WO2008055732A1 - Verbesserung des lenkkomforts bei querfahrten auf geneigten flächen - Google Patents

Verbesserung des lenkkomforts bei querfahrten auf geneigten flächen Download PDF

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    • B60W2520/12—Lateral speed
    • B60W2520/125—Lateral acceleration

Definitions

  • the invention relates to a method for improving the steering comfort in transverse driving on inclined surfaces according to the preamble of claim 1, and a corresponding device according to the preamble of claim 8.
  • An essential aspect of the invention is to sensory detect the driving state "transverse travel on an inclined surface" and, if such a state has been detected, an actuator of a vehicle system, for example a steering actuator to control that the steering forces acting on the steering wheel are reduced.
  • the steering wheel forces can be reduced - in the extreme case down to the value zero - similar to driving straight ahead in the plane. This has the significant advantage that even longer cross travels on an inclined surface can be carried out substantially fatigue-free.
  • said "transverse travel on an inclined surface” may be any travel on an inclined surface which is at any angle transverse to the incline, such as a transverse travel on slopes or slopes in the terrain, but also to rides on sideways sloping or rising roads.
  • an actuator is actuated in such a way that the steering wheel torque to be exerted by the driver, in particular to ensure straight-ahead driving, is reduced.
  • the supporting vehicle system is a power steering system (power steering).
  • the steering actuator usually an electric motor, driven by an electronics so that it exerts an additional support torque on the steering. This reduces the steering forces acting on the steering wheel.
  • the amount of additional assist torque is preferably dependent on the angle of inclination and possibly also on the ground (coefficient of friction) and / or the driving speed.
  • the supporting vehicle system is, for example, an active additional steering system (electric steering).
  • a steering actuator In such a steering, in which there continues to be a mechanical penetration between the steering wheel and wheels, a steering actuator is driven according to a predetermined steering characteristic (characteristic) or regulated according to a control strategy.
  • a predetermined steering characteristic characteristic
  • an additional steering angle can be applied to the steering by means of the steering actuator (eg, electrically or hydraulically). This reduces the driver to be asked Steering angle.
  • the same principle can also be applied to active rear-wheel steering.
  • the invention can also be realized in a purely electric steering (Steer by wire), in which there is no mechanical penetration between the steering wheel and wheels.
  • a control can be performed in which the vehicle z. B. on compliance with a certain height (in cross-drive) or a certain trajectory is regulated, as long as the driver is not in the
  • the desired by the driver trajectory is z. B. from the steering wheel position, and the actual trajectory of the vehicle may, for. B. via position data (eg: GPS) can be determined. With the help of electronics, the actual trajectory can be regulated to the desired trajectory.
  • position data eg: GPS
  • the assisting vehicle system is an active braking system, such as e.g. ESP.
  • a braking engagement is performed on at least one wheel, which generates a yaw moment about the vertical axis of the vehicle, which is directed towards the slope and thus leads to a decrease in the forces acting on the steering wheel.
  • the mentioned vehicle systems can of course also be operated simultaneously in any combination.
  • the height of the automatic control engagement is preferably dependent on the angle of inclination.
  • the angle of inclination or a variable proportional thereto e.g. the slope force, sensory determined and designed the automatic control action depending thereon.
  • the automatic control intervention is preferably triggered only in a driving state in which the vehicle is moving either transversely to the inclination or at a slope angle to the inclination.
  • a power steering system, an active front or rear axle steering or an active braking system, such as a vehicle dynamics control system act.
  • a roll rate sensor and / or a lateral acceleration sensor can be used.
  • the sensor of an active suspension could be used, which measures the compression travel of the wheel suspension on different longitudinal sides of the vehicle and from the difference of the compression travel on the left or right side of the vehicle driving on an inclined surface and possibly also the exact inclination angle ⁇ can determine.
  • an inertial sensor could be used to detect an inclined surface.
  • several different sensors can be used in combination.
  • Fig. 1 is a view of a vehicle moving on an inclined surface
  • FIG. 2 is a plan view of the vehicle of FIG. 1; FIG. and
  • Fig. 3 is a block diagram of a system for improving the steering comfort when driving on transversely inclined surfaces.
  • Fig. 1 shows a rear view of a vehicle, which moves on a transversely inclined surface.
  • the surface has an inclination angle ⁇ .
  • Fig. 2 shows a plan view of the vehicle of Fig. 1, wherein in particular the inclination of the front wheels 2 can be seen.
  • the inclination is required here to keep the vehicle at a constant height.
  • the steering torque to be applied to the steering wheel is designated M H.
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a vehicle system by means of which the force to be applied by the driver on the steering wheel 3 can be reduced.
  • the influence of the driver on the vehicle is represented by a block 5.
  • the vehicle system comprises a sensor system 7 for detecting a driving state in which the vehicle is traveling on a transversely inclined surface.
  • the sensor system 7 may include, for example, a sensor which measures the compression travel of the wheel suspension on different longitudinal sides of the vehicle and from the difference of the compression travel on the left or right side of the vehicle 1, a transverse travel on an inclined surface and possibly also the exact Can determine inclination angle ⁇ .
  • an inertial sensor can also be provided which can determine the position and position of the vehicle.
  • the sensor system 7 also includes, in particular, speed, yaw rate and lateral acceleration sensors, which are usually provided in a conventional vehicle dynamics control system (ESP).
  • ESP vehicle dynamics control system
  • the sensor signals of the sensor system 7 are processed by a control unit 8, in which a special algorithm for supporting the driver is stored. If the algorithm recognizes the driving state "transverse travel on an inclination" and the vehicle also drives straight ahead - this can be detected, for example, via the steering angle - an actuator 9 is automatically activated, which reduces the steering wheel torque M H and thus supports the driver while steering Steering of the vehicle is shown schematically here by a block 6.
  • the vehicle system 7, 8, 9 may be, for example, a power steering system (power steering).
  • the actuator 9 is in this case a servomotor, which in the case of a transverse travel on an inclined surface an additional
  • An alternative vehicle system 7-9 is, for example, an active steering system.
  • the actuator 9 would be a steering actuator of the active one Steering, which is controlled by the associated control unit 8 accordingly.
  • both active front axle steering and active rear axle steering or both systems can be used simultaneously.
  • the braking system of the vehicle could be used to assist the driver in steering.
  • the controller 8 would detect a certain yaw moment, e.g. could be implemented by a brake slip control on individual wheels 2 of the vehicle 1.
  • the vehicle would be decelerated by the automatic brake intervention.
  • the inventive support of the vehicle when driving transversely to an inclination is preferably activated only when the vehicle is in straight-ahead driving.
  • the state "straight ahead" can be determined, for example, via the steering or steering wheel angle, the lateral acceleration or GPS data, in particular to prevent dynamic driving maneuvers in which transverse forces are relatively high acting with a travel across one Inclination be confused.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern des Lenkkomforts bei Querfahrten auf geneigten Flächen. Um dem Fahrer das Lenken auf geneigten Flächen zu erleichtern, wird vorgeschlagen, mittels einer Sensorik das Fahren auf einer Neigung zu erkennen und, wenn dieser Zustand erkannt wurde, einen Aktuator eines Fahrzeugsystems zu betätigen, so dass das am Lenkrad (3) auszuübende Lenkmoment (MH) reduziert wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verbesserung des Lenkkomforts bei Querfahrten auf geneigten Flächen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern des Lenkkomforts bei Querfahrten auf geneigten Flächen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 , sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Bei Querfahrten auf geneigten Flächen, wie z. B. Böschungen, oder Fahrten auf seitlich ansteigenden bzw. abfallenden Fahrbahnen, wirkt auf das Fahrzeug eine Hangabtriebskraft, die dazu führt, dass das Fahrzeug während der Fahrt leicht abwärts driftet. Der Fahrer muss daher in Richtung hangaufwärts lenken, um das Fahrzeug auf einer konstanten Höhe zu halten und weiterhin gerade aus zu fahren. Bei längeren Böschungsfahrten, wie z.B. im Gelände, ist dies für den Fahrer relativ anstrengend.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Lenkkomfort bei Schrägfahrten auf quer geneigten Flächen zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 sowie im Patentanspruch 8 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, den Fahrzustand „Querfahrt auf einer geneigten Fläche" sensorisch zu erfassen und, wenn ein solcher Zustand erkannt wurde, einen Aktuator eines Fahrzeugsystem, z. B. einen Lenksteller, so anzusteuern, dass die am Lenkrad wirkenden Lenkkräfte reduziert werden. Die Lenkradkräfte können dabei - ähnlich wie bei Geradeausfahrt in der Ebene - im Extremfall bis auf den Wert Null reduziert werden. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass auch längere Querfahrten auf einer geneigten Fläche wesentlich ermüdungsfreier durchgeführt werden können.
Bei der genannten „Querfahrt auf einer geneigten Fläche" kann es sich im Prinzip um jede Fahrt auf einer geneigten Fläche handeln, die in einem beliebigen Winkel quer zur Neigung erfolgt, wie z. B. um eine Querfahrt auf Hängen oder Böschungen im Gelände, aber auch um Fahrten auf seitlich abfallenden oder ansteigenden Fahrbahnen.
Damit wird durch die Erfindung
- das Vorliegen einer Fahrzeugbewegung auf einer bezüglich der Fahrtrichtung quergeneigten Fläche detektiert und
- im Falles eines Vorliegens einer Fahrzeugbewegung auf einer bezüglich der Fahrtrichtung quergeneigten Fläche ein Aktuator derart betätigt, dass sich das vom Fahrer insbesondere zur Sicherstellung einer Geradeausfahrt auszuübende Lenkradmoment verringert.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das unterstützende Fahrzeugsystem eine Hilfskraftlenkung (Servolenkung). In diesem Fall wird der Lenksteller, meist ein Elektromotor, von einer Elektronik so angesteuert, dass dieser ein zusätzliches Unterstützungsmoment an der Lenkung ausübt. Dadurch reduzieren sich die am Lenkrad wirkenden Lenkkräfte. Die Höhe des zusätzlichen Unterstützungsmoments ist vorzugsweise abhängig vom Neigungswinkel und ggf. auch vom Untergrund (Reibwert) und/oder der Fahrgeschwindigkeit.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist das unterstützende Fahrzeugsystem beispielsweise eine aktive Zusatzlenkung (elektrische Lenkung). Bei einer solchen Lenkung, bei der weiterhin ein mechanischer Durchgriff zwischen Lenkrad und Rädern besteht, wird ein Lenksteller gemäß einer vorgegebenen Lenkcharakteristik (Kennlinie) angesteuert oder gemäß einer Regelstrategie geregelt. Bei Querfahrten auf geneigten Flächen kann mittels des Lenkstellers (z. B. elektrisch oder hydraulisch) ein zusätzlicher Lenkwinkel auf die Lenkung aufgebracht werden. Dadurch verringert sich der vom Fahrer zu stellende Lenkwinkel. Das gleiche Prinzip kann auch bei einer aktiven Hinterradlenkung angewendet werden.
Alternativ kann die Erfindung auch bei einer rein elektrischen Lenkung (Steer by wire) realisiert werden, bei der kein mechanischer Durchgriff zwischen Lenkrad und Rädern besteht.
Gemäß der Erfindung kann auch eine Regelung durchgeführt werden, bei der das Fahrzeug z. B. auf Einhaltung einer bestimmten Höhe (bei Querfahrt) oder einer bestimmten Bewegungsbahn geregelt wird, solange der Fahrer nicht in die
Lenkung eingreift. Die vom Fahrer gewünschte Bewegungsbahn ergibt sich z. B. aus der Lenkradstellung, und die tatsächliche Bewegungsbahn des Fahrzeugs kann z. B. über Positionsdaten (z. B: GPS) bestimmt werden. Mit Hilfe einer Elektronik kann die Ist-Bewegungsbahn auf die Soll-Bewegungsbahn geregelt werden.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist das unterstützende Fahrzeugsystem ein aktives Bremssystem, wie z.B. ESP. In diesem Fall wird an wenigstens einem Rad ein Bremseingriff ausgeführt, der ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeugs erzeugt, das in Richtung hangaufwärts gerichtet ist und somit zu einer Abnahme der am Lenkrad wirkenden Kräfte führt.
Die genannten Fahrzeugsysteme können natürlich auch gleichzeitig in beliebiger Kombination betätigt werden.
Die Höhe des automatischen Stelleingriffs ist vorzugsweise abhängig vom Neigungswinkel. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Neigungswinkel oder eine dazu proportionale Größe, wie z.B. die Hangabtriebskraft, sensorisch ermittelt und der automatische Stelleingriff in Abhängigkeit davon ausgelegt.
Der automatische Stelleingriff wird vorzugsweise nur in einem Fahrzustand ausgelöst, in dem sich das Fahrzeug entweder quer zur Neigung oder in einem hangaufwärts gerichteten Winkel zur Neigung bewegt.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbessern des Lenkkomforts bei Querfahrten auf Neigungen umfasst eine Sensorik zum Erkennen des Fahrzustands „Querfahrt auf einer geneigten Fläche", ein Steuergerät mit einem Algorithmus, der die Sensorsignale auswertet, und wenigstens einen Aktuator eines Fahrzeugsystems, der vom Steuergerät angesteuert wird, wenn sich das Fahrzeug auf einer geneigten Fläche bewegt. Bei dem Fahrzeugsystem kann es sich, wie vorstehend beschrieben, beispielsweise um eine Hilfskraftlenkung, eine aktive Vorder- oder Hinterachslenkung oder ein aktives Bremssystem, wie z.B. ein Fahrdynamik-Regelungssystem, handeln.
Zum Erkennen des Fahrens auf einer geneigten Fläche kann z. B. ein Wankratensensor und/oder ein Querbeschleunigungssensor genutzt werden. Wahlweise könnte auch die Sensorik eines aktiven Fahrwerks herangezogen werden, die den Einfederweg der Rad-Federung auf unterschiedlichen Längsseiten des Fahrzeugs misst und aus dem Unterschied der Einfederwege auf der linken bzw. rechten Seite des Fahrzeugs eine Fahrt auf einer geneigten Fläche und ggf. auch den exakten Neigungswinkel α ermitteln kann. Alternativ könnte auch ein Inertialsensor genutzt werden, um eine geneigte Fläche zu erkennen. Es können natürlich auch mehrere unterschiedliche Sensoren in Kombination verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines Fahrzeug, das sich auf einer geneigten Fläche bewegt;
Fig. 2 eine Aufsicht auf das Fahrzeug von Fig. 1 ; und
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Systems zum Verbessern des Lenkkomforts beim Fahrten auf quer geneigten Flächen.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Rückansicht eines Fahrzeugs, das sich auf einer quer geneigten Fläche bewegt. Die Fläche hat einen Neigungswinkel α. Der Anteil der
Schwerkraft, der an einem Rad 2 wirkt, ist mit FG bezeichnet. Auf das Fahrzeug 1 wirkt dadurch eine Hangabtriebskraft FHang, die der Fahrer durch Gegenlenken kompensieren muss, wenn er weiterhin geradeaus fahren will.
Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf das Fahrzeug von Fig. 1 , wobei insbesondere die Schrägstellung der Vorderräder 2 zu erkennen ist. Die Schrägstellung ist hier erforderlich, um das Fahrzeug auf konstanter Höhe zu halten. Das am Lenkrad aufzubringende Lenkmoment ist mit MH bezeichnet.
Fig. 3 zeigt eine schematisch Blockdarstellung eines Fahrzeugsystems, mittels dessen die vom Fahrer am Lenkrad 3 aufzubringende Kraft verringert werden kann. Der Einfluss des Fahrers auf das Fahrzeug ist durch einen Block 5 dargestellt.
Das Fahrzeugsystem umfasst eine Sensorik 7 zum Erkennen eines Fahrzustands, in dem das Fahrzeug auf einer quer geneigten Fläche fährt. Die Sensorik 7 kann beispielsweise einen Sensor umfassen, der den Einfederweg der Rad-Federung auf unterschiedlichen Längsseiten des Fahrzeugs misst und aus dem Unterschied der Einfederwege auf der linken bzw. rechten Seite des Fahrzeugs 1 eine Querfahrt auf einer geneigten Fläche und ggf. auch den exakten Neigungswinkel α ermitteln kann. Wahlweise oder zusätzlich kann auch ein Inertialsensor vorgesehen sein, der Position und Lage des Fahrzeugs bestimmen kann. Die Sensorik 7 umfasst darüber hinaus insbesondere auch Drehzahl-, Gierraten- und Querbeschleunigungssensoren, die bei einer herkömmlichen Fahrdynamikregelung (ESP) üblicherweise vorgesehen sind. Die Sensorsignale der Sensorik 7 werden von einem Steuergerät 8 verarbeitet, in dem ein spezieller Algorithmus zum Unterstützen des Fahrers hinterlegt ist. Wenn der Algorithmus den Fahrzustand „Querfahrt auf einer Neigung" erkennt und das Fahrzeug außerdem geradeaus fährt - dies kann beispielsweise über den Lenkwinkel erkannt werden - wird automatisch ein Aktuator 9 angesteuert, der das Lenkradmoment MH reduziert und somit den Fahrer beim Lenken unterstützt. Die Lenkung des Fahrzeugs ist hier schematisch durch einen Block 6 dargestellt.
Bei dem Fahrzeugsystem 7, 8, 9 kann es sich beispielsweise um eine Hilfskraftlenkung (Servolenkung) handeln. Der Aktuator 9 ist in diesem Fall ein Servomotor, der im Falle einer Querfahrt auf einer geneigten Fläche ein zusätzliches
Servomoment erzeugt. Ein alternatives Fahrzeugsystem 7-9 ist beispielsweise eine aktive Lenkung. In diesem Fall wäre der Aktuator 9 ein Lenksteller der aktiven Lenkung, der vom zugehörigen Steuergerät 8 entsprechend angesteuert wird. Zur Unterstützung des Fahrers kann sowohl eine aktive Vorderachslenkung als auch eine aktive Hinterachslenkung oder beide Systeme gleichzeitig eingesetzt werden.
Wahlweise könnte auch das Bremssystem des Fahrzeugs herangezogen werden, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen. In diesem Fall würde das Steuergerät 8 ein bestimmtes Giermoment ermitteln, das z.B. von einer Bremsschlupfregelung an einzelnen Rädern 2 des Fahrzeugs 1 umgesetzt werden könnte. Durch den automatischen Bremseingriff würde das Fahrzeug jedoch verzögert werden.
Die erfindungsgemäße Unterstützung des Fahrzeugs beim Fahren quer zu einer Neigung wird vorzugsweise nur dann aktiviert, wenn das Fahrzeug sich in Geradeausfahrt befindet. Der Zustand „Geradeausfahrt" kann z. B. über den Lenk- bzw. Lenkradwinkel, die Querbeschleunigung oder GPS-Daten ermittelt werden. Dadurch soll insbesondere verhindert werden, dass dynamische Fahrmanöver, bei denen relativ hohe Querkräfte wirken, mit einer Fahrt quer zu einer Neigung verwechselt werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Verbessern des Lenkkomforts bei Querfahrten auf geneigten Flächen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Überwachen des Fahrzustands mittels einer Sensorik (7) in Bezug auf das Fahren quer auf einer geneigten Fläche, und
Betätigen eines Aktuators (9) eines Fahrzeugsystems (7), wenn der Fahrzustand „Querfahrt auf einer geneigten Fläche" erkannt wurde, so dass sich das vom Fahrer auszuübende Lenkradmoment (MH) verringert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrzeug mit Hilfskraftlenkung ein Lenksteller (9) der Hilfskraftlenkung angesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrzeug mit elektrischer Lenkung der Aktuator (9) der elektrischen Lenkung angesteuert wird, so dass sich der Lenkwinkel automatisch verändert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (9) einer aktiven Vorderrad- und/oder Hinterrad-Lenkung angesteuert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrzeug mit einem automatischen Bremssystem wenigstens eine Radbremse (9) angesteuert wird, um dadurch ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeugs zu erzeugen, das zu einer Abnahme des Lenkradmoments (MH) führt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) oder eine dazu proportionale Größe ermittelt wird, und das Ausmaß der Betätigung des Aktuators (9) abhängig vom Neigungswinkel (α) ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Betätigung des Aktuators (9) nur dann ausgeführt wird, wenn das Fahrzeug quer zur Neigung oder in einer hangaufwärts gerichteten Bewegungsbahn fährt.
8. Vorrichtung zum Verbessern des Lenkkomforts bei Querfahrten auf Neigungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensorik (7) zum Überwachen des Fahrzustands in Bezug auf das Fahren quer auf einer geneigten Fläche, ein Steuergerät (8) und wenigstens ein Aktuator (9) vorgesehen sind, der so angesteuert wird, dass sich das vom Fahrer auszuübende Lenkradmoment (MH) verringert, wenn ein Fahrzustand „Querfahrt auf einer geneigten Fläche" erkannt wurde.
9. Steuergerät (8), umfassend Mittel, die zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestaltet sind.
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