Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung des Betriebs einer Fahrzeuglenkung und auf eine Fahrzeuglenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer vom Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigbaren Lenkhandhabe sowie einem den gelenkten Fahrzeugrädern zugeordneten Stellaggregat, das wirkungsmäßig verbunden ist mit der Lenkhandhabe und mittels dem über ggf. weitere Elemente, wie z. B. Spurstangen und Spurhebel, die gelenkten Fahrzeugrädern zur Einstellung eines gewünschten Lenkwinkels verschwenkbar sind, und welche Fahrzeuglenkung eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Lenkradwinkels der Lenkhandhabe und eines Verschwenkwinkels aufweist, der die Stellung der verschwenkbaren Fahrzeugräder beschreibt.

Überlagerungslenkungen, auch mit der Abkürzung"ESAS" bezeichnet, sind bekannt. Mit Hilfe eines Elektromotors sowie eines Überlagerungsgetriebes ist es damit möglich, unabhängig vom Fahrer einen Zusatzlenkwinkel dem Fahrerlenkwinkel zu überlagern.

Der grundsätzlicher Aufbau einer Überlagerungslenkung ist beispielsweise in der DE 197 51 125 A1 oder DE 199 05 433 AI dargestellt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Betrieb einer Fahrzeuglenkung zu verbessern und eine Fahrzeuglenkung der

eingangs genannten Art anzugeben, das/die gewährleistet, dass die Stellung der gelenkten Fahrzeugräder einem vom Fahrer durch das Lenkrad vorgegebener Lenkwunsch entspricht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Bereitstellung einer Fahrzeuglenkung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Für die Erfindung ist es demnach wesentlich, dass bei dem Verfahren ein Fehler oder eine Abweichung in einer Zuordnung zwischen einem gemessenen oder ermittelten oder abgeschätzten Lenkradwinkel und einem tatsächlich erfassten oder ermittelten oder abgeschätzten Verschwenkwinkel, der eine Stellung verschwenkbarer Fahrzeugräder beschreibt, ermittelt wird, und dass ein erkannter Zuordnungsfehler oder eine erkannte Zuordnungsabweichung zwischen dem Lenkradwinkel und dem Verschwenkwinkel ausgeglichen wird.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Lenkradwinkel gemessen wird.

Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, dass der Verschwenkwinkel gemessen wird.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein Zuordnungsfehler oder eine Zuordnungsabweichung ausgeglichen wird durch eine Maßnahme, die zu keiner ungewollten, einen Fahrer des Fahrzeugs irritierenden Lenkbewegung führt.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein Zuordnungsfehler oder eine Zuordnungsabweichung ausgeglichen wird durch eine Ausgleichsbewegung, die bei einer ersten Lenkbewegung durch den Fahrer nach einem Fahrtantritt erfolgt.

Nach der Erfindung wird das Verfahren für eine Überlagerungslenkung eingesetzt.

Erfindungsgemäß wird ein Zuordnungsfehler oder eine Zuordnungsabweichung ausgeglichen durch eine Ausgleichsbewegung mittels einer Überlagerungsfunktion der Überlagerungslenkung.

Die Aufgabe wird auch durch Fahrzeuglenkung für Kraftfahrzeuge gelöst, mit einer vom Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigbaren Lenkhandhabe sowie einem den gelenkten Fahrzeugrädern zugeordneten Stellaggregat, das wirkungsmäßig verbunden ist mit der Lenkhandhabe und mittels dem über ggf. weitere Elemente, wie z. B.

Spurstangen und Spurhebel, die gelenkten Fahrzeugrädern zur Einstellung eines gewünschten Lenkwinkels verschwenkbar sind, und welche Fahrzeuglenkung eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Lenkradwinkels der Lenkhandhabe und eines Verschwenkwinkels aufweist, der die Stellung der verschwenkbaren Fahrzeugräder beschreibt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fahrzeuglenkung eine Fehlerermittlungseinheit aufweist, mittels der ein Fehler oder eine Abweichung in einer Zuordnung zwischen dem Lenkradwinkel und dem Verschwenkwinkel ermittelt wird, und

dass die Fahrzeuglenkung eine Ausgleichseinheit aufweist, mittels der der Zuordnungsfehler oder die Zuordnungsabweichung ausgeglichen wird.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Fahrzeuglenkung einen Lenkradwinkel-Sensor und einen Sensor zur Erfassung des Verschwenkwinkels aufweist.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Fahrzeuglenkung eine Überlagerungslenkung ist und dass ein Zuordnungsfehler oder eine Zuordnungsabweichung durch einen Überlagerungsaktuator der Überlagerungslenkung ausgeglichen wird.

Der Begriff"Überlagerungslenkung"bedeutet hier ein Lenkungssystem, bei dem ein vom Fahrer eingegebener Lenkwinkel durch einen weiteren Winkel (Zusatzlenkwinkel) nach Maßgabe weiterer Größen, insbesondere fahrdynamischer Größen, mittels eines Überlagerungsaktuators überlagert werden kann.

Als Überlagerungsaktuators wird vorzugsweise ein elektrischer Aktuator, insbesondere ein Elektromotor verwendet, der auf ein Überlagerungsgetriebe wirkt und den Zusatzlenkwinkel weitgehend unabhängig vom Fahrer einstellen kann.

Das elektromotorisch angetriebene Überlagerungsgetriebe ist vorzugsweise zwischen einem Drehstab eines Lenkventils (Torsionsstab) und einem Lenkgetriebe bzw. einem Ritzel einer Zahnstangenlenkung angeordnet.

Vorteilhaft ist in diesem elektromechanischen Antriebsstrang weiterhin eine mechanische Verriegelung and/oder eine selbsthemmende Ausführung des Überlagerungsgetriebes vorgesehen. Diese stellt sicher, dass eine, zur Aufbringung eines Zusatzlenkwinkels erforderliche, Drehbewegung des Elektromotors nur durch die Einstellung eines entsprechenden Motormomentes, und nicht von einem angreifenden Motorlastmoment (z. B. Fahrer oder Ruckstellmomente) vorgenommen werden kann.

Aufbau und Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Fahrzeuglenkung werden nun anhand von Abbildungen (Fig.

1 bis Fig. 4) beispielhaft näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Überlagerungslenkung mit einer Regelung nach der Erfindung, Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Regelungskonzepts für einen Eingriff eines Fahrdynamikreglers, Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Regelungskonzepts zum Ausgleichen einer Lenkwinkelfehlstellung, und Fig. 4 eine graphische Auftragung einer Anstiegsbegrenzungsfunktion.

Die Grundstruktur einer Überlagerungslenkung (ESAS/Electric Steer Assisted Steering) mit einer Regelung nach der Erfindung ist in Fig. l schematisch dargestellt.

Das Überlagerungsgetriebe (1) wird hier in einer Überlagerungslenkung (2) in die geteilte Lenksäule (3) einer konventionellen Servolenkung (4) eingebaut. Mittels eines Motors (5) kann durch das Überlagerungsgetriebe (1) ein zusätzlicher oder reduzierter Lenkwinkel (6) an den Vorderräder (7) erzeugt werden (variable Lenkübersetzung).

Der durch die variable Lenkübersetzung resultierende Lenkwinkel wird durch einen Regler (8) eingestellt, welcher den E-Motor (5) steuert. Dem Regler (8) werden Signale von Drehwinkelsensoren (9,10) zugeführt, mittels denen der Drehwinkel OH (11) der Lenksäule (3) vor dem Drehstab (13) (Torsionsstab) des Lenkventils (14) und der Drehwinkel nach dem Überlagerungsgetriebe (1), der den Verschwenkwinkel der Räder 6,7 angibt, erfasst werden. Der Verschwenkwinkel wird als Drehwinkel 5R (15) des Ritzels (32) ("Ritzelwinkel") des Lenkgetriebes (31) erfasst.

Dabei wird der vom Fahrer über ein Lenkhandrad (29) eingestellte Lenkradwinkel OH (11) vorzugsweise mit einem bei Fahrzeugen mit einer Fahrdynamikregelung (ESP-Systemen) serienmäßig eingesetzten Lenkradwinkelsensor (9) erfasst.

Zwischen Lenkradwinkel Sn (11) und einem Eingangswinkel 5r (12) des Überlagerungsgetriebes (1) besteht je nach Steifigkeit des Drehstabes (13) (Torsionsstabs) des Lenkventils (14) und eines vom Fahrer aufgebrachtem Lenkmoments ein Differenzwinkel.

Neben dem Drehwinkel des Ritzels (32) des Lenkgetriebes (31), dem"Ritzelwinkel"bR (15), wird mit einem dritten Sensor (33) auch der Motorwinkel Suct (34) des Motors (5)

erfasst. Die Anforderungen bezüglich Genauigkeit and Auflösung für die Sensoren (10,33) bei der Erfassung des Drehwinkels ÖR des Ritzels (33) und des Motorwinkels öm"t (34) sind höher als beim Lenkradwinkelsensor (9).

Der hydraulische Druck für die konventionelle Servolenkung (4) wird durch eine Pumpe (16) erzeugt, die hier über einen Antrieb (17) mit dem Antriebsmotor (18) eines Fahrzeugs verbunden ist. Vorteilhaft ist es alternativ vorgesehen, dass die Pumpe (16) durch einen elektronisch gesteuerten Motor (E-Motor) bedarfsgerecht angetrieben wird.

Eine Unterstützung der Fahrerkraft erfolgt über einen hydraulischen Zylinder (19), welcher zwei Kammern (20,21) aufweist, die durch einen hydraulischen Kolben (22) getrennt sind, welcher verbunden ist mit einer Zahnstange (23) der Lenkung. Für eine Zufuhr und eine Abfuhr aus den hydraulischen Kammern (20,21) zwecks Druckregelung sind hydraulische Leitungen (24,25, 26,27) und ein Druckmittelvorratsbehälter (28) vorgesehen.

Bei der Überlagerungsfunktion der Lenkung wird dem Fahrerlenkwinkel BH (11) t der über den Drehstab (13) und das Getriebe (1) mit Übersetzungsfaktor 51 direkt auf das Lenkgetriebe (31) wirkt, entsprechend der gewünschten Grundlenkfunktion (im wesentlichen Lenkübersetzung) vom Lenkungsregler (8) ein zusätzlicher Lenkwinkel (Motorwinkel 5Mot) (35), der über ein Getriebe (36) mit einem zweiten Übersetzungsfaktor 52 (37) auf das Lenkgetriebe (31) wirkt, überlagert. Aus der Überlagerung resultiert als Summenwinkel ein bestimmter Drehwinkel des Ritzels (32) des Lenkgetriebes (31), d. h. der"Ritzelwinkel"5R (15).

Dem Regler (8) ist eine Fehlerermittlung (40) zugeordnet,

mittels der ein Fehler oder eine Abweichung in einer Zuordnung zwischen dem Lenkradwinkel, dem Fahrerlenkwinkel OH (11), und dem Verschwenkwinkel, hier dem"Ritzelwinkel" ÖR (15), ermittelt wird. Mittels einer Ausgleichsregelung wird ein Zuordnungsfehler oder eine Zuordnungsabweichung gemäß der Erfindung durch eine entsprechende Ansteuerung des Motors (5) ausgeglichen.

In der Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des Regelungskonzepts für einen Eingriff eines Fahrdynamikreglers dargestellt.

Fahrdynamische Lenkeingriffe von dem Fahrdynamikregler (38) werden als Zusatzlenkwinkel ÖÖESP (39), der korrigierend in das System eingreift, berücksichtigt. Dabei wird nach Maßgabe des Fahrerlenkwinkels (11) und einer Wunschlenkübersetzung iESAs ein Verstärkungsfaktor 66, ESAS (41) ermittelt, woraus sich der Fahrerwunsch BCMD, DRV (42) ergibt. Dieser wird mit dem aus dem Fahrdynamikregler (38) resultierenden Zusatzlenkwinkel OOESP (39) überlagert. Der daraus resultierende Sollwert für den Lenkwinkel ÒR, CMD (43) wird dem Regelkreis (44) für die Überlagerungslenkung zugeführt. Damit wird der resultierende Lenkwinkels OR = 5summe (15) eingestellt, wobei der resultierende Lenkwinkel (15) als Eingangsgröße in den Regelkreis (44) zurückgeführt wird (45).

Durch die Überlagerung kann entsprechend einer erkannten Fahrsituation das Fahrverhalten und die Fahrzeugdynamik positiv beeinflusst werden, wobei die Fahrstabilität einerseits als auch die Agilität des Fahrzeugs erhöht

werden kann. Insbesondere werden fahrdynamische Lenkungseingriffe realisiert, um den Fahrer bei seiner Lenktätigkeit zu unterstützen.

Während der Initialisierungsphase der Überlagerungslenkung nach einem POWERON-Reset, das bedeutet einem Start des Fahrzeugs mit neuem Zündungslauf, kann es vorkommen, dass die mittels der Lenkwinkelsensoren festgestellte Zuordnung zwischen dem Fahrerlenkwinkel OH (11), im folgenden auch "Lenkradwinkel"genannt, und dem Verschwenkwinkel, dem "Ritzelwinkel"5R (15), einem aufgrund der Grundlenkfunktion beim Systemstart geforderten Zusammenhang #R = (##,ESAS * #H) nicht entspricht.

Mögliche Ursachen hierfür sind einerseits Lenkbewegungen, die bei deaktivierter Überlagerungslenkung durchgeführt werden, z. B. im Fehlerfall oder bei ausgeschaltetem System, oder Restkorrekturwinkel, die vom Fahrdynamikregler nicht vollständig zu Null abgebaut werden. Denkbar ist auch, dass das System mit einer von der gegenwärtig geforderten abweichenden Lenkübersetzung abgeschaltet wurde.

Ohne das erfindungsgemäße Verfahren würde ein während der Initialisierungsphase unmittelbar vorgenommenes Ausgleichen des beschriebenen Zuordnungsfehlers durch die Vorgabe eines entsprechendes Lenkwinkel-Sollwertes (OCMD, DRV Ss, ESAS * OH) für die Regelung der Überlagerungslenkung je nach Größe des auszugleichenden Winkels zu einer Bewegung der gelenkten Räder oder des Lenkrades führen. Diese Bewegung

ist vom Fahrer nicht gewollt bzw. wurde von ihm nicht eingeleitet. Daher wird der Fahrer diese Bewegung als irritierend oder zumindest als sehr störend empfinden.

Nach der Erfindung wird der Zuordnungsfehler erfasst und kompensiert. Diese ist in der Fig. 3 näher dargestellt. Die durch den beschriebenen Zuordnungsfehler resultierende Lenkradschiefstellung wird dabei in der Weise ausgeglichen, dass sie für den Fahrer zu keinen ungewollten und irritierenden Lenkbewegungen führen. Im Idealfall wird das Ausgleichen dieses Zuordnungsfehlers vom Fahrer nicht bemerkt.

Erreicht wird dies, indem nach der ESAS- Systeminitialisierungsphase, z. B. durch ein Einschalten der "Zündung"des Fahrzeugs, die Ausgleichbewegung der ersten Lenkbewegung des Fahrers überlagert wird and spätestens bei Geradeausfahrt des Fahrzeuges abgeschlossen ist.

Zunächst wird während der System-Initialisierungsphase, dass bedeutet Init : S = 1 (50) einmalig der Wert für die Lenkwinkelfehlstellung als Differenz zwischen Lenkwinkel- Sollwert OCMD, DRV und tatsächlich vorliegenden Ritzelwinkel 5p ermittelt (5l) : ##0 = #CMD,DRV - #R = (##, ESAS * 5p)-5p Dieser Wert für die Lenkwinkelfehlstellung wird anschließend als Startwert (52) der Sollvorgabe 5CUD, DRV für die Lenkwinkelregelung überlagert (54) (##0,B = 55o für S = 1).

Nach Beendigung der Systeminitialisierungsphase wird S = 0 gesetzt und anschließend mit Hilfe einer Anstiegsbegrenzungsfunktion (55) mit dem Zielwert 55o, N = 0 (Null) (56) wird nun der Wert der Lenkwinkelfehlstellung 55o, B langsam zu Null abgebaut.

Der Wert für die maximale Winkeländerung (57) der Anstiegsbegrenzungsfunktion (55) ist von der Lenkgeschwindigkeit (58) des Fahrers abhängig : Aus der <BR> <BR> durch Differentiation (59) des Fahrerwunsches #CMD,DRV (42)<BR> # ermittelte Lenkgeschwindigkeit #CMD,DRV (58) wird eine maximale Anstiegsbegrenzung (57) ermittelt (60).

Solange der Fahrer keine Lenkbewegung durchführt, wird die Lenkwinkelfehlstellung auch nicht abgebaut. Die maximale Winkeländerung ist Null. Gleiches gilt für den Zeitraum, in dem sich das System in der Initialisierungsphase (S = 1) befindet.

Sobald der Fahrer eine anhand der Lenkgeschwindigkeit #CMD, DRV (58) messbare Lenkbewegung durchführt, lässt die Anstiegsbegrenzungsfunktion (55) ebenfalls eine Änderung von 550, B zu.

Durch die Anstiegsbegrenzungsfunktion (55) wird festgelegt, mit welcher maximalen Winkeländerung pro Reglerloop (1 Loop entspricht dem Ablauf eines Programms im Regler) eine anstiegsbegrenzte Lenkwinkelfehlstellung 550, B (61) sich ihrem Zielwert 55o, w = 0 annähert.

Solange diese Ausgleichsbewegung stattfindet (550, B SP

verschieden von Null) sind keine ESP-Lenkwinkeleingriffe möglich : ÖÖESP = 0, solange 55o, Bsp 0 0 Der Abbau der während der Systeminitialisierungsphase festgestellten Lenkwinkelfehlstellung ##0 zu Null erfolgt auf folgende Weise : Der aktuell berechnete Wert der Lenkwinkelfehlstellung ##0, B, der der Lenkwinkelsollwertvorgabe ÕÕCMD, DRV überlagert wird (54), wird zurückgeführt (68) auf ein zeitlich diskretes Totzeitglied (62), das das Signal ##0, B um einen Reglertakt (Loop) verzögert. An der Subtraktionsstelle (66) wird daraufhin der Wert der Lenkwinkelfehlstellung ##0, B des vorhergehenden Reglertaktes von Zielwert too, w = 0 (56) subtrahiert.

Die so berechnete Differenz wird einer Begrenzerfunktion (63) zugeführt, welche unter Berücksichtigung der maximalen Anstiegsbegrenzung d55o, max) (57) die mögliche Änderung des Wertes 55o, B in dem aktuellen Reglertakt (Loop) ermittelt bzw. auf den Maximalwert gdoõ0, maxl (57) begrenzt.

Das so ermittelte Ausgangssignal d##0, wird als Eingangsgröße einem zeitdiskreten Integriermodul (64) zugeführt, in dem die neue Ausgangsgröße des Moduls (64) sich berechnet aus der Addition der alten Ausgangsgröße und dem Signal dõõO. Da nach Beendigung der Systeminitialisierungsphase der Wert S = 0 ist, hat das Selektionsmodul (65) den Wert 1 und das Selektionsmodul (53) den Wert 0, was bedeutet, dass die Ausgangsgröße des

zeitdiskreten Integriermoduls (64) den neu ermittelten, begrenzten Wert d55o, B für die Lenkradschiefstellung repräsentiert.

Der durch diese Schritte neu ermittelte, begrenzte Wert bobo, B für die Lenkwinkelfehlstellung wird der Überlagerung für die Lenkwinkelregelung zugeführt (54).

Bei der Festlegung (60) des maximalen Wertes # d##0,max # (57) für die Anstiegsbegrenzung ist es vorgesehen einerseits einen möglichst schnellen aber auch komfortablen Abbau der Winkelfehlstellung zu erreichen. Andererseits ist es vorgesehen, dass die modifizierte Vorgabe der Lenkwinkelsollwerte entsprechend Fig. 3 : ÕCMD, DRV (Õ6, ESAS °E) EÕO, B nicht dazu führt, dass sich das Vorzeichen der Lenkradwinkelgeschwindigkeit von dem des Lenkwinkelsollwertes unterscheidet.

Um dies zu erreichen, wird die Festlegung des maximalen Wertes für die Anstiegsbegrenzung entsprechend der in Fig.

4 dargestellten Vorgehensweise vorgenommen.

Die Fig. 4 ist eine Auftragung des Gradienten 550, mit dem die Lenkwinkelfehlstellung ausgeglichen werden kann, als # Funktion der Lenkgeschwindigkeit #CMD,DRV des Fahrerwunsches.

Das durch die Werte +b und -# begrenzte

Lenkwinkelgeschwindigkeitsintervall stellt einen Unempfindlichkeitsbereich für den Ausgleich der Lenkwinkelfehlstellung dar. Liegt die Lenkgeschwindigkeit <BR> <BR> <BR> #<BR> <BR> #CMD,DRV des Fahrerwunsches innerhalb dieses Intervalles, so<BR> <BR> <BR> <BR> # ist ##0 = 0, ein Ausgleich der Lenkwinkelfehlstellung findet aufgrund der zu geringen Lenkbewegung des Fahrers nicht statt.

Die Geraden mit der Steigung K1 und K2 bedeuten hier den maximalen Geschwindigkeitswert für den Ausgleich der Lenkwinkelschiefstellung in Abhängigkeit des # Fahrerlenkwunsches #CMD,DRV. Liegt beispielsweise der bei der Systeminitialisierungsphase festgestellte Wert für 55o > 0, so gilt bei der Bestimmung der maximalen Anstiegsbegrenzung die Gerade mit der Steigung K2. Für einen Wert von dem Fahrerlenkwunsch ÕCMD, DRV SCMD, DRV, AP kann dann entsprechend w Fig. 4 der Wert für ##0 = ##0,AP ermittelt werden.

# Der Wert ##0,MAX stellt den Maximalwert für die Änderungsgeschwindigkeit dar mit der die Lenkwinkelschiefstellung ausgeglichen wird. Analog hierzu <BR> <BR> <BR> #<BR> <BR> <BR> ist der Wert -##0,MAX der entsprechende Minimalwert.

Die Werte der Unempfindlichkeitsschwelle +õ, die Steigungen K1 und K2 sowie die Grenzwerte für die maximale <BR> <BR> <BR> #<BR> <BR> <BR> Ausgleichsgeschwindigkeit ~##0,MAX können nach Komfortgesichtspunkten sowie aufgrund der verfügbaren Aktuatordynamik gewählt werden.

Somit ist die maximalen Anstiegsbegrenzung d55o, (57) eine Funktion der Lenkwinkelfehlstellung ##0 und der differenzierten Lenkwinkelfehlstellung 550, normiert auf die Reglerloopzeit. <BR> <BR> <BR> <P> # #<BR> # d##0,max # (57) =# ##0 (##0, ##0) # / Reglerloopzeit.

Mit"Reglerloopzeit"ist hier die Zeit für einen Programmdurchlauf des Lenkungsregelungs-Programms gemeint.

Die Loopzeit beträgt typisch 2 msec (Millisekunden) bis 5 msec.