DE102019208200A1

DE102019208200A1 - Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire Lenksystems

Info

Publication number: DE102019208200A1
Application number: DE102019208200.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Maria Schäfer; Björn Makkus
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2020-12-10
Also published as: WO2020244909A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire Lenksystems (2) eines Fahrzeuges (1), bei welchem eine Sicherheitskupplung (3) des Fahrzeuges (1) vorgesehen ist, um durch ein Schließen der Sicherheitskupplung (3) eine mechanische Notlenkung bereitzustellen, wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden:- Bereitstellen (101) eines Normalbetriebs einer Lenkunterstützung bei dem Lenksystem (2), wenn die Sicherheitskupplung (3) geöffnet ist,- Ausführen (102) einer Abschaltfunktion (200) für die Lenkunterstützung, wenn die Sicherheitskupplung (3) geschlossen wird, um die Lenkunterstützung von dem Normalbetrieb in einen Notbetrieb zu überführen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire Lenksystems. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Sicherheitssystem zur Bereitstellung eines Notbetriebs einer Lenkunterstützung bei einem Steer-by-Wire Lenksystem eines Fahrzeuges.
Aus dem Stand der Technik sind Steer-by-Wire Lenksysteme bekannt, also Lenksysteme für Fahrzeuge, bei welchen der Lenkbefehl elektrisch übertragen wird. Hierzu kann eine elektronische und/oder zumindest teilweise softwarebasierte Lenksystemanordnung vorgesehen sein, um die Steer-by-Wire Funktionalität bei dem Fahrzeug bereitzustellen. Allerdings kann es technisch aufwendig sein, die zuverlässige Lenkbarkeit des Fahrzeuges ggf. auch bei Störungen des Lenksystems zu gewährleisten.
Aus der DE 101 59 330 A1 , US 6,571,176 B1 und US 9,037,352 B2 sind gattungsgemäße Verfahren bzw. Systeme bekannt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren bzw. Sicherheitssystem zum Betreiben eines Steer-by-Wire Lenksystems vorzugschlagen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Sicherheitssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben Lenksystems, vorzugsweise eines Steer-by-Wire Lenksystems, eines Fahrzeuges, bei welchem eine Sicherheitskupplung des Fahrzeuges vorgesehen ist, um durch ein Schließen der Sicherheitskupplung eine mechanische Notlenkung bereitzustellen. In anderen Worten kann die Sicherheitskupplung dazu ausgeführt sein, eine Lenkung des Fahrzeuges anders als im Normalfall als die mechanische Notlenkung bereitzustellen. Im Normalfall kann hingegen die Lenkung als eine elektrische Lenkung (gemäß „Steer-by-Wire“) vorgesehen sein. Konkret kann die Sicherheitskupplung dazu ausgeführt sein, eine mechanische Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe, insbesondere eines Lenkrads, und einem Lenkgetriebe und/oder den gelenkten Rädern des Fahrzeuges in einem Fehlerfall herzustellen. Im Normalfall kann die Sicherheitskupplung geöffnet und somit diese mechanische Verbindung getrennt sein, und z. B. lediglich eine elektrische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und dem Lenkgetriebe bzw. den Rädern zur Übertragung eines Lenkbefehls bestehen.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die nachfolgenden Schritte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden:

- Bereitstellen eines Normalbetriebs einer Lenkunterstützung (d. h. insbesondere auch eines Betriebs mit deaktivierter Lenkunterstützung und/oder bei aktivierter elektrischer Lenkung) bei dem Lenksystem, wenn die Sicherheitskupplung geöffnet ist,
- Ausführen einer Abschaltfunktion für die Lenkunterstützung, wenn die Sicherheitskupplung geschlossen wird, um insbesondere die Lenkunterstützung von dem Normalbetrieb in einen Notbetrieb zu überführen.

Damit kann (insbesondere im Fehlerfall) die Sicherheitskupplung geschlossen und die Abschaltfunktion ausgeführt werden, um die Notlenkung und den Notbetrieb der Lenkunterstützung bereitzustellen. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass ein sicherer Betrieb des Fahrzeuges auch bei Einsatz der Notlenkung weiterhin möglich ist und insbesondere der Übergang vom Normalbetrieb in den Notbetrieb (auch: Notlaufbetrieb) gewährleistet ist.
Die Notlenkung wird vorteilhafterweise dann eingesetzt, wenn es zu einem Fehlerfall bei dem Lenksystem und insbesondere auch bei der Lenkunterstützung und/oder dem hierzu verwendeten Elektromotor bzw. Aktor kommt. Zur Gewährleistung der Sicherheit kann es dann notwendig sein, die Lenkunterstützung bzw. den Elektromotor bzw. Aktor abzuschalten. Eine vollständige Abschaltung der Lenkunterstützung bzw. des Elektromotors bzw. Aktor und/oder ein Verzicht auf die Lenkunterstützung kann jedoch zur Folge haben, dass hohe Lenkmomente auf den Fahrer wirken. Damit es hierbei nicht zu einem plötzlichen „Schlag“ für den Fahrer beim Abschalten kommt, und um den Fahrer auf die neue Situation vorzubereiten, können somit der Notbetrieb und die Abschaltfunktion vorgesehen sein.
Insbesondere bei Steer-by-Wire Lenksystemen kann es sinnvoll sein, aus Sicherheitsgründen die Sicherheitskupplung beim Fahrzeug zu verbauen, welche im Fehlerfall die mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe auf der Achse wieder herstellen und damit als Rückfallebene dienen kann. Sobald die Sicherheitskupplung im Fehlerfall geschlossen wird, kann es zusätzlich aus Sicherheitsgründen notwendig sein, dass der Elektromotor bzw. Aktor und/oder jegliche Lenkunterstützung mit abgeschaltet werden. Der Fahrer lenkt in diesem Fall dann vollkommen mechanisch weiter. Ereignet sich diese vollständige Abschaltung jedoch in einer Kurve, können auf einmal sehr hohe Lenkmomente auf den Fahrer wirken, welche ggf. auch nicht mehr beherrscht werden können. Um den Fahrer auf die neue Situation, dass dieser selber mehr Kraft aufbringen muss, vorzubereiten bzw. um die letzte Lenkbewegung noch zu Ende zu bringen, kann vorteilhafterweise die Abschaltfunktion anstelle einer sofortigen vollständigen Abschaltung genutzt werden.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn das Fahrzeug als ein Kraftfahrzeug, insbesondere gleisloses Landkraftfahrzeug, zum Beispiel als ein Hybridfahrzeug, das eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine zur Traktion umfasst oder als ein Elektrofahrzeug ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem Hochvolt-Bordnetz und/oder einem Elektromotor. Insbesondere kann das Fahrzeug als ein Brennstoffzellenfahrzeug und/oder Personenkraftfahrzeug ausgebildet sein. Bevorzugt ist bei Ausführungsformen von Elektrofahrzeugen kein Verbrennungsmotor beim Fahrzeug vorgesehen, es wird dann ausschließlich durch elektrische Energie angetrieben. Alternativ kann das Fahrzeug auch als eine reine Brennkraftmaschine ausgebildet sein.
Die Lenkhandhabe ist z. B. als ein Lenkrad ausgeführt, welches ein Fahrer des Fahrzeuges zur Steuerung des Fahrzeuges und insbesondere zur Mitteilung des Lenkbefehls nutzt.
Ein Fahrer kann zur Mitteilung des Lenkbefehls z. B. einen Lenkwinkel vorgeben, wobei sich ggf. ein Drehmoment auf die Lenkhandhabe aufbaut, wenn der Fahrer gegen den Lenkhandhabenaktuator arbeitet. Dabei kann die Lenkhandhabe vorzugsweise im vorderen Fahrzeuginnenraum während des Fahrbetriebs, also der Fortbewegung des Fahrzeuges, für den Fahrer zugänglich angeordnet sein.
Unter einem „Steer-by-Wire“ Lenksystem (d. h. insbesondere „Lenken-per-Draht“ Lenksystem oder elektrische Lenkung bezeichnet) wird vorteilhafterweise ein Lenksystem verstanden, bei welchem der Lenkbefehl elektrisch übertragen wird. Konkret kann der Lenkbefehl hierbei von der Lenkhandhabe elektrisch zum elektromechanischen Aktor, insbesondere Road-Wheel-Aktuator oder Radstellaktuator, der den Lenkbefehl ausführt, weitergeleitet werden. Der Aktor kann dabei dem Elektromotor zur Bereitstellung der Lenkunterstützung entsprechen oder diesen Elektromotor aufweisen. In anderen Worten kann bei einem solchen Lenksystem keine mechanische Verbindung zwischen Lenkhandhabe und Lenkgetriebe und/oder gelenkten Rädern im Normalbetrieb vorgesehen sein. Konkret kann im Normalfall (und damit im Normalbetrieb der Lenkunterstützung) z. B. auf die mechanische Verbindung zwischen Lenkhandhabe und Spurstange über die Lenksäule verzichtet werden. Im Notbetrieb, welcher im Fehlerfall genutzt wird, kann hingegen eine Sicherheitskupplung geschlossen sein, um die mechanische Verbindung zumindest vorübergehend und notfallmäßig herzustellen.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Lenksystem eine Lenkunterstützung, insbesondere Lenkhilfe, vorgesehen sein. Bekannt sind hierbei z. B. hydraulische, elektro-hydraulische oder elektrische Lenkunterstützungen. Die Lenkunterstützung kann den Fahrer beim Lenken unterstützen, indem bspw. die vom Fahrer aufgebrachte Kraft zum Lenken, insbesondere durch einen Elektromotor, verstärkt wird. Für diese Verstärkung kann ein unterstützendes Moment erzeugt und/oder an der Lenkhandhabe aufgebracht werden.
Wenn das Lenksystem als ein „Steer-by-Wire“ Lenksystem ausgebildet ist, kann im Normalbetrieb der Lenkunterstützung die Unterstützung der Lenkung durch die Lenkunterstützung nicht notwendig sein. In anderen Worten kann die Lenkunterstützung dann deaktiviert sein und/oder der Aktor, insbesondere Elektromotor, zur Lenkunterstützung anders genutzt werden. Die Lenkhandhabe kann hierbei so frei bewegbar sein, dass die Unterstützung nicht benötigt wird. Allerdings kann der Elektromotor bzw. Aktor im Normalbetrieb (welcher ggf. auch zur Bereitstellung der Lenkunterstützung dient) zum Lenken ggf. ein Maximalmoment auf die Achse bzw. auf die Räder aufbringen, welches höher sein kann als das Maximalmoment (also das maximal mögliche Moment) im Notbetrieb. Somit kann im Normalbetrieb der Lenkunterstützung die Lenkunterstützung deaktiviert sein und/oder der Elektromotor bzw. Aktor ein Moment zum Lenken des Fahrzeuges erzeugen.
Nach dem Schließen der Sicherheitskupplung und/oder bei Ausführung der Abschaltfunktion kann hingegen die Lenkunterstützung notwendig sein, da der Fahrer vollkommen mechanisch weiterlenken muss. Zwar wird dann nicht mehr das Maximalmoment im Normalbetrieb benötigt, dennoch ggf. ein geringeres Moment durch den Aktor, insbesondere Elektromotor, zur Lenkunterstützung, da der Fahrer nun selbst ein Moment zum Lenken aufbringen muss. Die Lenkunterstützung kann somit als eine reine Notlenkunterstützung ausgebildet sein, um im Notbetrieb (wenn die Sicherheitskupplung geschlossen ist) das Lenken für den Fahrer zu unterstützen. Wenn das Maximalmoment im Notbetrieb zusätzlich begrenzt wird, also kleiner ist als das Maximalmoment im Normalbetrieb, wird zudem gewährleistet, dass im Notbetrieb eine (möglicherweise fehlerhafte) Lenkunterstützung eine geringere Auswirkung hat. Für die Erzeugung des unterstützenden Moments kann der Elektromotor bzw. Aktor Wicklungen aufweisen, welche nachfolgend auch als Hauptwicklungen bezeichnet werden.
Darüber hinaus ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Lenkhandhabe als eine Force-Feedback (auch: Kraftrückkopplung oder engl. haptic technology) Lenkhandhabe, insbesondere Lenkrad, ausgeführt ist. Hierzu kann ein Aktuator, auch als ein Force-Feedback-Aktuator (auch: Lenkhandhabenaktuator) bezeichnet, zum Einsatz kommen, welcher ein Moment auf die Lenkhandhabe aufbringt. Der Aktuator kann dazu dienen, dem Fahrer das Lenkgefühl und/oder die Haptik zu vermitteln, welche auch bei einem mechanisch durchgetriebenen Lenksystem vorgesehen ist. Wenn der Fahrer bspw. die Lenkhandhabe betätigt, also einen Lenkbefehl mitteilt und/oder ein Drehmoment auf die Lenkhandhabe aufbringt, kann der Aktuator das Moment als ein Rückstellmoment erzeugen, welches dem Drehmoment des Fahrers entgegenwirkt. Gleichzeitig kann das durch den Aktuator erzeugte Moment dazu dienen, die Lenkhandhabe zu blockieren, also zu versteifen. Hierzu wird bspw. ein Moment von mindestens 40 Nm oder mindestens 60 Nm oder mindestens 80 Nm genutzt.
Der Force-Feedback-Aktuator kann bspw. als ein (ggf. weiterer) Elektromotor ausgeführt sein. Dieser Elektromotor kann gemäß einer Variante direkt an der Lenksäule angekoppelt sein, um ein Moment an der Lenkhandhabe aufzubringen. Auch ist es möglich, dass der Rotor des Elektromotors als die Lenkwelle ausgeführt ist, und somit die Lenkwelle direkt angetrieben wird.
In einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass bei dem Ausführen der Abschaltfunktion der nachfolgende Schritt durchgeführt wird:

- Durchführen einer Reduzierung der Lenkunterstützung (im Notbetrieb) und/oder einer vorrübergehenden Beibehaltung der, insbesondere reduzierten, Lenkunterstützung (im Notbetrieb).

Das Reduzieren der Lenkunterstützung bezieht sich im Rahmen der Erfindung insbesondere auf eine Reduzierung der maximalen Momente, welche durch die Lenkunterstützung als unterstützende Momente insbesondere an der Lenkhandhabe im Notbetrieb aufgebracht werden. Damit ist gewährleistet, dass im Notbetrieb - und damit im Fehlerfall - eine (möglicherweise fehlerhafte) Lenkunterstützung eine geringere Auswirkung hat als im Normalbetrieb. Die vorübergehende Beibehaltung hat den Vorteil, dass die Abschaltung der Lenkunterstützung nicht plötzlich und damit für den Fahrer überraschend erfolgt.
Vorteilhafterweise kann bei der Erfindung vorgesehen sein, dass vor und/oder zumindest teilweise gleichzeitig mit dem Ausführen der Abschaltfunktion die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden:

- Überwachen des Lenksystems, um einen Fehlerfall bei dem Lenksystem (und damit insbesondere auch bei der Lenkunterstützung) zu detektieren,
- optional: Aktives Initiieren des Schließens der Sicherheitskupplung, wenn der Fehlerfall detektiert wird, wobei alternativ das Schließen automatisch erfolgen kann, z. B. dadurch, dass die Sicherheitskupplung so ausgelegt ist, dass bei einem Stromausfall das Schließen der Sicherheitskupplung automatisch erfolgt, und vorzugsweise im Normalfall die Sicherheitskupplung elektrisch offengehalten wird,
- Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe und einem Lenkgetriebe und/oder den Rädern des Fahrzeuges durch die Sicherheitskupplung, um die Notlenkung im Fehlerfall bereitzustellen.

Es kann auf diese Weise gewährleistet werden, dass auch im Fehlerfall das Fahrzeug weiterhin sicher gelenkt werden kann. Dabei kann im Normalbetrieb diese mechanische Verbindung unterbrochen sein, also der Lenkbefehl von der Lenkhandhabe rein elektrisch an das Lenkgetriebe bzw. die Räder übertragen werden. Die Überwachung des Lenksystems kann z. B. (zumindest teilweise) auch dadurch erfolgen, dass die Sicherheitskupplung elektrisch offengehalten wird, sodass im Fehlerfall (z. B. einem Stromausfall) die Sicherheitskupplung automatisch schließt.
Es ist ferner denkbar, dass die Abschaltfunktion den Notbetrieb dadurch bereitstellt, dass eine reduzierte Lenkunterstützung bereitgestellt wird, vorzugsweise mit 20 % bis 30 % eines (insbesondere durch den Elektromotor bzw. Aktor aufgebrachten) maximalen Moments zum Lenken im Normalbetrieb. In anderen Worten können die maximal möglichen unterstützenden Momente der Lenkunterstützung im Notbetrieb auf 20 % bis 30% der maximal möglichen Momente im Normalbetrieb reduziert werden. Die Lenkunterstützung im Normalbetrieb und die maximal möglichen Momente zum Lenken im Normalbetrieb bezeichnet dabei insbesondere das Aufbringen von Momenten auf die Räder und/oder zum elektrischen Lenken, vorzugsweise durch den Elektromotor bzw. Aktor, insbesondere durch den Radstellaktuator. In anderen Worten kann die Lenkunterstützung im Normalbetrieb dadurch bereitgestellt sein, dass die Unterstützung der mechanischen Lenkung deaktiviert ist, und ein Moment zum elektrischen Lenken erzeugt wird.
Von weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Abschaltfunktion den Normalbetrieb der Lenkunterstützung sofort und/oder den Notbetrieb der Lenkunterstützung nach einer vorgegebenen Zeitdauer automatisch abschaltet, sodass anschließend eine vollständige Abschaltung jeglicher Lenkunterstützung vorliegt, d. h. erfolgt ist. Der Normalbetrieb umfasst dabei insbesondere die Lenkunterstützung mit voller Leistungsfähigkeit und/oder Funktionalität, oder auch die Deaktivierung der Lenkunterstützung und elektrischen Lenkung mit voller Leistungsfähigkeit und/oder Funktionalität (des Elektromotors bzw. Aktors). Im Notbetrieb kann die Leistungsfähigkeit und/oder Funktionalität hingegen reduziert sein. Es kann dabei sinnvoll sein, auch den Notbetrieb bzw. im Notbetrieb die Lenkunterstützung nach der Zeitdauer abzuschalten, um z. B. eine Beeinflussung des Fahrbetriebs durch etwaige Fehler der Lenkunterstützung zu verhindern. Auch kann die Zeitdauer dadurch bedingt sein, dass der Notbetrieb als eine Reservelenkunterstützung ausgeführt ist, welche nur für eine bestimmte Zeitdauer verfügbar ist (z. B. durch eine zusätzliche, endliche Energiequelle).
Optional kann es vorgesehen sein, dass die Abschaltfunktion im Notbetrieb die Lenkunterstützung sukzessive über eine vorgegebene Zeitdauer reduziert. In anderen Worten kann ein langsames Runterrampen der Lenkunterstützung im Notbetrieb erfolgen. Dies reicht aus, um unter Nutzung der Lenkunterstützung gemäß dem Notbetrieb z. B. eine Kurve zu Ende zu fahren oder um an den Straßenrand zu lenken.
Es kann optional möglich sein, dass eine separate Energiequelle zur Energieversorgung der Lenkunterstützung für den Notbetrieb vorgesehen ist, wobei vorzugsweise eine Kapazität dieser Energiequelle eine maximale Zeitdauer des Notbetriebs und/oder der Lenkunterstützung bestimmt. Die Zeitdauer wird bspw. durch die Entladung der Energiequelle bestimmt. Die Energiequelle ist bspw. als ein Energiespeicher, wie eine Batterie oder ein Kondensator oder dergleichen ausgeführt. Für die Energieversorgung können z. B. Superkondensatoren oder andere große Kondensatoren als Energiequelle ausreichend sein.
Ferner ist es optional im Rahmen der Erfindung möglich, dass zur Bereitstellung der Lenkunterstützung ein Aktor, insbesondere Elektromotor, vorgesehen ist, welcher insbesondere Haupt- und Notwicklungen aufweist, wobei die Hauptwicklungen ggf. zusammen mit den Notwicklungen zur Erzeugung eines ersten Maximalmoments für den Normalbetrieb verwendet werden, und die Notwicklungen zur Erzeugung eines zweiten Maximalmoments geringer als das erste Maximalmoment für die Lenkunterstützung im Notbetrieb verwendet werden, wobei vorzugsweise die Hauptwicklungen durch die Abschaltfunktion abgeschaltet werden. Dies ermöglicht es in technisch zuverlässiger Weise, die Leistungsfähigkeit der Lenkunterstützung bzw. des Elektromotors/Aktors für den Notbetrieb reduziert bereitzustellen. Hierzu können die Notwicklungen z. B. kleiner und schwächer ausgelegt sein, als die Hauptwicklungen, die für den Normalbetrieb genutzt werden. Diese Notwicklungen können damit nur ein geringeres Moment im Fehlerfall erzeugen. Damit kann auch auf einen Fehler im Elektromotor (Wicklungskurzschluss oder Leiterkurzschluss) reagiert werden.
Die Lenkunterstützung im Normalbetrieb umfasst dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere das Aufbringen eines Moments zum rein elektrischen Lenken des Fahrzeuges. Hierbei kann ggf. die Unterstützung des Fahrers zum Lenken deaktiviert sein, da das Lenken aufgrund der mechanischen Entkopplung nicht erschwert wird, und/oder ein Aktor, insbesondere Elektromotor (welcher optional auch zur Lenkunterstützung im Notbetrieb dient) für die Erzeugung des Moments zum Umstellen und/oder Schwenken der Räder genutzt werden. Es kann hierzu z. B. ein Radstellaktuator genutzt werden, welcher den Elektromotor bzw. Aktor zum Erzeugen des Moments zum vollständigen Lenken (insbesondere an den Rädern des Fahrzeuges) aufweist. Die Lenkunterstützung im Notbetrieb kann hingegen das Aufbringen eines Moments zur Unterstützung des mechanischen Lenkens des Fahrers umfassen, und optional den gleichen Elektromotor bzw. Aktor nutzen.
Es kann möglich sein, dass die Abschaltfunktion zunächst den bereitgestellten Normalbetrieb der Lenkunterstützung abschaltet und/oder die Lenkunterstützung im Notbetrieb und damit ein Aufbringen eines Moments zur Unterstützung des mechanischen Lenkens des Fahrers aktiviert, und ggf. anschließend diese Lenkunterstützung im Notbetrieb allmählich reduziert und/oder ebenfalls nach einer Zeitdauer deaktiviert. Wenn die Lenkunterstützung im Notbetrieb dauerhaft verfügbar bleibt, kann die Abschaltfunktion somit zumindest ein Abschalten des Normalbetriebs betreffen, also z. B. der rein elektrischen Lenkung ohne Unterstützung. Auch kann die Abschaltfunktion ein Abschalten der Lenkunterstützung umfassen, welche ggf. jedoch nicht sofort erfolgen sollte.
Ein weiterer Vorteil kann im Rahmen der Erfindung erzielt werden, wenn die Abschaltfunktion zumindest teilweise, und insbesondere der Notbetrieb der Lenkunterstützung, durch eine Verarbeitungsvorrichtung wie ein ASIC bereitgestellt wird. Auch kann als die Verarbeitungsvorrichtung ein separates Hardwareteil vorgesehen sein, dessen Prozessor zur Ausführung der Abschaltfunktion genutzt wird. Dies ermöglicht es, besonders zuverlässig und sicher die Verfügbarkeit und korrekte Ausführung der Abschaltfunktion zu gewährleisten.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Sicherheitssystem zur Bereitstellung eines Notbetriebs einer Lenkunterstützung, insbesondere bei einem Steer-by-Wire Lenksystem, eines Fahrzeuges. Hierbei ist vorgesehen, dass das Sicherheitssystem die nachfolgenden Komponenten aufweisen kann:

- eine Kupplung, nachfolgend als Sicherheitskupplung bezeichnet, zur Bereitstellung einer mechanischen Notlenkung, wenn die Sicherheitskupplung geschlossen ist,
- eine Verarbeitungsvorrichtung, wie eine Elektronik und/oder ein Mikrocontroller und/oder ein integrierter Schaltkreis und/oder ein ASIC, zum Ausführen einer Abschaltfunktion für die Lenkunterstützung, wenn die Sicherheitskupplung geschlossen wird, um die Lenkunterstützung von einem Normalbetrieb in einen Notbetrieb zu überführen, und insbesondere um die Lenkunterstützung abzuschalten.

Damit bringt das erfindungsgemäße Sicherheitssystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Zudem kann das Sicherheitssystem geeignet sein, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem kann ein Computerprogramm umfassen, welches z. B. unter Berücksichtigung erhöhter Sicherheitsanforderungen, bspw. gemäß einem ASIL (Automotive Safety Integrity Level), insbesondere ASIL D, ausgebildet ist. Gemäß einem weiteren Vorteil kann das Computerprogramm durch einen vom übrigen Lenksystem separaten Hardwareteil ausgeführt werden.
Es ist ggf. möglich, dass das erfindungsgemäße Sicherheitssystem eine Verarbeitungsvorrichtung wie ein ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) zur Bereitstellung des Computerprogramms und/oder der Abschaltfunktion umfasst. Auch dieses kann ggf. unter Berücksichtigung der erhöhten Sicherheitsanforderungen hergestellt und/oder angepasst sein.
Es kann weiter möglich sein, dass eine Lenksystemanordnung (ggf. aufweisend die Verarbeitungsvorrichtung des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems) bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem vorgesehen und dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Hierzu ist es möglich, dass die Lenksystemanordnung den Normalbetrieb der Lenkunterstützung bei dem Lenksystem bereitstellt, und insbesondere bei geöffneter Sicherheitskupplung keine Abschaltung der Lenkunterstützung und/oder des Normalbetriebs der Lenkunterstützung durchgeführt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine schematische Darstellung von Teilen eines erfindungsgemäßen Sicherheitssystems.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire Lenksystems 2 eines Fahrzeuges 1 visualisiert, bei welchem eine Sicherheitskupplung 3 des Fahrzeuges 1 vorgesehen ist, um durch ein Schließen der Sicherheitskupplung 3 eine mechanische Notlenkung bereitzustellen. Gemäß einem ersten Verfahrensschritt 101 erfolgt dabei ein Bereitstellen 101 eines Normalbetriebs einer Lenkunterstützung bei dem Lenksystem 2, wenn die Sicherheitskupplung 3 geöffnet ist. Gemäß einem zweiten Verfahrensschritt 102 erfolgt ein Ausführen 102 einer Abschaltfunktion 200 für die Lenkunterstützung, wenn die Sicherheitskupplung 3 geschlossen wird, um die Lenkunterstützung von dem Normalbetrieb in einen Notbetrieb zu überführen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass bei dem Ausführen 102 der Abschaltfunktion 200 ein Durchführen einer Reduzierung der Lenkunterstützung und/oder einer vorrübergehenden Beibehaltung der Lenkunterstützung erfolgt.
Vor und/oder zumindest teilweise gleichzeitig mit dem Ausführen 102 der Abschaltfunktion 200 kann zudem ein Überwachen des Lenksystems 2 durchgeführt werden, um einen Fehlerfall bei dem Lenksystem 2 zu detektieren. Wenn der Fehlerfall detektiert wird, kann das Schließen der Sicherheitskupplung 3 erfolgen. Auf diese Weise kann eine mechanische Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe 4 und einem Lenkgetriebe 5 des Fahrzeuges 1 durch die Sicherheitskupplung 3 hergestellt werden, um die Notlenkung im Fehlerfall bereitzustellen.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes Sicherheitssystem 100 zur Bereitstellung eines Notbetriebs einer Lenkunterstützung bei einem Steer-by-Wire Lenksystem 2 eines Fahrzeuges 1 schematisch dargestellt. Es ist eine Sicherheitskupplung 3 zur Bereitstellung einer mechanischen Notlenkung vorgesehen. Die mechanische Notlenkung ist dann verfügbar, wenn die Sicherheitskupplung 3 geschlossen ist. Andernfalls liegt eine normale Lenkung gemäß dem Steer-by-Wire Lenksystem 2 vor, also insbesondere eine elektrische Lenkung. Es ist außerdem eine Verarbeitungsvorrichtung 10 zum Ausführen 102 einer Abschaltfunktion 200 für die Lenkunterstützung vorgesehen. Diese Abschaltfunktion 200 wird dann ausgeführt, wenn die Sicherheitskupplung 3 geschlossen wird, um die Lenkunterstützung von einem Normalbetrieb in einen Notbetrieb zu überführen. Im offenen Zustand der Sicherheitskupplung 3 wird somit der Normalbetrieb bereitgestellt.
Es kann weiter eine Lenksystemanordnung 20 vorgesehen sein, welche zumindest die Verarbeitungsvorrichtung 10 umfasst, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Die Lenksystemanordnung 20 kann hierzu eine Elektronik und/oder ein Computerprogramm des Fahrzeuges 1 aufweisen.
Des Weiteren kann eine separate Energiequelle 9 zur Energieversorgung der Lenkunterstützung für den Notbetrieb vorgesehen sein, wobei vorzugsweise eine Kapazität dieser Energiequelle 9 eine maximale Zeitdauer des Notbetriebs und/oder der Lenkunterstützung bestimmt. Außerdem kann zur Bereitstellung der Lenkunterstützung ein Elektromotor 6 vorgesehen sein, welcher Haupt- und Notwicklungen 7, 8 aufweist, wobei die Hauptwicklungen 7 zur Erzeugung eines ersten Maximalmoments im Normalbetrieb verwendet werden, und die Notwicklungen 8 zur Erzeugung eines zweiten Maximalmoments geringer als das erste Maximalmoment für die Lenkunterstützung im Notbetrieb verwendet werden.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Lenksystem
3: Sicherheitskupplung
4: Lenkhandhabe, Lenkrad
5: Lenkgetriebe
6: Elektromotor
7: Hauptwicklungen
8: Notwicklungen
9: Energiequelle
10: Verarbeitungsvorrichtung, ASIC
20: Lenksystemanordnung
100: Sicherheitssystem
101: Bereitstellen
102: Ausführen
200: Abschaltfunktion

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10159330 A1 [0003]
US 6571176 B1 [0003]
US 9037352 B2 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire Lenksystems (2) eines Fahrzeuges (1), bei welchem eine Sicherheitskupplung (3) des Fahrzeuges (1) vorgesehen ist, um durch ein Schließen der Sicherheitskupplung (3) eine mechanische Notlenkung bereitzustellen, wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden: - Bereitstellen (101) eines Normalbetriebs einer Lenkunterstützung bei dem Lenksystem (2), wenn die Sicherheitskupplung (3) geöffnet ist, - Ausführen (102) einer Abschaltfunktion (200) für die Lenkunterstützung, wenn die Sicherheitskupplung (3) geschlossen wird, um die Lenkunterstützung von dem Normalbetrieb in einen Notbetrieb zu überführen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Ausführen (102) der Abschaltfunktion (200) der nachfolgende Schritt durchgeführt wird: - Durchführen einer Reduzierung der Lenkunterstützung und/oder einer vorübergehenden Beibehaltung der Lenkunterstützung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder zumindest teilweise gleichzeitig mit dem Ausführen (102) der Abschaltfunktion (200) die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden: - Überwachen des Lenksystems (2), um einen Fehlerfall bei dem Lenksystem (2) zu detektieren, - Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe (4) und einem Lenkgetriebe (5) des Fahrzeuges (1) durch die Sicherheitskupplung (3), um die Notlenkung im Fehlerfall bereitzustellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltfunktion (200) den Notbetrieb dadurch bereitstellt, dass eine reduzierte Lenkunterstützung bereitgestellt wird, vorzugsweise mit 20 % bis 30 % eines maximalen Moments zum Lenken im Normalbetrieb.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltfunktion (200) den Normalbetrieb der Lenkunterstützung sofort und den Notbetrieb der Lenkunterstützung nach einer vorgegebenen Zeitdauer automatisch abschaltet, sodass anschließend eine vollständige Abschaltung jeglicher Lenkunterstützung vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltfunktion (200) im Notbetrieb die Lenkunterstützung sukzessive über eine vorgegebene Zeitdauer reduziert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Energiequelle (9) zur Energieversorgung der Lenkunterstützung für den Notbetrieb vorgesehen ist, wobei vorzugsweise eine Kapazität dieser Energiequelle (9) eine maximale Zeitdauer des Notbetriebs und/oder der Lenkunterstützung bestimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung der Lenkunterstützung ein Elektromotor (6) vorgesehen ist, welcher Haupt- und Notwicklungen (7, 8) aufweist, wobei zumindest die Hauptwicklungen (7) zur Erzeugung eines ersten Maximalmoments für den Normalbetrieb verwendet werden, und die Notwicklungen (8) zur Erzeugung eines zweiten Maximalmoments geringer als das erste Maximalmoment für die Lenkunterstützung im Notbetrieb verwendet werden, wobei vorzugsweise die Hauptwicklungen (7) durch die Abschaltfunktion (200) abgeschaltet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltfunktion (200) zumindest teilweise, und insbesondere der Notbetrieb der Lenkunterstützung, durch ein ASIC (10) bereitgestellt wird.
Sicherheitssystem (100) zur Bereitstellung eines Notbetriebs einer Lenkunterstützung bei einem Steer-by-Wire Lenksystem (2) eines Fahrzeuges (1), aufweisend: - eine Sicherheitskupplung (3) zur Bereitstellung einer mechanischen Notlenkung, wenn die Sicherheitskupplung (3) geschlossen ist, - eine Verarbeitungsvorrichtung (10) zum Ausführen (102) einer Abschaltfunktion (200) für die Lenkunterstützung, wenn die Sicherheitskupplung (3) geschlossen wird, um die Lenkunterstützung von einem Normalbetrieb in einen Notbetrieb zu überführen.
Sicherheitssystem (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lenksystemanordnung (20) vorgesehen ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.