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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Synchronisieren eines Lenkrads eines Fahrzeugs beim Überführen des Fahrzeugs vom automatisierten Fahren zum nicht-automatisierten Fahren und andere Situationen, die eine Synchronisation erfordern.
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Im Stand der Technik sind Steer-by-Wire-Lenksysteme bekannt, deren Lenkrad auch bei fehlendem mechanischen Durchtrieb synchron mit dem Radlenkwinkel mitgeführt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Aktuelle EPS-Lenksysteme weisen eine durchgängige mechanische Kopplung vom Lenkrad des betreffenden Fahrzeugs bis zum Radlenkwinkel auf. Steer-by-Wire-Lenksysteme zeichnen sich dadurch aus, dass keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkwinkel der lenkbaren Räder besteht. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit das Lenkrad unabhängig von der Auslenkung der Räder zu bewegen. Allerdings kann sich dadurch auch, insbesondere beim Starten des Fahrzeugs oder beim Übergang zwischen automatisierten (RPC bzw. ASM - automated steering mode) und nicht automatisiertem (SFC bzw. DSM - driver steering mode) Fahren, die Möglichkeit ergeben, dass ein Offset zwischen Lenkradwinkel und Radlenkwinkel ergibt. Lenkrad und Radlenkwinkel können nicht synchron sein.
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Eine Aufgabe ist daher, das Lenkrad eines Fahrzeugs derart auszulenken, dass nach dem Übergang vom automatisierten Fahren zum manuellen Fahren ein Offset entfällt bzw. dass das Lenkrad synchron zum Radlenkwinkel ist bzw. alternativ den Radausschlag bzw. die Lenkungsstellelementposition an den Lenkradwinkel anzupassen.
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Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Synchronisieren eines Lenkrads eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Überführen des Fahrzeugs vom automatisierten Fahren zum nicht-automatisierten Fahren und Anpassen des Lenkradwinkels an einen Ist-Lenkradwinkel und/oder Anpassen der Ist-Lenkungsstellelementposition an eine Soll-Lenkungsstellelementposition.
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Das Lenkungsstellelement ist vorzugsweise als Teil des Lenkgetriebes und vorteilhaft als Ausgangswelle und/oder als Zahnstange ausgebildet. Bevorzugt ist das Lenkungsstellelement dabei zur Verstellung eines Radwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads und somit insbesondere zur direkten Beeinflussung einer Fahrtrichtung vorgesehen.
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Der Begriff „Lenkrad“ soll dabei sowohl konventionelle Lenkräder sowie auch Lenkhebel, Lenkkugeln und vergleichbare Bedienelemente umfassen.
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Erfindungsgemäß soll beispielsweise eine Synchronität zwischen Lenkrad und Ist- Lenkungsstellelementposition nach einer Phase des automatisierten Fahrens hergestellt werden. Dies kann auf zwei Arten erreicht werden. Zum einen kann das Lenkrad an den aktuellen Radwinkel des Fahrzeugs angepasst werden. Zum anderen kann der Radwinkel und die Ist- Lenkungsstellelementposition an den aktuellen Lenkradwinkel angepasst werden. Im zweiten Fall wird daher der Radausschlag entsprechend des Winkels des Lenkrads ausgerichtet. Es sollte naturgemäß die zweite Variante nicht bei hoher Geschwindigkeit und/oder schlagartig durchgeführt werden. Stattdessen wäre es sinnvoll, die letztere Variante allmählich über einen gewissen Zeitraum durchzuführen.
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Die erfindungsgemäßen Merkmale können analog auf einen Nutzkraftwagen statt eines Personenkraftwagens angewandt werden, der keine Zahnstange, sondern einen Ausgangswellenwinkel bzw. output shaft angle aufweist.
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Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Steuergerät eines Lenksystems mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Verfügung gestellt.
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Als dritte Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem mit einem Steuergerät nach Anspruch 9 zur Verfügung gestellt.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, umfassend den zusätzlichen Schritt: Anpassen der Ist-Lenkungsstellelementposition an eine Soll-Lenkungsstellelementposition während des Stillstands des Fahrzeugs und/oder graduelles Anpassen über eine Zeitdauer.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei die Zeitdauer je nach Fahrsituation gewählt ist und/oder wobei die Zeitdauer höchstens 5 Minuten, vorteilhaft höchstens 2,5 Minuten und bevorzugt höchstens 1 Minute, ist. Prinzipiell könnte die Zeitdauer jedoch auch 1, 2, 3, 4 oder beliebig viele Minuten betragen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Synchrones Mitführen des Lenkrads bei einem ersten Betriebszustand und/oder Arretieren des Lenkrads bei einem zweiten Betriebszustand und/oder Arretieren und Wegfahren des Lenkrads bei einem dritten Betriebszustand.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei der erste Betriebszustand eine schnell oder erheblich wechselnde Fahrsituation mit einem hohen Radlenkwinkelaufwand ist.
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Eine schnell oder erheblich wechselnde Fahrsituation ist beispielsweise bei kleinen Kurvenradien, etwa im Stadtverkehr, gegeben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei sich der Soll-Lenkradwinkel aus der Ist-Lenkungsstellelementposition ergibt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei der dritte Betriebszustand eine nicht schnell und nicht erheblich wechselnde Fahrsituation mit einem geringen Radlenkwinkelaufwand ist.
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Eine nicht schnell und nicht erheblich wechselnde Fahrsituation ist beispielsweise bei großen Kurvenradien, etwa beim Autobahnverkehr, gegeben.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei der zweite Betriebszustand sich zwischen dem ersten und dem dritten Betriebszustand befindet.
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Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, ein Lenkrad, oder ggfs. ein alternatives Bedienelement, eines Steer-by-wire-Lenksystems synchron mit einem Radlenkwinkel des Fahrzeugs zu führen. Eine zweite Möglichkeit ist es, das Lenkrad während eines selbsttätigen, automatisierten Fahrens des Fahrzeugs nicht synchron zum Radlenkwinkel zu halten und während und insbesondere vor einem nicht-automatisierten Fahren das Lenkrad mit dem Radlenkwinkel zu synchronisieren.
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Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
- 1 einen Regelkreis einer Steering-Position-Control,
- 2 einen ersten Übergang 1 vom automatisierten Fahren zum manuellen Fahren,
- 3 einen zweiten Übergang 2 vom automatisierten Fahren zum manuellen Fahren,
- 4 ein Flussdiagramm einer Steuerung der Synchronisation eines Lenkrads eines Fahrzeugs,
- 5 ein weiteres Flussdiagram, das verschiedene Betriebszustände des Lenkrads im automatisierten Fahren darstellt und
- 6 die grundlegenden Elemente eines SbW-(Steer-by-Wire) Lenksystems.
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1 zeigt eine Vorgehensweise zum konstanten Mitführen der aktuellen Lenkradposition bei automatisierten Fahren (ASM). Hierbei werden eine Ist-Lenkradwinkel 2, eine aktuelle Lenkungsstellelementposition 3 und eine virtuelle Übersetzung 4 genutzt, um eine Lenkrad-Positionsregelung 5 eines Steer-by-Wire-Lenksystems sicherzustellen. Die Lenkrad-Positionsregelung 5 errechnet eine Soll-Lenkradwinkelgeschwindigkeit, die zusammen mit einer Ist-Lenkradwinkelgeschwindigkeit die Eingangsgrößen einer Lenkradgeschwindigkeitsregelung 6 darstellen. Aus der Lenkradgeschwindigkeitsregelung 6 ergibt sich die Anforderung des Motormoments. Es wird dabei eine dauerhafte Synchronisation des Lenkrads mit den Lenkbewegungen des betreffenden Fahrzeugs ermöglicht. Die Abweichung des Ist-Lenkradwinkels vom Soll-Lenkradwinkels kann durch die kaskadierte Regelschleife sehr klein gehalten werden. Es ergibt sich ein Mitführen des Lenkrads mit der entsprechenden Lenkung des Fahrzeugs. Vorteilhafterweise ist ein Übergang vom automatisierten Fahren zum manuellen Fahren sehr schnell möglich, da keine oder eine nur sehr kleine erneute Synchronisation aufgrund der kleinen Abweichung notwendig ist.
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2 zeigt eine erste Vorgehensweise, um ein während einer Phase eines automatisierten Fahrens stillstehendes Lenkrad in einen Fahrbetrieb eines nicht-automatisierten Fahrens zu überführen. RPC bedeutet hierbei die automatisierte Phase, also das automatisierte Fahren (ASM), und SFC meint die manuelle Phase (DSM), also das nicht-automatisierte Fahren. Hierbei wird aus dem automatisierten Fahren über einen linearen 9 oder nichtlinearen 10 Übergang der Ist-Lenkradwinkel 11 in den Soll-Lenkradwinkel 12 überführt und erst nach der erfolgreichen Synchronisation das betreffende Fahrzeug aus dem automatisierten Fahrzustand in den nicht-automatisierten Fahrzustand überführt.
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3 zeigt eine alternative Synchronisation des Lenkrads, wobei bereits bei nicht synchronem Lenkrad der Übergang vom automatisierten zum nicht-automatisierten Fahrzustand erfolgt. Hierbei wird eine Anpassung zwischen Ist-Lenkungsstellelementposition 13, nach dem Zustandswechsel, an die Soll-Lenkungsstellelementposition 24, deren Wert sich aus der aktuellen Position des Eingabeelements berechnet wird, vorgenommen. Die Anpassung bzw. der Übergang erfolgt insbesondere während besonderer Lenkmanöver, beispielsweise einem Sinus-Lenkmanöver, oder weiteren Kriterien wie der Zeit. Es wird daher über die Zeit ein allmählicher Abbau des Offsets zwischen Ist- und Soll-Lenkradwinkel erzeugt. Vorteilhafterweise kann die Reduktion der Abweichung des Soll- vom Ist-Lenkradwinkel während besonderer Fahrmanöver erfolgen, deren Charakteristik erlaubt, dass ohne Einbußen des Fahrkomforts, eine erhebliche Anpassung des Ist-Lenkradwinkels an den Soll-Lenkradwinkel erfolgt.
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4 zeigt ein Flussdiagramm, wobei beim Übergang vom automatisierten Fahren zum manuellen Fahren 15 eine Synchronisation des Lenkrads mit dem Radlenkwinkel erfolgt 16. Im anderen Fall, also das automatisierte Fahren wird fortgesetzt, wird das Lenkrad nicht zwingend mit dem Radlenkwinkel synchronisiert 17. In einer alternativen Ausführungsform wird beim Übergang zum manuellen Fahren 15 die Lenkungsstellelementposition auf den Ist-Lenkradwinkel synchronisiert.
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5 zeigt ein Flussdiagramm bei dem bei automatisierten Fahren 18 und einer schnell und erheblich ändernden Fahrsituation ein synchrones Mitführen des Lenkrads sichergestellt wird 20. Andernfalls kann das Lenkrad arretiert oder arretiert und weggefahren werden 21.
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6 zeigt die grundlegenden Bauteile eines SbW Lenksystems mit dem Upper System, dem Steering Wheel Actuator SWA, und dem Lower System, dem Steering Rack Actuator (SRA).
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Ein konstantes Mitführen der Lenkradposition im automatisierten Fahren hat den Vorteil, dass ein schneller Übergang von ASM auf DSM möglich ist, da keine Synchronisation erforderlich ist.
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Das Lenkrad auf einer Position festzuhalten während einer automatisierten Fahrt ist dadurch vorteilhaft, dass das Lenkrad durch eine Bewegung nicht stört und etwa als Armstütze oder zur Ablage genutzt werden kann. Außerdem wird durch das ruhende Lenkrad eine Verletzungsgefahr gebannt. Es kann das Lenkrad sogar insgesamt weggefahren oder versenkt werden, wodurch dem Fahrer durch Erhöhung des Raumangebots eine komfortablere Fahrt ermöglicht wird.
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Die erfindungsgemäßen Merkmale können analog auf einen Nutzkraftwagen statt eines Personenkraftwagens angewandt werden, der keine Zahnstange, sondern einen Ausgangswellenwinkel bzw. output shaft angle aufweist.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
