WO2011147515A1 - Verfahren zum elektromechanischen einstellen eines lenkwinkels und kraftfahrzeug mit einer elektromechanischen lenkung - Google Patents

Verfahren zum elektromechanischen einstellen eines lenkwinkels und kraftfahrzeug mit einer elektromechanischen lenkung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for the electromechanical adjustment of a steering angle specified in the preamble of claim 1. Art. The invention also relates to a motor vehicle with an electromechanical steering specified in the preamble of claim 4 Art.
  • a steering wheel of a motor vehicle When a steering wheel of a motor vehicle is actuated, the driver of the motor vehicle generally has to apply a certain force in order to be able to set the desired steering angle. In today's motor vehicles, therefore, called as power steering electromechanical Lenkung is used. This supports the driver by an assisting force is provided by a servomotor when operating the steering wheel, which is supplemented by the force applied by the driver to perform the steering movement force. This allows the vehicle to be steered more comfortably and safely.
  • a method for the electromechanical adjustment of a steering angle on at least one wheel axle of a motor vehicle referred to in the preamble of patent claim 1 is disclosed for example by DE 10 2008 032 081 A1.
  • a magnitude of the assisting force is from an operating state of at least one engine for driving a wheel of the motor vehicle and / or a size reflecting this operating condition.
  • the size of the supporting force is thereby better adapted to a current driving situation, so that the motor vehicle is more comfortable to steer and driving safety is increased.
  • an embodiment is possible in which it is easier for the driver, an undesirable yawing motion of the motor vehicle, which is based on a disproportionately strong driving different wheels - for example, due to the failure of a drive motor - counteract.
  • the driver must continue to adjust the required steering angle to compensate for the yaw movement by pressing the steering wheel, but he can do this now in a comfortable manner without much effort. As a result, the ride comfort and driving safety of the motor vehicle are particularly large.
  • the operating state of the engine is monitored or detected in modern motor vehicles usually by suitable control units. Such a detected current operating state can now be transmitted, for example, by sending corresponding data from the engine to a control unit for controlling the electric motor.
  • the operating state of the engine reproducing size may be a torque acting on a wheel axle. This can be measured for example by suitable sensors. By means of the torque of the current operating state of the engine is easily detected. Alternatively or additionally, the torque can also be derived from the operating state of the electric engine, since it is generally known which operating state of the electric engine causes which torque on the wheel axle.
  • the magnitude of the assisting force can now be determined as a function of a difference between two torques which act on respective wheel axles of two wheels which are opposite each other with respect to a longitudinal axis of the motor vehicle. If the operating state of two different engines which drive different wheels is different, this is reflected in the difference in the torques. Thus, it can be easily determined which supporting force is necessary in order to counteract an undesired yawing motion of the motor vehicle based on unequal operating states of the engine.
  • a motor vehicle comprises an electromechanical steering system with at least one servomotor for setting a steering angle on a wheel axle.
  • the servomotor When actuating a steering device of the motor vehicle by a driver, the servomotor provides an assisting force for adjusting the steering angle.
  • the motor vehicle according to the invention further comprises two power machines, which operate on two different, with respect to a vehicle longitudinal axis opposed wheels.
  • a control unit For controlling the electric motor, a control unit is provided, which is designed to calculate a magnitude of the assisting force as a function of the operating state of at least one engine for driving a wheel of the motor vehicle and / or a variable representing this operating state. The control unit then controls the servomotor to provide this assisting force.
  • a yawing motion of the motor vehicle based on different operating states of different engines can be compensated for in a comfortable manner by a simple steering movement of the driver.
  • the yawing motion of the motor vehicle is already considered. Driving safety is thereby increased.
  • the control unit may be configured to calculate the magnitude of the assisting force such that one of the operating conditions of the at least a, engine dependent yaw moment by the support force can be compensated.
  • the driver can then counteract by simple, comfortable adjustment of the steering angle of the yawing motion of the motor vehicle. It is not necessary that he spends a lot of energy for this because the supportive force is already counteracting the yaw moment.
  • control unit can be designed to calculate the magnitude of the assisting force as a function of at least one torque acting on a wheel axle and a track width between the two wheels.
  • a motor vehicle 10 includes two electric motors 12, 14. These work on a left rear wheel 16 and on a right rear wheel 18. It is also possible that instead of the rear wheels 16, 18, two front wheels 20, 22 or all four wheels 16, 18, 20, 22 are driven individually by a respective electric motor.
  • the motor vehicle 10 further comprises a power steering system 24. If the driver sets a steering angle by actuating a steering wheel 26, a magnitude of an assisting force is calculated by a control unit 28. A servo motor 30 is then controlled so that it provides the calculated assist force for adjusting the steering angle. The driver can thereby adjust the steering angle with less effort.
  • the failure of the electric motor 12 can be detected, for example, by a special, trained in a conventional manner monitoring device of the motor vehicle 10.
  • the information about the current one Operating state of the electric motor 12 is then transmitted from the monitoring device to the control unit 28.
  • the magnitude of an assisting force is calculated by which the yawing motion of the motor vehicle 10 resulting from the failure of the electric motor 12 can be compensated for while driving.
  • the control unit 28 can then - for example, with the aid of suitable driving dynamics models - in a conventional manner quickly and easily the size of the supporting force for adjusting the steering angle can be calculated, which compensates for the yaw moment.
  • the control unit 28 controls the servomotor 30 to provide the calculated assist force upon actuation of the steering wheel 26 by the driver to compensate for the yaw motion of the motor vehicle 10.
  • the driver can then maintain the desired direction of travel without much effort.
  • torque sensors 32, 34 it can also be determined by torque sensors 32, 34 how large are respective torques which act on respective wheel axles 36, 38 of the wheels 16, 18 by the electric motors 12, 14 in a current driving situation.
  • the variables determined in each case can then also be used by the control unit 28 of the electromechanical steering 24 to calculate the magnitude of an assisting force which is necessary in order to counteract a yawing motion of the motor vehicle 10 based on different torques of different drive axes.

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Abstract

Um einer Gierbewegung eines Kraftfahrzeugs (10) besser entgegenwirken zu können und den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit zu vergrößern, wird beim elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels an zumindest einer Radachse des Kraftfahrzeugs (10) bei einer Betätigung einer Lenkeinrichtung (26) durch einen Fahrer eine Unterstützungskraft bereitgestellt, deren Größe von einem Betriebszustand wenigstens einer Kraftmaschine (12, 14) zum Antreiben eines Rades (16, 18) des Kraftfahrzeugs (10) und/oder einer diesen Betriebszustand wiedergebenden Größe abhängig festgelegt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug (10) mit einer elektromechanisehen Lenkung (24), welche einen Stellmotor (30) sowie eine Steuereinheit (28) zum Steuern des Stellmotors (30) umfasst. Die Steuereinheit (28) ist dazu ausgelegt, die Größe der Unterstützungskraft in Abhängigkeit von dem Betriebszustand wenigstens einer Kraftmaschine (12, 14) zum Antreiben eines Rades (16, 18) des Kraftfahrzeugs (10) und/oder einer diesen Betriebs- zustand wiedergebenden Größe zu berechnen.

Description

Verfahren zum elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels und Kraftfahrzeug mit einer elektromechanischen Lenkung
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer elektromechanischen Lenkung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 4 angegebenen Art.
Beim Betätigen eines Lenkrads eines Kraftfahrzeugs muss der Fahrer des Kraftfahrzeugs in der Regel eine bestimmte Kraft anwenden, um den von ihm gewünschten Lenkwinkel einstellen zu können. Bei heutigen Kraftfahrzeugen wird deshalb eine als Servolenkung bezeichnete elektromechanische Len- kung verwendet. Diese unterstützt den Fahrer, indem durch einen Stellmotor beim Betätigen des Lenkrads eine Unterstützungskraft bereitgestellt wird, durch welche die vom Fahrer zum Durchführen der Lenkbewegung aufgebrachte Kraft ergänzt wird. So lässt sich das Fahrzeug komfortabler und sicherer lenken.
Ein Verfahren zum elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels an zumindest einer Radachse eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art ist beispielsweise durch die DE 10 2008 032 081 A1 offenbart.
Für moderne Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb der Räder ist außerdem bekannt, dass unterschiedliche Räder durch unterschiedliche elektrische Kraftmaschinen des Kraftfahrzeugs angetrieben werden können. Fällt bei derartigen Kraftfahrzeugen nun beispielsweise einer dieser Antriebsmoto- ren aus, so führt das Kraftfahrzeug eine Gierbewegung aus. Dies vermindert die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort, da der Fahrer aktiv gegenlenken muss, um die ursprüngliche Fahrtrichtung beibehalten zu können. Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum elekt- romechanischen Einstellen eines Lenkwinkels der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welches die Fahrsicherheit und der Fahrkomfort vergrößert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beziehungsweise durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Um Beeinträchtigungen im Fahrkomfort und bei der Fahrsicherheit - beispielsweise beim Ausfall eines Antriebsmotors - zu verhindern bzw. zu reduzieren, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels eine Größe der Unterstützungskraft von einem Betriebszustand wenigstens einer Kraftmaschine zum Antreiben eines Rades des Kraftfahrzeugs und/oder einer diesen Betriebszustand wiedergebenden Größe abhängig festgelegt. Die Größe der Unterstützungskraft wird hierdurch besser an eine aktuelle Fahrsituation angepasst, sodass das Kraftfahrzeug komfortabler lenkbar und die Fahrsicherheit vergrößert ist. Außerdem wird eine Ausführungsform möglich, bei der es dem Fahrer erleichtert wird, einer unerwünschten Gierbewegung des Kraftfahrzeugs, welche auf einem ungleich starken Antreiben unterschiedlicher Räder - beispielsweise aufgrund des Ausfalls eines Antriebsmotors - beruht, entgegenzuwirken. Der Fahrer muss zwar weiterhin den zum Ausgleich der Gierbewegung erforderlichen Lenkwinkel durch Betätigen des Lenkrads einstellen, er kann dies nun aber in komfortabler Weise ohne großen Kraftaufwand tun. Hierdurch sind der Fahrkomfort und die Fahrsicherheit des Kraftfahrzeugs besonders groß.
Der Betriebszustand der Kraftmaschine wird bei modernen Kraftfahrzeugen in der Regel durch geeignete Steuereinheiten überwacht beziehungsweise festgestellt. Ein derart festgestellter aktueller Betriebszustand kann nun beispielsweise durch Aussenden entsprechender Daten von der Kraftmaschine zu einer Steuereinheit zum Steuern des Elektromotors übermittelt werden.
Die den Betriebszustand der Kraftmaschine wiedergebende Größe kann ein auf eine Radachse wirkendes Drehmoment sein. Dieses kann beispielsweise durch geeignete Sensoren gemessen werden. Mittels des Drehmoments ist der aktuelle Betriebszustand der Kraftmaschine auf einfache Weise feststellbar. Alternativ oder zusätzlich kann das Drehmoment auch aus dem Betriebszustand der elektrischen Kraftmaschine abgeleitet werden, da in der Regel bekannt ist, welcher Betriebszustand der elektrischen Kraftmaschine welches Drehmoment an der Radachse bewirkt.
Die Größe der Unterstützungskraft kann nun in Abhängigkeit von einer Unterschiedlichkeit zweier Drehmomente, welche an jeweiligen Radachsen zweier bezüglich einer Längsachse des Kraftfahrzeugs einander gegenüberliegender Räder wirken, festgelegt werden. Ist der Betriebszustand zweier verschiedener Kraftmaschinen, welche unterschiedliche Räder antreiben, verschieden, so spiegelt sich das in der Unterschiedlichkeit der Drehmomente wieder. Es kann also einfach festgestellt werden, welche Unterstützungskraft notwendig ist, um einer auf ungleichen Betriebszuständen der Kraftmaschinen beruhenden unerwünschten Gierbewegung des Kraftfahrzeugs ent- gegenzuwirken.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine elektromechanische Lenkung mit zumindest einem Stellmotor zum Einstellen eines Lenkwinkels an einer Radachse. Der Stellmotor stellt bei einer Betätigung einer Lenkein- richtung des Kraftfahrzeugs durch einen Fahrer eine Unterstützungskraft zum Einstellen des Lenkwinkels bereit. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst des Weiteren zwei Kraftmaschinen, welche auf zwei unterschiedliche, bezüglich einer Fahrzeuglängsachse einander gegenüberliegende Räder arbeiten. Zum Steuern des Elektromotors ist eine Steuereinheit vorgese- hen, welche dazu ausgelegt, eine Größe der Unterstützungskraft in Abhängigkeit von dem Betriebszustand wenigstens einer Kraftmaschine zum Antreiben eines Rades des Kraftfahrzeugs und/oder einer diesen Betriebszustand wiedergebenden Größe zu berechnen. Die Steuereinheit steuert den Stellmotor dann so an, dass er diese Unterstützungskraft bereitstellt.
Hierdurch kann eine auf unterschiedlichen Betriebszuständen verschiedener Kraftmaschinen beruhende Gierbewegung des Kraftfahrzeugs auf komfortable Weise durch eine einfache Lenkbewegung des Fahrers ausgeglichen werden. Beim Einstellen der Unterstützungskraft der Servolenkung ist die Gier- bewegung des Kraftfahrzeugs schon berücksichtigt. Die Fahrsicherheit ist dadurch vergrößert.
Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, die Größe der Unterstützungskraft derart zu berechnen, dass ein von dem Betriebszustand der wenigstens einen, Kraftmaschine abhängiges Giermoment durch die Unterstützungskraft kompensierbar ist. Der Fahrer kann dann durch einfaches, komfortables Einstellen des Lenkwinkels der Gierbewegung des Kraftfahrzeugs entgegenwirken. Es ist nicht notwenig, dass er hierfür sehr viel Kraft aufwendet, da die Unterstützungskraft bereits dem Giermoment entgegenwirkt.
In weiterer Ausgestaltung kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, die Größe der Unterstützungskraft in Abhängigkeit von zumindest einem auf eine Radachse wirkenden Drehmoment und einer Spurweite zwischen den beiden Rädern zu berechnen. Mittels dieser beiden Größen kann die Unterstützungskraft, welche erforderlich ist, um der Gierbewegung des Kraftfahrzeugs entgegenzuwirken, sehr exakt berechnet werden.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei die Figur in einer schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer elektromechanischen Lenkung veranschaulicht. Ein Kraftfahrzeug 10 umfasst zwei Elektromotoren 12, 14. Diese arbeiten auf ein linkes Hinterrad 16 beziehungsweise auf ein rechtes Hinterrad 18. Es ist auch möglich, dass anstelle der Hinterräder 16, 18 zwei Vorderräder 20, 22 oder auch alle vier Räder 16, 18, 20, 22 durch einen jeweiligen Elektromotor einzeln angetrieben werden.
Das Kraftfahrzeug 10 umfasst des Weiteren eine Servolenkung 24. Stellt der Fahrer durch Betätigen eines Lenkrads 26 einen Lenkwinkel ein, so wird durch eine Steuereinheit 28 eine Größe einer Unterstützungskraft berechnet. Ein Stellmotor 30 wird dann so angesteuert, dass dieser zum Einstellen des Lenkwinkels die berechnete Unterstützungskraft bereitstellt. Der Fahrer kann dadurch mit geringerem Kraftaufwand den Lenkwinkel einstellen.
Fällt nun der Elektromotor 12 aus, so entsteht bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs 10 ein Giermoment. Dessen Größe hängt von der von dem weiterhin angetriebenen Rad 18 erzeugten Antriebskraft Fa ab.
Der Ausfall des Elektromotors 12 kann beispielsweise durch eine spezielle, in an sich bekannter Weise ausgebildete Überwachungseinrichtung des Kraftfahrzeugs 10 festgestellt werden. Die Information über den aktuellen Betriebszustand des Elektromotors 12 wird dann von der Überwachungseinrichtung an die Steuereinheit 28 übermittelt. Durch diese wird daraufhin die Größe einer Unterstützungskraft berechnet, durch welche die durch den Ausfall des Elektromotors 12 entstehende Gierbewegung des Kraftfahrzeugs 10 bei der Fahrt kompensierbar ist.
Hierzu wird zunächst die Größe des Giermoments MGier berechnet, welche beim Ausfall des Elektromotors 12 erzeugt wird. Diese beträgt: Fa · 0,5 · b = Meier, wobei b die Spurweite zwischen den Rädern 16, 18 und Fa die durch das Rad 18 ausgeübte Antriebskraft ist. Durch die Steuereinheit 28 kann dann - beispielsweise unter Zuhilfenahme geeigneter Fahrdynamikmodelle - in an sich bekannter Weise einfach und schnell die Größe der Unterstützungskraft für das Einstellen des Lenkwinkels berechnet werden, welche das Giermoment kompensiert. Die Steuereinheit 28 steuert dann den Stellmotor 30 so an, dass er bei Betätigen des Lenkrads 26 durch den Fahrer zum Ausgleichen der Gierbewegung des Kraftfahrzeugs 10 die berechnete Unterstützungskraft bereitstellt.
Der Fahrer kann dann ohne große Kraftaufwendung die gewünschte Fahrrichtung beibehalten.
Zusätzlich oder alternativ kann auch durch Drehmomentsensoren 32, 34 festgestellt werden, wie groß jeweilige Drehmomente sind, welche durch die Elektromotoren 12, 14 in einer aktuellen Fahrsituation auf jeweilige Radachsen 36, 38 der Räder 16, 18 wirken. Die jeweils festgestellten Größen kön- nen dann ebenfalls von der Steuereinheit 28 der elektromechanischen Lenkung 24 dazu genutzt werden, die Größe einer Unterstützungskraft zu berechnen, welche notwendig ist, um einer auf unterschiedlichen Drehmomenten verschiedener Antriebsachsen beruhenden Gierbewegung des Kraftfahrzeugs 10 entgegenzuwirken.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Verfahren zum elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels an zumindest einer Radachse eines Kraftfahrzeugs (10), bei welchem bei einer Betätigung einer Lenkeinrichtung (26) durch einen Fahrer eine Unterstützungskraft zum Einstellen des Lenkwinkels bereitgestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Größe der Unterstützungskraft von einem Betriebszustand wenigstens einer Kraftmaschine (12, 14) zum Antreiben eines Rades (16, 18) des Kraftfahrzeugs und/oder einer diesen Betriebszustand wiedergebenden Größe abhängig festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die den Betriebszustand der Kraftmaschine (12, 14) wiedergebende Größe ein auf eine Radachse (36, 38) wirkendes Drehmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Größe der Unterstützungskraft in Abhängigkeit von einer Unterschiedlichkeit zweier Drehmomente festgelegt wird, welche an jeweiligen Radachsen (36, 38) zweier bezüglich einer Längsachse des Kraftfahrzeugs ( 0) einander gegenüberliegenden Räder (16, 18) wirken.
Kraftfahrzeug (10) mit einer elektromechanischen Lenkung (24) mit zumindest einem Stellmotor (30) zum Einstellen eines Lenkwinkels an einer Radachse, mittels welchem bei einer Betätigung einer Lenkeinrichtung (26) des Kraftfahrzeugs (10) durch einen Fahrer eine Unterstützungskraft zum Einstellen des Lenkwinkels bereitstellbar ist, sowie mit zumindest zwei Kraftmaschinen (12, 14), die auf zwei unterschiedliche, bezüglich einer Fahrzeuglängsachse einander gegenüberliegende Räder (16, 18) arbeiten, und mit einer Steuereinheit (28) zum Steuern des Stellmotors (30),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (28) dazu ausgelegt ist, eine Größe der Unterstützungskraft in Abhängigkeit von dem Betriebszustand wenigstens einer Kraftmaschine (12, 14) zum Antreiben eines Rades (16, 18) des Kraftfahrzeugs (10) und/oder einer diesen Betriebszustand wiedergebenden Größe zu berechnen und den Stellmotor (30) so anzusteuern, dass er diese Unterstützungskraft bereitstellt.
5. Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (28) dazu ausgelegt ist, die Größe der Unterstützungskraft derart zu berechnen, dass ein von dem Betriebszustand der wenigstens einen Kraftmaschine (12, 14) abhängiges Giermoment durch die Unterstützungskraft kompensierbar ist.
6. Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (28) dazu ausgelegt ist, die Größe der Unterstützungskraft in Abhängigkeit von zumindest einem auf eine Radachse (36, 38) wirkenden Drehmoment und einer Spurweite zwischen den beiden Rädern (16, 18) zu berechnen.
PCT/EP2011/002063 2010-05-22 2011-04-21 Verfahren zum elektromechanischen einstellen eines lenkwinkels und kraftfahrzeug mit einer elektromechanischen lenkung WO2011147515A1 (de)

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