DE102013011283A1

DE102013011283A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013011283A1
Application number: DE102013011283.4A
Authority: DE
Inventors: Timo Dobberphul
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2033-07-06
Also published as: DE102013011283B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Fahrerhandmoments (FHM) durch einen Fahrer und eines Unterstützungsmoments (UM) durch eine oder mehrere Fahrerassistenzfunktionen; – Ermitteln einer resultierenden Lenkkraft (LF) basierend auf dem Fahrerhandmoment (FHM) und dem Unterstützungsmoment (UM) mithilfe einer vorgegebenen, insbesondere nicht linearen, Lenkunterstützungsfunktion; – Bestimmen eines Lenkkraftanteils (LFA) als den Anteil der Lenkkraft (LF), der durch das Unterstützungsmoment (UM) bewirkt wird; und – Überprüfen des Lenkkraftanteils (LFA) auf eine sicherheitskritische Fahrsituation.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftfahrzeuge, insbesondere Lenksysteme zum Bereitstellen einer Lenkkraftunterstützung für Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit von Lenksystemen, die Lenkunterstützungsmomente bereitstellen.
Stand der Technik
In einem elektromechanischen Lenksystem für ein Kraftfahrzeug können neben dem vom Fahrer über das Lenkrad aufgebrachten Fahrerhandmoment ein oder mehrere zusätzliche, elektromechanisch generierte Überlagerungsmomente bewirkt werden. Beispielsweise greifen Fahrerassistenzfunktionen wie z. B. Spurhalteassistent (HCA) und Lenkmomentempfehlung (DSR) durch Bereitstellen von Überlagerungsmomenten in die elektromechanische Lenkung ein. Diese Überlagerungsmomente werden intern als zusätzliche virtuelle Fahrerhandmomente betrachtet, die über eine Funktion der Lenkkraftgenerierung zu dem Fahrerhandmoment addiert werden und insgesamt ein Lenkunterstützungsmoment bewirken. Das Lenkunterstützungsmoment kann mithilfe einer parametrierten Lenkkraftkennlinie in eine Lenkkraft umgesetzt werden, die über den Lenkunterstützungsmotor auf die Lenkung aufgebracht wird.
Entsprechend der Parametrierung der Lenkkraftkennlinie kann die generierte Lenkkraft sehr groß werden, so dass es, wenn ein Fahrer im Falle der Anforderung eines zusätzlichen Überlagerungsmoments und einer sehr ungünstigen Parametrierung der Lenkkraftkennlinie nicht aufmerksam ist, zu einer kritischen Fahrsituation kommen kann. So kann z. B. der Fall auftreten, dass das Kraftfahrzeug aufgrund eines unerwarteten Lenkeingriffs die vom Fahrer gewünschte Fahrspur verlässt.
Aus der Druckschrift DE 10 2009 027 613 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrerassistenzsystems bekannt, in dem abhängig von einer Datenverarbeitung zumindest zeitweise ein Abschalten des Fahrerassistenzsystems erfolgen kann, wobei der Fahrer vorab von einem bevorstehenden Abschalten des Fahrerassistenzsystems in Kenntnis gesetzt wird.
Aus der Druckschrift DE 10 2006 031 766 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Begrenzen eines Stelleingriffs eines Fahrzeugreglers bei Vorliegen eines Fehlers im Reglersystem bekannt. Um die Auswirkungen eines möglichen Fehleingriffs des Fahrzeugreglers auf ein sicheres Maß zu beschränken, wird der Aufbaugradient für den Stelleingriff eines oder mehrerer Aktuatoren auf einen maximalen Aufbaugradienten begrenzt.
Aus der Druckschrift DE 10 2007 011 275 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umsetzen einer Lenkmomentempfehlung für ein Spurhalteassistenzsystem mit einer elektromechanischen Lenkung bekannt. Dabei werden eine Handmomentanforderung und eine Momentempfehlung erfasst, wobei dem Servomotor der elektromechanischen Lenkung jeweils die Handmomentanforderung über eine Lenkunterstützungsfunktionseinheit und die Momentempfehlung direkt zugeführt wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Gefährdung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs durch zu hohe Lenkkräfte aufgrund von Überlagerungsmomenten von Lenkeingriffen vermieden werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung, das Lenksystem und das Computerprogrammprodukt gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems vorgesehen, umfassend die folgenden Schritte:

– Bereitstellen eines Fahrerhandmoments durch einen Fahrer und eines Unterstützungsmoments durch eine oder mehrere Fahrerassistenzfunktionen;
– Ermitteln einer resultierenden Lenkkraft basierend auf dem Fahrerhandmoment und dem Unterstützungsmoment mithilfe einer vorgegebenen, insbesondere nicht linearen, Lenkunterstützungsfunktion;
– Bestimmen eines Lenkkraftanteils als den Anteil der Lenkkraft, der durch das Unterstützungsmoment bewirkt wird; und
– Überprüfen des Lenkkraftanteils auf eine sicherheitskritische Fahrsituation.

Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, den durch die Vorgabe der Überlagerungsmomente durch die Fahrerassistenzfunktionen bewirkten Kraftanteil der elektromechanisch bewirkten Lenkkraft zu überprüfen und bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts die Berücksichtigung eines oder mehrerer der Überlagerungsmomente zu unterdrücken. Dadurch kann die durch automatische Lenkeingriffe bewirkte Lenkkraft auf Werte unterhalb des Lenkkraft-Schwellenwerts begrenzt werden und es können keine Lenkkräfte auftreten, die zu sicherheitskritischen Fahrsituationen führen.
Insbesondere ist vorgesehen, den Kraftanteil der zu stellenden Lenkkraft, der sich aus dem Überlagerungsmoment ergibt, entsprechend dem Momentanteil des Überlagerungsmoments zu bestimmen.
Weiterhin kann das Überprüfen durch einen Schwellenwertvergleich des Lenkkraftanteils mit einem Lenkkraft-Schwellenwert durchgeführt werden.
Beispielsweise kann der Lenkkraft-Schwellenwert einem Wert von mehr als 50%, insbesondere einem Wert zwischen 50% und 80%, entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform kann, wenn bei dem Schwellenwertvergleich festgestellt wird, dass der Lenkkraftanteil den Lenkkraft-Schwellenwert übersteigt, das Unterstützungsmoment bei dem Ermitteln der resultierenden Lenkkraft unberücksichtigt bleiben oder auf 0 gesetzt werden.
Weiterhin kann das Unterstützungsmoment als Summe mehrerer von Fahrerassistenzfunktionen bereitgestellter Überlagerungsmomente bereitgestellt werden.
Insbesondere kann die Lenkunterstützungsfunktion eine bereitzustellende Lenkkraft über einem angeforderten Moment abbilden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Lenkkraftanteil als Produkt der ermittelten Lenkkraft und einem Verhältnis des Unterstützungsmoments zu einer Summe des Fahrerhandmoments und des Unterstützungsmoments bestimmt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät, zum Betreiben eines Lenksystems vorgesehen, umfassend:

– eine Einrichtung zum Erhalten eines Fahrerhandmoments von einem Fahrer und eines Unterstützungsmoments von einer oder mehreren Fahrerassistenzfunktionen;
– eine Einrichtung zum Ermitteln einer resultierenden Lenkkraft basierend auf dem Fahrerhandmoment und dem Unterstützungsmoment mithilfe einer vorgegebenen, insbesondere nicht linearen Lenkunterstützungsfunktion;
– eine Einrichtung zum Bestimmen eines Lenkkraftanteils als den Anteil der Lenkkraft, der durch das Unterstützungsmoment bewirkt wird; und
– eine Einrichtung zum Überprüfen des Lenkkraftanteils auf eine sicherheitskritische Fahrsituation.

Weiterhin kann die Einrichtung zum Ermitteln der resultierenden Lenkkraft basierend auf dem Fahrerhandmoment und dem Unterstützungsmoment einen Summierblock zum Bestimmen eines Summenmoments als Summe des Fahrerhandmoments und des Unterstützungsmoments sowie einen Lenkunterstützungsfunktionsblock zum Anwenden des Summenmoments aufweisen, um die resultierende Lenkkraft zu erhalten.
Es kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zum Bestimmen des Lenkkraftanteils einen Anteilsberechnungsblock zum Berechnen des Verhältnisses des Unterstützungsmoments zu einer Summe des Fahrerhandmoments und des Unterstützungsmoments, um ein relatives Unterstützungsmoment zu erhalten, sowie einen Multiplikationsblock, um das relative Unterstützungsmoment mit der Lenkkraft zu multiplizieren, um den Lenkkraftanteil zu erhalten, umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend die obige Vorrichtung und eine mit Rädern des Kraftfahrzeugs verbundene Lenkstange zum Aufbringen der resultierenden Lenkkraft, um die Räder zu lenken.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der ausgebildet ist, um alle Schritte des obigen Verfahrens durchzuführen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug mit elektromechanischer Lenkunterstützung; und
2 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Funktion des Verfahrens zum Betreiben des Lenksystems, insbesondere zum Überwachen der Lenkkraft.
Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenksystems 1 mit einer Lenkwelle 2, an deren dem Fahrer zugewandten Ende ein Lenkrad 3 angeordnet ist. Über das Lenkrad 3 kann der Fahrer ein Fahrerhandmoment FHM auf die Lenkwelle 2 ausüben. Die Lenkwelle 2 ist mit einem Lenkunterstützungsmotor 4 gekoppelt, über den eine Lenkkraft LF auf die Lenkwelle 2 ausgeübt werden kann. An einem dem Lenkrad 3 gegenüberliegenden Ende der Lenkwelle 2 ist diese in geeigneter Weise mit einer Lenkstange 9 einer zu lenkenden Achse gekoppelt, um eine Lenkung auszuführen.
In geeigneter Weise ist an der Lenkwelle 2 bzw. an dem Lenkunterstützungsmotor 4 auch eine Sensorik 5 vorgesehen, die es ermöglicht, das Fahrerhandmoment FHM, das über das Lenkrad 3 auf die Lenkwelle 2 ausgeübt wird, zu bestimmen und einer Steuereinheit 6 eine entsprechende Angabe zur Verfügung zu stellen.
Die Steuereinheit 6 ist weiterhin mit dem Lenkunterstützungsmotor 4 gekoppelt, um über die Lenkwelle 2 eine Lenkkraft LF, die auf die Lenkstange 9 ausgeübt wird, zu modifizieren. Die Lenkkraft LF entspricht der Kraft, die zur Lenkung der entsprechenden Räder benötigt wird.
Es können weiterhin ein oder mehrere Fahrerassistenzsysteme 7 vorgesehen sein, die jeweils ein Überlagerungsmoment an die Steuereinheit 6 bereitstellen. Die Summe der Überlagerungsmomente wird als Unterstützungsmoment UM bereitgestellt. Abhängig von dem Fahrerhandmoment FHM und dem Unterstützungsmoment UM wird nun die von dem Lenkunterstützungsmotor 4 bereitzustellende Lenkkraft LF ermittelt und der Lenkunterstützungsmotor 4 entsprechend gestellt.
Die in der Steuereinheit 6 ausgeführte Funktion ist in dem Blockschaltbild der 2 ausführlicher dargestellt. Der Steuereinheit 6 wird das gesamte, aus den Überlagerungsmomenten der Fahrerassistenzfunktionen des Fahrerassistenzsystems 7 ermittelte Unterstützungsmoment UM bereitgestellt, ebenso wie das Fahrerhandmoment FHM, das als entsprechende Angabe von der Sensorik 5 bereitgestellt werden kann.
Das Unterstützungsmoment UM wird über eine Schalteinheit 61 an einen Eingang eines Summierblocks 62 geleitet. Die Schalteinheit 61 schaltet abhängig von einem Steuersignal S. Die Schalteinheit 61 bewirkt, dass das Unterstützungsmoment UM oder ein Wert von 0 an den Summierblock 62 angelegt wird, um das von den Fahrerassistenzsystemen 7 bereitgestellte Unterstützungsmoment UM wirkungslos zu machen.
Weiterhin wird das Fahrerhandmoment FHM an einen weiteren Eingang des Summierblocks 62 angelegt. Der Summierblock 62 bildet eine Summe aus dem Unterstützungsmoment UM und dem Fahrerhandmoment FHM. Als Ergebnis erhält man an einem Ausgang des Summierblocks 62 ein Summenmoment SM, das gemeinsam mit einer Angabe über die Fahrzeuggeschwindigkeit G einem vorgegebenen Lenkunterstützungskennfeld bzw. einer vorgegebenen Lenkunterstützungsfunktion in einem Lenkunterstützungsfunktionsblock 63 zugeführt wird. Der Lenkunterstützungsfunktionsblock 63 ist ausgebildet, um entsprechend dem vorgegebenen Lenkunterstützungskennfeld bzw. der vorgegebenen Lenkunterstützungsfunktion eine Lenkkraft LF zu generieren. Die Lenkunterstützungsfunktion entspricht einer in der Regel nicht linearen Funktion, die das Summenmoment SM in eine entsprechende Lenkkraft LF umsetzt.
Der Lenkunterstützungsmotor 4 wird nun durch die Steuereinheit 6 so angesteuert, dass an der Lenkstange 9 die Lenkkraft LF eingestellt wird. Es soll nun vorgesehen sein, dass, wenn der durch das Unterstützungsmoment UM bewirkte Anteil der Lenkkraft LF größer ist als ein vorgegebener sicherheitskritischer Wert der Lenkkraft LF, eine zu hohe Anforderung vorliegt, die zu einem Abschalten bzw. Deaktivieren des Einflusses der Fahrerassistenzsysteme 7 auf die Lenkung führen soll.
Dazu ist vorgesehen, dass in einem Anteilsberechnungsblock 64 der Momentanteil des Unterstützungsmoment UM an dem Summenmoment SM ermittelt wird. Das Ergebnis des relativen Unterstützungsmoments rUM wird dann einem Multiplikationsblock 65 zugeführt, wobei: rUM = UM/SM.
Weiterhin wird die von dem Lenkunterstützungsfunktionsblock 63 erzeugte Lenkkraft LF dem Multiplikationsblock 65 zugeführt und dort mit dem relativen Unterstützungsmoment rUM multipliziert, um einen Lenkkraftanteil LFA zu erhalten. Der Lenkkraftanteil LFA entspricht: LFA = rUM·LF.
Der Lenkkraftanteil LFA wird betragsmäßig in einem Vergleichsblock 66 mit einem vorgegebenen Lenkkraft-Schwellenwert LFS verglichen und bei Überschreiten des Lenkkraft-Schwellenwerts LFS wird das Steuersignal S geändert, um die Schalteinheit 61 so zu schalten, dass anstelle des Überlagerungsmoments UM der Wert 0 an den Summierblock 62 angelegt wird. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass aufgrund der Parametrierung der Lenkunterstützungsfunktion das Überlagerungsmoment UM eine hohe Lenkkraft LF bewirkt, die zu einem Verlassen der Fahrspur durch das Kraftfahrzeug führen kann, beispielsweise wenn der Fahrer seine Hände vom Lenkrad 3 nimmt.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Änderung des Steuersignals S, wenn festgestellt wird, dass der Lenkkraftanteil LFA, der durch das Unterstützungsmoment UM bewirkt wird, größer ist als der Lenkkraft-Schwellenwert LFS, erst nach einer bestimmten vorgegebenen Zeitdauer geändert wird. Somit können kurzfristige Überschreitungen des Lenkkraft-Schwellenwerts LFS unberücksichtigt bleiben.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bei Überschreiten des vorgegebenen Lenkkraft-Schwellenwerts LFS ein Fehlerspeichereintrag in einen Fehlerspeicher (nicht gezeigt) gesetzt wird, der auf eine sicherheitskritische Anforderung eines Lenkeingriffs hindeutet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Lenkkraft-Schwellenwert LFS einen Wert über 50% aufweist, d. h. der Kraftanteil, der durch das Unterstützungsmoment UM bewirkt wird, übersteigt den Kraftanteil, der durch das Fahrerhandmoment FHM bewirkt wird. Insbesondere kann der Lenkkraft-Schwellenwert LFS einen Wert zwischen 50% und 80% aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Lenksystem
2: Lenkwelle
3: Lenkrad
4: Lenkunterstützungsmotor
5: Sensorik
6: Steuereinheit
7: Fahrerassistenzsystem
9: Lenkstange
61: Schalteinheit
62: Summierblock
63: Lenkunterstützungsfunktionsblock
64: Anteilsberechnungsblock
65: Multiplikationsblock
66: Vergleichsblock

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009027613 A1 [0004]
DE 102006031766 A1 [0005]
DE 102007011275 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Fahrerhandmoments (FHM) durch einen Fahrer und eines Unterstützungsmoments (UM) durch eine oder mehrere Fahrerassistenzfunktionen; – Ermitteln einer resultierenden Lenkkraft (LF) basierend auf dem Fahrerhandmoment (FHM) und dem Unterstützungsmoment (UM) mithilfe einer vorgegebenen, insbesondere nicht linearen, Lenkunterstützungsfunktion; – Bestimmen eines Lenkkraftanteils (LFA) als den Anteil der Lenkkraft (LF), der durch das Unterstützungsmoment (UM) bewirkt wird; und – Überprüfen des Lenkkraftanteils (LFA) auf eine sicherheitskritische Fahrsituation.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überprüfen durch einen Schwellenwertvergleich des Lenkkraftanteils (LFA) mit einem Lenkkraft-Schwellenwert (LFS) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Lenkkraft-Schwellenwert (LFS) einem Wert von mehr als 50%, insbesondere einem Wert zwischen 50% und 80% entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei, wenn bei dem Schwellenwertvergleich festgestellt wird, dass der Lenkkraftanteil (LFA) den Lenkkraft-Schwellenwert (LFS) übersteigt, das Unterstützungsmoment (UM) bei dem Ermitteln der resultierenden Lenkkraft (LF) unberücksichtigt bleibt oder das Unterstützungsmoment (UM) auf 0 gesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Unterstützungsmoment (UM) als Summe mehrerer von Fahrerassistenzfunktionen bereitgestellter Überlagerungsmomente bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Lenkunterstützungsfunktion eine bereitzustellende Lenkkraft (LF) über einem angeforderten Moment abbildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Lenkkraftanteil (LFA) als Produkt der ermittelten Lenkkraft (LF) und einem Verhältnis des Unterstützungsmoments (UM) zu einer Summe des Fahrerhandmoments (FHM) und des Unterstützungsmoments (UM) bestimmt wird.
Vorrichtung, insbesondere Steuergerät, zum Betreiben eines Lenksystems (1), umfassend: – eine Einrichtung zum Erhalten eines Fahrerhandmoments (FHM) von einem Fahrer und eines Unterstützungsmoments (UM) von einer oder mehreren Fahrerassistenzfunktionen; – eine Einrichtung zum Ermitteln einer resultierenden Lenkkraft (LF) basierend auf dem Fahrerhandmoment (FHM) und dem Unterstützungsmoment (UM) mithilfe einer vorgegebenen, insbesondere nicht linearen, Lenkunterstützungsfunktion; – eine Einrichtung zum Bestimmen eines Lenkkraftanteils (LFA) als den Anteil der Lenkkraft (LF), der durch das Unterstützungsmoment (UM) bewirkt wird; und – eine Einrichtung zum Überprüfen des Lenkkraftanteils (LFA) auf eine sicherheitskritische Fahrsituation.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Einrichtung zum Ermitteln der resultierenden Lenkkraft (LF) basierend auf dem Fahrerhandmoment (FHM) und dem Unterstützungsmoment (UM) einen Summierblock (62) zum Bestimmen eines Summenmoments (SM) als Summe des Fahrerhandmoments (FHM) und des Unterstützungsmoments (UM) sowie einen Lenkunterstützungsfunktionsblock (63) zum Anwenden des Summenmoments (SM) zum Erhalt der resultierenden Lenkkraft (LF) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Einrichtung zum Bestimmen des Lenkkraftanteils (LFA) einen Anteilsberechnungsblock (64) zum Berechnen des Verhältnisses des Unterstützungsmoments (UM) zu einer Summe des Fahrerhandmoments (FHM) und des Unterstützungsmoments (UM), um ein relatives Unterstützungsmoment (rUM) zu erhalten, sowie einen Multiplikationsblock (65), um das relative Unterstützungsmoment (rUM) mit der Lenkkraft (LF) zu multiplizieren, um den Lenkkraftanteil (LFA) zu erhalten, umfasst.
Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10; – eine mit Rädern des Kraftfahrzeugs verbundene Lenkstange (9) zum Aufbringen der resultierenden Lenkkraft (LF), um die Räder zu lenken.
Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode enthält, der ausgebildet ist, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.