DE102020103755A1

DE102020103755A1 - SCHÄTZUNG EINES STRAßENREIBUNGSKOEFFIZIENTEN UNTER VERWENDUNGVON SIGNALEN EINES LENKSYSTEMS

Info

Publication number: DE102020103755A1
Application number: DE102020103755.4A
Authority: DE
Inventors: Tejas M. Varunjikar; Mariam S. George
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2020-08-20
Also published as: US11498613B2; CN111559379A; CN111559379B; US20200262474A1

Abstract

Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren das Berechnen eines Wertes einer Modell-Zahnstangenkraft durch ein Lenksystem auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Lenkwinkels und eines Wertes eines Straßenreibungskoeffizienten. Das Verfahren umfasst ferner das Ermitteln einer Differenz zwischen dem Wert der Modell-Zahnstangenkraft und einem Wert einer Last-Zahnstangenkraft durch das Lenksystem. Das Verfahren umfasst ferner das Aktualisieren des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten durch das Lenksystem anhand der ermittelten Differenz.

Description

HINTERGRUND
Die Kräfte, die zu einer Beschleunigung/Verzögerung eines Fahrzeugs oder zu einem Richtungswechsel führen, entstehen an der Schnittstelle zwischen Reifen und Straße. Ein Längs- und/oder Querschlupf der Reifen führt zur Erzeugung solcher Reifenkräfte, die die Fahrzeugbewegung bestimmen. Der Straßenreibungskoeffizient ist der Hauptfaktor, der die maximale Reifenkraft beeinflusst. Daher ist die Kenntnis des Straßenreibungskoeffizienten eine entscheidende Information für die Fahrzeugsteuerung.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren das Berechnen eines Wertes einer Modell-Zahnstangenkraft durch ein Lenksystem auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Lenkwinkels und eines Wertes des Straßenreibungskoeffizienten. Das Verfahren umfasst ferner das Ermitteln einer Differenz zwischen dem Wert der Modell-Zahnstangenkraft und einem Wert einer Last-Zahnstangenkraft durch das Lenksystem. Das Verfahren umfasst ferner das Aktualisieren des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten durch das Lenksystem anhand der ermittelten Differenz.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Lenksystem einen Motor und einen Controller, der ein Verfahren durchführt, das das Berechnen eines Wertes einer Modell-Zahnstangenkraft auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Lenkwinkels und eines Wertes eines Straßenreibungskoeffizienten umfasst. Das Verfahren umfasst ferner das Ermitteln einer Differenz zwischen dem Wert der Modell-Zahnstangenkraft und einem Wert einer Last-Zahnstangenkraft. Das Verfahren umfasst außerdem das Aktualisieren des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten anhand der ermittelten Differenz.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen enthält ein Computerprogrammprodukt eine Speichervorrichtung, auf der ein oder mehrere computerausführbare Befehle gespeichert sind, wobei die computerausführbaren Befehle, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, ein Verfahren zur Bestimmung eines Wertes des Straßenreibungskoeffizienten durchzuführen. Das Verfahren umfasst das Berechnen eines Wertes einer Modell-Zahnstangenkraft durch ein Lenksystem beruhend auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Lenkwinkel und einem Wert des Straßenreibungskoeffizienten. Das Verfahren umfasst ferner das Ermitteln einer Differenz zwischen dem Wert der Modell-Zahnstangenkraft und einem Wert einer Last-Zahnstangenkraft durch das Lenksystem. Das Verfahren umfasst ferner das Aktualisieren des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten durch das Lenksystem anhand der ermittelten Differenz.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung deutlicher, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird.
Figurenliste
Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird speziell offengelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen:

1 ein EPS-System gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
2 eine beispielhafte Ausführungsform eines SbW-Systems 40 zur Umsetzung der beschriebenen Ausführungsformen ist;
3 ein automatisiertes Fahrerassistenzsystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
4 ein Blockdiagramm eines Systems zur kontinuierlichen und iterativen Aktualisierung eines Wertes des Straßenreibungskoeffizienten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
5 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Fahrzeugmodellberechnung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt; und
6 ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zur Erkennung einer Veränderung des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten und zur entsprechenden Aktualisierung des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten in einem Lenksystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die hier verwendeten Begriffe Modul und Untermodul beziehen sich auf eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen, wie z.B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, können die nachstehend beschriebenen Untermodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
Bei der Fahrzeugsteuerung ist die Kenntnis des Straßenreibungskoeffizienten eine entscheidende Information für die Fahrzeugsteuerung. Bestehende technische Lösungen bestimmen den Straßenreibungskoeffizienten beim Beschleunigen oder Verzögern des Fahrzeugs. Typischerweise wird während des Beschleunigens/Verzögerns der Längsschlupf eines Reifens von einem Bremsmodul zur Bestimmung des Straßenreibungskoeffizienten verwendet.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen erleichtern das Feststellen einer Änderung des Straßenreibungskoeffizienten mit Hilfe von Signalen des Lenksystems. Beim Richtungswechsel des Fahrzeugs können die Lenklast und andere Informationen zur Bestimmung des Straßenreibungskoeffizienten verwendet werden. Eine Änderung des Straßenreibungskoeffizienten wirkt sich nicht nur auf die Erzeugung von Reifenquerkräften aus, sondern auch auf die Erzeugung von Zahnstangenkräften, die in engem Zusammenhang mit Lenklasten stehen. Daher können die Zahnstangenkraftinformationen zur Erkennung einer Änderung des Straßenreibungskoeffizienten bei einer lenkungsinduzierten seitlichen Fahrzeugbewegung verwendet werden. Die Erkennung einer Änderung des Straßenreibungskoeffizienten mit Hilfe von Signalen des Lenksystems gemäß den hier beschriebenen technischen Lösungen kann schneller durchgeführt werden als mit den bestehenden Techniken.
Darüber hinaus kann bei bestehenden Techniken, die Signale des Lenksystems zur Erkennung des Straßenreibungskoeffizienten und/oder einer Änderung desselben verwenden, das Erkennen durchgeführt werden, nachdem das Lenkrad einen stationären Zustand erreicht hat. Daher kann eine bestimmte Teilmenge von Fahrmanövern, bei denen der stationäre Zustand nicht erfüllt ist, nicht zur Bestimmung der Straßenreibung herangezogen werden. Darüber hinaus ist die Erkennung bei den bestehenden Techniken typischerweise binär oder ternär (Tri-State) und kann nicht kontinuierlich durchgeführt werden.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen gehen auf diese technischen Herausforderungen beim kontinuierlichen Schätzen des Straßenreibungskoeffizienten mit Hilfe von Lenksignalen ein. Ein virtuelles Sensormodul berechnet Lenklasten, während ein Fahrzeugmodell Referenz-Lenklasten vorhersagt. Der Vergleich von vorhergesagten und berechneten Lenklasten wird verwendet, um den Straßenreibungskoeffizienten iterativ mit Hilfe von Signalverarbeitungstechniken vorherzusagen. Darüber hinaus ist die Ausgabe des Straßenreibungskoeffizienten eine Reibungskoeffizientenzahl zwischen 0,1 und 0,9, die kontinuierlich aktualisiert wird, während das Fahrzeug auf verschiedenen Oberflächen fährt. Die hier beschriebenen technischen Lösungen sind sowohl auf elektrische Servolenkungssysteme (EPS-Systeme) als auch auf Steer-by-Wire-Systeme (SbW-Systeme) anwendbar.
Nun unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken, ist 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines EPS 40 in einem Fahrzeug 100, das für die Umsetzung der offengelegten Ausführungsformen geeignet ist, und 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines SbW-Systems 40 für die Umsetzung der beschriebenen Ausführungsformen. Sofern nicht ausdrücklich anders beschrieben, bezieht sich das vorliegende Dokument auf ein Lenksystem 40, das entweder ein EPS-System oder ein SbW-System oder jede andere Art von Lenksystem sein kann, in welchem die hier beschriebenen technischen Lösungen verwendet werden können.
In 1 ist der Lenkmechanismus 36 ein Zahnstangensystem und umfasst eine Zahnstange (nicht abgebildet) in einem Gehäuse 50 und ein Ritzel (ebenfalls nicht abgebildet), das sich unter einem Getriebegehäuse 52 befindet. Beim Drehen der Fahrereingabe, im Folgenden als Handrad oder Lenkrad 26 bezeichnet, dreht sich die obere Lenkwelle 29, und die untere Lenkwelle 51, die über ein Kreuzgelenk 34 mit der oberen Lenkwelle 29 verbunden ist, dreht das Ritzel. Die Drehung des Ritzels bewegt die Zahnstange, die Spurstangen 38 (nur eine ist abgebildet) bewegt, die wiederum Lenkungsachsschenkel 39 (nur einer ist abgebildet) bewegen, die ein oder mehrere lenkbare Räder oder Reifen 44 (nur eines/einer ist abgebildet) drehen bzw. einschlagen. Obwohl hier ein Zahnstangensystem beschrieben wird, kann das EPS-System in anderen Ausführungsformen ein Säulenunterstützungs-EPS (CEPS), ein Ritzelunterstützungs-EPS (PEPS), ein Doppelritzelunterstützungs-EPS oder jede andere Art von EPS-System sein.
Eine elektrische Servolenkungsunterstützung wird durch die allgemein mit Bezugszeichen 24 bezeichnete Steuervorrichtung bereitgestellt, welche die Steuerung 16 und einen Elektromotor 46 umfasst, der ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) oder ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor (PMDC) oder ein beliebiger anderer Motortyp sein kann und im Folgenden als Motor 46 bezeichnet wird. Die Steuerung 16 wird von der Fahrzeugstromversorgung 10 durch eine Leitung 12 mit Strom versorgt. Die Steuerung 16 empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14, das für die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentativ ist, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Ein Lenkwinkel wird über einen Positionssensor 32 gemessen, der ein Sensor mit optischer Kodierung, ein Sensor mit variablem Widerstand oder ein anderer geeigneter Positionssensor sein kann und der Steuerung 16 ein Positionssignal 20 liefert. Eine Motordrehzahl kann mit einem Tachometer oder einem anderen Gerät gemessen und als Motordrehzahlsignal 21 an die Steuerung 16 übertragen werden. Eine Motordrehzahl mit der Bezeichnung ω_m kann gemessen, berechnet oder durch eine Kombination daraus bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ω_m als die Änderung der Motorposition θ, die von einem Positionssensor 32 gemessen wird, über ein vorgeschriebenes Zeitintervall berechnet werden. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ω_m als Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung ω_m=Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit und Δθ die Positionsänderung während des Abtastintervalls ist. Alternativ kann die Motordrehzahl aus der Motorposition als zeitliche Änderungsrate der Position abgeleitet werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche bekannte Verfahren zur Ausführung der Funktion einer Ableitung gibt.
Wenn das Handrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das vom Fahrer des Fahrzeugs auf das Handrad 26 aufgebrachte Drehmoment. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab (nicht abgebildet) und einen variablen Widerstandssensor (ebenfalls nicht abgebildet) enthalten, der ein variables Drehmomentsignal 18 an die Steuerung 16 in Abhängigkeit vom Betrag der Verdrehung des Torsionsstabes ausgibt. Obwohl dies ein Typ von Drehmomentsensor ist, reicht jeder andere geeignete Drehmomentsensor, der mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird, aus. Als Reaktion auf die verschiedenen Eingaben sendet die Steuerung einen Befehl 22 an den Elektromotor 46, der über eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 eine Drehmomentunterstützung für das Lenksystem liefert, wodurch eine Drehmomentunterstützung für die Fahrzeuglenkung bereitgestellt wird.
Es ist zu beachten, dass die offengelegten Ausführungsformen zwar unter Bezugnahme auf eine Motorsteuerung für elektrische Lenkungsanwendungen beschrieben sind, dass diese Bezugnahmen jedoch nur der Veranschaulichung dienen und die offengelegten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung mit einem Elektromotor, z.B. Lenkung, Ventilsteuerung und ähnliches, angewendet werden können. Darüber hinaus können die hier aufgeführten Referenzen und Beschreibungen für viele Formen von Parametersensoren gelten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Drehmoment, Position, Geschwindigkeit und dergleichen. Es ist auch zu beachten, dass hier auf elektrische Maschinen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Motoren, verwiesen wird. Im Folgenden wird der Kürze und Einfachheit halber ohne Einschränkung nur auf Motoren Bezug genommen.
Im abgebildeten Steuerungssystem 24 nutzt die Steuerung 16 das Drehmoment, die Position und die Drehzahl und dergleichen, um einen oder mehrere Befehle zu berechnen, um die erforderliche Ausgangsleistung zu liefern. Die Steuerung 16 ist in Kommunikation mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems angeordnet. Die Steuerung 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, quantifiziert die empfangenen Informationen und gibt als Reaktion darauf ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale, in diesem Fall z.B. an den Motor 46, aus. Die Steuerung 16 ist so konfiguriert, dass sie die entsprechende(n) Spannung(en) aus einem Umrichter (nicht abgebildet) entwickelt, der optional in die Steuerung 16 eingebaut sein kann und hier als Steuerung 16 bezeichnet wird, so dass beim Anlegen an den Motor 46 das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet die Steuerung 24 in einem Rückkopplungssteuerungsmodus als Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. Alternativ arbeitet die Steuerung 24 in einem oder mehreren Beispielen in einem Vorsteuerungsmodus, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen mit der Position und Drehzahl des Motors 46 und dem gewünschten Drehmoment zusammenhängen, werden die Position und/oder Drehzahl des Rotors und das von einem Fahrer aufgebrachte Drehmoment bestimmt. Ein Positionsgeber ist mit der Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu erfassen. Der Geber kann die Drehposition auf der Grundlage optischer Erfassung, von Magnetfeldschwankungen oder anderer Verfahren erfassen. Zu den typischen Positionssensoren gehören Potentiometer, Resolver, Synchros, Geber und dergleichen, sowie Kombinationen, die mindestens eines der vorstehenden Elemente umfassen. Der Positionsgeber gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit die des Motors 46 anzeigt.
Das gewünschte Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28 bestimmt werden, die Drehmomentsignale 18 übertragen, die ein aufgebrachtes Drehmoment anzeigen. Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen umfassen einen solchen Drehmomentsensor 28 und das/die Drehmomentsignal(e) 18 davon, das/die auf einen nachgiebigen Torsionsstab, T-Bar, eine Feder oder eine ähnliche Vorrichtung (nicht abgebildet) reagieren kann/können, die so konfiguriert ist, dass sie eine Antwort liefert, die das aufgebrachte Drehmoment anzeigt.
In einem oder mehreren Beispielen können sich ein oder mehrere Temperatursensoren 23 am Elektromotor 46 befinden. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 23 so konfiguriert, dass er die Temperatur des Sensorabschnitts des Motors 46 direkt misst. Der Temperatursensor 23 überträgt ein Temperatursignal 25 an die Steuerung 16, um die hier vorgeschriebene Verarbeitung und Kompensation zu ermöglichen. Typische Temperatursensoren sind Thermoelemente, Thermistoren, Thermostate und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Sensoren, die bei geeigneter Platzierung ein kalibrierbares, der jeweiligen Temperatur proportionales Signal liefern.
Unter anderem werden das Positionssignal 20, das Drehzahlsignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 an die Steuerung 16 angelegt. Die Steuerung 16 verarbeitet alle Eingangssignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, so dass ein Rotorpositionswert, ein Motordrehzahlwert und ein Drehmomentwert für die Verarbeitung in den hier beschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale, wie die oben genannten, werden auch häufig linearisiert, kompensiert und nach Wunsch gefiltert, um die Eigenschaften des erfassten Signals zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften zu eliminieren. Die Signale können beispielsweise linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern oder um einen großen Dynamikbereich des Signals anzusprechen. Darüber hinaus können frequenz- oder zeitbasierte Kompensation und Filterung eingesetzt werden, um Rauschen zu eliminieren oder unerwünschte spektrale Eigenschaften zu vermeiden.
Zur Durchführung der vorgeschriebenen Funktionen und der gewünschten Verarbeitung sowie der entsprechenden Berechnungen (z.B. Identifizierung von Motorparametern, Steuerungsalgorithmen und dergleichen) kann die Steuerung 16 unter anderem einen oder mehrere Prozessoren, Computer, DSP, Speicher, Massenspeicher, Register, Zeitgeber, Interrupt(s), Kommunikationsschnittstelle(n) und Ein-/Ausgangssignalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Elemente enthalten. Zum Beispiel kann die Steuerung 16 eine Eingangssignalverarbeitung und -filterung enthalten, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder die Erfassung solcher Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Zusätzliche Merkmale der Steuerung 16 und bestimmte Prozesse darin werden an späterer Stelle in diesem Dokument ausführlich besprochen.
2 zeigt ein beispielhaftes SbW-System gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das SbW-System 40 umfasst ein Handrad-Stellglied (HWA) 70 und ein Straßenrad-Stellglied (RWA) 80. Die Steuerung 16 ist in zwei Blöcke aufgeteilt, eine Steuerung 16A und eine Steuerung 16B, die dem HWA 70 bzw. dem RWA 80 zugeordnet sind. In anderen Beispielen kann die Steuerung 16 auf jede andere Art und Weise aufgeteilt sein.
Das HWA 70 umfasst eine oder mehrere mechanische Komponenten, wie das Handrad 26 (Lenkrad), eine Lenksäule und einen Motor/Umrichter, der entweder über ein Getriebe oder ein Direktantriebssystem an der Lenksäule befestigt ist. Das HWA 70 enthält außerdem den Mikrocontroller 16A, der den Betrieb der mechanischen Komponenten steuert. Der Mikrocontroller 16A empfängt und/oder erzeugt ein Drehmoment mit Hilfe der einen oder der mehreren mechanischen Komponenten. Zum Beispiel kann der Mikrocontroller 16A eine Drehmomentbefehlsanforderung an einen Motor/Umrichter senden, der ein solches Drehmoment erzeugt.
Das RWA 80 umfasst eine oder mehrere mechanische Komponenten, wie z.B. eine Lenkungszahnstange, die über eine Kugelmutter/Kugelumlaufspindel (Getriebe) oder ein Ritzelgetriebe mit einem Motor/Umrichter gekoppelt ist, und die Zahnstange ist über Spurstangen mit den Straßenrädern/Reifen 44 des Fahrzeugs verbunden. Das RWA 80 enthält den Mikrocontroller 16B, der den Betrieb der mechanischen Komponenten steuert. Der Mikrocontroller 16B empfängt und/oder erzeugt Drehmoment mit Hilfe der einen oder der mehreren mechanischen Komponenten. Zum Beispiel kann der Mikrocontroller 16B eine Drehmomentbefehlsanforderung an einen Motor/Umrichter senden, der dieses Drehmoment erzeugt.
Die Mikrocontroller 16A und 16B sind über elektrische Verbindungen gekoppelt, die das Übertragen/Empfangen von Signalen ermöglichen. Wie hier erwähnt, kann eine Steuerung eine Kombination aus der HWA-Steuerung 16A und der RWA-Steuerung 16B oder einen der spezifischen Mikrocontroller enthalten.
In einem oder mehreren Beispielen kommunizieren die Steuerungen 12 und 16B des SbW-Systems 40 über eine CAN-Schnittstelle (oder andere ähnliche digitale Kommunikationsprotokolle) miteinander. Die Lenkung des mit dem SbW-System 40 ausgerüsteten Fahrzeugs 100 erfolgt mit Hilfe des Lenkgetriebes. Das RWA 80 empfängt ein elektronisches Kommunikationssignal der Lenkraddrehung durch den Fahrer. Ein Fahrer steuert das Lenkrad, um die Richtung des Fahrzeugs 100 zu steuern. Der Winkel von dem HWA 70 wird an das RWA 80 gesendet, das die Positionssteuerung zur Steuerung der Zahnstangenbewegung zur Führung des Straßenrads durchführt. Aufgrund der fehlenden mechanischen Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Straßenrädern wird dem Fahrer jedoch ohne Drehmoment-Rückmeldung (anders als bei einem EPS, wie oben beschrieben) nicht ohne weiteres ein Gefühl für die Straße vermittelt.
In einem oder mehreren Beispielen simuliert das HWA 70, das mit der Lenksäule und dem Lenkrad gekoppelt ist, das Fahrgefühl des Fahrers auf der Straße. Das HWA 70 kann eine taktile Rückmeldung in Form von Drehmoment auf das Lenkrad aufbringen. Das HWA 70 empfängt ein Zahnstangenkraftsignal von dem RWA 80, um ein entsprechendes Drehmomentgefühl für den Fahrer zu erzeugen. Alternativ können auch der Handradwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden, um das gewünschte Drehmomentgefühl für den Fahrer zu erzeugen.
Wie bereits erwähnt, sind die hier beschriebenen SbW- und EPS-Systeme beispielhaft, und die hier beschriebenen technischen Lösungen sind auf jede Art von Lenksystem anwendbar, und daher bezieht sich, sofern nicht ausdrücklich anders erwähnt, ein „Lenksystem 40“ hier auf jede Art von Lenksystem.
3 stellt ein automatisiertes Fahrerassistenzsystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Es ist festzustellen, dass das gezeigte und beschriebene Lenksystem 40 in einem autonomen oder halbautonomen Fahrzeug oder in einem konventionelleren Fahrzeug eingesetzt werden kann. Ein Advanced Drive Assistance System (ADAS) 110 kann mit dem Lenksystem 40, den Straßenrädern 44 (über ein oder mehrere Steuereinheiten) und anderen Steuereinheiten im Fahrzeug 100 gekoppelt sein. Das ADAS 110 kann einen oder mehrere Prozessoren 112 und eine oder mehrere Speichervorrichtungen 114 enthalten. Das ADAS 110 empfängt ein oder mehrere Eingangssignale, die Daten und/oder Befehle umfassen, von den Steuereinheiten, wie z.B. der Steuerung 16 des Lenksystems 40.
Das ADAS 40 kann außerdem Signale, die Daten und/oder Befehle umfassen, an die Steuereinheiten, wie z.B. die Steuerung 16 des Lenksystems 40, senden. Das ADAS 110 kann darüber hinaus Eingaben des menschlichen Fahrers empfangen, wie z.B. einen Zielort, eine oder mehrere Präferenzen und dergleichen. Das ADAS 110 kann den Fahrer mit Benachrichtigungen versorgen, z.B. während einer Interaktion mit dem Fahrer und/oder als Reaktion auf eine oder mehrere Bedingungen im Fahrzeug 100.
Das ADAS 110 bestimmt in einem oder mehreren Beispielen automatisch eine Fahrtrajektorie für das Fahrzeug 100. Die Trajektorie kann auf der Grundlage einer Eingabe des Fahrers und auf der Grundlage eines oder mehrerer von den Steuergeräten empfangener Eingangssignale, wie z.B. des Straßenreibungskoeffizienten, generiert werden. Darüber hinaus kann das ADAS 110 in einem oder mehreren Beispielen in Kommunikation mit externen Modulen (nicht abgebildet) wie Verkehrsservern, Straßenkartenservern und dergleichen stehen, um eine Route/einen Pfad für das Fahrzeug 100 von einem Ausgangspunkt zu einem Ziel zu generieren. Das ADAS 110 sendet einen oder mehrere Befehle an die Steuereinheiten, um das Fahrzeug auf der Grundlage der generierten Route und/oder Trajektorie zu manövrieren. Es ist zu beachten, dass, während eine „Route“ eine Kartierung auf hoher Ebene ist, damit das Fahrzeug einen Zielort auf einer Karte (z.B. Wohnung, Büro und Restaurant) von einem Ausgangsort aus erreichen kann, eine „Trajektorie“ hingegen ein bestimmter Satz von Manövern ist, die das Fahrzeug 100 ausführen muss, um von seiner aktuellen Position zu einer nächsten Position auf der Route zu gelangen. Das ADAS 110 kann Manöver durchführen, die Änderungen der Fahrzeugrichtung, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrzeugbeschleunigung und dergleichen beinhalten können, aber nicht darauf beschränkt sind. Um solche Manöver durchzuführen, sendet das ADAS 110 einen oder mehrere Befehle an die entsprechende(n) Steuereinheit(en).
Unabhängig davon, ob das Fahrzeug 100 mit einem ADAS 110 oder manuell von einem Fahrer gefahren wird, erfolgt das Manövrieren des Fahrzeugs 100 in der Regel auf der Grundlage eines Wertes des Straßenreibungskoeffizienten, der die maximale Reifenhaftung in Quer- und Längsrichtung bestimmt. Der Straßenreibungskoeffizient ist eine entscheidende Information für das Fahrzeughandling (manuell & autonom). Auch wenn ein menschlicher Fahrer den numerischen Wert des Koeffizienten während der Manöver nicht sehen kann, fühlt er/sie „trockene“, „nasse“, „verschneite“ und andere solche Arten von Oberflächen aufgrund des unterschiedlichen Straßenreibungskoeffizienten solcher Oberflächen beim Fahren des Fahrzeugs 100 und manövriert das Fahrzeug 100 in der Regel entsprechend. Das ADAS 110 kann das Fahrzeug 100 auf der Grundlage eines Wertes des Straßenreibungskoeffizienten manövrieren. Im vorliegenden Dokument wird der Begriff „Fahrer“ künftig sowohl für den menschlichen Fahrer als auch für das ADAS 110 verwendet, die beide das Fahrzeug 100 auf der Grundlage des Straßenreibungskoeffizienten manövrieren können.
Je schneller eine Änderung des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten erkannt und dem Fahrer angezeigt werden kann, desto schneller kann der Fahrer reagieren und das Fahrzeug 100 anders manövrieren. Wenn sich das Fahrzeug beispielsweise von einer trockenen Oberfläche auf eine rutschige Oberfläche (z.B. Eisfläche) bewegt, muss das Fahrzeug 100 anders manövriert werden, um Schleudern zu vermeiden; beispielsweise kann die Stabilitätsregelung des Fahrzeugs auf glatter Fahrbahn kleinere Lenk- und/oder Bremseingaben als auf trockener Fahrbahn verwenden.
4 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur kontinuierlichen und iterativen Aktualisierung des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das System 200 ist ein auf Lenksignalen basierendes System, das für aktive Lenkeingaben Änderungen des Straßenreibungskoeffizienten schneller erkennen kann als Bremsen. Das System 200 kann in einem oder mehreren Beispielen als separater elektronischer Schaltkreis Teil des Lenksystems 40 sein. Alternativ oder zusätzlich können zumindest einige Teile des Systems 200 durch das Lenksystem 40 unter Verwendung der Steuerung 16 implementiert sein. In einem oder mehreren Beispielen enthält das System 200 eine oder mehrere computerausführbare Anweisungen, die auf einer Speichervorrichtung gespeichert sind.
Das System 200 umfasst neben anderen Komponenten eine Fahrzeugmodellberechnung 210, eine Berechnung 220 des Straßenreibungskoeffizienten (µ), und eine Zahnstangenkraftmessung 230.
5 zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Fahrzeugmodellberechnung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Fahrzeugmodellberechnung 210 verwendet ein vorgegebenes Fahrzeugmodell, um eine Modell-Zahnstangenkraft 212 zu berechnen. Das Fahrzeugmodell ist ein nichtlineares Fahrzeugmodell, das die Modell-Zahnstangenkraft 212 direkt aus Schlupfwinkeln berechnet.
Die Fahrzeugmodellberechnung umfasst ein Modul 310 zur Schlupfwinkelberechnung. In einem oder mehreren Beispielen verwendet die Schlupfwinkelberechnung 310 ein Fahrradmodell mit von der Straßenreibung (µ) abhängigen nichtlinearen Reifenkraftkurven und Reifenverzögerungsdynamiken, um einen Schlupfwinkel (αf) der Vorderachse zu erhalten. Wie bereits erwähnt, ist der als Eingabe verwendete Straßenreibungskoeffizient ein Schätzwert (d.h. das Ergebnis der Berechnung 220 des Straßenreibungskoeffizienten) µ̂ aus einer früheren Iteration, der iterativ aktualisiert wird. Der Schlupfwinkel αf zusammen mit dem vorhergesagten Straßenreibungskoeffizienten µ̂ und eine Fahrzeuggeschwindigkeit (U) werden verwendet, um die Modell-Zahnstangenkraft 212 zu erhalten.
Die Schlupfwinkelberechnung 310 verwendet einen durch das Lenksystem 40 gemessenen Lenkwinkel (θ) (Handradposition oder Motorwinkel). Der Lenkwinkel wird mit Hilfe von Nachschlagetabellen oder eines Multiplikators in einen Reifenwinkel umgerechnet. Gleichungen eines Fahrradmodells werden zur Berechnung einer Gierrate und von Quergeschwindigkeitszuständen verwendet. Die Gierdynamik-Gleichung, die verwendet werden kann, beinhaltet: $I_{z z} \dot{r} = a F_{c f} - b F_{c r}$
Außerdem beinhaltet eine Gleichung der Querdynamik, die verwendet werden kann: $m (\dot{V} + r U) = F_{c f} + F_{c r}$
In den obigen Gleichungen ist I_zz: Rotationsträgheit, r. Gierrate, a: Abstand zwischen Schwerpunkt (CG) und Vorderachse, b: Abstand zwischen CG und Hinterachse, V: Quergeschwindigkeit am CG, U: Längsgeschwindigkeit am CG, F_cf: Vorderachsenkraft und Fer: Hinterachsenkraft.
Außerdem enthält die Fahrzeugmodellberechnung 210 ein Modul 320 zur Zahnstangenkraftberechnung. Die Zahnstangenkraftberechnung verwendet den Schlupfwinkel αf und den Straßenreibungskoeffizienten (µ) mit einem nichtlinearen (Fiala-) Reifenmodell zur Berechnung von Reifenquerkräften: $F_{y} = {\begin{matrix} - C_{α} tan α + \frac{C_{α}^{2}}{3} | tan α | tan α I_{a}, | α | \leq α_{s l} \\ - \frac{1}{I_{f}} sgn α, so n s t \end{matrix}$
$α_{s l} = {tanh}^{- 1} (\frac{3}{C_{α} I_{f}})$
I_f = µ x Vertikale Last an der Achse
wobei F_y: Reifenquerkraft, C_α: Parameter für die Steifigkeit bei Kurvenfahrt, α Reifenschlupfwinkel, I_f: Kehrwert der maximalen Reifenquerkraft, die eine Funktion von µ ist, und α_sl: gleitender Schlupfwinkel.
Die Schlupfwinkel für Vorder- und Hinterachse können mit Hilfe von Gleichungen (siehe unten) ermittelt werden. Die berechneten Werte werden mit Hilfe eines fahrgeschwindigkeitsabhängigen Filters gefiltert, um eine Relaxationslängendynamik der Reifen darzustellen. Ein verzögerter Schlupfwinkel (d.h. Ausgang des Tiefpassfilters) wird als vorderer oder hinterer Reifenschlupfwinkel auch in den vorstehend erwähnten Gleichungen verwendet. $a_{f} = \frac{(V + α . r)}{U} - δ$
$α_{r} = \frac{(V - b . r)}{U}$
wobei α_f: Schlupfwinkel der Vorderachse, α_r: Schlupfwinkel der Hinterachse und δ: Reifenwinkel. Der Reifenwinkel wird mit Hilfe von kinematischen Tabellen oder eines Verstärkungsfaktors aus dem Motorwinkel abgeleitet.
Die Modell-Zahnstangenkraft 212 ist die Summe von zwei Kräften - Zahnstangenkraft 1 322 und Zahnstangenkraft 2 332. Die Zahnstangenkraft 322 wird unter Verwendung des vorderen Schlupfwinkels, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Motorwinkels entweder über nichtlineare Tabellen oder empirische Modelle oder Reifenmodelle ermittelt. Die Zahnstangenkraft 332 wird durch ein Verstärkungsmodul 330 unter Verwendung des Motorwinkels und eines Federmodells oder eines beliebigen anderen Modells oder einer Nachschlagetabelle ermittelt. Die Zahnstangenkraft 2 332 stellt ein Druckmoment und andere zusätzliche Drehmomente/Kräfte dar, die aufgrund der Aufhängungsgeometrie als Funktion des Motorwinkels auf das Fahrzeug 100 einwirken. Die Zahnstangenkraft 1 322 und die Zahnstangenkraft 2 332 werden addiert (340), um die Modell-Zahnstangenkraft 212 zu berechnen.
Rückblickend auf 4 wird die Modell-Zahnstangenkraft 212 in die Berechnung 220 des Straßenreibungskoeffizienten eingegeben. Zusätzlich erhält die Berechnung 220 des Straßenreibungskoeffizienten eine Last-Zahnstangenkraft 232 von der Zahnstangenkraftmessung 230. In einem oder mehreren Beispielen ist die Last-Zahnstangenkraft 232 ein Messwert von einem Kraft-/Drehmomentsensor, der die Kraft/das Drehmoment misst, die/das die Zahnstange während der Fahrzeugmanöver erfährt. Alternativ oder zusätzlich wird die Last-Zahnstangenkraft 232 mit Hilfe eines Zahnstangenkraft-Beobachters berechnet, der Lenksignale wie Lenkmotordrehmoment, Lenkgeschwindigkeit und Lenkhandradmoment (bei EPS) zur Berechnung der Last-Zahnstangenkraft 232 verwendet. Die Last-Zahnstangenkraft 232 ist eine virtuelle Zahnstangenkraft, die aus gemessenen Fahrer- und Motorkraftaufwänden berechnet wird. Dementsprechend ist die Last-Zahnstangenkraft 232 eine Referenz, mit der die Modell-Zahnstangenkraft 212 verglichen wird.
In einem oder mehreren Beispielen wird die Berechnung des Straßenreibungskoeffizienten auf der Grundlage der LMS-Filterung (Least Mean Square Filterung) durchgeführt, jedoch können andere äquivalente Filtertechniken verwendet werden, um im Wesentlichen ähnliche Ergebnisse zu erzielen. In dem in 2 gezeigten Beispiel umfasst die Berechnung 220 des Straßenreibungskoeffizienten ein oder mehrere Module für eine Aktualisierungsfaktor-Berechnung 222, eine Straßenreibungskoeffizienten-Aktualisierung 224 und eine Lernfreigabe 226.
Die Aktualisierungsfaktor-Berechnung 222 berechnet eine Differenz (e1) zwischen den beiden eingegebenen Zahnstangenkräften, die in die Berechnung 220 des Straßenreibungskoeffizienten eingegeben wird. Die Berechnung 220 des Straßenreibungskoeffizienten empfängt die Modell-Zahnstangenkraft 212 und die Last-Zahnstangenkraft 232. Dementsprechend: $e 1 = L a s t - Z a h n s t a n g e n k r a f t - M o d e l l - Z a h n s t a n g e n k r a f t$
In einem oder mehreren Beispielen wird der Fehler e1 verarbeitet, um einen angepassten Fehlerwert e2 zu berechnen. Der angepasste Fehler e2 wird durch Anwendung eines Tiefpassfilters auf den Wert e1 berechnet, wobei das Tiefpassfilter eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit (U), des Lenkwinkels (θ), und der Lenkgeschwindigkeit ist.
Die Differenz e2 wird zur Berechnung eines Aktualisierungsfaktors (Δµ1) mit Hilfe der folgenden Berechnungen verwendet: $u = \frac{θ}{Konstante + θ^{2}}$
$Δ μ 1 = k . e 2. u$
Hier ist u eine Systemeingabe, wie z.B. ein Lenkwinkel oder eine Funktion des Lenkwinkels, wie dargestellt. In anderen Beispielen kann u auf eine andere Weise berechnet werden. Außerdem ist k in den vorstehenden Gleichungen ein vorbestimmter Wert, der konfigurierbar sein kann. Die Aktualisierungsfaktor-Berechnung 222 gibt den so berechneten Aktualisierungsfaktor Δµ aus.
Die Straßenreibungskoeffizienten-Aktualisierung 224 empfängt den Aktualisierungsfaktor als Eingabe und legt einen zweiten Aktualisierungswert (Δµ) für den Straßenreibungskoeffizienten beruhend auf dem Eingabewert und einem Lernfreigabe-Merker (Flag_L fest, der von der Lernfreigabe 226 ausgegeben wird.
Die Lernfreigabe 226 verwendet Fahrzeug- und Lenksignale, um zu bestimmen, ob die Bedingungen für die Aktualisierung des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten günstig sind. Eine oder mehrere der folgenden Bedingungen können verwendet werden: ob die Beschleunigung/Verzögerung des Fahrzeugs unter einem Schwellenwert liegt; ob eine Größe der Lenkgeschwindigkeit größer als ein Schwellenwert ist; ob die Größe des Lenkwinkels größer als ein Schwellenwert ist, ob eine Multiplikation von Lenkwinkel und Lenkgeschwindigkeit größer als ein Schwellenwert ist; ob sich das Fahrzeug nicht in einem Übersteuerungszustand befindet, usw. Die Bestimmung des Übersteuerungszustands kann entweder vom Lenksystem 40 oder von anderen Modulen des Fahrzeugs 100, wie z.B. der Bremsensteuerung (nicht abgebildet), mit bekannten Techniken berechnet werden. Basierend auf der Bewertung der einen oder mehreren vorstehend genannten Bedingungen gibt die Lernfreigabe 226 den Merker Flag_L aus, eine boolesche Ausgabe - WAHR zeigt günstige Bedingungen zur Aktualisierung des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten an, und FALSCH zeigt an, dass der Wert des Straßenreibungskoeffizienten zu diesem Zeitpunkt nicht aktualisiert werden soll.
Die Straßenreibungskoeffizienten-Aktualisierung 224 bestimmt den zweiten Aktualisierungsfaktor, um eine Aktualisierung der Schätzung des Straßenreibungskoeffizienten auf der Grundlage des Merkers Flag_L vorzunehmen: $Δ μ = {\begin{matrix} Δ μ_{1} \dots wenn F l a g_{L} WAHR i s t \\ 0 \dots \dots \dots wenn F l a g_{L} FALSCH i s t \end{matrix}$
Der Wert des Straßenreibungskoeffizienten (µ̂ oder µ_t+1) wird unter Verwendung des zweiten Aktualisierungsfaktors und des aktuellen Wertes des Straßenreibungskoeffizienten aktualisiert: $μ_{t + 1} = μ_{t} + Δ μ$
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zur Erkennung einer Änderung des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten und zur entsprechenden Aktualisierung des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten in einem Lenksystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Verfahren umfasst bei 602 die Berechnung des Modell-Zahnstangenkraftwertes 212 auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Lenkwinkels und eines aktuellen Wertes des Straßenreibungskoeffizienten. Der Wert der Modell-Zahnstangenkraft 212 wird unter Verwendung eines vorderen Schlupfwinkels berechnet, der auf der Grundlage eines Fahrzeugmodells, z.B. eines nichtlinearen Fahrzeugmodells, wie hier beschrieben, bestimmt wird.
Das Verfahren umfasst bei 604 ferner das Ermitteln einer Differenz zwischen dem Wert der Modell-Zahnstangenkraft 212 und dem Wert der Last-Zahnstangenkraft 232. Der Wert der Last-Zahnstangenkraft 232 wird in einem oder mehreren Beispielen auf der Grundlage einer Schätzung unter Verwendung eines Zustandsbeobachters bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann die Last-Zahnstangenkraft 232 mit einem Spurstangensensor gemessen werden. Jede andere Technik kann zur Schätzung der Last-Zahnstangenkraft 232 verwendet werden. Die berechnete Differenz wird bei 606 weiter verarbeitet, z.B. mit Hilfe eines oder mehrerer Faktoren skaliert, um einen ersten Aktualisierungsfaktor zu berechnen. Die Skalierungsfaktoren können auf einem oder mehreren Lenksignalen wie Lenkwinkel, Lenkgeschwindigkeit und dergleichen basieren.
Das Verfahren umfasst bei 608 ferner die Berechnung eines Aktualisierungsmerkers auf der Grundlage eines oder mehrerer Lenksignale und Fahrzeugsignale. Das Aktualisierungsmerker gibt an, ob der Wert des Straßenreibungskoeffizienten aktualisiert werden soll. Wenn der Aktualisierungsmerker FALSCH ist, d.h. anzeigt, dass der Straßenreibungskoeffizient nicht aktualisiert werden soll, wird der Aktualisierungsfaktor bei 610 auf 0 (Null) gesetzt. Wenn der Aktualisierungsmerker alternativ WAHR ist, d.h. darauf hinweist, dass der Straßenreibungskoeffizient aktualisiert werden kann, wird der Aktualisierungsfaktor bei 612 auf den ersten berechneten Aktualisierungsfaktor gesetzt. Darüber hinaus wird bei 614 der Aktualisierungsfaktor zu dem aktuellen Wert des Straßenreibungskoeffizienten addiert, um den aktualisierten Wert des Straßenreibungskoeffizienten zu berechnen.
In einem oder mehreren Beispielen wird bei 616 der aktualisierte Wert des Straßenreibungskoeffizienten an ein oder mehrere andere Module im Fahrzeug 100 übertragen. Beispielsweise empfängt das ADAS 110 den aktualisierten Wert des Straßenreibungskoeffizienten, um die Trajektorie für das Fahrzeug auf 100 anzupassen. Alternativ oder zusätzlich wird der aktualisierte Wert des Straßenreibungskoeffizienten an ein Bremsmodul, ein elektronisches Stabilitätsregelungsmodul und andere derartige Module im Fahrzeug 100 gesendet, die ein oder mehrere Fahrzeugmanöver auf der Grundlage einer Eingabe des Fahrers steuern. Das Bremsmodul kann beispielsweise auf der Grundlage des aktualisierten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten ändern, wie reaktionsfreudig die Bremsen arbeiten, d.h. die Verzögerungsrate beim Pumpen der Bremsen, oder die Art und Weise ändern, wie die Bremsen an einzelnen Rädern betätigt werden. Darüber hinaus kann eine Benutzerbenachrichtigung erfolgen, z.B. über eine taktile Rückmeldung, eine audiovisuelle Rückmeldung und dergleichen.
Darüber hinaus kann der aktualisierte Wert des Straßenreibungskoeffizienten über ein Netzwerk von Fahrzeug-zu-Fahrzeug (nicht abgebildet), das die Kommunikation zwischen einem oder mehreren Fahrzeugen ermöglicht, an ein anderes Fahrzeug übertragen werden, insbesondere um die Fahrbedingungen gemeinsam zu nutzen.
Darüber hinaus wird der aktualisierte Straßenreibungskoeffizient vom Lenksystem 40 selbst verwendet, um den Kraftaufwand beim Lenken zu modifizieren, z.B. bei EPS, SbW und/oder MTO im geschlossenen Regelkreis. Beispielsweise wird die Modell-Zahnstangenkraft, die auf der Grundlage des aktualisierten Straßenreibungskoeffizienten berechnet wird, zur Berechnung einer Handraddrehmomentreferenz für den Fahrer verwendet. Zum Beispiel erzeugt die Steuerung 16 einen Hilfsdrehmomentbefehl auf der Grundlage der Handraddrehmomentreferenz für den Motor 19, um das Hilfsdrehmoment zu erzeugen. Der Hilfsdrehmomentbefehl wird auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Modell-Zahnstangenkraft 212 und einem vom Fahrer auf das Handrad 26 aufgebrachten Eingabedrehmoment erzeugt. Im Falle eines SbW-Systems wird die Modell-Zahnstangenkraft von dem HWA 70 zur Erzeugung eines Rückkopplungsdrehmoments verwendet, wobei das Rückkopplungsdrehmoment dem Fahrer bei fehlender mechanischer Verbindung ein Oberflächengefühl vermittelt.
In einem oder mehreren Beispielen wendet das Lenksystem 40 bei 618 eine Lenkdrehmomentüberlagerung an, um dem Fahrer zu helfen, sich von einer Zone mit hohem Schlupfwinkel fernzuhalten. Wenn beispielsweise der aktualisierte Straßenreibungskoeffizient unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, geht die Steuerung 16 davon aus, dass das Fahrzeug 100 gerade auf einer rutschigen Oberfläche, etwa nass, vereist usw. fährt, und in diesem Fall begrenzt die Steuerung 16 den Wert des Lenkwinkels. In einem oder mehreren Beispielen erzeugt die Steuerung 16 einen Überlagerungsdrehmomentbefehl, der den Motor 19 veranlasst, ein Überlagerungsdrehmoment zu erzeugen, das dem vom Fahrer aufgebrachten Eingabedrehmoment entgegengesetzt ist. Das Überlagerungsdrehmoment verhindert oder schränkt zumindest ein, dass der Fahrer das Fahrzeug 100 manövrieren kann, was die Sicherheit des Fahrzeugs 100 verbessern kann. Das Überlagerungsdrehmoment wird auf der Grundlage des aktualisierten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten erzeugt. In einem oder mehreren Beispielen wird das Überlagerungsdrehmoment erzeugt, wenn der aktualisierte Straßenreibungskoeffizient unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, was ein Anzeichen dafür ist, dass die Straße rutschig ist.
Dementsprechend ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen das Erkennen einer Änderung des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten in einem Lenksystem. Die hier beschriebenen Berechnungen des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten haben wesentliche Verbesserungen gegenüber bestehenden Techniken, insbesondere gegenüber denjenigen, die Bremsmodule verwenden, gezeigt. Zu diesen Verbesserungen gehört eine schnellere Erkennung der Änderung des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten.
Darüber hinaus ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen die Berechnung eines kontinuierlichen Straßenreibungskoeffizienten (µ) unter Verwendung von Lenksignalen. Ein Fahrzeugmodell wird zur Berechnung einer Zahnstangenkraft als Funktion von µ verwendet, der kontinuierlich geschätzt wird. Die berechnete Zahnstangenkraft wird mit einer geschätzten Zahnstangenkraft von einem Lenkungsbeobachter oder von einem Spurstangensensor verglichen. Der Straßenreibungskoeffizient wird unter Verwendung beider Zahnstangenkräfte berechnet. In einem oder mehreren Beispielen wird der Straßenreibungskoeffizient nur dann aktualisiert, wenn Bedingungen für die Lernfreigabe erfüllt sind.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen die Verwendung von Lenksystemsignalen zur Erkennung einer Änderung des Straßenreibungskoeffizienten. Die festgestellte Änderung kann zur Änderung eines Hilfsdrehmoments oder eines anderen vom Lenksystem und/oder von anderen Modulen des Fahrzeugs erzeugten Drehmoments verwendet werden. Wenn beispielsweise die Änderung des Straßenreibungskoeffizienten anzeigt, dass das Fahrzeug jetzt auf einer rutschigen Oberfläche (wie Schnee, Aquaplaning usw.) fährt, können die Lenkradmanöver durch die Erzeugung eines Drehmoments, das den Fahrer daran hindert, das Lenkrad zu bewegen, verhindert werden. Alternativ oder zusätzlich kann bei einem ADAS-System die festgestellte Änderung der Straßenreibung dazu führen, dass das ADAS-System einen oder mehrere Betriebszustände des Fahrzeugs, wie z.B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Lenkwinkel und dergleichen, ändert.
Bei den vorliegenden technischen Lösungen kann es sich um ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt auf jeder möglichen technischen Detailebene der Integration handeln. Das Computerprogrammprodukt kann ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien mit computerlesbaren Programmanweisungen enthalten, um einen Prozessor zu veranlassen, Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen auszuführen.
Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen sind hier unter Bezugnahme auf Flussdiagrammabbildungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagramm-Abbildungen und/oder Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagramm-Abbildungen und/oder Blockdiagrammen durch computerlesbare Programmanweisungen implementiert werden können.
Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und die Funktionsweise möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lösungen. In dieser Hinsicht kann jeder Block im Flussdiagramm oder in den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Anweisungen darstellen, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Implementierung der angegebenen logischen Funktion(en) umfasst. Bei einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken angegebenen Funktionen außerhalb der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten. So können beispielsweise zwei nacheinander gezeigte Blöcke im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können je nach der betreffenden Funktionalität manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es wird auch angemerkt, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder der Flussdiagrammdarstellung sowie Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder der Flussdiagrammdarstellung durch hardwarebasierte Systeme für spezielle Zwecke implementiert werden können, die die angegebenen Funktionen oder Handlungen ausführen oder Kombinationen aus spezieller Hardware und Computerbefehlen ausführen.
Es ist auch festzustellen, dass jedes Modul, jede Einheit, Komponente, jeder Server, Computer, jedes Endgerät oder jedes Gerät, das hier beispielhaft dargestellt wird und Anweisungen ausführt, computerlesbare Medien wie Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichergeräte (austauschbar und/oder nicht austauschbar) wie z.B. Magnetplatten, optische Platten oder Bänder enthalten oder anderweitig Zugang zu diesen haben kann. Zu den Computerspeichermedien können flüchtige und nicht flüchtige, austauschbare und nicht austauschbare Medien gehören, die in einer beliebigen Methode oder Technologie zur Speicherung von Informationen implementiert sind, wie z.B. von computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten. Solche Computerspeichermedien können Teil des Geräts sein oder darauf zugreifen oder daran angeschlossen werden. Jede hier beschriebene Anwendung oder jedes hier beschriebene Modul kann mit Hilfe von computerlesbaren/ausführbaren Anweisungen implementiert werden, die auf solchen computerlesbaren Medien gespeichert oder anderweitig vorgehalten werden können.
Die technischen Lösungen sind zwar im Zusammenhang mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen detailliert beschrieben, es sollte jedoch leicht verständlich sein, dass die technischen Lösungen nicht auf diese offengelegten Ausführungsformen beschränkt sind. Vielmehr können die technischen Lösungen so modifiziert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder gleichwertigen Anordnungen enthalten, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber dem Geist und der Tragweite der technischen Lösungen entsprechen. Darüber hinaus sind zwar verschiedene Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben worden, aber es ist zu verstehen, dass Aspekte der technischen Lösungen nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend sind die technischen Lösungen nicht als durch die vorstehende Beschreibung begrenzt anzusehen.

Claims

Verfahren, das umfasst: Berechnen eines Wertes einer Modell-Zahnstangenkraft durch ein Lenksystem auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Lenkwinkels und eines Wertes eines Straßenreibungskoeffizienten; Ermitteln einer Differenz zwischen dem Wert der Modell-Zahnstangenkraft und einem Wert einer Last-Zahnstangenkraft durch das Lenksystem; und Aktualisieren des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten durch das Lenksystem anhand der ermittelten Differenz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert der Last-Zahnstangenkraft ein geschätzter Wert der Reifenlast an einer Zahnstange ist, wobei der Wert der Last-Zahnstangenkraft unter Verwendung eines Zustandsbeobachtermodells auf der Grundlage von Lenksignalen geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert der Modell-Zahnstangenkraft unter Verwendung eines nichtlinearen Fahrzeugmodells berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert des Straßenreibungskoeffizienten auf der Grundlage eines Aktualisierungsmerkers aktualisiert wird, der auf der Grundlage eines oder mehrerer Lenksystemsignale und Fahrzeugsignale gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert des Straßenreibungskoeffizienten ein erster Wert des Straßenreibungskoeffizienten ist und das Aktualisieren des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten umfasst: Berechnen eines Aktualisierungsfaktors auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Wert der Modell-Zahnstangenkraft und dem Wert der Last-Zahnstangenkraft; und Berechnen eines zweiten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten durch Addieren des Aktualisierungsfaktors zum ersten Wert des Straßenreibungskoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend: Berechnen eines Handraddrehmoment-Referenzwertes auf der Grundlage des aktualisierten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten, wobei der Handraddrehmoment-Referenzwert mit einem Eingangsdrehmoment von einem Fahrer in das Lenksystem summiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Überlagerungsdrehmoment, das in entgegengesetzter Richtung zum Eingangsdrehmoment verläuft, auf der Grundlage eines aktualisierten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Übertragen des aktualisierten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten an ein fortschrittliches Fahrunterstützungssystem.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Ändern eines Manövers des Lenksystems auf der Grundlage dessen dass eine Differenz zwischen dem Wert des Straßenreibungskoeffizienten und dem aktualisierten Wert des Straßenreibungskoeffizienten über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
Lenksystem umfassend: einen Motor; und eine Steuerung, die ein Verfahren ausführt, das umfasst: Berechnen eines Wertes einer Modell-Zahnstangenkraft auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Lenkwinkels und eines Wertes eines Straßenreibungskoeffizienten; Ermitteln einer Differenz zwischen dem Wert der Modell-Zahnstangenkraft und einem Wert einer Last-Zahnstangenkraft; und Aktualisieren des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten anhand der ermittelten Differenz.
System nach Anspruch 10, wobei der Wert der Last-Zahnstangenkraft ein geschätzter Wert der Reifenlast an einer Zahnstange ist, wobei der Wert der Last-Zahnstangenkraft unter Verwendung eines Zustandsbeobachtermodells auf der Grundlage von Lenksignalen geschätzt wird.
System nach Anspruch 10,wobei der Wert der Modell-Zahnstangenkraft unter Verwendung eines nichtlinearen Fahrzeugmodells berechnet wird.
System nach Anspruch 10, wobei der Wert des Straßenreibungskoeffizienten auf der Grundlage eines Aktualisierungsmerkers aktualisiert wird, der auf der Grundlage von einem oder mehreren Lenksystemsignalen und Fahrzeugsignalen gesetzt wird.
System des Anspruchs 10, wobei der Wert des Straßenreibungskoeffizienten ein erster Wert des Straßenreibungskoeffizienten ist und das Aktualisieren des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten umfasst: Berechnen eines Aktualisierungsfaktors auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Wert der Modell-Zahnstangenkraft und dem Wert der Last-Zahnstangenkraft; und Berechnen eines zweiten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten durch Addieren des Aktualisierungsfaktors zum ersten Wert des Straßenreibungskoeffizienten.
System nach Anspruch 10, das ferner umfasst: Berechnen eines Handraddrehmoment-Referenzwerts auf der Grundlage des aktualisierten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten, wobei das Handraddrehmoment mit einem Eingabedrehmoment von einem Fahrer in das Lenksystem summiert wird.
System nach Anspruch 15, wobei ein Überlagerungsdrehmoment auf der Grundlage des aktualisierten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten erzeugt wird.
Computerprogrammprodukt, das eine Speichervorrichtung umfasst, auf der ein oder mehrere computerausführbare Befehle gespeichert sind, wobei die computerausführbaren Befehle, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, ein Verfahren durchzuführen, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines Wertes einer Modell-Zahnstangenkraft auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Lenkwinkels und eines Wertes eines Straßenreibungskoeffizienten; Ermitteln einer Differenz zwischen dem Wert der Modell-Zahnstangenkraft und einem Wert einer Last-Zahnstangenkraft; und Aktualisieren des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten anhand der ermittelten Differenz.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 17, wobei der Wert der Zahnstangenkraft ein geschätzter Wert der Reifenlast an einer Zahnstange ist, wobei der Wert der Last-Zahnstangenkraft unter Verwendung eines Zustandsbeobachtermodells auf der Grundlage von Lenksignalen geschätzt wird.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 17, wobei der Wert des Straßenreibungskoeffizienten auf der Grundlage eines Aktualisierungsmerkers aktualisiert wird, der auf der Grundlage eines oder mehrerer Lenksystemsignale und Fahrzeugsignale gesetzt wird.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 17, wobei der Wert des Straßenreibungskoeffizienten ein erster Wert des Straßenreibungskoeffizienten ist und das Aktualisieren des Wertes des Straßenreibungskoeffizienten umfasst: Berechnen eines Aktualisierungsfaktors auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Wert der Modell-Zahnstangenkraft und dem Wert der Last-Zahnstangenkraft; und Berechnung eines zweiten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten durch Addieren des Aktualisierungsfaktors zum ersten Wert des Straßenreibungskoeffizienten.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 17, das ferner umfasst: Berechnen eines Handraddrehmoment-Referenzwertes auf der Grundlage des aktualisierten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten, wobei das Handraddrehmoment mit einem Eingangsdrehmoment von einem Fahrer in das Lenksystem summiert wird.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 17, wobei ein Überlagerungsmoment auf der Grundlage des aktualisierten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten erzeugt wird.