DE102018123043A1

DE102018123043A1 - Diagnose eines steer-by-wire-systems

Info

Publication number: DE102018123043A1
Application number: DE102018123043.5A
Authority: DE
Inventors: Steven D. Klein; Kai Zheng; Scott T. Sanford
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2019-03-21
Also published as: US11027773B2; US20190084614A1; CN109533007B; CN109533007A

Abstract

Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Steer-by-Wire-Lenksystem ein Lenkradstellglied, das eine befohlene Position für eine Zahnstange eines Fahrzeugs bereitstellt. Das Steer-by-Wire-Lenksystem beinhaltet weiterhin ein Straßenradstellglied, das die Zahnstange basierend auf der vom Lenkradstellglied befohlenen Position in eine Zahnstangenposition bewegt. Das Steer-by-Wire-Lenksystem beinhaltet ferner eine Diagnosevorrichtung zum Berechnen einer Referenzposition basierend auf der befohlenen Position und zum Berechnen eines Referenzschleppfehlers basierend auf einer Differenz zwischen der Referenzposition und der Zahnstangenposition. Die Diagnosevorrichtung bestimmt ferner einen Fehlerzustand bei dem Steer-by-Wire-System unter Verwendung des Referenzschleppfehlers.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung ist eine Fortsetzung der vorläufigen U.S. Anmeldung mit der Nummer 62/561,262, die am 21. September 2017 eingereicht wurde und die hierin in ihrer Gesamtheit enthalten ist.
HINTERGRUND
Eine elektrische Servolenkung (EPS) beinhaltet typischerweise Komponenten wie Lenkrad, Lenksäule, Zahnstangengetriebe, Elektromotorstellglied usw. Die EPS hilft dem Fahrer, ein Fahrzeug zu lenken, indem es die notwendige Drehmomentunterstützung bereitstellt. Das Unterstützungsdrehmoment basiert auf dem vom Fahrer aufgebrachten Drehmoment. Im stationären Sinne wirken das Fahrerdrehmoment und das Unterstützungsdrehmoment gegen die Zahnstangenkraft, die durch die Interaktion zwischen Reifen und Straße erzeugt wird.
Ein typisches Steer-by-Wire-System (SbW-System) beinhaltet eine RWA-Einheit (Straßenrad-Stellglied-Einheit) und eine HWA-Einheit (Handrad- oder LenkradStellglied-Einheit). Im Gegensatz zur EPS sind die beiden Einheiten im SbW mechanisch getrennt und kommunizieren über eine CAN-Schnittstelle (Controlled Area Network) (oder andere ähnliche digitale Kommunikationsprotokolle). Die HWA-Einheit empfängt ein Zahnstangenkraftsignal von der RWA-Einheit, um ein entsprechendes Drehmomentgefühl für den Fahrer zu erzeugen. Alternativ können auch der Lenkradwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden, um das gewünschte Drehmomentgefühl für den Fahrer zu erzeugen. Der Winkel von der HWA-Einheit wird an die RWA-Einheit gesendet, die eine Lageregelung zur Steuerung des Zahnstangenweges durchführt.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Steer-by-Wire-Lenksystem ein Lenkradstellglied, das eine befohlene Position für eine Zahnstange eines Fahrzeugs bereitstellt. Das Steer-by-Wire-Lenksystem beinhaltet weiterhin ein Straßenradstellglied, das die Zahnstange basierend auf der vom Lenkradstellglied befohlenen Position in eine Zahnstangenposition bewegt. Das Steer-by-Wire-Lenksystem beinhaltet ferner eine Diagnosevorrichtung zum Berechnen einer Referenzposition basierend auf der befohlenen Position und zum Berechnen eines Referenzschleppfehlers basierend auf einer Differenz zwischen der Referenzposition und der Zahnstangenposition. Die Diagnosevorrichtung bestimmt ferner einen Fehlerzustand bei dem Steer-by-Wire-System unter Verwendung des Referenzschleppfehlers.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren zum Durchführen einer Diagnose für ein Steer-by-Wire-Lenksystem das Senden einer durch ein Lenkradstellglied befohlenen Position zum Empfangen durch ein Straßenradstellglied. Das Verfahren beinhaltet ferner das Positionieren einer Zahnstange durch das Straßenradstellglied in eine Zahnstangenposition basierend auf der befohlenen Position. Das Verfahren beinhaltet ferner das Berechnen einer Referenzposition basierend auf der befohlenen Position durch eine Diagnosevorrichtung. Das Verfahren beinhaltet ferner das Berechnen eines Referenzschleppfehlers durch die Diagnosevorrichtung, basierend auf einer Differenz zwischen der Referenzposition und der Zahnstangenposition. Das Verfahren beinhaltet ferner das Bestimmen, durch die Diagnosevorrichtung, eines Fehlerzustands bei dem Steer-by-Wire-System unter Verwendung des Referenzschleppfehlers.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Computerprogrammprodukt eine Speichervorrichtung mit darin gespeicherten computerausführbaren Anweisungen, wobei die computerausführbaren Anweisungen, wenn sie von einer oder mehreren Verarbeitungseinheiten ausgeführt werden, die Verarbeitungseinheiten dazu veranlassen, die Diagnose eines Steer-by-Wire-Lenksystems durchzuführen. Das Durchführen der Diagnose beinhaltet das Positionieren einer Zahnstange mittels eines Straßenradstellglieds in eine Zahnstangenposition basierend auf einer von einem Lenkradstellglied befohlenen Position. Das Durchführen der Diagnose beinhaltet ferner das Berechnen einer Referenzposition basierend auf der befohlenen Position. Das Durchführen der Diagnose beinhaltet ferner das Berechnen eines Referenzschleppfehlers basierend auf einer Differenz zwischen der Referenzposition und der Zahnstangenposition. Das Durchführen der Diagnose beinhaltet ferner das Bestimmen eines Fehlerzustands bei dem Steer-by-Wire-System unter Verwendung des Referenzschleppfehlers.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine exemplarische Ausführungsform eines Steer-by-Wire-Lenksystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
2 zeigt eine Aufzeichnung, die eine Zahnstangenkraft über einer Zahnstangengeschwindigkeit des RWA gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen darstellt;
3 stellt ein Blockdiagramm des exemplarischen SbW-Systems dar, das eine Diagnose gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der hierin beschriebenen technischen Lösungen liefert;
4 stellt eine typische Berechnung des Schleppfehlers zwischen der tatsächlichen Position/Istposition und einer befohlenen Position/Sollposition dar;
5 stellt die Berechnung des Schleppfehlers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der hierin beschriebenen technischen Lösungen dar;
6 stellt eine exemplarische nichtlineare Beziehung zwischen dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar; und
7 stellt ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zur Durchführung der Systemdiagnose eines SbW-Systems gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird speziell dargelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung konkret beansprucht. Das Vorstehende und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe Modul und Submodul auf eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen wie eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie zu erkennen ist, können die nachfolgend beschriebenen Submodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf Lenksysteme und beschreibt insbesondere eine oder mehrere Techniken, mit denen ein SbW-System das Auftreten eines Fehlers erkennen kann, bei dem es akzeptabel ist, den Betrieb fortzusetzen, im Gegensatz zu einem auftretenden Fehler, der ein Fehlerzustand sein kann, der eine alternative Systemreaktion erfordert.
Unter Bezugnahme nun auf die Figuren, in denen die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wird, ohne diese einzuschränken, ist in 1 ein SbW-System 40 in einem Fahrzeug 100 dargestellt. Es ist zu beachten, dass das dargestellte und beschriebene SbW-System 40 in einem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug oder in einem konventionelleren Fahrzeug verwendet werden kann. Es versteht sich, dass das abgebildete SbW 40 ein exemplarisches Blockdiagramm ist und dass das SbW-System 40 in einer oder mehreren Ausführungsformen zusätzliche Komponenten als die hier abgebildeten beinhalten kann. Das SbW-System 40 beinhaltet ein Lenkradstellglied (HWA) 10 und ein Straßenradstellglied (RWA) 20.
Das HWA 10 beinhaltet eine oder mehrere mechanische Komponenten 12, wie beispielsweise ein Lenkrad (Handrad), eine Lenksäule, einen Motor/Wechselrichter, der entweder über ein Getriebe oder ein Direktantriebssystem an der Lenksäule befestigt ist. Das HWA 10 beinhaltet weiterhin einen Mikrocontroller 14, der den Betrieb der mechanischen Komponenten 12 steuert. Der Mikrocontroller 14 empfängt und/oder erzeugt Drehmoment über die eine oder die mehreren mechanischen Komponenten 12.
Das RWA beinhaltet eine oder mehrere mechanische Komponenten 24, wie beispielsweise eine Lenkungszahnstange und/oder ein Ritzel, die über eine Kugelmutter/Kugelrollspindel-Anordnung (Getriebe) mit einem Motor/Wechselrichter gekoppelt sind, und die Zahnstange ist über Spurstangen mit den Straßenrädern/Reifen des Fahrzeugs verbunden. Dementsprechend kann das physikalische System 24 ein oder mehrere Straßenräder des Fahrzeugs 100 beinhalten. Das RWA 20 beinhaltet einen Mikrocontroller 22, der den Betrieb der mechanischen Komponenten 24 steuert. Der Mikrocontroller 22 empfängt und/oder erzeugt Drehmoment über die eine oder die mehreren mechanischen Komponenten 24.
Die Mikrocontroller 14 und 22 sind über elektrische Verbindungen gekoppelt, die das Senden/Empfangen von Signalen ermöglichen. Wie hierin erwähnt kann ein Controller eine Kombination aus dem HWA-Controller 14 und dem RWA- Controller 22 oder einen der speziellen Mikrocontroller beinhalten.
In einem oder mehreren Beispielen kommunizieren die Controller 14 und 22 des SbW-Systems 40 über die CAN-Schnittstelle (oder andere ähnliche digitale Kommunikationsprotokolle) miteinander. Die Lenkung des Fahrzeugs 100, das mit dem SbW-System 40 ausgestattet ist, erfolgt unter Verwendung des Lenkgetriebes mit einer Eingangswelle, die vom RWA 20, wie beispielsweise einem Servostellglied, gedreht wird. Das RWA 20 empfängt ein elektronisches Kommunikationssignal der Drehung des Lenkrads durch den Fahrer. Ein Fahrer steuert das Lenkrad, um die Richtung des Fahrzeugs 100 zu steuern. Der Winkel von dem HWA 10 wird an das RWA 20 gesendet, das eine Lageregelung durchführt, um den Zahnstangenweg zum Lenken des Straßenrads zu steuern. Aufgrund der fehlenden mechanischen Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Straßenrädern erhält der Fahrer jedoch ohne Drehmomentrückkopplung kein Gefühl für die Straße (im Gegensatz zu einer EPS, wie zuvor beschrieben).
In einem oder mehreren Beispielen simuliert das HWA 10, das mit der Lenksäule und mit dem Lenkrad gekoppelt ist, das Fahrgefühl des Fahrers auf der Straße. Das HWA 10 kann eine taktile Rückmeldung in Form von Drehmoment auf das Lenkrad aufbringen. Das HWA 10 empfängt ein Zahnstangenkraftsignal vom RWA 20, um ein entsprechendes Drehmomentgefühl für den Fahrer zu erzeugen. Alternativ können auch der Lenkradwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden, um das gewünschte Drehmomentgefühl für den Fahrer zu erzeugen.
Das HWA 10 und das RWA 20 weisen typischerweise eine „Lenkungsübersetzung“ auf, die bestimmt, wie stark sich die Position des Straßenrads ändert, wenn eine entsprechende Positionsänderung am Lenkrad des SbW-Systems 40 vorgenommen wird. In einem Lenksystem, das eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Straßenrad aufweist, hält ein Getriebe diese Übersetzung aufrecht. Im SbW-System 40 ist die Lenkungsübersetzung ein vorgegebener Wert. Im SbW-System 40 ist es jedoch möglich, dass die gewünschte Lenkungsübersetzung nicht immer eingehalten wird. Es gibt mehrere häufige Situationen, die dies verursachen können. Beispiele sind das Überschreiten der Geschwindigkeitskapazität des RWA 20 während einer schnellen Fahrereingabe, die Eingabe eines Lenkradwinkels, der eine Betätigung des Straßenrads über einen Fahranschlag hinaus erfordert, eine übermäßige Belastung des RWA 20 (über einem vorgegebenen Maximalschwellenwert), Initialisierungsprobleme und dergleichen.
Das Nichterreichen der gewünschten Lenkungsübersetzung führt zu einer Reihe von unerwünschten Effekten im Fahrzeug 100. Der wahrscheinlich größte negative Effekt ist, dass das SbW-System 40 weiterhin versucht, das Straßenrad entsprechend der gewünschten Lenkungsübersetzung zu bewegen, nachdem der Fahrer die Betätigung des Lenkrads eingestellt hat. Dies führt zu einer signifikanten Verzögerung bei der Reaktion des Fahrzeugs 100 und kann den Anschein erwecken, dass das Fahrzeug 100 weiterhin selbstständig gelenkt hat.
Da die beiden Systeme, das HWA 10 und das RWA 20, nicht mechanisch verbunden sind, kann die Verzögerung zwischen den beiden Systemen zu einem Fehler zwischen dem gewünschten Lenkwinkel des Fahrers und dem tatsächlichen Lenkwinkel an den Straßenrädern führen. Dieser Fehler kann dadurch verursacht werden, dass der Fahrer das HWA 10 schneller lenkt als das RWA 20 zum Lenken der Straßenräder in der Lage ist, oder der Fehler kann aufgrund eines Fehlerzustands eines oder beider Systeme auftreten. Da es wichtig ist, den vollen Betrieb des SbW-Systems 40 aufrechtzuerhalten, besteht eine technische Herausforderung darin, einen Fehler zu erkennen, der für den weiteren Betrieb des SbW-Systems 40 akzeptabel ist, im Gegensatz zu einem Fehler, der ein Fehlerzustand sein kann, der eine alternative Systemreaktion erfordert.
Die hierin beschriebenen technischen Lösungen gehen auf die vorstehend beschriebenen technischen Herausforderungen ein und ermöglichen die Maximierung der Reaktion des RWA 20 und die Ablehnung übermäßiger Fehler zwischen dem HWA 10 und dem RWA 20, wenn der Fehler als ein Fehlertyp angesehen wird, bei dem der SbW-Betrieb fortgesetzt werden kann. Die hierin beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen ferner die Aufrechterhaltung der Diagnosefähigkeit des SbW-Systems, um zu erkennen, wann der Fehlerzustand nicht normal ist, und um eine Fehlerreaktion einzuleiten.
2 stellt eine Aufzeichnung dar, die eine Zahnstangenkraft über einer Zahnstangengeschwindigkeit des RWA 20 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt. Eine Kurve 210 zeigt die Kapazität des RWA 20, die Position des Straßenrads synchron mit einem Befehl, den das RWA 20 vom HWA 10 erhält, zu ändern. Der Befehl vom HWA 10 kann ein Winkel sein, der einen Winkelbetrag anzeigt, den der Fahrer auf das physikalische System 12, beispielsweise auf das Lenkrad, aufbringt. Die Kapazität des RWA 20, die Position des Straßenrads als Reaktion darauf synchron zu ändern, hängt weiterhin von einer Zahnstangengeschwindigkeit ab, die eine Geschwindigkeit eines Motors oder Antriebssystems des RWA 20 darstellt. Für Befehle unterhalb oder auf der Kurve 210, wie beispielsweise den Befehl 220 und den Befehl 230, erzeugt das RWA 20 die gewünschte Reaktion, d.h. es positioniert die Straßenräder synchron mit einer Änderung eines Winkels des Lenkrads des Fahrzeugs entsprechend der Lenkungsübersetzung. Bei Befehlen außerhalb der durch die Kurve 210 dargestellten Grenzen, wie beispielsweise einem Befehl 240, reagiert das RWA 20 mit einer Leistung unterhalb der gewünschten Leistung, wobei das Straßenrad /die Straßenräder an einer Position positioniert wird/werden, die nicht mit einer Änderung der Position des Lenkrads gemäß der Lenkungsübersetzung übereinstimmt.
Es gibt zwei Betriebszustände, die berücksichtigt werden müssen. Erstens, das HWA 10 „überholt“ das RWA 20: Da das RWA 20 in der Zahnstangenkraft und der Zahnstangengeschwindigkeit begrenzt ist (2), kann der Fahrer das Lenkrad oder jedes andere physikalische System 12 des HWA 10 schneller lenken, als das RWA 20 synchron mithalten kann. Dieser Zustand wird so bezeichnet, dass das HWA 10 das RWA 20 „überholt“. Es versteht sich, dass dieser Zustand mit jedem anderen Begriff bezeichnet werden kann. Das „Überholen“ ist eine Funktion der Systemdimensionierung (z. B. Lenkungsübersetzung oder andere Abstimmparameter), stellt aber keinen „Fehler“-Zustand dar, sondern einen Grenzzustand des SbW-Systems 40. In solchen Fällen sollte das SbW-System 40 während des „Überhol“-Zustands voll funktionsfähig bleiben.
Ein zweiter Zustand ist der Fehlerzustand. Hier unterscheiden sich die Absicht des Fahrers, wie sie in der Änderung des physikalischen Systems 12 des HWA 10 dargestellt wird, und die tatsächliche Positionierung des RWA 20 aufgrund eines unerwünschten Fehlerzustands. In diesem Fall muss das SbW-System 40 den Fehlerzustand erkennen und entsprechend reagieren.
Um dieser technischen Herausforderung zu begegnen, unterscheiden die hierin beschriebenen technischen Lösungen den Unterschied zwischen dem ersten Zustand „Überholen“ und dem zweiten Zustand des Fehlerzustands. Die hierin beschriebenen technischen Lösungen bewerten einen Fehler zwischen der Position des Straßenrades, die durch das RWA 20 konfiguriert wird, und der Position, die durch das HWA 10 befohlen wird. Dabei ignoriert das SbW-System 40 den „normalen“ Zustand des Positionsfehlers, der dadurch verursacht wird, dass das HWA 10 das RWA 20 überholt.
Die hierin beschriebenen technischen Lösungen weisen entsprechend den „normalen“ Fehler des „Überhol“-Zustands bei der Erkennung des Fehlerzustands zurück. Zu diesem Zweck ermöglichen die hierin beschriebenen technischen Lösungen eine Diagnose, die die Begrenzungen bei Kraft und Geschwindigkeit des RWA bei der Auswertung von Positionsfehlern berücksichtigt.
3 stellt ein Blockdiagramm des exemplarischen SbW-Systems 40 dar, das eine Diagnose nach einer oder mehreren Ausführungsformen der hierin beschriebenen technischen Lösungen bereitstellt. Neben dem HWA 10, dem RWA 20 und dem physikalischen System 24 (als Zahnstange beschriftet) beinhaltet das abgebildete SbW-System 40 ein Zahnstangengeschwindigkeit-Kapazitätsmodul 310, einen Begrenzungsblock 320, einen Vergleichsblock 330 und einen Diagnoseblock 340. Das Zahnstangengeschwindigkeit-Kapazitätsmodul 310, der Begrenzungsblock 320, der Vergleichsblock 330 und der Diagnoseblock 340 können zusammen als Diagnosevorrichtung betrachtet werden, die eine Diagnose des SbW-Systems 40 durchführt. Es ist zu beachten, dass die dargestellten Blöcke einzelne Module, Teil eines einzelnen Moduls oder nach jeder möglichen Kombination kombiniert sein können. So können beispielsweise der Vergleichsblock 330 und der Diagnoseblock 340 Teil eines einzigen Moduls sein. Jede andere mögliche Kombination ist möglich.
Wie hierin beschrieben, stellt das HWA 10 den Befehl basierend auf der Eingabe des Fahrers in das physikalische System 12 (z.B. das Lenkrad) bereit. Die dem Befehl entsprechende Zahnstangenkraft wird vom RWA 20 berechnet. Die berechnete Zahnstangenkraft wird auf die Zahnstange 24 aufgebracht, beispielsweise unter Verwendung eines Motors, eines Antriebssystems und dergleichen. Die Zahnstangenkraft bewirkt, dass die Zahnstange 24 und in der Folge ein oder mehrere Straßenräder des Fahrzeugs 100 ihre Position ändern. Die resultierende Position wird als tatsächliche Position der Zahnstange 24 (oder des Straßenrades) bezeichnet.
Typischerweise vergleicht der Vergleichsblock 330 die tatsächliche Position/Istposition mit einer gewünschten Position/Sollposition gemäß dem Befehl von dem HWA 10, um einen Schleppfehler zu bestimmen. 4 stellt eine typische Berechnung des Schleppfehlers 430 zwischen der tatsächlichen Position 420 und einer befohlenen Position 410 dar. Die befohlene Position 410 kann eine befohlene Zahnstangenposition, eine befohlene Straßenradposition oder eine befohlene Position für jede andere Komponente des physikalischen Systems 24 sein. Die tatsächliche Position 420 ist die gemessene Position dieser Komponente, wobei die tatsächliche Position 420 beispielsweise von einem Sensor gemessen wird. Die befohlene Position 410 kann unter Verwendung einer Lenkungsübersetzung und des Befehls von dem HWA 10 berechnet werden. Ein Unterschied zwischen der berechneten befohlenen Position 410 und der tatsächlichen Position 420 ist der Schleppfehler 430. Der Diagnoseblock 340 vergleicht den Schleppfehler 430 mit einem Schwellenwert, der ein vorgegebener Wert sein kann. Wenn der Schleppfehler 430 den Schwellenwert überschreitet, geht der Diagnoseblock 340 davon aus, dass das SbW-System 40 einen Fehlerzustand aufweist und gibt eine Benachrichtigung aus, die den Fehlerzustand anzeigt. In einem oder mehreren Beispielen wird das SbW-System 40 in solchen Fällen außer Betrieb gesetzt. Andere Arten von Benachrichtigungen können eine audiovisuelle Nachricht über eine Fahrer-Fahrzeug-Schnittstelle, eine haptische Rückmeldung über das physikalisehe System 12 und/oder andere derartige Techniken beinhalten. Wie hierin beschrieben, weisen solche Techniken jedoch das technische Problem auf, dass die beiden hierin beschriebenen Zustände nicht separat erkannt werden können.
Dementsprechend berechnet das Zahnstangengeschwindigkeit-Kapazitätsmodul 310 eine Zahnstangengeschwindigkeitskapazität basierend auf der Zahnstangenkraft, die dem vom HWA 10 bereitgestellten Befehl entspricht. Der Begrenzungsblock 320 begrenzt die berechnete Position, die auf der vom HWA 10 befohlenen Position 410 basiert, unter Verwendung der berechneten Zahnstangengeschwindigkeitskapazität. Dementsprechend wird ein zweites Referenzsignal berechnet, indem die befohlene Position unter Verwendung der Zahnstangengeschwindigkeitskapazität begrenzt wird. Das zweite Referenzsignal wird dann dem Vergleichsblock 330 zum Vergleich mit der tatsächlichen Position zugeführt.
5 stellt die Berechnung des Schleppfehlers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der hierin beschriebenen technischen Lösungen dar. Wie dargestellt, wird eine Referenzposition 510 berechnet, indem die befohlene Position 410 begrenzt wird. Weiterhin berechnet der Vergleichsblock 330 einen Referenzschleppfehler 520, indem er eine Differenz zwischen der Referenzposition 510 und der tatsächlichen Position 420 berechnet. Der Diagnoseblock 340 verwendet den Referenzschleppfehler 520, um zu bestimmen, ob ein Fehlerzustand im SbW-System 40 vorliegt.
Durch die Verwendung des Referenzschleppfehlers 520 (anstelle des Schleppfehlers 430) kann die Diagnose den Fehlerzustand, der sich von dem hierin beschriebenen Zustand „Überholen“ unterscheidet, zuverlässig erkennen.
Das Zahnstangengeschwindigkeit-Kapazitätsmodul 310 bestimmt die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität unter Verwendung einer nichtlinearen Funktion zwischen der Zahnstangenkraft und der Zahnstangengeschwindigkeit (2). In einem oder mehreren Beispielen verwendet das Zahnstangengeschwindigkeit-Kapazitätsmodul 310 eine Nachschlagetabelle, auf die unter Verwendung der vom RWA 20 berechneten Zahnstangenkraft zugegriffen wird. So liefert beispielsweise die Nachschlagetabelle einen entsprechenden Wert für die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität für die berechnete Zahnstangenkraft. Der Begrenzungsblock 320 nutzt anschließend die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität, um die befohlene Position 410 zu begrenzen, die mit dem Befehl von dem HWA berechnet wird.
Alternativ oder zusätzlich bestimmt das Zahnstangengeschwindigkeit-Kapazitätsmodul 310 die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität unter Verwendung eines Motordrehmoments und einer Motorgeschwindigkeit eines Motors des RWA 20. 6 stellt eine exemplarische nichtlineare Beziehung zwischen dem Motordrehmoment und der Motorgeschwindigkeit gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Die vom RWA 20 berechnete Zahnstangenkraft wird in ein Motordrehmoment für den Motor des RWA 20 umgewandelt. Das Motordrehmoment wird verwendet, um einen Drehmomentbefehl an den Motor zu bestimmen, der bewirkt, dass sich die Zahnstangenposition entsprechend einer Welle des Motors ändert. Die Motorgeschwindigkeit ist eine Geschwindigkeit, mit der der Motor des RWA 20 aufgrund des aufgebrachten Motordrehmoments seine Position ändert. Die Umwandlung der Zahnstangenkraft in das Motordrehmoment basiert auf einem kinematischen Verhältnis, das einen vorgegebenen Wert aufweist und eine Beziehung zwischen der Zahnstangenpositionsänderung und der Motorpositionsänderung anzeigt. Die Motorgeschwindigkeit kann mit einem Sensor bestimmt werden, z.B. einem Positionssensor, der die Position des Motors liefert. In einem oder mehreren Beispielen kann die Motorgeschwindigkeit durch Differenzierung der Positionsmessungen vom Positionssensor bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein anderer Sensortyp verwendet werden.
Hier bestimmt das Zahnstangengeschwindigkeit-Kapazitätsmodul 310, wie dargestellt, in Abhängigkeit vom Motordrehmoment und der entsprechenden Motorgeschwindigkeit die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität. Wenn das Paar aus Motordrehmoment und Motorgeschwindigkeit einem Punkt innerhalb der vorgegebenen Grenzen 605 entspricht, begrenzt die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität die befohlene Position 410 basierend auf dem Motordrehmoment und der Motorgeschwindigkeit nicht. So stellen beispielsweise die Punkte 610 und 620 in 6 Motorgeschwindigkeits- und Motordrehmomentpaare dar, die innerhalb der Grenzen 605 liegen. Wenn sich das Motorgeschwindigkeits- und Motordrehmomentpaar hingegen außerhalb der Grenzen, wie beispielsweise bei dem Punkt 630, befindet, wird die befohlene Position 410 an den Grenzen 605 durch Begrenzung der Motorgeschwindigkeit begrenzt. Dementsprechend wird anstelle des Punktes 630 der Punkt 640 verwendet, indem eine dem Punkt 640 entsprechende Motorgeschwindigkeit als Zahnstangengeschwindigkeitskapazität verwendet wird. Die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität wird anschließend verwendet, um die befohlene Position 410 wie hierin beschrieben zu begrenzen, um die Referenzposition 510 zu berechnen.
7 stellt ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zur Durchführung der Systemdiagnose eines SbW-Systems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das Verfahren beinhaltet, dass das HWA 10 bei 710 einen Befehl an das RWA 20 sendet. Der Befehl kann ein Drehmomentbefehl, ein Positionsbefehl oder ein beliebiger anderer Befehl sein, um die befohlene Position 410 für das physikalische System 24 anzuzeigen, wie beispielsweise die Straßenräder, die Zahnstange usw. Der Befehl basiert auf einer Eingabe von einem Fahrer des Fahrzeugs 100. Der Fahrer kann ein menschlicher Bediener oder ein automatisiertes Fahrsystem sein.
Das Verfahren beinhaltet ferner, dass das RWA 20 bei 720 eine Position für das physikalische System 24 gemäß der befohlenen Position 410 berechnet. Das RWA 20 positioniert ferner das Straßenrad und/oder die Zahnstange entsprechend der berechneten Position auf die tatsächliche Position 420. Weiterhin beinhaltet das Verfahren bei 730 das Berechnen der Referenzposition 510. Das Berechnen der Referenzposition 510 wird vom Zahnstangengeschwindigkeit-Kapazitätsmodul 310 durchgeführt, indem eine gewünschte Position, die unter Verwendung der befohlenen Position 410 berechnet wird, begrenzt wird.
Das Verfahren beinhaltet bei 740 ferner das Berechnen des Referenzschleppfehlers 520 unter Verwendung der Referenzposition 510 und der tatsächlichen Position 420. Der Referenzschleppfehler 520 kann die Differenz zwischen der Referenzposition 510 und der tatsächlichen Position 420 sein. Der Referenzschleppfehler 520 wird bei 750 dann zur Durchführung einer Diagnose des SbW-Systems 40 verwendet, um zu bestimmen, ob ein Fehlerzustand vorliegt. Der Fehlerzustand gilt als gegeben, wenn der Referenzschleppfehler 520 einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Im Falle des Fehlerzustands kann das SbW-System 40 dem Betreiber eine oder mehrere Benachrichtigungen zur Verfügung stellen, die eine audiovisuelle Benachrichtigung, eine Benachrichtigung durch haptische Rückmeldung, ein elektronisches Signal oder eine andere solche Benachrichtigung beinhalten können. Darüber hinaus kann das SbW-System 40 außer Betrieb gestellt werden, wenn der Referenzschleppfehler einen zweiten (größeren) Schwellenwert überschreitet.
Die eine oder die mehreren Ausführungsformen der hierin beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen die dynamische Diagnose eines SbW-Systems zur Laufzeit und verbessern die bestehenden Techniken, indem sie zwischen einem Fehlerzustand und einem Zustand unterscheiden, in dem ein HWA das RWA überholt, wobei letzterer kein Fehlerzustand ist.
Obwohl die technischen Lösungen im Zusammenhang mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurden, sollte leicht verständlich sein, dass die technischen Lösungen nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt sind. Vielmehr können die technischen Lösungen modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder gleichwertigen Anordnungen zu integrieren, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber dem Geist und dem Umfang der technischen Lösungen entsprechen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben wurden, ist es zudem verständlich, dass Aspekte der technischen Lösungen nur einige der beschriebenen Ausführungsformen beinhalten können. Dementsprechend sind die technischen Lösungen nicht als durch die vorstehende Beschreibung begrenzt anzusehen.

Claims

Steer-By-Wire-Lenksystem, umfassend: ein Lenkradstellglied, das eine befohlene Position für eine Zahnstange eines Fahrzeugs bereitstellt; ein Straßenradstellglied, das die Zahnstange basierend auf der vom Lenkradstellglied befohlenen Position in eine Zahnstangenposition bewegt; und eine Diagnosevorrichtung, die ausgestaltet ist, um: eine Referenzposition basierend auf der befohlenen Position zu berechnen; einen Referenzschleppfehler basierend auf einer Differenz zwischen der Referenzposition und der Zahnstangenposition zu berechnen; und einen Fehlerzustand bei dem Lenksystem mit Hilfe des Referenzschleppfehlers zu bestimmen.
Steer-By-Wire-Lenksystem nach Anspruch 1, wobei die Diagnosevorrichtung die Referenzposition berechnet, indem sie die befohlene Position unter Verwendung einer Zahnstangengeschwindigkeitskapazität begrenzt.
Steer-By-Wire-Lenksystem nach Anspruch 2, wobei die Diagnosevorrichtung die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität unter Verwendung einer Zahnstangenkraft berechnet.
Steer-By-Wire-Lenksystem nach Anspruch 2, wobei die Diagnosevorrichtung die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität unter Verwendung eines Motordrehmoments eines Motors des Straßenradstellglieds berechnet.
Steer-By-Wire-Lenksystem nach Anspruch 4, wobei die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität unter Verwendung einer nichtlinearen Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit und dem Motordrehmoment berechnet wird.
Steer-By-Wire-Lenksystem nach Anspruch 4, wobei die Diagnosevorrichtung die befohlene Position begrenzt, um die Referenzposition zu berechnen, wenn die durch die befohlene Position verursachte Zahnstangengeschwindigkeit die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität überschreitet.
Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 1, wobei die Diagnosevorrichtung den Fehlerzustand als Reaktion darauf bestimmt, dass der Referenzschleppfehler einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren zum Durchführen einer Diagnose für ein Steer-by-Wire-Lenksystem, wobei das Verfahren umfasst: Senden einer von einem Lenkradstellglied befohlenen Position zum Empfangen durch ein Straßenradstellglied; Positionieren einer Zahnstange durch das Straßenradstellglied in eine Zahnstangenposition basierend auf der befohlenen Position; Berechnen einer Referenzposition basierend auf der befohlenen Position durch eine Diagnosevorrichtung; Berechnen eines Referenzschleppfehlers basierend auf einer Differenz zwischen der Referenzposition und der Zahnstangenposition durch die Diagnosevorrichtung; und Bestimmen eines Fehlerzustands bei dem Steer-By-Wire-System durch die Diagnosevorrichtung unter Verwendung des Referenzschleppfehlers.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Diagnosevorrichtung die Referenzposition berechnet, indem sie die befohlene Position unter Verwendung einer Zahnstangengeschwindigkeitskapazität begrenzt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Diagnosevorrichtung die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität unter Verwendung einer Zahnstangenkraft berechnet.
Verfahren nach Anspruch 9, worin die Diagnosevorrichtung die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität unter Verwendung eines Motordrehmoments eines Motors des Straßenradstellglieds berechnet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität unter Verwendung einer nichtlinearen Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit und dem Motordrehmoment berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Diagnosevorrichtung die befohlene Position begrenzt, um die Referenzposition zu berechnen, wenn die durch die befohlene Position verursachte Zahnstangengeschwindigkeit die Zahnstangengeschwindigkeitskapazität überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Diagnosevorrichtung den Fehlerzustand als Reaktion darauf bestimmt, dass der Referenzschleppfehler einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Computerprogrammprodukt, umfassend eine Speichervorrichtung mit darin gespeicherten computerausführbaren Anweisungen, wobei die computerausführbaren Anweisungen, wenn sie von einer oder mehreren Verarbeitungseinheiten ausgeführt werden, die Verarbeitungseinheiten dazu veranlassen, eine Diagnose eines Steer-By-Wire-Lenksystems durchzuführen, wobei das Durchführen der Diagnose umfasst: Positionieren einer Zahnstange durch ein Straßenradstellglied in eine Zahnstangenposition basierend auf einer von einem Lenkradstellglied befohlenen Position; Berechnen einer Referenzposition basierend auf der befohlenen Position; Berechnen eines Referenzschleppfehlers basierend auf einer Differenz zwischen der Referenzposition und der Zahnstangenposition; und Bestimmen eines Fehlerzustands bei dem Steer-By-Wire-Lenksystem unter Verwendung des Referenzschleppfehlers.