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DE102012005780A1 - Lenkvorrichtung mit elektrischem Lenkantrieb und Verfahren zu dessen Steuern - Google Patents

Lenkvorrichtung mit elektrischem Lenkantrieb und Verfahren zu dessen Steuern Download PDF

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Publication number
DE102012005780A1
DE102012005780A1 DE102012005780A DE102012005780A DE102012005780A1 DE 102012005780 A1 DE102012005780 A1 DE 102012005780A1 DE 102012005780 A DE102012005780 A DE 102012005780A DE 102012005780 A DE102012005780 A DE 102012005780A DE 102012005780 A1 DE102012005780 A1 DE 102012005780A1
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DE
Germany
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force
steering
load
driving force
steering linkage
Prior art date
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Ceased
Application number
DE102012005780A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Harder
Klaus Menk
Werner Schleidt
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.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
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Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
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Priority to GB1303807.0A priority patent/GB2500985A/en
Priority to US13/828,753 priority patent/US9037352B2/en
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Lenkantriebs (3) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, wobei eine auf ein Lenkgestänge (2, 4, 6) aufgeprägte Wirkkraft (T2) erfasst und eine von dem elektrischen Lenkantrieb (3) ausgeübte Antriebskraft (T3) auf Basis der Bedingung vorgegeben wird, dass eine auf das Lenkgestänge (2, 4, 6) wirkende Last (F6) einen vorgegebenen Lastgrenzwert (F6,max) nicht überschreitet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einem elektrischen Lenkantrieb zum Ausüben einer Antriebskraft auf ein Lenkgestänge, ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Steuern des elektrischen Lenkantriebs sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem solchen Computerprogramm.
  • Herkömmlicherweise ist bei Personenkraftwagen ein Lenkrad über ein Lenkgestänge mechanisch mit Rädern gekoppelt, so dass eine Drehung des Lenkrades die Räder verdreht.
  • Aus der US 2004/0187600 A1 ist ein Elektromotor bekannt, der über eine Rutschkupplung parallel zu einer Lenkstange mit einer Zahnstange gekoppelt ist. Das Abtriebsdrehmoment des Elektromotors wird bis zu einer Obergrenze proportional zu einem Drehmoment in der Lenkstange vorgegeben. Übersteigt das Drehmoment in der Lenkstange die Obergrenze für eine vorgegebene Zeitdauer, wird das Antriebsdrehmoment reduziert, um die Stromaufnahme des Elektromotors zu reduzieren.
  • Bei der aus der US 2004/0187600 A1 bekannten Lenkvorrichtung summieren sich das Drehmoment in der Lenkstange und das Abtriebsdrehmoment des Elektromotors zu einer Gesamtkraft, die von Spurstangen auf die Räder übertragen wird. Beaufschlagt der Fahrer das Lenkrad, während die Räder, beispielsweise durch einen Bordstein, fixiert sind, führt dies entsprechend zu hohen Druck- bzw. Zugspannungen in den Spurstangen. Diese müssen daher entsprechend massiv ausgelegt werden, was das Gewicht und damit den Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs erhöht.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein, insbesondere computerimplementiertes, Verfahren zum Steuern eines elektrischen Lenkantriebs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 9 bis 12 stellen eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Steuerung zum Steuern eines elektrischen Lenkantriebs sowie ein Computerprogramm bzw. ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Speichermedium bzw. einen maschinenlesbaren Datenträger unter Schutz, die bzw. das zur Ausführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, ein Lenkmittel auf, welches durch einen Fahrer betätigbar ist. Ein Lenkmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein Lenkrad, Steuerknüppel oder dergleichen aufweisen, insbesondere sein.
  • Die Lenkvorrichtung weist weiter ein Lenkgestänge zum Lenken von Rädern des Kraftfahrzeugs auf. Das Lenkgestänge kann insbesondere eine ein- oder mehrteilige Lenkstange, die mit dem Lenkmittel gekoppelt ist, eine oder mehrere ein- oder mehrteilige Spurstangen, Zahnstangen, Lenkhebel, Getriebe und dergleichen aufweisen. Insbesondere können Bauteile, die mechanisch und/oder hydraulisch direkt oder über weitere Bauteile und Gelenke mit einem lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs gekoppelt sind, ein Lenkgestänge im Sinne der vorliegenden Erfindung bilden.
  • Die Lenkvorrichtung weist weiter einen elektrischen Lenkantrieb zum Ausüben einer Antriebskraft auf das Lenkgestänge auf. Der elektrische Lenkantrieb kann einen oder mehrere Elektromotoren aufweisen. Ein oder mehrere Elektromotoren können starr oder über eine lösbare Kupplung mit dem Lenkgestänge gekoppelt sein.
  • Vorliegend wird ein Drehmoment, d. h. ein antiparalleles Kräftepaar, zur kompakteren Darstellung verallgemeinernd ebenfalls als Kraft bezeichnet. Wenn also von einer Antriebskraft, Wirkkraft, Last oder dergleichen die Rede ist, kann dies gleichermaßen als eine als gebundener Vektor wirkende Kraft, als ein als freier Vektor wirkendes Drehmoment oder auch als auf eine Fläche bezogen, d. h. als Spannung, beispielsweise Zug-, Druck-, Biege-, Torsionsspannung verstanden werden, die Erfassung einer Kraft entsprechend auch als Erfassung eines Drehmoments bzw. einer Spannung.
  • Ein oder mehrere Elektromotoren können eine Antriebskraft parallel zu einer vom Fahrer auf das Lenkgestänge aufgeprägten Wirkkraft auf das Lenkgestänge ausüben.
  • Hierzu kann beispielsweise ein Schneckengetriebe zwischen einem Elektromotor und einer Zahnstange parallel zu einem Schneckengetriebe zwischen einer Lenk- und der Zahnstange angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Elektromotoren eine Antriebskraft seriell mit einer vom Fahrer auf das Lenkgestänge aufgeprägten Wirkkraft auf das Lenkgestänge ausüben. Hierzu kann beispielsweise ein Elektromotor ein zusätzliches Drehmoment auf eine Lenkstange ausüben. In beiden Formen wirken Antriebs- und Wirkkraft kummulativ („electric power steering”). Gleichermaßen kann das Lenkmittel von den Rädern mechanisch entkoppelt sein, so dass auf diese nur noch die Antriebskraft des elektrischen Lenkantriebs wirkt („steer-by-wire”).
  • Die Lenkvorrichtung weist weiter ein Erfassungsmittel zum Erfassen einer auf das Lenkgestänge aufgeprägten Wirkkraft auf. Das Erfassungsmittel kann insbesondere einen oder mehrere Drehmomentsensoren aufweisen. in einer bevorzugten Ausführung weist es einen oder mehrere Dehnmessstreifen, Piezoelemente oder dergleichen auf, die insbesondere an einer mit dem Lenkmittel gekoppelten Lenkstange angeordnet sein können.
  • Die Lenkvorrichtung weist weiter eine Steuerung zum Steuern des elektrischen Lenkantriebs auf. Diese kann insbesondere ein Rechenmittel zur Datenverarbeitung sowie ein Speichermittel zum Speichern von Daten und Programmen aufweisen und beispielsweise eine Versorgungsspannung eines oder mehrerer Elektromotoren des elektrischen Lenkantriebs steuern. Als Steuern wird vorliegend zur kompakteren Darstellung auch ein Regeln, d. h. die Vorgabe einer Steuergröße auf Basis eines Vergleiches einer vorgegebenen Soll- und einer erfassten Ist-Größe, bezeichnet. Die Steuerung kann Insbesondere eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU) besitzen. Die CPU ist vorzugsweise ausgebildet, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem kann verschiedene Speichermedien wie optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien besitzen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, so dass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit die Lenkvorrichtung steuern kann.
  • Die von dem elektrischen Lenkantrieb ausgeübte Antriebskraft wird auf Basis der Bedingung vorgegeben, dass eine auf das Lenkgestänge wirkende Last einen vorgegebenen Lastgrenzwert nicht überschreitet.
  • Indem die Antriebskraft auf Basis dieser Bedingung vorgegeben wird, kann die auf das Lenkgestänge wirkende Last limitiert werden. Dies ermöglicht es insbesondere, das Lenkgestänge entsprechend leichter auszulegen und so das Fahrzeug-Gesamtgewicht und den Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren.
  • In einer bevorzugten Ausführung umfasst die auf das Lenkgestänge wirkende Last, die bei der Vorgabe der Antriebskraft berücksichtigt wird, eine Kraft, insbesondere eine Zug-Druck-Kraft, in einer oder mehreren Spurstangen der Lenkvorrichtung. Insbesondere bei Spurstangen mit geringen Querschnitten können die in ihnen wirkenden Kräfte die auf die Räder übertragbaren Kräfte limitieren. Indem eine Kraft in einer Spurstange bei der Vorgabe der Antriebskraft des elektrischen Lenkantriebs berücksichtigt wird, kann die Belastung der Spurstange limitiert und diese so leichter ausgelegt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführung wird die Antriebskraft niedriger als eine bei einem, insbesondere vorgegebenen, Wirkkraftgrenzwert vorgegebene Antriebskraft vorgegeben, falls die Wirkkraft diesen Wirkkraftgrenzwert übersteigt. Insbesondere, wenn sich Wirk- und Antriebskraft seriell und/oder parallel zur Last überlagern bzw. addieren, kann eine solche niedrigere Antriebskraft eine vom Fahrer aufgeprägte Wirkkraft, die einen vorgegebenen Wirkkraftgrenzwert übersteigt, kompensieren. In einer Weiterbildung wird die Antriebskraft mit zunehmender Wirkkraft, insbesondere streng monoton, vorzugsweise linear, niedriger werdend vorgegeben, falls die Wirkkraft einen Wirkkraftgrenzwert übersteigt.
  • Unter einer niedrigeren Antriebskraft wird unter Berücksichtung des Richtungssinns vorliegend insbesondere eine Antriebskraft verstanden, die die Wirkkraft weniger unterstützt, insbesondere eine geringere in Richtung der Wirkkraft wirkende Antriebskraft und eine Antriebskraft, die der Wirkkraft sogar entgegenwirkt, d. h. gegensinnig bzw. mit umgekehrtem Vorzeichen auf das Lenkgestänge wirkt. Gegensinnige Antriebs- und Wirkkräfte im Sinne der vorliegenden Erfindung suchen ein Rad in entgegengesetzte Richtungen zu drehen. Unter einer niedriger werdenden Antriebskraft wird entsprechend vorliegend insbesondere eine Antriebskraft verstanden, die sich, falls die Wirkkraft betragsmäßig den Wirkkraftgrenzwert übersteigt, mit betragsmäßig weiter zunehmender Wirkkraft zunächst betragsmäßig verringert und gegebenenfalls sogar die Richtung bzw. das Vorzeichen wechselt, unter einer streng monoton (linear) niedriger werdenden Antriebskraft entsprechend eine Antriebskraft mit negativem (konstantem) Gradienten. Eine niedriger werdende Antriebskraft kann insbesondere derart vorgegeben werden, dass für eine erste Wirkkraft, die betragsmäßig den Wirkkraftgrenzwert übersteigt, eine erste Antriebskraft vorgegeben wird, die betragsmäßig geringer ist als die bei dem Wirkkraftgrenzwert vorgegebene Antriebskraft, und für wenigstens eine weitere Wirkkraft, die ihrerseits betragsmäßig die erste Wirkkraft übersteigt, eine Antriebskraft vorgegeben wird, die in Richtung der ersten Antriebskraft wirkt und betragsmäßig kleiner als diese ist oder die sogar in die entgegengesetzte Richtung wirkt.
  • Der vorgegebene Wirkkraftgrenzwert beträgt in einer bevorzugten Ausführung höchstens 120 Nm, insbesondere höchstens 100 Nm, vorzugsweise in einer mit einem Lenkmittel, insbesondere einem Lenkrad, gekoppelten Lenkstange. Unter gekoppelt wird vorliegend insbesondere (mechanisch) wirkverbunden verstanden, d. h., dass eine Kraft in einem Bauteil eine entsprechende Kraft in einem damit gekoppelten Bauteil bewirkt.
  • In einer bevorzugten Ausführung wird die Antriebskraft derart vorgegeben, dass die Last, wenigstens im Wesentlichen, dem Lastgrenzwert entspricht, falls die Wirkkraft einen vorgegebenen Wirkkraftgrenzwert übersteigt. Damit können einerseits die Räder erforderlichenfalls mit einer maximalen Last aktuiert werden, während andererseits das Lenkgestänge trotzdem leicht ausgelegt werden kann.
  • Je nach Kinematik des Lenkgestänges kann die auf das Lenkgestänge wirkende Last bei gleicher Antriebs- und Wirkkraft variieren. Indem in einer bevorzugten Ausführung der vorgegebene Wirkkraftgrenzwert lenkwinkelabhängig ist, kann so für verschiedene Stellungen des Lenkgestänges sichergestellt werden, dass die auf das Lenkgestänge wirkende Last den Lastgrenzwert nicht übersteigt. Der Lenkwinkel kann über ein Lenkwinkelerfassungsmittel, beispielsweise einen Lenkwinkel-Drehsensor, Winkelencoder oder dergleichen, erfasst werden.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist die auf das Lenkgestänge aufgeprägte Wirkkraft, die erfasst wird, eine von einem Bediener auf ein Lenkmittel aufgeprägte Betätigungskraft.
  • Diese kann direkt oder indirekt erfasst werden, vorzugsweise mittels eines Drehmomentsensors, der an einer mit dem Lenkmittel gekoppelten Lenkstange angeordnet ist. Gleichermaßen kann auch die auf das Lenkgestänge wirkende Last selber als auf das Lenkgestänge aufgeprägte Wirkkraft erfasst werden, beispielsweise durch einen oder mehrere Kraftmesssensoren, die an einer oder mehreren Spurstangen angeordnet sind.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Steuerung der Lenkvorrichtung ein Mittel auf zum Vorgeben einer von dem elektrischen Lenkantrieb ausgeübten Antriebskraft auf Basis der Bedingung bzw. derart, dass eine auf das Lenkgestänge wirkende Last, die insbesondere eine Zug-Druck-Kraft in einer Spurstange umfassen, insbesondere sein kann, einen vorgegebenen Lastgrenzwert nicht überschreitet.
  • Dieses Mittel ist in einer bevorzugten Ausführung dazu eingerichtet, die Antriebskraft niedriger als eine bei einem Wirkkraftgrenzwert vorgegebene Antriebskraft, insbesondere mit zunehmender Wirkkraft niedriger werdend und insbesondere gegensinnig zu der Wirkkraft, vorzugeben, falls die Wirkkraft diesen Wirkkraftgrenzwert übersteigt, der vorzugsweise höchstens 120 Nm, insbesondere höchstens 100 Nm, beträgt.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist das Mittel dazu eingerichtet, die Antriebskraft derart vorzugeben, dass die Last, wenigstens im Wesentlichen, dem Lastgrenzwert entspricht, falls die Wirkkraft einen vorgegebenen Wirkkraftgrenzwert übersteigt, der vorzugsweise höchstens 120 Nm, insbesondere höchstens 100 Nm, beträgt.
  • Das Mittel ist in einer bevorzugten Ausführung dazu eingerichtet, dass der vorgegebene Wirkkraftgrenzwert lenkwinkelabhängig ist.
  • Das Erfassungsmittel kann in einer bevorzugten Ausführung dazu eingerichtet sein, dass die auf das Lenkgestänge aufgeprägte Wirkkraft, die von ihm erfasst wird, eine von einem Bediener auf ein Lenkmittel aufgeprägte Betätigungskraft umfasst, insbesondere ist, und/oder derart, dass die auf das Lenkgestänge aufgeprägte Wirkkraft, die von ihm erfasst wird, die auf das Lenkgestänge wirkende Last umfasst, insbesondere ist.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
  • 1 eine Lenkvorrichtung mit einem elektrischen Lenkantrieb für ein Kraftfahrzeug nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Verfahren zum Steuern des elektrischen Lenkantriebs der 1;
  • 3 Kräfte in der Lenkvorrichtung der 1; und
  • 4 ein Computerprogramm nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 1 zeigt eine Lenkvorrichtung für einen Personenkraftwagen nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit zwei lenkbaren Vorderrädern 1. Diese sind über Spurstangen 6 mit einer Zahnstange 4 gekoppelt, so dass eine in 1 horizontale Verschiebung der Zahnstange 4 eine Drehung der Räder 1 um ihre Drehachsen (senkrecht auf der Zeichenebene der 1) bewirkt.
  • Hierzu ist einerseits eine Lenkstange 2, die mit einem Lenkmittel in Form eines Lenkrades 20 gekoppelt ist, über ein Schneckengetriebe mit der Zahnstange 4 gekoppelt. Parallel hierzu ist eine Abtriebswelle eines elektrischen Lenkantriebs in Form eines Elektromotors 3 über ein weiteres Schneckengetriebe mit der Zahnstange 4 gekoppelt, der durch eine Steuerung 5 gesteuert wird. Die gezeigte Kinematik dient rein exemplarisch der weiteren Erläuterung, gleichermaßen kann beispielsweise der Elektromotor direkt seriell mit der Lenkstange gekoppelt sein und/oder Lenkstange und/oder Elektromotor direkt mit Spurstangen gekoppelt sein.
  • Übt der Fahrer auf das Lenkrad 20 ein Drehmoment aus, bewirkt dieses eine Wirkkraft in Form eines Drehmoments T2 in der Lenkstange 2, das von einem Erfassungsmittel in Form eines Drehmomentsensors erfasst wird und als Schubkraft auf die Zahnstange 4 des Lenkgestänges wirkt. Übt der Elektromotor auf seine Abtriebswelle ein Drehmoment aus, bewirkt dieses eine Antriebskraft in Form eines Drehmoments T3, das ebenfalls als Schubkraft auf die Zahnstange 4 des Lenkgestänges wirkt. Die beiden Drehmomente T2, T3 addieren sich zu einer Schubkraft F4 in der Zahnstange 4, die ihrerseits Zug- bzw. Druckkräfte F6 in den Spurstangen 6 hervorruft. Man erkennt anhand der 1, dass diese Lasten F6 von dem Lenkwinkel θ1 abhängen.
  • In 3 sind strich(doppel)punktiert die Kräfte für eine herkömmliche Ausführung eingezeichnet: abhängig von der vom Drehmomentsensor erfassten Drehmoment T2 in der Lenkstange 2, das als Abszisse der 3 dargestellt ist, wird die Antriebskraft T'3 (in 3 strichdoppelpunktiert) des elektrischen Lenkantriebs 3 vorgegeben. Dabei wird in einem Spielbereich T2 ∊ [–TI, TI] keine Antriebskraft T'3 erzeugt, so dass die Last F'6 (in 3 strichpunktiert) in den Spurstangen 6 direkt der Wirkkraft T2 entspricht. Übersteigt die Wirkkraft T2 den Spielbereich [–TI, TI], übt der elektrische Lenkantrieb 3 eine Antriebskraft T'3 aus, die proportional zur Wirkkraft T2 ist, so dass sich die resultierende Last F'6 verstärkt (3: T2 ∊ {[–TIII, –TI] ∪ [TI, TIII]}). Übersteigt die Wirkkraft T2 eine Obergrenze TIII, so wird eine konstante Antriebskraft T'3 ausgeübt. Damit erhöht sich bei noch stärkerer Betätigung des Lenkrades 20, d. h. weiter wachsender Wirkkraft T2, die Last F'6 in den Spurstangen 6, selbst dann, wenn die Antriebskraft T'3 nach einer gewissen Zeitdauer reduziert wird (nicht dargestellt).
  • Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in einem ersten Schritt S10 ein Lastgrenzwert F6,max für die auf die Spurstangen 6 wirkenden Last F6 vorgegeben. Daraus wird in einem zweiten Schritt S20, gegebenenfalls abhängig von dem Lenkwinkel θ1, die zugehörige Kraft F4 in der Zahnstange 4 ermittelt. Da diese sich kumulativ aus Antriebs- und Wirkkraft T2, T3 ergibt, kann die Antriebskraft T3 (in 3 durchgezogen) in einem dritten Schritt S30 in Abhängigkeit von der Wirkkraft T2 so vorgegeben werden, dass die auf die Spurstangen 6 wirkende Last F6 (in 3 ebenfalls durchgezogen) den vorgegebenen Lastgrenzwert F6,max nicht überschreitet.
  • In einem computerimplementierten Verfahren bzw. einem Computerprogramm nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, welches in der Steuerung 5 abläuft, wird hierzu ein Wirkkraftgrenzwert TII vorgegeben. Wie vorstehend mit Bezug auf die strich(doppel)punktiert dargestellte herkömmliche Ausführung erläutert, wird in einem Spielbereich T2 ∊ [–TI, TI] keine Antriebskraft T3 erzeugt, so dass die Last F6 in den Spurstangen 6 direkt der Wirkkraft T2 entspricht. Dazu wird, wie in 4 gezeigt, in einem Schritt S32 des Computerprogramms überprüft, ob die in einem Schritt S31 erfasste Wirkkraft T2 in dem Spielbereich T2 ∊ [–TI, TI] liegt. Ist dies der Fall (S32: „Y”), wird keine Antriebskraft T3 vorgegeben (S36: T3 = 0). Andernfalls (S32: „N”) fährt das Computerprogramm mit Schritt S33 fort.
  • Übersteigt die Wirkkraft T2 den Spielbereich [–TI, TI], übt der elektrische Lenkantrieb 3 eine Antriebskraft T3 aus, die proportional zur Wirkkraft T2 ist, so dass sich die resultierende Last F6 verstärkt (3: T2 ∊ {[–TII, –TI] ∪ [TI, TII]}). Dazu wird, wie in 4 gezeigt, in den Schritten S33 und S35 des Computerprogramms überprüft, ob die Wirkkraft T2 betragsmäßig den Spielbereich übersteigt, jedoch noch unterhalb des vorgegebenen Wirkkraftgrenzwertes TII liegt. Ist dies der Fall (S33 bzw. S35: „Y”), wird eine Antriebskraft T3 vorgegeben, die proportional zur Wirkkraft T2 ist (S33, S37: T3 = P × (T2 – TI); S35, S39: T3 = P × (T2 + TI) mit dem Proportionalitätsfaktor P > 0). Andernfalls (S33, SS35: „N”) fährt das Computerprogramm mit dem jeweils folgenden Schritt S34 bzw. S40 fort.
  • Übersteigt die Wirkkraft T2 auch den vorgegebenen Wirkkraftgrenzwert TII, so wird die Antriebskraft T3, ausgehend von der bei dem Wirkkraftgrenzwert TII vorgegebene Antriebskraft T3(TII), wieder linear niedriger werdend und sogar gegensinnig vorgegeben, falls die Wirkkraft den weiteren Wirkkraftgrenzwert TIII übersteigt, welcher im Ausführungsbeispiel mit der Obergrenze TIII zusammenfällt. Dazu überprüft, wie in 4 gezeigt, das Computerprogramm in Schritt S34, ob die Wirkkraft T2 den vorgegebenen Wirkkraftgrenzwert TII übersteigt, und gibt in diesem Fall (S34: „Y”) eine Antriebskraft T3 vor, die sich entsprechend der Wirkkraft T2 verringert (S38: T3 = P × (2TII – TI – T2). Waren alle vorhergehenden Abfragen S32 bis S35 negativ, dann übersteigt die negative Wirkkraft T2 betragsmäßig den vorgegebenen Wirkkraftgrenzwert TII (T2 < –TII). Auch in diesem Fall (S35: „N”) gibt das Computerprogramm in Schritt S40 eine Antriebskraft T3 vor, die sich entsprechend der Wirkkraft T2 verringert (S39: T3 = –P × (2TII – TI + T2).
  • In den Schritten S10 bis S30 kann der Wirkkraftgrenzwert TII einheitlich für alle Lenkwinkel θ1 vorgegeben werden. Gleichermaßen kann er auch für verschiedene Lenkwinkel θ1 unterschiedlich vorgegeben werden. In diesem Fall wird in den Schritten S31 bis S40 des Computerprogramms der jeweils entsprechende Wirkkraftgrenzwert TII = TII1) verwendet.
  • Man erkennt insbesondere in 3, dass die Last F6 dem Lastgrenzwert F6,max entspricht, falls die Wirkkraft T2 einen vorgegebenen Wirkkraftgrenzwert TII übersteigt. Bis dahin kann die an sich bekannte Lenkkraftverstärkung bereitgestellt werden. So können einerseits die Spurstangen 6 leicht ausgelegt und auf der anderen Seite dem Fahrer soweit wie möglich eine gewünschte Lenkkraftverstärkung zur Verfügung gestellt werden.
  • Im Ausführungsbeispiel beträgt der Wirkkraftgrenzwert TII etwa 90 Nm und damit der Kraft, die vom Fahrer bei einem sogenannten „Curb Push Away Test” aufgeprägt wird.
  • Die Steuerung 5 kann eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU) besitzen. Die CPU ist ausgebildet, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem kann verschiedene Speichermedien wie optische, magnetische, Festkörper- und andere nicht-flüchtige Medien besitzen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, so dass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit die Lenkvorrichtung steuern kann.
  • Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichen liste
    1 Rad
    2 Lenkstange (Lenkgestänge)
    3 Elektrische Lenkverstärkung
    4 Zahnstange (Lenkgestänge)
    5 Steuerung
    6 Spurstange (Lenkgestänge)
    20 Lenkrad
    T2 Wirkkraft (von Fahrer induziertes Drehmoment in Lenkstange 2)
    T3 Antriebskraft
    F4 Schubkraft in Zahnstange 4
    F6 Last in Spurstange 6
    F6,max Lastgrenzwert
    TII, TIII Wirkkraftgrenzwert
    ' herkömmliche Ausführung
    TI Spielbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2004/0187600 A1 [0003, 0004]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Steuern eines elektrischen Lenkantriebs (3) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, wobei eine auf ein Lenkgestänge (2, 4, 6) aufgeprägte Wirkkraft (T2) erfasst (S31) und eine von dem elektrischen Lenkantrieb (3) ausgeübte Antriebskraft (T3) auf Basis der Bedingung vorgegeben wird, dass eine auf das Lenkgestänge (2, 4, 6) wirkende Last (F6) einen vorgegebenen Lastgrenzwert (F6,max) nicht überschreitet (S32 bis S40).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die auf das Lenkgestänge wirkende Last (F6) eine Zug-Druck-Kraft in einer Spurstange (6) umfasst, insbesondere ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebskraft (T3) niedriger als eine bei einem Wirkkraftgrenzwert (TII, TIII) vorgegebene Antriebskraft (T3(TII), T3(TIII)), insbesondere mit zunehmender Wirkkraft niedriger werdend und insbesondere gegensinnig zu der Wirkkraft, vorgegeben wird, falls die Wirkkraft diesen Wirkkraftgrenzwert (TII, TIII) übersteigt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der vorgegebene Wirkkraftgrenzwert (TII, TIII) höchstens 120 Nm, insbesondere höchstens 100 Nm, beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebskraft (T3) derart vorgegeben wird, dass die Last (F6), wenigstens im Wesentlichen, dem Lastgrenzwert (F6,max) entspricht, falls die Wirkkraft (T2) einen vorgegebenen Wirkkraftgrenzwert (TII, TIII) übersteigt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, wobei der vorgegebene Wirkkraftgrenzwert (TII, TIII) lenkwinkelabhängig (TII1), TIII1)) ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die auf das Lenkgestänge (2, 4, 6) aufgeprägte Wirkkraft (T2), die erfasst wird, eine von einem Bediener auf ein Lenkmittel (20) aufgeprägte Betätigungskraft umfasst, insbesondere ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die auf das Lenkgestänge (2, 4, 6) aufgeprägte Wirkkraft, die erfasst wird, die auf das Lenkgestänge (2, 4, 6) wirkende Last umfasst, insbesondere ist.
  9. Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einem durch einen Fahrer betätigbares Lenkmittel (20), einem Lenkgestänge (2, 4, 6) zum Lenken von Rädern (1), einem elektrischen Lenkantrieb (3) zum Ausüben einer Antriebskraft (T3) auf das Lenkgestänge (4), einem Erfassungsmittel zum Erfassen einer auf das Lenkgestänge (2, 4, 6) aufgeprägten Wirkkraft (T2), und einer Steuerung (5) zum Steuern des elektrischen Lenkantriebs (3), die zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
  10. Computerprogramm, welches ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt, wenn es in einer Steuerung (5) einer Lenkvorrichtung nach Anspruch 9 abläuft.
  11. Computerprogramm, insbesondere nach Anspruch 10, zum Steuern eines elektrischen Lenkantriebs (3) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit den Schritten: Erfassen (S31) einer auf ein Lenkgestänge (2, 4, 6) aufgeprägten Wirkkraft (T2); und Vorgeben (S32 bis S40) einer von dem elektrischen Lenkantrieb (3) ausgeübten Antriebskraft (T3) auf Basis der Bedingung, dass eine auf das Lenkgestänge (2, 4, 6) wirkende Last (F6) einen vorgegebenen Lastgrenzwert (F6,max) nicht überschreitet.
  12. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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