BE1030908A1

BE1030908A1 - Steer-by-Wire-Lenksystem und Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems bei blockierendem Feedback-Aktuator

Info

Publication number: BE1030908A1
Application number: BE20225761A
Authority: BE
Inventors: Peter Kakas; Imre Szepessy; Botond Hámori; Akos Dobcsanyi
Original assignee: Thyssenkrupp Presta Ag; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2024-04-17
Also published as: BE1030908B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems (1) und ein Steer-by-Wire-Lenksystem (1). Das Steer-by-Wire-Lenksystem (1) umfasst eine Lenkhandhabe (7), die an einer Lenkwelle (2) drehfest angeordnet ist, eine der Lenkwelle (2) zugeordnete Winkelsensoreinheit (12), einen Feedback-Aktuator (10) mit einem Elektromotor (11), eine einer Motorwelle des Elektromotors (11) zugeordnete Rotorpositionssensoreinheit (14), einen Lenksteller (9) und eine Steuereinheit (16), wobei die Steuereinheit (16) ausgebildet ist, ein von der Winkelsensoreinheit (12) erfasstes erstes Positionssignal (21) zu empfangen, ein von der Rotorpositionssensoreinheit (14) erfasstes zweites Positionssignal (22) zu empfangen und ein Steuersignal (32, 42) zur Steuerung des Lenkstellers (9) bereitzustellen. Das Steer-by-Wire-Lenksystem (1), insbesondere die Steurereinheit (16) des Steer-by-Wire-Lenksystems (1), ist dabei ausgebildet, bei einem Erkennen einer Blockade des Feedback-Aktuators (10) von einem Normalbetriebsmodus des Steer-by-Wire-Lenksystems (1) in einen Sonderbetriebsmodus des Steer-by-Wire-Lenksystems (10) zu wechseln, wobei in dem Sonderbetriebsmodus (40) ein Steuersignal (42) zur Steuerung des Lenkstellers (9) abweichend von dem Normalbetriebsmodus (30) bestimmt wird, insbesondere unter Nutzung eines aus dem ersten Positionssignal (21) und dem zweiten Positionssignal (22) erzeugten Differenzsignals.

Description

1 BE2022/5761

Steer-by-Wire-Lenksystem und Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-

Lenksystems bei blockierendem Feedback-Aktuator

Die Erfindung betrifft ein Steer-by-Wire-Lenksystem umfassend eine Lenkhandhabe, die an einer

Lenkwelle drehfest angeordnet ist, eine der Lenkwelle zugeordnete Winkelsensoreinheit, einen

Feedback-Aktuator mit einem Elektromotor, eine einer Motorwelle des Elektromotors zugeordnete

Rotorpositionssensoreinheit, einen Lenksteller und eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, ein von der Winkelsensoreinheit erfasstes erstes Positionssignal zu empfangen, ein von der Rotorpositionssensoreinheit erfasstes zweites Positionssignal zu empfangen und ein

Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers bereitzustellen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems mit einer Lenkhandhabe, einem

Feedback-Aktuator und einem Lenksteller.

Steer-by-Wire-Lenksysteme sind im Stand der Technik vielfach beschrieben. Beispielsweise offenbart die DE 10 2018 114 988 A1 ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit einer Lenkhandhabe, einem Feedback-Aktuator und einem Lenksteller, wobei über die Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, der von dem Lenksteller in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs umgesetzt werden kann. In einem Normalbetrieb vermittelt der Feedback-

Aktuator dabei einem Fahrer des Kraftfahrzeugs beim Bedienen der Lenkhandhabe ein

Lenkgefühl und liefert eine Rückmeldung, insbesondere bezüglich eines Räder-

Fahrbahnkontakts.

Zur Steuerung des Lenkstellers ist es dabei bekannt, die Position der Lenkhandhabe zu bestimmen und basierend auf der bestimmten Position ein Steuersignal für den Lenksteller zu generieren, sodass der Lenksteller einen der bestimmten Position zugeordneten Lenkwinkel für die lenkbaren Räder des Kraftfahrzeugs einstellt. Es ist dabei ebenfalls bekannt, dass die

Zuordnung dabei geschwindigkeitsabhängig sein kann. Ein Sensor zur Positionsbestimmung einer Lenkhandhabe ist beispielsweise in der EP 2 664 906 A2 oder auch in der

DE 10 2020 214 628 A1 beschrieben.

Nachteilig bei der Steuerung des Lenkstellers ist, dass sich bei einer Blockade des Feedback-

Aktuators die Lenkhandhabe nicht mehr in gewohnter Weise bewegen lässt und somit sich ein

Lenkwinkel nicht mehr in gewohnter Weise aus der Position der Lenkhandhabe vorgeben lässt.

Ein solches Blockieren des Feedback-Aktuators kann dabei mechanische oder auch elektrische

Ursachen haben. Würde eine solche Blockade des Feedback-Aktuators bei einem

9 BE2022/5761 herkömmlichen Steer-by-Wire-Lenksystem auftreten, so wäre das Fahrzeug nicht mehr steuerbar, sodass ein hohes Unfallrisiko bestünde.

Aus der DE 10 2021 123 492 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung der Fahrzeuglenkung bekannt, das vorsieht, bei einer Blockade einen Radlenkwinkel der gelenkten Räder auf der Grundlage eines von einem Handrad-Drehmomentsensor erfassten Drehmoments zu erzeugen, wohingegen in einem nicht blockierten Zustand ein Radlenkwinkel auf der Grundlage eines von einem Positionssensor erfassten Handradwinkels erzeugt wird. Nachteilig hierbei ist, dass ein

Handrad-Drehmomentsensor als zusätzlicher Sensor benôtigt wird.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Steer- by-Wire-Lenksystem und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-

Lenksystems bereitzustellen. Dabei soll insbesondere kostengünstig die Ausfallsicherheit des

Steer-by-Wire-Lenksystems im Hinblick auf eine mögliche Blockade des Feedback-Aktuators erhöht werden, vorteilhafterweise ohne einen Drehmomentsensor zu benötigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-

Lenksystems gemäß Anspruch 1 sowie ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß dem nebengeordneten Anspruch vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den Figuren dargestellt.

Die vorgeschlagene Lösung sieht ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems mit einer Lenkhandhabe, einem Feedback-Aktuator und einem Lenksteller vor, wobei bei einem

Erkennen einer Blockade des Feedback-Aktuators von einem Normalbetriebsmodus des Steer- by-Wire-Lenksystems in einen Sonderbetriebsmodus des Steer-by-Wire-Lenksystems gewechselt wird, wobei in dem Sonderbetriebsmodus ein Steuersignal zur Steuerung des

Lenkstellers abweichend von dem Normalbetriebsmodus bestimmt wird, insbesondere unter

Verwendung eines ersten Positionssignals und eines zweiten Positionssignals. Das erste

Positionssignal ist dabei insbesondere ein von einer an der Lenkwelle angeordneten

Winkelsensoreinheit bereitgestelltes Positionssignal. Das zweite Positionssignal ist insbesondere ein von einer Rotorpositionssensoreinheit eines Elektromotors des Feedback-Aktuators bereitgestelltes Positionssignal. Durch das von dem Normalbetrieb abweichende Bestimmen des

Steuersignals ist vorteilhafterweise ein Lenken eines Kraftfahrzeugs trotz der Blockade des

Feedback-Aktuators weiter möglich, und insbesondere ohne eine Drehmomentsensoreinheit. Der

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Sonderbetriebsmodus dient dabei insbesondere dazu, das Kraftfahrzeug überhaupt lenkbar zu halten, insbesondere auch unter Inkaufnahmen von einem mitunter unpräzisen Lenkverhalten.

Vorteilhafterweise kann das Kraftfahrzeug bei einem blockierenden Feedback-Aktuator auf diese

Weise noch lenkbar sicher zum Stillstand gebracht werden. Insbesondere sieht eine

Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass das Blockieren des Feedback-Aktuators erkannt wird, insbesondere mittels einer Blockadeerkennungseinheit des Steer-by-Wire-Lenksystems.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in dem Sonderbetriebsmodus mittels einer ersten Sensoreinheit, insbesondere einer Winkelsensoreinheit, ein erstes

Positionssignal bezüglich einer aktuellen Position der Lenkhandhabe erfasst wird, wobei die

Lenkhandhabe insbesondere drehfest an einer Lenkwelle angeordnet ist und die erste

Sensoreinheit vorteilhafterweise der Lenkwelle zugeordnet ist. Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass mittels einer zweiten Sensoreinheit, insbesondere einer Rotorpositionssensoreinheit, ein zweites Positionssensorsignal bezüglich einer aktuellen Position der Lenkhandhabe erfasst wird, wobei die zweite Sensoreinheit insbesondere einer Motorwelle eines Elektromotors des

Feedback-Aktuators zugeordnet ist. Aus dem ersten Positionssignal und dem zweiten

Positionssignal wird dann vorteilhafterweise in dem Sonderbetriebsmodus ein Differenzsignal bestimmt und das Steuersignal für den Lenksteller des Steer-by-Wire-Lenksystems in dem

Sonderbetriebsmodus vorteilhafterweise unter Berücksichtigung des bestimmten

Differenzsignals bestimmt. Insbesondere wird das Steuersignal aus dem Differenzsignal bestimmt. Ein durch das Steuersignal für die lenkbaren Räder eines Kraftfahrzeugs vorgegebener

Lenkwinkel hängt dabei vorteilhafterweise von dem bestimmten Differenzsignal ab. Bei den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten wird vorteilhafterweise ausgenutzt, dass sich das mittels der zweiten Sensoreinheit an der Motorwelle des Elektromotors ermittelte zweite

Positionssignal aufgrund der Blockade des Feedback-Aktuators bei einer Blockade des

Feedback-Aktuators nicht oder nur kaum ändert, und somit insbesondere während der Blockade nahezu konstant bleibt. Da das erste Positionssignal aber vorteilhafterweise in einer gewissen

Distanz zu dem blockierten Feedback-Aktuator an der Lenkwelle gemessen wird, kommt es an dieser Stellte trotz der Blockade zu einer gewissen, erfassbaren Bewegung, wenn die

Lenkhandhabe, insbesondere ein Lenkrad, bedient wird, wobei diese Bewegung insbesondere auf ein mechanisches Spiel und/oder eine mechanische Verwindung der Lenkwelle zurückgeht.

Wird also die Lenkhandhabe bei einer Blockade des Feedback-Aktuators bedient, so wird insbesondere von der zweiten Sensoreinheit eine Position x als zweites Positionssignal bereitgestellt und von der ersten Sensoreinheit insbesondere ein erstes Positionssignal x+Ax, sodass das Differenzsignal dann Ax beträgt. Da das Differenzsignal Ax insbesondere hinsichtlich

4 BE2022/5761 des Vorzeichens von einer Lenkrichtung, die über die Lenkhandhabe vorgegeben wird, und insbesondere von einer Lenkintensität, mit der die Lenkhandhabe bedient wird, abhängt, wird vorteilhafterweise aus dem Differenzsignal eine Lenkvorgabe für die lenkbaren Räder eines

Kraftfahrzeugs abgeleitet, insbesondere durch Bestimmung eines entsprechenden Steuersignals für den Lenksteller. Vorteilhafterweise wird dabei durch das zweite Positionssignal die Position für die Mittenstellung der lenkbaren Räder, und somit die neue Neutralstellung der Lenkhandhabe, definiert. Weiter vorteilhaft definieren die vorzeichenbehafteten Maximalwerte für das

Differenzsignal Ax die maximalen Lenkwinkel der lenkbaren Räder in die jeweilige Richtung.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Differenzsignal auf einen

Winkelbereich normiert wird, der vorteilhafterweise im Fall einer Blockade des Feedback-

Aktuators dem noch verfügbaren Bewegungsbereich der Lenkhandhabe entspricht. So kann der

Differenzwert Ax je nach Auslegung des Steer-by-Wire-Lenksystems bei einer Kraftaufbringung im Rahmen der Bedienung der Lenkhandhabe unterschiedliche Maximalwerte annehmen, insbesondere einen Maximalwert von +5°. Ist die Fähigkeit, sich zu verwinden, bei einer

Lenkwelle gröBer, so wird auch der Maximalwert gröBer. Ist die Fähigkeit, sich zu verwinden, bei einer Lenkwelle kleiner, so wird auch der Maximalwert kleiner. Vorteilhafterweise wird das

Differenzsignal dabei auf den durch diesen Maximalwert vorgegeben Winkelbereich normiert.

Vorteilhafterweise wird ein bestimmtes Differenzsignal in einen umso gröBeren Lenkwinkel von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs umgesetzt, je näher es an dem Maximalwert liegt.

Vorteilhafterweise wird ein bestimmtes Differenzsignal in einen umso kleineren Lenkwinkel von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs umgesetzt, je näher es an den Wert 0° kommt. Beträgt das bestimmte Differenzsignal 0°, so wird das Steuersignal vorteilhafterweise so bestimmt, dass auch der Lenkwinkel der lenkbaren Räder 0° beträgt, also insbesondere keine Lenkbewegung erfolgt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird durch das Steuersignal ein Lenkwinkel für lenkbare Räder des Kraftfahrzeugs vorgegeben, der linear von dem

Differenzsignal abhängt. Diese Ausgestaltung kann insbesondere dann vorgesehen werden, wenn der Maximalwert für das Differenzsignal Ax relativ groß ist, insbesondere wenigstens +5° beträgt. Ein Lenkwinkel der Räder hängt bei dieser Ausgestaltung insofern insbesondere davon ab, wie weit die Lenkhandhabe innerhalb des möglichen Bedienwegs bewegt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante wird durch das Steuersignal ein Lenkwinkel für lenkbare Räder des Kraftfahrzeugs vorgegeben, der nichtlinear von dem Differenzsignal abhängt.

Diese Ausgestaltung kann insbesondere dann vorgesehen werden, wenn der Maximalwert für das Differenzsignal Ax relativ klein ist, insbesondere weniger als +5° beträgt. Das Steuersignal kann dabei insbesondere so vorgegeben werden, dass größere Lenkbewegungen erst beim

Annähern des Maximalwerts für das Differenzsignal Ax eingestellt werden, beispielsweise erst ab 5 einem Erreichen von wenigstens 75 % des Maximalwerts für das Differenzsignal Ax. Hierdurch wird vorteilhafterweise verhindert, dass absolut gesehen kleine Bewegungen der Lenkhandhabe, insbesondere Bewegungen die zu einem Differenzsignal von weniger als 2° führen, zu größeren

Lenkausschlägen der lenkbaren Rädern führen, auch wenn der Maximalwert beispielsweise +3,5° beträgt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das erste Positionssignal mittels einer Winkelsensoreinheit als erster Sensoreinheit bestimmt wird, insbesondere mittels einer Absolutwinkelsensoreinheit. Vorteilhafterweise umfasst ein Steer-by-Wire-Lenksystem regelmäßig bereits eine solche Winkelsensoreinheit, insbesondere auch zur Bestimmung eines

Steuersignals des Lenkstellers im Normalbetriebsmodus, sodass vorteilhafterweise keine zusätzlichen Kosten entstehen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das zweite

Positionssensorsignal mittels einer Rotorpositionssensoreinheit als zweiter Sensoreinheit bestimmt wird. Vorteilhafterweise umfasst ein Steer-by-Wire-Lenksystem regelmäßig bereits eine solche Rotorpositionssensoreinheit, insbesondere auch zur Bestimmung eines Steuersignals des

Lenkstellers im Normalbetriebsmodus, sodass vorteilhafterweise keine zusätzlichen Kosten entstehen.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der Lenksteller in dem Sonderbetriebsmodus in einem

Sonder-Positionssteuerungsmodus betrieben wird, in dem das Steuersignal aus einer

Lenkposition der Lenkhandhabe bestimmt wird, wobei die Lenkposition unter Berücksichtigung des Differenzsignals bestimmt wird. Vorteilhafterweise wird dabei der bei einer Blockade des

Feedback-Aktuators zur Verfügung stehende maximale Bewegungsbereich der Lenkhandhabe als verfügbarer Lenkbereich zugrunde gelegt, wobei vorteilhafterweise durch das zweite

Positionssignal die Position für die Mittenstellung der lenkbaren Räder definiert wird. Die ausgehend von dieser Position durch Bewegungen der Lenkhandhabe möglichen einstellbaren

Positionen werden vorteilhafterweise über das Differenzsignal ermittelt, wobei daraus vorteilhafterweise das Steuersignal zur Ansteuerung des Lenkstellers bestimmt wird.

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Weiter vorteilhaft wird der Lenksteller in dem Normalbetriebsmodus in einem Normal-

Positionssteuerungsmodus betrieben, in dem das Steuersignal aus einer sensorisch erfassten

Lenkposition der Lenkhandhabe bestimmt wird, insbesondere aus einer mittels der

Winkelsensoreinheit und/oder der Rotorpositionssensoreinheit bestimmten Position.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass für die Bestimmung des

Steuersignals zusätzlich eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt wird. Der durch das Steuersignal eingestellte Lenkwinkel der lenkbaren Räder hängt dabei vorteilhafterweise zusätzlich von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit ab, wobei vorteilhafterweise bei gleichem

Differenzsignal bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit ein kleinerer Lenkwinkel der lenkbaren Räder eingestellt wird, als bei einer niedrigeren Geschwindigkeit.

Das des Weiteren vorgeschlagene Steer-by-Wire-Lenksystem ist vorteilhafterweise ausgebildet nach einem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren betrieben zu werden. Vorteilhafterweise ist das Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet, ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren auszuführen. Vorteilhafterweise umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem eine Lenkhandhabe, die an einer Lenkwelle drehfest angeordnet ist, eine der Lenkwelle zugeordnete Winkelsensoreinheit, einen Feedback-Aktuator mit einem Elektromotor, eine einer Motorwelle des Elektromotors zugeordnete Rotorpositionssensoreinheit, einen Lenksteller und eine Steuereinheit. Die

Steuereinheit ist dabei vorteilhafterweise ausgebildet, ein von der Winkelsensoreinheit erfasstes erstes Positionssignal zu empfangen, ein von der Rotorpositionssensoreinheit erfasstes zweites

Positionssignal zu empfangen und ein Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers bereitzustellen. Das Steuersignal wird dabei vorteilhafterweise, wie bereits erläutert, insbesondere unter Berücksichtigung des Differenzsignals bestimmt.

Vorteilhafterweise weist das Steer-by-Wire-Lenksystem zwischen der Winkelsensoreinheit und der Rotorpositionssensoreinheit eine Elastizität und/oder ein Spiel auf, derart, dass bei einer

Blockade des Feedback-Aktuators ein Bewegen der Lenkhandhabe in einem Bewegungsbereich ermöglicht ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Lenkwelle des Steer-by-Wire-Lenksystems eine Elastizität aufweist, insbesondere derart, dass bei einer Blockade des Feedback-Aktuators ein Bewegen der Lenkhandhabe in einem Bewegungsbereich durch ein Verwinden der Lenkwelle ermöglicht ist. Der Bewegungsbereich liegt vorteilhafterweise symmetrisch in einem Intervall zwischen +10° und -10°, wobei insbesondere für die durch das zweite Positionssignal beschriebene Position der Wert 0° festgelegt ist. Weiter vorteilhaft beträgt der Bewegungsbereich in eine erste Richtung 5° und in eine zweite Richtung 5°, insbesondere ausgehend von der

7 BE2022/5761 blockierten Position, die insbesondere bei einer Blockades des Feedback-Aktuators durch das zweite Positionssignal beschrieben wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem eine

Blockadeerkennungseinheit, die ausgebildet ist, eine Blockade des Feedback-Aktuators zu erkennen.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im

Zusammenhang mit den in den Figuren (Fig.: Figur) dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 in einer vereinfachten perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Steer-by-Wire-Lenksystem;

Fig. 2a in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem

Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Steer-by-Wire-Lenksystem;

Fig. 2b ein Ausführungsbeispiel für einen noch zur Bewegung einer Lenkhandhabe verfügbaren

Winkelbereich im Fall eines blockierten Feedback-Aktuators;

Fig. 3 in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems; und

Fig. 4 in einem Ablaufdiagramm ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems in einem

Sonderbetriebsmodus.

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile in der Regel mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher mitunter auch jeweils nur im Zusammenhang mit einer der Figuren erläutert.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Steer-by-Wire-

Lenksystem 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 umfasst eine

Lenksäule mit einer Lenkwelle 2 und einem Feedback-Aktuator 10 mit einem Elektromotor. An einem Ende der Lenkwelle 2 ist eine als Lenkrad ausgebildete Lenkhandhabe 7 drehfest

8 BE2022/5761 angeordnet. Über die Lenkhandhabe 7 kann ein Fahrer einen Lenkbefehl vorgeben. Der

Feedback-Aktuator 10 ist ausgebildet, insbesondere zur Vermittlung eines Lenkgefühls, ein

Drehmoment beziehungsweise ein Lenkwiderstands-Drehmoment auf die Lenkwelle 2 auszuüben, das ein Fahrer des Kraftfahrzeugs über die Lenkhandhabe 7 wahrnehmen kann. Die

Lenkhandhabe 7 lässt sich dabei in bekannter Weise drehen, um eine Lenkvorgabe in die

Lenkwelle 2 einzubringen, die sensorisch erfasst wird. Dazu umfasst das Steer-by-Wire-

Lenksystem 1 in diesem Ausführungsbeispiel eine der Lenkwelle 2 zugeordnete

Winkelsensoreinheit 12 und eine einer Motorwelle des Elektromotors des Feedback-Aktuators zugeordnete Rotorpositionssensoreinheit 14, die jeweils ausgebildet sind, eine Position der

Lenkhandhabe 7 als Drehwinkel zu erfassen, wobei die Winkelsensoreinheit 12 einen Drehwinkel als erstes Positionssignal 21 erfasst und einer Steuereinheit 16 bereitstellt und die

Rotorpositionssensoreinheit 14 einen Drehwinkel als zweites Positionssignal 22 erfasst und der

Steuereinheit 16 bereitstellt. Die Steuereinheit 16 ist insbesondere eine ECU (ECU: Electronic

Control Unit). Die Steuereinheit 16 ist ausgebildet, das erste Positionssignal 21 und das zweite

Positionssignal 22 zu empfangen, und ein Steuersignal 32, 42 zur Steuerung eines Lenkstellers 9 des Steer-by-Wire-Lenksystems 1 bereitzustellen.

Der Lenksteller 9 ist dabei Teil eines von dem Steer-by-Wire-Lenksystem 1 umfassten

Lenkgetriebes 3, wobei der Lenksteller 9 durch entsprechende Ansteuerung mit einem

Steuersignal 32, 34 über ein Lenkritzel 5 auf ein als Zahnstange 6 ausgebildetes Koppelelement 6 einwirkt und eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern 4 des Kraftfahrzeugs auslöst, die insbesondere über Spurstangen 8 mit der Zahnstange 6 verbunden sind. Die Spurstangen 8 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 4 verbunden.

Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 ist ausgebildet, in einem Normalbetriebsmodus betrieben zu werden. In dem Normalbetriebsmodus wird mittels der von der Winkelsensoreinheit 12 und der

Rotorpositionssensoreinheit 14 bereitgestellten Signalen 21, 22 von der Steuereinheit 16 die

Position der Lenkhandhabe 7 bestimmt und daraus ein Normal-Steuersignal 32 zur Steuerung des Lenkstellers 9 bestimmt. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 ist darüber hinaus ausgebildet, in einem Sonderbetriebsmodus betrieben zu werden, in dem ein Steuersignal 42 zur Steuerung des

Lenkstellers 9 abweichend von dem Normalbetriebsmodus bestimmt wird. Das Steer-by-Wire-

Lenksystem 1 wechselt von dem Normalbetriebsmodus in den Sonderbetriebsmodus, wenn eine

Blockade des Feedback-Aktuators 10 erkannt wird. Eine solche Blockade des Feedback-

Aktuators 10 kann mechanische, aber auch elektrische Ursachen haben. Zur Erkennung einer

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Blockade des Feedback-Aktuators 10 weist das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 eine

Blockadeerkennungseinheit auf.

Fig. 2a zeigt in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung die Anordnung der ersten

Sensoreinheit 12, der Winkelsensoreinheit, und der zweiten Sensoreinheit 14, der

Rotorpositionssensoreinheit, bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Steer-by-Wire-

Lenksystem. Dabei ist in Fig. 2a eine Lenkwelle 2 dargestellt, an deren einem Ende eine

Lenkhandhabe 7, hier ein Lenkrad, drehfest angeordnet ist. An dem der Lenkhandhabe 7 abgewandten Ende der Lenkwelle 2 ist schematisch ein Feedback-Aktuator 10 mit einem

Elektromotor 11 dargestellt, der ein Lenkwiderstandsmoment auf die Lenkwelle 2 aufbringen kann. Eine Drehwinkel als Position der Lenkhandhabe 7 wird dabei mittels der der Lenkwelle zugeordneten ersten Sensoreinheit 12 und mittels der einer Rotorwelle des Elektromotors 11 zugeordneten zweiten Sensoreinheit 14 erfasst. Die zweite Sensoreinheit 14 ist insbesondere unmittelbar an dem Elektromotor 11 angeordnet. In einem Normalbetrieb liefern die erste

Sensoreinheit 12 und die zweite Sensoreinheit 14 im Wesentlichen gleiche Werte für den

Drehwinkel und somit die Position der Lenkhandhabe 7. Kommt es nun aber zu einer Blockade des Feedback-Aktuators 10, so liefert die zweite Sensoreinheit 14 einen im Wesentlichen konstanten Wert für den Drehwinkel und somit die Position der Lenkhandhabe 7, weil im

Wesentlichen keine Drehung der Motorwelle mehr möglich ist. Da zwischen der

Anordnungsposition der ersten Sensoreinheit 12 und der Anordnungsposition der zweiten

Sensoreinheit aber ein gewisser Bewegungsspielraum besteht, ist bei einer Blockade des

Feedback-Aktuators 10 ein Bewegen der Lenkhandhabe 7 in eine erste Richtung 37 und in eine zweite Richtung 38 in einem gewissen Bewegungsbereich ermöglicht, insbesondere durch ein

Verwinden der Lenkwelle 2 und/oder weiterer Komponenten des Lenksystems und/oder ein vorhandenes Spiel. Der Bewegungsbereich bildet dabei zwischen einem ersten Maximalwert -

P_max für die erste Bewegungsrichtung 37 der Lenkhandhabe 7 und einem zweiten Maximalwert +P_max für die zweite Bewegungsrichtung 38 der Lenkhandhabe 7 einen Winkelbereich 26, wie in Fig. 2b beispielhaft dargestellt. Als Nullpunkt beziehungsweise Symmetriepunkt P_0 ist dabei der von der zweiten Sensoreinheit 14 als Positionssignal 22 erfasste Drehwinkel festgelegt, der dann für das weitere Lenken des Kraftfahrzeugs in dem Sonderbetriebsmodus die

Neutralstellung bildet. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Steer-by-Wire-Lenksystem so ausgelegt ist, dass der Winkelbereich 26 symmetrisch in einem Intervall zwischen maximal -10° und maximal +10° liegt. In dem konkreten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2a beträgt der

Bewegungsbereich in die erste Bewegungsrichtung 37 5° und in die zweite Bewegungsrichtung 38 5°, der Winkelbereich 26 insgesamt also 10°.

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Fig. 3 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel, wie ein Steer-by-Wire-Lenksystem, insbesondere ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert, erfindungsgemäß betrieben werden kann. Dazu ist in Fig. 3 schematisch die Steuereinheit 16 dargestellt. In einem Normalbetriebsmodus 30 wird dabei ein Normal-Steuersignal 32 zur

Steuerung des Lenkstellers 9 bestimmt und der Lenksteller 9 mit dem Normal-Steuersignal 32 gesteuert. Insbesondere wird der Lenksteller 9 in dem Normalbetriebsmodus 30 in einem

Normal-Positionssteuerungsmodus betrieben, in dem das Normal-Steuersignal 32 aus einer mittels der ersten Sensoreinheit 12 und der zweiten Sensoreinheit 14 erfassten Lenkposition der

Lenkhandhabe 7 bestimmt wird. Erkennt eine Blockadeerkennungseinheit 18 des Steer-by-Wire-

Lenksystems 1, dass der Feedback-Aktuator 10 blockiert ist, so wechselt die Steuereinheit 16 von dem Normalbetriebsmodus 30 in einen Sonderbetriebsmodus 40, in dem ein Steuersignal 42 zur Steuerung des Lenkstellers 9 abweichend von dem Normalbetriebsmodus 30, insbesondere unter Verwendung eines ersten einen Drehwinkel repräsentierenden

Positionssignals und eines zweiten einen Drehwinkel repräsentierenden Positionssignals, bestimmt und dem Lenksteller 9 bereitgestellt wird, sodass dieser entsprechend dem

Steuersignal 41 einen Lenkwinkel der lenkbaren Räder 4 einstellt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung für ein Verfahren zum Betreiben des unter Bezugnahme auf

Fig. 1 und Fig. 2 erläuterten Steer-by-Wire-Lenksystems 1 in dem Sonderbetriebsmodus 40 wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 näher erläutert. In dem Sonderbetriebsmodus 40 wird dabei mittels der Winkelsensoreinheit als erster Sensoreinheit 12 ein erstes Positionssignal 21 bezüglich einer aktuellen Position der Lenkhandhabe 7 an der Lenkwelle 2 erfasst. Mittels der

Rotorpositionssensoreinheit 14 als zweiter Sensoreinheit wird ein zweites Positionssensorsignal 22 bezüglich einer aktuellen Position der Lenkhandhabe 7 erfasst. Aus dem ersten

Positionssignal 21 und dem zweiten Positionssignal 22 wird ein Differenzsignal 24 bestimmt.

Beispielsweise kann das erste Positionssignal 21 einen Drehwinkel von 93° repräsentieren und das zweite Positionssignal 22 einen Drehwinkel von 90° repräsentieren, sodass das

Differenzsignal 24 mit 3° bestimmt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt N wird das

Differenzsignal 24 auf den Winkelbereich 26 normiert, der für das Ausführungsbeispiel gemäß

Fig. 2a und Fig. 2b mit 10° festgelegt wurde. Der Winkelbereich 26 entspricht dabei dem trotz des blockierten Feedback-Aktuators 10 noch verfügbaren Bewegungsbereich der Lenkhandhabe 7.

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Aus dem normierten Differenzsignal 25 und einer in einem weiteren Verfahrensschritt V bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit 36 wird in einem Verfahrensschritt D das Steuersignal 42 für den Lenksteller 9 in einem Sonder-Positionssteuerungsmodus derart bestimmt, dass durch das Steuersignal 42 ein Lenkwinkel 50 für die lenkbaren Räder 4 des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird, der nichtlinear von dem Differenzsignal 24 beziehungsweise dem normierten

Differenzsignal 25 abhängt. Der Lenkwinkel nimmt dabei vorteilhafterweise mit größer werdendem Differenzsignal 24 überproportional zu. Darüber hinaus werden zudem abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit 36 die Steuersignale 42 so bestimmt, dass durch ein Steuersignal 42 bei gleichem Differenzsignal 24 für niedrigere Geschwindigkeiten ein größerer Lenkwinkel 50 über den Lenksteller 9 eingestellt wird, als für höhere Geschwindigkeiten.

Für den Fahrer eines Kraftfahrzeugs mit einem gemäß einem solchen Verfahrens betriebenen

Steer-by-Wire-Lenksystem 1 bedeutet das, dass bei einer erkannten Blockade des Feedback-

Aktuators 10 die Lenkhandhabe 7 noch in einem engen Winkelbereich 26 bewegt werden kann.

Die sich für ein Differenzsignal 24 mit einem Wert von 0° ergebende Position P_O innerhalb des

Winkelbereichs 26 wird dann als Neutralstellung festgelegt, bei der die lenkbaren Räder 4 des

Kraftfahrzeugs in Geradeausfahrrichtung ausgerichtet werden. Ausgehend von dieser Position

P_0 führt eine Bewegung der Lenkhandhabe 7 in die erste Richtung 37 zu einer Lenkbewegung der gelenkten Räder entsprechend der ersten Richtung. Eine Bewegung der Lenkhandhabe 7 in die zweite Richtung 37 ausgehend von der Position P_O führt zu einer Lenkbewegung der gelenkten Räder entsprechend der zweiten Richtung.

Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten

Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.

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Bezugszeichenliste 1 Steer-by-Wire-Lenksystem 2 Lenkwelle 3 Lenkgetriebe 4 lenkbares Rad 5 Lenkritzel 6 Zahnstange 7 Lenkhandhabe 8 Spurstange 9 Lenksteller 10 Feedback-Aktuator 11 Elektromotor des Feedback-Aktuators (10) 12 erste Sensoreinheit 14 zweite Sensoreinheit 16 Steuereinheit 18 Blockadeerkennungseinheit 21 erstes Positionssignal 22 zweites Positionssignal 24 Differenzsignal normiertes Differenzsignal 26 Winkelbereich

Normalbetriebsmodus 32 Normal-Steuersignal 25 36 Fahrzeuggeschwindigkeit 37 erste Bewegungsrichtung der Lenkhandhabe (7) 38 zweite Bewegungsrichtung der Lenkhandhabe (7) 40 Sonderbetriebsmodus 42 Steuersignal 30 50 Lenkwinkel

N Normierung des Differenzsignals (24)

V Erfassen und Bereitstellen einer Fahrzeuggeschwindigkeit (36)

D Bestimmen eines Steuersignals (42)

P_O festgelegte Neutralstellung im Sonderbetriebsmodus -Pmax erste Grenze für den Bewegungsbereich der Lenkhandhabe (7) bei blockiertem Feedback-

Aktuator (10) +P_max zweite Grenze für den Bewegungsbereich der Lenkhandhabe (7) bei blockiertem Feedback-

Aktuator (10)

Claims

13 BE2022/5761 Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems (1) mit einer Lenkhandhabe (7), einem Feedback-Aktuator (10) und einem Lenksteller (9), wobei bei einem Erkennen einer Blockade des Feedback-Aktuators (10) von einem Normalbetriebsmodus (30) des Steer-by-Wire-Lenksystems (1) in einen Sonderbetriebsmodus (40) des Steer-by-Wire- Lenksystems (1) gewechselt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sonderbetriebsmodus (40) ein Steuersignal (42) zur Steuerung des Lenkstellers (9) abweichend von dem Normalbetriebsmodus (30) unter Verwendung eines ersten Positionssignals (21) und eines zweiten Positionssignals (22) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sonderbetriebsmodus (40) mittels einer ersten Sensoreinheit (12) das erste Positionssignal (21) bezüglich einer aktuellen Position der Lenkhandhabe (7) erfasst wird, wobei die Lenkhandhabe (7) drehfest an einer Lenkwelle (2) angeordnet ist und die erste Sensoreinheit (12) der Lenkwelle (2) zugeordnet ist, und dass mittels einer zweiten Sensoreinheit (14) das zweite Positionssensorsignal (22) bezüglich einer aktuellen Position der Lenkhandhabe (7) erfasst wird, wobei die zweite Sensoreinheit (14) einer Motorwelle eines Elektromotors (11) des Feedback-Aktuators (10) zugeordnet ist, wobei ein Differenzsignal (24) aus dem ersten Positionssignal (21) und dem zweiten Positionssignal (22) bestimmt wird und das Steuersignal (42) für den Lenksteller (9) in dem Sonderbetriebsmodus (40) unter Berücksichtigung des bestimmten Differenzsignals (24) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzsignal (24) auf einen Winkelbereich (26) normiert wird, der im Fall einer Blockade des Feedback-Aktuators (10) dem noch verfügbaren Bewegungsbereich der Lenkhandhabe (7) entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuersignal (42) ein Lenkwinkel für lenkbare Räder (4) des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird, der linear von dem Differenzsignal (24) abhängt.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuersignal (42) ein Lenkwinkel für lenkbare Räder (4) des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird, der nichtlinear von dem Differenzsignal (24) abhängt.

14 BE2022/5761

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Positionssignal (21) mittels einer Winkelsensoreinheit als erster Sensoreinheit (12) bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Positionssensorsignal (22) mittels einer Rotorpositionssensoreinheit als zweiter Sensoreinheit (14) bestimmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenksteller (9) in dem Sonderbetriebsmodus (40) in einem Sonder- Positionssteuerungsmodus betrieben wird, in dem das Steuersignal (42) aus einer Lenkposition der Lenkhandhabe (7) bestimmt wird, wobei die Lenkposition unter Berücksichtigung des Differenzsignals (24) bestimmt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenksteller (9) in dem Normalbetriebsmodus (30) in einem Normal- Positionssteuerungsmodus betrieben wird, in dem das Normal-Steuersignal (32) aus einer sensorisch erfassten Lenkposition der Lenkhandhabe (7) bestimmt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung des Steuersignals (42) in dem Sonderbetriebsmodus (42) zusätzlich eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (36) berücksichtigt wird.

11. Steer-by-Wire-Lenksystem (1) umfassend eine Lenkhandhabe (7), die an einer Lenkwelle (2) drehfest angeordnet ist, eine der Lenkwelle (2) zugeordnete Winkelsensoreinheit (12), einen Feedback-Aktuator (10) mit einem Elektromotor (11), eine einer Motorwelle des Elektromotors (11) zugeordnete Rotorpositionssensoreinheit (14), einen Lenksteller (9) und eine Steuereinheit (16), wobei die Steuereinheit (16) ausgebildet ist, ein von der Winkelsensoreinheit (12) erfasstes erstes Positionssignal (21) zu empfangen, ein von der Rotorpositionssensoreinheit (14) erfasstes zweites Positionssignal (22) zu empfangen und ein Steuersignal (32, 42) zur Steuerung des Lenkstellers (9) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steer-by-Wire-Lenksystem (1) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.

15 BE2022/5761

12. Steer-by-Wire-Lenksystem (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) zwischen der Winkelsensoreinheit (12) und der Rotorpositionssensoreinheit (14) eine Elastizität und/oder ein Spiel aufweist, derart, dass bei einer Blockade des Feedback-Aktuators (10) ein Bewegen der Lenkhandhabe (7) in einem Bewegungsbereich ermöglicht ist.

13. Steer-by-Wire-Lenksystem (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsbereich symmetrisch in einem Intervall zwischen +10° und -10° liegt.

14. Steer-by-Wire-Lenksystem (1) nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsbereich in eine erste Richtung (37) 5° und in eine zweite Richtung (38) 5° beträgt.

15. Steer-by-Wire-Lenksystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine Blockadeerkennungseinheit (18), die ausgebildet ist, eine Blockade des Feedback-Aktuators (10) zu erkennen.