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Die
Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein
derartiges Lenksystem ist beispielsweise aus der
DE 198 01 393 C1 bekannt
und weist eine Lenkhandhabe, z. B. ein Lenkhandrad auf, mit dem ein
Fahrer seinen Lenkwunsch in das Lenksystem einleitet. Mit der Lenkhandhabe
ist ein Stellaggregat antriebsverbunden. Ein Lenkstellantrieb dient
zur Lenkbetätigung
von lenkbaren Fahrzeugrädern.
Außerdem
besitzt ein solches Lenksystem eine zuschaltbare und abschaltbare
mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung zwischen der Lenkhandhabe
und den lenkbaren Fahrzeugrädern.
Eine Steuerung ermöglicht
für das
Lenksystem einen Normalbetrieb und einen Notbetrieb. Im Normalbetrieb schaltet
die Steuerung die Zwangskopplung unwirksam bzw. ab, betätigt das
Stellaggregat als Handmomentsteller, der zur Simulation eines Lenkwiderstandes
an der Lenkhandhabe dient, und betätigt den Lenkstellantrieb in
Abhängigkeit
der Betätigung
der Lenkhandhabe. Dieser Normalbetrieb kann auch als „Steer-by-Wire-Betrieb" bezeichnet werden.
Im Notbetrieb schaltet die Steuerung die Zwangskopplung wirksam
bzw. zu und betätigt
das Stellaggregat als Servomotor, der zur Reduzierung eines Lenkwiderstandes
an der Lenkhandhabe dient. Bei einem derartigen Lenksystem steht
somit auch im Notbetrieb eine Servounterstützung zur Verminderung der
bei Lenkmanövern
notwendigen Handkräfte
zur Verfügung.
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Um
im Notbetrieb ein gutes Lenkgefühl
für den
Fahrer realisieren zu können,
muß eine
in der Phase nacheilende Servounterstützung vermieden werden. Außerdem besitzt
eine hydraulische Zwangskopplung mittels einer sogenannten „hydraulischen
Stange" eine Eigenfrequenz,
durch die es im Fahrzeugbetrieb zu Eigenschwingungen im Lenksystem
kommen kann. Diese Eigenschwingungen können im Lenksystem zu Momenten
und Kräften
führen,
die von einer Steuerung eines herkömmlichen Lenksystems nicht
von den Handkräften
oder Handmomenten unterschieden werden können, die der Fahrer auf die
Lenkhandhabe aufbringt, um seinen Lenkwunsch in das Lenksystem einzuleiten.
Dementsprechend versucht eine Steuerung eines herkömmlichen
Lenksystems permanent die durch die Eigenschwingungen verursachten „Lenkwünsche" durch Servomomente
zu unterstützen.
Hierbei können
sich diese Eigenschwingungen verstärken und aufschaukeln.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
ein Lenksystem der eingangs genannten Art eine Ausführungsform
anzugeben, die dem Fahrer im Notbetrieb ein besonders gutes Lenkgefühl vermittelt.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
ein Lenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das als Servomotor
betätigte
Stellaggregat im Notbetrieb in Abhängigkeit von Handmomenten,
die zwischen der Lenkhandhabe und dem Stellaggregat herrschen, gezielt
so anzusteuern, daß das Stellaggregat
für diese
Handmomente geeignete Servomomente in das Lenksystem einleitet.
Eine derartige Ansteuerung im Sinne einer Steuerung ergibt eine
sehr direkte Lenkunterstützung
durch das Stellaggregat und vermittelt dem Fahrer ein gutes Lenkgefühl. Erreicht
wird dies bei der Erfindung durch die Servomoment-Erzeugeranordnung,
die in Abhängigkeit
von Handmomenten oder von damit korrelierten Handmomentsignalen
Servomomente bzw. damit korrelierte Servomomentsignale generiert,
in Verbindung mit der Anordnung, die in Abhängigkeit von Servomomenten
bzw. von damit korrelierenden Servomomentsignalen Steuersignale
generiert, mit denen die Steuerung das Stellaggregat ansteuert.
In der Servomoment-Erzeugeranordnung können beliebige Parameter Berücksichtigung
finden, wie z. B. die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, um beispielsweise
eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Lenkunterstützung realisieren
zu können.
Mit Hilfe der Anordnung können
dynamische Effekte kompensiert werden, die beispielsweise eine Phasennacheilung
zwischen Lenkwunsch und Servounterstützung zur Folge haben können, so
dass die Anordnung auch als Kompensatoranordnung bezeichnet werden
kann.
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Dabei
ist die Steuerung mit einer Tiefpaß-Charakteristik ausgestattet,
so daß Änderungen des
Handmoments nur unterhalb einer vorbestimmten Grenzfrequenz berücksichtigt
werden, die beispielsweise bei etwa 5 Hz liegt. Durch diese Maßnahme können höherfrequente
Schwingungen ausgefiltert werden. Diese Maßnahme beruht auf der Erkenntnis,
daß die
vom Fahrer über
die Lenkhandhabe in das Lenksystem eingeleiteten Lenkwünsche üblicherweise
eine Frequenz von 3 bis 5 Hz nicht überschreiten. Dementsprechend
berücksichtigt
die Steuerung Handmomentänderungen,
die oberhalb der vorbestimmten Grenzfrequenz liegen, nicht. Auf diese
Weise können
z. B. systembedingte höherfrequente
Eigenschwingungen ausgefiltert werden.
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Zweckmäßigerweise
berücksichtigt
die Anordnung die physikalische Kopplung zwischen der Lenkhandhabe
und dem Stellaggregat, die beispielsweise durch einen körperliche
Lenksäule
sowie ggf. ein Übersetzungsgetriebe
zwischen dieser Lenksäule
und dem Stellaggregat realisiert ist. Durch die Berücksichtigung
der physikalischen Verbindung oder Kopplung können insbesondere Systemreaktionen, die
vom Lenkwinkel und/oder von der Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder
von der Lenkwinkelbeschleunigung abhängen, kompensiert werden. Insbesondere
können
hierbei Massenträgheitsmomente und/oder
Reibungswiderstände
und/oder Dämpfungseffekte
dieser physikalischen Kopplung bzw. der Lenkhandhabe und des Stellaggregates
berücksichtigt
werden. Ebenso können
bei einer Weiterbildung des Lenksystems Trägheitsmomente, Dämpfungs-
und Reibungseffekte der mechanischen und/oder hydraulischen Zwangskopplung
zwischen Lenkhandhabe und dem lenkbaren Fahrzeugrädern berücksichtigt
werden. Die daraus resultierenden Effekte kann die Kompensatoranordnung
kompensieren, so daß sich
ein vorteilhaftes Lenkgefühl
erreichen läßt.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
kann die Steuerung das Servomoment so wählen, daß – außer in einer Mittelstellung
der Lenkhandhabe – stets
ein Handmoment zwischen Lenkhandhabe und Stellaggregat herrscht.
Diese Maßnahme
hat zur Folge, daß – außer in der
Mittelstellung der Lenkhandhabe – ein ggf. in der Verbindung
zwischen der Lenkhandhabe und dem Stellaggregat auftretendes Spiel
stets eliminiert ist, wodurch eine störende Geräuschentwicklung sowie ein negatives
Lenkgefühl
vermieden werden können.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich
aus den Unteransprüchen,
aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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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.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 einen
schaltplanartigen, stark vereinfachten Aufbau eines erfindungsgemäßen Lenksystems
und
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2 ein
Blockschaltbild des Lenksystems im Notbetrieb.
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Entsprechend 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 eine Handkraft als Lenkwunsch 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.
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Die
Lenksäule 3 ist
mit einer Zahnscheibe 10 drehfest verbunden, über die
ein Stellaggregat 11 an der Lenksäule 3 angreift. Das
Stellaggregat 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 Stellaggregat 11 ist
in der Lenksäule 3 eine
Handmoment-Geberanordnung 44 angeordnet, die durch eine
geschweifte Klammer symbolisiert ist. Diese Handmoment-Geberanordnung 44 weist
einen Torsionsstab 9 auf, der antriebsgekoppelt in die
Lenksäule 3 eingebunden
ist. Beiderseits des Torsionsstabes 9 sind Torsionswinkelgeber
oder Winkelgeber 4 und 5 angeordnet, die über Signalleitungen 6 und 7 mit
der Steuerung 8 des Lenksystems 1 verbunden sind.
Der eine Winkelgeber 4 ist demjenigen Ende des Torisonsstabes 9 zugeordnet,
das mit der Lenkhandhabe 2 verbunden ist, so daß dieser Winkelgeber 4 im
folgenden als handhabenseitiger Winkelgeber 4 bezeichnet
wird. Im Unterschied dazu ist der andere Winkelgeber 5 an
demjenigen Ende des Torsionstabes 9 angeordnet, das mit
dem Stellaggregat 11 verbunden ist, so daß dieser
Winkelgeber 5 im folgenden als stellerseitiger Winkelgeber 5 bezeichnet
wird.
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Ein
an der Lenkhandhabe 2 wirksames Handmoment MH kann
mit Hilfe der Handmoment-Geberanordnung 44 aus der Differenz
der Winkelwerte der Winkelgeber 4 und 5 in Verbindung
mit der Federkonstanten oder der Kennlinie des Torsionsstabes 9 ermittelt
werden. Das an der Lenkhandhabe 2 fühlbare und zwischen Lenkhandhabe 2 und Stellaggregat 11 wirksame
Handmoment MH kann dabei von der Handmoment-Geberanordnung 44 direkt
ermittelt werden und über
eine entsprechende Signalleitung an die Steuerung 8 weitergeleitet
werden. Ebenso kann die Steuerung 8 aus den Winkelwerten
der Winkelgeber 4 und 5 sowie aus einer gespeicherten
Federkonstanten das Handmoment MH generieren.
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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 verbunden
ist.
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Auf
der Kolbenstange 22 sitzen zwei Kolben 27 und 28,
die im Inneren eines Zylinder 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.
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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.
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Die
beiden Hydraulikleitungen 17 und 18, mit denen
die Kammern 15 und 16 des Geberzylinders 13 mit
den Kammern 19 und 20 des Lenkstellantriebs 21 verbunden
sind, können über eine
Kurzschlußleitung 50 miteinander
kommunizieren. In dieser Kurzschlußleitung 50 ist ein
Ventil 51 angeordnet, daß mit einer Steuerleitung 52 von
der Steuerung 8 betätigbar
ist. Das Ventil 51 enthält
zwei Schaltstellungen, nämlich
eine Offenstellung I sowie eine Sperrstellung II. In der in 1 wiedergegebenen
Offenstellung I ist die Kurzschlußleitung 50 offen,
so daß ein
beliebiger Fluidaustausch zwischen den Hydraulikleitungen 17 und 18 stattfinden
kann. Dementsprechend sind die Verstellbewegungen des Kolbens 14 im
Geberzylinder 13 unabhängig
von den Verstellbewegungen der Kolben 27 und 28 im
Zylinder 29 des Lenkstellantriebs 21. In der Sperrstellung
II ist die Kurzschlußleitung 50 gesperrt,
so daß eine
Verstellung des Kolbens 14 im Geberzylinder 13 über die
Inkompressibilität
des Hydraulikmittels zwangsläufig
eine Verstellbewegung der Kolben 27 und 28 des
Lenkstellantriebs 21 bewirkt. Insoweit bilden der Geberzylinder 13 und
die über
die Hydraulikleitungen 17 und 18 damit verbundenen,
einen Nehmerzylinder bildenden, axial außenliegenden Kammern 19 und 20 des
Lenkstellantriebes 21 wesentliche Bestandteile einer Zwangskopplung 59 zwischen
der Lenkhandhabe 2 und den lenkbaren Fahrzeugrädern 25 und 26,
die mit Hilfe des Ventils 51 zuschaltbar und abschaltbar ist.
Die hier exemplarisch dargestellte Zwangskopplung 59 mittels
einer sogenannten „hydraulischen Stange" stellt lediglich
eine spezielle Ausführungsform
für eine
solche Zwangskopplung 59 dar. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf eine derartige spezielle zuschaltbare und abschaltbare
Zwangskopplung 59 begrenzt.
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Das
erfindungsgemäße Lenksystem 1 arbeitet
wie folgt:
In einem Normalbetrieb, dem sogenannten „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 Zwangskopplung 59 zwischen der Lenkhandhabe 2 und
den lenkbaren Fahrzeugrädern 25 und 26 ist
hierbei offen bzw. unwirksam, wobei das Ventil 1 seine
Offenstellung I einnimmt.
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In
diesem Normalbetrieb betätigt
die Steuerung 8 das Stellaggregat 11 als Handmomentensteller
und erzeugt an der Lenkhandhabe 2 in Abhängigkeit
der mit Hilfe der Handmoment-Geberanordnung 44 ermittelten
Handmomente MH geeignete Gegenmomente. Auf
diese Weise wird dem Fahrer im Normalbetrieb ein gutes Fahrgefühl vermittelt.
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Die
Steuerung 8 überwacht
im Normalbetrieb permanent die ordnungsgemäße Funktion aller systemrelevanten
Aggregate und Elemente. Sobald eine hinreichend gravierende Fehlfunktion
des Lenksystems 1 festgestellt wird, schaltet die Steuerung 8 in
einen Notbetrieb um. Zu diesem Zweck wird das Ventil 51 in
seine Sperrstellung II geschaltet, um die hydraulische Zwangskopplung 59 zwischen
Lenkhandhabe 2 und den lenkbaren Fahrzeugrädern 25 und 26 zuzuschalten
bzw. zu aktivieren.
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Die
Steuerung 8 enthält
eine Servomoment-Erzeugeranordnung 48 sowie eine Kompensatoranordnung 49.
Die Servomoment-Erzeugeranordnung 48 kann
in Abhängigkeit
eines Handmomentwertes sowie ggf. weiterer Parameter, wie z. B.
die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, Werte für ein Servomoment MS generieren, das vom Stellaggregat 11 in
die Lenksäule 3 eingeleitet
werden soll. Die Steuerung 8 betätigt dabei das Stellaggregat 11 als
Servomotor, der die zur Verstellung der lenkbaren Fahrzeugräder 25 und 26 erforderliche
Handkraft reduziert. Die Kompensatoranordnung 49 generiert
aus den Servomomentwerten Steuersignale uM zur
Betätigung
des Stellaggregates 11, mit denen die Steuerung 8 im
Notbetrieb des Lenksystems 1 das Stellaggregat 11 als
Servomotor ansteuert. Die Betätigung des
Stellaggregats 11 erfolgt dabei im Sinne einer Steuerung.
Die Steuersignale uM werden dabei vom Kompensator 49 so
erzeugt, daß sich
das erwünschte
Servomoment MS und somit die erwünschte Reduzierung
des Handmoments MH an der Lenkhandhabe 2 möglichst
exakt einstellt. Dabei berücksichtigt
die Kompensatoranordnung 49 dynamische Effekte, die bei
der Betätigung
der aus Lenkhandhabe 2, Lenksäule 3 und Stellaggregat 11 gebildeten
physikalischen Strecke oder Kopplung entstehen. Beispielsweise weisen
das Stellaggregat 11 und die Lenkhandhabe 2 sowie
die Lenksäule 3 Trägheitsmomente
auf, die einer direkten Momentübertragung
entgegenwirken. Ebenso besitzt der gleichzeitig mitverstellte Geberzylinder 13 Trägheitsmoment,
das ebenfalls berücksichtigt
werden kann Des weiteren können
Trägheitsmomente
des verstellten Hydraulikvolumens sowie des Lenkstellantriebs 21 und
der Fahrzeugräder 25 und 26 berücksichtigt
werden. Außerdem
kann die Kompensatoranordnung 49 Dämpfungseffekte und Reibungswiderstände sämtlicher mitbewegter
Elemente berücksichtigen.
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Die
Kompensatorfunktion beruht auf der Basis des folgenden Gleichungssystems:
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Gleichung 1:
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JLRθ''LR + dLRθ'LR =
KT(θLS – θLR) + TF
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Gleichung 2:
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JLSθ''LS + dLSθ'LS +
bLS·sign(θ'LS)
= KT(θLR – θLS) + KMuM
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Dabei
sind:
- θLR
- = Winkel der Lenkhandhabe 2,
- J
- LR =
Massenträgheitsmoment
der Lenkhandhabe 2,
- dLR
- = Dämpfung der
Lenkhandhabe 2,
- KT
- = Steifigkeit des
Torsionsstabs 9
- θLS
- = Winkel des momentenstellerseitigen
Teils der Lenksäule 3,
- JLS
- = Trägheitsmoment
des momentenstellerseitigen Teils der Lenksäule 3,
- dLS
- = Dämpfung des
momentenstellerseitigen Teils der Lenksäule 3,
- bLS
- = Koeffizient der
trockenen Reibung des momentenstellerseitigen Teils der Lenksäule 3,
- uM
- = Motorspannung des
Stellaggregates 11,
- KM
- = Spannungs-Drehmomentumwandlung
im Stellaggregat 11,
- TF
- = Moment des Fahrers.
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Dieses
Gleichungssystem beruht auf der vereinfachenden Annahme, daß die Lenksäule 3 zwischen
dem handhabenseitigen Winkelgeber 4 und der Lenkhandhabe 2 sowie
zwischen dem stellerseitigen Winkelgeber 5 und dem Stellaggregat 11 näherungsweise
starr ist. Eine weitere Vereinfachung ergibt sich dadurch, daß sämtliche
dynamischen Effekte zwischen der Lenkhandhabe 2 und dem
handhabenseitigen Winkelgeber 4 in den Werten der Lenkhandhabe 2 berücksichtigt
sind, während
die entsprechenden dynamischen Effekte zwischen dem stellerseitigen
Winkelgeber 5 und dem Stellaggregat 11, einschließlich denjenigen
des Stellaggregates 11, bei den Werten der Lenksäule 3 berücksichtigt
sind. Des weiteren können
auch die dynamischen Effekte der anderen mitbewegten Elemente, zum
Beispiel Geberzylinder 13, bei den Werten der Lenkhandhabe 2 und/oder
bei den Werten des Stellaggregates 11 berücksichtigt
sein.
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Bezugnehmend
auf 2 findet sich Gleichung 1 des obigen Gleichungssystems
dort im Bereich der links wiedergegebenen Verknüpfung 53 wieder, die
durch ein Kreissymbol dargestellt ist. Eingangsseitig erhält diese
Verknüpfung 53 zum
einen ein mit der Handkraft des Fahrers korreliertes Moment TF und zum anderen ein Torsionsmoment MLS aus der Verwindung des Torsionsstabes 9.
Dieses Torsionsmoment MLS ergibt sich dabei
aus dem Lenksäulenwinkel θLR und der Steifigkeit KT des
Torsionsstabes 9, die in 2 durch
ein Rechteck symbolisiert ist. Das Ergebnis dieser Verknüpfung 53 wird
bei 54 mit dem Kehrwert eines Polynoms pLR(s)
verknüpft,
das sich aus einer Laplace-Transformation der Gleichung 1 ergibt.
Diese Polynom-Verknüpfung 54 liefert
im Ergebnis den Handhabenwinkel θLR.
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In 2 ist
rechts in einem die obengenannte Gleichung 2 repräsentierenden
Bereich eine Verknüpfung 55 durch
ein Kreissymbol dargestellt, die eingangsseitig ein Torsionsmoment
MLR erhält,
das sich aus dem Handhabenwinkel θLR und
der Steifigkeit KT des Torsionsstabes 9 ergibt.
Außerdem
erhält die
Verknüpfung 55 ein
Motormoment MM des Stellaggregates 11, das sich aus der
Motorspannung uM und dem Koeffizienten KM für
die Spannungs-Drehmomentumwandlung im Stellaggregat 11 ergibt.
Außerdem
können
hier Störgrößen υ1 berücksichtigt werden.
Darüber
hinaus erhält
die Verknüpfung 55 ein
Rückwirkungsmoment
MR vom Lenkstellantrieb 21, das
sich aus einer Druckänderung
dp in der Hydraulik der hydraulischen Zwangskopplung 59 zwischen
Lenkhandhabe 2 und gelenkten Fahrzeugrädern 25 und 26 und
aus einem Koeffizienten Kdp für die Druck-Drehmomentumwandlung
im Geberzylinder 13 ergibt. Das Ergebnis dieser Verknüpfung 55 wird
bei 56 mit dem Kehrwert eines Polynoms pLS(s) verknüpft, das
sich aus einer Laplace Transformation der Gleichung 2 ergibt. Diese
letztgenannte Polynomverknüpfung 56 liefert
dann den Lenksäulenwinkel θLR. Dieser Lenksäulenwinkel θLR wird über die
hydraulische Zwangskopplung auf den Lenkstellantrieb 21 übertragen,
der an seinem Ausgang X die lenkbaren Fahrzeugräder 25 und 26 entsprechend
betätigt.
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Die
Motorspannung uM bildet hierbei das Steuersignal,
das vom Kompensator 49 in Abhängigkeit des von der Servomoment-Erzeugeranordnung 48 generierten
Wertes für
das Servomoment MS erzeugt wird. Dieses
Servomoment MS wird hierbei in Abhängigkeit
der Differenz aus Lenksäulenwinkel θLR und Handhabenwinkel θLR ermittelt.
Diese Differenz wird entsprechend 2 bei einer
Verknüpfung 57 ermittelt
und mit der Steifigkeit KT des Torsionsstabes 9 verknüpft. Das
daraus resultierende, zwischen Lenkhandhabe 2 und Stellaggregat 11 herrschende Handmoment
MH wird bei 58 mit zusätzlichen
Störgrößen υ2 beaufschlagt,
wodurch beispielsweise ein Sensorrauschen der Handmoment-Geberanordnung 44 berücksichtigt
werden kann. Die Servomoment-Erzeugeranordnung 48 generiert
dann aus dem (korrigierten) Handmoment MH das
gewünschte Servomoment
MS. Würde
nun dieses Servomoment MS direkt – also ohne
Kompensator 49 – am
Stellaggregat 11 eingestellt werden, können dynamische Effekte der
physikalischen Kopplung zwischen Lenkhandhabe 2 und Stellaggregat 11 zu
einer Verzögerung
oder Phasenverschiebung führen.
Das daraus, resultierende Lenkgefühl ist unerwünscht. Beim
erfindungsgemäßen Lenksystem 1 generiert
nun die Kompensatoranordnung 49 aus dem gewünschten Servomoment
MS spezielle Steuersignale in Form von Motorspannungswerten
uM als Stellgrößen für das Stellaggregat 11,
die die vorgenannten nachteiligen Effekte kompensieren. Durch die
Ansteuerung des Stellaggregates 11 mit den speziellen Steuersignalen
des Kompensators 11 kann die gewünschte Servounterstützung relativ
schnell und exakt eingestellt werden, wodurch der Fahrer ein gutes
Fahr- und Lenkgefühl
erhält.
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Mit
Hilfe der Servomoment-Erzeugeranordnung 48 und des Kompensators 49 kann
durch Rückkopplung
des über
die Handmoment-Geberanordnung 44 gemessenen Istmoments
ein vorgegebenes dynamisches Verhalten des Lenksystems gezielt eingestellt
werden.
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Eine
Möglichkeit
hierzu besteht zum Beispiel in folgendem:
Der Kompensator 49 bildet
hierbei eine Inversion der zwischen Stellaggregat 11 und
Lenkhandhabe 2 wirksamen physikalischen Strecke, die durch
das obige Gleichungssystem vereinfacht dargestellt ist. Diese Inversstrecke
oder invertierte Strecke des Kompensators 49 ist dabei
modifiziert, um Störeinflüsse, zum
Beispiel mittels einer Tiefpaß-Charakteristik,
zu reduzieren.
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Eingangsgröße der in 2 dargestellten Steuerung
bildet somit das an der Lenkhandhabe 2 vom Fahrer eingeleitete
Moment TF, woraus sich als Ausgangsgröße ein Stellwert
X für die
Betätigung
der lenkbaren Fahrzeugräder 25 und 26 ergibt.