DE102004034126A1

DE102004034126A1 - Straßenfahrzeug mit Steer-by-Wire-System

Info

Publication number: DE102004034126A1
Application number: DE200410034126
Authority: DE
Inventors: Robert Girschick
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-02-02

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein motorbetriebenes, lenkbares Straßenfahrzeug mit einem Steer-by-Wire-System. Dieses weist ein manuell betätigbares Lenkelement, einen die Lenkposition des Lenkelements erfassenden Sensor (SAS) und ein Steer-by-Wire-Element, das mit lenkbaren Rädern des Fahrzeugs zusammenwirkt, auf. Das Steer-by-Wire-System weist ferner ein elektronisches Stabilisierungsprogramm (ESP) für das Fahrzeug, das in Wirkverbindung mit den Bremsen des Fahrzeugs bringbar ist, und einen Gierratensensor (YRS) auf. DOLLAR A Die Erfindung schlägt vor, dass bei einer Unplausibilität zwischen Sensor des Lenkelements und Gierratensensor eine Rückfallebene des Steer-by-Wire-Systems wirksam ist, die die Funktion des elektronischen Stabilitätsprogramms nutzt, um eine Lenkbewegung des Fahrzeugs entsprechend der Lenkposition des Lenkelements zu erzeugen und das Fahrzeug zum Stillstand abzubremsen. DOLLAR A Bei einem solchen Fahrzeug ist eine sichere Funktion und Zuverlässigkeit des Steer-by-Wire-Systems selbst dann gewährleistet, wenn es nur einfach vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein motorbetriebenes, lenkbares Straßenfahrzeug mit einem Steer-by-Wire-System, das ein manuell betätigbares Lenkelement, einen die Lenkposition des Lenkelementes erfassenden Sensor und ein Steer-by-Wire-Element, das mit lenkbaren Rädern des Fahrzeugs zusammen wirkt, aufweist sowie mit einem elektronischen Stabilisierungsprogramm (ESP) für das Fahrzeug, das in Wirkverbindung mit den Bremsen des Fahrzeugs bringbar ist und einen Gierratensensor aufweist.

Motorbetriebene, lenkbare Straßenfahrzeuge werden in immer größerem Umfang mit ESP, dem elektronischen Stabilisierungsprogramm, ausgerüstet. Hierbei handelt es sich um ein Anti-Schleuderprogramm. Ein elektronisches System erkennt über Sensoren in Bruchteilen von Sekunden, wenn sich ein Fahrzeug in eine andere Richtung bewegt als der Fahrer lenkt. Durch gezielten Eingriff auf Bremse und Motor verhindert dann ESP ein Schleudern des Fahrzeugs, wobei es natürlich nicht die Grenzen der Physik aufheben kann.

Damit das ESP auf kritische Fahrsituationen reagieren kann, muss die Elektronik zwei Fragen beantworten und miteinander abgleichen: Einerseits die Frage, wohin der Fahrer das Fahrzeug lenkt, andererseits die Frage, wohin das Auto fährt. Wohin der Fahrer sein Auto lenken möchte, erkennt ESP bei ei nem Fahrzeug, das mit einem Lenkrad versehen ist, mit Hilfe eines dem Lenkrad zugeordneten Lenkwinkelsensors. Es gleicht diese Informationen mit den Daten von Drahtdrehzahlsensoren ab. Bis zu 150-mal pro Sekunde vergleicht ESP den vom Fahrer gewünschten Fahrzustand über den Lenkwinkelsensor mit dem tatsächlichen Kurs des Fahrzeugs. Die tatsächliche Fahrbewegung ermittelt ESP über einen Gierratensensor, der die Drehbewegung des Fahrzeugs um seine Hochachse erfasst, ggf. zusätzlich über einen Querbeschleunigungssensor. Erkennt die elektronische Auswertung der Steuereinheit, dass die tatsächliche Fahrzeugbewegung vom Richtungswunsch des Fahrers deutlich abweicht und damit Schleudergefahr eintritt, dann greift das System innerhalb von Sekundenbruchteilen in das Bremsen- und Motormanagement ein.

Die dem ESP insbesondere zugeordneten Bauteile des Fahrzeugs sind beispielsweise eine Hydraulikeinheit mit elektronischem Steuergerät, ein aktiver Bremskraftverstärker/Drucksensoren, eine Drosselklappensteuereinheit, ein Motorsteuergerät, ein Lenkradwinkelsensor, ein Gierraten- und Querbeschleunigungssensor und vier Raddrehzahlsensoren.

Zur Zeit werden nur einige wenige x-by-Wire-Systeme auf dem Markt angeboten. Typischerweise werden Systeme wie EPB (Electrical Parc Brake), Drive-by-Wire (elektrischer Drosselklappenversteller), Shift-by-Wire, Brake-by-Wire schon heute angeboten. Das Steer-by-Wire-System wird zur Zeit nur für ausgewählte Nutzfahrzeuge angeboten. Die Lenkung erfolgt hierbei über einen Lenkhebel, ähnlich einem Joystick. Die Lenkungseinrichtung ist hierbei voll redundant oder sogar dreifach ausgeführt, um eine sichere Funktion und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Die Vorteile eines Steer-by-Wire-Systems sind beim Crash, dem geringen Gewicht, einer einfachen Anpassung an verschiedene Fahrgegebenheiten, einer einfachen Änderung der Lenkübersetzung, neuen Möglichkeiten in der Cockpit-Gestaltung, usw. zu sehen.

Nachteilig ist, dass die Lenkung das System mit den höchsten Sicherheitsanforderungen ist. Die Lenkung muss in allen Situationen funktionieren. Aus Sicherheitsgründen ist ein Steer-by-Wire-System daher vollredundant auszuführen. Diese vollredundante Ausführung des Systems ist sehr teuer und aufwändig. Daher ist eine wirtschaftliche Produktion des Steer-by-Wire-Systems für den Massenmarkt zur Zeit nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Straßenfahrzeug gemäß der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass das Steer-by-Wire-System nur einfach vorhanden sein braucht, dennoch aber dessen sichere Funktion und Zuverlässigkeit gewährleistet ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Fahrzeug der eingangs genannten Art, wobei bei einer Unplausibilität zwischen Sensor (SAS) des Lenkelements und Gierratensensor (YRS) eine Rückfallebene des Steer-by-Wire-Systems wirksam ist, die die Funktion des elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) nutzt, um eine Lenkbewegung des Fahrzeugs entsprechend der Lenkposition des Lenkelements zu erzeugen und das Fahrzeug zum Stillstand abzubremsen.

Die Erfindung beschreibt eine Rückfallebene eines Steer-by-Wire-Systems, die die Funktion des ESP nutzt, um eine Lenkbewegung zu erzeugen und das Fahrzeug in die mit dem Lenkrad oder einer anderen geeigneten Einrichtung angezeigte Richtung zu steuern.

Wenn die Elektronik des Steer-by-Wire-Systems aussetzt, übernimmt das ESP automatisch die Funktion der Lenkung und kann gewährleisten, dass das Fahrzeug sicher zum Stehen kommt. Das ESP kann durch gezieltes Abbremsen der einzelnen Räder das Fahrzeug in die gewünschte Richtung, zum Beispiel zum Straßenrand, lenken.

Ist der Sensor, der den Fahrerwunsch aufnimmt, voll redundant aufgebaut, kann bei Ausfall eines Sensors der andere die Funktion übernehmen. Das eigentliche Steer-by-Wire-System ist jedoch nur einfach vorhanden.

Die Erfindung basiert auf der Annahme, dass die Rückfallebene nur in sehr seltenen Fällen benötigt wird und daher keinen hohen Lenkkomfort für den Fahrer besitzen muss. Vielmehr muss gewährleistet sein, dass der Fahrer sicher lenken kann, insbesondere sicher an den Straßenrand lenken kann.

Gemäß der Erfindung dient ein im Fahrzeug vorhandenes System als redundante Rückfallebene. Das Steer-by-wire-System kann auf diese Weise wirtschaftlich und sicher mit alle seinen Vorteilen dargestellt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend stark vereinfacht anhand der Zeichnung zweier Figuren dargestellt, wobei die 1 den Zustand des normalen Betriebes, die 2 den Zustand des sicheren Fehler-Betriebes veranschaulicht.
Die Figuren zeigen die erfindungsgemäßen Details für den Bereich der lenkbaren Vorderachse eines Straßenfahrzeugs.
Veranschaulicht ist, dass das Lenkrad über einen Lenkwinkelsensor SAS und das Steer-by-Wire-System mit den beiden Rädern des Fahrzeugs zusammen wirkt. Das elektronische Stabilitätsprogramm ESP wirkt mit dem Lenkwinkelsensor und den den Rädern zugeordneten Bremsen zusammen. Mit dem ESP wirkt der Gierratensensor YRS zusammen.
1 zeigt den normalen Betrieb bei funktionierender Elektronik des Steer-by-Wire-Systems. In diesem Fall ist das ESP nicht aktiv, so dass die Bremsen nicht auf die Räder einwirken.
2 verdeutlicht den Fall, dass zwischen dem Lenkwinkelsensor SAS und dem Gierratensensor YRS eine Unplausibilität festgestellt wird. In diesem Fall wird der sichere Fehler-Betrieb erreicht, indem das ESP aktiviert wird und entsprechend der Lenkposition des Lenkrads bzw. der Position des Lenkwinkelsensors auf die Bremse bzw. Bremsen des Fahrzeugs im Sinne einer Bremsbewegung einwirkt. Lenkt der Fahrer beispielsweise nach rechts, wird dies vom Lenkwinkelsensor erkannt und es bewirkt das aktive ESP eine Abbremsung des – auf die Fahrtrichtung bezogen – vorderen rechten Rades, so dass das Fahrzeug durch die einseitige Abbremsung nach rechts zum Straßenrand bewegt wird, bis das abgebremste Fahrzeug dort zum Stehen kommt.

Claims

Motorbetriebenes, lenkbares Straßenfahrzeug mit einem Steer-by-Wire-System, das ein manuell betätigbares Lenkelement, einen die Lenkposition des Lenkelements erfassenden Sensor (SAS) und ein Steer-by-Wire-Element, das mit lenkbaren Rädern des Fahrzeugs zusammen wirkt, aufweist, sowie mit einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) für das Fahrzeug, das in Wirkverbindung mit den Bremsen des Fahrzeugs bringbar ist und einen Gierratensensor (YRS) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Unplausibilität zwischen Sensor (SAS) des Lenkelements und Gierratensensor (YRS) eine Rückfallebene des Steer-by-Wire-Systems wirksam ist, die die Funktion des elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) nutzt, um eine Lenkbewegung des Fahrzeugs entsprechend der Lenkposition des Lenkelements zu erzeugen und das Fahrzeug zum Stillstand abzubremsen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (SAS) zum Erfassen der Lenkposition des Lenkelements voll redundant aufgebaut ist.