DE102010021350A1

DE102010021350A1 - Verfahren zum elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels und Kraftfahrzeug mit einer elektromechanischen Lenkung

Info

Publication number: DE102010021350A1
Application number: DE102010021350A
Authority: DE
Inventors: Tilo Koch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-05-22
Filing date: 2010-05-22
Publication date: 2011-11-24
Also published as: WO2011147515A1

Abstract

Um einer Gierbewegung eines Kraftfahrzeugs (10) besser entgegenwirken zu können und den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit zu vergrößern, wird beim elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels an zumindest einer Radachse des Kraftfahrzeugs (10) bei einer Betätigung einer Lenkeinrichtung (26) durch einen Fahrer eine Unterstützungskraft bereitgestellt, deren Größe von einem Betriebszustand wenigstens einer Kraftmaschine (12, 14) zum Antreiben eines Rades (16, 18) des Kraftfahrzeugs (10) und/oder einer diesen Betriebszustand wiedergebenden Größe abhängig festgelegt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug (10) mit einer elektromechanischen Lenkung (24), welche einen Stellmotor (30) sowie eine Steuereinheit (28) zum Steuern des Stellmotors (30) umfasst. Die Steuereinheit (28) ist dazu ausgelegt, die Größe der Unterstützungskraft in Abhängigkeit von dem Betriebszustand wenigstens einer Kraftmaschine (12, 14) zum Antreiben eines Rades (16, 18) des Kraftfahrzeugs (10) und/oder einer diesen Betriebszustand wiedergebenden Größe zu berechnen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer elektromechanischen Lenkung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 4 angegebenen Art.
Beim Betätigen eines Lenkrads eines Kraftfahrzeugs muss der Fahrer des Kraftfahrzeugs in der Regel eine bestimmte Kraft anwenden, um den von ihm gewünschten Lenkwinkel einstellen zu können. Bei heutigen Kraftfahrzeugen wird deshalb eine als Servolenkung bezeichnete elektromechanische Lenkung verwendet. Diese unterstützt den Fahrer, indem durch einen Stellmotor beim Betätigen des Lenkrads eine Unterstützungskraft bereitgestellt wird, durch welche die vom Fahrer zum Durchführen der Lenkbewegung aufgebrachte Kraft ergänzt wird. So lässt sich das Fahrzeug komfortabler und sicherer lenken.
Ein Verfahren zum elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels an zumindest einer Radachse eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art ist beispielsweise durch die DE 10 2008 032 081 A1 offenbart.
Für moderne Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb der Räder ist außerdem bekannt, dass unterschiedliche Räder durch unterschiedliche elektrische Kraftmaschinen des Kraftfahrzeugs angetrieben werden können. Fällt bei derartigen Kraftfahrzeugen nun beispielsweise einer dieser Antriebsmotoren aus, so führt das Kraftfahrzeug eine Gierbewegung aus. Dies vermindert die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort, da der Fahrer aktiv gegenlenken muss, um die ursprüngliche Fahrtrichtung beibehalten zu können.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welches die Fahrsicherheit und der Fahrkomfort vergrößert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beziehungsweise durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst.
Um Beeinträchtigungen im Fahrkomfort und bei der Fahrsicherheit – beispielsweise beim Ausfall eines Antriebsmotors – zu verhindern bzw. zu reduzieren, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels eine Größe der Unterstützungskraft von einem Betriebszustand wenigstens einer Kraftmaschine zum Antreiben eines Rades des Kraftfahrzeugs und/oder einer diesen Betriebszustand wiedergebenden Größe abhängig festgelegt. Die Größe der Unterstützungskraft wird hierdurch besser an eine aktuelle Fahrsituation angepasst, sodass das Kraftfahrzeug komfortabler lenkbar und die Fahrsicherheit vergrößert ist. Außerdem wird eine Ausführungsform möglich, bei der es dem Fahrer erleichtert wird, einer unerwünschten Gierbewegung des Kraftfahrzeugs, welche auf einem ungleich starken Antreiben unterschiedlicher Räder – beispielsweise aufgrund des Ausfalls eines Antriebsmotors – beruht, entgegenzuwirken. Der Fahrer muss zwar weiterhin den zum Ausgleich der Gierbewegung erforderlichen Lenkwinkel durch Betätigen des Lenkrads einstellen, er kann dies nun aber in komfortabler Weise ohne großen Kraftaufwand tun. Hierdurch sind der Fahrkomfort und die Fahrsicherheit des Kraftfahrzeugs besonders groß.
Der Betriebszustand der Kraftmaschine wird bei modernen Kraftfahrzeugen in der Regel durch geeignete Steuereinheiten überwacht beziehungsweise festgestellt. Ein derart festgestellter aktueller Betriebszustand kann nun beispielsweise durch Aussenden entsprechender Daten von der Kraftmaschine zu einer Steuereinheit zum Steuern des Elektromotors übermittelt werden.
Die den Betriebszustand der Kraftmaschine wiedergebende Größe kann ein auf eine Radachse wirkendes Drehmoment sein. Dieses kann beispielsweise durch geeignete Sensoren gemessen werden. Mittels des Drehmoments ist der aktuelle Betriebszustand der Kraftmaschine auf einfache Weise feststellbar.
Alternativ oder zusätzlich kann das Drehmoment auch aus dem Betriebszustand der elektrischen Kraftmaschine abgeleitet werden, da in der Regel bekannt ist, welcher Betriebszustand der elektrischen Kraftmaschine welches Drehmoment an der Radachse bewirkt.
Die Größe der Unterstützungskraft kann nun in Abhängigkeit von einer Unterschiedlichkeit zweier Drehmomente, welche an jeweiligen Radachsen zweier bezüglich einer Längsachse des Kraftfahrzeugs einander gegenüberliegender Räder wirken, festgelegt werden. Ist der Betriebszustand zweier verschiedener Kraftmaschinen, welche unterschiedliche Räder antreiben, verschieden, so spiegelt sich das in der Unterschiedlichkeit der Drehmomente wieder. Es kann also einfach festgestellt werden, welche Unterstützungskraft notwendig ist, um einer auf ungleichen Betriebszuständen der Kraftmaschinen beruhenden unerwünschten Gierbewegung des Kraftfahrzeugs entgegenzuwirken.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine elektromechanische Lenkung mit zumindest einem Stellmotor zum Einstellen eines Lenkwinkels an einer Radachse. Der Stellmotor stellt bei einer Betätigung einer Lenkeinrichtung des Kraftfahrzeugs durch einen Fahrer eine Unterstützungskraft zum Einstellen des Lenkwinkels bereit. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst des Weiteren zwei Kraftmaschinen, welche auf zwei unterschiedliche, bezüglich einer Fahrzeuglängsachse einander gegenüberliegende Räder arbeiten. Zum Steuern des Elektromotors ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche dazu ausgelegt, eine Größe der Unterstützungskraft in Abhängigkeit von dem Betriebszustand wenigstens einer Kraftmaschine zum Antreiben eines Rades des Kraftfahrzeugs und/oder einer diesen Betriebszustand wiedergebenden Größe zu berechnen. Die Steuereinheit steuert den Stellmotor dann so an, dass er diese Unterstützungskraft bereitstellt.
Hierdurch kann eine auf unterschiedlichen Betriebszuständen verschiedener Kraftmaschinen beruhende Gierbewegung des Kraftfahrzeugs auf komfortable Weise durch eine einfache Lenkbewegung des Fahrers ausgeglichen werden. Beim Einstellen der Unterstützungskraft der Servolenkung ist die Gierbewegung des Kraftfahrzeugs schon berücksichtigt. Die Fahrsicherheit ist dadurch vergrößert.
Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, die Größe der Unterstützungskraft derart zu berechnen, dass ein von dem Betriebszustand der wenigstens einen Kraftmaschine abhängiges Giermoment durch die Unterstützungskraft kompensierbar ist. Der Fahrer kann dann durch einfaches, komfortables Einstellen des Lenkwinkels der Gierbewegung des Kraftfahrzeugs entgegenwirken. Es ist nicht notwenig, dass er hierfür sehr viel Kraft aufwendet, da die Unterstützungskraft bereits dem Giermoment entgegenwirkt.
In weiterer Ausgestaltung kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, die Größe der Unterstützungskraft in Abhängigkeit von zumindest einem auf eine Radachse wirkenden Drehmoment und einer Spurweite zwischen den beiden Rädern zu berechnen. Mittels dieser beiden Größen kann die Unterstützungskraft, welche erforderlich ist, um der Gierbewegung des Kraftfahrzeugs entgegenzuwirken, sehr exakt berechnet werden.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei die Figur in einer schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer elektromechanischen Lenkung veranschaulicht.
Ein Kraftfahrzeug 10 umfasst zwei Elektromotoren 12, 14. Diese arbeiten auf ein linkes Hinterrad 16 beziehungsweise auf ein rechtes Hinterrad 18. Es ist auch möglich, dass anstelle der Hinterräder 16, 18 zwei Vorderräder 20, 22 oder auch alle vier Räder 16, 18, 20, 22 durch einen jeweiligen Elektromotor einzeln angetrieben werden.
Das Kraftfahrzeug 10 umfasst des Weiteren eine Servolenkung 24. Stellt der Fahrer durch Betätigen eines Lenkrads 26 einen Lenkwinkel ein, so wird durch eine Steuereinheit 28 eine Größe einer Unterstützungskraft berechnet. Ein Stellmotor 30 wird dann so angesteuert, dass dieser zum Einstellen des Lenkwinkels die berechnete Unterstützungskraft bereitstellt. Der Fahrer kann dadurch mit geringerem Kraftaufwand den Lenkwinkel einstellen.
Fällt nun der Elektromotor 12 aus, so entsteht bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs 10 ein Giermoment. Dessen Größe hängt von der von dem weiterhin angetriebenen Rad 18 erzeugten Antriebskraft Fa ab.
Der Ausfall des Elektromotors 12 kann beispielsweise durch eine spezielle, in an sich bekannter Weise ausgebildete Überwachungseinrichtung des Kraftfahrzeugs 10 festgestellt werden. Die Information über den aktuellen Betriebszustand des Elektromotors 12 wird dann von der Überwachungseinrichtung an die Steuereinheit 28 übermittelt. Durch diese wird daraufhin die Größe einer Unterstützungskraft berechnet, durch welche die durch den Ausfall des Elektromotors 12 entstehende Gierbewegung des Kraftfahrzeugs 10 bei der Fahrt kompensierbar ist.
Hierzu wird zunächst die Größe des Giermoments M_Gier berechnet, welche beim Ausfall des Elektromotors 12 erzeugt wird. Diese beträgt: Fa·0,5·b = M_Gier, wobei b die Spurweite zwischen den Rädern 16, 18 und Fa die durch das Rad 18 ausgeübte Antriebskraft ist.
Durch die Steuereinheit 28 kann dann – beispielsweise unter Zuhilfenahme geeigneter Fahrdynamikmodelle – in an sich bekannter Weise einfach und schnell die Größe der Unterstützungskraft für das Einstellen des Lenkwinkels berechnet werden, welche das Giermoment kompensiert. Die Steuereinheit 28 steuert dann den Stellmotor 30 so an, dass er bei Betätigen des Lenkrads 26 durch den Fahrer zum Ausgleichen der Gierbewegung des Kraftfahrzeugs 10 die berechnete Unterstützungskraft bereitstellt.
Der Fahrer kann dann ohne große Kraftaufwendung die gewünschte Fahrrichtung beibehalten.
Zusätzlich oder alternativ kann auch durch Drehmomentsensoren 32, 34 festgestellt werden, wie groß jeweilige Drehmomente sind, welche durch die Elektromotoren 12, 14 in einer aktuellen Fahrsituation auf jeweilige Radachsen 36, 38 der Räder 16, 18 wirken. Die jeweils festgestellten Größen können dann ebenfalls von der Steuereinheit 28 der elektromechanischen Lenkung 24 dazu genutzt werden, die Größe einer Unterstützungskraft zu berechnen, welche notwendig ist, um einer auf unterschiedlichen Drehmomenten verschiedener Antriebsachsen beruhenden Gierbewegung des Kraftfahrzeugs 10 entgegenzuwirken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008032081 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels an zumindest einer Radachse eines Kraftfahrzeugs (10), bei welchem bei einer Betätigung einer Lenkeinrichtung (26) durch einen Fahrer eine Unterstützungskraft zum Einstellen des Lenkwinkels bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe der Unterstützungskraft von einem Betriebszustand wenigstens einer Kraftmaschine (12, 14) zum Antreiben eines Rades (16, 18) des Kraftfahrzeugs und/oder einer diesen Betriebszustand wiedergebenden Größe abhängig festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Betriebszustand der Kraftmaschine (12, 14) wiedergebende Größe ein auf eine Radachse (36, 38) wirkendes Drehmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Unterstützungskraft in Abhängigkeit von einer Unterschiedlichkeit zweier Drehmomente festgelegt wird, welche an jeweiligen Radachsen (36, 38) zweier bezüglich einer Längsachse des Kraftfahrzeugs (10) einander gegenüberliegenden Räder (16, 18) wirken.
Kraftfahrzeug (10) mit einer elektromechanischen Lenkung (24) mit zumindest einem Stellmotor (30) zum Einstellen eines Lenkwinkels an einer Radachse, mittels welchem bei einer Betätigung einer Lenkeinrichtung (26) des Kraftfahrzeugs (10) durch einen Fahrer eine Unterstützungskraft zum Einstellen des Lenkwinkels bereitstellbar ist, sowie mit zumindest zwei Kraftmaschinen (12, 14), die auf zwei unterschiedliche, bezüglich einer Fahrzeuglängsachse einander gegenüberliegende Räder (16, 18) arbeiten, und mit einer Steuereinheit (28) zum Steuern des Stellmotors (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (28) dazu ausgelegt ist, eine Größe der Unterstützungskraft in Abhängigkeit von dem Betriebszustand wenigstens einer Kraftmaschine (12, 14) zum Antreiben eines Rades (16, 18) des Kraftfahrzeugs (10) und/oder einer diesen Betriebszustand wiedergebenden Größe zu berechnen und den Stellmotor (30) so anzusteuern, dass er diese Unterstützungskraft bereitstellt.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (28) dazu ausgelegt ist, die Größe der Unterstützungskraft derart zu berechnen, dass ein von dem Betriebszustand der wenigstens einen Kraftmaschine (12, 14) abhängiges Giermoment durch die Unterstützungskraft kompensierbar ist.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (28) dazu ausgelegt ist, die Größe der Unterstützungskraft in Abhängigkeit von zumindest einem auf eine Radachse (36, 38) wirkenden Drehmoment und einer Spurweite zwischen den beiden Rädern (16, 18) zu berechnen.