Verfahren zur Lenkunterstützung in einem Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lenkunterstützung in einem Fahrzeug mit einem Lenkrad, einer Lenkwelle und einem Lenkgetriebe, wobei ein auf das Lenkgetriebe wirkender Motor in Abhängigkeit eines von einem Lenkmomentsensor gemessenen Lenkmoments gesteuert wird.

Elektrische Lenkunterstützungssysteme - auch Lenkhilfe ge¬ nannt - enthalten in der Regel einen an der Lenkwelle ange¬ brachten Lenkmomentsensor, der das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment detektieren soll. Ferner ist ein Motor mit dem Lenkgetriebe verbunden, der das Unterstützungsmoment auf¬ bringt.

Das vom Lenkmomentsensor ermittelte Moment ist nicht aus¬ schließlich das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment, sondern eine Überlagerung aus diesem und dem Moment, das aus der Be¬ schleunigung des Lenkrades herrührt.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es für viele Lenk¬ funktionen besser ist, das reine Lenkmoment, das der Fahrer aufbringt, zur Steuerung der Lenkhilfe zu verwenden.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren da¬ durch gelöst, dass das gemessene Lenkmoment um eine aus dem Trägheitsmoment und der Drehbeschleunigung des Lenkrades ge- bildeten Korrekturgröße vermindert wird. Vorzugsweise ist da¬ bei vorgesehen, dass die Korrekturgröße durch Multiplikation einer Eingangsgröße mit einem gespeicherten Trägheitsmoment des Lenkrades gebildet wird. Die Bildung und Anwendung der Korrekturgröße - in der Rege¬ lungstechnik auch Beobachter genannt - ermöglichen eine exak¬ tere Lenkunterstützung und damit auch eine exaktere Lenkung. Die Drehbeschleunigung des Lenkrades wird im Folgenden auch Lenkwinkelbeschleunigung genannt.

Sofern ein Sensor für die Lenkradbeschleunigung vorhanden ist oder ein Wert dafür bereits von anderen Systemen im Fahrzeug abgeleitet ist, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vor- gesehen sein, dass die Eingangsgröße die Lenkradbeschleuni¬ gung ist.

Zur Verwendung eines Lenkwinkelsensors kann das erfindungsge¬ mäße Verfahren derart ausgestaltet sein, dass die Eingangs- große aus dem Lenkwinkel durch zweifache Ableitung gebildet wird. Die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Rechenfunktionen werden vorzugsweise mit Hilfe eines geeigne¬ ten Prozessors durchgeführt. Eine Ableitung kann dann in ein¬ facher Weise durch Differenzbildung zweier aufeinander fol- gender Werte der Eingangsgröße erfolgen - vorausgesetzt es liegt ein Lenkwinkelsensor mit ausreichender Auflösung und Dynamik vor.

Steht ein Sensor zur Messung der Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle zur Verfügung, so kann das erfindungsgemäße Verfah¬ ren auch derart ausgebildet sein, dass die Eingangsgröße durch Ableitung aus der Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle ge¬ bildet wird.

Zur Steuerung des Motors sind häufig ohnehin Sensoren erfor¬ derlich, beispielsweise Drehwinkelsensoren. Diese können für das erfindungsgemäße Verfahren dadurch verwendet werden, dass die Eingangsgröße aus dem Drehwinkel des Motors durch zweifa- che Ableitung gebildet wird und dass in die Korrekturgröße multiplikativ das Untersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes eingeht.

In ähnlicher Weise kann auch ein Drehzahlsensor des Motors dadurch verwendet werden, dass die Eingangsgröße durch Ablei¬ tung der Drehzahl des Motors gebildet wird und dass in die Korrekturgröße multiplikativ das Untersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes eingeht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung an¬ hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Lenk¬ hilfe,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Lenkhilfe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 3 bis Fig. 7 Blockschaltbilder von Beobachtern für das erfin¬ dungsgemäße Verfahren, die an verschiedene Sensoren angepasst sind.

Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils ein Lenkrad 1 mit einer Lenkwelle 2, welche die Drehung des Lenkrades 1 auf ein Lenk¬ getriebe 3 überträgt. An der Lenkwelle 2 befindet sich ein Lenkmomentsensor 4, der aus der Torsion der Lenkwelle 2 eine dem Lenkmoment entsprechende Größe Ms ableitet. Diese wird über die Komponenten EPS-Basisunterstützung 5 und EPS-Lenk- funktion 6 sowie über einen Addierer 7 einer Motorsteuerein¬ richtung 8 zugeführt, an deren Ausgang ein Motor 9 ange- schlössen ist, der auf das Lenkgetriebe 3 wirkt. Außerdem verfügt der Motor 9 über einen Motorpositionssensor 10 (Dreh¬ winkelsensor) , der die jeweilige Motorposition an die Mo¬ torsteuereinrichtung 8 meldet. Dies ist beispielsweise bei kollektorlosen Gleichstrommotoren erforderlich. Die EPS- Basisunterstützung 5 (EPS = Electronic Power Steering) bein¬ haltet die Grundfunktionen, während die EPS-Lenkfunktion 6 weitere Funktionen enthält, die von Fahrzeug zu Fahrzeug bzw. von Fahrzeug- zu Fahrzeug-Hersteller verschieden sein können.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Lenkhilfe nach dem erfin¬ dungsgemäßen Verfahren ist zwischen dem Lenkmomentsensor 4 und den Eingängen der Einrichtungen 5, 6 ein Beobachter 11 eingefügt. Dieser erhält vom Motorpositionssensor 10 die je- weilige Motorposition, aus welcher eine Korrekturgröße K ab¬ geleitet wird. Die Ableitung der Korrekturgröße im Beobachter 11 wird für dieses Ausführungsbeispiel später anhand von Fig. 6 näher erläutert. Die Ausgangsgröße ist dann das Lenkmoment Mf, das vom Fahrer aufgebracht wird.

Das Fahrer-Lenkmoment Mf errechnet sich wie folgt aus der An¬ wendung des Drallsatzes: Jl H bl = Mf + Ms, dabei ist Jl das Trägheitsmoment des Lenkrades, bl die Lenkwinkelbeschleunigung, Mf das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment und Ms das vom Lenkmomentsensor gemessene Moment. Stellt man diese Gleichung nach Mf um, so erhält man folgende Gleichung, wie sie für den Beobachter zu implementieren ist: Mf = Jl H bl - Ms.

Fig. 3 zeigt einen Beobachter 11.1, der einen Subtrahierer 12 und einen Multiplizierer 13 enthält. Vom Lenkmomentsensor 4 wird das Moment Ms zugeführt, während von einem Sensor 14 die Lenkwinkelbeschleunigung bs zugeführt wird. Durch Multiplika¬ tion der Lenkwinkelbeschleunigung bs mit dem aus einem Spei¬ cher 15 ausgelesenen Trägheitsmoment Jl des Lenkrades bei 13 entsteht eine Korrekturgröße, die dem Subtrahierer 12 zuge¬ führt wird. Daraus geht das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmo¬ ment Mf hervor. Dies wird über den Ausgang 16 den weiteren Komponenten des Lenkhilfesystems nach Fig. 2 zugeführt.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Be¬ obachters 11.2 ist ein Lenkwinkelsensor 17 vorgesehen, dessen Ausgangsgröße ws zweimal nach der Zeit abgeleitet wird, um zur Lenkwinkelbeschleunigung zu gelangen. Dazu wird im Beob¬ achter 11.2 die abzuleitende Größe bei 18 bis 21 jeweils um ein Zeitelement Z-I verzögert und von der unverzögerten Größe subtrahiert, was jeweils eine zeitliche Ableitung ergibt.

Dem Beobachter 11.3 nach Fig. 5 wird von einem Sensor 22 die Lenkwinkelgeschwindigkeit vs zugeführt und bei 20 und 21 ein- mal abgeleitet, so dass die Lenkwinkelbeschleunigung bl ent¬ steht.

Das Ausführungsbeispiel eines Beobachters 11.4 nach Fig. 6 erhält Informationen über die Lenkwinkelbeschleunigung vom Motorwinkelsensor 10, dessen Größe wm bei 18 bis 21 zweimal abgeleitet wird, worauf die Winkelbeschleunigung bm des Mo¬ tors entsteht. Da jedoch die Korrekturgröße K mit der Lenk¬ winkelbeschleunigung gebildet werden soll, wird bei dem Beob¬ achter 11.4 aus einem Speicher 23 das Untersetzungsverhältnis l:x ausgelesen. Damit wird das Trägheitsmoment Jl des Lenkra¬ des bei 24 multipliziert. Das Ergebnis wird dann wie bei den anderen Beobachtern mit dem Multiplizierer 13 mit der Lenk¬ winkelbeschleunigung bs multipliziert. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 erhält der Beobachter 11.5 von einem Sensor 25 die Drehzahl des Motors dm, aus der durch Ableitung bei 20, 21 die Beschleunigung bm des Motors abgeleitet wird. Das Untersetzungsverhältnis des Getriebes wird wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 berücksich¬ tigt.