WO2023174606A1 - Verfahren zum betrieb eines lenksystems eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2023174606A1
WO2023174606A1 PCT/EP2023/051853 EP2023051853W WO2023174606A1 WO 2023174606 A1 WO2023174606 A1 WO 2023174606A1 EP 2023051853 W EP2023051853 W EP 2023051853W WO 2023174606 A1 WO2023174606 A1 WO 2023174606A1
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WO
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steering
feel
feedback
modified
vehicle
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PCT/EP2023/051853
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Inventor
Joerg Strecker
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
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    • B62D5/005—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback
    • B62D5/006—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback power actuated
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    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0484—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures for reaction to failures, e.g. limp home

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a steering system of a vehicle.
  • the invention also relates to a computing unit for carrying out such a method, a steering system with such a computing unit and a vehicle with such a steering system.
  • Vehicles with conventional steering systems are known from the prior art, in which a steering handle, for example in the form of a steering wheel, is mechanically firmly connected to a wheel steering angle adjuster in the form of a steering gear via a steering column.
  • vehicles with steer-by-wire steering systems are known, which do not require a direct mechanical connection between a steering handle and steered vehicle wheels and in which a driver target specification and/or steering specification is transmitted exclusively electrically.
  • Such a steer-by-wire steering system generally includes an operating unit with a steering handle and a feedback actuator as well as at least one wheel steering angle adjuster that is mechanically separated from the operating unit and which can be designed, for example, as a central adjuster or as an individual wheel adjuster.
  • steer-by-wire steering systems are fundamentally designed to be redundant for reasons of operational safety.
  • the operating unit one possibility is, for example, to design the operating unit to be fail-safe or fail-operational.
  • the operating unit can also be fail-operational in terms of detecting a driver target specification and fail-safe in terms of be trained on a feedback torque provided by the feedback actuator.
  • the control unit in the event of a malfunction and/or failure of the feedback actuator due to the sudden loss of the feedback torque, unintentional steering movements can occur on the steering handle, which are interpreted by the steering system as a driver target specification and/or steering specification and can therefore lead to undesirable vehicle reactions. Possible methods for dealing with such error cases can be found, for example, in DE 10 2016 009 684 Al and DE 10 2018 222 442 Al.
  • the object of the invention is, in particular, to provide a method with improved properties in terms of functionality.
  • the object is achieved by the features of claims 1, 11, 12 and 13, while advantageous refinements and developments of the invention can be found in the subclaims.
  • a method for operating a steering system of a vehicle, in particular a motor vehicle is proposed, wherein the steering system is designed as a steer-by-wire steering system and an operating unit with at least one steering handle and with at least one feedback actuator that interacts with the steering handle and at least one wheel steering angle actuator operatively connected to the operating unit for changing a wheel steering angle of at least one vehicle wheel, the operating unit being designed to be at least partially fail-operational, and wherein in at least one operating state in which an initial error of the operating unit is determined, a steering characteristic of the steering system is changed, by specifically modifying a steering feel, in particular by operating the feedback actuator adapted to the initial error.
  • the operating state in which the initial error is determined therefore corresponds in particular to an error operating state.
  • the steering characteristic is changed by modifying the steering feel in particular in such a way that a feedback torque adapted to the initial error is provided and/or achieved in the operating state, whereby a driver responds to a is prepared and/or conditioned for a possible malfunction and/or a possible failure of the feedback actuator and can adapt its general driving strategy and/or drive or steer more carefully.
  • This configuration makes it possible in particular to improve a mode of operation, whereby advantageously the controllability and/or controllability of the vehicle can be improved in the event of a fault or if the active feedback torque of the feedback actuator is lost.
  • an advantageously adaptive and/or variable method can be provided in which the steering characteristics can be flexibly adapted to current operating conditions.
  • advantageous maneuverability of the vehicle can be achieved and operational safety can be increased.
  • the steering system is designed as a steer-by-wire steering system, in which a driver target specification and/or steering specification, in particular of a driver, is advantageously forwarded purely electrically to the vehicle wheels.
  • the steer-by-wire steering system includes the, in particular redundantly designed, operating unit and at least one mechanically separated from the operating unit and in particular redundantly designed wheel steering angle actuator.
  • a “wheel steering angle adjuster” is to be understood as meaning an actuator unit coupled to at least one vehicle wheel, which is intended to transmit a driver target specification and/or steering specification, in particular of a driver, to the vehicle wheel by changing a wheel steering angle of at least one vehicle wheel and thereby advantageously to control at least one orientation of the vehicle wheel and/or to influence a direction of travel of the vehicle.
  • the wheel steering angle adjuster advantageously comprises at least one steering control element, for example in the form of a rack, and at least one steering actuator operatively connected to the steering control element, for example in the form of an electric motor.
  • the wheel steering angle adjuster can be designed as a center adjuster and can be assigned to at least two vehicle wheels, in particular steerable ones and preferably designed as front wheels.
  • the wheel steering angle actuator can also be designed as an individual wheel actuator and assigned to exactly one vehicle wheel, in particular a steerable one and preferably designed as a front wheel.
  • a “feedback actuator” should be one that is different from the wheel steering angle adjuster and in particular with
  • the actuator unit which is in direct mechanical connection with the steering handle, is intended to detect signals, forces and/or moments from the steering handle, in particular directly, and/or to transmit them to the steering handle, in particular directly.
  • the feedback actuator is provided in a normal operating state at least to provide an active feedback torque and thereby to generate a steering resistance and/or a restoring torque on the steering handle.
  • the feedback actuator is intended in this context to adapt a steering feel, particularly noticeable via the steering handle.
  • the feedback actuator can include at least one further electric motor.
  • “At least partially fail-operational” should be understood to mean in particular fail-operational or operationally reliable with regard to an initial error.
  • a feedback torque can continue to be applied to the steering handle after the initial error, preferably by means of the feedback actuator, although the feedback torque can deviate from a feedback torque in the normal operating state.
  • the initial error does not directly lead to a malfunction and/or failure of the operating unit and/or the feedback actuator.
  • a second error in particular following the first error, can lead to a malfunction and/or a failure of the operating unit and/or the feedback actuator.
  • a malfunction and/or a failure of the operating unit and/or the feedback actuator is intended in particular to mean a malfunction and/or a failure of the operating unit and/or the feedback actuator itself and/or one with the operating unit and/or the feed Back-actuator interacting peripheral assembly, such as a power supply, and a resulting disruption of the control unit and / or the feedback actuator can be understood.
  • the wheel steering angle is fundamentally equivalent to other variables between the steering actuator and the vehicle wheel, such as a deflection of the steering control element and/or a deflection position of the wheel steering angle adjuster and/or a motor movement.
  • the vehicle and preferably the steering system comprises at least one computing unit, which is intended to carry out the method for operating the steering system.
  • a “computing unit” is to be understood as an electrical and/or electronic unit which has an information input, information processing and an information output.
  • the computing unit advantageously also has at least one processor, at least one operating memory, at least one input and/or output means, at least one operating program, at least one control and/or regulation routine, at least one calculation routine, at least one determination routine, at least one evaluation routine and/or at least an adjustment routine.
  • the computing unit comprises at least one monitoring function for monitoring operation of the operating unit and/or the feedback actuator.
  • the computing unit is intended in particular to monitor and evaluate operation of the operating unit and/or the feedback actuator by means of the monitoring function, in particular in order to determine an initial error of the operating unit.
  • the computing unit is intended to change a steering characteristic of the steering system in at least one operating state in which an initial error of the operating unit is determined and to specifically modify a steering feel, in particular by operating the feedback actuator adapted to the initial error.
  • the computing unit can in particular be provided to use an error signal provided by the monitoring function to adapt the steering characteristics.
  • the computing unit is preferably integrated into a control device of the vehicle, for example a central vehicle control device, or advantageously a control device of the steering system, in particular in the form of a steering control device.
  • a “steering feel” should be understood in particular as a haptic feedback from the steering system to the driver that can be perceived via the steering handle, in particular in the form of a feedback moment.
  • the feedback actuator is operated in a, in particular error-free, normal operating state such that a normal steering feel is generated and provided to the steering handle.
  • the feedback actuator is operated in such a way that a modified steering feel is generated and provided to the steering handle. Accordingly, will To change the steering characteristics in the operating state by adjusting the feedback torque, it is preferred to change from a normal steering feel to a modified steering feel.
  • “Provided” is intended to mean, in particular, specifically programmed, designed and/or equipped. The fact that an object is intended for a specific function should be understood in particular to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state.
  • the feedback actuator in the operating state in particular to change the steering characteristics, is operated in such a way that a change, in particular from the normal steering feel, to the modified steering feel by means of a fade and in particular using a sliding average takes place.
  • a blend factor is advantageously defined, which initially has the value 0 and at the end of the fade or the blend phase has the value 1.
  • An actual steering feel is then obtained during the transition or blending phase based on a superposition of normal steering feel and modified steering feel as well as taking the blend factor into account.
  • a duration of the crossfading can also be varied depending on an, in particular additional, amplification factor.
  • the fading is preferably carried out on the basis of a torsion bar signal, particularly preferably a torsion bar torque, and/or a steering torque signal.
  • the steering torque signal is equivalent to other variables, such as a motor torque of the feedback actuator and/or another operating signal of the operating unit. In this way, a particularly harmonious transition from the normal steering feel to the modified steering feel can be achieved.
  • driving and/or steering behavior can be gradually adapted to a possible second error.
  • the computing unit can include the integrator.
  • an integrator value of the integrator is preferably dependent on the torsion bar signal, advantageously the torsion bar torque, and/or the steering torque signal, with the integrator value only increasing when this Torsion bar signal and / or steering torque signal exceeds a defined threshold value.
  • the integrator can be activated in the operating state by an error signal that is correlated with the initial error and preferably provided by the monitoring function and/or enabled by an enable signal.
  • the integrator is preferably only activated when an initial error in the operating unit is detected. The integrator is therefore preferably deactivated in the normal operating state, whereby resource requirements can be advantageously reduced.
  • the integrator can initially be blocked after activation, so that an additional release must take place using the release signal.
  • a duration of the fade can take on any values or values that depend on the driving situation. However, it is preferably proposed that a duration of the fade is at least 10 s, preferably at least 15 s and particularly preferably at least 25 s. In this way, a particularly gentle crossfading can be achieved.
  • the modified steering feel provides feedback to a driver, which is at least temporarily between the normal steering feel, in particular in the normal operating state, and a passive steering feel without active feedback torque through the feedback actuator, i.e. preferably a purely mechanical behavior.
  • the modified steering feel can differ significantly from the normal steering feel and significantly from the passive steering feel. In this way, a steering behavior adapted to the initial error can advantageously be provided and/or achieved, which instinctively prepares and/or conditions a driver for a possible malfunction and/or a possible failure of the feedback actuator.
  • the modified steering feel has a characteristic which corresponds to, in particular resembles and/or is modeled on, the passive steering feel.
  • a visual or acoustic warning can occur as a result of an initial error. This can achieve an advantageous warning and/or notification effect.
  • the modified steering feel emulates a characteristic corresponding to an inherent friction behavior of the operating unit, in particular a mechanism of the operating unit. In this way, in particular, a steering feeling similar or analogous to the passive steering feeling can be reproduced or simulated.
  • the modified steering feel could replicate a centering of the steering handle, which can increase the similarity of the modified steering feel to the normal steering feel. According to a preferred embodiment of the invention, however, it is proposed that the modified steering feel does not replicate the centering of the steering handle. This can instinctively signal to a driver that the functionality of the steering system is restricted and inform him that he should adapt his general driving strategy and/or drive or steer more carefully.
  • a maximum torque level of the modified steering feel lies above a maximum torque level of the passive steering feel.
  • the maximum torque level of the modified steering feel is also below a maximum torque level of the normal steering feel.
  • the maximum torque level of the modified steering feel can also be above the maximum torque level of the normal steering feel, at least at times or in certain driving situations. As a result, operational reliability in the operating state can be increased, especially in comparison to a complete failure of the feedback actuator. In addition, increased driving and/or steering comfort can be achieved.
  • the modified steering feel emulates a non-linear or linear damping behavior, in particular of the operating unit, whereby safety and/or driving and/or steering comfort can be increased.
  • the damping behavior is adjusted depending on a steering speed of the steering handle and/or a vehicle speed.
  • the damping can be particularly advantageously increased, for example, as the steering speed increases, for example in such a way that damping only takes effect if the driver steers (too) quickly.
  • damping behavior also simulates a damping behavior of the control unit in the normal operating state, whereby the similarity of the modified steering feel to the normal steering feel can be increased.
  • the method for operating the steering system should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the method for operating the steering system can have a number of individual elements, components and units that deviate from the number of individual elements, components and units mentioned here in order to fulfill a function of operation described herein.
  • 1a-b shows a vehicle with a steering system designed as a steer-by-wire steering system in a simplified representation
  • Fig. 2 exemplary diagrams of various signals for the operation of the steering system
  • Fig. 3 shows an exemplary flowchart with main process steps of a method for operating the steering system.
  • FIGS la and lb show an example of a vehicle 12 designed as a passenger vehicle with several vehicle wheels 22, 24 and with a steering system 10 in a simplified representation.
  • the steering system 10 has an operative connection with the vehicle wheels 22, 24 and is intended to influence the direction of travel of the vehicle 12.
  • the steering system 10 in the present case is designed as a steer-by-wire steering system, in which a driver target specification or steering specification is electrically forwarded to the vehicle wheels 22, 24 in at least one operating state.
  • the steering system 10 has an operating unit 14 that can be actuated in particular by a driver and/or occupant.
  • the operating unit 14 comprises a steering handle 16, for example in the form of a steering wheel, and a feedback actuator 18, in particular mechanically coupled to the steering handle 16.
  • the feedback actuator 18 is in a normal operating state at least to provide an active feedback moment and thereby to generate a steering feel, in particular in the form of a steering resistance and / or a restoring torque on the steering handle 16.
  • the feedback actuator 18 comprises at least one electric motor (not shown), in particular designed as a permanently excited synchronous motor.
  • the operating unit 14 in the present case is designed to be fail-operational, i.e. operationally reliable with regard to an initial error.
  • a steering handle could also be designed as a joystick, as a steering lever and/or as a steering ball or the like.
  • a feedback actuator could include several electric motors.
  • the steering system 10 has a wheel steering angle adjuster 20 which is known per se.
  • the wheel steering angle adjuster 20 is designed to be mechanically separate from the operating unit 14.
  • the wheel steering angle adjuster 20 is connected purely electrically to the operating unit 14.
  • the wheel steering angle adjuster 20 is designed, for example, as a center adjuster.
  • the wheel steering angle adjuster 20 has an operative connection with at least two of the vehicle wheels 22, 24, in particular two front wheels, and is intended to convert the driver's target specification or steering specification into a steering movement of the vehicle wheels 22, 24.
  • the wheel steering angle adjuster 20 comprises a steering actuating element 36, which is designed, for example, as a toothed rack, and a steering actuator 38 which interacts with the steering actuating element 36.
  • the steering actuator 38 in the present case comprises at least one further electric motor (not shown), in particular designed as a permanently excited synchronous motor, and is used to control the steerable vehicle wheels 22 , 24 provided.
  • a steering system could of course also include several wheel steering angle actuators, in particular designed as individual wheel actuators.
  • a steering actuator could include several electric motors.
  • the vehicle 12 has a control unit 40.
  • the control device 40 is designed as a steering control device and is therefore part of the steering system 10.
  • the control device 40 has an electrical connection to the wheel steering angle adjuster 20.
  • the control device 40 also has an electrical connection to the operating unit 14.
  • the control device 40 is at least intended to control operation of the steering system 10.
  • control device 40 is intended to control the steering actuator 38 depending on a signal from the operating unit 14, for example depending on the driver target specification or steering specification and/or a manual torque.
  • the control device 40 can also be provided to control the feedback actuator 18 depending on a signal from the wheel steering angle adjuster 20.
  • the control device 40 comprises a computing unit 34.
  • the computing unit 34 comprises at least one processor (not shown), for example in the form of a microprocessor, and at least one operating memory (not shown).
  • the computing unit 34 includes at least one operating program stored in the operating memory with at least one calculation routine, at least one determination routine, at least one evaluation routine and at least one adaptation routine.
  • the computing unit 34 includes at least one monitoring function 26.
  • a control device could also be different from a steering control device and, for example, be designed as a single, central vehicle control device with a central computing unit. It is also conceivable to provide separate control devices and/or computing units for a wheel steering angle adjuster and an operating unit and to connect them to one another in a communicative manner.
  • vehicle 12 and/or the steering system 10 may comprise further components and/or assemblies, not shown, such as, for example, an internal vehicle sensor system for detecting at least one vehicle size, for example a yaw rate, an external sensor system, for example in the form of a camera system, and/or or a navigation system that is known per se.
  • an internal vehicle sensor system for detecting at least one vehicle size, for example a yaw rate
  • an external sensor system for example in the form of a camera system
  • navigation system that is known per se.
  • the reason for this is that the feedback torque usually suddenly decreases in the event of a corresponding malfunction and/or a corresponding failure of the feedback actuator 18, since an inherent passive friction in the steering system 10 is significantly smaller than the feedback torque in the normal operating state. Particularly when cornering, a sudden reduction in the feedback torque and consequently a counter-torque on the steering handle 16 can lead to safety-critical situations, since the driver can only readjust his holding force with a time delay due to his reaction time and thus steers further into the curve than intended.
  • the computing unit 34 is intended to carry out the method and, for this purpose, in particular has a computer program with corresponding program code means.
  • a computing unit of a control device assigned to an operating unit could also be provided to carry out the method.
  • an operation of the operating unit 14 and/or the feedback actuator 18 is monitored by means of the monitoring function 26 and, in at least one operating state in which an initial error of the operating unit 14 is determined, a steering characteristic of the steering system 10 is changed by a steering feel through a First error-adapted operation of the feedback actuator 18 is specifically modified.
  • a feedback torque provided by the feedback actuator 18 is modified in order to change the Steering characteristics and thereby a feedback adapted to the initial error.
  • the operating unit 14 could also include a means for modifying the steering feel that differs from the feedback actuator 18.
  • the steering characteristic is changed by modifying the steering feel in such a way that steering behavior adapted to the initial error is provided and/or achieved in the operating state.
  • the aim is to prepare and/or condition a driver for a possible malfunction and/or a possible failure of the feedback actuator 18 so that he can adapt his general driving strategy and/or drive or steer more carefully.
  • the feedback actuator 18 is operated in such a way that a change from a normal steering feeling 28 to a modified steering feeling 30 takes place, the modified steering feeling 30 causing feedback to the driver, which is between the normal steering feeling 28 in the normal operating state and a passive steering feeling without active feedback torque through the feedback actuator 18, i.e. purely mechanical behavior (see in particular FIG. 2).
  • the normal steering feel 28 is characterized in particular by a reset, a centering or a constant build-up of torque in the straight-ahead position as well as a known, pronounced damping behavior.
  • Characteristics of the passive steering feel include a very low torque level, which can basically be identical to the passive steering feel, a steering torque in the form of a frictional torque, i.e. a moment that counteracts the direction of movement of the driver, no centering, and the steering handle stops the position in which the steering handle is released, as well as very low damping based solely on mechanical properties.
  • the modified steering feel 30 has a characteristic that is similar to and/or modeled on the passive steering feel.
  • the modified steering feel 30 emulates a characteristic corresponding to an inherent friction behavior of the operating unit 14 and does not include any centering, so that the steering handle 16 remains in the position in which the steering handle 16 is released. This can instinctively signal to a driver that the steering system 10 is functioning, more precisely the control unit 14, is restricted, and is informed that it should adapt its general driving strategy and / or drive or steer more carefully.
  • a potential complete failure of the feedback actuator 18 can be defused by adjusting the feedback torque or the steering feel.
  • a maximum torque level of the modified steering feel 30 is above a maximum torque level of the passive steering feel, whereby operational reliability in the operating state, in particular in comparison to a complete failure of the feedback actuator 18, as well as driving and/or steering comfort can be increased.
  • the modified steering feel 30 can also simulate a non-linear or linear damping behavior of the operating unit 14, wherein the damping behavior can also be adjusted depending on a steering speed of the steering handle 16 and/or a vehicle speed. The damping is preferably increased as the steering speed increases.
  • a change from the normal steering feel 28 to the modified steering feel 30 also takes place by means of a crossfade and using a moving average.
  • a blend factor is defined, which initially has the value 0 and at the end of the fade or the blend phase has the value 1.
  • An actual steering feel is then obtained during the fade or blend phase based on a superposition of normal steering feel 28 and modified steering feel 30 and taking the blend factor into account.
  • a duration of the fade can be varied depending on an, in particular additional, amplification factor, which advantageously allows the normal steering feel 28 to be faded to the modified steering feel 30 more or less quickly depending on the situation.
  • a duration of the fade is advantageously at least 25 s.
  • the aim is to slowly change the behavior of the steering system 10 or the steering feel from a normal haptic feedback towards a passive or purely mechanical haptic feedback and thereby alert the driver to a possible malfunction /or to prepare for a possible failure of the feedback actuator 18.
  • an integrator 32 is used for crossfading. The integrator 32 is 0 and/or deactivated in the normal operating state and is only activated in the operating state by an error signal provided by the monitoring function 26. Consequently, the integrator 32 is only activated when an initial error in the operating unit 14 is detected.
  • an integrator value of the integrator 32 is dependent on a torsion bar signal or a torsion bar torque and/or steering torque signal, with the integrator value only increasing when the torsion bar signal or the torsion bar torque and/or steering torque signal exceeds a defined threshold value.
  • FIG. 2 shows exemplary diagrams of various signals for operating the steering system 10.
  • An ordinate axis 42 is designed as a size axis.
  • a time in [s] is shown on an abscissa axis 44.
  • a curve 46 shows a course of a deflection of the steering handle 16, in the present case in particular in the form of an actual steering wheel angle.
  • a curve 48 shows a course of the normal steering feel 28.
  • a curve 50 shows a course of the modified steering feeling 30.
  • a curve 52 shows an exemplary course of the feedback torque actually provided by the feedback actuator 18.
  • the slow or gradual change in the steering feel or the feedback torque from the normal steering feel 28 to the modified steering feel 30 can be seen.
  • an initial error occurs.
  • the feedback actuator 18 is then operated in such a way that a gradual change to the modified steering feel 30 takes place.
  • the modified steering feel 30 consists, for example, only of a frictional behavior.
  • the torque level is also very low, which means that the change in the feedback torque for the driver in the event of a possible second error or failure of the feedback actuator 18 is also only small and the driver has no difficulties in controlling the driving situation, since the torque situation changes only slightly and There are no large excess torques that result in a significant steering movement in the event of a second error or failure of the feedback actuator 18.
  • the passive steering feel which is not explicitly shown, has a value of 0.4 Nm, while the modified steering feel 30 has a value of 0.75 Nm. In this case, there is only a minimal change in the transition from the modified steering feel 30 to the passive steering feel. However, if you look at the difference between the normal steering feel 28 and the passive steering feel, the result is an example of a value of 4.6 Nm and therefore a significantly larger jump in torque if the feedback actuator 18 fails.
  • a method step 60 corresponds to a normal operating state, in particular an error-free one.
  • the steering feel corresponds to a normal steering feel 28.
  • operation of the operating unit 14 and/or the feedback actuator 18 is monitored by means of the monitoring function 26.
  • an initial error of the operating unit 14 is determined using the monitoring function 26.
  • a steering characteristic of the steering system 10 is changed by specifically modifying the steering feel, in particular by operating the feedback actuator 18 adapted to the initial error.
  • the feedback torque provided by the feedback actuator 18 is changed in such a way that a gradual transition from the normal steering feel 28 to a modified steering feel 30 results.
  • the exemplary flowchart in FIG. 3 is intended to describe a method for operating the steering system 10 by way of example only.
  • individual process steps can also vary or additional process steps can be added.
  • a change to the modified steering feel 30 takes place by means of a corresponding fade and in particular using a sliding average.

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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems (10) eines Fahrzeugs (12), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, wobei das Lenksystem (10) als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet ist und eine Bedieneinheit (14) mit zumindest einer Lenkhandhabe (16) und mit zumindest einem mit der Lenkhandhabe (16) zusammenwirkenden Feedback-Aktuator (18) sowie wenigstens einen mit der Bedieneinheit (14) wirkverbundenen Radlenkwinkelsteller (20) zur Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads (22, 24) umfasst, wobei die Bedieneinheit (14) zumindest teilweise fail-operational ausgebildet ist, und wobei in zumindest einem Betriebszustand, in welchem ein Erstfehler der Bedieneinheit (14) ermittelt wird, eine Lenkcharakteristik des Lenksystems (10) verändert wird, indem ein Lenkgefühl, insbesondere durch einen an den Erstfehler angepassten Betrieb des Feedback-Aktuators (18), gezielt modifiziert wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betrieb eines
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eines
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Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems eines Fahrzeugs. Zudem betrifft die Erfindung eine Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens, ein Lenksystem mit einer solchen Recheneinheit sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Lenksystem.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge mit konventionellen Lenksystemen bekannt, bei welchen eine Lenkhandhabe beispielsweise in Form eines Lenkrads über eine Lenksäule mechanisch fest mit einem Radlenkwinkelsteller in Form eines Lenkgetriebes verbunden ist. Zudem sind Fahrzeuge mit Steer-by-Wire- Lenksystemen bekannt, welche ohne eine direkte mechanische Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern auskommen und bei welchen eine Fahrer-Sollvorgabe und/oder Lenkvorgabe ausschließlich elektrisch weitergeleitet wird. Ein derartiges Steer-by-Wire-Lenksystem umfasst in der Regel eine Bedieneinheit mit einer Lenkhandhabe und einem Feed back- Aktuator sowie wenigstens einen mechanisch von der Bedieneinheit getrennten Radlenkwinkelsteller, welcher beispielsweise als Zentraisteller oder als Einzelradsteller ausgebildet sein kann.
Ferner sind derartige Steer-by-Wire-Lenksysteme aus Gründen der Betriebssicherheit grundsätzlich redundant ausgebildet. Im Hinblick auf die Bedieneinheit besteht eine Möglichkeit beispielsweise darin, die Bedieneinheit fail-safe oder fail-operational auszubilden. Zudem kann die Bedieneinheit auch fail-operational im Hinblick auf eine Erfassung einer Fahrer-Sollvorgabe und fail-safe im Hinblick auf ein von dem Feedback-Aktuator bereitgestelltes Feedbackmoment ausgebildet werden. Bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Bedieneinheit kann es bei einer Störung und/oder einem Ausfall des Feedback-Aktuators aufgrund des plötzlichen Wegfalls des Feedbackmoments zu unbeabsichtigten Lenkbewegungen an der Lenkhandhabe kommen, welche vom Lenksystem als Fahrer-Sollvor- gabe und/oder Lenkvorgabe aufgefasst werden und folglich zu einer unerwünschten Fahrzeugreaktionen führen können. Mögliche Verfahren zur Behandlung derartiger Fehlerfälle können beispielsweise der DE 10 2016 009 684 Al sowie der DE 10 2018 222 442 Al entnommen werden.
Ausgehend davon besteht die Aufgabe der Erfindung insbesondere darin, ein Verfahren mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Funktionsweise bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 11, 12 und 13 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Lenksystem als Steer- by-Wire-Lenksystem ausgebildet ist und eine Bedieneinheit mit zumindest einer Lenkhandhabe und mit zumindest einem mit der Lenkhandhabe zusammenwirkenden Feedback-Aktuator sowie wenigstens einen mit der Bedieneinheit wirk- verbundenen Radlenkwinkelsteller zur Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads umfasst, wobei die Bedieneinheit zumindest teilweise fail-operational ausgebildet ist, und wobei in zumindest einem Betriebszustand, in welchem ein Erstfehler der Bedieneinheit ermittelt wird, eine Lenkcharakteristik des Lenksystems verändert wird, indem ein Lenkgefühl, insbesondere durch einen an den Erstfehler angepassten Betrieb des Feedback-Aktuators, gezielt modifiziert wird. Der Betriebszustand, in welchem der Erstfehler ermittelt wird, entspricht demnach insbesondere einem Fehlerbetriebszustand. Ferner wird die Lenkcharakteristik durch die Modifizierung des Lenkgefühls insbesondere derart verändert, dass in dem Betriebszustand ein an den Erstfehler angepasstes Feedbackmoment bereitgestellt und/oder erreicht wird, wodurch ein Fahrer auf eine mögliche Störung und/oder einen möglichen Ausfall des Feedback-Aktuators vorbereitet und/oder konditioniert wird und seine generelle Fahrstrategie anpassen und/oder umsichtiger fahren bzw. lenken kann. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine Funktionsweise verbessert werden, wobei vorteilhaft eine Kontrollierbarkeit und/oder Beherrschbarkeit des Fahrzeugs im Fehlerfall bzw. bei Wegfall des aktiven Feedbackmoments des Feedback-Aktuators verbessert werden kann. Zudem kann ein vorteilhaft adaptives und/oder variables Verfahren bereitgestellt werden, bei welchem die Lenkcharakteristik flexibel an aktuelle Betriebsbedingungen angepasst werden kann. Darüber hinaus kann eine vorteilhafte Manövrierbarkeit des Fahrzeugs erreicht und eine Betriebssicherheit erhöht werden.
Das Lenksystem ist vorliegend als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet, bei welchem eine Fahrer-Sollvorgabe und/oder Lenkvorgabe, insbesondere eines Fahrers, vorteilhaft rein elektrisch an die Fahrzeugräder weitergeleitet wird. Dazu umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem die, insbesondere redundant ausgebildete, Bedieneinheit und zumindest einen mechanisch von der Bedieneinheit getrennten und insbesondere redundant ausgebildeten Radlenkwinkelsteller. Unter einem „Radlenkwinkelsteller“ soll eine mit zumindest einem Fahrzeugrad gekoppelte Aktuatoreinheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, durch Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads eine Fahrer-Soll- vorgabe und/oder Lenkvorgabe, insbesondere eines Fahrers, an das Fahrzeugrad zu übertragen und hierdurch vorteilhaft zumindest eine Ausrichtung des Fahrzeugrads zu steuern und/oder eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu beeinflussen. Dazu umfasst der Radlenkwinkelsteller vorteilhaft wenigstens ein Lenkungsstellelement, beispielsweise in Form einer Zahnstange, und wenigstens einen mit dem Lenkungsstellelement wirkverbundenen Lenkaktuator, beispielsweise in Form eines Elektromotors. Der Radlenkwinkelsteller kann dabei als Zentraisteller ausgebildet sein und zumindest zwei, insbesondere lenkbaren und bevorzugt als Vorderrädern ausgebildeten, Fahrzeugrädern zugeordnet sein. Alternativ kann der Radlenkwinkelsteller jedoch auch als Einzelradsteller ausgebildet und genau einem, insbesondere lenkbaren und bevorzugt als Vorderrad ausgebildeten, Fahrzeugrad zugeordnet sein. Ferner soll unter einem „Feedback-Aktuator“ eine, insbesondere von dem Radlenkwinkelsteller verschiedene und insbesondere mit der Lenkhandhabe in direkter mechanischer Verbindung stehende, Aktuatoreinheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, Signale, Kräfte und/oder Momente von der Lenkhandhabe, insbesondere direkt, zu erfassen und/oder an die Lenkhandhabe, insbesondere direkt, zu übertragen. Vorliegend ist der Feedback-Aktuator in einem Normalbetriebszustand zumindest zur Bereitstellung eines aktiven Feedbackmoments und hierdurch zur Erzeugung eines Lenkwiderstands und/oder eines Rückstellmoments auf die Lenkhandhabe vorgesehen. Ferner ist der Feedback-Aktuator in diesem Zusammenhang dazu vorgesehen, ein, insbesondere über die Lenkhandhabe wahrnehmbares, Lenkgefühl anzupassen. Dazu kann der Feedback-Aktuator wenigstens einen weiteren Elektromotor umfassen. Unter „zumindest teilweise fail-operational“ soll insbesondere fail-ope- rational bzw. betriebssicher im Hinblick auf einen Erstfehler verstanden werden. Insbesondere kann, bevorzugt mittels des Feedback-Aktuators, in diesem Fall nach dem Erstfehler weiterhin ein Feedbackmoment auf die Lenkhandhabe aufgebracht werden, wobei das Feedbackmoment jedoch von einem Feedbackmoment im Normalbetriebszustand abweichen kann. Somit führt der Erstfehler in diesem Zusammenhang nicht unmittelbar zu einer Störung und/oder einem Ausfall der Bedieneinheit und/oder des Feedback-Aktuators. Grundsätzlich kann jedoch ein, insbesondere auf den Erstfehler folgender, Zweitfehler zu einer Störung und/oder einem Ausfall der Bedieneinheit und/oder des Feed back- Aktuators führen. Unter „einer Störung und/oder einem Ausfall der Bedieneinheit und/oder des Feedback-Aktuators“ soll insbesondere eine Störung und/oder ein Ausfall der Bedieneinheit und/oder des Feedback-Aktuators selbst und/oder einer mit der Bedieneinheit und/oder dem Feed back- Aktuator zusammenwirkenden Peripherie- Baugruppe, wie beispielsweise einer Energieversorgung, und eine hierdurch bewirkte Störung der Bedieneinheit und/oder des Feedback-Aktuators verstanden werden. Ferner ist der Radlenkwinkel grundsätzlich äquivalent zu anderen Größen zwischen Lenkaktuator und Fahrzeugrad, wie beispielsweise einer Auslenkung des Lenkungsstellelements und/oder einer Auslenkposition des Radlenkwinkelstellers und/oder einer Motorbewegung. Analoges gilt für eine Auslenkung der Lenkhandhabe, welche äquivalent zu anderen Größen zwischen der Lenkhandhabe und dem Feedback-Aktuator ist, wie beispielsweise ein Lenksäulenwinkel und/oder ein Motorwinkel. Für die Momentengrößen am Fahrzeugrad und an der Lenkhandhabe gilt die gleiche Äquivalenz der Größen zwischen Fahr- zeugrad/Lenkhandhabe und dem jeweiligen verbundenen Aktuator. Des Weiteren umfasst das Fahrzeug und bevorzugt das Lenksystem wenigstens eine Recheneinheit, welche dazu vorgesehen ist, das Verfahren zum Betrieb des Lenksystems durchzuführen. Unter einer „Recheneinheit“ soll eine elektrische und/oder elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung und eine Informationsausgabe aufweist. Vorteilhaft weist die Recheneinheit ferner zumindest einen Prozessor, zumindest einen Betriebsspeicher, zumindest ein Ein- und/oder Ausgabemittel, zumindest ein Betriebsprogramm, zumindest eine Steuer- und/oder Regelroutine, zumindest eine Berechnungsroutine, zumindest eine Ermittlungsroutine, zumindest eine Auswerteroutine und/oder zumindest eine Anpassungsroutine auf. Insbesondere umfasst die Recheneinheit im vorliegenden Fall wenigstens eine Überwachungsfunktion zur Überwachung eines Betriebs der Bedieneinheit und/oder des Feedback-Aktuators. Ferner ist die Recheneinheit insbesondere dazu vorgesehen, ein Betrieb der Bedieneinheit und/oder des Feedback-Aktuators mittels der Überwa- chungsfunktion zu überwachen und auszuwerten, insbesondere um einen Erstfehler der Bedieneinheit zu ermitteln. Zudem ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand, in welchem ein Erstfehler der Bedieneinheit ermittelt wird, eine Lenkcharakteristik des Lenksystems zu verändern und hierzu ein Lenkgefühl, insbesondere durch einen an den Erstfehler angepassten Betrieb des Feed back- Aktuators, gezielt zu modifizieren. In diesem Zusammenhang kann die Recheneinheit insbesondere dazu vorgesehen sein, ein von der Überwachungsfunktion bereitgestelltes Fehlersignal zur Anpassung der Lenkcharakteristik zu nutzen. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dabei in ein Steuergerät des Fahrzeugs, beispielsweise ein zentrales Fahrzeugsteuergerät, oder vorteilhaft ein Steuergerät des Lenksystems, insbesondere in Form eines Lenkungssteuergeräts, integriert. Unter einem „Lenkgefühl“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine über die Lenkhandhabe wahrnehmbare, haptische Rückmeldung von dem Lenksystem an den Fahrer, insbesondere in Form eines Feedbackmoments, verstanden werden. Insbesondere wird der Feedback-Aktuator in einem, insbesondere fehlerfreien, Normalbetriebszustand derart betrieben, dass ein normales Lenkgefühl erzeugt und an der Lenkhandhabe bereitgestellt wird. Zudem wird der Feedback-Aktuator in dem Betriebszustand, in welchem insbesondere der Erstfehler ermittelt wird, derart betrieben, dass ein modifiziertes Lenkgefühl erzeugt und an der Lenkhandhabe bereitgestellt wird. Demnach wird zur Veränderung der Lenkcharakteristik in dem Betriebszustand durch Anpassung des Feedbackmoments bevorzugt von einem normalen Lenkgefühl auf ein modifiziertes Lenkgefühl gewechselt. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Feedback-Aktuator in dem Betriebszustand, insbesondere zur Veränderung der Lenkcharakteristik, derart betrieben wird, dass ein Wechsel, insbesondere von dem normalen Lenkgefühl, auf das modifizierte Lenkgefühl mittels einer Überblendung und insbesondere unter Verwendung eines gleitenden Mittelwerts erfolgt. Hierzu wird vorteilhaft ein Blendfaktor definiert, welcher zunächst den Wert 0 und am Ende der Überblendung bzw. der Blendphase den Wert 1 aufweist. Ein tatsächliches Lenkgefühl ergibt sich während der Überblendung bzw. Blendphase dann anhand einer Überlagerung aus normalem Lenkgefühl und modifiziertem Lenkgefühl sowie unter Berücksichtigung des Blendfaktors. Bevorzugt kann eine Zeitdauer der Überblendung zudem in Abhängigkeit eines, insbesondere zusätzlichen, Verstärkungsfaktors variiert werden. Zudem erfolgt die Überblendung vorzugsweise auf Basis eines Drehstabsignals, besonders bevorzugt eines Drehstabmoments, und/oder eines Lenkmomentensignals. Das Lenkmomentensignal ist dabei äquivalent zu anderen Größen, wie beispielsweise einem Motormoment des Feedback-Aktuators und/oder einem anderen Betriebssignal der Bedieneinheit. Hierdurch kann insbesondere ein besonders harmonischer Übergang von dem normalen Lenkgefühl auf das modifizierte Lenkgefühl erreicht werden. Zudem kann ein Fahr- und/oder Lenkverhalten allmählich an einen möglichen Zweitfehler angepasst werden.
Eine softwaretechnisch besonders einfache Umsetzung der Überblendung kann insbesondere erreicht werden, wenn zur Überblendung ein Integrator verwendet wird. Insbesondere kann die Recheneinheit dabei den Integrator umfassen. Vorzugsweise ist ein Integratorwert des Integrators in diesem Zusammenhang abhängig von dem Drehstabsignal, vorteilhaft dem Drehstabmoment, und/oder dem Lenkmomentensignal wobei sich der Integratorwert erst vergrößert, wenn das Drehstabsignal und/oder Lenkmomentensignal einen definierten Schwellwert überschreitet. Darüber hinaus kann der Integrator in dem Betriebszustand durch ein mit dem Erstfehler korreliertes und bevorzugt von der Überwachungsfunktion bereitgestelltes Fehlersignal aktiviert und/oder durch ein Freigabesignal freigegen werden. Vorzugsweise wird der Integrator in diesem Zusammenhang erst aktiviert, wenn ein Erstfehler der Bedieneinheit ermittelt wird. Bevorzugt ist der Integrator demnach im Normalbetriebszustand deaktiviert, wodurch ein Ressourcenbedarf vorteilhaft reduziert werden kann. Zudem kann der Integrator nach der Aktivierung zunächst gesperrt sein, sodass eine zusätzliche Freigabe durch das Freigabesignal erfolgen muss.
Grundsätzlich kann eine Zeitdauer der Überblendung beliebige bzw. fahrsituationsabhängige Werte annehmen. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass eine Zeitdauer der Überblendung zumindest 10 s, vorzugsweise zumindest 15 s und besonders bevorzugt zumindest 25 s, beträgt. Hierdurch kann insbesondere eine besonders sanfte Überblendung erreicht werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das modifizierte Lenkgefühl eine Rückmeldung an einen Fahrer bewirkt, welche zumindest zeitweise zwischen dem normalen Lenkgefühl, insbesondere im Normalbetriebszustand, und einem passiven Lenkgefühl ohne aktives Feedbackmoment durch den Feedback-Aktuator, also bevorzugt einem rein mechanischen Verhalten, liegt. Insbesondere kann das modifizierte Lenkgefühl dabei wesentlich von dem normalen Lenkgefühl und wesentlich von dem passiven Lenkgefühl abweichen. Hierdurch kann vorteilhaft ein an den Erstfehler angepasstes Lenkverhalten bereitgestellt und/oder erreicht werden, welches einen Fahrer instinktiv auf eine mögliche Störung und/oder einen möglichen Ausfall des Feedback-Aktuators vorbereitet und/oder konditioniert.
Bevorzugt wird ferner vorgeschlagen, dass das modifizierte Lenkgefühl eine Charakteristik aufweist, welche dem passiven Lenkgefühl entspricht, insbesondere ähnelt und/oder nachempfunden ist. Zusätzlich kann als Folge auf einen Erstfehler eine optische oder akustische Warnung erfolgen. Hierdurch kann ein vorteilhafter Warn- und/oder Hinweiseffekt erreicht werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das modifizierte Lenkgefühl eine Charakteristik entsprechend eines inhärenten Reibungsverhaltens der Bedieneinheit, insbesondere einer Mechanik der Bedieneinheit, nachbildet. Hierdurch kann insbesondere ein zu dem passiven Lenkgefühl ähnliches oder analoges Lenkgefühl nachgebildet bzw. simuliert werden.
Darüber hinaus könnte das modifizierte Lenkgefühl eine Mittenzentrierung der Lenkhandhabe nachbilden, wodurch eine Ähnlichkeit des modifizierten Lenkgefühls zum normalen Lenkgefühl erhöht werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird jedoch vorgeschlagen, dass das modifizierte Lenkgefühl keine Mittenzentrierung der Lenkhandhabe nachbildet. Hierdurch kann einem Fahrer instinktiv signalisiert werden, dass eine Funktionsweise des Lenksystems eingeschränkt ist, und mitgeteilt werden, dass dieser seine generelle Fahrstrategie anpassen und/oder umsichtiger fahren bzw. lenken sollte.
Weiter wird vorgeschlagen, dass ein maximales Momentenniveau des modifizierten Lenkgefühls oberhalb eines maximalen Momentenniveaus des passiven Lenkgefühls liegt. Grundsätzlich liegt das maximale Momentenniveau des modifizierten Lenkgefühls zudem unterhalb eines maximalen Momentenniveaus des normalen Lenkgefühls. Allerdings kann das maximale Momentenniveau des modifizierten Lenkgefühls abhängig von einer entsprechenden Applizierung zumindest zeitweise bzw. in bestimmten Fahrsituationen auch oberhalb des maximalen Momentenniveaus des normalen Lenkgefühls liegen. Hierdurch kann eine Betriebssicherheit in dem Betriebszustand erhöht werden, insbesondere im Vergleich zu einem Komplettausfall des Feedback-Aktuators. Zudem kann ein erhöhter Fahr- und/oder Lenkkomfort erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das modifizierte Lenkgefühl ein, nicht-lineares oder lineares, Dämpfungsverhalten, insbesondere der Bedieneinheit, nachbildet, wodurch eine Sicherheit und/oder ein Fahr- und/oder Lenkkomfort erhöht werden kann. Vorzugsweise wird das Dämpfungsverhalten dabei in Abhängigkeit einer Lenkgeschwindigkeit der Lenkhandhabe und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst. Besonders vorteilhaft kann die Dämpfung beispielsweise mit steigender Lenkgeschwindigkeit erhöht werden, beispielsweise derart, dass eine Dämpfung erst wirkt, falls der Fahrer (zu) schnell lenkt. Alternativ könnte das Dämpfungsverhalten jedoch auch ein Dämpfungsverhalten der Bedieneinheit-im Normalbetriebszustand nachbilden, wodurch eine Ähnlichkeit des modifizierten Lenkgefühls zum normalen Lenkgefühl erhöht werden kann.
Das Verfahren zum Betrieb des Lenksystems soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das Verfahren zum Betrieb des Lenksystems zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:
Fig. la-b ein Fahrzeug mit einem als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildeten Lenksystem in einer vereinfachten Darstellung,
Fig. 2 beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zum Betrieb des Lenksystems und
Fig. 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zum Betrieb des Lenksystems.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figuren la und lb zeigen ein beispielhaft als Personenkraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 12 mit mehreren Fahrzeugrädern 22, 24 und mit einem Lenksystem 10 in einer vereinfachten Darstellung. Das Lenksystem 10 weist eine Wirkverbindung mit den Fahrzeugrädern 22, 24 auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 vorgesehen. Ferner ist das Lenksystem 10 vorliegend als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet, bei welchem eine Fahrer- Sollvorgabe bzw. Lenkvorgabe in zumindest einem Betriebszustand elektrisch an die Fahrzeugräder 22, 24 weitergeleitet wird. Das Lenksystem 10 weist eine, insbesondere von einem Fahrer und/oder Insassen betätigbare, Bedieneinheit 14 auf. Die Bedieneinheit 14 umfasst eine Lenkhandhabe 16, beispielsweise in Form eines Lenkrads, sowie einen, insbesondere mechanisch mit der Lenkhandhabe 16 gekoppelten, Feedback-Aktuator 18. Im vorliegenden Fall ist der Feedback-Aktuator 18 in einem Normalbetriebszustand zumindest zur Bereitstellung eines aktiven Feedbackmoments und hierdurch zur Erzeugung eines Lenkgefühls, insbesondere in Form eines Lenkwiderstands und/oder eines Rückstellmoments auf die Lenkhandhabe 16, vorgesehen. Dazu umfasst der Feedback-Aktuator 18 wenigstens einen, insbesondere als permanenterregter Synchronmotor ausgebildeten, Elektromotor (nicht dargestellt). Des Weiteren ist die Bedieneinheit 14 vorliegend fail-operational, also betriebssicher im Hinblick auf einen Erstfehler, ausgebildet. Alternativ könnte eine Lenkhandhabe auch als Joystick, als Lenkhebel und/oder als Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner könnte ein Feedback-Aktuator mehrere Elektromotoren umfassen.
Darüber hinaus weist das Lenksystem 10 einen an sich bekannten Radlenkwinkelsteller 20 auf. Der Radlenkwinkelsteller 20 ist mechanisch getrennt von der Bedieneinheit 14 ausgebildet. Der Radlenkwinkelsteller 20 ist rein elektrisch mit der Bedieneinheit 14 verbunden. Ferner ist der Radlenkwinkelsteller 20 beispielhaft als Zentraisteller ausgebildet. Der Radlenkwinkelsteller 20 weist eine Wirkverbindung mit zumindest zwei der Fahrzeugräder 22, 24, insbesondere zwei Vorderrädern, auf und ist dazu vorgesehen, die Fahrer-Sollvorgabe bzw. Lenkvorgabe in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder 22, 24 umzusetzen. Dazu umfasst der Radlenkwinkelsteller 20 ein beispielhaft als Zahnstange ausgebildetes Lenkungsstellelement 36 und einen mit dem Lenkungsstellelement 36 zusammenwirkenden Lenkaktuator 38. Der Lenkaktuator 38 umfasst vorliegend wenigstens einen, insbesondere als permanenterregter Synchronmotor ausgebildeten, weiteren Elektromotor (nicht dargestellt) und ist zur Ansteuerung der lenkbaren Fahrzeugräder 22, 24 vorgesehen. Grundsätzlich könnte ein Lenksystem natürlich auch mehrere, insbesondere als Einzelradsteller ausgebildete, Radlenkwinkelsteller umfassen. Ferner könnte ein Lenkaktuator mehrere Elektromotoren umfassen. Darüber hinaus weist das Fahrzeug 12 ein Steuergerät 40 auf. Das Steuergerät 40 ist im vorliegenden Fall als Lenkungssteuergerät ausgebildet und folglich Teil des Lenksystems 10. Das Steuergerät 40 weist eine elektrische Verbindung mit dem Radlenkwinkelsteller 20 auf. Das Steuergerät 40 weist ferner eine elektrische Verbindung mit der Bedieneinheit 14 auf. Das Steuergerät 40 ist zumindest zur Steuerung eines Betriebs des Lenksystems 10 vorgesehen. Das Steuergerät 40 ist vorliegend dazu vorgesehen, den Lenkaktuator 38 in Abhängigkeit von einem Signal der Bedieneinheit 14, beispielsweise in Abhängigkeit der Fahrer-Soll- vorgabe bzw. Lenkvorgabe und/oder eines Handmoments, anzusteuern. Das Steuergerät 40 kann ferner dazu vorgesehen sein, den Feedback-Aktuator 18 in Abhängigkeit von einem Signal des Radlenkwinkelstellers 20 anzusteuern.
Dazu umfasst das Steuergerät 40 eine Recheneinheit 34. Die Recheneinheit 34 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Betriebsspeicher (nicht dargestellt). Zudem umfasst die Recheneinheit 34 zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumindest einer Berechnungsroutine, zumindest einer Ermittlungsroutine, zumindest einer Auswerteroutine und zumindest einer Anpassungsroutine. Darüber hinaus umfasst die Recheneinheit 34 im vorliegenden Fall wenigstens eine Überwachungsfunktion 26. Prinzipiell könnte ein Steuergerät jedoch auch von einem Lenkungssteuergerät verschieden und beispielsweise als einzelnes, zentrales Fahrzeugsteuergerät mit einer zentralen Recheneinheit ausgebildet sein. Zudem ist denkbar, für einen Radlenkwinkelsteller sowie für eine Bedieneinheit separate Steuergeräte und/oder Recheneinheiten vorzusehen und diese kommunizierend miteinander zu verbinden.
Darüber hinaus kann das Fahrzeug 12 und/oder das Lenksystem 10 weitere, nicht dargestellte Bauteile und/oder Baugruppen umfassen, wie beispielsweise eine interne Fahrzeugsensorik zur Erfassung wenigstens einer Fahrzeuggröße, beispielsweise einer Gierrate, ein externes Sensorsystem, beispielsweise in Form eines Kamerasystems, und/oder ein an sich bekanntes Navigationssystem.
Bei einer Störung und/oder einem Ausfall des Feedback-Aktuators 18 kann es unter gewissen Umständen und/oder in gewissen Fahrsituationen, wie beispiels- weise bei einer Kurvenfahrt, aufgrund des plötzlichen Wegfalls des Feedbackmoments bei einem Übergang des Feedback-Aktuators 18 in einen passiven und/oder degradierten Zustand zu unbeabsichtigten Lenkbewegungen an der Lenkhandhabe 16 kommen, welche vom Lenksystem 10 als Fahrer-Sollvorgabe und/oder Lenkvorgabe aufgefasst werden und folglich zu einer unerwünschten Fahrzeugreaktionen führen können. In diesem Zusammenhang wird davon ausgegangen, dass das passive Verhalten des Feedback-Aktuators 18 hinsichtlich eines Momentenfeedbacks ausreichend ist, um das Fahrzeug 12 sicher zu betreiben, und lediglich der Übergang zum passiven Fall eine Herausforderung im Hinblick auf eine Kontrollierbarkeit darstellen kann. Ursache hierfür ist, dass das Feedbackmoment bei einer entsprechenden Störung und/oder einem entsprechenden Ausfall des Feedback-Aktuators 18 normalerweise schlagartig geringer wird, da eine inhärente passive Reibung im Lenksystem 10 deutlich kleiner ist als das Feedbackmoment im Normalbetriebszustand. Insbesondere während einer Kurvenfahrt kann eine schlagartige Reduktion des Feedbackmoments und folglich eines Gegenmoments an der Lenkhandhabe 16 zu sicherheitskritischen Situationen führen, da der Fahrer aufgrund seiner Reaktionszeit seine Haltekraft nur zeitverzögert nachjustieren kann und dadurch weiter in die Kurve lenkt als beabsichtigt.
Zur Vermeidung derartiger sicherheitskritischer Situationen wird deshalb im Folgenden ein Verfahren zum Betrieb des Lenksystems 10 vorgeschlagen. Vorliegend ist dabei insbesondere die Recheneinheit 34 dazu vorgesehen, das Verfahren auszuführen und weist dazu insbesondere ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln auf. Alternativ könnte jedoch auch eine einer Bedieneinheit zugeordnete Recheneinheit eines Steuergeräts zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß wird ein Betrieb der Bedieneinheit 14 und/oder des Feedback- Aktuators 18 mittels der Überwachungsfunktion 26 überwacht und in zumindest einem Betriebszustand, in welchem ein Erstfehler der Bedieneinheit 14 ermittelt wird, eine Lenkcharakteristik des Lenksystems 10 verändert, indem ein Lenkgefühl durch einen an den Erstfehler angepassten Betrieb des Feedback-Aktuators 18 gezielt modifiziert wird. Vorliegend wird demnach ein von dem Feedback-Aktuator 18 bereitgestelltes Feedbackmoment modifiziert, um eine Veränderung der Lenkcharakteristik und hierdurch eine an den Erstfehler angepasste Rückmeldung zu erreichen. Grundsätzlich könnte die Bedieneinheit 14 jedoch auch ein von dem Feedback-Aktuator 18 abweichendes Mittel zur Modifizierung des Lenkgefühls umfassen. Im vorliegenden Fall wird die Lenkcharakteristik durch die Modifizierung des Lenkgefühls derart verändert, dass in dem Betriebszustand ein an den Erstfehler angepasstes Lenkverhalten bereitgestellt und/oder erreicht wird. Ziel ist dabei einen Fahrer auf eine mögliche Störung und/oder einen möglichen Ausfall des Feedback-Aktuators 18 vorzubereiten und/oder zu konditionieren, sodass dieser seine generelle Fahrstrategie anpassen und/oder umsichtiger fahren bzw. lenken kann.
Vorliegend wird dazu der Feedback-Aktuator 18 derart betrieben, dass ein Wechsel von einem normalen Lenkgefühl 28 auf ein modifiziertes Lenkgefühl 30 erfolgt, wobei das modifizierte Lenkgefühl 30 eine Rückmeldung an den Fahrer bewirkt, welche zwischen dem normalen Lenkgefühl 28 im Normalbetriebszustand und einem passiven Lenkgefühl ohne aktives Feedbackmoment durch den Feedback-Aktuator 18, also einem rein mechanischen Verhalten, liegt (vgl. insbesondere auch Figur 2). Das normale Lenkgefühl 28 ist insbesondere geprägt, durch eine Rückstellung, eine Mittenzentrierung bzw. einem ständigen Momentenaufbau in die Geradeausstellung sowie ein an sich bekanntes, ausgeprägtes Dämpfungsverhalten. Merkmale des passiven Lenkgefühls sind hingegen unter anderem ein sehr geringes Momentenniveau, welches grundsätzlich auch identisch zu dem passiven Lenkgefühl sein kann, ein Lenkmoment in Form eines Reibmoments, d.h. ein Moment, welches einer Bewegungsrichtung des Fahrers entgegenwirkt, keine Mittenzentrierung, ein Stehenbleiben der Lenkhandhabe in der Stellung, in welcher die Lenkhandhabe losgelassen wird, sowie eine sehr geringe Dämpfung lediglich auf Basis mechanischer Eigenschaften.
Vorliegend weist das modifizierte Lenkgefühl 30 eine Charakteristik auf, welche dem passiven Lenkgefühl ähnelt und/oder nachempfunden ist. Dazu bildet das modifizierte Lenkgefühl 30 eine Charakteristik entsprechend eines inhärenten Reibungsverhaltens der Bedieneinheit 14 nach und umfasst keine Mittenzentrierung, sodass die Lenkhandhabe 16 in der Stellung, in welcher die Lenkhandhabe 16 losgelassen wird, stehen bleibt. Hierdurch kann einem Fahrer instinktiv signalisiert werden, dass eine Funktionsweise des Lenksystems 10, genauer gesagt der Bedieneinheit 14, eingeschränkt ist, und mitgeteilt werden, dass dieser seine generelle Fahrstrategie anpassen und/oder umsichtiger fahren bzw. lenken sollte. Zudem kann ein potentieller Komplettausfall des Feedback-Aktuators 18 durch die Anpassung des Feedbackmoments bzw. des Lenkgefühls entschärft werden.
Gleichzeitig liegt ein maximales Momentenniveau des modifizierten Lenkgefühls 30 jedoch oberhalb eines maximalen Momentenniveaus des passiven Lenkgefühls, wodurch eine Betriebssicherheit in dem Betriebszustand, insbesondere im Vergleich zu einem Komplettausfall des Feedback-Aktuators 18, sowie ein Fahr- und/oder Lenkkomfort erhöht werden kann. In diesem Zusammenhang kann das modifizierte Lenkgefühl 30 ferner ein, nicht-lineares oder lineares, Dämpfungsverhalten der Bedieneinheit 14 nachbilden, wobei das Dämpfungsverhalten zudem in Abhängigkeit einer Lenkgeschwindigkeit der Lenkhandhabe 16 und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst werden kann. Bevorzugt wird die Dämpfung dabei mit steigender Lenkgeschwindigkeit erhöht.
Ein Wechsel von dem normalen Lenkgefühl 28 auf das modifizierte Lenkgefühl 30 erfolgt des Weiteren mittels einer Überblendung und unter Verwendung eines gleitenden Mittelwerts. Hierzu wird ein Blendfaktor definiert, welcher zunächst den Wert 0 und am Ende der Überblendung bzw. der Blendphase den Wert 1 aufweist. Eine tatsächliches Lenkgefühl ergibt sich während der Überblendung bzw. Blendphase dann anhand einer Überlagerung aus normalem Lenkgefühl 28 und modifiziertem Lenkgefühl 30 sowie unter Berücksichtigung des Blendfaktors. Zudem kann eine Zeitdauer der Überblendung in Abhängigkeit eines, insbesondere zusätzlichen, Verstärkungsfaktors variiert werden, wodurch vorteilhaft situationsabhängig mehr oder weniger schnell vom normalen Lenkgefühl 28 auf das modifizierte Lenkgefühl 30 übergeblendet werden kann. Eine Zeitdauer der Überblendung beträgt dabei vorteilhaft zumindest 25 s. Ziel ist dabei ein Verhalten des Lenksystems 10 bzw. das Lenkgefühl langsam von einer normalen haptischen Rückmeldung in Richtung einer passiven bzw. rein mechanischen haptischen Rückmeldung zu verändern und hierdurch einen Fahrer auf eine mögliche Störung und/oder einen möglichen Ausfall des Feedback-Aktuators 18 vorzubereiten. Des Weiteren wird zur Überblendung ein Integrator 32 verwendet. Der Integrator 32 ist im Normalbetriebszustand 0 und/oder deaktiviert und wird erst in dem Betriebszustand durch ein von der Überwachungsfunktion 26 bereitgestelltes Fehlersignal aktiviert. Folglich wird der Integrator 32 erst aktiviert, wenn ein Erstfehler der Bedieneinheit 14 ermittelt wird. Ein Integratorwert des Integrators 32 ist in diesem Zusammenhang abhängig einem Drehstabsignal bzw. einem Drehstabmoment und/oder Lenkmomentensignal, wobei sich der Integratorwert erst vergrößert, wenn das Drehstabsignal bzw. das Drehstabmoment und/oder Lenkmomentensignal einen definierten Schwellwert überschreitet.
Figur 2 zeigt beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zum Betrieb des Lenksystems 10.
Eine Ordinatenachse 42 ist als Größenachse ausgebildet. Auf einer Abszissenachse 44 ist eine Zeit in [s] dargestellt. Eine Kurve 46 zeigt einen Verlauf einer Auslenkung der Lenkhandhabe 16, vorliegend insbesondere in Form eines Ist- Lenkradwinkels. Eine Kurve 48 zeigt einen Verlauf des normalen Lenkgefühls 28. Eine Kurve 50 zeigt einen Verlauf des modifizierten Lenkgefühls 30. Eine Kurve 52 zeigt einen beispielhaften Verlauf des vom Feedback-Aktuator 18 tatsächlich bereitgestellten Feedbackmoments.
Anhand Figur 2 und insbesondere Kurve 52 lässt sich die langsame bzw. allmähliche Veränderung des Lenkgefühls bzw. des Feedbackmoments vom normalen Lenkgefühl 28 hin zum modifizierten Lenkgefühl 30 erkennen. Bei Sekunde 4 tritt ein Erstfehler auf. Daraufhin wird der Feed back- Aktuator 18 derart betrieben, dass ein allmählicher Wechsel auf das modifizierte Lenkgefühl 30 erfolgt. Im dargestellten Fall besteht das modifizierte Lenkgefühl 30 beispielhaft lediglich aus einem Reibungsverhalten. Das Momentenniveau ist zudem sehr gering, wodurch die Änderung des Feedbackmoments für den Fahrer bei einem möglichen Zweitfehler bzw. Ausfall des Feedback-Aktuators 18 ebenfalls nur gering ist und der Fahrer keinerlei Schwierigkeiten hat die Fahrsituation zu beherrschen, da sich die Momentensituation nur wenig ändert und keine großen Überschussmomente vorhanden sind, die eine deutliche Lenkbewegung beim Zweitfehler bzw. beim Ausfall des Feedback-Aktuators 18 mit sich bringen. Bei Sekunde 37 tritt beispielhaft ein entsprechender Zweitfehler auf. Das nicht explizit dargestellte passive Lenkgefühl weist in diesem Fall exemplarisch einen Wert von 0,4 Nm auf, während das modifizierte Lenkgefühl 30 einen Wert von 0,75 Nm aufweist. Es ergibt sich also in diesem Fall lediglich eine minimale Änderung beim Übergang vom modifizierten Lenkgefühl 30 auf das passive Lenkgefühl. Betrachtet man hingegen die Differenz zwischen dem normalen Lenkgefühl 28 und dem passiven Lenkgefühl so ergibt sich exemplarisch ein Wert von 4,6 Nm und demnach ein deutlich größerer Momentensprung beim Ausfall des Feedback-Aktuators 18.
Figur 3 zeigt abschließend ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten des Verfahrens zum Betrieb des Lenksystems 10.
Ein Verfahrensschritt 60 entspricht einem, insbesondere fehlerfreien, Normalbetriebszustand. In diesem Fall entspricht das Lenkgefühl einem normalen Lenkgefühl 28. Zudem wird ein Betrieb der Bedieneinheit 14 und/oder des Feedback-Aktuators 18 mittels der Überwachungsfunktion 26 überwacht.
In einem Verfahrensschritt 62 wird mittels der Überwachungsfunktion 26 ein Erstfehler der Bedieneinheit 14 ermittelt.
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 64 wird eine Lenkcharakteristik des Lenksystems 10 verändert, indem das Lenkgefühl, insbesondere durch einen an den Erstfehler angepassten Betrieb des Feedback-Aktuators 18, gezielt modifiziert wird. Hierzu wird das durch den Feed back- Aktuator 18 bereitgestellte Feedbackmoment derart verändert, dass sich ein allmählicher Übergang von dem normalen Lenkgefühl 28 auf ein modifiziertes Lenkgefühl 30 ergibt.
Das beispielhafte Ablaufdiagramm in Figur 3 soll lediglich beispielhaft ein Verfahren zum Betrieb des Lenksystems 10 beschreiben. Insbesondere können einzelne Verfahrensschritte auch variieren oder zusätzliche Verfahrensschritte hinzukommen. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise denkbar, dass ein Wechsel auf das modifizierte Lenkgefühl 30 mittels einer entsprechenden Überblendung und insbesondere unter Verwendung eines gleitenden Mittelwerts erfolgt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems (10) eines Fahrzeugs (12), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Lenksystem (10) als Steer-by- Wire-Lenksystem ausgebildet ist und eine Bedieneinheit (14) mit zumindest einer Lenkhandhabe (16) und mit zumindest einem mit der Lenkhandhabe (16) zusammenwirkenden Feedback-Aktuator (18) sowie wenigstens einen mit der Bedieneinheit (14) wirkverbundenen Radlenkwinkelsteller (20) zur Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads (22, 24) umfasst, wobei die Bedieneinheit (14) zumindest teilweise fail-operational ausgebildet ist, und wobei in zumindest einem Betriebszustand, in welchem ein Erstfehler der Bedieneinheit (14) ermittelt wird, eine Lenkcharakteristik des Lenksystems (10) verändert wird, indem ein Lenkgefühl, insbesondere durch einen an den Erstfehler angepassten Betrieb des Feedback-Aktuators (18), gezielt modifiziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feedback-Aktuator (18) in dem Betriebszustand derart betrieben wird, dass ein Wechsel auf das modifizierte Lenkgefühl (30) mittels einer Überblendung und insbesondere unter Verwendung eines gleitenden Mittelwerts erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überblendung ein Integrator (32) verwendet wird, welcher in dem Betriebszustand durch ein mit dem Erstfehler korreliertes Fehlersignal aktiviert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitdauer der Überblendung zumindest 10 s beträgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das modifizierte Lenkgefühl (30) eine Rückmeldung an einen Fahrer bewirkt, welche zumindest zeitweise zwischen einem normalen Lenkgefühl (28) und einem passiven Lenkgefühl ohne aktives Feedbackmoment durch den Feedback-Aktuator (18) liegt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das modifizierte Lenkgefühl (30) eine Charakteristik aufweist, welche einem passiven Lenkgefühl ohne aktives Feedbackmoment durch den Feedback-Aktuator (18) entspricht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das modifizierte Lenkgefühl (30) eine Charakteristik entsprechend eines inhärenten Reibungsverhaltens der Bedieneinheit (14) nachbildet. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das modifizierte Lenkgefühl (30) keine Mittenzentrierung der Lenkhandhabe (16) nachbildet. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximales Momentenniveau des modifizierten Lenkgefühls (30) oberhalb eines maximalen Momentenniveaus eines passiven Lenkgefühls ohne aktives Feedbackmoment durch den Feedback-Aktuator liegt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das modifizierte Lenkgefühl (30) ein Dämpfungsverhalten nachbildet, wobei das Dämpfungsverhalten in Abhängigkeit einer Lenkgeschwindigkeit der Lenkhandhabe (16) und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst wird. Recheneinheit (34) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Lenksystem (10), insbesondere Steer-by-Wire-Lenksystem, mit einer Bedieneinheit (14), welche zumindest eine Lenkhandhabe (16) und zumindest einen mit der Lenkhandhabe (16) zusammenwirkenden Feedback-Aktuator (18) umfasst, mit wenigstens einem mit der Bedieneinheit (14) wirkverbun- denen Radlenkwinkelsteller (20) zur Steuerung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads (22, 24) und mit einer Recheneinheit (34) nach Anspruch 11. Fahrzeug (12), insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Lenksystem (10) nach Anspruch 12.
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