EP4665631A1 - Verfahren zum betrieb eines steer-by-wire-lenksystems - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines steer-by-wire-lenksystems

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Publication number
EP4665631A1
EP4665631A1 EP24704296.3A EP24704296A EP4665631A1 EP 4665631 A1 EP4665631 A1 EP 4665631A1 EP 24704296 A EP24704296 A EP 24704296A EP 4665631 A1 EP4665631 A1 EP 4665631A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rack
load
steering
steer
detected
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.)
Pending
Application number
EP24704296.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Schoelzel
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke 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 Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP4665631A1 publication Critical patent/EP4665631A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • B62D6/002—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits computing target steering angles for front or rear wheels
    • 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
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0469—End-of-stroke control
    • 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
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a steer-by-wire steering system according to the preamble of claim 1.
  • steer-by-wire steering systems for vehicles are already known in various forms from the state of the art.
  • One such steer-by-wire steering system is shown, for example, in DE 10 2014 211 815 A1.
  • the conventional mechanical transmission devices are no longer required; instead, the driver generates data through his steering movement on the so-called steering handle or steering wheel, which is fed into an electronic control unit.
  • This control module evaluates the data and converts it into appropriate steering commands.
  • This controls the steering gear which carries out the desired steering movement by moving the rack. If the steering gear is not actively controlled in this way, the rack also moves - i.e. the rack remains stationary in all other cases.
  • a steer-by-wire steering system is proposed in which, as already explained in the introductory part, the steering request of a vehicle occupant is recorded by operating a steering handle and is set on a rack of a steering gear as an assigned rack position. The steering of the wheels is completely mechanically decoupled from the driver's steering movement.
  • the aim is that with a steer-by-wire steering gear (due to the rack position control) no higher axial load peaks occur on the rack than with a conventional (mechanically coupled) steering gear without steer-by-wire.
  • Such a different force ratio between a left and a right wheel of the vehicle occurs, for example, when the vehicle suddenly drives up a curb with one wheel or when the vehicle drives over an uneven road. This means that the forces acting on the vehicle wheels are different on the left and right wheels.
  • Such a different force ratio on the two wheels of a common axle (on which the rack is also positioned) in turn leads to a load on the steering gear.
  • the steering gear therefore absorbs such a load, particularly in the axial direction.
  • rack force estimator determines whether a load is recorded by a so-called rack force estimator.
  • the current rack force or rack load is determined based on the currents in the servo motor of the steering gear and other physical quantities.
  • the data can also be collected using suitable sensors, measurements, calculations, estimates or the like. Subsequently, it is intended that a slight rack movement takes place depending on the detected rack load, in particular as a reaction to mitigate the load peaks.
  • This rack movement is then preferably so slight that it is preferably not reported back to a vehicle driver (for example at the steering handle).
  • the rack movement is carried out by a rack position controller.
  • the controller stiffness is selected such that a position deviation of the rack is permitted when a rack load is detected. If such a load is detected, the position controller gives way (within a defined stiffness) and allows a certain deviation of the rack position. In an operating situation without a specified load on the steering gear, the rack position is always fixed. Only when a load is detected does the position controller give way, so that at least part of the forces acting on the steering gear are cushioned by a rack movement. After the load has ended, this rack movement is then preferably corrected back to the original position.
  • a rack movement only occurs when the detected load exceeds a threshold value. For example, if the force acting on the steering gear is less than 50 N, no rack movement occurs, but from 50 N onwards, such movement occurs.
  • a steer-by-wire steering system of a vehicle for carrying out the method according to one of claims 1 to 4 is also proposed.
  • the steering system includes a steering gear with a rack that can be controlled by a control unit.
  • the movement of the rack basically implements the driver's steering request.
  • This rack position is then held by the rack position controller and only corrected accordingly by adjusting the driver's steering request. If axial forces or loads act on the rack (especially shocks), the rack position controller allows a defined deviation (for example after exceeding a threshold value described above) from the target position as a cushioning reaction to the axial shocks. This deviation is a slight rack movement.
  • At least one detection unit is provided for detecting an axial load on the rack due to a different force ratio between a left and a right wheel of a common axle of the vehicle.
  • a unit can be, for example, one or more sensor units and/or a control unit for estimating or calculating or simulating the excitation.
  • the detection unit is a rack force estimator as already described above.
  • the rack is designed in such a way that it can perform a slight movement as a result of the detected load.
  • the steering system comprises a rack position controller for controlling the movement of the rack.
  • the movement of the rack in the event of the aforementioned load on the gear box then preferably occurs based on a selected stiffness setting of the position controller, which allows a position deviation of the rack depending on the load.

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Steer-By-Wire-Lenksystems, wobei der Lenkwunsch eines Fahrzeuginsassen durch Betätigung einer Lenkhandhabe erfasst wird und an einer Zahnstange eines Lenkgetriebes als zugeordnete Zahnstangenposition eingestellt wird, umfassend folgende Schritte: Erfassen einer axialen Belastung auf die Zahnstange aufgrund eines unterschiedlichen Kräfteverhältnisses zwischen einem linken und einem rechten Rad einer Achse des Fahrzuges, wobei in Abhängigkeit dieser Belastung eine Zahnstangenbewegung erfolgt.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Steer-By-Wire-Lenksystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Steer-By-Wire-Lenksystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 10 2014 211 815 A1 verwiesen.
Sogenannte Steer-By-Wire-Lenksysteme von Fahrzeugen sind aus dem Stand der Technik bereits in unterschiedlichen Weisen bekannt. Ein solches Steer-By-Wire- Lenksystem ist beispielswiese in der DE 10 2014 211 815 A1 aufgezeigt.
Ein solches unterscheidet sich von den herkömmlichen Lenksystemen insofern, dass die Lenkung der Räder von der mechanischen Lenkbewegung des Fahrers vollkommen entkoppelt bzw. nur mehr durch eine rein elektronische Übertragung stattfindet. Die herkömmlichen mechanischen Übertragungseinrichtungen entfallen, stattdessen erzeugt der Fahrer durch seine Lenkbewegung an der sogenannten Lenkhandhabe bzw. am Lenkrad Daten, mit welchen eine elektronische Steuereinheit gespeist wird. Dieses Steuermodul wertet die Daten aus und setzt sie in entsprechende Lenkbefehle um. Damit wird das Lenkgetriebe angesteuert, welches die gewünschte Lenkbewegung durch eine Zahnstangenbewegung ausführt. Erfolgt keine solche aktive Ansteuerung des Lenkgetriebes, so erfolgt auch eine Zahnstangenbewegung - d.h. die Zahnstange bleibt dann in jedem anderen Fall unbewegt.
Das hat jedoch zur negativen Folge, dass das Belastungskollektiv an den Komponenten eines Steer-by-Wire Lenkgetriebes aufgrund auftretender Fahrbahnbelastungen über die Fahrzeuglebensdauer steigt. Somit muss ein Steer-by- Wire System robuster für die erhöhten Anforderungen dimensioniert werden, was zusätzliche Kosten, Gewicht und Platzbedarf im Fahrzeug verursacht.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung das oben genannte Problem zu lösen.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Steer-By-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 5. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Steer-By-Wire-Lenksystem vorgeschlagen, bei welchem grundsätzlich, wie bereits im einleitenden Teil erläutert, der Lenkwunsch eines Fahrzeuginsassen durch Betätigung einer Lenkhandhabe erfasst wird und an einer Zahnstange eines Lenkgetriebes als zugeordnete Zahnstangenposition eingestellt wird. Die Lenkung der Räder ist dabei von der Lenkbewegung des Fahrers vollständig mechanisch entkoppelt.
Ziel ist es, dass bei einem Steer-by-Wire Lenkgetriebe (aufgrund der Zahnstangenpositionsregelung) keine höheren axialen Belastungs-Peaks an der Zahnstange auftreten als bei einem konventionellen (also mechanisch gekoppeltem) Lenkgetriebe ohne Steer-By-Wire.
Es ist daher vorgesehen, dass eine axiale Belastung bzw. Kraft auf die Zahnstange aufgrund eines unterschiedlichen Kräfteverhältnisses zwischen einem linken und rechten Rad einer gemeinsamen Achse des Fahrzuges erfasst wird.
Ein solches unterschiedliches Kräfteverhältnis zwischen einem linken und einem rechten Rad des Fahrzeuges tritt zum Beispiel dann auf, wenn das Fahrzeug plötzlich mit einem Rad auf einen Bordstein hinauffährt oder wenn das Fahrzeug über eine unebene Fahrbahn fährt. Dies führt dazu, dass die auf die Fahrzeugräder wirkenden Kräfte am linken und rechten Rad unterschiedlich groß sind. Ein solches unterschiedliches Kräfteverhältnis an den beiden Rädern einer gemeinsamen Achse (an welcher auch die Zahnstange positioniert ist) führt wiederrum zu einer Belastung des Lenkgetriebes. Das Lenkgetriebe nimmt daher, insbesondere in axialer Richtung, eine derartige Belastung auf.
Insbesondere erfolgt eine solche Erfassung der Belastung durch einen sog. Zahnstangenkraftschätzer. Die aktuelle Zahnstangenkraft bzw. Zahnstangenbelastung wird dabei auf Basis von ermittelten Strömen im Servomotor des Lenkgetriebes und anderen physikalischen Größen ermittelt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassung auch durch geeignet Sensoren, Messungen, Berechnungen, Schätzungen oder dgl. erfolgen. Anschließend ist es vorgesehen, dass eine geringfügige Zahnstangenbewegung in Abhängigkeit der erfassten Zahnstangenbelastung, insbesondere als Reaktion zum Abmildern der Belastungsspitzen, erfolgt.
Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass nach Beendigung der Belastung die Zahnstange wieder in ihr ursprüngliche Position zurück bewegt wird.
Eine solche Zahnstangenbewegung in Abhängigkeit der Zahnstangenbelastung ermöglicht zumindest eine teilweise Aufnahme der Belastungen auf das Lenkgetriebe und damit eine Entlastung dieses. Durch diese Regelstrategie können Zahnstangenimpulse - aufgrund von beispielsweise Fahrbahnanregungen - durch eine zugelassene Positionsabweichung der Zahnstange abgefedert werden. Damit müssen keine erhöhten Belastungskollektive in der Lenkgetriebedimensionierung berücksichtigt werden.
Diese Zahnstangenbewegung ist dann bevorzugt derart geringfügig, dass diese bevorzugt nicht an einen Fahrzeugfahrer (beispielsweise an der Lenkhandhabe) rückgemeldet wird.
Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass die Zahnstangenbewegung durch einen Zahnstangenpositionsregler erfolgt. Dabei ist die Reglersteifigkeit derart gewählt, dass eine Positionsabweichung der Zahnstange bei einer erfassten Zahnstangenbelastung zugelassen wird. Wird also eine solche Belastung erfasst, dann gibt der Positionsregler (innerhalb einer definierten Steifigkeit) nach und lässt eine gewisse Abweichung der Zahnstangenposition zu. In einer Betriebssituation ohne eine genannte Belastung des Lenkgetriebes ist die Zahnstangenposition immer fest. Erst wenn eine Belastung erfasst wird, gibt der Positionsregler nach, sodass zumindest ein Teil der auf das Lenkgetriebe wirkenden Kräfte durch eine Zahnstangenbewegung abgefedert wird. Nach Beendigung der Belastung wird diese Zahnstangenbewegung dann bevorzugt wieder korrigiert in die ursprüngliche Position.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass erst dann eine Zahnstangenbewegung erfolgt, wenn die erfasste Belastung einen Schwellwert überschreitet. Ist beispielsweise die auf das Lenkgetriebe wirkende Kraft kleiner als 50 N, so erfolgt keine Zahnstangenbewegung, wobei ab 50 N eine solche erfolgt. Es wird ferner ein Steer-By-Wire-Lenksystem eines Fahrzeuges zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 vorgeschlagen.
Das Lenksystem umfasst dabei ein von einer Steuereinheit ansteuerbares Lenkgetriebe mit einer Zahnstange. Durch die Bewegung der Zahnstange wird grundsätzlich der Lenkwunsch des Fahrers umgesetzt. Diese Zahnstangenposition wird dann durch den Zahnstangenpositionsregler festgehalten und erst durch die Anpassung des Lenkwunsches des Fahrers entsprechend korrigiert. Wirken nun axiale Kräfte bzw. Belastungen auf die Zahnstange (insbesondere Stöße), erlaubt der Zahnstangenpositionsregler eine definierte Abweichung (beispielsweise nach Überschreiten eines oben beschriebenen Schwellwertes) von der Soll-Position als abfedernde Reaktion auf die axialen Stöße. Diese Abweichung ist eine geringfügige Zahnstangenbewegung.
Es ist ferner zumindest eine Erfassungseinheit zur Erfassung einer axialen Belastung der Zahnstange aufgrund eines unterschiedlichen Kräfteverhältnisses zwischen einem linken und einem rechten Rad einer gemeinsamen Achse des Fahrzuges vorgesehen. Eine solche kann beispielsweise eine oder mehrere Sensoreinheiten und/oder ein Steuergerät zum Schätzen bzw. Berechnen oder Simulieren der Anregung sein. Insbesondere handelt es sich bei der Erfassungseinheit um einen bereits weiter oben beschriebenen Zahnstangenkraftschätzer.
Die Zahnstange ist dabei derart eingerichtet, dass diese eine geringfügige Bewegung als Folge der erfassten Belastung ausführen kann.
Besonders bevorzugt umfasst das Lenksystem einen Zahnstangenpositionsregler zur Regelung der Bewegung der Zahnstange. Die Bewegung der Zahnstange im Falle der genannten Belastung des Getriebes erfolgt dann bevorzugt aufgrund einer gewählten Steifigkeitseinstellung des Positionsreglers, welche eine Positionsabweichung der Zahnstange in Abhängigkeit der Belastung zulässt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Steer-By-Wire-Lenksystems, wobei der Lenkwunsch eines Fahrzeuginsassen durch Betätigung einer Lenkhandhabe erfasst wird und an einer Zahnstange eines Lenkgetriebes als zugeordnete Zahnstangenposition eingestellt wird, umfassend folgende Schritte:
Erfassen einer axialen Belastung auf die Zahnstange aufgrund eines unterschiedlichen Kräfteverhältnisses zwischen einem linken und einem rechten Rad einer Achse des Fahrzuges, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit dieser Belastung eine Zahnstangenbewegung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Zahnstangenbewegung durch einen Zahnstangenpositionsregler erfolgt, wobei dessen Reglersteifigkeit derart gewählt ist, dass eine Positionsabweichung der Zahnstange bei einer erfassten Belastung auf die Zahnstange zugelassen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei nach Beendigung der Belastung die Zahnstange wieder in ihr ursprüngliche Position zurück bewegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei, erst wenn die erfasste axiale Belastung einen Schwellwert überschreitet, eine Zahnstangenbewegung erfolgt.
5. Steer-By-Wire-Lenksystems eines Fahrzeuges zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine von einer Steuereinheit ansteuerbaren Zahnstange, sowie zumindest eine Erfassungseinheit, welche eine axiale Belastung auf das Lenkgetriebe erfasst, wobei die Zahnstange eingerichtet ist, um eine geringfügige Bewegung als Folge der erfassten Belastung auszuführen.
6. Steer-By-Wire-Lenksystem nach Anspruch 5, umfassend einen Zahnstangenpositionsregler zur Justierung der Zahnstange, dessen Steifigkeit derart gewählt ist, dass eine Positionsabweichung der Zahnstange bei einer erfassten axialen Belastung auf die Zahnstange zugelassen wird.
EP24704296.3A 2023-02-17 2024-01-24 Verfahren zum betrieb eines steer-by-wire-lenksystems Pending EP4665631A1 (de)

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