WO2013026624A1 - Verfahren zur bestimmung einer zahnstangenkraft für eine lenkvorrichtung in einem fahrzeug, lenkvorrichtung und steuer-und/oder regeleinrichtung für eine lenkvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur bestimmung einer zahnstangenkraft für eine lenkvorrichtung in einem fahrzeug, lenkvorrichtung und steuer-und/oder regeleinrichtung für eine lenkvorrichtung Download PDF

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WO2013026624A1
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force
rack
rack force
steering
steering device
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PCT/EP2012/063861
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Inventor
Jörg Strecker
Thomas Werner
Original Assignee
Zf Lenksysteme Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • B62D6/04—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to forces disturbing the intended course of the vehicle, e.g. forces acting transversely to the direction of vehicle travel
    • 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
    • B62D6/008—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 method for determining a rack force for a steering device of a vehicle in which a first rack force in
  • the invention also relates to a control and / or regulating device for a
  • Steering device for a vehicle which is set up to carry out such a method.
  • EPS Power steering
  • SBW Steer-by-Wire
  • a method for determining a force acting on a steering gear is known. According to this method, a force acting on the steering gear is determined based on the engine torque. This procedure provides the driver of the vehicle with good feedback about the real power conditions in the steering gear. However, at least in some cases the strong feedback is perceived as disturbing.
  • the object of the invention is to provide a method for determining a rack-and-pinion force which, for reasons of ride comfort, has one less gives strong feedback on the power ratios in the steering device, especially if this is currently not required.
  • a method for determining a rack force for a steering device of a vehicle is provided, wherein a first
  • Rack-and-pinion force is determined as a function of at least one force occurring in the steering device or at least one torque occurring in the steering device, wherein a second rack force is determined in dependence on at least one vehicle size, which characterizes the state of motion of the vehicle, and based on the first rack force and the second Rack force a resultant rack force is formed.
  • the driver Since the first rack-and-pinion force is determined as a function of a force and / or a torque in the steering device, the driver always receives relatively strong feedback about the force relationships in the steering device if a steering torque is calculated exclusively as a function of the first force.
  • the second rack-and-pinion force depends at most indirectly on the real one
  • the vehicle size may be a speed of the vehicle, a lateral acceleration of the vehicle, and / or a steering angle of the vehicle.
  • the second rack force is determined as a function of the vehicle speed and the steering angle. In another embodiment, the second
  • Rack force determined as a function of the lateral acceleration without necessarily the vehicle speed or the steering angle must be considered here.
  • the second rack-and-pinion force is also taken into account causes the intensity of the feedback of the force ratios in the steering device to be reduced, at the same time
  • Steering device that is, while driving, can vary
  • the resulting rack force is formed in response to a control variable, wherein an influence of the first rack force and the second rack force on the resultant rack force of the
  • Tax rate depends.
  • the control variable may be of a tax and / or
  • Control device of the steering device or be generated by another control and / or regulating device of the vehicle. It may depend on a driving mode specified by the driver, for example "sport” or “standard”, and / or be determined automatically as a function of a driving situation.
  • control variable is a binary quantity and depending on the control variable, either the first rack-pin force or the second rack-pin force is used as the resultant rack-and-pinion force.
  • the binary size thus allows a switching between a resulting rack-pin force or the second rack-pin force.
  • Rack power is generated, and a resultant rack force, which is generated solely in response to the second rack force.
  • a resultant rack force which is generated solely in response to the second rack force.
  • the switching between the first rack force and the second rack force is thus not abrupt but within a certain transitional period. As a result, a jump of the resulting rack force when switching is avoided.
  • control quantity is, for example
  • Rack force dictates the resulting rack force. Accordingly, it may be provided that the resulting rack force is formed by weighting the first rack force and the second rack force in response to at least one weighting factor, preferably as a convex combination of the first rack force with the second rack force, the weighting factor being calculated as a function of the control variable ,
  • the weighting factor may correspond to the coefficient of this convex combination.
  • the resulting rack force is delayed and the control variable is formed in dependence on the delayed resultant rack force.
  • the method may be performed using discrete time signal processing or signal processing techniques.
  • the resulting rack force is preferably one clock cycle of the
  • control variable is dependent on a
  • Vehicle speed is determined.
  • the method can be realized in a particularly simple manner if the control variable is determined by means of a characteristic map.
  • the map thus receives as input size not only the possibly delayed resulting
  • the course of the characteristic is varied as a function of the vehicle speed and / or the characteristic selected as a function of the vehicle speed.
  • control variable after it has been determined by means of the characteristic map, is filtered by means of a low-pass filter.
  • a steering device for a vehicle wherein the steering device is adapted to carry out a method according to the invention.
  • Control device for a steering device for a vehicle provided wherein the control and / or regulating device set up for carrying out a method according to the invention, preferably programmed.
  • One embodiment is a computer program that is programmed such that the controller executes the method according to the invention when running on the control and / or regulating device.
  • the control and / or regulating device may have storage means, in particular semiconductor memories, in which such a computer program is stored. There may also be further storage means separate from the control and / or regulating device, such as a data carrier, on which the
  • FIG. 1 shows a steering device with a control and / or regulating device for
  • FIG. 2 is a block diagram of a method for determining a
  • FIG. 3 shows a detail from FIG. 2 according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a detail from FIG. 2 according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a control and / or regulating device designated as a control device 1, which is assigned to a steering device 2.
  • a computer eg microcomputer or microcontroller
  • the control device 1 is connected to a memory element 5 via a data line 4, for example a bus system.
  • the control unit 1 is connected to a motor 7, whereby a control and / or regulation of a motor 7 by the control unit 1 is made possible.
  • the motor 7 is formed for example as an electric motor and acts via a gear 8 on a torsion bar 9.
  • a steering means 1 for example, a steering wheel arranged by means of which a torque on the torsion bar 9 by operating the steering means 1 0 by a Driver is applicable.
  • the steering device 2 further comprises a steering gear 1 1, which is formed for example as a rack and pinion steering gear.
  • the steering gear 1 1 can also be designed as recirculating ball or as a ball nut transmission.
  • a rack-and-pinion steering is predominantly assumed, wherein the steering gear comprises a pinion 1 2a and a rack 1 2b.
  • the steering device 2 shown in Figure 1 could be realized instead of a rack and pinion steering, for example, as a ball nut steering or a single-wheel steering.
  • the steering gear 1 1 is connected via the pinion 1 2a and the rack 1 2b on each side of the vehicle with a steering linkage 1 3, which cooperates with a wheel 14.
  • the steering device 2 further comprises a torque sensor 1 5 for detecting a steering torque acting on the steering via a steering shaft.
  • a torsion bar torque tor_TB is detected for this purpose by means of the torque sensor 15, which corresponds to the abovementioned steering torque equivalent.
  • the steering device 2 also has an angle sensor 1 6 for detecting a rotor angle ang_RA of the motor 7.
  • the rotor angle ang_RA can for example characterize a rotation of the entire torsion bar 9 about its longitudinal axis.
  • the rotor angle ang_RA thus corresponds to a rotational angle of the torsion bar 9 and thus a steering angle of the wheels 14, since the motor 7 is connected via the gear 8 with the torsion bar 9 and this via the steering gear 1 1 and the steering linkage 13 with the wheels 14.
  • the detected by the sensors 1 5 and 16 values are supplied to the control unit 1.
  • the steering device shown in Figure 1 represents one of a variety of possible embodiments for carrying out the method of the invention suitable steering devices.
  • the steering gear is formed as a ball nut transmission.
  • the motor 7 may also be arranged such that it together with the torsion bar 9 on the in the steering gear 1 1
  • pinion 1 2a acts or directly - by means of another pinion - acts on the rack 12b.
  • the steering angle can be determined.
  • Steering device 2 could also be detected by means of a sensor which is arranged on the rack 12b. In principle, a multiplicity of known quantities could be determined or used here. However, the use of the rotor angle ang_RA has the advantage that it is very precisely determinable and is often already available in modern steering devices. Further, a vehicle in which the steering device 2 is installed has a speed sensor 1 7, with which a speed v of the vehicle can be detected. The control unit 1 has access to the means of
  • FIG. 2 shows a block diagram of a method 21 for determining a
  • the method 21 includes a function block 23 for determining a first rack force RFD in FIG.
  • Embodiment calculated function block 23 the first rack force RFD in response to a detected or detected engine torque tor_RA.
  • the engine torque tor_RA may, for example, be the torque on a shaft of the motor 7.
  • another torque occurring within the steering device or a force for example, the torsion bar torque tor_TB that occurs within the
  • Steering device 2 occurs, may be provided as an input to the function block 23, which uses the function block 23 for calculating the first rack force RFD.
  • the function block 23 calculates the first rack force RFD also as a function of the steering angle ang_RA. Since the first rack-and-pinion force RFD depends, in particular, on the motor torque tor_RA occurring in the steering device 2, the first rack-and-pinion force RFD reflects real force relationships occurring on a steered axle of the vehicle and can thus generate dynamic feedback to the driver about current characteristics of the roadway, on which the vehicle drives, are used. In particular, depending on the first rack-and-pinion force RFD, a setpoint steering torque can be calculated which, in particular over its course in time, the dynamic
  • the first rack-and-pinion force is also referred to as "rack force dynamic”.
  • Another functional block 25 of the method determines a second one
  • Rack force RFC as a function of at least one vehicle size, which characterizes the state of motion of the vehicle.
  • Embodiment are as such vehicle sizes, for example, the
  • Function block 25 thus calculates the second rack force RFC exclusively as a function of such vehicle sizes that are not directly the
  • Function block 25 calculated second rack force RFC largely
  • the second rack force RFC does not reflect instantaneous characteristics, such as bumps, of the road surface.
  • the second rack-and-pinion force RFC thus makes it possible to generate a steering feel which is at least largely decoupled from road influences, which makes comfortable use of the steering device 2 possible, but the driver does not have to give any feedback about roadway properties.
  • the second rack force RFC can thus be calculated a desired steering torque that allows a comfortable, at least largely decoupled from the road influences steering feel. Therefore, the second rack power is also referred to as "rack force comfort".
  • the functional block 25 for calculating the second rack-and-pinion force RFC as a function of the vehicle sizes without directly taking into account the forces or moments which occur in the steering device 2 or act directly on the steering device 2 can be carried out in any desired manner.
  • several models 27a to 27d may be provided which calculate a value of the second rack force RFC for different driving situations.
  • a first model 27a may calculate the second rack force RFC for normal driving
  • a second model 27b may calculate the second rack force RFC when parking
  • a third model 27c may take into account hysteresis characteristics with respect to an axis of the vehicle
  • an influence on the model 27d second rack force RFC describe, which arises by lifting the vehicle as a function of the steering angle.
  • a function block 28 determines the second rack force RFC as a function of quantities calculated by the individual models 27a to 27d. Such a method for calculating the second rack force RFC is given in the patent application DE 1 0 201 0 030 986, to the full contents of which reference is made.
  • a functional block 29 of the method 21 calculates a resultant rack force RF in response to the first rack force RFD and the second rack force RFC. In this way, the resulting
  • Rack force RF formed as a combination of the two rack forces RFD and RFC.
  • the function block 29 may be dependent on desired
  • block 29 may be configured to have an influence of the first rack force RFD on the resultant rack force RF in the
  • the block 29 may be arranged so that an influence of the first rack force RFD on the resultant rack force RF is relatively small compared to the influence of the second rack force RFC on the resultant rack force RF.
  • Ride for example, depending on a selected by the driver driving mode or in dependence on an automatically determined driving situation, are set.
  • a control variable s may be provided which the function block 29 calculates the resulting rack
  • FIG. 3 shows a possible implementation of the function block 29.
  • the control variable s is a binary variable Sbin.
  • the block 29 selects
  • Rack and pinion forces RFD, RFC a leap over time resulting rack force RF to avoid means 31 are provided which are adapted to the influence of a rack force RFD, RFC
  • the means 31 comprise a first limiting element 33 for limiting an edge steepness of the binary signal.
  • An input of the first limiting element 33 is connected to an output of an inverter 37, wherein the inverter 37 is arranged to invert the binary signal s b i n .
  • the means 31 also comprise a second limiting element 35 for limiting the steepness of the edge.
  • An input of the second limiting element 35 is of binary size Sb, n
  • limiting elements 33, 35 for limiting the edge steepness so-called “rate limiter” or else low-pass filter or the like may be provided.
  • the first rack force RFD is applied to a first multiplier 39. Furthermore, an output of the first limiting element 33 is connected to the first multiplier 39 so that the first multiplier 39 can multiply the inverted binary signal / Sbin integrated by the first limiting element 33 with the first rack force RFD. In a corresponding manner, a second multiplier 41 is provided, on which the second rack force RFC and the integrated by means of the second limiting element 35 binary signal Sbin. The outputs of the two multipliers 39, 41 are connected to an adder 43
  • FIG. 4 shows a possible realization of the function block 29, in which the control variable s is a mixing ratio s per between the two
  • the mixing ratio s per in the embodiment shown is a percentage, with a value of 100% of a selection excluding the first rack force RFD as the resulting
  • Rack force and a value of 0% corresponds to the selection of only the second rack force RFC as the resultant rack force RF.
  • Intermediate values of the percent s per give one
  • control variable s by means of an optional
  • Limiter 45 limited to a range between 0 and 100 inclusive.
  • a scaling element 47 divides the optionally by means of
  • Beskyrs 45 limited size s per by 100 and outputs as a weighting factor u a scaled signal.
  • the first multiplier 39 receives as input variables the first rack force RFC as well as the signal u scaled by the scaling element 47.
  • the scaled signal u is also given to a computing element 49, which subtracts the signal output by the scaling element 47 from the value 1.
  • Inputs of the second multiplier 41 are an output of the Computing element 49 and the second rack force RFD.
  • the resulting rack force RF is formed by adding the output values of the two multipliers 39, 41 together, as in the embodiment shown in FIG. With the aid of the embodiment shown in FIG.
  • Control unit 1 or externally, that is specified by another control device of the vehicle.
  • the variable s per can be specified, for example, as a function of a driving mode, a driving state or other variables.
  • variable s is not preset externally but determined by the method 21 itself.
  • variable s per is formed as a function of the resultant rack force RF fed back via a delay element 51.
  • the method is performed by a time discrete signal processing system and a delay of the delay element 51 corresponds to a clock time of the signal processing system.
  • the delayed by means of the delay member 51 resulting rack force RF f is supplied to a first amount former 53, whose output with a
  • the map 55 is configured to determine a map quantity Si in accordance with the amount of the delayed resulting rack force RF f . It can be provided that the map 45, the map size Si in addition to the amount of
  • Vehicle speed v determined a second absolute value generator 57 may be provided, the vehicle speed v being applied to an input of the second absolute value generator 57 and an output of the second absolute value generator 57 being applied to a further input of the characteristic field 55.
  • the map 55 can For example, it may be arranged to select a characteristic curve 59 depending on the magnitude of the velocity v (that is, depending on a value output from the second absolute value calculator 57). It can also
  • Magnifier 57 is absent in this embodiment, and the magnitude of the velocity
  • a low-pass filter 61 is arranged, which filters the map signal si and passes a filtered map signal s 2 to the limiter 45.
  • the characteristic curve 59 or the characteristic curves 59 of the characteristic diagram 55 can, for example, be selected such that a relatively small value of the variable s per is determined for a magnitude relatively small value of the resulting rack force RF, so that in this case the influence of the second rack force RFC the resulting rack force RF is relatively large compared to the first rack force RFD. This has the consequence that the Lenkgetrani when driving straight, in which the resulting rack force RF is relatively small, at least
  • Steering device 2 thus provides a comfortable, trouble-free center feeling.
  • Steering device 2 result in magnitude large values of the resulting rack force RF. It can be provided that the characteristic 59
  • Rack and pinion force RFC is large, so that creates a dynamic steering feel that can give the driver information about road contact and
  • the cross-fading between the forces RFD, RFC that is to say the raising or lowering of the value of the variable s per can be preset differently depending on the vehicle speed v.
  • the feedback via the signal RF f allows a smooth transition between the forces RFD and RFC, even if the two forces RFD, RFC clearly differ from each other. As a result, jumps in the resulting rack force RF are avoided, so that unwanted moment peaks or jumps in the determined based on the resultant rack force RF target steering torque or in the resulting steering feel can be avoided.
  • the invention makes it possible to provide a steering device 2 which on the one hand gives the driver good feedback about properties of the roadway and of the vehicle and, on the other hand, in other driving situations,

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (21) zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft (FR) für eine Lenkvorrichtung (2) eines Fahrzeugs bei dem eine erste Zahnstangenkraft (RFD) in Abhängigkeit von mindestens einer in der Lenkvorrichtung (2) auftretenden Kraft oder mindestens eines in der Lenkvorrichtung auftretenden Moments (tor_RA) ermittelt wird. Um aus Gründen des Fahrkomforts eine weniger starke Rückmeldung über die Kraftverhältnisse in der Lenkvorrichtung zu geben, insbesondere dann, wenn diese momentan nicht erforderlich ist, wird vorgeschlagen, dass eine zweite Zahnstangenkraft (RFC) in Abhängigkeit von mindestens einer Fahrzeuggröße (v, ang_RA), die den Bewegungszustand des Fahrzeugs charakterisiert, ermittelt wird und anhand der ersten Zahnstangenkraft (RFD) und der zweiten Zahnstangenkraft (RFC) eine resultierende Zahnstangenkraft (FR) gebildet wird.

Description

Verfahren zur Bestimmung einer Zahnstanqenkraft für eine Lenkvorrichtunq in einem Fahrzeug, Lenkvorrichtunq und Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Lenkvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft für eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs bei dem eine erste Zahnstangenkraft in
Abhängigkeit von mindestens einer in der Lenkvorrichtung auftretenden Kraft oder mindestens eines in der Lenkvorrichtung auftretenden Moments ermittelt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, die zum Ausführen eines solchen Verfahrens eingerichtet ist.
Bei modernen Lenkvorrichtungen, beispielsweise bei einer elektrischen
Servolenkung (EPS) oder einem Steer-by-Wire (SbW) Lenksystem, wird ein Soll- Lenkmoment ermittelt. Ein Lenkmoment an einem Lenkmittel der Lenkvorrichtung, beispielsweise an einem Lenkrad, wird auf das Soll-Lenkmoment eingeregelt, um die von dem Fahrer beim Lenken des Fahrzeugs aufgebrachte Kraft zu unterstützen oder der von dem Fahrer aufgebrachten Kraft entgegenzuwirken. Es ist bekannt, das Soll-Lenkmoment in Abhängigkeit von der Zahnstangenkraft zu ermitteln.
Aus der DE10 2009 002 706 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen einer auf ein Lenkgetriebe einwirkenden Kraft bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird eine auf das Lenkgetriebe einwirkende Kraft anhand des Motormoments ermittelt. Dieses Verfahren bietet dem Fahrer des Fahrzeugs eine gute Rückmeldung über die realen Kraftverhältnisse im Lenkgetriebe. Allerdings wird zumindest in manchen Fällen die starke Rückmeldung als störend empfunden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft anzugeben, das aus Gründen des Fahrkomforts eine weniger starke Rückmeldung über die Kraftverhältnisse in der Lenkvorrichtung gibt, insbesondere dann, wenn diese momentan nicht erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 , eine Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 3 und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 14 gelöst.
In einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft für eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs vorgesehen, bei dem eine erste
Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von mindestens einer in der Lenkvorrichtung auftretenden Kraft oder mindestens eines in der Lenkvorrichtung auftretenden Moments ermittelt wird, wobei eine zweite Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von mindestens einer Fahrzeuggröße, die den Bewegungszustand des Fahrzeugs charakterisiert, ermittelt wird und anhand der ersten Zahnstangenkraft und der zweiten Zahnstangenkraft eine resultierende Zahnstangenkraft gebildet wird.
Da die erste Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von einer Kraft und/oder eines Moments in der Lenkvorrichtung ermittelt wird, erhält der Fahrer stets eine relativ starke Rückmeldung über die Kraftverhältnisse in der Lenkvorrichtung, falls ein Lenkmoment ausschließlich in Abhängigkeit von der ersten Kraft berechnet wird. Die zweite Zahnstangenkraft hängt allenfalls indirekt von den realen
Kraftverhältnissen in der Lenkvorrichtung ab, weil sie in Abhängigkeit von der Fahrzeuggröße ermittelt wird. Als Fahrzeuggröße kann jede Größe herangezogen werden, die zumindest grobe Rückschlüsse auf den Bewegungszustand des
Fahrzeugs erlauben. Beispielsweise kann es sich bei der Fahrzeuggröße um eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder um einen Lenkwinkel des Fahrzeugs handeln. In einer Ausführungsform wird die zweite Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkwinkel ermittelt. In einer anderen Ausführungsform wird die zweite
Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung ermittelt, ohne dass hierbei zwingend die Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Lenkwinkel berücksichtigt werden müssen. Dass gemäß dem Verfahren zusätzlich zur ersten Zahnstangenkraft auch die zweite Zahnstangenkraft berücksichtigt wird, bewirkt, dass die Intensität der Rückmeldung der Kraftverhältnisse in der Lenkvorrichtung verringert wird, gleichzeitig das
Lenkmoment nicht vollständig von der momentanen Fahrsituation unabhängig wird. Dies wird von vielen Fahrern zumindest in bestimmten Situationen als komfortabler empfunden. Durch geeignete Ausgestaltung der Verknüpfung der ersten
Zahnstangenkraft und der zweiten Zahnstangenkraft zum Bilden der resultierenden Zahnstangenkraft kann der Grad der Rückmeldung leicht an Anforderungen eines Fahrzeugherstellers angepasst werden. Ein hoher Grad der Rückmeldungen vermittelt insgesamt dynamische Rückmeldungen über Eigenschaften der
Fahrbahn, wohingegen ein relativ geringer Grad der Rückmeldungen die Erzeugung eines Lenkmoments erlauben, das relativ stark von den Eigenschaften der
Fahrbahn entkoppelt ist. Um den Grad der dynamischen Rückmeldungen während des Betriebs der
Lenkvorrichtung, das heißt während der Fahrt, variieren zu können, kann
vorgesehen sein, dass die resultierende Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von einer Steuergröße gebildet wird, wobei ein Einfiuss der ersten Zahnstangenkraft und der zweiten Zahnstangenkraft auf die resultierende Zahnstangenkraft von der
Steuergröße abhängt. Die Steuergröße kann von einer Steuer- und/oder
Regeleinrichtung der Lenkvorrichtung oder von einer anderen Steuer- und/oder Regeleinrichtung des Fahrzeugs erzeugt werden. Sie kann von einem vom Fahrer vorgegebenen Fahrmodus, beispielsweise„Sport" oder„Standard" abhängen und/oder automatisch in Abhängigkeit von einer Fahrsituation ermittelt werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuergröße eine Binärgröße ist und in Abhängigkeit von der Steuergröße entweder die erste Zahnstangenkraft oder die zweite Zahnstangenkraft als resultierende Zahnstangenkraft herangezogen wird. Die Binärgröße erlaubt also ein Umschalten zwischen einer resultierenden
Zahnstangenkraft, die ausschließlich in Abhängigkeit von der ersten
Zahnstangenkraft erzeugt wird, und einer resultierenden Zahnstangenkraft, die ausschließlich in Abhängigkeit von der zweiten Zahnstangenkraft erzeugt wird. Hierbei ist besonders bevorzugt, dass bei einem Zustandsübergang der Binärgröße der Einfluss einer Zahnstangenkraft kontinuierlich verringert und der Einfluss der jeweils anderen Zahnstangenkraft kontinuierlich erhöht wird. Das Umschalten zwischen der ersten Zahnstangenkraft und der zweiten Zahnstangenkraft erfolgt also nicht schlagartig sondern innerhalb einer gewissen Übergangszeit. Hierdurch wird ein Sprung der resultierenden Zahnstangenkraft beim Umschalten vermieden.
In einer anderen Ausführungsform ist die Steuergröße beispielsweise ein
Zahlenwert, der den Einfluss der ersten Zahnstangenkraft bzw. der zweiten
Zahnstangenkraft auf die resultierende Zahnstangenkraft vorgibt. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass die resultierende Zahnstangenkraft durch Gewichtung der ersten Zahnstangenkraft und der zweiten Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von mindestens einem Gewichtungsfaktor, vorzugsweise als eine Konvexkombination der ersten Zahnstangenkraft mit der zweiten Zahnstangenkraft, gebildet wird, wobei der Gewichtungsfaktor in Abhängigkeit von der Steuergröße berechnet wird. Im Falle der Konvexkombination kann der Gewichtungsfaktor beispielsweise dem Koeffizienten dieser Konvexkombination entsprechen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Steuergröße in
Abhängigkeit von der gebildeten resultierenden Zahnstangenkraft ermittelt. Das heißt, der Einfluss der ersten Zahnstangenkraft bzw. der zweiten Zahnstangenkraft auf die resultierende Zahnstangenkraft wird in Abhängigkeit von der
rückgekoppelten resultierenden Zahnstangenkraft vorgegeben. Hierbei kann vorgesehen sein, dass bei einer betragsmäßig höheren resultierenden Zahnstangenkraft ein Einfluss der ersten Zahnstangenkraft auf die resultierende Zahnstangenkraft höher ist als bei einer betragsmäßig niedrigeren resultierenden Zahnstangenkraft. Da die Zahnstangenkraft üblicherweise bei Geradeausfahrt recht gering ist, wird hierdurch bei Geradeausfahrt ein komfortables Lenkgefühl weitgehend unbeeinflusst von Unebenheiten oder anderen Eigenschaften der Fahrbahn erreicht. Beispielsweise bei einer Kurvenfahrt, bei der die
Zahnstangenkraft relativ groß ist, erhält der Fahrer mehr Rückmeldungen über die Eigenschaften der Fahrbahn und kann deshalb gegebenenfalls besser darauf reagieren.
Es kann vorgesehen sein, dass beim Ermitteln der Steuergröße die resultierende Zahnstangenkraft verzögert wird und die Steuergröße in Abhängigkeit von der verzögerten resultierenden Zahnstangenkraft gebildet wird. Das Verfahren kann beispielsweise unter Verwendung zeitdiskreter Signalverarbeitungsmittel oder Signalverarbeitungsverfahren durchgeführt werden. In diesem Fall wird die resultierende Zahnstangenkraft vorzugsweise um einen Taktzyklus der
Signalverarbeitungsmittel bzw. Signalverarbeitungsverfahren verzögert.
Es ist bevorzugt, dass die Steuergröße in Abhängigkeit von einer
Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird. Besonders einfach lässt sich das Verfahren realisieren, wenn die Steuergröße mittels eines Kennfelds ermittelt wird.
Hierbei kann vorgesehen werden, dass eine Kennlinie des Kennfelds in
Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegeben und/oder aus einer Menge an vorgegebenen Kennlinien ausgewählt wird. Das Kennfeld erhält als Eingabegröße somit nicht nur die gegebenenfalls verzögerte resultierende
Zahnstangenkraft sondern auch die Fahrzeuggeschwindigkeit. Je nach
Ausgestaltung des Kennfelds wird der Verlauf der Kennlinie in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert und/oder die Kennlinie in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgewählt.
Um zu schnelle Änderungen der resultierenden Zahnstangenkraft zu vermeiden und/oder um Schwingungen infolge der Rückkopplung auszuschließen, kann vorgesehen sein, dass die Steuergröße, nachdem sie mittels des Kennfelds ermittelt worden ist, mittels eines Tiefpassfilters gefiltert wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug vorgesehen, wobei die Lenkvorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der Erfindung eingerichtet ist. Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform ist eine Steuer- und/oder
Regeleinrichtung für eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug vorgesehen wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der Erfindung eingerichtet, vorzugsweise programmiert ist. Eine Ausführungsform besteht in einem Computerprogramm, das so programmiert ist, das die Steuer- und/oder Regeleinrichtung das Verfahren gemäß der Erfindung ausführt, wenn es auf der Steuer- und/oder Regeleinrichtung abläuft. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung kann Speichermittel, insbesondere Halbleiterspeicher, aufweisen, in denen ein solches Computerprogramm gespeichert ist. Es können auch weitere von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung getrennte Speichermittel, wie beispielsweise ein Datenträger, vorgesehen sein, auf dem das
Computerprogramm gespeichert ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in welcher exemplarische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen :
Figur 1 eine Lenkvorrichtung mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 2 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer
Zahnstangenkraft für die in Figur 1 gezeigte Lenkvorrichtung;
Figur 3 ein Detail aus Figur 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung;
Figur 4 ein Detail aus Figur 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung; und Figur 5 ein Detail aus Figur 2 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. In Figur 1 ist eine als Steuergerät 1 bezeichnete Steuer- und/oder Regeleinrichtung dargestellt, die einer Lenkvorrichtung 2 zugeordnet ist. In dem Steuergerät 1 ist ein Rechner (z. B. Mikrocomputer oder MikroController) mit einem Prozessor 3 angeordnet, wobei der Prozessor 3 über eine Datenleitung 4, beispielsweise ein Bussystem, mit einem Speicherelement 5 verbunden ist. Über eine Signalleitung 6 ist das Steuergerät 1 mit einem Motor 7 verbunden, wodurch eine Steuerung und/oder Regelung eines Motors 7 durch das Steuergerät 1 ermöglicht wird. Der Motor 7 ist beispielsweise als Elektromotor ausgebildet und wirkt über ein Getriebe 8 auf einen Drehstab 9. An dem Drehstab 9 ist ein Lenkmittel 1 0, beispielsweise ein Lenkrad angeordnet, mittels dessen ein Drehmoment auf den Drehstab 9 durch Betätigen des Lenkmittels 1 0 durch einen Fahrer aufbringbar ist.
Die Lenkvorrichtung 2 weist ferner ein Lenkgetriebe 1 1 auf, das beispielsweise als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 1 1 kann aber auch als Kugelumlaufgetriebe beziehungsweise als Kugelmuttergetriebe ausgebildet sein. In der folgenden Beschreibung wird überwiegend von einer Zahnstangenlenkung ausgegangen, wobei das Lenkgetriebe ein Ritzel 1 2a und eine Zahnstange 1 2b umfasst. Jedoch ist für die Erfindung die Art der Lenkung unerheblich. Die in Figur 1 dargestellte Lenkvorrichtung 2 könnte statt als Zahnstangenlenkung beispielsweise als eine Kugelmutterlenkung oder eine Einzelradlenkung realisiert sein.
Das Lenkgetriebe 1 1 ist über das Ritzel 1 2a und die Zahnstange 1 2b auf jeder Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 1 3 verbunden, das mit einem Rad 14 zusammenwirkt. Die Lenkvorrichtung 2 weist ferner einen Momentensensor 1 5 zur Erfassung eines über eine Lenkwelle auf die Lenkung wirkenden Lenkmoments auf. Gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird hierzu mittels des Momentensensors 15 ein Drehstabmoment tor_TB erfasst, das dem oben genannten Lenkmoment entspricht. Die Lenkvorrichtung 2 weist auch einen Winkelsensor 1 6 zur Erfassung eines Rotorwinkels ang_RA des Motors 7 auf. Der Rotorwinkel ang_RA kann beispielsweise eine Drehung des gesamten Drehstabs 9 um seine Längsachse charakterisieren. Der Rotorwinkel ang_RA entspricht somit einem Drehwinkel des Drehstabs 9 und damit einem Lenkwinkel der Räder 14, da der Motor 7 über das Getriebe 8 mit dem Drehstab 9 und dieser über das Lenkgetriebe 1 1 und das Lenkgestänge 13 mit den Rädern 14 verbunden ist. Die mittels der Sensoren 1 5 und 16 erfassten Werte werden dem Steuergerät 1 zugeführt. Die in Figur 1 dargestellte Lenkvorrichtung stellt eine von einer Vielzahl von möglichen Ausführungsformen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Lenkvorrichtungen dar. In einer anderen Ausführungsform ist beispielsweise das Lenkgetriebe als Kugelmuttergetriebe ausgebildet. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Motor 7 auch derart angeordnet sein, dass er zusammen mit dem Drehstab 9 auf das in dem Lenkgetriebe 1 1
angeordnete Ritzel 1 2a wirkt oder direkt - mittels eines weiteren Ritzels - auf die Zahnstange 12b wirkt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird statt des Rotorwinkels ang_RA eine andere, eine aktuelle Position der Lenkvorrichtung 2 beschreibende Größe ermittelt bzw. zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen.
Beispielsweise kann mittels eines Winkelsensors, der an dem Drehstab 9
angeordnet ist, der Lenkwinkel ermittelt werden. Eine aktuelle Position der
Lenkvorrichtung 2 könnte ferner mittels eines Sensors erfasst werden, der an der Zahnstange 12b angeordnet ist. Grundsätzlich könnten hier eine Vielzahl bekannter Größen bestimmt bzw. herangezogen werden. Die Verwendung des Rotorwinkels ang_RA hat jedoch den Vorteil, dass dieser sehr präzise bestimmbar ist und in modernen Lenkvorrichtungen häufig bereits zur Verfügung steht. Ferner weist ein Fahrzeug, in dem die Lenkvorrichtung 2 eingebaut ist, einen Geschwindigkeitssensor 1 7 auf, mit dem eine Geschwindigkeit v des Fahrzeugs erfasst werden kann. Das Steuergerät 1 hat Zugriff auf die mittels des
Geschwindigkeitssensors 1 7 ermittelte Geschwindigkeit v. Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens 21 zum Bestimmen einer
Zahnstangenkraft RF der Lenkvorrichtung 2. Das Verfahren 21 umfasst einen Funktionsblock 23 zum Ermitteln einer ersten Zahnstangenkraft RFD in
Abhängigkeit von einer in der Lenkvorrichtung 2 auftretenden Kraft oder mindestens eines in der Lenkvorrichtung 2 auftretenden Moments. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel berechnet der Funktionsblock 23 die erste Zahnstangenkraft RFD in Abhängigkeit von einem ermittelten oder erfassten Motormoment tor_RA. Bei dem Motormoment tor_RA kann es sich beispielsweise um das Moment an einer Welle des Motors 7 handeln. Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch ein weiteres innerhalb der Lenkvorrichtung auftretendes Moment oder eine Kraft (beispielsweise das dem Drehstabmoment tor_TB), die innerhalb der
Lenkvorrichtung 2 auftritt, als Eingangsgröße für den Funktionsblock 23 vorgesehen sein, die der Funktionsblock 23 zum Berechnen der ersten Zahnstangenkraft RFD heranzieht.
Darüber hinaus berechnet der Funktionsblock 23 die erste Zahnstangenkraft RFD auch in Abhängigkeit vom Lenkwinkel ang_RA. Da die erste Zahnstangenkraft RFD insbesondere von dem in der Lenkvorrichtung 2 auftretenden Motormoment tor_RA abhängt, spiegelt die erste Zahnstangenkraft RFD reale, an einer gelenkten Achse des Fahrzeugs auftretende Kraftverhältnisse wieder und kann somit zum Erzeugen einer dynamischen Rückmeldung an den Fahrer über momentane Eigenschaften der Fahrbahn, auf der das Fahrzeug fährt, verwendet werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit von der ersten Zahnstangenkraft RFD ein Soll-Lenkmoment berechnet werden, das insbesondere in seinem zeitlichen Verlauf die dynamischen
Rückmeldungen über die Eigenschaften der Fahrbahn enthält. Dementsprechend wird die erste Zahnstangenkraft auch als„Rack Force Dynamic" bezeichnet.
Ein weiterer Funktionsblock 25 des Verfahrens ermittelt eine zweite
Zahnstangenkraft RFC in Abhängigkeit von mindestens einer Fahrzeuggröße, die den Bewegungszustand des Fahrzeugs charakterisiert. In der gezeigten
Ausführungsform sind als solche Fahrzeuggrößen beispielsweise die
Fahrzeuggeschwindigkeit v sowie der Lenkwinkel ang_RA vorgesehen. Der Funktionsblock 25 berechnet also die zweite Zahnstangenkraft RFC ausschließlich in Abhängigkeit von solchen Fahrzeuggrößen, die nicht unmittelbar die
Kraftverhältnisse in der Lenkvorrichtung 2 wiedergeben. Folglich ist die vom
Funktionsblock 25 berechnete zweite Zahnstangenkraft RFC weitgehend
unbeeinflusst von realen Kraftverhältnissen in der Lenkvorrichtung 2, insbesondere von realen Achskraftverhältnissen. Somit spiegelt die zweite Zahnstangenkraft RFC momentane Eigenschaften, beispielsweise Unebenheiten, der Fahrbahn nicht wieder. Die zweite Zahnstangenkraft RFC ermöglicht somit die Erzeugung eines von Fahrbahneinflüssen zumindest weitgehend entkoppelten Lenkgefühls, was eine komfortable Benutzung der Lenkvorrichtung 2 ermöglicht, wobei der Fahrer jedoch auf Rückmeldungen über Fahrbahneigenschaften verzichten muss. In Abhängigkeit von der zweiten Zahnstangenkraft RFC kann somit ein Soll-Lenkmoment berechnet werden, dass ein komfortables, von den Fahrbahneinflüssen zumindest weitgehend entkoppeltes Lenkgefühl ermöglicht. Daher wird die zweite Zahnstangenkraft auch als„Rack Force Comfort" bezeichnet.
Der Funktionsblock 25 zum Berechnen der zweiten Zahnstangenkraft RFC in Abhängigkeit von den Fahrzeuggrößen ohne unmittelbare Berücksichtigung der Kräfte beziehungsweise Momente, die in der Lenkvorrichtung 2 auftreten oder unmittelbar auf die Lenkvorrichtung 2 einwirken, kann auf beliebige Weise erfolgen. Beispielsweise können mehrere Modelle 27a bis 27d vorgesehen sein, die einen Wert der zweiten Zahnstangenkraft RFC für verschiedene Fahrsituationen berechnen. Beispielsweise kann ein erstes Modell 27a die zweite Zahnstangenkraft RFC für normalen Fahrtbetrieb berechnen, ein zweites Modell 27b die zweite Zahnstangenkraft RFC beim Parkieren berechnen, ein drittes Modell 27c Hysterese- Eigenschaften bezüglich einer Achse des Fahrzeugs berücksichtigen sowie ein für das Modell 27d einen Einfluss auf die zweite Zahnstangenkraft RFC beschreiben, der durch ein Anheben des Fahrzeugs in Abhängigkeit des Lenkwinkels entsteht. Ein Funktionsblock 28 ermittelt die zweite Zahnstangenkraft RFC in Abhängigkeit von Größen, die von den einzelnen Modellen 27a bis 27d berechnet werden. Ein solches Verfahren zum Berechnen der zweiten Zahnstangenkraft RFC ist in der Patentanmeldung DE 1 0 201 0 030 986 angegeben, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird. Ein Funktionsblock 29 des Verfahrens 21 berechnet eine resultierende Zahnstangenkraft RF in Abhängigkeit von der ersten Zahnstangenkraft RFD und der zweiten Zahnstangenkraft RFC. Auf diese Weise wird die resultierende
Zahnstangenkraft RF als Kombination der beiden Zahnstangenkräfte RFD und RFC gebildet. Der Funktionsblock 29 kann in Abhängigkeit von gewünschten
Eigenschaften der Lenkvorrichtung 2 leicht angepasst werden. Ist beispielsweise ein Lenkgefühl mit einer relativ starken Rückmeldung über Fahrbahneigenschaften erwünscht, dann kann der Block 29 so eingerichtet sein, dass ein Einfluss der ersten Zahnstangenkraft RFD auf die resultierende Zahnstangenkraft RF im
Vergleich zum Einfluss der zweiten Zahnstangenkraft RFC relativ groß ist.
Umgekehrt kann für den Fall, dass ein komfortables, von den
Fahrbahneigenschaften weitgehend unabhängiges Lenkgefühl erwünscht ist, der Block 29 so eingerichtet sein, dass ein Einfluss der ersten Zahnstangenkraft RFD auf die resultierende Zahnstangenkraft RF im Vergleich zum Einfluss der zweiten Zahnstangenkraft RFC auf die resultierende Zahnstangenkraft RF relativ gering ist.
Der Einfluss einer der beiden Zahnstangenkräfte RFD, RFC auf die resultierende Zahnstangenkraft RF im Vergleich zur jeweils anderen Zahnstangenkraft RFC, RFD kann auch während des Betriebs der Lenkvorrichtung 2, das heißt während der
Fahrt, beispielsweise in Abhängigkeit von einem vom Fahrer gewählten Fahrmodus oder in Abhängigkeit von einer automatisch ermittelten Fahrsituation, festgelegt werden. Zum Festlegen des Einflusses der einzelnen Zahnstangenkräfte RFD, RFC auf die resultierende Zahnstangenkraft RF kann eine Steuergröße s vorgesehen sein, die der Funktionsbock 29 beim Berechnen der resultierenden
Zahnstangenkraft RF berücksichtigt.
Figur 3 zeigt eine mögliche Realisierung des Funktionsblocks 29. Hier handelt es sich bei der Steuergröße s um eine Binärgröße Sbin- Der Block 29 wählt in
Abhängigkeit von dem logischen Zustand der Binärgröße Sbin entweder die erste Zahnstangenkraft RFD oder die zweite Zahnstangenkraft RFC als resultierende Zahnstangenkraft RF aus. Um bei einem Umschalten zwischen den beiden
Zahnstangenkräften RFD, RFC einen Sprung im zeitlichen Verlauf der resultierenden Zahnstangenkraft RF zu vermeiden, sind Mittel 31 vorgesehen, die dazu eingerichtet sind, den Einfluss einer Zahnstangenkraft RFD, RFC
kontinuierlich zu verringern und gleichzeitig den Einfluss der jeweils anderen Zahnstangenkraft RFC, RFD zu erhöhen, nachdem der logische Zustand des Binärsignals s&n gewechselt hat. Vorzugsweise findet dieses kontinuierliche
Umschalten in einer Übergangszeitspanne nach dem Zustandsübergang der Binärgröße St statt.
Die Mittel 31 umfassen ein erstes Begrenzungselement 33 zum Begrenzen einer Flankensteilheit des Binärsignals. Ein Eingang des ersten Begrenzungselements 33 ist an einen Ausgang eines Inverters 37 angeschlossen, wobei der Inverter 37 zum Invertieren des Binärsignals sbin eingerichtet ist. Die Mittel 31 umfassen außerdem ein zweites Begrenzungselement 35 zum Begrenzen der Flankensteilheit. Ein Eingang des zweiten Begrenzungselements 35 ist mit der Binärgröße Sb,n
verbunden. Als Begrenzungselemente 33, 35 zum Begrenzen der Flankensteilheit können sogenannte„Rate Limiter" oder auch Tiefpassfilter oder dergleichen vorgesehen sein.
Die erste Zahnstangenkraft RFD liegt an einem ersten Multiplizierer 39 an. Des Weiteren ist ein Ausgang des ersten Begrenzungselements 33 mit dem ersten Multiplizierer 39 verbunden, so dass der erste Multiplizierer 39 das vom ersten Begrenzungselement 33 integrierte invertierte Binärsignal /Sbin mit der ersten Zahnstangenkraft RFD multiplizieren kann. In entsprechender Weise ist ein zweiter Multiplizierer 41 vorgesehen, an dem die zweite Zahnstangenkraft RFC und das mittels des zweiten Begrenzungselements 35 integrierte Binärsignal Sbin anliegen. Die Ausgänge der beiden Multiplizierer 39, 41 sind an einen Addierer 43
angeschlossen, der die resultierende Zahnstangenkraft RF als Summe der
Ergebnisse der von den beiden Multiplizierern 39, 41 durchgeführten
Multiplikationen berechnet.
Die in Figur 3 gezeigte Variante des Funktionsblocks 29 erlaubt somit ein
Umschalten zwischen den beiden Zahnstangenkräften RFD, RFC, wobei die Mittel 31 , insbesondere die beiden Begrenzungselemente 33, 35 einen fließenden Übergang beim Umschalten zwischen den Kräften RFD, RFC bewirken. Weist die Binärgröße Sbin den logischen Wert 0 auf, dann wird die erste Zahnstangenkraft RFD ausgewählt und hierdurch die Erzeugung eines Soll-Lenkmoments ermöglicht, das eine starke Rückmeldung über Eigenschaften der Fahrbahn beinhaltet. Weist die Binärgröße sbm den Wert 1 auf, dann wird die zweite Zahnstangenkraft RFC ausgewählt, die die Erzeugung eines Soll-Lenkmoments ohne Rückmeldungen über Fahrbahneigenschaften ermöglicht.
In Figur 4 ist eine mögliche Realisierung des Funktionsblocks 29 dargestellt, bei der als Steuergröße s ein Mischungsverhältnis sper zwischen den beiden
Zahnstangenkräften RFD, RFC vorgesehen ist. Das Mischungsverhältnis sper ist in der gezeigten Ausführungsform eine Prozentzahl, wobei ein Wert von 1 00% einer Auswahl ausschließlich der ersten Zahnstangenkraft RFD als resultierende
Zahnstangenkraft entspricht und ein Wert von 0% der Auswahl ausschließlich der zweiten Zahnstangenkraft RFC als die resultierende Zahnstangenkraft RF entspricht. Dazwischen liegende Werte der Prozentzahl sper geben eine
entsprechende Mischung der beiden Kräfte RFD, RFC an, wobei die resultierende Zahnstangenkraft vorzugsweise als Konvex-Kombination gemäß der Gleichung RF = u - RFD + - u )· RFC gebildet wird. Die Größe u ist ein Gewichtungsfaktor, der wie weiter unten
beschrieben in Abhängigkeit von der Prozentzahl sper gebildet wird. Wie aus Figur 4 ersichtlich, wird die Steuergröße sper mittels eines optionalen
Begrenzers 45 auf einen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und einschließlich 100 begrenzt. Ein Skalierelement 47 dividiert die gegebenenfalls mittels des
Begrenzers 45 begrenzte Größe sper durch 100 und gibt als Gewichtungsfaktor u ein skaliertes Signal aus. Der erste Multiplizierer 39 erhält als Eingangsgrößen die erste Zahnstangenkraft RFC sowie das mittels des Skalierelements 47 skalierte Signal u. Das skalierte Signal u wird au ßerdem an ein Rechenelement 49 gegeben, das das von dem Skalierelement 47 ausgegebene Signal vom Wert 1 subtrahiert.
Eingangsgrößen des zweiten Multiplizierers 41 sind eine Ausgangsgröße des Rechenelements 49 sowie die zweite Zahnstangenkraft RFD. Die resultierende Zahnstangenkraft RF wird wie bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform durch Addition der Ausgangswerte der beiden Multiplizierer 39, 41 miteinander gebildet. Mit Hilfe der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform kann also das
Mischungsverhältnis sper zwischen den beiden Zahnstangenkräften RFC, RFD frei eingestellt werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Größe sper vom
Steuergerät 1 oder extern, das heißt von einem anderen Steuergerät des Fahrzeugs vorgegeben wird. Die Größe sper kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem Fahrmodus, einem Fahrzustand oder anderen Größen vorgegeben werden.
In der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform wird die Größe sper nicht extern vorgegeben, sondern von dem Verfahren 21 selbst ermittelt. Die Funktionsblöcke oder Elemente zum Berechnen der resultierenden Zahnstangenkraft RF in
Abhängigkeit von der Größe sper entsprechen den in Figur 4 gezeigten Elementen beziehungsweise Funktionsblöcken und werden deshalb nicht nochmals erläutert.
Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, wird die Größe sper in Abhängigkeit von der über ein Verzögerungsglied 51 rückgekoppelten resultierenden Zahnstangenkraft RF gebildet. Bei der gezeigten Ausführungsform wird das Verfahren von einem zeitdiskreten Signalverarbeitungssystem durchgeführt und eine Verzögerung des Verzögerungsglieds 51 entspricht einer Taktzeit des Signalverarbeitungssystems.
Die mittels des Verzögerungsglieds 51 verzögerte resultierende Zahnstangenkraft RFf wird einem ersten Betragsbildner 53 zugeführt, dessen Ausgang mit einem
Eingang eines Kennfelds 55 verbunden ist. Das Kennfeld 55 ist zum Ermitteln einer Kennfeldgröße Si in Abhängigkeit von dem Betrag der verzögerten resultierenden Zahnstangenkraft RFf eingerichtet. Es kann vorgesehen sein, dass das Kennfeld 45 die Kennfeldgröße Si zusätzlich in Abhängigkeit vom Betrag der
Fahrzeuggeschwindigkeit v ermittelt. Hierzu kann ein zweiter Betragsbildner 57 vorgesehen sein, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit v an einem Eingang des zweiten Betragsbildners 57 anliegt und ein Ausgang des zweiten Betragsbildners 57 an einem weiteren Eingang des Kennfelds 55 anliegt. Das Kennfeld 55 kann beispielsweise so eingerichtet sein, dass es eine Kennlinie 59 in Abhängigkeit von dem Betrag der Geschwindigkeit v (das heißt in Abhängigkeit von einem vom zweiten Betragsbildner 57 ausgegebenen Wert) auswählt. Es kann auch
vorgesehen sein, dass der Verlauf einer bestimmten Kennlinie 59 in Abhängigkeit von dem Betrag der Geschwindigkeit |v| variiert wird. Das Auswählen der Kennlinie und das Variieren des Verlaufs der Kennlinie können auch kombiniert werden. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist eine Abhängigkeit der Größe Si von dem Betrag der Geschwindigkeit |v| nicht vorgesehen, das heißt der zweite
Betragsbildner 57 ist bei dieser Ausführungsform nicht vorhanden, und der Betrag der Geschwindigkeit |v| wird nicht in das Kennfeld 55 eingegeben.
Zwischen dem Ausgang des Kennfelds 55 und dem Eingang des Begrenzers 45 ist ein Tiefpassfilter 61 angeordnet, das das Kennfeldsignal s-i filtert und ein gefiltertes Kennfeldsignal s2 an den Begrenzer 45 weitergibt.
Die Kennlinie 59 beziehungsweise die Kennlinien 59 des Kennfelds 55 können beispielsweise so gewählt sein, dass für einen betragsmäßig relativ kleinen Wert der resultierenden Zahnstangenkraft RF ein relativ kleiner Wert der Größe sper ermittelt wird, so dass in diesem Fall der Einfluss der zweiten Zahnstangekraft RFC auf die resultierende Zahnstangenkraft RF im Vergleich zur ersten Zahnstangenkraft RFD relativ groß ist. Dies hat zur Folge, dass das Lenkgefühi bei Geradeausfahrt, bei der die resultierende Zahnstangenkraft RF relativ klein ist, zumindest
weitgehend unbeeinflusst von Eigenschaften der Fahrbahn ist und die
Lenkvorrichtung 2 somit ein komfortables, störungsfreies Mittengefühl liefert.
Beispielsweise bei einer Kurvenfahrt oder bei einer starken Belastung der
Lenkvorrichtung 2 ergeben sich betragsmäßig große Werte der resultierenden Zahnstangenkraft RF. Es kann vorgesehen sein, dass die Kennlinie 59
beziehungsweise die Kennlinien 59 so gewählt sind, dass sich für betragsmäßig große Werte der resultierenden Zahnradkraft RF ein relativ großer Wert der Größe Sper ergibt, so dass der Einfluss der ersten Zahnstangenkraft RFD auf die
resultierende Zahnstangenkraft RF im Vergleich zum Einfluss der zweiten
Zahnstangenkraft RFC groß ist, so dass ein dynamisches Lenkgefühl erzeugt werden kann, das dem Fahrer Informationen über Fahrbahnkontakt und
Fahrzustand vermittelt.
Ist die Abhängigkeit der Größe s-ι von der Geschwindigkeit v vorgesehen, dann kann das Überblenden zwischen den Kräften RFD, RFC, das hei ßt das Anheben beziehungsweise Absenken des Werts der Größe sper in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v unterschiedlich vorgegeben werden. Darüber hinaus ermöglicht die Rückkopplung über das Signal RFf ein fließendes Überblenden zwischen den Kräften RFD und RFC auch dann, wenn sich die beiden Kräfte RFD, RFC voneinander deutlich unterscheiden. Hierdurch werden Sprünge in der resultierenden Zahnstangenkraft RF vermieden, so dass ungewollte Momentspitzen oder Sprünge im anhand der resultierenden Zahnstangenkraft RF ermittelten Soll- Lenkmoment beziehungsweise im daraus resultierenden Lenkgefühl vermieden werden.
Insgesamt ermöglicht es die Erfindung, eine Lenkvorrichtung 2 bereitzustellen, die einerseits dem Fahrer eine gute Rückmeldung über Eigenschaften der Fahrbahn und des Fahrzeugs gibt, und andererseits in anderen Fahrsituationen,
beispielsweise bei Geradeausfahrt, ein komfortables Lenkgefühl vermittelt. Dadurch, dass zwei Zahnstangenkräfte mittels des Funktionsblocks 29 kombiniert werden, kann durch relativ einfaches Modifizieren des Funktionsblocks 29 das Verhalten des Verfahrens 21 beziehungsweise des Lenksystems 2 mit geringem Aufwand an Vorgaben beispielsweise eines Fahrzeugherstellers angepasst werden.

Claims

Patentansprüche 1 . Verfahren (21 ) zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft (FR) für eine
Lenkvorrichtung (2) eines Fahrzeugs bei dem eine erste Zahnstangenkraft (RFD) in Abhängigkeit von mindestens einer in der Lenkvorrichtung (2) auftretenden Kraft oder mindestens eines in der Lenkvorrichtung auftretenden Moments (tor_RA) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Zahnstangenkraft (RFC) in Abhängigkeit von mindestens einer Fahrzeuggröße (v, ang_RA), die den
Bewegungszustand des Fahrzeugs charakterisiert, ermittelt wird und anhand der ersten Zahnstangenkraft (RFD) und der zweiten Zahnstangenkraft (RFC) eine resultierende Zahnstangenkraft (FR) gebildet wird.
2. Verfahren (21 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die resultierende Zahnstangenkraft (FR) in Abhängigkeit von einer Steuergröße (s) gebildet wird, wobei ein Einfluss der ersten Zahnstangenkraft (RFD) und der zweiten
Zahnstangenkraft (RDC) auf die resultierende Zahnstangenkraft (RF) von der Steuergröße (s) abhängt.
3. Verfahren (21 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergröße (s) eine Binärgröße Sbin ist und in Abhängigkeit von der Steuergröße (s) entweder die erste Zahnstangenkraft (RFD) oder die zweite Zahnstangenkraft (RFC) als resultierende Zahnstangenkraft (RF) herangezogen wird.
4. Verfahren (21 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Zustandsübergang der Binärgröße (sbjn) der Einfluss einer Zahnstangenkraft (RFD, RFC) kontinuierlich verringert und der Einfluss der jeweils anderen
Zahnstangenkraft (RFC, RFD) kontinuierlich erhöht wird.
5. Verfahren (21 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierende Zahnstangenkraft (RF) durch Gewichtung der ersten Zahnstangenkraft (RFD) und der zweiten Zahnstangenkraft (RFC) in Abhängigkeit von mindestens einem Gewichtungsfaktor (u), vorzugsweise als eine Konvexkombination der ersten Zahnstangenkraft (RFD) mit der zweiten Zahnstangenkraft (RFC), gebildet wird, wobei der Gewichtungsfaktor (u) in Abhängigkeit von der Steuergröße (sper) berechnet wird.
6. Verfahren (21 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergröße (s) in Abhängigkeit von der gebildeten resultierenden
Zahnstangenkraft (RF) ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer
betragsmäßig höheren resultierenden Zahnstangenkraft (RF) ein Einfluss der ersten Zahnstangenkraft (RFD) auf die resultierende Zahnstangenkraft (RF) höher ist als bei einer betragsmäßig niedrigeren resultierenden Zahnstangenkraft (RF).
8. Verfahren (21 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim
Ermitteln der Steuergröße (s) die resultierende Zahnstangenkraft verzögert (51 ) wird und die Steuergröße (s) in Abhängigkeit von der verzögerten resultierenden
Zahnstangenkraft gebildet wird.
9. Verfahren (21 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergröße (s) in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit (v) ermittelt wird.
10. Verfahren (21 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergröße (s) mittels eines Kennfelds (55) ermittelt wird.
1 1 . Verfahren (21 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennlinie (59) des Kennfelds (55) in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) vorgegeben und/oder aus einer Menge vorgegebener Kennlinien (59) ausgewählt wird.
12. Verfahren (21 ) nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergröße (s), vorzugsweise nachdem sie mittels des Kennfelds (55) ermittelt worden ist, mittels eines Tiefpassfilters (61 ) gefiltert wird.
13. Lenkvorrichtung (2) für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die
Lenkvorrichtung (2) zum Ausführen eines Verfahrens (21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
14. Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1 ) für eine Lenkvorrichtung (2) für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1 ) zum Ausführen eines Verfahrens (21 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 eingerichtet, vorzugsweise programmiert ist.
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