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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
aktiven Frontlenkungssystems (AFS von active frontsteer), mit einer
Sicherheitsbetriebsart.
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Ein
Fahrzeuglenken wird allgemein durch ein Fahrerlenkrad gesteuert,
das den Winkel der für
das Lenken verwendeten Fahrzeugräder
vorgibt. Die Bewegungen des Fahrerlenkrads werden über mechanische
Verbindungen und/oder elektronische Komponenten an die Fahrzeugräder übertragen.
Bei einem System, das als ”Frontlenkung” bezeichnet
wird, befinden sich die Straßenräder des
Fahrzeugs, welche den Winkel ändern,
an der Vorderseite des Fahrzeugs. Der Winkel der Straßenräder wird
als der Straßenradwinkel
bezeichnet.
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Aktive
Frontlenkung (AFS) ist ein Begriff, der die Verwendung elektronischer
Komponenten für eine
aktive Steuerung oder Unterstützung
der Lenkung eines Fahrzeugs bezeichnet, um die Leistungsfähigkeit
der Lenkung über
das hinaus zu erweitern, was allein durch direkte mechanische Verbindungen möglich ist.
Es gibt viele mögliche
Wege zur Erweiterung der Leistungsfähigkeit der Lenkung; beispielsweise
kann die Lenkung an die Wetterbedingungen angepasst werden, an das
Verhalten und die Gewohnheiten des Fahrers, für ein geordnetes Anhalten sorgen,
wenn der Fahrer die Kontrolle verliert, die Fahrerlenkradsteuerung
verbessern, in dem Lenkungseigenschaften verändert werden, oder eine Fahrersteuerung
für den
Fall einer Fehlfunktion des Lenkungsmechanismus bereitstellen.
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Bei
höheren
Geschwindigkeiten können
große Änderungen
bei dem Winkel der Fahrzeugräder unerwünschte Verschiebungen
bei der Richtung des Fahrzeugs verursachen. Entsprechend erfordert
eine genaue Fahrersteuerung bei hohen Geschwindigkeiten subtile Änderungen
bei dem Winkel des Fahrerlenkrads. Bei niederen und mittleren Geschwindigkeiten
wird ein Fahrzeug im Allgemeinen in Richtungsänderungen gelenkt werden, die
enger sind oder einen größeren Winkel
aufweisen, um zu parken oder Ecken zu umfahren. Um große Richtungsänderungen
der Fahrzeugräder
auszuführen,
sind normalerweise große
Einschläge
des Fahrerlenkrads notwendig. Das Fahren ist leichter, wenn die
Fahrzeugräder
bei einer hohen Geschwindigkeit bei entsprechenden Fahrerlenkradeinschlägen weniger
einschlagen und mehr bei entsprechenden Fahrerlenkradeinschlägen bei
niedriger Geschwindigkeit.
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Bei
einem AFS-System ist eine Lenkung mit einem variablen Übersetzungsverhältnis (VGR
von variable gear ratio) ein Verfahren zur Addition und Subtraktion
eines Lenkwinkels zu dem Straßenradzielwinkel,
der durch die Lenkradeingabe des Fahrers vorgegeben wird. Dies kann
durch mechanische oder elektrische Komponenten erreicht werden.
Es ist wünschenswert,
sicherzustellen, dass das VGR-System ausfallsicher ist, auf eine
sichere Weise arbeitet und von seinen beabsichtigten Betriebsparametern
nicht in größerem Umfang
abweicht. Lenkungsführung
ist ein Verfahren zur Vorhersage der Fahrerabsicht an dem Lenkrad,
welches in einem Kraftfahrzeugsteuerungsmodul implementiert sein kann.
Eine Steuerung mit einem offenen Regelkreis ist der Betrieb einer
Straßenradwinkelsteuerung ohne
eine Rückmeldung
und unabhängig
von irgendeinem Steuerungsleitsystem. Eine Steuerung mit einem geschlossenen
Regel kreis ist der Betrieb einer Straßenradwinkelsteuerung mit einer
Rückmeldung
von einem Steuerungsleitsystem. Das AFS-System kann die VGR-Lenkung und die Lenkungsführung kombinieren,
um den Ritzelwinkel des Fahrers für eine Steuerung mit einem
offenen Regelkreis zu ermitteln. Der Ritzelwinkel ist als der tatsächliche
Aktuatorwinkel plus der Lenkradwinkel definiert. Der Ritzelwinkel
kann durch eine mechanische Lenkungsübersetzung dividiert werden,
um einen VGR-Straßenradwinkel
für eine
Steuerung mit einem offenen Regelkreis zu berechnen. Bei einer Steuerung
mit einem geschlossenen Regelkreis wird ein Winkelversatz von einem
Steuerungsleitbefehl zu dem VGR-Straßenradwinkel addiert, um einen
Straßenradzielwinkel
zu ermitteln, der durch den Lenkungsmechanismus implementiert werden
soll.
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Ferner
werden bei einem AFS-System der Straßenradzielwinkel von dem Fahrerlenkrad
und der tatsächliche
Straßenradwinkel
an den Frontlenkungsrädern überwacht,
um sicherzustellen, dass gewisse Sicherheitsmetriken erfüllt sind.
Im Kraftfahrzeugsprachgebrauch ist eine Sicherheitsmetrik eine Sicherheitsleistungsanforderung.
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Ein
Verfahren, das gemäß dem ersten
Steuerpfad des Anspruchs 1 arbeitet, wird in der
DE 197 51 397 A1 beschrieben.
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Die
DE 38 25 280 A1 beschreibt
ein Steuerungsverfahren für
eine aktive Lenkung mit zwei redundanten, jedoch unterschiedlich
arbeitenden Funktionsketten.
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Ferner
werden in den Druckschriften
DE 101 62 689 A1 und
DE 42 19 457 A1 Verfahren
beschrieben, bei denen Zustandgrößen mit
Hilfe von redundant vorgesehenen Sensoren erfasst werden, um Systemfehler
bei der Erfassung der Zustandsgröße ausschließen zu können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein AFS-Verfahren zur Verfügung zu
stellen, welches den Straßenradwinkel
innerhalb der Sicherheitsmetrikanforderungen effektiv steuert, die
Zeit zur Verriegelung des AFS-Aktuators verringert, wenn die Sicherheitsmetrikanforderungen
nicht erfüllt
sind, die Wahrscheinlichkeit einer falschen Ausfalldetektion verringert
und tatsächliche
Ausfälle
während
einer Lenkungssteuerung genau detektiert.
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Die
erfindungsgemäße Lösung der
Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven
Frontlenkungssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird ein
neues Verfahren für
ein Betreiben verschiedener AFS-Systemeigenschaften bereitgestellt,
um den Straßenradwinkel
innerhalb bestimmter Sicherheitsmetrikanforderungen zu steuern.
Die in diesem Kontext beschriebenen Techniken können die für eine Verriegelung des AFS-Aktuators
erforderliche Zeit verringern, wenn die Sicherheitsmetriken nicht
erfüllt
sind, und können die
Wahrscheinlichkeit von falschen Ausfallmeldungen während einer
Lenkungssteuerung verringern.
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Ein
Verfahren gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung wird verwendet, um ein AFS-System für ein Fahrzeug
in einer Betriebsart mit offenem Regelkreis und in einer Betriebsart
mit geschlossenem Regelkreis zu betreiben, welches einen AFS-Aktuator
aufweist, der den Straßenradwinkel
für das
Fahrzeug beeinflusst. Dieses Verfahren erhält einen ersten Wert für einen
Zielwinkel zur Steuerung des AFS-Aktuators von einem ersten Steuerungspfad
und misst dann einen ersten Wert eines tatsächlichen Winkels des AFS-Aktuators
von dem ersten Steuerungspfad, wobei der tatsächliche Winkel auf den Zielwinkel
anspricht. Der erste Wert des Zielwinkels und der erste Wert des
tatsächlichen
Winkels werden dann als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit
verglichen, um einen ersten Vergleichswert zu erhalten, und eine
AFS-Systemsicherheitsbetriebsart kann eingeleitet werden, wenn der erste
Vergleichswert einen Schwellen wert überschreitet. Für eine zusätzliche
Sicherheit werden die voranstehenden Schritte wiederholt, um einen
zweiten Vergleichswert wie folgt zu erhalten: das Verfahren erhält ferner
einen zweiten Wert für
den gleichen Zielwinkel zur Steuerung des AFS-Aktuators von einem
zweiten Steuerungspfad, welcher auf identische Weise wie der erste
Steuerpfad arbeitet, und misst dann einen zweiten Wert des gleichen
tatsächlichen Winkels
des AFS-Aktuators von dem zweiten Steuerungspfad. Der zweite Wert
des Zielwinkels und der zweite Wert des tatsächlichen Winkels werden dann als
eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit verglichen, um den zweiten
Vergleichswert zu erhalten, und eine AFS-Systemsicherheitsbetriebsart
kann eingeleitet werden, wenn der zweite Vergleichswert einen Schwellenwert überschreitet.
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Ein
Verfahren gemäß einer
weiteren Ausführungsform
dieser Erfindung wird zum Betreiben eines AFS-Systems in einer Betriebsart
mit geschlossenem Regelkreis verwendet. Gemäß dieser Ausführungsform
diesee Erfindung erzeugt das AFS-System einen Vergleichswert zur Überprüfung einer
Sicherheitsbetriebsart wie folgt: das AFS-System erhält einen
ersten Wert eines ersten Parameters von dem ersten Steuerungspfad
und erhält
einen ersten Wert eines zweiten Parameters von dem ersten Steuerungspfad
und addiert den ersten Wert des ersten Parameters zu dem ersten
Wert des zweiten Parameters, um einen ersten Steuerungsparameter
zu erhalten. Dann erhält
das AFS-System einen zweiten Wert des gleichen ersten Parameters
von dem zweiten Steuerungspfad und erhält einen zweiten Wert des gleichen
zweiten Parameters von dem zweiten Steuerungspfad und addiert den
zweiten Wert des gleichen ersten Parameters zu dem zweiten Wert
des gleichen zweiten Parameters, um einen zweiten Steuerungsparameter
zu erhalten. Das AFS-System vergleicht dann den ersten Steuerungsparameter
mit dem zweiten Steuerungsparameter, um den Vergleichswert zu erhalten,
und kann eine AFS-Systemsicherheitsbetriebsart einleiten, wenn der
Vergleichswert einen Schwellenwert überschreitet.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand vorteilhafter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente
bezeichnen und
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1 eine
schematische Darstellung eines AFS-Systems ist, das gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ausgestaltet ist;
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2 ein
Flussdiagramm eines Arbeitsprozesses eines AFS-Systems gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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3 ein
Flussdiagramm eines Arbeitsprozesses eines AFS-Systems mit einem offenen Regelkreis
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist; und
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4 ein
Flussdiagramm eines Arbeitsprozesses eines AFS-Systems mit einem geschlossenen Regelkreis
gemäß einer
dritten Ausführungsform der
Erfindung ist.
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Die
nachfolgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und
ist nicht dazu gedacht, um die Erfindung oder die Anwendung und
Verwendungen der Erfindung zu begrenzen. Es ist darüber hinaus
nicht be absichtigt, durch eine beliebige explizite oder implizite
Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen
Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der nachfolgenden
genauen Beschreibung dargestellt ist.
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Ausführungsformen
der Erfindung können
in diesem Kontext mit Hilfe von Funktions- und/oder Logikblockkomponenten
und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Es
ist festzustellen, dass derartige Blockkomponenten durch eine beliebige
Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten realisiert
werden können, welche
zur Durchführung
der spezifizierten Funktionen ausgestaltet sind. Eine Ausführungsform
der Erfindung kann beispielsweise verschiedene integrierte Schaltungskomponenten,
z. B. Speicherelemente, Elemente zur digitalen Signalverarbeitung,
Logikelemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen verwenden, welche
eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer
Mikroprozessoren oder anderer Steuerungseinrichtungen durchführen können. Zusätzlich werden
Fachleute feststellen, dass Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl
von Lenkungssteuerungssystemen ausgeführt werden können und
dass das in diesem Kontext beschriebene Fahrzeugsystem nur eine
beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung ist.
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Der
Kürze wegen
kann es sein, dass herkömmliche
Techniken bezüglich
Signalverarbeitung, Datenübertragung,
Signalisierung, Aktuatorsteuerung und anderer funktionaler Aspekte
des Systems (und der einzelnen Betriebskomponenten des Systems)
in diesem Kontext nicht im Detail beschrieben werden. Darüber hinaus
sind die in den hier enthaltenen verschiedenen Figuren gezeigten
Verbindungslinien zur Darstellung beispielhafter funktionaler Beziehungen
und/oder physikalischer Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen
gedacht. Es wird darauf hingewiesen, dass viele alternative oder zusätzliche
funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen bei einer
Ausführungsform
der Erfindung vorhanden sein können.
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”Verbunden/Gekoppelt” – Die nachfolgende Beschreibung
bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Eigenschaften, die miteinander ”verbunden” oder ”gekoppelt” sind.
In diesem Kontext bedeutet, sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, ”verbunden”, dass
ein/e Element/Knoten/Eigenschaft direkt mit einem/er anderen Element/Knoten/Eigenschaft
verbunden ist (oder direkt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise
mechanisch. Gleichermaßen
bedeutet, sofern nicht ausdrücklich anderweitig
angegeben, ”gekoppelt”, dass
ein/er Element/Knoten/Eigenschaft direkt oder indirekt mit eine/er
anderen Element/Knoten/Eigenschaft verbunden ist (oder direkt oder
indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch.
Obwohl die in 1 gezeigte schematische Darstellung eine
beispielhafte Anordnung von Elementen darstellt, können daher
zusätzliche
dazwischenliegende Elemente, Einrichtungen, Eigenschaften oder Komponenten
bei einer Ausführungsform
der Erfindung vorhanden sein (vorausgesetzt, dass die Funktionalität der Schaltung
nicht ungünstig
beeinflusst wird).
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Ein
elektronisches AFS-System verwendet Aktuatormotoren, um die Frontstraßenräder um einen
gegebenen Straßenradzielwinkel
zu drehen. Bei einem elektronischen AFS-System wird der Aktuatormotor
oft durch ein Pulsweitenmodulationssteuerungssignal (PWM-Steuerungssignal)
gesteuert. Die PWM-Steuerung kann ohne eine Einschränkung ein Dreiphasen- oder ein Einphasen-PWM-Signal
umfassen. Die PWM-Steuerung wird verwendet, um unter Verwendung
der Modulation der Pulsbreite oder des Arbeitszyklus eines periodischen
Digitalsignals Analogsignale zu erzeugen, um gesteuerte Analogspannungen
zu erzeugen. Wenn beispielsweise eine 12-Volt-Batterie mit einer
Einrichtung verbunden ist und der Arbeitszyklus zu etwa 50% zwischen
etwa 12 Volt und etwa 0 Volt gewechselt wird, beträgt die effektive
Ausgangsspannung etwa 50% einer konstanten 12-Volt-Spannung oder 6 Volt. Auf ähnliche
Weise kann ein Arbeitszyklus von X% eine Ausgangsspannung von X%
des Spannungsbereichs ergeben und entsprechend kann die verfügbare Leistung
geringer als die Gesamtleistung sein. Die Qualität und Glätte des Analogspannungsausgangs
kann durch passive Komponentenschaltungen beeinflusst werden, die
auf Kondensatoren, Spulen und Widerständen basieren.
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Elektronische
AFS-Systeme verwenden Ketten von elektronischen Teilen und Software,
um einen Steuerungspfad zu bilden. Gegenwärtige AFS-Systeme weisen einen Steuerungsmechanismus
mit einem geschlossenen Regelkreis und einen Steuerungsmechanismus
mit einem offenen Regelkreis auf, welcher einen kombinierten dualen
Steuerungspfad verwendet. Der kombinierte duale Steuerungspfad umfasst
einen primären
Steuerungspfad und einen redundanten Steuerungspfad. Gegenwärtig vergleichen
existierende AFS-Module einen Straßenradzielwinkel mit einem
tatsächlichen
Straßenradwinkel,
der von den primären
oder redundanten Steuerungspfaden des kombinierten dualen Steuerungspfads
erhalten wird. Wenn die Differenz zwischen dem Straßenradzielwinkel
und dem tatsächlichen Straßenradwinkel
kleiner oder gleich einem Schwellenwert ist, wie zum Beispiel 0,5
Radian (28,65 Grad), dann wird der AFS-Aktuator verriegelt. Diese Differenz
ist deutlich höher
als diejenige, welche von Sicherheitsmetriken bei einem offenen
Regelkreis benötigt
werden, und die zum Verriegeln des AFS-Aktuators benötigte Zeit
ist viel langer, als diejenige, welche von den Sicherheitsmetriken
benötigt wird.
Gegenwärtig
gibt es auch keine Sicherheitsdiagnose für den Straßenradwinkel bei der Steuerung mit
einem offenen Regelkreis durch ein AFS-Modul und bei der Steuerung
mit einem geschlossenen Regelkreis zwischen dem AFS-Modul und dem Leitmodul.
Die einzige Sicherheitsüberprüfung für den Straßenradwinkel
in dem AFS-Modul besteht bei einer Low-Level-PWM-Steuerung, welche für Berechnungsvariationen sehr
empfindlich sein kann und zu ansteigenden falschen Ausfällen führen kann.
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Verfahren
gemäß den Ausführungsformen dieser
Erfindung umfassen Wege zur Erzeugung von Vergleichswerten zur Diagnostizierung
des Betriebs des AFS-Systems mit einem offenen Regelkreis und mit
einem geschlossenen Regelkreis, um den Straßenradwinkel innerhalb vorgegebener
Sicherheitsmetrikanforderungen zu steuern. Die in diesem Kontext
beschriebenen Techniken können
die Zeit verringern, die benötigt
wird, um den AFS-Aktuator
zu verriegeln, wenn die Sicherheitsmetriken nicht erfüllt sind,
und können
die Wahrscheinlichkeit von falschen Ausfällen während einer Lenkungssteuerung verringern.
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Ein
Verfahren gemäß der ersten
Ausführungsform
dieser Erfindung kann zum Betreiben eines AFS-Systems für ein Fahrzeug
verwendet werden, das einen AFS-Aktuator aufweist, der den Straßenradwinkel
für das
Fahrzeug beeinflusst. Dieses Verfahren erhält einen Wert für den Zielwinkel
zur Steuerung des AFS-Aktuators von einem primären Steuerungspfad und misst
dann einen Wert eines tatsächlichen
Winkels des AFS-Aktuators
in dem primären
Steuerungspfad. Der erste Wert des Zielwinkels und der erste Wert
des tatsächlichen
Winkels werden dann verglichen, um einen primären Vergleichswert zu erhalten.
Für eine
zusätzliche
Sicherheit wiederholt das Verfahren die voranstehenden Schritte,
um einen redundanten Vergleichswert wie folgt zu entwickeln: das
Verfahren erhält
einen Wert für
den Zielwinkel zur Steuerung des AFS-Aktuators in einem redundanten
Steuerungspfad, welcher auf identische Weise wie der erste Steuerpfad
arbeitet, und misst dann einen Wert eines tatsächlichen Winkels des AFS-Aktuators
in dem redundanten Steuerungspfad. Der zweite Wert des Zielwinkels
und der zweite Wert des tatsächlichen
Winkels werden dann verglichen, um einen redundanten Vergleichswert
zu erhalten. Das Verfahren vergleicht den primären Vergleichswert und leitet
eine Sicherheitsbetriebsart ein, wenn der primäre Vergleichswert einen Schwellenwert überschreitet.
Für eine
zusätzliche
Sicherheit vergleicht das Verfahren auch den redundanten Vergleichswert
mit dem Schwellenwert und leitet eine Sicherheitsbetriebsart ein,
wenn der redundante Vergleichswert den Schwellenwert überschreitet.
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Ein
Verfahren gemäß einer
weiteren Ausführungsform
dieser Erfindung wird verwendet, um ein AFS-System in einer Betriebsart
mit geschlossenem Regelkreis zu betreiben. Gemäß der dritten Ausführungsform
dieser Erfindung erhält
das AFS-System einen Vergleichswert zur Diagnose des AFS-Systems
wie folgt: das AFS-System erhält
einen Wert eines ersten Parameters von dem primären Steuerungspfad und einen
Wert eines zweiten Parameters von dem primären Steuerungspfad und addiert
die Werte der ersten und zweiten Parameter, um einen primären Steuerungsparameter
zu erhalten. Das AFS-System erhält
dann einen zweiten Wert des gleichen ersten Parameters von dem redundanten
Steuerungspfad und erhält
einen zweiten Wert des gleichen zweiten Parameters von dem redundanten Steuerungspfad
und addiert die zweiten Werte der ersten und zweiten Parameter von
dem redundanten Steuerungspfad, um einen redundanten Steuerungsparameter
zu erhalten. Das AFS-System vergleicht dann den primären Steuerungsparameter
mit dem redundanten Steuerungsparameter, um einen Vergleichswert
zu erhalten, und kann eine AFS-Systemsicherheitsbetriebsart einleiten,
wenn der Vergleichswert einen Schwellenwert überschreitet. Dieses Verfahren
kann, ohne Einschränkung,
beispielsweise zur Diagnose eines AFS-Steuerungsprozessors mit einem
geschlossenen Regelkreis verwendet werden.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
dieser Erfindung kann der Schwellenwert als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit
variieren; der Schwellenwert kann beispielsweise umgekehrt proportional
zu der Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Bei einer Detektion eines Fehlers
kann das AFS-System eine AFS-Sicherheitsbetriebsart einleiten, welche veranlassen
kann, dass das AFS-System zu einer mechanischen Betriebsart zurückkehrt.
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Um
die Wahrscheinlichkeit einer Detektion eines falschen Ausfalls (Alpha-Fehler) und die Wahrscheinlichkeit
eines Nicht-Detektierens eines Ausfalls, wenn einer vorhanden ist
(Beta-Fehler), auszugleichen, kann die nachfolgende Strategie implementiert
werden: der Vergleich zwischen dem Zielwinkel und dem tatsächlichen
Winkel kann eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Diese
Strategie ermöglicht
höhere
Unterschiede zwischen dem Zielwinkel und dem tatsächlichen
Winkel bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten und niedrigere Unterschiede
zwischen dem Zielwinkel und dem tatsächlichen Winkel bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten.
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Gemäß beispielhafter
Ausführungsformen dieser
Erfindung wird der Straßenradzielwinkel
durch eine Grenzbedingung definiert, die durch die Kraftfahrzeugindustrie
eingeführt
wurde, um wie viel der Straßenradzielwinkel
als eine Funktion eines Lenkradwinkels und einer Lenkradwinkelrate
variieren kann. Basierend auf der eingeführten Grenzbedingung kann ein ”begrenzter” Straßenradzielwinkel
als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden.
Der ”begrenzte” Straßenradzielwinkel
kann auch die Lenkungsführung
und die Lenkung mit einem variablen Übersetzungsverhältnis umfassen. Bei
den Ausführungsformen
dieser Erfindung kann der zum Erhalten der Vergleichswerte verwendete Straßenradzielwinkel
gleich dem ”begrenzten” Straßenradzielwinkel
sein, der durch die von der Kraftfahrzeugindustrie eingeführten Grenzbedingungen ermittelt
wird.
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Es
können
zwei separate redundante Überprüfungen für die Straßenradwinkelvergleiche
implementiert werden. Während
der Steuerung mit einem offenen Regelkreis werden die primären und
redundanten Steuerungspfade als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit
miteinander verglichen. Dieser Vergleich hilft beim Erfüllen von
Sicherheitsmetriken bei der Steuerung mit einem offenen Regelkreis,
welche dem Straßenradwinkel
direkt zugeordnet sind. Während
der Steuerung mit einem geschlossenen Regelkreis können der
primäre
Steuerungspfad und der redundante Steuerungspfad auch als eine Funktion
der Fahrzeuggeschwindigkeit miteinander verglichen werden. Dieser
Vergleich hilft beim Erfüllen
von Sicherheitsmetriken bei der Steuerung mit einem geschlossenen
Regelkreis, welche dem Straßenradwinkel
direkt zugeordnet sind. Die Begründung
für unterschiedliche Überprüfungen bei
der Steuerung mit einem offenen Re gelkreis und der Steuerung mit einem
geschlossenen Regelkreis besteht darin, dass die Sicherheitsmetriken
unterschiedlich sein können. Typischerweise
wird erwartet, dass die voranstehend erwähnten Vergleiche für eine Verringerung
der Alogrithmuskomplexität
linear interpoliert werden, aber es wird nicht erwartet, dass sie
monoton ansteigen oder abnehmen.
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Für jeden
der Parameter (beispielsweise dem Straßenradzielwinkel und dem tatsächlichen Straßenradwinkel),
die voranstehend erwähnt
wurden, wählt
die in diesem Kontext beschriebene Methodik einen der Parameter
zwischen den primären und
redundanten Steuerungspfaden oder wählt einen Durchschnitt oder
einen gewichteten Durchschnitt zwischen diesen Parametern. Die einzelnen redundanten
Werte werden für
eine Low-Level-PWM-Steuerung
für die
primären
und redundanten Steuerungspfade verwendet. Die Überprüfung zwischen dem Steuerungs-
und dem redundanten Pfad für
die Low-Level-PWM-Steuerung kann daher nur auf einem Rechenfehler
basieren und basiert nicht auf Sicherheitsmetriken. Dies führt zu einer
Verringerung das Alpha-Fehlers und ermöglicht, dass die Steuerung
mit einem offenen Regelkreis und die Steuerung mit einem geschlossenen
Regelkreis die Sicherheitsmetriken erfüllen.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines AFS-Systems 100 gemäß den beispielhaften Ausführungsformen
dieser Erfindung. Die verschiedenen in 1 abgebildeten
Blockmodule können mit
einer beliebigen Anzahl von physikalischen Komponenten oder Modulen
realisiert sein, die irgendwo in dem Fahrzeug oder dem AFS-System 100 gelegen sind.
In der Praxis kann ein AFS-System 100 eine Anzahl von elektrischen
Steuerungseinheiten (ECUs), Computersystemen und Komponenten umfassen,
die anders als die in 1 gezeigten sind. Herkömmliche
Untersysteme, Eigenschaften und Aspekte des AFS-Systems 100 werden
in diesem Kontext nicht im Detail beschrieben.
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Das
AFS 100 umfasst allgemein ein Fahrerlenkrad 102,
ein Lenkradwinkelratenmodul 104, einen AFS-Aktuator 106,
eine Erfassungsarchitektur 108, einen Verbindungsbus oder
eine andere Kopplungsanordnung 110, andere Maschinensteuerungseinheiten
(ECUs) 112, ein Verarbeitungslogikelement 114,
welches ein VGR-Modul 113 und ein Lenkungsführungsmodul 115 umfasst,
ein Steuerungsmodul 116 mit einem offenen Regelkreis, das
mit einem Steuerungspfad eines offenen Regelkreises verbunden ist,
der zwei Unterpfade aufweist (einen primären Steuerungspfad 118 eines
offenen Regelkreises und einen redundanten Steuerungspfad 120 eines
offenen Regelkreises), ein Steuerungsmodul 122 mit einem
geschlossenen Regelkreis, das mit einem Steuerungspfad eines geschlossenen
Regelkreises verbunden ist, welcher zwei Unterpfade aufweist (einen primären Steuerungspfad 124 eines
geschlossenen Regelkreises und einen redundanten Steuerungspfad 128 eines
geschlossenen Regelkreises), andere Eingabeelemente 130 und
eine geeignete Menge an Speicher 132. In der Praxis können diese
Elemente unter Verwendung des Verbindungsbusses 110 miteinander
gekoppelt sein, welcher bei einer typischen Fahrzeuganwendung ein
CAN-Bus sein kann.
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Der
Speicher 132 kann ein beliebiger geeigneter Datenspeicherbereich
sein, der formatiert ist, um den Betrieb des AFS-Systems 100 zu
unterstützen.
Der Speicher 132 ist ausgestaltet, um Daten nach Bedarf
zu speichern, zu halten und bereitzustellen, um die Funktionalität des AFS-Systems 100 in der
nachfolgend beschriebenen Weise zu unterstützen. Bei Ausführungsformen
in der Praxis kann der Speicher 132 als ein RAM-Speicher, ein Flash-Speicher,
ein ROM-Speicher, ein EPROM-Speicher, ein EEPROM-Speicher, Register,
eine Festplatte, eine Wechselplatte, eine CD-ROM oder irgendeine andere in der Technik
bekannte Form eines Speichermediums realisiert sein. Der Speicher 132 kann
mit der Erfassungs architektur 108 gekoppelt sein, um die AFS-Parameter
zu speichern. Diese AFS-Parameter können beispielsweise den Straßenradzielwinkel
für das
Fahrzeug, den tatsächlichen
Straßenradwinkel für einen
AFS-Aktuator in dem AFS-System, den VGR-Lenkzielwinkel für das AFS-System,
den Lenkungsführungszielwinkel
für das
AFS-System und die Vergleichswerte als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit,
des Straßenradzielwinkels
und des tatsächlichen
Straßenradwinkels
zur Steuerung des AFS umfassen. Andere AFS-Parameter können in dem
Speicher gespeichert sein, welche ohne Einschränkung die Fahrzeuggeschwindigkeit,
den Lenkradwinkel, die Lenkradrate, den Straßenradzielwinkel für eine Steuerung
mit einem geschlossenen Regelkreis und den Winkelmodifikationsbefehl
für eine Steuerung
mit einem geschlossenen Regelkreis umfassen.
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Das
Verarbeitungslogikelement 114 kann eine beliebige Anzahl
ausgeprägter
Verarbeitungsmodule oder Komponenten umfassen, die zur Durchführung der
Aufgaben, Prozesse und Operationen ausgestaltet sind, die in diesem
Kontext genauer geschrieben sind. Obwohl in 1 nur ein
Verarbeitungsblock gezeigt ist, kann eine Implementierung in der
Praxis eine beliebige Anzahl ausgeprägter physikalischer und/oder
logischer Prozessoren verwenden, welche über das gesamte AFS-System 100 verteilt
sein können.
In der Praxis kann das Verarbeitungslogikelement 114 mit
einem Allzweckprozessor, einem Speicher mit adressierbarem Inhalt,
einem digitalen Signalprozessor, einem anwendungsspezifischen integrierten
Schaltkreis, einem vor Ort programmierbaren Gatearray (FPGA), einer
beliebigen geeigneten programmierbaren Logikeinrichtung, einer diskreten
Gate- oder Transistorlogik,
diskreten Hardwarekomponenten oder einer beliebigen Kombination
daraus, die zur Durchführung
der hier beschriebenen Funktionen entworfen sind, implementiert
oder ausgeführt
werden. Ein Prozessor kann als ein Mikroprozessor, ein Controller,
ein Mikrocontroller oder eine Zustandsmaschine realisiert werden.
Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Recheneinrichtungen
implementiert werden, z. B. als eine Kombination eines digitalen
Signalprozessors und eines Mikroprozessors, mehrerer Mikroprozessoren,
eines oder mehrerer Mikroprozessoren in Verbindung mit einem digitalen
Signalprozessorkern oder einer beliebigen anderen derartigen Konfiguration.
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Das
AFS-System 100 arbeitet allgemein wie folgt. Eine Betätigung des
Fahrerlenkrads 102 durch einen Fahrer bestimmt einen Lenkradwinkel 103 und veranlasst
den AFS-Aktuator 106, mit dem Fahrerlenkrad 102 zusammenzuarbeiten,
um die Frontstraßenräder um einen
gegebenen Straßenradzielwinkel zu
drehen. Zusätzlich
kann die Lenkungsführung 115 mit
dem Fahrerlenkrad 102 zusammenarbeiten, um die Absicht
des Fahrers an dem Lenkrad 102 vorherzusagen. Die Lenkradwinkelrate 105 zusammen
mit der Fahrzeuggeschwindigkeit 131 bestimmt die Lenkungsführung 115.
Darüber
hinaus wird ein VGR-Lenkwinkel von dem VGR-Modul 113 empfangen, indem
der Lenkradwinkel 103 mit der Fahrzeuggeschwindigkeit 131 kombiniert
wird. Das VGR-Modul 113 und die Lenkungsführung 115 können beide für eine Fahrzeugsteuerung
mit einem geschlossenen Regelkreis und mit einem offenen Regelkreis
aktiviert werden. Die Erfassungsarchitektur 108 kann ausgestaltet
sein, um mehrere AFS-Steuerungsparameter zu messen. Daten von der
Erfassungsarchitektur 108 können durch das Verarbeitungslogikelement 114 verarbeitet
werden, um die Steuerungsmodule mit den Steuerungsparametern zu
versorgen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Erfassungsarchitektur 108 ohne
Einschränkung
einen AFS-Aktuatorwinkelsensor und mehrere Mikroprozessoren zum
Messen der AFS-Parameterwerte umfassen. Die anderen ECUs 112 können ohne
Einschränkungen
einen Straßenradzielwinkelmodifikationsbefehl
für eine
Steuerung 107 mit einem geschlossenen Regelkreis und einen
Straßenradzielwinkel
für die
Steuerung 109 mit einem geschlossenen Regelkreis umfassen.
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Das
Verarbeitungslogikelement 114 kann mit Steuerungsmodulen,
die von dem AFS-System 100 verwendet werden, gekoppelt
sein, beispielsweise einem Steuerungsmodul 116 mit einem
offenen Regelkreis und einem Steuerungsmodul 122 mit einem
geschlossenen Regelkreis. Die Steuerungsmodule wiederum sind gekoppelt
mit, umfassen oder verwenden Steuerungspfade(n): einen primären Steuerungspfad 118 eines
offenen Regelkreises, einen redundanten Steuerungspfad 120 eines
offenen Regelkreises, einen primären
Steuerungspfad 124 eines geschlossenen Regelkreises und
einen redundanten Steuerungspfad 128 eines geschlossenen
Regelkreises. Die Steuerungspfade sind ausgestaltet, um Werte für die AFS-Systemsteuerungsparameter
anzuzeigen, und sind geeignet ausgestaltet, um den Betrieb des AFS-Systems 100 zu
steuern, wenn es in der jeweiligen Betriebsart mit offenem Regelkreis
oder geschlossenem Regelkreis arbeitet.
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Normalerweise
arbeitet das Fahrzeug in einer Steuerungsbetriebsart mit offenem
Regelkreis. Wenn es in der Steuerungsbetriebsart mit offenem Regelkreis
arbeitet, kann das AFS-System 100 das Steuerungsmodul 116 mit
offenem Regelkreis verwenden. Die Steuerung mit offenem Regelkreis
entspricht dem Betrieb einer Straßenradwinkelsteuerung ohne
eine Rückmeldung
und unabhängig
von irgendeinem Steuerungsleitsystem. Während eines Betriebs mit offenem
Regelkreis werden Steuerungsparameterwerte von dem primären Steuerungspfad 118 eines
offenen Regelkreises und dem redundanten Steuerungspfad 120 eines
offenen Regelkreises miteinander als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit
verglichen. Dieser Vergleich hilft beim Erfüllen von Sicherheitsmetriken
bei der Steuerung mit offenem Regelkreis, welche dem Straßenradwinkel
direkt zugeordnet sind. Während
der Steuerung mit offenem Regelkreis erhält das AFS-System 100 den
Lenkradwinkel 103 und die Fahrzeuggeschwin digkeit 131 und
berechnet den VGR-Lenkwinkel mit dem VGR-Modul 113. Das
AFS 100 erhält
die Lenkradwinkelrate 105 zusammen mit der Fahrzeuggeschwindigkeit 131 und
berechnet den Lenkungsführungswinkel
mit dem Lenkungsführungsmodul 115. Das
AFS 100 umfasst den Lenkungsführungswinkel und den VGR-Lenkwinkel,
um den tatsächlichen Straßenradwinkel
auf der Grundlage dessen zu errechnen, was das Fahrerlenkrad befiehlt.
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Bei
einem Betrieb in einer Steuerungsbetriebsart mit geschlossenem Regelkreis
kann das AFS-System 100 das Steuerungsmodul 122 mit
einem geschlossenen Regelkreis verwenden. Die Steuerung mit geschlossenem
Regelkreis entspricht dem Betrieb einer Straßenradwinkelsteuerung mit einer
Rückmeldung
von einem Steuerungsleitsystem. Während eines Betriebs mit geschlossenem
Regelkreis können
AFS-Steuerungsparameterwerte von dem primären Steuerungspfad 124 eines
geschlossenen Regelkreises und dem redundanten Steuerungspfad 128 eines
geschlossenen Regelkreises verglichen werden. Dieser Vergleich kann
als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit durchgeführt werden.
Dieser Vergleich hilft auch beim Erfüllen von Sicherheitsmetriken
in der Steuerung mit geschlossenem Regelkreis, welche dem Straßenradwinkel zugeordnet
sind. Die Steuerung mit geschlossenem Regelkreis wird nur bei einem
Stabilitätsereignis
aktiviert, das durch ein spezielles, durch die Sicherheitsmetriken
festgesetztes Kriterium definiert ist. Die Funktionalität des Moduls
mit einem geschlossenen Regelkreis ist ähnlich der Funktionalität mit einem
offenen Regelkreis mit der Ausnahme, dass sie den tatsächlichen
Straßenradwinkel
auf der Grundlage einer Rückmeldung
von den Fahrzeugparametern errechnet, statt ihn direkt aus dem zu
berechnen, was das Fahrerlenkrad befiehlt. Die Fahrzeugparameter umfassen
ohne Einschränkung
eine Gierrate und eine Gierbeschleunigung, um die Fahrzeugquermanöver zu kompensieren,
wenn es geeignet erscheint.
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Der
primäre
Steuerungspfad 118 eines offenen Regelkreises ist ausgestaltet,
um Werte für
die AFS-Parameter der Steuerung 116 mit offenem Regelkreis
anzuzeigen, und der redundante Steuerungspfad 120 eines
offenen Regelkreises ist unabhängig
von dem primären
Steuerungspfad 118 eines offenen Regelkreises. Der redundante
Steuerungspfad 120 eines offenen Regelkreises ist ausgestaltet, um
redundante Werte für
die AFS-Parameter
der Steuerung 116 mit offenem Regelkreis anzuzeigen. Der
primäre
Steuerungspfad 124 eines geschlossenen Regelkreises ist
ausgestaltet, um Werte für
die AFS-Parameter der Steuerung 122 mit geschlossenem Regelkreis
anzuzeigen, und der redundante Steuerungspfad 128 eines
geschlossenen Regelkreises ist unabhängig von dem primären Steuerungspfad 124 eines
geschlossenen Regelkreises. Der redundante Steuerungspfad 128 eines
geschlossenen Regelkreises ist ausgestaltet, um redundante Werte für die AFS-Parameter
der Steuerung 122 mit geschlossenem Regelkreis anzuzeigen.
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Jeder
der vier Regelkreissteuerungspfade ist unabhängig und verschieden von allen
anderen Regelkreissteuerungspfaden. Beispielsweise ist der primäre Steuerungspfad 118 eines
offenen Regelkreises unabhängig
von dem redundanten Steuerungspfad 120 eines offenen Regelkreises,
dem primären Steuerungspfad 124 eines
geschlossenen Regelkreises und dem redundanten Steuerungspfad 128 eines geschlossenen
Regelkreises. Auf gleiche Weise ist der redundante Steuerungspfad 120 eines
offenen Regelkreises unabhängig
von dem primären
Steuerungspfad 118 eines offenen Regelkreises, dem redundanten
Steuerungspfad 128 eines geschlossenen Regelkreises und
dem primären
Steuerungspfad 124 eines geschlossenen Regelkreises.
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Das
Verarbeitungslogikelement 114 ist ausgestaltet, um die
AFS-Systemparameter in der hier beschriebenen Weise zu verarbeiten.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
erhält
das Verarbeitungslogikelement 114 einen ersten Wert für einen Parameter
von dem primären
Steuerungspfad, einen zweiten Wert für den gleichen Parameter von
dem redundanten Steuerungspfad, vergleicht den ersten Wert und den
zweiten Wert, um einen Vergleichswert zu erhalten und leitet eine
AFS-Systemsicherheitsbetriebsart ein, wenn der Vergleichswert einen
Schwellenwert überschreitet.
Das Verarbeitungslogikelement 114 kann ausgestaltet sein,
um den ersten Wert und den zweiten Wert als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit
zu vergleichen.
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Ein
Arbeitsprozess eines AFS-Systems gemäß einer Ausführungsform
dieser Erfindung ist nachfolgend beschrieben. Der Prozess erhält einen Straßenradzielwinkel
zur Steuerung des AFS-Aktuators und misst dann einen tatsächlichen
Straßenradwinkel
für den
AFS-Aktuator, wobei der tatsächliche Straßenradwinkel
auf den Straßenradzielwinkel
anspricht. Der Straßenradzielwinkel
und der tatsächliche
Straßenradwinkel
werden dann als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit verglichen,
um Vergleichswerte zu erhalten, und eine AFS-Systemsicherheitsbetriebsart
kann eingeleitet werden, wenn die Vergleichswerte einen Schwellenwert überschreiten.
Für eine
zusätzliche
Sicherheit werden zwei Vergleichswerte wie folgt ausgebildet: ein
erster Vergleichswert wird unter Verwendung von Werten des tatsächlichen
Straßenradwinkels
und des Straßenradzielwinkels
von einem primären
Steuerungspfad ausgebildet, und ein zweiter Vergleichswert wird
unter Verwendung von Werten des tatsächlichen Straßenradwinkels
und des Straßenradzielwinkels
von einem redundanten Steuerungspfad ausgebildet. In Ansprechen
auf die Sicherheitsbetriebsart kann das AFS-System in eine mechanische Betriebsart
zurückkehren.
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2 ist
ein Flussdiagramm eines Arbeitsprozesses 200 eines AFS-Systems gemäß der ersten
Ausführungsform
dieser Erfindung. Die in Verbindung mit dem Prozess 200 durchgeführten verschiedenen
Aufgaben können
durch eine Software, eine Hardware, eine Firmware oder eine beliebige
Kombination daraus durchgeführt
werden. Zu Zwecken der Darstellung kann sich die nachfolgende Beschreibung
des Prozesses 200 auf Elemente beziehen, die voranstehend
in Verbindung mit 1 erwähnt wurden. Bei Ausführungsformen
in der Praxis können Teile
des Prozesses 200 durch verschiedene Elemente des AFS-Systems 100 ausgeführt werden,
z. B. das Fahrerlenkrad 102, das Lenkradwinkelratenmodul 104,
den AFS-Aktuator 106, die Erfassungsarchitektur 108,
andere ECUs 112, das Verarbeitungslogikelement 114,
das Steuerungsmodul 116 mit einem offenen Regelkreis oder
das Steuerungsmodul 122 mit einem geschlossenen Regelkreis.
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Der
Arbeitsprozess 200 des AFS-Systems kann beginnen, indem
er einen ersten Wert für
einen Zielwinkel zur Steuerung eines AFS-Aktuators von einem ersten
Steuerungspfad erhält
(Aufgabe 202) und kann fortfahren, um einen zweiten Wert
für den gleichen
Zielwinkel zur Steuerung des AFS-Aktuators von einem zweiten Steuerungspfad
zu erhalten (Aufgabe 204). Der Zielwinkel kann beispielsweise von
dem Speicher 132, dem Verarbeitungslogikelement 114,
dem Steuerungsmodul 116 mit einem offenen Regelkreis oder
dem Steuerungsmodul 122 mit einem geschlossenen Regelkreis
erhalten werden.
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Der
Prozess 200 kann dann unter Verwendung der Erfassungsarchitektur 108 die
tatsächlichen AFS-Aktuatorwinkel
für einen
Vergleich mit dem voranstehend erhaltenen Zielwinkel messen. Der
Prozess 200 kann einen ersten Wert für einen tatsächlichen
Winkel für
den AFS-Aktuator von dem ersten Steuerungspfad messen (Aufgabe 206)
und fortfahren, um einen zweiten Wert für den gleichen tatsächlichen
Winkel für
den AFS-Aktuator von dem zweiten Steuerungspfad zu messen (Aufgabe 208).
Wie voranstehend erwähnt,
spricht der tatsächliche
Winkel auf den Zielwinkel an, da der Zielwinkel den gewünschten
tatsächlichen
Winkel darstellt, sodass der tatsächliche Winkel auf den Zielwinkel
anspricht.
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Der
Prozess 200 kann dann den ersten Wert des Zielwinkels und
den ersten Wert des tatsächlichen
Winkels als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit vergleichen,
um einen ersten Vergleichswert von dem ersten Steuerungspfad zu
erhalten (Aufgabe 210). Der Vergleichswert kann auf einem
Durchschnittswert des Straßenradzielwinkels und
des tatsächlichen
Straßenradwinkels
oder einem gewichteten Durchschnittswert des Straßenradzielwinkels
und des tatsächlichen
Straßenradwinkels
basieren.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist der gewichtete Durchschnitt eine Funktion dessen, wie sich der Fahrer
normalerweise verhalten würde.
Bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten wird der tatsächliche Straßenradwinkel
schwerer als der Straßenradzielwinkel
gewichtet, um die größeren Winkeländerungen
zu berücksichtigen,
die von dem Fahrer bei diesen Geschwindigkeiten beabsichtigt sein
können. Wenn
beispielsweise ein Durchschnittswert des tatsächlichen Straßenradwinkels
etwa 20 Grad beträgt und
ein Durchschnittswert des Straßenradzielwinkels etwa
30 Grad beträgt,
können
bei dieser Ausführungsform
etwa 22 Grad für
den Vergleichswert auf der Grundlage des gewichteten Durchschnitts
annehmbar sein (anstelle von etwa 10 Grad Differenz basierend auf
den Durchschnittswerten). Bei höheren
Fahrzeuggeschwindigkeiten sind kleinere Winkeländerungen von dem Fahrer beabsichtigt;
daher wird bei diesen Geschwindigkeiten der tatsächliche Straßenradwinkel
weniger gewichtet als der Straßenradzielwinkel.
Bei diesem Beispiel können
etwa 28 Grad für
den Vergleichswert auf der Grundlage des gewichteten Durchschnitts
annehmbar sein (anstelle der 10 Grad Differenz basierend auf den
Durchschnittswerten), um die kleineren Änderungen des tatsächlichen
Straßenradwinkels
zu berücksichtigen, die
von dem Fahrer bei den höheren
Geschwindigkeiten normalerweise beabsichtigt sein können. Die Gewichtsfunktion,
welche die funktionale Beziehung zwischen dem Vergleichswert und
der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, kann ohne Einschränkung eine
exponentiell gewichtete wandernde Durchschnittsfunktion umfassen.
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Bei
diesem Beispiel kann der Prozess 200 dann den ersten Vergleichswert
linear interpolieren (Aufgabe 212) und fortfahren, um den
zweiten Wert des Zielwinkels und den zweiten Wert des tatsächlichen
Winkels als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit zu vergleichen,
um einen zweiten Vergleichswert zu erhalten (Aufgabe 214)
und dann den zweiten Vergleichswert linear interpolieren (Aufgabe 216).
Die linearen Interpolationsaufgaben 212 und 216 werden
durchgeführt,
um die Komplexität
des Algorithmus zu verringern.
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Die
Komplexität
des Algorithmus wird verringert, indem mehrere lineare Interpolationstabellen, welche
mehreren von einem Fahrer wählbaren
Betriebsarten entsprechen, zur Interpolation der Vergleichswerte
verwendet werden. Ein Verwenden der linearen Interpolationstabellen
ermöglicht
eine Verringerung der Komplexität
des Algorithmus, weil die linearen Interpolationstabellen kein Schreiben
eines extra Softwarecodes erfordern, der andernfalls für komplexere
Interpolationen, wie zum Beispiel ohne Einschränkung für eine parabolische Interpolation, notwendig
sein kann. Die Vergleichswerte werden durch ein lineares Interpolieren
zwischen zwei benachbarten Werten in einer Interpolationstabelle
erhalten.
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Bei
diesem Beispiel können
die während
der Aufgaben 210 und 214 durchgeführten Vergleiche
als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit unter Verwendung mehrerer
funktionaler Beziehungen durchgeführt werden, welche ohne Einschränkung eine
parabolische funktionale Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit
und den Vergleichswerten umfassen.
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Der
Prozess 200 kann dann den interpolierten ersten Vergleichswert
mit einem Schwellenwert vergleichen (Aufgabe 218). Wenn
der erste Vergleichswert den Schwellenwert überschreitet, kann der Prozess 200 eine
AFS-Systemsicherheitsbetriebsart einleiten (Aufgabe 222)
und in eine mechanische Betriebsart-zurückkehren (Aufgabe 224). Wenn
der erste Vergleichswert den Schwellenwert nicht überschreitet,
kann der Prozess 200 dann den zweiten Vergleichswert mit
dem Schwellenwert vergleichen (Aufgabe 220). Wenn der zweite
Vergleichswert den Schwellenwert überschreitet, kann der Prozess 200 fortfahren,
um die AFS-Systemsicherheitsbetriebsart einzuleiten (Aufgabe 222).
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
bewirkt die AFS-Systemsicherheitsbetriebsart, dass das AFS-System in eine mechanische
Betriebsart zurückkehrt
(Aufgabe 224). Das AFS-System kann in die mechanische Betriebsart
zurückkehren,
indem es einen AFS-Aktuatormotor mechanisch phasenverriegelt. Der
AFS-Aktuatormotor
kann vor der mechanischen Phasenverriegelung auch elektrisch verriegelt
werden, um eine potenzielle Beschädigung an einer Verriegelungshalterung
in dem AFS-System zu vermeiden. Bei der mechanischen Betriebsart
kann der Fahrer das Fahrzeug unter Verwendung einer festen VGR-Lenkung mechanisch
steuern. Wenn die Vergleichswerte den Schwellenwert nicht überschreiten,
kann der Prozess 200 für
einen fortgesetzten Betrieb zu der Aufgabe 202 zurückführen.
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Da
ein Fahren leichter ist, wenn sich die Fahrzeugräder bei einer hohen Geschwindigkeit
weniger drehen, wenn sich das Fahrerlenkrad dreht, und bei einer
niedrigen Geschwindigkeit mehr, wenn sich das Fahrerlenkrad dreht,
kann der Schwellenwert umgekehrt proportional zu der Fahrzeuggeschwindigkeit
sein. Alternativ können
die funktionalen Beziehungen zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit
und dem Schwellenwert ohne Einschränkung den exponentiell gewichteten
wandernden Durchschnitt umfassen.
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3 ist
ein Flussdiagramm eines Arbeitsprozesses 300 eines AFS-Systems mit einem
offenen Regelkreis gemäß einer
zweiten Ausführungsform
dieser Erfindung. Der AFS-Arbeitsprozess 300 kann durch
ein Erhalten eines ersten Werts für einen Parameter von einem
ersten Steuerungspfad des AFS-Systems beginnen (Aufgabe 302).
Der erste Steuerungspfad kann beispielsweise ein primärer Steuerungspfad
sein, wie voranstehend beschrieben wurde. Der Parameter kann eine
beliebige Größe, eine
Eigenschaft ein Zustand, ein Status oder eine Qualität sein,
der/die messbar und mit dem AFS-System und/oder einem beliebigen
Teil des AFS-Systems verbunden ist. In dieser Hinsicht kann der
Parameter ohne Einschränkung
sein: ein Straßenradzielwinkel
für das
Fahrzeug, ein tatsächlicher
Straßenradwinkel
für einen
AFS-Aktuator in dem AFS-System, ein VGR-Lenkzielwinkel für das AFS-System oder ein Lenkungsführungszielwinkel
für das AFS-System,
ein Zielstraßenrad,
ein Ritzelwinkel, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Lenkradwinkel und
eine Lenkradrate. Der Prozess 300 kann dann einen zweiten
Wert für
den gleichen Parameter von einem zweiten Steuerungspfad erhalten
(Aufgabe 304). Der zweite Steuerungspfad kann beispielsweise
ein redundanter Steuerungspfad sein, wie voranstehend beschrieben
wurde. Bei diesem Beispiel sind die primären und redundanten Steuerungspfade voneinander
unabhängig
und die primären und
redundanten Steuerungspfade arbeiten idealerweise auf eine identische
Weise.
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Der
Prozess 300 kann fortfahren, indem er den ersten Wert und
den zweiten Wert vergleicht, um einen Vergleichswert zu erhalten
(Aufgabe 306). Der Vergleichswert hilft bei einem Erfüllen der
Sicherheitsmetriken durch ein Ausgleichen des Alpha- und des Beta-Fehlers.
Es ist beispielsweise wünschenswert,
einen Schwellenwert nahe bei dem Alpha-Fehler und weit weg von dem
Beta-Fehler aufzuweisen. Wenn der Alpha-Fehler bei einer gegebenen
Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise etwa 0,2 Grad beträgt und der
Beta-Fehler bei der gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit etwa 0,5 Grad
beträgt,
ist es wünschenswert,
den Schwellenwert auf etwa 0,3 Grad zu setzen, um die Sicherheitsmetriken
bei der gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit zu erfüllen.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
dieser Erfindung basiert der Vergleichswert auf einem Durchschnitt
des ersten Werts und des zweiten Werts. Der Vergleichswert wird
durch ein Verwenden des Absolutwerts der Differenz zwischen einem Durchschnittswert
des ersten Werts und einem Durchschnittswert des zweiten Werts berechnet.
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Der
Prozess 300 kann den Vergleichswert, wie voranstehend in
dem Kontext von Prozess 200 beschrieben, linear interpolieren
(Aufgabe 308). Dann kann der Prozess 300 den Vergleichswert
mit einem Schwellenwert vergleichen (Aufgabe 310) und wenn
der Vergleichswert den Schwellenwert überschreitet, kann der Prozess 300 eine
AFS-Systemsicherheitsbetriebsart einleiten (Aufgabe 312)
und fortfahren, um in eine mechanische Betriebsart zurückzukehren
(Aufgabe 314). Das AFS-System kann in die mechanische Betriebsart
zurückkehren,
indem es den AFS-Aktuatormotor mechanisch phasenverriegelt. Bei
der mechanischen Betriebsart kann der Fahrer das Fahrzeug unter
Verwendung eines festen VGR-Lenkwinkels mechanisch steuern. Der
Fahrer kann die Zündung
ausschalten, sodass das AFS-System eine Gelegenheit zur Regenerierung oder
einer anderweitigen Wartung des AFS-Systems erhält. Wenn der Vergleichswert
den Schwellenwert nicht überschreitet,
kann der Prozess 200 für
einen fortgesetzten Betrieb zur Aufgabe 302 zurückführen.
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4 ist
ein Flussdiagramm eines Arbeitsprozesses 400 eines AFS-Systems mit einem
geschlossenen Regelkreis gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung. Der AFS-Arbeitsprozess 400 kann durch ein
Erhalten eines ersten Werts eines ersten Parameters von einem ersten
Steuerungspfad des AFS-Systems beginnen (Aufgabe 402).
Der erste Steuerungspfad kann beispielsweise ein primärer Steuerungspfad
sein, wie voranstehend beschrieben wurde. Der Parameter kann eine
beliebige Größe, ein/e
Eigenschaft, ein Zustand, ein Status oder eine Qualität sein,
der/die messbar und mit dem AFS-System und/oder einem beliebigen
Teil des AFS-Systems verbunden ist. In dieser Hinsicht kann der
Parameter ohne Einschränkung
sein: ein Straßenradzielwinkel
für das
Fahrzeug, ein tatsächlicher
Straßenradwinkel
für einen
AFS-Aktuator in dem AFS-System, ein VGR-Lenkzielwinkel für das AFS-System oder
ein Lenkungsführungszielwinkel
für das AFS-System,
ein Ritzelwinkel, ein Lenkradwinkel und eine Lenkradrate. Der Prozess 400 kann
dann einen ersten Wert eines zweiten Parameters von dem ersten Steuerungspfad
erhalten (Aufgabe 404). Der zweite Parameter kann ohne
Einschränkung
umfassen: einen Straßenradzielwinkelmodifikationsbefehl und
einen VGR-Lenkwinkel, um die Fahrzeugmanöver potenziell zu kompensieren.
Der Prozess 400 kann dann den ersten Wert des ersten Parameters
zu dem ersten Wert des zweiten Parameters addieren, um einen ersten
Steuerungsparameter zur Ausbildung eines Vergleichswerts zu erhalten.
Der Prozess 400 kann dann einen zweiten Wert des gleichen
ersten Parameters von einem zweiten Steuerungspfad erhalten (Aufgabe 408)
und fortfahren, um einen zweiten Wert des gleichen zweiten Parameters
von dem zweiten Steuerungspfad zu erhalten (Aufgabe 410).
Der zweite Steuerungspfad kann beispielsweise ein redundanter Steuerungspfad
sein, wie voranstehend beschrieben wurde. Bei diesem Beispiel sind
die primären
und redundanten Steuerungspfade voneinander unabhängig und
die primären
und redundanten Steuerungspfade arbeiten idealerweise auf eine identische
Weise. Der Prozess 400 kann dann den zweiten Wert des gleichen
ersten Parameters zu dem zweiten Wert des gleichen zweiten Parameters addieren,
um einen zweiten Steuerungsparameter zur Ausbildung des Vergleichswerts
zu erhalten (Aufgabe 412). Der Prozess 400 kann
dann den ersten Steuerungsparameter mit dem zweiten Steuerungsparameter
vergleichen, um einen Vergleichswert zu erhalten (Aufgabe 414).
Der Vergleichswert hilft bei einem Erfüllen der Sicherheitsmetriken
durch ein Ausgleichen des Alpha-Fehlers und des Beta-Fehlers, wie
es voranstehend in dem Kontext von Prozess 200 beschrieben
wurde.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
dieser Erfindung basiert der Vergleichswert auf einem Durchschnitt
des ersten Werts und des zweiten Werts. Der Vergleichswert wird
durch ein Verwenden des Absolutwerts der Differenz zwischen einem Durchschnittswert
des ersten Werts und einem Durchschnittswert des zweiten Werts berechnet.
Der Prozess 400 kann dann den Vergleichswert linear interpolieren
(Aufgabe 416), wie voranstehend in dem Kontext von dem
Prozess 200 beschrieben wurde. Der Prozess 400 kann
dann den Vergleichswert mit einem Schwellenwert vergleichen (Aufgabe 418)
und wenn der Vergleichswert den Schwellenwert überschreitet, kann der Prozess 400 eine
AFS-Systemsicherheitsbetriebsart einleiten (Aufgabe 420)
und fortfahren, um in eine mechanische Betriebsart zurückzukehren
(Aufgabe 422). Das AFS-System kann in die mechanische Betriebsart
zurückkehren,
indem es den AFS-Aktuatormotor mecha nisch phasenverriegelt. Bei
der mechanischen Betriebsart kann der Fahrer das Fahrzeug unter
Verwendung eines festen VGR-Lenkwinkels mechanisch steuern. Der
Fahrer kann die Zündung
ausschalten, sodass das AFS-System eine Gelegenheit zur Regenerierung oder
zu einer anderweitigen Wartung des AFS-Systems erhält. Wenn
der Vergleichswert den Schwellenwert nicht überschreitet, kann der Prozess 400 für einen
fortgesetzten Betrieb zur Aufgabe 402 zurückführen.
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Ein
Verwenden der Ausführungsformen
dieser Erfindung ermöglicht
es den AFS-Steuerungssystemen mit einem offenen Regelkreis und einem geschlossenen
Regelkreis, den Straßenradwinkel
innerhalb der Sicherheitsmetriken zu steuern, in dem Fall, dass
die Sicherheitsmetriken nicht erfüllt sind, die Zeit zur Verriegelung
des AFS-Aktuators zu verringern und die Wahrscheinlichkeit der Alpha-
und der Beta-Fehler zu verringern.
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Zusammengefasst
ist ein aktives Frontlenkungssteuerungssystem (AFS-Steuerungssystem) eines
Fahrzeugs in diesem Kontext beschrieben. Das AFS-System verwendet
Methoden einer variablen Getriebeübersetzung und einer Lenkungsführungssteuerung.
Das AFS-System verwendet unabhängige
Steuerungssysteme und Steuerungsleitsysteme zur Steuerung der AFS-Systemparameter
gemäß vorbestimmten
Sicherheitsmetriken, um die Zeit zum Verriegeln des AFS-Systemwinkelaktuators
in dem Fall zu verringern, dass die Sicherheitsmetriken nicht erfüllt sind,
und um die Wahrscheinlichkeit von Ausfalldetektionsfehlern durch
ein Überprüfen einer Differenz
zwischen einem Straßenradzielwinkel
und einem tatsächlichen
Straßenradwinkel,
die von einem ersten Steuerungspfad erhalten wurden, und für eine zusätzliche
Sicherheit durch ein Überprüfen einer
Differenz zwischen dem Straßenradzielwinkel und
dem tatsächlichen
Straßenradwinkel
von einem zweiten Steuerungspfad als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit
zu verringern. Die in diesem Kontext be schriebenen Techniken können einen Wert
eines AFS-Steuerungsparameters von dem ersten Steuerungspfad mit
dem Wert des gleichen AFS-Steuerungsparameters von dem zweiten Steuerungspfad überprüfen.