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Die Erfindung betrifft eine Lenkanordnung für eine Achse eines automatisierten Nutzfahrzeugs, wobei das automatisierte Nutzfahrzeug eine automatisierte Fahrfunktion zur Querführung aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein automatisiertes Nutzfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkanordnung für ein automatisiertes Nutzfahrzeug und/oder eines die Lenkanordnung umfassenden automatisierten Nutzfahrzeugs, wobei das automatisierte Nutzfahrzeug eine automatisierte Fahrfunktion zur Querführung aufweist.
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Bedingt durch die geometrischen Eigenschaften bekannter Lenkanordnungen einer Achse, insbesondere einer als Starrachse ausgebildeten Frontachse eines Nutzfahrzeugs, und der mechanischen Konstruktion der Lenkanordnung, kommt es bei Einfederbewegungen der Achse gegenüber dem Chassis zu ungewollten Lenkbewegungen der Vorderachse, auch wenn ein an einem Lenkrad und/oder an einem Lenkgetriebe beispielsweise durch eine automatisierte Fahrfunktion zur Querführung eingestellter Lenkwinkel unverändert ist. Dies kann zu Problemen führen, bei einer automatisierten Fahrfunktion eine Geradeausfahrt einzuregeln, weil bekannte Systeme den eingestellten Lenkwinkel am Lenkrad und/oder dem Lenkgetriebe abgreifen. Daher muss der Lenkbedarf erst über eine Spurabweichung erkannt werden. Anhand der Spurabweichung kann entsprechend dem eingestellten Lenkwinkel nachgeregelt werden, wie beispielsweise in
DE 10 2010 054 222 A1 offenbart.
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DE 10 2010 054 222 A1 offenbart ein Verfahren zum Einstellen eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, mit Erfassen einer einen Lenkwinkel lenkbarer Fahrzeugräder kennzeichnenden Ist-Lenkwinkelgröße mittels einer den Fahrzeugrädern zugeordneten Lenkwinkelsensorvorrichtung, Erfassen einer einen Lenkradwinkel eines Lenkhandrads kennzeichnenden Ist-Lenkradwinkelgröße mittels einer dem Lenkhandrad zugeordneten Lenkradwinkelsensorvorrichtung und Einstellen des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der ermittelten Ist-Lenkwinkelgröße und Ist-Lenkradwinkelgröße.
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DE 10 2004 053 741 A1 offenbart eine lenkbare Achse eines Kraftfahrzeugs, die über wenigstens ein Drehwinkelsensorelement verfügt. Einen Lenkwinkel betreffende Daten können etwa an einen Fahrzeugführungsrechner übermittelt, dort ausgewertet und schließlich zu einer automatischen, aktiven Steuerung bestimmter Fahrparameter, wie etwa Fahrstabilität oder zur Korrektur des Lenkeinschlags genutzt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu bereichern und eine verbesserte Lenkanordnung für eine Achse eines automatisierten Nutzfahrzeugs bereitzustellen, wobei insbesondere beim Ein- und Ausfedern eine zuverlässige Spurführung möglich ist.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie den Gegenständen nach den weiteren unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung an.
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Gemäß der Erfindung wird eine Lenkanordnung für eine Achse eines automatisierten Nutzfahrzeugs bereitgestellt, wobei das automatisierte Nutzfahrzeug eine automatisierte Fahrfunktion zur Querführung aufweist. Die Lenkanordnung umfasst: ein Steuergerät, einen Lenkaktuator und einen Lenkwinkelsensor zum Erfassen einer einen tatsächlichen Lenkwinkel charakterisierenden Größe, wobei die Größe eine Position, Auslenkung und/oder Drehung eines zwischen dem Lenkaktuator und einem Rad des Nutzfahrzeugs angeordneten Lenkelements ist, wobei der Lenkwinkelsensor und das Steuergerät zum Übermitteln der Größe an das Steuergerät verbunden sind, und wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, ein Lenksignal anhand der Größe zu ermitteln und das Lenksignal an den Lenkaktuator zum Betätigen des Lenkaktuators zu übermitteln.
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Die Lenkanordnung ist dazu eingerichtet, die automatisierte Fahrfunktion für das Nutzfahrzeug zu ermöglichen und/oder zu unterstützten. Dazu weist die Lenkanordnung das Steuergerät, den Lenkaktuator und den Lenkwinkelsensor auf. Der Lenkaktuator ist dazu eingerichtet, ein oder mehrere Lenkelemente zum Einstellen des Lenkwinkels des Rads zu betätigen. Das oder die Lenkelemente sind somit zwischen dem Lenkaktuator und dem Rad angeordnet. Ein Lenkelement kann jegliches mechanisch bewegbares Element zwischen dem Lenkaktuator und dem Rad sein, das die Messung der Größe ermöglicht. Beispielsweise kann das Lenkelement ein Teil des Lenkgestänges sein, wobei das Lenkelement die Messung der Größe ermöglicht.
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Der tatsächliche Lenkwinkel ist der sich am Rad einstellende Lenkwinkel, der eine Lenkung und/oder Geradeausfahrt des Nutzfahrzeugs bewirkt. Der Lenkwinkelsensor ist dazu eingerichtet, unmittelbar oder mittelbar den tatsächlichen Lenkwinkel zu erfassen beziehungsweise zu messen. Beispielsweise kann der Lenkwinkelsensor als Drehwinkelsensorelement ausgebildet und dazu eingerichtet sein, als Größe einen Drehwinkel an einem Achsschenkel der Lenkanordnung zu messen. Damit ist eine unmittelbare Messung des tatsächlichen Lenkwinkels möglich. Beispielsweise kann der Lenkwinkelsensor alternativ dazu eingerichtet sein, die Position und/oder Auslenkung einer Koppel- und/oder Spurstange als Größe zu messen, woraus der tatsächliche Lenkwinkel ermittelbar ist. Damit ist eine mittelbare Messung des tatsächlichen Lenkwinkels möglich.
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Das Steuergerät ist zum Empfangen der Größe durch den Lenkwinkelsensor eingerichtet. Das Steuergerät verarbeitet die Größe, um das Lenksignal zu ermitteln und an den Lenkaktuator zu übermitteln. Der Lenkaktuator empfängt das Lenksignal und kann entsprechend dem Lenksignal den Lenkwinkel das Rads regeln, um den tatsächlichen Lenkwinkel einzustellen.
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Erfindungsgemäß wird der tatsächliche Lenkwinkel an der Lenkachse messtechnisch erfasst, also an der Lenkanordnung zwischen dem Lenkaktuator und einschließlich dem Rad. Damit wird der tatsächliche Lenkwinkel erfasst. Dieser wahre beziehungsweise tatsächliche Lenkwinkel wird im Regelkreis der Automatisierung eingelesen und ausgeregelt. An dieser Stelle ersetzt er den bislang ausgelesenen und/oder eingeregelten Lenkradwinkel und/oder Lenkwinkel des Stellaktuators.
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Damit ist eine bedeutende Verbesserung der Spurführungsperformance möglich. Eine effektive und zuverlässige Querführung des Nutzfahrzeugs ist möglich. Das Fahrzeug folgt der eingeregelten Spur besser und der Breitenbedarf zum Fahren des Nutzfahrzeugs ist verringert. Weiterhin können Störgrößen schnell und zuverlässig ausgeregelt werden. Eine automatisierte Fahrfunktion zur Querführung kann zuverlässig und effektiv durchgeführt werden.
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Vorzugsweise ist der Lenkwinkelsensor dazu eingerichtet, in Reaktion auf das Lenksignal eine den tatsächlichen Lenkwinkel charakterisierende Feedback-Größe zu erfassen und an das Steuergerät zu übermitteln, und das Steuergerät ist dazu eingerichtet, das Lenksignal anhand der Feedback-Größe anzupassen. Damit ist ein Regelkreis gegeben. Durch das Lenksignal kann sich der tatsächliche Lenkwinkel ändern. Der geänderte tatsächliche Lenkwinkel wird überwacht, um das Lenksignal gegebenenfalls derart anpassen zu können, dass der tatsächliche Lenkwinkel dem durch das Lenksignal eingestellten Lenkwinkel entspricht. Die Feedback-Größe ist dabei wie die Größe durch den Lenkwinkelsensor messbar.
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Vorzugsweise ist das Steuergerät dazu eingerichtet, einen Lenkbefehl zu erfassen und das Lenksignal unter Berücksichtigung des Lenkbefehls zu ermitteln. Der Lenkbefehl ist eine fahrerseitige Lenkanforderung an den tatsächlichen Lenkwinkel, die durch die automatisierte Fahrfunktion beziehungsweise eine Fahrassistenz unterstützt werden soll. Alternativ ist der Lenkbefehl eine Lenkanforderung an den tatsächlichen Lenkwinkel, die durch eine automatisierte Fahrfunktion definiert ist. Damit ist eine umfassende Unterstützung der automatisierten Fahrfunktion und/oder einer vollautomatisierten Querführung möglich. Der Lenkbefehl kann dabei eine Anforderung an den tatsächlichen Lenkwinkel umfassen, der einzuregeln ist.
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Vorzugsweise ist das Steuergerät dazu eingerichtet, anhand des Lenkbefehls einen Soll-Lenkwinkel zu ermitteln, wobei das Lenksignal abhängig von dem Soll-Lenkwinkel und dem tatsächlichen Lenkwinkel ist. Damit kann der Lenkaktuator mit einem von der Differenz zwischen dem Soll-Lenkwinkel und dem tatsächlichen Lenkwinkel abhängigen Lenksignal gesteuert und/oder geregelt werden.
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Vorzugsweise ist der Lenkaktuator ein elektromechanischer Lenkaktuator. Damit ist eine Regelung des Lenkaktuators effektiv möglich. Der elektromechanischer Lenkaktuator ist dazu eingerichtet, elektrische Signale in eine mechanische Lenkaktuierung umzuwandeln. Ein elektromechanischer Lenkaktuator kann präzise und schnell geregelt werden, was eine effektive und genaue Querführung des Nutzfahrzeugs und präzise automatisierte Fahrfunktionen ermöglicht.
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Vorzugsweise ist der Lenkwinkelsensor dazu eingerichtet, die Größe relativ zu einer Längsrichtung des Nutzfahrzeugs zu erfassen. Die Längsrichtung des Nutzfahrzeugs entspricht einer Vorwärtsfahrtrichtung bei einer Geradeausfahrt des Nutzfahrzeugs. Die Längsrichtung ist durch die Lenkanordnung definierbar. Die Achse, an der die Lenkanordnung im montierten Zustand angeordnet ist, ist typischerweise senkrecht zur Längsachse angeordnet. Durch die Messung der Größe relativ zu der Längsrichtung ist ein effektives Erfassen der Größe zum Charakterisieren des tatsächlichen Lenkwinkels gegeben. Eine Verfälschung der Messung der Größe durch eine Ein- oder Ausfederbewegung kann somit ausgeschlossen werden. Dafür ist der Lenkwinkelsensor alternativ oder zusätzlich dazu eingerichtet, die Größe anhand einer Lage des Rades, einer Koppelstange, einer Lage einer Spurstange und/oder eines Umlenkhebels zu erfassen. Diese Elemente der Lenkordnung beziehungsweise des Lenkgestänges stellen Beispiele für Möglichkeiten bereit, den Lenkwinkelsensor entsprechend einzurichten und anzuordnen.
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Vorzugsweise ist die Lenkanordnung eine Lenkanordnung für eine Starrachse und/oder eine Vorderachse des Nutzfahrzeugs. Insbesondere bei einer als Starrachse ausgebildeten gelenkten Vorderachse ermöglicht die Lenkanordnung eine verbesserte Spurführung und ermöglicht so eine verbesserte Querführung für eine automatisierte Fahrfunktion.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein automatisiertes Nutzfahrzeug bereitgestellt. Das automatisierte Nutzfahrzeug umfasst eine Lenkanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche. Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug eine als Starrachse ausgebildete gelenkte Vorderachse mit der Lenkanordnung. Die Lenkanordnung kann ein als vorteilhaft und/oder optional Beschriebenen Merkmal umfassen, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.
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Das automatisierte Nutzfahrzeug ist ausgestaltet, um eine Querführung bei einem automatisierten Fahren des Nutzfahrzeugs zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise zu übernehmen. Das automatisierte Fahren kann derart erfolgen, dass die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs (weitgehend) autonom erfolgt. Das automatisierte Nutzfahrzeug kann auch als teilautonomes und/oder autonomes Nutzfahrzeug bezeichnet werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkanordnung für eine Achse eines automatisierten Nutzfahrzeugs und/oder eines die Lenkanordnung umfassenden automatisierten Nutzfahrzeugs, wobei das automatisierte Nutzfahrzeug eine automatisierte Fahrfunktion zur Querführung aufweist, bereitgestellt. Das Verfahren weist die Schritte auf: Erfassen einer einen tatsächlichen Lenkwinkel charakterisierenden Größe, wobei die Größe eine Position, Auslenkung und/oder Drehung eines zwischen dem Lenkaktuator und einem Rad des Nutzfahrzeugs angeordneten Lenkelements ist, Übermitteln der Größe an ein Steuergerät, Ermitteln eines Lenksignals anhand der Größe; und Übermitteln des Lenksignals an einen Lenkaktuator zum Betätigen des Lenkaktuators. Die Verfahren und/oder die Lenkanordnung kann ein als vorteilhaft und/oder optional beschriebenes Merkmal umfassen, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sowie deren technische Effekte ergeben sich aus den Figuren und der Beschreibung der in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsformen. Dabei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Lenkanordnung für eine Achse eines automatisierten Nutzfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines automatisierten Nutzfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
- 3 einen schematischen Ablaufplan eines Verfahrens zum Betreiben einer Lenkanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Lenkanordnung 100 für eine Achse 105 eines automatisierten Nutzfahrzeugs 101 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Lenkanordnung 100 ist eine Lenkanordnung für die Achse 105 des automatisierten Nutzfahrzeugs 101 wie mit Bezug zu 2 beschrieben.
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Wie schematisch in 1 dargestellt ist, sind an der Achse 105 Räder 190 des Nutzfahrzeugs 101 lenkbar gelagert. Die Ausrichtung jedes der Räder 190 definiert einen tatsächlichen Lenkwinkel L. Der tatsächliche Lenkwinkel L kann dabei für jedes der Räder 190 verschieden sein.
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Die Lenkanordnung 100 umfasst ein Steuergerät 160. Das Steuergerät 160 ist und/oder umfasst eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von von dem Steuergerät 160 empfangenen Daten und zum Übermitteln von Signalen. Das Steuergerät 160 ist dazu eingerichtet, einen Lenkbefehl 161 zu empfangen. Beispielsweise umfasst das Steuergerät 160 dazu eine CAN-Schnittstelle (nicht gezeigt). Der Lenkbefehl 161 definiert eine Anforderung an den Lenkwinkel L der Räder 190. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, anhand des Lenkbefehls 161 einen Soll-Lenkwinkel SL zu ermitteln. Der Soll-Lenkwinkel SL ist der gemäß dem Lenkbefehl 161 angeforderte und einzuregelnde tatsächliche Lenkwinkel L. Das Steuergerät 160 ist dazu eingerichtet, den Lenkbefehl 161 zu erfassen und ein Lenksignal 162 unter Berücksichtigung des Lenkbefehls 161 zu ermitteln. Das Steuergerät 160 ist dazu eingerichtet, anhand des Lenkbefehls 161 einen Soll-Lenkwinkel SL zu ermitteln, wobei das Lenksignal 162 so ermittelt wird, dass das Lenksignal 162 abhängig von dem Soll-Lenkwinkel SL und dem tatsächlichen Lenkwinkel L ist.
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Die Lenkanordnung 100 umfasst einen Lenkaktuator 180. Der Lenkaktuator 180 ist insbesondere ein elektromechanischer Lenkaktuator 181. Das Steuergerät 160 und der Lenkaktuator 180 sind miteinander verbunden und dazu eingerichtet, dass das Steuergerät 160 ein Lenksignal 162 an den Lenkaktuator 180 zum Betätigen des Lenkaktuators 180 übermitteln kann. Der Lenkaktuator 180 ist dazu eingerichtet, anhand des Lenksignals 162 eine durch eine gepunktete Linie schematisch illustrierte Lenkbetätigung 163 eines Lenkelements 170 durchzuführen. Dafür wandelt der Lenkaktuator 180 gemäß dem Lenksignal 162 elektrische Energie aus einer nicht dargestellten Energiespeichervorrichtung in mechanische Energie in Form der Lenkbetätigung 163 um. Durch die Lenkbetätigung 163 des Lenkelements 170 wird der tatsächliche Lenkwinkel L der Räder 190 geändert.
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Die Lenkanordnung 110 umfasst einen Lenkwinkelsensor 110. Der Lenkwinkelsensor 110 ist zum Erfassen einer den tatsächlichen Lenkwinkel L charakterisierenden Größe G eingerichtet. Die Größe G ist eine Position, Auslenkung und/oder Drehung eines zwischen dem Lenkaktuator 180 und einem der Räder 190 des Nutzfahrzeugs 101 angeordneten Lenkelements 170. Der Lenkwinkelsensor 110 ist dazu eingerichtet, die Größe G anhand einer Lage des jeweiligen Rades 190, einer Koppelstange 115, einer Lage einer Spurstange 120 und/oder eines Umlenkhebels 125 zu erfassen. Der Lenkwinkelsensor 110 ist dazu eingerichtet, die Größe G relativ zu einer Längsrichtung A des Nutzfahrzeugs 101 zu erfassen. Die Längsrichtung A ist in 1 durch eine punkt-gestrichelte Linie schematisch illustriert. Beispielsweise ist die Längsrichtung A durch die Anordnung der Achse 105 als senkrecht zu der Achse 105 definiert. Alternativ oder zusätzlich ist die Längsrichtung A durch die Räder 190 definiert, beispielsweise ist die Längsrichtung A senkrecht zu einer die Mittelpunkte der Räder 190 verbindenden Querrichtung (nicht eingezeichnet). Zusätzlich kann der Lenkwinkel L anderweitig erfasst werden, beispielsweise wie im Stand der Technik bekannt durch ein Abgreifen des Lenkbefehls 161, um eine Plausibilisierung durchzuführen.
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Der Lenkwinkelsensor 110 und das Steuergerät 160 sind miteinander verbunden und dazu eingerichtet, dass der Lenkwinkelsensor 110 die Größe G an das Steuergerät 160 übermitteln kann. Das Steuergerät 160 ist dazu eingerichtet, das Lenksignal 162 anhand der Größe G zu ermitteln.
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Der Lenkwinkelsensor 110 ist dazu eingerichtet, in Reaktion auf das Lenksignal 162 eine den tatsächlichen Lenkwinkel L charakterisierenden Feedback-Größe G` zu erfassen und an das Steuergerät 160 zu übermitteln. Das Steuergerät 160 ist dazu eingerichtet, das Lenksignal 162 anhand der Feedback-Größe G` anzupassen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines automatisierten Nutzfahrzeugs 101 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Das Nutzfahrzeug 101 umfasst die Lenkanordnung 100 wie mit Bezug zu 1 beschrieben. Die Lenkanordnung 100 ist eine Lenkanordnung 100 für eine Starrachse 150 und eine Vorderachse 155 des Nutzfahrzeugs 101. Das automatisierte Nutzfahrzeug 101 weist eine automatisierte Fahrfunktion zur Querführung auf. Die Längsrichtung A ist die Vorwärtsfahrtrichtung des Nutzfahrzeugs 101 bei einer Geradeausfahrt.
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3 zeigt einen schematischen Ablaufplan eines Verfahrens 200 zum Betreiben einer Lenkanordnung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Das Verfahren 200 ist ein Verfahren 200 zum Betreiben einer Lenkanordnung 100 wie mit Bezug zu 1 beschrieben. Zusätzlich oder alternativ ist das Verfahren 200 ein Verfahren zum Betreiben eines die Lenkanordnung 100 umfassenden automatisierten Nutzfahrzeugs 101 wie mit Bezug zu 2 beschrieben, wobei das automatisierte Nutzfahrzeug 101 eine automatisierte Fahrfunktion zur Querführung aufweist
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Das Verfahren 200 beginnt mit einem Erfassen 210 einer einen tatsächlichen Lenkwinkel L charakterisierenden Größe G, wobei die Größe G eine Position, Auslenkung und/oder Drehung eines zwischen dem Lenkaktuator 180 und einem Rad 190 des Nutzfahrzeugs 101 angeordneten Lenkelements 170 ist.
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Es folgt ein Übermitteln 220 der Größe G an ein Steuergerät 160. Anhand der Größe G erfolgt ein Ermitteln 230 eines Lenksignal 162.
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Es folgt ein Übermitteln 240 des Lenksignals 162 an einen Lenkaktuator 180 zum Betätigen des Lenkaktuators 180.
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Bezugszeichen
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- 100
- Lenkanordnung
- 101
- automatisiertes Nutzfahrzeug
- 105
- Achse
- 110
- Lenkwinkelsensor
- 115
- Koppelstange
- 120
- Spurstange
- 125
- Umlenkhebel
- 150
- Starrachse
- 155
- Vorderachse
- 160
- Steuergerät
- 161
- Lenkbefehl
- 162
- Lenksignal
- 163
- Lenkbetätigung
- 170
- Lenkelement
- 180
- Lenkaktuator
- 181
- elektromechanischer Lenkaktuator
- 190
- Rad
- 200
- Verfahren
- 210
- Erfassen einer Größe
- 220
- Übermitteln der Größe
- 230
- Ermitteln des Lenksignals
- 240
- Übermitteln des Lenksignals
- A
- Längsrichtung
- L
- Lenkwinkel
- SL
- Soll-Lenkwinkel
- G
- Größe
- G'
- Feedback-Größe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010054222 A1 [0002, 0003]
- DE 102004053741 A1 [0004]
