DE112017002002T5

DE112017002002T5 - Fahrzeuglenksystem

Info

Publication number: DE112017002002T5
Application number: DE112017002002.6T
Authority: DE
Inventors: Oliver Tyrrell; Brian Smith
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2019-01-10
Also published as: WO2017178330A1; US20190023319A1; GB2549328A; US20230382454A1; US11724738B2

Abstract

Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Fahrzeuglenksystem bereitgestellt, dass umfasst: einen Eingang, der konfiguriert ist, ein Signal zu empfangen, das einen Solllenkwinkel darstellt; einen Ausgang, der konfiguriert ist, einem Lenkmotor auf der Grundlage des Solllenkwinkels einen Drehmomentausgabebefehl bereitzustellen; und ein Drehmomentbegrenzermodul, das konfiguriert ist, den Drehmomentausgabebefehl zu empfangen und eine Drehmomentgrenze darauf anzuwenden, bevor diese dem Lenkmotor bereitgestellt wird, wobei die Drehmomentgrenze auf der Grundlage wenigstens eines Fahrzeugparameters dynamisch konfigurierbar ist. Erfindungsgemäße Aspekte beziehen sich ferner auf ein Verfahren, eine Steuervorrichtung, konfiguriert zum Implementieren des Verfahrens, und ein Fahrzeug, das die Steuervorrichtung oder das System beinhaltet. Vorteilhafterweise verbessern die erfindungsgemäßen Ausführungsformen die Zusammenarbeit und Interaktion zwischen menschlicher Steuerung eines Fahrzeugs und automatisierter Steuerung des Fahrzeugs durch Implementieren einer konfigurierbaren Grenze auf das Drehmoment, die von dem Lenkmotor angefordert werden kann, um einen Solllenkwinkel zu erfüllen, wie durch ein automatisiertes Antriebsmittel bestimmt, beispielsweise eine Lateralassistenzfunktion.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Fahrzeuglenksystem. Erfindungsgemäße Aspekte beziehen sich ferner auf ein Verfahren, auf eine Steuervorrichtung, konfiguriert zum Implementieren des Verfahrens, und auf ein Fahrzeug, das mit dem System ausgestattet ist.
STAND DER TECHNIK
Neue Fahrzeuge sind häufig mit einem oder mehreren Fahrerassistenzsystemen (FAS) ausgestattet, die dazu ausgelegt sind, Fahraufgaben zu unterstützen und dadurch die Funktionalität des Fahrzeugs zu verbessern. Dies kann durch Hinweisen, Warnen und sogar Eingreifen erzielt werden, um Fahrereignisse zu regeln, wodurch die Fahrleistung, Sicherheit und Fahrzeugbedienbarkeit verbessert werden. Obwohl FAS-Funktionen normalerweise während der Herstellung in das Fahrzeug eingebaut werden, können diese manchmal auch zum Nachrüsten von vorhandenen Fahrzeugen verfügbar sein. FAS-Funktionen sind ein Schwerpunkt zahlreicher Forschungen und Entwicklungen und werden immer leistungsfähiger, während sich die Fähigkeit des Fahrzeugs, seine Umgebung zu erfassen und dessen Situation zu analysieren, verbessert, sodass ein höheres Maß an Autonomie erzielbar ist.
Neuere Entwicklungen in Fahrerassistenzsystemen beinhalten jene, die halbautomatisiertes Fahren unterstützen, bei dem über einen verlängerten Zeitraum Fahrerunterstützung bereitgestellt wird. Beispielsweise stellt eine adaptive Geschwindigkeitsregelungsfunktion (adaptive cruise control - ACC) eine Längsfahrzeugsteuerung bereit, in der die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf einem von einem Fahrer bestimmten Wert gehalten wird, während geeignete Sensorsysteme den vorausliegenden Verkehrsweg überwachen, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug einem vorausfahrenden Fahrzeug nicht allzu nahe kommt. Die Arbeitsbelastung des Fahrers wird verringert, da er Brems- und Gaseingaben als Reaktion auf Faktoren wie Steigungen und herannahende Fahrzeuge nicht mehr regulieren muss. Dies würde gemäß der SAE-Definition von Automatisierungsstufen als ein System der „Stufe 1“ klassifiziert werden. Eine ACC-Funktion kann in Kombination mit oder unabhängig von einer anderen Funktion wirken, die eine Querfahrzeugsteuerung, beispielsweise eine Fahrspurzentrierungsassistenz-(Lane Centring Assist - LCA-)Funktion, die allgemeiner als eine Querassistenzfunktion bekannt ist, bereitstellt. In bekannten Querassistenzfunktionen überwachen bordeigene Sensorsysteme, die kamerabasiert sein können, den Verkehrsweg und versorgen ein Lenksteuerungssystem, dass sicherstellt, dass das Fahrzeug in der Mitte seiner Fahrbahn bleibt. Jedoch ist der Fahrer für das Überwachen der Umgebung voll verantwortlich und würde das Fahrzeug in Situationen kollaborativ steuern müssen, in denen Fahrbahnmarkierungen nicht notwendigerweise die korrekte Fahrbahn identifizieren würden, beispielsweise während Fahrspurwechseln oder wenn ein Hindernis, wie etwa Bauarbeiten, in der Fahrbahn vorliegen würde. Beim Kombinieren mit einer Längsassistenzfunktion, wie etwa ACC, wird dies ein System der Stufe 2 gemäß den nach SAE definierten Automatisierungsstufen.
Des Weiteren können Funktionalität und Stabilität hinzugefügt werden, um ein System der Stufe 3 bereitzustellen, in dem der Fahrer die Fahrumgebung nicht länger aktiv überwachen muss. Jedoch müssen derartige Fahrassistenzsysteme es dem Fahrer ermöglichen, die Steuerung als Reaktion auf eine Absicht des Fahrers oder darauf, dass das Fahrzeug die Bedingungen verlässt, unter denen es autonom betrieben werden kann, jederzeit wieder zu übernehmen.
Der Übergang und das Zusammenwirken zwischen menschlicher und Systemsteuerung muss so reibungslos und gleichmäßig wie möglich sein, um Funktionen zu ermöglichen, die sowohl zufriedenstellend als auch sicher zu verwenden sind. Die Ausführungsformen der Erfindung sind auf dieser Grundlage entwickelt worden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Fahrzeuglenksystem bereitgestellt, das umfasst: einen Eingang, der konfiguriert ist, ein Signal zu empfangen, das einen Solllenkwinkel darstellt; einen Ausgang, der konfiguriert ist, einem Lenkmotor auf der Grundlage des Solllenkwinkels einen Drehmomentausgabebefehl bereitzustellen; und ein Drehmomentbegrenzermodul, das konfiguriert ist, den Drehmomentausgabebefehl zu empfangen und eine Drehmomentgrenze darauf anzuwenden, bevor diese dem Lenkmotor bereitgestellt wird, wobei die Drehmomentgrenze auf der Grundlage wenigstens eines Fahrzeugparameters dynamisch konfigurierbar ist.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen beziehen sich ferner auf ein Verfahren zum Steuern der Drehmomentausgabe von einem Fahrzeuglenksystem, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Signals, das einen Solllenkwinkel anzeigt; Bereitstellen eines Drehmomentausgabebefehls an einen Lenkmotor auf der Grundlage des gewünschten Lenkwinkels; und Anwenden einer Drehmomentgrenze auf den Drehmomentausgabebefehl, bevor der Drehmomentausgabebefehl dem Lenkmotor bereitgestellt wird, wobei die Drehmomentgrenze auf der Grundlage wenigstens eines Fahrzeugparameters dynamisch konfigurierbar ist. In anderen Aspekten bezieht sich die Erfindung auf eine Steuervorrichtung für ein Lenksystem zum Ausführen des Schrittes des wie oben definierten Verfahrens und ferner auf ein Fahrzeug, das ein wie oben definiertes Fahrzeuglenksystem umfasst oder das eine wie oben definierte Steuervorrichtung umfasst.
Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind dadurch vorteilhaft, dass sie das Zusammenwirken und die Interaktion zwischen menschlicher Steuerung eines Fahrzeugs und automatisierter Steuerung des Fahrzeugs durch Implementieren einer konfigurierbaren Grenze des Drehmoments, die von dem Lenkmotor angefordert werden kann, verbessern, um einen Solllenkwinkel zu erfüllen, wie durch ein automatisiertes Antriebsmittel bestimmt werden kann, beispielswiese eine Querassistenzfunktion, in der die konfigurierbare Grenze dynamisch auf der Grundlage wenigstens eines Fahrzeugparameters bestimmt wird. Dieser Fahrzeugparameter kann sich auf Fahrersteuerung beziehen, beispielsweise einen durch einen Fahrer angewandten Lenkeingabeparameter.
Die Drehmomentgrenze kann sich im Verhältnis zur Größenordnung des von einem Fahrer angewandten Lenkeingabeparameters verringern. In den veranschaulichten Ausführungsformen ist die verhältnismäßige Verringerung eine lineare Funktion, obwohl sie auch konfiguriert sein kann, nicht linear zu sein.
Um ein weiteres Maß an Kontrolle über die konfigurierbare Drehmomentgrenze bereitzustellen, kann die Drehmomentgrenze ferner von einem Lenkwinkelfehler abhängen, der die Differenz zwischen dem Solllenkwinkel und einem tatsächlichen Lenkwinkel ist, der einem Lenkrad des Lenksystems bereitgestellt wird. Dadurch kann die Drehmomentgrenze konfiguriert werden, eine zunehmende menschliche Steuerungseingabe in das Lenksystem zu berücksichtigen, die dazu führt, dass der tatsächliche Lenkwinkel von dem Solllenkwinkel abweicht. Hier kann der Lenkwinkelfehler die Basis für eine Gewichtungsfunktion ausbilden, die verwendet wird, um den Anteil zu variieren, mit dem die Drehmomentgrenze verglichen mit einem oberen Drehmomentschwellenwert angewandt wird.
Die von einem Fahrer angewandte Lenkeingabe kann auf einer Ausgabe von einem Torsionsstabsensor des Lenksystems basieren, wobei der Torsionsstabsensor als Reaktion auf eine Fahrereingabe am Lenkrad betriebsfähig ist.
Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt werden, und insbesondere deren individuelle Merkmale, unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination berücksichtigt werden können. Dies bedeutet, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer beliebigen Ausführungsform auf beliebige Weise und/oder in beliebiger Kombination kombiniert werden können, sofern diese Merkmale nicht inkompatibel sind. Der Anmelder behält sich das Recht vor, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder jeden neuen Patentanspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu verändern, um von einem beliebigen Merkmal eines beliebigen anderen Anspruchs abzuhängen und/oder dieses zu integrieren, obwohl es auf diese Art und Weise zuvor nicht beansprucht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nun nur beispielhalber unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Lenksystem gemäß erfindungsgemäßen Ausführungsformen;
2 ein funktionelles Blockdiagramm der Funktionalität, die durch das Lenksystem implementiert wird; und
3 ein weiteres funktionelles Blockdiagramm einer Funktionalität, die durch das Lenksystem verkörpert ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung von spezifischen Ausführungsformen der Erfindung werden zahlreiche spezifische Funktionen ausführlich beschrieben, um ein umfassendes Verständnis des erfindungsgemäßen Konzepts nach den Ansprüchen zu ermöglichen. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass die Erfindung ohne die spezifischen Details umgesetzt werden kann und dass in einigen Fällen bekannte Verfahren, Techniken und Strukturen nicht ausführlich beschrieben wurden, um die Erfindung nicht unnötigerweise unklar zu machen.
In dieser Beschreibung sollten Bezugnahmen auf einen/ein Funktionsblock oder -modul derart verstanden werden, als dass sie sich auf einen Softwarecode zum Durchführen der spezifizierten Funktion oder Maßnahme beziehen, in der ein Steuerausgang als Reaktion auf einen oder mehrere Eingänge bereitgestellt wird. Der Code kann in der Form einer Softwareroutine oder -funktion vorliegen, die von einem Hauptcomputerprogramm aufgerufen wird, oder es kann sich dabei um Code handeln, der einen Teil eines Stroms von Code ausmacht, der keine separate Routine oder Funktion ist. Zur leichteren Erklärung der Weise, auf die die Steuervorrichtung funktioniert, wird auf einen Funktionsblock Bezug genommen.
In dieser Beschreibung wird auf den Begriff „Drehmoment“ Bezug genommen, der in seiner normalen Bedeutung als eine Drehkraft mit SI-Einheiten von Nm auszulegen ist.
In Bezug auf 1 enthält ein Fahrzeug 2 ein elektronisches Servolenkungs(electronic power assisted steering - EPAS)-System 4 und eine automatisierte Lenkungssteuervorrichtung 6, die mit dem EPAS-System 4 gekoppelt ist. An diesem Punkt sollte darauf hingewiesen werden, dass, wenn Steuervorrichtungen und Funktionsmodule beschrieben werden, dies zur Erklärung der durch diese Komponenten ausgeführten Funktionalität dient und keine physische Trennung von Hardware andeutet. Beispielsweise alle der Funktionen, die durch die hierin erwähnten Module und Steuervorrichtungen durchgeführt werden, die in einer einzelnen Ausführungsumgebung implementiert werden, gegebenenfalls funktionell getrennt.
Das EPAS-System 4 umfasst ein Lenkrad 8, das über eine Lenkwelle 12 (auch Torsionsstab genannt) und ein Zahnrad 14 mit einer Zahnstange 10 gekoppelt ist. Um zu ermöglichen, dass die Lenkwelle 12 einen indirekten Weg zur Zahnstange 10 nimmt, kann die Lenkwelle 12 mehrere Wellenabschnitte 16 umfassen, die durch geeignete Schwenkgelenke 18 miteinander gekoppelt sind. Das Zahnrad 14 kann ein Ritzel sein, dass die Drehung der Lenkwelle 12 in Seitwärtsbewegung der Zahnstange 10 umwandelt, was eine bekannte Konfiguration des Lenksystems ist.
Ein Paar von Straßenrädern 20 ist mit jeweiligen Enden der Zahnstange 10 gekoppelt. Es versteht sich, dass der Lenkwinkel der Straßenräder 20 durch eine Bewegung der Zahnstange 10, die durch Drehung des Lenkrads 8 gesteuert wird, variiert. Herkömmlicherweise wird der Lenkwinkel der Straßenräder 20 und ebenso des Lenkrads 8 durch das Symbol δ dargestellt, der bei einer Geradeausstellung null ist.
Ein Drehmomentsensor 22 ist mit der Lenkwelle 12 verknüpft und betriebsfähig, das durch den Fahrer angewandte Drehmoment (durch den Fahrer angewandtes Drehmoment, T_FAHRER ) auf das Lenkrad 8 zu messen und ferner eine Messung einer Lenkradposition und/oder eines Lenkwinkels bereitzustellen. Derartige Sensoren sind bekannte Technologie. Weitere Erfassungstechniken können ebenfalls verwendet werden, um eine geeignete Messung eines durch einen Fahrer angewandten Drehmoments an der Lenkwelle 12 bereitzustellen.
Servolenkungsassistenz wird durch einen EPAS-Motor und ein Steuermodul 24, das künftig einfach als das EPAS-Modul 24 bezeichnet wird, bereitgestellt. Das EPAS-Modul 24 enthält eine EPAS-Steuervorrichtung 24a und einen EPAS-Motor 24b in einem integrierten Paket, obwohl dies nicht der Fall sein muss und die beiden Komponenten getrennt sein können. Das EPAS-Modul 24 ist durch das verknüpfte Zahnrad 26 mit der Zahnstange 10 gekoppelt, sodass zusätzlich zu dem durch den Fahrer angewandten Drehmoment ein zusätzliches Drehmoment auf die Zahnstange 10 angewandt werden kann. Andere Konfigurationen sind möglich, beispielsweise Servosteuerung auf der Grundlage von Hydraulik. Wie beschrieben werden wird, kann das EPAS-Modul 24 ferner in einem normalen Fahrmodus oder autonom ohne die Eingabe von der Lenkwelle 12 betrieben werden. Es ist die Interaktion zwischen diesen Betriebsmodi, die der Schwerpunkt dieser Beschreibung ist.
Das EPAS-Modul 24 empfängt eine Eingabe von dem Drehmomentsensor 22 und empfängt ferner weitere Daten von zusätzlichen Sensoren, die hier als 32 gekennzeichnet sind, wie etwa Fahrzeuggeschwindigkeit und tatsächlichen Lenkwinkel, das heißt den Lenkwinkel, wie durch die Zahnstange 10 angegeben, und somit die Straßenräder 20.
Wie dem Fachmann bekannt ist, kann der tatsächliche Lenkradwinkel von verschiedenen Punkten gemessen werden. Dem EPAS-Modul 24 wird ein Maß an durch einen Fahrer angewandtem Drehmoment, T_FAHRER , von dem Drehmomentsensor 22 bereitgestellt und auf der Grundlage dieser Informationen und bordeigener Algorithmen und Verweistabellen bestimmt das EPAS-Modul 24 ein Assistenzdrehmoment, T_MOTOR , mit dem die Zahnstange 10 über den integrierten Elektromotor 24b während eines normalen Betriebsmodus anzutreiben ist, in dem die automatische Fahrfunktion nicht aktiviert ist, sodass das EPAS-Modul 24 auf gewöhnliche Weise betrieben wird, indem der Lenkeingabe des Fahrers Lenkunterstützung bereitgestellt wird.
Unter Umständen, in denen eine automatische Fahrfunktion des Fahrzeugs aktiviert ist, reagiert das EPAS-Modul 24 auch auf einen durch die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 erzeugten alternativen Lenkbefehl, wie beschrieben werden wird.
Die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 ist an ein vorwärts gerichtetes Sensorsystem gekoppelt, bei dem es sich in dieser Ausführungsform um ein Kamerasystem 34 des Fahrzeugs 2 handelt. Es ist bekannt, dass derartige Kamerasysteme nach dem Stand der Technik in Fahrerassistenzfunktionen, wie etwa Fahrspurzentrierungsassistenz (LCA), und anderen autonomen Fahrroutinen verwendet werden, und sie werden somit nicht ausführlich beschrieben. Das Kamerasystem 34 bildet die Straße vor dem Fahrzeug ab und bestimmt die gegenwärtige Position des Fahrzeugs auf der Straße und Daten bezogen auf die Laufbahn des Fahrzeugs. Das Kamerasystem stellt der automatisierten Fahrsteuervorrichtung 6 eine Straßenlaufbahn und Fahrzeugpositionsinformationen über das Datensignal 36 bereit.
Die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 umfasst zwei hauptsächliche Funktionsmodule mit der Verantwortung, die Straßenlaufbahn und das Fahrzeugpositionsdatensignal 36 zu interpretieren und den gewünschten oder „Soll“-Lenkwinkel zu bestimmen, der erforderlich ist, die Position des Fahrzeugs auf der Straße aufrechtzuerhalten sowie die Weise zu steuern, auf die der Einfluss der automatisierten Fahrsteuervorrichtung 6 mit der Lenkeingabe von dem Fahrer zusammenwirkt. Erstens enthält die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 ein Quersteuerungsmodul 38, das geeignete Algorithmen implementiert, die das Datensignal 36 interpretieren, und einen gewünschten oder „Soll-”Lenkwinkel δ_DES ausgibt. Eine derartige Funktionalität ist nach dem Stand der Technik allgemein bekannt und wird hier nicht ferner beschrieben.
Die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 enthält ferner ein dynamisches Grenzberechnungsmodul 40, dessen Funktion es ist, sicherzustellen, dass das Ausmaß an Motordrehmoment, das in der Form eines Drehmomentausgabebefehls auf den Elektromotor 24b angewandt wird, um einen gewünschten Lenkwinkel zu erzielen, in allen Umständen entsprechend begrenzt ist. Üblicherweise sind derartige Grenzen fest programmierte statische Werte, jedoch kann eine derartige Vorgehensweise zu einer uneingeschränkten Interaktion zwischen Quersteuerung des Fahrzeugs, wie durch die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 geregelt, und dem Fahrer des Fahrzeugs führen.
Die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 gibt zwei Signale an das EPAS-Modul 24 aus: einen gewünschten Lenkwinkel δ_DES und eine konfigurierbare einem Fahrer entsprechende Drehmomentgrenze T_DE .
Es wird nun auf 2 Bezug genommen, die Steuerungsmethodologie veranschaulicht, die als Reaktion auf die durch die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 bereitgestellten Signale durch das EPAS-Modul 24 implementiert wird.
Der gewünschte Lenkwinkel δ_DES wird von dem EPAS-Modul als Eingangssignal 42 empfangen und durch eine absolute Grenzeinheit 44 beziehungsweise eine Geschwindigkeitsgrenzeinheit 46 geführt, bevor es in einen Positionssteuerungsalgorithmusblock 50 eingegeben wird. Die zwei Grenzeinheiten 44, 46 dienen dazu, die Gültigkeit des Eingangssignals 42 zu überprüfen, um sicherzustellen, dass diese innerhalb vorgegebener zulässiger Begrenzungen liegt.
Der Positionssteuerungsalgorithmusblock 50 hat die Funktion des Berechnens eines Motordrehmomentwertes T_MOTOR , der als Ausgangssignal 52 auf den Elektromotor 24b angewandt wird. Der Steuerungsalgorithmusblock 50 kennt den tatsächlichen Lenkwinkel δ_ACT als einen inneren Zustand, da er mit dem elektronischen Motor 24b integriert ist, und so wird der Motordrehmomentwert T_MOTOR berechnet, um sicherzustellen, dass der tatsächliche Lenkwinkel δ_ACT zum gewünschten Lenkwinkel δ_DES hin angetrieben wird. Ein derartiger Algorithmus kann geeignete Feedbacksteuerlogik sein, die entsprechend konzipiert ist, um die gewünschte Reaktion bereitzustellen, und kann auf einer PID(proportional-integral-derivative)- oder ähnlichen Steuerroutine basieren.
Die Ausgabe des Motordrehmomentsignals T_MOTOR von dem Positionssteuerungsalgorithmusblock 50 wird durch eine dynamische Grenzfunktion 54 zugeführt, auch als ein „Drehmomentbegrenzermodul“ bezeichnet, die einen variablen Motordrehmomentgrenzwert T_LIMIT anwendet. Die resultierende Drehmomentwertausgabe wird als T_{MOTOR_L} angegeben. Das Ergebnis davon ist, dass das Motordrehmoment T_{MOTOR_L} , das auf den elektronischen Motor 24b des EPAS-Moduls 24 als Beitrag der automatisierten Fahrsteuervorrichtung 6 angewandt wird, unter Umständen geregelt wird, in denen der Fahrer auch eine Lenkeingabe auf das Lenkrad 8 anwendet, wie im Weiteren ausführlicher beschrieben werden wird. Dadurch stellt dies eine reibungslose Interaktion sicher, wenn Lenkberechtigung zwischen der automatisierten Fahrsteuervorrichtung 6 und dem Fahrer weitergegeben wird. Auf diese Weise erhält der Fahrer kein übermäßiges und möglicherweise irreführendes Feedback von dem Lenkrad 8.
Der konfigurierbare Motordrehmomentgrenzwert T_LIMIT kann auf folgende Weise berechnet werden.
Wie oben beschrieben wurde, gibt das dynamische Grenzberechnungsmodul 40 der automatisierten Lenksteuervorrichtung 6 einen Grenzwert eines einem Fahrer entsprechenden Drehmoments T_DE aus und dies wird in ein Drehmomentgrenzumwandlungsmodul 56 eingegeben. Das Drehmomentgrenzumwandlungsmodul 56 wandelt die Drehmomentgrenze von einem Wert eines „einem Fahrer entsprechenden Drehmoments“, T_DE , in einen vergleichbaren Wert des Drehmoments am Motor T_LIMIT um. Hier sollte der Begriff „einem Fahrer entsprechendes Drehmoment“ als der Drehmomentwert verstanden werden, der durch die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 bereitgestellt wird, die einem durch den Fahrer auf die Lenkwelle 12 angewandten Drehmoment entspricht, um den gewünschten Lenkwinkel zu erzielen, wie durch das Quersteuermodul 38 angefordert. Das Verhältnis zwischen einem Wert eines einem Fahrer entsprechenden Drehmoments, in diesem Fall Grenzwert T_DE , und dem entsprechenden Wert des Drehmoments am Motor, im diesem Fall T_LIMIT , ist eine multivariate nicht lineare Funktion, die Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkradwinkelgeschwindigkeit und Servosteuerungskurvenkalibrierungen berücksichtigt, die der EPAS-Steuervorrichtung 24b bekannt sind.
Die Ausgabe der Motordrehmomentgrenze T_LIMIT aus dem Drehmomentgrenzumwandlungsmodul 56 ist in zwei Signale geteilt, wobei eines davon umgekehrt ist, um einen gleichwertigen und entgegengesetzten Drehmomentgrenzwert T_{LIMIT_LO} bereitzustellen. Die zwei Drehmomentgrenzwerte stellen einfach die auf das Motordrehmoment angewandte Drehmomentgrenze beim Betreiben in Gegenrichtungen dar, nämlich um die Größe des Drehmoments ungeachtet der Drehrichtung zu begrenzen.
Bestimmen der Drehmomentgrenze
Wie oben erwähnt wurde, ist das dynamische Grenzberechnungsmodul 40 der automatisierten Fahrsteuervorrichtung 6 für das Einstellen der Motordrehmomentgrenze T_LIMIT durch Bereitstellen eines dynamisch variierenden Werts der einem Fahrer entsprechenden Drehmomentgrenze T_DE verantwortlich, die dann in eine an das Motordrehmoment anzuwendende Grenze umgewandelt wird. Das funktionelle Blockdiagramm aus 3 veranschaulicht die durch das dynamische Grenzberechnungsmodul 40 implementierte Methodologie ausführlicher.
Das dynamische Grenzberechnungsmodul 40 empfängt drei Eingangssignale: einen gewünschten Lenkwinkel δ_DES , wie durch das Quersteuermodul 38 bestimmt; einen tatsächlichen Lenkwinkel δ_ACT , wie durch das EPAS-Modul 24 bestimmt und von dem Betrieb des Elektromotors 24b abgeleitet, der auf die Zahnstange 10 wirkt; und auch einen durch einen Fahrer angewandten Lenkeingabeparameter, bei dem es sich um ein Drehmomentsignal handelt, T_FAHRER , von dem Drehmomentsensor 22, verknüpft mit der Lenkwelle 12.
Die allgemeine Funktion des dynamischen Grenzberechnungsmoduls 40 besteht darin, das Maximalausmaß an Drehmoment, das durch den Elektromotor 24b während der automatischen Steuerung des Fahrzeugs 2 auf die Zahnstange 10 aufgebracht werden kann, auf der Grundlage dessen, ob und zu welchem Ausmaß der Fahrer des Fahrzeugs 2 eine Lenkeingabe am Lenkrad 8 bereitstellt, zu regeln. Dies bedeutet deshalb, dass der Einfluss der automatischen Fahrsteuervorrichtung 6 aufgrund der konfigurierbaren Drehmomentgrenze verringert wird, während der Fahrer beginnt, die Lenkeingabe zu erhöhen. Dies ist unter Umständen vorteilhaft, in denen der Fahrer beginnt, die Kontrolle des Fahrzeugs zu übernehmen, um das Fahrzeug zum Einnehmen einer anderen Richtung zur Laufbahn, der auf Grundlage des Kamerasystems 34 durch die automatische Fahrsteuervorrichtung 6 gefolgt wird, zu steuern. Während die Fahrerlenkeingabe zunimmt, wodurch das durch den Fahrer angewandte Drehmoment zunimmt, wird die konfigurierbare Drehmomentgrenze verringert, was das Maximaldrehmoment, das von der automatischen Fahrsteuervorrichtung 6 angewandt werden kann, verringert. An einem vorgegebenen Punkt wird die Grenze im Wesentlichen auf null verringert, wodurch dem Fahrer die gesamte Berechtigung bereitgestellt wird.
In dieser Ausführungsform enthält das dynamische Grenzberechnungsmodul 40 ein erstes Untermodul 60 und ein zweites Untermodul 62. Das erste Untermodul 60 empfängt das durch den Fahrer angewandte Drehmoment T_FAHRER als Eingangssignal von dem Drehmomentsensor 22 und gibt als Reaktion einen Wert eines maximal zulässigen Systemdrehmoments T_MAX aus, von dem bestimmt wird, dass das System fähig sein soll, dieses über den Elektromotor 24b auf die Zahnstange 10 anzuwenden. Das Verhältnis zwischen den zwei Werten wird durch den im ersten Untermodul 60 in 3 eingefügten Graphen veranschaulicht.
Im Graphen ist die X-Achse das durch den Fahrer angewandte Drehmoment T_FAHRER und die Y-Achse ist das maximal zulässige Systemdrehmoment T_MAX . Bei Werten des durch den Fahrer angewandten Drehmoments T_FAHRER zwischen o und 1 Nm ist der maximal zulässige Systemdrehmomentwert T_MAX eine Konstante bei 2 Nm. Dies bedeutet, dass die Drehmomentgrenze für kleine Anwendungen von Drehmoment auf das Lenkrad 8 nicht durch das System verringert werden würde. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass dieser konstante Wert grundsätzlich jeder beliebige Wert sein kann und als solcher ein konfigurierbarer Parameter wäre. Jedoch werden 2 Nm hier als ein Beispiel eines realistischen einem Fahrer entsprechenden Drehmomentwerts bereitgestellt, den eine automatisierte Fahrfunktion, wie etwa Fahrspurzentrierungsassistenz (lane centring assist - LCA), fähig sein soll, durch den Elektromotor 24b auf die Zahnstange 10 anzuwenden. Jedoch verringert sich zwischen Werten des von dem Fahrer angewandten Drehmoments T_FAHRER von 2 Nm und etwa 3,5 Nm der maximal zulässige Systemdrehmomentwert T_MAX proportional. Aus der obigen Erklärung versteht es sich daher, dass das maximal zulässige Systemdrehmoment T_MAX , das durch das erste Untermodul 60 bestimmt wird, sich im Verhältnis zur Größe der Zunahme des durch den Fahrer angewandten Drehmoments T_FAHRER verringert, jedoch einen Spielraum enthält, um kleinere Störungen des Lenkrads 8 zu berücksichtigen. In der Praxis bedeutet dies daher, dass die durch die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 bereitgestellte Lenksteuerungseingabe reduziert wird, wenn der Fahrer beginnt, den Pkw zu lenken.
Der Zweck des zweiten Untermoduls 62 besteht darin, zu regeln, in welchem Ausmaß das maximal zulässige Systemdrehmoment T_MAX als die einem Fahrer entsprechende Drehmomentgrenze T_DE auf der Grundlage des Fehlers zwischen dem gewünschten Lenkwinkel δ_DES und dem tatsächlichen Lenkwinkel δ_ACT angewandt wird. Der Winkelfehler wird in 3 als δ_ERR dargestellt und durch die Differenzeinheit 66 berechnet. Dies bedeutet, dass das zweite Untermodul 62 sicherstellt, dass die Verringerung der Drehmomentgrenze wie später beschrieben wird nur in geeigneten Szenarien stattfindet. Erneut liegt ein Schwellenwert vor, in dem kleine Störungen des Winkelfehlers die Ausgabe nicht beeinträchtigen.
Im Graphen stellt die X-Achse den Lenkwinkelfehler δ_ERR , wie oben erörtert, dar und die Y-Achse stellt eine Gewichtung von T_MAX gegen die maximale absolute Drehmomentgrenze oder einen oberen Drehmomentschwellenwert, hier als T_{MAX_AB} identifiziert, dar. Wie zu sehen ist, beträgt die Gewichtung (w) für Lenkwinkelfehlerwerte zwischen 0 und 1 (Einheiten des Ausmaßes) 1, was einer 100%igen Gewichtung in Richtung T_{MAX_AB} entspricht. Infolgedessen gibt das zweite Untermodul 62 einfach den Wert T_{MAX_AB} als die einem Fahrer entsprechende Drehmomentgrenze T_DE an das EPAS-Modul 24 zur anschließenden Umwandlung in die konfigurierbare Motordrehmomentgrenze T_LIMIT , wie oben erörtert, aus. Jedoch wird die Gewichtung zwischen T_MAX und T_{MAX_AB} bei Winkelfehlerwerten von über 1 Grad durch einen vorgegebenen Gradienten bestimmt, der sich im Verhältnis zum Lenkwinkelfehler verringert. Hier wird das Verhältnis bei einem Lenkwinkelfehlerwert von etwa 2,3 Grad lediglich beispielhalber auf null reduziert dargestellt. Obwohl vorgesehen ist, dass die Funktion, die die Gewichtung durchführt, auf verschiedene Weisen ausgeführt werden könnte, um die Drehmomentgrenze abhängig von dem Lenkwinkelfehler zu regeln, wird die Gewichtung in dieser Ausführungsform als T_DE = (w *T_{MAX_AB}) + ((1-w)*T_MAX) implementiert.
Dies bedeutet daher, dass das zweite Untermodul 62 eine gewichtete Durchschnittsfunktion implementiert, die das Ausmaß der Berechtigung bestimmt, um den maximal zulässigen Systemdrehmomentwert T_MAX , wie durch das erste Untermodul 60 bestimmt, bereitzustellen. Für Winkelfehlerwerte zwischen 0 und 1 ist die Drehmomentgrenze am oberen Drehmomentschwellenwert T_{MAX_AB} eingestellt, der in dieser Ausführungsform als 2 Nm eingestellt ist (d. h. die Gewichtung beträgt 100 % in Richtung T_{MAX_AB} ). Dies entspricht Fahrsituationen, in denen es nicht wünschenswert wäre, die von der automatisierten Fahrsteuervorrichtung 6 bereitgestellte Drehmomenteingabe zu verringern, sodass die Drehmomentgrenze im Grunde auf ihrem Maximalwert eingestellt ist.
Bei Winkelfehlerwerten über 1 Grad wird die Gewichtung stufenweise von T_{MAX_AB} in Richtung T_MAX übertragen, wie durch das erste Untermodul 60 berechnet. Es wird daher darauf hingewiesen, dass die Ausgabe bei Winkelfehlerwerten über 2,3 Grad in dieser Ausführungsform 100 % zum maximal zulässigen Drehmomentwert T_MAX gewichtet ist. Dies entspricht Fahrsituationen, in denen wesentliche Abweichungen des tatsächlichen Lenkwinkels δ_ACT , wie durch den Fahrer bestimmt, der das Lenkrad 8 bewegt, dazu führt, dass der Lenkwinkelfehler δ_ERR sich wesentlich erhöht, was dazu führt, dass der Einfluss der automatischen Fahrsteuerung 6 zum Bereitstellen von Lenkunterstützung auf null reduziert wird.
Zum Beispiel sind zwei Betriebssituationen des Fahrzeugs zu betrachten, während denen das Fahrzeug durch die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 geführt wird, die eine Fahrspurzentrierungsassistenzfunktion auf der Grundlage von Informationen, die von dem Kamerasystem 34 empfangen werden, implementiert:
Situation 1 - das Fahrzeug fährt in einer Fahrbahn einer Straße oder eines Verkehrsweges unter der Steuerung der automatisierten Fahrsteuervorrichtung 6, sodass das EPAS-Modul 24 auf den durch die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 bereitgestellten gewünschten Lenkwinkel δ_DES reagiert. Der Fahrer trifft dann eine Entscheidung, von dem gegenwärtigen Pfad abzuweichen, beispielsweise entweder um die Fahrbahn zu wechseln oder möglicherweise von dem Verkehrsweg abzufahren. In einer derartigen Situation stellt der Fahrer eine wesentliche Lenkeingabe durch das Lenkrad 8 bereit und die Unterstützung durch die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 ist nicht länger wünschenswert. Eine derartige Situation ist nachweisbar, da der tatsächliche Lenkwinkel δ_ACT , wie durch den Fahrer bestimmt, von dem gewünschten Lenkwinkel δ_DES , wie durch die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 bestimmt, die versucht, der Fahrbahn vor dem Fahrzeug zu folgen, verschieden ist. Dadurch erhöht sich der Fehler zwischen dem gewünschten Lenkwinkel δ_DES und dem tatsächlichen Lenkwinkel δ_ACT . In einer derartigen Situation würde die Zunahme des Lenkwinkels dazu führen, dass die Gewichtungsfunktion (w), die die Ausgabe zum maximal zulässigen Drehmomentwert T_MAX verzerrt, was dazu führt, dass der Einfluss der automatischen Fahrsteuervorrichtung 6, eine Lenkunterstützung bereitzustellen, auf null verringert wird.
Situation 2 - das Fahrzeug fährt in einer Fahrbahn einer Straße oder einem Verkehrsweg unter der Steuerung des automatisierten Fahrmoduls 6, sodass das EPAS-Modul 24 auf den durch die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 bereitgestellten gewünschten Lenkwinkel δ_DES reagiert. Jedoch wird der Radius der Krümmung der Straße enger als die automatisierte Fahrersteuervorrichtung 6 berechtigt ist, diesem erfolgreich zu folgen. Dadurch muss der Fahrer eine zusätzliche Lenkeingabe an das Lenkrad 8 durchführen, um das Fahrzeug in seiner Position auf der Straße zu halten. Dies bedeutet, dass, obwohl der Fahrer dem Lenkrad eine Lenkeingabe bereitstellt, der tatsächliche Lenkwinkel δ_ACT im Wesentlichen dem gewünschten Lenkwinkel δ_DES innerhalb einer bestimmten Toleranz, beispielsweise 1 Grad des Lenkwinkels, entspricht. In einer derartigen Situation, in der der Fahrer zusätzlich zur Lenksteuerung, die durch die automatisierte Fahrsteuervorrichtung 6 bereitgestellt wird, eine Lenkeingabe durchführen muss, wäre es nicht wünschenswert, den Einfluss der automatisierten Fahrsteuervorrichtung 6 zu verringern, da dies dazu führen würde, dass der Fahrer eine weitere Kurskorrektur vornehmen müsste.
Somit funktioniert das zweite Untermodul 62, um die zwei oben beschriebenen Situationen zu berücksichtigen und stellt damit ein Mittel zum Beeinflussen der Gewichtung auf der Grundlage der Überwachung weiterer Systembedingungen bereit, die der maximal zulässigen Drehmomentgrenze T_MAX zugewiesen wird, die als T_DE ausgegeben wird, wobei es sich in diesem Fall um den Lenkwinkelfehler δ_ERR handelt. Dieses Verhältnis wird durch den im zweiten Untermodul 62 in 3 eingefügten Graphen veranschaulicht.
Zahlreiche Modifizierungen können an den obigen Beispielen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung nach der Definition in den beigefügten Patentansprüchen abzuweichen.
In den obigen Ausführungsformen wurde auf Lenkwinkelwerte verwiesen, die als Eingangssignale verwendet werden. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass, obwohl sie direkte Messungen des Lenkwinkels sein könnten, sie ebenso jeder beliebige Wert sein können, der den Lenkwinkel anzeigt. Beispielsweise könnten solche Werte die Position der Zahnstange 10, die Winkelrichtung der Straßenräder 20 oder ein anderer gleichwertiger Wert sein. Demnach sollten Bezugnahmen auf den Begriff „Lenkwinkel“ so ausgelegt werden, dass sie jegliche Messung bezeichnen, die den Lenkwinkel der Räder anzeigt.

Claims

Fahrzeuglenksystem, umfassend: einen Eingang, der konfiguriert ist, ein Signal zu empfangen, das einen Solllenkwinkel darstellt; einen Ausgang, der konfiguriert ist, einem Lenkmotor auf der Grundlage des Solllenkwinkels einen Drehmomentausgabebefehl bereitzustellen; und ein Drehmomentbegrenzermodul, das konfiguriert ist, den Drehmomentausgabebefehl zu empfangen und eine Drehmomentgrenze darauf anzuwenden, bevor diese dem Lenkmotor bereitgestellt wird, wobei die Drehmomentgrenze auf der Grundlage wenigstens eines Fahrzeugparameters dynamisch konfigurierbar ist.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Fahrzeugparameter einen von einem Fahrer angewandten Lenkeingabeparameter enthält.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 2, wobei sich die Drehmomentgrenze im Verhältnis zur Größenordnung des von einem Fahrer angewandten Lenkeingabeparameters verringert.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Drehmomentgrenze ferner von einem Lenkwinkelfehler abhängt, der die Differenz zwischen dem Solllenkwinkel und einem tatsächlichen Lenkwinkel ist, der einem Lenkrad des Lenksystems bereitgestellt wird.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 4, wobei der Lenkwinkelfehler verwendet wird, um eine Gewichtungsfunktion zu berechnen, die verwendet wird, um den Anteil zu variieren, mit dem die Drehmomentgrenze verglichen mit einem oberen Drehmomentschwellenwert angewandt wird.
Fahrzeuglenksystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die von einem Fahrer angewandte Lenkeingabe auf einer Ausgabe von einem Torsionsstabsensor des Lenksystems basiert, wobei der Torsionsstabsensor als Reaktion auf eine Fahrereingabe am Lenkrad betriebsfähig ist.
Fahrzeuglenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Solllenkwinkel durch automatisierte Antriebsmittel bereitgestellt wird.
Verfahren zum Steuern der Drehmomentausgabe von einem Fahrzeuglenksystem, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Signals, das einen Solllenkwinkel anzeigt; Bereitstellen eines Drehmomentausgabebefehls an einen Lenkmotor auf der Grundlage des gewünschten Lenkwinkels; und Anwenden einer Drehmomentgrenze auf den Drehmomentausgabebefehl, bevor der Drehmomentausgabebefehl dem Lenkmotor bereitgestellt wird, wobei die Drehmomentgrenze auf der Grundlage wenigstens eines Fahrzeugparameters dynamisch konfigurierbar ist.
Steuervorrichtung für ein Lenksystem zum Ausführen der Schritte des Verfahrens nach Anspruch 8.
Fahrzeug, umfassend ein Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1 bis 8 oder Steuervorrichtung nach Anspruch 9.