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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer als Steer-by-Wire System ausgeführten Fahrzeuglenkvorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Fahrzeuglenkvorrichtung in Steer-by-Wire Ausführung, mit einer Steuereinheit, die dazu eingerichtet und programmiert ist, ein derartiges Verfahren auszuführen.
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Fahrzeuglenkvorrichtungen in Steer-by-Wire Ausführung sind bekannt.
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Im Unterschied zu konventionellen Lenksystemen, bei denen die Räder mechanisch fest mit der Lenkhandhabe verbunden sind und es zu jeder Radstellung eine zugehörige Lenkradstellung gibt, existiert bei einer Steer-by-Wire Fahrzeuglenkvorrichtung keine direkte mechanische Verbindung zwischen Rädern und Lenkhandhabe. Die zugehörige Stellung der Räder und der Lenkhandhabe erfolgt durch Stellmotoren und mittels einer entsprechend gestalteten Sensorik.
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Nachteilig bei diesen Steer-by-Wire Fahrzeuglenkvorrichtung ist, dass bei einem abgestellten Fahrzeug das Risiko besteht, dass die Lenkhandhabe durch Personen leicht verdreht werden kann und damit eine Asynchronität zwischen der Stellung der Räder und der Stellung der Lenkhandhabe entsteht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Steuern einer als Steer-by-Wire System ausgeführten Fahrzeuglenkvorrichtung sowie eine Fahrzeuglenkvorrichtung in Steer-by-Wire Ausführung bereitzustellen, die eine Synchronität zwischen den Rädern und der Lenkhandhabe sicherstellt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Steuern einer als Steer-by-Wire System ausgeführten Fahrzeuglenkvorrichtung, die eine Lenkhandhabe, einen Überwachungssensor und einen Antrieb hat, der dazu eingerichtet ist, die Lenkhandhabe in einem abgestellten Zustand des Fahrzeugs mit einem Antriebsmoment zu beaufschlagen. Das Verfahren ist dabei durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- a) Erfassen der Lenkstellung, die die Lenkhandhabe beim Abstellen des Fahrzeugs hat, als eine Ausgangsstellung,
- b) Überwachen im abgestellten Zustand des Fahrzeugs mittels des Überwachungssensors, ob ein Lenkmoment auf die Lenkhandhabe wirkt, und
- c) Erzeugen eines Antriebsmoments im abgestellten Zustand des Fahrzeugs mittels des Antriebs, das gegen das Lenkmoment gerichtet ist.
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Das Lenkmoment ist hierbei das auf die Lenkhandhabe wirkende Moment, das die Lenkhandhabe aus der Ausgangsstellung in eine ausgelenkte Lenkstellung drängt, beispielsweise wenn sich eine Person auf der Lenkhandhabe abstützt.
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Ferner befindet sich im Sinne der Erfindung das Fahrzeug dann in einem abgestellten Zustand, wenn das Fahrzeug steht und die Antriebsmaschine des Fahrzeugs ausgeschaltet ist, beispielsweise wenn das Fahrzeug geparkt ist.
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Indem die Lenkstellung, die die Lenkhandhabe beim Abstellen des Fahrzeugs hat, als eine Ausgangsstellung erfasst wird, kann eine potentielle Asynchronität mittels des Antriebs ausgeglichen werden, so dass eine Synchronität zwischen den Rädern und der Lenkhandhabe bei Fahrtantritt gewährleistet ist.
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Ferner wird durch das Erzeugen eines gegen das Lenkmoment gerichteten Antriebsmoments im abgestellten Zustand des Fahrzeugs der Komfort erhöht, da eine ansonsten im Wesentlichen frei drehende Lenkhandhabe keinen wertigen Eindruck vermittelt.
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In einer Ausführungsform wird in Schritt c) ein Antriebsmoment erzeugt, das das Lenkmoment vollständig kompensiert, so dass die Lenkhandhabe in der Ausgangsstellung verbleibt und eine Asychronität zuverlässig verhindert ist. Mit anderen Worten fühlt sich hierdurch die Lenkhandhabe starr an, ohne dass hierzu eine aufwändig gestaltete mechanische Verrieglung erforderlich wäre, die anspruchsvolle Sicherheitskriterien erfüllen muss.
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Hierbei kann das Verfahren ferner den Schritt aufweisen:
- d) Reduzieren des Antriebsmoments auf einen Wert, der kleiner ist als das Lenkmoment, nachdem das Lenkmoment für eine bestimmte Dauer aufgebracht wurde.
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Das Antriebsmoment kann hierbei auch auf null reduziert werden, d.h. es wird kein Antriebsmoment mehr aufgebracht.
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Indem das Antriebsmoment nach einer bestimmten Zeit verringert wird, wird der Energieverbrauch reduziert und damit die Fahrzeugbatterie geschont, die den Antrieb mit Energie versorgt.
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Das Reduzieren des Antriebsmoments kann dabei kontinuierlich erfolgen, um den Komfort zu erhöhen und einen wertigen Eindruck zu vermitteln.
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In einer weiteren Ausführungsform wird in Schritt c) ein Antriebsmoment erzeugt, das das Lenkmoment vollständig kompensiert, wenn das Lenkmoment kleiner oder gleich einem Maximalwert ist. Somit wird sichergestellt, dass bei entsprechend niedrigen Lenkmomenten die Lenkhandhabe in der Ausgangsstellung verharrt.
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Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass in Schritt c) ein Antriebsmoment erzeugt wird, das das Lenkmoment teilweise kompensiert, wenn das Lenkmoment größer als der Maximalwert ist. Das bedeutet, dass die Lenkhandhabe aus der Ausgangsstellung in eine ausgelenkte Stellung verstellt wird, wenn das Lenkmoment den Maximalwert überschreitet. Hierdurch wird der Energieverbrauch begrenzt und der Antrieb effektiv vor Beschädigungen durch ein zu hohes Antriebsmoment geschützt.
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Des Weiteren kann das Verfahren den Schritt aufweisen:
- e) Rückstellen der Lenkhandhabe in die Ausgangsstellung, wenn kein Lenkmoment mehr wirkt oder das Lenkmoment kleiner oder gleich einem Maximalwert ist, insbesondere nachdem zuvor die Lenkhandhabe durch ein Lenkmoment aus der Ausgangsstellung ausgelenkt wurde, das den Maximalwert überschritten hat.
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Somit kann energieeffizient sichergestellt werden, dass die Lenkhandhabe bei Fahrtantritt in der Ausgangsstellung und damit synchron zu den Rädern des Fahrzeugs ausgerichtet ist.
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Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch eine Fahrzeuglenkvorrichtung in Steer-by-Wire Ausführung, mit einer Steuereinheit, die dazu eingerichtet und programmiert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, einer Lenkhandhabe, einem Überwachungssensor und einem Antrieb, der dazu eingerichtet ist, die Lenkhandhabe mit einem Antriebsmoment zu beaufschlagen, mit den zuvor genannten Vorteilen vorgesehen.
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Gemäß einer Ausführungsform hat die Fahrzeuglenkvorrichtung im abgestellten Zustand des Fahrzeugs einen Standby-Modus, in dem der Antrieb und der Überwachungssensor deaktiviert sind, und einen Überwachungsmodus, in dem der Antrieb betriebsbereit und der Überwachungssensor aktiv sind. Auf diese Weise kann die Fahrzeuglenkvorrichtung in einem Standby-Modus betrieben werden, um den Energieverbrauch gegenüber dem Überwachungsmodus zu reduzieren.
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Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeuglenkvorrichtung in den Überwachungsmodus verstellt wird, wenn zumindest eines der folgenden Überwachungsereignisse eintritt:
- • eine Bewegung im Fahrzeuginnenraum wurde mittels eines Bewegungssensors erfasst,
- • das Fahrzeug wird entriegelt,
- • eine Fahrertür des Fahrzeugs wurde geöffnet,
- • ein Sitzsensor eines Fahrersitzes des Fahrzeugs wurde ausgelöst,
- • ein Näherungssensor oder Berührungssensor der Lenkhandhabe wurde ausgelöst.
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Somit kann sichergestellt werden, dass sich die Fahrzeuglenkvorrichtung im Überwachungsmodus befindet, wenn die Möglichkeit besteht oder es wahrscheinlich ist, dass ein Lenkmoment auf die Lenkhandhabe aufgebracht wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Fahrzeuglenkvorrichtung in den Standby-Modus verstellt, nachdem zumindest eines der folgenden Standby-Ereignisse eingetreten ist:
- • das Fahrzeug wurde verriegelt,
- • eine Fahrertür des Fahrzeugs wurde geschlossen,
- • es wurde für eine festgelegte Dauer keine Bewegung im Fahrzeuginnenraum mittels eines Bewegungssensors erfasst,
- • es wurde für eine festgelegte Dauer keine Änderung des Zustands eines Sitzsensors eines Fahrersitzes des Fahrzeugs erkannt,
- • es wurde für eine festgelegte Dauer keine Änderung des Zustands eines Näherungssensors oder Berührungssensors der Lenkhandhabe erkannt.
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Auf diese Weise befindet sich die Fahrzeuglenkvorrichtung im energieeffizienten Standby-Modus, wenn das Risiko gering ist, dass ein Lenkmoment auf die Lenkhandhabe aufgebracht wird.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkvorrichtung, und
- - 2 in einer schematischen Darstellung die Fahrzeuglenkvorrichtung aus 1.
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In 1 ist ein Fahrzeug 10 mit Vorderrädern 12, einem Fahrzeuginnenraum 14, einer Fahrertür 16 und einem Fahrersitz 18 gezeigt, der im Fahrzeuginnenraum 14 angeordnet ist und auf dem über die Fahrertür 16 ein Fahrzeuginsasse Platz nehmen kann.
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Des Weiteren hat das Fahrzeug 10 eine Fahrzeuglenkvorrichtung 20 mit einer Steuereinheit 22 (siehe 2) und einer gegenüberliegend dem Fahrersitz 18 angeordneten Lenkhandhabe 24, die um eine Rotationsachse R drehbar gelagert ist.
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Die Fahrzeuglenkvorrichtung 20 ist hierbei ein Steer-by-Wire System, das dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Fahrzeugs 10 die lenkbaren Vorderräder 12 entsprechend einer Lenkstellung, d.h. einer Winkelstellung um die Rotationsachse R, der Lenkhandhabe 24 auszurichten, wodurch das Fahrzeug 10 in bekannter Weise über die Lenkhandhabe 24 während der Fahrt gesteuert bzw. gelenkt werden kann.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Fahrzeuglenkvorrichtung 20 dazu eingerichtet sein, im Betrieb des Fahrzeugs 10 beliebige lenkbare Räder des Fahrzeugs 10 entsprechend einer Lenkstellung der Lenkhandhabe 24 auszurichten.
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Um sicherzustellen, dass bei Fahrtantritt die Lenkhandhabe 24 stets synchron zu den Vorderrädern 12 ausgerichtet ist, hat die Fahrzeuglenkvorrichtung 20 einen Überwachungssensor 26 und einen Antrieb 28, die signalübertragend mit der Steuereinheit 22 verbunden sind.
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Der Antrieb 28 ist ein Elektromotor, insbesondere ein Stellmotor.
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In einer Ausführungsform ist der Antrieb 28 Teil einer Force-Feedback-Einrichtung der Lenkhandhabe 24.
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Der Überwachungssensor 26 ist hierbei dazu eingerichtet, die Größe eines auf die Lenkhandhabe 24 wirkenden Lenkmoments L in Umfangsrichtung der Rotationsachse R zu erfassen.
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In einer Ausführungsform ist der Überwachungssensor 26 hierzu mit einer Welle oder einer Nabe der Lenkhandhabe 24 gekoppelt, mittels der die Lenkhandhabe 24 um die Rotationsachse R drehbar an einem Fahrzeugteil befestigt ist.
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Ferner ist der Antrieb 28 dazu eingerichtet, die Lenkhandhabe 24 über ein Antriebsmoment A in Umfangsrichtung der Rotationsachse R anzutreiben.
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Hierzu kann der Antrieb 28 in einer Ausführungsform mit einer Welle oder einer Nabe der Lenkhandhabe 24 gekoppelt sein, mittels der die Lenkhandhabe 24 um die Rotationsachse R drehbar an einem Fahrzeugteil befestigt ist.
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Das Lenkmoment L und das Antriebsmoment A sind in der 2 jeweils durch einen Pfeil illustriert. Selbstverständlich ist das Erfassen des Lenkmoments L bzw. das bereitgestellte Antriebsmoment A nicht auf die dargestellte Pfeilrichtung beschränkt, sondern kann sowohl in als auch entgegen der dargestellten Pfeilrichtung erfasst bzw. bereitgestellt werden.
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In diesem Zusammenhang ist die Fahrzeuglenkvorrichtung 20 dazu eingerichtet, den Überwachungssensor 26 und den Antrieb 28 im abgestellten Zustand des Fahrzeugs 10 zu betreiben. Somit können im abgestellten Zustand des Fahrzeugs 10 mittels des Überwachungssensors 26 auf die Lenkhandhabe 24 wirkende Lenkmomente L erfasst sowie mittels des Antriebs 28 auf die Lenkhandhabe 24 wirkende Antriebsmomente A erzeugt werden.
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Des Weiteren ist die Steuereinheit 22 dazu eingerichtet und programmiert, die Fahrzeuglenkvorrichtung 20 entsprechend dem folgenden Verfahren zu steuern.
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Zunächst wird die aktuelle Lenkstellung der Lenkhandhabe 24 erfasst und als Ausgangsstellung gespeichert, wenn das Fahrzeug 10 abgestellt wird, d.h. im Moment, in dem das Fahrzeug 10 bzw. dessen Antriebsmaschine abgeschaltet wird oder unmittelbar davor.
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Die Ausgangsstellung kann hierbei mittels des Überwachungssensors 26 oder eines anderen Sensors erfolgen, der dazu eingerichtet ist, die Winkelstellung der Lenkhandhabe 24 zu erfassen.
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Nun wird im abgestellten Zustand des Fahrzeugs 10 mittels des Überwachungssensors 26 die Lenkhandhabe 24 überwacht, um zu ermitteln, ob ein Lenkmoment L auf die Lenkhandhabe 24 wirkt.
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Wird ein derartiges Lenkmoment L vom Überwachungssensor 26 erfasst, wird Mittels des Antriebs 28 ein Antriebsmoment A erzeugt, dass dem Lenkmoment L entgegenwirkt und dieses somit zumindest teilweise kompensiert.
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Das Antriebsmoment A ist hierbei betragsmäßig maximal so groß wie das Lenkmoment L.
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In einer Ausführungsform wird das Lenkmoment L vollständig kompensiert, insbesondere über die gesamte Zeit, die das Lenkmoment L andauert.
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In einer alternativen Ausführungsform wird das Lenkmoment L zunächst vollständig kompensiert. Nach einer bestimmten Zeit, über die das Lenkmoment L andauert, wird das Antriebsmoment A reduziert, so dass das Lenkmoment L ab diesem Zeitpunkt nur teilweise kompensiert wird.
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Das Antriebsmoment A kann hierbei kontinuierlich reduziert werden.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird direkt nach Erfassen des Lenkmoments L ein Antriebsmoment A erzeugt das kleiner ist als das Lenkmoment L, d.h., das Lenkmoment L wird nur teilweise kompensiert.
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Ob das Lenkmoment L vollständig oder nur teilweise kompensiert wird, kann von der Größe des Lenkmoments L abhängig sein.
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Beispielsweise ist in einer Ausführungsform ein Maximalwert vorgegeben, den das Antriebsmoment A nicht überschreiten darf. Somit wird das Lenkmoment L vollständig kompensiert, solange das Lenkmoment L kleiner oder gleich dem Maximalwert ist, während das Lenkmoment L nur teilweise kompensiert wird, wenn das Lenkmoment L größer als der Maximalwert ist.
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Selbstverständlich kann in allen Fällen, in denen das Lenkmoment L nur teilweise kompensiert wird, in einer anschließenden Phase das Lenkmoment L vollständig kompensiert werden, insbesondere in Fällen, in denen das Lenkmoment L über dem Maximalwert lag und nachfolgend auf den Maximalwert abfällt bzw. diesen unterschreitet.
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In Fällen, in denen die Lenkhandhabe 24 aus der Ausgangsstellung ausgelenkt wurde, beispielsweise weil das Lenkmoment L zumindest zeitweise über dem Maximalwert lag, wird die Lenkhandhabe 24 in die Ausgangsstellung zurück verstellt, wenn kein Lenkmoment L mehr wirkt oder das Lenkmoment L kleiner als der Maximalwert ist.
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In Fällen, in denen sich die Lenkhandhabe 24 beim Start des Fahrzeugs 10 in einer aus der Ausgangsstellung ausgelenkten Stellung befindet, kann die Lenkhandhabe 24 im betriebsbereiten Zustand des Fahrzeugs 10 mittels des Antriebs 28 in die Ausgangsstellung gestellt werden, um die Lenkstellung der Lenkhandhabe 24 mit der Ausrichtung der Vorderräder 12 zu synchronisieren.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Synchronisation der Lenkstellung der Lenkhandhabe 24 mit der Ausrichtung der Vorderräder 12 durch eine manuelle Betätigung der Lenkhandhabe 24 erfolgen, beispielsweise durch die Lenkbewegungen, die ein Fahrer unmittelbar nach Fahrtantritt vornimmt.
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Durch die gespeicherte Ausgangsstellung kann auf diese Weise eine Synchronität zwischen den Vorderrädern 12 und der Lenkhandhabe 24 zumindest unmittelbar nach Fahrtantritt gewährleistet werden.
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In einer alternativen Ausführungsform kann ein Fahrzeuginsasse vom Fahrzeug 10 aufgefordert werden, die Lenkhandhabe 24 vor dem Start des Fahrzeugs 10 zu entlasten bzw. das Lenkmoment L aufzuheben, so dass die Lenkhandhabe 24 mittels des Antriebs 28 in die Ausgangsstellung verstellt werden kann.
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Um den Energieverbrauch der Fahrzeuglenkvorrichtung 20 zu reduzieren, hat die Fahrzeuglenkvorrichtung 20 einen Standby-Modus, in dem der Antrieb 28 und der Überwachungssensor 26 abgeschaltet bzw. inaktiv sind, und einen Überwachungsmodus, in dem der Antrieb 28 und der Überwachungssensor 26 betriebsbereit bzw. aktiv sind.
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Die Fahrzeuglenkvorrichtung 20 kann dazu eingerichtet sein, in den Überwachungsmodus verstellt zu werden, wenn eines oder mehrere der folgenden Überwachungsereignisse eintritt bzw. eintreten:
- • ein Bewegungssensor 30 des Fahrzeugs 10 erfasst im Fahrzeuginnenraum 14 eine Bewegung,
- • das Fahrzeug 10 wird entriegelt,
- • die Fahrertür 16 des Fahrzeugs 10 wurde geöffnet,
- • ein Sitzsensor 32 des Fahrersitzes 18 wurde ausgelöst,
- • ein Näherungssensor oder Berührungssensor 34 der Lenkhandhabe 24 wurde ausgelöst.
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Ferner kann die Fahrzeuglenkvorrichtung 20 dazu eingerichtet sein, in den Standby-Modus verstellt zu werden, nachdem eines oder mehrere der folgenden Standby-Ereignisse eingetreten ist bzw. sind:
- • das Fahrzeug 10 wurde verriegelt,
- • die Fahrertür 16 wurde geschlossen,
- • es wurde für eine festgelegte Dauer keine Bewegung im Fahrzeuginnenraum 14 mittels des Bewegungssensors 30 erfasst,
- • es wurde für eine festgelegte Dauer keine Änderung des Zustands des Sitzsensors 32 erkannt,
- • es wurde für eine festgelegte Dauer keine Änderung des Zustands des Näherungssensors oder Berührungssensors 34 erkannt.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass, nachdem das zumindest eine Standby-Ereignis eingetreten ist, ein festgelegter Timer zu laufen beginnt und die Fahrzeuglenkvorrichtung 20 erst dann in den Standby-Modus verstellt wird, wenn der Timer abgelaufen ist. Hierdurch wird ein Zeitpuffer nach dem Standby-Ereignis bereitgestellt, in dem die Fahrzeuglenkvorrichtung 20 vor dem Wechsel in den Standby-Modus im Überwachungsmodus verbleibt, um eine unerwartete Auslenkung der Lenkhandhabe 24 in diesem Zeitfenster noch erfassen zu können.
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Auf diese Weise ist eine Fahrzeuglenkvorrichtung 20 sowie ein Verfahren zu deren Steuerung bereitgestellt, die gewährleistet, dass die lenkbaren Vorderräder 12 und die Lenkhandhabe 24 synchron gekoppelt sind.
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Insbesondere kann durch den im abgestellt Zustand des Fahrzeugs 10 bestromten Überwachungssensor 26 und den bestromten Antrieb 28 bei Verdrehung der Lenkhandhabe 24 ein Antriebsmoment A erzeugt werden, das die Lenkhandhabe 24 in der aktuellen Position hält oder bei zu hohen aufgebrachten Handmomenten die Lenkhandhabe 24 anschließend wieder definiert in die Ausgangsstellung zurückführt.
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Sitzt ein Fahrer im abgestellten Fahrzeug 10 und erzeugt ein Lenkmoment L an der Lenkhandhabe 24, indem er sich auf diese abstützt, kann zunächst ein dem Lenkmoment L entgegenwirkendes Antriebsmoment A mittels des Antriebs 28 erzeugt werden, das nach einer bestimmten Zeit allmählich reduziert wird, um die Fahrzeugbatterie zu schonen, mit der Folge, dass sich die Lenkhandhabe 24 verdreht. Unterlässt der Fahrer das Abstützen, wird die Lenkhandhabe 24 mittels des Antriebs 28 wieder in die Ausgangsstellung zurückgedreht.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden, insbesondere unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsformen.
