DE102021132052A1

DE102021132052A1 - Steer-by-Wire-System und Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Systems

Info

Publication number: DE102021132052A1
Application number: DE102021132052.6A
Authority: DE
Inventors: Jan Bremkens; Sergio Codonesu; Alexander Ein Waldt; Oliver Nehls
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2023-06-07
Also published as: US20230174149A1; CN116215647A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steer-by-Wire-System (1) für ein Landfahrzeug (2), aufweisend wenigstens ein Lenkrad (3), wenigstens einen mit dem Lenkrad (3) verbundenen Feedback-Aktuator (4), wenigstens eine Erfassungseinrichtung (5), die eingerichtet ist, einen Einstiegswunsch und/oder einen Ausstiegswunsch eines Fahrers zu erfassen, und wenigstens eine Ansteuerelektronik (6), die eingerichtet ist, den Feedback-Aktuator (4) nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs derart elektrisch anzusteuern, dass der Feedback-Aktuator (4) durch Erzeugung eines Haltedrehmoments das Lenkrad (3) in einer bestimmten Drehstellung hält. Um ein komfortableres Steer-by-Wire-System (1) bereitzustellen, ist die Ansteuerelektronik (6) eingerichtet, während einer manuellen Beaufschlagung des Lenkrads (3) mit einem das Haltedrehmoment überschreitenden Betätigungsdrehmoment und einer daraus resultierenden Drehung des Lenkrads (3) aus der bestimmten Drehstellung heraus einen Einschlagwinkel der bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Verstellfunktion in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Betätigungsdrehmoment und dem Haltedrehmoment kontinuierlich an einen Einschlagwinkel einer momentanen Drehstellung des Lenkrads (3) anzunähern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steer-by-Wire-System für ein Landfahrzeug, aufweisend wenigstens ein Lenkrad, wenigstens einen mit dem Lenkrad verbundenen Feedback-Aktuator, wenigstens eine Erfassungseinrichtung, die eingerichtet ist, einen Einstiegswunsch und/oder einen Ausstiegswunsch eines Fahrers zu erfassen, und wenigstens eine Ansteuerelektronik, die eingerichtet ist, den Feedback-Aktuator nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs derart elektrisch anzusteuern, dass der Feedback-Aktuator durch Erzeugung eines Haltedrehmoments das Lenkrad in einer bestimmten Drehstellung hält. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Systems eines Landfahrzeugs, wobei ein Einstiegswunsch und/oder ein Ausstiegswunsch eines Fahrers erfasst wird und nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs ein Lenkrad des Steer-by-Wire-Systems mittels eines mit dem Lenkrad verbundenen Feedback-Aktuators des Steer-by-Wire-Systems durch Erzeugung eines Haltedrehmoments in einer bestimmten Drehstellung gehalten wird.
Bei einem Landfahrzeug mit einem konventionellen Lenksystem erzeugen Rückstellkräfte der Räder ein Haltemoment, das durch die mechanische Verbindung zwischen den Rädern und dem Lenkrad bis in das Lenkrad übertragen wird. Dadurch wird ein Widerstandsmoment an dem Lenkrad erzeugt, das einen Fahrer beim Einsteigen in das Landfahrzeug und beim Aussteigen aus dem Landfahrzeug unterstützt, wenn er hierbei an dem Lenkrad zieht bzw. sich an dem Lenkrad festhält.
Bei einem Steer-by-Wire-System eines Landfahrzeugs gibt es keine solche mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Straßenrädern. Wenn ein Steer-by-Wire-System zudem keine Lenksäulensperre aufweist, die üblicherweise in einem Steer-by-Wire-System nicht mehr benötigt wird, kann sich das Lenkrad in einem Parkzustand des Landfahrzeugs frei drehen und daher einem durch einen Fahrer, der das Lenkrad zum Einsteigen bzw. Aussteigen unterstützend nutzen möchte, auf das Lenkrad aufgebrachten Betätigungsdrehmoment kein ausreichendes Widerstandsmoment entgegensetzen.
Die DE 10 2014 016 017 A1 betrifft eine Lenkvorrichtung für ein zweispuriges Fahrzeug, mit einem Fahrzeuglenkrad, bei dessen Drehbetätigung gelenkte Fahrzeugräder um einen Lenkwinkel einschlagbar sind, und mit einer in einem Fehlerfall oder bei abgestelltem Fahrzeug wirksamen Lenkradhemmung, mit der eine Lenkrad-Drehbetätigung gehemmt oder blockiert ist. Zur Bereitstellung der Lenkradhemmung ist eine Signalerzeugungseinheit vorgesehen, mit der bei einer Fahrzeug-Motorabschaltung eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinheit aktivierbar ist, mit der unter Aufbau eines induktiven Gegenmoments die Lenkrad-Drehbetätigung hemmbar ist.
Die DE 10 2017 201 357 A1 betrifft ein Steuerverfahren für ein Kraftfahrzeug-Lenksystem, das ein Lenkrad aufweist, dessen Einschlagwinkel automatisch einstellbar ist und das bezüglich einer Lenkradachse wenigstens eine in tangentialer Richtung begrenzte Aussparung aufweist. Das Verfahren umfasst ein Feststellen eines Ein- oder Ausstiegwunsches eines Fahrers und ein automatisches Einstellen des Einschlagwinkels entsprechend einer Komfortstellung, in welcher der Fahrer durch die Anordnung wenigstens einer Aussparung unterstützt wird.
Die DE 10 2020 205 325 A1 betrifft ein Steer-by-Wire-Fahrzeug mit einem Lenkrad, das in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs positioniert ist, einem Sensormittel, das dazu konfiguriert ist, die Drehung des Lenkrads zu messen und ein Signal zu erzeugen, das eine Funktion der Drehung des Lenkrads ist, mindestens zwei gelenkten Rädern, einem Motor zur Positionierung der gelenkten Räder, der dazu konfiguriert ist, die Lenkstellung der gelenkten Räder zu steuern, einem Steuergerät, das das von dem Sensormittel erzeugte Signal empfängt und ein Steuersignal zum dahingehenden Betreiben des Motors zur Positionierung der gelenkten Räder, die gelenkten Räder als Funktion der Drehung des Lenkrads zu drehen, erzeugt, und einem Feedbackmotor, der von dem Steuergerät gesteuert wird und ein Drehmoment in der Richtung, die zu jener des von einem Fahrer beim Drehen des Lenkrads beim Fahren des Fahrzeugs angelegten entgegengesetzt ist, an das Lenkrad anlegt. Das Steuergerät ist ferner dazu konfiguriert, den Feedbackmotor zur Drehung des Lenkrads in einer Richtung, die das Einsteigen in den Fahrgastraum unterstützt, wenn sich das Fahrzeug nicht in einem Fahrmodus befindet, zu betreiben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich seines Komfortgrades verbessertes Steer-by-Wire-System für ein Landfahrzeug bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Steer-by-Wire-System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, gemäß dem die Ansteuerelektronik eingerichtet ist, während einer manuellen Beaufschlagung des Lenkrads mit einem das Haltedrehmoment überschreitenden Betätigungsdrehmoment und einer daraus resultierenden Drehung des Lenkrads aus der bestimmten Drehstellung heraus einen Einschlagwinkel der bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Verstellfunktion in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Betätigungsdrehmoment und dem Haltedrehmoment kontinuierlich an einen Einschlagwinkel einer momentanen Drehstellung des Lenkrads anzunähern.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Für dieses erfindungsgemäße Nachführen des gewünschten Einschlagwinkels der bestimmten Drehstellung während einer Überdrehung des Lenkrads durch den Fahrer zu dem Einschlagwinkel der momentanen Drehstellung des Lenkrads kann in jedem Zeitschritt einer Datenverarbeitung die Differenz zwischen einem maximal erlaubten Drehmoment des Feedback-Aktuators und einem zum Ortsfesthalten des Lenkrads benötigten Drehmoment ermittelt werden. Diese Drehmomentdifferenz kann von einem Datenverarbeitungsprogramm ignoriert werden, wenn sie sehr klein ist bzw. unter einem vorgegebenen Mindestwert liegt. Liegt die Drehmomentdifferenz über diesem Mindestwert kann das zugehörige Drehmomentdifferenzsignal gefiltert werden. Das gefilterte Drehmomentdifferenzsignal kann mit einem konstanten Faktor multipliziert werden. Mit diesem Faktor lässt sich bestimmen „wie schnell“ das Lenkrad rutscht bzw. dem Fahrermoment nachgibt. Je größer der Faktor ist, desto schneller rutscht das Lenkrad bzw. desto schneller gibt das Lenkrad dem Fahrermoment nach. Der Betrag des Faktors ist beispielsweise durch Fahrzeugtests bestimmbar.
Der dadurch gebildete Winkelversatz kann zum gewünschten Einschlagwinkel der bestimmten Drehstellung addiert werden. Dadurch nähert sich der gewünschte Einschlagwinkel der bestimmten Drehstellung immer weiter an den Einschlagwinkel der momentanen Drehstellung des Lenkrads an, bis das zum Ortsfesthalten des Lenkrads benötigten Drehmoment kleiner als das maximal erlaubte Drehmoment des Feedback-Aktuators ist.
Die Ansteuerelektronik kann eingerichtet sein, den Feedback-Aktuator für den erfindungsgemäßen Zweck zu aktivieren, sobald das Landfahrzeug elektronisch „erwacht“. Dieses Erwachen kann beispielsweise durch eine Türentriegelung, Türöffnung oder ein anderweitiges, elektronisch erfassbares Ereignis ausgelöst werden. Hierzu weist das Steer-by-Wire-Lenksystem die wenigstens eine Erfassungseinrichtung auf, die eingerichtet ist, auf Basis des Vorliegens eines solchen elektronisch erfassbaren Ereignisses einen Einstiegswunsch und/oder einen Ausstiegswunsch eines Fahrers zu erfassen. Hierzu kann die Erfassungseinrichtung wenigstens eine elektronische Sensoreinheit aufweisen. Das Steer-by-Wire-System kann auch zwei oder mehr, insbesondere auch verschiedene, Sensoreinheiten aufweisen, beispielsweise um redundante Informationen zu erhalten, die einen Rückschluss auf das Vorliegen eines Einstiegswunschs und/oder eines Ausstiegswunschs eines Fahrers fehlerfreier machen.
Durch das elektrische Ansteuern des Feedback-Aktuator mittels der Ansteuerelektronik nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs derart, dass der Feedback-Aktuator durch Erzeugung eines Haltedrehmoments das Lenkrad in der bestimmten Drehstellung hält, kann ein Fahrer beim Einsteigen und Aussteigen unterstützend das Lenkrad nutzen, was das Einsteigen bzw. Aussteigen erleichtert.
Wenn der Fahrer beim Einsteigen bzw. Aussteigen ein Betätigungsdrehmoment auf das Lenkrad aufbringt, das höher als das, insbesondere maximal, mit dem Feedback-Aktuator erzeugbare Haltedrehmoment ist, wird das Lenkrad aus der ursprünglichen bestimmten Drehstellung herausgedreht. Um anschließend zu verhindern, dass das Lenkrad in die ursprüngliche bestimmte Drehstellung zurückdreht, sobald der Fahrer das Lenkrad loslässt, nähert die Ansteuerelektronik den Einschlagwinkel der ursprünglichen bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Verstellfunktion in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Betätigungsdrehmoment und dem Haltedrehmoment kontinuierlich an den Einschlagwinkel einer momentanen Drehstellung des Lenkrads an. Hierdurch schnappt das Lenkrad, nachdem es von dem Fahrer losgelassen worden ist, nur um einen kleineren Einschlagwinkelbereich oder gar nicht in die angenäherte bzw. neue bestimmte Drehstellung zurück, was das erfindungsgemäße Steer-by-Wire-System deutlich komfortabler macht.
Die Erfindung kann vollständig durch einen Algorithmus realisiert werden, der beispielsweise in einer vorhandenen Ansteuerelektronik eines Steer-by-Wire-Systems implementiert ist. Hierdurch ist die Erfindung sehr kostengünstig realisierbar, beispielsweise auch im Zuge einer Nachrüstung.
Das Steer-by-Wire-System kann zudem wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Lenkaktuator zum Steuern des Einschlagwinkels von wenigstens einem lenkbaren Straßenrad des Landfahrzeugs aufweisen. Zudem kann das Steer-by-Wire-System wenigstens einen Einschlagwinkelsensor aufweisen, mit dem ein Einschlagwinkel des Lenkrads des Landfahrzeugs erfassbar ist. Der Lenkaktuator kann in Abhängigkeit von elektrischen Signalen des Einschlagwinkelsensors angesteuert werden. In einem Fahrbetrieb des Landfahrzeugs kann der Feedback-Aktor das Lenkrad antreiben, um für einen Fahrer des Landfahrzeugs ein Feedback-Drehmoment an dem Lenkrad zu erzeugen.
Die Erfindung betrifft auch ein Landfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Steer-by-Wire-System. Das Landfahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ansteuerelektronik eingerichtet, nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs des Fahrers eine momentane Drehstellung des Lenkrads als bestimmte Drehstellung festzulegen. Hierdurch muss der Fahrer nicht abwarten, bis der Feedback-Aktuator das Lenkrad in die bestimmte Drehstellung gedreht hat, bevor er das Lenkrad zum Einsteigen oder Aussteigen unterstützend nutzen kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ansteuerelektronik eingerichtet, nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs des Fahrers eine einer momentanen Lenkstellung von wenigstens einem lenkbaren Straßenrad des Landfahrzeugs zugeordnete Drehstellung des Lenkrads als bestimmte Drehstellung festzulegen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Lenkrad beim Starten des Landfahrzeugs entsprechend der momentanen Lenkstellung des lenkbaren Straßenrads ausgerichtet ist. Andernfalls müsste ein Versatz zwischen der bestimmten Drehstellung des Lenkrads und der momentanen Lenkstellung des lenkbaren Straßenrads auf andere Weise nach erfolgtem Einsteigen des Fahrers beseitigt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ansteuerelektronik eingerichtet, nach der Annäherung der bestimmten Drehstellung an die momentane Drehstellung und nach Beendigung der Beaufschlagung des Lenkrads mit dem Betätigungsdrehmoment den Einschlagwinkel der momentanen bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Rückstellfunktion kontinuierlich an den Einschlagwinkel der ursprünglichen bestimmten Drehstellung anzunähern. Die zeitliche Rückstellfunktion kann beispielsweise rampenförmig gegeben sein. Dabei kann die Rampenrate einstellbar sein, beispielsweise über Winkelfehler oder andere Eingaben, um eine sanfte Rückkehr des Lenkrads in die ursprüngliche bestimmte Drehstellung zu erreichen. Die „allererste Lenkraddrehstellung“ (Lenkraddrehstellung, die dem Einschlagwinkel der lenkbaren Räder entspricht) kann als „Zielposition“ gespeichert werden. Zum erfindungsgemäßen Nachführen des gewünschten Einschlagwinkels der bestimmten Drehstellung während einer Überdrehung des Lenkrads durch den Fahrer zu dem Einschlagwinkel der momentanen Drehstellung des Lenkrads kann in der vorgegebenen zeitlichen Rückstellfunktion (Verstellfunktion) nun ein zusätzlicher Term Δα addiert werden. Dieser Term Δα kann wie die Verstellfunktion in jedem Zeitschritt einer Datenverarbeitung auf den gewünschten Einschlagwinkel der bestimmten Drehstellung addiert werden, wodurch das Lenkrad langsam zurück zur Zielposition gedreht wird, wenn sich das Lenkrad nicht in der bestimmten Drehstellung befindet und nicht vom Fahrer gehalten wird. Falls der Fahrer das Lenkrad hält oder wegdreht, kann die Verstellfunktion größer als der Term Δα sein und daher immer noch der Überdrehung des Lenkrads durch den Fahrer folgen. Der Term Δα kann als Funktion der Differenz zwischen der momentanen Drehstellung und der Zielposition berechnet werden. Als Funktion kann eine Look-up-Tabelle benutzt werden, wobei beispielsweise eine Entfernung zur Zielposition in die Look-up-Tabelle eingegeben werden, beispielsweise um zu erreichen, dass das Lenkrad sich langsamer dreht, wenn es nahe der Zielposition ist. Alternativ oder additiv können Multiplikatoren, Konstanten oder Filter benutzt werden. Eine Bedingung kann sein, dass nur kleine Werte berechnet werden, damit das Lenkrad nicht zu schnell zurückgedreht wird und die Verstellfunktion bei einer Lenkradüberdrehung überwiegt, und dass der Term Δα gleich Null ist, wenn der momentane Einschlagwinkel des Lenkrads ungefähr der Zielposition entspricht.
Die obige Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst, gemäß dem während einer manuellen Beaufschlagung des Lenkrads mit einem das Haltedrehmoment überschreitenden Betätigungsdrehmoment und einer daraus resultierenden Drehung des Lenkrads aus der bestimmten Drehstellung heraus ein Einschlagwinkel der bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Verstellfunktion in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Betätigungsdrehmoment und dem Haltedrehmoment kontinuierlich an einen Einschlagwinkel einer momentanen Drehstellung des Lenkrads angenähert wird.
Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf das Steer-by-Wire-System genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann das Steer-by-Wire-System gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs des Fahrers eine momentane Drehstellung des Lenkrads als bestimmte Drehstellung festgelegt. Mit dieser Ausgestaltung ist der oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Steer-by-Wire-Systems genannte Vorteil entsprechend verbunden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs des Fahrers eine einer momentanen Lenkstellung von wenigstens einem lenkbaren Straßenrad des Landfahrzeugs zugeordnete Drehstellung des Lenkrads als bestimmte Drehstellung festgelegt. Mit dieser Ausgestaltung ist der oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Steer-by-Wire-Systems genannte Vorteil entsprechend verbunden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird nach der Annäherung der bestimmten Drehstellung an die momentane Drehstellung und nach Beendigung der Beaufschlagung des Lenkrads mit dem Betätigungsdrehmoment der Einschlagwinkel der momentanen bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Rückstellfunktion kontinuierlich an den Einschlagwinkel der ursprünglichen bestimmten Drehstellung angenähert. Mit dieser Ausgestaltung ist der oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Steer-by-Wire-Systems genannte Vorteil entsprechend verbunden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Steer-by-Wire-System,
2 ein Diagramm zu einem beispielhaften Verlauf eines Einschlagwinkels des Lenkrads des in 1 gezeigten Steer-by-Wire-Systems während eines Einstiegsvorgangs und
3 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Verfahren.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Steer-by-Wire-System 1 für ein Landfahrzeug 2.
Das Steer-by-Wire-System 1 weist ein Lenkrad 3, einen mit dem Lenkrad 3 verbundenen Feedback-Aktuator 4 und eine Erfassungseinrichtung 5 auf, die eingerichtet ist, einen Einstiegswunsch und/oder einen Ausstiegswunsch eines nicht gezeigten Fahrers zu erfassen. Zudem weist das Steer-by-Wire-System 1 eine Ansteuerelektronik 6 auf, die eingerichtet ist, den Feedback-Aktuator 4 nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs derart elektrisch anzusteuern, dass der Feedback-Aktuator 4 durch Erzeugung eines Haltedrehmoments das Lenkrad 3 in einer bestimmten Drehstellung hält.
Die Ansteuerelektronik 6 ist eingerichtet, während einer manuellen Beaufschlagung des Lenkrads 3 mit einem das Haltedrehmoment überschreitenden Betätigungsdrehmoment und einer daraus resultierenden Drehung des Lenkrads 3 aus der bestimmten Drehstellung heraus einen Einschlagwinkel der bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Verstellfunktion in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Betätigungsdrehmoment und dem Haltedrehmoment kontinuierlich an einen Einschlagwinkel einer momentanen Drehstellung des Lenkrads 3 anzunähern.
Hierzu ist die Ansteuerelektronik 6 eingerichtet, nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs des Fahrers eine einer momentanen Lenkstellung von wenigstens einem lenkbaren Straßenrad 7 des Landfahrzeugs 2 zugeordnete Drehstellung des Lenkrads 3 als bestimmte Drehstellung festzulegen. Alternativ könnte die Ansteuerelektronik 6 eingerichtet sein, nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs des Fahrers eine momentane Drehstellung des Lenkrads 3 als bestimmte Drehstellung festzulegen.
Ferner ist die Ansteuerelektronik 6 eingerichtet, nach der Annäherung der bestimmten Drehstellung an die momentane Drehstellung und nach Beendigung der Beaufschlagung des Lenkrads 3 mit dem Betätigungsdrehmoment den Einschlagwinkel der momentanen bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Rückstellfunktion kontinuierlich an den Einschlagwinkel der ursprünglichen bestimmten Drehstellung anzunähern.
2 zeigt ein Diagramm zu einem beispielhaften Verlauf eines Einschlagwinkels α des Lenkrads des in 1 gezeigten Steer-by-Wire-Systems während eines Einstiegsvorgangs. Es ist der Einschlagwinkel α gegenüber der Zeit t aufgetragen. Dabei ist ein zeitlicher Verlauf Vist des momentanen Einschlagwinkels des in 1 gezeigten Lenkrads gezeigt. Des Weiteren ist ein zeitlicher Verlauf Vsoll eines Einschlagwinkels einer vorgegebenen bestimmten Drehstellung des Lenkrads gezeigt.
Zum Zeitpunkt t0 wird ein Einstiegswunsch und/oder ein Ausstiegswunsch eines Fahrers erfasst, beispielsweise indem ein Öffnen einer nicht gezeigten Fahrertür des in 1 gezeigten Landfahrzeugs elektronisch erfasst wird. Hierdurch erwacht das Landfahrzeug bzw. das Steer-by-Wire-System.
Zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 wird das Lenkrad mittels des in 1 gezeigten Feedback-Aktuators in eine einer momentanen Lenkstellung von wenigstens einem in 1 gezeigten lenkbaren Straßenrad des Landfahrzeugs zugeordnete Drehstellung gedreht.
Ab dem Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 nutzt der Fahrer das Lenkrad derart, dass das vom Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachte Betätigungsdrehmoment das von dem Feedback-Aktuator auf das Lenkrad aufgebrachte Haltedrehmoment zum Halten des Lenkrads in der bestimmten Drehstellung im Wesentlichen nicht bzw. zweimal nur geringfügig übersteigt.
Ab dem Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 ist das vom Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachte Betätigungsdrehmoment höher als das von dem Feedback-Aktuator auf das Lenkrad aufgebrachte Haltedrehmoment, so dass das Lenkrad aus seiner zum Zeitpunkt t1 vorliegenden ursprünglichen Drehstellung herausgedreht wird, und zwar bis der Fahrer das Lenkrad zum Zeitpunkt t3 loslässt. Während des Zeitraums t2 bis t3 wird mittels der in 2 nicht gezeigten Ansteuerelektronik ein Einschlagwinkel der zum Zeitpunkt t1 gegebenen ursprünglichen bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Verstellfunktion in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Betätigungsdrehmoment und dem Haltedrehmoment kontinuierlich an einen Einschlagwinkel einer momentanen Drehstellung des Lenkrads angenähert. Hierdurch schnappt das Lenkrad zum Zeitpunkt t3 nicht ungewünscht in die zum Zeitpunkt t1 gegebene ursprüngliche bestimmte Drehstellung zurück. Stattdessen wird ab dem Zeitpunkt t3 der Einschlagwinkel der momentanen bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Rückstellfunktion kontinuierlich an den Einschlagwinkel der zum Zeitpunkt t1 gegebenen ursprünglichen bestimmten Drehstellung angenähert.
3 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Systems eines Landfahrzeugs. Das Steer-by-Wire-System kann beispielsweise entsprechend dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein.
In einem Ausgangszustand 100 ist das Landfahrzeug verschlossen und ein Fahrer befindet sich außerhalb des Landfahrzeugs. In Verfahrensschritt 101 entriegelt der Fahrer das Landfahrzeug, was ein Öffnen anzeigt. Hierdurch erwacht das Landfahrzeug, wodurch das Steer-by-Wire-System in Verfahrensschritt 102 aktiviert wird, um einen Einstieg des Fahrers in das Landfahrzeug mittels des Feedback-Aktuators bzw. eines damit an dem Lenkrad des Landfahrzeugs erzeugbaren Haltedrehmoments unterstützen zu können.
Öffnet der Fahrer anschließend die Fahrertür, was elektronisch aus Einstiegswunsch des Fahrers erfassbar ist, wird in Verfahrensschritt 103 geprüft, ob ein Versatz zwischen einer momentanen Drehstellung des Lenkrads und einer der momentanen Lenkstellung von wenigstens einem lenkbaren Straßenrad des Landfahrzeugs zugeordneten Drehstellung des Lenkrads einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet oder nicht. Überschreitet der gegebene Versatz den vorgegebenen Grenzwert, wird das Lenkrad in Verfahrensschritt 104 mittels des Feedback-Aktuators in die der momentanen Lenkstellung von wenigstens einem lenkbaren Straßenrad des Landfahrzeugs zugeordnete Drehstellung gedreht. Überschreitet der gegebene Versatz den vorgegebenen Grenzwert nicht, wird Verfahrensschritt 104 übersprungen. Der vorgegebene Grenzwert kann eine Konstante > 10° sein, beispielsweise ein Fehlerwinkel zwischen dem momentanen Einschlagwinkel des Lenkrads und dem bestimmten Einschlagwinkel. Alternativ kann der vorgegebene Grenzwert eine Funktion, beispielsweise eine Look-up-Tabelle, des bestimmten Einschlagwinkels sein, wobei dann maximal erlaubte Fehlerwinkel dann abhängig vom bestimmten Einschlagwinkel sind, beispielsweise 10° bei einer Mittelstellung des Lenkrads bzw. bestimmten Einschlagwinkels und 30° bei in einer Lenkradanschlagstellung befindlichem Lenkrad beträgt.
In Verfahrensschritt 105 ergreift der Fahrer das Lenkrad, um beim Einsteigen in das Landfahrzeug das Lenkrad unterstützend zu nutzen. Dieses Ergreifen des Lenkrads kann elektronisch erfasst werden. In Verfahrensschritt 106 wird dann der Feedback-Aktuator aktiviert, um das Lenkrad in Verfahrensschritt 107 durch Erzeugung eines Haltedrehmoments in einer bestimmten Drehstellung zu halten.
In Verfahrensschritt 108 wird geprüft, on das Lenkrad manuell mit einem das Haltedrehmoment überschreitenden Betätigungsdrehmoment beaufschlagt wird und das Lenkrad dadurch aus der ursprünglichen bestimmten Drehstellung herausgedreht worden ist. Überschreitet das Betätigungsdrehmoment nicht das Haltedrehmoment, wird zu Verfahrensschritt 106 übergegangen. Überschreitet das Betätigungsdrehmoment das Haltedrehmoment, wird in Verfahrensschritt 109 ein neuer Einschlagwinkel für die bestimmte Drehstellung in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Betätigungsdrehmoment und dem Haltedrehmoment ermittelt und dieser neue Einschlagwinkel dem Verfahrensschritt 106 zugeführt, in dem dann der Einschlagwinkel der ursprünglichen bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Verstellfunktion kontinuierlich an den Einschlagwinkel der momentanen Drehstellung des Lenkrads, also an den neuen Einschlagwinkel angenähert wird. Die vorgegebene zeitliche Verstellfunktion kann beispielsweise wie folgt gegeben sein: Neuer Einschlagwinkel = Letzter Einschlagwinkel + (Aktuelles Haltedrehmoment - Haltemomentanfrage eines nicht gezeigten Positionsregler) * Proportionale Regelverstärkung des Positionsreglers.
Nach der Annäherung der bestimmten Drehstellung des Lenkrads an die momentane Drehstellung des Lenkrads und nach Beendigung der Beaufschlagung des Lenkrads mit dem Betätigungsdrehmoment kann der Einschlagwinkel der momentanen bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Rückstellfunktion kontinuierlich an den Einschlagwinkel der ursprünglichen bestimmten Drehstellung angenähert werden.
Bezugszeichenliste

1: Steer-by-Wire-System
2: Landfahrzeug
3: Lenkrad
4: Feedback-Aktuator
5: Erfassungseinrichtung
6: Ansteuerelektronik
7: lenkbares Straßenrad
α: Einschlagwinkel
t: Zeit
t0-t3: Zeitpunkte
Vist: Verlauf des momentanen Einschlagwinkels
Vsoll: Verlauf des Einschlagwinkels der vorgegebenen bestimmten Drehstellung
100: Ausgangszustand
101-109: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014016017 A1 [0004]
DE 102017201357 A1 [0005]
DE 102020205325 A1 [0006]

Claims

Steer-by-Wire-System (1) für ein Landfahrzeug (2), aufweisend wenigstens ein Lenkrad (3), wenigstens einen mit dem Lenkrad (3) verbundenen Feedback-Aktuator (4), wenigstens eine Erfassungseinrichtung (5), die eingerichtet ist, einen Einstiegswunsch und/oder einen Ausstiegswunsch eines Fahrers zu erfassen, und wenigstens eine Ansteuerelektronik (6), die eingerichtet ist, den Feedback-Aktuator (4) nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs derart elektrisch anzusteuern, dass der Feedback-Aktuator (4) durch Erzeugung eines Haltedrehmoments das Lenkrad (3) in einer bestimmten Drehstellung hält, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (6) eingerichtet ist, während einer manuellen Beaufschlagung des Lenkrads (3) mit einem das Haltedrehmoment überschreitenden Betätigungsdrehmoment und einer daraus resultierenden Drehung des Lenkrads (3) aus der bestimmten Drehstellung heraus einen Einschlagwinkel der bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Verstellfunktion in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Betätigungsdrehmoment und dem Haltedrehmoment kontinuierlich an einen Einschlagwinkel einer momentanen Drehstellung des Lenkrads (3) anzunähern.
Steer-by-Wire-System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (6) eingerichtet ist, nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs des Fahrers eine momentane Drehstellung des Lenkrads (3) als bestimmte Drehstellung festzulegen.
Steer-by-Wire-System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (6) eingerichtet ist, nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs des Fahrers eine einer momentanen Lenkstellung von wenigstens einem lenkbaren Straßenrad (7) des Landfahrzeugs (2) zugeordnete Drehstellung des Lenkrads (3) als bestimmte Drehstellung festzulegen.
Steer-by-Wire-System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (6) eingerichtet ist, nach der Annäherung der bestimmten Drehstellung an die momentane Drehstellung und nach Beendigung der Beaufschlagung des Lenkrads (3) mit dem Betätigungsdrehmoment den Einschlagwinkel der momentanen bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Rückstellfunktion kontinuierlich an den Einschlagwinkel der ursprünglichen bestimmten Drehstellung anzunähern.
Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Systems (1) eines Landfahrzeugs (2), wobei ein Einstiegswunsch und/oder ein Ausstiegswunsch eines Fahrers erfasst wird und nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs ein Lenkrad (3) des Steer-by-Wire-Systems (1) mittels eines mit dem Lenkrad (3) verbundenen Feedback-Aktuators (4) des Steer-by-Wire-Systems (1) durch Erzeugung eines Haltedrehmoments in einer bestimmten Drehstellung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass während einer manuellen Beaufschlagung des Lenkrads (3) mit einem das Haltedrehmoment überschreitenden Betätigungsdrehmoment und einer daraus resultierenden Drehung des Lenkrads (3) aus der bestimmten Drehstellung heraus ein Einschlagwinkel der bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Verstellfunktion in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Betätigungsdrehmoment und dem Haltedrehmoment kontinuierlich an einen Einschlagwinkel einer momentanen Drehstellung des Lenkrads (3) angenähert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs des Fahrers eine momentane Drehstellung des Lenkrads (3) als bestimmte Drehstellung festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erfassung des Einstiegswunschs und/oder des Ausstiegswunschs des Fahrers eine einer momentanen Lenkstellung von wenigstens einem lenkbaren Straßenrad (7) des Landfahrzeugs (2) zugeordnete Drehstellung des Lenkrads (3) als bestimmte Drehstellung festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Annäherung der bestimmten Drehstellung an die momentane Drehstellung und nach Beendigung der Beaufschlagung des Lenkrads (3) mit dem Betätigungsdrehmoment der Einschlagwinkel der momentanen bestimmten Drehstellung unter Verwendung einer vorgegebenen zeitlichen Rückstellfunktion kontinuierlich an den Einschlagwinkel der ursprünglichen bestimmten Drehstellung angenähert wird.