DE102015217961B3 - Motor vehicle steering and method for calculating a control signal for a servo unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuglenkung (1), umfassend mindestens ein Steuergerät (2) zur Erzeugung eines Steuersignals (S) für eine Servoeinheit (3), die eine Unterstützungskraft (FU) auf eine Zahnstange (4) der Kraftfahrzeuglenkung (1) aufbringt, wobei die Kraftfahrzeuglenkung (1) derart ausgebildet ist, dass eine aktuelle Achslast des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und bei der Erzeugung des Steuersignals (S) berücksichtigt wird, wobei die Kraftfahrzeuglenkung (1) derart ausgebildet ist, dass die aktuelle Achslast bei einer stationären Kurvenfahrt aus einer ermittelten und/oder gemessenen Querlenkbeschleunigung (aQ) und einer ermittelten oder geschätzten Zahnstangenkraft (FZ) ermittelt wird, sowie ein Verfahren zur Berechnung eines Steuersignals (S) für eine Servoeinheit (3) einer Kraftfahrzeuglenkung (1).The invention relates to a motor vehicle steering system (1) comprising at least one control unit (2) for generating a control signal (S) for a servo unit (3) which applies an assisting force (FU) to a rack (4) of the motor vehicle steering system (1) the motor vehicle steering system (1) is designed such that a current axle load of the motor vehicle is determined and taken into account in the generation of the control signal (S), wherein the motor vehicle steering system (1) is designed such that the current axle load during a steady cornering from a determined and / or measured transverse steering acceleration (aQ) and a determined or estimated rack force (FZ) is determined, and a method for calculating a control signal (S) for a servo unit (3) of a motor vehicle steering system (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuglenkung, umfassend mindestens ein Steuergerät zur Erzeugung eines Steuersignals für eine Servoeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Berechnung eines Steuersignals in einer Kraftfahrzeuglenkung mittels mindestens eines Steuergeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6. The invention relates to a motor vehicle steering system, comprising at least one control device for generating a control signal for a servo unit according to the preamble of claim 1 and a method for calculating a control signal in a motor vehicle steering system by means of at least one control device according to the preamble of
In der Serienfertigung hergestellte Personenkraftfahrzeuge/Nutzfahrzeuge unterscheiden sich aufgrund unterschiedlicher Zusatzausstattung hinsichtlich ihres Fahrzeuggesamtgewichts. Im Hinblick auf eine optimale Abstimmung des Lenkungsverhaltens wird in der Fertigung die Lenkungscharakteristik unter anderem an das tatsächliche Fahrzeuggesamtgewicht angepasst. So kann beispielsweise bei einem höheren Fahrzeuggesamtgewicht insbesondere bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten und großen Lenkwinkeln eine höhere Lenkunterstützung vorgesehen werden. Passenger vehicles / commercial vehicles produced in series production differ in terms of their total vehicle weight due to different additional equipment. With regard to an optimal coordination of the steering behavior, the steering characteristics in production are adapted to the actual total vehicle weight, among other things. Thus, for example, with a higher total vehicle weight, especially at low driving speeds and large steering angles, a higher steering assistance can be provided.
Zur Abstimmung des Lenkungsverhaltens wird in einem Steuergerät der Lenkung eine Berechnungsvorschrift, beispielsweise in Form einer Kennlinie oder Kennlinienschar, abgespeichert, mit welcher auf der Grundlage eines fahrerseitigen Lenkbefehls ein Steuersignal für die Servoeinheit, beispielsweise einen Elektromotor oder eine hydraulische Lenkunterstützung, bereitgestellt wird. Als zusätzliche Eingangsgröße wird in der Regel die Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt, die als Scharparameter dient. Gegebenenfalls können weitere Gesichtspunkte wie beispielsweise ein direktes oder weniger direktes Ansprechen der Lenkung berücksichtigt und dem Fahrer als Wahlmöglichkeit angeboten werden. In order to tune the steering behavior, a calculation specification, for example in the form of a characteristic or family of characteristics, is stored in a controller of the steering, with which a control signal for the servo unit, for example an electric motor or a hydraulic steering assistance, is provided on the basis of a driver-side steering command. As an additional input, the vehicle speed is usually taken into account, which serves as a share parameter. Optionally, further considerations such as direct or less direct response of the steering may be taken into account and offered to the driver as a choice.
Aufgrund des fahrzeugindividuellen Gesamtgewichts muss die Berechnungsvorschrift, d.h. die jeweilige Kennlinie oder Kennlinienschar, für jedes Fahrzeug auch individuell generiert und in dem zugehörigen Lenkungssteuergerät abgespeichert werden. Due to the total weight of the vehicle, the calculation rule, i. the respective characteristic or family of characteristics, also generated individually for each vehicle and stored in the associated steering control unit.
Im Fahrbetrieb wird die einmal abgespeicherte Berechnungsvorschrift unabhängig vom Beladungszustand verwendet. Ändert sich das Fahrzeuggewicht während des Fahrbetriebs, findet in der Regel keine Anpassung der Berechnungsvorschrift statt. When driving, the once stored calculation rule is used regardless of the load condition. If the vehicle weight changes during driving, there is usually no adaptation of the calculation rule.
Aus der gattungsbildenden
Dabei kann die Einrichtung zur Ermittlung des Fahrzeuggewichts Signale von Sitzbelegungssensoren und/oder den Tankfüllstand berücksichtigen. Alternativ liest die Einrichtung zur Ermittlung des Fahrzeuggewichts Signale von Sensoren aus, welche den Einfederungszustand des Fahrzeugs abbilden. Schließlich kann die Einrichtung zur Ermittlung des Fahrzeuggewichts einen Schätzalgorithmus umfassen, welcher anhand eines Fahrzeugmodells durch Erfassen mindestens eines Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsverlaufes des Fahrzeugs während des Fahrbetriebs das Fahrzeuggewicht schätzt. In this case, the device for determining the vehicle weight can take into account signals from seat occupancy sensors and / or the tank level. Alternatively, the vehicle weight determination means reads signals from sensors which map the jounce state of the vehicle. Finally, the device for determining the vehicle weight may comprise an estimation algorithm, which estimates the vehicle weight based on a vehicle model by detecting at least one acceleration and / or deceleration curve of the vehicle during the driving operation.
Nachteilig ist, dass die Schätzung über Sitzbelegungssensoren oder Füllstände zu ungenau ist und Niveauregelungen häufig nicht vorhanden sind. The disadvantage is that the estimate of seat occupancy sensors or levels is too inaccurate and level controls are often not available.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Kraftfahrzeuglenkung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine aktuelle Achslast bestimmt, sowie ein Verfahren zur Berechnung eines Steuersignals für eine Servoeinheit in einer Kraftfahrzeuglenkung zur Verfügung zu stellen, bei dem die Achslast einfach und zuverlässig ermittelt wird. The invention is based on the technical problem of providing a motor vehicle steering system which determines a current axle load with simple means as well as a method for calculating a control signal for a servo unit in a motor vehicle steering system in which the axle load is determined simply and reliably.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The solution of the technical problem results from a motor vehicle steering system with the features of claim 1 and a method having the features of
Die Kraftfahrzeuglenkung umfasst mindestens ein Steuergerät zur Erzeugung eines Steuersignals für eine Servoeinheit, die eine Unterstützungskraft auf eine Zahnstange der Kraftfahrzeuglenkung aufbringt. Die Kraftfahrzeuglenkung ist derart ausgebildet, dass eine aktuelle Achslast des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und bei der Erzeugung des Steuersignals berücksichtigt wird. Dabei wird insbesondere die Achslast an einer lenkbaren Vorderachse bestimmt. Die Kraftfahrzeuglenkung ist derart ausgebildet, dass die aktuelle Achslast bei einer stationären Kurvenfahrt aus einer ermittelten und/oder gemessenen Querbeschleunigung und einer ermittelten oder geschätzten Zahnstangenkraft ermittelt wird. Dabei wird ausgenutzt, dass über die Beziehung Kraft = Masse × Beschleunigung auf die Masse bzw. die Achslast zurückgeschlossen werden kann. Ein Vorteil ist, dass die benötigten Größen ohnehin üblicherweise der Kraftfahrzeuglenkung zur Verfügung stehen. Dabei kann die Querbeschleunigung direkt gemessen werden oder aber aus Lenkwinkel und Geschwindigkeit berechnet werden. Vorzugsweise wird die Querbeschleunigung direkt gemessen, was genauer ist, aber zusätzlich über die berechnete Querbeschleunigung aus Lenkwinkel und Geschwindigkeit die gemessene Querbeschleunigung plausibilisiert oder korrigiert. Des Weiteren existiert so auch eine gewisse Redundanz. Die Zahnstangenkraft kann ebenfalls direkt gemessen werden, was aber etwas aufwendiger ist. The motor vehicle steering system comprises at least one control unit for generating a control signal for a servo unit, which applies an assisting force to a rack of the motor vehicle steering system. The motor vehicle steering system is designed such that a current axle load of the motor vehicle is determined and taken into account in the generation of the control signal. In particular, the axle load is determined on a steerable front axle. The motor vehicle steering system is designed in such a way that the current axle load during stationary cornering is determined from a determined and / or measured transverse acceleration and a determined or estimated rack force. It exploits the fact that the relationship force = mass × acceleration can be used to deduce the mass or the axle load. One advantage is that the required sizes are usually available to the motor vehicle steering anyway stand. The lateral acceleration can be measured directly or calculated from the steering angle and speed. Preferably, the lateral acceleration is measured directly, which is more accurate, but in addition plausibility or corrected via the calculated lateral acceleration of steering angle and speed, the measured lateral acceleration. Furthermore, there is also some redundancy. The rack power can also be measured directly, but this is a bit more expensive.
In einer Ausführungsform wird daher die Zahnstangenkraft aus der Unterstützungskraft geschätzt. Die Unterstützungskraft ist dabei die Kraft, die die Servoeinheit direkt oder über ein Getriebe auf die Zahnstange aufbringt. Diese kann gemessen werden oder aber bei Kenntnis des Übertragungsverhaltens aus dem Steuersignal des Steuergeräts berechnet werden. Die Servoeinheit ist dabei vorzugsweise ein Elektromotor oder eine Hydraulik-Einheit (insbesondere bei Nutzfahrzeugen). In one embodiment, therefore, the rack force is estimated from the assist force. The support force is the force that applies the servo unit directly or via a gear on the rack. This can be measured or, if the transmission behavior is known, calculated from the control signal of the control unit. The servo unit is preferably an electric motor or a hydraulic unit (in particular in commercial vehicles).
In einer weiteren Ausführungsform ist die Kraftfahrzeuglenkung derart ausgebildet, dass die Bestimmung mehrfach wiederholt wird und die zu berücksichtigende Achslast für die Steuersignale nachgeführt wird. Dies kann in Form einer Mittelwertbildung erfolgen oder über eine Lenkfunktion, wobei letztere bevorzugt wird, da dabei fehlerhafte Bestimmungen der Achslast besser herausgefiltert werden können. In a further embodiment, the motor vehicle steering system is designed such that the determination is repeated several times and the axle load to be considered for the control signals is tracked. This can be done in the form of an averaging or via a steering function, the latter being preferred because it can better filter out erroneous determinations of the axle load.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Steuergerät eine an das Fahrzeuggewicht angepasste Kennlinie auf, die beispielsweise auf das Fahrzeugleergewicht abgestimmt ist und bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs bestimmt wird. Dabei wird aus einem Handlenkmoment und einer Lenkmoment-Empfehlung mindestens einer Assistenz-Funktion (z.B. einer Spurhalte-Assistenzfunktion) anhand der Kennlinie ein erstes Teil-Steuersignal erzeugt. Eine weitere Einheit erzeugt aufgrund mindestens einer weiteren Fahrzeuggröße, insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder dem Lenkwinkel, ein zweites Teil-Steuersignal, wobei die Summe des ersten Teil-Steuersignals und des zweiten Teil-Steuersignals das Steuersignal für die Servoeinheit bilden. Hierdurch kann die Lenkunterstützung situativ angepasst werden, beispielsweise große Unterstützung beim Einparken und geringere Unterstützung bei größeren Fahrzeuggeschwindigkeiten. In a further embodiment, the control unit has a characteristic adapted to the vehicle weight characteristic, which is for example tuned to the vehicle idle weight and is determined during the manufacture of the motor vehicle. In this case, a first partial control signal is generated from a manual steering torque and a steering torque recommendation of at least one assistance function (for example, a lane keeping assistance function) on the basis of the characteristic curve. A further unit generates a second partial control signal due to at least one further vehicle size, in particular the vehicle speed and / or the steering angle, the sum of the first partial control signal and the second partial control signal forming the control signal for the servo unit. As a result, the steering assistance can be adapted situationally, for example, great support when parking and less support at higher vehicle speeds.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Kraftfahrzeuglenkung derart ausgebildet, dass aus der Achslast mindestens ein Korrekturwert ermittelt wird, wobei mittels des mindestens einen Korrekturwertes die Lenkmoment-Empfehlung der Assistenz-Funktion korrigiert wird und der Korrekturwert oder ein weiterer Korrekturwert aus der Achslast der weiteren Einheit zur Korrektur des zweiten Teil-Steuersignals zugeführt wird. Der Korrekturwert kann dabei ein Faktor oder Summand sein. Der weitere Korrekturwert für die weitere Einheit stellt dabei vorzugsweise eine korrigierte Kraftempfehlung dar. In a further embodiment, the motor vehicle steering system is designed such that at least one correction value is determined from the axle load, wherein the steering torque recommendation of the assistance function is corrected by means of the at least one correction value and the correction value or a further correction value from the axle load of the further unit Correction of the second partial control signal is supplied. The correction value can be a factor or summand. The further correction value for the further unit preferably represents a corrected force recommendation.
Hinsichtlich der verfahrensmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen. With regard to the procedural embodiment of the invention, reference is made in full to the preceding statements.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Kraftfahrzeuglenkung. The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment. The single FIGURE shows a schematic block diagram of a motor vehicle steering.
Die Kraftfahrzeuglenkung
Das aktuelle Fahrzeuggewicht bzw. die aktuelle Achslast wird dabei anhand der Beziehung Kraft = Masse × Beschleunigung berechnet. Dabei ist die Kraft die resultierende Zahnstangenkraft FZ und die Beschleunigung die Querbeschleunigung aQ. Die Querbeschleunigung aQ wird sensorisch erfasst oder ermittelt und der Einheit
Somit wird eine Kraftfahrzeuglenkung
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