the superposition actuator 32.
  • the unit 31 for generating the superimposition steering angle ⁇ fails, the steering characteristic known to the driver with servo assistance is retained.
  • the unit 31 itself is designed to be fail-silent. The means, in the event of an error, this is switched off.
  • the gain characteristic here means the dependence of the steering wheel torque or actuation torque on the existing system pressure of the hydraulic support.
  • the torque can be reduced by actively applying an additional torque and advantageously combined with an overlay by an additional steering angle, the driver becoming stronger in his steering activity.
  • Active driver assistance can also be implemented.
  • a steering recommendation is given by a torque adjustment or torque variation and at the same time an additional steering angle, or the driver is made more difficult to steer in order to drive him, for. B. to warn of dangers.
  • Automatic steering processes which are carried out without actively steering the driver, can be implemented particularly conveniently and safely.

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Abstract

Eine Servolenkung weist ein Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments und zugleich ein Mittel zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels auf.

Description

Servolenkung
Die Erfindung betrifft eine Servolenkung.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Fahrerunterstützung.
Unter dem Begriff "Servolenkung" sind sämtliche Lenkungen zu verstehen, die eine Kraft oder ein Moment zur Unterstützung des Fahrers bei seiner Lenktätigkeit erzeugen. Insbesondere umfasst der Begriff "Servolenkung" Lenkungen mit hydraulischen, elektrohydraulischen, elektromechanischen oder elektromagnetischen Aktuatoren.
Heutige Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, sind in der Regel mit hydraulischen oder elektrohydraulischen Servolenkungen ausgestattet, im folgenden als „hydraulische Servolenkungen,, bezeichnet. Im Lenkmechanismus der hydraulischen Servolenkungen sind hydraulische Aktuatoren, z.B. Hydraulikzylinder, angeordnet, die eine Kraft erzeugen, die den Fahrer bei einer Betätigung des Lenkmechanismus in Reaktion auf die Drehung des Lenkrads unterstützt.
Ferner sind sog. "intelligente" Hilfskraftsteller bekannt, bei denen bei einer Betätigung des Lenkmechanismus ein definiertes zusätzliches Lenkmoment (Zusatz-Lenkmoment) auf die Lenksäule aufgebracht werden kann. Das zum Lenken des Fahrzeugs notwendige Lenkmoment, im folgenden auch kurz als "Moment" bezeichnet, wird so verringert und der Fahrer wird bei der Lenktätigkeit, z. B. nach Maßgabe einer erkannten FahrSituation, unterstützt.
Ebenso sind sog. Überlagerungslenkungen bekannt, bei denen die Lenksäule bzw. die Lenkradwelle, im folgenden kurz als "Lenkwelle" bezeichnet, aufgetrennt ist und über ein zwischen den beiden Lenkwellenhälften angeordnetes Getriebe ein beliebiger Differenzwinkel, im folgenden als "Überlagerungs-Lenkwinkel" oder kurz "Überlagerungswinkel" bezeichnet, zwischen Lenkrad und Rad eingestellt werden kann.
Mit den genannten Systemen sind aktive Lenkeingriffe, die eine Verbesserung des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeuges zum Ziel haben, möglich. Einerseits sind fahrdynamische Eingriffe durch ein Verändern des Radlenkwinkels mit einer Überlagerungslenkung möglich. Auf der anderen Seite kann dem Fahrer durch den "intelligenten" Hilfskraftsteller eine haptische Rückmeldung über ein zusätzliches Lenkmoment für—. eine zu verändernde Position seines Fahrzeug (Richtungs orgäbe) gegeben werden. Auch das Zusatzlenkmoment kann genutzt werden, um dem Fahrer eine Richtung vorzugeben, welche die Fahrdynamik verbessert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lenksysteme und eine Verfahren anzugeben, dass eine optimale Fahrerunterstützung und gleichzeitig einen großen Lenkkomfort gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Servolenkung ein Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments und zugleich ein Mittel zur aktiven Aufbringung eines Uberlagerungs-Lenkwinkels aufweist .
Mit anderen Worten ist es für die Erfindung wesentlich, dass ein Lenksystem mit einer Überlagerungslenkungsfunktion zusätzlich einen "intelligenten" Momentsteller aufweist. Vorteilhaft ergeben sich durch diese Servolenkung neue Möglichkeiten der Unterstützung und Veränderung der Fahrerlenkvorgabe .
Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments eine funktional eigenständige und selbständig handhabbare Baugruppe und dass das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Uberlagerungs-Lenkwinkels eine funktional eigenständige und selbständig handhabbare Baugruppe »ist.
Die Mittel der erfindungsgemäßen Einheiten zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments und zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels können als funktional eigenständige Einheiten in einer konventionellen Servolenkung ohne Modifikationen an der Grundcharakteristik integriert werden. Diese Einheiten werden vorteilhaft jeweils als eine selbständig handhabbare Baugruppe, d. h. ein selbständiges Modul, einer bereits bestehenden hydraulischen Servolenkung hinzugefügt, um einen Funktionsgewinn zu erzeugen.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass durch das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments ein Gegenmoment erzeugt wird, welches ein durch das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Uberlagerungs-Lenkwinkels erzeugte Überlagerungsmoment zumindest teilweise ausgleicht .
Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, denn bei einer Uberlagerungslenkung ist es notwendig, dass der Fahrer das Lenkrad festhält und damit ein abstützendes Gegenmoment aufbringt, damit eine
Differenzwinkelverstellung, d. h. Einstellung eines Uberlagerungs-Lenkwinkels, möglich wird. Dieses Moment wird erfindungsgemäß über ein vorgeschaltetes Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments (Kraftsteller) übernommen. Damit kann eine Kursvorgabe unabhängig vom Fahrer (Fahrzeugführer) realisiert werden. Die Kursvorgabe ist durch Aufbringen einer nur kleinen Kraft vom Fahrer korrigierbar. Daraus ergibt sich als ein weiterer Vorteil, dass der Fahrer die Kontrolle über das Fahrzeug und seine Verantwortung zur Fahrzeugführung behält.
Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass durch eine Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments und eine Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels eine Fahreraktivitätserkennung, d.h. eine Ermittlung, ob der Fahrer bewusst das Fahrzeug führt und aktiv auf eine ggf. veränderte Fahrsituation reagieren kann, durchgeführt wird.
Bei dieser Ausführungsform wird durch aktives Verdrehen des Lenkrads, ohne dass sich der Radwinkel ändert, getestet, ob der Fahrer am Verkehrsgeschehen teilnimmt. So kann z. B. eine Ermüdung oder ein aktueller sog. Sekundenschlaf erkannt werden. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass mittels einer Auswahleinheit, vorzugsweise einer direkt durch den Fahrer betätigbaren Auswahleinheit, eine alleinige Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments, eine alleinige Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels oder eine kombinierte Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments und des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels anwählbar ist.
Die Auswahl kann beispielsweise durch Betätigung eines zusätzlichen Schalters erfolgen. Damit wählt der Fahrer, ob er eine haptische Rückmeldung durch ein Zusatz-Lenkmoment oder eine winkelverstellende Kurskorrektur durch einen Uberlagerungs-Lenkwinkel möchte .
Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass durch eine Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments und eine Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels ein autonomes Fahren, insbesondere ein selbständiges Einparken, vorgenommen wird.
Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt, da durch die Kombination der lenkwinkelverstellenden Aktuatorik mit der momentenaufbringenden Aktuatorik ein besonders sicheres und für den Fahrer komfortables autonomes Fahren, insbesondere ein komfortabler automatischer Einparkvorgang, ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments einen Zusatzmoment-Aktuator, vorzugsweise einen Elektromotor oder einen Elektromagnet, eine elektronische Steuerungs- und Regelungseinheit (ECU I) und einen vorzugsweise redundanten Lenkradmomentensensor aufweisen.
Dabei wird vorzugsweise ein Riemengetriebe, ein Schrauben- /Schneckengetriebe oder ein Stirnradgetriebe, insbesondere ein Riemengetriebe, das mit dem Zusatzmoment-Aktuator zusammenwirkt, eingesetzt.
Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungswinkels einen Uberlagerungs-Aktuator, eine elektronische Steuerungs- und Regelungseinheit (ECU II) und zwei vorzugsweise redundante Drehwinkelsensoren aufweisen.
Dabei ist vorteilhaft ein Getriebe vorgesehen, vorzugsweise ein Planetengetriebe, das mit dem Zusatzmoment-Aktuator zusammenwirkt . Als Zusatzmoment-Aktuator wird vorzugsweise einen Elektromotor verwendet.
Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments und das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels ein an die aktuelle Fahrzeugdynamik, insbesondere die aktuelle Querbeschleunigung, angepasstes Zusatz-Lenkradmoment und einen angepassten Überlagerungswinkel erzeugt.
Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments und das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels ein an Fahrzeugkurs und den Fahrbahnverlauf angepasstes Zusatz- Lenkradmoment und einen angepassten Überlagerungswinkel erzeugt .
Die Aufgabe wird ebenso durch ein Verfahren zur Fahrerunterstützung gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Zusatz-Lenkmoment aktiv aufbringbar ist und zugleich ein Uberlagerungs-Lenkwinkel aktiv aufbringbar ist.
Bei dem Verfahren erfolgt vorzugsweise eine eigenständige Regelung des Zusatz-Lenkmoments und des Überlagerungs- Lenkwinkels .
Diese eigenständige Regelung wird dann vorteilhaft mit einem bereits vorhandenen Lenkungsregier zusammengeführt und integriert.
Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass durch das aktive Aufbringen eines Zusatz-Lenkmoments ein Gegenmoment erzeugt wird, welches ein durch das aktiven Aufbringen eines Überlagerungs-Lenkwinkels erzeugtes Überlagerungsmoment zumindest teilweise ausgleicht.
Es ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass durch ein aktives Aufbringen eines Zusatz-Lenkmoments und ein aktives Aufbringen eines Überlagerungs-Lenkwinkels eine Fahreraktivitätserkennung erfolgt, d.h. eine Ermittlung, ob der Fahrer bewusst das Fahrzeug führt und aktiv auf eine ggf. veränderte Fahrsituation reagieren kann.
Erfindungsgemäß ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass der Fahrer ein alleiniges Aufbringen eines Zusatz- Lenkmoments, ein alleiniges Aufbringen eines Überlagerungs- Lenkwinkels oder eine Kombination auswählen oder vorgeben kann.
Nach der Erfindung ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass durch ein aktives Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments und ein aktives Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels eine autonomes Fahren, insbesondere ein selbständiges Einparken, vorgenommen wird.
Erfindungsgemäß ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass das aktive Aufbringen eines Zusatz-Lenkmoments durch eine eigenständige Regelung nach Maßgabe von Signalen eines vorzugsweise redundanten Lenkradmomentensensors durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass das aktive Aufbringen eines Überlagerungswinkels durch eine eigenständige Regelung nach Maßgabe von Signalen von zwei vorzugsweise redundanten Drehwinkelsensoren durchgeführt wird.
Es ist nach der Erfindung bei dem Verfahren vorgesehen, dass ein an die aktuelle Fahrzeugdynamik, insbesondere die aktuelle Querbeschleunigung, angepasstes Zusatz- Lenkradmoment und ein angepasster Überlagerungswinkel erzeugt werden.
Bei dem Verfahren ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass ein an Fahrzeugkurs und den Fahrbahnverlauf angepasstes Zusatz-Lenkradmoment und ein angepasster Überlagerungswinkel erzeugt werden.
Bei dem Verfahren ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass ein Zusatz-Lenkrad-Rückstellmoment erzeugt wird, das dem Fahrer eine Information über eine
Fahrbahnbeschaffenheit, wie Reibwert, Reibwertausnutzung oder Reifenhaftung, anzeigt.
Bei dem Verfahren ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass ein Zusatz-Lenkrad-Rückstellmoment erzeugt wird, das dem Fahrer eine Information über einen Fahrbahnkontakt anzeigt . Dabei werden auftretende Rückstellkräfte an der Lenkung gezeigt bzw. simuliert.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Abbildung (Fig.) beispielhaft näher erläutert .
Die Fig. zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Servolenkung mit einem magnetischen Zusatzmoment-Aktuator für die Momentenübertragung und mit einem elektromechanischen Aktuator mit Getriebe für eine Lenkwinkelüberlagerung.
Das in der Fig. dargestellte Lenksystem besteht aus einem Lenkrad 1, einer mit dem Lenkrad 1 verbundenen Lenksäule 2 mit 2 Kreuzgelenken 3,4. Die Lenksäule 2 ist verbunden oder ein Teil einer Lenkradwelle 5, die über ein Lenkgetriebe 6, eine Lenkstange 7, hier als Zahnstange 7 ausgebildet, die seitlich an der Zahnstange 7 befestigten SpurStangen 8,9 betätigt, und dadurch ein Verschwenken der Räder 10,11 bewirkt .
Bei der hier gezeigten Zahnstangenlenkung wird eine hydraulische Unterstützung mittels einer von dem Antriebsmotor des Fahrzeugs, z.B. über einen Riementrieb 12, angetriebene hydraulische Pumpe 13 realisiert, die unter Druck stehende Druckflüssigkeit zu einem Lenkventil 14 über eine Leitung 15 liefert. Durch eine Rücklaufleitung 16 kann die Druckflüssigkeit zurück in einen Vorratsbehälter 17 strömen.
In Geradeausstellung des Lenkrads fließt ein konstanter Ölstrom durch das in Neutralstellung stehende Lenkventil (offenen Mitte) und durch die Rücklaufleitung 16 zurück. Der Druck in 2 Kammern 18,19 eines an der Zahnstange 7 angeordneten Arbeitszylinders 20 ist dann gleich groß. Es erfolgt keine Lenkunterstützung.
Beim Drehen des Lenkrads 1 wird die Zahnstange 7 und somit auch der Kolben 21 verschoben. Die Bewegung des Kolbens 21 wird durch den Druck der Druckflüssigkeit unterstützt. Dabei bewirkt das Ventil 14 zugleich, dass Druckflüssigkeit von einer Kammer in die andere Kammer fließt, so dass insgesamt die Lenkbetätigung eine hydraulische Unterstützung erfährt.
Diese oben beschriebene konventionelle hydraulische Servolenkung weist eine Einheit 22 zur Erzeugung eines Zusatz-Moments auf, mit einem Zusatzmoment-Aktuator, hier ein elektromagnetischer Aktuator 23, einer ersten Steuerungseinheit ECU I 24 zur Ansteuerung des Zusatzmoment-Aktuators 23 und zur Auswertung von Signalen eines Lenkmomentensensors 25 und eines Sensors 26 für die Lage bzw. Stellung des Zusatzmoment-Aktuators 23. Die elektronischen Bauteile sind an einer elektrischen Energiequelle 27 angeschlossen.
Die erste Steuerungseinheit ECU I 24 und der Momentensensor 25 sind vorzugsweise redundant ausgeführt. Vorzugsweise ist die Einheit 22 als funktional eigenständige und selbständig handhabbare Baugruppe für die Momentenüberlagerung ausgeführt. Im Sinne der Erfindung kann insbesondere die Steuerungseinheit ECU 24 aber auch getrennt angeordnet sein.
Das Lenkradmoment oder Lenkmoment, welches durch die Lenksystemcharakteristik sowie die wirkenden Kräfte definiert ist, kann durch die Einheit zur Erzeugung eines Zusatz-Moments 22 aktiv beeinflusst werden. Dabei wird durch den Zusatzmoment-Aktuator 23 ein Zusatzmoment (Zusatz-Lenkmoment) erzeugt und auf die Lenkstange aufgebracht. Es besteht die Möglichkeit das Moment dem konstruktiv vorgegebenen Lenkradmoment aufzuaddieren oder es von ihm abzuziehen. Die Übertragung des Aktuatormoments kann mit oder ohne Übersetzung über ein Getriebe oder, wie hier dargestellt, direkt auf den Teil 28 der Lenkradwelle 5 erfolgen.
In einer anderen, bevorzugten Ausführungsvariante wird als Zusatzmoment-Aktuator 23 ein Elektromotor verwendet (hier nicht dargetellt) . Das Zusatz-Lenkmoment wird dann vorzugsweise über ein Getriebe, insbesondere ein Riemengetriebe, auf die Lenkradwelle 5 bzw. 28 übertragen.
Bei Ausfall der Einheit 22 zur Erzeugung eines Zusatz- Moments bleibt die dem Fahrer bekannte
Lenkungscharakteristik mit Servounterstützung erhalten. Die Einheit 22 selbst ist dazu fail-silent ausgelegt. Das bedeutet, im Fehlerfall wird diese abgeschaltet.
Zwischen der Einheit zur Erzeugung eines Zusatz-Moments 22 und dem Lenkgetriebe 6 ist die Lenkwelle 5 geteilt in einen lenkradseitigen Lenkwellenabschnitt 29 und einen lenkgetriebeseitigen Lenkwellenabschnitt 30. Die Abschnitte und 29,30 der Lenkwelle 5 sind mit einer Einheit 31 zur Erzeugung eines Überlagerungslenkwinkels α wirkverbunden. Die Einheit 31 für die Uberlagerungsfunktion weist einen Uberlagerungs-Aktuator, vorteilhaft einen Elektromotor 32, und ein Überlagerungsgetriebe 33, vorteilhaft ein Planetengetriebe, auf. Über einen Sensor 34 wird die Motorlage des Elektromotors 32 gemessen. Die Signale des Motorlage-Sensors 34 sowie von zwei Winkelsensoren, einen Winkelsensor 35 für die Drehwinkelstellung des lenkradseitigen Lenkwelle 29 bzw. des Lenkrads 1 und einen Winkelsensor 36 für die Drehwinkelstellung der lenkgetriebeseitigen Lenkwelle 30, werden einer zweiten Steuerungseinheit ECU II 37 zugeführt.
Die erste und die zweite Steuerungseinheit ECU I 24 und ECU II 7 sind über eine Kommunikationsleitung 3S> miteinander verbunden. Es ist ebenso möglich, eine gemeinsame Steuerungseinheit vorzusehen oder diese Einheiten als Teil eines Gesamt-Lenkungsreglers auszubilden.
Die Stellung der Räder 10,11, welche über das Lenkrad 1 durch den Fahrer eingestellt wird, kann durch die Einheit 31 zur Erzeugung des Überlagerungs-Lenkwinkels aktiv beeinflusst werden. Dabei wird durch den Überlagerungs- Aktuator 32 ein zusätzlicher Lenkwinkel erzeugt.
Bei Ausfall der Einheit 31 zur Erzeugung des Überlagerungs- Lenkwinkels α bleibt die dem Fahrer bekannte LenkungsCharakteristik mit Servounterstützung erhalten. Die Einheit 31 selbst ist dazu fail-silent ausgelegt. Das bedeutet, im Fehlerfall wird diese abgeschaltet.
Mit dem Momentenüberlagerung ist es möglich, die Verstärkungskennlinie durch Erzeugung eines Zusatz-Moments zu variieren. Die Verstärkungskennlinie bedeutet hier die Abhängigkeit des Lenkradmoments oder Betätigungsmoments vom vorhandenen Systemdruck der hydraulischen Unterstützung. So kann das Moment durch eine aktive Aufbringung eines Zusatzmoments verringert werden und vorteilhaft mit einer Überlagerung durch einen zusätzlichen Lenkwinkel kombiniert werden, wobei der Fahrer in seiner Lenktätigkeit stärker wird.
Es kann darüber hinaus eine aktive Fahrerassistenz realisiert werden. Dabei wird durch eine Momentenanpassung bzw. Momentenvariation und gleichzeitig einen zusätzlichen Lenkwinkel eine Lenkempfehlung gegeben oder dem Fahrer wird das Lenken erschwert, um ihn z. B. vor Gefahren zu warnen. Besonders vorteilhaft sind automatische Lenkvorgänge, die ohne aktives Lenken des Fahrers durchgeführt werden, komfortabel und sicher zu realisieren.

Claims

Patentansprüche
1. Servolenkung, dadurch gekennzeichnet, dass die Servolenkung ein Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz- Lenkmoments und zugleich ein Mittel zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels aufweist.
2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments eine funktional eigenständige und selbständig handhabbare Baugruppe und dass das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels eine funktional eigenständige und selbständig handhabbare Baugruppe ist.
3. Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments ein Gegenmoment erzeugt wird, welches ein durch das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs- Lenkwinkels erzeugte Überlagerungsmoment zumindest teilweise ausgleicht.
4. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Zusatz- Lenkmoments und eine Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels eine Fahreraktivitätserkennung durchgeführt wird.
5. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Auswahleinheit eine alleinige Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments, eine alleinige Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels oder eine kombinierte Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments und des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs- Lenkwinkels anwählbar ist.
6. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Zusatz- Lenkmoments und eine Ansteuerung des Mittels zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs-Lenkwinkels eine autonomes. Fahren, insbesondere ein selbständiges Einparken vorgenommen wird.
7. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments einen Zusatzmoment-Aktuator, eine elektronische Steuerungsund Regelungseinheit (ECU I) und einen vorzugsweise redundanten Lenkradmomentensensor aufweisen.
8. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungswinkels einen Uberlagerungs-Aktuator, eine elektronische Steuerungsund Regelungseinheit (ECU II) und zwei vorzugsweise redundante Drehwinkelsensoren aufweisen.
9. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments und das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs- Lenkwinkels ein an Fahrzeugkurs und den Fahrbahnverlauf angepasstes Zusatz-Lenkradmoment und einen angepassten Überlagerungswinkel erzeugt.
10. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Zusatz-Lenkmoments und das Mittel zur aktiven Aufbringung eines Überlagerungs- Lenkwinkels ein an die aktuelle Fahrzeugdynamik, insbesondere die aktuelle Querbeschleunigung, angepasstes Zusatz-Lenkradmoment und einen angepassten Überlagerungswinkel erzeugt.
11. Verfahren zur Fahrerunterstützung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatz-Lenkmoment aktiv aufbringbar ist und zugleich ein Überlagerungs- Lenkwinkel aktiv aufbringbar ist.
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