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Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Erzeugen von an einem Lenkrad eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs angreifenden Rückmeldekräften, die einem Fahrer des Fahrzeugs eine Rückmeldung über eine Oberflächenbeschaffenheit eines momentan von dem Fahrzeug befahrenen Untergrunds geben. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem System der vorgenannten Art.
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Wenn ein Fahrzeug beispielsweise eine raue bzw. unebene Oberfläche einer Fahrbahn oder einen auf einer Fahrbahn befindlichen Gegenstand überfährt, werden bei einem Lenksystem, bei dem ein Lenkrad des Fahrzeugs mechanisch mit den lenkbaren Vorderrädern des Fahrzeugs gekoppelt ist, die auf die Vorderräder durch die Oberflächenabweichungen des momentan befahrenen Untergrunds einwirkenden Kräfte direkt mechanisch auf das Lenkrad des Fahrzeugs übertragen. Der Fahrer des Fahrzeugs erhält über das Lenkgefühl eine direkte Rückmeldung über die Oberflächenbeschaffenheit des momentan von dem Fahrzeug befahrenen Untergrunds.
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Bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem, bei dem das Lenkrad mechanisch von den lenkbaren Vorderrädern entkoppelt ist, muss dem Fahrer des Fahrzeugs auf eine andere Art und Weise ein realistisches Fahrgefühl vermittelt werden, da die auf die Vorderräder durch Oberflächenabweichungen des momentan befahrenen Untergrunds einwirkenden Kräfte nicht von den Rädern mechanisch auf das Lenkrad übertragen werden. Zum Erzeugen eines möglichst realistischen Lenkgefühls werden die Rückmeldekräfte an dem Lenkrad aus momentan erfassten Informationen zu durch den momentan befahrenen Untergrund bedingten Lasten aktiv künstlich erzeugt. Die momentan erfassten Informationen werden anschließend verarbeitet, um Steuersignale zum Ansteuern eines über eine Lenksäule an dem Lenkrad angreifenden Feedback-Aktuators des Steer-by-Wire-Lenksystems zu erzeugen. Mit dem Feedback-Aktuator können den Steuersignalen entsprechende Drehmomente in die Lenksäule eingeleitet werden, um das Lenkrad zur Erzeugung der Rückmeldekräfte verlagern zu können.
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Zur Erfassung dieser Informationen können herkömmlich am Fahrzeug angeordnete Sensoren verwendet werden, mit denen momentan einwirkende Lastkräfte erfassbar sind, wenn die lenkbaren Vorderräder in einen Kontakt mit Oberflächenabweichungen des momentan befahrenen Untergrunds kommen.
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Ein solches Steer-by-Wire-Lenksystem ist beispielsweise aus
EP 1 201 528 A2 bekannt.
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Beispielsweise kann herkömmlich die Oberflächenbeschaffenheit des momentan von dem Fahrzeug befahrenen Untergrunds durch Messung eines an einer Spurstange des Steer-by-Wire-Lenksystems angreifenden Lastmoments erfasst werden, das durch die auf die lenkbaren Vorderräder einwirkenden Lastkräfte bedingt ist. Hierzu kann beispielsweise ein elektrischer Strom gemessen werden oder es werden kostenintensive Sensoren zum Messen des Lastmoments eingesetzt.
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Bei einer solchen herkömmlichen Erfassung der Oberflächenbeschaffenheit des momentan befahrenen Untergrunds tritt eine Zeitverzögerung zwischen der Erfassung der Oberflächenbeschaffenheit und der Erzeugung der Rückmeldekräfte an dem Lenkrad auf, die insbesondere durch die benötigte Zeit zum Verarbeiten von Sensordaten und nachfolgende Hardware-Reaktionseinschränkungen bedingt ist. Diese Zeitverzögerung und die zusätzlich gegebene Reaktionszeit des Fahrers können die Wahrnehmung des Fahrers bezüglich des Lenkgefühls und der Fahrzeugreaktion beeinträchtigen.
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Aus der
DE 690 03 901 T2 , der
DE 10 2013 214 804 A1 , der
DE 10 2013 207 147 A1 sowie der der
DE 10 2010 013 178 A1 sind Steer-by-Wire-Lenksysteme bekannt, bei denen jeweils eine vor dem Fahrzeugpfad liegende Fahrbahnbeschaffenheit, z.B. mittels Bildsensoren oder allgemeiner mittels eines vorausschauenden Fahrbahnsensors, erfasst und auf mehr oder minder komplexe Art und Weise ausgewertet und auf einem Feedback-Aktuator aufgeprägt wird, um so den vorbeschriebenen Zeitverzögerungen beim Feedback entgegenzuwirken. Bei diesen Systemen besteht durch das Ziel der möglichst exakten Nachbildung der Reaktion eines mechanischen Lenksystems allerdings die Tendenz, dass ein potentieller Komfortgewinn eines Steer-By-Wire-Lenksystems, der eben auch durch eine gewisse Entkopplung von den auf das Fahrwerk wirkenden Kräften bestimmt wird, wieder aufgezehrt wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verzögerungsfreie oder vorgezogene Erzeugung von an einem Lenkrad eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs angreifenden Rückmeldekräften kostengünstig zu ermöglichen, wobei dem Fahrer gleichzeitig ein ruhigeres und damit komfortableres Fahrgefühl im Vergleich zu einem herkömmlichen mechanischen Lenksystem vermittelt werden soll.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere in den abhängigen Ansprüchen angegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Ein erfindungsgemäßes System zum Erzeugen von an einem Lenkrad eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs angreifenden Rückmeldekräften, die einem Fahrer des Fahrzeugs eine Rückmeldung über die Oberflächenbeschaffenheit eines momentan von dem Fahrzeug befahrenen Untergrunds geben, umfasst wenigstens eine an dem Fahrzeug anordbare Erfassungseinheit, die eingerichtet ist, wenigstens eine Bilddatei zu einem Oberflächenprofil eines in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor dem Fahrzeug liegenden, nachfolgend von dem Fahrzeug befahrbaren Untergrundabschnitts zu erzeugen, und wenigstens eine an dem Fahrzeug anordbare Datenverarbeitungseinheit, die eingerichtet ist, die von der Erfassungseinheit jeweilig erzeugte Bilddatei zu empfangen und unter Berücksichtigung dieser Bilddatei Steuersignale zum Ansteuern eines über eine Lenksäule an dem Lenkrad angreifenden Feedback-Aktuators des Steer-by-Wire-Lenksystems zu erzeugen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter dem Begriff «Bilddatei» sowohl ein optisch erfasstes Bild als auch ein Ultraschallbild oder auch ein Radarbild zu verstehen.
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Erfindungsgemäß werden die Rückmeldekräfte aus vorausschauend erfassten Informationen zu der Oberflächenbeschaffenheit des nachfolgend von dem Fahrzeug befahrbaren Untergrunds erzeugt. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Erzeugung von Rückmeldekräften aus Informationen zu der Oberflächenbeschaffenheit des momentan von dem Fahrzeug befahrenen Untergrunds kann bei der Erfindung die Verarbeitung der Informationen erfolgen, bevor das Fahrzeug den in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug liegenden Untergrund befährt. Da somit erfindungsgemäß die Verarbeitung der Informationen zu einem Untergrundabschnitt erfolgt, bevor das Fahrzeug den Untergrundabschnitt überfährt, tritt die mit herkömmlichen Steer-by-Wire-Lenksystemen verbundene, oben beschriebene Zeitverzögerung nicht auf. Stattdessen können die Rückmeldekräfte in Echtzeit erzeugt werden, also synchron zu dem tatsächlichen Oberflächenprofil des momentan befahrenen Untergrunds. Die Rückmeldekräfte können auch vorgezogen erzeugt werden, das heißt unter Einbeziehung der Reaktionszeit des Fahrers vorab an den Fahrer kommuniziert werden, bevor das Fahrzeug den in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug liegenden Untergrund befährt. Folglich werden die Wahrnehmung des Fahrers bezüglich des Lenkgefühls und der Fahrzeugreaktion nicht durch eine herkömmliche Zeitverzögerung beeinträchtigt, was mit einem verbesserten bzw. realistischeren Fahrgefühl einhergeht. Zudem werden keine kostenintensiven Sensoren zur Erfassung von Lastmomenten an einer Spurstange des Steer-by-Wire-Lenksystems benötigt.
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Der Datenverarbeitungseinheit werden vorzugsweise momentane Fahrzustandsparameter des Fahrzeugs, beispielsweise die momentane Fahrgeschwindigkeit, zugeführt, die über herkömmlich vorhandene oder zusätzliche Fahrzeugsensoren erfasst werden können. Die Datenverarbeitungseinheit ist vorzugsweise eingerichtet, unter Berücksichtigung der momentanen Fahrzustandsparameter, der Informationen zu dem Oberflächenprofil des nachfolgend befahrbaren Untergrundabschnitts und von Abstandsinformationen zum Abstand zwischen dem Untergrundabschnitt und den lenkbaren Vorderrädern zu ermitteln, zu welchem Zeitpunkt die Rückmeldekräfte an dem Lenkrad zu erzeugen sind, um die Rückmeldekräfte mit der Oberflächenbeschaffenheit des momentan befahrenen Untergrunds zu synchronisieren.
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Die Erfassungseinheit kann zum optischen Erfassen des Oberflächenprofils des nachfolgend von dem Fahrzeug befahrbaren Untergrundabschnitts eingerichtet sein. Alternativ kann die Erfassungseinheit zum Erfassen des Oberflächenprofils des nachfolgend von dem Fahrzeug befahrbaren Untergrundabschnitts auf Basis eines Ortungsverfahrens eingerichtet sein. Das erfindungsgemäße System kann auch zwei oder mehrere entsprechende Erfassungseinheiten aufweisen.
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Die Datenverarbeitungseinheit kann durch eine vorhandene Fahrzeugelektronik oder separat davon ausgebildet sein. Die Datenverarbeitungseinheit ist signaltechnisch mit der Erfassungseinheit und vorzugsweise auch mit weiteren Fahrzeugsensoren verbunden, um Signale von diesen elektrischen Bauteilen empfangen zu können. Eine solche Signalverbindung kann zumindest teilweise kabelgebunden oder kabellos ausgebildet sein. Des Weiteren ist die Datenverarbeitungseinheit mittelbar oder unmittelbar signaltechnisch mit dem Feedback-Aktuator des Steer-by-Wire-Lenksystems verbunden, um den Feedback-Aktuator mit den Steuersignalen ansteuern zu können. Die Steuersignale dienen der Erzeugung einer möglichst realistischen Drehmomentlast an der Lenksäule des Steer-by-Wire-Lenksystems. Hierzu kann mit der Datenverarbeitungseinheit eine auf die Spurstange des Steer-by-Wire-Lenksystems einwirkende Last aus dem erfassten Oberflächenprofil abschätzt und hieraus entsprechende Drehmomentwerte abgeleitet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Erfassungseinheit wenigstens eine Mono-Kamera oder wenigstens eine Stereo-Kamera auf. Mit von der Mono-kamera erfassten Einzelbildern des Oberflächenprofils des Untergrundabschnitts kann mittels der Datenverarbeitungseinheit eine Höhenprofilabschätzung über einen Einzelbildvergleich über der Zeit erfolgen. Mit der Stereo-Kamera sind zeitgleich verschiedene Bilddateien zu dem Oberflächenprofil des Untergrundabschnitts erzeugbar, wobei die Datenverarbeitungseinheit eingerichtet ist, aus den Bilddateien eine einzelne Bilddatei mit Tiefeninformation zu erstellen. Die Datenverarbeitungseinheit ist hierbei zur Bildverarbeitung eingerichtet. Insbesondere können mittels der Stereo-Kamera perspektivisch verschiedene Bilder des nachfolgend befahrbaren Untergrundabschnitts aufgenommen werden. Diese Bilder können in Form von Bilddateien als Signale an die Datenverarbeitungseinheit übermittelt werden, wobei die Datenverarbeitungseinheit eingerichtet ist, die Bilddateien zu vereinigen, um eine einzelne Bilddatei mit Tiefeninformation zu dem nachfolgend befahrbaren Untergrundabschnitt zu erzeugen. Die Mono-Kameras bzw. Stereo-Kamera kann an einer Innenseite einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs oder im Bereich eines Kühlergrills des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Tiefeninformation in Form einer Tiefenmatrix kann zum Abschätzen der Höhe des Untergrundabschnitts in bestimmten Oberflächenbereichen in der einzelnen Bilddatei verwendet werden. Durch ein Gruppieren aller Durchschnittspunkte der einzelnen Bilddatei kann ein relativer Höhenprofilvektor für den Untergrundabschnitt erzeugt werden. Das derart nachgebildete Oberflächenprofil des Untergrundabschnitts umfasst eine vorhersagbare Bahn der lenkbaren Vorderräder. Der Abstand zwischen den Vorderrädern und dem jeweiligen Punkt des Untergrundabschnitts ist eine wichtige Information, die durch die optische Erfassung des Oberflächenprofils des Untergrundabschnitts mittels der Kameras und die nachfolgende Verarbeitung der Bilddateien durch die Datenverarbeitungseinheit bereitgestellt werden kann.
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Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Erfassungseinheit wenigstens ein LiDAR(Light Detection and Ranging)-System. Mittels des LiDAR-Systems kann eine Bilddatei mit Tiefeninformation zu dem Oberflächenprofil des nachfolgend befahrbaren Untergrundabschnitts erstellt werden. Die Tiefeninformation in Form einer Tiefenmatrix kann zum Abschätzen der Höhe des Untergrundabschnitts in bestimmten Oberflächenbereichen in der Bilddatei mit Tiefeninformation verwendet werden. Durch ein Gruppieren alle Durchschnittspunkten in der Bilddatei mit Tiefeninformation kann ein relativer Höhenprofilvektor für den Untergrundabschnitt erzeugt werden. Das derart nachgebildete Oberflächenprofil des Untergrundabschnitts umfasst eine vorhersagbare Bahn der lenkbaren Vorderräder. Der Abstand zwischen den Vorderrädern und dem jeweiligen Punkt des Untergrundabschnitts ist eine wichtige Information, die durch die Erfassung des Oberflächenprofils des Untergrundabschnitts mittels des LiDAR-System und die nachfolgende Verarbeitung der Bilddatei mit Tiefeninformation durch die Datenverarbeitungseinheit bereitgestellt werden kann.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Datenverarbeitungseinheit eingerichtet, ein Höhenprofil des Untergrundabschnitts für eine definierte Bahn der Vorderräder des Fahrzeugs über den Untergrundabschnitt zu erstellen. Die Bahn der Vorderräder über den Untergrundabschnitt kann beispielsweise aus einer erfassten Straßenmarkierung des Untergrundabschnitts und/oder einem erfassten Lenkeinschlag der Vorderräder abgeleitet werden. Hierzu können die oben genannten Erfassungsmittel oder zusätzliche Fahrzeugsensoren verwendet werden. Das Höhenprofil kann, eventuell nach erfolgter Korrektur, später in reale Radlasteingaben umgewandelt werden, unter deren Berücksichtigung die Lastkräfte abgeschätzt und die Rückmeldekräfte erzeugt werden können.
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Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn die Datenverarbeitungseinheit eingerichtet ist, ein Vorwarnsignal zu erzeugen, wenn ein lokaler Höhengradient des Höhenprofils einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Hierdurch kann der Fahrer des Fahrzeugs vorgewarnt werden, um zu vermeiden, dass er bei einem nachfolgenden Überfahren eines größeren, beispielsweise sprunghaften, Höhenunterschieds des Untergrundabschnitts, der durch ein auf dem Untergrundabschnitt liegendes Hindernis bedingt sein kann, erschrickt. Hierdurch wird der Fahrkomfort des Fahrzeugs verbessert. Das Vorwarnsignal kann dem Fahrer optisch, akustisch und/oder haptisch, beispielsweise über eine Ansteuerung des Feedback-Aktuators, wahrnehmbar gemacht werden.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinheit eingerichtet ist, die Steuersignale derart zu erzeugen, dass die Rückmeldekräfte mit variabel einstellbarer Größe erzeugbar sind. Insbesondere können die Rückmeldekräfte derart erzeugt werden, dass sie kleiner sind als entsprechend entstehende Rückmeldekräfte bei einem herkömmlichen Lenksystem, bei dem das Lenkrad mechanisch mit den lenkbaren Vorderrädern des Fahrzeugs gekoppelt ist. Durch die erfindungsgemäße Abschwächung der Rückmeldekräfte gegenüber Rückmeldekräften eines herkömmlichen mechanischen Lenksystems kann dem Fahrer ein ruhigeres und damit komfortableres Fahrgefühl vermittelt werden. Durch die variable Einstellbarkeit der Rückmeldekräfte kann der Fahrer die Größe der Rückmeldekräfte über mit der Datenverarbeitungseinheit verbundene Eingabemittel individuell einstellen.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, das insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen ausgestaltet sein kann, umfasst ein erfindungsgemäßes System zum Erzeugen von an einem Lenkrad eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs angreifenden Rückmeldekräften.
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Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen von an einem Lenkrad eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs angreifenden Rückmeldekräften, die einem Fahrer des Fahrzeugs eine Rückmeldung über die Oberflächenbeschaffenheit eines momentan von dem Fahrzeug befahrenen Untergrunds geben, werden die Rückmeldekräfte unter Berücksichtigung eines vorab erfassten Oberflächenprofils eines in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor dem Fahrzeug liegenden, nachfolgend von dem Fahrzeug befahrbaren Untergrundabschnitts erzeugt.
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Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf das System genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann das obige System zur Durchführung des Verfahren gemäß einer seiner Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander eingesetzt werden. Hierbei können oben genannte vorteilhafte Weiterbildungen des Systems vorteilhaften Weiterbildungen des Verfahrens entsprechen, auch wenn die im Folgenden nicht explizit erwähnt ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zu dem Oberflächenprofil des Untergrundabschnitts eine Bilddatei mit Tiefeninformation erstellt, wobei anhand der Bilddatei ein Höhenprofil des Untergrundabschnitts für eine definierte Bahn der Vorderräder des Fahrzeugs erstellt wird. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechenden Ausgestaltungen des Systems genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann die Bilddatei mit Tiefeninformation unter Verwendung von wenigstens einer Mono-Kamera, wenigstens einer Stereo-Kamera oder eines LiDAR-Systems erstellt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ein Vorwarnsignal erzeugt wird, wenn ein lokaler Höhengradient des Höhenprofils einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Systems genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Erfindungsgemäß werden die Rückmeldekräfte in ihren Größen variabel einstellbar erzeugt. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Systems genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1 ein Diagramm zu einer Bewegung eines Lenkrads beim Überfahren eines Kopfsteinpflasters bei einem herkömmlichen Lenksystem, bei dem das Lenkrad mechanisch mit den lenkbaren Vorderrädern gekoppelt ist;
- 2 ein Diagramm zu einer Bewegung eines Lenkrads beim Überfahren einer Bodenwelle bei einem herkömmlichen Lenksystem, bei dem das Lenkrad mechanisch mit den lenkbaren Vorderrädern gekoppelt ist;
- 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes System;
- 4 eine High-Level-Struktur zu den in einem erfindungsgemäßen System gegebenen Informationsabläufen; und
- 5 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
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1 zeigt ein Diagramm zu einer Bewegung eines nicht gezeigten Lenkrads eines Fahrzeugs beim Überfahren eines Kopfsteinpflasters bei einem herkömmlichen Lenksystem, bei dem das Lenkrad mechanisch mit den lenkbaren Vorderrädern gekoppelt ist. Es ist der Lenkwinkel (Ordinatenachse) gegenüber der Zeit (Abszissenachse) aufgetragen. Die gezeigten Bewegungen des Lenkrads werden direkt durch an den lenkbaren Vorderrädern des Fahrzeugs angreifende Lastkräfte erzeugt, die mechanisch über eine Spurstange und eine Lenksäule des Lenksystems auf das Lenkrad übertragen werden.
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2 zeigt ein Diagramm zu einer Bewegung eines Lenkrads eines Fahrzeugs beim Überfahren einer einzelnen Bodenwelle bei einem herkömmlichen Lenksystem, bei dem das Lenkrad mechanisch mit den lenkbaren Vorderrädern gekoppelt ist. Es ist der Lenkwinkel (Ordinatenachse) gegenüber der Zeit (Abszissenachse) aufgetragen. Die gezeigten Bewegungen des Lenkrads werden direkt durch an den lenkbaren Vorderrädern des Fahrzeugs angreifende Lastkräfte erzeugt, die mechanisch über eine Spurstange und eine Lenksäule des Lenksystems auf das Lenkrad übertragen werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes System 1 zum Erzeugen von an einem nicht gezeigten Lenkrad eines nicht gezeigten Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs 2 angreifenden Rückmeldekräften, die einem Fahrer des Fahrzeugs 2 eine Rückmeldung über die Oberflächenbeschaffenheit eines momentan von dem Fahrzeug 2 befahrenen Untergrunds 3 geben.
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Das System 1 umfasst eine an dem Fahrzeug 2 angeordnete Erfassungseinheit 4, die eingerichtet ist, wenigstens eine Bilddatei zu einem Oberflächenprofil eines in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 2 vor dem Fahrzeug 2 liegenden, nachfolgend von dem Fahrzeug 2 befahrbaren Untergrundabschnitts 5 zu erzeugen.
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Das System 1 umfasst des Weiteren wenigstens eine an dem Fahrzeug 2 angeordnete Datenverarbeitungseinheit 6, die eingerichtet ist, die von der Erfassungseinheit 4 jeweilig erzeugte Bilddatei über eine Signalverbindung 7 zu empfangen und unter Berücksichtigung dieser Bilddatei Steuersignale zum Ansteuern eines über eine nicht gezeigte Lenksäule an dem Lenkrad angreifenden, nicht gezeigten Feedback-Aktuators des Steer-by-Wire-Lenksystems zu erzeugen.
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Die Erfassungseinheit 4 umfasst wenigstens eine nicht gezeigte Mono-Kamera oder Stereo-Kamera. Die Datenverarbeitungseinheit 6 ist eingerichtet, aus den Bilddateien der jeweiligen Kamera eine Bilddatei mit Tiefeninformation zu erstellen.
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Die Datenverarbeitungseinheit 6 kann eingerichtet sein, ein Höhenprofil 10 des Untergrundabschnitts 5 für eine definierte Bahn der Vorderräder 8 des Fahrzeugs 2 aus der Bilddatei mit Tiefeninformation zu erstellen.
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Die Datenverarbeitungseinheit 6 kann des Weiteren eingerichtet sein, ein Vorwarnsignal zu erzeugen, wenn ein lokaler Höhengradient des Höhenprofils einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Die Datenverarbeitungseinheit 6 kann zudem eingerichtet sein, die Steuersignale derart zu erzeugen, dass die Rückmeldekräfte mit variabel einstellbarer Größe erzeugbar sind.
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Unterhalb des Untergrunds 3 ist in 3 ein von den Kameras momentan erfasster Verlauf 9 (durchgezogene Linie) des vor dem Fahrzeug 2 liegenden, nachfolgend von dem Fahrzeug 2 befahrbaren Untergrundabschnitts 5 und ein mit der Datenverarbeitungseinheit 6 aus den vorhergehend erzeugten Bilddateien der Kameras ermitteltes Höhenprofil 10 (gestrichelte Linie) des vorhergehend mit den Kameras erfassten Teils des Untergrunds 3 dargestellt. Das ermittelte Höhenprofil 10 entspricht dem tatsächlichen Höhenprofil des Untergrunds 3. In dem Höhenprofil 10 ist eine aus dem Höhenprofil 10 resultierende Radlasteingabe 11 für die Vorderräder 8 und eine aus dem Höhenprofil 10 resultierende Radlasteingabe 12 für die Hinterräder 13 eingezeichnet. Aus der Lage der Radlasteingaben 11 und 12 lassen sich die auf die Räder 8 bzw. 13 einwirkenden Lastkräfte mit der Datenverarbeitungseinheit 6 abschätzen, um entsprechende Steuersignale bzw. Rückmeldekräfte erzeugen zu können. Über den Punkt 14 geht der erfasste Verlauf 9 in das ermittelte Höhenprofil 10 über. Unterhalb des Verlaufs 9 und des Höhenprofils 10 ist in 3 ein räumliches Koordinatensystem angedeutet, bei dem auf der Abszissenachse x, die parallel zur Fahrzeuglängsachse ist, beispielsweise der Abstand des erfassten Verlaufs 9 bzw. des Untergrundabschnitts 5 zu Bauteilen, insbesondere den Vorderrädern 8, des Fahrzeugs 2 ablesbar ist. Die Ordinatenachse z entspricht der Hochachse des Fahrzeugs 2.
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4 zeigt eine High-Level-Struktur der gegebenen Informationsabläufe in einem erfindungsgemäßen System zum Erzeugen von an einem Lenkrad eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs angreifenden Rückmeldekräften, die einem Fahrer des Fahrzeugs eine Rückmeldung über die Oberflächenbeschaffenheit eines momentan von dem Fahrzeug befahrenen Untergrunds geben. Das System kann entsprechend dem in 3 gezeigten System ausgebildet sein.
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Das vorausschauend erfasste Oberflächenprofil 20 des nachfolgend von dem Fahrzeug befahrenen Untergrundabschnitts wirkt über eine variierende Zeitverzögerung 21 auf mit Fahrzeugsensoren erfassbare, momentane Fahrzustandsparameter 22 des fahrenden Fahrzeugs ein. Das erfasste Oberflächenprofil 20 und die momentanen Fahrzustandsparameter 22 werden einer Berechnung 23 des zu erzeugenden Lenkdrehmoments zugeführt, mit dem eine drehfest mit dem Lenkrad verbundene Lenksäule 26 des Steer-by-Wire-Lenksystems zur Erzeugung eines realistischen Lenkgefühls beim Fahrer beaufschlagbar ist. Das Ergebnis der Berechnung 23 wird zusammen mit den Fahrzustandsparametern 22 einem Controller 24 zugeführt. Der Controller 24 erzeugt unter Berücksichtigung des Ergebnisses der Berechnung 23 und der Fahrzustandsparameter 22 Steuersignale zum Ansteuern eines über die Lenksäule 26 an dem Lenkrad angreifenden Feedback-Aktuators 25. Die Funktionen der Berechnung 23 und die des Controllers 24 können von der Datenverarbeitungseinheit des Systems aus 3 übernommen werden.
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5 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen von an einem Lenkrad eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs angreifenden Rückmeldekräften, die einem Fahrer des Fahrzeugs eine Rückmeldung über die Oberflächenbeschaffenheit eines momentan von dem Fahrzeug befahrenen Untergrunds geben.
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In Verfahrensschritt 30 werden zunächst zeitgleich zwei verschiedene Bilddateien zu einem Oberflächenprofil eines in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor dem Fahrzeug liegenden, nachfolgend von dem Fahrzeug befahrbaren Untergrundabschnitts erfasst. Aus den beiden Bilddateien wird eine einzelne Bilddatei mit Tiefeninformation erstellt, wobei anhand der einzelnen Bilddatei ein Höhenprofil des Untergrundabschnitts für eine definierte Bahn der Vorderräder des Fahrzeugs erstellt wird.
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In Verfahrensschritt 40 werden Lastmomente abgeschätzt, die beim Überfahren des vorausschauend erfassten Untergrundschnitts voraussichtlich auf eine Spurstange des Steer-by-Wire-Lenksystems einwirken würden.
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In Verfahrensschritt 50 werden unter Berücksichtigung der in Verfahrensschritt 40 abgeschätzten Lastmomente Rückmeldekräfte berechnet und entsprechende Steuersignale erzeugt. Zudem kann aus erfassten Fahrzustandsparametern ermittelt werden, zu welchen Zeitpunkten die einzelnen Rückmeldekräfte zu erzeugen sind, um ein realistisches Fahrgefühl zu entwickeln bzw. die Rückstellkräfte mit der Oberflächenbeschaffenheit des momentan befahrenen Untergrunds zu synchronisieren.
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In Verfahrensschritt 60 wird ein Feedback-Aktuator mit den Steuersignalen zu vorab ermittelten Zeitpunkten angesteuert, um die Rückmeldekräfte in Echtzeit zu erzeugen.
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In Verfahrensschritt 70 wird das Lenkrad durch die Rückmeldekräfte verlagert.
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Somit werden die Rückmeldekräfte unter Berücksichtigung eines optisch erfassten Oberflächenprofils eines in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor dem Fahrzeug liegenden, nachfolgend von dem Fahrzeug befahrbaren Untergrundabschnitts erzeugt.
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Die Rückmeldekräfte können in ihren Größen variabel einstellbar erzeugt werden.
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Es kann ein Vorwarnsignal erzeugt werden, wenn ein lokaler Höhengradient des Höhenprofils einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Untergrund
- 4
- Erfassungseinheit
- 5
- Untergrundabschnitt
- 6
- Datenverarbeitungseinheit
- 7
- Signalverbindung
- 8
- Vorderrad
- 9
- Verlauf von 5
- 10
- Höhenprofil von 3
- 11
- Radlasteingabe
- 12
- Radlasteingabe
- 13
- Hinterrad
- 14
- Punkt
- 20
- Oberflächenprofil
- 21
- Zeitverzögerung
- 22
- Fahrzustandsparameter
- 23
- Berechnung
- 24
- Controller
- 25
- Feedback-Aktuator
- 26
- Lenksäule
- 30
- Verfahrensschritt
- 40
- Verfahrensschritt
- 50
- Verfahrensschritt
- 60
- Verfahrensschritt
- 70
- Verfahrensschritt
