DE102004025029B4

DE102004025029B4 - System und Verfahren für die Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern in einem Steer-by-Wire-System

Info

Publication number: DE102004025029B4
Application number: DE102004025029A
Authority: DE
Inventors: Yixin Ann Arbour Yao; Behrouz Northville Ashrafi
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2024-05-19
Also published as: US6865462B2; US20040236487A1; DE102004025029A1

Abstract

Ein Verfahren für die Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad (44) und Vorderrädern (18, 20) in einem Steer-By-Wire-System (10) eines Fahrzeugs, wenn das Steer-By-Wire-System (10) des Fahrzeugs gestartet wird, das Verfahren weist folgende Schritte auf:
– Vorsehen eines Regelsystems (16) des Lenkrades (44) zum Erzeugen des Lenkgefühls für einen Fahrer des Fahrzeugs und zur Regelung des Gleichlaufs des Lenkrades (44) mit einem Referenzwinkel des Lenkrades (44);
– Vorsehen eines Regelsystems (15) der Vorderräder (18, 20) zum Erzeugen der Referenzwinkel der Vorderräder (18, 20) und zur Regelung des Gleichlaufs der Vorderräder (18, 20) mit den Referenzwinkeln der Vorderräder (18, 20);
– Erfassen des relativen Winkels und des absoluten Winkels des Lenkrades (44), des relativen Winkels und des absoluten Winkels des lin ken Vorderrades (18) sowie des relativen Winkels und des absoluten Winkels des rechten Vorderrades (20);
– Erzeugen eines elektrisch verstärkten Winkelwertes des Lenkrades (44), basierend auf dem relativen Winkelwert und...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System und Verfahren für die Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern in einem Steer-By-Wire-System für Fahrzeuge.

Aus US 6 098 296 A ist ein Verfahren dieser Art bekannt, das folgende Schritte aufweist:

– Vorsehen eines Regelsystems (30, 34, 36) des Lenkrades (32) zum Erzeugen des Lenkgefühls für einen Fahrer des Fahrzeugs;
– Vorsehen eines Regelsystems (22A, 24A, 26A, 30; 22B, 24B, 26B, 30) der Vorderräder (12A, 12B) zum Erzeugen der Referenzwinkel der Vorderräder (12A, 12B) und zur Regelung des Gleichlaufs der Vorderräder (12A, 12B) mit den Referenzwinkeln der Vorderräder (12A, 12B);
– Erfassen des absoluten Winkels des Lenkrades (32), des relativen Winkels und des absoluten Winkels des linken Vorderrades (12A) sowie des relativen Winkels und des absoluten Winkels des rechten Vorderrades (12B);
– Erzeugen eines Winkelwertes des Lenkrades (32), basierend auf dem absoluten Winkel des Lenkrades (32), eines Winkelwertes des rechten Vorderrades (12A) basierend auf dem relativen Winkel und dem An- fangswert des absoluten Winkels des rechten Vorderrades (12A) sowie eines Winkelwertes des Linken Vorderrades (12B), basierend auf dem relativen Winkel und dem Anfangswert des absoluten Winkels des linken Vorderrades (12B); und
– Regelung des Lenkrades (32) und der Vorderräder (12A, 12B) zum Ausführen der Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad (32) und Vorderrädern (12A, 12B).

Das aus der gleichen Entgegenhaltung bekannte System in einem Steer-By-Wire-System eines Fahrzeugs zur Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad (32) und Vorderrädern (12A, 12B), wenn das Steer-By-Wire-System gestartet wird, weist auf:

– ein Regelsystem (30, 34, 36) des Lenkrades (32) zum Erzeugen von Lenkgefühl;
– ein Regelsystem (22A, 24A, 26A, 30; 22B, 24B, 26B, 30) der Vorderräder (12A, 12B) zum Erzeugen von Referenzwinkeln der Vorderräder (12A, 12B) und zur Regelung der Vorderräder (12A, 12B) in Gleichlauf mit den Referenzwinkeln der Vorderräder (12A, 12B), das Regelsystem (22A, 24A, 26A, 30; 22B, 24B, 26B, 30) der Vorderräder (12A, 12B) steht in elektrischem Kontakt mit dem Regelsystem (30, 34, 36) des Lenkrades (32);
– eine Erfassungsordnung (36; 24A, 26A; 24B, 26B) zum Erfassen des absoluten Winkels des Lenkrades (32), des relativen Winkels und des absoluten Winkels des linken Vorderrades (12A) sowie des relativen Winkels und des absoluten Winkels des rechten Vorderrades (12B); und
– einen Signalgenerator zum Erzeugen eines Winkelwertes des Lenkrades (32), basierend auf dem absoluten Winkel des Lenkrades (32), eines Winkelwertes des rechten Vorderrades (12A), basierend auf dem relativen Winkelwert und dem Anfangswert des absoluten Winkels des rechten Vorderrades sowie eines Winkelwertes des linken Vorderrades (12B), basierend auf dem relativen Winkelwert und dem Anfgangswert des absoluten Winkels des linken Vorderrades (12B).
– wobei das Steer-By-Wire-System das Lenkrad (32) und die Vorderräder (12A, 12B), basierend auf dem Regelsystem (30, 34, 36) des Lenkrades (32) und dem Regelsystem (22A, 24A, 26A, 30; 22B, 24B, 26B, 30) der Vorderräder (18, 20), regelt, um die Anfangs-Synchronisierung zwischen Lenkrad (44) und Vorderrädern (12A, 12B) durchzuführen, was es erlaubt, das Fahrzeug während der Anfangs-Synchronisierung zu bedienen.

Dabei beziehen sich die angegebenen Referenznummern jeweils auf die Entgegenhaltung.

Die Anfangs-Synchronisation von Lenkrad und Vorderrädern ist eine funktionale Grundanforderung in einem Steer-By-Wire-System des Fahrzeugs. In einem typischen Steer-By-Wire-System sind die Anfangs-Winkelpositionen von Lenkrad und Vorderrädern unbestimmt, wenn das System gestartet wird. Sind in einem Steer-By-Wire-System das Lenkrad und die Vorderräder zu Beginn nicht ausgerichtet, verschlechtert sich das Lenkvermögen des Fahrzeugs und das Fahrzeug kann sogar inoperabel sein. Das Implementieren einer Anfangs-Synchronisierung oder Ausrichtung von Lenkrad und Vorderrädern in ein Steer-By-Wire-Regelsystem ist deshalb notwendig. Die Anfangs-Synchronisierung in einem Steer-By-Wire-Systems ist in dieser Erfindung im Allgemeinen ein Verfahren, das Lenkrad und die Vorderräder zum Betrieb des Fahrzeugs (zueinander) auszurichten, wenn das Fahrzeug gestartet wird.

Ein ideales Verfahren der Anfangs-Synchronisierung muss schnell ausgeführt werden, darf bei Fahrer und Fahrgästen keinen Verdruss verursachen und muss durch den Fahrer des Fahrzeugs, ohne jeden nachteiligen Effekt für den Ablauf der Anfangs-Synchronisierung, unterbrochen werden können. Da einige dieser Forderungen miteinander in Konflikt stehen, können sich eine Anzahl von Konsequenzen während des Starts des Fahrzeugs ergeben.

Werden Steer-By-Wire-Systeme gestartet, benötigen sie typisch eine bestimmte Zeit, um das Lenkrad und die Vorderräder (miteinander) zu synchronisieren. Die Zeit für die Anfangs-Synchronisation ist vor Allem dann länger, wenn der Anfangsfehler zwischen den beiden Vorderrädern oder zwischen dem Lenkrad und den Vorderrädern groß ist. Von einen Fahrer muss deshalb verlangt werden, zu warten, bis der Prozess der Anfangs-Synchronisierung beendet ist, bevor das Fahrzeug gefahren werden kann.

Um die Zeit der Synchronisierung zu verringern, sollten Lenkrad und Vorderräder sehr schnell in die geforderten Winkelpositionen gedreht werden.

Während der Anfangs-Synchronisierung steigt dadurch der Komfort für Fahrer und Passagiere. Schnelle Ansprechzeit bedeutet schnelle Bewegung von Lenkrad und Vorderrädern. Die schnelle Bewegung der Vorderräder verursacht einen plötzlichen Ruck, der für die Insassen des Fahrzeugs unangenehm sein kann.

Zusätzlich kann das Verfahren der Anfangs-Synchronisierung durch den Fahrer des Fahrzeugs unterbrochen werden. Der Fahrer kann das Lenkrad halten und drehen, wenn das Fahrzeug gestartet wird. Dies erzeugt eine Störung und Unterbrechung der Anfangs-Synchronisierung. Das kann dazu führen, dass Lenkrad und/oder Vorderräder nicht ausgerichtet werden. Ein Verfahren der Anfangs-Synchronisierung ist deshalb dergestalt erforderlich, dass es trotz Unterbrechung durch den Fahrer weiter arbeitet.

Es ist eine Herausforderung, eine Strategie der Anfangs-Synchronisierung mit schneller Ansprechzeit, komfortablem Gefühl und der Funktion der Unterbrechung durch den Fahrer zu realisieren. Diese Forderungen stehen miteinander in Konflikt. Es ist schwierig, diese Forderungen durch ausschließliches Verwenden von einfachen Kompromissen, neben den Forderungen des Verfahrens der Anfangs-Synchronisierung in Steer-By-Wire-Systemen, zu erfüllen.

Ein Aspekt der gegenwärtigen Erfindung ist, in einem Steer-By-Wire-System ein Verfahren zur Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern eines Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren eine Funktion der Anfangs-Synchronisierung mit dem Normalbetrieb des Steer-By-Wire-Systems kombiniert, was einem Fahrer des Fahrzeugs erlaubt, das Fahrzeug unabhängig vom Ende der Synchronisation in Betrieb zu nehmen und zu bedienen.

Ein weiterer Aspekt der gegenwärtigen Erfindung ist, in einem Steer-By-Wire-System ein Verfahren zur Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern eines Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren durch den Fahrer unterbrochen werden kann und für die Insassen des Fahrzeugs komfortabel ist.

Ein weiterer Aspekt der gegenwärtigen Erfindung ist, in einem Steer-By-Wire-System ein Verfahren zur Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern eines Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren zeitunabhängig ist.

Somit ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern in einem Steer-By-Wire-System eines Fahrzeugs anzugeben, das einem Fahrer des Fahrzeugs erlaubt, unmittelbar nach dem Starten des Steer-By-Wire-Systems das Fahrzeug in Betrieb zu nehmen und zu nutzen, bevor die Anfangssynchonisierung abgeschlossen ist, und die Anfangssynchronisierung beliebig zu unterbrechen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein System, also eine Vorrichtung, mit den Merkmalen des Anspruchs 8.

In einer Realisierung umfasst die gegenwärtige Erfindung ein Verfahren zur Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern in einem Steer-By-Wire-System eines Fahrzeugs, wenn das Steer-By-Wire-System gestartet wird. Das Verfahren weist ein Regelsystem des Lenkrades zum Erzeugen des Lenkgefühls für einen Fahrer des Fahrzeugs und zur Regelung des Lenkrades, im Gleichlauf mit einem Referenzwinkel des Lenkrades auf. Das Verfahren weist weiterhin ein Regelsystem der Vorderräder, in elektrischem Kontakt mit dem Regelsystem des Lenkrades auf, um die Referenzwinkel für die Vorderräder, basierend auf dem Winkel des Lenkrades, zu erzeugen und um den Gleichlauf der Vorder räder mit den Referenzwinkeln der Vorderräder zu regeln. Das Verfahren schließt weiterhin das Erfassen des relativen und absoluten Winkels des Lenkrades, des linken Vorderrades und des rechten Vorderrades ein.

Das Verfahren weist weiterhin das Erzeugen eines (elektrisch) verstärkten Winkels des Lenkrades auf, basierend auf dem relativen Winkel und dem Anfangswert des absoluten Winkels des Lenkrades, eines (elektrisch) verstärkten Winkels des rechten Vorderrades, basierend auf dem relativen Winkel und dem Anfangswert des absoluten Winkels des rechten Vorderrades und eines (elektrisch) verstärkten Winkels des linken Vorderrades, basierend auf dem relativen Winkel und dem Anfangswert des absoluten Winkels des linken Vorderrades. Das Verfahren schließt weiterhin die Verwendung des verstärkten Winkels des Lenkrades als ein Rückkopplungs-Signal für das Regelsystem des Lenkrades und die verstärkten Winkel des linken und rechten Vorderrades als Rückkopplungs-Signale für das Regelsystem der Vorderräder ein. Das Verfahren schließt weiterhin die Regelung des Lenkrades und der Vorderräder zum Erreichen der Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern ein, wobei das Fahrzeug während der Anfangs-Synchronisierung bedienbar bleibt.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus den Betrachtungen in der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung, deutlich. In diese zeigen
1 eine schematische Zeichnung des Steer-By-Wire-Systems eines Fahrzeugs, gemäß einer Realisierung der gegenwärtigen Erfindung;
2 ein Blockdiagramm eines Regelsystems des Lenkrades und eines Regelsystems der Vorderräder des Steer-By-Wire-Systems aus 1;
3 ein Blockdiagramm eines (elektrisch) verstärkenden Signalgenerators, einschließlich der Strategie der Anfangs-Synchronisierung des Steer-By-Wire-Systems;
4 ein Blockdiagramm des Regelsystems des Lenkrades und des Regelsystems der Vorderräder, einschließlich der (elektrisch) verstärkten Signale aus 3, um die Anfangs-Synchronisierung zu implementieren; und
5 ein Flussdiagramm der Strategie der Anfangs-Synchronisierung, gemäß einem Verfahren der gegenwärtigen Erfindung.
Die gegenwärtige Erfindung stellt allgemein ein Steer-By-Wire-System für ein Fahrzeug zur Verfügung, einschließlich einer Strategie der Synchronisierung, die das Bedienen und Fahren des Fahrzeugs, unmittelbar nach dem Starten des Steer-By-Wire-Systems, erlaubt. Die gegenwärtige Erfindung stellt bei dem Verfahren der Anfangs-Synchronisierung eine Lösung für den Konflikt zwischen schneller Ansprechzeit, komfortablem Gefühl und der Funktion der Unterbrechung durch den Fahrer zur Verfügung.
1 zeigt das Steer-By-Wire-System 10 eines Fahrzeugs, gemäß einer Realisierung der gegenwärtigen Erfindung. Wie dargestellt, hat das Steer-By-Wire-System 10 des Fahrzeugs keine mechanischen Verbindungen zwischen dem Lenkrad und dem linken und rechten Vorderrad. In dieser Realisierung besteht das Steer-By-Wire-System 10 aus einem Regelsystem 15 der Vorderräder und einem Regelsystem 16 eines Lenkrades. Das Steer-By-Wire-System 10 hat ein Steer-By-Wire-Regelmodul 12 mit einer Regeleinheit 13 der Vorderräder des Regelsystems 15 der Vorderräder und einer Regeleinheit 14 des Lenkrades des Regelsystems 16 des Lenkrades. Das Steer-By-Wire- Regelmodul 12 verbindet das Regelsystem 15 der Vorderräder mit dem Regelsystem 16 des Lenkrades.
Wie in 1 dargestellt weist das Regelsystem 15 der Vorderräder ein linkes Vorderrad 18, das mit einer Spurstange 19 verbunden ist, und ein rechtes Vorderrad 20 auf, das mit einer Spurstange 21 verbunden ist. Das Regelsystem 15 der Vorderräder hat weiterhin ein linkes und rechtes Stellglied 40, 42 der Vorderräder, elektrisch mit einem jeweiligen linken und rechten Motorverstärker 36, 38 verbunden. Der linke und rechte Motorverstärker 36, 38 empfangen Regelsignale von der Regeleinheit 13 der Vorderräder 18, 20. Die Stellglieder 40, 42 empfangen Stromsignale von den entsprechenden Motor- verstärkern 36, 38, um Drehmoment am jeweiligen linken und rechten Vorderrad 18, 20 zu erzeugen. Ein Winkelsensor 32 des linken Vorderrades 18 ist zur Bestimmung des Winkels des linken Vorderrades 18 mit dem Stellglied 40 des linken Vorderrades verbunden. Ein Winkelsensor 34 des rechten Vorderrades 20 ist zur Bestimmung des Winkels des rechten Vorderrades 20 mit dem Stellglied 42 des rechten Vorderrades verbanden. Die Sensoren 32, 34 des linken und rechten Vorderrades sind elektrisch mit der Regeleinheit 13 der Vorderräder 18, 20 verbunden und senden Signale, die die Winkel des linken und rechten Vorderrades darstellen, die im Regler 13 verarbeitet werden. Die Regeleinheit 13 der Vorderräder empfängt eine Vielzahl von Eingangs-Signalen, einschließlich dem Winkel des Lenkrades und den Winkeln der Vorderräder, um Regelsignale zur Regelung des linken und rechten Vorderrades 18, 20 unter Verwenden der jeweiligen Stellglieder 40, 42 zu erzeugen.
Die Sensoren 32, 34 stellen im Allgemeinen relative Winkelmessungen zur Verfügung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Sensoren für absolute Winkel verwendet, sie sind Redundanz-Sensoren und bestimmen die absoluten Winkel der Vorderräder. Der absolute Winkelsensor 32a des linken Vorderrades ist mit dem Stellglied 40 des linken Vorderrades verbunden, um den absoluten Winkel des linken Vorderrades 18 zu erfassen. Der absolute Winkelsensor 34a des rechten Vorderrades ist mit dem Stellglied 42 des rechten Vorderrades verbunden, um den absoluten Winkel des rechten Vorderrades 20 zu erfassen. Die absoluten Winkelsensoren 32a, 34a des linken und rechten Vorderrades sind elektrisch mit dem Regler 13 der Vorderräder verbunden und senden Signale, die die absoluten Winkel bezeichnen, die im Regler 13 verarbeitet werden.
Das Regelsystem 16 des Lenkrades umfasst ein Lenkrad 44, das auf einer Lenksäule 46 montiert ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Sensor des Lenkrades 48 zur Bestimmung des Lenkrad-Winkels mit der Lenksäule 46 oder einem Stellglied 52 des Lenkrades verbunden und erzeugt eine im Allgemeinen relative Winkelmessung. Der Sensor 48 des Lenkrades ist elektrisch mit dem Regler 14 des Lenkrades verbunden, der von Sensor 48 ein Signal empfängt, das den Winkel des Lenkrades darstellt. Das Regelsystem 16 des Lenkrades umfasst weiterhin den Motorverstärker 50 des Lenkrades, der elektrisch mit dem Regler 14 des Lenkrades verbunden ist, um Regelsignale zu empfangen und um ein Stromsignal für das Stellglied 52 des Lenkrades zur Verfügung zu stellen. Das Stellglied 52 des Lenkrades ist elektrisch mit dem Motorverstärker verbunden, um Strom vom Verstärker 50 zu empfangen und um ein Reaktionsmoment am Lenkrad 44 zu erzeugen. Der Regler 14 des Lenkrades empfängt eine Vielzahl von Eingangs-Signalen, einschließlich dem Winkelsignal des Lenkrades, den Winkelsignalen der Vorderräder, den Drehmoment-Signalen der Vorderräder sowie Fahrzeugsignale (nicht dargestellt), und erzeugt ein Regelsignal für das Lenkrad.
Zur Bestimmung des absoluten Winkels des Lenkrades und als Redundanz-Sensor wird ein absoluter Winkelsensor verwendet. Der absolute Sensor 48a des Lenkrades ist zum Erfassen des absoluten Winkels des Lenkrades mit der Lenksäule 46 oder dem Stellglied 52 des Lenkrades verbunden. Der absolute Sensor 48a des Lenkrades ist elektrisch mit dem Regler 14 des Lenk rades verbunden, der von Sensor 48a Signale, die den absoluten Winkel des Lenkrades darstellen, erhält.
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm des Steer-By-Wire-Regelsystems 10 mit dem Regelsystem 16 des Lenkrades und dem Regelsystem 15 der Vorderräder. 2 beschreibt als Blockdiagramm das Steer-By-Wire-System aus 1, mit Baugruppen und Reglern am Lenkrad und an den Vorderrädern. Wie in 2 dargestellt, hat das Regelsystem 16 des Lenkrades den Winkel des Lenkrades Θ_S als Ausgangs- und Rückkopplungs-Signal und den Referenzwinkel des Lenkrades Θ_SRef als Eingangs-Signal. Das Regelsystem 15 der Vorderräder hat den Winkel des linken und rechten Vorderrades Θ_LR und Θ_RR als Ausgangs- und Rückkopplungs-Signale und den Referenzwinkel des linken und rechten Vorderrades Θ_LRef und Θ_RRef als Eingangs-Signale. In dieser Realisierung umfasst das Regelsystem 15 der Vorderräder einen Referenzwinkel-Generator 8 der Vorderräder und ein geschlossenes Regelsystem 19 der Vorderräder. Die Aufgabe des Referenzwinkel-Generators 8 der Vorderräder ist das Erzeugen des linken und rechten Referenzwinkels der Vorderräder Θ_LRef und Θ_RRef, basierend auf dem Winkel des Lenkrades Θ_S.
Das Regelsystem 16 des Lenkrades und das Regelsystem 15 der Vorderräder im Steer-By-Wire-System 10 sind so gestaltet, dass die erforderlichen Lenkfunktionen implementiert sind. Einige Funktionen des Regelsystems 16 des Lenkrades sind, ein Lenkgefühl für einen Fahrer des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen und den Winkel des Lenkrades Θ_S im Gleichlauf mit dem Referenzwinkel des Lenkrades Θ_SRef zu regeln. Andere Funktionen des Regelsystems der Vorderräder 15 sind, die Referenzwinkel der Vorderräder Θ_LRef und Θ_RRef, basierend auf dem Winkel des Lenkrades Θ_S, zu erzeugen und die Winkel der Vorderräder Θ_LR und Θ_RR im Gleichlauf mit den Referenzwinkel der Vorderräder Θ_LRef und Θ_RRef zu regeln.
Zusätzlich zu der nominalen Regelung, um die oben erwähnten Funktionen auszuführen, wird das Steer-By-Wire-System 10 ebenfalls verwendet, um die Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern auszuführen. Im Folgende wird ein System und Verfahren beschrieben, um die Anfangs-Synchronisierung, basierend auf der Struktur des Steer-By-Wire-Systems in 2, auszuführen. Die Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern im Steer-By-Wire-System, mit schneller Ansprechzeit, komfortablen Gefühl und der Möglichkeit der Unterbrechung durch den Fahrer, ändert die Struktur des Regelsystems aus 2 nicht.
Die Rückkopplungs-Signale Θ_S, Θ_LR und Θ_RR im Steer-By-Wire-System aus 2 werden aus den Messungen der Primärsensoren 48, 32 und 34 oder der Redundanz-Sensoren 48a, 32a und 34a aus 1 erhalten. Durch Erzeugen der speziellen Rückkopplungs-Signale Θ_S, Θ_LR und Θ_RR für das Regelsystem 16 des Lenkrades und das Regelsystem 15 der Vorderräder zu Beginn der Anfangs-Synchronisierung kann das Ziel der Ausrichtung von Lenkrad und linkem und rechtem Vorderrad 18, 20 erreicht werden.
3 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines (elektrisch) verstärkenden Signalgenerators 11, um die Anfangs-Synchronisation im Steer-By-Wire-System, gemäß einer Realisierung der gegenwärtigen Erfindung, zu realisieren. Die verstärkten Signale vom Winkel des Lenkrades und den Winkeln der Vorderräder sind Anfangssignale vom Vorgang der Anfangs-Synchronisierung. Sie werden von dem verstärkenden Signalgenerator 11 erzeugt, basierend auf den relativen Winkeln von Lenkrad und Vorderrädern, aus den Messungen der Relativ-Sensoren, und den Anfangswerten der absoluten Winkel von Lenkrad und Vorderrädern, aus den Messungen der Absolut-Sensoren.
Wie in 3 dargestellt, erzeugt der verstärkende Signalgenerator 11 den verstärkten Winkel des Lenkrades Θ_AugS, den verstärkten Winkel des linken Vorderrades Θ_AugLR und den verstärkten Winkel des rechten Vorderrades Θ_AugRR. Der verstärkte Winkel des Lenkrades Θ_AugS wird durch den Summierer 140 erzeugt, basierend auf dem relativen Winkel Θ_RelS und dem Anfangswert des absoluten Winkels Θ_AbsS (0) des Lenkrades. Der verstärkte Winkel des linken Vorderrades Θ_AugLR wird durch einen Summierer 160 erzeugt, basierend auf dem relativen Winkel Θ_RelLR und dem Anfangswert des absoluten Winkels Θ_AbsLR (0) des linken Vorderrades. Der verstärkte Winkel des rechten (nicht linken) Vorderrades Θ_AugRR wird durch einen Summierer 180 erzeugt, basierend auf dem relativen Winkel Θ_RelRR und dem Anfangswert des absoluten Winkels Θ_AbsRR (0) des rechten Vorderrades.
Die verstärkten Winkel von Lenkrad und Vorderrädern, in 3 dargestellt, werden durch die folgende Gleichung ausgedrückt: ΘAugS = ΘRelS + ΘAbsS (0) ΘAugLR = ΘRelLR + ΘAbsLR (0) ΘAugRR = ΘRelRR + ΘAbsRR (0) (1)wobei Θ_RelS, Θ_RelLR und Θ_RelRR die relativen Winkel von Lenkrad und Vorderrädern mit dem Anfangswert Null darstellen, Θ_AbsS (0), Θ_AbsLR (0) und Θ_AbsRR (0) die Anfangswerte der absoluten Winkel von Lenkrad und Vorderrädern zu Beginn der Anfangs-Synchronisierung darstellen und Θ_AugS, Θ_AugLR sowie Θ_AugRR die verstärkten Winkel von Lenkrad und Vorderrädern darstellen.
Der verstärkende Signalgenerator 11 führt die Operationen aus Gleichung (1) aus und erzeugt, durch Verwenden der verstärkten Signale, Anfangs-Signale für die Regelsysteme von Lenkrad und Vorderrädern. Das Regelsystem des Lenkrades und das Regelsystem der Vorderräder empfangen die verstärkten Signale, um das Lenkrad und die Vorderräder für die Anfangs-Synchronisierung zu regeln.
In dieser Realisierung werden zu Beginn der Anfangs-Synchronisierung die verstärkten Winkel von Lenkrad und Vorderrädern Θ_AugS, Θ_SAugLR und Θ_AugRR direkt als Rückkopplungs-Signale im Regelsystem 16 des Lenkrades und im Regelsystem 15 der Vorderräder verwendet, dargestellt in 2. Die Anfangswerte der Winkel des Lenkrades Θ_S, des linken Vorderrades Θ_LR und des rechten Vorderrades Θ_RR werden, mit anderen Worten, aus den verstärkten Winkeln von Lenkrad und Vorderrädern Θ_AugS, Θ_AugLR und Θ_AugRR gebildet.
In dieser Realisierung wird die folgende Operation zu Beginn des Verfahrens der Anfangs-Synchronisierung durchgeführt: ΘS = ΘAugS ΘLR = ΘAugLR ΘRR = ΘAugRR (2)
Wie oben erwähnt worden ist, ist das Regelsystem 16 des Lenkrades und das Regelsystem 15 der Vorderräder, in 2 dargestellt, als rückgekoppeltes Regelsystem ausgestaltet, um den Gleichlauf der aktuellen Winkel von Lenkrad und Vorderrädern mit den entsprechenden Referenzwinkeln zu erreichen. Im Speziellen sind im Gleichlauf: der Winkel des Lenkrades Θ_S mit seinem Referenzwinkel Θ_SRef, der Winkel des linken Vorderrades Θ_LR mit seinem Referenzwinkel Θ_LRef und der Winkel des rechten Vorderrades Θ_RR mit seinem Referenzwinkel Θ_RRef. Die Gleichlauffehler der Räder, welches die Differenz zwischen dem aktuellen Winkel der Räder und ihrem relativen Referenzwinkel ist, werden in dem Satz Minimalfehler verwaltet, zum Beispiel 0.05 (Grad). Sind die Gleichlauffehler der Räder größer als die geforderten Minimalfehler, regeln das Regelsystem des Lenkrades und das Regelsystem der Vorderräder Lenkrad und Vorderräder, um die Gleichlauffehler zu verringern und um die Ausrichtung zwischen dem Lenkrad und den Vorderrädern sowie zwischen den beiden Vorderrädern aufrecht zu halten.
In dieser Realisierung werden die verstärkten Winkel von Lenkrad und Vorderrädern Θ_AugS, Θ_AugLR Und Θ_AugRR als Rückkopplung verwendet, um die Gleichlauffehler der Räder: eS = ΘSRef – ΘAugS, eLR = ΘLRef – ΘAugLR, eRR = ΘRRef – ΘAugRR für das Regelsystem 16 des Lenkrades und das Regelsystem 15 der Vorderräder in 2 zu erhalten. Das Regelsystem 16 des Lenkrades und das Regelsystem 15 der Vorderräder in 2 verringern den Gleichlauffehler der Räder, um die Anfangs-Synchronisierung für Lenkrad und Vorderräder zu implementieren.
In dieser Realisierung wird die nominale Regelung des Steer-By-Wire-Systems 10, dargestellt in 2, bei Verwenden der oben erwähnten Strategie durch den Vorgang der Anfangs-Synchronisierung nicht beeinflusst. Der Vorgang der Anfangs-Synchronisierung ist zeitunabhängig, vom Fahrer zu unterbrechen und für die Insassen des Fahrzeugs komfortabel, weil das Verfahren die Funktion der Anfangs-Synchronisierung mit dem Normalbetrieb des Steer-By-Wire-Systems vereint. Das Konzept der Anfangs-Synchronisierung erlaubt einem Fahrer des Fahrzeugs, das Fahrzeug zu starten und zu nutzen, unabhängig vom Ende des Synchronisierungsvorgangs. Der Konflikt unter den Anforderungen einer Anfangs-Synchronisierung mit schneller Ansprechzeit, komfortablem Gefühl und vom Fahrer zu unterbrechen ist daher gelöst.
4 veranschaulicht ein Blockdiagramm des (rückgekoppelten) Regelsystems des Lenkrades 16 und des (rückgekoppelten) Regelsystems der Vorderräder 15, einschließlich dem Konzept der Anfangs-Synchronisierung, welches das nominale Regelsystem, in 2 dargestellt, und den verstärkenden Signalgenerator, in 3 dargestellt, umfasst. 4 stellt die verstärkten Winkelwerte der Räder, basierend auf den relativen Winkeln und den Anfangswerten der absoluten Winkel, als Rückkopplungs-Signale der Winkel in die Regelsysteme von Lenkrad und Vorderrädern eingespeist, dar.
Wie in 4 dargestellt, wird der aktuelle Winkelwert des Lenkrades Θ_S durch den verstärkten Winkelwert des Lenkrades Θ_AugS als Rückkopplungs-Signal für das Regelsystem 16 des Lenkrades, basierend auf dem relativen Winkelwert des Lenkrades Θ_RelS und dem Anfangswert Θ_AbsS (0) des absoluten Winkelwertes des Lenkrades in Summierer 140, gebildet. Der verstärkte Winkelwert des Lenkrades Θ_AugS wird in das Regelsystem 16 des Lenkrades gespeist, um einen Gleichlauffehler des Lenkrades, basierend auf dem eingespeisten Winkelwert des Lenkrades Θ_AugS und dem Referenzwinkel des Lenkrades Θ_SRef, zu erzeugen. Der Gleichlauffehler des Lenkrades wird durch Regelung im Regelsystem 16 des Lenkrades so auf den geforderten minimalen Fehlerwert verringert, dass das Lenkrad zu Beginn synchronisiert und geregelt wird.
Wie in 4 dargestellt, wird der aktuelle Winkel des linken Vorderrades Θ_LR durch den verstärkten Winkelwert des linken Vorderrades Θ_AugLR als Rückkopplungs-Signal für das Regelsystem 15 der Vorderräder, basierend auf dem relativen Winkelwert des linken Vorderrades Θ_RelLR und dem Anfangswert Θ_AbsLR (0) des absoluten Winkels des linken Vorderrades im Summierer 160, gebildet. Der verstärkte Winkelwert des linken Vorderrades Θ_AugLR wird in das Regelsystem 15 der Vorderräder gespeist, um einen Gleichlauffehler des linken Vorderrades, basierend auf dem eingespeisten Winkelwert des linken Vorderrades Θ_AugLR und dem Referenzwinkel des linken Vorderrades Θ_LRef, zu erzeugen. Der Gleichlauffehler des linken Vorderrades wird durch Regelung im Regelsystem 15 der Vorderräder so auf den geforderten minimalen Fehlerwert verringert, dass das linke Vorderrad zu Beginn synchronisiert und geregelt wird.
Wie in 4 dargestellt, wird der aktuelle Winkelwert des rechten Vorderrades Θ_RR durch den verstärkten Winkelwert des rechten Vorderrades Θ_AugRR als Rückkopplungs-Signal für das Regelsystem 15 der Vorderräder, basierend auf dem relativen Winkelwert des rechten Vorderrades Θ_RelRR und dem Anfangswert Θ_AbsRR (0) des absoluten Winkels des rechten Vorderrades in Summierer 180, gebildet. Der verstärkte Winkelwert des rechten Vorderrades Θ_AugRR wird in das Regelsystem 15 der Vorderräder gespeist, um einen Gleichlauffehler des rechten Vorderrades, basierend auf dem eingespeisten Winkelwert des rechten Vorderrades Θ_AugRR und dem Referenzwinkel des rechten Vorderrades Θ_RRef, zu erzeugen. Der Gleichlauffehler des rechten Vorderrades wird durch Regelung im Regelsystem 15 der Vorderräder so auf den geforderten minimalen Fehlerwert verringert, dass das rechte Vorderrad zu Beginn synchronisiert und geregelt wird.
5 veranschaulicht ein Verfahren 210 zur Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern im Steer-By-Wire-System eines Fahrzeugs, wenn das System gestartet wird. Wie dargestellt, weist das Verfahren 210 in Box 212 ein Regelsystem des Lenkrades und ein Regelsystem der Vorderräder auf. Wie oben erläutert, erzeugt das Regelsystem 16 des Lenkrades ein Lenkgefühl für einen Fahrer des Fahrzeugs und regelt den Gleichlauf des Lenkrades mit einem Referenzwinkel des Lenkrades. Das Regelsystem 15 der Vorderräder regelt den Gleichlauf der Vorderräder mit ihren Referenzwinkeln und erzeugt Referenzwinkel von Lenkrad und Vorderrädern, basierend auf dem Winkel des Lenkrades.
Wie in 5 dargestellt, weist das Verfahren 210 weiterhin in Box 214 das Erfassen des relativen und (des Anfangswertes des) absoluten Winkels des Lenkrades, des relativen und (des Anfangswertes des) absoluten Winkels des linken Vorderrades sowie des relativen Winkels und des Anfangswertes des absoluten Winkels des rechten Vorderrades auf.
Das Verfahren 210 weist weiterhin in Box 216 das Erzeugen eines verstärkten Winkels des Lenkrades, basierend auf dem relativen Winkel und dem Anfangswert des absoluten Winkels des Lenkrades, das Erzeugen eines verstärkten Winkels des rechten Vorderrades, basierend auf dem relativen Winkel und dem Anfangswert des absoluten Winkels des rechten Vorderrades und das Erzeugen eines verstärkten Winkels des linken Vorderrades, basierend auf dem relativen Winkel und dem Anfangswert des absoluten Winkels des linken Vorderrades auf. In dieser Realisierung erfolgt die Erzeugung des verstärkten Winkels des Lenkrades, des verstärkten Winkels des linken Vorderrades und des verstärkten Winkels des rechten Vorderrades durch Ausführen der mathematischen Beziehungen in Gleichung (1).
In dieser Realisierung weist das Verfahren 210 weiterhin in Box 218 die Verwendung des verstärkten Winkels des Lenkrades als ein Rückkopplungs-Signal im Regelsystem des Lenkrades und die Verwendung der verstärkten Winkel des linken und rechten Vorderrades als Rückkopplungs-Signale im Regelsystem der Vorderräder auf. Der verstärkte Winkelwert des Lenkrades wird in das Regelsystem des Lenkrades gespeist, wobei der verstärkte Winkelwert des Lenkrades mit dem Referenzwinkel des Lenkrades verglichen wird, am den Gleichlauffehler des Lenkrades zu erzeugen. Weiterhin wird der Winkelwert des Lenkrads vom Referenzwinkel-Generator der Vorderräder empfangen, um Referenzwinkel des linken und rechten Vorderrades zu erzeugen. Die verstärkten Referenzwinkel des linken und rechten Vorderrades werden in das Regelsystem der Vorderräder gespeist. Jeder der verstärkten Winkelwerte der Vorderräder wird mit einem entsprechenden Referenzwinkel der Vorderräder verglichen, wobei der verstärkte Winkelwert eines Vorderrades mit dem entsprechenden Winkelwert dieses Vorderrades verglichen wird, um den Gleichlauffehler des Vorderrades zu erzeugen.
Das Verfahren 210 umfasst weiterhin in Box 220 die Regelung im Regelsystem des Lenkrades und im Regelsystem der Vorderräder in der Weise, dass die Gleichlauffehler von Lenkrad und Vorderrädern auf die geforderten minimalen Fehlerwerte begrenzt werden, um das Ziel der Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern zu erreichen. In dieser Realisierung umfasst das Verfahren 210 die Regelung von Lenkrad und Vorderrädern, um die Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad und Vorderrädern auszuführen, was das Fahrzeug während des Vorgangs der Anfangs-Synchronisierung betriebsfähig hält. Als Ergebnis, wenn die Anfangs-Synchronisierung innerhalb der nominalen Regelung des Steer-By-Wire-Systems, erfolgt, kann der Fahrer des Fahrzeugs dieses betreiben, ohne auf das Ende der Anfangs-Synchronisierung zu warten.
Während die gegenwärtige Erfindung in der Form von bevorzugten Realisierungen beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung darauf nicht beschränkt ist, weil von Fachleuten Modifikationen durchgeführt werden können, speziell im Licht der voran gegangenen Lehren.

Claims

Ein Verfahren für die Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad (44) und Vorderrädern (18, 20) in einem Steer-By-Wire-System (10) eines Fahrzeugs, wenn das Steer-By-Wire-System (10) des Fahrzeugs gestartet wird, das Verfahren weist folgende Schritte auf: – Vorsehen eines Regelsystems (16) des Lenkrades (44) zum Erzeugen des Lenkgefühls für einen Fahrer des Fahrzeugs und zur Regelung des Gleichlaufs des Lenkrades (44) mit einem Referenzwinkel des Lenkrades (44); – Vorsehen eines Regelsystems (15) der Vorderräder (18, 20) zum Erzeugen der Referenzwinkel der Vorderräder (18, 20) und zur Regelung des Gleichlaufs der Vorderräder (18, 20) mit den Referenzwinkeln der Vorderräder (18, 20); – Erfassen des relativen Winkels und des absoluten Winkels des Lenkrades (44), des relativen Winkels und des absoluten Winkels des lin ken Vorderrades (18) sowie des relativen Winkels und des absoluten Winkels des rechten Vorderrades (20); – Erzeugen eines elektrisch verstärkten Winkelwertes des Lenkrades (44), basierend auf dem relativen Winkelwert und dem Anfangswert des absoluten Winkels des Lenkrades (44), eines elektrisch verstärkten Winkelwertes des rechten Vorderrades (20), basierend auf dem relativen Winkel und dem Anfangswert des absoluten Winkels des rechten Vorderrades (20) sowie eines elektrisch verstärkten Winkelwertes des linken Vorderrades (18), basierend auf dem relativen Winkel und dem Anfangswert des absoluten Winkels des linken Vorderrades (18); – Verwenden des verstärkten Winkelwertes des Lenkrades (44) als ein Rückkopplungs-Signal an das Regelsystem (16) des Lenkrades (44) und der verstärkten Winkelwerte des linken und rechten Vorderrades (18, 20) als Rückkopplungs-Signale an das Regelsystem (15) der Vorderräder (18, 20); und – Regelung des Lenkrades (44) und der Vorderräder (18, 20) zum Ausführen der Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad (44) und Vorderrädern (18, 20).
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des verstärkten Winkelwertes des Lenkrades (44), des verstärkten Winkelwertes des linken Vorderrades (18) und des verstärkten Winkelwertes des rechten Vorderrades (20) die Ausführung nachfolgender Operationen aufweist: ΘAugS = ΘRelS + ΘAbsS (0) ΘAugLR = ΘRelLR + ΘAbsLR (0) ΘAugRR = ΘRelRR + ΘAbsRR (0), (1)wobei Θ_RelS, Θ_RelLR Und Θ_RelRR die relativen Winkel von Lenkrad (44) und Vorderrädern (18, 20) mit im Allgemeinen Anfangswert Null darstellen, Θ_AbsS (0), Θ_AbsLR (0) und Θ_AbsRR (0) die Anfangswerte der absoluten Winkel von Lenkrad (44) und Vorderrädern (18, 20) zu Beginn der Anfangs-Synchronisierung darstellen und Θ_AugS, Θ_AugLR und Θ_AugRR die verstärkten Winkelwerte von Lenkrad (44) und Vorderrädern (18, 20) darstellen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem des Lenkrades (44) ein geschlossenes Regelsystem mit Rückkopplung ist, zum Erzeugen des Lenkgefühls für den Fahrer des Fahrzeugs, zum Erzeugen der Referenzwinkel der Vorderräder und zur Regelung des Lenkrades (44), im Gleichlauf mit dem Referenzwinkel des Lenkrades (44).
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (15) der Vorderräder (18, 20) ein geschlossenes Regelsystem mit Rückkopplung ist, zur Regelung des Gleichlaufs der Vorderräder (18, 20) mit den Referenzwinkeln der Vorderräder (18, 20), die in einem Referenzwinkel-Generator (8), basierend auf dem Winkel des Lenkrades (44), der Fahrzeuggeschwindigkeit und anderen möglichen Fahrzeugvariablen, erzeugt werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkten Winkelwerte von Lenkrad (44) und Vorderrädern (18, 20) direkt als Rückkopplungs-Signale im Regelsystem (16) des Lenkrades (44) und im Regelsystem (15) der Vorderräder (18, 20) verwendet werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Winkelwert des Lenkrades (44) im Regelsystem (16) des Lenkrades (44) in Gleichlauf mit dem Referenzwinkel des Lenkrades (44) ist und die aktuellen Winkelwerte der Vorderräder (18, 20) im Regelsystem (15) der Vorderräder (18, 20) im Gleichlauf mit den Referenzwinkeln der Vorderräder (18, 20) sind.
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (16) des Lenkrades (44) und das Regelsystem (15) der Vorderräder (18, 20) Lenkrad (44) und Vorderräder (18, 20) regeln, um die Gleichlauffehler der Räder (18, 20, 44) zu verringern und die Anfangs-Synchronisierung zwischen Lenkrad (44) und Vorderrädern (18, 20) und zwischen den beiden Vorderrädern (18, 20) untereinander zu erleichtern und um die nominale Regelung im Steer-By-Wire-Regelsystem aufrecht zu halten.
Ein System in einem Steer-By-Wire-System eines Fahrzeugs zur Anfangs-Synchronisierung von Lenkrad (44) und Vorderrädern (18, 20), wenn das Steer-By-Wire-System gestartet wird, das System (10) weist auf: – ein Regelsystem (16) des Lenkrades (44) zum Erzeugen von Lenkgefühl und zur Regelung des Lenkrades (44) in Gleichlauf mit einem Referenzwinkel des Lenkrades (44); – ein Regelsystem (15) der Vorderräder (18, 20) zum Erzeugen von Referenzwinkeln der Vorderräder (18, 20) und zur Regelung der Vorderräder (18, 20) in Gleichlauf mit den Referenzwinkeln der Vorderräder (18, 20), das Regelsystem (15) der Vorderräder (18, 20) steht in elektrischem Kontakt mit dem Regelsystem (16) des Lenkrades (44); – eine Erfassungsanordnung (Sensoren 32, 32a, 34, 34a, 48, 48a) zum Erfassen des relativen Winkels und des absoluten Winkels des Lenkrades (44), des relativen Winkels und des absoluten Winkels des linken Vorderrades (18) sowie des relativen Winkels und des absoluten Winkels des rechten Vorderrades (20); und – einen elektrisch verstärkenden Signalgenerator zum Erzeugen eines elektrisch verstärkten Winkelwertes des Lenkrades (44), basierend auf dem relativen Winkelwert und dem Anfangswert des absoluten Winkels des Lenkrades (44), eines elektrisch verstärkten Winkelwertes des rechten Vorderrades (20), basierend auf dem relativen Winkelwert und dem Anfangswert des absoluten Winkels des rechten Vorderrades sowie eines elektrisch verstärkten Winkelwertes des linken Vorderrades (18), basierend auf dem relativen Winkelwert und dem Anfangswert des absoluten Winkels des linken Vorderrades (18), – wobei das Regelsystem (16) des Lenkrades (44) den verstärkten Winkelwert des Lenkrades (44) als das aktuelle Rückkopplungs-Signal des Lenkrades (44) verwendet und das Regelsystem (15) der Vorderräder (18, 20) die verstärkten Winkelwerte des linken und rechten Vorderrades (18, 20) als aktuelle Rückkopplungs-Signale der Vorderräder (18, 20) verwendet, – wobei das Steer-By-Wire-System das Lenkrad (44) und die Vorderräder (18, 20), basierend auf dem rückgekoppelten Regelsystem (16) des Lenkrades (44) und dem Regelsystem (15) der Vorderräder (18, 20), regelt, um die Anfangs-Synchronisierung zwischen Lenkrad (44) und Vorderrädern (18, 20) durchzuführen, was es erlaubt, das Fahrzeug während der Anfangs-Synchronisierung zu bedienen.