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DE102024205002A1 - Method for operating a steering system of a motor vehicle, steering system and motor vehicle - Google Patents

Method for operating a steering system of a motor vehicle, steering system and motor vehicle

Info

Publication number
DE102024205002A1
DE102024205002A1 DE102024205002.4A DE102024205002A DE102024205002A1 DE 102024205002 A1 DE102024205002 A1 DE 102024205002A1 DE 102024205002 A DE102024205002 A DE 102024205002A DE 102024205002 A1 DE102024205002 A1 DE 102024205002A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
steering
steering wheel
torque
motor vehicle
end stop
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024205002.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Andreas Wiegmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102024205002.4A priority Critical patent/DE102024205002A1/en
Publication of DE102024205002A1 publication Critical patent/DE102024205002A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046Controlling the motor
    • B62D5/0469End-of-stroke control
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems (1) eines Kraftfahrzeugs (2). Gemäß dem Verfahren wird ein Überdrehen eines Lenkrads (3) des Lenksystems (1) ermittelt, durch einen Feedback-Aktuator (5) des Lenksystems (1) ein Gegenmoment bereitgestellt, ein von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs (2) auf das Lenkrad (3) aufgebrachtes Lenkradmoment überwacht und das Gegenmoment derart an das Lenkradmoment angepasst, dass eine gedämpfte Rückstellung des Lenkradwinkels zum programmierten Endanschlag hin erfolgt. Ferner betrifft die Erfindung ein Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2) sowie ein Kraftfahrzeug (2). The present invention relates to a method for operating a steering system (1) of a motor vehicle (2). According to the method, over-rotation of a steering wheel (3) of the steering system (1) is detected, a counter-torque is provided by a feedback actuator (5) of the steering system (1), a steering wheel torque applied to the steering wheel (3) by a driver of the motor vehicle (2) is monitored, and the counter-torque is adapted to the steering wheel torque in such a way that a damped return of the steering wheel angle to the programmed end stop occurs. The invention further relates to a steering system (1) for a motor vehicle (2) and to a motor vehicle (2).

Description

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.The present invention relates to a method for operating a steering system of a motor vehicle. The invention further relates to a steering system for a motor vehicle and to a motor vehicle with a steering system.

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.Steer-by-wire steering systems for motor vehicles are known in which the steering wheel is mechanically decoupled from the steering gear. A steering angle sensor is provided to detect the steering wheel angle. A control device controls a steering actuator according to the detected steering wheel angle to steer the motor vehicle. Such a steer-by-wire steering system is described, for example, in the document JP 2022 022 847 A known.

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.To ensure the most realistic steering experience possible, steer-by-wire systems typically feature a feedback actuator designed to generate torque on the steering wheel based on the torque acting on the actuator. Driving over a road surface irregularity thus provides direct haptic feedback to the driver.

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.To limit the steering range of the steering wheel, steer-by-wire systems can have a programmed end stop. The feedback actuator is designed to provide a particularly high counter-torque at the end stop, so that oversteering beyond the end stop is only possible by overcoming the torque that the feedback actuator can apply. Therefore, steer-by-wire systems have a weakness in the event of oversteering beyond the end stop.

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.The document DE 10 2021 210 041 A1 Disclosing a steer-by-wire steering system for a motor vehicle, in which a temporary shift of the end stop is provided to remedy this weakness, whereby no steering angle adjustment of the vehicle's wheels is made by the steering actuator in a range between the new end stop and the old end stop. Alternatively, it is also proposed to adjust the transmission ratio between the steering wheel angle and the steering actuator's steering angle to the new end stop. A disadvantage of these solutions is that either a free-running steering wheel or a change in the steering actuator's behavior is achieved. This can impair driving comfort. A similar steer-by-wire steering system is described in the document DE 10 2018 208 726 A1 known.

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.Known steer-by-wire steering systems have the disadvantage that if the programmed end stop is exceeded, the feedback actuator provides a particularly high counter-torque, which can cause the steering wheel to snap back when the driver releases steering force. In other steer-by-wire systems, where no such return to the normal steering wheel angle occurs, the ratio between the steering angle determined by the steering actuator and the steering wheel itself is altered, potentially impairing vehicle control for several seconds. This can compromise the safety of the vehicle's occupants and other road users.

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.It is therefore an object of the present invention to eliminate, or at least partially eliminate, the disadvantages of a steering system described above. In particular, it is an object of the present invention to provide a method for operating a steering system of a motor vehicle, a steering system for a motor vehicle, and a motor vehicle with a steering system, which in a simple and cost-effective manner reduce the impairment of the safety of the motor vehicle when the programmed end stop is exceeded and thus increase the safety of the steering system.

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.The aforementioned problem is solved by the claims. Accordingly, the problem is solved by a method for operating a steering system of a motor vehicle with the features of independent claim 1, by a steering system for a motor vehicle with the features of dependent claim 9, and by a motor vehicle with a steering system with the features of dependent claim 10. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description, and the drawings. Features and details described in connection with the method for operating a steering system of a motor vehicle according to the invention naturally also apply in connection with the steering system and the motor vehicle according to the invention, and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention always makes, or can make, reciprocal references.

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.
According to a first aspect of the invention, the problem is solved by a method for operating a steering system of a motor vehicle. The method comprises:
  • - Detecting over-rotation of a steering wheel in the steering system via a predefined per gram-shaped end stop of the steering wheel by an angle detection device of the steering system,
  • - Providing a counter-torque through a feedback actuator of the steering system to return a steering wheel angle to the programmed end stop,
  • - Monitoring of a steering wheel torque applied to the steering wheel by a driver of the motor vehicle by means of a torque measuring device of the steering system, and
  • - Adjusting the counter-torque to the steering wheel torque by the feedback actuator in such a way that a damped return of the steering wheel angle to the programmed end stop occurs when the steering wheel torque is smaller than a maximum available counter-torque of the feedback actuator.

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.The method according to the invention is preferably carried out on a steer-by-wire steering system. The steering system comprises the steering wheel for receiving a steering command from the driver of the motor vehicle, the angle detection device for determining the steering wheel angle, a steering actuator for steering the wheels of the motor vehicle depending on the steering wheel angle, and the feedback actuator for selectively providing torque at the steering wheel. Preferably, the steering system includes a torque detection device for monitoring the steering wheel torque applied to the steering wheel by the driver of the motor vehicle. More preferably, the steering system includes a control device for controlling the steering actuator depending on the steering wheel angle. According to the invention, the torque detection device can also be implemented by the control device in conjunction with the angle detection device. A return movement of the steering wheel caused by the feedback actuator can be detected by the angle detection device and is comparable to the control of the feedback actuator. From this, the steering wheel torque applied to the steering wheel by the driver can be determined. The steering system is preferably designed symmetrically such that the steering system behaves analogously between steering to the left and steering to the right.

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.The steering system is initially preferably operated in a normal driving situation. In this driving situation, the steering wheel angle is arranged within a working range between two predefined programmed end stops. The programmed end stops are preferably adapted to the steering capability of the vehicle's wheels. Within the scope of the invention, a programmed end stop is understood to be a virtual end stop which, due to the lack of a direct mechanical coupling between the wheels and the steering wheel, must be indicated by the feedback actuator so that the driver of the vehicle can better recognize when the steering angle corresponding to the virtual end stop has been reached. By moving the steering wheel within the working range, a corresponding adjustment of the steering angle of the wheels can thus be effected. The steering wheel angle is preferably continuously detected by the angle detection device.

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.If the programmed end stop is exceeded, the steering angles of the wheels can no longer follow the steering wheel angle due to a mechanical configuration of the steering system. The wheels are therefore preferably steered at the maximum achievable steering angle. The angle detection device detects when the programmed end stop is exceeded. This can occur, for example, when the steering wheel torque applied by the driver is greater than the counter-torque of the feedback actuator.

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.To indicate the programmed end stop and thus the steering wheel's exit from its operating range, the feedback actuator provides the counter-torque. A counter-torque is a torque that opposes the steering wheel torque applied by the driver when over-rotating the wheel. Outside the operating range, the counter-torque therefore acts as a restoring torque, intended to return the steering wheel to its operating range.

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.The torque detection device preferably continuously monitors the steering wheel torque applied by the driver. Only when the steering wheel torque applied by the driver is less than the maximum available counter-torque of the feedback actuator can the steering wheel angle return to its operating range. Within the scope of the invention, the maximum available counter-torque is understood to be the counter-torque for which the feedback actuator is designed to generate at most [value missing in original text]. The feedback actuator adjusts the counter-torque to the steering wheel torque in such a way that the return of the steering wheel angle to the programmed end stop is damped. Damping means, for example, that a sudden or jerky return is avoided. The steering wheel is thus preferably returned to its operating range smoothly and efficiently. A PID controller or similar device is preferably used for this purpose.

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.An inventive method for operating a motor vehicle's steering system has the advantage over conventional methods that user comfort and operational reliability of the steering system are improved in a simple and cost-effective manner. By allowing the programmed end stop to be overturned, the feedback actuator can be designed to be relatively small and therefore cost-effective. By precisely adjusting the counter-torque to the steering wheel torque, the steering wheel's return behavior to the working range is significantly improved compared to known steering systems, as a jerky or abrupt return of the steering wheel to the working range is effectively prevented.

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.According to a preferred embodiment of the invention, a method for operating a steering system can be provided that the angle detection device detects the driver's movement towards the programmed end stop before the steering wheel angle is exceeded, with the feedback actuator increasing the counter-torque as the steering wheel angle approaches the programmed end stop. Thus, the steering system recognizes that the steering wheel angle is approaching the programmed end stop and operates the feedback actuator in such a way that the driver of the vehicle, who is operating the steering wheel, can also better perceive the approach of the steering wheel angle to the programmed end stop. The closer the steering wheel angle in the operating range comes to the programmed end stop, the greater the counter-torque generated by the feedback actuator, so that the driver can better estimate the distance of the steering wheel angle from the programmed end stop based on the magnitude of the counter-torque. This has the advantage that the ease of use and operational reliability of the steering system are further improved in a simple and cost-effective manner.

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.According to the invention, it is preferred that the increase in counter-torque occurs from a predefined first steering wheel angle. The first steering wheel angle is located within the working range. The first steering wheel angle is positioned between a neutral position within the working range, in which the wheels are steered for straight-ahead driving and which preferably has the same distance to both virtual end stops, and one of the virtual end stops. Preferably, the first steering wheel angle is located midway between the neutral position and the virtual end stop. It is particularly preferred that the first steering wheel angle is positioned closer to the virtual end stop than to the neutral position. When steering within the working range between the neutral position and the first steering wheel angle, the counter-torque can thus be constant or follow a conventional characteristic. Within the scope of the invention, a conventional characteristic of the counter-torque is understood to mean a defined dependence of the counter-torque on other driving parameters, such as vehicle speed, road surface conditions, or the like. Upon reaching the first steering wheel angle and continuing to steer towards the virtual end stop, the counter-torque is increased. According to the invention, this increase can also be superimposed on the conventional characteristic of the counter-torque. This has the advantage that the ease of use and operational safety of the steering system can be further improved in a simple and cost-effective manner.

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.Preferably, the counter-torque is increased progressively with decreasing distance to the pre-programmed end stop. This means that the increase in counter-torque is relatively small at a relatively large distance to the programmed end stop, while the increase is relatively large at a relatively small distance. This progressive increase in counter-torque makes the approach of the programmed end stop more perceptible to the driver. Furthermore, the mechanical stress on the feedback actuator can be reduced, as a significantly lower counter-torque is provided in the vicinity of the steering wheel's neutral position than at the edges of the operating range near the programmed end stops. This has the advantage of further improving the ease of use and operational reliability of the steering system in a simple and cost-effective manner.

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. In a particularly preferred embodiment of the invention, a method may be provided such that the feedback actuator supplies the maximum available counter-torque at the programmed end stop before the programmed end stop is exceeded. By providing the maximum available counter-torque, the steering system design presents the driver with the maximum possible steering resistance, so that the driver clearly feels the exceeding of the programmed end stop. After the exceeding of the end stop, the maximum available counter-torque is preferably provided as long as the steering wheel torque applied by the driver is higher than the maximum available counter-torque. When the steering wheel torque is again less than the maximum available counter-torque, the counter-torque is reduced such that the damped return of the steering wheel angle to the programmed end stop is achieved. ten end stop. This has the advantage that the ease of use and operational reliability of the steering system are further improved in a simple and cost-effective manner.

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.Preferably, the damped return of the steering wheel angle to the programmed end stop occurs until the steering wheel angle corresponds to the programmed end stop. In other words, the steering wheel is brought into a steering position that is at the edge of its working range. A further requirement for this is that the steering torque applied by the driver is less than the maximum available counter-torque of the feedback actuator. By returning to the working range, a steering wheel position is provided in which turning the steering wheel towards the neutral position again results in an adjustment of the steering angle of the wheels. This has the advantage that the ease of use and operational reliability of the steering system are further improved in a simple and cost-effective manner.

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.According to a preferred embodiment of the invention, the steering system outputs a signal to the driver of the motor vehicle when the predefined end stop is exceeded. According to the invention, the signal strength can increase and/or change with increasing degree of over-rotation, for example, by increased intensity, increased amplitude, altered frequency, or the like. The signal can be output, for example, as a haptic signal, a visual signal, and/or an acoustic signal. The haptic signal can, for example, be a vibration applied to the steering wheel. The haptic signal can be generated, for example, by the feedback actuator. The visual signal can be generated, for example, by a warning light on the vehicle's instrument panel, a vehicle display, a head-up display, a light on the steering wheel, the vehicle's ambient lighting, or the like. The acoustic signal can be generated, for example, by a loudspeaker in the vehicle or the like. The acoustic signal can be output, for example, as a tone, a sequence of tones, a multi-tone signal, an announcement, or the like. A signal provides the driver and any passengers with clear feedback that the programmed end stop has been exceeded. This allows the driver to reduce steering effort and actively steer back into the steering system's working range, particularly with the support of the feedback actuator. This has the advantage of further improving the ease of use and operational safety of the steering system in a simple and cost-effective manner.

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.The counter-torque in the oversteered steering range is preferably provided in a pulsating or oscillating manner. The counter-torque can be provided, for example, in the form of a sinusoidal oscillation, a sawtooth oscillation, a combined oscillation, or the like, whereby a zero crossing is preferably avoided to prevent excessive oversteering by the driver. The amplitude of the oscillation is preferably relatively flat compared to the counter-torque. By providing the counter-torque in this way, it is possible to ensure that the steering wheel, in the oversteered state, performs oscillating movements, which can prompt the driver to reduce the steering torque and steer back towards the neutral position. This has the advantage that the ease of use and operational reliability of the steering system are further improved in a simple and cost-effective manner.

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.According to a second aspect of the invention, the problem is solved by a steering system for a motor vehicle. The steering system comprises a steering wheel for receiving a steering command from a driver of the motor vehicle, an angle detection device for determining the steering wheel angle, a steering actuator for steering the wheels of the motor vehicle depending on the steering wheel angle, and a feedback actuator for selectively providing torque at the steering wheel. According to the invention, the steering system is configured to carry out a method according to the invention for operating a steering system of a motor vehicle.

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.The steering system according to the invention is designed as a steer-by-wire system. The steering wheel is designed to receive steering commands from the driver of the motor vehicle. The angle detection device is designed to determine the steering wheel angle. A rotation of the steering wheel from a neutral position towards one of the two programmed end stops can be quantitatively detected by the angle detection device. The steering actuator is designed to steer the wheels of the motor vehicle depending on the steering wheel angle. For this purpose, the steering actuator is preferably communicatively coupled to a control device of the steering system. The control device is designed to detect the determined steering wheel angle, generate a control command for the steering actuator from this, and forward it to the steering actuator. Preferably, the steering system has a further detection device for determining the current steering angle.

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.The feedback actuator is designed to selectively provide torque at the steering wheel. This can be, for example, the counter-torque that opposes the steering wheel torque applied by the driver. Other types of torque can be, for example, simulated torques that would have been transmitted from the road to the steering wheel in an identical driving situation with a mechanical steering system. Preferably, the steering system includes a torque detection device for monitoring the steering wheel torque applied by the driver. According to the invention, the torque detection device can also be implemented by the control device in conjunction with the angle detection device and/or by the feedback actuator. A return movement of the steering wheel caused by the feedback actuator can be detected by the angle detection device and is comparable to the control of the feedback actuator. From this, the steering wheel torque applied by the driver can be determined. The steering system is preferably designed symmetrically such that the steering system behaves analogously when steering to the left and when steering to the right.

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.The steering system according to the invention offers all the advantages already described in relation to a method for operating a motor vehicle steering system according to the first aspect of the invention. Accordingly, the steering system according to the invention has the advantage over conventional steering systems that user comfort and operational reliability are improved in a simple and cost-effective manner. By allowing the steering wheel to be turned beyond the programmed end stop, the feedback actuator can be designed to be relatively small and therefore cost-effective. By precisely adjusting the counter-torque to the steering wheel torque, the return behavior of the steering wheel to the working range is significantly improved compared to known steering systems, as a jerky or abrupt return of the steering wheel to the working range is effectively prevented.

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.According to a third aspect of the invention, the problem is solved by a motor vehicle. The motor vehicle has a drive system for propelling the motor vehicle and a braking system for braking the motor vehicle. According to the invention, the motor vehicle has a steering system according to the invention.

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.The motor vehicle according to the invention offers all the advantages already described for a method for operating a steering system of a motor vehicle according to the first aspect of the invention and for a steering system for a motor vehicle according to the second aspect of the invention. Accordingly, the motor vehicle according to the invention has the advantage over conventional motor vehicles that ease of use and operational reliability of the steering system are improved in a simple and cost-effective manner. By allowing the programmed end stop to be overturned, the feedback actuator can be designed to be relatively small and therefore cost-effective. By specifically adjusting the counter-torque to the steering wheel torque, the return behavior of the steering wheel to the working range is significantly improved compared to known steering systems, as a jerky or abrupt return of the steering wheel to the working range is effectively prevented.

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.
A method according to the invention for operating a steering system of a motor vehicle, a steering system according to the invention for a motor vehicle, and a motor vehicle according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. The drawings schematically show:
  • 1 in a perspective view a preferred embodiment of a steering system according to the invention,
  • 2 a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention in a side view, and
  • 3 A preferred embodiment of a method according to the invention is shown in a flowchart.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are in the 1 to 3 each provided with the same reference numerals.

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. 1 Figure 1 schematically shows a preferred embodiment of a steering system 1 according to the invention in a perspective view. The steering system 1 comprises a steering wheel 3, which is mechanically coupled to an angle detection device 4 for determining the steering wheel angle of the steering wheel 3 and to a feedback actuator 5. The angle detection device 4 quantitatively determines the steering wheel 3 being actuated by the driver or its current position. The feedback actuator 5 is designed to apply a torque, such as a counter-torque to a steering wheel torque applied by the driver or feedback of forces and torques acting on the steering system 1 from the road surface.

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.The feedback actuator 5 is also designed as a torque measuring device 6 to to quantitatively measure the steering torque applied by the driver. For adjusting the steering angle of wheels 8 (see...) 2 The steering system 1 has a steering actuator 7. The steering actuator 7 is coupled to the feedback actuator 5 via a control line 11. A control device of the steering system 1 (not shown) can, for example, be arranged on the feedback actuator 5 and coupled to the control line 11 and the feedback actuator 5.

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.In 2 A preferred embodiment of a motor vehicle 2 according to the invention is shown schematically in a side view. The motor vehicle 2 has a drive system 9 for propelling itself. The drive system 9 can, for example, be configured as an internal combustion engine, hybrid, or electric drive system 9. The drive system 9 can be configured to drive two or four wheels 8 of the motor vehicle 2. The motor vehicle 2 has a braking system 10 for braking itself. The braking system 10 is configured to brake the wheels 8. Furthermore, the motor vehicle 2 has a steering system 1 according to the invention.

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. 3 Figure 1 schematically shows a preferred embodiment of a method according to the invention for operating a steering system 1 of a motor vehicle 2 in a flowchart. In a first process step 100, the angle detection device 4 of the steering system 1 determines that the steering wheel 3 of the steering system 1 has been turned beyond its predefined programmed end stop. The steering wheel 3 thus has a steering angle that lies outside a normal operating range of the steering wheel 3. This over-turning is caused by a steering torque applied to the steering wheel 3 by the driver of the motor vehicle 2.

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.In a second process action 200, the feedback actuator 5 provides a counter-torque to the steering wheel torque, which thus acts in the direction of the programmed end stop. The counter-torque therefore acts in a direction that returns the steering wheel angle of the steering wheel 3 to the programmed end stop. In this way, further over-rotation of the steering wheel 3 is to be prevented.

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.In a third procedural step 300, the torque measuring device 6 of the steering system 1 monitors the steering wheel torque applied to the steering wheel 3 by the driver of the motor vehicle 2. Monitoring the steering wheel torque is important in case the steering wheel torque decreases again, especially if the driver abruptly reduces the steering wheel torque or briefly releases the steering wheel 3.

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.If the steering wheel torque is less than the maximum available counter-torque of the feedback actuator 5, the feedback actuator 5, in a fourth process action 400, adjusts the counter-torque to the steering wheel torque such that a damped return of the steering wheel angle to the programmed end stop occurs. The counter-torque is thus only slightly greater than the steering wheel torque, so that a snapping back of the steering wheel 3 into the working range of the steering wheel 3 is prevented.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
LenksystemSteering system
22
Kraftfahrzeugmotor vehicle
33
Lenkradsteering wheel
44
WinkelermittlungsvorrichtungAngle measuring device
55
Feedback-AktuatorFeedback actuator
66
MomentenermittlungsvorrichtungTorque measuring device
77
Lenkungs-AktuatorSteering actuator
88
Radwheel
99
Antriebssystemdrive system
1010
BremssystemBraking system
1111
SteuerleitungControl line
100100
erste Verfahrensaktionfirst procedural action
200200
zweite Verfahrensaktionsecond procedural action
300300
dritte Verfahrensaktionthird procedural action
400400
vierte Verfahrensaktionfourth procedural action

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2022 022 847 A [0002]JP 2022 022 847 A [0002]
  • DE 10 2021 210 041 A1 [0005]DE 10 2021 210 041 A1 [0005]
  • DE 10 2018 208 726 A1 [0005]DE 10 2018 208 726 A1 [0005]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems (1) eines Kraftfahrzeugs (2), aufweisend: - Ermitteln eines Überdrehens eines Lenkrads (3) des Lenksystems (1) über einen vordefinierten programmierten Endanschlag des Lenkrads (3) durch eine Winkelermittlungsvorrichtung (4) des Lenksystems (1), - Bereitstellen eines Gegenmoments durch einen Feedback-Aktuator (5) des Lenksystems (1) zum Zurückstellen eines Lenkradwinkels des Lenkrads (3) in Richtung des programmierten Endanschlags, - Überwachen eines von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs (2) auf das Lenkrad (3) aufgebrachten Lenkradmoments durch eine Momentenermittlungsvorrichtung (6) des Lenksystems (1), und - Anpassen des Gegenmoments an das Lenkradmoment durch den Feedback-Aktuator (5) 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 (5).A method for operating a steering system (1) of a motor vehicle (2), comprising: - Detecting an over-rotation of the steering wheel (3) of the steering system (1) beyond a predefined programmed end stop of the steering wheel (3) by means of an angle detection device (4) of the steering system (1), - Providing a counter-torque by means of a feedback actuator (5) of the steering system (1) to return a steering wheel angle of the steering wheel (3) to the programmed end stop, - Monitoring a steering wheel torque applied to the steering wheel (3) by a driver of the motor vehicle (2) by means of a torque detection device (6) of the steering system (1), and - Adjusting the counter-torque to the steering wheel torque by means of the feedback actuator (5) such that a damped return of the steering wheel angle to the programmed end stop occurs when the steering wheel torque is less than a maximum available counter-torque of the feedback actuator (5). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Winkelermittlungsvorrichtung (4) vor dem Überdrehen des programmierten Endanschlags ein Anlenken des programmierten Endanschlags durch den Fahrer ermittelt wird, wobei der Feedback-Aktuator (5) das Gegenmoment mit zunehmender Nähe des Lenkradwinkels zum Endanschlag erhöht.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the angle determination device (4) detects that the programmed end stop is being turned by the driver before the programmed end stop is overturned, wherein the feedback actuator (5) increases the counter-torque as the steering wheel angle gets closer to the end stop. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhöhen des Gegenmoments ab einem vordefinierten ersten Lenkradwinkel erfolgt.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the increase of the counter-torque occurs from a predefined first steering wheel angle. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhöhen des Gegenmoments mit abnehmendem Abstand zum vorprogrammierten Endanschlag progressiv erfolgt.Procedure according to Claim 2 or 3 characterized in that the increase of the counter-torque occurs progressively with decreasing distance to the pre-programmed end stop. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feedback-Aktuator (5) vor dem Überdrehen des programmierten Endanschlags am programmierten Endanschlag das maximal verfügbare Gegenmoment bereitstellt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the feedback actuator (5) provides the maximum available counter-torque at the programmed end stop before the programmed end stop is over-rotated. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gedämpfte Rückstellung des Lenkradwinkels zum programmierten Endanschlag hin so lange erfolgt, bis der Lenkradwinkel dem programmierten Endanschlag entspricht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the damped return of the steering wheel angle to the programmed end stop takes place until the steering wheel angle corresponds to the programmed end stop. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) beim Überdrehen des vordefinierten Endanschlags ein Signal an den Fahrer des Kraftfahrzeugs (2) ausgibt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the steering system (1) sends a signal to the driver of the motor vehicle (2) when the predefined end stop is exceeded. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenmoment im übersteuerten Lenkbereich pulsierend oder schwingend bereitgestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the counter-torque in the oversteered steering range is provided in a pulsating or oscillating manner. Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2), aufweisend ein Lenkrad (3) zum Aufnehmen eines Lenkbefehls durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs (2), eine Winkelermittlungsvorrichtung (4) zum Ermitteln eines Lenkradwinkels des Lenkrads (3), einen Lenkungs-Aktuator (7) zum Lenken von Rädern (8) des Kraftfahrzeugs (2) in Abhängigkeit des Lenkradwinkels und einen Feedback-Aktuator (5) zum gezielten Bereitstellen eines Drehmoments am Lenkrad (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist.Steering system (1) for a motor vehicle (2), comprising a steering wheel (3) for receiving a steering command from a driver of the motor vehicle (2), an angle detection device (4) for determining a steering wheel angle of the steering wheel (3), a steering actuator (7) for steering wheels (8) of the motor vehicle (2) depending on the steering wheel angle and a feedback actuator (5) for selectively providing a torque at the steering wheel (3), characterized in that the steering system (1) is configured to carry out a method according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug (2), aufweisend ein Antriebssystem (9) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (2) und ein Bremssystem (10) zum Bremsen des Kraftfahrzeugs (2), dadurch gekennzeichnet, dass Kraftfahrzeug (2) zum gezielten Lenken einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs (2) ein Lenksystem (1) nach Anspruch 9 aufweist.Motor vehicle (2), comprising a drive system (9) for propelling the motor vehicle (2) and a braking system (10) for braking the motor vehicle (2), characterized in that the motor vehicle (2) has a steering system (1) for selectively steering the motor vehicle (2) in a direction of travel. Claim 9 exhibits.
DE102024205002.4A 2024-05-29 2024-05-29 Method for operating a steering system of a motor vehicle, steering system and motor vehicle Pending DE102024205002A1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE202009007324U1 (en) * 2009-05-26 2010-10-21 Mobil Elektronik Gmbh Steering force simulator

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