DE102021200369B3

DE102021200369B3 - Verfahren sowie Steuereinheit zum Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung

Info

Publication number: DE102021200369B3
Application number: DE102021200369.9A
Authority: DE
Inventors: Ingo Dasch; Dominik Vogt; Magnus Rau; Luc Diebold; BJörn Spangemacher
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2041-01-16
Also published as: WO2022152416A1; US20240067265A1; CN116670014A

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeugs (1) bei Geschwindigkeiten vom Stillstand bis zum Parkieren und/oder Rangieren vorgeschlagen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:Erfassen eines momentanen Lenkwinkels (RLwv_mom, RLwh_mom) zumindest eines Rades einer Achse des Kraftfahrzeugs,Erfassen einer Lenkwinkelanforderung (Lw_req)Bestimmen eines Grenzwertes (a_lim) einer Beschleunigung eines Antriebs des Aktuators (4, 5) zumindest in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels (RLwv_mom, RLwh_mom)Ansteuern des Aktuators zum Einstellen eines Lenkwinkels (RLwv, RLwh) zumindest eines Rades in Abhängigkeit der Lenkwinkelanforderung (Lw_req) unter Anwendung des Grenzwertes (a_lim) der Beschleunigung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben sowie eine Steuereinheit zum Steuern eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine steer-by-wire-Lenkung, welche mit einem solchen Verfahren betrieben wird, ein Computerprogramm zum Ausführen eines solchen Verfahrens sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem ein solches Computerprogramm gespeichert ist.
Aus der DE 10 2014 206 934 A1 ist ein Aktuator mit einer ortsfest gelagerten Spindelmutter und eine axial gegenüber dieser verlagerbaren Spindel bekannt. Zumindest ein Ende eines solchen Aktuators, welcher in einer steer-by-wire-Lenkung Anwendung findet, ist mittels eines Lenkgestänges mit einem Radträger verbunden. Durch die lineare Verlagerung der Spindel kann so eine Änderung des Radlenkwinkels eines drehbar an dem Radträger gelagerten Rades erfolgen. Die von einer Lenkhandhabe wie z. B. einem Lenkrad zumindest mittelbar betätigbare oder unabhängig von dieser arbeitende steer-by-wire-Lenkung wird auf dem Signalwege, also ohne mechanische Kopplung angesteuert. Eine derartige Lenkung muss bei einem Lenkvorgang einen Reibungswiderstand der Räder gegenüber der Fahrbahn überwinden. Besonders bei sehr geringen Geschwindigkeiten beim Rangieren oder Parkieren bis zum Stillstand des Kraftfahrzeugs werden vergleichsweise hohe Lenkkräfte benötigt, die den Aktuator stark belasten. Es kann ein Spindeltrieb des Aktuators durch abwechselnde Haftreibung und Gleitreibung zu Resonanzschwingungen neigen und dessen Spindelantrieb hohe Temperaturen erlangen, welches zur Schädigung des Aktuators und somit der steer-by-wire-Lenkung führen kann.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes Steuergerät zur Steuerung eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeuges anzugeben, wenn das Fahrzeug im Stillstand gelenkt oder beim Parkieren bzw. Rangieren mit sehr niedriger Geschwindigkeit bewegt wird.
Die Lösung vorstehender Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 9, durch eine Steer-by-wire-Lenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 10, durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie durch ein maschinenlesbares Speichermedium mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeuges mit einer im Vergleich zu einer normalen Fahrt sehr niedrigen Geschwindigkeit vom Stillstand bis zum Parkieren und/oder Rangieren angegeben, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Erfassen eines momentanen Lenkwinkels zumindest eines Rades einer Achse des Kraftfahrzeugs,
- Erfassen einer Lenkwinkelanforderung
- Bestimmen eines Grenzwertes einer Beschleunigung eines Antriebs des Aktuators zumindest in Abhängigkeit von dem momentanen Lenkwinkel,
- Ansteuern des Aktuators zum Einstellen eines Lenkwinkels zumindest eines Rades in Abhängigkeit der Lenkwinkelanforderung unter zumindest temporärer Anwendung des Grenzwertes der Beschleunigung.

Ein Aktuator einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges weist bevorzugt ein Gehäuse auf, in welchem eine Spindel und eine drehbar sowie ortsfest angeordnete Spindelmutter gelagert ist. Die Spindel und die Spindelmutter bilden ein Bewegungsgewinde und sind innerhalb des Gehäuses Teil eines Spindelantriebs zum axialen Verlagern der Spindel gegenüber der Spindelmutter und somit auch dem Gehäuse. Die Spindel weist hierzu ein Außengewinde auf, welches mit dem Innengewinde der Spindelmutter in Eingriff ist. Wird die Spindelmutter drehangetrieben, z. B. durch einen Elektromotor, bevorzugt mittelbar durch ein Getriebe, vorzugsweise Riemengetriebe, so bewirkt das Bewegungsgewinde, dass die Spindel axial entlang ihrer Längsachse gegenüber der Spindelmutter bzw. dem Gehäuse verlagert wird. Durch die axiale Verlagerung entlang ihrer Längsachse kann der Radlenkwinkel eines drehbar an einem Radträger angeordneten Rades geändert werden, welcher zumindest mittelbar mit einem Ende der Spindel verbunden ist.
Die beim Lenken erforderlichen hohen Stellkräfte bewirken in dem Getriebe des Aktuators, speziell in dem Bewegungsgewinde eines Spindeltriebs des Aktuators, eine hohe Reibung. Zwischen den Gewindeflanken innerhalb des Bewegungsgewindes, also zwischen Spindel und Spindelmutter, tritt auch bei Verwendung von optimierten Schmiermitteln hohe Reibung auf. Aufgrund der zwischen den Gewindepartnern auftretenden Haftreibung und Gleitreibung an den Kontaktflächen der aneinander liegenden Gewindeflanken kann es zu einem sogenannten Stick-Slip-Effekt kommen. Es handelt sich hierbei um das abwechselnde Haften und Gleiten der Gewindeflanken, welche zum einen zu schwankenden Drehmomenten zwischen der Spindelmutter und der Spindel führen kann. Hierbei kann beispielsweise die Spindel zu Schwingungen, insbesondere Drehschwingungen angeregt werden. Eine fortwährende oder temporäre Anregung über einen Mindestzeitraum kann bewirken, dass eine Resonanzfrequenz der Spindel oder anderer Bauteile in dem Aktuator erreicht wird. Des Weiteren bewirken die Schwingungen thermische Belastungen, welche die Schmiereigenschaft des Schmiermittels negativ belasten können. Dieses kann sich negativ auf die Lebensdauer des Aktuators auswirken.
Die vorgenannte Drehschwingung wird auch Torsionsschwingung genannt. Im Gegensatz zur translatorischen Schwingung erfolgt bei der Drehschwingung eine Schwingung um den rotatorischen Freiheitsgrad eines Systems, hier um die Längsachse der Spindel. In beiden Fällen handelt es sich um eine mechanische Schwingung.
Der Begriff Stick-Slip-Effekt (Haftgleiteffekt) leitet sich aus den beiden englischen Wörtern „stick“ (haften) und „slip“ (gleiten) ab. In der Physik und Technik beschreibt der Stick-Slip-Effekt ein in aller Regel unerwünschtes, ruckartiges Gleiten (Stillstand-Gleiten-Stillstand-Gleiten) von Festkörpern, die sich gegeneinander bewegen.
Bei einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung handelt es sich um eine von der mechanischen Lenkung mit einer Lenkhandhabe, bspw. eines Lenkrads, entkoppelte Lenkvorrichtung. Die Lenkbewegung des Fahrers mittels Lenkhandhabe wird nicht auf mechanischem Wege, beispielsweise über ein Gestänge, auf die Radträger bzw. Räder übertragen. Vielmehr wird ein Lenkwinkel für die jeweiligen Räder einer Achse z. B. in einer Steuereinheit berechnet, welches Stellsignale an den oder die Aktuatoren der steer-by-wire-Lenkvorrichtung sendet und letztlich die Radlenkwinkeländerung bzw. Einstellung des Lenkwinkels bewirkt. Dabei kann die Lenkwinkelanforderung des Fahrers oder eine berechnete Lenkwinkeländerung von dem maximal einstellbaren Lenkwinkel an der betreffenden Achse abweichen, z.B. höher sein. In diesem Fall kann höchstens der maximale Lenkwinkel eingestellt werden. Die Lenkwinkelanforderung besteht aus der Änderung des Lenkwinkels von dem bestehenden Lenkwinkel auf einen beabsichtigten Lenkwinkel, wobei die Lenkwinkelanforderung ebenfalls in Abhängigkeit von der Zeit ist. Als Beispiel sei hier genannt, dass ein Fahrer langsam, z.B. mit 2°/s, oder aber sehr zügig z.B. mit 20°/s an dem Lenkrad drehen kann, um eine Lenkwinkeländerung von z.B. 5° vorzunehmen. Mit anderen Worten wird zum einen die Änderung des Winkels als auch die Geschwindigkeit der Änderung des Winkels erfasst.
Im Normalbetrieb einer Lenkvorrichtung werden größtenteils geringe Radlenkwinkeländerungen vorgenommen, wenn sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit deutlich oberhalb des o.g. Bereichs bewegt, bspw. beim Fahren in einer geschlossenen Ortschaft, z.B. mit 30 bis 50 km/h oder auf einer Landstraße oder einer Autobahn mit noch größerer Geschwindigkeit. Dort ist in der Regel von Lenkwinkeländerungen unterhalb von 1° auszugehen. Für diese geringen Änderungen werden somit im Vergleich deutlich geringere Stellkräfte benötigt, so dass Drehschwingungen nicht auftreten.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass in bestimmten Situationen ein erhöhtes Drehmoment bzw. eine erhöhte Kraft zum Lenken oder mit anderen Worten zum Einschlagen des jeweiligen Rades in einen gewünschten Lenkwinkel bzw. Radlenkwinkel erforderlich ist. Die hier betrachtete Situation geht von einer sehr geringen Geschwindigkeit des Fahrzeuges vom Stillstand bis zum Parkieren und/oder Rangieren aus. Bei einem völligen Stillstand ist die Geschwindigkeit gleich 0 km/h. Beim Parkieren und/oder Rangieren wird hier von einer Geschwindigkeit kleiner oder gleich 1 km/h ausgegangen. In einem Geschwindigkeitsbereich von 0 bis etwa 1 km/h werden besonders hohe Kräfte zum Einschlagen des gewünschten Lenkwinkels benötigt. Je geringer die Geschwindigkeit je größer sind dabei die zu erwartenden Lenkkräfte, welche durch den Aktuator der steer-by-wire-Lenkung bewerkstelligt werden müssen. Dieses liegt darin begründet, dass die gesamte Gewichtskraft des Fahrzeugs auf den Reifen lastet, welche auf den Rädern montiert sind. Der Kontakt zwischen Reifen und Fahrbahn ergibt sich aus der Reifenaufstandsfläche. Die Größe der Aufstandsfläche eines Reifens hängt in erster Linie von der Radlast und vom Reifendruck ab, weil der Innendruck des Reifens den Großteil der Radlast trägt. Aber auch die Reifenbreite, der Reifendurchmesser und die Steifigkeit der Seitenwand spielen eine Rolle. Es wird bei einem stillstehenden Rad eine höhere Kraft zum Lenken, also zum Drehen des Rades um seine Hochachse benötigt, als wenn das Rad aufgrund der Fahrzeugbewegung rollt. Mit zunehmender Rollbewegung, also Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit, wird jeweils weniger Kraft zum Lenken benötigt. Es ist ersichtlich, dass neben der Fahrzeugmasse auch die Temperatur der Umgebung sowie die Reifentemperatur einen Einfluss haben, da sie sich unmittelbar auf die Reibung zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche auswirken. Nicht erschöpfend seien hier folgende weitere Parameter genannt: Reifenmischung, Reifenart, Reifenreibkennwert, Fahrbahnbelag sowie Fahrbahnbeschaffenheit (trocken, feucht, glatt etc.).
Der Reifen eines Rades ist in der Regel aus Gummi - einem elastischen Werkstoff. Wirkt nun eine Kraft zum Lenken des Rades von dem Aktuator einer steer-by-wire-Lenkung auf das Rad, so ergibt sich eine Vorspannung aufgrund der Haftreibung bzw. Gleitreibung zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche. Der Reifen wird quasi gegenüber der Fahrbahn aufgezogen und somit vorgespannt. Weitere Vorspannung ergibt sich zwischen Aktuator und Radträger durch zwischen diesen eingesetzte Lager sowie ggfs. Lenker, wie zum Beispiel einem Lenkgestänge, je nach Ausbildung des Fahrwerks.
Wird nun in dem vorgenannten geringen Geschwindigkeitsbereich durch die steer-by-wire-Lenkung von einem großen, bevorzugt von einem maximal möglichen Lenkwinkel ausgehend auf einen kleineren Lenkwinkel zurückgelenkt, so werden die Vorspannungen zunächst kurzzeitig reduziert und es ergeben sich erneut Vorspannungen. Diese Vorspannung nimmt zu, je geringer die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist bzw. wenn diese vom Rollen zu Stillstand hin reduziert wird. Beim Parkieren und/oder Rangieren ist das quasi in ständigem Wechsel der Fall. Beim Zurücklenken aus dem zuvor eingestellten großen Lenkwinkel kommt es zu einem Kraftrichtungswechsel in dem Aktuator der steer-by-wire-Lenkung. Dieses führt zu einem Lastwechsel innerhalb eines Getriebes bzw. Spindeltriebes des Aktuators, so dass es wiederum zu einem geänderten Stick-Slip-Verhalten kommt. Dieses kann zu Schwingungen und hohen thermischen Belastungen innerhalb des Aktuators bzw. dessen Bewegungsgewinde führen. Dieses Verhalten gilt es zu reduzieren bzw. zu minimieren.
Gemäß der Erfindung wird in dem vorgenannten Verfahren in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels zumindest eines Rades an der jeweiligen Achse des Kraftfahrzeugs die maximal mögliche Beschleunigung des Antriebs des Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung limitiert. Durch die Limitierung der Beschleunigung wird ein quasi langsameres Anlaufen z.B. eines Elektromotors als Antrieb des Aktuators bewirkt. In dem Getriebe bzw. dem Spindelantrieb des Aktuators kann durch die Limitierung der Beschleunigung ein verbessertes Verhalten der Reibpartner in dem Aktuator, z.B. der aneinander liegenden Gewindeflanken des Bewegungsgewindes, erzielt werden. Dadurch werden die oben genannten Drehschwingungen und auch die thermische Belastung minimiert oder entstehen gar nicht erst.
Die Limitierung der Beschleunigung wird mittels des Schrittes zum Bestimmen eines Grenzwertes einer Beschleunigung des Antriebs des Aktuators vorgenommen. Der Grenzwert wird zumindest in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels bestimmt. Der momentane Lenkwinkel wird fortwährend erfasst, bevorzugt in Intervallen, vorzugsweise in Intervallen von 10ms. Es wird dabei fortwährend, bevorzugt in Intervallen, vorzugsweise in Intervallen von 10ms eine momentane Lenkwinkelanforderung erfasst, welche zum Beispiel aufgrund eines Fahrerwunsches durch Drehen am Lenkrad vorliegt. Dabei wird zum einen der geänderte Lenkwinkel als auch die Geschwindigkeit der Änderung erfasst.
Beispielsweise kann während des Parkierens an der Vorderachse ein größtmöglicher Lenkwinkel eingestellt worden sein, sodass die Räder größtmöglich in eine Richtung, z.B. nach links, eingeschlagen wurden. Aufgrund dieser Lenkwinkelanforderung wurde von einer Steuereinheit ein maximaler Lenkwinkel von der steer-by-wire-Lenkung an einer Hinterachse gegenläufig, hier also nach rechts, eingestellt. Typischerweise kommt das Fahrzeug nach einem solchen Lenkmanöver beim Parkieren zum Stillstand. Der Aktuator der steer-by-wire-Lenkung kommt ebenfalls zum Stillstand und es wird einen Moment lang keine Lenkwinkeleinstellung ausgeführt. Nun lenkt der Fahrer erneut an dem Lenkrad in die entgegengesetzte Richtung zurück. Alternativ kann auch ein Lenkassistent die Lenkung betätigt haben. Es wird an dem Lenkrad nun ein neuer Lenkwinkel angefordert bzw. der vorherige Lenkwinkel soll reduziert werden. Diese Lenkbewegung wird vom Fahrer am Lenkrad mit einer gewissen Geschwindigkeit vorgenommen. Diese Parameter werden von der Steuereinheit erfasst und im Schritt des Bestimmens des Grenzwertes wird in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels und der momentanen Lenkwinkelanforderung die Beschleunigung des Antriebs des Aktuators limitiert. Unter Berücksichtigung zumindest der vorgenannten Parameter und unter Anwendung des Grenzwertes der Beschleunigung wird schließlich der Aktuator der steer-by-wire-Lenkung zum Einstellen des berechneten Lenkwinkels angesteuert. Das Ansteuern des Aktuators erfolgt vorzugsweise durch eine Steuereinheit wie ein Steuergerät oder eine Steuerung. Die Steuerung bzw. das Steuergerät ist bevorzugt Teil der steer-by-wire-Lenkung. Die Ansteuerung des Aktuators kann jedoch auch mittels eines weiteren im Fahrzeug verbauten Steuergerätes erfolgen.
Ohne eine solche Limitierung mittels Bestimmens eines Grenzwertes würde der Antrieb, z.B. ein Elektromotor, mittels einer vordefinierten Beschleunigung auf eine Nenndrehzahl gebracht, welche für das Verstellen eines Lenkwinkels bei der konstruktiven Auslegung der steer-by-wire-Lenkung festgelegt wurde, um eine Lenkwinkeländerung in einer vordefinierten Zeit durchzuführen. Die Nenndrehzahl bewirkt im Zusammenhang mit dem Getriebe bzw. dem Spindelantrieb des Aktuators eine vordefinierte Stellgeschwindigkeit, welche letztlich eine Lenkgeschwindigkeit ergibt und auch als Lenkgradient bezeichnet wird. Der Lenkgradient gibt an, um welchen Winkel pro Zeiteinheit, also bspw. um wie viel Grad pro Sekunde das jeweils gelenkte Rad um seine Hochachse verstellt werden kann. Für unterschiedliche Fahrsituationen mit unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten und Randbedingungen, wie z.B. Fahrzeugbeladung, verwendete Reifenart oder Fahrbahnzustand etc., können dabei unterschiedliche Lenkgradienten festgelegt sein. Der Aktuator kann bei o.g. Nenndrehzahl z.B. eine Stellgeschwindigkeit aufweisen, so dass bei einem Fahrzeug, welches fahrbereit und unbeladen mit seinen Rädern auf trockener Fahrbahn steht, die Räder sich mit einem Lenkgradienten von beispielsweise bis zu 18°/s mittels der steer-by-wire-Lenkung verstellen lassen. Dabei kann die Lenkgeschwindigkeit aufgrund der Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn bei einer niedrigen Geschwindigkeit, wie beispielsweise dem Parkieren und/oder Rangieren, abnehmen und einen geringeren Lenkgradienten von z.B. 2-8°/s aufweisen. Hingegen wird bei sehr hohen Geschwindigkeiten von beispielsweise 250 km/h der Lenkgradient beispielsweise auf 0,25°/s reduziert bzw. begrenzt, um schlagartige Lenkbewegungen zu vermeiden, welche gefährliche Fahrsituationen hervorrufen können.
Mit großen Lenkwinkeln sind hier Lenkwinkel gemeint, welche in den Bereich der konstruktiv möglichen maximalen Lenkwinkel der jeweiligen Achse reichen. Beim Rangieren oder Parkieren ändern sich zudem häufig die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Lenkwinkel an den Rädern. Durch Ausnutzung großer, vorzugsweise der größtmöglichen Lenkwinkel ist ein einfacheres Einfahren in z.B. eine Parklücke oder auch Rangieren mit einem Anhänger möglich. Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn neben der Vorderachse zusätzlich auch die Hinterachse des Kraftfahrzeuges lenkbar ist.
Ein Lenkwinkel von 0° wird auch als Mittenposition oder Neutrallenkwinkel bezeichnet und entspricht der Geradeausfahrt eines Fahrzeugs, wenn an jeder gelenkten Achse ein Lenkwinkel von 0° eingestellt ist. Die Räder sind dabei parallel zur Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Grenzwert zumindest temporär angewendet. Der Grenzwert wird aufgehoben, wenn ein Lenkwinkel eingestellt ist, ab welchem bspw. keine Limitierung der Beschleunigung mehr erforderlich ist. Möglich ist auch, dass der Grenzwert für eine vorbestimmte Zeitdauer angewendet wird, so dass der Grenzwert nach Ablauf dieser Zeit auf einen Nenn- oder Maximalwert zurückgesetzt oder aufgehoben wird. In Abhängigkeit einer geänderten Lenkwinkelanforderung kann ein zuvor bestimmter Grenzwert ebenfalls verändert werden, insbesondere ausgehend vom zuvor eingestellten Wert reduziert werden, um einer sich ergebenden veränderten Fahrsituation Rechnung zu tragen.
Bevorzugt ist ferner eine Ausführungsform, bei der im Schritt des Bestimmens der Grenzwert auf einen vordefinierten Minimalwert gesetzt wird. Beispielsweise kann ein solcher vordefinierter Minimalwert der Hälfte oder dreiviertel des Maximalwerts der Beschleunigung des Antriebs entsprechen. In vorteilhafter Weise wird somit sichergestellt, dass die Beschleunigung des Antriebes des Aktuators stets ausreichend ist, dass der Antrieb anläuft und eine Lenkbewegung angepasst unter jeder denkbaren Bedingung bzw. Fahrsituation möglich ist. Mit anderen Worten wird ein Anlaufmoment sichergestellt, um jeder Fahrsituation des Kraftfahrzeugs entsprechend ein Anlaufen des Antriebs sicherzustellen.
Die Limitierung der Beschleunigung wird im Schritt des Bestimmens eines Grenzwertes zumindest in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels durchgeführt. In einer günstigen Ausführungsform lassen sich Lenkwinkelbereiche festlegen, wobei einem jeweiligen Bereich ein bestimmter Grenzwert zugeordnet sein kann. Bei einem momentanen Lenkwinkel kleiner 50-80 % eines maximal möglichen Lenkwinkels kann im Schritt des Bestimmens ein anderer Grenzwert bestimmt werden als außerhalb dieses Bereiches. Vorzugsweise lässt sich der Bereich beschränken auf einen Lenkwinkel kleiner 65-70 % eines maximal möglichen Lenkwinkels. Es ergibt sich bspw. ein erster Bereich mit einem Lenkwinkel von 0-70 % eines maximal möglichen Lenkwinkels und ein zweiter Bereich mit einem Lenkwinkel größer 70 % bis zum maximal möglichen Lenkwinkel. Beispielsweise kann an einer Hinterachse konstruktiv maximal ein Lenkwinkel von 10° möglich sein. Ist dieser maximale Lenkwinkel eingestellt und erfolgt ein Zurücklenken zum Beispiel auf 8°, so wird in dem zweiten Bereich eine Limitierung der Beschleunigung des Antriebs des Aktuators vorgenommen. In dem ersten Bereich 0 bis 70% bzw. hier von 0 bis 7° ist beispielsweise keine Limitierung der Beschleunigung vorgesehen, weil bei Lenkwinkeln dieser Größenordnung die Vorspannung derart gering ist, dass Drehschwingungen in dem Aktuator zu vernachlässigen sind oder nicht auftreten. Mit anderen Worten wird ein Grenzwert bevorzugt oberhalb von 70% bis 100% des maximalen Lenkwinkels bestimmt. Vorzugsweise wird der Grenzwert aufgehoben, wenn der Lenkwinkel in den Bereich von 0 bis 70% geändert wird bzw. diesen erreicht.
Bevorzugt können vier Stützstellen vorgesehen sein. Dabei wird ein erster Bereich von 0 bis 60%, ein zweiter Bereich größer 60 bis 80% sowie ein dritter Bereich größer 80 bis 100% des konstruktiv maximalen Lenkwinkels festgelegt. Die Stützstellen liegen dann bei 0, 60%, 80% und 100%. Im Falle eines maximalen Lenkwinkels von 10° liegen die Stützstellen hier somit bei 0°, 6°, 8° und 10°. Diesen unterschiedlichen Lenkwinkeln bzw. den zwischenliegenden Bereichen können jeweils unterschiedliche Grenzwerte für die Beschleunigung zugeordnet sein. Die Zuordnung kann in vorteilhafter Weise als Kennlinie in einer Steuerung hinterlegt sein, sodass im Schritt des Bestimmens anhand der Kennlinie ein jeweiliger Grenzwert abgerufen werden kann.
Für unterschiedliche Fahrsituationen können dabei unterschiedliche Kennlinien in einer Steuerung hinterlegt sein. Diese Überlegung berücksichtigt, dass sich ein vordefinierter maximaler Lenkwinkel, welcher konstruktiv mit der steer-by-wire-Lenkung in dem jeweiligen Kraftfahrzeug möglich ist, aufgrund von Randbedingungen ändern kann. Eine solche Fahrsituationen kann sich beispielsweise durch eine Beladung des Fahrzeugs ergeben. Durch die Beladung tauchen beispielsweise die Räder tief in die Radhäuser ein und der maximale Lenkwinkel muss limitiert werden, weil ansonsten die Räder bzw. Reifen mit Teilen des Fahrwerks oder der Karosserie kollidieren würden, wenn der konstruktiv maximal mögliche Lenkwinkel eingestellt würde. Die Beladung bewirkt zudem eine höhere Radlast, welche eine höhere Kraft zum Lenken bedingt. Die Beladung des Fahrzeugs kann in bekannter Weise mittels geeigneter Sensorik, wie zum Beispiel einer Höhenstandserkennung, erfasst werden. Aufgrund der Höhenstandserkennung kann beispielsweise eine Kennlinie gewählt werden, welche einen geringeren maximalen Lenkwinkel aufweisen kann. Ein begrenzter maximaler Lenkwinkel kann sich zum Beispiel auch aufgrund der Verwendung breiterer Reifen oder der Verwendung von Schneeketten etc. ergeben. Aufgrund des zur Verfügung stehenden Bauraums im Bereich der Radhäuser kann es hier ebenfalls erforderlich sein, dass der maximal zur Verfügung stehende Lenkwinkel z.B. durch eine Kennlinie beschränkt werden muss, weil nicht ausreichend Raum für Lenkbewegungen zur Verfügung steht. Die Reifen bzw. Räder können hierzu beispielsweise mit RFID-Sensorik ausgestattet sein, welche einer Steuereinheit die Reifenbeschaffenheit anzeigt. Somit können über diese Möglichkeit auch von dem Normalzustand des Fahrzeugs abweichende und für die Fahrsituation hinreichende Stützstellen für Grenzwerte zur Limitierung der Beschleunigung gegeben sein.
Bevorzugt wird die Beladung und die damit einhergehenden höheren Radlasten in zumindest einer Kennlinie berücksichtigt. Es lassen sich somit die zuvor genannten Stützstellen variieren. Insbesondere wird die Lage der Stützstellen in Abhängigkeit der Beladung reduziert. Bezogen auf die vier vorgenannten Stützstellen und zugehörigen Lenkwinkelbereiche kann in Abhängigkeit der Beladung der erste Bereich bspw. auf 0 bis 45% reduziert werden. Der zweite Bereich kann somit größer 45 bis 60% sowie der dritter Bereich größer 60 bis 70% des konstruktiv maximalen Lenkwinkels festgelegt sein. Die Stützstellen lägen dann bei 0, 45%, 60% und 70%. Im Falle eines maximalen Lenkwinkels von 10° lägen die Stützstellen hier somit bei 0°, 4,5°, 6° und 7°. Die Abhängigkeit der Beladung ist auch als Funktion darstellbar. Bei Erhöhung der Beladung kann in vorteilhafter Weise die Beschleunigung des Antriebs und/oder der Lenkgradient und/oder der Lenkwinkel limitiert werden.
Wird das Fahrzeug mit der oben genannten niedrigen Geschwindigkeit bewegt, so bewirkt der Grenzwert, also die limitierte Beschleunigung, ein langsameres Anlaufen des Antriebs. Zur Erreichung eines Solllenkwinkels aufgrund einer Lenkwinkelanforderung wird der Aktuator grundsätzlich mit einer vordefinierten Stellgeschwindigkeit gefahren, um einen Lenkwinkel an Rädern einer Achse der Lenkwinkelanforderung gemäß in einer bestimmten Zeit einstellen zu können. Durch die limitierte Beschleunigung in Kombination mit der vordefinierten Lenkgeschwindigkeit ergäbe sich ein Offset, sodass der angeforderte Lenkwinkel erst später erreicht wird als ohne eine limitierte Beschleunigung. Um diesen Offset zu kompensieren wird die Lenkgeschwindigkeit bzw. der Lenkgradient zumindest temporär verändert, bevorzugt erhöht. Dazu wird die vordefinierte Stellgeschwindigkeit unter Berücksichtigung des angeforderten Lenkwinkels und/oder eines momentan eingestellten Lenkwinkels erhöht. Es wird mit anderen Worten nach dem langsameren Anlaufen des Aktuators temporär auf einen höheren Lenkgradienten beschleunigt. In vorteilhafter Weise wird so trotz der limitierten Beschleunigung des Antriebs die Änderung des Lenkwinkels durch die steer-by-wire-Lenkung der gewünschte Lenkwinkel gemäß der Lenkwinkelanforderung in der gleichen Zeit erreicht wie mit der vordefinierten Beschleunigung des Antriebs des Aktuators. Der Lenkgradient kann bei einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs vom Stillstand bis zu maximal 1 km/h, vorzugsweise bis zu 0,7 km/h, in einem Bereich von 0-12°/s liegen. In Abhängigkeit der Lenkwinkelanforderung wird die steer-by-wire-Lenkung mit einem angepassten Lenkgradienten betrieben. Bei einer temporären Erhöhung des Lenkgradienten kann dieser um 20 bis 70%, vorzugsweise um 30 bis 50% erhöht werden. Bevorzugt kann der maximale Lenkgradient von hier 12°/s kurzzeitig um 4 bis 6°/s auf 18°/s erhöht werden, so dass die beabsichtigte Lenkwinkeländerung in der vorgesehenen Zeit, d.h. möglichst gemäß der Lenkwinkelanforderung durchgeführt werden kann.
Damit es bei Verlassen der niedrigen Geschwindigkeit und zunehmender Geschwindigkeit, vorzugsweise einer starken Zunahme der Geschwindigkeit des Fahrzeuges aufgrund z.B. einer plötzlichen hohen Beschleunigung des Fahrzeuges, nicht zu einer schlagartigen Lenkbewegung kommt, kann vorgesehen sein, dass mit zunehmender Geschwindigkeit kein hartes Umschalten des Lenkgradienten vorgenommen wird. Auch wird der Grenzwert zur Limitierung der Beschleunigung des Antriebs bevorzugt nicht schlagartig geändert. Stattdessen wird bevorzugt eine allmähliche Anpassung im Sinne eines sanften Überganges des zuvor erhöhten Lenkgradienten sowie auch des Grenzwertes auf einen Sollwert bzw. die Nennbeschleunigung vorgenommen. Das ist mit Blick auf Fahrsicherheit bzw. Beherrschbarkeit des Fahrzeuges und dem Fahrkomfort von Vorteil.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem weiteren Schritt eine momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, insbesondere in Intervallen, vorzugsweise in Intervallen von 10 ms erfasst. Dabei wird im Schritt des Bestimmens des Grenzwertes der limitierten Beschleunigung des Antriebes die momentane Geschwindigkeit berücksichtigt, wobei oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit der Grenzwert aufgehoben wird. Die Grenzgeschwindigkeit kennzeichnet das Verlassen der vorgenannten niedrigen Geschwindigkeit und liegt somit größer 1 km/h, bevorzugt 1,1 km/h, vorzugsweise oberhalb von 0,7 km/h, höchst vorzugsweise 0,71 km/h. Grundsätzlich wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Grenzwert für die limitierte Beschleunigung in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels an der jeweilige Achse des Kraftfahrzeuges bestimmt. Liegt der Lenkwinkel in dem vorgenannten ersten Bereich bei 0-70 % eines maximal möglichen Lenkwinkels an der betreffenden Achse, so wird bei dieser Ausführung im Schritt des Bestimmens des Grenzwertes der Beschleunigung diese vorzugsweise nicht limitiert. Im Sinne der Sicherheit eine zusätzliche Redundanz hinzuzufügen bzw. das Verfahren im Hinblick auf das Bestimmen des Grenzwerts genauer ausführen zu können, kann in vorteilhafter Weise das Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung weiter verbessern.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der im Schritt des Ansteuerns des Aktuators eine einer lenkbaren Hinterachse des Kraftfahrzeugs zugeordnete Lenkung angesteuert wird. Ist an der Hinterachse ein Lenkwinkel einstellbar, welcher gegensinnig zu den Lenkwinkeln an der Vorderachse verläuft, so ergibt sich bei niedrigen Geschwindigkeiten ein kleinerer Wendekreis als bei einem Fahrzeug mit nicht gelenkter Hinterachse. Das Fahrzeug lässt sich aufgrund der Lenkung der Hinterräder verbessert Rangieren bzw. Parkieren. Die lenkbare Hinterachse ist vorzugsweise als eine steer-by-wire-Lenkung ausgebildet.
In vorteilhafter Weise kann durch die Erfindung ohne Änderung eines bestehenden Aktuators einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung mittels verfahrensgemäßer Ansteuerung eine Minimierung des Schwingverhaltens des Aktuators bzw. der darin enthaltenen Bauteile bewirkt werden. Im Zusammenhang mit der Verbesserung der Schmierstoffversorgung kann somit insgesamt die Lebensdauer der steer-by-wire-Lenkung kostengünstig verbessert werden.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Steuereinheit zur Steuerung eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Steuereinheit zumindest die folgenden Merkmale aufweist:

- eine Schnittstelle zum Erfassen eines Lenkwinkels, welche einen momentanen Lenkwinkel zumindest eines Rades eines Kraftfahrzeugs repräsentiert,
- eine weitere Schnittstelle zum Erfassen einer Lenkwinkelanforderung, welche eine momentane Lenkwinkeländerung aufgrund eines Fahrerwunsches oder von dieser Steuereinheit oder einer weiteren Steuereinheit bestimmten Änderung eines Lenkwinkels repräsentiert,
- eine Einheit zum Bestimmen eines Grenzwertes einer Beschleunigung eines Antriebs des Aktuators, welche eine limitierte Beschleunigung repräsentiert,
- eine Einheit zum Ansteuern des Aktuators zum Einstellen eines Lenkwinkels zumindest eines Rades in Abhängigkeit zumindest der Lenkwinkelanforderung und unter Anwendung des Grenzwertes
- vorzugsweise eine Schnittstelle zum Erfassen einer Geschwindigkeit, welche eine momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges repräsentiert.

Die Steuereinheit ist dabei ebenfalls in der Lage, den begrenzten Lenkwinkel temporär, also zeitweise bzw. für eine bestimmte Zeitdauer zuzulassen. Neben einer momentanen Lenkwinkeländerung aufgrund eines Fahrerwunsches, also wenn der Fahrer z.B. an einem Lenkrad eine Lenkbewegung einsteuert, kann auch aufgrund einer Lenkfunktion wie zum Beispiel einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) etc., welche in einer Steuereinheit abläuft, ein Lenkwinkel angefordert werden.
Die Steuereinheit kann hierbei ein Steuergerät sein, welches beispielsweise ein elektrisches Gerät sein kann, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule in Form bzw. als Teil eines Computerprogramms ausgebildet sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen implementiert sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogramm-Produkt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Datenträger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Steuereinheit ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

1 ein Fahrzeug mit steer-by-wire-Lenkung und
2 ein Ablaufdiagramm zum Verfahren
3 ein Schaubild zum Verfahren

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 mit einer lenkbaren Vorderachse 21 und einer lenkbaren Hinterachse 31. Zum Lenken der Räder 2 an der Vorderachse 21 ist eine steer-by-wire-Lenkung 4 vorgesehen, welche die Räder 2 über ein Lenkgestänge 41 den Radlenkwinkel RLw_v an der Vorderachse einstellen bzw. ändern kann. Dieser Winkel RLw_v ist vorne am rechten Rad 2 in der 1 beispielhaft eingezeichnet. An der Hinterachse 31 sorgt eine steer-by-wire-Lenkung 5 über ein Lenkgestänge 51 für das Einstellen bzw. Ändern der Radlenkwinkel RLw_h an den hinteren Rädern 3, gezeigt an dem hinteren linken Rad 3. Als Teil der steer-by-wire-Lenkung ist jeweils ein (nicht dargestellter) Aktuator vorgesehen, welcher eine Kraft aufbringen kann, um eine Lenkstange bzw. Spindel linear zu bewegen, welche über die Lenkgestänge 41, 51 mit den Rädern 2, 3 zu deren Lenkung zusammenwirkt. In der gezeigten Ausführung sind die Räder an der Vorderachse 21 und der Hinterachse 31 gegensinnig gelenkt, so dass sich bei einer niedrigen Geschwindigkeit von z.B. kleiner 5 km/h vorteilhaft ein reduzierter Wendekreis und eine verbesserte Rangier- und Parkiermöglichkeit ergibt gegenüber Fahrzeugen, welche lediglich eine gelenkte Achse aufweisen. Auch lassen sich mit zwei gelenkten Achsen vorteilhaft automatisierte Fahrten ausführen, da das Fahrzeug auf kleinerem Raum manövriert werden kann. Die Einstellung des Lenkwinkels an der Vorderachse 21 erfolgt grundsätzlich über ein Lenkrad 14, wobei der vom Fahrer gewünschte Lenkwinkel mittels einer Sensoreinheit Lw von einer Steuereinheit SG erfasst und über eine Signalleitung an die steer-by-wire-Lenkung 4 geleitet wird. Die Steuereinheit errechnet aus der vom Fahrer eingebrachten Lenkwinkelanforderung Lw_req in Abhängigkeit der Fahrsituation (Beladung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugbeschleunigung, Giergeschwindigkeit R_G, etc.) den Lenkwinkel RLw_v, RLw_h für die Vorderachse und die Hinterachse und gibt die Steuersignale an die Steer-by-wire-Lenkungen 4, 5 aus, welche die entsprechenden Lenkwinkel an den Achsen 21, 31 einstellt.
Die Steuereinheit SG ist mittels hier schematisch gezeigten Signalleitungen mit den steer-by-wire-Lenkungen 4, 5 verbunden, welche die von der Steuereinheit SG errechneten Lenkwinkel RLw_v, RLw_h einstellt. Die nicht dargestellten Sensoreinheiten zur Übermittlung des jeweiligen Lenkwinkels RLw_v, RLw_h der Räder 2, 3 sind über ein Bussystem BUS mit der Steuereinheit SG und mit den steer-by-wire-Lenkungen 4, 5 elektrisch verbunden. Das Bussystem ist beispielsweise ein CAN-Bus oder auch ein Flexray Bus o.ä. Bussystem, welche bei Fahrzeugen zur Daten - und Signalübertragung eingesetzt wird. Über das Bussystem BUS sind Lenkfunktionen für ein Fahrerassistenzsystem wie autonomes Fahren ADAS, Korridorfunktionen Korr zur Begrenzung eines maximalen Lenkwinkels in Abhängigkeit von Fahrsituationen, ein Parkierassistent PAS zum unterstützten oder automatisierten Parkieren oder auch eine elektronische Stabilitätskontrolle ESC etc. elektrisch mit der Steuereinheit SG mit den steer-by-wire-Lenkungen 4, 5 der Vorderachse 21 und der Hinterachse 31 verbunden. Die Steuereinheit SG ist schematisch dargestellt und gibt als zentrale Einheit Steuersignale an die steer-by-wire-Lenkungen 4, 5 aus, welche die Lenkwinkeländerungen ausführen bzw. den Lenkwinkel RLw_v, RLw_h einstellen.
An den Enden des Fahrzeugs 1 sind Sensoren S angeordnet, die einer Sensorik zugeordnet sind und welche zur Fahrzeugumfelderkennung dienen. Es kann sich hierbei um Temperatursensoren oder um optische Sensoren, die beispielsweise eine Kamera umfassen, oder auch um LiDAR oder Radar handeln, die zur Temperatur-, Abstands- oder auch optischen Erfassung, beispielsweise der Fahrbahn, geeignet sind. Es können somit Umfeldbedingungen erfasst und der Steuereinheit SG zugeführt werden. Das Fahrzeug folgt einer Trajektorie T, also einem Fahrweg, der in der 1 am vorderen Ende des Fahrzeugs in dessen Fahrtrichtung schematisch dargestellt ist und hier eine vom Fahrer beabsichtigte Fahrt nach links zeigt.
Um die Räder 2, 3 des Fahrzeugs 1 mittels der jeweiligen steer-by-wire-Lenkung 4, 5 um ihre Hochachsen im Sinne einer Lenkbewegung zu drehen, muss die Reibung der Reifen der Räder 2, 3 gegenüber der Fahrbahn überwunden werden. Je geringer die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, je geringer bewegen sich bzw. rollen auch die Räder 2, 3 in die beabsichtigte Fahrtrichtung auf der Fahrbahn. Bei dem dargestellten Fahrzeug 1 lastet dessen Gewichtskraft auf den vier dargestellten Rädern 2, 3 bzw. der Reifen. Der Kontakt zwischen Reifen und Fahrbahn ergibt sich aus dessen Reifenaufstandsfläche. Aufgrund des Reifenwerkstoffes, in der Regel zum Großteil Gummi, und der Fahrbahnbeschaffenheit ergibt sich eine Reibung der Reifen gegenüber der Fahrbahn. Je geringer die Geschwindigkeit des Fahrzeuges ist, umso mehr Kraft wird zur Lenkung der Räder 2, 3 benötigt, weil die Reibung mit abnehmender Geschwindigkeit zunimmt. Siehe hierzu auch die ausführliche Erläuterung oben.
Wird nun bspw. ein Rad 2, 3 an der lenkbaren Achse 21, 31 bspw. aus einer nicht dargestellten Position parallel zur Längsachse L des Fahrzeuges 1, wie an der Hinterachse 31 dargestellt, nach rechts von 0° auf den Winkel RLw_h gelenkt, und ist dabei die Geschwindigkeit des Fahrzeuges in einem Bereich vom Stillstand bis etwa 1 km/h, so baut sich in dem Reifen aufgrund der Reibung gegenüber der Fahrbahn eine Vorspannung auf. Diese ist am größten, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet. Der Reifenwerkstoff ist elastisch und wird quasi gegenüber der Fahrbahn aufgezogen. Des Weiteren können sich Vorspannungen aufgrund der Elastizitäten in den Lenkgestängen 41, 51 sowie der nicht dargestellten Gelenke ergeben. Wird nun nach einer Auslenkung der Räder 3 an der Hinterachse 31 entgegengesetzt zurückgelenkt, so ergibt sich für die steer-by-wire-Lenkung 5 an der Hinterachse 31 ein Kraftrichtungswechsel. Ein Lenkgetriebe des Aktuators der steer-by-wire-Lenkung 5 erfährt beim Zurücklenken zumindest kurzzeitig eine Entlastung und dann wieder eine starke Belastung aufgrund der benötigten bzw. zu erzeugenden Kraft für das Zurücklenken. Je größer dabei der momentan eingestellte Lenkwinkel RLw_h und je geringer die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, desto größer ist die sich ergebende Vorspannung. Beim Zurücklenken können zum Beispiel im Aktuator der steer-by-wire-Lenkung Drehschwingungen auftreten, welche auch thermische Belastungen für ein Rotations-/Translations-Getriebe bzw. einen Spindeltrieb bedeuten kann und letztlich schadhaft für den Aktuator sein können. Das nachfolgend beschriebene Verfahren bewirkt eine Minimierung der Belastung in dem Aktuator.
Die nachfolgenden Angaben beziehen sich auf die 2 und 3 gleichermaßen. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführung des Ansatzes eines Verfahrens zum Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeugs bei Geschwindigkeiten vom Stillstand bis zum Parkieren und/oder Rangieren. 3 zeigt ein Schaubild zur Erläuterung des Verfahrens.
In einem ersten Schritt 200 wird der momentan an den Rädern 2, 3 der betreffenden Achse 21, 31 eingestellte Lenkwinkel RLw_v_mom RLw_h_mom von einer Steuereinheit SG, auf welchem ein Computerprogramm läuft, mittels einer (nicht dargestellten) geeigneten Sensorik erfasst. Dieses kann durch einen Radlenkwinkelsensor ausgebildet ein. Die Steuereinheit SG erkennt, ob der momentane Lenkwinkel RLw_v_mom RLw_h_mom einem ersten Lenkwinkelbereich Lw1 oder einem zweiten, schraffiert dargestellten Lenkwinkelbereich Lw2 entspricht. Der erste Lenkwinkelbereich Lw1 entspricht in dieser Ausführung einem Lenkwinkel von 0° bis zu einem Lenkwinkel kleiner gleich 7°. Der zweite Lenkwinkelbereich Lw2 entspricht einem Lenkwinkel von größer 7° bis zum maximal möglichen Lenkwinkel RLw_max, welcher in dieser Ausführungsform 10° beträgt. Im Schritt 220, welcher ebenfalls in Intervallen von 10ms mittels einer weiteren geeigneten Sensorik an der Lenkhandhabe erfasst wird, kann zusätzlich eine Lenkwinkelanforderung Lw_req erfasst werden. Hierbei wird festgestellt, ob und wie der Lenkwinkel sich von dem zweiten Bereich Lw2 in den ersten Bereich Lw1 ändert. Es wird mit anderen Worten die Änderung hinsichtlich des Winkels als auch die Geschwindigkeit der Änderung erfasst. Bei einer Änderung des Lenkwinkels RLw_v, RLw_h in diesem Bereich wird der Grenzwert a_lim aufgehoben. Ab dem nächsten Stillstand kann der Aktuator mit dessen Nennbeschleunigung wieder anlaufen, wenn in der Steuereinheit festgelegt ist, dass in dem ersten Bereich keine Limitierung der Beschleunigung notwendig ist. Liegt der momentane Lenkwinkel im Schritt 240 des Bestimmens des Grenzwertes a_lim in dem Bereich Lw2, so wird der Grenzwert a_lim auf eine limitierte Beschleunigung geändert. Der Grund hierfür ist, dass sich in dem Reifen der Räder 2, 3 der betreffenden Achse 21, 31 aufgrund einer vorherigen Einstellung des Lenkwinkels in den Bereich Lw2 eine Vorspannung aufgebaut hat. Im Schritt 260 wird der Aktuator von der Steuereinheit SG zum Einstellen eines Lenkwinkels RLw_v, RLw_h angesteuert und es werden zumindest in Abhängigkeit der Lenkwinkelanforderung Lw_req und unter Anwendung des Grenzwertes a_lim ein Lenkwinkel RLw_v, RLw_h an der betreffenden Achse eingestellt.
Eine starke Beladung eines Fahrzeuges kann eine Fahrzeugsituation darstellen, bei der die Räder tief in die Radhäuser eintauchen und aufgrund dessen der konstruktiv festgelegte maximale Lenkwinkel RLw_max nicht einstellbar ist, weil es sonst zu Kollisionen mit dem Fahrzeugaufbau oder dem Fahrwerk kommen könnte. Wird beispielsweise mittels einer Höhenstandssensorik des Fahrwerkes eine derartige Beladung festgestellt, so wird diese Fahrsituation über das Bussystem BUS der Steuereinheit SG mitgeteilt. Der maximal mögliche Lenkwinkel RLw_max wird in diesem Fall temporär limitiert und in der Steuereinheit SG gespeichert. Liegt dieser Lenkwinkel in dem vorgenannten Beispiel in dem ersten Bereich Lw1 so ist keine Limitierung der Beschleunigung des Antriebs notwendig. Der konstruktiv festgelegte maximale Lenkwinkel kann erst wieder von dem Aktuator eingestellt werden, wenn sich die Fahrzeugsituation ändert.
Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Die Erfindung ist somit nicht auf eine hier genannte Reihenfolge beschränkt.
Bezugszeichenliste

1: (Kraft-) Fahrzeug
2: Vorderrad
3: Hinterrad
4: steer-by-wire-Lenkung
5: steer-by-wire-Lenkung
14: Lenkrad
21: Vorderachse
31: Hinterachse
41: Lenkgestänge
51: Lenkgestänge
200: Schritt des Erfassen
220: Schritt des Erfassen
240: Schritt des Bestimmens
260: Schritt des Ansteuerns
ADAS: Fahrerassistenzsystem autonomes Fahren
BUS: Bussystem
ESC: Elektronische Stabilitäts Kontrolle
Korr: Korridorfunktion
L: Längsachse
Lw: Sensoreinheit
Lw_req: Lenkwinkelanforderung
Lw1: erster Lenkwinkelbereich
Lw2: zweiter Lenkwinkelbereich
PAS: Parkierassistent
RG: Giergeschwindigkeit
RLwv: (Rad-) Lenkwinkel vorne
RLwh: (Rad-) Lenkwinkel vorne
RLwv_mom: momentaner (Rad-) Lenkwinkel vorne
RLwh_mom: momentaner (Rad-) Lenkwinkel vorne
RLw_max: maximal möglicher Lenkwinkel
SG: Steuergerät, Steuereinheit
S: Sensorik
T: Trajektorie
a_lim: Grenzwert
v_mom: momentane Geschwindigkeit

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung (4, 5) eines Kraftfahrzeugs (1) bei Geschwindigkeiten vom Stillstand bis zum Parkieren und/oder Rangieren, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Erfassen eines Lenkwinkels (RLw_v_mom, RLw_h_mom) zumindest eines Rades (2, 3) an einer Achse (21, 31) des Kraftfahrzeugs, - Erfassen einer Lenkwinkelanforderung (Lw_req) - Bestimmen eines Grenzwertes (a_lim) einer Beschleunigung eines Antriebs des Aktuators zumindest in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels (RLw_v_mom, RLw_h_mom) - Ansteuern des Aktuators zum Einstellen eines Lenkwinkels (RLw_v, RLw_h) zumindest eines Rades (2, 3) zumindest in Abhängigkeit der Lenkwinkelanforderung (Lw_req) und unter Anwendung des Grenzwertes (a_lim) der Beschleunigung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bestimmens der Grenzwert (a_lim) zumindest temporär verändert, vorzugsweise reduziert oder aufgehoben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bestimmens der Grenzwert (a_lim) auf einen vordefinierten Minimalwert gesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem momentanen Lenkwinkel (RLw_v_mom, RLw_h_mom) kleiner 50 bis 80%, vorzugsweise kleiner 65 bis 70% eines maximal möglichen Lenkwinkels (RLw_max) im Schritt des Bestimmens ein kleinerer Grenzwert (a_lim) bestimmt wird als außerhalb dieses Bereiches.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den mittels des Aktuators einstellbaren Lenkwinkeln (RLw_v, RLw_h) jeweils unterschiedliche Grenzwerte zugeordnet sind, welche im Schritt des Bestimmens angewendet werden, wobei die Grenzwerte vorzugsweise aufgrund zumindest einer, insbesondere in einer Steuereinheit (SG) hinterlegten, Kennlinie bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bestimmen des Grenzwertes (a_lim) ein Lenkgradient temporär verändert wird, bevorzugt erhöht wird, in Abhängigkeit einer Lenkwinkelanforderung (Lw_req) und/oder eines momentan eingestellten Lenkwinkels (RLw_v_mom, RLw_h_mom).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt eine momentane Geschwindigkeit (v_mom) des Kraftfahrzeugs (1), insbesondere in Intervallen, erfasst wird, wobei im Schritt des Bestimmens des Grenzwertes (a_lim) die momentane Geschwindigkeit (v_mom) berücksichtigt wird, wobei oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit der Grenzwert aufgehoben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche von 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aufhebung des Grenzwertes (a_lim) und/oder der Aufhebung der Veränderung des Lenkgradienten jeweils eine allmähliche Rückführung auf deren Sollwerte, bevorzugt in Abhängigkeit des momentan eingestellten Lenkwinkels (RLw_v_mom, RLw_h_mom) und/oder einer Lenkwinkelanforderung (Lw_req) vorgenommen wird.
Steuereinheit (SG) zur Steuerung eines Aktuators (5) einer steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeugs (1), wobei die Steuereinheit die folgenden Merkmale aufweist: • eine Schnittstelle zum Erfassen eines Lenkwinkels, welcher einen momentanen Lenkwinkel (RLw_v_mom, RLw_h_mom) zumindest eines Rades (2, 3) eines Kraftfahrzeugs (1) repräsentiert, • eine weitere Schnittstelle zum Erfassen einer Lenkwinkelanforderung (Lw_req), welche eine momentane Lenkwinkeländerung aufgrund eines Fahrerwunsches oder von dieser Steuereinheit (SG) oder einer weiteren Steuereinheit bestimmten Änderung eines Lenkwinkels repräsentiert, • eine Einheit zum Bestimmen eines Grenzwertes (a_lim) einer Beschleunigung des Antriebs des Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung (4, 5), welcher eine momentan limitierte Beschleunigung (a_lim) repräsentiert, • eine Einheit zum Ansteuern des Aktuators zum Einstellen eines Lenkwinkels (RLw_v, RLw_h) zumindest eines Rades (2, 3) in Abhängigkeit zumindest der Lenkwinkelanforderung (Lw_req) und unter Anwendung des Grenzwertes (a_lim) • vorzugsweise eine Schnittstelle zum Erfassen einer Geschwindigkeit, welche eine momentane Geschwindigkeit (v_mom) des Kraftfahrzeuges repräsentiert.
steer-by-wire-Lenkung, welche mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche von 1 bis 8 betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die steer-by-wire-Lenkung (5) als Hinterachslenkung ausgebildet ist.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche von 1 bis 8 auszuführen, wobei das Computerprogramm bevorzugt auf einer Steuereinheit (SG) nach Anspruch 9 ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.