DE102017117327B4

DE102017117327B4 - Verfahren und Systeme zur Überprüfung der Integrität von Lenksystemen

Info

Publication number: DE102017117327B4
Application number: DE102017117327.7A
Authority: DE
Inventors: Ibrahim A. Badiru; John T. Zuzelski; Scott R. Kloess
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2037-08-01
Also published as: CN107685772A; DE102017117327A1; CN107685772B; US9776657B1

Abstract

Verfahren zur Überprüfung der Intaktheit und Funktionalität eines Lenksystems (16) eines Fahrzeugs (12), wobei das Fahrzeuglenksystem (16) ein erstes Traktionsrad (15), ein zweites Traktionsrad (15) und mindestens einen Sensor (26) beinhaltet, das Verfahren Folgendes umfassend:das Positionieren des Fahrzeugs (12) mit dem ersten und dem zweiten Traktionsrad (15) auf jeweiligen ersten und zweiten Reibflächen (111A, 111B);das eine elektrische Servolenkung des Fahrzeugs (12) zum Ausüben einer ersten mechanischen Belastung auf das erste und das zweite Traktionsrad (15) angewiesen wird; unddas Empfangen von ersten Zustandsdaten, die einem ersten Lenksystemzustand entsprechen, von dem mindestens einen Sensor (26); gekennzeichnet durch:das Positionieren des Fahrzeugs (12) mit dem ersten Traktionsrad (15) auf einer ersten Lagerfläche (107), die eine freie Bewegung des ersten Traktionsrads (15) ermöglicht, und dem zweiten Traktionsrad (15) innerhalb einer ersten Begrenzung (102B), die eine Lenkbewegung des zweiten Traktionsrads (15) verhindert;das die elektrische Servolenkung des Fahrzeugs (12) zum Ausüben einer zweiten mechanischen Belastung auf das erste Traktionsrad (15) angewiesen wird;das Empfangen von zweiten Zustandsdaten, die einem zweiten Lenksystemzustand entsprechen, von dem mindestens einen Sensor (26);das Positionieren des Fahrzeugs (12) mit dem ersten Traktionsrad (15) innerhalb einer zweiten Begrenzung (102A), die eine Lenkbewegung des ersten Traktionsrads (15) verhindert, und des zweiten Traktionsrades (15)auf einer zweiten Lagerfläche (109), die eine freie Bewegung des zweiten Traktionsrads (15) ermöglicht;das die elektrische Servolenkung des Fahrzeugs (12) zum Ausüben einer dritten mechanischen Belastung auf das zweite Traktionsrad (15) angewiesen wird;das Empfangen von dritten Zustandsdaten, die einem dritten Lenksystemzustand entsprechen, von dem mindestens einen Sensor (26);das Übertragen der ersten, zweiten und dritten Zustandsdaten an einen Prozessor; unddas Bestimmen eines Intaktheitszustands des Lenksystems (16) über den Prozessor basierend auf den ersten, zweiten und dritten Zustandsdaten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Lenksystem eines Fahrzeugs und insbesondere auf Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1zur Überwachung von Fahrzeug-Lenksystemen, um die Intaktheit des Lenksystems zu bestimmen. Solch ein Verfahren ist beispielweise aus der DE 10 2007 006 041 A1 bekannt.
Ferner beschreibt die DE 199 40 143 C1 ein Verfahren zur Spur- und Achsenvermessung an mehrspurigen Kraftfahrzeugen, wobei mindestens eine Messplatte von einem Kraftfahrzeugrad überfahren wird, die auf einer Basisplatte querverschiebbar gelagert ist und durch vom Kraftfahrzeugrad beim Überfahren ausgeübte Querkräfte in Querrichtung verschoben wird, wobei eine in Fahrtrichtung versetzte Position von zwei jeweils einer Spur zugeordneten Messplatten, wobei bei jedem Vermessungsvorgang die jeweilige Messplatte von einem Rad einer jeden zu vermessenden Achse des Kraftfahrzeuges einmal in Vorwärts- und einmal in Rückwärtsrichtung überfahren wird und auf Basis der Verschiebungen sowie der Differenzen der Verschiebungen beim in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung Überfahren sowohl sukzessive die Vorspur und die Nachspur der beiden Kraftfahrzeugräder einer Achse, der negative bzw. positive Sturz als auch die dynamische Senkrechtachse des zu vermessenden Rades ermittelt und angezeigt wird.
EINLEITUNG
Das Lenksystem eines Fahrzeugs ermöglicht dem Fahrer die Lenkung der Vorderräder des Fahrzeugs. Das Lenksystem kann eine elektrische Servolenkung mit einem Elektromotor zur Lenkunterstützung für einen Fahrer des Fahrzeugs sein, die den erforderlichen Kraftaufwand der Fahrzeuglenkung für den Fahrer reduziert.
In einigen Fällen können Komponenten des Lenksystems des Fahrzeugs aufgrund von groben Straßenverhältnissen, Komponentenverschleiß oder anderen Faktoren elektrisch oder mechanisch beeinträchtigt oder abgenutzt werden. Da der Betrieb von modernen Fahrzeugen automatisiert, d. h. in der Lage ist, eine Fahrsteuerung mit immer weniger Fahrerinterventionen bereitzustellen, kann die Diagnose möglicher Verschleißzustanden bei Fahrzeugsystemen, wie z. B. Lenksystemen, aufgrund einer reduzierten menschlichen Bedienung des Fahrzeugs verzögert oder verpasst werden.
Demgemäß ist es wünschenswert ein Verfahren zur Überwachung des Lenksystems, insbesondere für autonome oder nahezu autonome Fahrzeuge bereitzustellen, bei dem der Fahrer weniger an der direkten Bedienung des Fahrzeugs beteiligt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesem Wunsch zu entsprechen.
ZUSAMMENFASSUNG
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung bieten eine Reihe von Vorteilen. Beispielsweise können Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung eine unabhängige Validierung von Fahrzeuglenksystemen ermöglichen, um die Diagnose möglicher Zustanden in der Fahrzeuglenkung unter Verwendung regelmäßiger und wiederholbarer Testverfahren zu unterstützen. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können somit eine solidere Diagnose möglicher Lenksystemzustanden bereitstellen, was die Kundenzufriedenheit erhöht.
In einigen Ausführungsformen beinhalten die ersten, zweiten und dritten Lenksystemzustanden einen oder mehrere Lenkradwinkel, ein Lenkmotordrehmoment und einen Lenkmotorstrom. In einigen Ausführungsformen zeigen die ersten, zweiten und dritten bedingten Daten die aktuellen Betriebszustanden des Lenksystems des Fahrzeugs an. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Bestimmung des Gesundheitszustands des Lenksystems das Bestimmen einer Funktionalität von mindestens einer Komponente des Lenksystems.
In einigen Ausführungsformen enthält das Verfahren zudem den Schritt des Verarbeitens der zweiten Zustandsdaten, um eine erste Lenklastwegsteifigkeit zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren zudem den Schritt des Verarbeitens der dritten Zustandsdaten, um eine zweite Lenklastwegsteifigkeit zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren zudem den Schritt des Verarbeitens der ersten Zustandsdaten, um eine Motordrehmomentwelligkeitsgröße, einen Spitzenlenkwinkel und ein Spitzenmotordrehmoment zu bestimmen.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Bestimmung des Intaktheitszustandes des Lenksystems die Überprüfung auf mindestens einen Betriebszustand des Lenksystems. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der mindestens eine Betriebszustand eine überschüssige Steifigkeit, eine Asymmetrie des Lenksystems, sowie Gleitreibung. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren zudem den Schritt des Erzeugens eines Diagnosecodes, wenn mindestens ein Betriebszustand erkannt wird. In einigen Ausführungsformen, bei denen die erste Begrenzung ein erstes Paar paralleler Schienen beinhaltet, beinhaltet die zweite Begrenzung ein zweites Paar paralleler Schienen, wobei das erste Paar von Schienen von und parallel zu dem zweiten Paar von Schienen seitlich beabstandet ist.
In einem anderen Aspekt wird eine Vorrichtung zur Überprüfung der Intaktheit und Funktionalität eines Fahrzeuglenksystems offenbart. Die Vorrichtung beinhaltet ein erstes Paar paralleler Schienen und ein zweites Paar paralleler Schienen, wobei das erste Paar von Schienen seitlich von dem zweiten Paar von Schienen beabstandet und parallel zu diesem angeordnet ist, wobei das erste Paar von Schienen einen ersten Radweg und das zweite Paar von Schienen eine zweiten Radbahn definieren, wobei sich sowohl die erste Radbahn als auch die zweite Radbahn in einer Längsrichtung erstrecken; eine erste Lagerfläche, die an der ersten Radbahn ausgerichtet ist und das erste Paar von Schienen unterbricht, sodass das erste Schienenpaar diskontinuierlich ist; eine zweite Lagerfläche, die an der zweiten Radbahn ausgerichtet ist und das zweite Paar von Schienen unterbricht, sodass das zweite Schienenpaar diskontinuierlich ist, wobei die zweite Lagerfläche in Längsrichtung und seitlich von der ersten Lagerfläche versetzt ist; und eine erste Reibfläche und eine zweite Reibfläche aufweist, wobei die erste Reibfläche an der ersten Radbahn ausgerichtet ist und in Längsrichtung von der ersten Lagerfläche beabstandet ist und die zweite Reibfläche an der zweiten Radbahn ausgerichtet ist und in Längsrichtung von dem zweiten Lager beabstandet ist und die erste und die zweite Reibfläche in Längsrichtung ausgerichtet sind.
In einigen Ausführungsformen definiert die erste Lagerfläche einen ersten Testbereich und die zweite Lagerfläche einen zweiten Testbereich. In einigen Ausführungsformen definieren die erste und die zweite Reibfläche einen dritten Testbereich. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Vorrichtung zudem eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Signal zu erzeugen, wenn das Fahrzeug in dem ersten Testbereich positioniert ist, um das Fahrzeug anzuweisen, eine erste mechanische Belastung auf das Lenksystem auszuüben. In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit konfiguriert, um ein Signal zu erzeugen, wenn das Fahrzeug in dem zweiten Testbereich positioniert ist, um das Fahrzeug anzuweisen, eine zweite mechanische Belastung auf das Lenksystem auszuüben. In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit konfiguriert, um ein Signal zu erzeugen, wenn das Fahrzeug in dem dritten Testbereich positioniert ist, um das Fahrzeug anzuweisen, eine dritte mechanische Belastung auf das Lenksystem auszuüben.
In noch einem anderen Aspekt wird ein autonomes Fahrzeug offenbart, das so konfiguriert ist, dass es ein Verfahren zur Überprüfung der Intaktheit und Funktionalität eines Lenksystems des Fahrzeugs autonom ausführt. Das Lenksystem beinhaltet ein erstes Traktionsrad, ein zweites Traktionsrad und mindestens einen Sensor und das Verfahren beinhaltet die Schritte des Positionierens des Fahrzeugs innerhalb eines ersten Testbereichs, wobei das erste Traktionsrad eingeschränkt ist; Anwenden einer ersten mechanischen Belastung auf das zweite Traktionsrad; Empfangen von ersten Daten, die einer ersten Charakteristik des Lenksystems entsprechen, von dem mindestens einen Sensor; Positionieren des Fahrzeugs innerhalb eines zweiten Testbereichs, wobei das zweite Traktionsrad eingeschränkt ist; Anwenden einer zweiten mechanischen Belastung auf das erste Traktionsrad; Empfangen von zweiten Daten, die einer zweiten Charakteristik des Lenksystems entsprechen, von dem mindestens einen Sensor; Positionieren des Fahrzeugs innerhalb eines dritten Testbereichs, wobei sowohl das erste als auch das zweite Traktionsrad lenkbar sind; Aufbringen einer dritten mechanischen Belastung auf das erste und das zweite Traktionsrad; Empfangen von dritten Daten, die einer dritten Charakteristik des Lenksystems entsprechen, von dem mindestens einen Sensor; Übertragen der ersten, zweiten und dritten Daten an einen Prozessor; und Bestimmen eines Intaktheitszustands des Lenksystems über den Prozessor basierend auf den ersten, zweiten und dritten Daten.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Charakteristik des Lenksystems einen Lenkradwinkel, ein Lenkmotordrehmoment und einen Lenkmotorstrom, In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Positionieren des Fahrzeugs innerhalb des ersten Testbereichs das Positionieren des ersten Traktionsrads zwischen einem ersten Paar von Schienen und das Positionieren des Fahrzeugs innerhalb des zweiten Testbereichs beinhaltet das Positionieren des zweiten Traktionsrads zwischen einem zweiten Paar von Schienen.
Die vorstehenden Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der exemplarischen Ausführungsformen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird hierin in Verbindung mit den nachfolgenden Figuren beschrieben, wobei gleiche Zahlen für gleiche Elemente stehen.

1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Kommunikationssystems, das ein autark gesteuertes Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform beinhaltet.
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines automatisierten Antriebssystems (ADS) für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
3 zeigt ein schematisches Diagramm eines Prüfstandes zur unabhängigen Validierung von Fahrzeuglenksystemen gemäß einer Ausführungsform.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Satzes von Testverfahren zum Verifizieren der Fahrzeuglenkfunktion gemäß einer Ausführungsform.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Testverfahrens und einer Analysesequenz, um eine Seite oder ein Rad eines Fahrzeuglenksystems gemäß einer Ausführungsform unabhängig zu validieren.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Testverfahrens und einer Analysesequenz, um beide Seiten eines Fahrzeuglenksystems gemäß einer Ausführungsform zu validieren.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Daher sind die hierin offenbarten spezifischen strukturellen und funktionellen Details nicht als Einschränkung zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage. Die verschiedenen Merkmale, die mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, können mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Beliebige Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein. Beispielsweise können, während Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf ein autonomes oder halbautonomisches Fahrzeug erörtert werden, die hierin erläuterten Ausführungsformen auch mit nicht autonomen Fahrzeugen verwendet werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Betriebsumgebung, die ein mobiles Fahrzeugkommunikations- und Steuersystem 10 für ein Kraftfahrzeug 12 beinhaltet. Das Kommunikations- und Steuersystem 10 für das Fahrzeug 12 beinhaltet im Allgemeinen ein oder mehrere Mobilfunkanbietersysteme 60, ein Festnetz 62, einen Computer 64, ein vernetztes Drahtlosgerät, wie z. B. ein Smartphone 57, und ein Fernzugriffspunkt 78.
Das Fahrzeug 12, das in 1 schematisch dargestellt ist, beinhaltet ein Antriebssystem 13, das in verschiedenen Ausführungsformen einen Verbrennungsmotor, eine Elektromaschine, wie z. B. einen Traktionsmotor und/oder ein Brennstoffzellenantriebssystem beinhalten kann. Das Fahrzeug 12 ist in der dargestellten Ausführungsform als Pkw dargestellt, es ist jedoch zu beachten, dass jedes andere Fahrzeug, einschließlich Motorräder, Lastwagen, Geländelimousinen (SUVs), Wohnmobile (RVs), Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge usw. ebenfalls verwendet werden kann.
Das Fahrzeug 12 beinhaltet zudem ein Getriebe 14, das so konfiguriert ist, dass es Leistung von dem Antriebssystem 13 auf eine Vielzahl von Fahrzeugrädern 15 gemäß wählbaren Drehzahlverhältnissen überträgt. Nach verschiedenen Ausführungsformen kann das Getriebe 14 ein Stufenverhältnis-Automatikgetriebe, ein stufenlos verstellbares Getriebe oder ein anderes geeignetes Getriebe beinhalten. Das Fahrzeug 12 beinhaltet zusätzlich Radbremsen 17, die so konfiguriert sind, dass sie ein Bremsmoment an die Fahrzeugräder 15 liefern. Die Radbremsen 17 können in verschiedenen Ausführungsformen Reibungsbremsen, ein regeneratives Bremssystem, wie z. B. eine Elektromaschine und/oder andere geeignete Bremssysteme, beinhalten.
Das Fahrzeug 12 beinhaltet zudem ein Lenksystem 16. Obgleich zur Veranschaulichung als Lenkrad und Lenksäule dargestellt, beinhaltet in einigen Ausführungsformen das Lenksystem 16 ggf. kein Lenkrad. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Lenksystem 16 des Weiteren verschiedene andere säulenbasierte oder Zahnstangen-basierte Merkmale (in 1 nicht dargestellt), wie z. B. unter anderem ein Lenkgetriebe, Zwischenverbindungswellen zwischen der Säule und dem Getriebe, flexible oder starre Verbindungsgelenken, die gewünschte Gelenkwinkel zwischen den Verbindungswellen und Zugstangen ermöglichen. Das Lenkgetriebe kann wiederum eine Zahnstange, eine Eingangswelle und eine Innenverzahnung umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Lenksystem 16 ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS), das einen Motor beinhaltet, der mit dem Lenksystem 16 gekoppelt ist und das Drehmoment oder Kraft auf ein drehbares oder translatorisches Element des Lenksystems 16 (als Hilfsdrehmoment bezeichnet) ausübt. Der Motor kann mit der drehbaren Welle der Lenksäule oder mit der Zahnstange des Lenkgetriebes gekoppelt werden. Das Lenksystem 16 beeinflusst wiederum die lenkbaren Vorderräder 15 während des Lenkens basierend auf dem von dem Motor empfangenen Hilfsdrehmoment in Zusammenwirkung mit dem von einem Fahrer des Fahrzeugs 12 über das Lenkrad empfangenen Drehmoment. Das Lenksystem 16 beinhaltet ferner einen oder mehrere Sensoren 26 zur Erfassung der beobachtbaren Zustände des Lenksystems 16. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Lenksystem 16 einen Drehmomentsensor und einen Positionssensor. Der Drehmomentsensor erfasst ein auf das Lenksystem ausgeübtes Drehmoment, beispielsweise wenn der Fahrer des Fahrzeugs 12 das Lenkrad betätigt und somit darauf basierende Drehmomentsignale erzeugt. Der Positionssensor erfasst eine Drehposition des Lenkrads und erzeugt darauf basierende Positionssignale.
Das Fahrzeug 12 beinhaltet ein drahtloses Kommunikationssystem 28, das konfiguriert ist, um drahtlos mit anderen Fahrzeugen („V2V“) und/oder Infrastruktur („V2I“) zu kommunizieren. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das drahtlose Kommunikationssystem 28 konfiguriert, um über einen dedizierten Kurzstreckenkommunikationskanal (DSRC) zu kommunizieren. DSRC-Kanäle beziehen sich auf Einweg- oder Zweiwege-Kurzstrecken- bis Mittelklasse-Funkkommunikationskanäle, die speziell für den Automobilbau und einen entsprechenden Satz von Protokollen und Standards entwickelt wurden. Es werden jedoch auch zusätzliche oder alternative drahtlose Kommunikationsstandards, wie z. B. IEEE 802.11 und Mobilfunkdatenkommunikation, im Rahmen der vorliegenden Offenbarung betrachtet.
Das Antriebssystem 13, das Getriebe 14, das Lenksystem 16 und die Radbremsen 17 stehen mit oder unter der Steuerung von mindestens einer Steuereinheit 22 in Verbindung. Obgleich zu Veranschaulichungszwecken als eine einzige Einheit dargestellt, kann die Steuereinheit 22 zusätzlich eine oder mehrere andere „Steuereinheiten“ beinhalten. Die Steuereinheit 22 kann einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) beinhalten, die mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichergeräten oder Medien in Verbindung steht. Computerlesbare Speichergeräte oder Medien können flüchtige und nicht-flüchtige Speicher in einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Speicher mit direktem Zugriff (RAM) und einem Aufrechterhaltungsspeicher („Keep-Alive-Memory, KAM“) beinhalten. KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der verwendet werden kann, um verschiedene Betriebsvariablen zu speichern, während die CPU ausgeschaltet ist. Computerlesbare Speichergeräte oder Medien können unter Verwendung einer beliebigen Anzahl an bekannten Speichergeräten, wie beispielsweise PROMs (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), EPROMs (elektrische PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), Flash-Speicher oder beliebigen anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder kombinierten Speichergeräten implementiert sein, die Daten speichern können, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die von der Steuereinheit 22 beim Steuern des Fahrzeugs verwendet werden.
Die Steuereinheit 22 beinhaltet ein automatisiertes Antriebssystem (ADS) 24 zum automatischen Steuern verschiedener Stellglieder im Fahrzeug. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das ADS 24 ein sogenanntes Level-Vier- oder Level-Fünf-Automatisierungssystem. Ein Level-Vier-System zeigt unter Bezugnahme auf die Fahrmodus-spezifische Leistung durch ein automatisiertes Fahrsystem aller Aspekte der dynamischen Fahraufgabe eine „hohe Automatisierung“ an, selbst wenn ein menschlicher Fahrer nicht angemessen auf eine Anforderung einzugreifen, reagiert. Ein Level-Fünf-System zeigt eine „Vollautomatisierung“ an und verweist auf die Vollzeitleistung eines automatisierten Fahrsystems aller Aspekte der dynamischen Fahraufgabe unter allen Fahrbahn- und Umgebungszuständen, die von einem menschlichen Fahrer bewältigt werden können. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das ADS 24 so konfiguriert, dass es das Antriebssystem 13, das Getriebe 14, das Lenksystem 16 und die Radbremsen 17 steuert, um die Fahrzeugbeschleunigung, das Lenken und das Bremsen ohne menschliches Eingreifen über eine Vielzahl von Stellgliedern 50 in Reaktion auf Eingaben von einer Vielzahl von Sensoren 26, wie z. B. GPS, RADAR, LIDAR, optischen Kameras, thermischen Kameras, Ultraschallsensoren und/oder zusätzlichen Sensoren, zu steuern.
1 veranschaulicht mehrere vernetzte Geräte, die mit dem drahtlosen Kommunikationssystem 28 des Fahrzeugs 12 kommunizieren können. Eines der vernetzten Geräte, das über das drahtlose Kommunikationssystem 28 mit dem Fahrzeug 12 kommunizieren kann, ist das Smartphone 57. Das Smartphone 57 kann eine Computerverarbeitungsfähigkeit, einen Senderempfänger, der über ein Protokoll kurzer Reichweite kommunizieren kann und eine visuelle Smartphone-Anzeige 59 beinhalten. Die Computerverarbeitungsfähigkeit umfasst einen Mikroprozessor in Form einer programmierbaren Vorrichtung, die eine oder mehrere in einer internen Speicherstruktur gespeicherte Befehle beinhaltet und angewendet wird, um binäre Eingaben zu empfangen und binäre Ausgaben zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Smartphone 57 ein GPS-Modul, das GPS-Satellitensignale empfangen und GPS-Koordinaten basierend auf diesen Signalen erzeugen kann. In anderen Ausführungsformen beinhaltet das Smartphone 57 eine Mobilfunk-Kommunikationsfunktionalität, wodurch das Smartphone 57, wie hierin erläutert, Sprach- und/oder Datenkommunikationen über das Mobilfunkanbietersystem 60 unter Verwendung eines oder mehrerer Mobilfunk-Kommunikationsprotokolle durchführt. Die visuelle Smartphone-Anzeige 59 kann zudem einen Berührungsbildschirm als grafische Benutzeroberfläche beinhalten.
Das Mobilfunkanbietersystem 60 ist vorzugsweise ein Mobiltelefonsystem, das eine Vielzahl von Mobilfunktürmen 70 (nur einer dargestellt), eine oder mehrere Mobilvermittlungsstellen (MSCs) 72, sowie alle anderen Netzwerkkomponenten beinhaltet, die zum Verbinden des Mobilfunkanbietersystems 60 mit dem Festnetz 62 erforderlich sind. Jeder Mobilfunkturm 70 beinhaltet Sende- und Empfangsantennen und eine Basisstation, wobei die Basisstationen von unterschiedlichen Mobilfunktürmen mit der MSC 72 entweder direkt oder über zwischengeschaltete Geräte, wie z. B. eine Basisstationssteuereinheit, verbunden sind. Das Mobilfunkanbietersystems 60 kann jede geeignete Kommunikationstechnologie, darunter auch beispielsweise analoge Technologien, wie z. B. AMPS, oder digitale Technologien, wie z. B. CDMA (z. B. CDMA2000) oder GSM/GPRS, implementieren. Andere Mobilfunkturm/Basisstation/MSC-Anordnungen sind möglich und könnten mit dem Mobilfunkanbietersystem 60 verwendet werden. Beispielsweise könnten sich die Basisstation und der Mobilfunkturm an derselben Stelle oder entfernt voneinander befinden, jede Basisstation könnte für einen einzelnen Mobilfunkturm zuständig sein oder eine einzelne Basisstation könnte verschiedene Mobilfunktürme bedienen, oder verschiedene Basisstationen könnten mit einer einzigen MSC gekoppelt werden, um nur einige der möglichen Anordnungen zu nennen.
Abgesehen vom Verwenden des Mobilfunkanbietersystems 60 kann ein unterschiedliches Mobilfunkanbietersystem in der Form von Satellitenkommunikation verwendet werden, um unidirektionale oder bidirektionale Kommunikation mit dem Fahrzeug 12 bereitzustellen. Dies kann unter Verwendung von einem oder mehreren Kommunikationssatelliten 66 und einer Uplink-Sendestation 67 erfolgen. Bei der unidirektionalen Kommunikation kann es sich beispielsweise um Satellitenradiodienste handeln, wobei die Programmierinhalte (Nachrichten, Musik usw.) von der Sendestation 67 empfangen, für das Hochladen gepackt und anschließend an den Satelliten 66 gesendet wird, der die Programmierung an die Teilnehmer ausstrahlt. Bei der bidirektionalen Kommunikation kann es sich beispielsweise um Satellitentelefondienste handeln, die den Satelliten 66 verwenden, um Telefonkommunikationen zwischen dem Fahrzeug 12 und der Station 67 weiterzugeben. Die Satellitentelefonie kann entweder zusätzlich oder anstelle des Mobilfunkanbietersystems 60 verwendet werden.
Das Festnetz 62 kann ein herkömmliches landgebundenes Telekommunikationsnetzwerk sein, das mit einem oder mehreren Festnetztelefonen verbunden ist und das Mobilfunkanbietersystem 60 mit der Fernzugriffszentrale 78 verbindet. Beispielsweise kann das Festnetz 62 ein öffentliches Telekommunikationsnetz (PSTN) beinhalten, wie es beispielsweise verwendet wird, um fest verdrahtete Telefonie, paketvermittelte Datenkommunikationen und die Internetinfrastruktur bereitzustellen. Ein oder mehrere Segmente des Festnetzes 62 könnten durch Verwenden eines normalen drahtgebundenen Netzwerks, eines Lichtleiter- oder eines anderen optischen Netzwerks, eines Kabelnetzes, von Stromleitungen, anderen drahtlosen Netzwerken, wie z. B. drahtlosen lokalen Netzwerken (WLANs) oder Netzwerken, die drahtlosen Breitbandzugang (BWA) bereitstellen oder einer Kombination derselben implementiert sein. Weiterhin muss die Fernzugriffszentrale 78 nicht über das Festnetz 62 verbunden sein, sondern könnte Funktelefonausrüstung beinhalten, sodass sie direkt mit einem drahtlosen Netzwerk, wie z. B. dem Mobilfunkanbietersystem 60, kommunizieren kann.
Obgleich in 1 als ein einziges Gerät dargestellt, kann der Computer 64 eine Anzahl von Computern beinhalten, die über ein privates oder öffentliches Netzwerk, wie z. B. das Internet, zugänglich sind. Jeder Computer 64 kann für einen oder mehrere Zwecke verwendet werden. In einer exemplarischen Ausführungsform kann der Computer 64 als ein Webserver konfiguriert sein, der durch das Fahrzeug 12 über das drahtlose Kommunikationssystem 28 und den Mobilfunkanbieter 60 zugänglich ist. Zu anderen derart zugänglichen Computern 64 können beispielsweise gehören: ein Computer in einer Reparaturwerkstatt, der Diagnoseinformationen und andere Fahrzeugdaten vom Fahrzeug über das drahtlose Kommunikationssystem 28 oder einen Speicherort eines Drittanbieters hochgeladen werden können oder aus welchem Fahrzeugdaten oder sonstigen Informationen, entweder durch Kommunikation mit dem Fahrzeug 12, dem Fernzugriffszentrale 78, dem Smartphone 57 oder einer Kombination aus diesen bereitgestellt werden. Der Computer 64 kann eine durchsuchbare Datenbank und ein Datenbankverwaltungssystem instand halten, das die Eingabe, Löschung und Änderung von Daten, sowie den Empfang von Anfragen ermöglicht, um Daten innerhalb der Datenbank zu lokalisieren. Der Computer 64 kann zudem für die Bereitstellung von Internetverbindungen, wie z. B. DNS-Diensten, oder als Netzwerkadressenserver verwendet werden, der DHCP oder ein anderes geeignetes Protokoll verwendet, um dem Fahrzeug 12 eine IP-Adresse zuzuweisen.
Die Fernzugriffszentrale 78 ist so konzipiert, dass sie dem drahtlosen Kommunikationssystem 28 des Fahrzeugs 12 eine Anzahl unterschiedlicher Systemfunktionen, wie beispielsweise die Speicherung von Kontoinformationen und die Speicherung und Verwaltung von Fahrzeugdiagnoseinformationen, über eine oder mehrere vernetzte Datenbanken zur Verfügung stellt. Die Datenbanken können Kontoinformationen, wie z. B. Teilnehmerauthentisierungsinformationen, Fahrzeugkennungen, Profildatensätze, Verhaltensmuster und andere entsprechende Teilnehmerinformationen, speichern. Datenübertragungen können zudem durch drahtlose Systeme, wie z. B. 802.11x, GPRS und dergleichen, erfolgen. Die Fernzugriffszentrale 78 kann einen automatisierten Berater oder einen Live-Berater einsetzen, um dem Fahrzeug über das drahtlose Kommunikationssystem 28 Anweisungen oder andere Informationen zu übermitteln.
Wie in 2 dargestellt, beinhaltet das ADS 24 mehrere verschiedene Steuersysteme zum Feststellen des Vorhandenseins, der Position, der Klassifizierung und der Bahn der erkannten Eigenschaften oder Objekte in der Nähe des Fahrzeugs. Das ADS 24 ist so konfiguriert, dass es Eingaben, wie beispielsweise in 1 veranschaulicht, von einer Vielzahl von Sensoren 26 empfängt und Sensoreingaben synthetisiert und verarbeitet, um Parameter zu erzeugen, die als Eingaben für andere Steueralgorithmen des ADS 24 verwendet werden.
Das ADS 24 beinhaltet ein Sensor-Fusionsmodul 32 zum Feststellen des Vorhandenseins, der Position und der Bahn der erkannten Eigenschaften in der Nähe des Fahrzeugs. Das Sensor-Fusionsmodul 32 ist so konfiguriert, dass es Eingaben 27 von einer Vielzahl von Sensoren, wie z. B. den in 1 dargestellten Sensoren 26, empfängt. Das Sensor-Fusionsmodul 32 verarbeitet und synthetisiert die Eingaben aus der Vielzahl von Sensoren und erzeugt eine Sensor-Fusionsausgabe 34. Die Sensor-Fusionsausgabe 34 beinhaltet verschiedene berechnete Parameter, darunter auch eine Position eines festgestellten Hindernisses relativ zu dem Fahrzeug, eine prognostizierte Bahn des festgestellten Hindernisses relativ zu dem Fahrzeug, sowie eine Position und Ausrichtung von Fahrspuren relativ zu dem Fahrzeug.
Das ADS 24 beinhaltet zudem ein Kartographierungs- und Lokalisierungsmodul 36 zur Bestimmung des Standortes des Fahrzeugs und einer Route für einen aktuellen Fahrzyklus. Das Kartographierungs- und Lokalisierungsmodul 36 ist zudem so konfiguriert, dass es Eingaben von einer Vielzahl von Sensoren, wie beispielsweise den in 1 dargestellten Sensoren 26, empfängt. Das Kartographierungs- und Lokalisierungsmodul 36 verarbeitet und synthetisiert die Eingaben aus der Vielzahl von Sensoren und erzeugt eine Kartographierungs- und Lokalisierungsausgabe 38. Die Kartographierungs- und Lokalisierungsausgabe 38 beinhaltet verschiedene berechnete Parameter, darunter auch eine Fahrzeugroute für den aktuellen Fahrzyklus und eine aktuelle Fahrzeugposition relativ zu der Route.
Das primäre Steuersystem 30 beinhaltet zudem ein Wegstreckenplanungsmodul 42 zum Bestimmen einer Fahrzeugwegstrecke, die befolgt werden soll, um das Fahrzeug unter Einhaltung der Verkehrsregeln und Vermeidung jeglicher festgestellter Hindernisse auf dem gewünschten Kurs zu halten. Das Wegstreckenplanungsmodul 42 verwendet einen ersten Hindernisvermeidungsalgorithmus, der konfiguriert ist, um jegliche festgestellten Hindernisse in der Nähe des Fahrzeugs zu vermeiden, einen ersten Spurbeibehaltungsalgorithmus, der konfiguriert ist, um das Fahrzeug in einer aktuellen Fahrspur zu halten, und einen ersten Routenbeibehaltungsalgorithmus, der konfiguriert ist, um das Fahrzeug auf dem gewünschten Kurs zu halten. Das Wegstreckenplanungsmodul 42 ist zum Empfangen der Sensorfusionsausgabe 34 und die Kartographierungs- und Lokalisierungsausgabe 38 konfiguriert. Das Pfadplanungsmodul 42 verarbeitet und synthetisiert die Sensorfusionsausgabe 34 und die Kartographierungs- und Lokalisierungsausgabe 38 und erzeugt eine Wegstreckenplanungsausgabe 44. Die Wegstreckenplanungsausgabe 44 beinhaltet einen angewiesenen Fahrzeugkurs basierend auf der Fahrzeugroute, der Fahrzeugposition relativ zu der Route, der Position und der Ausrichtung der Fahrspuren und dem Vorhandensein und der Bahn jeglicher festgestellter Hindernisse.
Das ADS 24 beinhaltet des Weiteren ein Fahrzeugsteuermodul 46 zum Ausgeben von Steuerbefehlen an Fahrzeugstellglieder. Das Fahrzeugsteuermodul verwendet einen ersten Wegstreckenalgorithmus zum Berechnen einer Fahrzeugwegstrecke, die aus einem gegebenen Satz von Stellgliedeinstellungen resultiert. Das Fahrzeugsteuermodul 46 ist zum Empfangen der Wegstreckenplanungsausgabe 44 konfiguriert. Das Fahrzeugsteuermodul 46 verarbeitet die Wegstreckenplanungsausgabe 44 und erzeugt eine Fahrzeugsteuerausgabe 48. Die Fahrzeugsteuerausgabe 48 beinhaltet einen Satz von Stellgliedbefehlen, um die angewiesene Wegstrecke von dem Fahrzeugsteuermodul 46 zu realisieren, darunter auch einen Lenkbefehl, einen Schaltbefehl, einen Drosselbefehl und einen Bremsbefehl.
Die Fahrzeugsteuerausgabe 48 wird an die Stellglieder 50 übermittelt. In einer exemplarischen Ausführungsform beinhalten die Stellglieder 50 eine Lenksteuerung, eine Schaltsteuerung, eine Drosselsteuerung und eine Bremssteuerung. Die Lenksteuerung kann beispielsweise, wie in 1 dargestellt, das Lenksystem 16 steuern. Die Schaltsteuerung kann beispielsweise, wie in 1 dargestellt, ein Getriebe 14 steuern. Die Drosselsteuerung kann beispielsweise, wie in 1 dargestellt, ein Antriebssystem 12 steuern. Die Bremssteuerung kann, wie in 1 dargestellt, beispielsweise die Radbremsen 20 steuern.
Es versteht sich, dass das offenbarte Verfahren mit einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Systemen verwendet werden kann und nicht speziell auf die hierin dargestellte Betriebsumgebung einschränkt ist. Die Architektur, der Aufbau, die Konfiguration und der Betrieb des Systems 10 und dessen einzelne Komponenten sind allgemein bekannt. Darüber hinaus können weitere hier nicht dargestellte Systeme ebenfalls die offenbarten Verfahren verwenden.
3 veranschaulicht einen Prüfstand 100 zum unabhängigen Verifizieren der Intaktheit und Funktionalität des Fahrzeuglenksystems 16, um eine Lenkkomponentenverschlechterung gemäß einer Ausführungsform zu identifizieren. Während das Fahrzeug 12 durch den Prüfstand 100 läuft, werden ein oder mehrere Tests durchgeführt, um die Lenkfunktionalität und die Intaktheit des Fahrzeugs zu beurteilen. Das Anwenden der mechanischen Belastung auf zunächst ein Traktionsrad und dann auf das andere Traktionsrad stellt die Lenkkomponenten jedes Traktionsrades unter Zug-, Druck- oder Drehmomentbelastung und isoliert einen möglichen Zustand einer oder mehrerer Lenkkomponenten, um eine genauere Feststellung des Zustands zu ermöglichen. Um das Testverfahren einzuleiten, bewegt sich das Fahrzeug 12, wie durch die Pfeile 101 angedeutet, in einer Vorwärtsrichtung und nähert sich einer Startbox bzw. einem Startbereich 104. Während sich das Fahrzeug 12 in Richtung 101 bewegt, passieren die Räder 15 zwischen einem Paar von versetzt angeordneter Schienen 102A, 102B. Die Fahrzeugräder 15 auf einer linken oder Fahrerseite des Fahrzeugs 12 passieren zwischen den Schienen 102A, und die Fahrzeugräder 15 passieren auf einer rechten oder Beifahrerseite des Fahrzeugs 12 zwischen den Schienen 102B. Die versetzt angeordneten Schienenpaare 102A, 102B richten die Fahrzeugräder 15 auf jeder Seite des Fahrzeugs 12 aus, sodass sich das Fahrzeug 12 in einer kontrollierten geraden Linie durch den Prüfstand 100 bewegt. Die versetzt angeordneten Schienenpaare 102A, 102B behalten zudem, wie unten erläutert, eine Ausrichtung des Fahrzeugs 12 bei, während das Fahrzeug in jeden der Testbereiche eintritt.
Wenn das Fahrzeug 12 in die Startbox bzw. den Startbereich 104 eintritt, löst das Fahrzeug die Initialisierung des Testvorgangs aus. Die Einleitung des Testverfahrens kann beispielsweise und ohne Einschränkung eine Gewichtsmessplatte durchlaufen oder in einen Bereich eintreten, der ansonsten zum Erfassen des Fahrzeugs 12 ausgebildet ist (d. h. durch visuelle Identifizierung, hörbare Identifizierung, Erfassen eines elektrischen Signals, das von dem Fahrzeug 12 ausgeht usw.) oder in eine bekannte Koordinatenposition eintreten. Wenn sich das Fahrzeug 12 der Startbox oder dem Startbereich 104 nähert oder in diese(n) eintritt oder alternativ ein Erfassungssystem in der Startbox oder dem Startbereich 104 die Annäherung oder das Vorhandensein des Fahrzeugs 12 erfasst, empfängt das ADS 24 des Fahrzeugs 12 ein Signal zum Einleiten der Testsequenz. Das Signal wird beispielsweise von einem mit der Startbox 104 elektrisch verbundenen Steuersystem empfangen oder durch die von den verschiedenen Sensoren 26 des Fahrzeugs 12 erfassten Standort- oder Entfernungsinformationen ausgelöst.
Nach dem Empfang des Signals, das die Testsequenz auslöst, geht das Fahrzeug 12 in Richtung Bereich 106 über. Das Fahrzeug 12 kann sich unter eigener Kraft, wie von dem ADS 24 geführt, vorwärts bewegen oder durch einen Keil oder ein anderes System vorwärts geführt werden, das die Räder 15 durch die Schienenpaare 102A, 102B nach vorne drückt. Der Bereich 106 definiert einen ersten Testbereich mit einem Luftlager 107. Wenn das Fahrzeug in den Bereich 106 eintritt, ist das linksseitige Traktionsrad 15 über dem Luftlager 107 positioniert. Das Luftlager 107 kann jede Art von Oberfläche mit geringer Reibung sein, die eine freie Bewegung des linken Traktionsrades 15 ermöglicht, wenn das Rad 15 während des Tests nach links und rechts gedreht wird. Das Einleiten des Tests in Bereich 106 erfolgt durch den Empfang eines Signals, das auf eine korrekte Fahrzeugpositionierung innerhalb des Bereichs 106 hindeutet, d. h. das linke Traktionsrad 15, das über dem Luftlager 107 positioniert ist, und das rechtsseitige Traktionsrad 15, das zwischen den Schienen positioniert ist 102B. Ähnlich wie bei dem oben erläuterten Signal, das darauf hindeutet, dass sich das Fahrzeug 12 im Startbereich 104 befindet, kann das Signal zum Auslösen des Tests im Bereich 106 durch das ADS 24 beispielsweise von einem mit dem Luftlager 107 elektrisch verbundenen Steuersystem des Bereichs 106 empfangen werden oder durch die von den verschiedenen Sensoren 26 des Fahrzeugs 12 erfassten Standort- oder Entfernungsinformationen ausgelöst werden.
Wie in 3 dargestellt, ist das linksseitige Traktionsrad 15 über dem Luftlager 107 positioniert, während das rechtsseitige Traktionsrad 15 durch die Schienen 102B auf sichere Weise auf eine Bewegung von Seite zu Seite eingeschränkt wird. Das Einschränken eines Traktionsrades 15, während das andere Traktionsrad 15 nach links und rechts gedreht werden kann, leitet die Lenklast durch eine einzelne, bekannte mechanische Bahn, in diesem Beispiel, durch äußere Kugelgelenke, Zugstangen, Kardangelenke, Befestigungselemente, I-Welle, Zahnstange, Achsschenkel und andere mechanische Komponenten, durch welche die mechanische Belastung ausgeübt wird, um das auf dem Luftlager positionierte Traktionsrad 15 zu drehen. Das Einschränken eines Traktionsrades, während das volle linke und rechte Drehmoment des anderen Traktionsrades ermöglicht wird, leitet die mechanische Belastung, wie in größerem Umfang nachfolgend erläutert, durch die Lenkkomponenten des Traktionsrades und isoliert die Diagnose eines möglichen Zustandes durch Triangulation des Lenkzustandes während des Diagnosetests.
Das Abschließen des Tests in Bereich 106 löst ein Signal an das Fahrzeug 12 oder an ein Fahrzeugbewegungssystem aus, das das Fahrzeug 12 leitet, um in der durch die Pfeile 101 angezeigten Richtung zu einem zweiten Testbereich 108 zu gelangen. Ähnlich wie der Bereich 106, definiert der Bereich 108 einen zweiten Testbereich, der ein Luftlager 109 aufweist. Wenn das Fahrzeug 12 in den Bereich 108 eintritt, ist das rechte Traktionsrad 15 über dem Luftlager 109 positioniert. Ähnlich dem Luftlager 107 kann das Luftlager 109 jede Art von Oberfläche mit geringer Reibung sein, die eine freie Bewegung des rechten Traktionsrades 15 ermöglicht, wenn das Rad 15 während des Tests nach links und rechts gedreht wird. Wie in 3 dargestellt, ist das rechte Traktionsrad 15 über dem Luftlager 109 positioniert, während das linksseitige Traktionsrad 15 durch die Schienen 102A darin eingeschränkt wird, sich von Seite zu Seite zu bewegen. Das Einleiten des Tests in Bereich 108 erfolgt durch den Empfang eines Signals, das auf eine korrekte Fahrzeugpositionierung innerhalb des Bereichs 108 hindeutet, d. h. das rechtsseitige Traktionsrad 15, das über dem Luftlager 109 positioniert ist, und das linksseitige Traktionsrad 15, das zwischen den Schienen positioniert ist 102A. Ähnlich wie bei dem oben erläuterten Signal, das darauf hindeutet, dass sich das Fahrzeug 12 im Startbereich 104 befindet, kann das Signal zum Auslösen des Tests in Bereich 108 durch das ADS 24 beispielsweise von einem mit dem Luftlager 109 elektrisch verbundenen Steuersystem des Bereichs 108 empfangen werden oder durch die von den verschiedenen Sensoren 26 des Fahrzeugs 12 erfassten Positions- oder Entfernungsinformationen ausgelöst werden.
Das Abschließen des Tests in Bereich 108 löst ein Signal an das Fahrzeug 12 oder an ein Fahrzeugbewegungssystem aus, das das Fahrzeug in die durch die Pfeile 101 angezeigte Richtung zu einem dritten Testbereich 110 hineinführt. Der Testbereich 110 definiert einen dritten Testbereich, der zwei gesteuerte Reibflächen 111A, 111 B beinhaltet, um zu ermöglichen, dass sowohl die linksseitigen als auch die rechtsseitigen Traktionsräder 15 durch einen vollen Lenkwinkelbereich unter mechanischer Belastung vollständig nach links und rechts gezogen werden. Wenn das Fahrzeug 12 in den Bereich 110 eintritt, ist das linksseitige Traktionsrad 15 über der Oberfläche 111A und das rechte Seitenrad 15 über der Oberfläche 111B positioniert. Sobald die Traktionsräder 15 des Fahrzeugs 12 über der jeweiligen Fläche 111A, 111B positioniert sind, erfolgt das Einleiten des Tests in Bereich 110 durch den Empfang eines Signals, das auf eine korrekte Fahrzeugpositionierung innerhalb des Bereichs 110 hindeutet, d. h. das linksseitige Traktionsrad 15, das auf der gesteuerten Reibfläche 111A positioniert ist und das rechte Traktionsrad 15, das auf der gesteuerten Reibfläche 111 B positioniert ist. Ähnlich wie bei den oben erläuterten Signalen, die darauf hindeuten, dass sich das Fahrzeug 12 im Startbereich 104 befindet, kann im ersten Testbereich 106 oder im zweiten Testbereich 108 das Signal zum Auslösen des Tests in Bereich 1110 durch das ADS 24 von beispielsweise einem Steuersystem empfangen werden, das elektrisch mit einer oder mehreren der gesteuerten Reibflächen 111A, 111B des Bereichs 110 verbunden ist, oder durch eine von den verschiedenen Sensoren 26 des Fahrzeugs 12 erfassten Positions- oder Entfernungsinformation ausgelöst werden.
Das Abschließen des Tests in Bereich 110 löst ein Signal an das Fahrzeug 12 oder an ein Fahrzeugbewegungssystem aus, das das Fahrzeug 12 leitet, um in der durch die Pfeile 101 angezeigten Richtung weiterzufahren, um den Prüfstand 100 zu verlassen. Daten über die Intaktheit und Funktionalität des Lenksystems 16, darunter auch das Lenkdrehmoment und der Lenkwinkel, die beispielsweise von den verschiedenen Sensoren 26 erfasst werden, werden zur Verarbeitung und Analyse, wie weiter unten näher erläutert, an eine dezentrale Datenbank (d. h. eine nicht an Bord des Fahrzeugs 12 befindliche Datenbank) und/oder an ein Fahrzeugsteuersystem oder eine Steuereinheit 22 übermittelt.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200, das den Intaktheits- und Funktionalitäts-Bewertungsprozess des Lenksystems 16 veranschaulicht, der vorstehend mit Bezug auf den in 3 erörterten Prüfstand 100 erläutert wurde. Das Verfahren 200 kann in Verbindung mit dem Fahrzeug 12, das ein autonomes Fahrzeug sein kann, und dem Prüfstand 100 gemäß exemplarischen Ausführungsformen verwendet werden. Wie aus der Offenbarung ersichtlich, ist die Abfolge der Vorgänge innerhalb des Verfahrens 200 nicht auf die in 4 dargestellte sequenzielle Abarbeitung beschränkt, sondern kann, soweit zutreffend, in einer oder mehreren unterschiedlichen Reihenfolge(n) gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden.
Wie oben erläutert, ermöglichen die Testbereiche 106 und 108 ein unabhängiges Testen jedes der linken und rechten Traktionsräder 15, während das andere des linken und rechten Traktionsrades 15 durch einen jeweiligen Satz von Schienenpaaren 102A, 102B auf eine laterale oder linke oder rechte Lenkbewegung eingeschränkt ist. Bei 202 wird das Fahrzeug 12 zwischen den Paaren von Schienen 102A, 102B geführt. Jedes der Paare von Schienen 102A, 102B kann eine abgeschrägte Schienenkonfiguration aufweisen, sodass die Enden jedes der Paare von Schienen 102A, 102B seitlich aufgespreizt sind, um einen Abstand zwischen jedem der Schienenpaare 102A, 102B zu vergrößern. Ein Sensorplättchen oder ein anderer Indikator kann an den Enden jedes der Paare von Schienen 102A, 102B angeordnet sein, um ein Signal zu erzeugen, wenn die Räder 15 des Fahrzeugs 12 zwischen dem jeweiligen Paar von Schienen 102A, 102B passieren. Bei 204 geht das Fahrzeug 12 vorwärts, wie durch die Pfeile 101 in 3 angedeutet, und stoppt in Startbereich 104. Es wird ein Signal erzeugt, um die Testsequenz einzuleiten. Wie vorstehend erläutert, kann das Auslösesignal durch ein Gewichtssignal, ein Infrarotsignal, eine sichtbare oder akustische Erfassung des Fahrzeugs 12 oder eine Standort- oder Entfernungsinformation erzeugt werden, die von einem oder mehreren der Sensoren 26 des Fahrzeugs 12 erfasst wird.
Bei 206 fährt das Fahrzeug 12 in Richtung der in 3 dargestellten Pfeile 101 zum und in den Testbereich 106 vor. Als nächstes wird bei 208, wenn das Fahrzeug 12 korrekt innerhalb des Testbereichs 106 positioniert ist, die elektrische Servolenkung des Fahrzeugs 12 angewiesen, eine mechanische Belastung auf das linksseitige Traktionsrad 15 auszuüben. Die EPS des Fahrzeugs 12 wendet linkes und anschließend rechtes Drehmoment auf das linksseitige Traktionsrad 15 mit einer Rate von 1,0 Nm/s bis zu einem maximalen Drehmoment von +/- 5 Nm an. Eine korrekte Positionierung des Fahrzeugs 12 innerhalb des Testbereichs 106 erfolgt, wenn das linksseitige Traktionsrad auf dem Luftlager 107 positioniert ist und das rechtsseitige Traktionsrad 15 zwischen den Schienen 102B eingeschränkt ist. Die Sensoren 26 auf dem Fahrzeug 12 messen Zustandsdaten, die mindestens einem aktuellen Lenksystembetriebszustand, wie beispielsweise das Lenkdrehmoment und den Lenkwinkel des Rades 15, entsprechen, das während des im Testbereich 106 durchgeführten Tests auf dem Luftlager 107 positioniert ist. Die Daten aus den Sensoren 26 werden an Bord des Fahrzeugs 12 in der Steuereinheit 22 gespeichert oder über das drahtlose Kommunikationssystem 28 des Fahrzeugs 12 an eine dezentrale Datenbank, wie beispielsweise an den in 1 dargestellten Computer 64, übermittelt.
Anschließend fährt bei 210 das Fahrzeug weiter in Richtung der Pfeile 101 zum Testbereich 108 vor. Bei 212 wird, wenn das Fahrzeug korrekt innerhalb des Testbereichs 108 positioniert ist, die elektrische Servolenkung des Fahrzeugs 12 angewiesen, eine mechanische Belastung auf das rechte Seitenrad 15 auszuüben. Das EPS wendet linkes und anschließend rechtes Drehmoment auf das rechtsseitige Traktionsrad 15 mit einer Rate von 1,0 Nm/s bis zu einem maximalen Drehmoment von +/- 5 Nm an. Eine korrekte Positionierung des Fahrzeugs 12 innerhalb des Testbereichs 108 erfolgt, wenn das rechtsseitige Traktionsrad 15 auf dem Luftlager 109 positioniert ist und das linksseitige Traktionsrad 15 zwischen den Schienen 102A eingeschränkt ist. Die Sensoren 26 an dem Fahrzeug 12 messen Zustandsdaten, die mindestens einem aktuellen Betriebszustand des Lenksystems, wie beispielsweise dem Lenkdrehmoment und dem Lenkwinkel des getesteten Rades 15 entsprechen, das während des im Testbereich durchgeführten Tests auf dem Luftlager 109 positioniert ist 108. Die Daten von den Sensoren 26 werden an Bord des Fahrzeugs 12 in der Steuereinheit 22 gespeichert oder an den Computer 64 übermittelt.
Bei 214 fährt das Fahrzeug weiter in Richtung der Pfeile 101 zum Testbereich 110 vor. Anschließend wird bei 216, wenn das Fahrzeug korrekt innerhalb des Testbereichs 110 positioniert ist, ein dritter Test durchgeführt, bei dem die elektrische Servolenkung des Fahrzeugs 12 angewiesen wird, eine mechanische Belastung auf beide linksseitigen Traktionsräder 15 auszuüben. Die EPS wendet das linke und dann das rechte Drehmoment mit einer Rate von 1,0 Nm/s an, um das maximale Motordrehmoment-Leistungsvermögen zu erreichen. Eine korrekte Positionierung des Fahrzeugs 12 innerhalb des Testbereichs 108 erfolgt, wenn die linksseitigen Traktionsräder 15 auf den jeweiligen gesteuerten Reibflächen 111A, 111 B positioniert sind. Die Sensoren 26 an dem Fahrzeug 12 messen Zustandsdaten, die mindestens einem Betriebszustand des aktuellen Lenksystems, wie beispielsweise dem Lenkmotordrehmoment und Lenkmotorstrom, entsprechen. Nach dem Erfassen der dritten Testdaten werden bei 218 Daten von dem dritten Test an den Computer 64 übermittelt. Falls nicht bereits zuvor übermittelt, werden außerdem Daten aus den bei 208 und 212 durchgeführten Tests an den Computer 64 übermittelt. Bei 218 führt der Computer 64 oder die Bordsteuereinheit 22 eine Fahrzeuglenksystemanalyse unter Verwendung der von den Sensoren 26 erfassten Daten während jedes der drei Tests durch, die an dem Lenksystem durchgeführt wurden, um einen Intaktheits- und Funktionsstatus des Lenksystems als Ganzes, sowie die Funktionalität mindestens eines Bestandteils des Lenksystems, zu bestimmen. Die durch die Analyse der Sensordaten erhaltene Lenksystemdiagnose kann auf dem Computer 64 als Diagnoseinformation gespeichert oder zur weiteren Analyse an die Fernzugriffszentrale 78 übermittelt werden. Die Analyse der Sensordaten beinhaltet zudem die Überprüfung auf mindestens einen Betriebszustand des Lenksystems. Die Analyse kann einen Diagnosecode erzeugen, der an eine Reparaturwerkstatt übermittelt wird, sofern die Diagnose darauf hindeutet, dass das Fahrzeug 12 gewartet werden soll. Falls das Fahrzeug 12 ein autonomes Fahrzeug ist, wird das Fahrzeug 12 angewiesen, zur Reparaturwerkstatt zu fahren, sofern die Diagnose darauf hindeutet, dass das Fahrzeug 12 gewartet werden soll.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300, das das Intaktheits- und Funktionalitätsauswertungsverfahren des Lenksystems 16 darstellt, das bei 208 und 212 im Gesamttestverfahren 200 durchgeführt wird, das vorstehend mit Bezug auf 4 erläutert wurde. Das Verfahren 300 kann in Verbindung mit dem Fahrzeug 12 und dem Prüfstand 100 gemäß exemplarischen Ausführungsformen verwendet werden. Wie aus der Offenbarung ersichtlich, ist die Abfolge der Vorgänge innerhalb der Verfahren nicht, wie in 5 veranschaulicht, auf die sequenzielle Abarbeitung beschränkt, sondern kann, soweit zutreffend, in einer oder mehreren unterschiedlichen Reihenfolgen gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
Wie vorstehend erläutert, wird das Verfahren 300 an jedem der Testbereiche 106, 108 durchgeführt, um den Lenklastpfad zu isolieren und potentielle Probleme mit den jeweiligen Seiten des Lenksystems genauer zu diagnostizieren. Wie in 5 dargestellt, wird das elektrische Servolenkungssystem bei 302 angewiesen, linkes und anschließend rechtes Drehmoment mit einer Rate von 1,0 Nm/s auf Spitzenmomente von +/- 5 Nm auszuüben. Anschließend sammeln bei 304 Sensoren, wie beispielsweise Sensoren 26, Daten, die sich auf Eigenschaften oder aktuelle Betriebszustände des Lenksystems beziehen, beispielsweise und ohne Einschränkung, auf den Lenkradwinkel, das Lenkmotordrehmoment und den Lenkmotorstrom, während das Drehmoment auf das getestete Rad 15 ausgeübt wird. Die von den Sensoren 26 bei 304 erfassten Lenkdaten werden bei 306 verwendet, um die Lenklastwegsteifigkeit zu berechnen. Die bei 304 ermittelte Lenklastwegsteifigkeit dient zur Berechnung der kinematischen Hysterese des Lenksystems bei 308.
Aus der bei 308 ermittelten kinematischen Hysterese und den von den Sensoren 26 erfassten Daten über den Lenkradwinkel, das Lenkmotordrehmoment und den Lenkmotorstrom werden bei 310, 312 und 314 Überprüfung auf charakteristische Betriebszustände durchgeführt. Obgleich nacheinander dargestellt, können die bei 310, 312 und 314 durchgeführten Überprüfungen in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden. Bei 310 wird eine Überprüfung auf überschüssige Steifigkeit in der getesteten Seite der Fahrzeuglenkung durchgeführt. Überschüssige Steifigkeit in einer Fahrzeuglenkung kann auf ein mögliches Problem mit dem Motor der elektrischen Servolenkung, potentiell festgefressene oder eingefrorene Lenkkomponenten oder eine geringe Menge an Servolenkflüssigkeit hindeuten. Eine Überprüfung der Asymmetrie in der Fahrzeuglenkung erfolgt bei 312. Eine Asymmetrie in der Fahrzeuglenkung kann auf mögliche Problemzustände mit den Zugstangen, äußeren Kugelgelenken, Achsschenkeln, oder anderen Bindeteilen des Lenksystems hindeuten. Schließlich wird bei 314 eine Überprüfung der Gleitreibung in der Fahrzeuglenkung durchgeführt. Gleitreibung ist eine spontane Ruckbewegung, die auftreten kann, wenn zwei Objekte übereinander gleiten. Gleitreibung kann als Oberflächen beschrieben werden, die abwechselnd aneinander haften und aufgrund von Differenzen zwischen dem statischen und dem dynamischen Reibungskoeffizienten übereinander gleiten. Gleitreibung ist aufgrund unerwünschten Ruckelns oder Bewegungen während des Wendemanövers, die vom Fahrer oder Passagier wahrgenommen werden können, in einem Fahrzeuglenksystem unerwünscht. Sobald die bei 310, 312 und 314 durchgeführten Überprüfungen abgeschlossen sind, geht das Verfahren 300 zu 316 über, wo die Daten an Bord des Fahrzeugs 12 gespeichert und/oder an den dezentralen Computer 64 übermittelt werden und das Verfahren 300 abgeschlossen ist.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400, das den Intaktheits- und Funktionalitätsauswertungsprozess des Lenksystems veranschaulicht, der bei 216 des Gesamttestverfahrens 200 durchgeführt wird, das unter Bezugnahme auf 4 erläutert wurde. Das Verfahren 400 kann in Verbindung mit dem Fahrzeug 12 und dem Prüfstand 100 gemäß exemplarischen Ausführungsformen verwendet werden. Wie aus der Offenbarung ersichtlich, ist die Abfolge der Vorgänge innerhalb des Verfahrens nicht auf die in 6 dargestellte sequenzielle Abarbeitung beschränkt, sondern kann, soweit zutreffend, in einer oder mehreren unterschiedlichen Reihenfolge(n) gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden.
Wie vorstehend erläutert, wird das Verfahren 400 im Testbereich 110 durchgeführt, um das Lenkverhalten sowohl der linken als auch der rechten Seite des Fahrzeuglenksystems 16 zu messen. Unter Bezugnahme auf 6 wird bei 402 das elektrische Servolenkungssystem angewiesen, das linke und anschließend das rechte Drehmoment mit einer Rate von 1,0 Nm/s auf Spitzenmomente von +/- 5 Nm auszuüben. Anschließend sammeln bei 404 Sensoren, wie beispielsweise Sensoren 26, Daten, die sich auf Eigenschaften oder aktuelle Betriebszustände des Lenksystems, beispielsweise und ohne Einschränkung, auf den Lenkradwinkel, das Lenkmotordrehmoment und den Lenkmotorstrom, beziehen, während das Drehmoment auf die beiden linken und rechten Traktionsrädern 15 ausgeübt wird. Die Daten des Lenksystems 16, die von den Sensoren 26 bei 404 erfasst werden, werden bei 406 verwendet, um die Drehmomentwelligkeitsgröße zu berechnen. Drehmomentwelligkeit ist ein Effekt, der in vielen Elektromotorkonstruktionen gesehen wird und bezieht sich auf eine periodische Zunahme oder Abnahme des Ausgangdrehmoments, während sich die Motorwelle dreht. Die Drehmomentwelligkeit entspricht der Differenz des maximalen und minimalen Drehmoments während einer vollständigen Umdrehung der Motorwelle. Die Daten des Lenksystems 16, die von den Sensoren 26 bei 404 erfasst werden, werden außerdem verwendet, um einen Spitzenlenkwinkel zu berechnen, der für die linke und rechte Lenkung bei 408 erreicht wird. Bei 410 wird das erreichte Spitzenmotordrehmoment berechnet. Die Berechnung der Krümmung in der Motorleistung für beide Wenderichtungen erfolgt bei 412. Während als aufeinanderfolgend ausgeführt werdend dargestellt, können die bei 408, 410 und 412 durchgeführten Berechnungen in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden. Nach Durchführung der bei 408, 410 und 412 angedeuteten Berechnungen geht das Verfahren 400 über zu 414, wobei die Daten an Bord des Fahrzeugs 12 gespeichert und/oder an den dezentralen Computer 64 übermittelt werden und das Verfahren 400 abgeschlossen ist.
Während mindestens eine exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurde, versteht es sich, dass es eine große Anzahl an Varianten gibt. Es versteht sich weiterhin, dass die exemplarische Ausführungsform bzw. die exemplarischen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in keiner Weise einschränken sollen. Die vorstehende ausführliche Beschreibung stellt Fachleuten auf dem Gebiet vielmehr einen zweckmäßigen Plan zur Implementierung der exemplarischen Ausführungsform bzw. der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen dargelegt wird, abzuweichen.
Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können von einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuereinheit oder einem Computer, der eine beliebige vorhandene programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann, bereitgestellt und/oder implementiert werden. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten oder ausführbare Anweisungen durch eine Steuereinheit oder einen Computer in vielfältiger Weise gespeichert werden, darunter ohne Einschränkung die dauerhafte Speicherung auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie z. B. einem ROM, und als änderbare Informationen auf beschreibbaren Speichermedien, wie z. B. Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM, sowie anderen magnetischen und optischen Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können zudem in einem softwareausführbaren Objekt implementiert werden. Alternativ dazu können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise in geeigneten Hardwarekomponenten, wie beispielsweise anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbaren Gate Arrays (FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuereinheiten oder anderen Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination von Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten enthalten sein. Die besagten exemplarischen Vorrichtungen können sich als Teil eines Fahrzeugcomputersystems On-Bord oder Off-Board befinden und eine Fernkommunikation mit Vorrichtungen an einem oder mehreren Fahrzeugen durchführen.

Claims

Verfahren zur Überprüfung der Intaktheit und Funktionalität eines Lenksystems (16) eines Fahrzeugs (12), wobei das Fahrzeuglenksystem (16) ein erstes Traktionsrad (15), ein zweites Traktionsrad (15) und mindestens einen Sensor (26) beinhaltet, das Verfahren Folgendes umfassend: das Positionieren des Fahrzeugs (12) mit dem ersten und dem zweiten Traktionsrad (15) auf jeweiligen ersten und zweiten Reibflächen (111A, 111B); das eine elektrische Servolenkung des Fahrzeugs (12) zum Ausüben einer ersten mechanischen Belastung auf das erste und das zweite Traktionsrad (15) angewiesen wird; und das Empfangen von ersten Zustandsdaten, die einem ersten Lenksystemzustand entsprechen, von dem mindestens einen Sensor (26); gekennzeichnet durch: das Positionieren des Fahrzeugs (12) mit dem ersten Traktionsrad (15) auf einer ersten Lagerfläche (107), die eine freie Bewegung des ersten Traktionsrads (15) ermöglicht, und dem zweiten Traktionsrad (15) innerhalb einer ersten Begrenzung (102B), die eine Lenkbewegung des zweiten Traktionsrads (15) verhindert; das die elektrische Servolenkung des Fahrzeugs (12) zum Ausüben einer zweiten mechanischen Belastung auf das erste Traktionsrad (15) angewiesen wird; das Empfangen von zweiten Zustandsdaten, die einem zweiten Lenksystemzustand entsprechen, von dem mindestens einen Sensor (26); das Positionieren des Fahrzeugs (12) mit dem ersten Traktionsrad (15) innerhalb einer zweiten Begrenzung (102A), die eine Lenkbewegung des ersten Traktionsrads (15) verhindert, und des zweiten Traktionsrades (15)auf einer zweiten Lagerfläche (109), die eine freie Bewegung des zweiten Traktionsrads (15) ermöglicht; das die elektrische Servolenkung des Fahrzeugs (12) zum Ausüben einer dritten mechanischen Belastung auf das zweite Traktionsrad (15) angewiesen wird; das Empfangen von dritten Zustandsdaten, die einem dritten Lenksystemzustand entsprechen, von dem mindestens einen Sensor (26); das Übertragen der ersten, zweiten und dritten Zustandsdaten an einen Prozessor; und das Bestimmen eines Intaktheitszustands des Lenksystems (16) über den Prozessor basierend auf den ersten, zweiten und dritten Zustandsdaten.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die ersten, zweiten und dritten Lenksystemzustände einen oder mehrere Lenkradwinkel, ein Lenkmotordrehmoment und einen Lenkmotorstrom beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die ersten, zweiten und dritten Zustandsdaten die aktuellen Betriebszustände des Lenksystems (16) des Fahrzeugs (12) anzeigen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Bestimmen des Intaktheitszustands des Lenksystems (16) das Bestimmen einer Funktionalität von mindestens einer Komponente des Lenksystems (16) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend das Verarbeiten der zweiten Zustandsdaten, um eine erste Lenklastwegsteifigkeit zu bestimmen und die dritten Zustandsdaten zu verarbeiten, um eine zweite Lenklastwegsteifigkeit zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 5, des Weiteren umfassend das Verarbeiten der ersten Zustandsdaten, um eine Motordrehmomentwelligkeitsgröße, einen Spitzenlenkwinkel und ein Spitzenmotordrehmoment zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 6, worin das Bestimmen des Intaktheitszustandes des Lenksystems (16) das Überprüfen auf mindestens einen Betriebszustand des Lenksystems (16) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, worin der mindestens eine Betriebszustand eine überschüssige Steifigkeit, eine Asymmetrie des Lenksystems (16) und einen Gleitreibung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, des Weiteren umfassend das Erzeugen eines Diagnosecodes, sofern mindestens ein Betriebszustand festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die erste Begrenzung (102B) ein erstes Paar paralleler Schienen beinhaltet, wobei die zweite Begrenzung (102A) ein zweites Paar paralleler Schienen beinhaltet und das erste Paar von Schienen seitlich von dem zweiten Paar von Schienen und parallel zu demselben beabstandet ist.