BE1031342B1

BE1031342B1 - Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges bei ausgefallenem Steer-by-Wire-Lenksystem mit Drift- und Bremsvorgang

Info

Publication number: BE1031342B1
Application number: BE20235108A
Authority: BE
Inventors: Leonard Lapis
Original assignee: Thyssenkrupp Presta Ag; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2023-02-15
Filing date: 2023-02-15
Publication date: 2024-09-16
Also published as: BE1031342A1; DE102024104136A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges (1) mit zwei Achsen mit jeweils zwei Rädern (RL,RR,FL,FR) und einer Zwei-Rad-Lenkung, wobei die vorderen beiden Räder (FL,FR) mittels einer Steer-by-Wire-Lenkung (2) lenkbar sind und über eine Lenkstange miteinander verbunden sind und das Kraftfahrzeug (1) ein Antriebs- und Bremssystem (5) mit wenigstens einem Radantrieb, der die beiden Hinterräder (RL,RR) antreibt, und das Verfahren folgende Schritte umfasst, wenn das Steer-by-Wire-Lenksystem (2) nicht zur Verfügung steht: a. Bestimmen einer Soll-Trajektorie (4) des Kraftfahrzeuges (1), b. Ausführen eines Driftvorgangs (8) durch Ansteuerung des Antriebs- und Bremssystems (5), so dass sich das Kraftfahrzeug zur Soll-Trajektorie (4) hindreht, c. Nach dem Driftvorgang (8), Ausführen eines Bremsvorgangs (9) durch Ansteuerung des Antriebs- und Bremssystems (5), derart, dass alle vier Räder (RL,RR,FL,FR) abgebremst werden, d. Nach dem Bremsvorgang (9), wenn eine Abweichung zwischen der Soll-Trajektorie (4) und einer Ist-Trajektorie (7) des Kraftfahrzeuges (1) einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wiederholen der Schritte b) und c).

Description

; BE2023/5108

Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges bei ausgefallenem Steer-

By-Wire-Lenksystem mit Drift- und Bremsvorgang

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines

Kraftfahrzeuges und ein Kraftfahrzeug, das dazu ausgebildet ist, dieses Verfahren auszuführen,

Bei Steer-by-Wire-Lenksystemen ist die Stellung der gelenkten Räder nicht direkt mit dem Lenkrad gekoppelt. Es besteht eine Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern über elektrische Signale. Der Fahrerlenkwunsch wird von einem Lenkwinkelsensor abgegriffen und in Abhängigkeit des Fahrerlenkwunsches wird über einen Lenksteller die Stellung der gelenkten Räder geregelt. Eine mechanische Verbindung zu den Rädern ist nicht vorhanden.

Bei einem solchen Steer-by-Wire Lenksystem ist es dem Fahrer im Falle des

Versagens der Lenkunterstützung nicht möglich, mittels eines mechanischen

Durchagriffes und Aufbringen von Muskelkraft das Fahrzeug weiterhin zu lenken.

In einem Störungsfall des Steer-by-Wire-Systems muss es aber möglich sein, das

Kraftfahrzeug sicher an einem Straßenrand zum Stilstand bringen zu können, Das

Fahrzeug kann dann geborgen werden, beispielsweise durch Verladen auf einen

Anhänger und in eine Werkstatt überführt werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines

Kraftfahrzeuges anzugeben, das ein ,limp aside”, also ein Lenken/Bewegen/Fahren des Fahrzeugs in eine sichere Parknosition ermöglicht,

Diese Aufgabe wird von einem Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des

Anspruchs 6 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der

Erfindung genannt.

Demnach ist ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges mit zwei Achsen mit jeweils zwei Rädern und einer Zwei-Rad-Lenkung vorgesehen, wobei die vorderen beiden Räder mittels einer Steer-by-Wire-Lenkung lenkbar und über eine

Lenkstange miteinander verbunden sind und das Kraftfahrzeug ein Antriebs- und

? BE2023/5108

Bremssystem mit wenigstens einem Radantrieb, der die belden Hinterräder antreibt, und das Verfahren folgende Schritte umfasst, wenn das Steer-by-Wire-

Lenksystem nicht zur Verfügung steht: a. Bestimmen einer SoH-Trajektorie des Kraftfahrzeuges, b. Ausführen eines Driftvorgangs durch Ansteuerung des Antriebs- und

Bremssystems, so dass sich das Kraftfahrzeug zur Soll-Trajektorie hindrent, c. Nach dem Driftvorgang, Ausführen eines Bremsvorgangs durch Ansteuerung des Antriebs- und Bremssystems, derart, dass alle vier Räder abgebremst werden (bevorzugt wie bei einem Bremsvorgang mit Anil-Blockier-System}, d. Nach dem Bremsvorgang, wenn eine Abweichung zwischen der Soil-Trajektorie und einer Ist-Trajsktorie des Kraftfahrzeuges einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wiederholen der Schritte b} und c},

Durch die Drift- und Sremsvorgänge kann das Kraftfahrzeug sicher bei Ausfall des

Lenksystems zum Straßenrand gesteuert werden, Unter dem Begriff ,hindrehen” wird verstanden, dass sich die Orientierung des Kraftfahrzeuges derart ändert, dass die Ist-Trajektorie sich zur Soll-Trajektorie ausrichtet, Das Hindrehen und die

Orientierung des Fahrzeugs verweist auf die Gierrate und den Schwimmwinkel des

Fahrzeugs, Eahrzeuggeschwindigkeit, Gierrate und Schwimmwinkel beschreiben eindeutig den Fahrzeugzustand und diese Werte werden bevorzugt geregelt, um die gewünschte Trajektorie (In dem Fall Limp Aside Manöver) zu realisieren.

Der wenigstens eine Radantrieb kann zwei Einzelradantriebe der Hinterräder umfassen oder einen einzigen Radantrieb, der die Hinterräder über ein Differenzial antreibt.

Vorzugsweise wird in Schritt b} ein Differenzantriebsmomentes zwischen den beiden Hinterrädern durch Beschleunigen eines Hinterrades in Fahrtrichtung herbeigeführt wird und wenigstens eines der Vorderräder selektiv abgebremst, Das

Durch Abbremsen eines einzeinen Vorderrades und das Antreiben eines Hinterrades kann des Kraftfahrzeug gelenkt werden. Bevorzugt wird das Vorderrad einer ersten

Längsseite des Kraftfahrzeuges abgebremst und das Hinterrad der anderen

Längsseite des Kraftfahrzeuges beschleunigt,

Es kann vorgesehen sein, dass die Soil-Trajektorie von einem automatischen, insbesondere autonomen oder haibautonomen Fahrmodus vorgegeben wird. Es ist aber auch denkbar, dass die Soll-Trajektorie mittels eines von einem Fahrer in ein

Lenkmittel eingeleiteten Lenkmoments bestimmt wird.

Vorzugsweise werden die Schritte b} und c) solange wiederholt, bis die Ist-

Trajektorie der Soll-Trajektorie entspricht und das Kraftfahrzeug in einem

Bremsvorgang bis zum Stillstand abgebremst wird.

Die Sofl-Trajektorie bildet bevorzugt ein ,Limp-Aside" ab,

Weiterhin Ist ein Kraftfahrzeug vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, das vorgenannte Verfahren durchzuführen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der

Zeichnungen näher erläutert, Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, Es zeigen:

Fig. 1: eins schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit ausgefallenem Steer-by-Wire-Lenksystems mit einer Soil-Trajektorie und einer Ist-Trajektorie,

Fig, à: sine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit ausgefallenem Steer-by-Wire-Lenksystem bel einem Drifivorgang, sowie

Fig. 3: eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit ausgefallenem Steer-by-Wire-Lenksystem bei einem Bremsvorgang.

In der Figur 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Steer-by-Wire-Lenksystem 2 und einem Hinterachsantrieb 3 dargestellt, Das Fahrzeug kann auch alternativ einen

Hitnerradantrieb aufweisen, Basierend auf einer Lenkeingabe eines Fahrers oder wenn sich das Kraftfahrzeug in einem automatisierten Fahrmodus befindet, eines

Signals einer Steuereinheit, die das automatisierte Fahren umsetzt, wird sine Soil-

Trajektorie 4 des Kraftfahrzeuges 1 berechnet, Bei dem automatisierten Fahren handelt es beispielsweise um ein Fahren mit automatisierter Quer- und

Längsführung, Der Begriff ,automatisiertes Fahren“ umfasst ein automatisiertes

Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte

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Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, tellautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren,

Das Steer-by-Wire-Lenksystem 2 ist gestört und steht nicht zur Verfügung, Die

Aktuatoren eines Antriebs- und Bremssystems 5 werden entsprechend geregelt, sodass durch ein gezieltes Abbremsen und Beschieunigen der Räder 6 des

Kraftfahrzeuges 1 dieses auf der Soil-Trajektorie 4 gehalten werden kann. Die Soll-

Trajektorie 4 stellt bevorzugt ein ,limp-aside” dar, Die Abweichung zwischen der

Soll-Trajektoris 4 und der Ist-Trajektorie 7 wird bei dem Ansteuern des Antriebs- und Bremssystems 5 minimiert und das Kraftfahrzeug 1 bis zum Stilistand abgebremst, Dazu führt das Antriebs- und Bremssystem abwechselnd einen

Driftvorgang 8 und einen Bremsvorgang 9 durch, bis das Kraftfahrzeug 1 sich auf der Soil-Trajektorie 4 bewegt und es durch einen Bremsvorgang 9 bis zum

Stilstand abgebremst werden kann.

In der Figur 2 ist ein Driftvorgang dargestellt. Bei einem Driftvorgang wird ein

Schwimmwinkel a und ein Giermoment w des Kraftfahrzeuges 1 mittels des

Antriebs- und Bremssystems 5 hervorgerufen. Im dargestellten Beispiel muss das

Kraftfahrzeuge 1 in Fahrtrichtung gegen den Uhrzeigersinn eindrehen, um sich der

Soll-Trajektorie 4 anzunähern. Eine Steuereinheit berechnet anhand von

Fahrzeugzuständen und der bestimmten Soll-Trajextorie 4 ein Soligiermoment und einen Sollschwimmwinkel, um die Differenz zwischen Soll-Trajektorie 4 und Ist-

Trajektoris zu minimieren, Schwimmwinkel und Gierrate beschreiben den

Fahrzeugzustand eindeutig (zusammen mit der Fahrzeuggeschwindigkelt). Das

Giermoment ist proportional zu der Ableitung der Gierrate. Anhand der Soliwerte werden SteligrôGen für die Vorderradbremsen 50,51, für den Hinterachsantrieb 3 sowie die Hinterradbremsen 52,53 bestimmt und das Antriebs- und Bremssystem 5 entsprechend angesteuert, In dem dargestellten Beispiel wird das linke Vorderrad

FL abgebremst, wodurch das Kraftfahrzeug nach links einlenkt, Außerdem wird das rechte Hinterrad RR in Fahrtrichtung mittels des Hinterachsantriebs 3 beschleunigt.

Der exemplarische Minterachsantrieb 3 weist einen einzeinen Aktuator 2 auf,

Insbesondere einen Elektromotor, der die Hinterräder RL,RR über ein offenes

Differenzial (ohne Sperreinrichtung) oder ein teilweise offenes Differenziai antreibt.

Durch die Beschleunigung des rechten Hinterrades RR entsteht an der Hinterachse ein Antriebdrehmomentunterschied zwischen dem linken und rechten Hinterrad,

S BE2023/5108 wodurch das Kraftfahrzeug 1 sich um die Hochachse gegen den Uhrzeigersinn dreht.

Wie in Figur 1 dargestellt, kann ein Driftvorgang dazu führen, dass die Soil-

Trajektorie 4 von der Ist-Trajektorie 7 gekreuzt wird und das Kraftfahrzeug 1 ,Übersteuert", Nach dem zeitlich begrenzten Driftvorgang 8 wird ein Bremsvorgang 9 ausgeführt, bei dem alle vier Räder gleichmäßig abgebremst werden. Der

Hinterachsantrieb 3 treibt die Räder nicht an,

Wen sich das Kraftfahrzeug 1 bei dem Bremsvorgang 9 noch nicht auf der Soil-

Trajektorie 4 befindet, wird das Kraftfahrzeug nur etwas abgebremst und darauffolgend wieder ein Driftvorgang 8, wie in Figur 1 gezeigt, ausgeführt, Der nächste Driftvorgang 8 nähert die Ist-Trajektorie 7 des Kraftfahrzeugs 1 weiter an die Soil-Trajektorie 4 an. Dabei gilt, wenn in einem Regierzyklus der Regierfehler der Soil-Trajektorie 4 reduziert wird, wird das Fahrzeug abgebremst, Wenn der

Regierfehler wieder zu hoch ist, wird nochmal die Driftfunktion angewendet, um diesen Fehler zu reduzieren und die Orientierung des Fahrzeugs in die gewünschte

Richtung zu bringen. Wenn es also wieder zu einer Überschneidung der Ist-

Trajektorie 7 mit der Soil-Trajektorie 4 kommt, wird nach dem daran anschließenden Bremsvorgang 9 wieder ein Driftvorgang 8 ausgeführt, Diese

Abfolge erfolgt solange, bis die Ist-Trajektorie 7 der Soll-Trajektorie 4 entspricht.

Hier können Fehlertoleranzen vorgesehen sein. Danach wird das Kraftfahrzeug 1 nur noch abgebremst.

Dieser Bremsvorgang ist in Figur 3 dargestellt, Bei einem Bremsvorgang werden alle vier Räder FL,FR,RL,RR wie bei einer Vollbremsung mit Anti-Blockier-System (ABS) abgebremst. Da sich das Kraftfahrzeug 1 in dem gezeigten Beispiel bereits auf der Soil-Trajektorie 4 befindet, wird das Kraftfahrzeug bei dem Bremsvorgang bis zum Stillstand abgebremst.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges (1) mit zwei Achsen mit jeweils zwei Rädern (RL,RR,FL.FRO und einer Zwei-Rad-Lenkung, wobei die vorderen beiden Räder (FL,FR}) mittels einer Steer-by-Wire-Lenkung (2} lenkbar sind und über eine Lenkstange miteinander verbunden sind und das Kraftfahrzeug {1} ein Antriebs- und Bremssystem (5) mit wenigstens einem Radantrieb umfasst, der die beiden Hinterräder (RL,RR) antreibt, und das Verfahren folgende Schritte umfasst, wenn das Steer-by-Wire-Lenksystem {2) nicht zur Verfügung stent:

a. Bestimmen einer Soll-Trajektorie (4) des Kraftfahrzeuges (1),

b. Ausführen eines Driftvorgangs (8) durch Ansteuerung des Antriebs- und Bremssystems (5), so dass sich das Kraftfahrzeug zur Soll-Trajektorie (4) hindreht,

c., Nach dem Driftvorgang (8), Ausführen eines Bremsvorgangs (9) durch Ansteuerung des Antriebs- und Bremssystems (5), derart, dass alle vier Räder (RLRR,FL,FR) abgebremst werden,

d. Nach dem Bremsvorgang (9), wenn eine Abweichung zwischen der Soll- Trajektorie (4) und einer Ist-Trajektorie (7) des Kraftfahrzeuges (1} einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wiederholen der Schritte b) und c).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b} ein Differenzantriebsmomentes zwischen den beiden Hinterrädern (RLRR} durch Beschleunigen eines Hinterrades (RR) in Fahrtrichtung herbeigeführt wird und wenigstens eines der Vorderräder (FL) selektiv abgebremst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll- Trajektorie (4) von einem automatischen Fahrmodus vorgegeben wird,

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Trajektorie (4) mittels eines von einem Fahrer in ein Lenkmittel

; BE2023/5108 eingeleiteten Lenkmoments bestimmt wird,

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b} und c) solange wiederholt werden, bis die Ist-Trajektorie (7) der Soll-Trajektorie (4) entspricht und das Kraftfahrzeug (1} in einem Bremsvorgang (9) bis zum Stilstand abgebremst wird,

©. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Trajektorie (4) ein ,Limp-Aside" abbildet, 7, Kraftfahrzeug (1), das dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen,