-
-
Bisher wird der Sollwert für die Hinterradlenkung, also der einzustellende Hinterradlenkwinkel, abhängig vom aktuellen Vorderradlenkwinkel sowie abhängig von der Fahrgeschwindigkeit berechnet. Die Hinterradlenkung wird in der Regel automatisiert durch ein Fahrzeugsystem abhängig von den Lenkbewegungen des Fahrers, aber nicht direkt durch den Fahrer des Fahrzeugs betätigt.
-
Die Kennlinie der Vorderradlenkung weist eine Progression auf, d.h., die Übersetzung von Lenkradlenkwinkel zur Zahnstangenposition und damit dem Vorderradlenkwinkel ist nichtlinear abhängig vom Lenkradlenkwinkel. Eine niedrige, d.h. direktere Übersetzung mit mehr Zahnstangenhub pro Lenkradlenkwinkel, wird bei großen Lenkradlenkwinkeln wirksam, die vorrangig bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten vorkommen. Dies reduziert den Lenkaufwand z.B. beim Parken oder im Stadtverkehr. Hingegen ist eine hohe, indirektere Übersetzung, d.h. weniger Zahnstangenhub pro Lenkradlenkwinkel, bei geringen Lenkradlenkwinkeln um den Mittenbereich des Lenkrads wirksam, was vorrangig bei hohen Fahrgeschwindigkeiten vorkommt. Dies ist vorteilhaft für eine höhere Präzision und erhöhte Fahrstabilität bei der Fahrzeugführung bei höheren Geschwindigkeiten.
-
Aufgrund der Abhängigkeit vom Vorderradlenkwinkel überträgt sich diese Progression auch auf den Sollwert für die Hinterradlenkung. Dies kann zu einer zu stark empfundenen Lenkwirkung der Hinterradlenkung bei bestimmten Fahrgeschwindigkeiten und Lenkradlenkwinkeln führen. Insbesondere kann dies auftreten, wenn das Fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit mit großen Lenkradlenkwinkeln bewegt wird, um beispielsweise Unter- bzw. Übersteuersituationen zu korrigieren.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die Ansteuerung einer Hinterradlenkung zu verbessern.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ansteuern einer Hinterradlenkung eines Fahrzeugs gelöst, das die folgenden Schritte aufweist:
- - Berechnen einer angepassten Kennlinie einer Abhängigkeit eines Vorderradlenkwinkels von einem Lenkradlenkwinkel mit einem linearen Verlauf,
- - Ermitteln eines tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkels,
- - Ermitteln eines virtuellen aktuellen Vorderradlenkwinkels aus der angepassten Kennlinie,
- - Berechnen eines aktuellen modifizierten Sollwerts für einen Hinterradlenkwinkel auf Grundlage des tatsächlichen und des virtuellen aktuellen Vorderradlenkwinkels, und
- - Einstellen des Hinterradlenkwinkels gemäß dem aktuellen modifizierten Sollwert.
-
Die angepasste Kennlinie bildet dabei eine Vorderradlenkung mit einer linearen Abhängigkeit ohne Progression ab. Der virtuelle aktuelle Vorderradlenkwinkel entspricht daher einem Vorderradlenkwinkel, der ohne eine Progression der Kennlinie bei dem jeweiligen Lenkradlenkwinkel auftreten würde.
-
Erfindungsgemäß lässt sich funktional eine Progression der Kennlinie der Vorderradlenkung mit Hilfe der Lenkung der Hinterräder kompensieren. So ist z.B. eine geringere Lenkwinkelverstärkung an der Hinterachse als an der Vorderachse realisierbar. Beispielsweise kann die Progression des Vorderradlenkwinkels bei der Berechnung des Hinterradlenkwinkels vollständig eliminiert werden, solange der progressive Anteil des Vorderradlenkwinkels den maximal stellbaren Hinterradlenkwinkel nicht übersteigt. Dadurch wird eine Verstärkung vermieden, die dadurch entsteht, dass die Progression bei der konventionellen Berechnung in den Hinterradlenkwinkel eingeht. Das Hinterrad wird also nur proportional zum Lenkradlenkwinkel, und damit proportional zum linearen Anteil des Vorderradlenkwinkels, und nicht überproportional dazu ausgelenkt.
-
Generell ist es möglich, die zusätzliche Verstärkung der Hinterradlenkung aufgrund der Progression des Vorderradlenkwinkels nach Belieben zu reduzieren, vollständig zu eliminieren oder überzukompensieren.
-
Vorzugsweise wird die angepasste Kennlinie in einer geeigneten Steuereinheit des Fahrzeugs abgespeichert. Bevorzugt wird auch die tatsächliche Kennlinie der Übersetzung der Vorderradlenkung, also der Abhängigkeit des Vorderradlenkwinkels vom Lenkradlenkwinkel inklusive der tatsächlich auftretenden Progression abgespeichert. Der tatsächliche aktuelle Vorderradlenkwinkel wird beispielsweise sensorisch erfasst, aus der tatsächlichen Kennlinie bestimmt oder über andere geeignete, bekannte Quellen wie z.B. dem Zahnstangenhub ermittelt.
-
Die Berechnung des aktuellen modifizierten Sollwerts des Hinterradlenkwinkels erfolgt vorteilhaft mittels eines geeigneten Programmcodes, der in der Steuereinheit abgelegt ist.
-
Zur Berechnung der angepassten Kennlinie des virtuellen aktuellen Vorderradlenkwinkels wird vorzugsweise ein Abschnitt der tatsächlichen Kennlinie um einen Nullpunkt des Vorderradlenkwinkels extrapoliert. In diesem mittleren Bereich mit linearer,d.h.konstanter Übersetzung ist normalerweise die Steigung der tatsächlichen Kennlinie geringer als in den Bereichen mit großem Lenkradlenkwinkel, sodass ein geringerer Lenkwinkel pro Lenkradlenkwinkel auftritt als in den äußeren Bereichen der Kennlinie. Somit weist die angepasste Kennlinie außerhalb des Mittenbereichs eine geringere Steigung auf als die tatsächliche Kennlinie.
-
Um das Verfahren einfach in bestehende Abläufe zum Einstellen des Hinterradlenkwinkels integrieren zu können, wird vorzugsweise ein modifizierter aktueller Vorderradlenkwinkel berechnet, in denen der virtuelle aktuelle Vorderradlenkwinkel und der tatsächliche aktuelle Vorderradlenkwinkel eingehen, wobei der modifizierte Sollwert des Hinterradlenkwinkels aus dem modifizierten aktuellen Vorderradlenkwinkel berechnet wird. Der modifizierte aktuelle Vorderradlenkwinkel kann somit in den bisher verwendeten Berechnungsverfahren für den Sollwert des Hinterradlenkwinkels anstelle des tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkels verwendet werden.
-
In die Berechnung des modifizierten aktuellen Vorderradlenkwinkels geht vorzugsweise ein fahrzeuggeschwindigkeitsabhängiger Gewichtungsfaktor ein. Auf diese Weise kann der aktuelle modifizierte Sollwert des Hinterradlenkwinkels auf Basis einer gewichteten Interpolation zwischen dem virtuellen aktuellen Vorderradlenkwinkel und dem tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkel sowie auf Basis der Fahrgeschwindigkeit gebildet werden. Die Fahrgeschwindigkeit gibt beispielsweise einen Hinweis auf eine aktuelle Fahrsituation, beispielsweise, ob das Fahrzeug gerade eine Kurvenfahrt mit hoher Geschwindigkeit durchführt oder aber mit geringen Geschwindigkeiten beim Parken rangiert. Bei hohen Geschwindigkeiten wird vorzugsweise der Einfluss der Progression stärker reduziert als bei niedrigen Geschwindigkeiten.
-
Es ist auch denkbar, dass der Gewichtungsfaktor zusätzlich abhängig vom gewählten Fahrmodus oder einer fahrerseitig wählbaren Fahrwerksabstimmung ist.
-
Der Gewichtungsfaktor liegt beispielsweise zwischen 0 (der tatsächliche Lenkwinkel (d.h. linearer und nichtlinearer Anteil) wird für die Sollwertbestimmung verwendet) und 1 (ausschließlich der virtuelle Lenkwinkel (d.h. der lineare Anteil) wird für die Sollwertbestimmung verwendet), wobei insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten die Progression vollständig und bei hohen Geschwindigkeiten anteilig oder gar nicht berücksichtigt wird.
-
Alternativ oder zusätzlich kann in die Berechnung des aktuellen modifizierten Sollwerts des Hinterradlenkwinkels ein Kompensationsfaktor eingehen, in den eine Differenz (i.e., der progressive Anteil) des tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkels und des virtuellen aktuellen Vorderradlenkwinkels eingeht.
-
Die Differenz des tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkels und des virtuellen aktuellen Vorderradlenkwinkels stellt grundsätzlich ein Maß für die aktuelle Progression der Kennlinie des Vorderradlenkwinkels beim aktuellen Lenkradlenkwinkel dar.
-
Der Kompensationsfaktor ist vorzugsweise so gewählt, dass über den eingestellten Hinterradlenkwinkel im Lenkverhalten des Fahrzeugs eine Progression in der Kennlinie des tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkels reduziert oder komplett ausgeglichen wird. Dabei kann der modifizierte Sollwert des Hinterradlenkwinkels sogar kleiner gewählt werden, als er gemäß der angepassten Kennlinie für den jeweiligen Lenkradlenkwinkel wäre. In diesem Fall werden die Vorderräder überproportional bezüglich einer linearen Kennlinie ausgelenkt, während die Hinterräder unterproportional ausgelenkt werden. So lässt sich z.B. die Gierbewegung des Fahrzeugs auf das Maß eines Fahrzeugs mit einer linearen Übersetzung zwischen Lenkradlenkwinkel und Vorderradlenkwinkel reduzieren. In der Regel wird ein höherer Kompensationsfaktor bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten verwendet. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten kann der Kompensationsfaktor auf 0 gesetzt sein.
-
In den modifizierten Sollwert des Hinterradlenkwinkels gehen vorzugsweise der Gewichtungsfaktor und/oder der Kompensationsfaktor ein.
-
Das Maß, zu dem der Gewichtungsfaktor und/oder der Kompensationsfaktor in den modifizierten Sollwert des Hinterradlenkwinkels eingehen, kann von einer Fahrsituationen des Fahrzeugs abhängig sein. Bei der Fahrsituation kann beispielsweise eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, ein aktueller Lenkradlenkwinkel, eine Fahrbahnbeschaffenheit, ein prognostizierter Fahrbahnverlauf oder auch ein aktuell gewählter Fahrmodus (beispielsweise ein Komfortmodus oder ein Sportmodus) berücksichtigt werden.
-
In einem vorgegebenen Winkelbereich um den Nulldurchgang des tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkels wird vorzugsweise der virtuelle aktuelle Vorderradlenkwinkel gleich dem tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkel gesetzt. Dieser Mittenbereich von beispielsweise 1° bis 2° wird somit bei der Anpassung des Sollwerts des Hinterradlenkwinkels ausgeblendet, um Sprünge beim Vorzeichenwechsel zu vermeiden. In diesem Bereich entspricht die tatsächliche Kennlinie des Vorderradlenkwinkels in erster Näherung der angepassten Kennlinie, sodass auch der konventionelle Sollwert des Hinterradlenkwinkels dem aktuellen modifizierten Sollwert im Wesentlichen entspricht.
-
Der Mittenbereich ist vorzugsweise durch wenigstens einen Grenzwert des Betrags des tatsächlichen Vorderradlenkwinkels definiert.
-
Generell werden in dieser Anmeldung grundsätzlich Beträge der jeweiligen Lenkwinkel und Lenkradlenkwinkel betrachtet (auch wenn dies nicht explizit angegeben ist), und die Berechnung des aktuellen modifizierten Sollwerts des Hinterradlenkwinkels in beide Lenkrichtungen symmetrisch behandelt.
-
In der praktischen Umsetzung kann der modifizierte Sollwert des Hinterradlenkwinkels parallel in wenigstens einer ersten und einer zweiten Ausprägung berechnet werden, die mit einem vom Fahrer auswählbaren Fahrmodus verknüpft sind, wobei jeweils unterschiedliche Werte des Gewichtungsfaktors und/oder des Kompensationsfaktors eingehen. Diese Berechnung erfolgt vorzugsweise ständig parallel. Insbesondere der Gewichtungsfaktor kann für unterschiedliche Fahrmodi (z.B. Komfortmodus oder Sportmodus) unterschiedlich gewählt sein, aber auch der Kompensationsfaktor. Auf diese Weise lässt sich die Fahrdynamik abhängig vom gewählten Fahrmodus anpassen.
-
Gemäß der Erfindung ist somit sowohl eine Fahrdynamik einstellbar, die das Fahrzeug agilisiert, als auch eine Fahrdynamik, die das Fahrzeug eher stabilisiert.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern einer Hinterradlenkung eines Fahrzeugs; und
- - 2 diagrammatische Ansicht eines Zusammenhangs zwischen einem Lenkradlenkwinkel und einem Vorderradlenkwinkel.
-
1 zeigt den Ablauf eines Verfahrens zum Ansteuern einer (nicht näher dargestellten) Hinterradlenkung eines Fahrzeugs.
-
Die Hinterräder werden nicht direkt durch den Fahrer, sondern stets durch eine Steuereinheit des Fahrzeugs gelenkt. In den Hinterradlenkwinkel gehen dabei wie herkömmlich bekannt ein Vorderradlenkwinkel sowie eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit vF ein.
-
Jedoch wird zur Berechnung eines aktuellen modifizierten Sollwerts Hm des Hinterradlenkwinkels nicht ausschließlich wie bisher ein aktueller tatsächlicher Vorderradlenkwinkel Vta, sondern zusätzlich ein virtueller aktueller Vorderradlenkwinkel Vva verwendet.
-
Diese Unterscheidung dient dazu, Zugriff auf lineare und progressive Anteile des tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkels Vta zu erhalten.
-
Eine Kennlinie 10, die eine Abhängigkeit zwischen dem Lenkradlenkwinkel und dem tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkel Vta darstellt (siehe 2), weist bauartbedingt eine nichtlineare Progression auf. Der tatsächliche aktuelle Vorderradlenkwinkel Vta nimmt mit zunehmendem Betrag des Lenkradlenkwinkels überproportional zu.
-
Aus der Kennlinie 10 wird eine angepasste Kennlinie 12 mit einem linearen Verlauf erstellt. Die angepasste Kennlinie 12 gibt einen virtuellen aktuellen Vorderradlenkwinkel Vva wieder.
-
Die angepasste Kennlinie 12 beruht in diesem Beispiel auf dem Verlauf der Kennlinie 10 in einem Mittenbereich 14 um einen Nullpunkt des tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkels Vta, in dem die Kennlinie 10 mit einer geringeren Steigung als bei größeren Lenkradlenkwinkeln annähernd linear verläuft. Die angepasste Kennlinie 12 extrapoliert diesen Verlauf, wie in 2 zu erkennen ist. Der Abstand zwischen den Kennlinien 10 und 12 stellt den progressiven Anteil ΔW des aktuellen Vorderradlenkwinkels Vta dar, während der entsprechende Wert der angepassten Kennlinie 12 dessen linearen Anteil wiedergibt. Der progressive Anteil ΔW lässt sich durch die Differenz aus dem tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkel Vta und dem virtuellen aktuellen Vorderradlenkwinkel Vva darstellen.
-
Anstelle des tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkels Vta gehen in die Berechnung des modifizierten Sollwerts Hm des Hinterradlenkwinkels der lineare Anteil, also der virtuelle aktuelle Vorderradlenkwinkel Vva, sowie der progressive Anteil ΔW getrennt ein (siehe Block 18, 20 in 1).
-
In diesem Beispiel wird der progressive Anteil ΔW mit einem von der Fahrzeuggeschwindigkeit vF abhängigen Gewichtungsfaktor G modifiziert, und mit dem linearen Anteil, also dem virtuellen aktuellen Vorderradlenkwinkel Vva verrechnet, um einen modifizierten aktuellen Vorderradlenkwinkel Vma zu berechnen. Dieser modifizierte aktuelle Vorderradlenkwinkel Vma bildet einen Vorsteuerwert, der in die weitere Berechnung des aktuellen modifizierten Sollwerts Hm des Hinterradlenkwinkels eingeht.
-
Abhängig vom gewählten Gewichtungsfaktor G entspricht der modifizierte aktuelle Vorderradlenkwinkel Vma mehr oder weniger einem Vorderradlenkwinkel, wie er vorliegen würde, wenn die tatsächliche Kennlinie 10 keinen progressiven Verlauf aufweisen würde.
-
Der Gewichtungsfaktor G ist hier zwischen 0 und 1 wählbar, sodass der modifizierte aktuelle Vorderradlenkwinkel Vma im gesamten Bereich zwischen den Kennlinien 10, 12, also zwischen dem tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkel Vta und dem virtuellen aktuellen Vorderradlenkwinkel Vva einstellbar ist.
-
Die Hinterradlenkung kann also in einem Extremfall so angesteuert werden, als ob die Vorderradlenkung über den gesamten Lenkradlenkwinkel eine lineare Lenkübersetzung aufweisen würde.
-
Der progressive Anteil ΔW wird hier verwendet, um einen Kompensationsfaktor K zu bestimmen. Der Kompensationsfaktor K dient dazu, in bestimmten Fahrsituationen die Progression des Vorderradlenkwinkels durch eine Reduktion des aktuellen modifizierten Sollwerts Hm des Hinterradlenkwinkels auszugleichen und so die Gierrate des Fahrzeugs anzupassen.
-
In den Kompensationsfaktor K gehen hier der progressive Anteil ΔW des tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkels Vta sowie die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit vF ein (siehe Block 20 in 1).
-
Abhängig vom Wert des Kompensationsfaktors K lässt sich der aktuelle modifizierte Sollwert Hm des Hinterradlenkwinkels reduzieren, um die aufgrund der Progression überproportionale Auslenkung der Vorderräder auszugleichen.
-
Im Mittenbereich 14, also beidseits des Nullpunktes des aktuellen Vorderradlenkwinkels Vta bzw. des Lenkradlenkwinkels, erfolgt hier eine Ausblendung AM, wird also keine Anpassung des tatsächlichen aktuellen Vorderradlenkwinkels Vta vorgenommen. Wie 2 zeigt, entspricht in diesem Abschnitt die angepasste Kennlinie 12 in guter Näherung der progressiven Kennlinie 10, sodass sich durch diese Vorgehensweise unerwünschte Sprünge aufgrund von Vorzeichenwechseln in der Berechnung vermeiden lassen, ohne den Vorteil der Verwendung des virtuellen aktuellen Vorderradlenkwinkels Vva einzubüßen.
-
Der Grenzwert für den Mittenbereich 14 ist beispielsweise dadurch festgelegt, dass bis zu diesem Wert der virtuelle aktuelle Vorderradlenkwinkel Vva kleiner ist als der progressive Anteil ΔW. Er kann z.B. 1° bis 2° betragen.
-
Aus dem modifizierten aktuellen Vorderradlenkwinkel Vma werden hier stets gleichzeitig zwei unterschiedliche Ausprägungen AS, AK berechnet, in die unterschiedliche Werte des Gewichtungsfaktors G und gegebenenfalls auch unterschiedliche Werte des Kompensationsfaktors K eingehen. Die Ausprägungen AS, AK beruhen auf im Fahrzeug zur Auswahl stehenden Fahrmodi, beispielsweise einem Sportmodus oder einem Komfortmodus, in denen sich das Fahrzeug in der Fahrdynamik, beispielsweise bezüglich Agilität und Stabilität, unterschiedlich verhalten soll.
-
Zum Abschluss des Verfahrens wird der durch den Kompensationsfaktor K modifizierte progressive Anteil ΔW in diesem Beispiel zum modifizierten aktuellen Vorderradlenkwinkel Vma gemäß der beiden Ausprägungen AS, AK addiert, um den aktuellen modifizierten Sollwert Hm des Hinterradlenkwinkels zu bilden.
-
Mittels der beschriebenen Berechnung des modifizierten Sollwerts Hm des Hinterradlenkwinkels kann die Progression des Vorderradlenkwinkels durch geeignete Werte des Gewichtungsfaktors G, des Kompensationsfaktors K und/oder gegebenenfalls weiterer Komponenten nach Belieben reduziert, ausgeglichen oder überkompensiert werden, um das Lenkverhalten des Fahrzeugs anzupassen.