Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Lenkungsakluators. Die Erfindung betrifft ferner ein Lenksystem.

Es hat sich herausgestellt, dass bei schnellen, dauerhaften Lenkbewegungen bei niedriger Fahrgeschwindigkeit oder im Stillstand der erhöhte Energiebedarf einer elektrisch aktuierten Lenkung eines Kraftfahrzeugs zu einer unerwünscht hohen Erwärmung und Belastung des Fahrzeugbordnetzes führen kann.

Die unerwünscht hohe Erwärmung kann zu einem beschleunigten Verschleiß bestimmter Komponenten der Lenkung führen, wodurch zusätzliche Kosten verursacht werden. Die Belastung des Fahrzeugbordnetzes kann zur Absenkung der Bordspannung fuhren und somit die Funktionsfähigkeit weiterer elektrischer Verbraucher und Aktuatoren beeinträchtigen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Regelung eines Lenkungsaktuators sowie ein Lenksystem bereitzustellen, das einen vorzeitigen Verschleiß des Lenksystems durch thermische Belastung sowie Beeinträchtigungen weiterer elektrischer Verbraucher und Aktuatoren verhindert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Regelung eines Lenkungsaktuators. Der Lenkungsaktuator ist dazu eingerichtet, wenigstens ein Rad eines Kraftfahrzeugs zu verstellen oder das Verstellen des wenigstens einen Rads durch ein Lenkungsdrehmoment zu unterstützen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Bestimmen einer Lenkwinkeländerung des wenigstens einen Rads;

- Ermitteln einer kumulierten Lenkwinkeländerung basierend auf der Lenkwinkeländerung, wobei die Lenkwinkeländerung oder eine gewichtete Lenkwinkeländerung betragsmäßig aufsummiert wird, um die kumulierte Lenkwinkeländerung zu ermiteln;

- Ermitteln eines Reduktionsfakiors basierend auf der kumulierten Lenkwinkeländerung; - Ermitteln eines vorläufigen Lenkwinkelsollwerts oder eines vorläufigen

Lenkungsdrehmomentsollwerts für den Lenkungsaktuator; und

- Vermindern des vorläufigen Lenkwinkelsollwerts oder des vorläufigen Lenkungsdrehmomentsollwerts basierend auf dem ermittelten Reduktionsfaktor, wodurch ein skalierter Lenkwinkelsollwert bzw. ein skalierter Lenkungsdrehmomentsollwert für den Lenkungsaktuator erhalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Grundgedanken, eine thermische Oberbelastung des Lenksystems, insbesondere des Lenkungsaktuators und/oder einer Verkabelung des Lenkungsaktuators, sowie Beeinträchtigungen weiterer elektrischer Verbraucher und Aktuatoren präventiv zu verhindern.

Bei schnellen undtoder dauerhaften Lenkbewegungen steigt der Wert der kumulierten Lenkwinkeländerung. Dementsprechend wird ein Wert des Reduktionsfaktors verringert, wodurch der vorläufige Lenkwinkelsollwert oder der vorläufige Lenkungsdrehmomentsollwert stärker vermindert wird, um den skalierten Lenkwinkelsollwert bzw. den skalierten Lenkungsdrehmomentsollwert für den Lenkungsaktuator zu erhalten .

Anders ausgedrückt wird also präventiv eine Lenkbewegung des wenigstens einen Rads bzw. eine Lenkunterstützung für das wenigstens eine Rad des Kraftfahrzeugs vermindert, wodurch die thermische Belastung des Lenksystems reduziert und vorzeitiger Verschleiß verhindert wird. Dadurch werden die Funktionstüchtigkeit des Lenkungsaktuators und eine ausreichende Bordspannung sichergestellt. Zudem werden Beeinträchtigungen weiterer elektrischer Verbraucher und Aktuatoren zuverlässig verhindert.

Das erfindungsgemäße Verfahren kommt dabei ohne zusätzliche Sensorik aus, da alle verwendeten Größen wie beispielsweise Lenkwinkelsollwert, Lenkwinkel-Istwert, Fahrzeuggeschwindigkeit, aktueller elektrischer Ausnutzungsgrad, gebildet aus dem Verhältnis von aktueller zu zulässiger Stromaufnahme, ohnehin für die Regelung des Lenkungsaktuators notwendig sind und daher bereits zur Verfügung stehen. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet also eine kostengünstige Möglichkeit, vorzeitigen Verschleiß des Lenksystems sowie Beeinträchtigungen weiterer elektrischer Verbraucher und Aktuatoren zu verhindern.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem wenigstens einen Rad um ein Hinterrad des Kraftfahrzeugs. Der Lenkungsaktuator ist also dazu eingerichtet, wenigstens ein Hinterrad des Kraftfahrzeugs, insbesondere Hinterräder des Kraftfahrzeugs zu verstellen.

In diesem Fall wird der vorläufige Lenkwinkelsoll wert für den Lenkungsaktuator ermittelt und vermindert.

Es ist jedoch auch denkbar, dass es sich bei dem wenigstens einen Rad um ein Vorderrad oder Vorderräder des Kraftfahrzeugs handelt.

In diesem Fall wird der vorläufige Lenkungsdrehmomentsollwert für den Lenkungsaktuator ermittelt und vermindert.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die kumulierte Lenkwinkeländerung basierend auf einer Abklingkonstante reduziert. Anders ausgedrückt wird der Wert der kumulierten Lenkwinkeländerung über Zeit wieder abgebaut, sodass der Wert des Reduktionsfaktors wieder steigt. Erfolgt also über eine gewisse Zeit hinweg keine schnelle Lenkbewegung und/oder keine dauerhafte Lenkbewegung mehr, wird der Lenkwinkelsollwert bzw. der Lenkungsdrehmomentsollwert weniger reduziert bzw. ab einem gewissen Zeitpunkt nicht mehr reduziert.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Reduktionsfaktor basierend auf einer vordefinierten Kennlinie aus der kumulierten Lenkwinkeländerung ermitelt. Die vordefinierte Kennlinie kann beispielsweise vom Hersteller des Lenksystems oder des Kraftfahrzeugs vorgegeben werden. Durch die vordefinierte Kennlinie kann dementsprechend ein gewünschtes Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können bei der vordefinierten Kennlinie Materialeigenschaften des Lenksystems, insbesondere des Lenkungsaktuators und/oder einer Verkabelung des Lenkungsaktuators, berücksichtigt werden, sodass das Lenksystem bzw. der Lenkungsaktuator nicht thermisch überlastet werden. Vorzugsweise wird die Lenkwinkeländerung basierend auf einer geschwindigkeitsabhängigen Kennlinie gewichtet, um die kumulierte Lenkwinkeländerung zu ermitteln. Genauer gesagt hängt die Kennlinie von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ab. Durch die geschwindigkeitsabhängige Kennlinie wird der thermische Eintrag durch die Lenkwinkeländerungen in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abgebildet.

Insbesondere wird bei niedriger Geschwindigkeit die kumulierte Lenkwinkeländerung stärker gewichtet als bei hoher Geschwindigkeit.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Lenkwinkeländerung basierend auf einem elektromechanischen Ausnutzungsgrad des Lenkungsaktuators gewichtet, um die kumulierte Lenkwinkeländerung zu ermitteln. Durch den elektromechanischen Ausnutzungsgrad wird der thermische Eintrag durch die Lenkwinkeländerungen in Abhängigkeit vom Lastzustand des Lenkungsaktuators abgebildet.

Der elektromechanische Ausnutzungsgrad kann beispielsweise aus dem Verhältnis der aktuellen zur zulässigen Stromaufnahme gebildet werden, so dass bei einem hohen Ausnutzungsgrad die kumulierte Lenkwinkeländerung stärker gewichtet werden kann als bei einem niedrigeren Ausnutzungsgrad.

Die Lenkwinkeländerung könnte basierend auf einem Ist-Lenkwinkel des wenigstens einen Rads gewichtet werden, beispielsweise basierend auf einer lenkwinkelabhängigen Kennlinie. Dadurch wird der thermische Eintrag durch die Lenkwinkeländerungen in Abhängigkeit vom Ist-Lenkwinkel abgebildet.

Die einzelnen Einflussgrößen, insbesondere die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, der elektromechanische Ausnutzungsgrad und/oder der Ist- Lenkwinkel, können also (einzeln) über Kennlinien abgebildet sein.

Es ist jedoch auch denkbar, zwei, mehrere, oder all diese Einflussgrößen kombiniert in zumindest einem Kennlinienfeld abzubilden, insbesondere auch in mehreren Kennlinienfeldern.

Insbesondere wird die Lenkwinkeländerung nur aufsummiert, wenn ein Betrag der Lenkwinkeländerung größer ist als ein vordefinierter Grenzwert. Ist der Betrag der Lenkwinkeländerung also kleiner als der vordefinierte Grenzwert, wird der Wert der kumulierten Lenkwinkeländerung nicht erhöht. Es ist also eine einstellbare „Totzone" um eine Lenkwinkeländerung von 0 vorgesehen.

Es kann ein vordefinierter Minimalwert für den Reduktionsfaktor vorgesehen sein. Dadurch ist sichergestellt, dass der skalierte Lenkwinkelsollwert bzw. der skalierte Lenkungsdrehmomentsollwert für den Lenkungsaktuator nicht auf Null reduziert wird, was zur Folge hätte, dass eine Lenkbewegung bzw. eine Lenkunterstützung unterbleibt. Statdessen wird die Lenkbewegung bzw. die Lenkunterstützung höchstens bis zu einem Grenzwert, welcher durch den vordefinierten Minimalwert vorgegeben ist, reduziert.

Vorzugsweise wird der Reduktionsfaktor nur bei einem Nulldurchgang des Lenkwinkels aktualisiert. Eine Aktualisierung des Reduktionsfaktors erfolgt also nicht während einer Kurvenfahrt, sondern nur zwischen zwei verschiedenen Kurven bzw. zwischen zwei Lenkeinschlägen in verschiedenen Richtungen. Dadurch ändert sich das Lenkverhalten des Kraftfahrzeugs während einer Kurvenfahrt nicht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der vorläufige Lenkwinkelsollwert oder der vorläufige Lenkungsdrehmomentsollwert nur unterhalb einer vordefinierten Grenzgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs reduziert. Es hat sich herausgestellt, dass die thermische Belastung in typischen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs oberhalb einer gewissen Grenzgeschwindigkeit so gering ist, dass eine Reduktion des vorläufigen Lenkwinkelsollwerts oder des vorläufigen Lenkungsdrehmomentsollwerts nicht notwendig ist, da weniger Kraft notwendig ist, um die Räder zu verstellen.

Insbesondere findet das oben beschriebene Verfahren also bei Stillstand des Kraftfahrzeugs oder bei Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs bis zur vordefinierten Grenzgeschwindigkeit sowohl bei Vorwärts- als auch bei Rückwärtsfahrt Anwendung.

Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein Lenksystem mit wenigstens einem elektromechanischen Lenkungsaktuator und einem Steuergerät für den Lenkungsaktuator. Das Lenksystem ist dazu eingerichtet, ein oben beschriebenes Verfahren auszuführen. Hinsichtlich der Vorteile und weiteren Eigenschaften des Lenksystems wird auf die oberen Erläuterungen bezüglich des Verfahrens verwiesen, welche ebenso für das Lenksystem gelten und umgekehrt.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.

Die einzige Zeichnung zeigt ein Blockdiagramm eines Regelkreises zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung eines Lenkungsaktuators.

In Figur 1 ist schematisch ein Blockdiagramm eines Regelkreises 10 gezeigt, der in einem Steuergerät für einen Lenkungsaktuator eines Kraftfahrzeugs implementiert ist.

Genauer gesagt zeigt die Figur 1 einen Ausschnit aus einem vollständigen Regelkreis für den Lenkungsaktuator des Kraftfahrzeugs

Bei dem Lenkungsaktuator handelt es sich um einen elektromechanischen Aktuator, der dazu eingerichtet ist, wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs zu verstellen oder das Verstellen des wenigstens einen Rads durch ein Lenkungsdrehmoment zu unterstützen.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem wenigstens einen Rad um ein Hinterrad des Kraftfahrzeugs. Der Lenkungsaktuator ist also dazu eingerichtet, wenigstens ein Hinterrad des Kraftfahrzeugs, insbesondere Hinterräder des Kraftfahrzeugs zu verstellen.

Es ist jedoch auch denkbar, dass es sich bei dem wenigstens einen Rad um ein Vorderrad oder Vorderräder des Kraftfahrzeugs handelt. In diesem Fall ist der Lenkungsaktuator dazu eingerichtet, das Verstellen des wenigstens einen Rads durch das Lenkungsdrehmoment zu unterstützen.

Die nachfolgenden Erläuterungen gelten, soweit nicht anders vermerkt, für beide Fälle, also für Hinterräder und Vorderräder.

Ein Lenksystem des Kraftfahrzeugs, insbesondere das Steuergerät, ist dazu eingerichtet, ein Verfahren zur Regelung des Lenkungsaktuators durchzuführen. welches im Folgenden anhand des in Figur 1 gezeigten Regelkreises 10 beschrieben wird.

Ein Ist-Lenkwinkel φ _i des wenigstens einen Rads wirt erhalten und mitels eines Differentiators 12 nach der Zeit differenziert, wodurch eine Lenkwinkeländerung erhalten wird.

In einem Betragsblock 14 wird der Betrag der Lenkwinkeländerung bestimmt und einem Multiplikationsblock 16 zugeführt.

Optional kann der Betrag der Lenkwinkeländerung mit einer vordefinierten Kennlinie 18 gewichtet werden, insbesondere wobei die vordefinierte Kennlinie 18 ein Totband um 0 aufweist.

Der Wert des Betrags der Lenkwinkeländerung der dem Multiplikationsblock 16 zugeführt wird, ist also nur von 0 verschieden, wenn der Betrag der Lenkwinkeländerung größer ist als ein vordefinierter Grenzwert.

Ferner wird der Betrag einer Geschwindigkeit v _x des Kraftfahrzeugs erhalten, insbesondere wobei es sich um den Betrag einer Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs oder um den Betrag einer Schwerpunktsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs handelt.

Basierend auf dem erhaltenen Betrag der Geschwindigkeit v _x des Kraftfahrzeugs wird aus einer geschwindigkeitsabhängigen Kennlinie 20 ein geschwindigkeitsabhängiger Gewichtungsfaktor G _v ermitelt und dem Multiplikationsblock 16 zugeführt.

Dabei ist ein Gewichtungsfaktor G _v für kleinere Werte der Geschwindigkeit v _x größer oder gleich einem Gewichtungsfaktor G _v für größere Werte der Geschwindigkeit v _x .

Der Gewichtungsfaktor G _v ist also eine monoton fallende Funktion des Betrags der Geschwindigkeit v _x .

Ferner wird ein elektromechanischer Ausnutzungsgrad F des Lenkungsaktuators erhalten, insbesondere wobei der elektromechanische Ausnutzungsgrad F vom Lenkungsaktuators selbst bereitgestellt wird. Der elektromechanischer Ausnutzungsgrad F kann dabei Werte zwischen 0% (keine Auslastung) und 100% (volle Auslastung) annehmen.

Basierend auf einer vordefinierten Kennlinie 22 wird aus dem erhaltenen Ausnutzungsgrad F ein Gewichtungsfaktor G _F ermittelt und dem Multiplikationsblock 16 zugeführt.

Dabei ist der Gewichtungsfaktor G _F für kleinere Werte des Ausnutzungsgrad F kleiner als für größere Werte des Ausnutzungsgrads F.

Ferner könnte basierend auf dem Ist-Lenkwinkel φ _i des wenigstens einen Rads ein Gewichtungsfaktor G _φ ermitelt und dem Multiplikationsblock 16 zugeführt werden.

Insbesondere wird der Gewichtungsfaktor G _φ basierend auf einer vordefinierten lenkwinkelabhängigen Kennlinie ermittelt.

Der Multiplikationsblock 16 bildet aus dem Betrag der Lenkwinkeländerung und aus den Gewichtungsfaktoren G _V , G _F , G _φ eine gewichtete Lenkwinkeländerung welche einem Integrator 24 zugeführt wird.

Die einzelnen Einflussgrößen, insbesondere die Geschwindigkeit v _x des Kraftfahrzeugs, der elektromechanische Ausnutzungsgrad F und/oder der Ist- Lenkwinkel φ _i , können also (einzeln) über Kennlinien abgebildet sein.

Es ist auch jedoch auch denkbar, zwei, mehrere, oder alle dieser Einflussgrößen kombiniert in Kennlinienfeldern in einem mechanischen Aktuatormodell abzubilden.

Der Integrator 24 integriert die gewichtete Lenkwinkeländerung über die Zeit, wodurch eine kumulierte Lenkwinkeländerung φ _k erhalten wird

Optional kann eine Obergrenze φ _max für den Wert der kumulierten Lenkwinkeländerung vorgesehen sein. Die Ausgangsgröße des Integrators 24, also die kumulierte Lenkwinkeländerung φ _k , kann dann diese Obergrenze φ _max nicht überschreiten. Ferner ist eine Rückkoppelschleife 26 vorgesehen, in der die kumulierte Lenkwinkeländerung φ _k mit einer Abklingkonstanten c multipliziert wird und von der gewichteten Lenkwinkeländerung subtrahiert wird.

Durch die Rückkoppelschleife 26 wird erreicht, dass der Wert der kumulierten Lenkwinkeländerung φ _k über die Zeit basierend auf der Abklingkonstanten c reduziert wird.

Aus der kumulierten Lenkwinkeländerung wird basierend auf einer vordefinierten Kennlinie 28 ein Reduktionsfaktor R ermitelt.

Der Wert des Reduktionsfaktors R beträgt zwischen 0 und 1 , wobei ein geringerer Wert des Reduktionfaktors R im Fall eines Hinterrads bedeutet, dass ein Lenkwinkelsollwert für den Lenkungsaktuator stärker reduziert wird, und im Fall eines Vorderrads bedeutet, dass ein Lenkungsdrehmomentsollwert für den Lenkungsaktuator stärker reduziert wird, wie nachfolgend noch näher erläutert ist.

Die vordefinierte Kennlinie 28 kann beispielsweise vom Hersteller des Lenksystems oder des Kraftfahrzeugs vorgegeben werden und so an unterschiedliche Gegebenheiten des jeweiligen Fahrzeugs angepasst werden.

Durch die vordefinierte Kennlinie 28 kann beispielsweise ein gewünschtes Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs eingestellt werden.

Alternativ oder zusätzlich können bei der vordefinierten Kennlinie Materialeigenschaften des Lenksystems, insbesondere des Lenkungsaktuators und/oder einer Verkabelung des Lenkungsaktuators, sowie geometrische Einbauverhältnisse berücksichtigt werden.

Es ist ein vordefinierter Minimalwert R _min für den Reduktionsfaktorvorgesehen. Ein Komparator 30 vergleicht den Reduktionsfaktor R mit dem Minimalwert R _min und gibt den größeren der beiden Werte an einen Aktualisierungsblock 32 aus.

Der Aktualisierungsblock 32 aktualisiert den ausgegebenen Wert des Reduktionsfaktors R _a nur bei einem Nulldurchgang des Ist-Lenkwinkels, also nur bei einem Vorzeichenwechsel von φ _i . Hat kein Nulldurchgang des Ist-Lenkwinkels φ _i stattgefunden, wird der bisherige Wert des ausgegebenen Reduktionsfaktors R _a Ober ein Verzögerungselement 33 erneut ausgegeben.

Der vom Aktualisierungsblock 32 ausgegebene Reduktionsfaktor R _a wird einem Ausgabeblock 34 zugeführt.

Der Ausgabeblock 34 gibt den Reduktionsfaktor R _a nur dann aus, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind.

Einerseits muss die Reduktionsfunktionalität eingeschaltet sein, d.h. ein von einem Schalterblock 36 erhaltener Parameter c _s muss anzeigen, dass die Reduktionsfunktionalität eingeschaltet ist.

Andererseits muss der Betrag der Geschwindigkeit v _x des Kraftfahrzeugs kleiner sein als eine vordefinierte Grenzgeschwindigkeit v _max des Kraftfahrzeugs.

Dazu vergleicht ein Komparator 38 die Geschwindigkeit v _x des Kraftfahrzeugs mit der vordefinierte Grenzgeschwindigkeit v _max des Kraftfahrzeugs und gibt das Ergebnis des Vergleichs an den Ausgabeblock 34 aus.

Optional kann hinter dem Ausgabeblock 34 noch ein Glätungsblock 40 vorgesehen sein, der dazu eingerichtet ist, den ausgegebenen Reduktionsfaktor R _a zu glitten.

Insbesondere glättet der Glättungsblock 40 Sprünge im ausgegebenen Reduktionsfaktor R _a und somit im nachfolgend beschriebenen skalierten Lenkwinkelsollwert bzw. skalierten Lenkungsdrehmomentsollwert,

Im Fall eines Hinterrads wird basierend auf dem ausgegebenen Reduktionsfaktor R _a ein vorläufiger Lenkwinkelsollwert, der von einem Regelkreis für den Lenkungsaktuator ermittelt wird, vermindert, wodurch ein skalierter Lenkwinkelsollwert für den Lenkungsaktuator erhalten wird.

Insbesondere wird der skalierte Lenkwinkelsollwert aus dem vorläufigen Lenkwinkelsollwert Δ _φ durch Multiplikation mit dem ausgegebenen Reduktionsfaktor R _a ermittelt, also gemäß Im Fall eines Vorderrads wird basierend auf dem ausgegebenen Reduktionsfaktor R _a ein vorläufiger Lenkungsdrehmomentsollwert, der von einem Regelkreis für den Lenkungsaktuator ermittelt wird, vermindert, wodurch ein skalierter Lenkungsdrehmomentsollwert für den Lenkungsaktuator erhalten wird. Insbesondere wird der skalierte Lenkungsdrehmomentsollwert T _soll aus dem vorläufigen Lenkungsdrehmomentsollwert T durch Multiplikation mit dem ausgegebenen Reduktionsfaktor R _a ermitelt, also gemäß T _soll = R _a • T.Durch das oben beschriebene Verfahren wird also präventiv eine Lenkbewegung des wenigstens einen Rads des Kraftfahrzeugs bzw. eine bereitgestellte Lenkunterstützung vermindert, wodurch die thermische Belastung des Lenksystems reduziert und vorzeitiger Verschleiß verhindert wird. Ferner werden Beeinträchtigungen weiterer elektrischer Verbraucher und Aktuatoren verhindert.