DE102021213389A1

DE102021213389A1 - Verfahren zum Steuern eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug und Lenksystem für ein Kraftfahrzeug zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE102021213389A1
Application number: DE102021213389.4A
Authority: DE
Inventors: Joerg Strecker; Alexander Sauter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-06-01
Also published as: WO2023094046A1

Abstract

Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug und ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug zum Durchführen des Verfahrens.

Description

Stand der Technik
Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug und ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug zum Durchführen des Verfahrens.
Lenksysteme für Kraftfahrzeuge, bei denen keine mechanische Verbindung zwischen dem an einer Eingabeeinrichtung, insbesondere Lenkhandhabe, vorgebbaren Eingabe-Sollwerts, insbesondere Handhabestellung, und der Radstellung der gelenkten Räder besteht, sind auch als Steer-by-Wire Lenksysteme bekannt. Bei solchen Lenksystemen können ungewollt Stellungsabweichungen zwischen dem an der Eingabeeinrichtung vorgegebenen Eingabe-Sollwert und einem Istwert eines auf die lenkbaren Räder wirkenden Lenkstellers auftreten. Solche Stellungsabweichungen können insbesondere dadurch auftreten, dass die Eingabeeinrichtung bei ausgeschalteter Zündung betätigt wird. Ferner kann eine verminderte Leistungsfähigkeit des Lenkstellers beispielsweise aufgrund von zu niedriger Batteriespannung oder erhöhten Temperaturen, oder ein zeitweises Blockieren des Lenkstellers, beispielsweise durch einen Bordstein, zu Stellungsabweichungen führen. Derartige Stellungsabweichungen können ein Gefährdungspotenzial darstellen. Der Abbau von Stellungsabweichungen kann daher sicherheitsrelevant sein. Daneben ist der Lenkradwinkel in vielen Fahrzeugassistenzsystemen sowie bei Funktionen des automatisierten Fahrens eine wichtige Eingangsgröße, so dass solche Stellungsabweichungen zu Komfort- und/oder Funktionseinbußen führen können.
Aus der DE 10 2015 222 512 A1 ist beispielsweise ein System und Verfahren zum Korrigieren eines Lenkversatzes bekannt.
Mit der vorliegenden Offenbarung soll ein verbessertes Lenksystem und ein verbessertes Verfahren bereitgestellt werden.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines Lenksystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Offenbarung genannt.
Entsprechend dem Anspruch 1 wird ein Verfahren zum Steuern eines Steer-by-Wire-Lenksystems für ein Kraftfahrzeug mit einer elektronischen Steuereinrichtung zum Ansteuern eines auf lenkbare Räder wirkenden Lenkstellers mittels eines Steuer-Sollwerts in Abhängig eines über eine Eingabeeinrichtung vorgebbaren Eingabe-Sollwerts, insbesondere ein von einem Fahrer einstellbarer Soll-Lenkwinkel oder eine von einem Fahrer einstellbare Soll-Zahnstangenposition, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Istwerts des Lenkstellers und Bereitstellen des über die Eingabeeinrichtung vorgebbaren Eingabe-Sollwerts Ermitteln einer Differenz zwischen einem Istwert des Lenkstellers, insbesondere ein Ist-Lenkwinkel oder eine Ist-Zahnstangenposition, und dem Eingabe-Sollwert; Bereitstellen des Steuer-Sollwerts basierend auf dem Eingabe-Sollwert und einer Kompensationsgröße, wobei die Kompensationsgröße eine Totzone und eine Kompensationsfunktion zum Reduzieren der Differenz zwischen dem Istwert des Lenkstellers und dem Eingabe-Sollwert umfasst. Unter einer Differenz wird hierbei eine über kleinere im Normalbetrieb auftretende Regeldifferenzen hinausgehende entstandene größere Differenz verstanden. Solche größeren Differenzen treten in bestimmten Fahrsituationen, wie beispielsweise dem oben beschriebenen Bordsteinabdrücken auf. Mit der Totzone werden diese größeren Abweichungen berücksichtigt. Der Vorteil der Totzone ist, dass bei nicht sicherheitsrelevanten Abweichungen, die systembedingt im Regelbetrieb auftreten, keine Funktionseingriffe und somit Reduzierung der Leistung des Lenkstellers der Achse erfolgt. Die Funktion arbeitet nur außerhalb der Totzone, wo der dann auftretende Offset als sicherheitsrelevant eingestuft wird.
Die Totzone definiert eine tolerierte Abweichung von Eingabe-Sollwert und Istwert. Es kann vorgesehen sein, dass die Totzone einen konstanten oder einen variablen Wert umfasst.
Es kann vorgesehen sein, dass der Wert der Totzone in Abhängigkeit von Werten von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Lenkgeschwindigkeit und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einer Querbeschleunigung bestimmt wird. Zwischen dem Wert der Totzone und dem Wert einer Betriebsgröße kann insbesondere ein linearer oder ein nicht linearer Zusammenhang bestehen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Wert der Totzone in Abhängigkeit einer Anwendungssituation des Steer-by-Wire-Lenksystems bestimmt wird. Eine Anwendungssituation umfasst beispielsweise einen Fahrermodus, d.h. ein Fahrer lenkt das Fahrzeug, oder einem automatisierten bzw. teilautomatisierten Fahrbetrieb, eine Startphase des Systems und/oder Übergangsphasen zwischen den genannten Anwendungssituationen.
Bei einer Anwendungssituation kann beispielsweise unterschieden werden zwischen einem Betreiben des Fahrzeugs im Fahrermodus, d.h. ein Fahrer lenkt das Fahrzeug, oder einem automatisierten bzw. teilautomatisierten Fahrbetrieb. Im automatisierten bzw. teilautomatisierten Fahrbetrieb wird beispielsweise kein Eingabe-Sollwert über die Eingabeeinrichtung vorgegeben. Ein Lenkrad kann eine andere Bewegung machen als lenkbaren Räder, beispielsweise in einer Position, insbesondere in einer Nullposition, gehalten werden oder die Lenkbewegung der Räder nur teilweisen mitgehen. Während dem automatisierten bzw. teilautomatisierten Fahrbetrieb kann eine Totzone sehr groß gewählt werden, so dass eine sehr große Abweichung von Eingabe-Sollwert und Istwert toleriert wird, und keine oder erst bei einer sehr großen Abweichung eine Kompensationsfunktion berechnet wird. Daneben kann eine Kompensation beim Wechsel zwischen den Fahrbetrieben vorteilhaft sein.
Bei einer Übernahme der Lenkung durch den Fahrer, also bei einem Übergang vom automatisierten bzw. teilautomatisierten Fahrbetrieb zum Fahrermodus, können insbesondere besonders große Abweichungen zwischen dem Fahrerwunsch, Eingabe-Sollwert, und einem tatsächlichen Istwert vorliegen. Um nun eine gezielte Reduktion der Abweichung durchzuführen, sollte für die Totzone im Fahrermodus ein kleinerer Wert gewählt werden. Die Totzone kann auch in einer Übergangsphase, insbesondere linear, reduziert werden.
Gleichermaßen kann beim Starten des Lenksystems, beispielsweise bei einer Inbetriebnahme des Fahrzeugs, ebenfalls eine Abweichung zwischen dem Eingabe-Sollwert und dem Istwert vorliegen. In diesem Fall kann die Wahl einer relativ geringen Totzone vorteilhaft sein, um bereits kleine Differenzen kontrolliert abzubauen.
Um Irritationen beim Fahrer zu vermeiden, die durch Lenkeingriffe entgegen der Absicht des Fahrers erzeugt werden könnten, ist vorgesehen, dass die Kompensationsgröße eine konstante Größe ist, wenn der Eingabe-Sollwert konstant ist. Wenn der Fahrer also nicht die Absicht hat, eine Fahrrichtung zu ändern und daher keine Änderung des Eingabe-Sollwerts vornimmt, erfolgt auch keine Änderung des Steuer-Sollwerts und somit des Ist-Wertes und folglich ergibt sich keine Änderung in der Fahrzeugbewegung.
Daneben kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Kompensationsgröße nur langsam geändert wird oder langsame Änderungen zu lässt, wenn der Eingabe-Sollwert konstant ist. Wenn der Fahrer also nicht die Absicht hat, eine Fahrrichtung zu ändern und daher keine Änderung des Eingabe-Sollwerts vornimmt, erfolgt in diesem Fall nur eine langsame Änderung des Steuer-Sollwerts und somit des Ist-Wertes und folglich ergibt sich auch nur eine langsame Änderung in der Fahrzeugbewegung.
Es kann daher auch vorteilhaft sein, dass die Kompensationsgröße eine nicht konstante Größe ist, wenn der Eingabe-Sollwert konstant ist. Die nicht konstante Größe wird dabei vorteilhafterweise so vorgegeben, dass die Kompensationsgröße nur langsam und/oder geringfügig geändert wird, sodass trotz der Änderungen der Kompensationsgröße die Kontrollierbarkeit für den Fahrer erhalten bleibt. Beispielsweise soll durch die langsame und/oder geringe Änderung der Kompensationsgröße sichergestellt werden, dass das Fahrzeug nicht unkontrollierbar die Fahrspur verlässt. Exemplarisch kann für ein PKW-Lenksystem die Änderungsrate der Kompensationsgröße zwischen 0 bis 20 mm/s, insbesondere kleiner 10 mm/s, insbesondere kleiner 5 mm/s angegeben werden. Die Änderungsrate kann auch abhängig von Betriebsgrößen des Fahrzeugs, beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, Querbeschleunigung, etc. vorgegeben werden.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Kompensationsfunktion als Kompensationsgeschwindigkeit vorgegeben wird und bei einer Änderung des Eingabe-Sollwerts in Richtung des Istwerts, der Gradient des Istwerts kleiner ist als der Gradient des Eingabe-Sollwerts und bei einer Änderung des Eingabe-Sollwerts weg von dem Istwert, der Gradient des Istwerts größer ist als der Gradient des Eingabe-Sollwerts. Über die Funktion wird grundsätzlich der Steuer-Sollwert geändert und der Istwert folgt dem Steuer-Sollwert. Dadurch kann die Differenz zwischen dem Eingabe-Sollwert und dem Istwert bei sowohl bei Lenkeingaben, die ohne Anpassung des Istwerts zu einer Vergrößerung der Differenz zwischen dem Eingabe-Sollwert und dem Istwert führen würden, als auch bei Lenkeingaben, die ohne Anpassung des Istwerts schon zu einer Verkleinerung der Differenz zwischen dem Eingabe-Sollwert und dem Istwert führen würden, effektiv verringert werden, indem der Istwert entweder schneller oder langsamer geändert wird als der Eingabe-Sollwert. Beispielsweise kann bei einer Änderung des Eingabe-Sollwerts in Richtung des Istwerts, also bei einer Lenkeingabe, die ohne Anpassung des Istwerts schon zu einer Verkleinerung der Differenz zwischen dem Eingabe-Sollwert und dem Istwert führen würde, der Wert des Gradienten des Istwerts zwischen 10 % und 90 %, insbesondere zwischen 50 % und 80 %, beispielsweise 75 %, des Werts des Gradienten des Eingabe-Sollwerts umfassen. Beispielsweise kann bei einer Änderung des Eingabe-Sollwerts weg von dem Istwert, also bei einer Lenkeingabe, die ohne Anpassung des Istwerts zu einer Vergrößerung der Differenz zwischen dem Eingabe-Sollwert und dem Istwert führen würde, der Wert des Gradienten des Istwerts zwischen 110 % und 200 %, beispielsweise 150 % des Werts des Gradienten des Eingabe-Sollwerts umfassen.
Um Irritationen beim Fahrer zu vermeiden, die durch Lenkeingriffe entgegen der Absicht des Fahrers erzeugt werden könnten, ist vorgesehen, dass bei einer Änderung des Eingabe-Sollwerts ein Vorzeichen des Gradienten des Istwerts einem Vorzeichen des Gradienten des Eingabe-Sollwerts entspricht. Somit kann sichergestellt werden, dass der durch Ansteuern des Lenkstellers hervorgerufene Lenkeingriff zum Ausgleich der Stellungsabweichung zu keinem Verstellen der gelenkten Räder entgegen der vom Fahrer beabsichtigten Lenkrichtung führt.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Kompensationsfunktion als Kompensationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit wenigstens einer Betriebsgröße des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird. Die Abhängigkeit kann beispielsweise einen linearen oder nicht linearen Zusammenhang umfassen. Betriebsgrößen sind beispielsweise eine Lenkgeschwindigkeit, eine Fahrgeschwindigkeit oder eine Querbeschleunigung.
Es kann sich weiter als vorteilhaft erweisen, wenn ein Maximal- und/oder ein Minimalwert für den Gradienten des Istwerts vorgegeben wird. Auf diese Weise kann eine minimale und/oder eine maximale Geschwindigkeit zum Abbau einer Stellungsabweichung vorgegeben werden. Eine Limitierung des Gradienten auf einen Maximalwert erfolgt unter Beachtung der aktuellen maximalen Dynamik des Lenkstellers. Diese maximale Dynamik kann Änderungen unterliegen aufgrund der aktuellen Performance des Lenkungsstellers aufgrund von äußeren Einflüssen, wie z.B. Bordnetz, Lenkdynamik oder extern anliegenden Achskräfte.
Weitere Ausführungsformen betreffen ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einer elektronischen Steuereinrichtung zum Ansteuern eines auf lenkbare Räder wirkenden Lenkstellers mittels eines Steuer-Sollwerts in Abhängigkeit eines über eine Eingabeeinrichtung vorgebbaren Eingabe-Sollwerts, insbesondere ein von einem Fahrer einstellbarer Soll-Lenkwinkel oder eine von einem Fahrer einstellbare Soll-Zahnstangenposition. Das Steer-by-Wire-Lenksystem ist dazu eingerichtet, ein Verfahren gemäß den beschriebenen Ausführungsformen auszuführen.
Weiter vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Steuern eines Lenksystems;
2 eine schematische Darstellung zur Berechnung einer Kompensationsgröße in einem Lenksystem;
3 eine schematische Darstellung zur Berechnung einer Kompensationsfunktion in einem Lenksystem;
4 eine schematische Darstellung von Größen zur Reduzierung einer Stellungsabweichung unter Berücksichtigung einer Kompensationsfunktion;
5 eine schematische Darstellung von Größen zur Reduzierung einer Stellungsabweichung ohne Kompensationsfunktion, und
6 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren ein Verfahren 100 zum Steuern eines Steer-by-Wire-Lenksystems für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Das Steer-by-Wire-Lenksystem umfasst eine elektronische Steuereinrichtung zum Ansteuern eines auf lenkbare Räder wirkenden Lenkstellers mittels eines Steuer-Sollwerts in Abhängig eines über eine Eingabeeinrichtung vorgebbaren Eingabe-Sollwerts, insbesondere ein von einem Fahrer einstellbarer Soll-Lenkwinkel oder eine von einem Fahrer einstellbare Soll-Zahnstangenposition.
Das Verfahren 100 umfasst die folgenden Schritte:

einen Schritt 110 zum Bereitstellen eines Istwerts des Lenkstellers und Bereitstellen des über die Eingabeeinrichtung vorgebbaren Eingabe-Sollwerts,
einen Schritt 120 zum Ermitteln einer Differenz zwischen einem Istwert des Lenkstellers, insbesondere ein Ist-Lenkwinkel oder eine Ist-Zahnstangenposition, und dem Eingabe-Sollwert;
einen Schritt 130 zum Bereitstellen des Steuer-Sollwerts basierend auf dem Eingabe-Sollwert und einer Kompensationsgröße, wobei die Kompensationsgröße eine Totzone und eine Kompensationsfunktion zum Reduzieren der Differenz zwischen dem Istwert des Lenkstellers und dem Eingabe-Sollwert umfasst.

Das Berechnung der Kompensationsgröße, insbesondere der Totzone und der Kompensationsfunktion, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2 und 3, am Beispiel einer Zahnstangenposition beschrieben. Alternativ kann die Berechnung der Kompensationsgröße und die Steuerung des Lenksystems auch auf einem Lenkwinkel, insbesondere Lenkradwinkel oder Radlenkwinkel, basieren.
Der Steuer-Sollwert posRack_Soll zum Steuern des Lenkstellers wird basierend auf dem Eingabe-Sollwert posRack_Soll(Fahrer) und einer Kompensationsgröße posRack_Hold bereitgestellt. Der gesamte Steuer-Sollwert ergibt sich durch die Subtraktion der Kompensationsgröße vom aktuellen Eingabe_Sollwert (posRack_Soll = posRack_Soll(Fahrer) - posRack_Hold).
Die Kompensationsgröße posRack_Hold umfasst eine Totzone und eine Kompensationsfunktion. Die Kompensationsfunktion reduziert einen dynamischen Offset. Das Reduzieren des Offsets erfolgt gemäß der Kompensationsfunktion langsam, insbesondere nicht schlagartig oder plötzlich, und kontrollierbar.
Zunächst wird die Differenz aus dem Eingabe-Sollwert posRack_Soll(Fahrer) und dem Istwert, der aktuellen tatsächlichen Zahnstangenposition posRACK_SRA, berechnet. Das Vorzeichen wird am Ende auf die Differenz multipliziert um die Richtung zu erhalten. Der Absolutwert der Differenz wird nun mit einer Totzone versehen. Die Totzone wird beispielsweise als eine Zahnstangenpositionsabweichung gewählt, die mit maximaler Dynamik des Lenkstellers ausgeregelt werden kann, ohne dass der Fahrer die Kontrolle verliert. Gemäß 2 handelt es sich hier exemplarisch um den konstanten Wert von 5 mm. Der Wert der Totzone kann auch in Abhängigkeit der Lenkgeschwindigkeit des Fahrers, der Fahrzeuggeschwindigkeit und weiteren Werten wie z.B. der Quer-beschleunigung gewählt werden, sowie auf Basis des Anwendungsfalls der Funktion.
Die nun erhaltene Differenz wird durch eine Gradientenbegrenzung modifiziert. Hierbei werden steigende Werte, d.h. Aufbau einer Differenz zwischen dem Eingabe-Sollwert posRack_Soll(Fahrer) und dem Istwert posRACK_SRA ohne Limitierung behandelt.
Beim Abbau der Differenz soll der Gradient so gewählt werden, dass der Abbau durch den Fahrer kontrollierbar ist, bzw. sich ein kontrollierbares Verhalten einstellt, vgl. RL_Limit_Falling.
3 zeigt die Berechnung des maximalen Gradienten für den Abbau der Differenz.
Zunächst wird die Lenkgeschwindigkeit des Fahrers am Beispiel der Zahnstangenposition berechnet. Das Vorzeichen der Geschwindigkeit wird mit dem Vorzeichen der Differenz zwischen dem Eingabe-Sollwert posRack_Soll(Fahrer) und dem Istwert, der aktuellen tatsächlichen Zahnstangenposition posRACK_SRA, multipliziert. Auf diese Weise werden die folgenden zwei Fälle unterschieden:

Sind die Vorzeichen gleich (oberer Pfad), lenkt der Fahrer in die gleiche Richtung in der sich bereits die Differenz ergeben hat. Beispielsweise wird links als positive Richtung betrachtet. In diesem Fall hat sich bereits nach links eine Differenz ergeben und der Fahrer lenkt weiter nach links. Der Eingabe-Sollwert wird als weg von dem Istwert geändert. D.h. dieser Lenkeingabe würde ohne Anpassung des Istwerts zu einer Vergrößerung der Differenz zwischen dem Eingabe-Sollwert und dem Istwert führen würden. Die Differenz wird verkleinert, in dem der Gradient des Istwerts größer ist als der Gradient des Eingabe-Sollwerts. Der Istwert wird also schneller geändert als der Eingabe-Sollwert.

Sind die Vorzeichen unterschiedlich (unterer Pfad), lenkt der Fahrer nicht weiter in die Richtung in der sich bereits die Differenz ergeben hat. Der Fahrer lenkt also nicht weiter nach links, sondern in entgegengesetzter Richtung, also nach rechts. Der Eingabe-Sollwert wird also in Richtung des Istwerts geändert. D.h. dieser Lenkeingabe würde ohne Anpassung des Istwerts bereits zu einer Verkleinerung der Differenz zwischen dem Eingabe-Sollwert und dem Istwert führen würden. Die Differenz wird vorliegend jedoch weiter verkleinert, in dem der Gradient des Istwerts kleiner gewählt wird, als der Gradient des Eingabe-Sollwerts. Der Istwert wird also langsamer geändert als der Eingabe-Sollwert. Dieses Vorgehen ist vorteilhaft, damit sich die Reduktion der Differenz für den Fahrer als kontrollierbar darstellt. Durch eine Lenkeingabe erwartet der Fahrer eine Anpassung der Lenkrichtung des Fahrzeugs. Daher ist es vorgesehen, dass der durch Ansteuern des Lenkstellers hervorgerufene Lenkeingriff zum Ausgleich der Stellungsabweichung zu keinem Verstellen der gelenkten Räder entgegen der vom Fahrer beabsichtigten Lenkrichtung führt.
Gemäß der dargestellten beispielhaften Ausführungsform erfolgt die Reduktion der Kompensationsgröße auf Basis der Lenkgeschwindigkeit. Beispielhaft ist gemäß der dargestellten Ausführungsform anhand der konstanten Werte 0,5 bzw. 0,25 eine lineare Abhängigkeit von der Lenkgeschwindigkeit vorgesehen. Ebenfalls möglich ist eine nichtlineare Abhängigkeit von der Lenkgeschwindigkeit des Fahrers, der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder von weiteren Werten wie z.B. der Querbeschleunigung. Weiter kann eine Limitierung des Gradienten auf einen Maximalwert unter Beachtung der maximalen Dynamik des Lenkstellers und/oder eine Limitierung auf einen Minimalwert vorgesehen sein.
In der dargestellten Ausführungsform besteht zwischen der Fahrzeugreaktion, also der Änderung des Istwerts, und der Lenkgeschwindigkeit, also der Änderung des Eingabe-Sollwerts, eine direkte Abhängigkeit. Dies kann sich als vorteilhaft erweisen, da die Fahrzeugreaktion an die Lenkdynamik des Fahrers anpasst ist.
Bei gleichen Vorzeichen (oberer Pfad) ist die Fahrzeugreaktion, also die Änderung des Istwerts, um 50 % schneller als die Lenkgeschwindigkeit. Bei unterschiedlichen Vorzeichen (unterer Pfad) ist die Fahrzeugreaktion, also die Änderung des Istwerts, um 25 % geringer als die Lenkgeschwindigkeit.
4 zeigt zeitliche Verläufe von verschiedenen Größen des Lenksystems für einen beispielhaften Anwendungsfall. Die x-Achse stellt die Zeit t in Sekunden dar, bei den y-Achsen handelt es sich um Zahnstangenpositionen in Millimetern.
In der oberen Abbildung von 4 sind absolute Werte der Größe „Zahnstangenposition“ über die Zeit dargestellt. Die gestrichelte Linie stellt die Zahnstangenposition gemäß Fahrerwunsch, auch Eingabe-Sollwert, dar. Die durchgezogene Linie stellt die tatsächliche Zahnstangenposition, auch Istwert, dar.
In der unteren Abbildung von 4 stellt die gestrichelte Linie die Differenz von Zahnstangenposition gemäß Fahrerwunsch und der tatsächlichen Zahnstangenposition und die durchgezogene Linie den Ausgang der Kompensationsfunktion dar.
Zum Zeitpunkt t = 1 s beginnt der Fahrer zu lenken.
Die tatsächliche Zahnstangenposition ändert sich gemäß der durch den Fahrer vorgegebenen Zahnstangenposition bis auf 10 mm.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist eine „Totzone“ von 5 mm vorgesehen, d.h. eine Abweichung zwischen Eingabe-Sollwert und Istwert von 5 mm wird toleriert.
Zum Zeitpunkt t_tz wird die Differenz von 5 mm zwischen Eingabe-Sollwert und Istwert erreicht. Erst danach ergibt sich eine Änderung des Ausgangswertes der Kompensationsfunktion.
In dem in 4 beispielhaft dargestellten Szenario ist die tatsächliche Zahnstangenposition im Zeitbereich von t = 0 s bis t = 4 s auf 10 mm begrenzt. Ein solche Begrenzung entsteht beispielsweise durch Umgebungseinflüsse, wie beispielsweise ein Blockieren der Räder an einer Bordsteinkante.
Der Fahrer lenkt weiter bis die vorgegebene Zahnstangenposition 40 mm ist, vgl. Zeitpunkt t = 3 s. Demzufolge steigt die Differenz bis auf 30 mm an.
Zum Zeitpunkt t = 4 s kann sich die Zahnstange bewegen. Die Blockade besteht nicht mehr.
In den Zeitbereichen zwischen t = 3 s bis t = 6 s sowie zwischen t = 7 s bis t = 8 s ändert der Fahrer die vorgegebene Zahnstangenposition nicht. In diesen Zeitbereichen wird auch die Ist-Position nicht geändert. D.h. die Kompensationsfunktion wird konstant gehalten. Es erfolgt lediglich die beispielhafte tolerierbare Änderung von 5mm bei 4 Sekunden. Grundsätzlich gilt, eine Fahrzeugreaktion, also eine Änderung der Ansteuerung des auf die Räder wirkenden Lenkstellers, erfolgt nur, wenn der Fahrer auch lenkt, d.h. wenn eine Änderung des Eingabe-Sollwerts erfolgt. Die Differenz kann dementsprechend nur abgebaut werden, wenn der Fahrer auch lenkt.
Zum Zeitpunkt t = 6 s beginnt der Fahrer die vorgegebene Zahnstangenposition wieder zu ändern. Die vorgegebene Änderung beginnt zum Zeitpunkt t = 6 s bei einer Zahnstangenposition von 40 mm und endet zum Zeitpunkt t = 7 s bei einer Zahnstangenposition von 60 mm. Im Zeitbereich von t = 6 s bis t = 7 s beträgt der Gradient der Zahnstangenposition gemäß Fahrerwunsch 20 mm/s.
Über die Kompensationsfunktion wird die Differenz zwischen der Zahnstangenposition gemäß Fahrerwunsch und der Ist-Position im Zeitbereich von t = 6 s bis t = 7 s von 25 mm auf 15 mm reduziert.
Im Zeitbereich von t = 6 s bis t = 7 s beträgt der Gradient der tatsächlichen Zahnstangenposition, also der Ist-Position, 30 mm/s, vgl. Änderung der Ist-Position von 15 mm auf 45 mm. Die Ist-Position nähert sich also der Zahnstangenposition gemäß Fahrerwunsch an, wobei gemäß der dargestellten Ausführungsform der Gradient der Ist-Position um 50 % größer ist als der Gradient der Zahnstangenposition gemäß Fahrerwunsch.
Zum Zeitpunkt t = 8 s beginnt der Fahrer die vorgegebene Zahnstangenposition wieder zu ändern. Die vorgegebene Änderung beginnt zum Zeitpunkt t = 8 s bei einer Zahnstangenposition von 60 mm und endet zum Zeitpunkt t = 11 s bei einer Zahnstangenposition von 0 mm. Im Zeitbereich von t = 8 s bis t = 11 s beträgt der Gradient der Zahnstangenposition gemäß Fahrerwunsch - 20 mm/s.
Über die Kompensationsfunktion wird die Differenz zwischen der Zahnstangenposition gemäß Fahrerwunsch und der Ist-Position im Zeitbereich von t = 8 s bis t = 11 s von 15 mm auf 0 mm reduziert.
Im Zeitbereich von t = 8 s bis t = 11 s beträgt der Gradient der tatsächlichen Zahnstangenposition, also der Ist-Position, - 15 mm/s, vgl. Änderung der Ist-Position von 45 mm auf 0 mm. Die Ist-Position nähert sich also der Zahnstangenposition gemäß Fahrerwunsch an, wobei gemäß der dargestellten Ausführungsform der Gradient der Ist-Position um 25 % kleiner ist als der Gradient der Zahnstangenposition gemäß Fahrerwunsch.
Zum Vergleich sind in 5 zeitliche Verläufe der bereits in Bezug auf 3 beschriebenen Größen für den beispielhaften Anwendungsfall dargestellt, wobei gemäß der in 5 dargestellten Größen keine Berechnung der Kompensationsfunktion erfolgt und keine Reduktion der Differenz zwischen dem Istwert des Lenkstellers und dem Eingabe-Sollwert gemäß der Kompensationsfunktion vorgenommen wird.
In dem in 5 beispielhaft dargestellten Szenario ist die tatsächliche Zahnstangenposition im Zeitbereich von t = 0 s bis t = 4 s ebenfalls auf 10 mm begrenzt. Zum Zeitpunkt t = 4 s besteht diese Begrenzung nicht mehr. D.h. zu diesem Zeitpunkt kann sich die Zahnstange wieder frei bewegen. Die Differenz zwischen der Zahnstangenposition gemäß Fahrerwunsch und der Ist-Position wird zum Zeitpunkt t = 4 s schlagartig abgebaut. Der Abbau der Abweichung von der Zahnstangenposition gemäß Fahrerwunsch und der Ist-Position kann zu einer schlagartigen Richtungsänderung des Fahrzeugs führen, was durch den Fahrer gegebenenfalls nur bedingt kontrollierbar ist. Diese bedingte Kontrollierbarkeit kann einen erheblichen Komfortverlust und Kontrollverlust darstellen.
Für die in den 4 und 5 dargestellten Größen wird von einem idealen Lenksteller ohne Dynamikverlust ausgegangen.
6 stellt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 600 dar, das eine Vorrichtung 602 zum Beeinflussen des Fahrverhaltens des Fahrzeugs 600 gemäß dem beschriebenen Verfahren umfasst. Die Vorrichtung 602 umfasst beispielsweise eine Recheneinrichtung oder mehrere Recheneinrichtungen. Die Vorrichtung 602 umfasst im Beispiel ein Regelungssystem, gemäß 2 und 3, oder wenigstens einen Teil davon.
Das Fahrzeug 600 umfasst wenigstens einen Lenkungssteller 604. Im Beispiel ist der Lenkungssteller 604 der Vorderachs-Lenkungssteller. Der Lenkungssteller 604 stellt im Beispiel einen ersten Aktuator dar, mit dem das Fahrverhalten des Fahrzeugs 600 wie beschrieben beeinflussbar ist.
Im Beispiel umfasst das Fahrzeug 600 zwei Hinterräder 606 und zwei Vorderräder 608. Die Hinterräder 606 sind im Beispiel nicht lenkbar. Die Vorderräder 608 sind im Beispiel durch den Lenkungssteller 604 wie beschrieben lenkbar. Der erste Aktuator ist im Beispiel ausgebildet, zumindest ein Rad der Vorderachse abhängig vom Überlagerungswinkel zum Fahrer für die Vorderachse zu lenken.
Es können auch zusätzlich zu den Vorderrädern 608 oder statt der Vorderräder 608 die Hinterräder 606 durch den Hinterachsen-Lenkungssteller lenkbar sein. Zudem kann das Verfahren auch radindividuell eingesetzt werden, falls es sich beim Lenkungssteller 604 nicht wie dargestellt um einen zentralen Steller handelt, der beide gelenkten Räder verbindet, sondern um zwei getrennte Steller die eine unabhängig auf das jeweils linke bzw. rechte Rad wirken.
Der Lenkungssteller 604 ist im Beispiel über mit durchgezogenen Linien dargestellte Datenleitungen mit der Vorrichtung 602 verbunden. Das Fahrzeug 600 umfasst im Beispiel einen Gierraten-Sensor 614, der ausgebildet ist die Gierrate des Fahrzeugs 600 zu erfassen. Es kann auch wenigstens ein anderer Sensor vorgesehen sein, mit dem eine Größe erfasst wird, aus der die Gierrate des Fahrzeugs 600 aus einem Modell errechenbar ist.
Alternativ oder ergänzend zur Gierrate kann auch die Querbeschleunigung berücksichtigt werden. Das Fahrzeug umfasst vorteilhafterweise entsprechende Sensoren zum Erfassen der Querbeschleunigung.
Das Fahrzeug 600 umfasst wenigstens einen Lenkwinkelsensor 616, der ausgebildet ist, den vom Fahrer des Fahrzeugs 600 eingestellten Lenkwinkel zu erfassen. Ergänzend oder alternativ umfasst das Fahrzeug 600 weitere Sensoren oder Erfassungseinrichtungen, die beispielsweise zum Erfassen einer Zahnstangenposition, einer Lenkgeschwindigkeit, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, geeignet sind. Neben einem tatsächlichen Lenkwinkelsensor kann dieser Winkel auch aufgrund interner Größen der Eingabeeinrichtung berechnet werden.
Diese Sensoren sind im Beispiel mit der Vorrichtung 602 über mit durchgezogener Linie dargestellte Datenleitungen verbunden.
Die Datenleitungen können als Teil eines Controller Area Network, CAN, Bussystems ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015222512 A1 [0003]

Claims

Verfahren (100) zum Steuern eines Steer-by-Wire-Lenksystems für ein Kraftfahrzeug (600) mit einer elektronischen Steuereinrichtung (602) zum Ansteuern eines auf lenkbare Räder wirkenden Lenkstellers (604) mittels eines Steuer-Sollwerts in Abhängig eines über eine Eingabeeinrichtung vorgebbaren Eingabe-Sollwerts, insbesondere ein von einem Fahrer einstellbarer Soll-Lenkwinkel oder eine von einem Fahrer einstellbare Soll-Zahnstangenposition, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen (110) eines Istwerts des Lenkstellers und Bereitstellen des über die Eingabeeinrichtung vorgebbaren Eingabe-Sollwerts Ermitteln (120) einer Differenz zwischen einem Istwert des Lenkstellers, insbesondere ein Ist-Lenkwinkel oder eine Ist-Zahnstangenposition, und dem Eingabe-Sollwert; Bereitstellen (140) des Steuer-Sollwerts basierend auf dem Eingabe-Sollwert und einer Kompensationsgröße, wobei die Kompensationsgröße eine Totzone und eine Kompensationsfunktion zum Reduzieren der Differenz zwischen dem Istwert des Lenkstellers und dem Eingabe-Sollwert umfasst.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die Totzone einen konstanten oder einen variablen Wert umfasst.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wert der Totzone in Abhängigkeit von Werten von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs (600), insbesondere einer Lenkgeschwindigkeit und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einer Querbeschleunigung bestimmt wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wert der Totzone in Abhängigkeit einer Anwendungssituation des Steer-by-Wire-Lenksystems bestimmt wird.
Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kompensationsgröße eine konstante Größe ist, wenn der Eingabe-Sollwert konstant ist.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kompensationsgröße eine nicht konstante Größe ist, wenn der Eingabe-Sollwert konstant ist.
Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kompensationsfunktion als Kompensationsgeschwindigkeit vorgegeben wird und bei einer Änderung des Eingabe-Sollwerts in Richtung des Istwerts, der Gradient des Istwerts kleiner ist als der Gradient des Eingabe-Sollwerts und bei einer Änderung des Eingabe-Sollwerts weg von dem Istwert, der Gradient des Istwerts größer ist als der Gradient des Eingabe-Sollwerts.
Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei einer Änderung des Eingabe-Sollwerts ein Vorzeichen des Gradienten des Istwerts einem Vorzeichen des Gradienten des Eingabe-Sollwerts entspricht.
Verfahren (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kompensationsfunktion als Kompensationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit wenigstens einer Betriebsgröße des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird.
Verfahren (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei ein Maximal- und/oder ein Minimalwert für den Gradienten des Istwerts vorgegeben wird.
Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug (600) mit einer elektronischen Steuereinrichtung (602) zum Ansteuern eines auf lenkbare Räder wirkenden Lenkstellers (604) mittels eines Steuer-Sollwerts in Abhängig eines über eine Eingabeeinrichtung vorgebbaren Eingabe-Sollwerts, insbesondere ein von einem Fahrer einstellbarer Soll-Lenkwinkel oder eine von einem Fahrer einstellbare Soll-Zahnstangenposition, wobei das Steer-by-Wire-Lenksystem dazu eingerichtet ist, ein Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.