EP4727824A1 - Verfahren zum betreiben eines steer-by-wire-lenksystems und steer-by-wire-lenksystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems (1), wobei das Steer-by-Wire-Lenksystem (1) redundant ausgelegte Regelpfade aufweist, wobei bei Auftreten eines Fehlers in einem Hauptregelpfad von dem Hauptregelpfad auf einen redundanten Regelpfad umgeschaltet wird und der redundante Regelpfad hierzu aus einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand geschaltet wird, wobei eine Stellgröße (20,21) im redundanten Regelpfad während einer vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen (30) einer Fahrdynamik und eines Lenkgetriebes (11) geschätzt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Steer-by-Wire-Lenksystems (1).

Description

Beschreibung Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems und Steer-by-Wire-Lenksystem Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems und ein Steer-by-Wire-Lenksystem. Steer-by-Wire-(SbW)-Lenksysteme müssen eine deutlich höhere Ausfallsicherheit aufweisen als konventionelle elektromechanische Lenksysteme. Dies liegt daran, dass SbW-Lenksysteme über keine mechanische Verbindung zwischen Lenkhandhabe und Lenkgetriebe verfügen. Ein kompletter Ausfall des Lenksystems würde dazu führen, dass das Fahrzeug nicht mehr lenkbar wäre. Somit müssen ein kompletter Ausfall verhindert und Fehlerwirkungen frühzeitig erkannt werden. Ferner erfordern auch automatisiert fahrende Assistenzsysteme eine erhöhte Sicherheit an die Fahrzeugkomponenten. Ein SbW-Lenksystem umfasst ein Lenkradmodul mit einem Rückkopplungs-Aktuator (engl. Force Feedback Actuator, FFA), welches einen gewünschten Lenkwinkel an der Lenkhandhabe erfasst und ein realistisches Rückkopplungsmoment (Handmoment) für den Fahrer erzeugt. Ferner umfasst das SbW-Lenksystem ein Lenkmodul mit einem Lenkgetriebe (engl. Road Wheel Actuator, RWA), welches den Fahrerwunsch in eine Radlenkbewegung umsetzt. Um eine Fehlertoleranz des Gesamtsystems zu erhöhen, wird typischerweise die Regelung einer Aktorik, welche für die Positionsregelung im Lenkgetriebe (RWA) bzw. die Regelung des Drehmoments im Force-Feedback-Aktuator (FFA) zuständig ist, redundant ausgeführt. Die Aktorik verfügt insbesondere über mindestens zwei unabhängige Pfade zur Ansteuerung bzw. Regelung der Aktorik. Über eine heterogene Ausführung dieser Pfade kann die Fehlertoleranz gegenüber Common-Cause-Fehlern erhöht werden. Fällt ein Hauptregelpfad aus, so muss eine Überleitung zu einem redundanten Regelpfad stattfinden und der Hauptregelpfad wird deaktiviert. Hierzu wird der redundante Regelpfad von einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand überführt. Aufgrund des vorangehenden passiven Betriebs des redundanten Regelpfades und der hierdurch notwendigen Aktivierung kann es zu einer Stellgrößendifferenz kommen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire- Lenksystems und ein Steer-by-Wire-Lenksystem zu schaffen, bei denen eine Überleitung zwischen einem Hauptregelpfad und einem redundanten Regelpfad verbessert ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Insbesondere wird ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems zur Verfügung gestellt, wobei das Steer-by-Wire-Lenksystem redundant ausgelegte Regelpfade aufweist, wobei bei Auftreten eines Fehlers in einem Hauptregelpfad von dem Hauptregelpfad auf einen redundanten Regelpfad umgeschaltet wird und der redundante Regelpfad hierzu aus einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand geschaltet wird, wobei eine Stellgröße im redundanten Regelpfad während einer vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen einer Fahrdynamik und eines Lenkgetriebes geschätzt wird. Ferner wird insbesondere ein Steer-by-Wire-Lenksystem geschaffen, umfassend ein Lenkradmodul, das zum Erfassen einer Lenkvorgabe an einer Lenkhandhabe und zum Erzeugen eines Rückkopplungsmoments an der Lenkhandhabe eingerichtet ist, ein Lenkmodul, das zum Stellen eines Lenkwinkels an mindestens einem lenkbaren Rad ausgehend von der erfassten Lenkvorgabe und zum Bestimmen des Rückkopplungsmoments eingerichtet ist, und eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Lenkradmodul und dem Lenkmodul, wobei das Lenkradmodul und/oder das Lenkmodul redundant ausgelegte Regelpfade aufweisen, wobei eine Steuereinrichtung des Lenkradmoduls und/oder eine Steuereinrichtung des Lenkmoduls dazu eingerichtet ist, bei Auftreten eines Fehlers in einem Hauptregelpfad von dem Hauptregelpfad auf einen redundanten Regelpfad umzuschalten und den redundanten Regelpfad hierzu aus einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand zu schalten, und eine Stellgröße im redundanten Regelpfad während einer vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen einer Fahrdynamik und eines Lenkgetriebes zu schätzen. Das Verfahren und das Steer-by-Wire-Lenksystem ermöglichen eine verbesserte Überleitung zwischen dem Hauptregelpfad und einem redundanten Regelpfad, wenn ein Fehler im Hauptregelpfad auftritt. Insbesondere kann eine Drehmomentlücke, die entstehen kann, weil der redundante Regelpfad aus einem passiven Zustand aktiviert wird und hierdurch am Anfang noch keine der bisherigen Stellgröße des Hauptregelpfads entsprechende Stellgröße bereitstellen kann (d.h. insbesondere noch nicht eingeschwungen ist), während der Überleitungsphase gehandhabt und insbesondere verringert werden. Hierzu ist vorgesehen, dass eine Stellgröße im redundanten Regelpfad während der vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen einer Fahrdynamik und eines Lenkgetriebes geschätzt wird. Die geschätzte Stellgröße, insbesondere ein Drehmoment, wird dann als Stellgröße in dem redundanten Regelpfad gesetzt. Es ist hierdurch möglich, sofort nach dem Aktivieren des redundanten Regelpfades eine Stellgröße bereitzustellen. Ferner kann die Überleitung hierdurch für einen Fahrer komfortabler ausgestaltet werden, da insbesondere die beiden Extremfälle, das heißt eine maximale Stellgröße, insbesondere ein maximales Drehmoment, und eine Stellgröße von Null, insbesondere ein Drehmoment von Null, vermieden werden können. Die Stellgröße ist insbesondere ein Drehmoment. Grundsätzlich kann die Stellgröße aber auch eine andere Größe sein, beispielsweise eine Kraft oder eine Spannung. Die Regelgröße ist insbesondere ein Winkel oder eine Position. Eine Dauer der vorgegebenen Überleitungsphase ist insbesondere abhängig von einer Sprungantwort des jeweiligen (redundanten) Reglers. Die Sprungantwort ist ein Maß dafür, wie lange der Regler braucht, bis ein Einschwingvorgang nach dem Aktivschalten abgeklungen ist. Eine Dauer wird entsprechend gewählt (bei einer Einschwingzeit von 1 s beispielsweise ebenfalls 1 s). Ist eine Dauer der vorgegebenen Überleitungsphase abgelaufen, so wird die Stellgröße nicht mehr geschätzt, sondern von dem aktiv geschalteten redundanten Regler vorgegeben. Teile des Steer-by-Wire-Lenksystems, insbesondere die Steuereinrichtung(en), können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Teile einzeln oder zusammengefasst als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und/oder feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA) ausgebildet sind. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für die Dauer der Überleitungsphase eine Stellgrößenbeschränkung im redundanten Regelpfad auf die geschätzte Stellgröße gesetzt wird. Hierdurch kann die Stellgröße schrittweise an die bei Auftreten des Fehlerfalls vorliegende Stellgröße im Hauptregelpfad herangeführt werden. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Schätzen und Setzen der Stellgröße während der Überleitungsphase wiederholt durchgeführt wird. Hierdurch kann wiederholt eine aktualisierte Stellgröße geschätzt und bereitgestellt werden. Insbesondere kann auf diese Weise auch die Stellgrößenbeschränkung schrittweise neu gesetzt und angepasst werden. Eine Drehmomentlücke kann hierdurch schrittweise geschlossen werden und der redundante Regelpfad kann hierdurch insbesondere schrittweise an den bei Auftreten des Fehlerfalls vorliegenden Wert der Stellgröße herangeführt werden. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Reifenseitenkraft ausgehend von Messgrößen der Fahrdynamik und einem linearen Einspurmodell für ein Fahrzeug berechnet wird, wobei das Schätzen der Stellgröße ausgehend von der berechneten Reifenseitenkraft durchgeführt wird. Die Stellgröße ist hierbei insbesondere ein Drehmoment im Lenkmodul. Die Idee dahinter ist, dass auf ein Lenkgetriebe insbesondere zwei Kräfte wirken: eine Reifenseitenkraft und ein Drehmoment eines zum Stellen des mindestens einen lenkbaren Rades verwendeten Elektromotors. Die Reifenseitenkraft wird berechnet; das Drehmoment wird geschätzt und als Stellgröße verwendet. In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Reifenseitenkraft mittels eines querbeschleunigungsabhängigen Faktors verringert wird. Hierdurch kann verhindert werden, dass ein Wert für die berechnete Reifenseitenkraft zu groß wird. Es hat sich gezeigt, dass das lineare Einspurmodell oberhalb einer Querbeschleunigung von ca.4,5 m/s² zu große Werte liefert, da dort die Modellannahmen nicht mehr gelten. In der Folge würde auch die basierend hierauf geschätzte Stellgröße, insbesondere ein geschätztes Drehmoment, zu groß werden. Um dies zu verhindern, wird die berechnete Reifenseitenkraft mittels des querbeschleunigungsabhängigen Faktors verringert. Der Faktor kann beispielsweise ausgehend von einer, beispielsweise in der Steuereinrichtung hinterlegten, Kennlinie bestimmt werden, welche eine Abhängigkeit des Faktors von der Querbeschleunigung beinhaltet. Die Werte und ein Verlauf der Kennlinie können beispielsweise ausgehend von komplexeren Fahrzeugmodellen bestimmt werden. Insbesondere sorgt der Faktor dafür, dass die Stellgröße, insbesondere das Drehmoment, abgeschwächt werden. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Schätzen der Stellgröße mittels eines Unknown Input Observers (UIO) erfolgt. Hierdurch können besonders gute Ergebnisse erzielt werden. Insbesondere wird hierbei davon ausgegangen, dass ein im Unknown Input Oberserver (UIO) verwendeter geschätzter Zustandsvektor des jeweils betrachteten Teils des Steer-by- Wire-Lenksystems (Lenkradmodul oder Lenkmodul) gegen einen realen Zustandsvektor konvergiert. Insbesondere wird der Zustandsvektor mittels des UIO geschätzt; ausgehend von dem geschätzten Zustandsvektor wird dann die Stellgröße, insbesondere das Drehmoment, berechnet. In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine an einer Lenkhandhabe des Steer-by-Wire-Lenksystems erfasste Lenksollvorgabe als Eingang dem Unknown Input Observer (UIO) zugeführt wird. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verfahren in einem Lenkradmodul und in einem Lenkmodul des Steer-by-Wire-Lenksystems zum Einsatz kommt. Hierdurch kann das Auftreten einer Abweichung der Stellgrößen, insbesondere einer Drehmomentlücke, sowohl im Lenkradmodul als auch im Lenkmodul verhindert werden. Weitere Merkmale zur Ausgestaltung des Steer-by-Wire-Lenksystems ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile des Steer-by-Wire- Lenksystems sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens. Ferner wird insbesondere auch ein Fahrzeug geschaffen, umfassend ein Steer-by-Wire- Lenksystem nach einer der beschriebenen Ausführungsformen. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug. Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen: Fig.1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Steer-by-Wire- Lenksystems; Fig.2a, 2b schematische Darstellungen zur Verdeutlichung des Schätzens der Stellgröße. Die Fig.1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Steer-by-Wire- Lenksystems 1. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 umfasst ein Lenkradmodul 2, ein Lenkmodul 3 und eine Kommunikationsverbindung 4 zwischen dem Lenkradmodul 2 und dem Lenkmodul 3. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 ist insbesondere in einem Fahrzeug 50 angeordnet. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 ist dazu eingerichtet, das in dieser Offenbarung beschriebene Verfahren durchzuführen. Das Verfahren wird nachfolgend anhand des Steer-by- Wire-Lenksystems 1 näher beschrieben. Das Lenkradmodul 2 ist zum Erfassen einer Lenkvorgabe an einer Lenkhandhabe 51 und zum Erzeugen eines Rückkopplungsmoments an der Lenkhandhabe 51 eingerichtet. Die Lenkvorgabe wird mittels eines Sensors 5 des Lenkradmoduls 2 erfasst. Das Rückkopplungsmoment wird mittels eines Elektromotors 6 des Lenkradmoduls 2 auf die Lenkhandhabe 51 aufgeprägt. Das Lenkmodul 3 ist zum Stellen eines Lenkwinkels an mindestens einem lenkbaren Rad 52 ausgehend von der erfassten Lenkvorgabe und zum Bestimmen des Rückkopplungsmoments eingerichtet. Eine hierfür benötigte Zahnstangenposition einer Zahnstange 53 wird mittels eines Sensors 7 des Lenkmoduls 3 direkt oder indirekt erfasst. Die Lenkvorgabe wird mittels eines Elektromotors 8 des Lenkmoduls 3 auf die Zahnstange 53 und hierdurch auf die Räder 52 aufgeprägt. Dies erfolgt über ein Lenkgetriebe 11. Die Lenkvorgabe und das Rückkopplungsmoment werden jeweils mittels der Kommunikationsverbindung 4 übermittelt. Das Lenkradmodul 2 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 9, welche zwei Regler 9-1, 9-2 bereitstellt, die eine redundante Regelung des Rückkopplungsmoments ermöglichen. Die zwei Regler 9-1, 9-2 sind hierbei insbesondere konzeptionell unterschiedlich ausgelegt, um Common-Cause-Fehler zu vermeiden (heterogene Auslegung). Die Regler 9-1, 9-2 können beide eine Stellgröße 20 bereitstellen, welche zur Umsetzung dem Elektromotor 6 zugeführt wird. Im normalen Betrieb wird insbesondere nur der Regler 9-1 als Hauptregelpfad verwendet, während der Regler 9-2 als redundanter Regelpfad passiv geschaltet ist und erst im Fehlerfall aktiviert wird. Das Lenkmodul 3 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 10, welche zwei Regler 10-1, 10-2 bereitstellt, die eine redundante Regelung der Zahnstangenposition ermöglichen. Die zwei Regler 10-1, 10-2 sind hierbei insbesondere konzeptionell unterschiedlich ausgelegt, um Common-Cause-Fehler zu vermeiden. Die Regler 10-1, 10-2 können beide eine Stellgröße 21 bereitstellen, welche zur Umsetzung dem Elektromotor 8 zugeführt wird. Im normalen Betrieb wird insbesondere nur der Regler 10-1 als Hauptregelpfad verwendet, während der Regler 10-2 als redundanter Regelpfad passiv geschaltet ist und erst im Fehlerfall aktiviert wird. Die Steuereinrichtungen 9, 10 sind jeweils dazu eingerichtet, bei Auftreten eines Fehlers in dem Hauptregelpfad von dem Hauptregelpfad auf den redundanten Regelpfad umzuschalten und den redundanten Regelpfad hierzu aus einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand zu schalten. Die Steuereinrichtung 9 schaltet den Regler 9-2 hierzu vom passiven in den aktiven Zustand und deaktiviert den Regler 9-1. Die Steuereinrichtung 10 schaltet den Regler 10-2 hierzu vom passiven in den aktiven Zustand und deaktiviert den Regler 10-1. Je nachdem, wo der Fehler auftritt, erfolgt dies nur in dem Lenkradmodul 2 oder nur in dem Lenkmodul 3 oder in beiden Modulen 2, 3. Die Steuereinrichtungen 9, 10 sind ferner dazu eingerichtet, die jeweilige Stellgröße 20, 21 im redundanten Regelpfad während einer vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen 30 einer Fahrdynamik und des Lenkgetriebes 11 zu schätzen. Die Messgrößen 30 der Fahrdynamik werden beispielsweise von einer Fahrzeugsteuerung abgefragt und/oder bereitgestellt. Nach Ablauf einer Dauer der vorgegebenen Überleitungsphase wird die jeweilige Stellgröße 20, 21 vom redundanten Regelpfad, das heißt, von den Reglern 9-2, 10-2 zum Regeln verwendet. Es kann vorgesehen sein, dass für die Dauer der Überleitungsphase eine Stellgrößenbeschränkung (d.h. ein Maximalwert für die Stellgröße) im redundanten Regelpfad auf die geschätzte Stellgröße 20, 21 gesetzt wird. Es kann vorgesehen sein, dass das Schätzen und Setzen der Stellgröße 20, 21 während der Überleitungsphase wiederholt durchgeführt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, das Schätzen und Stellen in regelmäßigen Zeitintervallen zu wiederholen. Beispielsweise kann dies 10, 100, 1000, … Mal während der Dauer der Überleitungsphase erfolgen. Es kann vorgesehen sein, dass eine Reifenseitenkraft ausgehend von Messgrößen der Fahrdynamik und einem linearen Einspurmodell für ein Fahrzeug berechnet wird, wobei das Schätzen der Stellgröße ausgehend von der berechneten Reifenseitenkraft durchgeführt wird. Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass die Reifenseitenkraft mittels eines querbeschleunigungsabhängigen Faktors verringert wird. Der Faktor kann beispielsweise ausgehend von einer Kennlinie, die in den Steuereinrichtungen 9, 10 hinterlegt ist, bestimmt werden. Es kann vorgesehen sein, dass das Schätzen der Stellgröße mittels eines Unknown Input Observers (UIO) erfolgt. Diese Ausführungsform ist schematisch anhand der Figuren 2a und 2b verdeutlicht und nachfolgend näher beschrieben. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 wird auf Seiten des Lenkmoduls 3 anhand eines Modells modelliert, das schematisch in der Fig.2a dargestellt ist. Das Modell umfasst das Fahrzeug 50, das Lenkgetriebe 11 und den Elektromotor 8. Auf das Lenkgetriebe 11 wirken in dem Modell zwei Größen: die Reifenseitenkraft ^^_௬௩ und das Drehmoment ^^_ெ^௧ des Elektromotors 8. Dieses Drehmoment ^^_ெ^௧ ist beim Aktivieren des redundanten Regelpfades als Stellgröße nicht bekannt und muss geschätzt werden (das geschätzte Drehmoment ^^_ெ^௧ wird dann verfahrensgemäß als Stellgröße im redundanten Regelpfad gesetzt). Ferner wirken folgende Einflussgrößen auf das Fahrzeug 50: die Zahnstangenposition ^^_^^௧ und die Fahrzeuggeschwindigkeit ^^. Aus den Messgrößen des Lenkgetriebes 11 (das heißt im Beispiel insbesondere die Zahnstangenposition ^^_^^௧) und der Fahrdynamik (das heißt im Beispiel insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit ^^) soll das für den Fahrzeugstand benötigte Drehmoment ^^_ெ^௧ geschätzt werden. Die nicht messbaren Größen des Lenkgetriebes 11 werden modellbasiert geschätzt. Die Reifenseitenkraft ^^_௬௩ wird insbesondere aus den Messgrößen der Fahrdynamik und dem linearen Einspurmodell berechnet. In Abhängigkeit von einer Querbeschleunigung wird die Reifenseitenkraft ^^_௬௩ insbesondere verringert, wie dies voranstehend bereits beschrieben wurde. Die Grundlage für das Schätzen bildet eine Zustandsraumdarstellung der Regelstrecke: ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ wobei ^^ der Zustandsvektor (z.B. Rotorlage des Elektromotors 8, Rotorgeschwindigkeit, Zahnstangenposition, Zahnstangengeschwindigkeit), ^^ die Systemmatrix, ^^ die Eingangsmatrix und ^^ die Eingangsgröße ist. ^^ ist die Ausgangsmatrix und ^^ die Durchgangsmatrix. Die Zustandsraumdarstellung repräsentiert als dynamisches Modell das Gesamtsystem (vgl. Fig.2a). Das Gesamtsystem besteht im Beispiel aus dem Fahrzeug 50 und dem Lenkgetriebe 11. Das Fahrzeug 50 wird als lineares Einspurmodell modelliert, das Lenkgetriebe 11 beispielsweise als Zweimassenschwinger. Mit Hilfe der Zustandsraumdarstellung kann ein dynamisches Verhalten des Gesamtsystems simuliert werden. Die Fig.2b verdeutlicht, wie das Schätzen durchgeführt wird. Gezeigt sind die Regelstrecke 40 und der Unknown Input Observer 41. Der Zustandsraum ergibt sich zu: ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ wobei ^^ der nicht messbare bzw. unbekannte Eingang ist, vorliegend das Drehmoment ^^_ெ^௧, das geschätzt werden soll. Weiter ergibt sich für den Zustandsraum: ^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ^ ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ Für den Unknown Input Observer (UIO) ergibt sich ferner: ^^{^} _{^^ ൌ ^} ^{^} _{^ ∙ ^^̂ ^ ^} ^{^} _{^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ Hierbei korrespondieren ^} ^{^} _{^ und ^} ^{^} _{^ insbesondere nicht mehr mit eindeutig interpretierbaren} physikalischen Größen, sondern werden im Rahmen der Auslegung des UIO vorgegeben bzw. gewählt. Mit ^^̂ ൌ ^^^ ^ ^^ ∙ ^^ ergibt sich: ^^{^} _{^^ ൌ ^} ^{^} _{^ ∙ ^^^ ^ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^^} ^^ und ^^ können hierbei (analog zu einem Luenberger-Beobachter) als Rückführungsmatrizen bezeichnet werden. ^^^ ist der geschätzte Zustandsvektor. Mit ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ergibt sich: ^^{^} _{^^ ൌ ^} ^{^} _{^ ∙ ^^^ ^ ^} ^{^} _{^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ Die Abweichung (Schätzfehler) ^^^ ൌ ^^^ െ ^} ^{^} _{^^ entspricht: ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ െ ^} ^{^} _{^ ∙ ^^^ െ ^} ^{^} _{^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ െ ^} ^{^} _{^ ∙ ^^^ െ ^} ^{^} _{^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^^^ ൌ ^^ ∙ ^ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^^ െ ^} ^{^} _{^ ∙ ^^^ ^ ^^ ∙ ^ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^^ ^ ^^ ∙ ^ ^^ െ ^} ^{^} _{^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^^} Der Schätzfehler soll unabhängig von dem unbekannten Eingang ^^ (das heißt insbesondere von dem zu schätzenden Drehmoment ^^_ெ^௧) sein, sodass: ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ൌ 0 und somit ^_{^ ൌ െ ^^ ∙} ^{^} _{^^ ∙ ^^} ^{^ି^} Der Schätzfehler soll weiterhin unabhängig von der Messgröße bzw. Eingangsgröße ^^ (das heißt insbesondere von der Reifenseitenkraft ^^_௬௩) sein, sodass: ^_{^ െ ^} ^{^} _{^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ൌ 0 und somit ^} ^{^} _{^ ൌ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^} Übrig bleibt ein Term, der unabhängig von der bekannten Messgröße ^^ und der unbekannten Messgröße ^^ ist: ^_{^^ ൌ ^^ ∙ ^ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^^ െ ^} ^{^} _{^ ∙ ^^^} Die Matrix ^^{^}^ wird derart gewählt, dass der Schätzfehler nur von dieser Matrix abhängt: ^^{^} _{^ ൌ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^} Der Schätzfehler ergibt sich schließlich zu: ^_{^^ ൌ ^} ^{^} _{^ ∙ ^^} Falls also die Eigenwerte von ^^{^}^ negative Realteile haben, konvergiert hierbei der Schätzfehler gegen 0. Die Eigenwerte können frei gewählt werden, wenn das Kriterium für vollständige Beobachtbarkeit nach Kalman erfüllt ist. Der unbekannte Eingang ^^ des UIO, das heißt das Motormoment ^^_ெ^௧, wird so errechnet, dass der Schätzfehler ^^^ minimiert wird. Der Schätzfehler besteht hier zwischen den gemessenen Zustandsgrößen (ausgedrückt im Zustandsvektor ^^, welcher beispielsweise eine Zahnstangenposition, eine Zahnstangengeschwindigkeit, eine Rotorlage und/oder eine Rotorgeschwindigkeit umfasst) und modellierten Zustandsgrößen des Lenkgetriebes 11. Es wird hierbei insbesondere die Annahme getroffen, dass ein Ist-Wert der gemessenen Zustandsgrößen einer Lenksollvorgabe entspricht (z.B. wird eine Ist-Position der Zahnstange gleichgesetzt mit einer Soll-Position, wie diese sich aus einer Lenksollvorgabe des Fahrers an der Lenkhandhabe ergibt), das heißt, es wird die Annahme getroffen, dass die Sollgröße sofort und ohne Verzögerung in die Istgröße umgesetzt wird. Anders ausgedrückt: Verschwindet der Schätzfehler ^^ ൌ ^^ െ ^^^, so kann der unbekannte Eingang ^^ und somit das Motomoment ^^_ெ^௧ anhand der voranstehenden Gleichungen berechnet (geschätzt) werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine an einer Lenkhandhabe 51 des Steer-by-Wire- Lenksystems 1 erfasste Lenksollvorgabe als Eingang dem Unknown Input Observer (UIO) zugeführt wird (hier in Form des Zustandsvektors ^^). Das geschätzte Drehmoment, das heißt das Motormoment ^^_ெ^௧, enthält hierdurch zwar die Modellungenauigkeiten und Störgrößen, die Drehmomentlücke kann hierdurch dennoch verringert bzw. schrittweise geschlossen werden. Geschätzt wird hierbei dasjenige Drehmoment, das nötig wäre, damit die modellbasierten Zustandsgrößen des Lenkgetriebes 11 den realen Zustandsgrößen entsprechen. Das Ergebnis ist ein modellbasiertes Drehmoment, mit dem ein Drehmomentabfall nach dem Aktivieren des redundanten Regelpfades während der Überleitungsphase abgeschwächt werden kann. Das Beispiel wurde anhand des Lenkmoduls 3 beschrieben. In gleicher Weise kann das Schätzen auch für eine Drehmomentregelung für das Rückkopplungsmoment (Handmoment) im Lenkradmodul 2 erfolgen. Soll eine andere Größe als Stellgröße gestellt werden, so erfolgt das Schätzen in grundsätzlich analoger Weise. Die in der Fig.1 gezeigte Ausführungsform sieht vor, dass das Verfahren in einem Lenkradmodul 2 und in einem Lenkmodul 3 des Steer-by-Wire-Lenksystems 1 zum Einsatz kommt. Es kann grundsätzlich jedoch auch vorgesehen sein, dass das Verfahren nur in dem Lenkradmodul 2 oder nur in dem Lenkmodul 3 zum Einsatz kommt. Bezugszeichenliste 1 Steer-by-Wire-Lenksystem 2 Lenkradmodul 3 Lenkmodul 4 Kommunikationsverbindung 5 Sensor 6 Elektromotor 7 Sensor 8 Elektromotor 9 Steuereinrichtung 9-1 Regler (Hauptpfad) 9-2 Regler (redundanter Pfad) 10 Steuereinrichtung 10-1 Regler (Hauptpfad) 10-2 Regler (redundanter Pfad) 11 Lenkgetriebe 20 Stellgröße (Lenkradmodul) 21 Stellgröße (Lenkmodul) 40 Regelstrecke 41 Unknown Input Observer (UIO) 50 Fahrzeug 51 Lenkhandhabe 52 lenkbares Rad 53 Zahnstange ^^ Systemmatrix ^^ Eingangsmatrix ^^ Ausgangsmatrix ^^ Durchgangsmatrix ^^_௬௩ Reifenseitenkraft ^^_ெ^௧ Drehmoment ^^ Eingangsgröße ^^ Fahrzeuggeschwindigkeit ^^ nicht messbarer/unbekannter Eingang (wird geschätzt) ^^ Zustandsvektor (Soll) ^^_^^௧ Zahnstangenposition ^^ Zustandsvektor (Ist)

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems (1), wobei das Steer-by-Wire- Lenksystem (1) redundant ausgelegte Regelpfade aufweist, wobei bei Auftreten eines Fehlers in einem Hauptregelpfad von dem Hauptregelpfad auf einen redundanten Regelpfad umgeschaltet wird und der redundante Regelpfad hierzu aus einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand geschaltet wird, wobei eine Stellgröße (20,21) im redundanten Regelpfad während einer vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen (30) einer Fahrdynamik und eines Lenkgetriebes (11) geschätzt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Dauer der Überleitungsphase eine Stellgrößenbeschränkung im redundanten Regelpfad auf die geschätzte Stellgröße (20,21) gesetzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzen und Setzen der Stellgröße (20,21) während der Überleitungsphase wiederholt durchgeführt wird. 4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reifenseitenkraft ( ^^_௬௩) ausgehend von Messgrößen (30) der Fahrdynamik und einem linearen Einspurmodell für ein Fahrzeug (50) berechnet wird, wobei das Schätzen der Stellgröße (20,21) ausgehend von der berechneten Reifenseitenkraft ( ^^_௬௩) durchgeführt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifenseitenkraft ( ^^_௬௩) mittels eines querbeschleunigungsabhängigen Faktors verringert wird. 6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzen der Stellgröße (20,21) mittels eines Unknown Input Observers (41) erfolgt. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine an einer Lenkhandhabe (51) des Steer-by-Wire-Lenksystems (1) erfasste Lenksollvorgabe als Eingang dem Unknown Input Observer (41) zugeführt wird. 8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Lenkradmodul (2) und in einem Lenkmodul (3) des Steer-by-Wire- Lenksystems (1) zum Einsatz kommt. 9. Steer-by-Wire-Lenksystem (1), umfassend: ein Lenkradmodul (2), eingerichtet zum Erfassen einer Lenkvorgabe an einer Lenkhandhabe (51) und zum Erzeugen eines Rückkopplungsmoments an der Lenkhandhabe (51), ein Lenkmodul (3), eingerichtet zum Stellen eines Lenkwinkels an mindestens einem lenkbaren Rad (63) ausgehend von der erfassten Lenkvorgabe und zum Bestimmen des Rückkopplungsmoments, und eine Kommunikationsverbindung (4) zwischen dem Lenkradmodul (2) und dem Lenkmodul (3), wobei das Lenkradmodul (2) und/oder das Lenkmodul (3) redundant ausgelegte Regelpfade aufweisen, wobei eine Steuereinrichtung (9) des Lenkradmoduls (2) und/oder eine Steuereinrichtung (10) des Lenkmoduls (3) dazu eingerichtet ist, bei Auftreten eines Fehlers in einem Hauptregelpfad von dem Hauptregelpfad auf einen redundanten Regelpfad umzuschalten und den redundanten Regelpfad hierzu aus einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand zu schalten, und eine Stellgröße (20,21) im redundanten Regelpfad während einer vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen (30) einer Fahrdynamik und eines Lenkgetriebes (11) zu schätzen. 10. Fahrzeug (50), umfassend ein Steer-by-Wire-Lenksystem (1) nach Anspruch 9.