EP4709632A1 - Verfahren zur erzeugung einer fahrbahnrückmeldung eines steer-by-wire-lenksystems für einen fahrzeugfahrer sowie steer-by-wire-lenksystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Fahrbahnrückmeldung einer Fahrbahnanregungen eines Steer-By-Wire-Lenksystems für einen Fahrzeugfahrer, wobei eine Querbeschleunigung und/oder eine Wankbewegung des Fahrzeuges berechnet wird und wobei die berechnete Querbeschleunigung und/oder Wankbewegung mit gemessenen Sensorsignalen über eine Querbeschleunigung und/oder eine Wankbewegung des Fahrzeuges abgeglichen und eine Differenz aus diesen berechnet wird, wobei, wenn die berechnete Differenz einen Schwellwert überschreitet, eine haptische Fahrbahnrückmeldung an einem Lenkhandhabeaktuator des Steer-By-Wire-Lenksystems erzeugt wird

Description

Beschreibung Verfahren zur Erzeugung einer Fahrbahnrückmeldung eines Steer-By-Wire- Lenksystems für einen Fahrzeugfahrer sowie Steer-By-Wire-Lenksystem Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Fahrbahnrückmeldung von einem Steer-By-Wire-Lenksystems für einen Fahrzeugfahrer nach dem Anspruch 1 sowie Steer-By-Wire-Lenksystem nach dem Anspruch 10. 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 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 ausführt. Um dem Fahrzeugführer bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem wie er es von den herkömmlichen Lenkungen gewohnt ist, ein entsprechendes Lenkgefühl zu vermitteln, ist üblicherweise am Lenkradmodul ein Lenkradaktuator bzw. ein Betätigungskraftsimulator bzw. ein Lenkradmotor bzw. ein Feedback-Aktuator angeordnet. Entsprechend der vorliegenden Sensordaten errechnet eine Steuerelektronik dabei einen Stellwert für den Feedback-Aktuator, welcher am Lenkrad damit einen Lenkradwiderstand abbildet. Dieser sollte im Idealfall die Kraftschlussverhaltnisse zwischen Reifen und Fahrbahn auf angemessenem Kraftniveau wiedergeben. Ein solches Steer-By-Wire-Lenksystem ist in der DE 10 2014 211 815 A1 aufgezeigt. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Steer-By-Wire- Lenksystems aufzuzeigen, das eine authentische Fahrbahnruckmeldung an den Fahrzeugfahrer liefert. Die Losung 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 8. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteranspruche. Es wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Fahrbahnrückmeldung einer Fahrbahnanregungen eines Steer-By-Wire-Lenksystems für einen Fahrzeugfahrer vorgeschlagen. Dabei wird eine Querbeschleunigung und/oder eine Wankbewegung des Fahrzeuges berechnet. Die Berechnung dieser Querbeschleunigung bzw. Wankbewegung erfolgt dabei bevorzugt mittels einer modellbezogenen Berechnungsmethode, beispielsweise mittels eines sogenannten Einspurmodells bzw. Wankmodells. Es ist ferner vorgehsehen, dass die berechnete Querbeschleunigung und/oder Wankbewegung mit gemessenen Sensorsignalen über eine Querbeschleunigung und/oder eine Wankbewegung (auch gemessene (Querbeschleunigung bzw. Wankbewegung bezeichnet) des Fahrzeuges abgeglichen und eine Differenz aus diesen berechnet wird. Mit anderen Worten wird die berechnete Querbeschleunigung bzw. Wankbewegung mit einer gemessenen Querbeschleunigung bzw. Wankbewegung verglichen und die Differenz aus diesen gebildet. Wenn die ermittelte Differenz einen Schwellwert bzw. einen vorgegeben Threshold überschreitet, wird eine haptische Fahrbahnrückmeldung an einem Lenkhandhabeaktuator (bevorzugt ein Lenkradaktuator) des Steer-By-Wire- Lenksystems erzeugt. Bevorzugt wird bei Überschreiten des Schwellwertes ein Lenkhandhabe- oder ein Lenkradmoment abhängig von einer an der Zahnstange des Lenksystems anliegenden Zahnstangenkraft, auf den Lenkhandhabeaktuator oder den Lenkradaktuator übertragen, und dem Fahrzeugfahrer so eine haptische Rückmeldung an einer Lenkhandhabe des Fahrzeuges gegeben. Die berechnete Querbeschleunigung und das berechnete Wanken des Fahrzeugs sind dann, zusätzlich zur anliegenden Zahnstangenkraft, Indikatoren fur das Anliegen einer Fahrbahnanregung. Durch Uberschreiten des genannten Schwellwertes der Differenz des berechneten zum gemessenen Signal wird indiziert, dass eine durch eine Lenkbewegung hinausgehende bzw. abweichende Querbeschleunigung bzw. Wankbewegung des Fahrzeuges hinausgeht. Es wird also indiziert, dass die Querbeschleunigung bzw. die Wankbewegung des Fahrzeuges auf eine Fahrbahnanregung zurückzuführen ist. Eine Überschreitung des Schwellwertes stellt also ein Indiz dafür dar, dass das Fahrzeug eine Querbeschleunigung bzw. ein Wanken erfährt, das unabhängig von der Lenkbewegung des Fahrzeuges ist, sondern durch Fahrbahnverhältnisse verursacht wird. Dies soll einem Fahrzeugfahrer durch eine haptische Rückmeldung bevorzugt an der Lenkhandhabe rückgemeldet werden. Somit kann vorteilhaft eine Erfassungs-, Analyse- und Umsetzungsmethodik aufgezeigt werden, wobei ein zuverlässiges, authentisches, haptisches Feedback an einen Fahrzeuginsassen auf eine Fahrbahnanregung erfolgt. Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass die Wankbewegung des Fahrzeuges in Form einer Wankgeschwindigkeit berechnet wird. Die Wankbewegung, insbesondere die Wankgeschwindigkeit, wird bevorzugt durch ein Berechnungsmodell, beispielsweise ein Wankmodell, berechnet und anschließend mit einem im Schwerpunkt des Fahrzeuges gemessenen Wankbewegungssignal, insbesondere Wankgeschwindigkeitssignal, eines Sensors im Fahrzeug abgeglichen. Zur Berechnung der Wankgeschwindigkeit kann beispielsweise ein Winkel herangezogen werden, der sich aus der Differenz von einem linken Höhenstand und einem rechten Höhenstand an einer Achse, insbesondere der Vorderachse, des Fahrzeuges ergibt. Aus der Ableitung dieses Winkels kann dann die Wankgeschwindigkeit berechnet werden. Bei der Berechnung der Querbeschleunigung des Fahrzeuges kann beispielsweis ein Einspurmodell herangezogen werden. Dabei wird die Querbeschleunigung in Abhängigkeit einer an einer Zahnstange des Lenksystems anliegenden aktuellen Zahnstangenkraft berechnet. Anschließend wird diese berechnete Querbeschleunigung mittels gemessenen Sensorsignalen über die Querbeschleunigung des Fahrzeuges abgeglichen. Es wird ferner ein Steer-By-Wire-Lenksystem (kurz: Lenksystem) gemäß dem nebengeordneten Anspruch 7 vorgeschlagen. Das Lenksystem umfasst zumindest eine Recheneinheit zur Berechnung einer Querbeschleunigung und/oder einer Wankbewegung des Fahrzeuges. Zur Berechnung der Querbeschleunigung können beispielsweise die Höhenstandssensoren an einem rechten und an einem linken Rad bzw. Radaufhängung dienen. Aus deren Höhenstandsunterschied kann mit der Ableitung des resultierenden Winkels eine Wankbewegung berechnet werden. Ferner umfasst das Lenksystem zumindest eine Sensoreinheit zur Messung mindestens einer Querbeschleunigung und/oder Wankbewegung des Fahrzeuges. Zur Messung der Wankgeschwindigkeit kann beispielsweise ein Sensor im Fahrzeugschwerpunkt herangezogen werden. Das Lenksystem umfasst ferner zumindest eine Auswerteeinheit zum Abgleich der berechneten und der gemessenen Querbeschleunigung und/oder Wankbewegung des Fahrzeuges. Außerdem umfasst das Lenksystem einen von einer Steuereinheit ansteuerbaren Lenkhandhabeaktuator welcher eingerichtet ist, um synthetische, haptische Fahrbahnrückmeldungen an einen Fahrzeugführer in Antwort auf den Abgleich zu erzeugen. Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel weiter erläutert. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein. In Figur 1 ist die Berechnung der Wankgeschwindigkeit anhand einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die Figuren 2 und 3 zeigen jeweils einen beispielhaften Verlauf einer berechneten und einer gemessenen Wankgeschwindigkeit, wobei in dem Verlauf aus Figur 1 das Wanken durch eine Lenkbewegung entsteht, während in dem Verlauf aus Figur 2 das Wanken durch eine Fahrbahnunebenheit verursacht ist. Figur 1 zeigt eine schematischen Abbildung eines Fahrzeuges in einer Frontalansicht, welches eine Wankbewegung W um dessen Längsachse durch eine Federbewegung der Fahrzeugfederung F erfährt. An der jeweiligen Fahrzeugfederung F an den beiden Räder R der Vorderachse des Fahrzeuges sind Höhenstandssensoren angeordnet, mit denen die genaue Hohe her, he. der Radaufhängung bzw. des Radhauses an einem jeweiligen Rad gemessen werden kann. Es ist nun vorgesehen, die Wankgeschwindigkeit 62 durch das in Figur 1 abgebildete Wankmodell zu berechnen. Anschließend soll die im Schwerpunkt SP gemessene Wankgeschwindigkeit 61 mit der berechneten verglichen werden. Überschreitet die Differenz dieser beiden Werte einen bestimmen vorgesehenen Schwellwert, so kann davon ausgegangen werden, dass die Wankbewegung des Fahrzeuges aufgrund einer Fahrbahnunebenheit erfolgt ist. Dann wird dem Fahrzeugfahrer, in Abhängigkeit der an zu diesem Zeitpunkt an der Zahnstange des Fahrzeugs anliegenden Zahnstangenkraft Fz, eine Fahrbahnrückmeldung in Form eines Lenkhandhabemoments an der Lenkhandhabe erzeugt. In diesem konkreten Fall wird die Wankgeschwindigkeit 82 durch die Ableitung der Differenz der beiden Höhen her, he. aus den Höhenstandssensoren an der Vorderachse und dem daraus resultierenden Winkel 82 berechnen. In Figur 2 und Figur 3 ist die gemessene Wankgeschwindigkeit 81 und die berechnete Wankgeschwindigkeit 82 im Verlauf der Zeit t sowie die Zahnstangenkraft Fz im Verlauf der Zeit t dargestellt. Dabei ist in Figur 2 das Wankverhalten während einem Lenkeingriff aufgezeigt, während in Figur 3 das Wankverhalten, ausgelöst durch eine Fahrbahnunebenheit, aufgezeigt ist. Wie in Figur 2 und Figur 3 zu erkennen, wirkt bzw. entsteht die Zahnstangenkraft Fz jeweils zeitlich betrachtet am frühesten. Bei jeder Wankbewegung (egal ob durch einen Lenkeingriff oder durch eine Fahrbahnunebenheit bedingt) entsteht eine Zahnstangenkraft Fz. Ist jedoch die Zahnstangenkraft Fz durch einen Lenkeingriff bedingt, wird diese nicht dem Fahrzeugfahrer in Form eines Lenkhandhabemoments ruckgemeldet. Ist die Zahnstangenkraft Fz dagegen durch eine Fahrbahnunebenheit bedingt, so ist es vorgesehen, dass dem Fahrer eine haptische Ruckmeldung zu dieser in Form eines Lenkhandhabemoments gestellt wird. Der Abstand zu den jeweiligen Wankgeschwindigkeiten 82 und 81 ist in den Figuren nur beispielhaft und schematisch dargestellt und kann von diesen abweichen. Wie in Figur 2 zu erkennen, ist der Signalverlauf und somit die Differenz der gemessenen und berechneten Wankgeschwindigkeiten Ayı sowie die Zeitdifferenz Atı bei einer durch Lenkbewegung am Fahrzeug hervorgerufenen Wankbewegung des Fahrzeugs gering. Beispielsweise beim Durchfahren einer Spurrille (also eine Fahrbahnanregung) verschiebt sich der Radaufstandspunkt am Fahrzeug, wodurch das Fahrzeug ein- bzw. ausgefedert wird. Diese Reaktion lässt sich in der Höhenstandssensorik frühzeitig erkennen, aus der, wie in Figur 3 zu erkennen, eine höhere Zeitdifferenz At2 sowie eine höhere Differenz Ay2 im Vergleich zur gemessenen Wankgeschwindigkeit 81 im Fahrzeugschwerpunkt SP resultiert (vgl. Ayı und At2 aus Figur 2). Bei einem normalen Einlenken ist daher gem. Figur 2 ein harmonisches Wankverhalten erkennbar, d.h. der Radfederweg (beispielsweise gemessen an den Höhenstandssensoren) und das gemessenes Wankverhalten im SP sind zeitlich sehr nahe beieinander. Wenn eine Zahnstangenbewegung durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufen wird, dann ist die berechnete Wankgeschwindigkeit 62 zeitlich deutlich versetzt zur tatsächlich gemessenen 61. Wird also demnach eine gewisse Zeitdifferenz At2 bzw. Wankdifferenz Ay überschritten, so ist dies ein Indiz dafür, dass eine Fahrbahnanregung für das Fahrzeugwanken verantwortlich ist. In Abhängigkeit von der aktuellen Zahnstangenkraft Fz, wird dies einem Fahrzeugfahrer in Form eines Lenkhandhabemoments haptisch ruckgemeldet. Dieser erhalt dadurch vorteilhaft eine authentische Rückmeldung über die Fahrbahnverhältnisse.

Claims

Patentanspruche 1. Verfahren zur Erzeugung einer Fahrbahnruckmeldung einer Fahrbahnanregungen eines Steer-By-Wire-Lenksystems für einen Fahrzeugfahrer, wobei - Eine Querbeschleunigung und/oder eine Wankbewegung des Fahrzeuges berechnet wird - und wobei die berechnete Querbeschleunigung und/oder Wankbewegung mit gemessenen Sensorsignalen über eine Querbeschleunigung und/oder eine Wankbewegung des Fahrzeuges abgeglichen und eine Differenz (Ayz) aus diesen berechnet wird, - Wobei, wenn die berechnete Differenz (Ay2) einen Schwellwert überschreitet, eine haptische Fahrbahnrückmeldung an einem Lenkhandhabeaktuator des Steer-By-Wire-Lenksystems erzeugt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wankbewegung in Form der Wankgeschwindigkeit (61,92) berechnet und gemessen wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wankbewegung des Fahrzeuges durch ein Berechnungsmodell berechnet und mit einem im Schwerpunkt (SP) des Fahrzeuges gemessenen Wankbewegungssignal eines Sensors im Fahrzeug abgeglichen wird. 4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, wobei die berechnete Wankgeschwindigkeit (8>) aus der Ableitung eines Winkels (81, 82) berechnet wird, der sich aus der Differenz von einem aus einem linken Höhenstandssensor und einem rechten Höhenstandssensor an einer Achse ergibt. 9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Querbeschleunigung des Fahrzeuges über ein Einspurmodell in Abhängigkeit einer an einer Zahnstange des Lenksystems anliegenden aktuellen Zahnstangenkraft (Fz) berechnet wird und wobei die berechnete Querbeschleunigung mittels | gemessenen Sensorsignalen uber die Querbeschleunigung des Fahrzeuges abgeglichen wird. 6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei bei Überschreiten des Schwellwertes ein Moment einer Lenkhandhabe des Steer-By-Wire- Lenksystems in Abhangigkeit von einer aktuell anliegenden Zahnstangenkraft (Fz) auf den Lenkhandhabeaktuator geschaltet wird. 7. Steer-By-Wire-Lenksystems eines Fahrzeuges zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend - zumindest eine Recheneinheit zur Berechnung einer Querbeschleunigung und/oder einer Wankbewegung des Fahrzeuges - sowie zumindest eine Sensoreinheit zur Messung mindestens einer Querbeschleunigung und/oder Wankbewegung des Fahrzeuges - sowie zumindest eine Auswerteeinheit zum Abgleich der berechneten und der gemessenen Querbeschleunigung und/oder Wankbewegung des Fahrzeuges. - sowie einen von einer Steuereinheit ansteuerbaren Lenkhandhabeaktuator welcher eingerichtet ist, um synthetische, haptische Fahrbahnrückmeldungen an einen Fahrzeugführer in Antwort auf den Abgleich zu erzeugen.