DE10032182A1 - Steer-by-wire-Lenksystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem bei einem Kraftfahrzeug, das zur Durchführung eines Steer-by-wire-Betriebs ausgebildet ist. Mit einer Lenksäule sind einerseits eine Lenkhandhabe und andererseits ein Handmomentensteller antriebsverbunden. Eine Istmoment-Geberanordnung weist ein in die Lenksäule eingebundenes Torsionsfederelement, einen handhabenseitigen Lenkwinkelgeber und einen momentenstellerseitigen Lenkwinkelgeber auf und ermöglicht aus der Differenz der Lenkwinkelwerte der beiden Lenkwinkelgeber sowie aus einer Federkonstanten des Torsionsfederelements die Ermittlung von Istwerten des Handmoments. Eine Sollmoment-Erzeugeranordnung generiert in Abhängigkeit von Parametern, zumindest eines Lenkwinkelsollwertes, Momentsollwerte. Eine Steuerung betätigt in einem Normalbetrieb in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs der Momentwerte den Handmomentensteller im Sinne einer Regelung. DOLLAR A Die Betriebssicherheit des Lenksystems kann dadurch erhöht werden, daß eine Kompensatoranordnung vorgesehen ist, die aus Momentsollwerten Steuersignale zur Betätigung des Handmomentenstellers generiert, wobei die Steuerung die Funktion der beiden Lenkwinkelgeber der Istmoment-Geberanordnung überwacht und bei Ausfall eines der beiden Lenkwinkelgeber in einen Notbetrieb umschaltet, in dem die Steuerung den Handmomentensteller mit den Steuersignalen der Kompensatoranordnung im Sinne einer Steuerung betätigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, das zur Durchführung eines Steer-by-Wire-Betriebs ausgebildet ist.

Ein solches Lenksystem weist eine Lenkhandhabe, vorzugsweise ein Lenkhandrad auf, die mit einer Lenksäule antriebsverbunden ist und zur Einleitung von Handmomenten in diese Lenksäule dient. Mit der Lenkhandhabe wird ein Lenkwinkel-Sollwertgebet betätigt. Des weiteren besitzt ein solches Lenksystem üblicherweise einen Lenkstellantrieb, der mit lenkbaren Antriebsrädern mechanisch gekoppelt ist und zu deren Betätigung dient. Ein Lenkwinkel-Istwettgeber wird mit den lenkbaren Fahrzeugrädern betätigt. Im Steer-by-Wire-Betrieb des Lenksystems besteht keine mechanische oder hydraulische Zwangskopplung zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern. Die Übertragung des Fahrerwunsches in eine Lenkverstellung der Fahrzeugräder wird durch eine Steuerung realisiert, die in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs der Lenkwinkelwerte den Lenkwinkelsteller betätigt. Insoweit besteht eine elektronische Kopplung zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern.

Da im Steer-by-Wire-Betrieb des Lenksystems die Lenkhandhabe von den gelenkten Fahrzeugrädern mechanisch getrennt ist, kann der Fahrer von der Fahrbahnoberfläche ausgehende und an den lenkbaren Fahrzeugrädern angreifende Reaktionskräfte an der Lenkhandhabe nicht mehr spüren, die bei einer mechanischen Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und Fahrzeugrädern vom Fahrer wahrgenommen werden könnten. Um dieses Problem zu beseitigen, weisen derartige Lenksysteme einen Handmomentensteller auf, der mit der Lenksäule antriebsverbunden ist und zur Einleitung von Gegenmomenten in die Lenksäule dient. Bei einer entsprechenden Betätigung dieses Handmomentenstellers kann dem Fahrer an der Lenkhandhabe das Gefühl vermittelt werden, als ob die Lenkhandhabe mit den lenkbaren Fahrzeugrädern mechanisch zwangsgekoppelt wäre.

Um einen solchen Handmomentensteller in der gewünschten Weise betätigen zu können, weist ein Lenksystem der eingangs genannten Art einen Istmoment-Geberanordnung auf, die ein Torsionsfederelement umfaßt, das zwischen Lenkhandhabe und Handmomentensteller in die Lenksäule antriebsgekoppelt eingebunden ist. Ein solches Torsionsfederelement kann beispielsweise durch einen Drehfederstab gebildet sein. Die Istmoment-Geberanordnung weist außerdem einen handhabenseitigen Lenkwinkelgeber auf, der einem der Lenkhandhabe zugewandten Ende des Torsionsfederelements zugeordnet ist. Außerdem besitzt die Istmoment-Geberanordnung einen momentenstellerseitigen Lenkwinkelgeber, der einem dem Handmomentensteller zugeordneten Ende des Torsionsfederelements zugeordnet ist. Aus der Differenz der Lenkwinkelwerte der beiden Lenkwinkelgeber sowie aus einer Federkonstanten des Torsionsfederelements können dann Istwerte für das an der Lenkhandhabe wirksame Handmoment ermittelt werden.

Des weiteren benötigt das eingangs genannte Lenksystem eine Sollmoment-Erzeugeranordnung, die in Abhängigkeit von Parametern, z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, zumindest jedoch in Abhängigkeit eines Lenkwinkel-Sollwertes, einen Sollwert für das Gegenmoment generiert, das vom Fahrer an der Lenkhandhabe spürbar sein soll. Eine Steuerung des Handmomentenstellers bzw. eine Steuerung des Lenksystems - die Funktionen der Handmomentensteller-Steuerung können in die Lenksystem-Steuerung integriert sein - betätigt dann den Handmomentensteller in Abhängkeit eines Soll-Ist-Vergleichs der Momentwerte, so daß die an der Lenkhandhabe wirksamen Momente geregelt werden.

Um für ein solches Lenksystem eine hohe Betriebssicherheit erzielen zu können, werden beispielsweise die Lenkwinkelgeber der Istmoment-Geberanordnung redundant, also in doppelter Ausführung angeordnet, um bei Ausfall eines der Sensoren die Funktion des Handmomentenstellers gewährleisten zu können. Eine ordnungsgemäße Funktion des Handmomentenstellers ist zur Aufrechterhaltung eines sicheren Fahrgefühls besonders wichtig. Die redundante Bauweise der Lenkwinkelgeber erfordert einerseits einen relativ großen Bauraum und ist andererseits kostspielig.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Lenksystem der eingangs genannten Art eine Ausführungsform anzugeben, die relativ preiswert ist und die mit einem niedrigen Bauraumbedarf auskommt, wobei die Fahrzeugsicherheit gewährleistet werden soll, wenn einer der Lenkwinkelgeber ausfällt.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch einen Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das an der Lenkhandhabe spürbare Moment in einem Normalbetrieb, bei dem beide Lenkwinkelgeber ordnungsgemäß arbeiten, zu regeln und in einem Notbetrieb, bei dem nur noch einer der Lenkwinkelgeber zur Verfügung steht, zu steuern. Zu diesem Zweck besitzt das erfindungsgemäße Lenksystem eine Kompensatoranordnung, die aus Moment-Sollwerten Steuersignale zur Betätigung des Handmomentenstellers generiert. Mit Hilfe dieser Kompensatoranordnung wird dabei versucht, den Handmomentensteller so anzusteuern, daß das aufgrund dieser Ansteuerung an der Lenkhandhabe resultierende, jedoch von der Steuerung nicht mehr meßbare, Istmoment möglichst exakt dem Sollmoment entspricht.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kompensatoranordnung so ausgestaltet, daß sie die über die Lenksäule realisierte physikalische Kopplung zwischen der Lenkhandhabe und dem Handmomentensteller kompensiert. Diese physikalische oder mechanische Kopplung beinhaltet dynamische Effekte, die beim Betätigen der Lenkhandhabe sowie des Handmomentenstellers bewirken, daß das am Handmomentensteller erzeugte Moment von dem an der Lenkhandhabe spürbaren Moment abweichen kann, wodurch die Lenkung dem Fahrer das gewünschte Lenkgefühl bei herkömmlichen Lenksystemen nicht übermitteln kann. Bei der Erfindung werden im Normalbetrieb derartige Abweichung ausgeregelt und im Notbetrieb durch die Kompensatoranordnung kompensiert, so daß das erfindungsgemäße Lenksystem in beiden Betriebsarten das gewünschte Lenkgefühl vermitteln kann.

Dynamische Effekte, die die Momentübertragung zwischen Handmomentsteller und Lenkhandhabe beeinflussen, sind beispielsweise Massenträgheitsmomente, Dämpfungswerte, Reibungswiderstände, die z. B. an der Lenkhandhabe bzw. am Handmomentensteller bzw. an der Lenksäule wirksam sind und insbesondere vom Lenkwinkel, von der Lenkwinkelgeschwindigkeit und von der Lenkwinkelbeschleunigung abhängen.

Bei speziellen Ausführungsformen können die Kompensatoranordnung oder die Sollmoment-Erzeugeranordnung bei der Generierung der Steuersignale bzw. der Momentsollwerte berücksichtigen, ob der handhabenseitige Lenkwinkelgeber oder der momentenstellerseitige Lenkwinkelgeber ausgefallen ist. Da das Torsionsfederelement zwischen den beiden Lenkwinkelgebern angeordnet ist, besteht regelmäßig eine Differenz zwischen den Lenkwinkelwerten der beiden Lenkwinkelgeber. Daraus resultierende Abweichungen hinsichtlich des Sollmoments bzw. der Steuersignale können durch die erfindungsgemäße Maßnahme ausgeglichen werden.

Zweckmäßigerweise kann die Steuerung überwachen, ob im Zeitpunkt des Ausfalls eines der Lenkwinkelgeber eine Differenz zwischen dem letzten ordnungsgemäß geregelten Steuersignal des Normalbetriebs und dem ersten gesteuerten Steuersignal des Notbetriebs besteht. Für den Fall, daß eine kritische Differenz besteht, berücksichtigt die Steuerung bei den Steuersignalen des Notbetriebs diese Differenz und gleicht diese sukzessive aus. Auf diese Weise wird verhindert, daß bei Vorliegen einer Differenz ein für den Fahrer unerwarteter Handmomentensprung spürbar wird, wenn das Lenksystem in den Notbetrieb umschaltet.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 einen schaltplanartigen, stark vereinfachten Aufbau eines erfindungsgemäßen Lenksystems und

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Lenksystems bei Ausfall eines Lenkwinkelgebers.

Entsprechend Fig. 1 weist ein erfindungsgemäßes Lenksystem 1 eine Lenkhandhabe 2, hier ein Lenkhandrad auf, das von einem Fahrzeugführer manuell betätigbar ist. Die Lenkhandhabe 2 ist mit einer Lenksäule 3 antriebsverbunden, so daß der Fahrer über die Lenkhandhabe 2 ein Handmoment in die Lenksäule 3 einleiten kann. An der Lenksäule 3 ist ein Lenkwinkel- Sollwertgeber 45 angeordnet, der über eine Signalleitung 46 mit einer Steuerung 8 verbunden ist. Mit Hilfe dieses Lenkwinkel-Sollwertgebers 45 kann der Fahrerwunsch für eine Betätigung des Lenksystems 1 ermittelt werden.

Die Lenksäule 3 ist mit einer Zahnscheibe 10 drehfest verbunden, über die ein Handmomentensteller 11 an der Lenksäule 3 angreift. Der Handmomentensteller 11 ist vorzugsweise nach Art eines Elektromotors aufgebaut und kann über eine Steuerleitung 47 von der Steuerung 8 betätigt werden. Zwischen der Lenkhandhabe 2 und dem Handmomentensteller 11 ist in der Lenksäule 3 eine Istmoment- Geberanordnung 44 angeordnet, die durch eine geschweifte Klammer symbolisiert ist. Diese Istmoment-Geberanordnung 44 weist einen Torsionsstab 9 auf, der antriebsgekoppelt in die Lenksäule 3 eingebunden ist. Beiderseits des Torsionsstabes 9 sind Lenkwinkelgeber 4 und 5 angeordnet, die über Signalleitungen 6 und 7 mit der Steuerung 8 des Lenksystems 1 verbunden sind. Der eine Lenkwinkelgeber 4 ist demjenigen Ende des Torsionsstabes 9 zugeordnet, das mit der Lenkhandhabe. 2 verbunden ist, so daß dieser Lenkwinkelgeber 4 im folgenden als handhabenseitiger Lenkwinkelgeber 4 bezeichnet wird. Im Unterschied dazu ist der andere Lenkwinkelgeber 5 an demjenigen Ende des Torsionstabes 9 angeordnet, das mit dem Handmomentensteller 11 verbunden ist, so daß dieser Lenkwinkelgeber 5 im folgenden als momentenstellerseitiger Lenkwinkelgeber 5 bezeichnet wird.

Das an der Lenkhandhabe 2 wirksame Handmoment kann mit Hilfe der Istmoment-Geberanordnung 44 aus der Differenz der Lenkwinkelwerte der Lenkwinkelgeber 4 und 5 in Verbindung mit der Federkonstanten oder der Kennlinie des Torsionstabes 9 ermittelt werden. Das an der Lenkhandhabe 2 fühlbare Handmoment wird im folgenden auch als Istmoment bezeichnet.

Die Lenksäule 3 endet mit einem als Spindelstange ausgebildeten Endabschnitt 12 in einem Geberzylinder 13 und treibt darin einen Kolben 14 an. Dieser Kolben 14 trennt im Geberzylinder 13 zwei Kammern 15 und 16, die über Hydraulikleitungen 17 und 18 mit entsprechenden Kammern 19 und 20 eines Lenkstellantriebs 21 verbunden sind. Der Lenkstellantrieb 21 ist dabei als Kolben-Zylinder-Aggregat ausgebildet, dessen Kolbenstange 22 über Spurstangen 23 und 24 an lenkbaren Fahrzeugrädern 25 und 26 angreift, wobei eine Verstellung der Kolbenstange 22 eine Lenkbetätigung der Fahrzeugräder 25 und 26 bewirkt. Mit der Kolbenstange 22 wirkt ein Lenkwinkel-Istwertgeber 42 zusammen, der über eine Signalleitung 43 mit der Steuerung 8 verbünden ist.

Auf der Kolbenstange 22 sitzen zwei Kolben 27 und 28, die im Inneren eines Zylinders 29 des Lenkstellantriebs 21 vier Kammern ausbilden, nämlich die vorgenannten, axial außenliegenden Kammern 19 und 20 sowie axial innenliegende Kammern 30 und 31, die im Zylinder 29 durch eine zylinderfeste Trennwand 32 voneinander axial getrennt sind.

Die axial innenliegenden Kammern 30 und 31 sind über Hydraulikleitungen 33 und 34 an ein Servoventil 35 angeschlossen, das über eine Steuerleitung 36 durch die Steuerung 8 betätigbar ist, und über eine Hochdruckleitung 37 mit einer Servopumpe 38 und über eine Niederdruckleitung 39 mit einem relativ drucklosen Hydraulikmittelreservoir 40 verbunden. Die Servopumpe 38 ist saugseitig ebenfalls an das Hydraulikmittelreservoir 40 angeschlossen und kann über eine Steuerleitung 41 von der Steuerung 8 betätigt werden.

Des weiteren enthält die Steuerung 8 eine Sollmoment- Erzeugeranordnung 48 sowie eine Kompensatoranordnung 49. Die Sollmoment-Erzeugeranordnung 48 kann in Abhängigkeit eines Lenkwinkelsollwertes sowie gegebenenfalls weiterer Parameter, wie z. B. die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, Sollwerte für ein Gegenmoment generieren, das vom Handmomentensteller 11 in die Lenksäule 3 eingeleitet werden und an der Lenkhandhabe 2 spürbar sein soll. Dieses erwünschte Gegenmoment wird im folgenden als Sollmoment bezeichnet. Der Kompensator 49 generiert aus Momentsollwerten Steuersignale zur Betätigung des Handmomentenstellers 11, mit denen die Steuerung 8 in einem Notbetrieb der Istmoment-Geberanordnung 44 den Handmomentensteller 11 steuert.

Das erfindungsgemäße Lenksystem 1 arbeitet wie folgt:

Im Steer-by-Wire-Betrieb vergleicht die Steuerung 8 permanent die Istwerte und Sollwerte der Lenkwinkel und steuert dementsprechend das Servoventil 35 sowie die Servopumpe 38. Die hydraulische Kopplung zwischen dem Geberzylinder 13 und den einen Nehmerzylinder bildenden axial außenliegenden Kammern 19 und 20 des Lenkstellantriebes 21 kann hierbei offen sein, wobei entsprechende Ventilmittel oder dergleichen hier aus Gründen der Übersicht weggelassen sind.

Die Steuerung 8 überwacht permanent die ordnungsgemäße Funktion der Lenkwinkelgeber 4 und 5 der Istmoment- Geberanordnung 44. Sofern beide Lenkwinkelgeber 4, 5 ordnungsgemäß arbeiten, liegt für die Istmoment-Geberanordnung 44 ein Normalbetrieb vor, in dem die Steuerung 8 aus der Differenz der Lenkwinkelwerte beider Lenkwinkelgeber 4 und 5 sowie aus der Kennlinie des Torsionsstabes 9 das Istmoment ermittelt.

Die Sollmoment-Erzeugeranordnung 48 liefert das für den aktuellen Fahrzustand gewünschte Sollmoment, wozu die Sollmoment-Erzeugeranordnung 48 vorzugsweise den Lenkwinkel- Sollwert des Lenkwinkel-Sollwertgebers 45 heranzieht. Ebenso ist es möglich, daß die Sollmoment-Erzeugeranordnung 48 zur Ermittlung des Sollmoments auf den Lenkwinkelwert des handhabenseitigen Lenkwinkelgebers 4 oder auf den Lenkwinkelwert des momentenstellerseitigen Lenkwinkelgebers 5 zurückgreift. Über die Steuerleitung 47 betätigt die Steuerung 8 dann den Handmomentensteller 11 im Sinne einer Regelung, das heißt die Steuerung führt einen Soll-Ist-Vergleich der Momente durch, um diese in Übereinstimmung zu bringen.

Für den Fall, daß einer der beiden Lenkwinkelgeber 4 und, 5 fehlerhaft arbeitet und somit ausfällt, schaltet die Steuerung 8 auf einen Notbetrieb der Istmoment-Geberanordnung 44 um, mit der Folge, daß die Steuerung 8 den Handmomentensteller 11 nunmehr mit den Steuersignalen des Kompensators 49 im Sinne einer Steuerung betätigt. Die Steuersignale werden dabei vom Kompensator 49 so erzeugt, daß sich das erwünschte Sollmoment an der Lenkhandhabe 2 möglichst exakt einstellt. Dabei berücksichtigt die Kompensatoranordnung dynamische Effekte, die bei der Betätigung der aus Lenkhandhabe 2, Lenksäule 3 und Handmomentensteller 11 gebildeten physikalischen Strecke oder Kopplung entstehen. Beispielsweise weisen der Handmomentensteller 11 und die Lenkhandhabe sowie die Lenksäule 3 Trägheitsmomente auf, die einer direkten Momentübertragung entgegenwirken. Ebenso besitzt der gleichzeitig mitverstellte Geberzylinder 13 ein Trägheitsmoment, das ebenfalls berücksichtigt werden muß. Außerdem berücksichtigt die Kompensatoranordnung 49 Dämpfungseffekte und Reibungswiderstände sämtlicher mitbewegter Elemente.

Die Kompensatorfunktion beruht auf der Basis des folgenden Gleichungssystems:

Gleichung 1

Gleichung 2

Dabei sind:
θ_LR = Winkel der Lenkhandhabe 2,
J_LR = Massenträgheitsmoment der Lenkhandhabe 2,
d_LR = Dämpfung der Lenkhandhabe 2,
K_T = Steifigkeit des Torsionsstabs 9
θ_LS = Winkel des momentenstellerseitigen Teils der Lenksäule 3,
J_LS = Trägheitsmoment des momentenstellerseitigen Teils der Lenksäule 3,
d_LS = Dämpfung des momentenstellerseitigen Teils der Lenksäule 3,
b_LS = Koeffizient der trockenen Reibung des momentenstellerseitigen Teils der Lenksäule 3,
u_M = Motorspannung des Handmomentenstellers 11,
K_M = Spannungs-Drehmomentumwandlung im Handmomentensteller 11,
T_F = Handmoment des Fahrers.

Dieses Gleichungssystem beruht auf der Vereinfachung, daß die Lenksäule 3 zwischen dem handhabenseitigen Lenkwinkelgeber 4 und der Lenkhandhabe 2 sowie zwischen dem momentenstellerseitigen Lenkwinkelgeber 5 und dem Handmomentensteller 11 starr ist. Eine weitere Vereinfachung ergibt sich dadurch, daß sämtliche dynamischen Effekte zwischen der Lenkhandhabe 2 und dem handhabenseitigen Lenkwinkelgeber 4 in den Werten der Lenkhandhabe 2 berücksichtigt sind, während die entsprechenden dynamischen Effekte zwischen dem momentstellerseitigen Lenkwinkelgeber 5 und dem Handmomentensteller 11, einschließlich denjenigen des Handmomentenstellers 11, bei den Werten der Lenksäule 3 berücksichtigt sind. Des weiteren können auch die dynamischen Effekte der anderen mitbewegten Elemente, z. B. Geberzylinder, bei den Werten der Lenkhandhabe 2 und/oder bei den Werten des Handmomentenstellers 11 berücksichtigt sein.

Bezugnehmend auf Fig. 2 findet sich Gleichung 1 des obigen Gleichungssystems dort im Bereich der links wiedergebenden Verknüpfung 50 wieder, die durch ein Kreissymbol dargestellt ist. Eingangsseitig erhält diese Verknüpfung 50 zum einen das Handmoment T_F des Fahrers und zum anderen das Torsionsmoment aus der Verwindung des Torsionsstabes 9. Dieses Torsionsmoment ergibt sich dabei aus dem Lenksäulenwinkel θ_LS und der Steifigkeit K_T des Torsionsstabes 9, die in Fig. 2 durch ein Rechteck symbolisiert ist. Das Ergebnis dieser Verknüpfung 50 wird bei 51 mit dem Kehrwert eines Polynoms p_LR(s) verknüpft, das sich aus einer Laplace-Transformation der Gleichung 1 ergibt. Diese Verknüpfung 51 liefert im Ergebnis den Handhabenwinkel θ_LR.

In Fig. 2 ist rechts in einem die obengenannte Gleichung 2 repräsentierenden Bereich eine Verknüpfung 52 durch ein Kreissymbol dargestellt, die eingangsseitig ein Torsionsmoment erhält, das sich aus dem Handhabenwinkel θ_LR und der Steifigkeit K_T des Torsionsstabes 9 ergibt. Außerdem erhält die Verknüpfung 52 das Motormoment des Handmomentenstellers 11, das sich aus der Motorspannung u_M und dem Koeffizienten K_M für die Spannungs-Drehmomentumwandlung im Handmomentensteller 11 ergibt. Außerdem können hier Störgrößen ν berücksichtigt werden. Das Ergebnis dieser Verknüpfung 52 wird bei 53 mit dem Kehrwert eines Polynoms p_LS(s) verknüpft, das sich aus einer Laplace-Transformation der Gleichung 2 ergibt. Die letztgenannte Verknüpfung 53 liefert dann den Lenksäulenwinkel θ_LS.

Die Motorspannung u_M bildet hierbei das Steuersignal, das vom Kompensator 49 in Abhängigkeit des von der Sollmoment- Erzeugeranordnung 48 generierten Sollwertes für das Gegenmoment generiert wird. Dieses Sollmoment wird hierbei in Abhängigkeit des Lenksäulenwinkel θ_LS ermittelt, wenn der handhabenseitige Lenkwinkelgeber 4 ausgefallen ist. In entsprechender Weise wird das Sollmoment in Abhängigkeit des Handhabenwinkel θ_LR ermittelt, wenn der momentstellerseitige Lenkwinkelgeber 5 ausgefallen ist.

Mit Hilfe der Sollmoment-Erzeugeranordnung 48, die ein Handmoment generiert, und des Kompensators 49 kann durch Rückkopplung des Signals eines der beiden Lenkwinkelgeber 4 und 5 auf den Handmomentensteller 11 ein vorgegebenes dynamisches Verhalten des Lenksystems gezielt eingestellt werden.

Eine Möglichkeit besteht zum Beispiel in folgendem:

Der Kompensator 49 bildet dabei eine Inversion der zwischen Handmomentensteller 11 und Lenkhandhabe 2 wirksamen physikalischen Strecke, die durch das obige Gleichungssystem vereinfacht dargestellt ist. Diese inverse Strecke oder invertierte Strecke des Kompensators 49 ist dabei modifiziert, um Störeinflüsse, z. B. mittels einer Tiefpass-Charakteristik, zu reduzieren.

Claims (7)

1. Zur Durchführung eines Steer-by-Wire-Betriebs ausgebildetes Lenksystem (1) eines Kraftfahrzeuges,
mit einer Lenkhandhabe (2), z. B. Lenkhandrad, die mit einer Lenksäule (3) antriebsverbunden ist und zur Einleitung von Handmomenten in die Lenksäule (3) dient,
mit einem Handmomentensteller (11) der mit der Lenksäule (3) antriebsverbunden ist und zur Einleitung von Gegenmomenten in die Lenksäule (3) dient,
mit einer Istmoment-Geberanordnung (44), die ein zwischen Lenkhandhabe (2) und Handmomentensteller (11) in die Lenksäule (3) antriebsgekoppelt eingebundenes Torsionsfederelement (9), einen der Lenkhandhabenseite des Torsionsfederelements (9) zugeordneten handhabenseitigen Lenkwinkelgeber (4) und einen der Handmomentenstellerseite des Torsionsfederelements (9) zugeordneten momentenstellerseitigen Lenkwinkelgeber (5) aufweist und die aus der Differenz der Lenkwinkelwerte der beiden Lenkwinkelgeber (4, 5) sowie aus einer Federkonstanten des Torsionsfederelements (9) die Ermittlung von Momentistwerten ermöglicht,
mit einer Sollmoment-Erzeugeranordnung (48) die in Abhängigkeit von Parametern, zumindest eines Lenkwinkel- Sollwertes, Momentsollwerte generiert,
mit einer Steuerung (8), die in einem Normalbetrieb der Istmoment-Geberanordnung (44) in Abhängigkeit eines Soll-Ist- Vergleichs der Momentwerte den Handmomentensteller (11) regelnd betätigt,
wobei eine Kompensatoranordnung (49) vorgesehen ist, die aus Momentsollwerten Steuersignale zur Betätigung des Handmomentenstellers (11) generiert,
wobei die Steuerung (8) die Funktion der beiden Lenkwinkelgeber (4, 5) der Istmoment-Geberanordnung (44) überwacht und bei Ausfall eines der beiden Lenkwinkelgeber (4, 5) in einen Notbetrieb der Istmoment-Geberanordnung (44) umschaltet, in dem die Steuerung (8) den Handmomentensteller (11) mit den Steuersignalen der Kompensatoranordnung (4) steuernd betätigt.

2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensatoranordnung (49) die über die Lenksäule (3) realisierte physikalische Kopplung zwischen der Lenkhandhabe (2) und dem Handmomentensteller (11) kompensiert.

3. Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensatoranordnung (49) Massenträgheitsmomente und/oder Dämpfungswerte und/oder Reibungswiderstände der Lenkhandhabe (2) und/oder des Handmomentenstellers (11) und/oder der Lenksäule (3) berücksichtigt.

4. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensatoranordnung (49) bei der Generierung der Steuersignale berücksichtigt, ob der handhabenseitige Lenkwinkelgeber (4) oder der momentenstellerseitige Lenkwinkelgeber (5) ausgefallen ist.

5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollmoment-Erzeugeranordnung (48) bei der Generierung der Momentsollwerte berücksichtigt, ob der handhabenseitige Lenkwinkelgeber (4) oder der momentenstellerseitige Lenkwinkelgeber (5) ausgefallen ist.

6. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (8) im Notbetrieb der Istmoment- Geberanordnung (44) die Lenkwinkelwerte des verbleibenden Lenkwinkelgebers (4, 5) als Lenkwinkel-Sollwerte für die Sollmoment-Erzeugeranordnung (48) verwendet.

7. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (8) überwacht, ob im Zeitpunkt des Ausfalls eines der Lenkwinkelgeber (4, 5) eine Differenz zwischen dem letzten ordnungsgemäß geregelten Steuersignal des Normalbetriebs und dem ersten gesteuerten Signal des Notbetriebs besteht, und für den Fall, daß eine kritische Differenz besteht, diese bei den Steuersignalen des Notbetriebs berücksichtigt und sukzessive ausgleicht.