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Es ist bekannt, dass bei Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, mit angetriebenen Vorderrädern, mit denen das Fahrzeug üblicherweise auch gelenkt wird, durch höhere zu übertragende Antriebsmomente für den Fahrer unangenehme Störeinflüsse an seinem Lenkrad spürbar sind. Hierfür wird auch der Betriff „Torque-Steer” verwendet, der für solche Antriebseinflüsse in der Lenkung steht, d. h. für Störungen in der Lenkungsrückmeldung, die durch Antriebskräfte an der gelenkten Vorderachse auftreten. Ursachen für diese störenden Antriebseinflüsse in der Lenkung sind unter anderem unterschiedliche Gelenkwellenbeugewinkel links und rechts, die Gelenkwellenreibung, seitliche Reifenverformungen, Reifennachlauf und kinematischer Nachlauf sowie unterschiedlich große Triebkrafthebelarme. Bei Kurvenfahrt kommt es bei Differentialen mit Sperrgrad zu unterschiedlich großen Antriebsmomenten links/rechts, was ebenfalls einen Einfluss auf das Lenkmoment haben kann.
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Üblicherweise erhält der Fahrer über das Lenkmoment der Lenkrückstellung (= Rückstellung des verdrehten Lenkrads in seine Neutralposition) bzw. über sein entsprechend an das Lenkrad anzulegendes Handmoment Rückmeldungen über den aktuellen Fahrzustand. Aufgrund des Einflusses der Antriebskräfte in der Lenkung kann es jedoch zu einem Einbruch dieses Lenkmoments kommen, der derart stark ausgeprägt sein kann, dass das aus seiner Neutralstellung heraus gedrehte Lenkrad bei Loslassen, d. h. ohne ein angelegtes Handmoment, entweder in seiner aktuellen Stellung verbleibt oder sich sogar weiter eindreht, d. h. von seiner Neutralstellung entfernt, anstelle wie gewünscht in Richtung der Neutralstellung zurückzudrehen.
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Zur Abhilfe dieser Problematik ist es bekannt, bei einem geregelten Lenksystem im Lenkungssteuergerät eine Funktion zu implementieren, welche das Auftreten von Torque-Steer-Effekten erkennt und über eine Stellgröße beseitigt bzw. dem Torque-Steer entgegenwirkt. Besonders einfach ist eine solche Regelung an den seit kürzerem üblichen Lenksystemen mit elektromotorischer Lenkmomentunterstützung umsetzbar, da der die Lenkunterstützung bereit stellende Elektromotor relativ einfach in entsprechender Weise angesteuert werden kann.
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So ist in der eingangs erstgenannten
EP 1 990 254 B1 ein Betriebsverfahren für ein Fahrzeug-Lenksystem mit Momenten-Unterstützung durch einen Elektromotor vorgeschlagen, wobei die Rücklaufgeschwindigkeit des Lenkrads ausgehend von einem eingeschlagenen Zustand der lenkbaren und angetriebenen Räder in deren Neutralstellung durch geeignete Ansteuerung des Elektromotors in Abhängigkeit von verschiedenen Randbedingungen einstellbar ist, und wobei die an den lenkbaren Rädern übertragene Zugkraft oder eine dieser im wesentlichen entsprechende Ersatzgröße eine solche Randbedingung ist.
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Demgegenüber einfacher kann eine Torque-Steer-Effekte kompensierende Funktion auch ohne Rücksichtnahme auf interne Randbedingungen eines Lenkungs-Steuergeräts appliziert und damit ein Kompensationsmoment bestimmt werden, welches das Lenkgefühl, das der Fahrer in Form seines Handmoments am Lenkrad empfindet, nur unwesentlich verfälscht, wenn gemäß der nächstkommenden
DE 10 2006 044 088 A1 für relevante Betriebspunkte des Fahrzeugsein Soll-Lenkmoment in Abhängigkeit von relevanten Randbedingungen hinterlegt ist und bei einer eine Schwelle überschreitenden Abweichung des gemessenen Ist-Lenkmoments vom Soll-Lenkmoment für die Kompensation des Störeinflusses über eine elektronische Steuereinheit für den die Lenkmomentunterstützung bereitstellenden Elektromotor ein zusätzliches Lenkmoment solcher Größe von diesem Elektromotor angefordert und bereit gestellt wird, dass sich das Ist-Lenkmoment um nicht mehr als die genannte Schwelle vom Soll-Lenkmoment unterscheidet.
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Schließlich beschreibt als weiterer Stand der Technik die
DE 10 2005 045 243 A1 eine Einrichtung zum Kompensieren von Schiefzieheffekten an einem Kraftfahrzeug über die Fahrzeuglenkung, wobei aus mindestens einer das Antriebsmoment des Fahrzeugs repräsentierenden Größe ein Korrektursignal errechnet wird, das ein asymmetrisches Beugungsverhalten von zu den Fahrzeugrädern führenden Antriebswellen kompensiert und dem Stellsignal der Lenkung überlagert.
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Hiermit soll nun für ein Lenksystem bzw. dessen Betriebsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine weitere Verbesserung hinsichtlich Spürbarkeit bzw. eigentlich „Nicht-Spürbarkeit” von Torque-Steer-Einflüssen für den Fahrer aufgezeigt werden (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung). Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Betriebsverfahren mit den den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist eine Berücksichtigung der Lenkrichtung in einer Torque-Steer-Kompensation vorgesehen, denn aufgrund der Mitwirkung der natürlichen Rad-Rückstellung an gelenkten Achsen ist das Lenkmoment zum Rückstellen des Lenkrads in seine Neutralstellung bzw. Mittenlage („Geradeaus-Stellung”) geringer als das zum Verdrehen von der Neutralstellung weg benötigte Lenkmoment. Diese Unterschiede sollen nun über ein lenkrichtungsabhängiges Kennfeld ausgeglichen werden, derart dass beim Lenken zur Neutralstellung hin ein aus einer fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Kennlinie abgeleiteter Momenten-Wert vom Soll-Lenkmoment aus einer unter üblicher Anwendung des Betriebsverfahrens benötigten und im weiteren genannten Tabelle subtrahiert wird.
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Wie grundsätzlich bekannt, wird das mittels eines üblichen Drehmomentsensors beispielsweise an der das Lenkrad mit dem Lenkgetriebe verbindenden Lenkspindel äußerst einfach messbare Lenkmoment in Form eines sog. Ist-Lenkmoments mit vorgegebenen Sollwerten in Form eines Soll-Lenkmoments verglichen. Diese Sollwerte sind in einer elektronischen Steuereinheit, in der das erfindungsgemäße Betriebsverfahren durchgeführt wird, in Abhängigkeit von relevanten bzw. geeigneten Randbedingungen beispielsweise tabellarisch, nämlich in einer vorstehend genannten Tabelle, abgelegt, wobei zwischen den konkret abgelegten Werten für das Soll-Lenkmoment interpoliert wird, falls die aktuellen Werte für diese Randbedingungen zwischen den diskreten Tabellen-Werten liegen. Vorzugsweise sind Werte für das Soll-Lenkmoment in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und dem Lenkwinkel hinterlegt; alternative Randbedingungen sind soweit sinnvoll durchaus möglich.
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Weiterhin wird dann, wenn sich in einem konkreten Betriebszustand des Fahrzeugs der Betrag des Ist-Lenkmoments um mehr als einen Schwellwert vom für diesen Betriebszustand tabellarisch hinterlegten Wert des Soll-Lenkmoments unterscheidet, vom die Lenkmomentunterstützung bereit stellenden Elektromotor ein zusätzliches Moment solcher Höhe und Richtung angefordert, dass zusammen mit diesem angeforderten zusätzlichen Moment das Ist-Lenkmoment wieder nahe des Soll-Lenkmoments liegt. Vorzugsweise ist hierbei die gleiche Schwelle vorgesehen, d. h. das dieses zusätzlichen Moment enthaltende Ist-Lenkmoment soll sich in dem bestimmten Betriebszustand des Fahrzeugs dann um nicht mehr als diese genannte Schwelle vom für diesen Betriebszustand hinterlegten Soll-Lenkmoment unterscheiden.
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Dabei wird das erfindungsgemäße Betriebsverfahren nicht im vollständigen Betriebsbereich des Kraftfahrzeugs durchgeführt, sondern nur in relevanten Betriebspunkten, in denen „Torque Steer” in störender Weise auftreten kann. Insbesondere liegen dann relevante Betriebspunkte vor, wenn das zu übertragende Antriebsmoment und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs jeweils einen Mindestwert überschreiten und der vorgegebene Lenkwinkel einen Maximalwert nicht überschreitet. Ein solcher Maximalwert für den Lenkwinkel kann experimentell oder über Simulation ermittelt werden und wird vorgesehen, weil die übliche selbsttätige Lenkungs-Rückstellung durch die Geometrie der lenkbaren Fahrzeug-Achse bei größeren Lenkwinkeln selbst ausreichend intensiv ist, so dass dann kein Torque-Steer-Effekt kompensiert werden muss. Ein Mindestwert für die Fahrgeschwindigkeit kann in der Größenordnung von 6 km/h liegen, womit der Fahrer bei Lenkmanövern im Stand oder bei sehr geringen Fahrgeschwindigkeiten keine störenden Einflüsse, z. B. Instabilitäten, durch die erfindungsgemäße Funktion erhält. Ein sinnvoller Mindestwert für das Radmoment (= zu übertragendes Antriebsmoment) hängt selbstverständlich in erheblichem Maße von der Ausgestaltung des Lenksystems und Fahrwerks sowie vom maximalen Antriebsmoment des Antriebsaggregats ab und kann per Simulation ermittelt werden.
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Mit diesen Maßnahmen ist gewährleistet, dass kein synthetisches Lenkgefühl erzeugt wird, sondern der Fahrer generell eine möglichst umfassende Rückmeldung von der Fahrbahn und über die Fahrsituation erhält. Gleichzeitig ist bei Auftreten von Torque-Steer-Effekten gewährleistet, dass auch dann ein vernünftiges Lenkmoment am Lenkrad anliegt bzw. der Fahrer ein dem Fahrzustand angemessenes Handmoment anlegen muss. Der besondere Vorteil des vorgeschlagenen Betriebsverfahrens ist dabei in der genannten Schwelle zu sehen, soweit diese auf einen vernünftigen Wert festgelegt ist. In den relevanten Betriebspunkten des Fahrzeugs ist also gewährleistet, dass sich kein für einen nennenswerten Zeitraum spürbares Ist-Lenkmoment einstellt, welches sich um mehr als diese Schwelle vom üblichen Soll-Lenkmoment, welches mittels geeigneter Versuchsfahrten für den jeweiligen Fahrzeugtyp experimentell ermittelt werden kann, unterscheidet.
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Ein vorteilhafter Regler ist als vorteilhafte Weiterbildung in Anspruch 3 angegeben. Demnach ist ein engeres und ein breiteres Toleranzband zum Soll-Lenkmoment vorgesehen, wobei sich das breitere Toleranzband aus der im unabhängigen Anspruch genannten Schwelle ergibt, nämlich durch Addition und Subtraktion dieser Schwelle zu bzw. vom jeweiligen Sollwert des Soll-Lenkmoments. Der vorgeschlagene PI-Regler (Proportional-Integral-Controller) für die Angleichung des Ist-lenkmoments an das Soll-Lenkmoment wird erst dann aktiviert, wenn das Ist-Lenkmoment außerhalb des breiteren Toleranzbandes liegt, wobei mit Wiedereintritt des Ist-Lenkmoments in das breitere Toleranzband der P-Anteil des Reglers zu Null gesetzt wird. Der I-Anteil des Reglers wird dann noch solange konstant gehalten, bis das Ist-Moment innerhalb. des engeren Toleranzbandes liegt, woraufhin auch der I-Anteil des Reglers proportional zur aktuellen Regelabweichung zum Wert „Null” hin geführt wird. Damit ist sichergestellt, dass bei einem darauf folgenden notwendigen Eingriff des Reglers aufgrund einer festgestellten die genannte Schwelle bzw. das breitere Toleranzband überschreitenden Abweichung des Ist-Lenkmoments vom Soll-Lenkmoment in einem bestimmten Betriebszustand in die andere Richtung nicht der I-Anteil langsam aus den positiven Werten in Richtung der negativen Werte läuft. Ändert eine folgende Regelabweichung ihr Vorzeichen, so wird der Regler deaktiviert bis das Ist-Lenkmoment erneut das breitere Toleranzband verlässt.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass für unterschiedliche Grundauslegungen der Lenkmoment-Unterstützung unterschiedliche Soll-Lenkmomente vorgesehen sind. Solche unterschiedlichen Grundauslegungen können beispielsweise vom Fahrer ausgewählt werden, indem er mit Hilfe eines sog. Fahrdynamik-Schalters oder dergleichen eine eher sportliche oder mehr komfortable Grund-Auslegung auswählt.
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Weiterhin kann ein multiplikativer Korrekturfaktor für die Anpassung des Soll-Lenkmoments an den Reibwert der Fahrbahn-Oberfläche oder an eine systemspezifische Abweichung vorgesehen sein. Dieser Korrekturfaktor wird vorzugsweise in Betriebszuständen, in denen Torque-Steer nicht in nennenswertem Umfang auftreten kann, aus dem Verhältnis des tiefpassgefiltertem Ist-Moments zu Soll-Lenkmoment bestimmt. Um häufige Veränderungen oder Sprünge zu verhindern, kann dabei auch ein Mittelwert für diesen Korrekturfaktor bestimmt und verwendet werden. Ebenfalls mittels eines vorzugsweise multiplikativen Korrekturfaktors für das Sollmoment können auch höhere gemessene Bremsmomente an den lenkbaren Rädern berücksichtigt werden, da bei Vorliegen unterschiedlicher Bremskräfte links/rechts an der lenkbaren Fahrzeug-Achse das Lenkmoment erheblich beeinflusst werden kann. Um auch eine sinnvolle Torque-Steer-Kompensation in Bremssituationen darstellen zu können, kann ein entsprechender Korrekturfaktor in Abhängigkeit des wirkenden Bremsmoments beispielsweise in Form einer Kennlinie berücksichtigt werden.
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Weiterhin wurde festgestellt, dass Torque-Steer-Effekte auch bei einer beschleunigten Geradeausfahrt auftreten können, nämlich auf unebener Fahrbahn aufgrund unterschiedlicher Einfederung der Räder oder aufgrund unterschiedlicher Reibmomente in den Gleichlaufgelenken. Dies kann mittels einer Vorsteuerung kompensiert werden, die vom die Lenkunterstützung bereit stellenden Elektromotor ein zusätzliches Lenkmoment unabhängig von einer Stellanforderung des soweit beschriebenen Reglers bzw. des soweit beschriebenen Betriebsverfahrens vorzugsweise in Abhängigkeit an den lenkbaren Rädern zu übertragenden Antriebsmoments anfordert. Ferner kann das vom besagten Elektromotor angeforderte zusätzliche Lenk-Moment bei Überschreitung einer in Abhängigkeit vom Lenkwinkelsignal festgelegten maximalen Lenkwinkel-Geschwindigkeit (= Änderungsgeschwindigkeit des Lenkwinkels) mittels eines multiplikativen Korrekturfktors reduziert werden, insbesondere um den Elektromotor nicht zu überlasten.