EP3817966A1 - Verfahren zum lenken eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum lenken eines kraftfahrzeugs

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Publication number
EP3817966A1
EP3817966A1 EP19730134.4A EP19730134A EP3817966A1 EP 3817966 A1 EP3817966 A1 EP 3817966A1 EP 19730134 A EP19730134 A EP 19730134A EP 3817966 A1 EP3817966 A1 EP 3817966A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steering
actuator
force
input values
values
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19730134.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
André Wesenberg
Sebastian LOOS
Thorsten GROH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of EP3817966A1 publication Critical patent/EP3817966A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback

Definitions

  • the invention relates to a method for steering a motor vehicle and a system for steering a motor vehicle.
  • a steering system for a motor vehicle is generally designed as an auxiliary steering system with a mechanical connection between a steering wheel as an operating element and a steering actuator of a mechatronic steering system, for example a steering gear. It is possible that actuating forces that act on the control element are influenced by the steering actuator. With such a steering system and / or such a steering system, safety objectives are or are provided, according to which both too low and too high actuation forces are to be avoided. The safety goals are set on the steering actuator due to the mechanical connection between the steering wheel and the steering gear.
  • a manual power actuator sets an actuating force on the steering wheel in accordance with a total tie rod force and other boundary conditions, for example a steering wheel angle, a speed of the motor vehicle, etc.
  • the safety goals with regard to the actuation forces also remain with the steer-by-wire system. If the steering actuator is still responsible for fulfilling these safety goals, the safety goals are transferred to, among other things, recording the Tie rod total forces, since fault detection can lead to impermissibly high or low hand forces on the steering wheel. Furthermore, the safety goals are transferred to the communication network between the steering actuator and the manual power actuator, which can result in technical and financial expenses.
  • the publication DE 10 2009 048 092 A1 describes a control method for a steering system with electrical assistance.
  • An electro-hydraulic steering system for a motor vehicle is known from the document DE 199 29 427 A1.
  • a hydraulic steering system for a mobile machine is described in the document DE 10 2011 106 276 A1.
  • the method according to the invention is intended for steering a motor vehicle with a steering system, the steering system having, for example, a manually operable control element or a manually actuable actuating element, a manual force actuator or manual force actuator, a steering actuator or steering actuator, at least one transmission element and a steering feel function ,
  • the steering actuator is connected via the at least one transmission link to at least one steerable wheel of the motor vehicle, the
  • Actuating element and the manual power actuator are mechanically connected to each other.
  • operating values of a total transmission force which acts on the at least one transmission element, are transmitted to the steering feel function with the ones determined from the Operating values for the entire transmission force
  • Input values of a manual force for the manual force actuator are determined.
  • the input values are transmitted to a system function for limiting and / or plausibility checking of the input values and are compared by the system function with a predefined or defined maximum value for the actuating force and a predefined or defined minimum value for the actuating force.
  • the system function determines output values for the manual force and predetermines the manual force actuator in response to the operating values for the total actuating force, the actuating or operating element being dependent on these initial values by the manual force actuator for the hand force is moved and a mechanical feedback or a mechanical feedback about a movement of the at least one wheel is provided to a driver of the vehicle.
  • an input value and an output value resulting therefrom are set on the one hand at least or at least as large as the minimum value or a lower limit and on the other hand at most or at most as large as the maximum value or an upper limit.
  • the hand force is kept above the lower limit and below the upper limit.
  • the method is carried out for a steering system in which the at least one transmission link is designed as at least one tie rod between the steering actuator and the at least one wheel, with a total tie rod force acting on the at least one tie rod being determined as the total transmission force.
  • the actuating or operating element is usually designed as a steering wheel.
  • the steering actuator is usually assigned to a steerable axle of the motor vehicle, which as a rule has two steerable wheels which can be steered synchronously or individually.
  • the steering actuator is connected to a wheel via a respective transmission link, ie, for example, via at least one transmission link, for example, a tie rod.
  • a transmission force thus acts on at least one transmission member between each wheel and the steering actuator, from which in turn the total transmission force is determined.
  • the steering actuator prefferably be assigned at least one sensor which is designed to determine a respective transmission force and thus also the entire transmission force.
  • the method is carried out for a steering system which has a communication network which has at least one connection, for example a radio-based or wireless connection or a physical or wired line, with the manual power actuator and the steering actuator via the communication network Exchange of signals are interconnected.
  • the communication network is usually provided as the only connection between the manual power actuator and the steering actuator.
  • a mechanical connection via which forces could be transmitted is generally not provided here, which is why the method is intended for a steer-by-wire steering system.
  • the system function and the steering feel function are carried out using software.
  • the system according to the invention is designed for steering a motor vehicle with a steering system, the steering system having a steering wheel as a manual actuating element, an electromechanical manual power actuator, an electromechanical steering actuator, at least one mechanical transmission element and a steering function, the steering actuator being provided with the at least one transmission link is connected to at least one steerable wheel of the motor vehicle, the actuating element and the manual force actuator being mechanically connected to one another.
  • This system has a system function for limiting and / or checking the plausibility of input values.
  • operating values of a total transmission force which acts on the at least one transmission member, are transmitted to the steering feel function and / or can be transmitted, the steering feeling function being designed to derive input values from the determined operating values for the entire transmission force
  • the input values being transmitted to the system function for limiting and / or making the input values plausible, or to be transmitted and / or to be transmitted.
  • the system function is designed to compare the input values with a predefined or defined maximum value and a predefined or defined minimum value for the actuating force and thereby reduce input values that are greater than the maximum value to at least the maximum value or an upper limit and input values which are less than or less than the minimum value must be raised to at least the minimum value or a lower limit.
  • the system function is also designed to determine output values for the manual force from the input values controlled, for example limited, by the system function and to predefine the manual force actuator, the manual force actuator being designed to move the actuating element depending on these initial values for the manual force, what can be felt manually by the driver.
  • the system has a control unit in which the system function is implemented, the control unit being designed to perform or execute the system function.
  • the steering feel function is implemented in the control device, the control device being designed to also perform the steering feel function.
  • the functional architecture of the system function is proposed to meet the security goals. With this functional architecture, it is possible to use the system function to limit the input values to the output values and / or to check the plausibility of the input values at the end of a rule chain, the system function being designed to relate the set and / or predefined input values for the manual force with respect to a assess any violation of the security objectives. If the safety goals are exceeded, an operating parameter, in one embodiment the actuating force, is limited to a maximum possible value or the maximum value or an upper limit. If the safety targets and / or the actuating force, which usually acts on the steering wheel, are undershot, a corresponding reaction is also made and the manual force or the actuating force is kept above a lower limit and thus above a minimum possible value or minimum value.
  • the steering system for a motor vehicle is an auxiliary steering system with an electrical connection, for example a line or radio-based connection, for exchanging signals between the steering wheel as an actuating or operating element and the steering actuator or steering actuator of the mechatronic steering system, which is usually a steering gear has trained.
  • an electrical connection for example a line or radio-based connection
  • the steering actuator or steering actuator of the mechatronic steering system which is usually a steering gear has trained.
  • actuating forces which, starting from the manual force actuator or manual force actuator, act on the steering wheel as an operating element, the manual forces acting on the Act control element, are influenced by the steering actuator.
  • safety objectives are provided, according to which both too low and too high actuation forces are to be avoided, which is possible with the method and system.
  • the security objectives are set or set by the system function.
  • signals are communicatively transmitted between the steering actuator and the actuating or operating element, wherein there is no mechanical connection between the steering actuator and the actuating or operating element for transmitting forces is.
  • the manual force actuator is assigned to the actuating element.
  • the steering actuator and the manual power actuator are connected to one another via the communication network in a wired or wireless manner, for example by radio. Via this communication network, for example, the tie rod total force detected by the steering actuator is communicated to the control unit as the total transmission force and, after its revision, to the manual force actuator in accordance with one embodiment of the method.
  • the manual force actuator sets the manual force on the steering wheel as an actuating force that can be felt and / or felt manually by the driver due to a movement of the actuating element, which is usually designed as a steering wheel.
  • the safety goals regarding the actuation forces can also be guaranteed for the steer-by-wire system. This prevents impermissibly high or low hand forces on the steering wheel.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of the system according to the invention for performing an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle 2, of which a steerable axle 4 is shown here, to which wheels 6 are assigned.
  • a steering actuator 8 or steering actuator is each via a tie rod 10 as
  • FIG. 1 also shows a steering wheel 12 as an actuating element for a driver of motor vehicle 2, which is connected to a manual power actuator 14 or manual power actuator. Furthermore, the steering actuator 8 and the manual power actuator 14 are connected to one another via at least one line 16 as a connection of a communication network. It is provided here that the steering actuator 8, the tie rods 10, the steering wheel 12, the manual power actuator 14 and also the line 16 are designed as components of a steering system 18 of the motor vehicle 2 which is wired here.
  • the embodiment of the system 20 comprises a control unit 22 and a further line 24 as a connection via which the control unit 22 is connected to the steering actuator 8. It is also possible that at least one of the components of the steering system 18 presented above is also formed as part of the system 20.
  • a steering feel function 26 and a system function 28 are implemented in the control unit 22, with a characteristic map 30 for values, here for input values 32 and output values, in the system function 28 44, a hand force or steering force is implemented.
  • This system function 28 is designed to limit input values 32 and / or to make the input values 32 plausible.
  • operating values of a tie rod total force are determined as the total transmission force between the steering actuator 8 and the wheels 6 and are transmitted via the further line 24 from the steering actuator 8 to the steering feel function 26 and thus also to the control unit 22. It is provided that the steering feel function 26 from the determined operating values for the
  • Tie rod total force Input values 32 for the manual force are determined, for example calculated, an input value 32 depending on the steering feel function 26 depending on the detected, for example sensor-measured, operating value of the tie rod total force as the total transmission force. The input values 32 continue to be sent to the
  • the characteristic diagram 30 for the system function 28 here comprises an abscissa 34 along which the time is plotted and an ordinate 36 along which the input values 32 for the hand force are plotted. Since a plurality of operating values of the tie rod total force are determined during the operation of the steering system 18, and input values 32 for the manual force are in turn determined therefrom with the steering feel function 26, a curve 38 correspondingly results for a time course of the input values 32.
  • the system function 28 is used. It is taken into account here that a minimum value 40 and a maximum value 42 for output values 44 of the manual force are provided and / or defined in the characteristic diagram.
  • the input values 32 for the manual force are limited or limited taking into account the minimum value 40 and the maximum value 42.
  • the original input values 32 become Output values 44 are provided, wherein a maximum output value 44 corresponds at most or at most to the maximum value 42 and a minimum output value 44 at least or at least corresponds to the minimum value 40.
  • an input value 32 that is smaller than the minimum value 40 is raised to the minimum value 40.
  • An input value 32 which is at least as large as the minimum value 40 and at most as large as the maximum value 42, is transmitted with the system function 28 directly and unchanged to an output value 44.
  • the result is that output values 44 for the manual force are at least as large as the minimum value 40 and at most as large as the maximum value 42.
  • the output values 44 are in turn transmitted from the control unit 22 via an additional line 46 as a connection to the manual force actuator 14.
  • the manual force actuator 14 is acted upon and the steering wheel 12 is acted upon as feedback of the tie rod total force as the total transmission force for the driver of the vehicle 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lenken eines Kraftfahrzeugs (2) mit einer Lenkanlage (18), wobei die Lenkanlage (18) ein Betätigungselement, einen Handkraftaktor (14), einen Lenkaktor (8), mindestens ein Übertragungsglied und eine Lenkgefühlfunktion (26) aufweist, wobei der Lenkaktor (8) über das mindestens eine Übertragungsglied mit mindestens einem lenkbaren Rad (6) des Kraftfahrzeugs (2) verbunden ist, wobei das Betätigungselement und der Handkraftaktor (14) miteinander mechanisch verbunden sind, wobei Betriebswerte einer gesamten Übertragungskraft, die auf das mindestens eine Übertragungsglied wirkt, an die Lenkgefühlfunktion (26) übermittelt werden, mit der aus den ermittelten Betriebswerten für die gesamte Übertragungskraft Eingangswerte (32) einer Handkraft für den Handkraftaktor (14) ermittelt werden, wobei die Eingangswerte (32) an eine Systemfunktion (28) zum Begrenzen der Eingangswerte (32) übermittelt und von der Systemfunktion (26) mit einem vorgegebenen Maximalwert (42) und einem vorgegebenen Minimalwert (40) für die Betätigungskraft verglichen werden, wobei Eingangswerte (32), die größer als der Maximalwert (42) sind, mindestens auf den Maximalwert (42) reduziert und Eingangswerte (32), die geringer als der Minimalwert (40) sind, mindestens auf den Minimalwert (40) angehoben werden, wobei von der Systemfunktion (26) aus den Eingangswerten (32) Ausgangswerte (44) für die Handkraft ermittelt und dem Handkraftaktor (14) vorgegeben werden, wobei das Betätigungselement durch den Handkraftaktor (14) abhängig von diesen Ausgangswerten (44) für die Handkraft bewegt wird.

Description

Verfahren zum Lenken eines Kraftfahrzeugs
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lenken eines Kraftfahrzeugs und ein System zum Lenken eines Kraftfahrzeugs.
Eine Lenkanlage für ein Kraftfahrzeug ist in der Regel als Hilfskraftlenkanlage mit einer mechanischen Verbindung zwischen einem Lenkrad als Bedienelement und einem Lenkaktor eines mechatronischen Lenksystems, bspw. eines Lenkgetriebes, ausgebildet. Dabei ist es möglich, dass Betätigungskräfte, die auf das Bedienelement wirken, von dem Lenkaktor beeinflusst werden. Bei einem derartigen Lenksystem und/oder einer derartigen Lenkanlage ist bzw. sind Sicherheitsziele vorgesehen, wonach sowohl zu geringe als auch zu hohe Betätigungskräfte vermieden werden sollen. Dabei werden die Sicherheitsziele aufgrund der mechanischen Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe an den Lenkaktor gestellt. Bei einem drahtgebundenen Lenksystem bzw. einem Steer-by-wire-System als Fremd kraftlenksystem stellt ein Handkraftaktor entsprechend einer Spurstangensummenkraft und weiterer Randbedingungen, bspw. einem Lenkradwinkel, einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs usw., an dem Lenkrad eine Betätigungskraft ein.
Weiterhin bleiben die Sicherheitsziele bezüglich der Betätigungskräfte auch bei dem Steer-by-wire-System bestehen. Sofern eine Erfüllung dieser Sicherheitsziele weiterhin dem Lenkaktor obliegt, übertragen sich die Sicherheitsziele unter anderem an eine Erfassung der Spurstangensummenkräfte, da eine Fehlererfassung zu unzulässig hohen oder niedrigen Handkräften am Lenkrad führen kann. Weiterhin übertragen sich die Sicherheitsziele an das Kommunikationsnetzwerk zwischen dem Lenkaktor und dem Handkraftaktor, wodurch technische und finanzielle Aufwände entstehen können.
Die Druckschrift DE 10 2009 048 092 A1 beschreibt ein Regelverfahren für ein Lenksystem mit elektrischer Hilfskraftunterstützung. Ein elektrohydraulisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug ist aus der Druckschrift DE 199 29 427 A1 bekannt.
Eine hydraulische Lenkung für eine mobile Arbeitsmaschine ist in der Druckschrift DE 10 2011 106 276 A1 beschrieben.
Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, Sicherheitsziele bzw. Sicherheitsanforderungen für eine Lenkanlage einzuhalten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen des Systems und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Lenken eines Kraftfahrzeugs mit einer Lenkanlage vorgesehen, wobei die Lenkanlage ein bspw. als Lenkrad ausgebildetes manuell bedienbares Bedienelement bzw. manuell betätigbares Betätigungselement, einen Handkraftaktor bzw. Handkraftaktuator, einen Lenkaktor bzw. Lenkaktuator, mindestens ein Übertragungsglied und eine Lenkgefühlfunktion aufweist. Dabei ist der Lenkaktor über das mindestens eine Übertragungsglied mit mindestens einem lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs verbunden, wobei das
Betätigungselement und der Handkraftaktor miteinander mechanisch verbunden sind. Bei dem Verfahren werden Betriebswerte einer gesamten Übertragungskraft, die auf das mindestens eine Übertragungsglied wirkt, an die Lenkgefühlfunktion übermittelt, mit der aus den ermittelten Betriebswerten für die gesamte Übertragungskraft Eingangswerte einer Handkraft für den Handkraftaktor ermittelt werden. Die Eingangswerte werden an eine Systemfunktion zum Begrenzen und/oder Plausibilisieren der Eingangswerte übermittelt und von der Systemfunktion mit einem vorgegebenen bzw. definierten Maximalwert für die Betätigungskraft und einem vorgegebenen bzw. definierten Minimalwert für die Betätigungskraft verglichen. Dabei werden Eingangswerte, die größer als der Maximalwert sind, mindestens auf den Maximalwert reduziert, d. h. es erfolgt eine Begrenzung nach oben auf den Maximalwert, und Eingangswerte, die geringer bzw. kleiner als der Minimalwert sind, mindestens auf den Minimalwert angehoben. Aus den dabei von der Systemfunktion kontrollierten, bspw. begrenzten Eingangswerten werden von der Systemfunktion Ausgangswerte für die Handkraft ermittelt und dem Handkraftaktor als Reaktion auf die Betriebswerte für die gesamte Betätigungskraft vorgegeben, wobei das Betätigungs- bzw. Bedienelement durch den Handkraftaktor abhängig von diesen Ausgangswerten für die Handkraft bewegt wird und einem Fahrer des Fahrzeugs eine mechanische Rückmeldung bzw. ein mechanisches Feedback über eine Bewegung des mindestens einen Rads bereitgestellt wird.
Somit wird je nach Definition ein Eingangswert und ein daraus resultierender Ausgangswert einerseits mindestens bzw. minimal so groß wie der Minimalwert bzw. eine Untergrenze und andererseits höchstens oder maximal so groß wie der Maximalwert bzw. eine Obergrenze eingestellt. Somit wird die Handkraft über der Untergrenze und unter der Obergrenze gehalten.
Das Verfahren wird für eine Lenkanlage durchgeführt, bei der das mindestens eine Übertragungsglied als mindestens eine Spurstange zwischen dem Lenkaktor und dem mindestens einen Rad ausgebildet ist, wobei als die gesamte Übertragungskraft eine auf die mindestens eine Spurstange wirkende Spurstangensummenkraft ermittelt wird. Das Betätigungs- bzw. Bedienelement ist in der Regel als Lenkrad ausgebildet. Üblicherweise ist der Lenkaktor einer lenkbaren Achse des Kraftfahrzeugs zugeordnet, die in der Regel zwei lenkbare Räder aufweist, die synchron oder individuell gelenkt werden können. Weiterhin ist der Lenkaktor über jeweils ein Übertragungsglied, d. h. bspw. über jeweils mindestens ein Übertragungsglied, bspw. eine Spurstange, mit jeweils einem Rad verbunden. Somit wirkt auf jeweils mindestens ein Übertragungsglied zwischen jeweils einem Rad und dem Lenkaktor jeweils eine Übertragungskraft, aus der wiederum die gesamte Übertragungskraft ermittelt wird. Dabei ist es möglich, dass dem Lenkaktor mindestens ein Sensor zugeordnet ist, der dazu ausgebildet ist, eine jeweilige Übertragungskraft und somit auch die gesamte Übertragungskraft zu ermitteln. Es ist jedoch alternativ oder ergänzend auch möglich, eine jeweilige Übertragungskraft und somit auch die gesamte Übertragungskraft aus mindestens einem Betriebsparameter des Lenkaktors abzuleiten.
Weiterhin wird das Verfahren für eine Lenkanlage durchgeführt, die ein Kommunikationsnetzwerk aufweist, das mindestens eine Verbindung, bspw. eine funkgestützte bzw. drahtlose (wireless) Verbindung oder eine physische bzw. drahtgebundene Leitung, aufweist, wobei der Handkraftaktor und der Lenkaktor über das Kommunikationsnetzwerk zum Austausch von Signalen miteinander verbunden sind. Dabei ist das Kommunikationsnetzwerk in der Regel als einzige Verbindung zwischen dem Handkraftaktor und dem Lenkaktor vorgesehen. Eine mechanische Verbindung, über die Kräfte übertragbar wären, ist hier in der Regel nicht vorgesehen, weshalb das Verfahren für eine Steer-by-wire-Lenkanlage vorgesehen ist.
In Ausgestaltung werden die Systemfunktion und die Lenkgefühlfunktion softwaregestützt durchgeführt. Das erfindungsgemäße System ist zum Lenken eines Kraftfahrzeugs mit einer Lenkanlage ausgebildet, wobei die Lenkanlage ein Lenkrad als manuelles Betätigungselement, einen elektromechanischen Handkraftaktor, einen elektromechanischen Lenkaktor, mindestens ein mechanisches Übertragungsglied und eine Lenkfunktion aufweist, wobei der Lenkaktor über das mindestens eine Übertragungsglied mit mindestens einem lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei das Betätigungselement und der Handkraftaktor miteinander mechanisch verbunden sind. Dieses System weist eine Systemfunktion zum Begrenzen und/oder Plausibilisieren von Eingangswerten auf. Es ist vorgesehen, dass Betriebswerte einer gesamten Übertragungskraft, die auf das mindestens eine Übertragungsglied wirkt, an die Lenkgefühlfunktion übermittelt werden bzw. zu übermitteln und/oder übermittelbar sind, wobei die Lenkgefühlfunktion dazu ausgebildet ist, aus den ermittelten Betriebswerten für die gesamte Übertragungskraft Eingangswerte einer Handkraft für den Handkraftaktor zu ermitteln, wobei die Eingangswerte an die Systemfunktion zum Begrenzen und/oder Plausibilisieren der Eingangswerte übermittelt werden bzw. zu übermitteln und/oder übermittelbar sind. Die Systemfunktion ist dazu ausgebildet, die Eingangswerte mit einem vorgegebenen bzw. definierten Maximalwert und einem vorgegebenen bzw. definierten Minimalwert für die Betätigungskraft zu vergleichen und dabei Eingangswerte, die größer als der Maximalwert sind, mindestens auf den Maximalwert bzw. eine Obergrenze zu reduzieren und Eingangswerte, die geringer bzw. kleiner als der Minimalwert sind, mindestens auf den Minimalwert bzw. eine Untergrenze anzuheben. Die Systemfunktion ist zudem dazu ausgebildet, aus den dabei von der Systemfunktion kontrollierten, bspw. begrenzten, Eingangswerten Ausgangswerte für die Handkraft zu ermitteln und dem Handkraftaktor vorzugeben, wobei der Handkraftaktor dazu ausgebildet ist, das Betätigungselement abhängig von diesen Ausgangswerten für die Handkraft zu bewegen, was von dem Fahrer manuell gefühlt werden kann.
Das System weist ein Steuergerät auf, in dem die Systemfunktion implementiert ist, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, die Systemfunktion durch- bzw. auszuführen. In dem Steuergerät ist in Ausgestaltung die Lenkgefühlfunktion implementiert, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, auch die Lenkgefühlfunktion auszuführen.
Mit einer Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens und/oder mit einer Ausgestaltung des vorgestellten Systems ist es möglich, für ein drahtgebundenes Lenksystem bzw. ein Steer-by-wire-System bzw. eine entsprechende Lenkanlage durch Vorsehen der Systemfunktion eine Software-Architektur bezüglich einer funktionalen Sicherheit und/oder für eine funktionale Sicherheit der Lenkanlage bereitzustellen, wobei mit dieser Software-Architektur an dem Lenkrad der Lenkanlage unsichere Handkräfte bzw. Lenkkräfte verhindert werden.
Bei Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens mit einer Ausführungsform des Systems ist es möglich, Sicherheitsziele bezüglich der Handkraft als der Betätigungskraft bzw. Bedienkraft an den Handkraftaktor zu übertragen. Dabei wird zur Erfüllung der Sicherheitsziele die Funktions- Architektur der Systemfunktion vorgeschlagen. Mit dieser Funktions- Architektur ist es möglich, zum Abschluss einer Regelkette die Systemfunktion zum Begrenzen der Eingangswerte auf die Ausgangswerte und/oder zum Plausibilisieren der Eingangswerte einzusetzen, wobei die Systemfunktion dazu ausgebildet ist, die gestellten und/oder vorgegebenen Eingangswerte für die Handkraft bezüglich einer etwaigen Verletzung der Sicherheitsziele zu bewerten. Falls die Sicherheitsziele überschritten werden, wird ein Betriebsparameter, in Ausgestaltung die Betätigungskraft, auf einen maximal möglichen Wert bzw. den Maximalwert bzw. eine Obergrenze begrenzt. Falls die Sicherheitsziele und/oder die Betätigungskraft, die üblicherweise an dem Lenkrad wirkt, unterschritten wird, wird ebenfalls entsprechend reagiert und die Handkraft bzw. die Betätigungskraft über einer Untergrenze und somit über einem minimal möglichen Wert bzw. Minimalwert gehalten.
Die Lenkanlage für ein Kraftfahrzeug ist als Hilfskraftlenkanlage mit einer elektrischen Verbindung, bspw. einer Leitung oder funkgestützten Verbindung, zum Austausch von Signalen zwischen dem Lenkrad als Betätigungs- bzw. Bedienelement und dem Lenkaktor bzw. Lenkaktuator des mechatronischen Lenksystems, der in der Regel ein Lenkgetriebe aufweist, ausgebildet. Dabei ist es möglich, dass Handkräfte als Betätigungskräfte, die ausgehend von dem Handkraftaktor bzw. Handkraftaktuator, der das Lenkrad als Bedienelement beaufschlagt, wobei die Handkräfte auf das Bedienelement wirken, von dem Lenkaktor beeinflusst werden. Bei einer derartigen Lenkanlage bzw. einem derartigen Lenksystem sind Sicherheitsziele vorgesehen, wonach sowohl zu geringe als auch zu hohe Betätigungskräfte vermieden werden sollen, was mit dem Verfahren und System möglich ist. Dabei werden die Sicherheitsziele von der Systemfunktion eingestellt bzw. gestellt.
Bei einem drahtgebundenen Lenksystem bzw. einem Steer-by-wire-System als Fremdkraftlenksystem werden zwischen dem Lenkaktor und dem Betätigungs- bzw. Bedienelement kommunikativ Signale übertragen, wobei zwischen dem Lenkaktor und dem Betätigungs- bzw. Bedienelement keine mechanische Verbindung zum Übertragen von Kräften vorhanden ist. Um an dem Betätigungselement die Betätigungskraft einstellen zu können, wird dem Betätigungselement der Handkraftaktor zugeordnet. Dabei sind der Lenkaktor und der Handkraftaktor über das Kommunikationsnetzwerk drahtgebunden oder drahtlos, bspw. funkgestützt miteinander verbunden. Über dieses Kommunikationsnetzwerk wird bspw. die vom Lenkaktor erfasste Spurstangensummenkraft als gesamte Übertragungskraft an das Steuergerät und nach deren Überarbeitung gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens an den Handkraftaktor kommuniziert. Der Handkraftaktor stellt an dem Lenkrad die Handkraft als Betätigungskraft ein, die von dem Fahrer aufgrund einer Bewegung des üblicherweise als Lenkrad ausgebildeten Betätigungselements manuell fühlbar und/oder spürbar ist. Dabei können die Sicherheitsziele bezüglich der Betätigungskräfte auch für das Steer-by-wire-System gewährleistet werden. So werden unzulässig hohe oder niedrige Handkräfte am Lenkrad vermieden.
Somit ist es u. a. möglich, Sicherheitsziele bzw. Sicherheitsanforderungen an dem Lenkaktor und dem Kommunikationsnetzwerk zu reduzieren, wodurch Kosten und Komplexität der Lenkanlage reduziert werden.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zum Durchführen einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug 2, von dem hier eine lenkbare Achse 4 gezeigt ist, der Räder 6 zugeordnet sind. Dabei ist ein Lenkaktor 8 bzw. Lenkaktuator über jeweils eine Spurstange 10 als
Übertragungsglied mit jeweils einem Rad 6 verbunden. Figur 1 zeigt auch ein Lenkrad 12 als Betätigungselement für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 2, das mit einem Handkraftaktor 14 bzw. Handkraftaktuator verbunden ist. Weiterhin sind der Lenkaktor 8 und der Handkraftaktor 14 über mindestens eine Leitung 16 als Verbindung eines Kommunikationsnetzwerks miteinander verbunden. Hierbei ist vorgesehen, dass der Lenkaktor 8, die Spurstangen 10, das Lenkrad 12, der Handkraftaktor 14 und auch die Leitung 16 als Komponenten einer hier drahtgebundenen Lenkanlage 18 des Kraftfahrzeugs 2 ausgebildet sind.
Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 20 umfasst ein Steuergerät 22 und eine weitere Leitung 24 als Verbindung, über die das Steuergerät 22 mit dem Lenkaktor 8 verbunden ist. Außerdem ist es möglich, dass mindestens eine der voranstehend vorgestellten Komponenten des Lenksystems 18 ebenfalls als Teil des Systems 20 ausgebildet ist.
Es ist vorgesehen, dass in dem Steuergerät 22 eine Lenkgefühlfunktion 26 und eine Systemfunktion 28 implementiert sind, wobei in der Systemfunktion 28 ein Kennfeld 30 für Werte, hier für Eingangswerte 32 und Ausgangswerte 44, einer Handkraft bzw. Lenkkraft implementiert ist. Diese Systemfunktion 28 ist zum Begrenzen von Eingangswerten 32 und/oder zum Plausibilisieren der Eingangswerte 32 ausgebildet. Bei einem Betrieb der Lenkanlage 18 werden Betriebswerte einer Spurstangensummenkraft als gesamte Übertragungskraft zwischen dem Lenkaktor 8 und den Rädern 6 ermittelt und über die weitere Leitung 24 von dem Lenkaktor 8 zu der Lenkgefühlfunktion 26 und somit auch zu dem Steuergerät 22 übermittelt. Dabei ist vorgesehen, dass die Lenkgefühlfunktion 26 aus den ermittelten Betriebswerten für die
Spurstangensummenkraft Eingangswerte 32 für die Handkraft ermittelt, bspw. berechnet werden, wobei jeweils ein Eingangswert 32 gemäß der Lenkgefühlfunktion 26 von dem erfassten, bspw. sensorisch gemessenen Betriebswert der Spurstangensummenkraft als gesamte Übertragungskraft abhängig ist. Dabei werden die Eingangswerte 32 weiterhin an die
Systemfunktion 28 in dem Steuergerät 22 übermittelt.
Das Kennfeld 30 für die Systemfunktion 28 umfasst hier eine Abszisse 34, entlang der die Zeit aufgetragen ist, und eine Ordinate 36, entlang der die Eingangswerte 32 für die Handkraft aufgetragen sind. Da während des Betriebs der Lenkanlage 18 eine Vielzahl an Betriebswerten der Spurstangensummenkraft ermittelt und daraus mit der Lenkgefühlfunktion 26 wiederum Eingangswerte 32 für die Handkraft ermittelt werden, ergibt sich entsprechend eine Kurve 38 für einen zeitlichen Verlauf der Eingangswerte 32.
Bei der vorgestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Systemfunktion 28 verwendet. Hierbei wird berücksichtigt, dass in dem Kennfeld ein Minimalwert 40 und ein Maximalwert 42 für Ausgangswerte 44 der Handkraft vorgesehen und/oder definiert sind. Bei der Ausführungsform des Verfahrens werden die Eingangswerte 32 für die Handkraft unter Berücksichtigung des Minimalwerts 40 und des Maximalwerts 42 begrenzt bzw. beschränkt. Dabei werden mit der Systemfunktion 28 aus den ursprünglichen Eingangswerten 32 Ausgangswerte 44 bereitgestellt, wobei ein maximaler Ausgangswert 44 höchstens bzw. maximal dem Maximalwert 42 und ein minimaler Ausgangswert 44 mindestens bzw. minimal dem Minimalwert 40 entspricht. Hierbei ist es in einer Variante des Verfahrens möglich, einen jeweiligen Eingangswert 32, der größer als der vorgesehene Maximalwert 42 ist, auf den Maximalwert 42 zu beschränken. Außerdem wird ein Eingangswert 32, der kleiner als der Minimalwert 40 ist, auf den Minimalwert 40 angehoben. Ein Eingangswert 32, der mindestens so groß wie der Minimalwert 40 und maximal so groß wie der Maximalwert 42 ist, wird mit der Systemfunktion 28 unmittelbar und unverändert zu einem Ausgangswert 44 übertragen. Somit ergibt sich, dass Ausgangswerte 44 für die Handkraft mindestens so groß wie der Minimalwert 40 und maximal so groß wie der Maximalwert 42 sind. Die Ausgangswerte 44 werden wiederum von dem Steuergerät 22 über eine zusätzliche Leitung 46 als Verbindung zu dem Handkraftaktor 14 übermittelt. Auf Grundlage dieser begrenzten Ausgangswerte 44 wird der Handkraftaktor 14 beaufschlagt und somit das Lenkrad 12 als Rückmeldung der Spurstangensummenkraft als gesamte Übertragungskraft für den Fahrer des Fahrzeugs 2 beaufschlagt.
Bezugsziffern
2 Kraftfahrzeug
4 Achse
6 Rad
8 Lenkaktor
10 Spurstange
12 Lenkrad
14 Handkraftaktor 16 Leitung
18 Lenkanlage 20 System
22 Steuergerät 24 Leitung
26 Lenkgefühlfunktion
28 Systemfunktion 30 Kennfeld
32 Eingangswert 34 Abszisse
36 Ordinate
38 Kurve
40 Minimalwert 42 Maximalwert 44 Ausgangswert 46 Leitung

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Lenken eines Kraftfahrzeugs (2) mit einer Lenkanlage (18), wobei die Lenkanlage (18) ein Betätigungselement, einen Handkraftaktor (14), einen Lenkaktor (8), mindestens ein
Übertragungsglied und eine Lenkgefühlfunktion (26) aufweist, wobei der Lenkaktor (8) über das mindestens eine Übertragungsglied mit mindestens einem lenkbaren Rad (6) des Kraftfahrzeugs (2) verbunden ist, wobei das Betätigungselement und der Handkraftaktor (14) miteinander mechanisch verbunden sind, wobei Betriebswerte einer gesamten Übertragungskraft, die auf das mindestens eine Übertragungsglied wirkt, an die Lenkgefühlfunktion (26) übermittelt werden, mit der aus den ermittelten Betriebswerten für die gesamte Übertragungskraft Eingangswerte (32) einer Handkraft für den Handkraftaktor (14) ermittelt werden, wobei die Eingangswerte (32) an eine Systemfunktion (28) zum Begrenzen der Eingangswerte (32) übermittelt und von der Systemfunktion (26) mit einem vorgegebenen Maximalwert (42) und einem vorgegebenen Minimalwert (40) für die Betätigungskraft verglichen werden, wobei Eingangswerte (32), die größer als der Maximalwert (42) sind, mindestens auf den Maximalwert
(42) reduziert und Eingangswerte (32), die geringer als der Minimalwert (40) sind, mindestens auf den Minimalwert (40) angehoben werden, wobei von der Systemfunktion (26) aus den Eingangswerten (32) Ausgangswerte (44) für die Handkraft ermittelt und dem Handkraftaktor (14) vorgegeben werden, wobei das Betätigungselement durch den
Handkraftaktor (14) abhängig von diesen Ausgangswerten (44) für die Handkraft bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , das für eine Lenkanlage (18) durchgeführt wird, bei der das mindestens eine Übertragungsglied als mindestens eine Spurstange (10) zwischen dem Lenkaktor (8) und dem mindestens einen Rad (6) ausgebildet ist, wobei als die gesamte Übertragungskraft eine auf die mindestens eine Spurstange wirkende Spurstangensummenkraft ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das für eine Lenkanlage (18) durchgeführt wird, die ein Kommunikationsnetzwerk aufweist, das mindestens eine Verbindung aufweist, wobei der Handkraftaktor (14) und der Lenkaktor (8) über das Kommunikationsnetzwerk zum
Austausch von Signalen miteinander verbunden sind.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Systemfunktion (28) softwaregestützt durchgeführt wird.
5. System zum Lenken eines Kraftfahrzeugs (2) mit einer Lenkanlage (18), wobei die Lenkanlage (18) ein Betätigungselement, einen Handkraftaktor, einen Lenkaktor (8), mindestens ein Übertragungsglied und eine Lenkgefühlfunktion (26) aufweist, wobei der Lenkaktor (8) über das mindestens eine Übertragungsglied mit mindestens einem lenkbaren Rad (6) des Kraftfahrzeugs (2) verbunden ist, wobei das Betätigungselement und der Handkraftaktor (14) miteinander mechanisch verbunden sind, wobei das System (20) eine Systemfunktion (28) zum Begrenzen von Eingangswerten (32) aufweist, wobei Betriebswerte einer gesamten Übertragungskraft, die auf das mindestens eine Übertragungsglied wirkt, an die Lenkgefühlfunktion (26) zu übermitteln sind, wobei die Lenkgefühlfunktion (28) dazu ausgebildet ist, aus den ermittelten Betriebswerten für die gesamte Übertragungskraft Eingangswerte (32) einer Handkraft für den Handkraftaktor (14) zu ermitteln und die Eingangswerte (32) an die
Systemfunktion (28) zu übermitteln, wobei die Systemfunktion (28) dazu ausgebildet ist, die Eingangswerte (32) mit einem vorgegebenen Maximalwert (42) und einem vorgegebenen Minimalwert (40) für die Betätigungskraft zu vergleichen und dabei Eingangswerte (32), die größer als der Maximalwert (42) sind, mindestens auf den Maximalwert
(42) zu reduzieren und Eingangswerte, die geringer als der Minimalwert (40) sind, mindestens auf den Minimalwert (40) anzuheben, wobei die Systemfunktion (28) dazu ausgebildet ist, aus den Eingangswerten (32) Ausgangswerte (44) für die Handkraft zu ermitteln und dem Handkraftaktor (14) vorzugeben, wobei der Handkraftaktor (14) dazu ausgebildet ist, das Bedienelement abhängig von diesen Ausgangswerten (44) für die Handkraft zu bewegen. 6. System nach Anspruch 5, das ein Steuergerät (22) aufweist, in dem die
Systemfunktion (28) implementiert ist, wobei das Steuergerät (22) dazu ausgebildet ist, die Systemfunktion (28) auszuführen.
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