Lenkgeschwindigkeit

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und Lenksysteme für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 11 und 15.

Es ist bekannt in EPS (Electric Power Steering) Systemen oder Steer-by-Wire- Lenksystemen Lenkungseigenschaften und das Lenkgefühl zu beeinflussen, um den Fahrkomfort für den Fahrer zu erhöhen. Dabei wird ein Handmoment, das an einem Lenkmittel, beispielsweise einem Lenkrad angelegt wird, ermittelt, um die von dem Fahrer aufgebrachte Kraft zu unterstützen oder der von dem Fahrer aufgebrachten Kraft entgegenzuwirken. Damit kann dem Fahrer ein der aktuellen Fahrsituation entsprechendes Fahrgefühl vermittelt werden.

Bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem wird das Lenkgefühl mittels eines Feedback-Aktuators erzeugt. Bei einem EPS-System, bei dem eine

mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den zu lenkenden Rädern besteht, sind Regelungskonzepte bekannt, die das Einregeln eines dem

Handmoment entsprechenden Lenkmoments zur Erzeugung eines

gewünschten Lenkgefühls am Lenkrad ermöglichen. Hierzu wird ein

Elektromotor oder eine elektromechanische Servoeinheit derart angesteuert bzw. eingeregelt, dass sich ein dem gewünschten Handmoment

entsprechendes Lenkmoment einstellt.

Es kann in bestimmten Fahrzuständen beziehungsweise in einigen

Fahrsituationen Vorkommen, dass kein zufriedenstellendes Lenkgefühl bereitgestellt wird. So ist insbesondere bei hohen Lenkgeschwindigkeiten die Änderung der Unterstützung bzw. des am Lenkrad anliegenden Gegenmomentes für den Fahrer spürbar. Diese starke Änderung führt zu einer Verunsicherung des Fahrers und ist daher unerwünscht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenksystem für Kraftfahrzeuge anzugeben, das ein verbessertes und konsistenteres Lenkgefühl bei hohen Lenkgeschwindigkeiten bereitstellt.

Diese Aufgabe wird von einem Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und von Lenksystemen für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen der Ansprüche 11 und 15 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Demnach ist ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines

Kraftfahrzeuges, bei dem in Abhängigkeit eines an einer Lenkungshandhabe aufgebrachten fahrerseitigen Handmoments eine Lenkkraftunterstützung oder ein von einem Feedback-Aktuator in die Lenkungshandhabe eingebrachtes Gegendrehmoment ein Lenkgefühl erzeugt, vorgesehen, wobei das Lenkgefühl mittels einer Kennlinie dargestellt ist, die in Abhängigkeit von der

Lenkgeschwindigkeit bei Lenkgeschwindigkeiten über 150°/s, insbesondere über 200°/s und besonders bevorzugt in einem Bereich von 200°/s bis 300°/s, angepasst wird, derart, dass die angepasste Kennlinie eine kleinere maximale Änderung der Steigung aufweist, als die Kennlinie bei niedrigeren

Lenkgeschwindigkeiten.

Ein unerwarteter Anstieg eines spürbaren Momentes am Lenkrad kann so bei hohen Lenkgeschwindigkeiten verhindert werden. Das Lenkgefühl wird dadurch deutlich verbessert.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anpassung der Kennlinie eine Neuskalierung der X-Achse, insbesondere in dem Bereich des

Nulldurchgangs der Kennlinie.

Bei den Kennlinien handelt es sich bevorzugt um Basisfunktionen.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Lenkung eine elektromechanische Lenkung und die Kennlinie eine Basisdrehmomentkurve oder eine Lenksäulendrehmomentsteuerungskurve.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Lenkung eine Steer-by-Wire-Lenkung ist und die Kennlinie die Abhängigkeit des vom Feedback-Aktuator

bereitgestellten Lenkmoments von dem Lenkwinkel wiedergibt.

Die Anpassung der Kennlinie kann eine Addition einer Konstanten umfassen, die insbesondere von der Lenkgeschwindigkeit abhängig sein kann.

Weiterhin ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit einem auf die gelenkten Räder wirkenden, in Abhängigkeit von einem Fahrerlenk-wunsch elektronisch geregelten Lenksteller, der mittels eines Zahnstangen- Lenkgetriebes auf die gelenkten Räder wirkt, mit einem Rückwirkungen der Straße auf ein Lenkrad übertragenden Feedback-Aktuator, vorgesehen, wobei der Feedback-Aktuator ein Lenkmoment in Abhängigkeit eines Lenkwinkels mittels wenigstens zweier Kennlinien bereitstellt, und wobei eine erste

Kennlinie für hohe Lenkgeschwindigkeiten und eine zweite Kennlinie für niedrigere Lenkgeschwindigkeiten vorgesehen sind, wobei die erste Kennlinie eine kleinere maximale Änderung der Steigung aufweist, als die zweite

Kennlinie. Wie bereits oben beschrieben, ergibt sich dadurch ein deutlich verbessertes Lenkgefühl.

Vorzugsweise wird die erste Kennlinie mittels der zweiten Kennlinie berechnet.

Die Anpassung der Kennlinie umfasst eine Addition einer Konstanten, die insbesondere von der Lenkgeschwindigkeit abhängig sein kann.

Weiterhin ist ein elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug aufweisend ein mit einer unteren Lenkwelle verbundenes Lenkritzel, welches mit einer in einem Gehäuse entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange zur Lenkung von Rädern in Eingriff steht, wenigstens einen Elektromotor zur Lenkkraftunterstützung, vorgesehen, wobei die

Lenkkraftunterstützung mittels wenigstens zweier Kennlinien, die

Basisdrehmomentkurven oder Lenksäulendrehmomentsteuerungskurven sind, bestimmt ist, und wobei eine erste Kennlinie für hohe Lenkgeschwindigkeiten und eine zweite Kennlinie für niedrigere Lenkgeschwindigkeiten vorgesehen sind, wobei die erste Kennlinie eine kleinere maximale Änderung der Steigung aufweist, als die zweite Kennlinie. Wie bereits oben beschrieben, ergibt sich dadurch ein deutlich verbessertes Lenkgefühl.

Vorzugsweise wird die erste Kennlinie mittels der zweiten Kennlinie durch Skalierung der X-Achse berechnet, dabei ist es bevorzugt, wenn bei

Verwendung einer Basisdrehmomentkurve die X-Achse gestreckt ist und bei Verwendung einer Lenksäulendrehmomentsteuerungskurve die X-Achse gestaucht ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es

zeigen :

Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer

Lenksäulendrehmomentsteuerungskurve einer

elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung,

Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Basisdrehmomentkurve einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung, sowie

Fig. 3: eine schematische Darstellung eines Verlaufs eines am Lenkrad anliegenden Gegendrehmomentes in Abhängigkeit eines

Lenkwinkels in einer Steer-by-Wire-Lenkung.

Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei unterschiedliche Steuerungsarten eines Lenkgefühls einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung. Dabei handelt es sich um Basisfunktionen, die eine angemessene Lenkunterstützung einer klassischen Servolenkung sicherstellen, wie sie auch durch hydraulische Lenksysteme bekannt ist. Zusätzliche nicht dargestellte

Funktionskomponenten sorgen dafür, dass Rückmeldungen der Fahrbahn trotz der Reibung in den Lagern oder der Trägheit der beweglichen Bauteile einer Lenkung für den Fahrer als spürbare Information zur Verfügung stehen. Hierzu zählen unter anderem eine aktive Rücklaufregelung des Lenkrads in die Mittelposition sowie eine Geradeauslaufkorrektur, um beispielsweise bei einer quergeneigten Fahrbahn das erforderliche Gegenlenken des Fahrers zu erleichtern. Es sind auch noch weitere Funktionskomponenten denkbar.

Figur 1 zeigt eine Abhängigkeit eines Lenkmoments T _ST w von einer geschätzten Zahnstangenkraft Ti _oad - Das Lenkmoment T _ST w ist das am Lenkrad

aufzubringende Drehmoment, das zum Erreichen der Zahnstangenkraft T _|0ad benötigt wird. Dieser Verlauf dient als Basis für einen

Lenksäulendrehmomentsteuerungsalgorithmus (engl column torque control algorithms), der das Unterstützungsmoment eines Elektromotors in einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung regelt.

Die Basisfunktion kann, wie bereits oben beschrieben, zusätzliche

Funktionskomponenten wie eine Abhängigkeit von der

Fahrzeuggeschwindigkeit aufweisen. Für niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten sind niedrige Lenkmomente über den gesamten Bereich der Zahnstangenkraft wünschenswert. Das führt dazu, dass die Lenkung leichtgängig beispielsweise beim Parkieren ist. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten ist hingegen ein größeres Lenkmoment vorgesehen, um die gewünschte Zahnstangenkraft aufzubringen. Die Lenkunterstützung ist geringer. Die Lenkbewegungen sind daher schwergängiger und direkter.

Das Lenkgefühl wird erfindungsgemäß dadurch optimiert, dass in Abhängigkeit von einer Lenkgeschwindigkeit q> _STW ein unterschiedliches Lenkgefühl bereitgestellt wird. Figur 1 zeigt einen herkömmlichen Verlauf 1

(durchgehende Linie) und ein adaptiertes Lenkgefühl 2 für hohe

Lenkgeschwindigkeiten (gestrichelte Linie). Die Lenkgeschwindigkeit q> _STW ist die zeitliche Änderung des Lenkwinkels. Hohe Lenkgeschwindigkeiten sind Lenkgeschwindigkeiten in einem Bereich von 200°/s-300°/s. Der

herkömmliche Verlauf gibt das Lenkgefühl bei niedrigen

Lenkgeschwindigkeiten in einem Bereich von 0-50°/s wieder. Der Pfeil zeigt die Änderung des Lenkgefühls zu hohen Lenkgeschwindigkeiten hin an. Der herkömmliche Verlauf 1 ist wurzelfunktionsartig; nach einem steilen Anstieg in einem Bereich von 1-5 Nm des Lenkmomentes T _ST w bei kleinen Zahnstangenkräften flacht die Kurve stark ab und ist nahezu linear. Der Anstieg ist abhängig vom Lenkgefühlsprofil, das je nach Fahrzeug

unterschiedlich ist. Die Lenkunterstützung ist bei kleinen Zahnstangenkräften gering und bei großen Zahnstangenkräften groß.

Bei hohen Lenkgeschwindigkeiten 2 ist der Anstieg im Bereich kleiner

Zahnstangenkräfte deutlich flacher und geht bei höheren Zahnstangenkräften in die Kurve für niedrigere Lenkgeschwindigkeiten über. Anders gesagt, die Steigung ist deutlich kleiner bei kleinen Zahnstangenkräften und der Verlauf der Kurve weist über einen größeren Bereich eine nahezu konstante Steigung auf. Bei hohen Lenkgeschwindigkeiten wird somit vermieden, dass der Fahrer den starken Anstieg des aufzubringenden Lenkmomentes bei kleinen

Zahnstangenkräften bemerkt und dadurch irritiert wird. Die Steigung der Kennlinie überschreitet daher einen vorbestimmten Grenzwert nicht, wodurch die Kennlinie 2 deutlich flacher ist als die Kennlinie für niedrigere

Lenkgeschwindigkeiten 1.

Anstelle der Zahnstangenkraft kann das Basislenkmoment auch von einer anderen, die Seitenführungskräfte der Reifen repräsentierenden Größe, abhängen. Hier ist beispielsweise die Querbeschleunigung anstelle der

Zahnstangenkraft eine geeignete Größe. Das Basislenkmoment kann zudem auch von anderen Größen, wie dem Lenkwinkel, dem Lenkradwinkel oder der Gierrate berechnet werden.

Figur 2 zeigt eine Basisdrehmomentkurve 3 (engl boost curve), die ein Basis- Unterstützungsmoment T _assist als Funktion von einem am Lenkrad anliegenden Lenkmoment T _ST w angibt. Die Kennlinie 3 stellt eine Basis dar, die ebenfalls noch um weitere Funktionskomponenten erweitert werden kann. Ein

Algorithmus berechnet mittels der Basisdrehmomentkurve 3 anhand des vom Fahrer aufgebrachten Lenkmomentes T _ST w ein Drehmoment T _asSi s _t das zur Unterstützung der Lenkbewegung aufgebracht wird. Ein herkömmlicher Verlauf der Basisdrehmomentkurve 3 (durchgehende Linie) und ein adaptiertes Lenkgefühl für hohe Lenkgeschwindigkeiten 4 (gestrichelte Linie) sind dargestellt. Der Pfeil zeigt die Änderung des Lenkgefühls zu hohen

Lenkgeschwindigkeiten hin an. Bei der herkömmlichen Basisdrehmomentkurve 3 ist die Unterstützung bei kleinen Lenkmomenten um Null herum sehr gering. Die Unterstützung steigt ab einem Lenkmoment von 0-1 Nm stark an und hat ab einem Lenkmoment von 3-4 Nm eine nahezu konstante Steigung. Die Kennlinie für hohe Lenkgeschwindigkeiten 4 sieht daher einen Verlauf vor, bei dem die Änderungen des Verlaufs deutlich kleiner sind und somit diese für den Fahrer nicht spürbar sind. Die Kennlinie weist eine Steigung auf, die in einem Bereich von 0,5 bis 1 liegt und sich nur geringfügig über den Bereich des Lenkmoments ändert. In anderen Worten, die maximale Änderung der

Steigung ist begrenzt.

Figur 3 zeigt eine Kennlinie 5 für ein Lenkgefühl eines Steer-by-Wire- Lenksystems. Bei Steer-by-Wire-Lenksystemen ist die Stellung der gelenkten Räder nicht direkt mit dem Lenkrad gekoppelt. Es besteht eine Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern über elektrische Signale.

Der Fahrerlenkwunsch wird von einem Lenkwinkelsensor abgegriffen und in Abhängigkeit des Fahrerlenkwunsches wird über einen Lenksteller die Stellung der gelenkten Räder geregelt. Eine mechanische Verbindung zu den Rädern ist nicht vorgesehen, sodass nach Betätigung des Lenkrads eine Kraft- Rückmeldung fehlt, z.B. eine entsprechende Rückmeldung beim Einparken, wo aus Komfortgründen ein geringer Kraftaufwand gewünscht ist, oder bei einer üblichen Geradeausfahrt, bei der ein der Fahrzeugreaktion entsprechendes höheres Lenkmoment gewünscht ist. Um bei Steer-by-Wire-Lenkungen die Rückmeldungen der Straße auf das Lenkrad zu simulieren, ist es notwendig am Lenkrad bzw. der Lenksäule einen Feedback-Aktuator (FBA) vorzusehen, welcher in Abhängigkeit von den Rückwirkungen der Lenkhandhabe ein

Lenkgefühl aufprägt.

Die dargestellte Kennlinie 5 zeigt den Basis-Verlauf des vom Feedback- Aktuator vorgegebenen Lenkdrehmoments T _S TW über dem Lenkraddrehwinkel iz für normale Lenkgeschwindigkeiten (durchgezogene Linie) und hohe Lenkgeschwindigkeiten 6 (gestrichelte Linie). Bei normalen Lenkgeschwindigkeiten und kleinen Lenkraddrehwinkeln steigt das

Gegendrehmoment stark an. Die Kurve flacht bei höheren Lenkraddrehwinkeln ab und geht in eine nahezu lineare Kurve mit konstanter Steigung über.

Analog zur Lenksäulendrehmomentsteuerungskurve bei elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung flacht die Kurve für hohe Lenkgeschwindigkeiten ab, so dass die Steigung einen vorgegeben Wert nicht überschreitet und über den gesamten Lenkwinkel-Bereich gleichmäßiger ist. In anderen Worten, die maximale Änderung der Steigung ist begrenzt.

Die angepasste Kennlinie kann mittels der ursprünglichen Kennlinie für niedrige Lenkgeschwindigkeiten durch Neuskalierung der X-Achse,

insbesondere Dehnung der X-Achse gewonnen werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass ausgehend von der Kennlinie für niedrige

Lenkgeschwindigkeiten eine Kennlinie für hohe Lenkgeschwindigkeiten entsprechend der folgenden Gleichungen berechnet wird : wobei f _IN ein Lenkwinkel auf der Kennlinie für niedrige Lenkgeschwindigkeiten bei einem vorgegebenen Gegendrehmoment, f _M ' ein Lenkwinkel auf der Kennlinie für hohe Lenkgeschwindigkeiten bei demselben vorgegebenen Gegendrehmoment und bO eine Konstante ist, die mit der Lenkgeschwindigkeit ansteigen kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass bO eine Funktion des Lenkwinkels ist: b0= f ( F ). Die Kennlinie für hohe Lenkgeschwindigkeiten kann auch entsprechend der folgenden Gleichungen berechnet werden :

<R _ΐ 'N = <R,N ^{+ 1ί '} F wobei f _IN ein Lenkwinkel auf der Kennlinie für niedrige Lenkgeschwindigkeiten bei einem vorgegebenen Gegendrehmoment, f _M ' ein Lenkwinkel auf der Kennlinie für hohe Lenkgeschwindigkeiten bei demselben vorgegebenen Gegendrehmoment, k eine Konstante ist und die Lenkgeschwindigkeit. Niedrige Lenkgeschwindigkeiten sind dabei Lenkgeschwindigkeiten in einem Bereich von 0-50°/sec. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei niedrigen Lenkgeschwindigkeiten um eine Lenkgeschwindigkeit gleich Null.