DE102018212753A1

DE102018212753A1 - Steuersystem für ein Lenksystem

Info

Publication number: DE102018212753A1
Application number: DE102018212753.0A
Authority: DE
Inventors: Robbie LESBIREL; Riccardo Ficca; Gustavo Jaramillo-Moscoso
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2019-03-21
Also published as: GB2565346B; US20190047616A1; GB2565346A; US10913491B2; GB201712900D0

Abstract

Steuersystem (36) für ein Lenksystem (12) eines Fahrzeugs (10), wobei das Steuersystem (36) Folgendes umfasst: ein Verarbeitungsmodul, das konfiguriert ist, eine Anzeige einer Nähe eines Laufrads (16) des Fahrzeugs (10) zu einer Haftgrenze zu erhalten, und ein Fahrer-Feedback-Signal zu erzeugen, falls sich das Laufrad (16) an oder jenseits der Haftgrenze befindet; und einen Ausgang, der dazu angeordnet ist, ein Fahrer-Feedback-Signal auszugeben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Steuersystem für ein Steer-by-Wire-Lenksystem. Aspekte der Erfindung betreffen ein Steuersystem, ein Steer-by-Wire-Lenksystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren.
STAND DER TECHNIK
Wenn sich ein Fahrzeug bewegt, stellt die Reibung zwischen der Bodenoberfläche und den Reifen der Fahrzeuglaufräder eine Kombination von Scherkräften bereit: Längskraft, um das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts anzutreiben; und Querkraft, um das Fahrzeug zu drehen und seine Fahrtrichtung zu ändern.
Die Größenordnung der Querkraft des Reifens steht in Zusammenhang mit dem Schräglaufwinkel des Reifens, der als der Winkel zwischen dem Winkel des Reifens relativ zum Fahrzeug und der Fahrtrichtung des Reifens definiert ist. Mit anderen Worten entspricht der Schräglaufwinkel einem Winkel zwischen der Richtung, in die ein Reifen zeigt, und der Richtung, in die sich die Reifenaufstandsfläche, wo sie auf den Boden trifft, bewegt. Falls zum Beispiel der Schräglaufwinkel null beträgt, ist der Winkel eines gegebenen Laufrads in der Fahrtrichtung ausgerichtet; in diesem Fall ist die von den Reifen bereitgestellte Querkraft niedrig, gegen null gehend.
Schlupf an der Aufstandsfläche wird getrieben von einem resultierenden Gleichgewicht oder Ungleichgewicht von erzeugten Kräften, wenn ein Laufrad nicht am Fahrzeug ausgerichtet ist. Um das Fahrzeug zu drehen, muss eine Zentripetalkraft erzeugt werden, die sich als eine Querkraft manifestiert, die von den Reifen durch Schlupfaufbau bereitgestellt wird. Falls der Schräglaufwinkel weiterhin zunimmt, entweder durch Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit, Vergrößerung des Lenkwinkels, oder beides, wird die erforderliche Zentripetalkraft schließlich zu groß dafür, als dass die Reifen sie bereitstellen könnten, was zu Traktionsverlust und Untersteuern oder Übersteuern führt.
1 zeigt eine Kurve 1, die die Beziehung zwischen der Querkraft und dem Schräglaufwinkel genauer darstellt. Wie die Kurve 1 anzeigt, ist die Beziehung für niedrige Schräglaufwinkel im Allgemeinen linear und definiert dabei einen linearen Bereich, in dem die Querkraft direkt proportional zum Schräglaufwinkel ist.
Wenn der Schräglaufwinkel über einen Schwellenwert hinaus zunimmt, der durch einen ersten Satz an gestrichelten Linien und einen mit „A“ beschrifteten Punkt auf der Kurve 1 in 1 gekennzeichnet ist, wird die Beziehung nicht linear, während man sich einer Haftgrenze (Punkt „B“) nähert. Dies hat zur Folge, dass eine Vergrößerung des Schräglaufwinkels keine proportional lineare Zunahme in der Querkraft über den durch Punkt A definierten Schwellenwert hinaus bereitstellt.
Der nicht lineare Bereich setzt sich mit sich vergrößerndem Schräglaufwinkel fort, bis die Kurve 1 ihren höchsten Punkt erreicht, der die Haftgrenze des Reifens (Punkt „B“) definiert, nach dem die Kurve 1 nach unten abfällt. In diesem nach unten geneigten Bereich der Kurve 1 reduziert eine weitere Vergrößerung im Schräglaufwinkel die vom Reifen bereitgestellte Querkraft. In der Praxis bedeutet dies, dass der Reifen jenseits der Haftgrenze an Traktion verliert und daher keine weitere Querkraft bereitstellen kann. Falls die Vorderreifen davon betroffen sind, ist das als „Untersteuerung“ bekannt. Umgekehrt, falls die Hinterreifen davon betroffen sind, ist derartiger Traktionsverlust als „Übersteuerung“ bekannt.
Für eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit ist ein maximaler Schräglaufwinkel definiert, jenseits von dem das Drehen des Lenkrads zur Vergrößerung des Schräglaufwinkels zu Traktionsverlust von einem oder mehreren Reifen führt, was entweder Untersteuerung oder Übersteuerung verursacht. Daher definiert die Haftgrenze eine maximale Fahrzeuggeschwindigkeit für einen gegebenen Schräglaufwinkel und für einen bestimmten Grad an Griffigkeit der Oberfläche, auf der das Fahrzeug fährt.
Ein an der Aufstandsfläche zwischen jedem sich drehenden Reifen und der Straße erzeugtes Torsionsmoment schlägt sich in einem Drehmoment nieder, das einen Widerstand gegen das Drehen des Lenkrads bietet. Wie in 2 dargestellt, erhöht sich auch dieser Widerstand mit dem Schräglaufwinkel. Unterhalb der Haftgrenze nimmt der Widerstand stetig, wenngleich nicht linear, zu. Sobald die Haftgrenze überschritten wird, nimmt der Widerstand gegen die Lenkung ab, was anzeigt, dass die Reifen an Traktion verloren haben und daher leichter zu drehen sind.
Die Abnahme von Lenkwiderstand nach dem Überschreiten der Haftgrenze steht ein wenig in Widerspruch zur Intuition, auch wenn sie aus der Perspektive des Fahrers relativ subtil ist. Falls der Fahrer also die Veränderung im Widerstand bemerkt, kann er eventuell unangemessen reagieren, indem er den Lenkwinkel weiter vergrößert und dadurch den Traktionsverlust verschlimmert. Umgekehrt, falls der Fahrer die Veränderung im Widerstand nicht bemerkt, erkennt er eventuell nicht, dass Traktion verloren wurde und ergreift daher keine Gegenmaßnahme.
Dieses Problem gilt für mechanische Lenksysteme, die eine physische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Laufrädern enthalten, und auch für elektronische Lenksysteme, die üblicherweise als „Steer-by-Wire“-Systeme bezeichnet werden, da solche Systeme ein Drehmoment-Feedback beinhalten können, um das Verhalten von mechanischen Systemen nachzubilden, wie in 2 dargestellt.
In einem Steer-by-Wire-System erkennt ein Sensor typischerweise das Maß, in dem das Lenkrad gedreht ist, und eine Lenksteuervorrichtung betätigt Stellelemente, um die Laufräder proportional zum gemessenen Lenkradwinkel zu drehen. Da das Maß, in dem die Laufräder gedreht werden, von der Lenksteuervorrichtung bestimmt wird, kann die Lenkübersetzung, nämlich das Verhältnis zwischen dem Lenkrad und den Laufrädern, variiert werden, falls dies gewünscht ist.
Zum Beispiel kann die Lenksteuervorrichtung von einem Nennverhältnis zwischen dem Lenkrad und den Laufrädern abweichen, wenn man sich der Haftgrenze nähert, um Traktionsverlust im Interesse der Sicherheit zu vermeiden; dies stellt für den Fahrer einen Fehlerspielraum gegen Traktionsverlust bereit. Das Maß der zulässigen Abweichung vom Nennwert kann jedoch auf einen relativ engen Bereich begrenzt werden, um zu vermeiden, dass das Lenkrad nicht mehr zu reagieren scheint, und um inakzeptable Verzögerungen bei der Zeit zu vermeiden, die es dauert, das System wieder zurück in sein Nennverhältnis zu bringen. Falls der Fahrer das Lenkrad über die maximal zulässige Abweichung hinaus dreht, werden die Laufräder über ihre Haftgrenze hinaus gedreht.
Somit kann das Ermöglichen einer Abweichung vom Nennlenkverhältnis die Folgen einer falsch ausgefahrenen Kurve verhindern und/oder minimieren. Das vorstehend erwähnte Problem eines der Intuition zuwiderlaufenden Feedbacks an den Fahrer infolge eines Drehmoment-Feedbacks durch das Lenksystem besteht nach wie vor.
Vor diesem Hintergrund wurde die vorliegende Erfindung konzipiert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das Steuersystem umfasst ein Verarbeitungsmodul, das konfiguriert ist, eine Anzeige einer Nähe eines Laufrads des Fahrzeugs zu einer Haftgrenze zu erhalten; eine Steuerungseinrichtung, die dazu angeordnet ist, Steuerbefehle auszugeben, um das Drehen des Laufrads in Abhängigkeit von einem Signal, das die Position eines Lenkelements anzeigt, nach einem Nennverhältnis zwischen dem Lenkelement und dem Laufrad zu bewirken; und von dem Nennverhältnis zwischen dem Lenkelement des Steer-by-Wire-Lenksystems und dem Laufrad des Fahrzeugs abzuweichen, wenn die Steuerungseinrichtung bestimmt, dass sich das Laufrad an oder jenseits der Haftgrenze befindet; und eine Ausgabe zu erzeugen, die dazu angeordnet ist, dem Fahrer ein Feedback-Signal auszugeben.
Zum Beispiel kann das Fahrer-Feedback-Signal ein Drehmomentprofil für ein Lenkelement des Steer-by-Wire-Lenksystems umfassen, wobei das Drehmomentprofil einen Bereich von zunehmendem Drehmoment oberhalb der Haftgrenze umfasst. In dieser Hinsicht sei darauf hingewiesen, dass das Drehmomentprofil nicht kontinuierlich ansteigen muss, und auch einen oder mehrere Bereiche eines abnehmenden Drehmoments zusammen mit dem mindestens einen Bereich von zunehmendem Drehmoment enthalten kann. Das übernommene genaue Profil des Drehmoment-Feedbacks hängt von den Ergebnissen von Studien zu menschlichen Faktoren ab. In einer anderen Option kann das Drehmomentprofil ein konstantes Drehmoment oberhalb der Haftgrenze umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrer-Feedback-Signal ein Steuersignal enthalten, das konfiguriert ist, haptisches Feedback durch eine oder mehrere Komponenten des Fahrzeugs zu erzeugen.
Dieses Verarbeitungsmodul kann mindestens einen elektronischen Prozessor umfassen, der einen elektrischen Eingang zum Empfangen dieses einen oder der mehreren Signale, die zum Beispiel einen Fahrzeugzustand anzeigen, und eine elektronische Speichervorrichtung aufweist, die elektrisch mit dem elektronischen Prozessor verbunden ist und in der Befehle gespeichert sind.
Der Prozessor kann dazu konfiguriert sein, auf die Speichervorrichtung zuzugreifen und die darin gespeicherten Anweisungen auszuführen, so dass er dazu betätigbar ist, eine Anzeige einer Nähe eines Laufrads des Fahrzeugs zu einer Haftgrenze zu erhalten, und ein Fahrer-Feedback-Signal zu erzeugen, falls sich das Laufrad an oder jenseits der Haftgrenze befindet.
Der Erhalt einer Anzeige der Nähe des Laufrads zu seiner Haftgrenze kann implizieren, dass das Verarbeitungsmodul diese Nähe bestimmt, zum Beispiel basierend auf einer Anzeige des Fahrzeugzustands. Alternativ kann das Verarbeitungsmodul eine Anzeige der Nähe von einer externen Quelle empfangen.
Indem bestimmt wird, ob sich das Laufrad an oder jenseits der Haftgrenze befindet, und ein Fahrer-Feedback-Signal erzeugt wird, kann das Steuersystem dazu verwendet werden, ein geeignetes Feedback an einen Fahrer bereitzustellen, um ihn zu warnen, dass ein oder mehrere Laufräder eines Fahrzeugs an Traktion verloren haben oder kurz vor Traktionsverlust stehen. Dies ermöglicht es dem Fahrer, eine Gegenmaßnahme zu ergreifen und somit den Verlust der Steuerung des Fahrzeugs aufgrund des Überschreitens der Haftgrenze zu vermeiden.
Die Haftgrenze kann vom Steuersystem mittels einer oder mehrerer von einer Vielzahl von geeigneten Techniken geschätzt werden. Da die Schätzungen der Haftgrenze relativ ungenau sein können, soll der Begriff „an der Haftgrenze“ Situationen abdecken, in denen sich das Laufrad an oder in der Nähe der Haftgrenze befindet, um Spielraum für einen Schätzungsfehler zu lassen.
Die Fahrer-Feedback-Formen, die verwendet werden, stellen die Grundlage für ein intuitives Feedback für den Fahrer bereit, das ihn dazu bewegen wird, eine geeignete Maßnahme zu ergreifen. Dies steht im Gegensatz zu Ansätzen nach dem früheren Stand der Technik, bei denen das vom Lenksystem bereitgestellte inhärente Feedback beim Erreichen einer Haftgrenze, nämlich eine Reduzierung des Drehmoment-Feedbacks durch das Lenkrad, im Widerspruch zur Intuition steht und eine ungeeignete Reaktion vom Fahrer auslösen kann.
Die eine oder mehreren Komponenten des Fahrzeugs können eines oder mehrere der Folgenden umfassen: ein Lenkelement; einen Sitz; ein Pedal; und einen Boden.
Das Fahrer-Feedback-Signal umfasst optional ein Steuersignal, das konfiguriert ist, ein akustisches Feedback durch eine oder mehrere Komponenten des Fahrzeugs zu erzeugen; in diesem Fall können die eine oder mehreren Komponenten des Fahrzeugs eines oder mehrere der Folgenden umfassen: ein Infotainment-System; und einen Lautsprecher.
Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrer-Feedback-Signal ein Steuersignal umfassen, das konfiguriert ist, ein visuelles Feedback durch eine oder mehrere Komponenten des Fahrzeugs zu erzeugen; in diesem Fall können die eine oder mehreren Komponenten des Fahrzeugs eines oder mehrere der Folgenden umfassen: ein Infotainment-System; und ein Licht.
Das Fahrer-Feedback-Signal kann ein Drehmomentprofil für das Lenkelement des Steer-by-Wire-Lenksystems umfassen, wobei das Drehmomentprofil einen Bereich von abnehmendem Drehmoment oberhalb der Haftgrenze umfasst.
Das Steuersystem kann einen Eingang umfassen, der dazu angeordnet ist, ein oder mehrere Signale zu empfangen, die einen Fahrzeugfahrzustand anzeigen. Zum Beispiel kann das eine oder die mehreren vom Eingang empfangenen Signale, die einen Fahrzeugfahrzustand anzeigen, die Anzeige der Nähe des Laufrads des Fahrzeugs zu einer Haftgrenze umfassen. Alternativ kann der Prozessor konfiguriert sein, die Nähe des Laufrads des Fahrzeugs zu einer Haftgrenze basierend auf dem einen oder den mehreren Signalen, die einen Fahrzeugfahrzustand anzeigen, zu bestimmen.
In Ausführungsformen, die einen Eingang enthalten, kann das eine oder die mehreren vom Eingang empfangenen Signale, die einen Fahrzeugfahrzustand anzeigen, ein Signal umfassen, das eine Position des Lenkelements anzeigt. Derartige Ausführungsformen können weiterhin eine Steuerungseinrichtung umfassen, die dazu angeordnet ist, Steuerbefehle auszugeben, um das Drehen des Laufrads in Abhängigkeit von dem Signal, das die Position eines Lenkelements anzeigt, und nach einem Nennverhältnis zwischen dem Lenkelement und dem Laufrad zu bewirken. Die Steuerungseinrichtung kann dazu angeordnet sein, vom Nennverhältnis zwischen dem Lenkelement und dem Laufrad abzuweichen, wenn der Prozessor feststellt, dass sich das Laufrad an oder jenseits der Haftgrenze befindet. In derartigen Anordnungen ist die Steuerungseinrichtung optional dazu angeordnet, eine Lenkradposition zu bestimmen, die eine maximale Abweichung vom Nennverhältnis definiert; in diesem Fall kann der Ausgang dazu angeordnet sein, ein Fahrer-Feedback-Signal auszugeben, falls sich das Lenkelement an oder jenseits der Position befindet, die die maximale Abweichung von dem Nennverhältnis definiert. Die Steuerungseinrichtung kann dazu angeordnet sein, Steuerbefehle auszugeben, um das Laufrad in einem im Wesentlichen konstanten Winkel zu halten, während die Haftgrenze überschritten wird und sich das Lenkelement an oder unterhalb der Position befindet, die die maximale Abweichung von dem Nennverhältnis definiert.
In den vorstehenden Ausführungsformen umfassen das eine oder die mehreren Signale, die einen momentanen Fahrzeugfahrzustand anzeigen, einen oder mehrere der folgenden Punkte: ein Signal, das eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigt; ein Signal, das einen Schräglaufwinkel des Fahrzeugs anzeigt; ein von einem Fahrzeugbremssystem erzeugtes Signal, das einen Traktionszustand eines Laufrads des Fahrzeugs anzeigt; einen gewählten Fahrmodus; und ein Signal, das eine Bedingung einer Oberfläche anzeigt, auf der das Fahrzeug gerade fährt.
Das Steuersystem kann eine Lenksteuervorrichtung umfassen, die das Verarbeitungsmodul und den Ausgang umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuersystem einen Fahrzeugzustandsschätzer umfassen, der konfiguriert sein kann, die Nähe des Laufrads des Fahrzeugs zu einer Haftgrenze zu bestimmen.
Das Steuersystem kann konfiguriert sein, anpassbar zu sein, um ein Fahrer-Feedback-Signal bereitzustellen, das von einem Benutzer des Fahrzeugs gewünschte Merkmale aufweist.
Ein anderer Aspekt der Erfindung stellt ein Fahrzeug-Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Fahrzeug bereit. Das Fahrzeug-Steer-by-Wire-Lenksystem umfasst ein Lenkelement, das dazu betätigbar ist, das eine oder die mehreren Laufräder des Fahrzeugs zu drehen, um eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu ändern; ein Steuersystem nach dem vorstehenden Aspekt; und ein Feedback-System, das dazu angeordnet ist, ein Fahrer-Feedback als Reaktion auf den Fahrer-Feedback-Signal-Ausgang durch das Steuersystem zu erzeugen.
Das Lenkelement kann elektronisch mit dem oder jedem Laufrad verbunden sein, zum Beispiel in einer Steer-by-Wire-Anordnung.
Das Feedback-System kann eine elektrische Maschine umfassen, die dazu betätigbar ist, der Bewegung des Lenkelements nach dem Drehmomentprofil des Fahrer-Feedback-Signals Widerstand zu bieten.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Fahrzeug, das das Steuersystem oder das Steer-by-Wire-Lenksystem nach den vorstehenden Aspekten umfasst.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs bereit. Das Verfahren umfasst das Erhalten einer Anzeige einer Nähe eines Laufrads des Fahrzeugs zu einer Haftgrenze; das Erzeugen eines Fahrer-Feedback-Signals, falls sich das Laufrad an oder jenseits der Haftgrenze befindet; und das Ausgeben des Fahrer-Feedback-Signals. Das Fahrer-Feedback-Signal umfasst mindestens eines der Folgenden: ein Drehmomentprofil für ein Lenkelement eines Steer-by-Wire-Lenksystems des Fahrzeugs, wobei das Drehmomentprofil einen Bereich von zunehmendem Drehmoment oberhalb der Haftgrenze umfasst; ein Drehmomentprofil für das Lenkelement eines Steer-by-Wire-Lenksystems des Fahrzeugs, wobei das Drehmomentprofil ein konstantes Drehmoment oberhalb der Haftgrenze umfasst; und ein Steuersignal, das konfiguriert ist, haptisches Feedback durch eine oder mehrere Komponenten des Fahrzeugs zu erzeugen.
In dem Steuersystem, dem Fahrzeug-Steer-by-Wire-Lenksystem, dem Fahrzeug oder dem Verfahren nach den vorstehenden Aspekten kann das Lenkelement ein Lenkrad umfassen.
Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt werden, und insbesondere deren individuellen Merkmale, unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination berücksichtigt werden können. Dies bedeutet, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer beliebigen Ausführungsform auf beliebige Weise und/oder in einer beliebigen Kombination kombiniert werden können, sofern diese Merkmale nicht inkompatibel sind. Der Antragsteller behält sich das Recht vor, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder jeden neuen Patentanspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu verändern, um von einem beliebigen Merkmal eines beliebigen anderen Anspruchs abzuhängen und/oder dieses zu integrieren, obwohl es auf diese Art und Weise zuvor nicht beansprucht wurde.
Figurenliste

1 und 2 veranschaulichen allgemeine Prinzipien, die für die Erfindung relevant sind und bereits beschrieben wurden. Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur beispielhalber unter Bezugnahme auf die übrigen Zeichnungen beschrieben, in denen:
3 eine schematische Darstellung eines für den Gebrauch mit Ausführungsformen der Erfindung geeigneten Steer-by-Wire-Lenksystems ist;
die 4 bis 8 ein Lenkrad und ein Laufrad des Steer-by-Wire-Lenksystem von 3 in einer Reihe von Fahrszenarien zeigen;
9 ein Graph ist, der ein Lenkwiderstandsprofil nach einer Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
10 ein Flussdiagramm ist, das einen Prozess nach einer Ausführungsform der Erfindung zum Erzeugen von Fahrer-Feedback im Zusammenhang mit einer Haftgrenze zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
3 zeigt in schematischer Form ein Fahrzeug 10, das ein Steer-by-Wire-Lenksystem 12 enthält, um Kontext für Ausführungsformen der Erfindung bereitzustellen.
Das in 3 dargestellte Steer-by-Wire-Lenksystem 12 enthält ein von einen Benutzer betätigbares Lenkelement in Form eines Lenkrads 14, das elektronisch mit einem Paar von Laufrädern 16 verbunden ist, so dass sich die Laufräder 16 um entsprechende senkrechte Achsen als Reaktion auf eine Drehung des Lenkrads 14 drehen, um eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 zu ändern.
Genauer gesagt ist das Lenkrad 14 mit einer Lenkwelle 18 gekoppelt, die wiederum eine elektrische Maschine 20 antreibt, wenn das Lenkrad 14 von einem Fahrer gedreht wird. 3 zeigt die Lenkwelle 18 als aus zwei senkrechten Abschnitten zusammengesetzt, die durch ein Kreuzgelenk (nicht dargestellt) verbunden sind.
Ein an der elektrischen Maschine 20 befestigter Lenkwinkelsensor 22 stellt ein Signal bereit, das das Maß anzeigt, in dem die elektrische Maschine 20, und im Gegenzug das Lenkrad 14, gedreht wurden. Dieses Signal stellt daher einen angezeigten Lenkwinkel bereit, der an eine Lenksteuervorrichtung 24 über ein geeignetes Kommunikationsnetzwerk, wie z. B. einen herkömmlichen Fahrzeug-CAN-Bus, übertragen wird.
Die elektrische Maschine 20 ist dazu betätigbar, ein Drehmoment an die Lenkwelle 18 anzulegen und dadurch einen Widerstand gegen das Drehen des Lenkrads 14 bereitzustellen. Die Größenordnung des an die Lenkwelle 18 angelegten Drehmoments kann je nach den von der Lenksteuervorrichtung 24 empfangenen Steuerbefehlen variiert werden, um das Verhalten eines mechanischen Lenksystems nachzubilden, wie nachstehend näher beschrieben wird.
Jedes Laufrad 16 wird von einem entsprechenden Kugelgelenk (nicht dargestellt) gehalten und durch einen entsprechenden elektro-mechanischen Stellantrieb 26 durch eine Zugstange 28 als Reaktion auf von der Lenksteuervorrichtung 24 empfangene Steuerbefehle gedreht. In dieser Hinsicht enthält die Lenksteuervorrichtung 24 ein Verarbeitungsmodul, das einen oder mehrere Prozessoren und einen auslesbaren Speicher umfasst, wobei die Prozessoren konfiguriert sind, eingehende Daten zu empfangen und Steuersignale basierend auf diesen Daten nach vordefinierten, im Speicher hinterlegten Regeln zu erzeugen.
Die Stellelemente 26 können linear sein, zum Beispiel so, dass das Ausfahren eines Stellelements 26 eine Schwenkbewegung seines entsprechenden Laufrads 16 um eine senkrechte Achse antreibt, die durch das Kugelgelenk läuft, das das Rad hält.
Wenn der angezeigte Lenkwinkel empfangen wurde, bestimmt die Lenksteuervorrichtung 24 einen geeigneten Ausfahrweg für jedes Stellelement 26, das wiederum jedes der Laufräder 16 in einem geeigneten Maß dreht, um die Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 nach dem angezeigten Lenkwinkel zu ändern. Sobald die Stellelement-Ausfahrwege bestimmt wurden, gibt die Lenksteuervorrichtung 24 Steuerbefehle über die Kommunikationsnetzwerke aus, um die Stellelemente 26 zu betätigen, ihre entsprechenden Laufräder 16 in die geeigneten Winkel zu drehen. Jedes Stellelement 26 enthält einen Stellelementsensor 30, der ein Signal überträgt, das der Lenksteuervorrichtung 24 den Stellelement-Ausfahrweg anzeigt, um eine Rückkopplungsschleifensteuerung des Ausfahrwegs jedes Stellelements 26 zu ermöglichen.
Jeder Stellelementsensor 30 stellt weiterhin ein Signal bereit, das die Kraft anzeigt, die momentan von seinem entsprechenden Stellelement 26 ausgeübt wird, um den momentanen Ausfahrweg zu erreichen. Die angezeigten Kräfte werden an die Lenksteuervorrichtung 24 übertragen, die ein geeignetes Drehmoment für die elektrische Maschine 20 zum Anlegen an der Lenkwelle 18 zum Erzeugen eines Widerstands gegen die Drehung des Lenkrads 14 bestimmt, der proportional zu den von den Stellelementen 26 ausgeübten angezeigten Gesamtkräften ist. Die Lenksteuervorrichtung 24 gibt anschließend Steuerbefehle über das Kommunikationsnetzwerk aus, um die elektrische Maschine 20 entsprechend zu betreiben. Auf diese Weise bildet das Steer-by-Wire-Lenksystem 12 das Verhalten eines mechanischen Lenksystems wie vorstehend beschrieben nach.
Die Lenksteuervorrichtung 24 empfängt auch von einem Fahrzeugzustandsschätzer 32 eine Anzeige des Fahrzeugzustands, und zwar eine Zusammenfassung von derzeitigen Fahrzeugbetriebsparametern. Dies ermöglicht es der Lenksteuervorrichtung 24 den Fahrzeugzustand zu berücksichtigen, wenn sie Steuerbefehle für die Stellelemente 26 und die elektrische Maschine 20 erzeugt. Zum Beispiel kann das Lenkverhältnis nach der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt werden.
Um eine Bestimmung des Fahrzeugzustands zu ermöglichen, empfängt der Fahrzeugzustandsschätzer 32 von einer Reihe von bordeigenen Sensoren 34 eine Reihe von Signalen, die Fahrzeugbetriebsparameter anzeigen. Diese Sensoren 34 können zum Beispiel den Lenkwinkelsensor 22 und die Stellelementsensoren 30 zusammen mit anderen Sensoren, wie z. B. Radgeschwindigkeitssensoren und Motorlastsensoren, enthalten.
Der Fahrzeugzustandsschätzer 32 empfängt auch eine Anzeige der von der Lenksteuervorrichtung 24 an die elektrische Maschine 20 ausgegebenen Steuerbefehle, die dem Fahrzeugzustandsschätzer 32 eine Übersicht über das Lenkwellendrehmoment bietet und dadurch ein vollständigeres Bild des Fahrzeugzustands erzeugt.
Der Fahrzeugzustandsschätzer 32 ist auch dafür zuständig, basierend auf dem Fahrzeugzustand zu bestimmen, wie nah an der Haftgrenze das Fahrzeug 10 betrieben wird. Entsprechend übermittelt der Fahrzeugzustandsschätzer 32 an die Lenksteuervorrichtung 24 eine Anzeige der Nähe des Fahrzeugs 10 zur Haftgrenze. In anderen Ausführungsformen kann die Lenksteuervorrichtung 24 konfiguriert sein, die Nähe des Fahrzeugs 10 zur Haftgrenze zu bestimmen.
Obwohl der Fahrzeugzustandsschätzer 32 für eine Reihe von Funktionen innerhalb des Fahrzeugs 10 verwendet wird, kann der Fahrzeugzustandsschätzer 32 für die Zwecke dieser Beschreibung als Bestandteil eines Lenksteuersystems 36 angesehen werden, das auch die Lenksteuervorrichtung 24 enthält.
In den meisten Fahrsituationen wirkt die Lenksteuervorrichtung 24, um die Laufräder 16 in einem Maß zu drehen, das direkt proportional zum angezeigten Lenkradwinkel ist, um ein festes Lenkverhältnis bereitzustellen, das das Verhalten eines herkömmlichen mechanischen Lenksystems imitiert. Das Lenkverhältnis kann zum Beispiel zwischen 8:1 und 15:1 liegen. Dies definiert ein Nennverhältnis zwischen dem Lenkrad 14 und den Laufrädern 16, das eine vorhersagbare Lenkreaktion bereitstellt, so dass die Bedienung des Steer-by-Wire-Lenksystems 12 für einen Fahrer unkompliziert ist.
Wie vorstehend aufgeführt, gibt es jedoch bestimmte Situationen, in denen die Lenksteuervorrichtung 24 von ihrem Nennverhältnis abweichen kann, indem sie das Lenkverhältnis ändert. Insbesondere, wenn die Reifen der Laufräder 16 an die Haftgrenze kommen, kann die Lenksteuervorrichtung 24 abweichen, indem sie das Lenkverhältnis erhöht, so dass das Drehen des Lenkrads 14 um einen bestimmten Betrag eine viel kleinere Änderung im Laufradwinkel hervorruft, als dies normalerweise der Fall wäre, und dadurch den Punkt, an dem die Haftgrenze erreicht wird, hinauszögert.
Sobald die Haftgrenze erreicht wird, kann die Lenksteuervorrichtung 24 noch weiter von ihrem Nennverhältnis abweichen, indem die Laufräder 16 über einen definierten Bereich von fortgesetzter Lenkraddrehung bei einem konstanten Winkel gehalten werden. Das Verhältnis zwischen dem Lenkrad 14 und den Laufrädern 16 kann daher als vorübergehend aufgehoben angesehen werden, wenn sich die Laufräder 16 an der Haftgrenze befinden. Auf diese Weise wirkt die Lenksteuervorrichtung 24, um die Laufräder 16 unterhalb oder an der Haftgrenze zu halten, um Traktionsverlust zu vermeiden.
Es sei darauf hingewiesen, dass unter bestimmten Umständen, sobald die Haftgrenze überschritten wurde, die Laufräder 16 jenseits davon gehalten werden können, um zu verhindern, dass das Fahrzeug 10 aus einem Untersteuerungszustand in einen Übersteuerungszustand springt. Das kann geschehen, falls sich der Schräglaufwinkel zum Beispiel infolge einer Überreaktion des Fahrers auf Traktionsverlust zu schnell ändert.
Es gibt verschiedene Verfahren zum Schätzen der Haftgrenze für eine gegebene Fahrbedingung. Zum Beispiel kann in einem einfachen Ansatz die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit, wie sie von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (nicht dargestellt) angezeigt wird, mit einer Nachschlagetabelle verglichen werden, um den maximalen Schräglaufwinkel zu bestimmen.
Alternativ kann die Querbeschleunigung des Fahrzeugs 10, wie sie zum Beispiel an seinen Achsen gemessen wird, mit der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Schräglaufwinkel verglichen werden. Falls die Querbeschleunigung niedriger als erwartet ist, wird davon ausgegangen, dass sich die Reifen an oder oberhalb der Haftgrenze befinden, und so werden sie auf ihre momentanen Winkel begrenzt.
In einer weiteren Möglichkeit, kann die Fahrzeuggierreaktion überwacht werden, unter Hinweis darauf, dass beim Fahren unterhalb der Grenzen die Gierrate des Fahrzeugs proportional zur angelegten Lenkraddrehgeschwindigkeit ist, aber wenn man sich der Haftgrenze nähert, die Gierratenreaktion des Fahrzeugs sich bis zu dem Punkt verlangsamt, an dem das Fahrzeug 10 nicht mehr reagiert, was letztendlich zu einer absoluten Untersteuerung und Totalverlust der Haftung führt.
Die vorstehenden Ansätze können auch kombiniert werden, indem der Zusammenhang zwischen der Gierreaktion des Fahrzeugs und seiner Querbeschleunigung bewertet wird. Unterhalb der Haftgrenze geht man davon aus, dass ein starker Zusammenhang zwischen diesen Parametern aufrechtbehalten bleibt, und so kann jede Abweichung von diesem Verhältnis als Anzeige dafür verwendet werden, dass sich das Fahrzeug 10 der Haftgrenze nähert.
Alternativ oder zusätzlich können die von einem Antiblockier-Bremssystems (ABS) gelieferten Daten dazu verwendet werden, zu erkennen, wenn ein Laufrad 16 an Traktion zu verlieren beginnt, und daher eine direkte Anzeige der derzeitigen Haftgrenze bereitstellen.
Der momentane Fahrmodus kann berücksichtigt werden, wenn die Haftgrenze berechnet wird.
Komplexere Techniken können auch die momentanen Straßenverhältnisse berücksichtigen, unter Hinweis darauf, dass die Haftgrenze vom Reibungskoeffizienten zwischen den Reifen der Laufräder 16 und der Oberfläche, auf der sie fahren, bestimmt wird. Zum Beispiel können die vorstehend erwähnten Nachschlagetabellen entsprechend angepasst werden, falls das Fahrzeug 10 erkennt, dass es auf einer nassen Straße fährt, was eine geringere Reibung und daher reduzierte Quer- und Längskräfte mit sich bringt, die von den Laufrädern 16 bereitgestellt werden können.
Das Aufheben des Verhältnisses zwischen dem Lenkrad 14 und den Laufrädern 16, um Traktionsverlust zu vermeiden, wenn sich die Laufräder 16 an der Haftgrenze befinden, ist auf einen schmalen Bereich eingegrenzt, so dass es nicht scheint, als ob das Lenkrad 14 nicht mehr reagiert. Entsprechend wird jedes Mal, wenn eines oder mehrere der Laufräder 16 die Haftgrenze erreichen, eine maximale Abweichung für den Lenkradwinkel definiert. Das Verändern des Lenkradwinkels innerhalb eines Bereichs zwischen einem der Haftgrenze entsprechenden Winkel und der maximalen Abweichung hat keine Auswirkung auf den Laufradwinkel. Entsprechend ändert die Lenksteuervorrichtung 24 den Ausfahrweg der Stellelemente 26 nicht, wenn das Lenkrad 14 innerhalb dieses Bereichs gedreht wird. Stattdessen werden die Stellelemente 26 an einer festen Position gehalten, die der Haftgrenze der Laufräder 16 entspricht.
Falls das Lenkrad 14 über den Punkt der maximalen Ablenkung hinaus gedreht wird, nimmt die Lenksteuervorrichtung 24 die Änderung der Orientierung der Laufräder 16 nach dem Nennverhältnis zwischen dem Lenkrad 14 und den Laufrädern 16 wieder auf, indem das übliche Lenkverhältnis angewandt wird. Es bleibt daher möglich, die Laufräder 16 über die Haftgrenze hinaus zu zwingen, so dass das Fahrzeug 10 an Traktion verliert. Es werden jedoch auch verschiedene andere Wege zum Umgang mit dem Überschreiten der Grenze der Abweichung vom Nennverhältnis in Betracht gezogen.
Die 4 bis 8 stellen einige spezifische Fahrszenarien dar, um dieses Prinzip zu veranschaulichen. Jede Figur zeigt das Lenkrad 14 des Steer-by-Wire-Lenksystems 12 zusammen mit einem gedrehten Lenkrad 16, um das Verhältnis zwischen dem Lenkrad 14 und dem Laufrad 16 durch eine Reihe von Fahrszenarien zu veranschaulichen. Es sei darauf hingewiesen, dass die 4 bis 8 zu Zwecken der Veranschaulichung ein Lenkverhältnis von 1:1 annehmen, was viel niedriger ist, als es typischerweise in der Praxis verwendet würde.
Beginnend mit 4 ist das Lenkrad 14 des Steer-by-Wire-Lenksystems 12 mit einer dieses durchlaufenden senkrechten gestrichelten Linie 40 dargestellt, die eine Ruheposition darstellt, die keiner Änderung in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 entspricht. Diese Ruheposition wird allgemein als „Mittel“-Position bezeichnet. 4 zeigt das Lenkrad 14 um eine Mittelachse um ungefähr 20° gegen den Uhrzeigersinn (wie in der Ansicht der Figur) in Bezug auf die Mittelposition gedreht, so dass eine Mittellinie 42 des Lenkrads 14 einen als α_SW bezeichneten Winkel von 20° in Bezug auf die Mittelposition bildet. Dieser Winkel spiegelt den von einem Fahrer gewünschten Grad an Änderung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 wider.
Ein Laufrad 16 ist neben dem Lenkrad 14 in einer Orientierung dargestellt, die dem 1:1-Lenkverhältnis dieses Beispiels entspricht. Entsprechend liegt eine Mittellinie 44 des Laufrads 16 in einem Winkel von 20° in Bezug auf eine senkrechte Linie 46, die eine Mittelposition des Laufrads 16 darstellt. Dieser Winkel wird als α_RW bezeichnet.
In diesem Beispiel fährt das Fahrzeug 10 mit einer Geschwindigkeit, die eine Haftgrenze zur Folge hat, die einem Lenkwinkel entspricht, der größer ist als der Eingangswinkel von 20°. Der Lenkwinkel, der die Laufräder 16 an der Haftgrenze orientieren würde, während das Nennverhältnis zwischen dem Lenkrad 14 und den Laufrädern 16 aufrechterhalten wird, und unter den momentanen Fahrbedingungen, ist durch die gestrichelten Linien 48, 50 auf dem Laufrad 16 bzw. dem Lenkrad 14 bei ungefähr 45° in Bezug auf die Mittelposition dargestellt.
Jenseits der Haftgrenze zeigt eine in 4 dargestellte, weitere gestrichelte Linie 52 im Lenkrad 14 eine maximale Abweichung vom Nennverhältnis an, die das Lenkrad 14 einnehmen dürfte, bevor das Nennverhältnis wieder aufgenommen werden würde und das Laufrad 16 über die Haftgrenze hinaus gezwungen würde. Alternativ kann die Lenksteuervorrichtung 24 ein anderes Verhältnis jenseits der Haftgrenze nach den Anforderungen der jeweiligen individuellen Anwendung annehmen.
5 zeigt das Lenkrad 14 etwas weiter gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so dass α_SW der Haftgrenze bei 45° entspricht. Da die Haftgrenze nicht überschritten wurde, wird das Lenkverhältnis aufrechterhalten, und somit ist das Laufrad 16 so orientiert, dass α_RW ebenfalls 45° beträgt. Entsprechend zeigt 5 das Laufrad 16 in einer Position, die der Haftgrenze für die momentanen Fahrparameter entspricht. Falls α_RW größer werden würde, würde daher das Laufrad 16 an Traktion verlieren.
6 zeigt das Lenkrad 14 noch weiter gedreht, so dass asw den der Haftgrenze entsprechenden Winkel überschreitet.
In einem festen Lenkverhältnissystem, wie z. B. einem herkömmlichen mechanischen System, werden die Laufräder 16 in eine Position gedreht, die direkt dem Eingangswinkel entspricht. Falls ein derartiges System auf die in 6 veranschaulichte Weise betrieben würde, würde das Fahrzeug 10 an Traktion verlieren, da α_SW den Winkel, der der Haftgrenze entspricht, überschreitet.
Wie vorstehend aufgeführt, kann jedoch das elektronische Steer-by-Wire-Lenksystem 12 von 3 das Lenkverhältnis variieren, so dass es vom Nennverhältnis zwischen dem Lenkrad 14 und den Laufrädern 16 abweicht, um Traktionsverlust zu verhindern. In diesem Beispiel bleibt α_SW unterhalb der maximal zulässigen Abweichung vom Nennlenkverhältnis, und so ermöglicht die Lenksteuervorrichtung 24 eine Abweichung des Lenkverhältnisses vom Nennlenkverhältnis und verhält sich, als ob der Lenkrad-Eingangswinkel mit dem Winkel übereinstimmt, der der Haftgrenze entspricht. Das Laufrad 16 wird daher an der Haftgrenze gehalten, so dass α_RW in Bezug auf 5 unverändert ist, was es dem Laufrad 16 ermöglicht, Traktion aufrechtzuerhalten.
7 zeigt das Lenkrad 14 noch weiter gedreht, so dass α_SW nun mit dem Punkt der maximal zulässigen Abweichung vom Nennverhältnis übereinstimmt. Da die maximale Abweichung in dieser Phase nicht überschritten wurde, wendet die Lenksteuervorrichtung 24 eine größtmögliche Abweichung vom Nennverhältnis an, bei der α_RW unverändert gegenüber dem Szenario in 6 bleibt, so dass das Laufrad 16 an der Haftgrenze bleibt.
Zuletzt zeigt 8 ein Szenario, in dem das Lenkrad 14 in dem Maß gedreht ist, dass α_SW größer ist als der Winkel, der dem Punkt der maximalen Abweichung entspricht. Entsprechend nimmt die Lenksteuervorrichtung 24 das Nennverhältnis zwischen dem Lenkrad 14 und dem Laufrad 16 wieder ein, und dreht das Laufrad 16 in einem Maß, das dem Umfang entspricht, um den der Lenkradwinkel den Punkt der maximalen Abweichung überschreitet. Daher ist ein Winkel zwischen α_SW und der Linie, die den Punkt der maximalen Abweichung auf dem Lenkrad 14 darstellt, gleich einem Winkel zwischen α_RW und der Linie, die die Haftgrenze auf dem Laufrad 16 in 8 darstellt.
Während das Ermöglichen von Abweichung vom Nennverhältnis zwischen dem Lenkrad 14 und den Laufrädern 16 einen nützlichen Fehlerspielraum für den Fahrer bereitstellt, gibt es Situationen, in denen ein Fahrer eventuell einen Traktionsverlust des Laufrads 16 erzwingen möchte. Daher ist die zulässige Abweichung auf einen relativ kleinen Bereich begrenzt, um ein übermäßiges Eingreifen durch die Lenksteuervorrichtung 24 zu vermeiden. Wenn die zulässige Abweichung zu groß wäre, könnte es andernfalls scheinen, dass das System nicht reagiert, und ein Fahrer glaubt eventuell sogar, dass ein Fehler aufgetreten ist. Weiterhin wird es als wünschenswert angesehen, es dem Fahrer zu ermöglichen, einen Traktionsverlust zu erzwingen, wenn er das wünschen sollte, und dem Fahrer dadurch die größtmögliche Kontrolle über das Fahrzeug 10 zu ermöglichen.
Da α_SW größer ist als der Winkel, der der maximalen Abweichung entspricht, verliert das Fahrzeug 10 unter den in 8 dargestellten Bedingungen an Traktion. Es sei darauf hingewiesen, dass ein derartiger Traktionsverlust durch die zulässige Abweichung aufgrund der Tatsache abgeschwächt werden kann, dass die Laufräder 16 in einem geringeren Maß über ihre Haftgrenze hinaus gedreht werden, als sie es bei einem Lenksystem mit einem festen Lenkverhältnis würden.
Es versteht sich, dass die in diesem Beispiel verwendeten Werte nur zu Veranschaulichungszwecken dienen, und in der Praxis andere sein können. Insbesondere können die übernommenen Werte von den Ergebnissen von Untersuchungen zum menschlichen Faktor und Sicherheit abhängen.
Unabhängig davon, wie groß der zulässige Abweichungsbereich ist, muss eine derartige Abweichung vom Nennverhältnis sachgemäß und in einer Weise gehandhabt werden, die für den Fahrer ein intuitives Feedback bereitstellt, während seine Handlungen berücksichtigt werden. Verschiedene Verfahren, das zu erreichen, werden in der folgenden Beschreibung dargelegt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Fahrer zum Beispiel das Lenkrad 14 während des Traktionsverlusts eventuell instinktiv in einem bestimmten Winkel dreht, der als der vom Fahrer beabsichtigte Weg erkannt werden sollte und auf den entsprechend reagiert werden sollte.
Es sei darauf hingewiesen, dass in jedem der vorstehenden Beispiele die Haftgrenze durchbrochen werden könnte, indem die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wird, während ein stabiler Lenkwinkel beibehalten wird, anstatt den Schräglaufwinkel durch Drehen des Lenkrads 14 zu vergrößern.
Wie vorstehend aufgeführt, ist es in einem Steer-by-Wire-Lenksystem, wie z. B. dem in 3 dargestellten, bei dem eine Abweichung vom Nennverhältnis zwischen dem Lenkrad 14 und den Laufrädern 16 ermöglicht ist, unklar, wie der Widerstand gegen eine Drehung des Lenkrads 14 während der Zeiträume einer solchen Abweichung auf eine Weise gesteuert werden soll, die für einen Fahrer hilfreich ist. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 12 von 3 unterliegt auch dem Problem des Umgangs mit Lenkwiderstand während eines Übergangs über die Haftgrenze, der alle Lenksystemtypen beeinträchtigt.
Um diese Probleme zu beheben, schlagen Ausführungsformen der Erfindung allgemein gesprochen Wege vor, um einem Fahrer zu signalisieren, dass sich die Haftgrenze nähert, oder dass das Lenkrad 14 außerhalb des Nennverhältnisses mit den Laufrädern 16 arbeitet. Einige spezifische Beispiele werden nachstehend beschrieben, obwohl darauf hingewiesen sei, dass sich der Umfang des erfindungsgemäßen Konzepts auf jede Form von Feedback erstreckt, das für einen Fahrer für die vorstehend definierten Zwecke bereitgestellt werden kann, einschließlich zum Beispiel der Verwendung von haptischem Feedback und Warnleuchten und/oder -Tönen.
9 zeigt ein Paar von senkrecht übereinander angeordneten Graphen, bei denen ein oberer Graph 60 2 dahingehend ähnelt, dass er den Lenkradwinkel gegen das Lenkraddrehmoment abbildet, wohingegen ein unterer Graph 62 den Lenkradwinkel gegen den Laufradwinkel abbildet.
Der obere Graph 60 zeigt daher einen Weg, auf dem das Steer-by-Wire-Lenksystem 12 dem Fahrer ein Feedback geben kann, um ihn darauf aufmerksam zu machen, dass die momentane Betriebsbedingung des Fahrzeugs 10 so ist, dass es sich der Haftgrenze nähert. Für das Steer-by-Wire-Lenksystem 12 von 3 entspricht das in 9 dargestellte Lenkraddrehmoment dem von der elektrischen Maschine 20 unter der Steuerung der Lenksteuervorrichtung 24 angelegten Drehmoment.
Der untere Graph 62 zeigt das Verhältnis zwischen dem Lenkradwinkel und dem Laufradwinkel an und stellt daher Kontext für das im oberen Graphen 60 dargestellte Feedback dar.
Eine erste senkrechte gestrichelte Linie 64 in 9 stellt den Lenkradwinkel dar, der der Haftgrenze für den momentanen Fahrzeugzustand entspricht. Eine zweite senkrechte gestrichelte Linie 66, die zur ersten gestrichelten Linie 64 in 9 nach rechts versetzt ist, stellt die maximale zulässige Abweichung vom Nennverhältnis zwischen dem Lenkrad 14 und den Laufrädern 16 dar.
Die herkömmliche in 2 dargestellte Reaktion, bei der der Lenkwiderstand drastisch sinkt, sobald die Haftgrenze überschritten wird, ist durch eine gestrichelte Kurve 68 in 9 dargestellt. Wie bereits erläutert, kommt es zu dieser Reaktion, wenn das auf das Lenkrad 14 angelegte Drehmoment direkt proportional zur von den Laufrädern 16 ausgeübten Querkraft ist, die abnimmt, wenn die Reifen an Traktion verlieren.
In der in 9 dargestellten Ausführungsform ist die Lenksteuervorrichtung 24 dazu angeordnet, die Art zu verändern, mit der der Lenkwiderstand gesteuert wird, während man sich der Haftgrenze nähert oder sie überschreitet. Statt einen Widerstand beizubehalten, der proportional zu dem von den Laufrädern 16 ausgeübten Torsionsmoment ist, wie in 9 dargestellt, wird der Lenkwiderstand von der Lenksteuervorrichtung 24 an und jenseits der Haftgrenze erhöht.
In dieser Hinsicht sei darauf hingewiesen, dass für eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit das Anlegen eines Lenkradwinkels unterhalb der Haftgrenze zu einem spezifischen Laufradwinkel führt, der zusammen mit der Fahrzeuggeschwindigkeit einen Reifen-Schräglaufwinkel erzeugt. Das wiederum erzeugt eine Querbeschleunigung, die in einer Kraft durch die Reifenaufstandsfläche resultiert.
Beim Fahren unterhalb der Grenzen wird ein spezifischer Lenkwiderstand, der proportional zur Kraft durch die Aufstandsfläche ist, auf das Lenkrad 14 angelegt, um das System im Gleichgewicht zu halten. Wie der untere Graph 62 zeigt, bleibt der Laufradwinkel in diesem Bereich direkt proportional zum Lenkradwinkel bis zur Haftgrenze, die das Nennverhältnis zwischen dem Lenkrad 14 und den Laufrädern 16 darstellt.
An und jenseits der Haftgrenze wird das Verhältnis zwischen der Kraft an der Aufstandsfläche und dem Lenkradwiderstand manipuliert, um ein nützliches und intuitives Feedback für den Fahrer bereitzustellen. In dieser Hinsicht sei darauf hingewiesen, dass das in 9 dargestellte Lenkwiderstandsprofil nur ein Beispiel für den Feedback-Typ ist, der in Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann, um anzuzeigen, dass sich ein Laufrad an oder jenseits der Haftgrenze befindet. In Alternativen ist es auch möglich, dass das Profil Bereiche eines abnehmenden Drehmoments enthält oder der Lenkwiderstand auf einem konstanten Niveau an oder oberhalb der Haftgrenze gehalten wird. Darüber hinaus kann das Verringern des Lenkwiderstands zusammen mit anderen Formen von Feedback eingesetzt werden. Das genaue Lenkwiderstandsprofil und die generelle eingeführte Feedback-Strategie sind wahrscheinlich vom Ergebnis von Untersuchungen zum menschlichen Faktor und Sicherheit abhängig.
Mit Schwerpunkt auf der spezifischen Feedback-Strategie, die in 9 dargestellt ist, wird im unteren Graphen 62, wenn die Haftgrenze erreicht wird, das Verhältnis zwischen dem Lenkradwinkel und dem Laufradwinkel vorübergehend aufgehoben, so dass eine weitere Vergrößerung des Lenkradwinkels innerhalb eines schmalen Bereichs bis zur maximal zulässigen Abweichung keine Auswirkung auf den Laufradwinkel hat.
Jenseits dieses Bereichs wird das Nennverhältnis wieder aufgenommen, und so ist der Lenkradwinkel erneut direkt proportional zum Laufradwinkel, wenngleich mit einem Versatz in Bezug auf die Lenkradwinkel unterhalb der Haftgrenze.
Wie im oberen Graphen 60 dargestellt, erhöht sich, sobald die Haftgrenze erreicht wird, der Lenkwiderstand drastisch, während sich das Lenkrad 14 innerhalb des Bereichs der zulässigen Abweichung vom Nennverhältnis dreht. Dies stellt eine eindeutige Anzeige für den Fahrer bereit, dass die Grenze erreicht wurde und überschritten werden wird, falls das Lenkrad 14 weiter gedreht wird. In der Praxis macht es dieser Ansatz für den Fahrer auch schwierig, das Lenkrad 14 in einem ausreichenden Maß zu drehen, um die Haftgrenze zu überschreiten, was vermeiden kann, dass der Fahrer das Lenkrad 14 zufällig auf diese Weise dreht, und auch als Abschreckung gegen rücksichtsloses Fahren wirken kann.
Sobald die Haftgrenze überschritten wird, sinkt die Geschwindigkeit, mit der sich der Lenkwiderstand erhöht, erheblich. Der Widerstand erhöht sich jedoch weiterhin, während der Lenkwinkel größer wird, anders als bei herkömmlichen Systemen. Das bedeutet, dass es zunehmend schwieriger für einen Fahrer wird, einen Traktionsverlust des Fahrzeugs 10 zu verschlimmern, was als Sicherheitsmaßnahme wirkt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die in 9 dargestellte Technik gleichermaßen auf herkömmliche mechanische Systeme zum Warnen eines Fahrers bezüglich der Annäherung an die Haftgrenze anwendbar ist. Da der Lenkwiderstand charakteristisch für mechanische Systeme ist, kann der Anbau eines zusätzlichen Motors an eine Lenksäule des Systems erforderlich sein, um diese Technik umzusetzen, zum Beispiel um das zusätzliche Drehmoment anzulegen, das erforderlich ist, um eine Erhöhung des Lenkwiderstands an und jenseits der Haftgrenze bereitzustellen.
Wie bereits aufgeführt, ist das in 9 dargestellte Drehmomentprofil nur ein Beispiel der Art von Profil, die verwendet werden kann, um Feedback im Zusammenhang mit einer Haftgrenze an einen Fahrer bereitzustellen. In einer Alternative kann die Lenksteuervorrichtung 24 konfiguriert sein, eine dramatische Abnahme des Lenkwiderstands zu erzeugen, wenn die Haftgrenze erreicht wird, oder wenn das Lenkrad 14 und die Laufräder 16 von ihrem Nennverhältnis abgewichen sind. Das kann als deutlichere Warnung an den Fahrer wirken, die daher eher wahrgenommen wird und auf die eher reagiert wird, als die subtile Änderung des Widerstands, die naturgemäß durch herkömmliches Drehmoment-Feedback auftritt. Eine Erhöhung des Lenkwiderstands könnte anschließend angewandt werden, während man sich der maximalen Abweichung vom Nennverhältnis nähert, um den Fahrer davon abzuhalten, das Lenkrad 14 über diesen Punkt hinaus zu drehen.
Eine andere Technik, die dazu verwendet werden kann, den Fahrer auf die Annäherung an die Haftgrenze aufmerksam zu machen, ist haptisches Feedback. Ein derartiges Feedback wird bereits häufig zum Beispiel bei Spielanwendungen und in mobilen Geräten verwendet und beinhaltet typischerweise das Vibrieren einer Komponente in Kontakt mit einem Nutzer, in diesem Fall einem Fahrer des Fahrzeugs 10.
Zum Beispiel kann jeder Teil des Fahrzeugs 10, mit dem der Fahrer in Kontakt steht, einschließlich des Lenkrads 14, des Fahrersitzes, des Bodens und der Fahrpedale, dazu angeordnet sein, zu vibrieren, wenn man sich der Haftgrenze nähert. Zu diesem Zweck können haptische Feedback-Mechanismen in derartigen Fahrzeugkomponenten eingebettet sein, um die erforderlichen Vibrationen bei Erhalt eines elektrischen Anregungssignals von der Lenksteuervorrichtung 24 zu erzeugen. Zum Beispiel kann das Lenkrad 14 einen Schwingerreger enthalten, der Vibrationen in einer ähnlichen Weise wie die in Spielkonsolensteuervorrichtungen verwendeten Feedback-Mechanismen erzeugt. Alternativ könnte ein elektronischer Servolenkungs-(EPAS)-Motor, der in einem festen Lenksystem schwingt, das notwendige Feedback bereitstellen.
Die Vibrationen könnten durch Manipulation des Lenkradwiderstands erzeugt werden, zum Beispiel in Form von symmetrischen Schwingungen um das Nenndrehmoment.
Alternativ können die Vibrationen asymmetrische Schwingungen umfassen, so dass der Lenkradwiderstand in einer Weise gewichtet wird, die die Richtung anzeigt, in die der Fahrer das Lenkrad 14 drehen sollte, um eine Abweichung vom Nennlenkverhältnis zu beenden. In jedem Fall kann die Amplitude der Schwingungen proportional zum Ausmaß der Abweichung vom Nennverhältnis sein.
Unabhängig davon, wie derartige Vibrationen erzeugt werden, werden sie vom Fahrer gespürt und wirken so als eine eindeutige Warnung der Annäherung an die Grenze.
Die Stärke und/oder Häufigkeit der Vibrationen kann gesteigert werden, wenn sich die Haftgrenze nähert, um weitere Informationen für den Fahrer bereitzustellen. Die Vibrationen können kontinuierlich sein, oder sie können alternativ impulsartig abgegeben werden. Im letzteren Fall kann die Häufigkeit der Impulse der Vibrationen zunehmen, wenn das Lenkrad 14 weiter hin zu einem Winkel gedreht wird, der der Haftgrenze entspricht, oder wenn das Fahrzeug 10 hin zur Haftgrenze beschleunigt, um eine eskalierende Warnung an den Fahrer bereitzustellen.
Sobald die Haftgrenze überschritten wird, können die Vibrationen weiterhin an Stärke und/oder Häufigkeit zunehmen, um die sich verschlimmernde Lage der Fahrsituation anzuzeigen. Alternativ können die Vibrationen jenseits der Haftgrenze aufhören, wenn man unterstellt, dass der Fahrer einen Traktionsverlust des Fahrzeugs 10 absichtlich erzwungen hat, und daher kein weiteres Feedback benötigt. Die gewählte Option kann von einem momentanen Fahrmodus abhängen. Zum Beispiel können fortgesetzte zunehmende Vibrationen jenseits der Haftgrenze in einem normalen Fahrmodus eingesetzt werden, während Vibrationen jenseits der Haftgrenze aufhören können, falls sich das Fahrzeug 10 in einem Sport-Modus befindet.
Es sei darauf hingewiesen, dass zwei oder mehrere Techniken, einen Fahrer auf eine Haftgrenze aufmerksam zu machen, kombiniert verwendet werden können. Zum Beispiel kann das in 9 dargestellte zunehmende Drehmoment-Feedback zusammen mit haptischem Feedback verwendet werden, um eine verstärkte Warnung bereitzustellen.
Wie bei der geänderten Drehmoment-Feedback-Technik kann bei Steer-by-Wire-Lenksystemen haptisches Feedback verwendet werden. Unterschiedliche Arten von Feedback können verwendet werden, um anzuzeigen, wenn das Lenkrad 14 vom Nennverhältnis mit den Laufrädern 16 abgewichen ist und das Fahrzeug 10 somit an der Haftgrenze fährt, und wenn die Haftgrenze überschritten wurde.
Die Verwendung von verschiedenen Formen von Feedback zur Warnung vor einer sich nähernden Haftgrenze kann den Bedarf verringern, eine Abweichung vom Nennverhältnis zwischen dem Lenkrad 14 und den Laufrädern 16 zu ermöglichen, da der Fahrer auf die Haftgrenze hingewiesen wird und daher nicht denselben Fehlerspielraum benötigt. Die zulässige Abweichung kann daher in derartigen Anordnungen reduziert werden. Dies ermöglicht es dem Steer-by-Wire-Lenksystem 12, näher an einem festen Lenkverhältnis zu arbeiten, was aus der Perspektive eines Fahrers wünschenswert ist, da es eine vorhersagbarere Reaktion bereitstellt und Eingriffe von der Lenksteuervorrichtung 24 reduziert.
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess 70 zeigt, den der Fahrzeugzustandsschätzer 32 und die Lenksteuervorrichtung 24 wiederholen, um gegebenenfalls Feedback für den Fahrer bereitzustellen.
Der Prozess 70 beginnt damit, dass der Fahrzeugzustandsschätzer 32 in Schritt 72 Sensordaten in Form von Signalen im Zusammenhang mit einem momentanen Fahrzustand des Fahrzeugs 10 empfängt. Diese Signale können zum Beispiel eine Anzeige der Fahrzeuggeschwindigkeit, die von einem bordeigenen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor oder Radgeschwindigkeitssensor bereitgestellt wird, und Anzeigen der Laufradwinkel der Fahrzeugräder, wie zum Beispiel von den Stellelementsensoren 30 bereitgestellt, enthalten. Die Sensordaten können auch Anzeigen zum Beispiel des Lenkradwinkels, der Querbeschleunigung, der Gierrate, des Zustands eines ABS und eines gewählten Fahrmodus enthalten, um ein kompletteres Bild des Fahrzeugzustands bereitzustellen.
Basierend auf den Sensordaten bestimmt der Fahrzeugzustandsschätzer 32 in Schritt 74 mittels einer der vorstehend beschriebenen Techniken verschiedene Betriebsparameter für das Fahrzeug 10, einschließlich ob sich die Reifen der Laufräder 16 des Fahrzeugs 10 innerhalb der Haftgrenze befinden, und auch der Nähe zur Haftgrenze. Der Fahrzeugzustandsschätzer 32 bestimmt oder konsolidiert Parameter, wie z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, Kurvenradgeschwindigkeit, Querbeschleunigung, Gierrate und Schräglaufwinkel für die Reifen und die Fahrzeugkarosserie. Dadurch stellt der Fahrzeugzustandsschätzer 32 eine vollständige Übersicht über den Fahrzeugzustand bereit.
Die vom Fahrzeugzustandsschätzer 32 berechneten Parameter werden in Schritt 76 an die Lenksteuervorrichtung 24 weitergeleitet, zusammen mit einer Anzeige, ob sich das Fahrzeug 10 der Haftgrenze nähert oder diese überschritten hat. Falls die Lenksteuervorrichtung 24 in Schritt 78 herausfindet, dass das Fahrzeug 10 innerhalb der Haftgrenze betrieben wird, erzeugt sie in Schritt 80 ein Fahrer-Feedback „Grenzunterschreitung“, nämlich einen geeigneten Lenkwiderstand, der anschließend in Schritt 82 als ein Fahrer-Feedback-Signal ausgegeben wird. Der Prozess 70 kehrt anschließend zum ersten Schritt zurück und die Lenksteuervorrichtung 24 wartet auf aktualisierte Anzeigen des Fahrzeugfahrzustands vom Fahrzeugzustandsschätzer 32, um den Prozess 70 zu wiederholen.
Falls festgestellt wird, dass das Fahrzeug 10 an oder jenseits der Haftgrenze betrieben wird, so dass ein oder mehrere Laufräder 16 des Fahrzeugs 10 gerade an Traktion verlieren oder verloren haben, erzeugt die Lenksteuervorrichtung 24 in Schritt 84 ein Fahrer-Feedback-Signal „Grenzüberschreitung“, das dazu verwendet werden kann, den Fahrer auf die Tatsache aufmerksam zu machen, dass die Haftgrenze erreicht oder überschritten wurde.
Das Fahrer-Feedback-Signal kann dazu verwendet werden, jede beliebige Form von Feedback zu erzeugen, auf die vorstehend Bezug genommen wurde. Zum Beispiel kann das Fahrer-Feedback-Signal ein Drehmomentprofil umfassen, wie z. B. das in 9 dargestellte, das dazu verwendet werden kann, die elektrische Maschine 20 zu steuern, um den Lenkwiderstand auf eine Weise zu variieren, die dem Fahrer anzeigt, dass sich das Fahrzeug 10 an oder jenseits der Haftgrenze befindet.
Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrer-Feedback-Signal Signale enthalten, die konfiguriert sind, haptische Feedback-Mechanismen zum Beispiel innerhalb des Lenkrads 14 anzutreiben, um haptisches Feedback an den Fahrer wie vorstehend beschrieben auszugeben.
Das Fahrer-Feedback-Signal kann weiterhin Signale umfassen, die visuelle oder akustische Warnungen für den Fahrer auslösen. Diese Warnungen können durch spezielle Alarmvorrichtungen, wie z. B. einem Warnlicht oder einer Alarm-Lautsprechervorrichtung an einem Armaturenbrett des Fahrzeugs 10, oder alternativ durch ein Infotainment-System ausgegeben werden.
Sobald das Fahrer-Feedback-Signal erzeugt und an die entsprechenden Komponenten des Fahrzeugs 10 übertragen wurde, kehrt der Prozess 70 zum ersten Schritt zurück. Die Lenksteuervorrichtung 24 wartet anschließend auf aktualisierte Anzeigen des Fahrzeugfahrzustands vom Fahrzeugzustandsschätzer 32, um den Prozess 70 zu wiederholen. Auf diese Weise stellen der Fahrzeugzustandsschätzer 32 und die Lenksteuervorrichtung 24 ein kontinuierliches dynamisches Feedback für den Fahrer bereit.
Viele Änderungen können an den vorhergehenden Beispielen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung nach der Definition in den beigefügten Patentansprüchen abzuweichen.
Zum Beispiel kann anstatt einer einzigen, integrierten Lenksteuervorrichtung ein Lenksteuersystem, das eine oder mehrere Steuervorrichtungen enthält, dazu verwendet werden, das Steer-by-Wire-Lenksystem zu steuern. Zum Beispiel kann jedes Stellelement von einer entsprechenden speziellen Lenksteuervorrichtung als Reaktion auf von einer Master-Steuervorrichtung empfangene Befehle betätigt werden.
In einer nützlichen Option kann das Steuersystem in einigen Ausführungsformen angepasst werden, so dass die Fahrer-Feedback-Strategie auf einzelne Fahrer nach ihren Präferenzen zugeschnitten werden kann. So kann das Steuersystem mehrere unterschiedliche Nutzerprofile speichern, von denen jedes für einen anderen Fahrer des Fahrzeugs optimiert ist. Zum Beispiel kann ein Profil Fahrer-Feedback in Form eines drastisch erhöhten Lenkwiderstands an und jenseits der Haftgrenze enthalten, wohingegen ein anderes Profil ein konstantes Lenkdrehmoment in Verbindung mit haptischem Feedback umsetzen kann. Jedes Nutzerprofil kann durch eine Nutzerschnittstelle, wie zum Beispiel ein Infotainment-System konfiguriert werden.

Claims

Steuersystem (36) für ein Steer-by-Wire-Lenksystem (12) eines Fahrzeugs (10), wobei das Steuersystem (36) Folgendes umfasst: ein Verarbeitungsmodul, das konfiguriert ist, eine Anzeige einer Nähe eines Laufrads (16) des Fahrzeugs (10) zu einer Haftgrenze zu erhalten; eine Steuerungseinrichtung, die dazu angeordnet ist, Steuerbefehle auszugeben, um das Drehen des Laufrads (16) in Abhängigkeit von einem Signal, das die Position eines Lenkelements (14) anzeigt, nach einem Nennverhältnis zwischen dem Lenkelement (14) und dem Laufrad (16) zu bewirken; und von dem Nennverhältnis zwischen dem Lenkelement (14) des Steer-by-Wire-Lenksystems (12) und dem Laufrad (16) des Fahrzeugs (10) abzuweichen, wenn die Steuerungseinrichtung bestimmt, dass sich das Laufrad (16) an oder jenseits der Haftgrenze befindet; und eine Ausgabe zu erzeugen, die dazu angeordnet ist, ein Fahrer-Feedback-Signal auszugeben.
Steuersystem (36) nach Anspruch 1, wobei das Fahrer-Feedback-Signal ein Drehmomentprofil für das Lenkelement (14) des Steer-by-Wire-Lenksystems (12) oberhalb der Haftgrenze umfasst.
Steuersystem (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrer-Feedback-Signal ein Steuersignal umfasst, das konfiguriert ist, haptisches und/oder ein akustisches und/oder visuelles und/oder anpassbares Feedback durch eine oder mehrere Komponenten des Fahrzeugs (10) zu erzeugen, wobei die eine oder die mehreren Komponenten des Fahrzeugs (10) für haptisches Feedback eines oder mehrere der Folgenden umfassen: ein Lenkelement; einen Sitz; ein Pedal; und einen Boden, und/oder wobei die eine oder die mehreren Komponenten des Fahrzeugs (10) für akustisches Feedback eines oder mehrere der Folgenden umfassen: ein Infotainment-System; und einen Lautsprecher, und/oder wobei die eine oder die mehreren Komponenten des Fahrzeugs (10) für ein visuelles Feedback eines oder mehrere der Folgenden umfassen: ein Infotainment-System; und ein Licht, und/oder wobei das Feedback für ein anpassbares Feedback von einem Benutzer des Fahrzeugs (10) gewünschte Merkmale umfasst.
Steuersystem (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Eingang, der dazu angeordnet ist, ein oder mehrere Signale zu empfangen, die einen Fahrzeugfahrzustand anzeigen; wobei das eine oder die mehreren Signale, die einen Fahrzeugfahrzustand anzeigen, einen oder mehrere der folgenden Punkte umfassen: die Anzeige der Nähe des Laufrads (16) des Fahrzeugs (10) zu einer Haftgrenze; ein Signal, das eine Position des Lenkelements (14) anzeigt; ein Signal, das eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) anzeigt; ein Signal, das einen Schräglaufwinkel des Fahrzeugs (10) anzeigt; ein von einem Fahrzeugbremssystem erzeugtes Signal, das einen Traktionszustand eines Laufrads (16) des Fahrzeugs (10) anzeigt; einen gewählten Fahrmodus; und ein Signal, das eine Bedingung einer Oberfläche anzeigt, auf der das Fahrzeug (10) gerade fährt.
Steuersystem (36) nach Anspruch 4, wobei das Verarbeitungsmodul konfiguriert ist, die Nähe des Laufrads (16) des Fahrzeugs (10) zu einer Haftgrenze basierend auf dem einen oder den mehreren Signalen, die einen Fahrzeugfahrzustand anzeigen, zu bestimmen.
Steuersystem (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung dazu angeordnet ist, eine Lenkelement (14)-Position zu bestimmen, die eine maximale Abweichung von dem Nennverhältnis definiert.
Steuersystem (36) nach Anspruch 6, wobei der Ausgang dazu angeordnet ist, ein Fahrer-Feedback-Signal auszugeben, falls sich das Lenkelement (14) an oder jenseits der Position befindet, die die maximale Abweichung von dem Nennverhältnis definiert.
Steuersystem (36) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei die Steuerungseinrichtung dazu angeordnet ist, Steuerbefehle auszugeben, um das Laufrad (16) in einem im Wesentlichen konstanten Winkel zu halten, während die Haftgrenze überschritten ist und sich das Lenkelement (14) an oder unterhalb der Position befindet, die die maximale Abweichung von dem Nennverhältnis definiert.
Steuersystem (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Lenksteuervorrichtung (24), die das Verarbeitungsmodul und den Ausgang umfasst.
Steuersystem (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Fahrzeugzustandsschätzer (32), wobei der Fahrzeugzustandsschätzer (32) konfiguriert ist, die Nähe des Laufrads (16) des Fahrzeugs (10) zu einer Haftgrenze zu bestimmen.
Fahrzeug-Steer-by-Wire-Lenksystem (12) für ein Fahrzeug (10), Folgendes umfassend: ein Lenkelement (14), das dazu betätigbar ist, ein oder mehrere Laufräder (16) des Fahrzeugs (10) zu drehen, um eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs (10) zu ändern; ein Steuersystem (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und ein Feedback-System, das dazu angeordnet ist, ein Fahrer-Feedback als Reaktion auf den Fahrer-Feedback-Signal-Ausgang durch das Steuersystem (36) zu erzeugen; wobei das Feedback-System eine elektrische Maschine umfasst, die dazu betätigbar ist, der Bewegung des Lenkelements (14) nach dem Drehmomentprofil des Fahrer-Feedback-Signals Widerstand zu bieten.
Fahrzeug (10) umfassend Steuersystem (36) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, oder Steer-by-Wire-Lenksystem (12) nach einem von Anspruch 11.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs (10), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erhalten einer Anzeige einer Nähe eines Laufrads (16) des Fahrzeugs (10) zu einer Haftgrenze; Erzeugen eines Fahrer-Feedback-Signals, falls sich das Laufrad (16) an oder jenseits der Haftgrenze befindet; und Ausgeben des Fahrer-Feedback-Signals; wobei das Fahrer-Feedback-Signal mindestens eines der Folgenden umfasst: ein Drehmomentprofil für ein Lenkelement (14) eines Steer-by-Wire-Lenksystems (12) des Fahrzeugs (10), wobei das Drehmomentprofil einen Bereich von zunehmendem Drehmoment oberhalb der Haftgrenze umfasst; ein Drehmomentprofil für das Lenkelement (14) eines Steer-by-Wire-Lenksystems (12), wobei das Drehmomentprofil ein konstantes Drehmoment oberhalb der Haftgrenze umfasst; und ein Steuersignal, das konfiguriert ist, haptisches Feedback durch eine oder mehrere Komponenten des Fahrzeugs (10) zu erzeugen.
Steuersystem (36) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, Fahrzeug-Steer-by-Wire-Lenksystem (12) nach einem von Anspruch 11, Fahrzeug (10) nach Anspruch 12 oder Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Lenkelement (14) ein Lenkrad umfasst.