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HINTERGRUND
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Steer-by-Wire-Lenksysteme (SBW-Lenksysteme) verfügen über keine direkte mechanische Verbindung zwischen dem menschlichen Fahrer und den lenkbaren Straßenrädern, stattdessen wird eine Eingabe von dem menschlichen Fahrer an die Straßenräder unter Verwendung eines oder mehrerer elektrischer Signale übermittelt, die veranlassen, dass Drehmoment erzeugt und auf die Straßenräder aufgebracht wird. Der Fahrer interagiert mit einem Handradaktor (HWA) und die Straßenräder werden durch einen Straßenradaktor (RWA) gelenkt. Diese beiden Systeme sind nur elektrisch (durch Drähte) gekoppelt. Ein SBW-Lenksystem, welches die Erzeugung eines Rückmeldungssignals in Zusammenhang mit einer mechanischen Endanschlagsposition unter Einbeziehung des Lenkwinkels des Handrads und der Zunahme der Lenkgeschwindigkeit umfasst, ist aus der Druckschrift
JP 2016-164 017 A bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes SBW-Lenksystem bereitzustellen, welches dem Fahrer durch taktile Rückmeldung ein Gefühl für die Straße vermittelt.
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Die Aufgabe wird durch ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Weiterentwicklungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Es werden hier technische Lösungen für Steer-by-Wire-Lenksysteme (SBW-Lenksysteme) beschrieben, um eine Zahnstangenbegrenzungsbedingung zu detektieren und ein darauf ansprechendes Handraddrehmoment für einen Fahrer zu erzeugen.
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Erfindungsgemäß detektiert das Steer-by-Wire-Lenksystem eine Zahnstangenbegrenzungsbedingung. Das Steer-by-Wire-Lenksystem enthält einen Prozessor, der Eingabesignale empfängt, die ein Handradgeschwindigkeitssignal und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal umfassen. Der Prozessor bestimmt eine simulierte linke Endanschlagsposition einer Zahnstange beruhend auf den Eingabesignalen und eine simulierte rechte Endanschlagsposition einer Zahnstange beruhend auf den Eingabesignalen. Der Prozessor vergleicht eine Zahnstangenposition mit der simulierten linken Endanschlagsposition und mit der simulierten rechten Endanschlagsposition. Der Prozessor erzeugt ein Rückmeldungssignal beruhend auf der Feststellung, dass die Zahnstangenposition nicht innerhalb eines Bereichs liegt, der durch die linke Endanschlagsposition und durch die rechte Endanschlagsposition begrenzt ist, wobei der Prozessor ferner ausgestaltet ist, um ein Fahrzeugmanöver beruhend auf dem Rückmeldungssignal auszuführen.
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Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zum Detektieren einer Zahnstangenbegrenzungsbedingung, dass Eingabesignale empfangen werden, die ein Handradgeschwindigkeitssignal und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal umfassen. Das Verfahren umfasst ferner, dass beruhend auf den Eingabesignalen eine simulierte linke Endanschlagsposition einer Zahnstange bestimmt wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass beruhend auf den Eingabesignalen eine simulierte rechte Endanschlagsposition einer Zahnstange bestimmt wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine Zahnstangenposition mit der simulierten linken Endanschlagsposition und mit der simulierten rechten Endanschlagsposition verglichen wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass beruhend auf einer Feststellung, dass die Zahnstangenposition nicht innerhalb eines Bereichs liegt, der durch die linke Endanschlagsposition und die rechte Endanschlagsposition begrenzt ist, ein Rückmeldungssignal erzeugt wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein Fahrzeugmanöver beruhend auf dem Rückmeldungssignal ausgeführt wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden und weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden genauen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen:
- 1 ein Fahrzeug mit einem Lenksystem in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht;
- 2 ein Blockdiagramm des HWA in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
- 3 ein Blockdiagramm zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzung und zur Rückmeldung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
- 4 ein Beispiel dafür darstellt, wie ein Schwellenwert zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzung beruhend auf der Handradgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden kann;
- 5 eine beispielhafte Operation zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzungsbedingung und zur Rückmeldung in Übereinstimmung mit einem beispielhaften Szenario zeigt;
- 6 eine andere beispielhafte Operation zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzungsbedingung und zur Rückmeldung in Übereinstimmung mit einem beispielhaften Szenario zeigt; und
- 7 ein Flussdiagramm für die Detektion einer Zahnstangenbegrenzungsbedingung und für die entsprechende Lenkraddrehmomentrückmeldung für SBW-Systeme in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Die Begriffe Modul und Teilmodul bezeichnen, so wie sie hier verwendet werden, eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen wie etwa eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, können die nachstehend beschriebenen Teilmodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
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Es werden hier mehrere Ausführungsformen von Lenksystemen beschrieben, etwa von Steer-by-Wire-Lenksystemen (SBW-Lenksystemen), welche die Detektion einer Randsteinbedingung bereitstellen.
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Mit Bezug nun auf die Figuren, in denen die Erfindung mit Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wird, ohne sie einzuschränken, ist in 1 ein Steer-by-Wire-Lenksystem (SBW-Lenksystem) 40 in einem Fahrzeug 100 dargestellt. Es ist festzustellen, dass das gezeigte und beschriebene SBW-System 40 in einem autonomen oder halbautonomen Fahrzeug oder in einem herkömmlicheren Fahrzeug verwendet werden kann. Das SBW-System 40 enthält einen Handradaktor (HWA) 10 und einen Straßenradaktor (RWA) 20.
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Der HWA 10 enthält eine oder mehrere mechanische Komponenten 12, etwa ein Handrad (Lenkrad), eine Lenksäule und einen Motor/Umrichter, der an der Lenksäule entweder durch einen Getriebemechanismus oder ein Direktantriebssystem angebracht ist. Der HWA 10 enthält ferner einen Mikrocontroller 14, der den Betrieb der mechanischen Komponenten 12 steuert. Der Mikrocontroller 14 empfängt und/oder erzeugt Drehmoment mit Hilfe der einen oder der mehreren mechanischen Komponenten 12.
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Der RWA enthält eine oder mehrere mechanische Komponenten 22, etwa eine Lenkungszahnstange und/oder ein Ritzelzahnrad, die mit einem Motor/Umrichter durch eine Kugelmutter/Kugelrollspindel-(Getriebe-)Anordnung gekoppelt sind, und die Zahnstange ist durch Spurstangen mit den Straßenrädern/Reifen des Fahrzeugs verbunden. Der RWA 20 enthält einen Mikrocontroller 24, der den Betrieb der mechanischen Komponenten 22 steuert. Der Mikrocontroller 24 empfängt und/oder erzeugt Drehmoment mit Hilfe der einen oder der mehreren mechanischen Komponenten 22.
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Die Mikrocontroller 14 und 24 sind durch elektrische Verbindungen gekoppelt, die ermöglichen, dass Signale übertragen/empfangen werden können. Bei der Bezugnahme hierin kann ein Controller eine Kombination aus dem HWA-Controller 14 und dem RWA-Controller 24 oder einen beliebigen der speziellen Mikrocontroller enthalten.
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In einem oder mehreren Beispielen kommunizieren die Controller 14 und 24 des SBW-Systems 40 miteinander durch eine CAN-Schnittstelle (oder andere ähnliche digitale Kommunikationsprotokolle). Die Führung des Fahrzeugs 100, das mit dem SBW-System 40 ausgestattet ist, wird durch die Verwendung des Lenkgetriebes mit einer Eingabewelle ausgeführt, die von dem RWA 20, etwa einem Servoaktor, gedreht wird. Der RWA 20 empfängt ein elektronisches Kommunikationssignal einer 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 den RWA 20 gesendet, der eine Positionsregelung ausführt, um einen Verfahrweg der Zahnstange zum Lenken des Straßenrads zu steuern. Aufgrund des Fehlens einer mechanischen Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Straßenrädern wird dem Fahrer jedoch ohne eine Drehmomentrückmeldung kein Gefühl für die Straße bereitgestellt (im Gegensatz zu dem Fall einer EPS, wie vorstehend beschrieben wurde).
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In einem oder mehreren Beispielen simuliert der HWA 10, der mit der Lenksäule und dem Lenkrad gekoppelt ist, das Gefühl eines Fahrers für die Straße. Der HWA 10 kann eine taktile Rückmeldung in der Form von Drehmoment auf das Lenkrad aufbringen. Der HWA 10 empfängt ein Zahnstangenkraftsignal von dem RWA 20, um ein geeignetes Drehmomentgefühl für den Fahrer zu erzeugen. Alternativ können auch der Handradwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden, um das gewünschte Drehmomentgefühl für den Fahrer zu erzeugen.
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Es ist festzustellen, dass das gezeigte und beschriebene Steer-by-Wire-Lenksystem 40 in einem autonomen oder halbautonomen Fahrzeug oder in einem herkömmlicheren Fahrzeug verwendet werden kann. Zum Beispiel können die Controller 14 und 24 mit einem autonomen oder halbautonomen Fahrzeug auch unter Verwendung eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems („ADAS“) 27 verbunden sein. Das ADAS-System 27 kann ein Navigationssystem nutzen, das ermöglicht, dass das Fahrzeug 100 und seine Passagiere von Tür zu Tür fahren, ohne dass der Bediener jemals das Fahrzeug 100 lenken muss. Wenn das ADAS-System 27 aktiviert ist, wird das Lenkrad 12 zur Steuerung des Fahrzeugs 100 nicht benötigt, und daher wird eine Drehung des Lenkrads 12 während des autonomen Fahrmodus nicht benötigt. In einem oder mehreren Beispielen, die das ADAS-System 27 enthalten, empfangen die Aktoren 10 und 20, wenn das ADAS-System 27 nicht aktiv ist, ein elektronisches Kommunikationssignal einer Drehung des Lenkrads 12 durch den Fahrer/Bediener des Fahrzeugs 100. Das ADAS-System 27 wird aktiviert, wenn eine autonome Fahrzeugfahrbedingung gewünscht wird, wodurch eine Richtungssteuerung der Straßenräder 22 durch das Lenkrad 12 deaktiviert wird. Der Fahrer ist in der Lage, zwischen der autonomen Fahrzeugfahrbedingung und einer nichtautonomen Fahrzeugfahrbedingung umzuschalten.
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2 stellt ein Blockdiagramm des HWA in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Die nichtautonome Fahrzeugfahrbedingung (nichtaktiver Modus des ADAS-Systems 27, wenn das ADAS-System 27 enthalten ist) umfasst, dass ein Fahrer das Lenkrad 12 steuert, um die Richtung des Fahrzeugs 100 zu steuern. Wie vorstehend erwähnt empfängt der HWA 10, wenn das ADAS-System 27 nicht aktiv ist, ein elektronisches Kommunikationssignal einer Drehung des Lenkrads 14 durch den Fahrer. Aufgrund des Fehlens einer mechanischen Verbindung zwischen dem Lenkrad 12 und den Straßenrädern 22 wird für den Fahrer jedoch ohne eine Drehmomentrückmeldung kein Gefühl für die Straße bereitgestellt. In einem oder mehreren Beispielen enthält der HWA 10 ein Drehmomentsystem 200 zum Simulieren von Drehmoment für den Fahrer. Das Drehmomentsystem 200 kann einen Servoaktor enthalten, der mit einer Lenksäule 16 und mit dem Lenkrad 12 gekoppelt ist, um das Gefühl des Fahrers für die Straße zu simulieren. Das Drehmomentsystem 200 kann eine taktile Rückmeldung in der Form von Drehmoment auf das Lenkrad 12 und/oder die Lenksäule 16 aufbringen. Es sei darauf hingewiesen, dass in einem oder mehreren Beispielen das Drehmomentrückmeldungssystem 200 die taktile Rückmeldung unter Verwendung beliebiger anderer Komponenten anstelle eines weiteren Servoaktors bereitstellen kann, der mit der Lenksäule 16 und dem Lenkrad 12 gekoppelt ist, um eine taktile Rückmeldung in der Form von Drehmoment für das Lenkrad 12 bereitzustellen, um das Gefühl des Fahrers für die Straße zu simulieren.
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Aspekte der hier beschriebenen Ausführungsformen können durch ein beliebiges geeignetes Steuerungssystem und/oder eine beliebige geeignete Verarbeitungsvorrichtung, etwa durch die Controller 14 und 24, ausgeführt werden. In einer Ausführungsform können die Controller 14 und 24 eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) sein. Das Fahrzeug 100 kann zusätzliche ECUs enthalten. Die Controller 14 und 24 empfangen Informationen von den anderen ECUs, etwa ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, ein oder mehrere Sensorinformationssignale und verschiedene andere elektronische Informationssignale. Wie vorstehend beschrieben wurde, gibt es viele Kommunikationsverfahren, die für eine Kommunikation zwischen Mikrocontrollern entworfen sind, unter anderem die Protokolle SCI, CAN und MLI. Jedes Protokoll kann einen Teil der Sicherheitsaspekte der Datenhandhabung erfüllen, stellt aber nicht von Natur aus sicher, dass alle Sicherheitsaspekte abgedeckt werden.
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Wenn SBW verwendet wird, wird das von dem HWA-Motor gelieferte Drehmoment auf ein Referenzdrehmoment (Tref) hin gesteuert. Dieses Referenzdrehmoment wird dann mit dem tatsächlichen Drehmoment verglichen, das an dem Handrad gemessen wird (Torsionsstab-Drehmoment). Der Fehler zwischen diesen beiden erzeugt einen Fehler, und ein Regelkreis wird verwendet, um den Drehmomentfehler zu managen. Die Steuerung wird manchmal als Drehmomentregelung bezeichnet.
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Eine technische Herausforderung existiert dann, wenn sich das Fahrzeug 100 in einem Zustand befindet, bei dem die Zahnstange 22 sich aufgrund entweder ihrer mechanischen Begrenzungen oder von Umgebungsrestriktionen (zum Beispiel in einem Graben, einer Spurrille, an einem Randstein oder dergleichen) oder von Systemkapazitätsrestriktionen (beispielsweise kann sich ein Zahnstangenmotor in einem verschlechterten Zustand befinden, bei dem seine Ausgabekapazität reduziert ist) physikalisch nicht bewegen kann. In diesen Fällen kann der normale Lenkgefühlalgorithmus diese Bedingungen nicht detektieren, und als Folge kann der HWA 10 keinen adäquaten Drehmomentbetrag bereitstellen (typischerweise einen großen Drehmomentbetrag und jenseits eines Erfassungsbereichs eines Drehmomentsensors), um für den Fahrer die begrenzte Situation darzustellen, in der sich die Zahnstange befindet. Es ist jedoch dringend erforderlich, den Fahrer über diese Bedingungen zu informieren, so dass der Fahrer eine geeignete Maßnahme ergreifen kann. Außerdem ist es sehr wichtig, eine adäquate Drehmomentrückmeldung bereitzustellen, um zu verhindern, dass der Fahrer das Handrad 12 in eine Richtung bewegt, der die Zahnstange 22 nicht folgen kann. Letzteres kann bewirken, dass das Handrad 12 und das Straßenrad 22 (oder die Zahnstange) die Synchronisation verlieren, was andere Probleme schaffen kann. Folglich wird eine umfassende Funktion benötigt, um die Detektion aller Situationen zu ermöglichen, bei den eine Zahnstangenbewegung eingeschränkt ist, und um eine angemessene Rückmeldung für den Fahrer unter diesen Umständen bereitzustellen. Die hier beschriebene technische Lösung spricht diese technischen Herausforderungen an.
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3 stellt ein Blockdiagramm für die Detektion und Rückmeldung einer Zahnstangenbegrenzung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Die Detektion und Rückmeldung sind unter Verwendung von fünf Funktionsblöcken dargestellt: Erzeugung 310 eines Schwellenwerts zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzung, Justierung 320 eines simulierten Endanschlags, am Handrad simulierte Endanschlagfunktion 330, Zahnstangendiagnose 340 eines SBW-Fahrzeugs und Zahnstangendiagnose/Streckenplanung 350 eines autonomen Fahrzeugs. Es sei angemerkt, dass die dargestellten Blöcke beispielhaft sind und dass in anderen Beispielen die Detektion und die Rückmeldung unter Verwendung anderer Blöcke und/oder zusätzlicher oder weniger Blöcke repräsentiert werden können.
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Die Zahnstangendiagnose 340 eines SBW-Fahrzeugs ist verantwortlich für das dynamische Bestimmen einer Fehlerbedingung bei der Zahnstange (oder bei anderen Komponenten) des SBW-Systems 40. Wenn die eine oder die mehreren Komponenten des SBW-Systems 40 beispielsweise nicht innerhalb vorbestimmter Schwellenwerte/Bereiche betrieben werden, die den jeweiligen Komponenten zugeordnet sind, setzt die Zahnstangendiagnose 340 eines SBW-Fahrzeugs einen Fehlermerker, der bewirken kann, dass das SBW-System 40 den Fahrer benachrichtigt und/oder jeglichen weiteren Betrieb des SBW-Systems 40 verhindert. In einem oder mehreren Beispielen kann der Fehlermerker, wenn das Fahrzeug 100 mit einem ADAS 27 ausgestattet ist, bewirken, dass das ADAS 27 das Fahrzeug 100 zu einem sicheren Halt oder zu einer Kundendienststation manövriert oder ein beliebiges anderes Manöver ausführt.
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Auf ähnliche Weise ist die Zahnstangendiagnose/Streckenplanung 350 eines autonomen Fahrzeugs für das dynamische Bestimmen einer Fehlerbedingung bei der Zahnstange (oder bei anderen Komponenten) des Fahrzeugs 100 verantwortlich. Wenn die eine oder die mehrere Komponenten des Fahrzeugs 100 beispielsweise nicht innerhalb vorbestimmter Schwellenwerte/Bereiche betrieben werden, die den jeweiligen Komponenten zugeordnet sind, setzt die Zahnstangendiagnose/Streckenplanung 350 eines autonomen Fahrzeugs einen Fehlermerker, der bewirken kann, dass das Fahrzeug 100 den Fahrer benachrichtigt und/oder jeglichen weiteren Betrieb des Fahrzeugs 100 verhindert. In einem oder mehreren Beispielen kann der Fehlermerker bewirken, dass das ADAS 27 das Fahrzeug 100 in einen sicheren Halt oder zu einer Kundendienststation manövriert oder ein beliebiges anderes Manöver ausführt.
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Das Erzeugen 310 eines Schwellenwerts zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzung verwendet die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Handradgeschwindigkeit als Eingabe und berechnet einen Schwellenwert zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzung. 4 stellt ein Beispiel dafür dar, wie der Schwellenwert zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen beruhend auf den beiden Eingaben berechnet werden kann. Wie ersichtlich ist, variiert der Schwellenwert zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzung dynamisch, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit verändert.
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Mit Bezug auf 3 verwendet der zweite Block, das Justieren 320 eines simulierten Endanschlags, den berechneten Schwellenwert zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzung sowie einen linken mechanischen Endanschlag der Zahnstange und einen rechten mechanischen Endanschlag der Zahnstange und berechnet linke und rechte simulierte Endanschlagspositionen. In einem oder mehreren Beispielen wird die Berechnung unter Verwendung folgender Ausdrücke ausgeführt. In anderen Beispielen jedoch kann die Berechnung variieren, ohne von den hier beschriebenen innovativen Konzepten der technischen Lösungen abzuweichen.
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Simulierte Position des linken Endanschlags = max (Zahnstangenposition - Schwellenwert zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzung, linke mechanische Begrenzung der Zahnstange); und
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Simulierte Position des rechten Endanschlags = min (Zahnstangenposition + Schwellenwert zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzung, rechte mechanische Begrenzung der Zahnstange).
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Die Ausgabe des Justierens 320 eines simulierten Endanschlags bestimmt den Zustand der Zahnstangenbewegung und leitet diesen an die Zahnstangendiagnose 340 eines SBW-Fahrzeugs weiter, wenn das Fahrzeug 100 ein mit SBW ausgestattetes Fahrzeug ist. Alternativ oder zusätzlich übermittelt das Justieren 320 eines simulierten Endanschlags die Ausgabe an die Zahnstangendiagnose/Streckenplanung 350 eines autonomen Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug 100 ein autonomes Fahrzeug ist. Im Fall, dass das Fahrzeug 100 ein mit SBW ausgestattetes autonomes Fahrzeug ist, können die beiden Blöcke 340 und 350 die Ausgabe aus der Justierung 320 eines simulierten Endanschlags empfangen. Der linke mechanische Endanschlag der Zahnstange und der rechte mechanische Endanschlag der Zahnstange sind vorbestimmte Werte, die eine physikalische Begrenzung der Bewegung der Zahnstange repräsentieren.
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Schließlich verwendet die am Handrad simulierte Endanschlagsfunktion 330 die Handradposition, die Handradgeschwindigkeit sowie die linke und die rechte simulierte Endanschlagsposition und berechnet einen geeigneten Betrag an Benachrichtigungsdrehmoment (typischerweise > 10 Nm), um den Fahrer über die Umstände zu informieren und zu verhindern, dass der Fahrer eine Synchronisationsverlustbedingung zwischen dem Handrad 12 und dem Straßenrad 22 schafft. Diese Funktion wird in einem mit SBW ausgestatteten Fahrzeug ausgeführt. Diese Funktion wird durch einen Positionssteuerungsalgorithmus wie folgt implementiert: Wenn die Handradposition größer als (rechts von) rechte(n) simulierte(n) Endanschlagspositionen ist, aktiviere Positionssteuerungsalgorithmus, um das Handrad 12 zu der rechten simulierten Endanschlagsposition zurückzuführen. Wenn die Handradposition analog kleiner als (links von) linke(n) simulierte(n) Endanschlagspositionen ist, aktiviere den Positionssteuerungsalgorithmus ebenfalls, um das Handrad 12 zu der linken simulierten Endanschlagsposition zurückzuführen. Wenn sich das Handrad 12 zwischen linken und rechten simulierten Endanschlagspositionen befindet, wird die am Handrad simulierte Endanschlagsfunktion 330 deaktiviert, und eine Funktion für ein normales Lenkgefühl übernimmt, um zu ermöglichen, dass das Drehmomentsystem 200 ein normales Lenkgefühl für den Fahrer bereitstellt.
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Die Verwendung eines Positionssteuerungsalgorithmus anstelle der Verwendung des Drehmomentsystems 200 bei der am Handrad simulierten Endanschlagsfunktion 330 ermöglicht, dass die typische Drehmomenterfassungsgrenze von 10 Nm überschritten wird. Entsprechend kann ein adäquater Betrag an Drehmomentrückmeldung zur Rückmeldung einer Zahnstangenbegrenzung für den Fahrer bereitgestellt werden, wobei der adäquate Betrag an Drehmoment nicht durch die Drehmomenterfassungsgrenze beschränkt wird, sondern stattdessen durch eine Drehmomenterzeugungsgrenze des HWA 10. Typischerweise ist die Drehmomenterzeugungsgrenze des HWA 10 (z.B. 65 Nm) größer als die Drehmomenterfassungsgrenze (10 Nm). Folglich ermöglichen es die hier beschriebenen technischen Lösungen, dass das SBW 40 ein größeres Drehmoment als zuvor bereitstellt, wobei das größere Drehmoment von dem Fahrer wahrgenommen werden kann und folglich eine Benachrichtigung für den Fahrer bewirkt.
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5 zeigt einen beispielhaften Betrieb der Detektion und Rückmeldung einer Zahnstangenbegrenzungsbedingung in Übereinstimmung mit einem beispielhaften Szenario. In 5 wird für den Fahrer eine „normale“ Lenkungsrückmeldung bereitgestellt, wenn sich die Handradposition innerhalb der gestrichelten Linien befindet, und andernfalls wird das Benachrichtigungsdrehmoment in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Detektion und Rückmeldung einer Zahnstangenbegrenzung bereitgestellt. Hier ist die „normale“ Lenkungsrückmeldung die entsprechend einer Straßenoberfläche simulierte Drehmomentrückmeldung, wenn das Straßenrad 22 nicht fest sitzt oder an Bewegungen gehindert wird.
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Aus 5 ist ersichtlich, dass simulierte Endanschlagspositionen ein schmales Band 510 um die tatsächliche Zahnstangenposition herum bilden, wobei die Breite des Bandes 510 der Schwellenwert für die Detektion ist, der berechnet wurde. Wenn das Band 510 auf die mechanische Begrenzung der Zahnstange trifft, wird das Band 510 dann durch die mechanischen Grenzwerte begrenzt (520). Wenn die Zahnstange begrenzt ist, kann sie der Position des Handrads 12 nicht folgen, was verursacht, dass die Handradposition über das Band 510 hinausgeht. Wenn dies passiert, wird eine Begrenzung der Zahnstange detektiert und ein entsprechender Betrag an Rückmeldung wird bereitgestellt, indem das Benachrichtigungsdrehmoment erzeugt wird, das an dem Handrad 12 bereitgestellt werden soll, indem die vorstehend beschriebene Funktion 330 für einen simulierten Endanschlag verwendet wird.
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6 zeigt einen weiteren beispielhaften Betrieb der Detektion und Rückmeldung der Zahnstangenbegrenzungsbedingung in Übereinstimmung mit einem beispielhaften Szenario. In diesem beispielhaften Szenario wird die Zahnstange begrenzt, bevor die mechanische Begrenzung erreicht wird. Wie ersichtlich ist, folgt die Zahnstangenposition dort, wo die Zahnstange nicht begrenzt wird, der Handradposition beruhend auf der Positionsnachführung der Zahnstange im Regelkreis. In diesem Fall befindet sich die Handradposition immer zwischen den simulierten linken und rechten Endanschlagspositionen, wobei das normale Lenkungsgefühl unter Verwendung des Drehmomentsystems 200 bereitgestellt wird. Dort, wo die Zahnstange begrenzt ist, d.h. die Zahnstange der Handradposition nicht folgen kann, bewirkt dies, dass die Handradposition über die simulierte rechte Endanschlagsposition hinausgeht. Das Segment 610 der Kurve der Handradposition in 6 repräsentiert die Detektion einer Zahnstangenbegrenzungsbedingung, bei welcher der entsprechende Betrag an Benachrichtigungsdrehmoment als Rückmeldung für den Fahrer bereitgestellt wird.
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7 stellt ein Flussdiagramm zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzungsbedingung und die entsprechende Lenkraddrehmomentrückmeldung für SBW-Systeme in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das dargestellte Verfahren 700 umfasst, dass von einem Controller des SBW-Systems 40 ein Handradgeschwindigkeitssignal und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal empfangen werden (710). Das Verfahren 700 umfasst ferner, dass unter Verwendung der Eingabewerte ein Schwellenwert zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzung bestimmt wird (720). Der Schwellenwert zur Detektion einer Zahnstangenbegrenzung wird ferner verwendet, um zur Laufzeit simulierte Endanschlagspositionen für die Zahnstange zu berechnen (730). Die simulierten Endanschlagspositionen werden für eine Bewegung der Zahnstange nach links und nach rechts berechnet. In einem oder mehreren Beispielen können außerdem zusätzliche simulierte Endanschlagspositionen berechnet werden. Die simulierten Endanschlagspositionen werden unter Verwendung vorbestimmter mechanischer Anschlagspositionen der Zahnstange weiter begrenzt (740).
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Das Verfahren umfasst ferner, dass die Zahnstangenposition mit den simulierten Endanschlagspositionen, die berechnet werden, verglichen wird (750). Wenn die Zahnstangenposition innerhalb eines Bandes liegt, das durch die simulierten Endanschlagspositionen gebildet wird, stellt der RWA 20 eine „normale“ Rückmeldung in Übereinstimmung mit der Straßenoberfläche bereit, etwa beruhend auf einem Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche (760). Diese Rückmeldung ist durch die Drehmomenterfassungskapazitäten begrenzt, etwa innerhalb von 10 Nm (erste vorbestimmte Begrenzung).
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Wenn die Zahnstangenposition alternativ das Band überschreitet, das durch die simulierten Endanschlagspositionen gebildet wird, erzeugt der RWA 20 ein Rückmeldungssignal und stellt dieses bereit (770). Das Rückmeldungssignal kann einen Drehmomentbefehl für den HWA 10 umfassen, der am Handrad 12 erzeugt werden soll. Zum Beispiel kann der Drehmomentbefehl (im Vergleich mit der normalen Rückmeldung) ein größeres Drehmoment sein. Der Drehmomentbefehl ist nicht durch die Drehmomenterfassungskapazitäten begrenzt, sondern stattdessen durch die Drehmomenterzeugungsbegrenzung des HWA 10, etwa 65 Nm (zweite vorbestimmte Begrenzung). Der Drehmomentbefehl kann eine Bewegung des Handrads 12 durch den Fahrer hemmen, wodurch folglich verhindert wird, dass sich das Handrad 12 bei einer Position befindet, die nicht mit den Straßenrädern 22, die fest sitzen, synchronisiert ist.
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In einem oder mehreren Beispielen kann das Rückmeldungssignal eine Benachrichtigung für das ADAS 27 zum Justieren eines Manövers des Fahrzeugs 100 enthalten. Zum Beispiel kann das ADAS 27 das Fahrzeug 100 stoppen und/oder die Anforderung stoppen, dass sich das Fahrzeug 100 in die Richtung drehen soll, bei welcher der Randstein/die Spurrille detektiert wird. Das ADAS 27 kann ferner eine Strecke, die für das Fahrzeug 100 geplant ist, beruhend auf der Rückmeldung aktualisieren. Es ist festzustellen, dass der hier verwendete und definierte Begriff „Randstein“ einen beliebigen Typ von Behinderung in der Umgebung bezeichnen kann, auf die eines oder mehrere Straßenräder treffen, welche eine Begrenzung des Zahnstangenverfahrwegs verursachen würden, und er nicht nur als physikalischer Straßenrandstein interpretiert werden darf. In Beispielen ohne Einschränkung kann der Begriff „Randstein“, so wie er hier verwendet wird, jedes Hindernis in der Umgebung bezeichnen, etwa einen physikalischen Randstein, eine Spurrille, eine Rampe, ein erhöhtes oder versenktes Abflussgitter, einen kleinen Graben oder eine Bodenwelle usw.
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Entsprechend ermöglichen es die hier beschriebenen technischen Lösungen, dass ein SBW die Zahnstangenbegrenzungsbedingungen detektiert. Ferner stellen die hier beschriebenen technischen Lösungen sicher, dass Diagnosen im Hinblick auf Nachführfehler zwischen dem HWA und dem RWA nicht fälschlich gesetzt werden. Wenn die Zahnstangenbegrenzungsbedingung nicht korrekt detektiert wird, kann der Fahrer mit dem Drehen des Rads fortfahren (bei einer Begrenzung auf einen vorbestimmten Wert) und der Positionsnachführfehler kann ansteigen und möglicherweise fälschlich einen Fehler auslösen, obwohl es kein Systemversagen ist, sondern eine Umgebungsbedingung das SBW-System daran hindert, sich wie erwartet zu verhalten. Das Bereitstellen des zusätzlichen HWA-Drehmoments (bis hin zu einem vorbestimmten maximalen HWA-Maximalwert) reduziert die Wahrscheinlichkeiten von derartigen falschen Nachführfehlern in den Bedingungen mit Zahnstangenbegrenzung und es stellt zusätzlich eine robustere Eingabe für Diagnosen innerhalb des SWB-Systems bereit.
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Die vorliegenden technischen Lösungen können ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt auf jedem möglichen Detailniveau der technischen Integration sein. Das Computerprogrammprodukt kann ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien enthalten, die computerlesbare Programmanweisungen darin aufweisen, um zu veranlassen, dass ein Prozessor Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen ausführt.
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Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen sind hier mit Bezugnahme auf Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder der Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder den Blockdiagrammen durch computerlesbare Programmanweisungen implementiert werden können.
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Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und die Arbeitsweise möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lösungen. In dieser Hinsicht kann jeder Block in dem Flussdiagramm oder den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt von Anweisungen repräsentieren, welcher eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zum Implementieren der beschriebenen logischen Funktionen umfasst. In einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken beschriebenen Funktionen außerhalb der Reihenfolge auftreten, die in den Figuren beschrieben ist. Zum Beispiel können zwei aufeinanderfolgend gezeigte Blöcke in der Tat im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal in Abhängigkeit von der betroffenen Funktionalität in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem soll erwähnt werden, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder der Flussdiagrammveranschaulichung und Kombinationen aus Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder der Flussdiagrammveranschaulichung durch spezialisierte hardwarebasierte Systeme implementiert werden können, welche die beschriebenen Funktionen oder Handlungen ausführen oder Kombinationen aus spezialisierter Hardware und Computeranweisungen ausführen.
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Außerdem ist festzustellen, dass alle Module, Einheiten, Komponenten, Server, Computer, Endgeräte oder Vorrichtungen, die hier als Beispiel beschrieben sind, welche Anweisungen ausführen, computerlesbare Medien enthalten oder anderweitig darauf Zugriff haben können, etwa Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichervorrichtungen (entfernbar und/oder nicht entfernbar), wie zum Beispiel Magnetplatten, optische Platten oder Bänder. Computerspeichermedien können flüchtige und nichtflüchtige, entfernbare und nicht entfernbare Medien umfassen, die mit einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie zum Speichern von Informationen implementiert sind, etwa von computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten. Diese Computerspeichermedien können Teil der Vorrichtung sein oder für diese zugänglich oder mit dieser verbindbar. Alle hier beschriebenen Anwendungen oder Module können unter Verwendung computerlesbarer/ausführbarer Anweisungen implementiert werden, die durch diese computerlesbaren Medien gespeichert oder anderweitig vorgehalten werden können.
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Obwohl die technischen Lösungen im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurden, ist es leicht zu verstehen, dass die technischen Lösungen nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt sind. Stattdessen können die technischen Lösungen modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier im Vorstehenden nicht beschrieben wurden, welche aber unter die Ansprüche fallen.
