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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug mit einem Steuergerät und einem Lenksystem.
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Zum Lenken eines Fahrzeugs sind aufgrund von konstruktionsbedingt stetig schwerer werdenden Fahrzeugen stetig größere Kräfte erforderlich, um bspw. Vorderräder eines Fahrzeugs zu bewegen. Daher werden in der Regel Servoelemente, wie bspw. Elektro- oder Servomotoren bzw. Servopumpen zur Unterstützung eines jeweiligen Fahrers beim Aufbringen von Kräften bzw. Momenten zum Lenken eines Fahrzeugs verwendet. Dies bedeutet, dass mittels einer Lenkvorrichtung, wie bspw. einem Lenkrad, einem Lenker oder einem Joystick durch den Fahrer bereitgestellte Drehimpulse bzw. ein entsprechendes Drehmoment mittels jeweiliger Servoelemente eines Fahrzeugs verstärkt werden.
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Um einem jeweiligen Fahrer unabhängig von aktuellen physikalischen Bedingungen eines jeweiligen Fahrzeugs, d. h. bspw. unabhängig von einer Größe jeweiliger Reifen des Fahrzeugs, ein für den Fahrer angenehmes Fahrerlebnis zu gewährleisten und eine Kraft zur Rückmeldung einer Bewegung eines Servoelements künstlich, d. h. unabhängig von zur Bewegung jeweiliger Reifen benötigen Kräften, bereitzustellen, können Steer-By-Wire-Lenksysteme eingesetzt werden, die sich dadurch auszeichnen, dass eine Lenkvorrichtung zum Bereitstellen von Lenkbefehlen durch den Fahrer lediglich elektronisch und nicht mehr mechanisch mit einem jeweiligen Servoelement bzw. einer jeweiligen Radlenkeinheit verbunden ist.
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Aus Sicherheitsgründen und um eine Akzeptanz eines Steer-By-Wire-Lenksystems bei einem Nutzer zu erhöhen, können Fahrzeuge, die mittels eines Steer-By-Wire-Lenksystems zu lenken sind, ein zusätzliches mechanisches Lenksystem umfassen, das bei einem Fehlerfall des Steer-By-Wire-Lenksystems manuell einzukoppeln ist, um das Fahrzeug weiterhin zu kontrollieren. Entsprechend können selbst kurze vorübergehende Fehlermeldungen eines Steer-By-Wire-Lenksystems zu einer erheblichen Störsituation für einen Fahrer führen, bei der der Fahrer einen tiefen Eingriff in eine Steuerungsmechanik vornehmen muss, wodurch ein Vertrauen des Fahrers in das Fahrzeug empfindlich gestört wird.
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Weiterhin kann es unter Verwendung eines manuell einzukoppelnden Systems bei einer erfolgten Einkopplung durch einen Nutzer erforderlich sein, dass ein Techniker das Fahrzeug überprüft und zurück in einen Steer-By-Wire-Betrieb schaltet.
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In der Druckschrift
DE 198 39 951 A1 wird ein Lenksystem offenbart, bei dem im Falle einer Fehlfunktion des Lenksystems eine Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern erfolgt.
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Die Druckschrift
DE 603 07 727 T2 offenbart ein elektrisches Steuerungssystem für eine Fahrzeugsteuerungseinrichtung mit einer Sperreinheit zur mechanischen Kopplung von Elementen der Fahrzeugsteuerungseinrichtung.
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Eine Steuervorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Stellanordnung, mittels derer ein mechanischer Durchtrieb zwischen einer Handhabe und Steuerorganen der Steuervorrichtung virtuell auftrennbar ist, wird in der Druckschrift
DE 43 04 664 C2 offenbart.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zum Steuern eines Fahrzeugs bereitzustellen, die für einen Fehlerfall eines Steer-By-Wire Betriebs einer Lenkvorrichtung des Fahrzeugs eine schnelle und komfortable Umschaltung in einen Sicherheitsmodus der Lenkvorrichtung des Fahrzeugs ermöglicht.
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Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 sowie ein Fahrzeug gemäß Anspruch 12 vorgestellt, bei denen in Abhängigkeit eines Steuerbefehls ein Lenksystem des Fahrzeugs automatisch von einem Steer-By-Wire-Betrieb, bei dem mittels einer Lenkvorrichtung bereitgestellte Lenkbefehle ausschließlich elektronisch an eine Radlenkeinheit des Fahrzeugs übertragen werden, in einen manuellen Betrieb, bei dem ein mittels der Lenkvorrichtung bereitgestelltes Drehmoment zumindest teilweise mechanisch mittels einer mechanisch festen Kopplung zwischen der Lenkvorrichtung und der Radlenkeinheit zu der Radlenkeinheit des Fahrzeugs übertragen wird, umgeschaltet wird, und bei denen , wenn das Lenksystem in den manuellen Betrieb geschaltet wird, ein Elektromotor der Radlenkeinheit und/oder ein von einem Planetengetriebe mit Selbsthemmung umfasster Elektromotor und/oder ein Elektromotor der Lenkvorrichtung von einem lenkwinkelgesteuerten Betrieb in einen momentengesteuerten Betrieb umgeschaltet wird.
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Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum sicheren Betreiben eines Fahrzeugs mit einem Steer-By-Wire-Lenksystem, bei dem jeweilige von einem Fahrer mittels einer Lenkvorrichtung, wie bspw. einem Lenkrad, einem Lenker oder einem Joystick erzeugte Lenkbefehle bei einem Fehlerfall des Steer-By-Wire-Lenksystems automatisch anstatt auf elektronischem Weg mittels einer mechanisch festen Kopplung, die bspw. zwischen der Lenkvorrichtung und einer Radlenkeinheit einzukoppeln ist, an die Radlenkeinheit übertragen werden. Dies bedeutet, dass bei einem Fehlerfall, d. h. einem Defekt oder einer Störung des Steer-By-Wire-Lenksystems, das Fahrzeug unabhängig von dem Steer-By-Wire-Lenksystem mittels der mechanisch festen Kopplung zu lenken ist.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Umschalten von dem Steer-By-Wire-Betrieb in den manuellen Betrieb in Abhängigkeit von einem Steuerbefehl erfolgt. Der Steuerbefehl kann bspw. durch ein Steuergerät eines jeweiligen Fahrzeugs, bspw. in Abhängigkeit einer aktuellen Fahrsituation des Fahrzeugs erfolgen oder bewusst von einem Fahrer vorgegeben werden, um bspw. ein jeweiliges Steer-By-Wire-Lenksystem zu überbrücken und eine Kontrolle des Fahrzeugs mittels durch den Fahrer bereitzustellender Muskelkraft zu ermöglichen.
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Durch ein automatisches Umschalten von dem Steer-By-Wire-Betrieb in den manuellen Betrieb kann ein Fehlerfall des Steer-By-Wire-Lenksystems eines jeweiligen Fahrzeugs insbesondere ohne Einschränkungen für den Fahrer behoben werden. Dazu ist es jedoch erforderlich, dass eine für eine Lenkwinkeländerung durch den Fahrer an einer Lenkvorrichtung aufzubringende Kraft sowohl im Steer-By-Wire-Betrieb als auch im manuellen Betrieb gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich bleibt. Da sich eine jeweilige für eine Lenkwinkeländerung durch den Fahrer an der Lenkvorrichtung aufzubringende Kraft in Abhängigkeit einer aktuellen Betriebsart eines Lenksystems und einer aktuellen Konfiguration des Fahrzeugs spezifisch zusammensetzt, ist es erforderlich, an der Lenkwinkeländerung beteiligte Servoelemente, wie bspw. Elektromotoren und/oder Servomotoren bzw. Pumpen so zu regeln, dass ein durch den Fahrer an der Lenkvorrichtung zu erzeugendes Drehmoment vergleichbar ist mit einem Drehmoment, das dem Fahrer während des Steer-By-Wire-Betriebs zur Rückmeldung einer Bewegung der Räder künstlich, d. h. unter Verwendung einer Lenkgefühleinheit mit einem an der Lenkvorrichtung eingreifenden Elektromotor, bereitgestellt wurde. Während bei einem Steer-By-Wire-Betrieb eine durch den Fahrer an der Lenkvorrichtung zu erzeugende Kraft völlig unabhängig von einer an jeweiligen Rädern des Fahrzeugs wirkenden Kraft ist, wird die durch den Fahrer an der Lenkvorrichtung zu erzeugende Kraft bei einem manuellen Betrieb an die Räder des Fahrzeugs weitergegeben und ggf. durch Servoelemente verstärkt. Entsprechend ist vorgesehen, dass bei einem automatischen Umschalten von einem Steer-By-Wire-Betrieb in einen manuellen Betrieb jeweilige Servoelemente derart geregelt werden, dass diese den Fahrer gerade so weit unterstützen, dass die durch den Nutzer an der Lenkvorrichtung zu erzeugende Kraft der Kraft entspricht, die bei dem Steer-By-Wire-Betrieb mittels einer Lenkgefühleinheit zum Erzeugen einer Rückkopplung einer Lenkbewegung für den Fahrer, erzeugt wurde bzw. erzeugt worden wäre.
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Eine zeitliche Änderung eines Drehimpulses entspricht einem durch einen Fahrer bereitzustellenden Drehmoment zum Verändern eines Radwinkels bzw. eines Lenkwinkels jeweiliger Räder eines Fahrzeugs, ggf. unterstützt durch Servoelemente.
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Unter einem Lenkbefehl ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Steuerbefehl zu verstehen, der elektronisch von einer Lenkvorrichtung zu einer Radlenkeinheit übertragen wird und entsprechend zu einer Veränderung eines Radwinkels jeweiliger Räder eines Fahrzeugs führt.
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Unter einem Steer-By-Wire-Betrieb ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Betrieb eines Fahrzeugs zu verstehen, bei dem ein Lenksystem des Fahrzeugs in Abhängigkeit von durch Sensoren erfassten Fahrervorgaben einen Lenkwinkel an jeweiligen Rädern des Fahrzeugs ohne eine mechanische Verbindung mittels Elektro- und/oder Servomotoren einstellt. Dabei wird einem jeweiligen Fahrer an einer von dem Fahrer zur Übermittlung der Fahrervorgaben genutzten Lenkvorrichtung eine Rückmeldung in Form einer Kraft bzw. eines Drehmoments, die bzw. das einer durch den Fahrer an der Lenkvorrichtung ausgeübten Kraft entgegenwirkt, bereitgestellt, um einen Widerstand der Räder, wie es für mechanische Lenkungen typisch ist, zu simulieren.
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Bei einem Steer-By-Wire-Betrieb eines Lenksystems erfolgt eine Lenkwinkelvorgabe durch den Fahrer, d. h. der Fahrer gibt lediglich einen Lenkwinkel vor, der elektronisch zu jeweiligen Elektro- bzw. Servomotoren übertagen und anschließend an den Rädern des Fahrzeugs eingestellt wird. Im Gegensatz dazu erfolgt bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen manuellen Betrieb eines Lenksystems eine Lenkmomentvorgabe durch den Fahrer, bei der ein Moment, d. h. eine Kraft, durch den Fahrer direkt unter Verwendung einer mechanisch festen Kopplung einer Lenkvorrichtung und einer Radlenkeinheit, auf die Räder des Fahrzeugs übertragen wird, wobei das Moment ggf. durch eine Übersetzung oder durch Servomotoren erhöht bzw. verstärkt wird.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Fehlerzustand, in Abhängigkeit dessen der erfindungsgemäß vorgesehene Steuerbefehl zum Umschalten zwischen dem Steer-By-Wire-Betrieb und dem manuellen Betrieb erzeugt wird, dann gemeldet wird, wenn ein Gradient einer Abweichung zwischen einem mittels der Lenkvorrichtung bereitgestellten Radwinkel und/oder einem mittels der Lenkvorrichtung bereitgestellten Handlenkmoment, d. h. einem von einem Fahrer mittels der Lenkvorrichtung aufgebrachten Drehmoment, das bspw. mittels eines von der Lenkvorrichtung umfassten Sensors erfasst wird, und einem tatsächlich an jeweiligen Rädern des Fahrzeugs eingestellten Radwinkel und/oder einem tatsächlich an den jeweiligen Rädern anliegenden Handlenkmoment über eine vorgegebene Anzahl Lenkmanöver hinweg einen Schwellenwert überschreitet.
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Ein Fehlerzustand, der zum Erzeugen eines Steuerbefehls zum Umschalten von dem Steer-By-Wire-Betrieb in den manuellen Betrieb eines jeweiligen Lenksystems führt, kann bspw. dann vorliegen, wenn ein von einem Nutzer angeforderter Lenkwinkel, d. h. ein mittels einer Lenkvorrichtung bereitgestellter bzw. angeforderter Radwinkel und/oder ein mittels der Lenkvorrichtung bereitgestelltes bzw. angefordertes Handlenkmoment, von einem tatsächlich an jeweiligen Rädern eines jeweiligen Fahrzeugs eingestellten Radwinkel bzw. Lenkmoment, d. h. einer tatsächlich an den Rädern des Fahrzeugs wirkenden Kraft, zunehmend abweicht. Eine zunehmende Abweichung kann bspw. mittels eines Gradienten einer entsprechenden Abweichung, der kontinuierlich größer wird, erkannt werden. Entsprechend kann mittels eines Gradienten bzw. einer Überwachung der Abweichung zwischen angefordertem Radwinkel und eingestelltem Radwinkel über mehrere Lenkbewegungen hinweg, ein zunehmendes Lenkungsspiel bzw. ein sich verschlimmernder Defekt des Lenksystems, der bspw. zu einer fehlerhaften Regelung durch ein Steer-By-Wire-Lenksystem führen könnte, erkannt werden. Dabei kann der Schwellenwert dynamisch, bspw. in Abhängigkeit eines Mittelwerts oder einer Standardabweichung einer jeweiligen Abweichung gebildet werden, oder fest vorgegeben sein.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass der Fehlerzustand dann gemeldet wird, wenn eine Abweichung zwischen einem mittels der Lenkvorrichtung bereitgestellten Radwinkel und/oder einem mittels der Lenkvorrichtung bereitgestellten Handlenkmoment und einem tatsächlich an jeweiligen Rädern des Fahrzeugs eingestellten Radwinkel und/oder einem tatsächlich an den jeweiligen Rädern anliegenden Handlenkmoment, d. h. einem von einem Fahrer mittels der Lenkvorrichtung aufgebrachten Drehmoment, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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Um aktuelle Veränderungen eines Lenksystems zu erkennen und einen entsprechenden Fehlerzustand zu melden, kann ein Lenkungsspiel, bspw. durch eine Abweichung zwischen einem mittels der Lenkvorrichtung bereitgestellten Radwinkel und/oder einem mittels der Lenkvorrichtung bereitgestellten Handlenkmoment, und einem tatsächlich an jeweiligen Rädern des Fahrzeugs eingestellten Radwinkel und/oder einem tatsächlich an den jeweiligen Rädern anliegenden Handlenkmoment, erfasst und mit einem vorgegebenen Toleranz- bzw. Schwellenwert abgeglichen werden. Durch einen Abgleich mit einem fest vorgegebenen Schwellenwert können aktuelle Abweichungen bzw. aktuelle Fehlerzustände, bspw. auf Grund von Änderungen einer aktuellen Fahrsituation und/oder Umgebungsbedingungen, schnell und einfach erkannt und zum Umschalten von dem Steer-By-Wire-Betrieb in den manuellen Betrieb verwendet werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit eines weiteren Steuerbefehls, wie bspw. eines Rücksteuerbefehls, automatisch von dem manuellen Betrieb zurück in den Steer-By-Wire-Betrieb geschaltet wird.
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Während einer Fahrt auf einer Schotterpiste kann aufgrund einer sehr rauhen Fahrbahn ein sehr großes Lenkungsspiel auftreten, so dass der Steer-By-Wire-Betrieb deaktiviert und der manuelle Betreib automatisch aktiviert und bei einer Wiederauffahrt auf eine Teerstraße der manuelle Betrieb aufgrund eines entsprechend kleineren Lenkungsspiels automatisch wieder deaktiviert und der Steer-By-Wire-Betrieb aktiviert wird, ohne dass ein jeweiliger Fahrer von der Umschaltung Kenntnis nehmen kann.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mechanisch feste Kopplung zwischen der Lenkvorrichtung und der Radlenkeinheit mittels eines Getriebes aus der folgenden Liste an Getrieben realisiert wird: Planetengetriebe mit Selbsthemmung, Planetengetriebe ohne Selbsthemmung und Harmonic-Drive-Getriebe bzw. Gleitkeilgetriebe.
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Um eine mechanisch feste Kopplung zwischen einer Lenkvorrichtung, wie bspw. einem Lenkrad oder einem Joystick und einer Radlenkeinheit bereitzustellen, eignen sich insbesondere Getriebe, wie bspw. Planetengetriebe mit oder ohne Selbsthemmung und Harmonic-Drive Getriebe, die eine von einem Fahrer aufgebrachte Kraft bzw. ein entsprechendes Moment mittels eines Übersetzungsverhältnisses in ein erforderliches Lenkmoment zum Bewegen jeweiliger Räder eines Fahrzeugs umwandeln können. Selbstverständlich eignet sich auch jede weitere technisch geeignete Verbindung zur Kopplung zwischen der Lenkvorrichtung und der Radlenkeinheit.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass zur Kopplung zwischen einer Lenkvorrichtung und einer Radlenkeinheit ein Planetengetriebe mit drei Anschlüssen bzw. Wellen verwendet wird, wobei ein erster Anschluss mit der Lenkvorrichtung und ein zweiter Anschluss mit der Radlenkeinheit verbunden ist, und ein dritter Anschluss zwischen einem geschlossenen und einem offenen Zustand veränderbar ist, wobei das Planetengetriebe eine mechanisch feste Kopplung bzw. Verbindung zwischen der Lenkvorrichtung und der Radlenkeinheit bereitstellt, wenn der dritte Anschluss in den geschlossenen Zustand gebracht wird. Wenn der dritte Anschluss in einem offenen bzw. nicht geschlossenen Zustand vorliegt, ist vorgesehen, dass keine bzw. eine lose mechanische Verbindung zwischen der Lenkvorrichtung und der Radlenkeinheit vorliegt, so dass keine Momente zwischen der Lenkvorrichtung und der Radlenkeinheit ausgetauscht werden.
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Mittels des vorgestellten Verfahrens ist ein vielfacher Wechsel zwischen einem Steer-By-Wire-Betrieb und einem manuellen Betrieb bzw. einem manuellen Betrieb und einem Steer-By-Wire-Betrieb möglich, so dass das vorgestellte Verfahren sehr tolerant gegenüber falschen bzw. lediglich temporär auftretenden Fehlermeldungen ist, die zunächst zu einer Umschaltung von dem Steer-By-Wire-Betrieb in den manuellen Betrieb führen, danach aber jederzeit durch ein entsprechendes Zurückschalten korrigiert werden können. Alternativ kann ein jeweiliges Lenksystem auch in einem manuellen Betrieb belassen werden, da sich wenige bzw. keine negative Auswirkungen auf eine aktuelle Fahrsituation ergeben.
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Durch einen optionalen Wechsel auf einen manuellen Betrieb wird eine gegenüber ausschließlich elektronisch betriebenen Lenksystemen erhöhte Toleranz bei einem jeweiligen Nutzer erreicht, da dem Nutzer im Fehlerfall eines Steer-By-Wire-Lenksystems eine Möglichkeit zur Kontrolle des Fahrzeugs über eine mechanisch feste Kopplung von Lenkvorrichtung und Radlenkeinheit bereitgestellt wird.
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Das vorgestellte Verfahren eignet sich ferner zum Einsatz bei autonomen Fahrzeugen, bei denen von einem autonomen Betrieb auf einen manuellen Betrieb mittels des vorgestellten Verfahrens gewechselt werden kann. Dabei kann das vorgestellte Verfahren als modulares System ausgestaltet sein, das erweiterbar in bereits vorhandene Fahrzeuge zu integrieren ist.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass, wenn das Lenksystem in den manuellen Betrieb geschaltet wird und die mechanisch feste Kopplung zwischen der Lenkvorrichtung und der Radlenkeinheit mittels eines Planetengetriebes ohne Selbsthemmung bereitgestellt wird, die Radlenkeinheit mit der Lenkvorrichtung über einen Anschluss verbunden wird, der während des Steer-By-Wire-Betriebs offen ist, indem der offene Anschluss mittels eines Fixationselements fixiert wird, so dass eine feste Übersetzung zwischen jeweiligen Anschlüssen des Planetengetriebes für die Lenkvorrichtung und die Radlenkeinheit entsteht.
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Mittels eines Fixationselements, wie bspw. einem Stift aus Metall oder jedem weiteren technisch geeigneten Werkstoff, kann der dritte Anschluss eines jeweiligen Planetengetriebes geschlossen werden, so dass eine mechanisch feste Kopplung zwischen der Lenkvorrichtung und der Radlenkeinheit bereitgestellt wird. Durch ein Fixationselement kann das Planetengetriebe in einer aktuellen Position fixiert werden, so dass bspw. ein aktuelles Übersetzungsverhältnis für eine mechanische Kopplung zwischen der Lenkvorrichtung und der Radlenkeinheit fest vorgegeben wird.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass, wenn das Lenksystem in den manuellen Betrieb geschaltet wird und die mechanisch feste Kopplung zwischen der Lenkvorrichtung und der Radlenkeinheit mittels eines Planetengetriebes mit Selbsthemmung bereitgestellt wird, die Radlenkeinheit mit der Lenkvorrichtung über einen Anschluss des Planetengetriebes, der während des Steer-By-Wire-Betriebs mittels eines Elektromotors derart bewegt wird, dass zwischen jeweiligen Anschlüssen des Planetengetriebes für die Lenkvorrichtung und die Radlenkeinheit keine Momente übertragen werden, der Elektromotor deaktiviert oder fixiert wird, so dass eine feste Übersetzung zwischen den jeweiligen Anschlüssen des Planetengetriebes für die Lenkvorrichtung und die Radlenkeinheit entsteht.
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Bei einem Planetengetriebe mit Selbstsicherung, d. h. einem Planetengetriebe, das einen dritten Anschluss aufweist, der für eine Bewegung jeweiliger Anschlüsse des Planetengetriebes selbst bewegt werden muss, um einen Stillstand bzw. eine Blockade der Anschlüsse durch ein Sperrelement zu verhindern, kann die erfindungsgemäß vorgesehene mechanisch feste Kopplung zwischen Lenkvorrichtung und Radlenkeinheit dadurch erreicht werden, dass der dritte Anschluss bspw. über ein Bremssystem fixiert oder eine Vorrichtung zum Bewegen des dritten Anschlusses, wie bspw. ein Elektromotor, deaktiviert wird.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass, wenn das Lenksystem in den manuellen Betrieb geschaltet wird, ein Elektromotor der Radlenkeinheit und/oder ein von einem Planetengetriebe mit Selbsthemmung umfasster Elektromotor und/oder ein Elektromotor der Lenkvorrichtung von einem lenkwinkelgesteuerten Betrieb in einen momentengesteuerten Betrieb umgeschaltet wird.
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Um von einem Steer-By-Wire-Betrieb auf einen manuellen Betrieb umzuschalten, kann, je nach Konfiguration eines jeweiligen Fahrzeugs, vorgesehen sein, dass ein Fixierungselement an einem dritten bzw. freien Anschluss eines Planetengetriebes eingesetzt und ein Elektromotor der erfindungsgemäß vorgesehenen Radlenkeinheit statt lenkwinkelgesteuert, d. h. in Abhängigkeit eines elektronisch vorgegebenen Lenkwinkels, wie es bei einem Steer-By-Wire-Betrieb der Fall ist, momentengesteuert, d. h. in Abhängigkeit einer durch einen Fahrer bereitzustellenden Kraft, wie es bei einem manuellen Betrieb der Fall ist, verwendet wird. Weiterhin ist zum Umschalten von dem Steer-By-Wire-Betrieb auf den manuellen Betrieb vorgesehen, dass ein Elektromotor der erfindungsgemäß vorgesehenen Lenkvorrichtung für eine Lenkunterstützung statt zur Erzeugung einer künstlichen Rückmeldung an der Lenkvorrichtung verwendet wird. Dies bedeutet, dass jeweilige durch den Elektromotor zu erzeugende Momente mit einem Vorzeichenwechsel belegt werden, so dass der Elektromotor mit einem durch den Fahrer bereitzustellenden Moment, d. h. in der Richtung eines durch den Fahrer an der Lenkvorrichtung bereitzustellenden Drehmoments arbeitet, statt dem durch den Fahrer an der Lenkvorrichtung bereitgestellten Drehmoment entgegen arbeitet. Entsprechend stellt der Elektromotor an der Lenkvorrichtung ein Drehmoment bereit, das in der Richtung des durch den Fahrer bereitzustellenden Drehmoments wirkt und das durch den Fahrer bereitzustellende Drehmoment verstärkt, wie es bspw. für eine Servolenkung typisch ist.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass, wenn das Lenksystem in den manuellen Betrieb geschaltet wird, ein Elektromotor der Radlenkeinheit und/oder ein von einem Planetengetriebe mit Selbsthemmung umfasster Elektromotor und/oder ein Elektromotor der Lenkvorrichtung von einem lenkwinkelgesteuerten Betrieb in einen momentengesteuerten Betrieb umgeschaltet wird.
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Bei einer Konfiguration eines jeweiligen Fahrzeugs mit einem selbsthemmenden Getriebe kann zum Umschalten von einem Steer-By-Wire-Betrieb auf einen manuellen Betrieb vorgesehen sein, dass der Elektromotor der erfindungsgemäß vorgesehenen Radlenkeinheit statt lenkwinkelgesteuert auf momentengesteuert umgeschaltet wird und ein Elektromotor an dem dritten bzw. freien Anschluss des Planetengetriebes zur Unterstützung eines Fahrers beim Bewegen der Räder eines jeweiligen Fahrzeugs verwendet wird.
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Bei einer weiteren Konfiguration eines jeweiligen Fahrzeugs mit einem selbsthemmenden Getriebe kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor der erfindungsgemäß vorgesehenen Radlenkeinheit zum Umschalten von einem Steer-By-Wire-Betrieb auf einen manuellen Betrieb statt lenkwinkelgesteuert auf momentengesteuert umgeschaltet wird und der Elektromotor an dem dritten bzw. freien Anschluss des Planetengetriebes nicht mehr angesteuert bzw. nicht mehr zur Reibungskompensation bewegt wird und der Elektromotor der erfindungsgemäß vorgesehenen Lenkeinheit ebenfalls zur Lenkunterstützung, d. h. zur Verstärkung einer durch einen Fahrer aufgebrachten Kraft, anstatt zur Erzeugung einer Rückmeldung, d. h. einer entgegen durch einen Fahrer aufgebrachten Kraft bewegt wird, so dass jeweilige durch den Elektromotor zu erzeugende Momente mit einem Vorzeichenwechsel belegt werden und der Elektromotor der Lenkvorrichtung mit einer durch den Fahrer vermittelten Bewegung, d. h. in der Richtung eines durch den Fahrer an der Lenkvorrichtung bereitzustellenden Drehmoments arbeitet, statt dem durch den Fahrer an der Lenkvorrichtung bereitgestellten Drehmoment entgegen arbeitet. Entsprechend stellt der Elektromotor an der Lenkvorrichtung ein Drehmoment bereit, das in der Richtung des durch den Fahrer bereitzustellenden Drehmoment wirkt und das durch den Fahrer bereitzustellenden Drehmoment verstärkt, wie es bspw. für eine Servolenkung typisch ist.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass, wenn das Lenksystem in den manuellen Betrieb geschaltet wird und das Lenksystem des Fahrzeugs mindestens zwei Elektromotoren umfasst, und ein Elektromotor des Lenksystems zumindest teilweise ausfällt, ein weiterer Elektromotor des Lenksystems eine Lenkunterstützung erzeugt.
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Da zum Bewegen eines Radlenksystems eines Fahrzeugs ggf. erhebliche Kräfte erforderlich sind und ein Fahrer von einem Umschalten von einem Steer-By-Wire-Betrieb in einen manuellen Betrieb keine Kenntnis erlangen soll, ist es erforderlich, die durch den Fahrer aufzubringenden Kräfte mittels einer entsprechend gewählten Übersetzung und/oder entsprechend geregelten Elektromotoren so einzustellen, dass diese der Kraft entsprechen, die bei dem Steer-By-Wire-Betrieb zur Erzeugung einer künstlichen Rückmeldung an der Lenkvorrichtung einer durch den Fahrer aufgebrachten Kraft entgegengesetzt wird. Im Falle eines Defekts von bspw. einem Elektromotor der Lenkvorrichtung ist es denkbar, dass eine jeweilige zur Unterstützung des Fahrers aufzubringende Kraft durch einen Elektromotor der Radlenkeinheit an die Lenkvorrichtung übertragen wird.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Fehlerzustand dann gemeldet wird, wenn eine Abweichung zwischen einem mittels der Lenkvorrichtung bereitgestellten Fahrparameter der folgende Liste an Fahrparametern und einem tatsächlich an einem Fahrwerk des Fahrzeugs eingestellten bzw. anliegenden Fahrparameter einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet: Gierrate, Querbeschleunigung, Lenkwinkel sowie jedes weitere technisch geeignete Maß.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem Steuergerät, einem Lenksystem mit einem elektrischen Steer-By-Wire-System und einem mechanischen Übertragungssystem, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, in Abhängigkeit eines Steuerbefehls das Lenksystem des Fahrzeugs automatisch von einem Steer-By-Wire-Betrieb, bei dem mittels einer Lenkvorrichtung bereitgestellte Lenkbefehle ausschließlich elektronisch an eine Radlenkeinheit des Fahrzeugs zu übertagen sind, in einen manuellen Betrieb, bei dem ein mittels der Lenkvorrichtung bereitgestelltes Drehmoment zumindest teilweise mechanisch mittels einer mechanisch festen Kopplung zwischen der Lenkvorrichtung und der Radlenkeinheit zu der Radlenkeinheit des Fahrzeugs zu übertragen ist, umzuschalten.
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Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Betrieb des vorgestellten Fahrzeugs.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist ein Lenksystem 1 dargestellt. Das Lenksystem 1 umfasst eine Radlenkeinheit 3 zum Bewegen von Rädern 5 eines Fahrzeugs. Weiterhin umfasst das Lenksystem 1 eine Sicherungseinheit 7, die bspw. als Elektromotor oder Fixationselement ausgestaltet sein kann und zum Eingriff in ein Getriebe 9 vom Typ Harmonic-Drive oder Planetengetriebe ausgestaltet ist.
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Das Getriebe umfasst drei Anschlüsse 9a, 9b und 9c und ist über einen ersten Anschluss 9a mit der Radlenkeinheit 3 und über einen zweiten Anschluss 9b mit einer Lenkvorrichtung 11, an der eine Lenkgefühleinheit 13 angeordnet ist, verbunden. Mit der Sicherungseinheit 7 ist das Getriebe 9 über einen dritten Anschluss 9c verbunden.
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Bei einem Steer-By-Wire-Betrieb des Lenksystems 1 wird durch einen Nutzer mittels der Lenkvorrichtung 11 ein gewünschter Lenkwinkel vorgegeben. Dazu erfasst ein Sensor 15 der Lenkvorrichtung 11 eine Bewegung der Lenkvorrichtung 11 und/oder ein durch den Nutzer an der Lenkvorrichtung 11 aufgebrachtes Drehmoment. Der mittels des Sensors 15 erfasste Lenkwinkel bzw. das entsprechende Drehmoment wird an die Radlenkeinheit 3, die die Räder 5 des Fahrzeugs entsprechend bewegt, elektronisch übertragen. Um dem Nutzer an der Lenkvorrichtung 11 eine Rückmeldung über eine Bewegung der Räder 5 bereitzustellen, wird durch die Lenkgefühleinheit 13 während der Bewegung der Lenkvorrichtung 11 durch den Nutzer ein dem durch den Nutzer erzeugten Drehmoment entgegengesetztes Drehmoment erzeugt. Dazu kann die Lenkgefühleinheit einen Elektromotor und/oder Federn bzw. Dämpfer umfassen.
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Um automatisch von dem Steer-By-Wire-Betrieb des Lenksystems 1 in einen manuellen Betrieb zu wechseln, ist insbesondere vorgesehen, dass ein entsprechender Steuerbefehl in Abhängigkeit eines aktuell gemeldeten Fehlerzustands erzeugt wird. Ein Fehlerzustand wird bspw. dann gemeldet, wenn mittels eines Sensors 17 zur Erfassung eines an den Rädern 5 eingestellten Radwinkels und/oder eines an den Rädern 5 anliegenden Lenkmoments ein Signal erzeugt wird, dessen Wert bzw. dessen Werte über einen Zeitraum hinweg derart stark von einem durch den Sensor 15 erfassten Wert bzw. entsprechenden in dem Zeitraum mittels des Sensors 15 erfassten Werten abweichen, dass eine Differenz oder jeder weitere technisch geeignete Vergleichswert über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
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Sobald der Vergleichswert zwischen Sensor 15 und Sensor 17 über dem vorgegebenen Schwellenwert liegt, wird ein Fehlerzustand gemeldet und das Lenksystem 1 in einen manuellen Betriebsmodus geschaltet. Dazu wird die Sicherungseinheit 7 bspw. von einem Zentralsteuergerät des Fahrzeugs angesteuert, so dass die Sicherungseinheit 7 den dritten Anschluss 9c des Getriebes 9 schließt bzw. der dritte Anschluss 9c des Getriebes 9 bspw. durch Deaktivierung eines von der Sicherungseinheit umfassten Elektromotors zum Bewegen des dritten Anschlusses 9c fixiert wird und, dadurch bedingt, eine mechanisch feste Kopplung zwischen der Lenkvorrichtung 11 und der Radlenkeinheit 3 entsteht.
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Durch die mechanisch feste Kopplung zwischen der Lenkvorrichtung 11 und der Radlenkeinheit 3 kann der Nutzer ein von ihm über Muskelkraft bereitgestelltes Drehmoment direkt auf die Räder 5 übertragen und die Räder 5 dadurch bewegen. Um den Nutzer bei einer Bewegung der Räder zu unterstützen, und bspw. eine Servolenkung bereitzustellen, können jeweilige Elektromotoren der Lenkgefühleinheit 13 oder der Radlenkeinheit 3 zur Erzeugung eines auf die mechanisch feste Kopplung einwirkenden Moments genutzt werden. Dabei wirken die Elektromotoren der Lenkgefühleinheit 13 und/oder der Radlenkeinheit 3 zusammen mit einer durch den Nutzer aufgebrachten Kraft, d. h. in die durch den Nutzer vorgegebene Richtung und nicht, wie beim Steer-By-Wire-Betrieb, der Richtung der durch den Nutzer aufgebrachten Kraft entgegen.
