BE1031130B1 - Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems eines Kraftfahrzeuges mit Erhöhung der Agilität mittels Hinterachslenkung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems eines Kraftfahrzeuges (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) zwei Achsen (10,20) mit jeweils zwei Rädern (RL,RR,FL,FR) umfasst, wobei die hinteren beiden Räder (RL,RR) mittels einer Hinterachslenkung lenkbar und über eine erste Zahnstange (5) miteinander verbunden sind, und die vorderen beiden Räder (FL,FR) mittels einer Vorderachslenkung lenkbar und über eine zweite Zahnstange (11) miteinander verbunden sind, und das Verfahren folgende Schritte umfasst: • Bestimmen einer Soll-Zahnstangenposition (14) der zweiten Zahnstange (11) basierend auf einer Lenkeingabe eines Fahrers, • Mittels der Soll-Zahnstangenposition (14), berechnen einer Soll-Gierrate (16) des Kraftfahrzeuges, • Messen einer Ist-Gierrate (17) und bilden einer Differenz zwischen Soll-Gierrate (16) und Ist-Gierrate (17), • Bestimmen einer Stellgröße für die Hinterachslenkung basierend auf der Differenz zwischen Soll-Gierrate (16) und Ist-Gierrate (17), und • Bestimmen einer Stellgröße für die Vorderachslenkung basierend auf der Soll-Zahnstangenposition (14).
Description
a BE2022/6012
Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems eines Kraftfahrzeuges mit
Erhöhung der Agilität mittels Hinterachslenkung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems eines Kraftfahrzeuges und ein Kraftfahrzeug, das dazu ausgelegt ist, ein solches
Verfahren durchzuführen.
Es ist bekannt in Kraftfahrzeugen aktive Lenkungen einzusetzen, bei denen zusätzlich zu dem vom Fahrer aufgebrachten Lenkwinkel ein Zusatzlenkwinkel eingestellt werden kann. Ein solcher Zusatzlenkwinkel kann zur Stabilisierung der
Quer- und Gierdynamik eingesetzt werden oder um die Agilität eines
Kraftfahrzeuges, beispielsweise beim Einlenken in eine Kurve zu erhöhen. Dies ist besonders nützlich in Situationen mit schnellen Lenkeingaben, z. B. bei
Ausweichmanövern.
Aus der DE 10 2021 131 739 B3 ist zudem ein Verfahren zum Steuern einer aktiven
Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs während eines Anlenkens aus einer
Geradeausfahrt heraus bekannt, wobei zumindest bei kleinen
Lenkradwinkeländerungen die Fahrdynamik verbessert werden soll. Das Verfahren sieht dabei vor, dass ein Ist-Lenksignal des Kraftfahrzeugs erfasst wird und ein
Differenzsignal mit einem Soll-Lenksignal, das notwendig wäre, um das Anlenken mit einer vorgegebenen Soll-Dynamik durchzuführen, gebildet wird, wobei basierend auf dem Differenzsignal ein Soll-Lenksignal für die Hinterachslenkung erzeugt und die Hinterachslenkung mit diesem Soll-Lenksignal angesteuert wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines
Lenksystems eines Kraftfahrzeuges anzugeben, das die Agilität des Kraftfahrzeuges und damit den Fahrkomfort erhöht.
Diese Aufgabe wird von einem Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Kraftfahrzeug, das dazu ausgelegt ist, ein solches Verfahren auszuführen, gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der
Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Demnach ist ein Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, wobei das Kraftfahrzeug zwei Achsen mit jeweils zwei Rädern umfasst, wobei die hinteren beiden Räder mittels einer Hinterachslenkung lenkbar und über eine erste Lenkstange miteinander verbunden sind, und die vorderen beiden Räder mittels einer Vorderachslenkung lenkbar und über eine zweite Lenkstange miteinander verbunden sind, und das Verfahren folgende Schritte umfasst: e Bestimmen einer Soll-Zahnstangenposition der ersten Zahnstange und der zweiten Zahnstange basierend auf einer Lenkeingabe des Fahrers, e Mittels der Soll-Zahnstangenposition aus den Zahnstangenpositionen der ersten und der zweiten Lenkstange, berechnen einer Soll-Gierrate des Kraftfahrzeuges, e Messen einer Ist-Gierrate und bilden einer Differenz zwischen Soll-Gierrate und
Ist-Gierrate, e Bestimmen einer StellgrôBe für die Hinterachslenkung basierend auf der
Differenz zwischen Soll-Gierrate und Ist-Gierrate, e Bestimmen einer StellgrôBe für die Vorderachslenkung basierend auf der Soll-
Zahnstangenposition.
Die StellgrôBe für die Hinterachslenkung bewirkt ein Gegenlenken der Hinterräder relativ zu der Lenkbewegung der Vorderräder. Aus dem Offset zwischen Soll-
Gierrate und Ist-Gierrate wird bevorzugt ein Korrekturwert bestimmt, welcher zu einer Soll-Zahnstangenposition der Hinterachslenkung addiert wird.
Das Verfahren trägt dazu bei, das Kraftfahrzeug beim Einlenken in eine Kurve wendiger zu machen und damit das Ansprechverhalten zu verbessern. Dies ist besonders nützlich in Situationen mit schnellen Lenkeingaben, wie zum Beispiel bei
Ausweichmanövern.
Das Verfahren reduziert sowohl die normale Verzögerung in der Fahrzeugdynamik als auch eine Verzögerung, die durch eine langsame Betätigung der vorderen
Zahnstange verursacht wird, insbesondere wenn der wenigstens eine Aktuator der vorderen Zahnstange in seiner Leistung begrenzt ist.
Weiterhin ist ein Kraftfahrzeug mit einer Steuereinheit vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren durchzuführen. Das Kraftfahrzeug umfasst bevorzugt
3 BE2022/6012 zwei Achsen mit jeweils zwei Rädern, wobei die hinteren beiden Räder mittels einer
Hinterachslenkung lenkbar und über eine erste Lenkstange miteinander verbunden sind, und die vorderen beiden Räder mittels einer Vorderachslenkung lenkbar und über eine zweite Lenkstange miteinander verbunden sind, wobei die Steuereinheit jeweils eine Stellgröße für die Vorderachslenkung und die Hinterachslenkung bestimmt. Vorzugsweise ist die Vorderachslenkung ein elektromechanisches
Lenksystem, das eine mechanische Verbindung zu einem Lenkrad aufweist. Das
Verfahren ist aber auch in Steer-by-Wire-Lenksystemen oder hydraulischen
Servolenksystemen einsetzbar. Es ist vorteilhaft, wenn sowohl die Vorderräder als auch die Hinterräder antreibbar sind. Vorzugsweise weist der Antrieb jeweils einen einzelnen Aktuator auf und die Räder der jeweiligen Achse sind über ein Differenzial antreibbar.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind dabei in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren zeigen:
Fig. 1: ein Kraftfahrzeug mit Vorderachs- und Hinterachslenkung,
Fig. 2: ein Blockdiagram zur Ansteuerung der Hinterachslenkung, sowie
Fig. 3: den Zeitlichen Verlauf des Lenkwinkels, der Gierrate und des vorderen und hinteren Radlenkwinkels.
In Figur 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 1 mit zwei Achsen 10,20 und vier
Rädern FL,FR,RL,RR dargestellt. Sowohl die Hinterräder RL,RR als auch die
Vorderräder FL,FR sind antreibbar. Ein Antrieb 2 der Hinterräder RL,RR ist auf einer
Hinterachse 20 angeordnet. Der Antrieb 2 weist einen einzelnen Aktuator 3 auf, insbesondere einen Elektromotor, der die Hinterräder RL,RR über ein Differenzial antreibt. Der Aktuator 3 ist über Antriebswellen 4 mit den lenkbaren Hinterrädern
RL,RR verbunden. Die lenkbaren Hinterräder RL,RR sind über eine Zahnstange 5 eines Zahnstangenlenkgetriebes 6 miteinander verbunden. Bei Verlagerung der
Zahnstange 5 quer zur Fahrtrichtung nach rechts oder links werden die Räder
RL‚RR um einen jeweiligen Schwenkpunkt verschwenkt. Der Antrieb 7 der
Vorderräder RL,RR ist auf einer Vorderachse 10 angeordnet. Der Antrieb 7 weist
40 BE2022/6012 einen einzelnen Aktuator 8 auf, insbesondere einen Elektromotor, der die
Vorderräder FL,FR über ein Differenzial antreibt. Der Aktuator 8 ist über
Antriebswellen 9 mit den lenkbaren Vorderrädern FL,FR verbunden. Die Vorderräder
FL,FR sind ebenfalls lenkbar und über eine zweite Zahnstange 11 eines zweiten
Zahnstangenlenkgetriebes 12 miteinander verbunden. Die Ansteuerung der beiden
Aktuatoren 3,8 erfolgt mittels Steuereinheit 13.
Der Fahrer gibt über ein nicht dargestelltes Lenkrad einen Lenkwinkel bzw. ein
Lenkmoment ein. Daraus wird eine Sollposition für die vordere Zahnstange 11 bestimmt.
Wie in Figur 2 schematisch dargestellt, wird anhand einer gewünschten
Zahnstangenposition 14 der Vorderachslenkung eine Soll-Zahnstangenposition 21 bestimmt. Dies erfolgt im Prinzip auch für die Hinterachslenkung. Anhand der
Zahnstangeninputs 15 der Vorder-und Hinterachslenkung wird eine Soll-Gierrate 16 ermittelt. Zwischen der Soll-Gierrate 16 und einer tatsächlichen Gierrate (Ist-
Gierrate) 17 des Fahrzeugs gibt es einen vorübergehenden Versatz (Offset). Dieser
Versatz 18, der durch eine verzögerte Reaktion des Fahrzeuges entsteht, wird berechnet und als Input für einen Regler 19 weitergegeben. Der Regler berechnet einen Korrekturwert, welcher zu der Soll-Zahnstangenposition der
Hinterachslenkung addiert wird.
Dadurch ist es möglich in hochdynamischen Fahrsituationen die Agilität des
Kraftfahrzeuges zu verbessern, da bewirkt wird, dass zu Beginn eines
Lenkmanövers an der Hinterachslenkung eine zeitlich begrenzte
Gegenlenkbewegung erzeugt wird. Durch ein gegensinniges Einlenken der
Hinterräder relativ zu den Vorderrädern verringert sich bei gleichbleibendem
Lenkwinkel an den Vorderrädern der Kurvenradius, so dass eine Erhöhung der
Agilität des Fahrzeugs erreicht werden kann. Der Versatz ist bei schnelleren
Bewegungen der vorderen Zahnstange größer, wodurch er besonders in hochdynamischen Situationen von Vorteil ist.
Figur 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der relevanten ZustandsgröBen. In dem oberen
Graphen ist der Lenkwinkel 8, der Drehwinkel des Lenkrades, gegen die Zeit t aufgetragen. Zum Zeitpunkt tl beginnt das Lenkmanöver. Das Lenkrad wird mit anfänglich hoher Geschwindigkeit eingeschlagen. Die Lenkgeschwindigkeit nimmt mit der Zeit ab bis ein ab dem Zeitpunkt t2 gleichbleibender Lenkwinkel am
Lenkrad anliegt. In dem mittleren Graphen ist der dazu korrespondierende zeitliche
Verlauf der Gierrate (dw/dt) dargestellt. Ab dem Zeitpunkt t1 steigt die Gierrate ebenfalls stark an. Die Soll-Gierrate 16 ist mittels gestrichelter Linie und die Ist- 5 Gierrate 17 ist mittels durchgehender Linie gegen die Zeit aufgetragen. Das
Einschlagen des Lenkrades bewirkt eine Verlagerung der Zahnstange, was ein
Giermoment, also ein Moment um die Hochachse des Fahrzeugs erzeugt. Die
Gierrate (auch Gierwinkelgeschwindigkeit) ist die Winkelgeschwindigkeit der
Drehung eines Fahrzeuges um die Hochachse. Wie dem Graphen zu entnehmen ist, kommt es zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 zu einem Versatz zwischen der Soll-
Gierrate und der Ist-Gierrate. Die Soll-Gierrate ist größer als die Ist-Gierrate. Der
Versatz ist bei höheren Lenkgeschwindigkeiten größer. Im Punkt t2 entspricht die
Ist-Gierrate der Soll-Gierrate.
Im unteren Graph sind die entsprechenden zeitlichen Verläufe des vorderen
Radlenkwinkels (gestrichelte Linie) ôf und des hinteren Radlenkwinkels (durchgehende Linie) ôr abgebildet. Der Radlenkwinkel der vorderen Räder hat einen ähnlichen Verlauf wie der Lenkwinkel. Die Differenz zwischen Soll-Gierrate und Ist-Gierrate wird, wie oben erläutert, zur Regelung der Hinterachslenkung verwendet. Dadurch werden die Hinterräder aus einer Geradeausstellung eingeschlagen und wieder zurückbewegt bis t2 erreicht ist. Die Hinterräder werden in die entgegengesetzte Richtung gelenkt. In dem Graph ist der Betrag des
Lenkwinkels abgebildet. Durch das Gegenlenken der Hinterräder wird die Agilität des Fahrzeuges erhöht.
Claims (6)
1. Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems eines Kraftfahrzeuges (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) zwei Achsen (10,20) mit jeweils zwei Rädern (RL,RR,FL,FR) umfasst, wobei die hinteren beiden Räder (RL,RR) mittels einer Hinterachslenkung lenkbar und über eine erste Zahnstange (5) miteinander verbunden sind, und die vorderen beiden Räder (FL,FR) mittels einer Vorderachslenkung lenkbar und über eine zweite Zahnstange (11) miteinander verbunden sind, und das Verfahren folgende Schritte umfasst: e Bestimmen einer Soll-Zahnstangenposition (14) der ersten Zahnstange (5) und der zweiten Zahnstange (11) basierend auf einer Lenkeingabe eines Fahrers, e Mittels der Soll-Zahnstangenposition (14) aus den Zahnstangenpositionen der ersten und der zweiten Lenkstange, berechnen einer Soll-Gierrate (16) des Kraftfahrzeuges, e Messen einer Ist-Gierrate (17) und bilden einer Differenz zwischen Soll- Gierrate (16) und Ist-Gierrate (17), e Bestimmen einer Stellgröße für die Hinterachslenkung basierend auf der Differenz zwischen Soll-Gierrate (16) und Ist-Gierrate (17), und e Bestimmen einer Stellgröße für die Vorderachslenkung basierend auf der Soll-Zahnstangenposition (14).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der Differenz zwischen Soll-Gierrate (16) und Ist-Gierrate (17) ein Korrekturwert bestimmt wird, der zu einer Soll-Zahnstangenposition der Hinterachslenkung addiert wird.
3. Kraftfahrzeug (1) mit einer Steuereinheit (13), die dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 durchzuführen.
70 BE2022/6012
4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug zwei Achsen (10,20) mit jeweils zwei Rädern (RL,RR,FL,FR) umfasst, wobei die hinteren beiden Räder (RL,RR) mittels einer Hinterachslenkung lenkbar und über eine erste Zahnstange (5) miteinander verbunden sind, und die vorderen beiden Räder (FL,FR) mittels einer Vorderachslenkung lenkbar und über eine zweite Zahnstange (11) miteinander verbunden sind und die Steuereinheit (13) jeweils eine Stellgröße für die Vorderachslenkung und die Hinterachslenkung bestimmt.
5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderachslenkung ein elektromechanisches Lenksystem ist.
6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderräder (FL,FR) und die Hinterräder (RR,RL) antreibbar sind und der Antrieb (2,7) pro Achse (10,20) jeweils einen einzelnen Aktuator (3,8) aufweist, wobei jeder Achse (10,20) ein Differential zugeordnet ist, dass die Räder (FR,FL,RR,RL) der jeweiligen Achse (10,20) antreibt.
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| BE1031130A1 BE1031130A1 (de) | 2024-07-05 |
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| WO2021144184A1 (de) * | 2020-01-14 | 2021-07-22 | Thyssenkrupp Presta Ag | Verfahren zur redundanten steuerung eines elektrischen lenksystems eines kraftfahrzeuges |
| DE102021131739B3 (de) * | 2021-12-02 | 2022-09-15 | Audi Ag | Verfahren und Steuerschaltung zum Steuern einer aktiven Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs während eines Anlenkens aus einer Geradeausfahrt heraus sowie Kraftfahrzeug mit der Steuerschaltung |
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2022
- 2022-12-13 BE BE20226012A patent/BE1031130B1/de active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2021144184A1 (de) * | 2020-01-14 | 2021-07-22 | Thyssenkrupp Presta Ag | Verfahren zur redundanten steuerung eines elektrischen lenksystems eines kraftfahrzeuges |
| DE102021131739B3 (de) * | 2021-12-02 | 2022-09-15 | Audi Ag | Verfahren und Steuerschaltung zum Steuern einer aktiven Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs während eines Anlenkens aus einer Geradeausfahrt heraus sowie Kraftfahrzeug mit der Steuerschaltung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE1031130A1 (de) | 2024-07-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Effective date: 20240708 |