ROHRMOSER MANUEL (AT)
THYSSENKRUPP AG (DE)
DE102016005013A1 | 2017-10-26 | |||
DE102007039332A1 | 2008-02-28 | |||
DE102011002997A1 | 2012-07-26 |
Patentansprüche 1. Verfahren zur Steuerung eines Steer-by-Wire-Lenksystems (1) für Kraftfahrzeuge umfassend einen auf die gelenkten Räder (7) wirkenden, in Abhängigkeit eines Fahrerlenkwunsches elektronisch geregelten Lenksteller (6), einen Rückwirkungen der Straße (70) auf ein Lenkrad (3) in Form eines Rückstellmomentes übertragenden Feedback-Aktuator (4), und eine Feedback-Aktuator-Monitoreinheit (10), die den Feedback- Aktuator (4) steuert, wobei eine Erkennungseinheit (11) den Bedien- zustand, ob eine Handberührung des Fahrers am Lenkrad vorliegt oder nicht, erkennt, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrens- schritte zur Berechnung eines resultierenden Rückstellmomentes (Tdamp) des Lenkrads (3) in eine definierte Position in Abhängigkeit des Bedienzustandes vorgesehen sind : • Bestimmen eines Basis-Rückstellmoments (Th 0n) für einen ersten Bedienzustand, in welchem eine Handberührung des Fahrers am Lenkrad vorliegt; • Bestimmen eines Hands-off-Rückstellmoments (Th 0ff) für einen zweiten Bedienzustand, in welchem keine Handberührung des Fahrers am Lenkrad (3) vorliegt; • Bestimmen einer Rückstellgeschwindigkeit (v damp) des Lenkrads (3) für den ersten Bedienzustand und für den zweiten Bedienzustand; • Bestimmen des resultierenden Rückstellmomentes (Tdamp) anhand des Basis-Rückstellmomentes (TH,on) oder des Hands-off- Rückstellmoments (TH off), wodurch sich das Lenkrad mit der bestimmten Rückstellgeschwindigkeit (v damp) in die definierte Position dreht. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basis- Rückstellmoment (T H,on) und/oder das Hands-off-Rückstellmoment (TH 0ff) anhand eines Modells (44) bestimmt wird . 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hands- off-Rückstellmoment (TH 0ff) mittels eines Lenkradgeschwindigkeitsreglers (45) bestimmt wird. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des resultierenden Rückstell- moments (Tdamp) eine Gewichtungseinheit (19) vorgesehen ist, welche im Fall des ersten Bedienzustandes das Basis-Rückstellmoment (TH 0n) höher gewichtet und im Fall des zweiten Bedienzustands das Hands-off- Rückstellmoment (TH 0ff) höher gewichtet. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind : • Bestimmen eines Basis-Rückstellmoments (TH 0n) für den Fall, dass eine Handberührung am Lenkrad vorliegt, wobei zusätzlich zu dem Basis-Rückstellmoment (TH 0n) eine Lenkungsreibung (16) und eine erste Lenkungsdämpfung (15) für den ersten Bedienzustand vorgesehen sind; • Bestimmen einer zweiten Lenkungsdämpfung (17) für den zweiten Bedienzustand; • Bestimmen einer gewichteten Lenkungsdämpfung (20) aus der ersten Lenkungsdämpfung (15) und der zweiten Lenkungsdämpfung (17) durch eine Gewichtung in einer Gewichtungseinheit (19), wobei die Gewichtung durch den von der Erkennungseinheit (11) erkannten Bedienzustand bestimmt wird; • Berechnen des resultierenden Rückstellmomentes (Tdamp) mittels des Basis-Rückstellmomentes (TH 0n) und der gewichteten Lenkungs- dämpfung (20). 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die Berechnung des resultierenden Rückstellmomentes (Tdamp) die Lenkungsreibung (16) in Form einer Lenkungshysterese einfließt. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lenkungsdämpfung (17) mittels eines Schätzers bestimmt wird, der Signale vom Feedback-Aktuator (4) empfängt, welche dem Lenkwinkel (a) und einem Drehmoment (TFahrer) entsprechen. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Minimalwert für die zweite Lenkungsdämpfung (17) definiert wird, sodass das Lenkrad (3) bis zu einer Geradeausposition zurückdreht. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellgeschwindigkeit (v damp) mittels mindestens einer vorabdefinierten Kennlinie erfolgt. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kennlinie dreidimensional ist und eine Abhängigkeit vom Lenkrad-Lenkwinkel (a) und von einer Fahrzeuggeschwindigkeit (vFahrz) aufweist. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (11) zur Erkennung des Bedienzustands folgende Schritte ausführt: a) Ermitteln eines Frequenzspektrums von Bewegungssignalen, die von Sensoren des Feedback-Aktuators (4) erfasst werden, b) Analyse des Frequenzspektrums mit Bestimmung der Dämpfung von Amplituden vorgegebener Frequenzbereiche, c) Schätzen eines Fahrerlenkmoments mittels eines geeigneten Beobachters des Feedback-Aktuators, eines Modells des Feedback- Aktuators (4) und der Bewegungssignale. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit den Lenkwinkel (a) und/oder ein auf das Lenkrad aufgebrachtes Lenkmoment (TFahrer) zur Berechnung des Rückstellmomentes benötigt. 13. Steer-by-Wire-Lenksystem (1) für Kraftfahrzeuge umfassend einen auf die gelenkten Räder (7) wirkenden, in Abhängigkeit eines Fahrerlenk- wunsches elektronisch geregelten Lenksteller (6), einen Rückwirkungen der Straße (70) auf ein Lenkrad in Form eines Rückstellmomentes übertragenden Feedback-Aktuator (4), und eine Feedback-Aktuator- Monitoreinheit (10), die den Feedback-Aktuator (4) steuert, wobei eine Erkennungseinheit (11) den Bedienzustand, ob eine Handberührung des Fahrers am Lenkrad vorliegt oder nicht, erkennt, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit (10) dazu eingerichtet ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12 auszuführen. |
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Steer-by- Wire-Lenksystems mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 13.
Bei Steer-by-Wire-Lenksystemen ist die Stellung der gelenkten Räder nicht direkt mit dem Lenkeingabemittel, beispielsweise einem Lenkrad, gekoppelt.
Es besteht eine Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern über elektrische Signale. Der Fahrerlenkwunsch wird von einem Lenkwinkel- sensor abgegriffen, und in Abhängigkeit von dem Fahrerlenkwunsch wird über einen Lenksteller die Stellung der gelenkten Räder geregelt. Eine mechanische Verbindung zu den Rädern ist nicht vorgesehen, sodass nach Betätigung des Lenkrads keine unmittelbare Kraft-Rückmeldung an den Fahrer übermittelt wird. Allerdings ist eine entsprechend angepasste Rückmeldung, beispiels- weise beim Parken oder bei einer Geradeausfahrt, bei der ein der Fahrzeug- reaktion angepasstes, je nach Fahrzeughersteller unterschiedliches Lenk- moment als Kraft-Rückmeldung gewünscht ist, vorgesehen. Bei einer
Kurvenfahrt wirken Reaktionskräfte als Querkräfte auf das Lenkgetriebe, welche der Feedback-Aktuator in Form eines der Lenkrichtung entgegen- gesetzten Moments nachbildet. Der Fahrer erfährt ein dadurch vorgebbares Lenkgefühl. Um bei Steer-by-Wire-Lenkungen die Rückwirkungen der Straße auf das Lenkrad zu simulieren, ist es notwendig, am Lenkrad oder der Lenk- säule einen Feedback-Aktuator (FBA) vorzusehen, welcher in Abhängigkeit von den gewünschten Rückwirkungen der Lenkhandhabe ein Lenkgefühl aufprägt.
Eine Lenkradüberwachung kann vorgesehen sein, die feststellt, ob eine
Fahreraktivität am Lenkrad vorliegt oder nicht. Dabei wird im Folgenden ein Zustand, in der der Fahrer das Lenkrad ergriffen hat, als Hands-On-Zustand, und ein Zustand, in der der Fahrer das Lenkrad nicht ergriffen hat, also eine Freihandfahrt, als Hands-Off-Zustand bezeichnet, was den in diesen
technischen Bereichen verwendeten Begriffen entspricht.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus den Offenlegungsschriften DE 10 2007 039 332 Al und DE 10 2011 002 997 Al sind Verfahren zur
Erkennung eines Hands-On/Off-Zustands bekannt. Ein Rückstellen des
Lenkrads in eine neutrale Stellung, welcher einer Geradeausposition der Fahrzeugräder entspricht, wird dabei nicht berücksichtigt. Es kann daher Vorkommen, dass sich in einem Hands-off-Zustand das Lenkrad zu schnell in eine Nullposition zurückdreht. Dies ist störend für den Fahrer und kann zu einem überschwingenden Lenkrad führen. Die Nullposition, die Geradeaus- position und die neutrale Stellung des Lenkrads bezeichnen hierbei die gleiche Position und werden als Synonym verwendet.
In elektromechanischen Lenksystemen gibt es eine sogenannte Active Return Funktion. Diese verwendet einen Drehmomentsensor (TSU) um das Hand- moment am Lenkrad zu messen. Das Rückstellen wird in Abhängigkeit des gemessenen Momentes verändert. Ein schnell rückstellendes Lenkrad, das eventuell zu einem überschwingenden Lenkrad führt, wird in elektromech- anischen Lenksystemen durch die Mechanik gedämpft. In Steer-by-Wire Lenkungen muss die Active Return Funktion hingegen deutlich schneller und robuster funktionieren um bspw. ein zu schnell rückstellendes Lenkrad zu dämpfen.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Rückstellen des Lenkrads in eine neutrale Stellung für eine Steer-by-Wire Lenkung eines Kraftfahrzeuges anzugeben. Diese Aufgabe wird von einem Verfahren zur Steuerung eines Steer-by-Wire- Lenksystems für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Steer-by-Wire-Lenksystems für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbild- ungen der Erfindung genannt.
Demnach ist ein Verfahren zur Steuerung eines Steer-by-Wire-Lenksystems für Kraftfahrzeuge vorgesehen, umfassend einen auf die gelenkten Räder wirkenden, in Abhängigkeit eines Fahrerlenkwunsches elektronisch geregelten Lenksteller, einen Rückwirkungen der Straße auf ein Lenkrad in Form eines Rückstellmomentes übertragenden Feedback-Aktuator, und eine Feedback- Aktuator-Monitoreinheit, die den Feedback-Aktuator steuert, wobei eine Erkennungseinheit den Bedienzustand, ob eine Handberührung des Fahrers am Lenkrad vorliegt oder nicht, erkennt. Folgende Verfahrensschritte sind zur Berechnung eines resultierenden Rückstellmomentes des Lenkrads in eine definierte Position in Abhängigkeit des Bedienzustandes vorgesehen :
• Bestimmen eines Basis-Rückstellmoments für einen ersten Bedien- zustand, in welchem eine Handberührung des Fahrers am Lenkrad vorliegt
• Bestimmen eines Hands-off-Rückstellmoments für einen zweiten
Bedienzustand, in welchem keine Handberührung des Fahrers am Lenkrad vorliegt;
• Bestimmen einer Rückstellgeschwindigkeit des Lenkrads für den ersten Bedienzustand und für den zweiten Bedienzustand;
• Bestimmen des resultierenden Rückstellmoments anhand des Basis- Rückstellmoments oder des Hands-off-Rückstellmoments, wodurch sich das Lenkrad mit der bestimmten Rückstellgeschwindigkeit zur Drehung des Lenkrads in die definierte Position dreht.
Dadurch soll gewährleistet werden, dass das Lenkrad sowohl im Falle, wenn das Lenkrad vom Fahrer betätigt oder gegriffen wird, als auch wenn keine Handberührung am Lenkrad vorliegt, das Lenkrad nicht unkontrollierte Bewegungen durchführt, sondern mit einer für den Fahrer angenehmen Rückstellgeschwindigkeit in die definierte Position dreht. Bei der definierten Position des Lenkrads handelt es sich besonders bevorzugt um die neutrale Position des Lenkrads, welche der Geradeausposition der Fahrzeugräder entspricht.
Vorzugsweise wird das Basis-Rückstellmoment und/oder das Hands-off- Rückstellmoment anhand eines Modells bestimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Hands-off-Rückstellmoment mittels eines Lenkradgeschwindigkeitsreglers bestimmt.
Weiterhin bevorzugt ist zur Bestimmung des resultierenden Rückstellmoments eine Gewichtungseinheit vorgesehen, welche im Fall des ersten Bedien- zustands das Basis-Rückstellmoment höher gewichtet und im Fall des zweiten Bedienzustands das Hands-off-Rückstellmoment höher gewichtet.
In einer Ausführungsform sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen :
• Bestimmen eines Basis-Rückstellmoments für den Fall, dass eine
Handberührung am Lenkrad vorliegt, wobei zusätzlich zu dem Basis- Rückstellmoment eine Lenkungsreibung und eine erste Lenkungs- dämpfung für den ersten Bedienzustand vorgesehen sind;
• Bestimmen einer zweiten Lenkungsdämpfung für den zweiten
Bedienzustand;
• Bestimmen einer gewichteten Lenkungsdämpfung aus der ersten
Lenkungsdämpfung und der zweiten Lenkungsdämpfung durch eine Gewichtung in einer Gewichtungseinheit, wobei die Gewichtung durch den von der Erkennungseinheit erkannten Bedienzustand bestimmt wird;
• Berechnen des resultierenden Rückstellmomentes mittels des Basis- Rückstellmomentes und der gewichteten Lenkungsdämpfung.
Das Lenkgefühl kann so an den Bedienzustand angepasst werden, um ein verbessertes Rückstellen zu gewährleisten. Dabei ist es vorteilhaft, wenn in die Berechnung des resultierenden Rückstell- momentes die Lenkungsreibung in Form einer Lenkungshysterese einfließt.
In einer Ausführungsform wird die zweite Lenkungsdämpfung mittels eines Schätzers bestimmt, der Signale vom Feedback-Aktuator empfängt, welche dem Lenkwinkel und einem Drehmoment, bevorzugt einem durch den Fahrer auf das Lenkrad eingeleiteten Drehmoment, entsprechen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein Minimalwert für die zweite Lenkungsdämpfung definiert wird, sodass das Lenkrad nicht unkontrolliert überschwingt und bis zu einer Geradeausposition zurückdreht.
In einer zweiten Ausführungsform wird die Rückstellgeschwindigkeit mittels mindestens einer vorabdefinierten Kennlinie erfolgt. Vorzugsweise ist die mindestens eine Kennlinie dreidimensional und weist eine Abhängigkeit vom Lenkwinkel und von einer Fahrzeuggeschwindigkeit auf. Dabei ist die mindestens eine Kennlinie bevorzugt eine Halbparabel.
Es ist vorteilhaft, wenn die Erkennungseinheit zur Erkennung des Bedien- zustands folgende Schritte ausführt: a) Ermitteln eines Frequenzspektrums von Bewegungssignalen, die von Sensoren des Feedback-Aktuators erfasst werden, b) Analyse des Frequenzspektrums mit Bestimmung der Dämpfung von Amplituden vorgegebener Frequenzbereiche, c) Schätzen eines Fahrerlenkmoments mittels eines geeigneten
Beobachters des Feedback-Aktuators, eines Modells des Feedback- Aktuators und der Bewegungssignale.
Vorzugsweise benötigt die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit nur den Lenk- winkel a und/oder ein auf das Lenkrad aufgebrachte Lenkmoment T Fahrer zur Berechnung des Rückstellmomentes. Es wird daher kein Drehmomentsensor benötigt.
Weiterhin ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem für Kraftfahrzeuge vorgesehen umfassend einen auf die gelenkten Räder wirkenden, in Abhängigkeit eines Fahrerlenkwunsches elektronisch geregelten Lenksteller, einen Rückwirkungen der Straße auf ein Lenkrad in Form eines Rückstellmomentes übertragenden Feedback-Aktuator, und eine Feedback-Aktuator-Monitoreinheit, die den Feedback-Aktuator steuert, wobei eine Erkennungseinheit den Bedienzustand, ob eine Handberührung des Fahrers am Lenkrad vorliegt oder nicht, erkennt, und wobei die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit dazu eingerichtet ist, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird 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 eines Steer-by-Wire-Lenksystems,
Fig. 2: ein Blockdiagramm einer Steuerung des Steer-by-Wire-Lenk- systems,
Fig. 3 : ein Blockdiagramm der Ansteuerung des Feedback-Aktuators,
Fig. 4: ein detaillierteres Blockdiagramm der Ansteuerung des Feedback- Aktuators von Figur 3,
Fig. 5 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Ansteuer- ung des Feedback-Aktuators, sowie
Fig. 6: ein Diagramm des Verlaufs der Lenkradgeschwindigkeit aufgetragen gegen die Fahrzeuggeschwindigkeit.
In der Figur 1 ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 gezeigt. An einer Lenkwelle 2 ist ein nicht dargestellter Drehwinkelsensor angebracht, welcher das durch Drehen eines Lenkeingabemittels 3, welches im Beispiel als Lenkrad aus- gebildet ist, aufgebrachten Fahrerlenkwinkel erfasst. Es kann aber zusätzlich auch ein Lenkmoment erfasst werden. Des Weiteren ist an der Lenkwelle 2 ein Feedback-Aktuator 4 angebracht, welcher dazu dient, die Rückwirkungen von der Fahrbahn 70 auf das Lenkrad 3 zu simulieren und somit dem Fahrer eine Rückmeldung über das Lenk- und Fahrverhalten des Fahrzeugs zu geben. Ein elektrischer Lenksteller 6 steuert die Stellung der gelenkten Räder 7. Der Lenksteller 6 wirkt über ein Lenkstangen-Lenkgetriebe 8, wie beispielsweise einem Zahnstangen-Lenkgetriebe, wobei die Zahnstange 12 über nicht dargestellte Kugelgelenke mit Spurstangen 9 und anderen Bauteilen mittelbar auf die gelenkten Räder 7 wirkt.
Figur 2 zeigt eine Steuerung des Feedback-Aktuators 4. Der Fahrerlenkwunsch wird über den vom Drehwinkelsensor gemessenen Drehwinkel a der Lenkwelle
2 über Signalleitungen an eine Feedback-Aktuator-Monitoreinheit 10 über- tragen. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit 10 überträgt den Fahrerlenk- wunsch an eine Ansteuereinheit 60. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit 10 übernimmt bevorzugt auch die Ansteuerung des Feedback-Aktuators 4. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit 10 kann auch integral mit der Ansteuer- einheit 60 ausgebildet sein. Die Ansteuereinheit 60 steuert in Abhängigkeit von dem Signal des Drehwinkelsensors sowie weiteren Eingangsgrößen den elektrischen Lenksteller 6 an.
Der Feedback-Aktuator 4 empfängt Signale über die Signalleitung 50 unter anderem von dem Drehwinkelsensor, der den Drehwinkel a, die Lenkwinkel- beschleunigung und die Lenkwinkelgeschwindigkeit misst und speichert. Der Feedback-Aktuator 4 kommuniziert mit der Feedback-Aktuator-Monitoreinheit 10, die den Feedback-Aktuator 4 steuert. Die Feedback-Aktuator-Monitor- einheit 10 empfängt von der Ansteuereinheit 60 des Lenkstellers 6 den Ist- Radlenkwinkel ß der gelenkten Räder 7, sowie weitere Größen, die die
Ansteuereinheit 60 ermittelt hat. Die an einer Zahnstange 12 gemessene Zahnstangenposition 120 und weitere Fahrbahninformationen 13 werden an die Ansteuereinheit 60 weiter gegeben. Die Ansteuerungseinheit 60 empfängt weiterhin fahrerseitige Lenkbefehle 51, wie den Lenkwinkelstatus. Figur 3 stellt im Detail eine bevorzugte Ausführungsform der Ansteuerung des
Feedback-Aktuators 4 dar. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit 10 empfängt den Drehwinkelsensor gemessenen Drehwinkel a der Lenkwelle 2, das vom Fahrer aufgebrachte Drehmoment T driver und die Fahrzeuggeschwindigkeit V vehicie - Eine Erkennungseinheit 11 erkennt, ob ein Bedienzustand am Lenkrad
3 vorliegt. Der eine Bedienzustand ist dadurch definiert, dass eine Hand- berührung (Hands on) oder eine Handkraft T dhver des Fahrers am Lenkrad vorliegt und der andere Bedienzustand ist dadurch definiert, dass keine Handberührung am Lenkrad anliegt (Hands off) T driver.off · Der detektierte Bedienzustand 110 dient als Input für eine Gewichtungseinheit 19. Es wird ein modellbasierter Fahrerlenkmomentschätzer 111 verwendet, der die
Bestimmung des Bedienzustands (Hands On/Off) anhand eines geschätzten Fahrerlenkmoments vornimmt.
Dazu sind folgende Schritte vorgesehen : a) Ermitteln eines Frequenzspektrums von Bewegungssignalen, die von Sensoren des Feedback-Aktuators erfasst werden, b) Analyse des Frequenzspektrums mit Bestimmung der Dämpfung von Amplituden vorgegebener Frequenzbereiche, c) Schätzen eines Fahrerlenkmoments mittels eines geeigneten
Beobachters des Feedback-Aktuators, eines Modells des Feedback- Aktuators und der Bewegungssignale.
Der Fahrlenkmomentschätzer 111 empfängt Signale vom Feedback-Aktuator 4, die ein am Feedback-Aktuator anliegenden Lenkwinkel a und ein Dreh- moment repräsentieren. Der vom Feedback-Aktuator mittels des Drehwinkel- sensors gemessene Lenkwinkel und das mittels des Drehmomentsensors gemessene Drehmoment stellen somit die Eingangsgrößen für den Schätzer 111 dar. Der Schätzer 111 schätzt aus diesen Messwerten ein Lenkmoment des Fahrers bzw. ein Fahrerlenkmoment, welches der Fahrer auf das Lenkrad aufbringt. Dazu verwendet der Schätzer ein Modell des Feedback-Aktuators und einen Kalman-Filter, als Beobachter. Als Input für das Zustands-Modell des Feedback-Aktuators werden unter anderem folgende physikalische Eigenschaften berücksichtigt: die Trägheit, Dämpfung/Reibung, Steifigkeit, Ungleichförmigkeit und Totzeit des Systems. Zusätzlich zu dem geschätzten Fahrerlenkmoment werden aus dem vom Feedback-Aktuator gemessenen Lenkwinkel und Drehmoment mittels eines Filters die Dämpfung von
Amplituden vorbestimmter Frequenzbereiche bestimmt. Umfasst der Fahrer das Lenkrad, so werden aufgrund des neuen mechanischen Gesamtsystems und der veränderten Dämpfungseigenschaften Vibrationen zum Teil geschluckt. Die Frequenzspektren des ungegriffenen Lenkrads unterscheiden sich charakteristisch von denen des gegriffenen Lenkrads. Der Unterschied zwischen Hands-on und Hands-off Zustand ist somit im Frequenzspektrum der gemessenen Sensorsignale des Feedback-Aktuators sichtbar.
Falls die im Fährbetrieb auftretenden Vibrationen für die Bestimmung der Dämpfungen der Amplituden in den vorbestimmten Frequenzbereichen nicht ausreichen, wird zusätzlich ein Testsignal in einer bestimmten Intensität und Amplitude mittels des Feedback-Motors in den Feedback-Aktuator eingeleitet und eine symmetrische Schwingung am Lenkrad erzeugt. Daraufhin wird wiederrum anhand des geschätzten Fahrerlenkmoments und mittels Frequenz- analyse eines Filters eine Beeinflussung des Feedback-Aktuators durch eine Berührung des Lenkrads erkannt und damit der aktuelle Bedienzustand
(Hands-On/-Off) bestimmt.
Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit 10 berechnet ein Rückstellmoment T damp das der Feedback-Aktuator 4 auf die Lenkwelle 2 zur Bereitstellung eines Lenkgefühls überträgt.
Der vom Fahrer mit einer definierten Lenkwinkelgeschwindigkeit aufgebrachte Lenkwinkel a und/oder ein auf das Lenkrad 3 aufgebrachte Lenkmoment T dhver wird gemessen. Zusätzlich werden weitere Parameter, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit v vehicie oder die Reibung ermittelt. Es ist auch denkbar Parameter des Lenkstellers zu verwenden, wie beispielsweise auf das Fahrzeug wirkende Seitenkräfte, Rad-, Zahnstangenposition usw. Anhand dieser Para- meter wird der Zustand des Fahrzeugs ermittelt (Geradeausfahrt, Kurvenfahrt, Ein-/Ausparkvorgang). Anschließend wird mittels der Erkennungseinheit 11 bestimmt, ob ein Hands-On/Off-Zustand am Lenkrad vorliegt.
Zur Bestimmung des resultierenden Rückstellmoments T damp wird der detektierte Bedienzustand 110 als prozentualer Anteil an die Gewichtungs- einheit 19 übermittelt. Zwischen 0% und 50% liegt dabei ein Hands-off Zustand vor, während zwischen 51% und 100% ein Hands-On Zustand am Lenkrad vorliegt.
Ein Lenkgefühlmodell 44 empfängt Signale vom Feedback-Aktuator, welche dem Lenkwinkel a und einem Drehmoment entsprechen und bestimmt ein Basis-Rückstellmoment T H 0n für den ersten Bedienzustand und ein Hands-off- Rückstellmoment T H 0ff für den zweiten Bedienzustand. Somit passt das
Lenkgefühlmodell 44 das resultierende Rückstellmoment T damp und damit das Lenkgefühl an, sodass ein„ideales" Rückstellen erreicht wird . Dabei wird eine kritische Dämpfung (Minimaldämpfung) definiert, sodass das Lenkrad nicht unkontrolliert überschwingt, sondern sich bis zu dem Zentriermoment bzw. bis zur Geradeausposition zurückdreht. Das Lenkrad dreht sich bei der kritischen Dämpfung mit der maximal möglichen Geschwindigkeit zurück, ohne dass es überschwingt. Andere Lenkgefühlparameter können ebenfalls angepasst werden.
Das Lenkgefühlmodell 44 übermittelt die Rückstellmomente an die Gewicht- ungseinheit 19, welche in Abhängigkeit des detektierten Bedienzustands 110 das Basis-Rückstellmoment oder das Hands-off-Rückstellmoment höher gewichtet. Das höher gewichte Rückstellmoment wird als resultierendes Rück- stellmoment T damp in einen nicht dargestellten Motor des Feedback-Aktuators 4 eingeleitet, welcher über Rückstellkräfte das Lenkrad zurück mit einer definierten Rückstellgeschwindigkeit v damp in eine Geradeausposition bringt, wobei das Zentriermoment für den Fahrer am Lenkrad spürbar ist. Eine ideale Rückstellgeschwindigkeit v damp des Lenkrads in Abhängigkeit verschiedener Fahreigenschaften (Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel usw.) wird vorab mit Hilfe von mindestens einer dreidimensionalen Kennlinie definiert, wobei die mindestens eine Kennlinie eine Abhängigkeit vom Lenkwinkel und von der Fahrzeuggeschwindigkeit aufweist. Die ermittelte Rückstellgeschwindigkeit v damp wird zunächst an den Feedback-Aktuator 4 und anschließend an das Lenkrad übermittelt. Figur 4 zeigt eine detaillierte Ausführung der Ausführ- ungsform von Figur 3 der Ansteuerung des Feedback-Aktuators 4. Zur
Berechnung eines Rückstellmoments des Lenkrads im Hands-On-Zustand wird in dem Modell 44 die Basis-Rückstellung T H 0n , welche das Basisrückstell- moment des Feedback-Aktuators 4 darstellt, bestimmt. Die Basis-Rückstellung T H 0n ist das nach herkömmlichen Methoden berechnete Rückstellmoment, dass der Feedback-Aktuator 4 aufbringen soll. Um dem Fahrer bei einer Steer-by- Wire-Lenkung im Hands-On-Zustand das Gefühl einer konventionellen Lenkung zu vermitteln, weist das Lenkmodell 44 zusätzlich eine Lenkungs- dämpfung 15 auf, die heftige oder abrupte Lenkreaktionen und Lenk- bewegungen dämpft. Zudem ist eine Lenkungshysterese 16 (Lenkmoment- Lenkwinkel) in dem Modell 44 vorgesehen, die die Lenkungsreibung bestimmt.
Im Falle eines Hands-Off-Zustands wird ein für diesen Zustand„ideales" Hands-Off Rückstellmoment T H;0 ff generiert. Ein Schätzer empfängt Signale vom Feedback-Aktuator, welche dem Lenkwinkel a und einem Drehmoment entsprechen und passt das Rückstellmoment und damit das Lenkgefühl an, sodass ein„ideales" Rückstellen erreicht wird. Dabei wird eine kritische
Dämpfung (Minimaldämpfung) definiert, sodass das Lenkrad nicht
unkontrolliert überschwingt, sondern sich bis zu dem Zentriermoment bzw. bis zur Geradeausposition zurückdreht. Das Lenkrad dreht sich bei der kritischen Dämpfung mit der maximal möglichen Geschwindigkeit zurück, ohne dass es überschwingt. Andere Lenkgefühlparameter können ebenfalls angepasst werden.
Es ist weiterhin eine Gewichtungseinheit 19 vorgesehen, die mittels einer gewichteten Mittelwertfunktion eine Gewichtung zwischen der Dämpfung im Hands-On-Zustand und der Dämpfung im Hands-Off-Zustand vornimmt. Die Gewichtung wird dabei durch den Hands-On/Off Bedienzustand 110 bestimmt.
Die gewichtete Dämpfung 20 wird auf das Basis-Rückstellmoment T H;0 n und das Hands-Off-Rückstellmoment T H;0 ff in einem Summierer 21 angewendet. Zudem fließt in den Summierer 21 die Lenkungshysterese 16 ein. Der
Ausgangswert des Summierers 21 ist das zur Ansteuerung des Feedback- Aktuators verwendete resultierende Rückstellmoment T da mp·
Figur 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Ansteuerung des Feedback-Aktuators 4. Das Basis-Rückstellmoment T H 0n wird mittels des Lenk- gefühlmodells 44 bestimmt und das Hands-off-Rückstellmoment T H 0ff wird über einen Lenkradgeschwindigkeitsregler 45 bestimmt. Über die Ermittlungs- einheit 11 wird der prozentuale Anteil des Bedienzustands, wie oben
beschrieben, ermittelt. Liegt keine Handberührung am Lenkrad 3 vor, gewichtet die Gewichtungseinheit 19 den Lenkradgeschwindigkeitsregler 45 höher. Der Lenkradgeschwindigkeitsregler 45 vergleicht die aktuell gemessene Lenkradgeschwindigkeit mit der Kennlinie und gewichtet diese entsprechend höher, sodass das gewollte Hands-off-Rückstellmoment T H 0ff realisiert wird. Die Kennlinie kann beispielsweise eine Halbparabel sein, wie in Fig.6 dargestellt. Das höher gewichtete Hands-Off-Rückstellmoment wird als resultierendes Rückstellmoment T damp in einen nicht dargestellten Motor des Feedback-Aktuators 4 eingeleitet, welcher über Rückstellkräfte das Lenkrad zurück mit einer definierten Rückstellgeschwindigkeit v damp in eine Geradeaus- position bringt. Liegt eine Handberührung am Lenkrad vor, wird das über das Lenkgefühlmodell erzeugte Basis-Rückstellmoment höher gewichtet und als resultierendes Rückstellmoment an den Feedback-Aktuator weitergegeben.
Next Patent: DEVICE AND METHOD FOR MELTING A HOT-MELT ADHESIVE