DE10335949A1

DE10335949A1 - Lenksystem für ein Kraftfahrzeug

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Publication number: DE10335949A1
Application number: DE10335949A
Authority: DE
Inventors: Muqtada Brownstown Husain; Brian Ann Arbor Daugherty; John Taylor Oynoian
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2023-08-05
Also published as: GB2392145A; DE10335949B4; JP2004075051A; US6842678B2; GB2392145B; US20040039508A1; GB0316589D0

Abstract

Das Lenkungssystem ist selektiv in einem der drei Modi: Steer-by-Wire, elektronische Servolenkung (EPAS) und manuelle Lenkung betreibbar. Das Steer-by-Wire-System enthält ein Fahrer-Interface-System (12) ein Rad-Antriebs-System (14) und eine Steuerung zur Überwachung und Implementierung der bevorzugten Steuerungs-Strategie. Das Lenksystem der vorliegenden Erfindung wird im Normalfall im Steer-by-Wire-Modus betrieben. Sowohl im Servolenkungs-Modus als auch im manuellen Modus veranlasst die Steuerung (16), dass ein Kupplungs-Mechanismus (50) aktiviert wird und dadurch eine mechanische Verbindung zwischen der Lenkeinrichtung (20) und der Zahnstangenlenkung hergestellt wird. Im EPAS-Modus ist entweder der Rad-Antrieb (38) oder der Reaktionsmoment-Generator (26) verfügbar, um die Lenkunterstützung (Servorlenkungs-Funktion) zu bieten. Alternativ sind im manuellen Modus sowohl das Fahrer-Interface-System (12) als auch das Rad-Antriebs-System (14) deaktiviert und ist das Fahrzeug allein mechanisch lenkbar.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem für ein Fahrzeug, das steuerbare Räder entsprechend den Aktionen eines Fahrers bewegt, wobei die steuerbaren Räder nicht mit den manuellen Steuerungs-Elementen mechanisch verbunden sind.
Ein typisches Kraftfahrzeug wird gesteuert, indem die Aktionen einer manuell betätigten Lenkeinrichtung, wie zum Beispiel eines Lenkrads, auf einen Lenkungs-Mechanismus übertragen werden, so dass dieser die lenkbaren Räder entsprechend ausrichtet. Im allgemein ist die manuelle Lenkeinrichtung innerhalb des Passagier-Innenraums des Fahrzeugs angeordnet, die lenkbaren Räder sind an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet. Es ist ein geeigneter Lenkmechanismus erforderlich, um die manuelle Lenkeinrichtung und die lenkbaren Räder zu koppeln.
Ein Lenkmechanismus nach dem Stand der Technik ist ein Lenkmechanismus nach Art einer Zahnstangenlenkung. In einer Zahnstangenlenkung wird die Drehbewegung des Lenkrads durch eine Lenksäule auf ein Zahnrad-Getriebe an ihrem äußeren Ende übertragen. Das Zahnrad-Getriebe steht mit einer Zahnstange in Verbindung, die lateral zwischen den steuerbaren Rädern angeordnet ist, welche wiederum mit der Zahnstange durch Spur stangenhebel und Spurstangen verbunden sind. Auf diese Weise wird die Rotation des Lenkrads in eine laterale Bewegung der Zahnstange umgesetzt, wodurch die lenkbaren Räder in die gewünschte Richtung auslenkt werden. Im Allgemeinen sind mechanische Lenksysteme mit Servo-Unterstützung ausgerüstet, und zwar mittels hydraulischer oder elektrischer Servo-Antriebe.
Um die Einschränkungen, die den mechanischen Lenksystem eigen sind, zu überwinden, ist schon früher vorgeschlagen worden, ein Lenksystem zu verwenden, bei dem die manuelle Lenkeinrichtung nicht mit den lenkbaren Rädern mechanisch verbunden ist, und in der die Lenkbewegung durch einen elektrisch gesteuerten Motor erfolgt, ein so genanntes Steer-by-Wire-System. In einem Steer-by-Wire-System arbeitet ein Lenkungs-Antrieb entsprechend den erfassten Werten von verschiedenen Lenkungs-Parametern, wie dem Winkel des Lenkrads und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Quer-Beschleunigung des Fahrzeugs und des Winkels der Räder auf der Straße. Diese erfassten Werte werden elektronisch von Sensoren oder alternativ von einem zentralen Steuergerät zum Lenkantrieb für die Räder kommuniziert. Nach Empfang und Verarbeitung des Lenk-Kommandos orientiert der Lenkantrieb entsprechend den Lenkparametern des Fahrzeugs die lenkbaren Räder in die gewünschte Richtung.
Um dem Fahrer ein Lenkgefühl zu vermitteln, verwendet ein typisches Steer-by-Wire Fahrzeug einen Reaktions-Moment-Generator, der ein Reaktions-Moment in der manuellen Lenkeinrichtung synthetisiert und generiert. Wenn zum Beispiel die manuelle Lenkeinrichtung ein Lenkrad ist, wird der Reaktions-Moment-Generator ganz allgemein Drehmoment an eine Lenksäule anlegen, die mit dem Lenkrad gekoppelt ist, um dem Fahrer des Fahrzeugs eine Widerstandskraft oder eine unterstützende Kraft zur Verfügung zu stellen. Im Allgemeinen wird die Größe und Richtung des Reaktions-Moments von einem Steuerungssystem bestimmt, das mit dem Reaktions- Moment Generator, dem Lenkantrieb für die Räder und den verschiedenen Sensorsystemen des Fahrzeugs zusammenarbeitet.
Die Anwendbarkeit von Steer-by-Wire Systemen auf die vielfältigen Situationen bietet eine große Anzahl von Vorteilen, die mechanisch gesteuerte Fahrzeuge nicht besitzen. Trotz dieser Vorteile es ist nicht der Fall, dass die mit Steer-by-Wire Systemen ausgerüsteten Fahrzeuge den gegenwärtigen Markt der Automobile dominierten. Man glaubt, dass ein hybrides Lenksystem geeignet ist, den Übergang von mechanisch gekoppelten Lenksystemen zu Steer-by-Wire Systemen in Automobilen zu erleichtern.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Lenkungssystem, das wählbar in drei verschiedenen Betriebsarten arbeiten kann: Steer-by-Wire, elektronische Servolenkung (EPAS) und manuelle Lenkung. Das Steer-by-Wire System weist ein Fahrer-Interface-System (FIS), ein Rad-Antriebs-System (RWAS) und ein Steuergerät zur Überwachung und Implementierung der bevorzugten Steuerungs-Strategie auf. Die Steuerungs-Architektur der vorliegenden Erfindung reduziert die gesamte Anzahl der Sensoren, die für den Betrieb des Steer-by-Wire Fahrzeugs erforderlich ist. Dementsprechend reduziert die Steuerungs-Architektur die Gesamtkosten des Lenksystems für das Fahrzeug.
Das Fahrer-Interface-System hat eine Lenkeinrichtung, die um die Lenksäule herum gedreht werden kann. Die Rotation der Lenkeinrichtung und der Lenksäule wird mit Hilfe eines Sensors für den Winkel des Lenkrads, der um die Lenksäule herum angeordnet ist, gemessen. Die Lenksäule ist mit einem Generator für das Reaktionsmoment verbunden, der auf Basis der anwendbaren Lenkparameter ein Lenk-Gefühl erzeugt. Zu den Lenkparametern zählen unter anderen die Fahrzeug-Geschwindigkeit, der Winkel des Lenkrads, die Gierrate, die Last auf dem Lenkgetriebe und die Quer-Beschleunigung.
Das Rad-Antriebs-System (RWAS) enthält einen Antrieb für die Lenkung des Rades, der auf die Kommandos vom Steuergerät hin arbeitet. Dieser Rad-Antrieb ist operativ mit einem Lenksystem nach Art einer Zahnstangenlenkung verbunden. Über das Steuergerät dreht der Rad-Antrieb das Lenkgetriebe, was dann wiederum die seitliche Bewegung der Zahnstange veranlasst und dadurch die Räder auslenkt. Genauso wie beim Fahrer-Interface-System wird die Funktion und Leistung des Rad-Antriebs Systems durch eine Vielzahl von Sensoren überwacht.
Das Lenksystem in der vorliegenden Erfindung arbeitet normalerweise in einem Steer-by-Wire Modus, in dem Informationen über die Winkelposition der Lenkeinrichtung mit anderen betreffenden Informationen kombiniert werden, um ein Steuersignal zu berechnen. Dieses Steuersignal wird vom Steuergerät an den Rad-Antrieb übergeben. Wie schon gesagt, lenkt dann der Rad-Antrieb mechanisch die Räder durch den Zahnstangen-Lenkungsmechanismus des Rad-Antriebs Systems aus. Allerdings ist das Lenksystem auch dafür eingerichtet, in einem elektronischen Servolenkungs-Modus oder einem manuellen Modus zu arbeiten, und zwar für den Fall einer Fehlfunktion irgendeiner Komponente des Fahrer-Interface-Systems oder des Rad-Antriebs-Subsystems.
Sowohl im Servolenkungs-Modus als auch im manuellen Modus veranlasst das Steuergerät, dass ein Kupplungs-Mechanismus eingeschaltet wird und auf diese Weise eine mechanische Verbindung zwischen der Lenkeinrichtung und der Zahnstangenlenkung hergestellt wird. Im Servolenkungs-Modus ist entweder der Rad-Antrieb oder der Generator für das Reaktionsmoment verfügbar, um den Lenkvorgang zu unterstützen. Alternativ sind im manuellen Modus sowohl das Fahrer-Interface-System als auch das Rad-Antriebs-System deaktiviert und das Fahrzeug ist auf rein mechanischem Wege lenkbar. In dem Fall, dass die Stromversorgung des Systems abgestellt ist oder das Fahrzeug nicht fährt, ist das Lenksystem der vorliegenden Erfindung im manuellen Modus betreibbar.
In der Zeichnung zeigen:
1: ein schematisches Block-Diagramm eines Lenksystems entsprechend einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
2: ein Flussdiagramm, das die übergreifenden Steuerungsfunktionen des Lenksystems aus der vorliegenden Erfindung darstellt, einschließlich einer Entscheidungs-Matrix für die System-Steuerung,
3: ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsschema für die Sub-Matrix A 1 darstellt,
4: ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsschema für die Sub-Matrix A 2 darstellt,
5: ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsschema für die Sub-Matrix A 3 darstellt,
6: ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsschema für die Sub-Matrix B 2 darstellt,
7: ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsschema für die Sub-Matrix B 3 darstellt, und
8: ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsschema für die Sub-Matrix C 3 darstellt.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt 1 ein schematisches Block-Diagramm eines Steer-by-Wire-Systems 10 der vorliegenden Erfindung. Das Steer-by-Wire System 10 enthält als primäre Komponenten ein Fahrer-Interface-System (FIS) 12, ein Rad-Antriebs-System (RWAS) 14 und ein Steuergerät 16, das die entsprechenden Systeme überwacht und steuert. Die Steuerungs-Architektur des Steer-by-Wire Systems 10 der vorliegenden Erfindung ist aufgebaut auf der Unabhängigkeit des Betriebs des Fahrer-Interface-Systems 12 und des Rad-Antriebs-Systems 14. Das Steer-by-Wire System 10 wird durch eine Batterie 18 mit Energie versorgt, welche elektrische Energie für die verschiedenen elektrischen Komponenten dieses Systems zur Verfügung stellt.
Das Fahrer-Interface-System 12 enthält eine Lenkeinrichtung 20, die um die Lenksäule 22 herum gedreht werden kann. Die Lenksäule 22 erstreckt sich von der Lenkeinrichtung 20 zum Rad-Antriebs-System 14. Zwischen der Lenksäule 22 und dem Rad-Antriebs-System 14 befindet sich ein Kupplungs-Mechanismus 50, dessen Steuerung weiter hinten beschrieben ist. Die Rotation der Lenkeinrichtung 20 und der Lenksäule 22 wird mit Hilfe eines Sensors für den Lenkrad-Winkel 24 gemessen, der an der Lenksäule 22 angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführung hat der dargestellte Sensor für den Lenkrad-Winkel 24 mindestens eine unabhängige Erfassungseinheit, so dass die Redundanz der Messung sichergestellt ist. Die Lenksäule 22 ist mit einem Reaktions-Moment-Generator 26 verbunden, dessen Betrieb durch das Steuergerät 16 gesteuert wird.
Der Reaktions-Moment-Generator 26 generiert das ihm vorgegebene Reaktions-Moment an der Lenksäule 22. Dadurch bietet er entweder Widerstand oder Lenkhilfe für den Fahrer des Fahrzeugs bei der Rotation der Lenkeinrichtung 20. Die Leistung des Reaktionsmoment-Generators 26 wird mit Hilfe eines Paares von Betriebszustands-Sensoren überwacht. Ein Strom-Sensor für den Reaktionsmoment-Generator 28 misst die Größe des Stroms, der vom Reaktions-Moment-Generator gezogen wird, und übergibt die Messungen an das Steuergerät 16. In ähnlicher Weise überwacht ein Temperatur-Sensor für den Reaktions-Moment-Generator 30 die Temperatur des Reaktionsmoment-Generators 26 und übergibt die Messungen an das Steuergerät 16. Die vorangehend beschriebenen Sensoren und weitere Sensoren, die mit dem Fahrer-Interface-System 12 verbunden sind, sind auch als die "Lenkungs-Sensoren" bezeichnet.
Das Rad-Antriebs-System 14 hat einen Rad-Antrieb 38, der auf die Steuerungs-Signale vom Steuergerät 16 hin arbeitet. Der Rad-Antrieb 38 ist operativ mit einem Zahnrad-Getriebe 42 verbunden, das wiederum mit einem Zahnstangengetriebe 40 gekoppelt ist, das in einer Querrichtung des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Zahnstangen-Getriebe 40 ist mit oder Teil einer Achse 46 gekoppelt, die sich seitlich durch das Fahrzeug hindurch bis zu einer Position erstreckt, die für die Räder 48 geeignet ist. Über das Steuergerät 16 dreht der Rad-Antrieb 38 das Zahnrad-Getriebe 42, das wiederum die laterale Bewegung des Zahnstangen Getriebes 40 erzeugt, und dann durch ein typisches Lenkungs- und Aufhängungs-System die Auslenkung und die Steuerung der Räder 48 veranlasst.
Die Funktion des Rad-Antriebs-Systems 14 wird durch eine Vielzahl von Sensoren überwacht. Die Radpositions-Sensoren 32a, 32b sind für die Messung oder die Ermittlung der Winkel-Positionen der Räder 48 eingerichtet. Sie kommunizieren diesen Wert zum Steuergerät 16. Während des Lenk-Vorgangs misst ein Sensor für die Zahnstangen-Last 44 die Last auf der Zahnstange 40. Auch dieser Wert wird an das Steuergerät 16 übergeben. Die Betriebsbedingungen des Rad-Antriebs 38 werden durch einen Temperatur-Sensor für den Rad-Antrieb 36 und einen Strom-Sensor für den Rad-Antrieb 34 überwacht. Die vorangehend genannten Sensoren und weitere Sensoren, die mit dem Rad-Antriebs-System 14 verbunden sind, werden im Folgenden Dokument auch als "Rad-Sensoren" bezeichnet.
Das Lenksystem 10 der vorliegenden Erfindung weist weitere Komponenten auf, wie zum Beispiel einen Sensor für die Gier-Rate 52, einen Sensor für die Quer-Beschleunigung 54 und einen Sensor für die Fahrzeug-Geschwindigkeit 56. Die vorangehend genannten Sensoren sind primär ausgerichtet auf die Messung oder die Berechnung von Fahrzeug-Parametern. Sie werden deswegen hauptsächlich verwendet, um die Leistung des Lenksystems zu maximieren. Zusätzlich erfasst ein Sensor für den Batterie-Strom 58 den Strom, der für das Lenksystem 10 verfügbar ist, und übergibt diesen Wert an das Steuergerät 16.
Das Lenksystem 10 arbeitet im Normalfall in einem Steer-by-Wire Modus, in dem Information über die Winkelposition der Lenkeinrichtung 20 mit anderen diesbezüglichen Informationen kombiniert werden, um ein Steuerungssignal zu berechnen, das das Steuergerät 16 als Anweisung an den Rad-Antrieb 38 übergibt. Wie schon bemerkt, lenkt dann der Rad-Antrieb 38 auf mechanischem Wege die Räder 48 mit Hilfe des Zahnstangen-Mechanismus des Rad-Antriebs-Systems 14.
Allerdings ist das Lenksystem 10 auch für den Betrieb in einem Servolenkungs-(EPAS)Modus und einem manuellen Modus eingerichtet. Der Betrieb in einem dieser Modi wird durch das Steuergerät 16, und zwar als Antwort auf eine Fehlfunktion in einem beliebigen Teil entweder des FIS 12 oder des Rad-Antriebs-Systems 14 bestimmt. Wenn die Batterie 18 nicht in der Lage ist, ausreichend elektrischen Strom zu liefern, oder wenn das Lenksystem 10 der vorliegenden Erfindung abgeschaltet ist, veranlasst das Fehlen von elektrischer Energie, dass der Kupplungs-Mechanismus 50 aktiviert (verbunden) wird.
Sowohl im Servolenkungs- (EPAS) Modus als auch im manuellen Modus veranlasst das Steuergerät 16, dass einen Kupplungs-Mechanismus 50 aktiviert (eingekuppelt) wird, und dadurch die Lenksäule 22 mit dem Zahnrad- Getriebe 42 verbunden wird. Einer der beiden Antriebe, entweder der Rad-Antrieb 38 oder der Reaktionsmoment-Generator 26, kann verwendet werden, um die Rotation der Lenksäule 22 und des Zahnrad-Getriebe 42 im Servolenkungs-Modus zu unterstützen. Im manuellen Modus sind sowohl der Rad-Antrieb 38 als auch der Reaktionsmoment-Generator 26 deaktiviert, und die Rotation des Zahnrad-Getriebes 42 wird einzig und allein durch die manuelle Rotation der Lenksäule 22 erreicht. Das Steuerungsschema für den Steer-by-Wire Modus, den Servolenkungs-Modus und den manuellen Modus wird nun eingehender diskutiert mit Bezug auf die 2 bis 8.
2 ist ein Flussdiagramm auf oberem Level für die Diagnose von und die Reaktion auf Fehlfunktionen im Lenksystem 10 der vorliegende Erfindung. Es beginnt mit Schritt S101 und Schritt S102, in denen das Steuergerät 16 die Prüfung auf Fehlfunktionen des Systems durchführt. Auf Grund der Komplexität des Lenksystems 10 prüft das Steuergerät 16 auf Fehlfunktionen des Systems in drei abhängigen Bereichen: den Reaktions-Moment-Generator in Schritt S104, die Sensoren in Schritt S106 und den Rad-Antrieb in Schritt S108. Im Bezug auf die Sensoren überprüft das Steuergerät 16 den funktionalen Zustand der Lenkungs-Sensoren in Schritt S120 und den der Rad-Sensoren in Schritt S122. Da das Fahrer-Interface-System 12 und das Rad-Antriebs-System 14 die beschriebenen Antriebe und Sensoren aufweisen, ist eine eingehende Analyse mit einem entsprechenden Quervergleich erforderlich.
Die funktionale Abhängigkeit der Schritte S104, S120, S122 und S108 ist klar gezeigt in der Matrix M 1. Obwohl eine beliebige Fehlfunktion ausreichend ist dafür, dass das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50 einschaltet, ist es notwendig, dass das Steuergerät 16 den Zustand von anderen abhängigen und unabhängigen Subsystemen eingehender überprüft. Zum Beispiel wird eine Fehlfunktion des Sensors für den Lenkrad-Winkel 24 allein das gesamte Fahrer-Interface-System 12 außer Betrieb nehmen und deswegen wird der Kupplungs-Mechanismus 50 aktiviert werden. Eine zweite Fehlfunktion, wie die des Reaktionsmoment-Generators 26. wird ebenfalls das Fahrer-Interface-System betriebsunfähig machen, allerdings ist es dann nicht erforderlich, dass das Steuergerät 16 weitere ausgleichende Aktionen durchführt. Im Gegensatz dazu wird eine dritte Fehlfunktion des Sensors für die Zahnstangen-Last 44 das Rad-Antriebs-System 14 betriebsunfähig machen, und demzufolge muss das Steuergerät 16 das Lenkungssystem 10 in den manuellen Modus setzen.
Als Konsequenz daraus sind die jeweiligen Betriebszustände des Reaktions-Moment-Generators, des Rad-Antriebs, der Lenkungs-Sensoren, und der Rad-Sensoren erforderlich, um eine Steuerungs-Strategie zu implementieren. Die Matrix M 1 zeigt eine tabellarische Auflistung der möglichen Ergebnisse der Prüfungen auf Fehlfunktionen in den diesbezüglichen Bereichen. Y heißt Ja und N heißt Nein. Zum Beispiel zeigt die Sub-Matrix A 1 die Abhängigkeit zwischen dem Reaktions-Moment-Generator und dem Rad-Antrieb, die in vier möglichen kombinatorischen Ergebnissen resultiert: Y/Y, Y/N, N/Y, und N/N. In ähnlicher Weise zeigen die Sub-Matrizen A 2, A 3, B 2, B 3 und C 3 die kombinatorischen Ergebnisse der Abfragen in den diesbezüglichen Bereichen, wie detailliert in den 3 bis 8 dargestellt ist.
Bevor zu einer detaillierten Diskussion der Abhängigkeit des FIS 12 und des Rad-Antriebs-Systems 14 weitergegangen werden kann, fragt, wie in 2 dargestellt, in Schritt S110 das Steuergerät 16 ab, ob der Batterie-Strom ausreichend ist. Die Batterie 18 ist unabhängig von den anderen Systemen, daher wird jeder Mangelzustand an Batterie-Strom dazu führen, dass die mechanische Kopplung aktiviert wird, wie in Schritt S112 gezeigt. Ohne ausreichenden elektrischen Strom hat das Steuergerät 16 den Servolenkungs-Modus als Betriebs-Modus nicht zur Verfügung, und daher muss das Lenkungssystem 10 in einem rein manuellen Modus betrieben werden, wie in Schritt S114 gezeigt. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normale Überwa chung und Steuerung des Lenksystems 10 in Schritt S116 wieder auf. Wenn der Batterie-Strom jedoch ausreichend ist, geht das Steuergerät 16 weiter auf die Matrix M 1, auf die dann die relevanten Sub-Matrizen folgen.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerungs-Algorithmus summarisch darstellt, der in der Sub-Matrix A 1 ausgeführt wird, startend mit Schritt S130. Das Steuergerät 16 ermittelt die funktionale Fähigkeit des Reaktionsmoment-Generators in Schritt S132 und des Rad-Antriebs in Schritt S134. Wenn, wie in Schritt S136 dargestellt, eine Fehlfunktion sowohl des Reaktionsmoment-Generators 26 als auch des Rad-Antriebs 38 vorliegt, wird der Kupplungs-Mechanismus 50 aktiviert. In Schritt S138 deaktiviert das Steuergerät 16 das Rad-Antriebs-System 14 und das Fahrer-Interface-System 12 und betreibt das Lenksystem 10 in einem manuellen Modus. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S140 wieder auf.
Wenn, wie in Schritt S142 dargestellt, der Reaktions-Moment-Generator 26 eine Fehlfunktion aufweist, aber der Rad-Antrieb 38 funktionsfähig ist, aktiviert das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50. Da das Fahrer-Interface-System 12 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät 16 dieses und betreibt das Fahrzeug in einem Servolenkungs-Modus, in dem der Rad-Antrieb 38 die elektronische Servo-Unterstützung bietet, wie in Schritt S144 gezeigt. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S146 wieder auf.
Wenn, wie in Schritt S148 dargestellt, der Reaktionsmoment-Generator 26 funktionsfähig ist, aber der Rad-Antrieb 38 nicht funktionsfähig ist, aktiviert das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50. Da das Rad-Antriebs-System 14 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät 16 dieses und betreibt das Fahrzeug in einem Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktionsmoment-Generator 26 die elektronische Servo-Unterstützung, wie in Schritt S150 gezeigt, bietet. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S152 wieder auf.
Wenn weder der Reaktionsmoment-Generator 26 noch der Rad-Antrieb 38 eine Fehlfunktion aufweisen, wie in Schritt S154 gezeigt, hält das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50 in einem ausgekuppelten (getrennten) Zustand. Das Lenkungssystem 10 wird dann in einem Steer-by-Wire Modus betrieben, wie in Schritt S156 gezeigt, und das Steuergerät 16 nimmt die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S158 wieder auf.
4 ist ein Flussdiagramm, das summarisch den Steuerungs-Algorithmus darstellt, der in der Sub-Matrix A 2 ausgeführt wird, startend mit Schritt S160. Das Steuergerät 16 überprüft in Schritt S162, ob der Reaktionsmoment-Generator funktionsfähig ist, und in Schritt S164, ob die Lenkungs-Sensoren funktionsfähig sind. Wenn, wie in Schritt S166 dargestellt, eine Fehlfunktion von sowohl dem Reaktions-Moment-Generator 26 als auch einem der verschiedenen Lenkungs-Sensoren vorliegt, wird der Kupplungs-Mechanismus 50 aktiviert. In Schritt S168 deaktiviert das Steuergerät 16 das Fahrer-Interface-System 12 und betreibt das Lenkungssystem 10 in einem Servolenkungs-Modus, wobei der Rad-Antrieb 38 die elektronische Servo-Unterstützung bietet. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S170 wieder auf.
Wenn; wie in Schritt S172 dargestellt; der Reaktions-Moment-Generator eine Fehlfunktion aufweist, aber die Lenkungs-Sensoren funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50. Da das Fahrer-Interface-System 12 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät 16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Rad-Antrieb 38 die elektronische Servo-Unterstützung wie in Schritt S174 gezeigt bietet. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S176 wieder auf.
Wenn, wie in Schritt S178 dargestellt, der Reaktions-Moment Generator 26 funktionsfähig ist, aber die Lenkungs-Sensoren nicht funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50. Da das Fahrer-Interface-System 12 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät 16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Rad-Antrieb 38 die elektronische Servo-Unterstützung wie in Schritt S180 gezeigt bietet. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S182 wieder auf.
Wenn weder der Reaktionsmoment-Generator 26 noch die Lenkungs-Sensoren eine Fehlfunktion aufweisen, wie in Schritt S184 gezeigt, hält das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50 im getrennten Zustand. Das Lenkungssystem 10 wird dann in einem Steer-by-Wire Modus betrieben, wie in Schritt S186 gezeigt. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S188 wieder auf.
5 ist ein Flussdiagramm, das summarisch den Steuerungs-Algorithmus darstellt, der in der Sub-Matrix A 3 durchgeführt wird, beginnend mit Schritt S190. Das Steuergerät 16 überprüft in Schritt S192, ob der Reaktionsmoment-Generator funktionsfähig ist, und in Schritt S194, ob die Rad-Sensoren funktionsfähig sind. Wenn, wie in Schritt S196 gezeigt, eine Fehlfunktion sowohl des Reaktionsmoment-Generators 26 und auch der Rad-Sensoren vorliegt, wird der Kupplungs-Mechanismus 50 aktiviert. In Schritt S198 deaktiviert das Steuergerät 16 den Rad-Antriebs-System 14 und das Fahrer-Interface-System 12 und betreibt das Lenkungssystem 10 im manuellen Modus. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S200 wieder auf.
Wenn, wie in Schritt S202 gezeigt, der Reaktionsmoment-Generator 26 eine Fehlfunktion aufweist, aber die Rad-Sensoren funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50. Da das Fahrer-Interface-System 12 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät 16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Rad-Antrieb 38 die elektronische Servo-Unterstützung wie in Schritt S204 gezeigt bietet. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S206 wieder auf.
Wenn, wie in Schritt S208 gezeigt, der Reaktionsmoment-Generator 26 funktionsfähig ist, aber die Rad Sensoren nicht funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50. Da das Rad-Antriebs-System 14 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät 16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktions-Moment-Generator 26 die elektronische Servo-Unterstützung wie in Schritt 5210 gezeigt bietet. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S212 wieder auf.
Wenn weder der Reaktionsmoment-Generator 26 noch die Rad-Sensoren eine Fehlfunktion aufweisen, wie in Schritt S214 gezeigt, hält das Steuerungsgerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50 im getrennten Zustand. Das Lenkungssystem 10 wird dann im Steer-by-Wire Modus betrieben wie in Schritt 5216 gezeigt. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S218 wieder auf.
6 ist ein Flussdiagramm, das summarisch den Steuerungs-Algorithmus darstellt, der in Sub-Matrix B 2 ausgeführt wird, startend mit Schritt S220. Das Steuergerät 16 prüft in Schritt S222, ob der Rad-Antrieb 38 funktionsfähig ist, und in Schritt S224, ob die Lenkungs-Sensoren funktionsfähig sind. Wenn, wie in Schritt S226 gezeigt, eine Fehlfunktion sowohl des Rad-Antriebs 38 als auch der Lenkungs-Sensoren vorliegt, wird der Kupplungs-Mechanismus 50 aktiviert. In Schritt S228 deaktiviert das Steuergerät 16 den Rad-Antriebs-System 14 und das Fahrer-Interface-System 12 und betreibt das System 10 im manuellen Modus. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S230 wieder auf.
Wenn, wie in Schritt S232 gezeigt, der Rad-Antrieb 38 eine Fehlfunktion aufweist, aber die Lenkungs-Sensoren funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50. Da das Rad-Antriebs-System 14 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät 16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktionsmoment-Generator 26 die elektronische Servo-Unterstützung bietet, wie in Schritt S234 gezeigt. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S236 wieder auf.
Wenn, wie in Schritt S238 gezeigt, der Rad-Antrieb 38 funktionsfähig ist, aber die Lenkungs-Sensoren nicht funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät 116 den Kupplungs-Mechanismus 50. Da das Fahrer-Interface-System 14 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät 16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Rad-Antrieb 38 die elektronische Servo-Unterstützung wie in Schritt S240 gezeigt bietet. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S242 wieder auf.
Wenn weder der Rad-Antrieb 38 noch die Lenkungs-Sensoren eine Fehlfunktion aufweisen, wie in Schritt S244 gezeigt, hält das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50 im getrennten Zustand. Das Lenkungssystem 10 wird dann in einem Steer-by-Wire Modus betrieben, wie in Schritt S246 gezeigt. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S248 wieder auf.
7 ist ein Flussdiagramm, das summarisch den Steuerungs-Algorithmus darstellt, der in Sub-Matrix B 3 ausgeführt wird, startend mit Schritt S250. Das Steuergerät 16 prüft in Schritt S252, ob der Rad-Antrieb 38 funktionsfähig ist, und in Schritt S254, ob die Rad-Sensoren funktionsfähig sind. Wenn, wie in Schritt S256 gezeigt, eine Fehlfunktion sowohl des Rad-Antriebs 38 als auch eines der Rad-Sensoren vorliegt, wird der Kupplungs-Mechanismus 50 aktiviert. In Schritt S258 deaktiviert das Steuergerät 16 das Rad-Antriebs-System 14 und betreibt das System 10 im Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktions-Moment Generator 26 die elektronische Servo-Unterstützung bietet. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S260 wieder auf.
Wenn, wie in Schritt S262 gezeigt, der Rad-Antrieb 38 eine Fehlfunktion aufweist, aber die Rad-Sensoren funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50. Da das Rad-Antriebs-System 14 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät 16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktionsmoment-Generator 26 die elektronische Servo-Unterstützung bietet, wie in Schritt 5264 gezeigt. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S266 wieder auf.
Wenn, wie in Schritt S268 gezeigt, der Rad-Antrieb 38 funktionsfähig ist, aber die Rad-Sensoren nicht funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50. Da das Rad-Antriebs-System 12 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät 16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktionsmoment-Generator 26 die elektronische Servo-Unterstützung, wie in Schritt S270 gezeigt, bietet. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S272 wieder auf.
Wenn weder der Rad-Antrieb 38 noch die Rad-Sensoren eine Fehlfunktion aufweisen, wie in Schritt S274 gezeigt, hält das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50 im getrennten Zustand. Das Lenkungssystem 10 wird dann in einem Steer-by-Wire Modus betrieben, wie in Schritt S276 gezeigt. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S278 wieder auf.
8 ist ein Flussdiagramm, das summarisch den Steuerungs-Algorithmus darstellt, der in Sub-Matrix C 3 ausgeführt wird, startend mit Schritt S280. Das Steuergerät 16 prüft in Schritt S282, ob die Lenkungs-Sensoren funktionsfähig sind, und in Schritt S284, ob die Rad-Sensoren funktionsfähig sind. Wenn, wie in Schritt S286 gezeigt, eine Fehlfunktion sowohl der Lenkungs-Sensoren als auch der Rad-Sensoren vorliegt, wird der Kupplungs-Mechanismus 50 aktiviert. In Schritt S288 deaktiviert das Steuergerät 16 das Rad-Antriebs-System 14 und das Fahrer-Interface-System 12 und betreibt das System 10 im manuellen Modus. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S290 wieder auf.
Wenn, wie in Schritt S292 gezeigt, die Lenkungs-Sensoren eine Fehlfunktion aufweisen, aber die Rad-Sensoren funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50. Da das Fahrer-Interface-System 12 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät 16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Rad-Antrieb 38 die elektronische Servo-Unterstützung bietet, wie in Schritt S294 gezeigt. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S296 wieder auf.
Wenn, wie in Schritt S298 gezeigt, die Lenkungs-Sensoren funktionsfähig sind, aber die Rad-Sensoren nicht funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50. Da das Rad-Antriebs-System 14 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät 16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktionsmoment- Generator 26 die elektronische Servo-Unterstützung bietet, wie in Schritt S300 gezeigt. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S302 wieder auf.
Wenn weder die Lenkungs-Sensoren noch die Rad-Sensoren eine Fehlfunktion aufweisen, wie in Schritt S304 gezeigt, hält das Steuergerät 16 den Kupplungs-Mechanismus 50 im getrennten Zustand. Das Lenkungssystem 10 wird dann in einem Steer-by-Wire Modus betrieben, wie in Schritt S306 gezeigt. Das Steuergerät 16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S308 wieder auf.
Die vorliegende Erfindung ist in ihren bevorzugten Ausführungen beschrieben worden. Darin wurde ein Lenkungssystem erläutert, das in einem von drei Moden betrieben werden kann: Steer-by-Wire, Servolenkung und manuelle Lenkung. Die Steuerung jedes der Lenkungsmoden und der Übergang zwischen den betreffenden Lenkungsmoden werden entsprechend den verschiedenen Kontrollschemen bestimmt, die im vorliegenden Dokument dargestellt sind. Es sollte für Fachleute klar sein, dass die oben beschriebenen Ausführungen im Wesentlichen illustrativer Art sind und nur einige der vielen möglichen spezifischen Ausführungen der vorliegenden Erfindung darstellen. Zahlreiche und verschiedenartige anderer Anordnungen können von Fachleuten sehr schnell entwickelt werden, ohne vom Geist und Geltungsumfang der Erfindung weg zu gehen. Dieser ist nur durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert.

Claims

Ein Verfahren zur Steuerung der Lenkung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Bestimmen eines Lenkungs-Wertes; – Steuerung eines Rad-Antriebs-Systems (14) entsprechend dem Lenkungs-Wert, wodurch die Lenkung des Fahrzeugs erfolgt; – Erzeugen eines Reaktions-Moments für die Lenkung in einem Fahrer-Interface-System (12), das zu dem Lenkungs-Wert korrespondiert; – Überwachen des Rad-Antriebs-Systems (14) und des Fahrer-Interface Systems (12); – Betrieb in einem der Betriebszustände Steer-by-Wire Modus, elektronischer Servolenkungs-Modus oder manueller Modus.
Das Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Aktivieren eines Kupplungs-Mechanismus (50) als Antwort auf die Erfassung einer Fehlfunktion entweder im Rad-Antriebs-System (12) oder im Fahrer-Interface-System (12).
Das Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Bestimmung der Winkelposition einer Lenkeinrichtung (20), eines Stromes des Reaktions-Moment-Generators (26) und der Temperatur des Reaktions-Moment-Generators (26).
Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Überwachung der Position von mindestens einem Rad (48), des Stroms des Rad-Antriebs, der Temperatur des Rad-Antriebs (38), und einer Zahnstangen-Last.
Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Empfangen eines Satzes von Eingangssignalen, die mindestens einen Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Wert der Quer-Beschleunigung, einen Wert der Gier-Rate, und einen Zündungs-Modus betreffen.
Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Steuerung des Reaktions-Moment-Generators (26) oder des Rad-Antriebs (38), um im Servolenkungs-Modus eine unterstützende Kraft auf die Lenkeinrichtung (20) zu generieren.
Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Aktivierung des Reaktionsmoment-Generators (26) und Steuerung des Rad-Antriebs (38), um elektronische Servolenkungs-Unterstützung als Antwort auf eine Fehlfunktion des Fahrer-Interface-Systems (12) bereitzustellen.
Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Deaktivierung des Rad-Antriebs (38) und Steuerung des Reaktions-Moment-Generators (26), um elektronische Servolenkungs-Unterstützung als Antwort auf eine Fehlfunktion des Rad-Antriebs-Systems (14) bereitzustellen.
Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Aktivierung des Reaktions-Moment-Generators (26) und des Rad-Antriebs (38) als Antwort auf eine Fehlfunktion des Fahrer-Interface-Systems (12) und eine Fehlfunktion des Rad-Antriebs-Systems (14).