DE102022207031A1

DE102022207031A1 - Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102022207031A1
Application number: DE102022207031.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Werner; Nicolas Boos
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-07-11
Filing date: 2022-07-11
Publication date: 2024-01-11
Also published as: CN117382726A; US20240010270A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (10), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Fahrzeug (10) ein Lenksystem (12) mit einer Lenkhandhabe (14) und mit wenigstens einem mit der Lenkhandhabe (14) wirkverbundenen Radlenkwinkelsteller (16) zur Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads (18) umfasst, und wobei in einem Normalbetriebszustand wenigstens eine Lenkfunktionalität in Abhängigkeit einer mit einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit korrelierten Betriebsgröße (20) gesteuert und/oder variiert wird.Es wird vorgeschlagen, dass die Betriebsgröße (20) in einem Fehlerbetriebszustand, in welchem eine Verfügbarkeit der Betriebsgröße (20) eingeschränkt ist und/oder eine Störung der Betriebsgröße (20) ermittelt wird, durch eine mit einer Ersatzgeschwindigkeit korrelierte Ersatzgröße (22) ersetzt wird, wobei ein situativ angepasster Übergang von der Betriebsgröße (20) auf die Ersatzgröße (22) erfolgt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung eine Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Recheneinheit.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, welche ein konventionelles Lenksystem mit einer Lenkhandhabe beispielsweise in Form eines Lenkrads, einem Radlenkwinkelsteller in Form eines Lenkgetriebes und einer Lenksäule zur mechanischen Verbindung der Lenkhandhabe mit dem Radlenkwinkelsteller umfassen. Zudem sind Fahrzeuge mit Steer-by-Wire-Lenksystemen bekannt, welche ohne eine direkte mechanische Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern auskommen und bei welchen eine Lenkvorgabe an der Lenkhandhabe ausschließlich elektrisch weitergeleitet wird. Derartige Steer-by-Wire-Lenksysteme sind üblicherweise mit einem Radlenkwinkelsteller in Form eines Zentralstellers oder mit mehreren Radlenkwinkelstellern in Form von Einzelradstellern ausgestattet.
Zudem ist bekannt, bestimmte Fahrzeug- und/oder Lenkfunktionen an eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit zu koppeln und diese Fahrzeug- und/oder Lenkfunktionen in Abhängigkeit einer mit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit korrelierten Betriebsgröße zu steuern und/oder zu variieren. Rein beispielhaft sei in diesem Zusammenhang auf die DE 10 2019 214 225 A1 verwiesen.
Bei einem plötzlichen Verlust der Fahrzeuggeschwindigkeit kann es in diesem Fall jedoch zu Situationen kommen, beispielsweise beim Durchfahren enger Kurven, in denen das Fahrzeug ohne geeignete Gegenmaßnahmen nicht mehr beherrschbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht ausgehend davon insbesondere darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Betriebssicherheit bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 10 und 11 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem, insbesondere computerimplementierten, Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Lenksystem mit einer Lenkhandhabe und mit wenigstens einem mit der Lenkhandhabe wirkverbundenen Radlenkwinkelsteller zur Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads umfasst, und wobei in einem Normalbetriebszustand wenigstens eine Lenkfunktionalität in Abhängigkeit einer mit einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit korrelierten Betriebsgröße gesteuert und/oder variiert wird.
Es wird vorgeschlagen, dass die Betriebsgröße in einem Fehlerbetriebszustand, in welchem eine Verfügbarkeit der Betriebsgröße eingeschränkt ist und/oder eine Störung der Betriebsgröße ermittelt wird, durch eine mit einer Ersatzgeschwindigkeit korrelierte Ersatzgröße ersetzt wird, wobei ein situativ angepasster Übergang von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße erfolgt. Insbesondere wird die Lenkfunktionalität dann in dem Fehlerbetriebszustand in Abhängigkeit der Ersatzgröße gesteuert und/oder variiert. Durch diese Ausgestaltung kann eine Betriebssicherheit erhöht werden. Insbesondere kann bei Verlust der Fahrzeuggeschwindigkeit eine verbesserte Beherrschbarkeit und/oder ein verbessertes Verhalten des Fahrzeugs erreicht werden.
Das Lenksystem kann vorliegend als konventionelles Lenksystem, insbesondere als elektrische Servolenkung, ausgebildet sein und einen mechanischen Durchgriff umfassen. Vorzugsweise ist das Lenksystem jedoch als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet, bei welchem eine Lenkvorgabe, insbesondere eines Fahrers, vorteilhaft rein elektrisch an die Fahrzeugräder weitergeleitet wird. Unter einem „Radlenkwinkelsteller“ soll insbesondere eine mit zumindest einem Fahrzeugrad gekoppelte Aktuatoreinheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, durch Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads eine Lenkvorgabe, beispielsweise eines Fahrers, an das Fahrzeugrad zu übertragen und hierdurch vorteilhaft zumindest eine Ausrichtung des Fahrzeugrads zu steuern und/oder eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu beeinflussen. Dazu umfasst der Radlenkwinkelsteller vorteilhaft wenigstens ein Lenkungsstellelement, beispielsweise in Form einer Zahnstange, und wenigstens einen mit dem Lenkungsstellelement wirkverbundenen Lenkaktuator, beispielsweise in Form eines Elektromotors. Der Radlenkwinkelsteller kann dabei insbesondere einer Vorderachse oder einer Hinterachse des Fahrzeugs zugeordnet sein. Zudem kann der Radlenkwinkelsteller als Zentralsteller ausgebildet und zumindest zwei, insbesondere lenkbaren, Fahrzeugrädern zugeordnet sein oder als Einzelradsteller ausgebildet und genau einem, insbesondere lenkbaren, Fahrzeugrad zugeordnet sein. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Des Weiteren umfasst das Fahrzeug wenigstens eine Recheneinheit, welche dazu vorgesehen ist, das Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs durchzuführen. Unter einer „Recheneinheit“ soll insbesondere eine elektrische und/oder elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung und eine Informationsausgabe aufweist. Vorteilhaft weist die Recheneinheit ferner zumindest einen Prozessor, zumindest einen Speicher, zumindest ein Ein- und/oder Ausgabemittel, zumindest ein Betriebsprogramm, zumindest eine Steuerroutine, zumindest eine Berechnungsroutine, zumindest eine Auswerteroutine, zumindest eine Anpassungsroutine und/oder zumindest eine Ermittlungsroutine auf. Insbesondere ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, in einem Normalbetriebszustand wenigstens eine Lenkfunktionalität des Lenksystems in Abhängigkeit einer mit einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit korrelierten Betriebsgröße zu steuern und/oder zu variieren. In diesem Zusammenhang kann die Recheneinheit dazu vorgesehen sein, eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit zu ermitteln und/oder auszuwerten. Darüber hinaus ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, die Betriebsgröße in einem Fehlerbetriebszustand, in welchem eine Verfügbarkeit der Betriebsgröße eingeschränkt ist und/oder eine Störung der Betriebsgröße ermittelt wird, durch eine mit einer Ersatzgeschwindigkeit korrelierte Ersatzgröße zu ersetzen und einen Übergang von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße situativ anzupassen. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dabei in ein Steuergerät des Fahrzeugs, beispielsweise ein zentrales Fahrzeugsteuergerät, oder ein Steuergerät des Lenksystems, insbesondere in Form eines Lenkungssteuergeräts, integriert.
Des Weiteren soll unter einer „Lenkfunktionalität“ insbesondere eine mit einer Fahr- und/oder Lenkfunktion verknüpfte Funktionalität verstanden werden, welche abhängig von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit ist und insbesondere einen direkten oder indirekten Einfluss auf ein Lenkverhalten und/oder eine Querführung des Fahrzeugs aufweist. Unter einer „Betriebsgröße“ soll ferner eine mit einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit korrelierte und insbesondere in einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs ermittelte und/oder ermittelbare Größe zur Steuerung und/oder Variation der Lenkfunktionalität verstanden werden. Insbesondere kann es sich bei der Betriebsgröße dabei unmittelbar um die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit oder eine der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechende Größe handeln. Zudem soll unter einer „Ersatzgröße“ eine mit einer von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit verschiedenen Ersatzgeschwindigkeit korrelierte und bevorzugt vorab applizierte Größe zur Steuerung und/oder Variation der Lenkfunktionalität verstanden werden, welche beispielsweise bei einer Herstellung des Fahrzeugs und/oder des Lenksystems ermittelt und in einem Betriebsspeicher des Fahrzeugs hinterlegt sein kann. Insbesondere kann die Ersatzgröße unabhängig von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit gewählt oder an eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit angelehnt sein. Bei der Ersatzgröße kann es sich beispielsweise unmittelbar um die Ersatzgeschwindigkeit oder eine der Ersatzgeschwindigkeit entsprechende Größe handeln. Ferner ist die Ersatzgröße bevorzugt von einer redundanten Betriebsgröße, beispielsweise von einer redundanten Erfassungssensorik, verschieden. Darunter, dass „ein situativ angepasster Übergang von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße erfolgt“ soll insbesondere verstanden werden, dass in Abhängigkeit einer aktuellen Fahr- und/oder Lenksituation des Fahrzeugs ein, bevorzugt kontinuierlicher und/oder allmählicher, Übergang von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße erfolgt, und zwar insbesondere über ein variables bzw. situativ anpassbares Zeitintervall und/oder mittels einer variablen bzw. situativ anpassbaren Funktion. Bevorzugt erfolgt ein Übergang von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße dabei mittels einer stetigen und differenzierbaren Funktion, insbesondere einer asymptotischen Funktion, einer Sigmoidfunktion oder vorteilhaft einer Rampenfunktion. Zudem erfolgt der Übergang vorzugsweise graduell oder sukzessive und insbesondere nicht sprunghaft, wodurch vorteilhaft ein besonders sanfter Übergang, insbesondere von einem Normalbetrieb auf einen Fehlerbetrieb, erreicht wird.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Lenkfunktionalität in dem Fehlerbetriebszustand in Abhängigkeit der Ersatzgröße gesteuert und/oder variiert wird, wobei die Ersatzgröße universell für eine Vielzahl verschiedener Fahrzeuggeschwindigkeiten, insbesondere höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten, bevorzugt mit einer Geschwindigkeit größer 15 km/h, oder universell für beliebige Fahrzeuggeschwindigkeiten gewählt ist. Hierdurch kann eine vorteilhaft sichere Fahrzeugführung erreicht werden, und zwar insbesondere zumindest in kritischen Fahrsituationen mit erhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass eine Geschwindigkeit des Übergangs von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße eine geringe Übergangsgrundgeschwindigkeit aufweist. Die Übergangsgrundgeschwindigkeit entspricht vorteilhaft einer minimalen Geschwindigkeit des Übergangs und ist bevorzugt derart gewählt, dass einem Fahrer die Änderung bzw. der Übergang von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße möglichst nicht auffällt. Insbesondere ist die Übergangsgrundgeschwindigkeit dabei größer null. Zudem kann die Geschwindigkeit des Übergangs von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße in Abhängigkeit einer Lenkbewegung an der Lenkhandhabe situativ modifiziert werden, wodurch vorteilhaft auf plötzliche Fahr- und/oder Lenkmanöver reagiert werden kann. Insbesondere kann die Übergangsgrundgeschwindigkeit in diesem Zusammenhang in Abhängigkeit der Lenkbewegung an der Lenkhandhabe variiert und/oder in Abhängigkeit der Lenkbewegung an der Lenkhandhabe mit einer, insbesondere variablen, Zusatzgeschwindigkeit beaufschlagt werden. Bevorzugt wird dabei die Geschwindigkeit des Übergangs mit steigender Lenkgeschwindigkeit und/oder Auslenkung der Lenkhandhabe erhöht. Besonders bevorzugt ist die Geschwindigkeit des Übergangs umso höher, je mehr und je schneller in Richtung maximalem Radlenkwinkel und/oder maximaler Auslenkung der Lenkhandhabe gelenkt wird. Erfolgt der Übergang von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße mittels einer Rampenfunktion, so kann ein Gradient der Rampenfunktion in Abhängigkeit der Lenkbewegung entsprechend modifiziert werden. Hierdurch kann ein besonders sicherer und situationsabhängiger Übergang von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße erreicht werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass für die Geschwindigkeit des Übergangs eine Verzögerung des Fahrzeugs berücksichtigt wird. Insbesondere kann die Geschwindigkeit des Übergangs in diesem Fall in Abhängigkeit der Verzögerung des Fahrzeugs modifiziert werden. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang die Geschwindigkeit des Übergangs mit steigender Verzögerung des Fahrzeugs erhöht. Besonders bevorzugt ist die Geschwindigkeit des Übergangs umso höher, je stärker das Fahrzeug verzögert wird. Erfolgt der Übergang von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße mittels einer Rampenfunktion, so kann der Gradient der Rampenfunktion in Abhängigkeit der Verzögerung des Fahrzeugs entsprechend modifiziert werden. Hierdurch kann auf besonders kritische Fahrsituationen besonders effektiv reagiert werden, wie beispielsweise bei einem Bremsen mit maximaler Verzögerung und minimalem Kurvenradius.
Des Weiteren kann eine maximale Geschwindigkeit des Übergangs in Abhängigkeit der Verzögerung des Fahrzeugs begrenzt werden, wodurch vorteilhaft eine Beherrschbarkeit des Fahrzeugs verbessert werden kann. Erfolgt der Übergang von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße beispielsweise mittels einer Rampenfunktion, so kann der Gradient der Rampenfunktion bei Verlust der Betriebsgröße auf eine maximale Verzögerung des Fahrzeugs gedeckelt werden.
Eine weitere Optimierung des Übergangs von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße kann erreicht werden, wenn für die Geschwindigkeit des Übergangs eine, insbesondere aktuelle, Fahrzeuggeschwindigkeit bei Eintritt des Fehlerbetriebszustands bzw. bei Auftreten der eingeschränkten Verfügbarkeit der Betriebsgröße und/oder der Störung der Betriebsgröße, also insbesondere die letzte verfügbare Fahrzeuggeschwindigkeit, berücksichtigt wird. Insbesondere kann die Geschwindigkeit des Übergangs in diesem Fall in Abhängigkeit der, insbesondere aktuellen, Fahrzeuggeschwindigkeit bei Eintritt des Fehlerbetriebszustands modifiziert werden. Besonders bevorzugt ist die Geschwindigkeit des Übergangs dabei umso höher, je höher die, insbesondere aktuelle, Fahrzeuggeschwindigkeit bei Eintritt des Fehlerbetriebszustands ist. Erfolgt der Übergang von der Betriebsgröße auf die Ersatzgröße mittels einer Rampenfunktion, so kann der Gradient der Rampenfunktion in Abhängigkeit der, insbesondere aktuellen, Fahrzeuggeschwindigkeit bei Eintritt des Fehlerbetriebszustand entsprechend modifiziert werden.
Die Lenkfunktionalität könnte beispielsweise einem, insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen, aktiven Rücklauf und/oder einer, insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen, aktiven Dämpfung, insbesondere an der Lenkhandhabe, entsprechen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird jedoch vorgeschlagen, dass die Lenkfunktionalität eine, insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige, variable Lenkübersetzung zwischen der Lenkhandhabe und dem Radlenkwinkelsteller ist. Besonders bevorzugt ist die Ersatzgröße in diesem Fall derart gewählt, dass ein mittels des Radlenkwinkelstellers einstellbarer Radlenkwinkel einem, insbesondere physikalisch und/oder mechanisch, maximalen Radlenkwinkel entspricht oder einem Radlenkwinkel entspricht, mit dem eine ausreichende Manövrierbarkeit für alle Fahrzeuggeschwindigkeiten erreicht werden kann. Hierdurch kann insbesondere bei Fahrzeugen mit geschwindigkeitsabhängiger, variabler Lenkübersetzung, bei welchen ein plötzlicher Verlust der Betriebsgröße bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit besonders sicherheitskritisch sein kann, eine Beherrschbarkeit und folglich eine Betriebssicherheit erhöht werden. Grundsätzlich ist in diesem Zusammenhang allerdings auch denkbar, für jede der genannten Lenkfunktionalitäten separate bzw. individuelle Ersatzgrößen zu ermitteln und bei einem entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahren zu verwenden.
Das Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:

Fig. la-b ein Fahrzeug mit einem als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildeten Lenksystem in einer vereinfachten Darstellung und
2 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zum Betrieb des Fahrzeugs.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1a und 1b zeigen ein beispielhaft als Personenkraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 10 mit mehreren Fahrzeugrädern 18 und mit einem Lenksystem 12 in einer vereinfachten Darstellung. Das Lenksystem 12 weist eine Wirkverbindung mit den Fahrzeugrädern 18 auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 vorgesehen. Ferner ist das Lenksystem 12 vorliegend als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet, bei welchem eine Lenkvorgabe in zumindest einem Betriebszustand elektrisch an die Fahrzeugräder 18 weitergeleitet wird. Grundsätzlich könnte ein Lenksystem jedoch auch als Überlagerungslenkung und/oder Aktivlenkung ausgebildet sein. Zudem ist denkbar, ein Lenksystem als konventionelles Lenksystem, insbesondere als elektrische Servolenkung, auszubilden.
Das Lenksystem 12 weist eine, insbesondere von einem Fahrer und/oder Insassen betätigbare, Bedieneinheit 26 auf. Die Bedieneinheit 26 umfasst eine Lenkhandhabe 14, beispielsweise in Form eines Lenkrads, sowie einen, insbesondere mechanisch mit der Lenkhandhabe 14 gekoppelten, Feedback-Aktuator 28. Im vorliegenden Fall ist der Feedback-Aktuator 28 in einem Normalbetriebszustand zumindest zur Bereitstellung eines aktiven Dämpfungsmoments und hierdurch zur Erzeugung eines Lenkwiderstands und/oder eines Rückstellmoments auf die Lenkhandhabe 14 vorgesehen. Dazu umfasst der Feedback-Aktuator 28 wenigstens einen, insbesondere als permanenterregter Synchronmotor ausgebildeten, Elektromotor (nicht dargestellt). Alternativ könnte eine Lenkhandhabe auch als Joystick, als Lenkhebel und/oder als Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Zudem könnte eine Lenkhandhabe als integriertes Bedienteil gemäß der DE 10 2017 209 745 A1 ausgebildet sein. Ferner könnte ein Feedback-Aktuator mehrere Elektromotoren umfassen. Darüber hinaus ist denkbar, auf einen Feedback-Aktuator vollständig zu verzichten.
Darüber hinaus weist das Lenksystem 12 einen an sich bekannten Radlenkwinkelsteller 16 auf. Der Radlenkwinkelsteller 16 ist mechanisch getrennt von der Bedieneinheit 26 ausgebildet. Der Radlenkwinkelsteller 16 ist rein elektrisch mit der Bedieneinheit 26 verbunden. Ferner ist der Radlenkwinkelsteller 16 beispielhaft als Zentralsteller ausgebildet. Der Radlenkwinkelsteller 16 weist eine Wirkverbindung mit zumindest zwei der Fahrzeugräder 18, insbesondere zwei Vorderrädern, auf und ist dazu vorgesehen, die Lenkvorgabe in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder 18 umzusetzen. Dazu umfasst der Radlenkwinkelsteller 16 ein beispielhaft als Zahnstange ausgebildetes Lenkungsstellelement 30 und einen mit dem Lenkungsstellelement 30 zusammenwirkenden Lenkaktuator 32. Der Lenkaktuator 32 umfasst vorliegend wenigstens einen, insbesondere als permanenterregter Synchronmotor ausgebildeten, weiteren Elektromotor (nicht dargestellt) und ist zur Ansteuerung der lenkbaren Fahrzeugräder 18 vorgesehen. Grundsätzlich könnte ein Lenksystem auch mehrere, insbesondere als Einzelradsteller ausgebildete, Radlenkwinkelsteller umfassen. Des Weiteren könnte ein Lenkaktuator mehrere Elektromotoren umfassen.
Ferner weist das Fahrzeug 10 eine an sich bekannte Erfassungssensorik 34 auf. Die Erfassungssensorik 34 kann beispielsweise als Raddrehzahlsensorik ausgebildet sein. Die Erfassungssensorik 34 ist zu einer direkten oder indirekten Erfassung einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 vorgesehen.
Vorliegend ist die Erfassungssensorik 34 dazu vorgesehen, eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zu erfassen und eine mit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit korrelierte Betriebsgröße 20 bereitzustellen. Alternativ könnte eine Erfassungssensorik jedoch auch als eine von einer Raddrehzahlsensorik abweichende Sensorik ausgebildet sein. Zudem ist auch denkbar, auf eine Erfassungssensorik zu verzichten.
Darüber hinaus weist das Fahrzeug 10 ein Steuergerät 36 auf. Das Steuergerät 36 ist im vorliegenden Fall als Lenkungssteuergerät ausgebildet und folglich Teil des Lenksystems 12. Das Steuergerät 36 weist eine elektrische Verbindung mit der Bedieneinheit 26 und mit dem Radlenkwinkelsteller 16 auf. Das Steuergerät 36 weist ferner eine elektrische Verbindung mit der Erfassungssensorik 34 auf. Das Steuergerät 36 ist zumindest zur Steuerung eines Betriebs des Lenksystems 12 vorgesehen. Das Steuergerät 36 ist vorliegend dazu vorgesehen, den Lenkaktuator 32 in Abhängigkeit von einem Signal der Bedieneinheit 26, beispielsweise in Abhängigkeit der Lenkvorgabe und/oder eines Handmoments, anzusteuern. Das Steuergerät 36 kann ferner dazu vorgesehen sein, den Feedback-Aktuator 28 in Abhängigkeit von einem Signal des Radlenkwinkelstellers 16 anzusteuern.
Dazu umfasst das Steuergerät 36 eine Recheneinheit 24. Die Recheneinheit 24 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Speicher (nicht dargestellt). Zudem umfasst die Recheneinheit 24 zumindest ein im Speicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumindest einer Berechnungsroutine, zumindest einer Ermittlungsroutine, zumindest einer Auswerteroutine und zumindest einer Anpassungsroutine.
Darüber hinaus weist das Steuergerät 36 im vorliegenden Fall einen Betriebsspeicher 38 auf. Der Betriebsspeicher 38 weist eine Wirkverbindung mit der Recheneinheit 24 auf. In dem Betriebsspeicher 38 ist vorliegend eine mit einer Ersatzgeschwindigkeit korrelierte Ersatzgröße 22 hinterlegt. Bei der Ersatzgröße 22 handelt es sich um eine vorab applizierte Größe, welche beispielsweise bei einer Herstellung des Fahrzeugs 10 und/oder des Lenksystems 12 ermittelt und in dem Betriebsspeicher 38 hinterlegt werden kann.
Prinzipiell könnte ein Steuergerät jedoch auch von einem Lenkungssteuergerät verschieden und beispielsweise als einzelnes, zentrales Fahrzeugsteuergerät mit einer zentralen Recheneinheit ausgebildet sein. Zudem ist denkbar, für einen Radlenkwinkelsteller sowie für eine Bedieneinheit separate Steuergeräte und/oder Recheneinheiten vorzusehen und diese kommunizierend miteinander zu verbinden. Des Weiteren könnte auf einen, insbesondere zusätzlichen, Betriebsspeicher auch verzichtet werden. In diesem Fall ist beispielsweise denkbar, eine Ersatzgröße in dem Speicher der Recheneinheit 24 zu hinterlegen.
Vorliegend ist die Recheneinheit 24 dazu vorgesehen, in einem Normalbetriebszustand wenigstens eine Lenkfunktionalität in Abhängigkeit der, insbesondere mit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit korrelierten, Betriebsgröße 20 zu steuern und/oder zu variieren. Beispielhaft handelt es sich bei der Lenkfunktionalität um eine, insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige, variable Lenkübersetzung zwischen der Lenkhandhabe 14 und dem Radlenkwinkelsteller 16. Alternativ oder zusätzlich könnte eine Lenkfunktionalität jedoch auch einem, insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen, aktiven Rücklauf und/oder einer, insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen, aktiven Dämpfung entsprechen.
Bei einer Störung und/oder einem Ausfall der Erfassungssensorik 34 kann es unter gewissen Umständen und/oder in gewissen Fahrsituationen, wie beispielsweise bei einer Kurvenfahrt, aufgrund des plötzlichen Wegfalls der Betriebsgröße 20 bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit zu sicherheitskritischen Situationen kommen, in welchen das Fahrzeug 10 ohne geeignete Gegenmaßnahmen nicht mehr beherrschbar ist. Fällt die Betriebsgröße 20 beispielsweise bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit vor einer Haarnadelkurve aus und friert dann ein, so kann dies dazu führen, dass die folgende Haarnadelkurve nicht mehr gefahren werden kann, da in diesem Fall durch die indirektere Lenkübersetzung bei der zu hoch angenommenen Fahrzeuggeschwindigkeit, ein maximal erreichbarer Radlenkwinkel nicht für den gegebenen Kurvenradius ausreicht. Dies hätte zur Folge, dass die Kurve nach außen verlassen werden würde. Insbesondere bei der Verwendung einer als Joystick, als Lenkhebel, als Lenkkugel oder als integriertes Bedienteil ausgebildeten Lenkhandhabe wird die Beherrschbarkeit in derartigen Situationen weiter erschwert.
Zur Vermeidung dieser sicherheitskritischen Situationen wird deshalb im Folgenden ein Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs 10 vorgeschlagen. Vorliegend ist dabei insbesondere die Recheneinheit 24 dazu vorgesehen, das Verfahren auszuführen und weist dazu insbesondere ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln auf. Alternativ könnte jedoch auch eine andere Recheneinheit eines Fahrzeugs zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen sein.
Vorliegend wird die Betriebsgröße 20 in einem Fehlerbetriebszustand, in welchem eine Verfügbarkeit der Betriebsgröße 20 eingeschränkt ist und/oder eine Störung der Betriebsgröße 20 ermittelt wird, durch die mit der Ersatzgeschwindigkeit korrelierte Ersatzgröße 22 ersetzt, sodass die Lenkfunktionalität in dem Fehlerbetriebszustand in Abhängigkeit der Ersatzgröße 22 gesteuert und/oder variiert wird. Zudem erfolgt ein situativ angepasster Übergang von der Betriebsgröße 20 auf die Ersatzgröße 22. Vorliegend erfolgt der Übergang von der Betriebsgröße 20 auf die Ersatzgröße 22 beispielhaft mittels einer Rampenfunktion, sodass abhängig von der aktuellen Situation auf die Ersatzgröße 22 gerampt wird und ein kontinuierlicher und/oder allmählicher Übergang von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit auf die Ersatzgeschwindigkeit und zwar über ein variables bzw. situativ anpassbares Zeitintervall erreicht wird.
Die Ersatzgröße 22 ist dabei universell für eine Vielzahl verschiedener Fahrzeuggeschwindigkeiten gewählt, wobei Einschränkungen beispielsweise beim Parkieren oder Manövrieren im Niedergeschwindigkeitsbereich tolerierbar sind. Zudem ist die Ersatzgröße 22 derart gewählt, dass die sich ergebene Lenkübersetzung derart eingestellt ist, dass ein mittels des Radlenkwinkelstellers 16 einstellbarer Radlenkwinkel einem, insbesondere physikalisch und/oder mechanisch, maximalen Radlenkwinkel entspricht oder einem Radlenkwinkel entspricht, mit dem eine ausreichende Manövrierbarkeit für alle Fahrzeuggeschwindigkeiten erreicht werden kann.
Des Weiteren weist eine Geschwindigkeit des Übergangs von der Betriebsgröße 20 auf die Ersatzgröße 22 eine geringe Übergangsgrundgeschwindigkeit auf, welche so gewählt ist, dass einem Fahrer die Änderung bzw. der Übergang von der Betriebsgröße 20 auf die Ersatzgröße 22 möglichst nicht auffällt. Vorliegend wird dazu mit einem langsamen Gradienten auf diese Ersatzgröße 22 gerampt, sobald die Betriebsgröße 20 bzw. die Fahrzeuggeschwindigkeit verloren geht. Zudem kann die Geschwindigkeit des Übergangs in Abhängigkeit einer Lenkbewegung an der Lenkhandhabe 14 situativ modifiziert werden, wodurch vorteilhaft auf plötzliche Fahr- und/oder Lenkmanöver reagiert werden kann. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang die Geschwindigkeit des Übergangs mit steigender Lenkgeschwindigkeit und/oder Auslenkung der Lenkhandhabe 14 erhöht, wobei die Geschwindigkeit des Übergangs umso höher ist, je mehr und je schneller in Richtung maximalem Radlenkwinkel und/oder maximaler Auslenkung der Lenkhandhabe 14 gelenkt wird. Im vorliegenden Fall kann dazu der Gradient der Rampenfunktion in Abhängigkeit der Lenkbewegung modifiziert werden.
Zudem kann bei der Geschwindigkeit des Übergangs eine Verzögerung des Fahrzeugs 10 berücksichtigt werden. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise die Geschwindigkeit des Übergangs in Abhängigkeit der Verzögerung des Fahrzeugs 10 modifiziert werden. Bevorzugt wird dabei die Geschwindigkeit des Übergangs mit steigender Verzögerung des Fahrzeugs 10 erhöht, wobei die Geschwindigkeit des Übergangs umso höher ist, je stärker das Fahrzeug 10 verzögert wird. Im vorliegenden Fall kann dazu der Gradient der Rampenfunktion in Abhängigkeit der Verzögerung des Fahrzeugs 10 modifiziert werden. Hierdurch kann auf besonders kritische Fahrsituationen besonders effektiv reagiert werden, wie beispielsweise bei einem Bremsen mit maximaler Verzögerung und minimalem Kurvenradius. Ferner kann eine maximale Geschwindigkeit des Übergangs in Abhängigkeit der Verzögerung des Fahrzeugs 10 begrenzt werden. Im vorliegenden Fall kann dazu der Gradient der Rampenfunktion bei Verlust der Betriebsgröße 20 auf eine maximale Verzögerung des Fahrzeugs 10 gedeckelt werden.
Eine weitere Optimierung des Übergangs von der Betriebsgröße 20 auf die Ersatzgröße 22 kann erreicht werden, wenn für die Geschwindigkeit des Übergangs die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit bei Eintritt des Fehlerbetriebszustands bzw. bei Auftreten der eingeschränkten Verfügbarkeit der Betriebsgröße 20 und/oder der Störung der Betriebsgröße 20, also die letzte verfügbare Fahrzeuggeschwindigkeit, berücksichtigt wird. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang die Geschwindigkeit des Übergangs in Abhängigkeit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit bei Eintritt des Fehlerbetriebszustands modifiziert. Dabei kann die Geschwindigkeit des Übergangs beispielsweise umso höher sein, je höher die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit bei Eintritt des Fehlerbetriebszustands ist. Im vorliegenden Fall kann dazu der Gradient der Rampenfunktion in Abhängigkeit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit bei Eintritt des Fehlerbetriebszustand modifiziert werden.
Darüber hinaus können bei der Geschwindigkeit des Übergangs weitere Lenkungs- und/oder Fahrzeuggrößen berücksichtigt werden, wie beispielsweise eine Lenkgeschwindigkeit, eine Lenkbeschleunigung, Spurstangenkräfte, eine Quer- und/oder Längsbeschleunigung, eine Gierrate und/oder ein aktueller Radlenkwinkel.
Zudem kann ein analoges Verfahren grundsätzlich auch für den Übergang von der Ersatzgröße 22 auf die Betriebsgröße 20 verwendet werden, beispielsweise falls in einem auf den Fehlerbetriebszustand folgenden weiteren Betriebszustand die Betriebsgröße 20 wieder verfügbar ist und/oder keine Störung der Betriebsgröße 20 mehr vorliegt.
2 zeigt abschließend ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten des Verfahrens zum Betrieb des Fahrzeugs 10.
Ein Verfahrensschritt 40 entspricht einem, insbesondere fehlerfreien, Normalbetriebszustand. In diesem Fall wird wenigstens eine Lenkfunktionalität, vorliegend insbesondere eine variable Lenkübersetzung zwischen der Lenkhandhabe 14 und dem Radlenkwinkelsteller 16, in Abhängigkeit der, insbesondere mit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit korrelierten, Betriebsgröße 20 gesteuert und/oder variiert.
In einem Verfahrensschritt 42 tritt ein Fehler in Form eines plötzlichen Verlusts der Fahrzeuggeschwindigkeit auf, wodurch eine Verfügbarkeit der Betriebsgröße 20 eingeschränkt ist und/oder eine Störung der Betriebsgröße 20 vorliegt.
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 44 erfolgt ein situativ angepasster Übergang von der Betriebsgröße 20 auf die Ersatzgröße 22. Vorliegend erfolgt der Übergang von der Betriebsgröße 20 auf die Ersatzgröße 22 insbesondere mittels einer Rampenfunktion, sodass abhängig von der aktuellen Situation auf die Ersatzgröße 22 gerampt wird und ein kontinuierlicher und/oder allmählicher Übergang von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit auf die Ersatzgeschwindigkeit und zwar über ein variables bzw. situativ anpassbares Zeitintervall erreicht wird.
Im Verfahrensschritt 46 wird die wenigstens eine Lenkfunktionalität, vorliegend insbesondere die variable Lenkübersetzung zwischen der Lenkhandhabe 14 und dem Radlenkwinkelsteller 16, in Abhängigkeit der, insbesondere mit der Ersatzgeschwindigkeit korrelierten, Ersatzgröße 22 gesteuert und/oder variiert.
Das beispielhafte Ablaufdiagramm in 2 soll lediglich beispielhaft ein Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs 10 beschreiben. Insbesondere können einzelne Verfahrensschritte auch variieren oder zusätzliche Verfahrensschritte hinzukommen. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise denkbar, eine Geschwindigkeit des Übergangs von der Betriebsgröße 20 auf die Ersatzgröße 22 in Abhängigkeit einer Lenkbewegung an der Lenkhandhabe 14, in Abhängigkeit einer Verzögerung des Fahrzeugs 10 und/oder einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit bei Auftreten des Fehlers situativ zu modifizieren. Ferner könnte die Lenkfunktionalität beispielsweise einem, insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen, aktiven Rücklauf und/oder einer, insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen, aktiven Dämpfung entsprechen. In diesem Zusammenhang ist insbesondere auch denkbar, für jede der genannten Lenkfunktionalitäten separate bzw. individuelle Ersatzgrößen zu ermitteln und entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwenden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019214225 A1 [0003]
DE 102017209745 A1 [0021]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (10), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Fahrzeug (10) ein Lenksystem (12) mit einer Lenkhandhabe (14) und mit wenigstens einem mit der Lenkhandhabe (14) wirkverbundenen Radlenkwinkelsteller (16) zur Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads (18) umfasst, und wobei in einem Normalbetriebszustand wenigstens eine Lenkfunktionalität in Abhängigkeit einer mit einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit korrelierten Betriebsgröße (20) gesteuert und/oder variiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsgröße (20) in einem Fehlerbetriebszustand, in welchem eine Verfügbarkeit der Betriebsgröße (20) eingeschränkt ist und/oder eine Störung der Betriebsgröße (20) ermittelt wird, durch eine mit einer Ersatzgeschwindigkeit korrelierte Ersatzgröße (22) ersetzt wird, wobei ein situativ angepasster Übergang von der Betriebsgröße (20) auf die Ersatzgröße (22) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkfunktionalität in dem Fehlerbetriebszustand in Abhängigkeit der Ersatzgröße (22) gesteuert und/oder variiert wird, wobei die Ersatzgröße (22) universell für eine Vielzahl verschiedener Fahrzeuggeschwindigkeiten oder universell für beliebige Fahrzeuggeschwindigkeiten gewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geschwindigkeit des Übergangs von der Betriebsgröße (20) auf die Ersatzgröße (22) eine geringe Übergangsgrundgeschwindigkeit aufweist und in Abhängigkeit einer Lenkbewegung an der Lenkhandhabe (14) situativ modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Übergangs mit steigender Lenkgeschwindigkeit und Auslenkung der Lenkhandhabe (14) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Geschwindigkeit des Übergangs eine Verzögerung des Fahrzeugs (10) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Geschwindigkeit des Übergangs in Abhängigkeit der Verzögerung des Fahrzeugs (10) begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Geschwindigkeit des Übergangs eine Fahrzeuggeschwindigkeit bei Eintritt des Fehlerbetriebszustands berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkfunktionalität eine variable Lenkübersetzung zwischen der Lenkhandhabe (14) und dem Radlenkwinkelsteller (16) ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ersatzgröße (22) derart gewählt ist, dass ein mittels des Radlenkwinkelstellers (16) einstellbarer Radlenkwinkel einem maximalen Radlenkwinkel entspricht oder einem Radlenkwinkel entspricht, mit dem eine ausreichende Manövrierbarkeit für alle Fahrzeuggeschwindigkeiten erreicht werden kann.
Recheneinheit (24) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug (10), insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Lenksystem (12), welches eine Lenkhandhabe (14) und wenigstens einen mit der Lenkhandhabe (14) wirkverbundenen Radlenkwinkelsteller (16) zur Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads (18) umfasst, und mit einer Recheneinheit (24) nach Anspruch 10.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (12) als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet ist.