DE102009009032A1

DE102009009032A1 - Verfahren zur Erkennung von Gierschwingungen eines Kraftfahrzeugs im Hands-Off-Fall

Info

Publication number: DE102009009032A1
Application number: DE200910009032
Authority: DE
Inventors: Alexander Bartels
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2010-08-19

Abstract

Bei einem Verfahren zur Erkennung von Gierschwingungen eines Kraftfahrzeugs im Hands-Off-Fall werden der Verlauf des Lenkwinkels, des Lenkmoments und der Lenkwinkelbeschleunigung erfasst und in einem Zeitintervall nach Überschreiten eines Mindestbetrags für den Lenkwinkel und anschließendem Abfall des Betrags des Lenkwinkels ausgewertet. Auf das Auftreten von Gierschwingungen im Hands-Off-Fall wird geschlossen, wenn kein Vorzeichenwechsel des Lenkmoments vor dem Nulldurchgang des Lenkwinkels auftritt, kein Vorzeichenwechsel der Lenkwinkelbeschleunigung in dem definierten Winkelbereich um den Nulldurchgang des Lenkwinkels auftritt, und das Vorzeichen des Produkts aus Lenkmoment und Lenkwinkelbeschleunigung bis zum Nulldurchgang des Lenkwinkels negativ bleibt. Dies gestattet eine Verminderung der Dämpfung bei der aktiven Rückstellung der Lenkung zugunsten eines verbesserten Lenkgefühls solange keine Gierschwingungen im Hands-Off-Fall auftreten. Erkannte Gierschwingungen können aktiv kompensiert werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung von Gierschwingungen eines Kraftfahrzeugs im Hands-Off-Fall sowie weiterhin auf ein Verfahren zur Kompensation solcher Gierschwingungen an einem Kraftfahrzeug, bei dem eine aktive Rückstellung der Lenkung in ihre Nulllage mittels eines Elektromotors erfolgt.
Bei elektromechanischen Lenkungen ist aufgrund der durch den Elektromotor bedingten erhöhten Trägheit nach einem Auslenken eine selbsttätige Rückstellung der Lenkung in die Nulllage unzureichend, da die aus der Achsgeometrie resultierenden Rückstellkräfte an den eingeschlagenen Rädern nicht ausreichen, um die Räder wieder in Geradeausstellung zu bewegen. Aus diesem Grunde wird mittels des Elektromotors eine aktive Rückstellung vorgenommen.
Durch Auswertung von Lenkmoment, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Lenkwinkel und Lenkwinkelgeschwindigkeit wird in einem Steuergerät anhand dort abgelegter Berechnungsvorschriften oder Kennlinien ein für die aktive Rückstellung erforderliches Drehmoment des Elektromotors berechnet. Das Steuergerät übermittelt anschließend ein entsprechendes Stellsignal an den Elektromotor, so dass die Fahrzeugräder in die Geradeausstellung zurückgestellt werden.
Üblicherweise erfolgt die aktive Rückstellung gedämpft, um gefährliche Gierschwingungen des Fahrzeugs zu unterdrücken. Diese Dämpfung beeinträchtigt jedoch das Lenkgefühl, so dass herkömmliche Verfahren zur aktiven Rückstellung der Lenkung stets einen Kompromiss zwischen einem guten Lenkgefühl und der Dämpfung von Gierschwingungen darstellen.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Lenkgefühl einer elektromechanischen Lenkung ohne Beeinträchtigung der Fahrsicherheit zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst, welches sich auf das Erkennen von Gierschwingungen im Hands-Off-Fall. Dieses Verfahren schafft die Grundlage für eine wirksame Bekämpfung von Gierschwingungen immer dann, wenn eine solche erforderlich ist. Andernfalls kann die über die aktive Rückstellung bereitgestellte Dämpfung zurückgenommen und dadurch das Lenkgefühl verbessert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Erfassen des Verlaufs des Lenkwinkels, des Lenkmoments und der Lenkwinkelbeschleunigung sowie ein Auswerten dieser Größen in einem Zeitintervall nach Überschreiten eines Mindestbetrags für den Lenkwinkel und anschließendem Abfall des Betrags des Lenkwinkels hinsichtlich

– eines Vorzeichenwechsels des Lenkmoments in Bezug auf den Nulldurchgang des Lenkwinkels,
– eines Vorzeichenwechsels der Lenkwinkelbeschleunigung in einem definierten Winkelbereich von maximal +/–20 Grad um den Nulldurchgang des Lenkwinkels, und
– des Vorzeichens des Produkts aus Lenkmoment und Lenkwinkelbeschleunigung in Bezug auf den Nulldurchgang des Lenkwinkels.

Auf das Auftreten von Gierschwingungen im Hands-Off-Fall wird dann geschlossen, wenn

– kein Vorzeichenwechsel des Lenkmoments vordem Nulldurchgang des Lenkwinkels auftritt,
– kein Vorzeichenwechsel der Lenkwinkelbeschleunigung in dem definierten Winkelbereich um den Nulldurchgang des Lenkwinkels auftritt, und
– das Vorzeichen des Produkts aus Lenkmoment und Lenkwinkelbeschleunigung bis zum Nulldurchgang des Lenkwinkels negativ bleibt.

Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Kompensation von Gierschwingungen im Hands-Off-Fall gemäß Anspruch 4 sowie gemäß Anspruch 5 gelöst. Das Verfahren, welches sich jeweils auf ein Fahrzeug mit aktiver Rückstellung der Lenkung in die Nulllage mittels eines Elektromotors bezieht. zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem Erkennen von Gierschwingungen im Hands-Off-Fall die Rückstellung der Lenkung dahingehend modifiziert wird, dass der Einfluss des Lenkmoments bei der Berechnung des Stellsignals für den Elektromotor zur aktiven Rückstellung temporär erhöht wird.
Die Sollrücklaufgeschwindigkeit des Lenkrads kann in Abhängigkeit von Lenkwinkel, Lenkmoment und Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegeben und mit der aktuellen Lenkwinkelgeschwindigkeit verglichen werden. Je nach Abweichung der Sollrücklaufgeschwindigkeit von der aktuellen Lenkwinkelgeschwindigkeit wirkt die aktive Rückstellung beschleunigend oder dämpfend. Durch eine Verringerung lenkmomentabhängiger Größen ist ein deutlich freieres Lenkgefühl darstellbar, welches jedoch durch die deshalb fehlende Dämpfung gefährliche Gierschwingungen des Fahrzeugs zulassen würde. Diese gilt es jedoch zu vermeiden.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass die Gierschwingungen lediglich im Hands-Off-Fall auftreten. Die Dämpfung der aktiven Rückstellung kann daher solange zurückgenommen werden, solange ein Hands-Off-Fall mit Gierschwingungen nicht gegeben ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren kann somit der Einfluss lenkmomentabhängiger Größen bei der Vorgabe der Stellsignale für den Elektromotor zurückgenommen oder vollständig unterdrückt werden.
Durch die oben erläuterte Erkennung eines Hands-Off-Falls mit Gierschwingungen kann diese Verminderung revidiert bzw. der Einfluss des Lenkmoments bei der Vorgabe der Stellsignale für den, Elektromotor temporär erhöht werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung einer elektromechanischen Lenkung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ansteuerbar ist,
2 den Verlauf von Lenkwinkel, Lenkmoment und Lenkwinkelbeschleunigung im Hands-Off-Fall bei einer auftretenden Gierschwingung bei 80 km/h,
3 den Verlauf von Lenkwinkel, Lenkmoment und Lenkwinkelbeschleunigung im Hands-Off-Fall bei einer auftretenden Gierschwingung bei 120 km/h,
4 den Verlauf von Lenkwinkel, Lenkmoment und Lenkwinkelbeschleunigung bei aktivem Lenken durch den Fahrer während des Auftretens einer Gierschwingung bei 80 km/h, und
5 den Verlauf von Lenkwinkel, Lenkmoment und Lenkwinkelbeschleunigung bei aktivem Lenken durch den Fahrer während des Auftretens einer Gierschwingung bei 120 km/h.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung 1 für ein Kraftfahrzeug. Diese weist ein Lenkungsgehäuse auf, durch das sich eine Lenkstange erstreckt. An der Lenkstange greift ein nicht näher dargestelltes Lenkungsritzel an, um einen vom Fahrer aufgebrachten Lenkbefehl an die Fahrzeugräder zu übertragen. Weiterhin ist ein Elektromotor 2 zur Erzeugung einer Lenkunterstützung vorgesehen. Das Abtriebsmoment des Elektromotors wird beispielsweise über eine Getriebestufe und einen Kugelgewindetrieb als axiale Hilfskraft an der Lenkstange zur Wirkung gebracht. Weiterhin ist in 1 ein Lenkungssteuergerät 3 dargestellt.
Zur aktiven Rückstellung der Lenkung in ihre Nulllage wird innerhalb einer ersten Berechnungseinheit 4 des Lenkungssteuergerät 3 auf der Grundlage des Lenkwinkels φ, des Lenkmoments M_L und der Fahrzeuggeschwindigkeit v eine Sollrücklaufgeschwindigkeit für das Lenkrad anhand in dem Lenkungssteuergerät 3 abgelegter Berechnungsvorschriften berechnet. Zwischen der Sollrücklaufgeschwindigkeit und der aktuellen Lenkwinkelgeschwindigkeit wird die Differenz gebildet und hieraus ein gegebenenfalls verstärktes Stellsignal S_Motor für den Elektromotor 2 generiert.
Weiterhin weist das Lenkungssteuergerät 3 eine zweite Berechnungseinheit 5 auf, in der in der nachfolgend näher erläuterten Art und Weise Gierschwingungen des Kraftfahrzeugs im Hands-Off-Fall erkannt werden.
Hierzu werden der Verlauf des Lenkwinkels φ, des Lenkmoments M_L und der Lenkwinkelbeschleunigung d²φ/dt² erfasst und ausgewertet. Die Auswertung wird jedoch lediglich nach einem Überschreiten eines Mindestbetrags für den Lenkwinkel φ, der beispielsweise mit 35° vorgegeben sein kann, und einem anschließendem Abfall des Betrags des Lenkwinkels gestartet und zumindest bis zu einem Nulldurchgang des Lenkwinkels fortgesetzt. Für jedes Überschreiten des Mindestbetrags des Lenkwinkels wird die Auswertung erneut gestartet.
Die Auswertung erfolgt hinsichtlich drei verschiedener Kriterien, nämlich

a) hinsichtlich eines Vorzeichenwechsels des Lenkmoments M_L in Bezug auf den Nulldurchgang des Lenkwinkels φ,
b) eines Vorzeichenwechsels der Lenkwinkelbeschleunigung d²φ/dt² in einem definierten Winkelbereich von maximal +/–20 Grad um den Nulldurchgang des Lenkwinkels φ, und
c) das Vorzeichen des Produkts aus Lenkmoment M_L und Lenkwinkelbeschleunigung d²φ/dt² in Bezug auf den Nulldurchgang des Lenkwinkels φ.

Auf das Auftreten von Gierschwingungen im Hands-Off-Fall wird dann geschlossen, wenn
für Kriterium a) kein Vorzeichenwechsel des Lenkmoments M_L vor dem Nulldurchgang des Lenkwinkels φ auftritt,
für Kriterium b) kein Vorzeichenwechsel der Lenkwinkelbeschleunigung d²φ/dt² in dem definierten Winkelbereich um den Nulldurchgang des Lenkwinkels φ auftritt, und
für Kriterium c) das Vorzeichen des Produkts aus Lenkmoment M_L und Lenkwinkelbeschleunigung d²φ/dt² bis zum Nulldurchgang des Lenkwinkels φ negativ bleibt.
In diesem Fall wird ein Steuersignal s_Modifikation erzeugt und an die erste Berechnungseinheit 4 übermittelt. Entsprechende Beispiele sind in den 2 und 3 dargestellt.
Wird eine Gierschwingung durch aktives Lenken des Fahrers simuliert, wie dies in den 4 und 5 dargestellt ist, findet vor dem Nulldurchgang des Lenkwinkels φ sowohl beim Lenkmoments M_L als auch bei Lenkwinkelbeschleunigung d²φ/dt² ein Vorzeichenwechsel statt. Zudem ist das Produkt aus Lenkmoment M_L und Lenkwinkelbeschleunigung d²φ/dt² bis zum Nulldurchgang des Lenkwinkels φ nicht negativ. Das Steuersignal s_Modifikation bleibt in diesem Fall inaktiv.
Liegt das Steuersignal s_Modifikation an der ersten Berechnungseinheit 4 an, so wird die aktive Rückstellung der Lenkung dahingehend modifiziert wird, dass der Einfluss des Lenkmoments M_L bei der Berechnung des Stellsignals s_Motor für den Elektromotor 2 zur aktiven Rückstellung temporär erhöht wird. Hieraus resultiert eine gegenüber einem Zustand ohne Gierschwingungen erhöhte Dämpfung, so dass gefährliche Situationen vermieden werden. Im Normalfall, d. h. bei einer aktiven Rückstellung ohne Gierschwingungen kann die Dämpfung zurückgenommen werden, wodurch sich ein verbessertes Lenkgefühl ergibt.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: Lenkung
2: Elektromotor
3: Lenkungssteuergerät
4: erste Berechnungseinheit
5: zweite Berechnungseinheit
φ: Lenkwinkel
M_L: Lenkmoment
M_Motor: Unterstützungsmoment des Elektromotors
s_Modifikation: Steuersignal
s_Motor: Stellsignal für den Elektromotor

Claims

Verfahren zur Erkennung von Gierschwingungen eines Kraftfahrzeugs im Hands-Off-Fall, gekennzeichnet durch: Erfassen des Verlaufs des Lenkwinkels, des Lenkmoments und der Lenkwinkelbeschleunigung, Auswerten des Lenkwinkels des Lenkmoments und der Lenkwinkelbeschleunigung in einem Zeitintervall nach Überschreiten eines Mindestbetrags für den Lenkwinkel und anschließendem Abfall des Betrags des Lenkwinkels hinsichtlich – eines Vorzeichenwechsels des Lenkmoments in Bezug auf den Nulldurchgang des Lenkwinkels, – eines Vorzeichenwechsels der Lenkwinkelbeschleunigung in einem definierten Winkelbereich von maximal +/–20 Grad um den Nulldurchgang des Lenkwinkels, und – des Vorzeichens des Produkts aus Lenkmoment und Lenkwinkelbeschleunigung in Bezug auf den Nulldurchgang des Lenkwinkels, wobei auf das Auftreten von Gierschwingungen im Hands-Off-Fall geschlossen wird, wenn – kein Vorzeichenwechsel des Lenkmoments vor dem Nulldurchgang des Lenkwinkels auftritt, – kein Vorzeichenwechsel der Lenkwinkelbeschleunigung in dem definierten Winkelbereich um den Nulldurchgang des Lenkwinkels auftritt, und – das Vorzeichen des Produkts aus Lenkmoment und Lenkwinkelbeschleunigung bis zum Nulldurchgang des Lenkwinkels negativ bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertung nur dann erfolgt, wenn ein Mindestbetrag für den Lenkwinkel von 35° Grad überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung jedes Mal bei Überschreiten des Mindestlenkwinkels neu gestartet wird.
Verfahren zur Kompensation von Gierschwingungen im Hands-Off-Fall an einem Kraftfahrzeug, bei dem eine aktive Rückstellung der Lenkung in ihre Nulllage mittels eines Elektromotors erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Erkennen von Gierschwingungen im Hands-Off-Fall die Rückstellung der Lenkung dahingehend modifiziert wird, dass der Einfluss des Lenkmoments bei der Berechnung des Stellsignals für den Elektromotor zur aktiven Rückstellung temporär erhöht wird.
Verfahren zur Kompensation von Gierschwingungen im Hands-Off-Fall an einem Kraftfahrzeug, bei dem eine aktive Rückstellung der Lenkung in ihre Nulllage mittels eines Elektromotors erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Erkennen von Gierschwingungen eines Kraftfahrzeugs im Hands-Off-Fall durchgeführt wird, und bei einem Erkennen von Gierschwingungen im Hands-Off-Fall die Rückstellung der Lenkung dahingehend modifiziert wird, dass der Einfluss des Lenkmoments bei der Berechnung des Stellsignals für den Elektromotor zur aktiven Rückstellung temporär erhöht unterdrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Erkennen von Gierschwingungen im Hands-Off-Fall die aktive Rückstellung ausschließlich in Abhängigkeit des Lenkwinkels, der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit vorgenommen wird.