DE102018207215A1

DE102018207215A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs in einem autonomen Betriebsmodus

Info

Publication number: DE102018207215A1
Application number: DE102018207215.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Bergweiler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2019-11-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs mit zwei lenkbaren Achsen und diesen zugeordneten Lenkaktuatoren insbesondere in einem autonomen Betriebsmodus, wobei in einem Fehlerfall an einer der Achsen deren Lenkaktuator in einen fixierten Zustand versetzt und zum Lenken des Fahrzeugs nur noch die nicht fehlerbehaftete Achse gelenkt wird. Bei Eintritt des Fehlerfalls während einer Fahrt wird anhand von Navigationsdaten abgeschätzt, ob das Versetzen in den fixierten Zustand sofort erfolgt oder insbesondere während einer Kurvenfahrt erst nach einem Zurückschwenken der Räder der fehlerbehafteten Achse in eine Neutralposition. An einem entsprechenden Lenksystem kann der Fahrer des Fahrzeugs auch im Fehlerfall mit seiner Lenkhandhabe einen Lenkwinkel stellen, und zwar entweder über eine mechanische Rückfallebene gegebenenfalls auch an der fehlerbehafteten Achse oder über ein steer-by-wire-System an der nicht fehlerbehafteten Achse.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs mit zwei lenkbaren Achsen und diesen zugeordneten Lenkaktuatoren insbesondere in einem autonomen Betriebsmodus. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung in Form eines Fahrzeug-Lenksystems sowie einer elektronischen Steuer- und Recheneinheit oder eines auf einer solchen installierbaren Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts
In der als nächstkommenden Stand der Technik erachteten DE 10 2014 007 607 B4 ist ein Sicherheitssystem für die Lenkungssteuerung beim hochautomatisierten (oder autonomen) Fahren beschrieben. Bekanntlich wird beim autonomen Fahren unter anderem das Lenken des Fahrzeugs von einer elektronischen Steuereinheit übernommen, welche hierfür einen sog. Lenkaktuator, der bspw. elektromotorisch die lenkbaren Räder einer Fahrzeugachse verschwenkt, d.h. lenkt, geeignet ansteuert. Bei Ausfall des Lenkaktuators ermittelt ein Sicherheitssystem zunächst anhand des Fahrzustandes, ob eine Situation vorliegt, in welcher der aktuell eingestellte Lenkwinkel der lenkbaren Fahrzeug-Räder fixiert werden sollte. Bejahendenfalls wird eine Lenkwinkel-Fixierungssteuerung durchgeführt, welche aufgehoben wird, sobald der Fahrzeugführer das Steuer manuell übernimmt, d.h. mit seiner Lenkhandhabe (Lenkrad) auf mechanischem Wege den Lenkwinkel vorgibt bzw. stellt. Hierdurch kann im Fehlerfall, bspw. wenn das Fahrzeug in einer Kurve fährt, zunächst quasi automatisch die Kurvenfahrt beibehalten werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Abkommens von der Fahrbahn verringert werden kann. Nach Verstreichen eines geringen Zeitintervalls kann dann der Fahrer selbst das Fahrzeug weiter lenken.
Vorliegend wird für ein Fahrzeug mit Allradlenkung bzw. genauer für ein zweispuriges Fahrzeug mit zumindest zwei mit lenkbaren Rädern ausgerüsteten Achsen ein vorteilhaftes Betriebsverfahren für einen Fehlerfall, d.h. wenn an einer dieser (beiden) Achsen der (für beide Räder dieser Achse einzige) Lenkaktuator ausfällt, aufgezeigt (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs und besteht im Wesentlichen darin, dass insbesondere ausgehend von einem autonomen Betriebsmodus in einem Fehlerfall an einer der Achsen deren Lenkaktuator in einen fixierten Zustand versetzt und zum Lenken des Fahrzeugs nur noch die nicht fehlerbehaftete Achse gelenkt wird. Dabei kann bei Eintritt des Fehlerfalls während einer Fahrt, insbesondere während einer Kurvenfahrt, zunächst durchaus anhand von Navigationsdaten abgeschätzt werden, ob das Versetzen in den fixierten Zustand sofort erfolgt oder erst nach einem Zurückschwenken der Räder der fehlerbehafteten Achse in eine Neutralposition.
In diesem Sinne beansprucht wird auch eine elektronische Steuer- und Recheneinheit oder ein auf einer solchen installierbares Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, welche(s) ausführbaren Programmcode umfasst und gestaltet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Bei einem entsprechenden Lenksystem eines Kraftfahrzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Fahrer des Fahrzeugs auch im Fehlerfall mit seiner Lenkhandhabe einen Lenkwinkel stellen, und zwar entweder über eine mechanische Rückfallebene gegebenenfalls auch an der fehlerbehafteten Achse oder über ein steer-by-wire-System, d.h. einem Lenksystem, bei welchem der Fahrerwunsch elektronisch an einen Lenkaktuator übermittelt wird, an der nicht fehlerbehafteten Achse, bei welcher es sich ausdrücklich auch um die Fahrzeug-Hinterachse handeln kann.
Analog dem bekannten Stand der Technik wird insbesondere beim hochautomatisierten (oder autonomen) Fahren in Folge eines Fehlerfalls im Lenksystem einer der Fahrzeugachsen, wozu auch eine fehlerhafte Übermittlung eines Lenkbefehls von einer elektronischen Steuereinheit zum (jeweiligen) Lenkaktuator zählt, der fehlerbehaftete bzw. vom Fehler betroffene Lenkaktuator in einen fixierten Zustand überführt, in welchem die lenkbaren Räder dieser Achse in derjenigen Schwenkposition festgehalten werden, welche sie beim Überführen in den fixierten Zustand inne hatten. Dabei kann - insbesondere abhängig von der aktuellen Fahrsituation dieses Überführen in den fixierten Zustand quasi sofort mit Auftreten des Fehlers oder erst nach einer geringen Zeitspanne zeitlich versersetzt erfolgen. Letzteres wird insbesondere dann gewählt, wenn eine aktuelle Kurvenfahrt vorhersehbar nach einer sehr kurzen Fahrtstrecke beendet ist, da dann vor dem Fixieren (= Versetzen in den fixierten Zustand) die lenkbaren Räder selbsttätig (unter Seitenkrafteinfluss) noch in ihre Neutralposition, in welcher signifikant geringere Seitenkräfte als in einer verschwenkten und einen Lenkwinkel darstellenden Position auftreten, zurück schwenken. Liegt jedoch noch ein längerer Kurvenverlauf bevor, was insbesondere anhand von für das autonome Fahren selbstverständlich vorliegenden Navigationsdaten einfach feststellbar ist, sollen durch die bzw. eine elektronische Steuereinheit die lenkbaren Räder der fehlerbehafteten Achse mit Eintritt eines Fehlerfalls quasi sofort hinsichtlich ihres Lenkwinkels fixiert werden. Letzteres empfiehlt sich ebenfalls, wenn das Fahrzeug bei Eintritt des Fehlerfalls eine gerade Strecke befährt.
Ausdrücklich darauf hingewiesen sei, dass im vorstehenden Absatz zwar insbesondere der Eintritt eines Fehlerfalls in einem Fahrzeug-Lenksystem während eines autonomen Fahrbetriebs beschrieben wurde, dass jedoch die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Vielmehr ist praktisch Gleiches auch in einem manuellen Fahrbetrieb möglich, d.h. auch bei Führung des Fahrzeugs durch den Fahrer soll in einem Fehlerfall an einer der Achsen deren Lenkaktuator in einen fixierten Zustand versetzt und zum Lenken des Fahrzeugs nur noch die nicht fehlerbehaftete Achse gelenkt werden. Insbesondere soll bei einem Fehlerfall im Lenksystem der Vorderachse deren Lenkaktuator in einen fixierten Zustand versetzt und zum Lenken des Fahrzeugs nur noch über die Hinterachse gelenkt werden, was beispielsweise nach dem steer-by-wire-Prinzip (hierbei wird eine Lenkvorgabe des Fahrers elektronisch an einen geeigneten insbesondere elektromechanischen Lenkaktuator übermittelt) auch im nichtautonomen Betriebszustand (d.h. wenn der Fahrer lenkt) einfach umsetzbar ist.
Mit hinsichtlich ihres Lenkwinkels fixierten Rädern einer fehlerbehafteten Achse ist es nun möglich, zumindest gewisse Lenkumfänge mit der anderen nicht fehlerbehafteten Achse durchzuführen. Insbesondere handelt es sich bei dieser nicht fehlerbehafteten Achse um die Hinterachse des Kraftfahrzeugs bzw. eines Personenkraftwagens, da diese Fahrzeuge üblicherweise an der Vorderachse gelenkt werden, während die Hinterrad- oder Hinterachs-Lenkung nur zur Verkleinerung des Wendekreises bei sehr geringen Fahrgeschwindigkeiten und zur Stabilisierung des Fahrverhaltens bei schnellen Spurwechseln bei hohen Fahrgeschwindigkeiten zum Einsatz kommt. Beispielsweise eine solche Hinterachs-Lenkung kann aber dann und nur dann wirkungsvoll einen sich auf das Fahrzeug auswirkenden Lenkwinkel stellen, wenn die lenkbaren Räder der anderen Achse, also beispielsweise der Vorderachse, nicht frei verschwenken können sondern in einer oder zeitlich aufeinander folgend in verschiedenen Positionen festgehalten, d.h. hinsichtlich ihres Lenkwinkels fixiert sind. In anderen Worten ausgedrückt wird vorliegend also vorgeschlagen, das Fahrzeug bei einem Fehler im Lenksystem der Vorderachse bei geeignet fixierten lenkbaren Vorderrädern zunächst noch im autonomen Betriebszustand alleine mit der (vorhandenen) Hinterachs-Lenkung zu lenken, jedenfalls solange, bis der Fahrer (Fahrzeugführer) eingreift.
Ausdrücklich darauf hingewiesen sei, dass im vorstehenden Absatz zwar insbesondere die Fahrzeug-Vorderachse als vorrangige lenkbare Achse beschrieben wurde und dass bei einem Ausfall der Vorderachs-Lenkung auf die nur in bestimmten Fällen zum unterstützenden Lenken verwendete Hinterachs-Lenkung gewechselt wird, dass aber durchaus alternativ (oder in Abhängigkeit von zumindest einer Randbedingung) die Fahrzeug-Hinterachse als vorrangige lenkbare Achse vorgesehen sein kann, so dass dann bei deren Ausfall auf die Vorderachs-Lenkung umgeschaltet werden würde.
Selbstverständlich soll in einem Fehlerfall des Lenksystems einer der Fahrzeug-Achsen beim autonomen Fahrbetrieb der Fahrer des Fahrzeugs schnellstmöglich eingreifen können und den autonomen Betriebszustand beenden können, da hiermit die höchste Sicherheit gewonnen werden kann. Dabei kann das Fahrzeug mit unterschiedlichen Lenksystemen ausgerüstet sein. Beispielsweise kann eine andauerndere direkte mechanische Verbindung zwischen dem Lenksystem insbesondere der Vorderachse und dem Lenkrad bzw. der Lenkhandgabe des Fahrers vorgesehen sein, so dass der Fahrer mit seinem Lenkrad jederzeit das elektronische Steuerungssystem für den autonomen Betriebszustand übersteuern kann. (In diesem Fall dreht das Lenkrad auch im hochautomatisierten Fahrbetrieb mit). Es kann jedoch auch eine sog. mechanische Rückfallebene vorgesehen sein, welche im Fehlerfall selbsttätig zuschaltet und dem Fahrer dann insbesondere an der Vorderachse mit dem fehlerbehafteten Lenkaktuator ein direktes Lenken ermöglicht. Selbstverständlich muss in den beiden vorstehend genannten Fällen dann die Fixierung der lenkbaren Räder (hinsichtlich ihres Lenkwinkels) aufgehoben werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Fahrer aber auch über das steer-by-wire-Prinzip an der anderen nicht fehlerbehafteten Achse (bspw. die jeweils gewünschten (bzw. erforderlichen) Lenkwinkel stellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014007607 B4 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs mit zwei lenkbaren Achsen und diesen zugeordneten Lenkaktuatoren insbesondere in einem autonomen Betriebsmodus, wobei in einem Fehlerfall an einer der Achsen deren Lenkaktuator in einen fixierten Zustand versetzt und zum Lenken des Fahrzeugs nur noch die nicht fehlerbehaftete Achse gelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei insbesondere auch bei Führung des Fahrzeugs durch den Fahrer in einem Fehlerfall an der Vorderachse in einem deren Lenkaktuator in einen fixierten Zustand versetzt und zum Lenken des Fahrzeugs nur noch über die Hinterachse gelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei Eintritt des Fehlerfalls während einer Fahrt anhand von Navigationsdaten abgeschätzt wird, ob das Versetzen in den fixierten Zustand sofort erfolgt oder insbesondere während einer Kurvenfahrt erst nach einem Zurückschwenken der Räder der fehlerbehafteten Achse in eine Neutralposition.
Lenksystem eines Kraftfahrzeugs zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem der Fahrer des Fahrzeugs auch im Fehlerfall mit seiner Lenkhandhabe einen Lenkwinkel stellen kann, und zwar entweder über eine mechanische Rückfallebene gegebenenfalls auch an der fehlerbehafteten Achse oder über ein steer-by-wire-System an der nicht fehlerbehafteten Achse.
Elektronische Steuer- und Recheneinheit oder auf einer solchen installierbares Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, welche(s) ausführbaren Programmcode umfasst und gestaltet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3 auszuführen.