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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksystem.
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Es sind Steer-by-Wire Lenksysteme für Kraftfahrzeuge bekannt, bei welchen ein Lenkrad von einem Lenkgetriebe mechanisch entkoppelt ist. Zur Erfassung eines Lenkradwinkels des Lenkrads ist ein Lenkradwinkelsensor vorgesehen. Eine Steuerungsvorrichtung steuert einen Lenkungs-Aktuator entsprechend des erfassten Lenkradwinkels zum Lenken des Kraftfahrzeugs. Ein solches Steer-by-Wire Lenksystem ist beispielsweise aus dem Dokument
JP 2022 022 847 A bekannt.
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Um ein möglichst realitätsnahes Lenken zu gewährleisten, weisen Steer-by-Wire Lenksysteme üblicherweise einen Feedback-Aktuator auf, welcher zur Erzeugung eines Drehmoments auf das Lenkrad in Abhängigkeit von auf den Lenkungs-Aktuator wirkenden Momenten ausgebildet ist. Ein Überfahren einer Fahrbahnunebenheit ist somit direkt als haptisches Feedback an den Fahrer des Kraftfahrzeugs weitergebbar.
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Um einen Lenkbereich des Lenkrads zu begrenzen, können Steer-by-Wire Lenksysteme einen programmierten Endanschlag aufweisen. Der Feedback-Aktuator ist ausgebildet, am Endanschlag ein besonders hohes Lenkgegenmoment bereitzustellen, sodass ein Überdrehen des Endanschlags nur durch Überwindung des vom Feedback-Aktuator aufbringbaren Drehmoments möglich ist. Im Fall eines Überdrehens des Endanschlags weisen Steer-by-Wire Lenksysteme daher eine Schwachstelle auf.
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Das Dokument
DE 10 2021 210 041 A1 offenbart ein Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, bei welchem zum Beheben dieser Schwachstelle eine temporäre Verschiebung des Endanschlags vorgesehen ist, wobei in einem Bereich zwischen dem neuen Endanschlag und dem alten Endanschlag keine Lenkwinkelverstellung der Räder des Kraftfahrzeugs durch den Lenkungs-Aktuator erfolgt. Alternativ wird noch vorgeschlagen, das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Lenkradwinkel und dem Lenkwinkel des Lenkungs-Aktuators an den neuen Endanschlag anzupassen. Nachteilig an diesen Lösungen ist, dass entweder ein Leerlauf des Lenkrads oder ein verändertes Lenkverhalten des Lenkungs-Aktuators bewirkt ist. Hierdurch kann ein Fahrkomfort beeinträchtigt werden. Ein ähnliches Steer-by-Wire Lenksystem ist aus dem Dokument
DE 10 2018 208 726 A1 bekannt.
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Bekannte Steer-by-Wire Lenksysteme haben den Nachteil, dass bei einem Überdrücken des programmierten Endanschlags ein besonders hohes Gegenmoment des Feedback-Aktuators bereitgestellt ist, welches bei Nachlassen einer Lenkkraft durch den Fahrer zu einem Zurückschnellen des Lenkrads führen kann. Bei anderen Steer-by-Wire Lenksystemen, bei welchen keine solche Rückstellung in den normalen Lenkradwinkelbereich erfolgt, wird ein Verhältnis zwischen dem vom Lenkungs-Aktuator und dem vom Lenkrad gelenkten Lenkradwinkel verändert, sodass eine Kontrolle über das Kraftfahrzeug mitunter für mehrere Sekunden beeinträchtigt sein kann. Hierdurch kann die Sicherheit der Insassen des Kraftfahrzeugs sowie weiterer Verkehrsteilnehmer beeinträchtigt werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Lenksystem zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksystem zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine Beeinträchtigung der Sicherheit des Kraftfahrzeugs bei einem Überlenken des programmierten Endanschlags reduzieren und somit die Sicherheit des Lenksystems erhöhen.
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Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem sowie dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das Verfahren weist auf:
- - Ermitteln eines Überdrehens eines Lenkrads des Lenksystems über einen vordefinierten programmierten Endanschlag des Lenkrads durch eine Winkelermittlungsvorrichtung des Lenksystems,
- - Bereitstellen eines Gegenmoments durch einen Feedback-Aktuator des Lenksystems zum Zurückstellen eines Lenkradwinkels des Lenkrads in Richtung des programmierten Endanschlags,
- - Überwachen eines von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkradmoments durch eine Momentenermittlungsvorrichtung des Lenksystems, und
- - Anpassen des Gegenmoments an das Lenkradmoment durch den Feedback-Aktuator derart, dass eine gedämpfte Rückstellung des Lenkradwinkels zum programmierten Endanschlag hin erfolgt, wenn das Lenkradmoment kleiner ist als ein maximal verfügbares Gegenmoment des Feedback-Aktuators.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise auf einem Steer-by-Wire Lenksystem durchgeführt. Das Lenksystem weist das Lenkrad zum Aufnehmen eines Lenkbefehls durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs, die Winkelermittlungsvorrichtung zum Ermitteln des Lenkradwinkels des Lenkrads, einen Lenkungs-Aktuator zum Lenken von Rädern des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Lenkradwinkels des Lenkrads und den Feedback-Aktuator zum gezielten Bereitstellen eines Drehmoments am Lenkrad auf. Vorzugsweise weist das Lenksystem eine Momentenermittlungsvorrichtung zum Überwachen des von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkradmoments auf. Weiter bevorzugt weist das Lenksystem eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern des Lenkungsaktuators in Abhängigkeit des Lenkradwinkels auf. Die Momentenermittlungsvorrichtung kann erfindungsgemäß auch durch die Steuerungsvorrichtung in Verbindung mit der Winkelermittlungsvorrichtung realisiert sein. Eine vom Feedback-Aktuator bewirkte Rückstellbewegung des Lenkrads ist von der Winkelermittlungsvorrichtung erfassbar und mit der Ansteuerung des Feedback-Aktuators vergleichbar. Hieraus ist das vom Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachte Lenkradmoment ermittelbar. Das Lenksystem ist vorzugsweise derart symmetrisch aufgebaut, dass ein analoges Verhalten des Lenksystems zwischen einem Lenken nach links und einem Lenken nach rechts besteht.
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Das Lenksystem wird zunächst vorzugsweise in einer gewöhnlichen Fahrsituation betrieben. In dieser Fahrsituation ist der Lenkradwinkel des Lenkrads in einem Arbeitsbereich zwischen zwei vorgegebenen programmierten Endanschlägen angeordnet. Die programmierten Endanschläge sind vorzugsweise an eine Lenkbarkeit der Räder des Kraftfahrzeugs angepasst. Unter einem programmierten Endanschlag wird im Rahmen der Erfindung ein virtueller Endanschlag verstanden, der mangels einer direkten mechanischen Kopplung zwischen den Rädern und dem Lenkrad durch den Feedback-Aktuator angezeigt werden muss, damit der Fahrer des Kraftfahrzeugs das Erreichen des Lenkwinkels, welcher dem virtuellen Endanschlag entspricht, besser erkennen kann. Über ein Bewegen des Lenkrads im Arbeitsbereich ist somit ein entsprechendes Verstellen des Lenkwinkels der Räder bewirkbar. Der Lenkradwinkel wird vorzugsweise kontinuierlich von der Winkelermittlungsvorrichtung erfasst.
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Bei einem Überdrehen des programmierten Endanschlags können die Lenkwinkel der Räder aufgrund einer mechanischen Konfiguration des Lenksystems nicht mehr dem Lenkradwinkel des Lenkrads folgen. Die Räder sind somit vorzugsweise mit einem maximalen lenkbaren Lenkwinkel gelenkt. Das Überdrehen des programmierten Endanschlags wird von der Winkelermittlungsvorrichtung ermittelt. Das Überdrehen des programmierten Endanschlags kann beispielsweise dann erfolgen, wenn das durch den Fahrer auf das Lenkrad übertragene Lenkradmoment größer ist als das Gegenmoment des Feedback-Aktuators.
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Zum Aufzeigen des programmierten Endanschlags und somit des Verlassens des Arbeitsbereichs des Lenkrads stellt der Feedback-Aktuator das Gegenmoment bereit. Unter einem Gegenmoment ist ein Drehmoment zu verstehen, welches dem durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs beim Überdrehen auf das Lenkrad aufgebrachte Lenkradmoment entgegengesetzt ist. Außerhalb des Arbeitsbereichs ist das Gegenmoment somit ein Rückstellmoment, welches eine Bewegung des Lenkrads zurück in den Arbeitsbereich bewirken soll.
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Die Momentenermittlungsvorrichtung überwacht das durch den Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachte Lenkradmoment vorzugsweise kontinuierlich. Erst wenn das vom Fahrer aufgebrachte Lenkradmoment kleiner ist als das maximal verfügbare Gegenmoment des Feedback-Aktuators, kann die Rückstellung des Lenkradwinkels in den Arbeitsbereich erfolgen. Unter dem maximal verfügbaren Gegenmoment wird im Rahmen der Erfindung ein Gegenmoment verstanden, für dessen Erzeugung der Feedback-Aktuator höchstens ausgelegt ist. Der Feedback-Aktuator passt das Gegenmoment an das Lenkradmoment derart an, dass die Rückstellung des Lenkradwinkels zum programmierten Endanschlag gedämpft erfolgt. Unter einer Dämpfung wird beispielsweise verstanden, dass ein sprunghaftes bzw. ruckartiges Rückstellen vermieden ist. Das Lenkrad wird somit vorzugsweise zielführend und sanft in den Arbeitsbereich zurückgestellt. In diesem Rahmen wird vorzugsweise ein PID-Regler oder dergleichen verwendet.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Bedienkomfort sowie eine Betriebssicherheit des Lenksystems verbessert sind. Durch das Erlauben des Überdrehens des programmierten Endanschlags kann der Feedback-Aktuator verhältnismäßig klein und somit kostengünstig ausgelegt werden. Durch das gezielte Anpassen des Gegenmoments an das Lenkradmoment ist das Rückstellverhalten des Lenkrads in den Arbeitsbereich gegenüber bekannten Lenksystemen erheblich verbessert, da ein ruckartiges bzw. sprunghaftes Zurückschnellen des Lenkrads in den Arbeitsbereich hierdurch wirksam vermieden ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems vorgesehen sein, dass durch die Winkelermittlungsvorrichtung vor dem Überdrehen des programmierten Endanschlags ein Anlenken des programmierten Endanschlags durch den Fahrer ermittelt wird, wobei der Feedback-Aktuator das Gegenmoment mit zunehmender Nähe des Lenkradwinkels zum programmierten Endanschlag erhöht. Somit erkennt das Lenksystem, dass sich der Lenkradwinkel dem programmierten Endanschlag annähert und betreibt den Feedback-Aktuator auf eine Weise, dass auch der Fahrer des Kraftfahrzeugs, der das Lenkrad betätigt, die Annäherung des Lenkradwinkels an den programmierten Endanschlag besser erkennen kann. Je näher der Lenkradwinkel im Arbeitsbereich dem programmierten Endanschlag kommt, desto größer ist das vom Feedback-Aktuator erzeugte Gegenmoment, sodass der Fahrer an der Höhe des Gegenmoments besser abschätzen kann, wie groß der Abstand des Lenkradwinkels vom programmierten Endanschlag ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der Bedienkomfort sowie die Betriebssicherheit des Lenksystems weiter verbessert sind.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Erhöhen des Gegenmoments ab einem vordefinierten ersten Lenkradwinkel erfolgt. Der erste Lenkradwinkel ist im Arbeitsbereich angeordnet. Der erste Lenkradwinkel ist zwischen einer Neutralstellung des Arbeitsbereichs, bei welcher die Räder zum Geradeausfahren gelenkt sind und welche zu den beiden virtuellen Endanschlägen vorzugsweise denselben Abstand aufweist, und einem der virtuellen Endanschläge angeordnet. Vorzugsweise ist der erste Lenkradwinkel in einer Mitte zwischen der Neutralstellung und dem virtuellen Endanschlag angeordnet. Besonders bevorzugt ist der erste Lenkradwinkel näher am virtuellen Endanschlag als an der Neutralstellung angeordnet. Beim Lenken im Arbeitsbereich zwischen der Neutralstellung und dem ersten Lenkradwinkel kann das Gegenmoment somit konstant ausgebildet sein oder einer gewöhnlichen Charakteristik folgen. Unter einer gewöhnlichen Charakteristik des Gegenmoments wird im Rahmen der Erfindung eine definierte Abhängigkeit des Gegenmoments von weiteren Fahrparametern, wie beispielsweise einer Fahrgeschwindigkeit, einer Fahrbahnbeschaffenheit oder dergleichen, verstanden. Bei Erreichen des ersten Lenkradwinkels und Weiterlenken zum virtuellen Endanschlag wird das Gegenmoment erhöht. Diese Erhöhung kann erfindungsgemäß auch mit der gewöhnlichen Charakteristik des Gegenmoments überlagert sein. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der Bedienkomfort sowie die Betriebssicherheit des Lenksystems weiter verbessert sind.
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Weiter bevorzugt erfolgt das Erhöhen des Gegenmoments mit abnehmendem Abstand zum vorprogrammierten Endanschlag progressiv. Das bedeutet, dass die Erhöhung des Gegenmoments bei einem verhältnismäßig großen Abstand zum programmierten Endanschlag auch verhältnismäßig gering ausfällt, während die Erhöhung des Gegenmoments bei einem verhältnismäßig geringen Abstand zum programmierten Endanschlag verhältnismäßig groß ausfällt. Durch ein progressives Erhöhen des Gegenmoments ist das Annähern des programmierten Endanschlags vom Fahrer besser wahrnehmbar. Zudem ist die mechanische Beanspruchung des Feedback-Aktuators reduzierbar, da in einer Umgebung der Neutralstellung des Lenkrads ein deutlich geringeres Gegenmoment bereitgestellt wird als an Randbereichen des Arbeitsbereichs in der Nähe der programmierten Endanschläge. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der Bedienkomfort sowie die Betriebssicherheit des Lenksystems weiter verbessert sind.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass der Feedback-Aktuator vor dem Überdrehen des programmierten Endanschlags am programmierten Endanschlag das maximal verfügbare Gegenmoment bereitstellt. Durch die Bereitstellung des maximal verfügbaren Gegenmoments, ist im Rahmen der Auslegung des Lenksystems ein maximal möglicher Lenkwiderstand dem Fahrer entgegengebracht, sodass dieser das Überdrehen des programmierten Endanschlags deutlich spürt. Nach dem Überdrehen wird das maximal verfügbare Gegenmoment vorzugsweise so lange bereitgestellt, wie das vom Fahrer aufgebrachte Lenkradmoment höher als das maximal verfügbare Gegenmoment ist. Wenn das Lenkradmoment wieder kleiner ist als das maximal verfügbare Gegenmoment, wird das Gegenmoment derart reduziert, dass die gedämpfte Rückstellung des Lenkradwinkels zum programmierten Endanschlag hin erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der Bedienkomfort sowie die Betriebssicherheit des Lenksystems weiter verbessert sind.
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Vorzugsweise erfolgt die gedämpfte Rückstellung des Lenkradwinkels zum programmierten Endanschlag hin so lange, bis der Lenkradwinkel dem programmierten Endanschlag entspricht. Mit anderen Worten wird das Lenkrad in eine Lenkposition gebracht, welche am Rand des Arbeitsbereichs des Lenkrads ausgebildet ist. Die Voraussetzung hierfür ist weiterhin, dass das durch den Fahrer aufgebrachte Lenkradmoment kleiner ist als das maximal verfügbare Gegenmoment des Feedback-Aktuators. Durch das Zurückstellen in den Arbeitsbereich ist eine Lenkradposition bereitgestellt, bei welcher ein Drehen des Lenkrads in Richtung Neutralstellung wieder ein Verstellen des Lenkwinkels der Räder bewirkt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der Bedienkomfort sowie die Betriebssicherheit des Lenksystems weiter verbessert sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gibt das Lenksystem beim Überdrehen des vordefinierten Endanschlags ein Signal an den Fahrer des Kraftfahrzeugs aus. Eine Signalstärke kann erfindungsgemäß mit zunehmendem Grad des Überdrehens stärker und/oder verändert ausgegeben werden, beispielsweise durch eine erhöhte Intensität, erhöhte Amplitude, veränderte Frequenz oder dergleichen. Das Signal kann beispielsweise als haptisches Signal und/oder optisches Signal und/oder akustisches Signal ausgegeben werden. Das haptische Signal kann beispielsweise als eine auf das Lenkrad aufgeprägte Vibration ausgebildet sein. Das haptische Signal kann beispielsweise durch den Feedback-Aktuator erzeugt werden. Das optische Signal kann beispielsweise durch eine Warnleuchte auf einer Instrumententafel des Kraftfahrzeugs, einem Display des Kraftfahrzeugs, einem Head-Up Display, eine Leuchte am Lenkrad, eine Ambientebeleuchtung des Kraftfahrzeugs oder dergleichen erzeugt werden. Das akustische Signal kann beispielsweise durch einen Lautsprecher des Kraftfahrzeugs oder dergleichen erzeugt werden. Das akustische Signal kann beispielsweise als Ton, Tonfolge, Mehrton, Ansage oder dergleichen ausgegeben werden. Durch ein Signal erhalten der Fahrer und ggf. Insassen des Kraftfahrzeugs ein eindeutiges Feedback, dass der programmierte Endanschlag überdreht ist. Der Fahrer kann hierdurch dazu bewegt werden, dass Lenkradmoment zu reduzieren und aktiv in den Arbeitsbereich des Lenkrads zurückzusteuern, insbesondere mit Unterstützung des Feedback-Aktuators. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der Bedienkomfort sowie die Betriebssicherheit des Lenksystems weiter verbessert sind.
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Besonders bevorzugt wird das Gegenmoment im übersteuerten Lenkbereich pulsierend oder schwingend bereitgestellt. Das Gegenmoment kann beispielsweise in Form einer Sinusschwingung, Sägezahnschwingung, einer kombinierten Schwingung oder dergleichen bereitgestellt werden, wobei ein Nulldurchgang vorzugsweise vermieden ist, um ein zu starkes Überdrehen durch den Fahrer zu vermeiden. Eine Amplitude der Schwingung ist vorzugsweise verglichen mit dem Gegenmoment verhältnismäßig flach ausgebildet. Durch ein derartiges bereitstellen des Gegenmoments ist bewirkbar, dass das Lenkrad im überdrehten Zustand schwingende Bewegungen durchführt, durch welche der Fahrer bewegt werden kann, das Lenkradmoment abzubauen und in Richtung der Neutralstellung zurückzulenken. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der Bedienkomfort sowie die Betriebssicherheit des Lenksystems weiter verbessert sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Lenksystem weist ein Lenkrad zum Aufnehmen eines Lenkbefehls durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs, eine Winkelermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines Lenkradwinkels des Lenkrads, einen Lenkungs-Aktuator zum Lenken von Rädern des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Lenkradwinkels und einen Feedback-Aktuator zum gezielten Bereitstellen eines Drehmoments am Lenkrad auf. Erfindungsgemäß ist das Lenksystem zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Lenksystem ist als Steer-by-Wire Lenksystem ausgebildet. Das Lenkrad ist zum Aufnehmen des Lenkbefehls durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Die Winkelermittlungsvorrichtung ist zum Ermitteln des Lenkradwinkels des Lenkrads ausgebildet. Ein Verdrehen des Lenkrads aus einer Neutralstellung in Richtung eines der zwei programmierten Endanschläge ist von der Winkelermittlungsvorrichtung quantitativ erfassbar. Der Lenkungs-Aktuator ist zum Lenken der Räder des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Lenkradwinkels des Lenkrads ausgebildet. Hierfür ist der Lenkungs-Aktuator vorzugsweise mit einer Steuerungsvorrichtung des Lenksystems kommunizierend gekoppelt. Die Steuerungsvorrichtung ist ausgebildet, den ermittelten Lenkradwinkel zu erfassen, hieraus einen Steuerbefehl für den Lenkungs-Aktuator zu generieren und an den Lenkungs-Aktuator weiterzuleiten. Vorzugsweise weist das Lenksystem eine weitere Ermittlungsvorrichtung zum Ermitteln des aktuellen Lenkwinkels auf.
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Der Feedback-Aktuator ist zum gezielten Bereitstellen des Drehmoments am Lenkrad ausgebildet. Dies kann beispielsweise das Gegenmoment sein, welches dem vom Fahrer des Kraftfahrzeugs aufgebrachten Lenkradmoment entgegengerichtet ist. Weitere Arten des Drehmoments können beispielsweise simulierte Momente sein, welche bei einer identischen Fahrsituation bei einem mechanischen Lenksystem von der Fahrbahn auf das Lenkrad übertragen worden wären. Vorzugsweise weist das Lenksystem eine Momentenermittlungsvorrichtung zum Überwachen des von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkradmoments auf. Die Momentenermittlungsvorrichtung kann erfindungsgemäß auch durch die Steuerungsvorrichtung in Verbindung mit der Winkelermittlungsvorrichtung und/oder durch den Feedback-Aktuator realisiert sein. Eine vom Feedback-Aktuator bewirkte Rückstellbewegung des Lenkrads ist von der Winkelermittlungsvorrichtung erfassbar und mit der Ansteuerung des Feedback-Aktuators vergleichbar. Hieraus ist das vom Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachte Lenkradmoment ermittelbar. Das Lenksystem ist vorzugsweise derart symmetrisch aufgebaut, dass ein analoges Verhalten des Lenksystems zwischen einem Lenken nach links und einem Lenken nach rechts besteht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Lenksystem ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Lenksystem gegenüber herkömmlichen Lenksystemen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Bedienkomfort sowie eine Betriebssicherheit des Lenksystems verbessert sind. Durch das Erlauben des Überdrehens des programmierten Endanschlags kann der Feedback-Aktuator verhältnismäßig klein und somit kostengünstig ausgelegt werden. Durch das gezielte Anpassen des Gegenmoments an das Lenkradmoment ist das Rückstellverhalten des Lenkrads in den Arbeitsbereich gegenüber bekannten Lenksystemen erheblich verbessert, da ein ruckartiges bzw. sprunghaftes Zurückschnellen des Lenkrads in den Arbeitsbereich hierdurch wirksam vermieden ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist ein Antriebssystem zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und ein Bremssystem zum Bremsen des Kraftfahrzeugs auf. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug ein erfindungsgemäßes Lenksystem auf.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einem Lenksystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Bedienkomfort sowie eine Betriebssicherheit des Lenksystems verbessert sind. Durch das Erlauben des Überdrehens des programmierten Endanschlags kann der Feedback-Aktuator verhältnismäßig klein und somit kostengünstig ausgelegt werden. Durch das gezielte Anpassen des Gegenmoments an das Lenkradmoment ist das Rückstellverhalten des Lenkrads in den Arbeitsbereich gegenüber bekannten Lenksystemen erheblich verbessert, da ein ruckartiges bzw. sprunghaftes Zurückschnellen des Lenkrads in den Arbeitsbereich hierdurch wirksam vermieden ist.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, ein erfindungsgemäßes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer perspektivischen Ansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenksystems,
- 2 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
- 3 in einem Ablaufdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenksystems 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht. Das Lenksystem 1 weist ein Lenkrad 3 auf, welches mit einer Winkelermittlungsvorrichtung 4 zum Ermitteln eines Lenkradwinkels des Lenkrads 3 sowie mit einem Feedback-Aktuator 5 mechanisch gekoppelt ist. Über die Winkelermittlungsvorrichtung 4 ist eine Betätigung des Lenkrads 3 durch einen Fahrer bzw. eine aktuelle Betätigungsposition des Lenkrads 3 quantitativ ermittelbar. Der Feedback-Aktuator 5 ist zum aufprägen eines Drehmoments, wie beispielsweise eines Gegenmoments zu einem vom Fahrer eingebrachten Lenkradmoments oder eines Feedbacks von Kräften und Momenten, die von einer Fahrbahn auf das Lenksystem 1 wirken, ausgebildet.
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Der Feedback-Aktuator 5 ist zudem als Momentenermittlungsvorrichtung 6 ausgebildet, um das vom Fahrer aufgebrachte Lenkradmoment quantitativ zu erfassen. Zum Verstellen eines Lenkwinkels von Rädern 8 (vgl. 2) weist das Lenksystem 1 einen Lenkungs-Aktuator 7 auf. Der Lenkungs-Aktuator 7 ist über eine Steuerleitung 11 mit dem Feedback-Aktuator 5 gekoppelt. Eine nicht dargestellte Steuerungsvorrichtung des Lenksystems 1 kann beispielsweise am Feedback-Aktuator 5 angeordnet und mit der Steuerleitung 11 sowie dem Feedback-Aktuator 5 gekoppelt sein.
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In 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Das Kraftfahrzeug 2 weist zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 2 ein Antriebssystem 9 auf. Das Antriebssystem 9 kann beispielsweise als verbrennungsmotorisches, hybrides oder elektrisches Antriebssystem 9 ausgebildet sein. Das Antriebssystem 9 kann zum Antreiben von zwei oder vier Rädern 8 des Kraftfahrzeugs 2 ausgebildet sein. Das Kraftfahrzeug 2 weist zum Bremsen des Kraftfahrzeugs 2 ein Bremssystem 10 auf. Das Bremssystem 10 ist zum Bremsen der Räder 8 ausgebildet. Ferner weist das Kraftfahrzeug 2 ein erfindungsgemäßes Lenksystem 1 auf.
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3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Lenksystems 1 eines Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einem Ablaufdiagramm. In einer ersten Verfahrensaktion 100 ermittelt die Winkelermittlungsvorrichtung 4 des Lenksystems 1 das Überdrehen des vordefinierten programmierten Endanschlags des Lenkrads 3 des Lenksystems 1. Das Lenkrad 3 weist somit einen Lenkradwinkel auf, der außerhalb eines normalen Arbeitsbereichs des Lenkrads 3 liegt. Das Überdrehen erfolgt durch ein Lenkradmoment, welches ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 2 auf das Lenkrad 3 einbringt.
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In einer zweiten Verfahrensaktion 200 stellt der Feedback-Aktuator 5 ein Gegenmoment zum Lenkradmoment bereit, welches somit in die Richtung zum programmierten Endanschlag wirkt. Das Gegenmoment wirkt somit in einer Richtung zum Zurückstellen des Lenkradwinkels des Lenkrads 3 in Richtung des programmierten Endanschlags. Auf diese Weise soll ein weiteres Überdrehen des Lenkrads 3 verhindert werden.
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In einer dritten Verfahrensaktion 300 überwacht die Momentenermittlungsvorrichtung 6 des Lenksystems 1 das von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 2 auf das Lenkrad 3 aufgebrachte Lenkradmoment. Das Überwachen des Lenkradmoments ist für den Fall wichtig, dass das Lenkradmoment wieder abnimmt, insbesondere wenn der Fahrer das Lenkradmoment ruckartig reduziert oder das Lenkrad 3 kurz loslässt.
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Wenn das Lenkradmoment kleiner ist als ein maximal verfügbares Gegenmoment des Feedback-Aktuators 5, passt der Feedback-Aktuator 5 in einer vierten Verfahrensaktion 400 das Gegenmoment an das Lenkradmoment derart an, dass eine gedämpfte Rückstellung des Lenkradwinkels zum programmierten Endanschlag hin erfolgt. Das Gegenmoment ist somit nur geringfügig größer als das Lenkradmoment, sodass ein Zurückschnellen des Lenkrads 3 in den Arbeitsbereich des Lenkrads 3 vermieden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Lenkrad
- 4
- Winkelermittlungsvorrichtung
- 5
- Feedback-Aktuator
- 6
- Momentenermittlungsvorrichtung
- 7
- Lenkungs-Aktuator
- 8
- Rad
- 9
- Antriebssystem
- 10
- Bremssystem
- 11
- Steuerleitung
- 100
- erste Verfahrensaktion
- 200
- zweite Verfahrensaktion
- 300
- dritte Verfahrensaktion
- 400
- vierte Verfahrensaktion
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2022 022 847 A [0002]
- DE 10 2021 210 041 A1 [0005]
- DE 10 2018 208 726 A1 [0005]