DE102007000978A1

DE102007000978A1 - Verfahren zum Ansteuern eines Motors einer Winkelüberlagerungslenkung

Info

Publication number: DE102007000978A1
Application number: DE200710000978
Authority: DE
Inventors: Thomas Wanner; Hendrik Büring; Reinhard Grossheim
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-05-14

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotors (16) einer Winkelüberlagerungslenkung (10), ein Steuergerät (22), ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt vorgestellt. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass die maximale Drehzahl des Elektromotors (16) in Abhängigkeit mindestens einer Betriebsgröße begrenzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotors einer Winkelüberlagerungslenkung in einem Kraftfahrzeug, ein Steuergerät für eine solche Winkelüberlagerungslenkung, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
Die Erfindung kommt insbesondere bei einer sogenannten Überlagerungslenkung zum Einsatz, bei der einem vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel ein elektronisch geregelter Motorwinkel überlagert wird. Ein solches Lenksystem ermöglicht einen vom Fahrer unabhängigen Lenkeingriff auf die Vorderachse unterstützt durch einen Servoantrieb, ohne die mechanische Kopplung zwischen Lenkrad und Vorderachse auftrennen zu müssen. Der zusätzliche Freiheitsgrad gewährt eine kontinuierliche und situationsabhängige Adaption der Lenkeigenschaften. Zudem wird die Lenkdynamik aktiv angepasst und es ist eine Fahrzeugstabilisierung möglich.
Bei bekannten aktiven Lenksystemen ist festzustellen, dass diese akustisch auffällig sind, insbesondere wenn bei großen Sollübersetzungsänderungen schnell gelenkt wird. Dies gilt vor allem bei Übersetzungen zwischen Lenkrad und Vorderrad ins Direkte, d. h. bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten oder wenn das Fahrzeug steht. Dies ist insbesondere nachteilig, da sich der Motor für die Überlagerungslenkung oftmals im Fahrgastraum befindet.
Weiterhin ist zu beachten, dass viele aktive Lenksysteme einen Elektromotor zur Realisierung einer variablen Lenkübersetzung oder von externen Eingriffen haben, dessen Drehmoment mit steigender Motordrehzahl fällt. Dies wirkt sich nachteilig auf das Überschwingverhalten und somit auf die Regelgüte aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Ansteuern eines Elektromotors einer Winkelüberlagerungslenkung in einem Kraftfahrzeug und zeichnet sich dadurch aus, dass die maximale Drehzahl des Elektromotors in Abhängigkeit mindestens einer Betriebsgröße begrenzt wird.
Dies bedeutet, dass die maximal mögliche Drehzahl des unterstützenden Elektromotors begrenzt wird. Dies kann durch Begrenzung der maximalen Motorwinkelgeschwindigkeit bzw. Motorsollwinkelgeschwindigkeit erreicht werden. Dies hat zur Folge, dass der Fahrer ggf. weiter auslenken muss, um den erwünschten Lenkeinschlag zu erhalten. Da die maximale Drehzahl des Elektromotors begrenzt ist, können, insbesondere bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, akustische Nachteile vermieden werden.
Somit kann mit dem Verfahren der Gradient des Elektromotors und somit des Zusatzlenkwinkelstellers bzw. dessen Sollvorgabe begrenzt werden.
Somit ist eine Funktionalität entwickelt, die zu einem positiven Einfluss auf die Akustik insbesondere bei Überlagerungslenkungen führt und die zusätzlich das Überschwingverhalten bei schnellen Lenkbewegungen verbessert.
In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die maximale Drehzahl des Elektromotors in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs begrenzt wird. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die maximale Drehzahl des Elektromotors in Abhängigkeit der Lenkradgeschwindigkeit begrenzt wird.
In einer möglichen Ausführung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Betriebsgröße einen Faktor bestimmt, der die maximale Drehzahl des Elektromotors beeinflusst.
Typischerweise wird der Faktor bei einem Auslenken aufgebaut und bei einem Nulldurchgang des Lenkrads zurückgesetzt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit, zumindest in den möglichen Ausgestaltungen, vorgesehen, dass in Abhängigkeit von Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkradwinkelgeschwindigkeit oder in Abhängigkeit von Fahrzeuggeschwindigkeit und Ritzelwinkelgeschwindigkeit ein Faktor ermittelt wird, der mit dem eigentlichen Teilsollwert der aktiven Nutzfunktionen multipliziert wird. Liegt dieser Faktor zwischen null und eins, wirkt sich dies positiv auf die Akustik und das Regelverhalten hinsichtlich des Überschwingverhaltens aus. Ist der Faktor größer als eins, erreicht man bei entsprechender Applikation einen positiven Einfluss auf das dynamische Verhalten des Fahrzeugs, bspw. in Ausweichsituationen. Die Größen Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkrad winkelgeschwindigkeit und Ritzelwinkelgeschwindigkeit können dabei entweder berechnet oder gemessen werden.
Somit kann ein positiver Einfluss auf die Akustik bei einer Überlagerungslenkung erreicht werden und zusätzlich das Überschwingverhalten bei schnellen Lenkbewegungen verbessert werden.
Die erfindungsgemäße Winkelüberlagerungslenkung eines Kraftfahrzeugs weist einen Servoantrieb mit einem Elektromotor und ein elektronisches Steuergerät zur Ansteuerung des Elektromotors auf. Dabei ist vorgesehen, dass das Steuergerät zur Begrenzung der Drehzahl des Elektromotors in Abhängigkeit mindestens einer Betriebsgröße ausgelegt ist. Die vorgestellte Winkelüberlagerungslenkung ist insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignet.
Das erfindungsgemäße Steuergerät kann bspw. zur Durchführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens in einer dargelegten Winkelüberlagerungslenkung zum Einsatz kommen und ist dazu ausgelegt, die Drehzahl eines Elektromotors für eine Winkelüberlagerungslenkung in Abhängigkeit mindestens einer Betriebsgröße zu begrenzen.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm umfasst Programmcodemittel, um ein Verfahren zum Betreiben einer Winkelüberlagerungslenkung der vorstehend beschriebenen Art durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere in einem Steuergerät der Winkelüberlagerungslenkung, ausgeführt wird.
Dieses Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger, wie bspw. einer Diskette, CD, DVD, Festplatte, einem USB Memory Stick oder ähnlichem, oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein. Von dort kann das Computerprogramm in ein Speicherelement des Steuergeräts übertragen werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Winkelüberlagerungslenkung.
2 zeigt ein beispielhaftes Übersetzungsverhältnis als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 zeigt in einem Graphen die maximale Drehzahl in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit.
In 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Winkelüberlagerungslenkung dargestellt, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet und als Überlagerungslenkung ausgebildet ist. Die Darstellung zeigt ein Lenkrad 12, einen Servoantrieb 14, dem ein Elektromotor 16 zugeordnet ist, und zwei über eine Vorderachse 18 verbundene Vorderräder 20, die zum Steuern des Fahrzeugs angelenkt werden. Weiterhin ist dem Servoantrieb 14 ein Steuergerät 22 zugeordnet.
Der über das Lenkrad 12 vorgegebene Lenkwinkels wird von einem Motorlenkwinkel δ_M des Elektromotors 16 überlagert, so dass sich ein Ritzelwinkel δ_G ergibt, der direkten Einfluss auf den an den Vorderrädern anliegenden Lenkwinkel δ_F hat.
Es gilt
und δM·iM + δS·id = δG wobei i_M und i_d vorzugebende Faktoren sind.
Das dargestellte Lenksystem ermöglicht einen vom Fahrer bewirkten aktiven Lenkeingriff an der Vorderachse 18 unterstützt durch den Elektromotor 16, ohne die mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad 12 und der Vorderachse 18 auftrennen zu müssen, wobei der vom Fahrer vorgegebene Lenkwinkel δ_S mit dem Motor- bzw. Zusatzlenkwinkel δ_M überlagertwird.
In 2 ist in einem Graphen ein beispielhaftes Übersetzungsverhältnis i_v als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgetragen.
In dem gezeigten Graphen ist an der Abszisse 150 die Fahrzeuggeschwindigkeit und an der Ordinate 250 das Übersetzungsverhältnis i_v aufgetragen. Der Graph zeigt somit das Übersetzungsverhältnis i_v als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei das Übersetzungsverhältnis i_v als das Verhältnis zwischen Lenkradwinkel und Vorderradwinkel definiert ist, nämlich: iv = Sollübersetzung = Lenkradwinkel/Vorderradwinkel
Das Übersetzungsverhältnis i_v verläuft zwischen i_{v min} 350 bei geringen Geschwindigkeiten, d. h. im direkten Betrieb bzw. ins Direkte, und i_{v max} 450 bei hohen Geschwindigkeiten, d. h. im indirekten Betrieb. Zu erkennen ist, dass bei einer Geschwindigkeit von 60 km/h ein rein mechanisches Lenken erfolgt und der Servoantrieb nicht eingreift. Bei niedrigen Geschwindigkeiten wird unterstützend eingegriffen und bei hohen Geschwindigkeiten wird gegengelenkt.
In 3 ist in einem Graphen die maximale Drehzahl an einer Ordinate 550 gegenüber der Fahrzeuggeschwindigkeit an der Abszisse 650 aufgetragen.
Zu erkennen ist, dass bei niedrigen Geschwindigkeiten, nämlich zwischen –5 km/h und 30 km/h, die maximale Drehzahl des Motors auf 200 Grad/s begrenzt ist. Außerhalb dieses Bereichs liegt die maximale Drehzahl bei 400 Grad/s. Die maximale Drehzahl wird somit in Abhängigkeit der Betriebsgröße Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt. Die genannten Größen sind nur beispielhaft gegeben.
Dies bewirkt in diesem Fall, dass bei den genannten niedrigen Geschwindigkeiten die maximale Drehzahl des Elektromotors des Servoantriebs begrenzt wird bzw. ist und daher der Fahrer zwar weiter auslenken muss aber der akustische Nachteil verhindert und das Überschwingverhalten verbessert ist. Alternativ oder ergänzend kann die maximale Drehzahl auch in Abhängigkeit der Lenkradgeschwindigkeit vorgegeben werden.
Es wird somit in Abhängigkeit von Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Lenkradgeschwindigkeit bzw. Ritzelgeschwindigkeit ein Faktor ermittelt, der mit dem eigentlichen Teilsollwert der aktiven Nutzfunktion multipliziert wird. Liegt dieser Faktor zwischen null und eins, wirkt sich dies positiv auf die Akustik und das Regelverhalten aus. Ist der Faktor größer als eins, erreicht man bei entsprechender Applikation einen positiven Einfluss auf das dynamische Verhalten des Fahrzeugs.

Claims

Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotors (16) einer Winkelüberlagerungslenkung (10) in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Drehzahl des Elektromotors (16) in Abhängigkeit mindestens einer Betriebsgröße begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Gradient des Elektromotors (16) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die maximale Drehzahl des Elektromotors (16) in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die maximale Drehzahl des Elektromotors (16) in Abhängigkeit der Lenkradgeschwindigkeit begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die mindestens eine Betriebsgröße einen Faktor bestimmt, der die maximale Drehzahl des Elektromotors (16) beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Faktor bei einem Auslenken aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Faktor bei einem Nulldurchgang des Lenkrads zurückgesetzt wird.
Winkelüberlagerungslenkung eines Kraftfahrzeugs, die aufweist: einen Servoantrieb (14) mit einem Elektromotor (16), ein elektronisches Steuergerät (22) zur Ansteuerung des Elektromotors (16), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) zur Begrenzung der maximalen Drehzahl des Elektromotors (16) in Abhängigkeit mindestens einer Betriebsgröße ausgelegt ist.
Steuergerät, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Winkelüberlagerungslenkung (10) nach Anspruch 8, das dazu ausgelegt ist, die maximale Drehzahl eines Elektromotors (16) für eine Hilfskraftlenkung (10) in Abhängigkeit mindestens einer Betriebsgröße zu begrenzen.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere in einem Steuergerät (22) gemäß Anspruch 9 in einer Winkelüberlagerungslenkung (10) nach Anspruch 8, ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere in einem Steuergerät (22) gemäß Anspruch 9 in einer Winkelüberlagerungslenkung (10) nach Anspruch 8, ausgeführt wird.