WO2022152416A1 - Verfahren sowie steuereinheit zum betreiben eines aktuators einer steer-by-wire-lenkung - Google Patents

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WO2022152416A1
WO2022152416A1 PCT/EP2021/079591 EP2021079591W WO2022152416A1 WO 2022152416 A1 WO2022152416 A1 WO 2022152416A1 EP 2021079591 W EP2021079591 W EP 2021079591W WO 2022152416 A1 WO2022152416 A1 WO 2022152416A1
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WO
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steering angle
steering
mom
actuator
limit value
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PCT/EP2021/079591
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Inventor
Ingo DASCH
Dominik Vogt
Luc Diebold
Magnus Rau
Björn Spangemacher
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Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
    • B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
    • B62D7/159—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by computing methods or stabilisation processes or systems, e.g. responding to yaw rate, lateral wind, load, road condition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D15/027—Parking aids, e.g. instruction means
    • 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
    • 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
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/02—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to vehicle speed

Definitions

  • the invention relates to a method and a control unit for operating an actuator of a steer-by-wire steering device of a motor vehicle according to the preambles of the independent claims.
  • DE 10 2014 206 934 A1 discloses an actuator with a stationary mounted spindle nut and a spindle that can be displaced axially with respect to it. At least one end of such an actuator, which is used in steer-by-wire steering, is connected to a wheel carrier by means of a steering linkage. As a result of the linear displacement of the spindle, the wheel steering angle of a wheel rotatably mounted on the wheel carrier can be changed. From a steering handle such. B. a steering wheel at least indirectly operable or working independently of this steer-by-wire steering is controlled on the signal path, so without mechanical coupling. During a steering operation, such a steering system must overcome a frictional resistance of the wheels relative to the roadway.
  • a spindle drive of the actuator can tend to resonant vibrations due to alternating static friction and sliding friction and its spindle drive can reach high temperatures, which can lead to damage to the actuator and thus to the steer-by-wire steering.
  • a method for operating an actuator of a steer-by-wire steering system of a motor vehicle at a very low speed compared to normal driving from standstill to parking and/or maneuvering is specified, the method having the following steps having: - detecting a current steering angle of at least one wheel of an axle of the motor vehicle,
  • An actuator of a steer-by-wire steering device of a motor vehicle preferably has a housing in which a spindle and a rotatable and stationary spindle nut are mounted.
  • the spindle and the spindle nut form a movement thread and are part of a spindle drive within the housing for the axial displacement of the spindle relative to the spindle nut and thus also the housing.
  • the spindle has an external thread which engages with the internal thread of the spindle nut. If the spindle nut is driven in rotation, e.g. B.
  • the movement thread causes the spindle to be displaced axially along its longitudinal axis relative to the spindle nut or the housing.
  • the wheel steering angle of a wheel which is arranged rotatably on a wheel carrier and is connected at least indirectly to one end of the spindle can be changed by the axial displacement along its longitudinal axis.
  • the high actuating forces required for steering cause high friction in the actuator's transmission, especially in the movement thread of a spindle drive of the actuator.
  • High friction occurs between the flanks of the thread within the movement thread, i.e. between the spindle and the spindle nut, even when using optimized lubricants.
  • torsional vibration is also called torsional vibration.
  • torsional vibration oscillates around the rotational degree of freedom of a system, here around the longitudinal axis of the spindle. In both cases it is a mechanical vibration.
  • stick-slip effect is derived from the two English words “stick” and "slip". In physics and technology, the stick-slip effect describes a generally undesirable, jerky sliding (standstill-sliding-standstill-sliding) of solid bodies that move against one another.
  • a steer-by-wire steering device is a steering device that is decoupled from the mechanical steering with a steering handle, for example a steering wheel.
  • the steering movement of the driver using the steering handle is not transmitted mechanically, for example via a linkage, to the wheel carrier or wheels. Rather, a steering angle for the respective wheels of an axle z. B. calculated in a control unit, which sends control signals to the actuator or actuators of the steer-by-wire steering device and ultimately causes the wheel steering angle change or adjustment of the steering angle.
  • the driver's steering angle request or a calculated steering angle change can deviate from the maximum adjustable steering angle on the relevant axle, for example it can be higher. In this case, at most the maximum steering angle can be set.
  • the steer angle request consists of changing the steer angle from the existing steer angle to an intended steer angle, where the steer angle request is also a function of time.
  • An example is that a driver can turn the steering wheel slowly, for example with 27s, or very quickly, for example with 207s, to change the steering angle by, for example, 5° to do. In other words, both the change in the angle and the speed of the change in the angle are recorded.
  • the approach presented here is based on the knowledge that in certain situations an increased torque or an increased force is required for steering or, in other words, for turning the respective wheel into a desired steering angle or wheel steering angle.
  • the situation considered here is based on a very low speed of the vehicle from standstill to parking and/or maneuvering. At a complete standstill, the speed is equal to 0 km/h.
  • a speed of less than or equal to 1 km/h is assumed here.
  • a speed range from 0 to around 1 km/h particularly high forces are required to turn the desired steering angle. The lower the speed, the greater the steering forces to be expected, which have to be accomplished by the actuator of the steer-by-wire steering.
  • the ambient temperature and the tire temperature also have an influence, since they directly affect the friction between the tires and the road surface.
  • the following additional parameters are not exhaustive: tire compound, tire type, tire friction value, road surface and road surface (dry, damp, slippery, etc.).
  • the tire of a wheel is usually made of rubber - an elastic material. If a force now acts on the wheel from the actuator of a steer-by-wire steering system to steer the wheel, this results in a preload due to the static friction or sliding friction between the tire and the road surface.
  • the tire is mounted opposite the road and is thus pre-stressed. Further prestressing occurs between the actuator and the wheel carrier due to the bearings inserted between them and, if necessary, the link, such as a steering linkage, depending on the design of the chassis.
  • the steer-by-wire steering is used to deflect back from a large steering angle, preferably starting from a maximum possible steering angle, to a smaller steering angle, the prestressing is initially reduced briefly and prestressing occurs again.
  • This bias increases as the vehicle's speed decreases, or as it decreases from coasting to standstill. When parking and/or maneuvering, this is the case with constant change.
  • the direction of the force changes in the actuator of the steer-by-wire steering. This leads to a load change within a gear or spindle drive of the actuator, so that in turn there is a changed stick-slip behavior. This can lead to vibrations and high thermal loads within the actuator and its motion thread. It is important to reduce or minimize this behavior.
  • the maximum possible acceleration of the drive of the actuator of a steer-by-wire steering is limited in the aforementioned method depending on the instantaneous steering angle of at least one wheel on the respective axle of the motor vehicle.
  • a more or less slower start-up for example of an electric motor driving the actuator, is brought about.
  • Gear or the spindle drive of the actuator can be achieved by limiting the acceleration, an improved behavior of the friction partners in the actuator, such as the adjacent thread flanks of the motion thread.
  • the torsional vibrations mentioned above and also the thermal load are minimized or do not occur in the first place.
  • the acceleration is limited by means of the step for determining a limit value of an acceleration of the drive of the actuator.
  • the limit value is determined at least as a function of the current steering angle.
  • the instantaneous steering angle is recorded continuously, preferably at intervals, preferably at intervals of 10 ms.
  • a current steering angle request which is present, for example, due to a driver's request by turning the steering wheel, is continuously recorded, preferably at intervals, preferably at intervals of 10 ms.
  • the changed steering angle and the speed of the change are recorded.
  • the greatest possible steering angle may have been set on the front axle while parking, so that the wheels were turned as far as possible in one direction, eg to the left. Due to this steering angle requirement, a control unit set a maximum steering angle of the steer-by-wire steering on a rear axle in the opposite direction, ie to the right in this case.
  • the vehicle comes to a standstill after such a steering maneuver when parking.
  • the steer-by-wire steering actuator also comes to a standstill and no steering angle adjustment is performed for a moment.
  • the driver now uses the steering wheel to steer back in the opposite direction.
  • a steering assistant may have actuated the steering. A new steering angle is now requested on the steering wheel or the previous steering angle is to be reduced.
  • This steering movement is carried out by the driver on the steering wheel at a certain speed.
  • These parameters are recorded by the control unit and, in the step of determining the limit value, the acceleration of the drive of the actuator is limited as a function of the current steering angle and the current steering angle request.
  • the actuator of the steer-by-wire Steering controlled to set the calculated steering angle.
  • the actuator is preferably controlled by a control unit such as a control device or a controller.
  • the control or the control unit is preferably part of the steer-by-wire steering. However, the actuator can also be activated by means of another control device installed in the vehicle.
  • the drive e.g. an electric motor
  • the nominal speed causes a predefined setting speed, which ultimately results in a steering speed and is also referred to as the steering gradient.
  • the steering gradient indicates by what angle per unit of time, ie for example by how many degrees per second the steered wheel can be adjusted around its vertical axis.
  • the actuator can, for example, have an actuating speed so that in a vehicle which is ready to drive and is unloaded with its wheels on a dry road, the wheels are adjusted with a steering gradient of, for example, up to 187s by means of the steer-by-wire steering to let.
  • the steering speed can decrease due to the friction between the tires and the road at low speeds, such as when parking and/or maneuvering, and can have a lower steering gradient of e.g. 2-8 s.
  • the steering gradient is reduced or limited to 0.257s, for example, in order to avoid abrupt steering movements that can cause dangerous driving situations.
  • Large steering angles here mean steering angles that reach into the range of the design-possible maximum steering angle of the respective axle.
  • the vehicle speed and the steering angles on the wheels also often change.
  • the largest possible steering angle makes it easier to drive into a parking space, for example, or maneuver with a trailer. It is therefore particularly advantageous if, in addition to the front axle, the rear axle of the motor vehicle can also be steered.
  • a steering angle of 0° is also referred to as the center position or neutral steering angle and corresponds to a vehicle driving straight ahead if a steering angle of 0° is set on each steered axle.
  • the wheels are aligned parallel to the longitudinal direction of the vehicle.
  • the limit value is applied at least temporarily.
  • the limit value is canceled when a steering angle is set from which, for example, acceleration limitation is no longer required. It is also possible that the limit value is applied for a predetermined period of time, so that the limit value is reset to a nominal or maximum value or canceled after this time has elapsed.
  • a previously determined limit value can also be changed, in particular reduced from the previously set value, in order to take into account a changed driving situation that arises.
  • the limit value is set to a predefined minimum value in the step of determining.
  • a predefined minimum value can correspond to half or three quarters of the maximum value of the acceleration of the drive. It is thus advantageously ensured that the acceleration of the drive of the actuator is always sufficient for the drive to start and a steering movement to be adapted under every conceivable condition or driving situation is possible. In other words, a starting torque is ensured in order to ensure that the drive starts up in accordance with every driving situation of the motor vehicle.
  • the acceleration is limited in the step of determining a limit value at least as a function of the current steering angle.
  • steering angle ranges can be set, with a a specific limit value can be assigned to each area. If the current steering angle is less than 50-80% of a maximum possible steering angle, a different limit value than outside this range can be determined in the determination step.
  • the range can preferably be limited to a steering angle of less than 65-70% of a maximum possible steering angle. For example, there is a first area with a steering angle of 0-70% of a maximum possible steering angle and a second area with a steering angle greater than 70% up to the maximum possible steering angle. For example, a maximum steering angle of 10° can be structurally possible on a rear axle.
  • this maximum steering angle is set and a steering back takes place, for example, to 8°
  • the acceleration of the drive of the actuator is limited in the second area.
  • acceleration is not limited, for example, because with steering angles of this magnitude the preload is so low that torsional vibrations in the actuator are negligible or do not occur.
  • a limit value is preferably determined above 70% to 100% of the maximum steering angle.
  • the limit value is canceled when the steering angle changes to or reaches the range of 0 to 70%.
  • a first range of 0 to 60%, a second range of greater than 60 to 80% and a third range of greater than 80 to 100% of the design maximum steering angle are defined.
  • the support points are then at 0, 60%, 80% and 100%.
  • the interpolation points are at 0°, 6°, 8° and 10°.
  • Different limit values for the acceleration can each be assigned to these different steering angles or the areas in between.
  • the assignment can advantageously be stored as a characteristic curve in a controller, so that a respective limit value can be called up in the step of determining using the characteristic curve.
  • Different characteristic curves can be stored in a controller for different driving situations.
  • This consideration takes into account that a predefined maximum steering angle, which is structurally possible with the steer-by-wire steering in the respective motor vehicle, can change due to boundary conditions.
  • a driving situation can arise, for example, when the vehicle is loaded result. Due to the load, for example, the wheels sink deep into the wheel arches and the maximum steering angle has to be limited, because otherwise the wheels or tires would collide with parts of the chassis or the body if the maximum possible steering angle were set.
  • the load also causes a higher wheel load, which requires more power to steer.
  • the loading of the vehicle can be detected in a known manner by means of suitable sensors, such as height detection.
  • a characteristic can be selected, for example, which can have a lower maximum steering angle.
  • a limited maximum steering angle can also result, for example, from the use of wider tires or the use of snow chains, etc.
  • the tires or wheels can be equipped with RFID sensors, for example, which indicate the condition of the tires to a control unit.
  • this option can also be used to provide support points for limit values for limiting the acceleration that deviate from the normal state of the vehicle and are sufficient for the driving situation.
  • the loading and the associated higher wheel loads are preferably taken into account in at least one characteristic curve.
  • the support points mentioned above can thus be varied. In particular, the position of the support points is reduced depending on the load. In relation to the four aforementioned support points and associated steering angle ranges, the first range can be reduced to 0 to 45%, for example, depending on the load. The second range can thus be greater than 45 to 60% and the third range greater than 60 to 70% of the design maximum steering angle. The support points would then be at 0, 45%, 60% and 70%. In the case of a maximum steering angle of 10°, the interpolation points would be 0°, 4.5°, 6° and 7°.
  • the dependency of the loading can also be represented as a function.
  • the acceleration of the drive and/or the steering gradient and/or the steering angle can advantageously be limited.
  • the limit value i.e. the limited acceleration
  • the actuator is always driven at a predefined actuating speed in order to be able to set a steering angle on wheels of an axle in accordance with the steering angle request within a specific time.
  • the limited acceleration in combination with the predefined steering speed would result in an offset, so that the requested steering angle is only reached later than without a limited acceleration.
  • the steering speed or the steering gradient is changed, preferably increased, at least temporarily.
  • the predefined actuating speed is increased taking into account the requested steering angle and/or a currently set steering angle.
  • the change in the steering angle due to the steer-by-wire steering advantageously achieves the desired steering angle according to the steering angle request in the same time as with the predefined acceleration of the actuator drive.
  • the steering gradient can be in a range of 0-127 s.
  • the steer-by-wire steering is operated with an adjusted steering gradient.
  • the steering gradient can be increased by 20 to 70%, preferably by 30 to 50%.
  • the maximum steering gradient can preferably be increased from 127s here for a short time by 4 to 67s to 187s, so that the intended steering angle change can be carried out in the intended time, ie as far as possible according to the steering angle request.
  • the steering gradient is not switched over sharply as the speed increases .
  • the limit value for limiting the acceleration of the drive is preferably not changed abruptly. Instead, preference is given to a gradual adjustment in terms a smooth transition of the previously increased steering gradient as well as the limit value to a target value or the nominal acceleration. This is advantageous with regard to driving safety and controllability of the vehicle and driving comfort.
  • an instantaneous speed of the motor vehicle is detected in a further step, in particular at intervals, preferably at intervals of 10 ms.
  • the instantaneous speed is taken into account, with the limit value being canceled above a limit speed.
  • the limit speed characterizes leaving the aforementioned low speed and is therefore greater than 1 km/h, preferably 1.1 km/h, preferably above 0.7 km/h, most preferably 0.71 km/h.
  • the limit value for the limited acceleration is determined as a function of the instantaneous steering angle on the respective axle of the motor vehicle.
  • the acceleration limit value is preferably not limited in the step of determining it. Adding an additional redundancy for the sake of safety or being able to carry out the method more precisely with regard to determining the limit value can advantageously further improve the operation of an actuator of a steer-by-wire steering system.
  • An embodiment is particularly advantageous in which, in the actuation step of the actuator, a steering system assigned to a steerable rear axle of the motor vehicle is actuated. If a steering angle can be set on the rear axle, which runs in the opposite direction to the steering angles on the front axle, the turning circle at low speeds is smaller than in a vehicle with a non-steered rear axle. The vehicle can be maneuvered and parked better thanks to the steering of the rear wheels.
  • the steerable rear axle is preferably designed as a steer-by-wire steering system.
  • the invention can be used to minimize the vibration behavior of the actuator or the components contained therein by means of control according to the method. In connection with the improvement in the supply of lubricant, the overall service life of the steer-by-wire steering can thus be improved at low cost.
  • the invention relates to a control unit for controlling an actuator of a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, the control unit having at least the following features:
  • a steering angle request which represents a current steering angle change due to a driver request or by this control unit or a further control unit determined change in a steering angle
  • an interface for detecting a speed which represents a current speed of the motor vehicle.
  • the control unit is also able to allow the limited steering angle temporarily, ie temporarily or for a specific period of time.
  • a steering angle can also be requested based on a steering function such as an electronic stability program (ESP), etc., which runs in a control unit.
  • the control unit can be a control device, which can be, for example, an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals as a function thereof.
  • the device can have one or more suitable interfaces, which can be designed in terms of hardware and/or software.
  • the interfaces can be part of an integrated circuit, for example, in which the functions of the device are implemented.
  • the interfaces can also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces can be software modules in the form or as part of a computer program, which are implemented, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • a computer program product with program code is also advantageous, which can be stored on a machine-readable data medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program is run on a computer or a control unit is executed.
  • a machine-readable data medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory
  • Fig. 1 a vehicle with steer-by-wire steering
  • FIG. 1 schematically shows a vehicle 1 with a steerable front axle 21 and a steerable rear axle 31 .
  • a steer-by-wire steering system 4 is provided, which can set or change the wheel steering angle RLw v on the front axle via a steering linkage 41.
  • This angle RLwv is shown as an example at the front of the right wheel 2 in FIG.
  • At the Rear axle 31 provides a steer-by-wire steering 5 via a steering linkage 51 for setting or changing the wheel steering angles RLwh at the rear wheels 3, shown at the rear left wheel 3.
  • an actuator (not shown) is provided in each case, which can apply a force in order to move a steering rod or spindle linearly, which interacts via the steering linkage 41, 51 with the wheels 2, 3 to steer them.
  • the wheels on the front axle 21 and the rear axle 31 are steered in opposite directions, so that at a low speed of, for example, less than 5 km/h, there is advantageously a reduced turning circle and improved maneuvering and parking options compared to vehicles which only have one have steered axle.
  • automated journeys can also be carried out with two steered axles, since the vehicle can be maneuvered in a smaller space.
  • the steering angle on the front axle 21 is basically adjusted via a steering wheel 14, the steering angle desired by the driver being detected by a control unit SG using a sensor unit Lw and transmitted to the steer-by-wire steering system 4 via a signal line.
  • the control unit calculates the steering angle RLw v , RLwh for the front axle and the rear axle from the steering angle request Lw_req submitted by the driver depending on the driving situation (load, vehicle speed, vehicle acceleration, yaw rate RG, etc.) and sends the control signals to the steer-by-wire -Lenkonne 4, 5, which adjusts the corresponding steering angles on the axles 21, 31.
  • the control unit SG is connected to the steer-by-wire steering systems 4, 5, which set the steering angles RLw v , RLwh calculated by the control unit SG, by means of signal lines shown schematically here.
  • the sensor units, not shown, for transmitting the respective steering angle RLw v , RLwh of the wheels 2, 3 are electrically connected to the control unit SG and to the steer-by-wire steering systems 4, 5 via a bus system BUS.
  • the bus system is, for example, a CAN bus or a Flexray bus or similar bus system, which is used in vehicles for data and signal transmission.
  • steering functions for a driver assistance system such as ADAS autonomous driving, corridor functions Korr for limiting a maximum steering angle depending on driving situations, a parking assistant PAS for assisted or automated parking or an electronic stability control ESC etc. are electrically connected to the control unit SG with the steer -by wire- Steering 4, 5 of the front axle 21 and the rear axle 31 connected.
  • the control unit SG is shown schematically and, as the central unit, emits control signals to the steer-by-wire steering systems 4, 5, which carry out the steering angle changes or set the steering angle RLw v , RLwh.
  • Sensors S are arranged at the ends of the vehicle 1, which are assigned to a sensor system and which are used to detect the vehicle environment.
  • These can be temperature sensors or optical sensors, which include a camera, for example, or also LiDAR or radar, which are suitable for temperature, distance or optical detection, for example of the roadway.
  • environmental conditions can be detected and fed to the control unit SG.
  • the vehicle follows a trajectory T, ie a route, which is shown schematically in FIG. 1 at the front end of the vehicle in its direction of travel and here shows a journey to the left intended by the driver.
  • a wheel 2, 3 on the steerable axle 21, 31 is steered, for example, from a position (not shown) parallel to the longitudinal axis L of the vehicle 1, as shown on the rear axle 31, to the right from 0° to the angle RLwh, and if the speed of the vehicle is in a range from standstill to about 1 km/h, preload builds up in the tires due to the friction against the road surface on. This is greatest when the vehicle is stationary.
  • the tire material is elastic and is pulled up against the road. Furthermore, prestressing can result due to the elasticity in the steering linkages 41, 51 and the joints, which are not shown.
  • the steer-by-wire steering system 5 on the rear axle 31 experiences a change in the direction of the force.
  • a steering gear of the actuator of the steer-by-wire steering 5 experiences at least a brief relief when steering back and then a heavy load again due to the force required or to be generated for the back steering.
  • torsional vibrations can occur in the actuator of the steer-by-wire steering, which can also mean thermal loads for a rotation/translation gear or a spindle drive and can ultimately damage the actuator. The method described below works to minimize the stress in the actuator.
  • FIG. 2 shows a flow chart of an embodiment of the approach of a method for operating an actuator of a steer-by-wire steering system of a motor vehicle at speeds from standstill to parking and/or maneuvering.
  • 3 shows a diagram to explain the method.
  • a control unit SG on which a computer program is running, using suitable sensors (not shown). This can be formed by a wheel steering angle sensor.
  • the control unit SG recognizes whether the instantaneous steering angle RLw v _mom RLwh_mom corresponds to a first steering angle range Lw1 or a second steering angle range Lw2 shown hatched.
  • the first steering angle range Lw1 corresponds to a steering angle of 0° to a steering angle of less than or equal to 7°.
  • the second steering angle range Lw2 corresponds to a steering angle of more than 7° up to the maximum possible steering angle RLw_max, which is 10° in this embodiment.
  • step 220 which is also carried out at intervals of 10 ms by means of a further suitable sensor technology is detected on the steering handle, a steering angle request Lw_req can also be detected.
  • a steering angle request Lw_req it is determined whether and how the steering angle changes from the second range Lw2 to the first range Lw1. In other words, the change in the angle as well as the speed of the change is detected.
  • the limit value a_lim is canceled.
  • the actuator can start up again with its nominal acceleration if it is specified in the control unit that no acceleration limitation is necessary in the first range. If the instantaneous steering angle in step 240 of determining limit value a_lim is in range Lw2, then limit value a_lim is changed to a limited acceleration. The reason for this is that a preload has built up in the tires of the wheels 2, 3 of the relevant axle 21, 31 due to a previous setting of the steering angle in the range Lw2.
  • step 260 the actuator is controlled by the control unit SG to set a steering angle RLw v , RLwh and a steering angle RLw v , RLwh is set on the relevant axle at least as a function of the steering angle request Lw_req and using the limit value a_lim.
  • a heavily loaded vehicle can represent a vehicle situation in which the wheels dig deep into the wheel arches and as a result of which the maximum steering angle RLw_max specified in the design cannot be adjusted, otherwise collisions with the vehicle body or the chassis could occur. If, for example, such a load is detected by means of a ride height sensor of the chassis, then this driving situation is communicated to the control unit SG via the bus system BUS. In this case, the maximum possible steering angle RLw_max is temporarily limited and stored in the control unit SG. If this steering angle is in the first range Lw1 in the aforementioned example, then no limitation of the acceleration of the drive is necessary. The maximum steering angle specified by the design can only be set again by the actuator when the vehicle situation changes.
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeugs (1) bei Geschwindigkeiten vom Stillstand bis zum Parkieren und/oder Rangieren vorgeschlagen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Erfassen eines momentanen Lenkwinkels (RLwv_mom, RLwh_mom) zumindest eines Rades einer Achse des Kraftfahrzeugs, Erfassen einer Lenkwinkelanforderung (Lw_req), Bestimmen eines Grenzwertes (a_lim) einer Beschleunigung eines Antriebs des Aktuators (4, 5) zumindest in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels (RLwv_mom, RLwh_mom), Ansteuern des Aktuators zum Einstellen eines Lenkwinkels (RLwv, RLwh) zumindest eines Rades in Abhängigkeit der Lenkwinkelanforderung (Lw_req) unter Anwendung des Grenzwertes (a_lim) der Beschleunigung.

Description

Verfahren sowie Steuereinheit zum Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkunq
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Steuereinheit zum Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Aus der DE 10 2014 206 934 A1 ist ein Aktuator mit einer ortsfest gelagerten Spindelmutter und eine axial gegenüber dieser verlagerbaren Spindel bekannt. Zumindest ein Ende eines solchen Aktuators, welcher in einer steer-by-wire-Lenkung Anwendung findet, ist mittels eines Lenkgestänges mit einem Radträger verbunden. Durch die lineare Verlagerung der Spindel kann so eine Änderung des Radlenkwinkels eines drehbar an dem Radträger gelagerten Rades erfolgen. Die von einer Lenkhandhabe wie z. B. einem Lenkrad zumindest mittelbar betätigbare oder unabhängig von dieser arbeitende steer-by-wire-Lenkung wird auf dem Signalwege, also ohne mechanische Kopplung angesteuert. Eine derartige Lenkung muss bei einem Lenkvorgang einen Reibungswiderstand der Räder gegenüber der Fahrbahn überwinden. Besonders bei sehr geringen Geschwindigkeiten beim Rangieren oder Parkieren bis zum Stillstand des Kraftfahrzeugs werden vergleichsweise hohe Lenkkräfte benötigt, die den Aktuator stark belasten. Es kann ein Spindeltrieb des Aktuators durch abwechselnde Haftreibung und Gleitreibung zu Resonanzschwingungen neigen und dessen Spindelantrieb hohe Temperaturen erlangen, welches zur Schädigung des Aktuators und somit der steer-by-wire- Lenkung führen kann.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes Steuergerät zur Steuerung eines Aktuators einer steer-by-wire- Lenkung eines Kraftfahrzeuges anzugeben, wenn das Fahrzeug im Stillstand gelenkt oder beim Parkieren bzw. Rangieren mit sehr niedriger Geschwindigkeit bewegt wird.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeuges mit einer im Vergleich zu einer normalen Fahrt sehr niedrigen Geschwindigkeit vom Stillstand bis zum Parkieren und/oder Rangieren angegeben, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Erfassen eines momentanen Lenkwinkels zumindest eines Rades einer Achse des Kraftfahrzeugs,
- Erfassen einer Lenkwinkelanforderung
- Bestimmen eines Grenzwertes einer Beschleunigung eines Antriebs des Aktuators zumindest in Abhängigkeit von dem momentanen Lenkwinkel,
- Ansteuern des Aktuators zum Einstellen eines Lenkwinkels zumindest eines Rades in Abhängigkeit der Lenkwinkelanforderung unter zumindest temporärer Anwendung des Grenzwertes der Beschleunigung.
Ein Aktuator einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges weist bevorzugt ein Gehäuse auf, in welchem eine Spindel und eine drehbar sowie ortsfest angeordnete Spindelmutter gelagert ist. Die Spindel und die Spindelmutter bilden ein Bewegungsgewinde und sind innerhalb des Gehäuses Teil eines Spindelantriebs zum axialen Verlagern der Spindel gegenüber der Spindelmutter und somit auch dem Gehäuse. Die Spindel weist hierzu ein Außengewinde auf, welches mit dem Innengewinde der Spindelmutter in Eingriff ist. Wird die Spindelmutter drehangetrieben, z. B. durch einen Elektromotor, bevorzugt mittelbar durch ein Getriebe, vorzugsweise Riemengetriebe, so bewirkt das Bewegungsgewinde, dass die Spindel axial entlang ihrer Längsachse gegenüber der Spindelmutter bzw. dem Gehäuse verlagert wird. Durch die axiale Verlagerung entlang ihrer Längsachse kann der Radlenkwinkel eines drehbar an einem Radträger angeordneten Rades geändert werden, welcher zumindest mittelbar mit einem Ende der Spindel verbunden ist.
Die beim Lenken erforderlichen hohen Stellkräfte bewirken in dem Getriebe des Aktuators, speziell in dem Bewegungsgewinde eines Spindeltriebs des Aktuators, eine hohe Reibung. Zwischen den Gewindeflanken innerhalb des Bewegungsgewindes, also zwischen Spindel und Spindelmutter, tritt auch bei Verwendung von optimierten Schmiermitteln hohe Reibung auf. Aufgrund der zwischen den Gewindepartnern auftretenden Haftreibung und Gleitreibung an den Kontaktflächen der aneinander liegenden Gewindeflanken kann es zu einem sogenannten Stick-Slip-Effekt kommen. Es handelt sich hierbei um das abwechselnde Haften und Gleiten der Gewindeflanken, welche zum einen zu schwankenden Drehmomenten zwischen der Spindelmutter und der Spindel führen kann. Hierbei kann beispielsweise die Spindel zu Schwingungen, insbesondere Drehschwingungen angeregt werden. Eine fortwährende oder temporäre Anregung über einen Mindestzeitraum kann bewirken, dass eine Resonanzfrequenz der Spindel oder anderer Bauteile in dem Aktuator erreicht wird. Des Weiteren bewirken die Schwingungen thermische Belastungen, welche die Schmiereigenschaft des Schmiermittels negativ belasten können. Dieses kann sich negativ auf die Lebensdauer des Aktuators auswirken.
Die vorgenannte Drehschwingung wird auch Torsionsschwingung genannt. Im Gegensatz zur translatorischen Schwingung erfolgt bei der Drehschwingung eine Schwingung um den rotatorischen Freiheitsgrad eines Systems, hier um die Längsachse der Spindel. In beiden Fällen handelt es sich um eine mechanische Schwingung.
Der Begriff Stick-Slip-Effekt (Haftgleiteffekt) leitet sich aus den beiden englischen Wörtern "stick" (haften) und "slip" (gleiten) ab. In der Physik und Technik beschreibt der Stick-Slip-Effekt ein in aller Regel unerwünschtes, ruckartiges Gleiten (Stillstand-Glei- ten-Stillstand-Gleiten) von Festkörpern, die sich gegeneinander bewegen.
Bei einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung handelt es sich um eine von der mechanischen Lenkung mit einer Lenkhandhabe, bspw. eines Lenkrads, entkoppelte Lenkvorrichtung. Die Lenkbewegung des Fahrers mittels Lenkhandhabe wird nicht auf mechanischem Wege, beispielsweise über ein Gestänge, auf die Radträger bzw. Räder übertragen. Vielmehr wird ein Lenkwinkel für die jeweiligen Räder einer Achse z. B. in einer Steuereinheit berechnet, welches Stellsignale an den oder die Aktuatoren der steer-by-wire- Lenkvorrichtung sendet und letztlich die Radlenkwinkeländerung bzw. Einstellung des Lenkwinkels bewirkt. Dabei kann die Lenkwinkelanforderung des Fahrers oder eine berechnete Lenkwinkeländerung von dem maximal einstellbaren Lenkwinkel an der betreffenden Achse abweichen, z.B. höher sein. In diesem Fall kann höchstens der maximale Lenkwinkel eingestellt werden. Die Lenkwinkelanforderung besteht aus der Änderung des Lenkwinkels von dem bestehenden Lenkwinkel auf einen beabsichtigten Lenkwinkel, wobei die Lenkwinkelanforderung ebenfalls in Abhängigkeit von der Zeit ist. Als Beispiel sei hier genannt, dass ein Fahrer langsam, z.B. mit 27s, oder aber sehr zügig z.B. mit 207s an dem Lenkrad drehen kann, um eine Lenkwinkeländerung von z.B. 5° vorzunehmen. Mit anderen Worten wird zum einen die Änderung des Winkels als auch die Geschwindigkeit der Änderung des Winkels erfasst.
Im Normalbetrieb einer Lenkvorrichtung werden größtenteils geringe Radlenkwinkeländerungen vorgenommen, wenn sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit deutlich oberhalb des o.g. Bereichs bewegt, bspw. beim Fahren in einer geschlossenen Ortschaft, z.B. mit 30 bis 50 km/h oder auf einer Landstraße oder einer Autobahn mit noch größerer Geschwindigkeit. Dort ist in der Regel von Lenkwinkeländerungen unterhalb von 1 ° auszugehen. Für diese geringen Änderungen werden somit im Vergleich deutlich geringere Stellkräfte benötigt, so dass Drehschwingungen nicht auftreten.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass in bestimmten Situationen ein erhöhtes Drehmoment bzw. eine erhöhte Kraft zum Lenken oder mit anderen Worten zum Einschlagen des jeweiligen Rades in einen gewünschten Lenkwinkel bzw. Radlenkwinkel erforderlich ist. Die hier betrachtete Situation geht von einer sehr geringen Geschwindigkeit des Fahrzeuges vom Stillstand bis zum Parkieren und/oder Rangieren aus. Bei einem völligen Stillstand ist die Geschwindigkeit gleich 0 km/h. Beim Parkieren und/oder Rangieren wird hier von einer Geschwindigkeit kleiner oder gleich 1 km/h ausgegangen. In einem Geschwindigkeitsbereich von 0 bis etwa 1 km/h werden besonders hohe Kräfte zum Einschlagen des gewünschten Lenkwinkels benötigt. Je geringer die Geschwindigkeit je größer sind dabei die zu erwartenden Lenkkräfte, welche durch den Aktuator der steer-by-wire-Lenkung bewerkstelligt werden müssen. Dieses liegt darin begründet, dass die gesamte Gewichtskraft des Fahrzeugs auf den Reifen lastet, welche auf den Rädern montiert sind. Der Kontakt zwischen Reifen und Fahrbahn ergibt sich aus der Reifenaufstandsfläche. Die Größe der Aufstandsfläche eines Reifens hängt in erster Linie von der Radlast und vom Reifendruck ab, weil der Innendruck des Reifens den Großteil der Radlast trägt. Aber auch die Reifenbreite, der Reifendurchmesser und die Steifigkeit der Seitenwand spielen eine Rolle. Es wird bei einem stillstehenden Rad eine höhere Kraft zum Lenken, also zum Drehen des Rades um seine Hochachse benötigt, als wenn das Rad aufgrund der Fahrzeugbewegung rollt. Mit zunehmender Rollbewegung, also Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit, wird jeweils weniger Kraft zum Lenken benötigt. Es ist ersichtlich, dass neben der Fahrzeugmasse auch die Temperatur der Umgebung sowie die Reifentemperatur einen Einfluss haben, da sie sich unmittelbar auf die Reibung zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche auswirken. Nicht erschöpfend seien hier folgende weitere Parameter genannt: Reifenmischung, Reifenart, Reifenreibkennwert, Fahrbahnbelag sowie Fahrbahnbeschaffenheit (trocken, feucht, glatt etc.).
Der Reifen eines Rades ist in der Regel aus Gummi - einem elastischen Werkstoff. Wirkt nun eine Kraft zum Lenken des Rades von dem Aktuator einer steer-by-wire-Len- kung auf das Rad, so ergibt sich eine Vorspannung aufgrund der Haftreibung bzw. Gleitreibung zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche. Der Reifen wird quasi gegenüber der Fahrbahn aufgezogen und somit vorgespannt. Weitere Vorspannung ergibt sich zwischen Aktuator und Radträger durch zwischen diesen eingesetzte Lager sowie ggfs. Lenker, wie zum Beispiel einem Lenkgestänge, je nach Ausbildung des Fahrwerks.
Wird nun in dem vorgenannten geringen Geschwindigkeitsbereich durch die steer-by- wire-Lenkung von einem großen, bevorzugt von einem maximal möglichen Lenkwinkel ausgehend auf einen kleineren Lenkwinkel zurückgelenkt, so werden die Vorspannungen zunächst kurzzeitig reduziert und es ergeben sich erneut Vorspannungen. Diese Vorspannung nimmt zu, je geringer die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist bzw. wenn diese vom Rollen zu Stillstand hin reduziert wird. Beim Parkieren und/oder Rangieren ist das quasi in ständigem Wechsel der Fall. Beim Zurücklenken aus dem zuvor eingestellten großen Lenkwinkel kommt es zu einem Kraftrichtungswechsel in dem Aktuator der steer-by-wire-Lenkung. Dieses führt zu einem Lastwechsel innerhalb eines Getriebes bzw. Spindeltriebes des Aktuators, so dass es wiederum zu einem geänderten Stick-Slip-Verhalten kommt. Dieses kann zu Schwingungen und hohen thermischen Belastungen innerhalb des Aktuators bzw. dessen Bewegungsgewinde führen. Dieses Verhalten gilt es zu reduzieren bzw. zu minimieren.
Gemäß der Erfindung wird in dem vorgenannten Verfahren in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels zumindest eines Rades an der jeweiligen Achse des Kraftfahrzeugs die maximal mögliche Beschleunigung des Antriebs des Aktuators einer steer-by- wire-Lenkung limitiert. Durch die Limitierung der Beschleunigung wird ein quasi langsameres Anlaufen z.B. eines Elektromotors als Antrieb des Aktuators bewirkt. In dem Getriebe bzw. dem Spindelantrieb des Aktuators kann durch die Limitierung der Beschleunigung ein verbessertes Verhalten der Reibpartner in dem Aktuator, z.B. der aneinander liegenden Gewindeflanken des Bewegungsgewindes, erzielt werden. Dadurch werden die oben genannten Drehschwingungen und auch die thermische Belastung minimiert oder entstehen gar nicht erst.
Die Limitierung der Beschleunigung wird mittels des Schrittes zum Bestimmen eines Grenzwertes einer Beschleunigung des Antriebs des Aktuators vorgenommen. Der Grenzwert wird zumindest in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels bestimmt. Der momentane Lenkwinkel wird fortwährend erfasst, bevorzugt in Intervallen, vorzugsweise in Intervallen von 10ms. Es wird dabei fortwährend, bevorzugt in Intervallen, vorzugsweise in Intervallen von 10ms eine momentane Lenkwinkelanforderung erfasst, welche zum Beispiel aufgrund eines Fahrerwunsches durch Drehen am Lenkrad vorliegt. Dabei wird zum einen der geänderte Lenkwinkel als auch die Geschwindigkeit der Änderung erfasst.
Beispielsweise kann während des Parkierens an der Vorderachse ein größtmöglicher Lenkwinkel eingestellt worden sein, sodass die Räder größtmöglich in eine Richtung, z.B. nach links, eingeschlagen wurden. Aufgrund dieser Lenkwinkelanforderung wurde von einer Steuereinheit ein maximaler Lenkwinkel von der steer-by-wire-Lenkung an einer Hinterachse gegenläufig, hier also nach rechts, eingestellt. Typischerweise kommt das Fahrzeug nach einem solchen Lenkmanöver beim Parkieren zum Stillstand. Der Aktuator der steer-by-wire-Lenkung kommt ebenfalls zum Stillstand und es wird einen Moment lang keine Lenkwinkeleinstellung ausgeführt. Nun lenkt der Fahrer erneut an dem Lenkrad in die entgegengesetzte Richtung zurück. Alternativ kann auch ein Lenkassistent die Lenkung betätigt haben. Es wird an dem Lenkrad nun ein neuer Lenkwinkel angefordert bzw. der vorherige Lenkwinkel soll reduziert werden. Diese Lenkbewegung wird vom Fahrer am Lenkrad mit einer gewissen Geschwindigkeit vorgenommen. Diese Parameter werden von der Steuereinheit erfasst und im Schritt des Bestimmens des Grenzwertes wird in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels und der momentanen Lenkwinkelanforderung die Beschleunigung des Antriebs des Aktuators limitiert. Unter Berücksichtigung zumindest der vorgenannten Parameter und unter Anwendung des Grenzwertes der Beschleunigung wird schließlich der Aktuator der steer-by-wire- Lenkung zum Einstellen des berechneten Lenkwinkels angesteuert. Das Ansteuern des Aktuators erfolgt vorzugsweise durch eine Steuereinheit wie ein Steuergerät oder eine Steuerung. Die Steuerung bzw. das Steuergerät ist bevorzugt Teil der steer-by-wire- Lenkung. Die Ansteuerung des Aktuators kann jedoch auch mittels eines weiteren im Fahrzeug verbauten Steuergerätes erfolgen.
Ohne eine solche Limitierung mittels Bestimmens eines Grenzwertes würde der Antrieb, z.B. ein Elektromotor, mittels einer vordefinierten Beschleunigung auf eine Nenndrehzahl gebracht, welche für das Verstellen eines Lenkwinkels bei der konstruktiven Auslegung der steer-by-wire-Lenkung festgelegt wurde, um eine Lenkwinkeländerung in einer vordefinierten Zeit durchzuführen. Die Nenndrehzahl bewirkt im Zusammenhang mit dem Getriebe bzw. dem Spindelantrieb des Aktuators eine vordefinierte Stellgeschwindigkeit, welche letztlich eine Lenkgeschwindigkeit ergibt und auch als Lenkgradient bezeichnet wird. Der Lenkgradient gibt an, um welchen Winkel pro Zeiteinheit, also bspw. um wie viel Grad pro Sekunde das jeweils gelenkte Rad um seine Hochachse verstellt werden kann. Für unterschiedliche Fahrsituationen mit unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten und Randbedingungen, wie z.B. Fahrzeugbeladung, verwendete Reifenart oder Fahrbahnzustand etc., können dabei unterschiedliche Lenkgradienten festgelegt sein. Der Aktuator kann bei o.g. Nenndrehzahl z.B. eine Stellgeschwindigkeit aufweisen, so dass bei einem Fahrzeug, welches fahrbereit und unbeladen mit seinen Rädern auf trockener Fahrbahn steht, die Räder sich mit einem Lenkgradienten von beispielsweise bis zu 187s mittels der steer-by-wire-Lenkung verstellen lassen. Dabei kann die Lenkgeschwindigkeit aufgrund der Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn bei einer niedrigen Geschwindigkeit, wie beispielsweise dem Parkieren und/oder Rangieren, abnehmen und einen geringeren Lenkgradienten von z.B. 2-8 s aufweisen. Hingegen wird bei sehr hohen Geschwindigkeiten von beispielsweise 250 km/h der Lenkgradient beispielsweise auf 0,257s reduziert bzw. begrenzt, um schlagartige Lenkbewegungen zu vermeiden, welche gefährliche Fahrsituationen hervorrufen können.
Mit großen Lenkwinkeln sind hier Lenkwinkel gemeint, welche in den Bereich der konstruktiv möglichen maximalen Lenkwinkel der jeweiligen Achse reichen. Beim Rangieren oder Parkieren ändern sich zudem häufig die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Lenkwinkel an den Rädern. Durch Ausnutzung großer, vorzugsweise der größtmöglichen Lenkwinkel ist ein einfacheres Einfahren in z.B. eine Parklücke oder auch Rangieren mit einem Anhänger möglich. Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn neben der Vorderachse zusätzlich auch die Hinterachse des Kraftfahrzeuges lenkbar ist.
Ein Lenkwinkel von 0° wird auch als Mittenposition oder Neutrallenkwinkel bezeichnet und entspricht der Geradeausfahrt eines Fahrzeugs, wenn an jeder gelenkten Achse ein Lenkwinkel von 0° eingestellt ist. Die Räder sind dabei parallel zur Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Grenzwert zumindest temporär angewendet. Der Grenzwert wird aufgehoben, wenn ein Lenkwinkel eingestellt ist, ab welchem bspw. keine Limitierung der Beschleunigung mehr erforderlich ist. Möglich ist auch, dass der Grenzwert für eine vorbestimmte Zeitdauer angewendet wird, so dass der Grenzwert nach Ablauf dieser Zeit auf einen Nenn- oder Maximalwert zurückgesetzt oder aufgehoben wird. In Abhängigkeit einer geänderten Lenkwinkelanforderung kann ein zuvor bestimmter Grenzwert ebenfalls verändert werden, insbesondere ausgehend vom zuvor eingestellten Wert reduziert werden, um einer sich ergebenden veränderten Fahrsituation Rechnung zu tragen.
Bevorzugt ist ferner eine Ausführungsform, bei der im Schritt des Bestimmens der Grenzwert auf einen vordefinierten Minimalwert gesetzt wird. Beispielsweise kann ein solcher vordefinierter Minimalwert der Hälfte oder dreiviertel des Maximalwerts der Beschleunigung des Antriebs entsprechen. In vorteilhafter Weise wird somit sichergestellt, dass die Beschleunigung des Antriebes des Aktuators stets ausreichend ist, dass der Antrieb anläuft und eine Lenkbewegung angepasst unter jeder denkbaren Bedingung bzw. Fahrsituation möglich ist. Mit anderen Worten wird ein Anlaufmoment sichergestellt, um jeder Fahrsituation des Kraftfahrzeugs entsprechend ein Anlaufen des Antriebs sicherzustellen.
Die Limitierung der Beschleunigung wird im Schritt des Bestimmens eines Grenzwertes zumindest in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels durchgeführt. In einer günstigen Ausführungsform lassen sich Lenkwinkelbereiche festlegen, wobei einem jeweiligen Bereich ein bestimmter Grenzwert zugeordnet sein kann. Bei einem momentanen Lenkwinkel kleiner 50-80 % eines maximal möglichen Lenkwinkels kann im Schritt des Bestimmens ein anderer Grenzwert bestimmt werden als außerhalb dieses Bereiches. Vorzugsweise lässt sich der Bereich beschränken auf einen Lenkwinkel kleiner 65-70 % eines maximal möglichen Lenkwinkels. Es ergibt sich bspw. ein erster Bereich mit einem Lenkwinkel von 0-70 % eines maximal möglichen Lenkwinkels und ein zweiter Bereich mit einem Lenkwinkel größer 70 % bis zum maximal möglichen Lenkwinkel. Beispielsweise kann an einer Hinterachse konstruktiv maximal ein Lenkwinkel von 10° möglich sein. Ist dieser maximale Lenkwinkel eingestellt und erfolgt ein Zurücklenken zum Beispiel auf 8°, so wird in dem zweiten Bereich eine Limitierung der Beschleunigung des Antriebs des Aktuators vorgenommen. In dem ersten Bereich 0 bis 70% bzw. hier von 0 bis 7° ist beispielsweise keine Limitierung der Beschleunigung vorgesehen, weil bei Lenkwinkeln dieser Größenordnung die Vorspannung derart gering ist, dass Drehschwingungen in dem Aktuator zu vernachlässigen sind oder nicht auftreten. Mit anderen Worten wird ein Grenzwert bevorzugt oberhalb von 70% bis 100% des maximalen Lenkwinkels bestimmt. Vorzugsweise wird der Grenzwert aufgehoben, wenn der Lenkwinkel in den Bereich von 0 bis 70% geändert wird bzw. diesen erreicht.
Bevorzugt können vier Stützstellen vorgesehen sein. Dabei wird ein erster Bereich von 0 bis 60%, ein zweiter Bereich größer 60 bis 80% sowie ein dritter Bereich größer 80 bis 100% des konstruktiv maximalen Lenkwinkels festgelegt. Die Stützstellen liegen dann bei 0, 60%, 80% und 100%. Im Falle eines maximalen Lenkwinkels von 10° liegen die Stützstellen hier somit bei 0°, 6°, 8° und 10°. Diesen unterschiedlichen Lenkwinkeln bzw. den zwischenliegenden Bereichen können jeweils unterschiedliche Grenzwerte für die Beschleunigung zugeordnet sein. Die Zuordnung kann in vorteilhafter Weise als Kennlinie in einer Steuerung hinterlegt sein, sodass im Schritt des Bestimmens anhand der Kennlinie ein jeweiliger Grenzwert abgerufen werden kann.
Für unterschiedliche Fahrsituationen können dabei unterschiedliche Kennlinien in einer Steuerung hinterlegt sein. Diese Überlegung berücksichtigt, dass sich ein vordefinierter maximaler Lenkwinkel, welcher konstruktiv mit der steer-by-wire-Lenkung in dem jeweiligen Kraftfahrzeug möglich ist, aufgrund von Randbedingungen ändern kann. Eine solche Fahrsituationen kann sich beispielsweise durch eine Beladung des Fahrzeugs ergeben. Durch die Beladung tauchen beispielsweise die Räder tief in die Radhäuser ein und der maximale Lenkwinkel muss limitiert werden, weil ansonsten die Räder bzw. Reifen mit Teilen des Fahrwerks oder der Karosserie kollidieren würden, wenn der konstruktiv maximal mögliche Lenkwinkel eingestellt würde. Die Beladung bewirkt zudem eine höhere Radlast, welche eine höhere Kraft zum Lenken bedingt. Die Beladung des Fahrzeugs kann in bekannter Weise mittels geeigneter Sensorik, wie zum Beispiel einer Höhenstandserkennung, erfasst werden. Aufgrund der Höhenstandserkennung kann beispielsweise eine Kennlinie gewählt werden, welche einen geringeren maximalen Lenkwinkel aufweisen kann. Ein begrenzter maximaler Lenkwinkel kann sich zum Beispiel auch aufgrund der Verwendung breiterer Reifen oder der Verwendung von Schneeketten etc. ergeben. Aufgrund des zur Verfügung stehenden Bauraums im Bereich der Radhäuser kann es hier ebenfalls erforderlich sein, dass der maximal zur Verfügung stehende Lenkwinkel z.B. durch eine Kennlinie beschränkt werden muss, weil nicht ausreichend Raum für Lenkbewegungen zur Verfügung steht. Die Reifen bzw. Räder können hierzu beispielsweise mit RFID-Sensorik ausgestattet sein, welche einer Steuereinheit die Reifenbeschaffenheit anzeigt. Somit können über diese Möglichkeit auch von dem Normalzustand des Fahrzeugs abweichende und für die Fahrsituation hinreichende Stützstellen für Grenzwerte zur Limitierung der Beschleunigung gegeben sein.
Bevorzugt wird die Beladung und die damit einhergehenden höheren Radlasten in zumindest einer Kennlinie berücksichtigt. Es lassen sich somit die zuvor genannten Stützstellen variieren. Insbesondere wird die Lage der Stützstellen in Abhängigkeit der Beladung reduziert. Bezogen auf die vier vorgenannten Stützstellen und zugehörigen Lenkwinkelbereiche kann in Abhängigkeit der Beladung der erste Bereich bspw. auf 0 bis 45% reduziert werden. Der zweite Bereich kann somit größer 45 bis 60% sowie der dritter Bereich größer 60 bis 70% des konstruktiv maximalen Lenkwinkels festgelegt sein. Die Stützstellen lägen dann bei 0, 45%, 60% und 70%. Im Falle eines maximalen Lenkwinkels von 10° lägen die Stützstellen hier somit bei 0°, 4,5°, 6° und 7°. Die Abhängigkeit der Beladung ist auch als Funktion darstellbar. Bei Erhöhung der Beladung kann in vorteilhafter Weise die Beschleunigung des Antriebs und/oder der Lenkgradient und/oder der Lenkwinkel limitiert werden. Wird das Fahrzeug mit der oben genannten niedrigen Geschwindigkeit bewegt, so bewirkt der Grenzwert, also die limitierte Beschleunigung, ein langsameres Anlaufen des Antriebs. Zur Erreichung eines Solllenkwinkels aufgrund einer Lenkwinkelanforderung wird der Aktuator grundsätzlich mit einer vordefinierten Stellgeschwindigkeit gefahren, um einen Lenkwinkel an Rädern einer Achse der Lenkwinkelanforderung gemäß in einer bestimmten Zeit einstellen zu können. Durch die limitierte Beschleunigung in Kombination mit der vordefinierten Lenkgeschwindigkeit ergäbe sich ein Offset, sodass der angeforderte Lenkwinkel erst später erreicht wird als ohne eine limitierte Beschleunigung. Um diesen Offset zu kompensieren wird die Lenkgeschwindigkeit bzw. der Lenkgradient zumindest temporär verändert, bevorzugt erhöht. Dazu wird die vordefinierte Stellgeschwindigkeit unter Berücksichtigung des angeforderten Lenkwinkels und/oder eines momentan eingestellten Lenkwinkels erhöht. Es wird mit anderen Worten nach dem langsameren Anlaufen des Aktuators temporär auf einen höheren Lenkgradienten beschleunigt. In vorteilhafter Weise wird so trotz der limitierten Beschleunigung des Antriebs die Änderung des Lenkwinkels durch die steer-by-wire-Lenkung der gewünschte Lenkwinkel gemäß der Lenkwinkelanforderung in der gleichen Zeit erreicht wie mit der vordefinierten Beschleunigung des Antriebs des Aktuators. Der Lenkgradient kann bei einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs vom Stillstand bis zu maximal 1 km/h, vorzugsweise bis zu 0,7 km/h, in einem Bereich von 0-127s liegen. In Abhängigkeit der Lenkwinkelanforderung wird die steer-by-wire-Lenkung mit einem angepassten Lenkgradienten betrieben. Bei einer temporären Erhöhung des Lenkgradienten kann dieser um 20 bis 70%, vorzugsweise um 30 bis 50% erhöht werden. Bevorzugt kann der maximale Lenkgradient von hier 127s kurzzeitig um 4 bis 67s auf 187s erhöht werden, so dass die beabsichtigte Lenkwinkeländerung in der vorgesehenen Zeit, d.h. möglichst gemäß der Lenkwinkelanforderung durchgeführt werden kann.
Damit es bei Verlassen der niedrigen Geschwindigkeit und zunehmender Geschwindigkeit, vorzugsweise einer starken Zunahme der Geschwindigkeit des Fahrzeuges aufgrund z.B. einer plötzlichen hohen Beschleunigung des Fahrzeuges, nicht zu einer schlagartigen Lenkbewegung kommt, kann vorgesehen sein, dass mit zunehmender Geschwindigkeit kein hartes Umschalten des Lenkgradienten vorgenommen wird. Auch wird der Grenzwert zur Limitierung der Beschleunigung des Antriebs bevorzugt nicht schlagartig geändert. Stattdessen wird bevorzugt eine allmähliche Anpassung im Sinne eines sanften Überganges des zuvor erhöhten Lenkgradienten sowie auch des Grenzwertes auf einen Sollwert bzw. die Nennbeschleunigung vorgenommen. Das ist mit Blick auf Fahrsicherheit bzw. Beherrschbarkeit des Fahrzeuges und dem Fahrkomfort von Vorteil.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem weiteren Schritt eine momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, insbesondere in Intervallen, vorzugsweise in Intervallen von 10 ms erfasst. Dabei wird im Schritt des Bestimmens des Grenzwertes der limitierten Beschleunigung des Antriebes die momentane Geschwindigkeit berücksichtigt, wobei oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit der Grenzwert aufgehoben wird. Die Grenzgeschwindigkeit kennzeichnet das Verlassen der vorgenannten niedrigen Geschwindigkeit und liegt somit größer 1 km/h, bevorzugt 1 ,1 km/h, vorzugsweise oberhalb von 0,7 km/h, höchst vorzugsweise 0,71 km/h. Grundsätzlich wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Grenzwert für die limitierte Beschleunigung in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels an der jeweilige Achse des Kraftfahrzeuges bestimmt. Liegt der Lenkwinkel in dem vorgenannten ersten Bereich bei 0-70 % eines maximal möglichen Lenkwinkels an der betreffenden Achse, so wird bei dieser Ausführung im Schritt des Bestimmens des Grenzwertes der Beschleunigung diese vorzugsweise nicht limitiert. Im Sinne der Sicherheit eine zusätzliche Redundanz hinzuzufügen bzw. das Verfahren im Hinblick auf das Bestimmen des Grenzwerts genauer ausführen zu können, kann in vorteilhafter Weise das Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung weiter verbessern.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der im Schritt des Ansteuerns des Aktuators eine einer lenkbaren Hinterachse des Kraftfahrzeugs zugeordnete Lenkung angesteuert wird. Ist an der Hinterachse ein Lenkwinkel einstellbar, welcher gegensinnig zu den Lenkwinkeln an der Vorderachse verläuft, so ergibt sich bei niedrigen Geschwindigkeiten ein kleinerer Wendekreis als bei einem Fahrzeug mit nicht gelenkter Hinterachse. Das Fahrzeug lässt sich aufgrund der Lenkung der Hinterräder verbessert Rangieren bzw. Parkieren. Die lenkbare Hinterachse ist vorzugsweise als eine steer-by- wire-Lenkung ausgebildet. In vorteilhafter Weise kann durch die Erfindung ohne Änderung eines bestehenden Aktuators einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung mittels verfahrensgemäßer Ansteuerung eine Minimierung des Schwingverhaltens des Aktuators bzw. der darin enthaltenen Bauteile bewirkt werden. Im Zusammenhang mit der Verbesserung der Schmierstoffversorgung kann somit insgesamt die Lebensdauer der steer-by-wire-Lenkung kostengünstig verbessert werden.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Steuereinheit zur Steuerung eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Steuereinheit zumindest die folgenden Merkmale aufweist:
- eine Schnittstelle zum Erfassen eines Lenkwinkels, welche einen momentanen Lenkwinkel zumindest eines Rades eines Kraftfahrzeugs repräsentiert,
- eine weitere Schnittstelle zum Erfassen einer Lenkwinkelanforderung, welche eine momentane Lenkwinkeländerung aufgrund eines Fahrerwunsches oder von dieser Steuereinheit oder einer weiteren Steuereinheit bestimmten Änderung eines Lenkwinkels repräsentiert,
- eine Einheit zum Bestimmen eines Grenzwertes einer Beschleunigung eines Antriebs des Aktuators, welche eine limitierte Beschleunigung repräsentiert,
- eine Einheit zum Ansteuern des Aktuators zum Einstellen eines Lenkwinkels zumindest eines Rades in Abhängigkeit zumindest der Lenkwinkelanforderung und unter Anwendung des Grenzwertes
- vorzugsweise eine Schnittstelle zum Erfassen einer Geschwindigkeit, welche eine momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges repräsentiert.
Die Steuereinheit ist dabei ebenfalls in der Lage, den begrenzten Lenkwinkel temporär, also zeitweise bzw. für eine bestimmte Zeitdauer zuzulassen. Neben einer momentanen Lenkwinkeländerung aufgrund eines Fahrerwunsches, also wenn der Fahrer z.B. an einem Lenkrad eine Lenkbewegung einsteuert, kann auch aufgrund einer Lenkfunktion wie zum Beispiel einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) etc., welche in einer Steuereinheit abläuft, ein Lenkwinkel angefordert werden. Die Steuereinheit kann hierbei ein Steuergerät sein, welches beispielsweise ein elektrisches Gerät sein kann, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein o- der zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule in Form bzw. als Teil eines Computerprogramms ausgebildet sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen implementiert sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogramm-Produkt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Datenträger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Steuereinheit ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Fahrzeug mit steer-by-wire-Lenkung und
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zum Verfahren
Fig. 3 ein Schaubild zum Verfahren
Figur 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 mit einer lenkbaren Vorderachse 21 und einer lenkbaren Hinterachse 31 . Zum Lenken der Räder 2 an der Vorderachse 21 ist eine steer-by-wire-Lenkung 4 vorgesehen, welche die Räder 2 über ein Lenkgestänge 41 den Radlenkwinkel RLwv an der Vorderachse einstellen bzw. ändern kann. Dieser Winkel RLwv ist vorne am rechten Rad 2 in der Figur 1 beispielhaft eingezeichnet. An der Hinterachse 31 sorgt eine steer-by-wire-Lenkung 5 über ein Lenkgestänge 51 für das Einstellen bzw. Ändern der Radlenkwinkel RLwh an den hinteren Rädern 3, gezeigt an dem hinteren linken Rad 3. Als Teil der steer-by-wire-Lenkung ist jeweils ein (nicht dargestellter) Aktuator vorgesehen, weicher eine Kraft aufbringen kann, um eine Lenkstange bzw. Spindel linear zu bewegen, welche über die Lenkgestänge 41 , 51 mit den Rädern 2, 3 zu deren Lenkung zusammenwirkt. In der gezeigten Ausführung sind die Räder an der Vorderachse 21 und der Hinterachse 31 gegensinnig gelenkt, so dass sich bei einer niedrigen Geschwindigkeit von z.B. kleiner 5 km/h vorteilhaft ein reduzierter Wendekreis und eine verbesserte Rangier- und Parkiermöglichkeit ergibt gegenüber Fahrzeugen, welche lediglich eine gelenkte Achse aufweisen. Auch lassen sich mit zwei gelenkten Achsen vorteilhaft automatisierte Fahrten ausführen, da das Fahrzeug auf kleinerem Raum manövriert werden kann. Die Einstellung des Lenkwinkels an der Vorderachse 21 erfolgt grundsätzlich über ein Lenkrad 14, wobei der vom Fahrer gewünschte Lenkwinkel mittels einer Sensoreinheit Lw von einer Steuereinheit SG erfasst und über eine Signalleitung an die steer-by-wire-Lenkung 4 geleitet wird. Die Steuereinheit errechnet aus der vom Fahrer eingebrachten Lenkwinkelanforderung Lw_req in Abhängigkeit der Fahrsituation (Beladung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugbeschleunigung, Giergeschwindigkeit RG, etc.) den Lenkwinkel RLwv, RLwh für die Vorderachse und die Hinterachse und gibt die Steuersignale an die Steer-by-wire-Lenkungen 4, 5 aus, welche die entsprechenden Lenkwinkel an den Achsen 21 , 31 einstellt.
Die Steuereinheit SG ist mittels hier schematisch gezeigten Signalleitungen mit den steer-by-wire-Lenkungen 4, 5 verbunden, welche die von der Steuereinheit SG errechneten Lenkwinkel RLwv, RLwh einstellt. Die nicht dargestellten Sensoreinheiten zur Übermittlung des jeweiligen Lenkwinkels RLwv, RLwh der Räder 2, 3 sind über ein Bussystem BUS mit der Steuereinheit SG und mit den steer-by-wire-Lenkungen 4, 5 elektrisch verbunden. Das Bussystem ist beispielsweise ein CAN-Bus oder auch ein Flexray Bus o.ä. Bussystem, welche bei Fahrzeugen zur Daten - und Signalübertragung eingesetzt wird. Über das Bussystem BUS sind Lenkfunktionen für ein Fahrerassistenzsystem wie autonomes Fahren ADAS, Korridorfunktionen Korr zur Begrenzung eines maximalen Lenkwinkels in Abhängigkeit von Fahrsituationen, ein Parkierassistent PAS zum unterstützten oder automatisierten Parkieren oder auch eine elektronische Stabilitätskontrolle ESC etc. elektrisch mit der Steuereinheit SG mit den steer-by-wire- Lenkungen 4, 5 der Vorderachse 21 und der Hinterachse 31 verbunden. Die Steuereinheit SG ist schematisch dargestellt und gibt als zentrale Einheit Steuersignale an die steer-by-wire-Lenkungen 4, 5 aus, welche die Lenkwinkeländerungen ausführen bzw. den Lenkwinkel RLwv, RLwh einstellen.
An den Enden des Fahrzeugs 1 sind Sensoren S angeordnet, die einer Sensorik zugeordnet sind und welche zur Fahrzeugumfelderkennung dienen. Es kann sich hierbei um Temperatursensoren oder um optische Sensoren, die beispielsweise eine Kamera umfassen, oder auch um LiDAR oder Radar handeln, die zur Temperatur-, Abstands- oder auch optischen Erfassung, beispielsweise der Fahrbahn, geeignet sind. Es können somit Umfeldbedingungen erfasst und der Steuereinheit SG zugeführt werden. Das Fahrzeug folgt einer Trajektorie T, also einem Fahrweg, der in der Figur 1 am vorderen Ende des Fahrzeugs in dessen Fahrtrichtung schematisch dargestellt ist und hier eine vom Fahrer beabsichtigte Fahrt nach links zeigt.
Um die Räder 2, 3 des Fahrzeugs 1 mittels der jeweiligen steer-by-wire-Lenkung 4, 5 um ihre Hochachsen im Sinne einer Lenkbewegung zu drehen, muss die Reibung der Reifen der Räder 2, 3 gegenüber der Fahrbahn überwunden werden. Je geringer die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, je geringer bewegen sich bzw. rollen auch die Räder 2, 3 in die beabsichtigte Fahrtrichtung auf der Fahrbahn. Bei dem dargestellten Fahrzeug 1 lastet dessen Gewichtskraft auf den vier dargestellten Rädern 2, 3 bzw. der Reifen. Der Kontakt zwischen Reifen und Fahrbahn ergibt sich aus dessen Reifenaufstandsfläche. Aufgrund des Reifenwerkstoffes, in der Regel zum Großteil Gummi, und der Fahrbahnbeschaffenheit ergibt sich eine Reibung der Reifen gegenüber der Fahrbahn. Je geringer die Geschwindigkeit des Fahrzeuges ist, umso mehr Kraft wird zur Lenkung der Räder 2, 3 benötigt, weil die Reibung mit abnehmender Geschwindigkeit zunimmt. Siehe hierzu auch die ausführliche Erläuterung oben.
Wird nun bspw. ein Rad 2, 3 an der lenkbaren Achse 21 , 31 bspw. aus einer nicht dargestellten Position parallel zur Längsachse L des Fahrzeuges 1 , wie an der Hinterachse 31 dargestellt, nach rechts von 0° auf den Winkel RLwh gelenkt, und ist dabei die Geschwindigkeit des Fahrzeuges in einem Bereich vom Stillstand bis etwa 1 km/h, so baut sich in dem Reifen aufgrund der Reibung gegenüber der Fahrbahn eine Vorspannung auf. Diese ist am größten, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet. Der Reifenwerkstoff ist elastisch und wird quasi gegenüber der Fahrbahn aufgezogen. Des Weiteren können sich Vorspannungen aufgrund der Elastizitäten in den Lenkgestängen 41 , 51 sowie der nicht dargestellten Gelenke ergeben. Wird nun nach einer Auslenkung der Räder 3 an der Hinterachse 31 entgegengesetzt zurückgelenkt, so ergibt sich für die steer-by-wire-Lenkung 5 an der Hinterachse 31 ein Kraftrichtungswechsel. Ein Lenkgetriebe des Aktuators der steer-by-wire-Lenkung 5 erfährt beim Zurücklenken zumindest kurzzeitig eine Entlastung und dann wieder eine starke Belastung aufgrund der benötigten bzw. zu erzeugenden Kraft für das Zurücklenken. Je größer dabei der momentan eingestellte Lenkwinkel RLwh und je geringer die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, desto größer ist die sich ergebende Vorspannung. Beim Zurücklenken können zum Beispiel im Aktuator der steer-by-wire-Lenkung Drehschwingungen auftreten, welche auch thermische Belastungen für ein Rotations-ZTranslations-Getriebe bzw. einen Spindeltrieb bedeuten kann und letztlich schadhaft für den Aktuator sein können. Das nachfolgend beschriebene Verfahren bewirkt eine Minimierung der Belastung in dem Aktuator.
Die nachfolgenden Angaben beziehen sich auf die Figuren 2 und 3 gleichermaßen. Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführung des Ansatzes eines Verfahrens zum Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeugs bei Geschwindigkeiten vom Stillstand bis zum Parkieren und/oder Rangieren. Fig.3 zeigt ein Schaubild zur Erläuterung des Verfahrens.
In einem ersten Schritt 200 wird der momentan an den Rädern 2, 3 der betreffenden Achse 21 , 31 eingestellte Lenkwinkel RLwv_mom RLwh_mom von einer Steuereinheit SG, auf welchem ein Computerprogramm läuft, mittels einer (nicht dargestellten) geeigneten Sensorik erfasst. Dieses kann durch einen Radlenkwinkelsensor ausgebildet ein. Die Steuereinheit SG erkennt, ob der momentane Lenkwinkel RLwv_mom RLwh_mom einem ersten Lenkwinkelbereich Lw1 oder einem zweiten, schraffiert dargestellten Lenkwinkelbereich Lw2 entspricht. Der erste Lenkwinkelbereich Lw1 entspricht in dieser Ausführung einem Lenkwinkel von 0° bis zu einem Lenkwinkel kleiner gleich 7°. Der zweite Lenkwinkelbereich Lw2 entspricht einem Lenkwinkel von größer 7° bis zum maximal möglichen Lenkwinkel RLw_max, welcher in dieser Ausführungsform 10° beträgt. Im Schritt 220, welcher ebenfalls in Intervallen von 10ms mittels einer weiteren geeigneten Sensorik an der Lenkhandhabe erfasst wird, kann zusätzlich eine Lenkwinkelanforderung Lw_req erfasst werden. Hierbei wird festgestellt, ob und wie der Lenkwinkel sich von dem zweiten Bereich Lw2 in den ersten Bereich Lw1 ändert. Es wird mit anderen Worten die Änderung hinsichtlich des Winkels als auch die Geschwindigkeit der Änderung erfasst. Bei einer Änderung des Lenkwinkels RLwv, RLwh in diesem Bereich wird der Grenzwert a_lim aufgehoben. Ab dem nächsten Stillstand kann der Aktuator mit dessen Nennbeschleunigung wieder anlaufen, wenn in der Steuereinheit festgelegt ist, dass in dem ersten Bereich keine Limitierung der Beschleunigung notwendig ist. Liegt der momentane Lenkwinkel im Schritt 240 des Bestimmens des Grenzwertes a_lim in dem Bereich Lw2, so wird der Grenzwert a_lim auf eine limitierte Beschleunigung geändert. Der Grund hierfür ist, dass sich in dem Reifen der Räder 2, 3 der betreffenden Achse 21 , 31 aufgrund einer vorherigen Einstellung des Lenkwinkels in den Bereich Lw2 eine Vorspannung aufgebaut hat. Im Schritt 260 wird der Aktuator von der Steuereinheit SG zum Einstellen eines Lenkwinkels RLwv, RLwh angesteuert und es werden zumindest in Abhängigkeit der Lenkwinkelanforderung Lw_req und unter Anwendung des Grenzwertes a_lim ein Lenkwinkel RLwv, RLwh an der betreffenden Achse eingestellt.
Eine starke Beladung eines Fahrzeuges kann eine Fahrzeugsituation darstellen, bei der die Räder tief in die Radhäuser eintauchen und aufgrund dessen der konstruktiv festgelegte maximale Lenkwinkel RLw_max nicht einstellbar ist, weil es sonst zu Kollisionen mit dem Fahrzeugaufbau oder dem Fahrwerk kommen könnte. Wird beispielsweise mittels einer Höhenstandssensorik des Fahrwerkes eine derartige Beladung festgestellt, so wird diese Fahrsituation über das Bussystem BUS der Steuereinheit SG mitgeteilt. Der maximal mögliche Lenkwinkel RLw_max wird in diesem Fall temporär limitiert und in der Steuereinheit SG gespeichert. Liegt dieser Lenkwinkel in dem vorgenannten Beispiel in dem ersten Bereich Lw1 so ist keine Limitierung der Beschleunigung des Antriebs notwendig. Der konstruktiv festgelegte maximale Lenkwinkel kann erst wieder von dem Aktuator eingestellt werden, wenn sich die Fahrzeugsituation ändert.
Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Die Erfindung ist somit nicht auf eine hier genannte Reihenfolge beschränkt. Bezuqszeichen
1 (Kraft-) Fahrzeug
2 Vorderrad
3 Hinterrad
4 steer-by-wire-Lenkung
5 steer-by-wire-Lenkung
14 Lenkrad
21 Vorderachse
31 Hinterachse
41 Lenkgestänge
51 Lenkgestänge
200 Schritt des Erfassen
220 Schritt des Erfassen
240 Schritt des Bestimmens
260 Schritt des Ansteuerns
ADAS Fahrerassistenzsystem autonomes Fahren
BUS Bussystem
ESC Elektronische Stabilitäts Kontrolle
Korr Korridorfunktion
L Längsachse
Lw Sensoreinheit
Lw_req Lenkwinkelanforderung
Lw1 erster Lenkwinkelbereich
Lw2 zweiter Lenkwinkelbereich
PAS Parkierassistent
RG Giergeschwindigkeit
RLwv (Rad-) Lenkwinkel vorne
RLwh (Rad-) Lenkwinkel vorne
RLwv_mom momentaner (Rad-) Lenkwinkel vorne
RLwh_mom momentaner (Rad-) Lenkwinkel vorne RLw_max maximal möglicher Lenkwinkel
SG Steuergerät, Steuereinheit
S Sensorik
T Trajektorie a_lim Grenzwert v_mom momentane Geschwindigkeit

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung (4, 5) eines Kraftfahrzeugs (1 ) bei Geschwindigkeiten vom Stillstand bis zum Parkieren und/oder Rangieren, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Erfassen eines Lenkwinkels (RLwv_mom, RLwh_mom) zumindest eines Rades (2, 3) an einer Achse (21 , 31 ) des Kraftfahrzeugs,
- Erfassen einer Lenkwinkelanforderung (Lw_req)
- Bestimmen eines Grenzwertes (a_lim) einer Beschleunigung eines Antriebs des Aktuators zumindest in Abhängigkeit des momentanen Lenkwinkels (RLwv_mom, RLwh_mom)
- Ansteuern des Aktuators zum Einstellen eines Lenkwinkels (RLwv, RLwh) zumindest eines Rades (2, 3) zumindest in Abhängigkeit der Lenkwinkelanforderung (Lw_req) und unter Anwendung des Grenzwertes (a_lim) der Beschleunigung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bestimmens der Grenzwert (a_lim) zumindest temporär verändert, vorzugsweise reduziert oder aufgehoben wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bestimmens der Grenzwert (a_lim) auf einen vordefinierten Minimalwert gesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem momentanen Lenkwinkel (RLwv_mom, RLwh_mom) kleiner 50 bis 80%, vorzugsweise kleiner 65 bis 70% eines maximal möglichen Lenkwinkels (RLw_max) im Schritt des Bestimmens ein kleinerer Grenzwert bestimmt wird als außerhalb dieses Bereiches.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den mittels des Aktuators einstellbaren Lenkwinkeln (RLwv, RLwh) jeweils unterschiedliche Grenzwerte zugeordnet sind, welche im Schritt des Bestimmens angewendet werden, wobei die Grenzwerte vorzugsweise aufgrund zumindest einer, insbesondere in einer Steuereinheit (SG) hinterlegten, Kennlinie bestimmt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bestimmen des Grenzwertes (a_lim) ein Lenkgradient temporär verändert wird, bevorzugt erhöht wird, in Abhängigkeit einer Lenkwinkelanforderung (Lw_req) und/oder eines momentan eingestellten Lenkwinkels (RLwv_mom, RLwh_mom).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt eine momentane Geschwindigkeit (v_mom) des Kraftfahrzeugs (1 ), insbesondere in Intervallen, erfasst wird, wobei im Schritt des Bestimmens des Grenzwertes (a_lim) die momentane Geschwindigkeit (v_mom) berücksichtigt wird, wobei oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit der Grenzwert aufgehoben wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aufhebung des Grenzwertes (a_lim) und/oder der Aufhebung der Veränderung des Lenkgradienten jeweils eine allmähliche Rückführung auf deren Sollwerte, bevorzugt in Abhängigkeit des momentan eingestellten Lenkwinkels (RLwv_mom, RLwh_mom) und/oder einer Lenkwinkelanforderung (Lw_req) vorgenommen wird.
9. Steuereinheit (SG) zur Steuerung eines Aktuators (5) einer steer-by-wire- Lenkung eines Kraftfahrzeugs (1 ), wobei die Steuereinheit die folgenden Merkmale aufweist:
• eine Schnittstelle zum Erfassen eines Lenkwinkels, welcher einen momentanen Lenkwinkel (RLwv_mom, RLwh_mom) zumindest eines Rades (2, 3) eines Kraftfahrzeugs (1 ) repräsentiert,
• eine weitere Schnittstelle zum Erfassen einer Lenkwinkelanforderung (Lw_req), welche eine momentane Lenkwinkeländerung aufgrund eines Fahrerwunsches oder von dieser Steuereinheit (SG) oder einer weiteren Steuereinheit bestimmten Änderung eines Lenkwinkels repräsentiert,
• eine Einheit zum Bestimmen eines Grenzwertes (a_lim) einer Beschleunigung des Antriebs des Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung (4, 5), welcher eine momentan limitierte Beschleunigung (a_lim) repräsentiert,
• eine Einheit zum Ansteuern des Aktuators zum Einstellen eines Lenkwinkels (RLwv, RLwh) zumindest eines Rades (2, 3) in Abhängigkeit zumindest der Lenkwinkelanforderung (Lw_req) und unter Anwendung des Grenzwertes (a_lim)
• vorzugsweise eine Schnittstelle zum Erfassen einer Geschwindigkeit, welche eine momentane Geschwindigkeit (v_mom) des Kraftfahrzeuges repräsentiert.
10. steer-by-wire-Lenkung, welche mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche von 1 bis 8 betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die steer-by-wire-Lenkung (5) als Hinterachslenkung ausgebildet ist.
11 . Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche von 1 bis 8 auszuführen, wobei das Computerprogramm bevorzugt auf einer Steuereinheit (SG) nach Anspruch 9 ausgeführt wird.
12. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.
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