Verfahren zur Reduktion von Lenkungsreißen und Lenksystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern oder Reduzieren von Lenkungsreißen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Lenksystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.
Insbesondere bei Fahrzeugen, die einen Frontantrieb aufweisen, kann die Lenkung nach innen oder nach außen reißen oder ziehen, ohne dass der Fahrer dies bewirkt, d.h. ohne dass er ein entsprechendes Handmoment am Lenkrad einbringt. Eine Lenkradstellung, die einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entspricht, wird als Neutralstellung bezeichnet. Eine nicht durch den Fahrer verursachte Bewegung der Räder aus dieser Neutralstellung nach links oder nach rechts wird als Reißen nach außen bezeichnet. Eine Bewegung von eingeschlagenen Rädern von der Neutralstellung weg wird auch als Reißen nach außen bezeichnet. Sind die Räder dagegen eingeschlagen und werden diese, beispielsweise auf Grund eines Steins auf der Fahrbahn, in Richtung Neutralstellung bewegt, so wird dies als Reißen nach innen bezeichnet. Ein Reißen nach außen oder innen bewirkt eine Bewegung des Lenkrads. Dies bedeutet, dass auch eine ungewollte Lenkradwinkeländerung auftritt. Dadurch kann der Fahrer erschrecken und kann es zu gefährlichen Situationen kommen. Außerdem wird der Fahrkomfort dadurch beeinträchtigt. Ein Lenkungsreißen, d.h. eine unbeabsichtigte An-
derung des Radlenkwinkels und des Lenkradwinkels, tritt insbesondere bei Fahrzeugen mit Frontantrieb auf, da bei diesen Fahrzeugen die Antriebskräf e über die lenkbaren Räder eingebracht werden. Normalerweise greifen die Antriebskräfte in der Radmitte an. Rollen die Räder beispielsweise über einen Stein, so greifen die Antriebskräf e nicht mehr in der Radmitte, sondern seitlich davon an, so dass andere Hebelverhältnisse vorliegen. Dadurch kann es zu einem Lenkungsreißen kommen .
Aus der DE 195 36 988 AI ist ein Lenksteuersystem für ein Fahrzeug bekannt geworden. Bei diesem Lenksteuersystem wird eine manuelle Lenkeingabe durch ein Servostell -Lenkdrehmoment unterstützt, wobei zur Ermittlung des Servostell -Lenkdrehmoments die Gierrate des Fahrzeugs erfasst wird. In die Bestimmung des Servostell -Lenkdrehmoments gehen außerdem geschwindigkeitsabhängige Koeffizienten ein. Die erfasste Gierrate trägt zur Reduzierung der Gierrate des Fahrzeugs bei. In einem höheren Geschwindigkeitsbereich, wenn das Fahrzeug entweder durch äußere Störungen oder durch eine manuelle Lenkeingabe in eine Richtung gelenkt wird, tragen die erfasste Gierrate und die Änderungsrate der Gierrate zur Reduzierung der Gierrate bei. Wenn in einem niederen Geschwindigkeitsbereich das Fahrzeug in eine Richtung gelenkt wird, trägt die erfasste Gierrate zur Reduzierung der Gierrate, die Änderungsrate der Gierrate zur Erhöhung der Gierrate bei. Das Problem von Lenkungsreißen wird in dieser Druckschrift nicht angesprochen.
Aus der DE 197 38 161 AI sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Gegenlenkzustands bekannt geworden. Ein Gegenlenkzustand kann erfasst werden, indem die Vorzeichen der momentanen und vorangehenden Werte des Lenkradwinkels und der Lenkradwinkelgeschwindigkeit sowie die Größe der
Lenkradwinkelgeschwindigkeit ausgewertet werden, wenn der Lenkradwinkel ein gewisses Überwachungsniveau übersteigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Lenksystem bereitzustellen, mit denen der Fahrkomfort, insbesondere bei frontgetriebenen Fahrzeugen, verbessert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß der Merkmale des Patentanspruches 1 und ein Lenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 10.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird anhand des Handmoments und des Lenkradwinkels ermittelt, ob eine ungewollte Lenkradwinkeländerung vorliegt und wenn die Auswertung ergibt, dass eine ungewollte Lenkradwinkeländerung vorliegt, eine Bewegungsdämpfung - beispielsweise in Form eines Gegenmoments - bestimmt und in den Lenkstrang eingebracht wird, das der ungewollten Lenkradwinkeländerung entgegenwirkt. Wenn durch den Vergleich des Lenkradwinkels bzw. einer daraus ermittelten Lenkradwinkeländerung erkannt wird, dass die Lenkradwinkeländerung nicht auf ein vom Fahrer am Lenkrad eingebrachtes Handmoment zurückzuführen ist, kann gefolgert werden, dass eine ungewollte Lenkradwinkeländerung vorliegt. Dies bedeutet, dass ein Reißen nach außen oder innen der Lenkung aufgetreten ist. Zur Dämpfung des Reißens kann eine dem Reißen entgegengerichtete Bewegungsdämpfung z.B. ein dem Reißen entgegengerichtetes Gegenmoment bestimmt werden, das beispielsweise durch ein Stellglied einer Elektroservolenkung, in den Lenkstrang eingespeist wird und der ungewollten Lenkradwinkeländerung entgegenwirkt. Die ungewollte Bewegung der Lenkung wird daher bedämpft oder vollständig vermieden, wenn die Bewegungsdämpfung schnell genug eingebracht wird. Auswirkungen auf das Lenkrad können reduziert bzw. vollständig vermie-
den werden. Durch diese Maßnahme kann der Lenkungskomfort und die Sicherheit sowie der Geradeauslauf der Lenkung verbessert werden. Das Fahrzeug fährt mit geringerer Abweichung von der vom Fahrer gewollten Spur und verhält sich harmonischer und komfortabler. Externe Störungen, beispielsweise durch Gegenstände auf der Fahrbahn oder Spurrillen, wirken sich geringer auf den Fahrer und das Fahrzeug aus .
Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass zusätzlich die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und ein Radantriebsmoment ermittelt werden und bei der Ermittlung der Bewegungsdämpfung bzw. des Gegenmoments berücksichtigt werden. Dadurch kann das Erkennen eines ungewollten Lenkungsreißens verbessert werden. Wenn bei hohem Antriebsmoment und niederer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit das Lenkrad nach außen dreht, ohne dass der Fahrer ein entsprechendes Handmoment aufbringt, ist dies ein Indiz dafür, dass ein Lenkungsreißen vorliegt. Unter Berücksichtigung der ermittelten Werte kann eine dem Lenkungsreißen entgegenwirkende Bewegungsdämpfung, beispielsweise als Gegenmoment, bestimmt werden.
Bei einer vorteilhaften Verfahrensvariante werden die Lenkradwinkelbeschleunigung und die Richtung der Lenkradwinkeländerung bestimmt und bei der Ermittlung der Bewegungsdämpfung bzw. des Gegenmoments berücksichtigt. Auch eine große Lenkradwinkelbeschleunigung bei großen Antriebskräften des Fahrzeugs kann ein Indiz für ein ungewolltes Ändern des Lenkradwinkels bzw. für ein Lenkungsreißen darstellen. Das Lenkungs- reißen kann auf diese Art und Weise besser und genauer identifiziert werden.
Eine besonders gute Abschätzung für die Bewegungsdämpfung kann ermittelt werden, wenn durch eine Fuzzy-Logik eine erste und eine zweite Bewegungsdämpfung, insbesondere in Form eines
ersten und zweiten Gegenmomentes, bestimmt wird und die größere Bewegungsdämpfung zur zumindest teilweisen Kompensation unter Berücksichtigung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit verwendet wird. Insbesondere kann die Richtung bzw. das Vorzeichen der Lenkradwinkelbeschleunigung verwendet werden. Die Verwendung einer Fuzzy-Logik hat den Vorteil, dass diese o- de11unabhängig arbeiten kann. Manche Anwendungen sind so komplex, dass es nicht möglich ist, ein mathematisches Modell abzuleiten, oder das Modell nur mit unzulässigen Vereinfachungen einer Regelung zugänglich zu machen. Voraussetzung für den erfolgreichen Einsatz des Fuzzy-Reglers ist, dass Expertenwissen für die Regelung des Problems vorliegt und in fuzzy-gerechter Weise implementiert werden kann. Unter einer Fuzzy-Logik versteht man eine unscharfe Logik. Dies bedeutet, dass das Expertenwissen größtenteils in sprachlich formulierten Regeln vorliegt. Beispielsweise liegt die Erkenntnis vor, dass Lenkungsreißen bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten praktisch keine Rolle spielt. Diese sprachlichen Formulierungen weisen fast immer Unscharfen auf, die in fuzzy-gerechter Weise implementiert werden müssen.
Bei einer Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die erste und zweite Bewegungsdämpfung und insbesondere das erste und das zweite Gegenmoment aus dem Produkt der Lenkradwinkelgeschwindigkeit, einer Dämpfungskonstante und einer Fuzzy- Bedingung gebildet wird. Die Fuzzy-Bedingungen können dabei so formuliert sein, dass kein Eingriff in den Lenkstrang erfolgt, wenn der Fahrer das Lenkrad betätigt. Dadurch, dass die Lenkradwinkelgeschwindigkeit in die Berechnung der Bewegungsdämpfung eingeht, wird eine umso größere Bewegungsdämpfung erzeugt, je höher die Lenkradwinkelgeschwindigkeit ist. Die Richtung, in der die Bewegungsdämpfung eingebracht werden muss, lässt sich durch das Vorzeichen der Lenkradwinkelgeschwindigkeit bestimmen.
Bei einer Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass für die erste Fuzzy-Bedingung ein Wert zwischen 0 und 1 ermittelt wird, wobei die erste Fuzzy-Bedingung lautet: kleine Längsgeschwindigkeit und kleines Handmoment und großes Radantriebs- moment und große Lenkradwinkelgeschwindigkeit und Lenkrad dreht nach außen. Dabei kann vorgesehen sein, dass den Parametern in der ersten Fuzzy-Bedingung Werte zwischen 0 und 1 zugeordnet werden. Beispielsweise wird dem Parameter „kleine Längsgeschwindigkeit" ein Wert zwischen 0 und 1 zugeordnet. Diese Werte können auf Grund der und-Verknüpfung miteinander multipliziert werden, so dass die Fuzzy-Bedingung einen Wert zwischen 0 und 1 erhält. Für den Parameter „kleine Geschwindigkeit" kann beispielsweise vorgesehen sein, dass für Fahrzeuglängsgeschwindigkeiten unterhalb eines ersten Geschwindigkeitsschwellenwertes der Wert 1 zugeordnet wird, für Geschwindigkeiten oberhalb von eines zweiten Geschwindigkeits- schwellenwertes der Wert 0 zugeordnet wird und für Geschwindigkeiten zwischen dem ersten und dem zweiten Geschwindigkeitsschwellenwert ein Wert zwischen 1 und 0 zugeordnet wird, wobei mit steigender Geschwindigkeit der zugeordnete Wert beispielsweise linear von 1 nach 0 fällt. Wenn einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit oberhalb des zweiten Geschwindigkeitsschwellenwertes der Wert 0 zugeordnet wird, bedeutet dies, dass die erste Fuzzy-Bedingung den Wert 0 annimmt. Dies bedeutet weiterhin, dass die erste Bewegungsdämpfung den Wert 0 annimmt und, sofern die zweite Bewegungsdämpfung keinen größeren Wert aufweist, keine Bewegungsdämpfung in den Lenkstrang eingebracht wird.
Für den Parameter „kleines Moment am Lenkrad" kann vorgesehen sein, dass diesem Parameter der Wert 1 zugeordnet wird, wenn das Moment kleiner als ein erster Handmomentschwellenwert ist und der Wert 0 zugeordnet wird, wenn der Betrag des Handmo-
ments größer als ein zweiter Handmomentschwellenwert ist. Im Wertebereich zwischen dem ersten und dem zweiten Handmomen - Schwellenwert wird mit steigendem Handmoment ein immer kleiner werdender Wert zwischen 0 und 1 zugeordnet.
Für den Parameter „großes Radantriebsmoment" kann beispielsweise vorgesehen sein, dass einem Radantriebsmoment an den Vorderrädern kleiner als ein erster Radantriebsmomentschwel- lenwert der Wert 0 zugeordnet wird und für ein Radantriebsmoment größer als ein zweiter Radantriebsmomentschwellenwert der Wert 1 zugeordnet wird. Vom ersten bis zum zweiten Radantriebsmomentschwellenwert befindet sich wieder ein Übergangsbereich, in dem ein Wert zwischen 0 und 1 zugeordnet wird.
Für den Parameter „große Lenkradwinkelgeschwindigkeit" kann gelten, dass für Lenkradwinkelgeschwindigkeiten betragsmäßig kleiner als ein erster Lenkradgeschwindigkeitsschwellenwert der Wert 0 zugeordnet wird, für Lenkradwinkelgeschwindigkeiten betragsmäßig größer als ein zweiter Lenkradgeschwindigkeitsschwellenwert der Wert 1 zugeordnet wird und vom ersten bis zum zweiten Lenkradgeschwindigkeitsschwellenwert ein Wert zwischen 0 und 1 zugeordnet wird, wobei ein umso größerer Wert zugeordnet wird, je größer die Lenkradwinkelgeschwindigkeit wird.
Der Parameter „Lenkrad dreht nach außen" erfasst, ob eine Drehung von der Neutralstellung weg oder zur Neutralstellung hin vorliegt. Wird erkannt, dass eine Lenkradbewegung von der Neutralstellung weg vorliegt, wird der Wert 1 zugeordnet, liegt eine Bewegung zur Neutralstellung hin vor, wird der Wert 0 zugeordnet. Aus dem oben Gesagten wird deutlich, dass durch das Auswerten der Fuzzy-Bedingung zum einen ermittelt wird, ob eine ungewollte Lenkradwinkeländerung vorliegt (z.B „kleines Moment am Lenkrad" = 0 oder „große Lenkradwinkelge-
schwindigkeit" = 0) und zum anderen die Bewegungsdämpfung bzw. eine dazu korrelierende, insbesondere proportionale Grö¬ ße bestimmt wird.
Bei einer weiteren Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass für die zweite Fuzzy-Bedingung ein Wert zwischen 0 und 1 ermittelt wird, wobei die zweite Fuzzy-Bedingung lautet: kleine Längsgeschwindigkeit und kleines Handmoment und großes Radantriebsmoment und große Lenkradwinkelbeschleunigung. Für die Parameter „kleine Geschwindigkeit", „kleines Handmoment", „großes Radantriebsmoment" können Werte zwischen 0 und 1 wie vorstehend geschrieben zugeordnet werden. Für den Parameter „große Lenkradwinkelbeschleunigung" kann gelten, dass für Lenkradwinkelbeschleunigungen unterhalb eines ersten Lenkradbeschleunigungsschwellenwertes der Wert 0 zugeordnet wird und für Lenkradwinkelbeschleunigungen größer als ein zweiter Lenkradbeschleunigungsschwellenwert der Wert 1 zugeordnet wird. Vom ersten bis zum zweiten Lenkradbeschleunigungs- schwellenwert werden Werte zwischen 0 und 1 zugeordnet. Dadurch wird ein sich schlagartig bewegendes Lenkrad erfasst. Es kann vorgesehen sein, dass nur diejenigen großen Lenkradwinkelbeschleunigungen berücksichtigt werden, die eine Beschleunigung hin zu großen Lenkradwinkelgeschwindigkeiten bedeuten. Dies bedeutet, dass das Vorzeichen der Lenkradwinkelgeschwindigkeit erfasst und berücksichtigt wird.
Die genannten Schwellenwerte können empirisch durch Fahrversuche ermittelt werden.
Ein unzulässiger Eingriff in die Lenkung kann vermieden werden, wenn die zweite Fuzzy-Bedingung weiterhin den Parameter umfasst : keine große Lenkradwinkelbeschleunigung nach innen.
Die Fuzzy-Bedingungen haben einen Wert zwischen 0 und 1, abhängig davon, wie gut die Bedingungen erfüllt werden. Als Bewegungsdämpfung, die in den Lenkstrang eingebracht wird, wird die erste oder zweite Bewegungsdämpfung - vorzugsweise das erste oder zweite Gegenmoment - gewählt, je nachdem, welcher Wert betragsmäßig größer ist. Dadurch, dass das Vorzeichen der Lenkradwinkelgeschwindigkeit berücksichtigt wird, wird das die Bewegungsdämpfung bzw. das Gegenmoment in die richtige Richtung eingebracht .
Mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem können der Lenkungskomfort und die Sicherheit eines Fahrzeugs verbessert werden. Außerdem verbessert sich der Geradeauslauf eines Fahrzeugs. Ein derartiges Lenksystem ist robust gegen Fehleingriffe, da es die Bewegung der Lenkung bedämpft. Es erfolgt keine Bewegungsdämpfung über die Dämpfungseinrichtung am Lenkstrang, wenn der Fahrer aktiv lenkt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Mittel zum Ermitteln einer Bewegungsdämpfung und insbesondere eines Gegenmoments eine Fuzzy-Logik umfassen. Mit einer Fuzzy-Logik kann eine zuverlässigere Regelung der Bewegungsdämpfung bzw. des Gegenmoments erfolgen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figur der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
In der einzigen Figur ist ein Lenksystem schematisch, Blockschaltbild artig dargestellt.
Das Lenksystem 1 umfasst eine Steuereinrichtung 2, der Signale von einem Lenkradwinkelerfassungsmittel 3, einem Handmomenterfassungsmittel 4, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 5 und einer Radantriebsmomentermittlungseinrichtung 6 zugeführt sind. Die Steuereinheit 2 weist eine Fuzzy-Logik 7 auf, durch die eine Bewegungsdämpfung - die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem Gegenmoment gebildet ist - ermittelt wird, wenn ein Lenkungsreißen auf Grund einer Auswertung der Signale des Lenkwinkelerfassungsmittels 3, des Handmomenterfassungsmittels 4, des Fahrzeuggeschwindigkeits- sensors 5 und der Radantriebsmomentermittlungseinrichtung 6 erkannt wird. Entsprechend dem ermittelten Gegenmoment wird eine von einem Aktuator 8 gebildete Dämpfungseinrichtung im Lenkstrang angesteuert, um das Gegenmoment in den Lenkstrang einzubringen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein erstes Gegenmoment durch die folgende Gleichung ermittelt wird:
M_reißenl = Lenkradwinkelgeschwindigkeit * Dämpfungskonstante * Fuzzy-Bedingung 1
mit der Fuzzy-Bedingung 1 •. kleine Geschwindigkeit und kleines Handmoment und großes Radantriebsmoment und große Lenkradwinkelgeschwindigkeit und
Lenkrad dreht nach außen
Das erste Gegenmoment M_reißenl wird daher ermittelt, wenn das Lenkrad nach außen dreht, ohne dass der Fahrer ein entsprechendes Handmoment aufbringt, bei hohem Antriebsmoment und niedriger Fahrgeschwindigkeit.
Wenn bei großen Antriebskräf en das Lenkrad unmotiviert, d.h. ohne Einbringen eines Handmoments durch den Fahrer, stark beschleunigt, wird das zweite Gegenmoment ermittelt:
M_reißen2 = Lenkradwinkelgeschwindigkeit * Dämpfungskonstante * Fuzzy-Bedingung 2
mit der Fuzzy-Bedingung 2 : kleine Geschwindigkeit und kleines Handmoment und großes Radantriebsmoment und große Lenkradwinkelbeschleunigung (hin zu großen Lenkradwinkelgeschwindigkeiten) .
Die Fuzzy-Bedingung 2 kann noch verbessert werden, indem der Parameter „keine große Lenkradwinkelbeschleunigung nach innen" mit „und" verknüpft wird. Die Fuzzy-Bedingungen 1 und 2 haben einen Wert zwischen 0 und 1, je nachdem, wie gut die Bedingungen erfüllt sind. Das in den Lenkstrang einzubringende Gegenmoment errechnet sich folgendermaßen: M_reißen = signu (Lenkradwinkelgeschwindigkeit) * max ( | _reißenl | , | M_reißen 2 | ) .
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren von Lenkungsreißen bei einem Fahrzeug mit angetriebenen lenkbaren Rädern, wobei ein Lenkungsreißen erfasst wird und bei Erkennen eines Lenkungsreißens Gegenmoment ermittelt und in den Lenkstrang eingebracht wird, das dem Lenkungsreißen entgegen wirkt .
Alternativ oder zusätzlich zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Dämpfungseinrichtung zur