DE102006019732B4

DE102006019732B4 - Fahrzeug-Servolenksystem mit elektromotorischer Momentenunterstützung

Info

Publication number: DE102006019732B4
Application number: DE102006019732.1A
Authority: DE
Inventors: Josef Wimberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2026-04-29
Also published as: DE102006019732A1

Abstract

Fahrzeug-Servolenksystem mit elektromotorischer Momentenunterstützung, wobei die Größe und Richtung eines gleichsinnig zum vom Fährer an seinem Lenkrad vorgegebenen Moment aufgebrachten Unterstützungsmoments oder eines eingestellten sog. Handmoments neben einem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel von der Abweichung zwischen einer gemessenen und einer modellbasierten Gierrate abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich dann, wenn der Fahrer selbst ein Moment an das Lenkrad anlegt, die Größe des Unterstützungsmoments oder eingestellten Handmoments von der Abweichung zwischen der gemessenen und der modellbasierten Gierrate und zwischen einer gemessenen und einer modellbasierten Querbeschleunigung abhängig ist, derart, dass mit zunehmenden Abweichungen ein höheres Unterstützungsmoment oder ein für den Fahrer leichteres Handmoment äufgebracht wird, wodurch der Fahrer über die spürbare Leichtigkeit der Lenkbewegung einen Hinweis auf die Annäherung an den fahrdynämischen Grenzbereich erhält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Servolenksystem gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 1. Zum technischen Umfeld wird neben der DE 42 39 831 A1 oder der DE 199 51 548 A1 insbesondere auf die gattungsbildende DE 10 2004 029 835 A1 verwiesen.
Servolenksysteme für Kraftfahrzeuge sind in den unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. Vermehrt werden dabei Fahrzeug-Lenksysteme mit elektromotorischer Servounterstützung entwickelt, ferner hydraulische Lenksysteme mit insbesondere elektromotorischen Lenkmoment-Zusatzaktuatoren im Lenkstrang, die ebenfalls eine elektromotorische Momentenunterstützung zumindest im Sinne der vorliegenden Erfindung bereitstellen, indem die Zusatzaktuatoren an der Lenkhandhabe des Fahrers (d.h. üblicherweise am Lenkrad) ein für den Fahrer spürbares sog. Handmoment anlegen. Dieses Handmoment ist zumeist gegensinnig zu dem vom Fahrer beim Lenken aufgebrachten Moment, kann aber durchaus, insbesondere in Verbindung mit sog. Fahrerassistenzsystemen auch gleichsinnig zum vom Fahrer aufgebrachten Moment sein.
Es hat sich gezeigt, dass u.a. aufgrund der relativ hohen Reibung und mechanischen Trägheit solcher Lenksysteme mit elektromotorischer Momentenunterstützung beim Fahren am oder im fahrdynamischen Grenzbereich insbesondere auf Fahrbahnen mit niedrigen Reibbeiwerten ein Erreichen der Grenze der übertragbaren Reifenkräfte für den Fahrer als sog. Handmoment an seinem Lenkrad nicht wie gewünscht spürbar ist bzw. dass sich erforderliche Lenkkorrekturen für das Abfangen eines instabilen Fahrzeugs nicht mit der gewünschten Leichtgängigkeit der Lenkung durchführen lassen. Außerdem verfälschen Lenkeingriffe, die für einen gewünschten aktiven Lenkungsrücklauf z. B. beim Abbiegen durch die hohe Lenkungsreibung oder aufgrund von Ungenauigkeiten in der Achskinematik erforderlich sind, die Lenkungsrückmeldung beim Fahren am oder im fahrdynamischen Grenzbereich. So ist bei Einsatz bekannter elektromotorischer Servosysteme eine grundsätzlich gewünschte und bei üblichen hydraulischen Servolenksystemen vorhandene Selbststabilisierung des Fahrzeugs beim Abfangen aus einem übersteuernden Fahrzustand nur eingeschränkt vorhanden.
Bei Lenksystemen, bei denen nicht explizit ein Unterstützungsmoment ermittelt und eingeleitet wird, sondern quasi direkt ein hinsichtlich der Größe und Richtung vom Fahrzustand abhängiges sog. Handmoment an das Lenkrad (oder dgl.) des Fahrers angelegt wird, und somit als sog. Lenkmoment abhängig von bislang bekannten Zustandsgrößen als Soll-Lenkmoment vorgegeben und durch ein insbesondere elektromotorisches Servo-Lenksystem oder einen beliebig gearteten Zusatz-Aktuator eingeregelt wird, kann jedenfalls bei den derzeitigen bekannten und untersuchten Systemen beim Fahren am bzw. im fahrdynamischen Grenzbereich sowohl stationär als auch dynamisch eine gewünschte Lenkradmoment-Sollvorgabe-Charakteristik bzw. Handmoment-Soilvorgabe-Chärakteristik nicht erzielt werden.
Bekannt wurde jedoch aus der eingangs genannten DE 10 2004 029 835 A1 ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs in einem untersteuernden Fahrzustand, bei dem ein Ziellenkwinkel ermittelt wird und bei einer Lenkbewegung des Fahrers, welche die Differenz zwischen dem aktuellen Lenkwinkel und dem Ziellenkwinkel vergrößert, ein mit zunehmender Differenz größer werdendes Unterstützungsdrehmoment auf das Lenkrad aufgebracht wird, während bei einer-Lenkbewegung des Fahrers, welche die Differenz zwischen dem aktuellen Lenkwinkel und dem Ziellenkwinkel verringert, ein mit abnehmender Differenz kleiner werdendes Unterstützungsdrehmoment auf das Lenkrad aufgebracht wird, wobei das Unterstützungsdrehmoment dem Lenkrad eine Drehrichtung vorgibt und wobei bei einer Drehbewegung des Lenkrads durch den Fahrer in Richtung der vorgegebenen Drehrichtung der Lenkwinkel dem Ziellenkwinkel angenähert wird.
Abweichend von der Terminologie der vorliegenden Erfindung wirkt bei der DE 10 2004 029 835 A1 das Unterstützüngsmoment der Lenkbewegung des Fahrers entgegen und entspricht somit dem vorliegend sog. Handmoment. Wie im weiteren ausgeführt wird, unterscheidet sich dieser bekannte Stand der Technik aber auch hinsichtlich wesentlicher Merkmale sowie hinsichtlich der Intention von der vorliegenden Erfindung, unter anderem auch deshalb, weil bei diesem Stand der Technik das Unterstützungsmoment das Lenkrad unter den genannten Umständen stets selbsttätig dreht, also auch dann, wenn der Fahrer kein Moment auf das Lenkrad ausübt bzw. das Lenkrad loslässt.
Mit vorliegender Erfindung soll für ein Fahrzeug-Servolenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden, wie dem Fahrer des Fahrzeugs ein Fahren am oder im fahrdynamischen Grenzbereich ein Erreichen der Grenze der übertragbaren Reifenkräfte spürbar angezeigt werden kann (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich dann, wenn der Fahrer selbst ein Moment an das Lenkrad anlegt, die Größe des Unterstützungsmoments oder eingestellten Handmoments von der Abweichung zwischen der gemessenen und der modellbasierten Gierrate und zwischen einer gemessenen und einer modellbasierten Querbeschleunigung abhängig ist, derart, dass mit zunehmenden Abweichungen ein höheres Unterstützungsmoment oder ein für den Fahrer leichteres Handmoment aufgebracht wird, wodurch der Fahrer über die spürbare Leichtigkeit der Lenkbewegung einen Hinweis auf die Annäherung an den fahrdynamischen Grenzbereich erhält. Als Folge kann der Fahrer das Lenkrad leichter verdrehen bzw. er verspürt einen geringeren Widerstand, wenn höhere Abweichungen sowohl für die Gierrate als auch für die Querbescheunigung zwischen den gemessenen Ist-Werten und den anhand eines Modells ermittelten Sollwerten vorliegen, was ein Indiz für das Erreichen des fahrdynamischen Grenzbereichs ist.
Vorgeschlagen wird somit, ein mathematisches Fahrzeugmodell, vorzugsweise ein lineares Fahrzeugmodell, zugrunde zu legen, welches beim Fahren auf einer Oberfläche bzw. Fahrbahn mit relativ höhen Reibbeiwerten und insbesondere unterhalb des fahrdynamischen Grenzbereichs (d.h. im linearen Bereich) vorzugsweise stationär sowie dynamisch möglichst geringe Abweichungen zur im jeweiligen Fahrzustand gemessenen Gierrate und Querbeschleunigung des Fahrzeugs aufweist. Wenn dann im realen Fahrbetrieb unter Zugrundelegung dieses Fahrzeugmodells nennenswerte Abweichungen zwischen den modellbasierten Werten für die Gierrate und die Querbeschleunigung des Fahrzeugs und den tatsächlich am Fahrzeug gemessenen Werten für diese Größen festgestellt werden, so ist dies ein Hinweis auf die Annäherung an das Fahren im oder am fahrdynamischen Grenzbereich, nämlich an den Bereich der maximal übertragbaren Reifenkräfte. In Abhängigkeit von der Größe der Differenz zwischen den modellbasierten Werten und den gemessenen Werten für die Gierrate und die Querbeschleunigung wird dann erfindungsgemäß die Lenkunterstützung erhöht, d.h. ein entsprechend höheres Unterstützungsmoment aufgebracht bzw. ein für den Fahrer leichteres Handmoment angelegt, was bedeutet, dass dem von ihm selbst mit seinem Lenkwunsch aufgebrachten Lenkmoment ein geringeres Handmoment entgegengesetzt wird. Die damit für den Fahrer spürbare Leichtigkeit der Lenkbetätigung gibt ihm dann den gewünschten Hinweis, nämlich dass sich das Fahrzeug nahe des fahrdynamischen Grenzbereichs bewegt. Dabei sei darauf hingewiesen, dass anstelle der Gierrate und der Querbeschleunigung auch vergleichbare fahrdynamische Größen mit vergleichbarer Aussagekraft gewählt werden können; in der heutigen Praxis ist jedoch diesen beiden Größen aufgrund von deren einfacher und genauer Messbarkeit der Vorzug zu geben.
Das genannte höhere oder größere Unterstützungsmoment bzw. das für den Fahrer leichtere oder geringere Handmoment kann direkt oder auch quasi indirekt aufgebracht werden; indem der dem Fachmann bekannte aktive Lenkungsrücklauf gesamthaft oder in Teilfunktionen herabgesetzt bzw. derart verändert wird, dass sich die gewünschte Lenkmoment-Charakteristik beim Fahren am bzw. im Grenzbereich sowohl stationär als auch dynamisch einstellt.
Um zu verhindern, dass in bestimmten (extremen) Fahrsituationen oder Fahrzuständen diese vorgeschlagenen Eingriffe bzw. Beeinflussungen des aufgebrachten Unterstützungsmoments zu unerwünschten Instabilitäten im Fzg.-Lenksystem führen, kann diese hiermit vorgeschlagene Funktion in Abhängigkeit von entsprechenden Eingangsgrößen teilweise oder vollständig deaktiviert werden. Beispielshalber genannt seien hierfür bestimmte Bereiche des möglichen Lenkwinkels; insbesondere in der Nähe des jeweiligen Lenkungs-Endanschlags. Ein weiteres Beispiel für solche Fahrzustände können gewisse Fahrgeschwindigkeits-Bereiche, insbesondere solche mit niedrigen Geschwindigkeiten, sein.
Grundsätzlich wird somit vorgeschlagen, ein Unterstützungs-Lenkmoment oder ein sog. Handmoment, das abhängig von verschiedenen Eingangsgrößen als Soll-Lenkmoment vorgegeben und durch ein vorzugsweise elektromotorisches Servo-Lenksystem oder einen beliebig gearteten (Zusatz)-Aktuator eingeregelt wird, gesamthaft oder in Form von Teilfunktionen, welche das Soll-Lenkmoment erzeugen, über eine Differenz-Gierrate und Differenz-Querbeschleunigung (Differenz = Abweichung zwischen modellbasierten und gemessenen Werten) derart zu verändern, dass bei Fahrt am oder im fahrdynamischen Grenzbereich eine entsprechende Lenkungsrückmeldung in Form einer spürbaren Lenkungs-Leichtgängigkeit erzeugt wird, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein können, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Fahrzeug-Servolenksystem mit elektromotorischer Momentenunterstützung, wobei die Größe und Richtung eines gleichsinnig zum vom Fährer an seinem Lenkrad vorgegebenen Moment aufgebrachten Unterstützungsmoments oder eines eingestellten sog. Handmoments neben einem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel von der Abweichung zwischen einer gemessenen und einer modellbasierten Gierrate abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich dann, wenn der Fahrer selbst ein Moment an das Lenkrad anlegt, die Größe des Unterstützungsmoments oder eingestellten Handmoments von der Abweichung zwischen der gemessenen und der modellbasierten Gierrate und zwischen einer gemessenen und einer modellbasierten Querbeschleunigung abhängig ist, derart, dass mit zunehmenden Abweichungen ein höheres Unterstützungsmoment oder ein für den Fahrer leichteres Handmoment äufgebracht wird, wodurch der Fahrer über die spürbare Leichtigkeit der Lenkbewegung einen Hinweis auf die Annäherung an den fahrdynämischen Grenzbereich erhält.
Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das höhere Unterstützungsmoment oder das für den Fahrer leichtere Handmoment aufgrund eines herabgesetzten Lenkungsrücklaufs aufgebracht wird.
Servolenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das höhere Unterstützungsmoment oder das für den Fahrer leichtere Handmoment nur in bestimmten Fahrzuständen aufgebracht wird
Servolenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das höhere Unterstützungsmoment oder das leichtere Handmoment in gewissen Fahrgeschwindigkeits-Bereichen und/oder gewissen Bereichen des möglichen Lenkwinkels nahe des jeweiligen Lenkungs-Endanschlags, nicht oder nur anteilig aufgebracht wird.