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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Überlagerungslenkung eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen eines derartigen Verfahrens, ein Steuergerät zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Steuergerät.
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In Kraftfahrzeugen sind in der Regel das Lenkrad und die lenkbaren Räder mechanisch starr verbunden. Um den Fahrkomfort zu erhöhen wurden Überlagerungslenkungen eingeführt, die zwischen Lenkrad und lenkbaren Rädern zusätzliche Winkel einstellen können. Damit ist es z.B. möglich, mit wenigen Lenkradumdrehungen einzuparken, ohne bei hohen Fahrgeschwindigkeiten eine zu direkte Lenkübersetzung zu erzeugen. Neue Entwicklungen, wie z.B. Steer-by-Wire, zeigen eine vollständige mechanische Trennung von Lenkrad und lenkbaren Rädern. Auch hier kann dem durch den Lenkradwinkel angezeigten Fahrerwunsch für die Richtungsführung des Kraftfahrzeugs ein zusätzlicher Lenkwinkel, d.h. ein Überlagerungswinkel, überlagert werden, um den Komfort zu erhöhen.
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Die Berechnung des Überlagerungswinkels folgt dabei beliebig komplexen Algorithmen, um einen bestmöglichen Fahrkomfort zu erzeugen. Eine Fehlberechnung kann dabei allerdings dazu führen, dass das Kraftfahrzeug dem Fahrerwunsch nur noch teilweise oder gar nicht folgt.
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Aus der
DE 10 2014 201 107 A1 ist ein Verfahren zur Beschränkung wenigstens eines unterstützenden Lenkmoments in einem Lenksystem mit elektronischer Lenkunterstützung bekannt, bei dem die vom Fahrer gewünschte Lenkwinkeländerung ermittelt wird, eine Menge mit zulässigen Lenkwinkeländerungen in Abhängigkeit von der vom Fahrer gewünschten Lenkwinkeländerung definiert wird, die aktuelle Lenkwinkeländerung ermittelt wird, überprüft wird, ob die aktuelle Lenkwinkeländerung in der Menge der zulässigen Lenkwinkeländerungen enthalten ist und das unterstützende Lenkmoment beschränkt wird, wenn die Überprüfung ergibt, dass die aktuelle Lenkwinkeländerung nicht in der Menge der zulässigen Lenkwinkeländerungen enthalten ist.
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Aus der
DE 10 2007 000 978 A1 ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotors einer Winkelüberlagerungslenkung bekannt, bei dem die maximale Drehzahl des Elektromotors in Abhängigkeit mindestens einer Betriebsgröße begrenzt wird.
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Aus der
DE 10 2007 053 818 B4 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Fahrzeug-Lenkeinrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis bekannt, bei dem ein von einem Fahrzeugbenutzer durch eine Lenkradeinrichtung vorgegebener Lenkwinkel ermittelt wird, ein tatsächlich einzustellenden Stellwinkel aus dem vom Fahrzeugbenutzer vorgegebenen Lenkwinkel abhängig von wenigstens einem weiteren Fahrzeugbetriebsparameter ermittelt wird, die Vereinbarkeit des ermittelten Stellwinkels mit dem Lenkwinkel anhand wenigstens eines Qualitätskriteriums unter Einbeziehung wenigstens der als zeitliche Ableitung des Lenkwinkels berechneten Lenkwinkelgeschwindigkeit und der als zeitliche Ableitung des Stellwinkels berechneten Stellwinkelgeschwindigkeit überprüft und/oder ein Lenkaktuator dahingehend angesteuert wird, dass der Stellwinkel eingestellt wird und der tatsächlich eingestellte Stellwinkel gemessen wird und die Vereinbarkeit des eingestellten Stellwinkels mit dem Lenkwinkel anhand wenigstens eines Qualitätskriteriums unter Einbeziehung wenigstens der als zeitliche Ableitung des Lenkwinkels berechneten Lenkwinkelgeschwindigkeit und der als zeitliche Ableitung des Stellwinkels berechneten Stellwinkelgeschwindigkeit überprüft wird und die Lenkeinrichtung in einem Normalzustand betrieben wird, falls sich der Lenkwinkel und der Stellwinkel als vereinbar erweisen, oder ein Übergang in einen Fehlerzustand erfolgt, wenn sich der Stellwinkel und der Lenkwinkel als unvereinbar erweisen.
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Aus der
DE 10 2009 002 743 A1 ist ein aktives Lenksystem bekannt, bei dem eine Abweichung zwischen einer Lenkgröße und einem aktuellem Lenkeinschlag dadurch reduziert wird, dass die Lenkgröße mit einem Offset beaufschlagt wird.
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Des Weiteren ist es zum Betrieb einer Überlagerungslenkung eines Kraftfahrzeugs bekannt einen Wert repräsentativ für eine Lenkgröße und einen Wert repräsentativ für eine Zielgröße basierend auf dem Wert repräsentativ für die Lenkgröße einzulesen, einen Wertebereich mit einem Maximalwert und/oder einem Minimalwert indikativ für einen zulässigen Wert der Zielgröße basierend auf dem Wert repräsentativ für die Lenkgröße zu bestimmen, den Wert repräsentativ für eine Zielgröße mit dem Wertebereich, zu vergleichen und einen Wert repräsentativ für eine modifizierte Zielgröße durch Begrenzen des Wertes repräsentativ für eine Zielgröße auf den Maximalwert oder den Minimalwert gemäß dem Wertebereich zu begrenzen, wenn der Wert repräsentativ für eine Zielgröße größer oder kleiner als der Wertebereich ist.
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Eine Voraussetzung der zuvor beschriebenen Verfahren zur Absicherung des Betriebes einer Überlagerungslenkung ist jedoch die Annahme, dass der Achsaktuator zu jeder Zeit dem Lenkbefehl bedingungslos folgen kann. Es gibt allerdings Situationen, in denen diese Voraussetzung nicht mehr erfüllt sind, beispielsweise wenn die lenkbaren Räder durch eine Bordsteinkante blockiert sind oder sich der Achsaktuator in seinem mechanischen Endanschlag befindet, der Fahrer allerdings das Lenkrad weiter in Richtung Blockade und darüber hinaus dreht, womit der Achsaktuator nicht mehr folgen kann. Dadurch kann sich eine ungewollte Abweichung zwischen Lenkradwinkel und Achsaktuatorposition ergeben, die nicht mehr im Bereich der erlaubten Übertragungsfunktionen zwischen Lenkradwinkel und Achsaktuatorposition liegt, welcher durch die zuvor beschriebene, bekannte Sicherheitsfunktion definiert wurde.
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Ferner, wenn das Kraftfahrzeug automatisiert betrieben werden kann, folgt in einer automatisierten Fahrsituation das Lenkrad je nach Ausführung nicht zwangsläufig vollständig dem entsprechenden automatisierten Lenkbefehl, sondern steht still oder deutet die Bewegung nur an. Wenn nun eine Übernahme durch den Fahrer notwendig ist, steht das Lenkrad wohlmöglich aufgrund einer gewollten Abweichung in einer abweichenden Position, der Fahrer muss aber uneingeschränkt lenken können.
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Das Resultat kann eine ungewollte und/oder gewollte Abweichung zwischen der Lenkradposition bzw. dem aktuellen Lenkwinkel des Lenkrades und des aktuellen Lenkeinschlags der lenkbaren Räder des Kraftfahrzeugs sein. Insbesondere kann die ungewollte und/oder gewollte Abweichung außerhalb des Bereichs der erlaubten Übertragungsfunktionen zwischen Lenkradwinkel und Achsaktuatorposition liegen, welcher durch die bereits bekannte Sicherheitsfunktion bestimmt wurde.
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Es besteht also Bedarf daran, Wege aufzuzeigen, wie hier Abhilfe geschaffen werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Überlagerungslenkung eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten:
- auf ein Erfassen eines Einzelsignals oder einer Signalgruppe indikativ für eine ungewollte Abweichung zwischen einer Lenkgröße und eines aktuellen Lenkeinschlags von lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeugs und/oder eines Zustands-Wertes indikativ für einen von einem Fahrer aktiv gelenkten Betrieb mit einer gewollten Abweichung zwischen der Lenkgröße und des aktuellen Lenkeinschlags der lenkbaren Räder des Kraftfahrzeugs hin Bereitstellen eines Statussignals indikativ für eine ungewollte und/oder gewollte Abweichung, wobei eine ungewollte Abweichung im Unterschied zu einer gewollten Abweichung auf einem Überlenken beruht, bei dem ein Fahrer ein Lenkrad des Kraftfahrzeugs bei blockierten lenkbaren Rädern weiterdreht,
- Erhöhen eines Wertes indikativ für einen Offset um einen Differenz-Wert, wenn das Statussignal indikativ für eine ungewollte und/oder gewollte Abweichung ist, und
- Addieren des Wertes indikativ für die Lenkgröße und des bestimmten Wertes indikativ für den Offset um einen Wert repräsentativ für eine angepasste Lenkgröße zu bestimmen.
- Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 7, durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der Wert repräsentativ für die Lenkgröße, z.B. ein Lenkradwinkel, kann mit einem Lenkradsensor, wie z.B. einem Lenkradwinkelsensor, direkt erfasst werden.
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Alternativ kann der Wert repräsentativ für die Lenkgröße bestimmt werden, in dem Ausgangssignale wie z.B. eines Lenkwinkelgeschwindigkeitssensors, ausgewertet werden, z.B. durch eine numerische Integration, um den Wert repräsentativ für die Lenkgröße zu bestimmen.
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Die erfassten und bestimmten Größen können repräsentativ für Positionen, wie z.B. Winkelwerte, repräsentativ für Geschwindigkeiten, wie z.B. Winkelgeschwindigkeiten und/oder repräsentativ für Beschleunigungen, wie z.B. Winkelbeschleunigungen, sein.
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Die Abweichung zwischen einer Lenkgröße und eines aktuellen Lenkeinschlags der lenkbaren Räder des Kraftfahrzeugs kann als ein Winkelversatz aufgefasst werden, der z.B. dazu führen kann, dass sich die lenkbaren Räder nicht in der Geradeausstellung befinden, wenn sich das Lenkrad in seiner Geradeausstellung befindet.
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Eine Ursache für die ungewollte Abweichung kann in einem Überlenken liegen. Unter einem Überlenken wird dabei verstanden, dass ein Fahrer ein Lenkrad des Kraftfahrzeugs bei blockierten lenkbaren Rädern weiterdreht. Z.B. kann der Stellmotor einer mechanisch gekoppelten Überlagerungslenkung durchgedreht werden, da die lenkbaren Räder aufgrund eines Bordsteinkontaktes blockiert sind, oder ein Lenkeinschlag der lenkbaren Räder weist seinen Maximalwert auf und sie befinden sich am Endanschlag. Beim Überlenken blockierter Räder sollen sprungförmige Änderungen vermeiden werden, wenn die Blockade der lenkbaren Räder aufgelöst wird (z.B. beim Los-Rollen am Bordstein, wenn das lenkbare Rad den Bordstein hochklettert oder der Bordstein plötzlich endet und dadurch das lenkbare Rad wieder frei lenkbar wird). Des Weiteren soll auch bei weit überlenkter Blockade trotzdem bei Lenkbewegungen entgegen der Blockade sofort eine Fahrzeugreaktion ermöglicht werden, ohne zuerst den gesamten überlenkten Weg (beispielsweise mehrere Umdrehungen) wieder zurücklenken zu müssen um eine entsprechende Fahrzeugreaktion hervorzurufen. Beim Überlenken wird jede weitere Lenkradbewegung, die während der Blockade erfasst wird z.B. inkrementell auf den aktuellen Offset aufaddiert, der zusammen mit dem aktuellen Lenkradwinkel dann die angepasste Lenkgröße ergibt. So können auf Überlenken beruhende Abweichungen zwischen der Lenkradposition bzw. dem aktuellen Lenkwinkel des Lenkrades und des aktuellen Lenkeinschlags der lenkbaren Räder des Kraftfahrzeugs ausgeglichen werden.
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Hingegen handelt es sich bei der gewollten Abweichung um einen möglicherweise vorhandenen Winkelversatz, wenn ein Übergang von einem automatisierten Betrieb in einen von einem Fahrer aktiv gelenkten Betrieb erkannt wird. Zu Beginn wird also erfasst, ob das Kraftfahrzeug von dem Fahrer übernommen wird, z.B. durch bestimmen, ob ein Steuergerät für automatisiertes Fahren aktiv ist, d.h. das Kraftfahrzeug automatisiert steuert, bzw. in der nahen Vergangenheit gesteuert hat. Dies kann insbesondere als Folge einer Aufforderung an den Fahrer erfolgen, die Führung des Kraftfahrzeugs zu übernehmen bzw. durch eine derartige Aufforderung ausgelöst werden, oder der Fahrer übernimmt auf eigene Initiative hin die Führung des Kraftfahrzeugs. Unter einem automatisiert fahrenden Kraftfahrzeug wird dabei ein PKW oder anderes Kraftfahrzeug verstanden, das ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers fahren, steuern und einparken kann (Hochautomatisiertes Fahren bzw. Autonomes Fahren). Im Falle, dass keinerlei manuelles Steuern seitens des Fahrers nötig ist, wird auch der Begriff Roboterauto verwendet. Ein derartiges Kraftfahrzeug kann z.B. selbstständig Funktionen, wie ein Auslösen eines Fahrtrichtungsanzeigers, Spurwechsel und Spurhalten, durchführen. Ein Fahrer kann sich anderen Dingen zuwenden, wird aber bei Bedarf innerhalb einer Vorwarnzeit aufgefordert die Führung des Kraftfahrzeugs zu übernehmen. Jedoch kann vorgesehen sein, dass bei aktiver automatisierter Fahrfunktion das Lenkrad stillsteht oder mit geringeren Lenkradwinkeln die Drehung des Lenksystems lediglich andeutet. Bei einem Übergang vom automatisierten Betrieb zu einem von einem Fahrer aktiv gelenkten Betrieb können jetzt aber durch Unterschiede zwischen Lenkradposition und der Position des Achsaktuators zum Zeitpunkt der Übergabe an den Fahrer Abweichungen entstehen. Diese Abweichungen können außerhalb des Bereichs der für den manuellen Betrieb erlaubten Übertragungsfunktionen zwischen Lenkradwinkel und Achsaktuatorposition liegen, welche durch die bereits bekannte Sicherheitsfunktion bestimmt wurde. Diese durch den Wechsel des Fahrmodus entstandenen Abweichungen können mit Hilfe eines Offsets ausgeglichen werden. Bei der Übernahme aus einem automatisierten Modus wird zuerst aus dem letzten Lenkbefehl des automatisierten Steuergerätes bzw. alternativ aus der aktuellen Achsaktuatorposition eine dazugehörige Lenkgröße durch Rückrechnen bestimmt. Anschließend wird diese „rückgerechnete“ Lenkgröße mit dem aktuellen Lenkradwinkel verglichen. Die sich ergebende Differenz ist dann wiederum der neue gültige Offset. So kann ein problemloser Übergang vom automatisierten Betrieb zu einem von einem Fahrer aktiv gelenkten Betrieb gewährleistet werden.
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Im Szenario einer ungewollten Abweichung kann der Differenz-Wert z.B. in vorbestimmten Intervallen neu bestimmt oder aktualisiert werden. Mit anderen Worten, der Differenz-Wert wird mit Hilfe eines iterativ ausgebildeten Verfahrens bestimmt. Er ergibt sich daraus, wie weit sich das Lenkrad z.B. in Richtung Blockade bzw. über diese Blockade hinweg bewegt wurde, während ein Signal indikativ für einen blockierten Achsaktuator eine Blockade anzeigt.
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So können derartige gewollte und/oder ungewollte Abweichungen ausgeglichen und ein sicherer Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Überlagerungslenkung gewährleistet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird in einem weiteren Schritt ein Wert indikativ für einen Offset durch Subtraktion mit einem Reduzier-Wert erniedrigt, wenn das Statussignal nicht indikativ für eine ungewollte und/oder gewollte Abweichung ist. Der Reduzier-Wert kann dynamisch der Fahrsituation angepasst werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Statussignal von dem Zustand indikativ für eine ungewollte Abweichung zu dem Zustand nicht indikativ für eine ungewollte Abweichung gewechselt, wenn ein Stellmotor der mechanisch gekoppelten Überlagerungslenkung nicht mehr durchgedreht wird, beziehungsweise ein Stellmotor einer Steer-by-Wire Lenkung nicht mehr blockiert wird. Es können also die lenkbaren Räder wieder frei gedreht werden. Mit anderen Worten, wenn die lenkbaren Räder wieder verstellt werden können wird dies genutzt um den Wert des Offsets wieder abzubauen und damit die Lenkstellung der lenkbaren Räder wieder in Übereinstimmung mit der Position des Lenkrades zu bringen. Dies kann bevorzugt sukzessive bzw. schrittweise erfolgen, so dass ein weicher Übergang gewährleistet wird und kein abrupter Übergang beim Lenkverhalten entsteht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Statussignal von dem Zustand indikativ für eine gewollte Abweichung zu dem Zustand nicht indikativ für eine gewollte Abweichung gewechselt, wenn ein Wechsel von einem automatisierten Betrieb zu dem von dem Fahrer aktiv gelenkten Betrieb erfolgt ist. Es wird also erfasst, ob das Kraftfahrzeug von dem Fahrer übernommen wurde und dann der Wert des Offsets wieder abgebaut um so die Lenkstellung der lenkbaren Räder wieder in Übereinstimmung mit der Position des Lenkrades zu bringen. Auch hier kann dies bevorzugt sukzessive bzw. schrittweise erfolgen, so dass ein weicher Übergang gewährleistet wird und kein abrupter Übergang beim Lenkverhalten entsteht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsformwird) der Reduzier-Wert abhängig von einer Betätigung des Lenkrads und/oder anderen Fahrzeuggrößen ermittelt. Es erfolgt also insbesondere ein Abbau des Offsets während ein Fahrer eine Lenkbewegung mit dem Lenkrad ausführt. So ist es möglich, für den Fahrer kaum bemerkbar den Offset abzubauen und ihm insbesondere ein Gefühl der Kontrolle über das Kraftfahrzeug zu vermitteln.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zum Bestimmen des Differenz-Wertes eine Veränderung der Lenkgröße ausgewertet. So kann die Bestimmung des Wertes für den Offset vereinfacht werden. Es kann bei einem Wechsel vom automatisierten zum manuellen Betrieb der Offset absolut beim Wechsel des Betriebs-Modus gesetzt werden. In diesem Fall wird kein Vorgängerwert berücksichtigt.
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Es wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 in schematischer Darstellung Komponenten einer mechanisch getrennten Überlagerungslenkung eines Kraftfahrzeugs,
- 2 in schematischer Darstellung weitere Details der in 1 gezeigten Überlagerungslenkung,
- 3 in schematischer Darstellung einen Verfahrensablauf zum Betrieb der in den 1 und 2 gezeigten Überlagerungslenkung bei Vorliegen eines ersten Szenarios und
- 4 in schematischer Darstellung einen Verfahrensablauf zum Betrieb der in den 1 und 2 gezeigten Überlagerungslenkung bei Vorliegen eines zweiten Szenarios.
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Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen.
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Dargestellt ist ein Kraftfahrzeug 2, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein PKW Das Kraftfahrzeug 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, zumindest zeitweise als selbstfahrendes Kraftfahrzeug betrieben zu werden. Dabei wird unter einem selbstfahrenden Kraftfahrzeug ein PKW oder anderes Kraftfahrzeug verstanden, das ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers fahren, steuern und einparken kann (hochautomatisiertes Fahren bzw. autonomes Fahren). Im Falle, dass keinerlei manuelles Steuern seitens des Fahrers nötig ist, wird auch der Begriff Roboterauto verwendet.
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Derartige automatisierte Kraftfahrzeuge erfassen mit Umfeldsensoren, wie z.B. LIDAR-, RADAR- oder Ultraschall-Sensoren sowie Kamerasystemen ihre Umgebung und aus bestimmen aus den gewonnenen Umfelddaten ihre eigene Position und die der anderen Verkehrsteilnehmer. In Zusammenarbeit mit einer Navigationssoftware können sie ein Fahrziel ansteuern und Kollisionen auf dem Weg zum Fahrziel vermeiden.
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Eine Klassifizierung der Automatisierung, mit dem ein derartiges automatisiertes Kraftfahrzeug betrieben werden kann, erfolgt üblicherweise in sechs Stufen (vgl. z B. SAE J3016), beginnend mit keiner Automation (SAE-Level 0) bis zur vollen Automation (SAE-Level 5).
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Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Kraftfahrzeug 2 auch keinerlei Automation (SAE-Level 0) aufweisen.
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Das Kraftfahrzeug 2 weist ferner eine Überlagerungslenkung 4 auf, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Steer-by-Wire Lenkung ausgebildet ist.
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Von den Komponenten der Überlagerungslenkung 4 sind in der 1 ein Lenkradaktuator 8 und ein Achsaktuator 10 dargestellt.
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Von den Komponenten des Lenkradaktuators 8 sind in der 1 ein Lenkrad 12, eine Lenkwelle 14, ein Lenkgrößensensor 16, wie z.B. ein Lenkwinkelsensor, und ein Steuergerät 6 dargestellt. Zusätzlich kann dem Lenkradaktuator 8 ein Stellmotor (nicht dargestellt) zugeordnet sein, um ein für einen Fahrer spürbares Lenkmoment zu erzeugen bzw. das Lenkrad 12 in eine gewünschte Position zu drehen.
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Von den Komponenten des Achsaktuators 10 sind ein Stellmotor mit zugeordnetem Steuergerät 18 und eine von diesem Stellmotor mit dem Steuergerät 18 betätigte Lenkstange 20 dargestellt, welche über zwei Spurstangen 22a, 22b eine Lenkbewegung auf lenkbare Räder 24a, 24b des Kraftfahrzeugs 2 überträgt.
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Im Betrieb überträgt der Lenkgrößensensor 16 ein Lenkgrößensignal mit einem Wert repräsentativ für eine Lenkgröße LW an das Steuergerät 6. Die Lenkgröße LW ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Winkelwert. Für die nachfolgend beschriebenen Aufgaben und Funktionen kann das Steuergerät 6 Hard- und/oder Software-Komponenten aufweisen.
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Das Lenkgrößensignal mit einem Wert repräsentativ für eine Lenkgröße LW wird von dem Steuergerät 6 mit einer ersten Software-Komponente 26 und einer zweiten Software-Komponente 28 sowie einer dritten Software-Komponente 30 eingelesen. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel können die erste Software-Komponente 26 und/oder die zweite Software-Komponente 28 und/oder die dritte Software-Komponente 30 zu einer Software-Komponente zusammengefasst sein.
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Die erste Software-Komponente 26 stellt komplexe Funktionen bereit, um aus dem Lenkgrößensignal mit einem Wert repräsentativ für eine Lenkgröße LW unter zu Hilfenahme mindestens eines weiteren Signals vom Kraftfahrzeug 2 eine Zielgröße ZW indikativ für ein Fahrer-Lenkwunschsignal zu bestimmen. Die Zielgröße ZW ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Winkelwert.
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Hierzu wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Lenkgröße LW eine Überlagerungsgröße UW, ebenfalls im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Winkelwert, aufaddiert um die Zielgröße ZW zu bestimmen (ZW = LW + UW). Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Zielgröße ZW auch über beliebige Algorithmen in direkter Abhängigkeit von der Lenkgröße LW bestimmt werden.
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Die Zielgröße ZW indikativ für ein Fahrer-Lenkwunschsignal beinhaltet im vorliegenden Ausführungsbeispiel unterschiedliche, fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Lenkübersetzungen, um bei Parkiergeschwindigkeit das Kraftfahrzeug 2 mit wenigen Lenkradumdrehungen steuern zu können und bei hoher Fahrgeschwindigkeit die Richtungsstabilität mit einer indirekten Lenkübersetzung sicherzustellen. Auch verschiedenste Komfortfunktionen, wie z.B. eine Lenkwinkelüberlagerung zum Ausgleich von Seitenwind sind denkbar. Aufgrund der Komplexität der Funktionen kann die notwendige Sicherheit der Berechnung für jede Fahrsituation nur mit höchstem Aufwand erreicht werden. Wegen der Abhängigkeit von äußeren Signalen müssen diese mit höchstem Aufwand plausibilisiert werden.
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Die Software-Komponente 30 liest ebenfalls die Lenkgröße LW vom Lenkwinkelsensor 16 ein und gibt diesen je nach Fahrsituation entweder unverändert weiter oder addiert einen intern berechneten Offset Off hinzu und gibt das Ergebnis als angepasste Lenkgröße LW' weiter. Beispielsweise das Überlenken eines erreichten Endanschlages oder blockierte Räder 24a, 24b können durch Einlesen eines Einzelsignals oder einer Signalgruppe S, das bzw. die von einem Stellmotor 18 des Achsaktuators 10 bereitgestellt werden, von der Software-Komponente 30 erfasst werden um den entsprechenden Offset Off zu berechnen.
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Die Software-Komponente 28 liest dann die angepasste Lenkgröße LW' von der Software-Komponente 30 ein. Über vergleichsweise einfache Algorithmen wird jetzt für die Zielgröße ZW indikativ für ein Fahrer-Lenkwunschsignal ein erlaubter Bereich bestimmt, der für einen Fahrer jederzeit die Richtungs-Kontrollierbarkeit sicherstellt. Die Beschränkung der Zielgröße ZW in diesen erlaubten Bereich erzeugt jetzt eine gegebenenfalls modifizierte Zielgröße ZW' indikativ für eine sichere Wunschlenkwinkel-Anforderung, welche über einen hier nicht dargestellten Fahrzeugbus, wie einen CAN-Bus, an das Steuergerät 18 des Achsaktuators 10 weitergegeben wird um diesen als Lenkbefehl umzusetzen. Die modifizierte Zielgröße ZW' ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Winkelwert.
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Des Weiteren weist das Kraftfahrzeug 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Steuergerät für automatisiertes Fahren 32 auf, das wie eingangs beschrieben es ermöglicht, das Kraftfahrzeug 2 automatisiert zu betreiben. Dieses Steuergerät ist beispielhaft, das automatisierte Fahren kann auch durch auf anderen Steuergeräten ausgeführten Funktionen repräsentiert werden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät für automatisiertes Fahren 32 dazu ausgebildet, dass das Kraftfahrzeug 2 selbstständig Funktionen wie ein Auslösen eines Fahrtrichtungsanzeigers, Spurwechsel und Spurhalten, durchführt. Ein Fahrer kann sich anderen Dingen zuwenden, wird aber bei Bedarf innerhalb einer Vorwarnzeit aufgefordert die Führung des Kraftfahrzeugs 2 zu übernehmen. Mit anderen Worten, das Kraftfahrzeug 2 ist zum Betrieb gemäß dem SAE-Level 3 ausgebildet. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Kraftfahrzeug 2 zum Betrieb gemäß einem anderen SAE-Level ausgebildet sein.
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Das Steuergerät für automatisiertes Fahren 32 ist dazu ausgebildet eine Lenkwinkelanforderung LWA an den Achsaktuator 10 und gleichzeitig eine Lenkradwinkelanforderung LRA an den Lenkradaktuator 16 zu senden, die von diesem über den nicht dargestellten Stellmotor eingeregelt wird. Die Lenkradwinkelanforderung LRA kann als eine Art Feedback des Kraftfahrzeugs 2 zu einem Fahrer aufgefasst werden und kann sowohl ein stillstehendes Lenkrad 12, ein normal mit der Fahrzeugtrajektorie drehendes Lenkrad 12 oder eine mit geringeren Lenkradwinkeln angedeutete Drehung des Lenkrades 10 zur Fahrzeugtrajektorie darstellen. Da bei einem automatisierten Betrieb die Lenkgröße LW nicht als Fahrer-Lenkwunschsignal zu interpretieren ist, können dann die Software-Komponenten 26, 28, 30 teilweise inaktiv sein. Bei einem Übergang vom automatisierten Betrieb zu einem von einem Fahrer aktiv gelenkten Betrieb können jetzt aber durch die Anfangswerte Abweichungen entstehen. Im Moment eines Übergangs von einem automatisierten Betrieb zu einem von einem Fahrer gelenkten Betrieb muss deshalb die Software-Komponente 30 einen geeigneten Offset Off errechnen, um einen komfortablen und sicheren Übergang von der im automatisierten Betrieb entkoppelten Beziehung von der Lenkgröße LW zur Position des Achsaktuators 10 in die manuelle Lenkungssteuerung des Kraftfahrzeugs 2 zu ermöglichen. Der Offset Off kann entweder kontinuierlich bei der automatisierten Fahrt berechnet werden oder einmalig bei der Übergabe an den Fahrer.
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Es wird nun zusätzlich auf 2 Bezug genommen, um Software-Unterkomponenten 34, 40 und 42 der Software-Komponente 30 zu erläutern.
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Für die nachfolgend beschriebenen Aufgaben und/oder Funktionen können die Software-Unterkomponenten 34, 40 und 42 der Software-Komponente 30 Hard- und/oder Software-Komponenten aufweisen.
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Die Software-Unterkomponente 34 ist dazu ausgebildet durch Auswerten des Einzelsignals oder der Signalgruppe S festzustellen, ob gemäß einem ersten Szenario ein Zustand vorliegt, in dem der Stellmotor 18 anzeigt, dass er nicht mehr der Vorgabe ZW' folgen kann, also im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Blockade und damit eine ungewollte Abweichung vorliegt.
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Wie später noch detailliert erläutert wird kann gemäß einem weiteren Szenario eine gewollte Abweichung vorliegen, wenn bei dem als selbstfahrenden Kraftfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeug 2 während einer automatisierten Fahrt das Lenkrad 12 die Aktuierung des Stellmotors 18 nur andeutet oder stillsteht.
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Das Ergebnis der Auswertung des Einzelsignals oder der Signalgruppe S im Fall des ersten Szenarios und/oder im Fall des zweiten Szenarios wird in beiden Fällen als Statussignal SS1 ausgegeben.
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Das Einzelsignal S kann eine logische Variable sein, die im Fall eines Überlenkens indikativ für blockierte Räder 24a, 24b ist. Z.B. kann der logischen Variablen der Wert logisch 1 für blockierte Räder 24a, 24b zugewiesen werden, andernfalls der Wert logisch 0. Ferner kann eine dreiwertige Variable vorgesehen sein, der z.B. der Wert logisch 1 für blockierte Räder 24a, 24b nach rechts und der Wert logisch -1 für blockierte Räder 24a, 24b nach links sowie für frei lenkbare Räder 24a, 24b der Wert logisch 0 zugewiesen wird.
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Die Signalgruppe S hingegen kann weitere Informationen enthalten, die z.B. indikativ für eine aktuelle Position des Achsaktuators 10 sind. Bei einem automatisierten Fahrbetrieb hingegen werden andere Signale bzw. Informationen benötigt um das Statussignal SS1 zu erzeugen, wie dies ebenfalls später noch detailliert erläutert wird.
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Das Statussignal SS1 kann ebenfalls eine logische Variable sein, der der Wert logisch 1 für z.B. einen blockierten Stellmotor 18 zugewiesen wird, andernfalls der Wert logisch 0. So kann bei einer Steer-by-Wire Lenkung der Stellmotor 18 blockiert sein, während bei einer nicht dargestellten mechanisch gekoppelten Überlagerungslenkung der Stellmotor durchgedreht wird.
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Die Software-Unterkomponente 42 ist dazu ausgebildet das Statussignal SS1 einzulesen.
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Ist das Statussignal SS1 logisch 1, so wird der Offset Off(t) auf Basis der weiteren Änderung der aktuellen Lenkgröße LW bestimmt. Diese Berechnung erfolgt auch unter Berücksichtigung eines eventuell zuvor bereits gelernten bzw. bestimmten und noch nicht wieder abgebauten Vorgängerwerts für den Offsets Off(t-1).
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Ist der Stellmotor 18 nicht mehr blockiert, also das Statussignal SS1 logisch 0, so wird der bis dahin geltende Wert für den Offset Off(t-1) nicht mehr um weitere Änderungen des aktuellen Lenkwinkels LW verändert. In diesem Fall wird der aktuelle Offset Off(t) wieder sukzessive durch Subtraktion mit einem Reduzier-Wert Red in Richtung 0 abgebaut. Der Reduzier-Wert Red kann als Konstante gesetzt werden, oder vorteilhaft von anderen Fahrzeugwerten, beispielhaft Fahrzeuggeschwindigkeit oder Änderungsrate der Lenkgröße LW abhängig sein.
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Die Software-Unterkomponente 40 ist dazu ausgebildet, den aktuellen Offset Off(t) zum Wert der Lenkgröße LW hinzuzuaddieren und gibt als Ergebnis die angepasste Lenkgröße LW' aus. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel können die genannten Größen auch derart definiert sein, dass z.B. der aktuelle Offset Off(t) vom Wert der Lenkgröße LW subtrahiert wird.
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Es wird nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf 3 ein Verfahrensablauf bei vorliegenden des ersten Szenarios erläutert.
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In einem ersten Schritt S100 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Signal S indikativ für z.B. eine Blockade der lenkbaren Räder 24a, 24b im Fall einer ungewollten Abweichung eingelesen. Das Signal S wird vom Steuergerät 18 des Achsaktuators 10 zur Verfügung gestellt.
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In einem weiteren Schritt S200 wird basierend auf dem Signal S das Statussignal SS1 ermittelt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel führt ein blockierter Achsaktuator 10 zu dem Statussignal SS1 logisch 1 und ein nicht blockierter Achsaktuator 10 zu dem Statussignal SS1 logisch 0. Es ist aber denkbar, hier weitere Abhängigkeiten einzuführen oder die Bestimmung von dem Statussignal SS1 mit zeitlicher Verzögerung oder Entprellung auf dem Signal S zu basieren.
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In einem weiteren Schritt S300 wird bestimmt, ob das Statussignal SS1 logisch 1 oder 0 ist und entsprechend verzweigt.
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Ist das Statussignal SS1 logisch 1, also der Achsaktuator 10 blockiert, so wird im Schritt S400 der Offset Off(t-1) des vorhergehenden Berechnungsschrittes um den Wert Diff verändert, es gilt Off(t) = Off(t-1) + Diff. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Wert Diff aus der Änderung des Lenkwinkelsignals LW(t) zum vorherigen Schritt LW(t-1) bestimmt. Der Wert Diff und damit auch der Offset Off wird vorzugsweise richtungsgebunden bestimmt, also positiv in die eine und negativ in die andere Richtung der Lenkwinkeländerung. In einer vorteilhaften Ausführung kann zur Bestimmung des Wertes Diff auch die aktuelle Achsaktuatorposition, vorzugsweise aus der Signalgruppe S mit einbezogen werden.
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Ist hingegen das Statussignal SS1 logisch 0, kann also der Achsaktuator 10 seiner Bewegungsvorgabe folgen, wird im weiteren Schritt S500 ein möglicherweise im letzten Berechnungsschritt aufgebauter Offset Off(t-1) immer in Richtung zu Null abgebaut, also Off(t) = Off(t-1) - Red. Dabei kann der Betrag von Red konstant sein oder von anderen bekannten Fahrzeugvariablen, beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Lenkwinkeländerungsrate abhängen. Der Betrag von Red muss aber in jedem Fall kleiner gleich Off(t-1) sein und Red muss das gleiche Vorzeichen wie Off(t-1) aufweisen.
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Im weiteren Schritt S600 wird der angepasste Lenkwinkel LW' durch Summation von der Lenkgröße LW und dem Offset Off(t) gebildet und an die Softwarekomponente 28 übergeben.
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Das Verfahren kann fortgesetzt werden, indem zu dem Schritt S100 zurückgekehrt wird. Mit anderen Worten, dass Verfahren wird in Form einer Schleife ausgeführt. So kann z.B. besonders einfach erfasst werden, wenn die Räder 24a, 24b sich wieder frei drehen können.
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Es wird nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf 4 ein Verfahrensablauf bei Vorliegen des zweiten Szenarios erläutert.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Zustands-Wert Z, der im Schritt S100 eingelesen wird indikativ für einen von einem Fahrer aktiv gelenkten Betrieb sein. Der Zustands-Wert Z kann vom Steuergerät für automatisiertes Fahren 32 oder einer ähnlichen Funktion auf einem anderen Steuergerät bereitgestellt werden. Auch kann der Zustands-Wert Z indikativ für einen Wechsel von einem automatisierten Betrieb zu dem von dem Fahrer aktiv gelenkten Betrieb sein. Der Zustands-Wert Z kann eine logische Variable sein, der der Wert logisch 1 zugewiesen wird, wenn ein vom Fahrer aktiv gelenkter Betrieb vorliegt. Wenn hingegen ein automatisierter Betrieb vorliegt wird der logischen Variablen der Wert logisch 0 zugewiesen, der Wechsel vom automatisierten Fahren zum aktiv gelenkten Betrieb wäre dann durch das Umschalten des Zustands-Wertes Z von 0 auf 1 gekennzeichnet.
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In einem weiteren Schritt S200 wird das Statussignal SS1 logisch 1, wenn das Kraftfahrzeug 2 automatisiert gelenkt wird und logisch 0, wenn das Kraftfahrzeug 2 aktiv vom Fahrer gelenkt wird.
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In einem weiteren Schritt S300 wird analog zum ersten Szenario bestimmt, ob das Statussignal SS1 logisch 1 oder 0 ist und entsprechend verzweigt.
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Der Wert Diff kann im weiteren Schritt S400 dann während des automatisierten Fahrens kontinuierlich aus der für das automatisierte Fahren vorgegebenen Lenkwinkelanforderung LWA und der aktuellen Lenkgröße LW abgeleitet werden. Es ist auch denkbar, statt der Lenkgröße LW die Lenkradwinkelanforderung LRA und statt der Lenkwinkelanforderung LWA die aktuelle Achsaktuatorposition, vorzugsweise aus der Signalgruppe S zur Bestimmung des Wertes Diff zu nutzen.
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In einem weiteren, alternativen Schritt S200 wird das Statussignal SS1 genau dann logisch 1, wenn der Zustands-Wert Z von logisch 0 auf logisch 1 wechselt, also genau in dem Moment, in dem der Fahrer nach automatisiertem Fahren das Lenkrad 12 übernimmt.
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In diesem Fall wird der Offset Off(t) im weiteren Schritt S400 aus der für das automatisierte Fahren vorgegebenen Lenkwinkelanforderung LWA und der aktuellen Lenkgröße LW einmalig während der Übernahme des Fahrers bestimmt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel können zur Bestimmung des Offsets Off alternativ die Lenkradwinkelanforderung LRA oder die aktuelle Achsaktuatorposition aus der Signalgruppe S genutzt werden.
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Es ist auch denkbar und vorgesehen, die beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren.
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Die weiteren Schritte S500 und S600 können analog zum ersten Szenario ausgebildet sein.
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Auch kann das Verfahren fortgesetzt werden, indem zu dem Schritt S100 zurückgekehrt wird. Mit anderen Worten, dass Verfahren wird ebenfalls in Form einer Schleife ausgeführt. So kann z.B. besonders einfach erfasst werden, wenn ein Wechsel von einem automatisierten Betrieb zu dem von dem Fahrer aktiv gelenkten Betrieb vorliegt.
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Abweichend von den vorliegenden Ausführungsbeispielen kann die Reihenfolge der Schritte auch eine andere sein. Ferner können mehrere Schritte auch zeitgleich bzw. simultan ausgeführt werden. Des Weiteren können auch abweichend von den vorliegenden Ausführungsbeispielen einzelne Schritte übersprungen oder ausgelassen werden.
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So können derartige ungewollte und/oder gewollte Abweichungen ausgeglichen und ein sicherer Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Überlagerungslenkung gewährleistet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Überlagerungslenkung
- 6
- Steuergerät
- 8
- Lenkradaktuator
- 10
- Achsaktuator
- 12
- Lenkrad
- 14
- Lenkwelle
- 16
- Lenkgrößensensor
- 18
- Stellmotor mit Steuergerät
- 20
- Lenkstange
- 22a
- Spurstange
- 22b
- Spurstange
- 24a
- Rad
- 24b
- Rad
- 26
- Software-Komponente
- 28
- Software-Komponente
- 30
- Software-Komponente
- 32
- Steuergerät für automatisiertes Fahren
- 34
- Software-Unterkomponente
- 40
- Software-Unterkomponente
- 42
- Software-Unterkomponente
- Diff
- Differenz-Wert
- LRA
- Lenkradwinkelanforderung
- LW
- Lenkgröße
- LW'
- angepasste Lenkgröße
- LWA
- Lenkwinkelanforderung
- Off
- Offset
- S
- Signal
- SS1
- Statussignal
- Red
- Reduzier-Wert
- UW
- Überlagerungsgröße
- Z
- Zustands-Wert
- ZW
- Zielgröße
- ZW'
- modifizierte Zielgröße
- S100
- Schritt
- S200
- Schritt
- S300
- Schritt
- S400
- Schritt
- S500
- Schritt
- S600
- Schritt
