WO2024260613A1 - Verfahren zum betreiben eines steer-by-wire-lenksystems und steer-by-wire-lenksystem - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines steer-by-wire-lenksystems und steer-by-wire-lenksystem Download PDF

Info

Publication number
WO2024260613A1
WO2024260613A1 PCT/EP2024/061303 EP2024061303W WO2024260613A1 WO 2024260613 A1 WO2024260613 A1 WO 2024260613A1 EP 2024061303 W EP2024061303 W EP 2024061303W WO 2024260613 A1 WO2024260613 A1 WO 2024260613A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steering
control path
steer
module
manipulated variable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2024/061303
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian Wesche
Christian Frohn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to EP24722191.4A priority Critical patent/EP4727824A1/de
Priority to CN202480040524.5A priority patent/CN121368551A/zh
Publication of WO2024260613A1 publication Critical patent/WO2024260613A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/003Backup systems, e.g. for manual steering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/20Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of steering systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/02Ensuring safety in case of control system failures, e.g. by diagnosing, circumventing or fixing failures
    • B60W50/0205Diagnosing or detecting failures; Failure detection models
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/02Ensuring safety in case of control system failures, e.g. by diagnosing, circumventing or fixing failures
    • B60W50/029Adapting to failures or work around with other constraints, e.g. circumvention by avoiding use of failed parts
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Program-control systems
    • G05B19/02Program-control systems electric
    • G05B19/04Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0428Safety, monitoring
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W2050/0001Details of the control system
    • B60W2050/0019Control system elements or transfer functions
    • B60W2050/0028Mathematical models, e.g. for simulation
    • B60W2050/0031Mathematical model of the vehicle
    • B60W2050/0033Single-track, 2D vehicle model, i.e. two-wheel bicycle model
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/02Ensuring safety in case of control system failures, e.g. by diagnosing, circumventing or fixing failures
    • B60W50/0205Diagnosing or detecting failures; Failure detection models
    • B60W2050/022Actuator failures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/02Ensuring safety in case of control system failures, e.g. by diagnosing, circumventing or fixing failures
    • B60W50/029Adapting to failures or work around with other constraints, e.g. circumvention by avoiding use of failed parts
    • B60W2050/0292Fail-safe or redundant systems, e.g. limp-home or backup systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/12Lateral speed
    • B60W2520/125Lateral acceleration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2540/00Input parameters relating to occupants
    • B60W2540/18Steering angle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-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
    • B62D5/0481Power-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
    • B62D5/0484Power-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
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/20Pc systems
    • G05B2219/26Pc applications
    • G05B2219/2637Vehicle, car, auto, wheelchair

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a steer-by-wire steering system and a steer-by-wire steering system.
  • Steer-by-wire (SbW) steering systems must have a significantly higher level of reliability than conventional electromechanical steering systems. This is because SbW steering systems have no mechanical connection between the steering handle and the steering gear. A complete failure of the steering system would mean that the vehicle would no longer be steerable. A complete failure must therefore be prevented and fault effects must be detected at an early stage. Furthermore, automated driving assistance systems also require increased safety of the vehicle components.
  • An SbW steering system includes a steering wheel module with a feedback actuator (force feedback actuator, FFA), which detects a desired steering angle on the steering handle and generates a realistic feedback torque (hand torque) for the driver.
  • the SbW steering system also includes a steering module with a steering gear (road wheel actuator, RWA), which converts the driver's request into a wheel steering movement.
  • RWA road wheel actuator
  • the control of an actuator which is responsible for position control in the steering gear (RWA) or the control of the torque in the force feedback actuator (FFA) is typically implemented redundantly.
  • the actuator has at least two independent paths for controlling or regulating the actuator. The fault tolerance to common cause errors can be increased by implementing these paths heterogeneously.
  • the invention is based on the object of creating a method for operating a steer-by-wire steering system and a steer-by-wire steering system in which a transition between a main control path and a redundant control path is improved.
  • the object is achieved according to the invention by a method with the features of patent claim 1 and a steer-by-wire steering system with the features of patent claim 9.
  • a method for operating a steer-by-wire steering system wherein the steer-by-wire steering system has redundantly designed control paths, wherein when an error occurs in a main control path, the main control path is switched to a redundant control path and the redundant control path is switched from a passive state to an active state, wherein a manipulated variable in the redundant control path is estimated during a predetermined transition phase based on measured variables of driving dynamics and a steering gear.
  • a steer-by-wire steering system comprising a steering wheel module which is designed to detect a steering command on a steering handle and to generate a feedback torque on the steering handle, a steering module which is designed to set a steering angle on at least one steerable wheel based on the detected steering command and to determine the feedback torque, and a communication connection between the steering wheel module and the steering module, wherein the steering wheel module and/or the steering module have redundantly designed control paths, wherein a control device of the steering wheel module and/or a control device of the steering module is designed to switch from the main control path to a redundant control path when an error occurs in a main control path and to switch the redundant control path from a passive state to an active state for this purpose, and to estimate a manipulated variable in the redundant control path during a predetermined transition phase based on measured variables of a driving dynamics and a steering gear.
  • the method and the steer-by-wire steering system enable an improved transition between the main control path and a redundant control path when a fault occurs in the main control path.
  • a torque gap that can arise because the redundant control path is activated from a passive state and thus at the beginning cannot yet provide a manipulated variable corresponding to the previous manipulated variable of the main control path (ie in particular has not yet settled down), can be handled and in particular reduced during the transition phase.
  • a manipulated variable in the redundant control path is estimated during the specified transition phase based on measured variables of driving dynamics and a steering gear.
  • the estimated manipulated variable, in particular a torque is then set as a manipulated variable in the redundant control path.
  • the transition can be made more comfortable for a driver as the two extreme cases in particular, i.e. a maximum manipulated variable, in particular a maximum torque, and a manipulated variable of zero, in particular a torque of zero, can be avoided.
  • the manipulated variable is in particular a torque.
  • the manipulated variable can also be another variable, for example a force or a voltage.
  • the controlled variable is in particular an angle or a position.
  • the duration of the specified transition phase depends in particular on a step response of the respective (redundant) controller. The step response is a measure of how long the controller needs for a transient process to subside after being activated.
  • a duration is selected accordingly (for example, also 1 s for a transient time of 1 s). If a duration of the specified transition phase has elapsed, the manipulated variable is no longer estimated, but is specified by the redundant controller that has been activated.
  • Parts of the steer-by-wire steering system, in particular the control device(s) can be designed individually or together as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor. However, it can also be provided that parts are designed individually or together as an application-specific integrated circuit (ASIC) and/or field-programmable gate array (FPGA).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • FPGA field-programmable gate array
  • a manipulated variable restriction in the redundant control path is set to the estimated manipulated variable for the duration of the transition phase.
  • the manipulated variable can be gradually brought closer to the manipulated variable present in the main control path when the error occurs.
  • the estimation and setting of the manipulated variable is carried out repeatedly during the transition phase. This allows an updated manipulated variable to be estimated and provided repeatedly.
  • the manipulated variable limitation can also be reset and adjusted step by step in this way.
  • a torque gap can be closed step by step and the redundant control path can be brought step by step to the value of the manipulated variable present when the error occurs.
  • a tire lateral force is calculated based on measured variables of the driving dynamics and a linear single-track model for a vehicle, with the estimate of the manipulated variable being carried out based on the calculated tire lateral force.
  • the manipulated variable is in particular a torque in the steering module.
  • the idea behind this is that two forces in particular act on a steering gear: a tire lateral force and a torque of an electric motor used to position the at least one steerable wheel.
  • the tire lateral force is calculated; the torque is estimated and used as a manipulated variable.
  • the tire lateral force is reduced by means of a lateral acceleration-dependent factor. This can prevent a value for the calculated tire lateral force from becoming too large. It has been shown that the linear single-track model delivers values that are too large above a lateral acceleration of approx. 4.5 m/s 2 because the model assumptions no longer apply there.
  • the manipulated variable estimated based on this, in particular an estimated torque would also become too large.
  • the calculated tire lateral force is reduced using the lateral acceleration-dependent factor.
  • the factor can be determined, for example, based on a characteristic curve stored in the control device, for example, which includes a dependency of the factor on the lateral acceleration.
  • the values and a course of the characteristic curve can be determined, for example, based on more complex vehicle models.
  • the factor ensures that the manipulated variable, in particular the torque, is weakened.
  • the manipulated variable is estimated using an Unknown Input Observer (UIO). This can achieve particularly good results.
  • UAO Unknown Input Observer
  • an estimated state vector used in the Unknown Input Observer (UIO) of the respective part of the steer-by- Wire steering system converges to a real state vector.
  • the state vector is estimated using the UIO; the manipulated variable, in particular the torque, is then calculated based on the estimated state vector.
  • a steering target specification recorded on a steering handle of the steer-by-wire steering system is fed as an input to the Unknown Input Observer (UIO).
  • the method is used in a steering wheel module and in a steering module of the steer-by-wire steering system.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the steer-by-wire steering system
  • Fig. 2a, 2b show schematic representations to illustrate the estimation of the manipulated variable.
  • the steer-by-wire steering system 1 comprises a steering wheel module 2, a steering module 3 and a communication connection 4 between the steering wheel module 2 and the steering module 3.
  • the steer-by-wire steering system 1 is arranged in particular in a vehicle 50.
  • the steer-by-wire steering system 1 is designed to to carry out the method described. The method is described in more detail below using the steer-by-wire steering system 1.
  • the steering wheel module 2 is set up to detect a steering command on a steering handle 51 and to generate a feedback torque on the steering handle 51.
  • the steering command is detected by means of a sensor 5 of the steering wheel module 2.
  • the feedback torque is impressed on the steering handle 51 by means of an electric motor 6 of the steering wheel module 2.
  • the steering module 3 is set up to set a steering angle on at least one steerable wheel 52 based on the detected steering command and to determine the feedback torque.
  • a rack position of a rack 53 required for this is detected directly or indirectly by means of a sensor 7 of the steering module 3.
  • the steering command is impressed on the rack 53 and thereby on the wheels 52 by means of an electric motor 8 of the steering module 3. This is done via a steering gear 11.
  • the steering command and the feedback torque are each transmitted via the communication connection 4.
  • the steering wheel module 2 also includes a control device 9, which provides two controllers 9-1, 9-2, which enable redundant control of the feedback torque.
  • the two controllers 9-1, 9-2 are designed differently in particular in order to avoid common cause errors (heterogeneous design).
  • the controllers 9-1, 9-2 can both provide a manipulated variable 20, which is fed to the electric motor 6 for implementation. In normal operation, in particular only the controller 9-1 is used as the main control path, while the controller 9-2 is passively switched as a redundant control path and is only activated in the event of an error.
  • the steering module 3 also includes a control device 10, which provides two controllers 10-1, 10-2, which enable redundant control of the rack position.
  • the two controllers 10-1, 10-2 are designed differently in particular in terms of their concept in order to avoid common cause errors.
  • the controllers 10-1, 10-2 can both provide a manipulated variable 21, which is fed to the electric motor 8 for implementation.
  • the controller 10-1 In normal operation, only the controller 10-1 is used as the main control path, while the controller 10-2 is passively switched as a redundant control path and is only activated in the event of an error.
  • the control devices 9, 10 are each set up to switch from the main control path to the redundant control path when an error occurs in the main control path and to switch the redundant control path from a passive state to an active state for this purpose.
  • the control device 9 switches the controller 9-2 from the passive to the active state and deactivates the controller 9-1.
  • the control device 10 switches the controller 10-2 from the passive to the active state and deactivates the controller 10-1. Depending on where the error occurs, this takes place only in the steering wheel module 2 or only in the steering module 3 or in both modules 2, 3.
  • the control devices 9, 10 are also set up to estimate the respective manipulated variable 20, 21 in the redundant control path during a predetermined transition phase based on measured variables 30 of driving dynamics and the steering gear 11.
  • the measured variables 30 of the driving dynamics are queried and/or provided, for example, by a vehicle control system.
  • the respective manipulated variable 20, 21 is used by the redundant control path, i.e. by the controllers 9-2, 10-2, for control.
  • a manipulated variable restriction i.e. a maximum value for the manipulated variable
  • the estimation and setting of the manipulated variable 20, 21 is carried out repeatedly during the transition phase.
  • the estimation and setting is repeated at regular time intervals. For example, this can be done 10, 100, 1000, ... times during the duration of the transition phase.
  • a tire lateral force is calculated based on measured variables of the driving dynamics and a linear single-track model for a vehicle, with the manipulated variable being estimated based on the calculated tire lateral force.
  • the tire lateral force is reduced by means of a factor dependent on the lateral acceleration. The factor can be determined, for example, based on a characteristic curve that is stored in the control devices 9, 10. It can be provided that the manipulated variable is estimated using an Unknown Input Observer (UIO).
  • UUIO Unknown Input Observer
  • the steer-by-wire steering system 1 is modeled on the steering module 3 side using a model that is schematically shown in Figure 2a.
  • the model includes the vehicle 50, the steering gear 11 and the electric motor 8.
  • Two variables act on the steering gear 11 in the model: the tire lateral force ⁇ ⁇ and the torque ⁇ ⁇ of the electric motor 8.
  • This torque ⁇ ⁇ is not known as a manipulated variable when the redundant control path is activated and must be estimated (the estimated torque ⁇ ⁇ is then set as a manipulated variable in the redundant control path according to the method).
  • the following influencing variables act on the vehicle 50: the rack position ⁇ ⁇ and the vehicle speed ⁇ .
  • the torque ⁇ ⁇ required for the vehicle position is to be estimated from the measured variables of the steering gear 11 (in the example this means in particular the rack position ⁇ ⁇ ) and the driving dynamics (in the example this means in particular the vehicle speed ⁇ ).
  • the non-measurable variables of the steering gear 11 are estimated using a model.
  • the tire lateral force ⁇ ⁇ is calculated in particular from the measured variables of the driving dynamics and the linear single-track model.
  • the tire lateral force ⁇ ⁇ is reduced in particular depending on a lateral acceleration, as already described above.
  • the basis for the estimation is a state space representation of the controlled system: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • is the state vector (e.g. rotor position of the electric motor 8, rotor speed, rack position, rack speed)
  • is the system matrix
  • is the input matrix
  • is the input variable.
  • is the output matrix
  • is the throughput matrix.
  • the state space representation represents the overall system as a dynamic model (see Fig.2a).
  • the overall system consists of the vehicle 50 and the steering gear 11.
  • the vehicle 50 is modeled as a linear single-track model, the steering gear 11, for example, as
  • Fig. 2b shows how the estimation is carried out.
  • the controlled system 40 and the unknown input observer 41 are shown.
  • the state space is: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ where ⁇ is the unmeasurable or unknown input, in this case the torque ⁇ ⁇ that is to be estimated.
  • the eigenvalues can be freely chosen if the criterion for complete observability according to Kalman is met.
  • the unknown input ⁇ of the UIO that is, the motor torque ⁇ ⁇ , is calculated in such a way that the estimation error ⁇ is minimized.
  • the estimation error here is between the measured State variables (expressed in the state vector ⁇ , which includes, for example, a rack position, a rack speed, a rotor position and/or a rotor speed) and modeled state variables of the steering gear 11.
  • the assumption is made that an actual value of the measured state variables corresponds to a steering target specification (e.g.
  • an actual position of the rack is equated with a target position as resulting from a steering target specification by the driver on the steering handle), i.e., the assumption is made that the target variable is converted into the actual variable immediately and without delay.
  • the estimation error ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ disappears, the unknown input ⁇ and thus the motor torque ⁇ ⁇ can be calculated (estimated) using the above equations.
  • a steering target specification recorded on a steering handle 51 of the steer-by-wire steering system 1 is fed as an input to the Unknown Input Observer (UIO) (here in the form of the state vector ⁇ ).
  • UAO Unknown Input Observer
  • the torque gap can still be reduced or gradually closed.
  • the torque that would be necessary for the model-based state variables of the steering gear 11 to correspond to the real state variables is estimated here.
  • the result is a model-based torque with which a drop in torque after activation of the redundant control path during the transition phase can be weakened.
  • the example was described using the steering module 3.
  • the estimation can also be carried out for a torque control for the feedback torque (hand torque) in the steering wheel module 2. If another variable is to be set as the manipulated variable, the estimation is carried out in a basically analogous manner.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

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

Description

Beschreibung Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems und Steer-by-Wire-Lenksystem Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems und ein Steer-by-Wire-Lenksystem. Steer-by-Wire-(SbW)-Lenksysteme müssen eine deutlich höhere Ausfallsicherheit aufweisen als konventionelle elektromechanische Lenksysteme. Dies liegt daran, dass SbW-Lenksysteme über keine mechanische Verbindung zwischen Lenkhandhabe und Lenkgetriebe verfügen. Ein kompletter Ausfall des Lenksystems würde dazu führen, dass das Fahrzeug nicht mehr lenkbar wäre. Somit müssen ein kompletter Ausfall verhindert und Fehlerwirkungen frühzeitig erkannt werden. Ferner erfordern auch automatisiert fahrende Assistenzsysteme eine erhöhte Sicherheit an die Fahrzeugkomponenten. Ein SbW-Lenksystem umfasst ein Lenkradmodul mit einem Rückkopplungs-Aktuator (engl. Force Feedback Actuator, FFA), welches einen gewünschten Lenkwinkel an der Lenkhandhabe erfasst und ein realistisches Rückkopplungsmoment (Handmoment) für den Fahrer erzeugt. Ferner umfasst das SbW-Lenksystem ein Lenkmodul mit einem Lenkgetriebe (engl. Road Wheel Actuator, RWA), welches den Fahrerwunsch in eine Radlenkbewegung umsetzt. Um eine Fehlertoleranz des Gesamtsystems zu erhöhen, wird typischerweise die Regelung einer Aktorik, welche für die Positionsregelung im Lenkgetriebe (RWA) bzw. die Regelung des Drehmoments im Force-Feedback-Aktuator (FFA) zuständig ist, redundant ausgeführt. Die Aktorik verfügt insbesondere über mindestens zwei unabhängige Pfade zur Ansteuerung bzw. Regelung der Aktorik. Über eine heterogene Ausführung dieser Pfade kann die Fehlertoleranz gegenüber Common-Cause-Fehlern erhöht werden. Fällt ein Hauptregelpfad aus, so muss eine Überleitung zu einem redundanten Regelpfad stattfinden und der Hauptregelpfad wird deaktiviert. Hierzu wird der redundante Regelpfad von einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand überführt. Aufgrund des vorangehenden passiven Betriebs des redundanten Regelpfades und der hierdurch notwendigen Aktivierung kann es zu einer Stellgrößendifferenz kommen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire- Lenksystems und ein Steer-by-Wire-Lenksystem zu schaffen, bei denen eine Überleitung zwischen einem Hauptregelpfad und einem redundanten Regelpfad verbessert ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Insbesondere wird ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems zur Verfügung gestellt, wobei das Steer-by-Wire-Lenksystem redundant ausgelegte Regelpfade aufweist, wobei bei Auftreten eines Fehlers in einem Hauptregelpfad von dem Hauptregelpfad auf einen redundanten Regelpfad umgeschaltet wird und der redundante Regelpfad hierzu aus einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand geschaltet wird, wobei eine Stellgröße im redundanten Regelpfad während einer vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen einer Fahrdynamik und eines Lenkgetriebes geschätzt wird. Ferner wird insbesondere ein Steer-by-Wire-Lenksystem geschaffen, umfassend ein Lenkradmodul, das zum Erfassen einer Lenkvorgabe an einer Lenkhandhabe und zum Erzeugen eines Rückkopplungsmoments an der Lenkhandhabe eingerichtet ist, ein Lenkmodul, das zum Stellen eines Lenkwinkels an mindestens einem lenkbaren Rad ausgehend von der erfassten Lenkvorgabe und zum Bestimmen des Rückkopplungsmoments eingerichtet ist, und eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Lenkradmodul und dem Lenkmodul, wobei das Lenkradmodul und/oder das Lenkmodul redundant ausgelegte Regelpfade aufweisen, wobei eine Steuereinrichtung des Lenkradmoduls und/oder eine Steuereinrichtung des Lenkmoduls dazu eingerichtet ist, bei Auftreten eines Fehlers in einem Hauptregelpfad von dem Hauptregelpfad auf einen redundanten Regelpfad umzuschalten und den redundanten Regelpfad hierzu aus einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand zu schalten, und eine Stellgröße im redundanten Regelpfad während einer vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen einer Fahrdynamik und eines Lenkgetriebes zu schätzen. Das Verfahren und das Steer-by-Wire-Lenksystem ermöglichen eine verbesserte Überleitung zwischen dem Hauptregelpfad und einem redundanten Regelpfad, wenn ein Fehler im Hauptregelpfad auftritt. Insbesondere kann eine Drehmomentlücke, die entstehen kann, weil der redundante Regelpfad aus einem passiven Zustand aktiviert wird und hierdurch am Anfang noch keine der bisherigen Stellgröße des Hauptregelpfads entsprechende Stellgröße bereitstellen kann (d.h. insbesondere noch nicht eingeschwungen ist), während der Überleitungsphase gehandhabt und insbesondere verringert werden. Hierzu ist vorgesehen, dass eine Stellgröße im redundanten Regelpfad während der vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen einer Fahrdynamik und eines Lenkgetriebes geschätzt wird. Die geschätzte Stellgröße, insbesondere ein Drehmoment, wird dann als Stellgröße in dem redundanten Regelpfad gesetzt. Es ist hierdurch möglich, sofort nach dem Aktivieren des redundanten Regelpfades eine Stellgröße bereitzustellen. Ferner kann die Überleitung hierdurch für einen Fahrer komfortabler ausgestaltet werden, da insbesondere die beiden Extremfälle, das heißt eine maximale Stellgröße, insbesondere ein maximales Drehmoment, und eine Stellgröße von Null, insbesondere ein Drehmoment von Null, vermieden werden können. Die Stellgröße ist insbesondere ein Drehmoment. Grundsätzlich kann die Stellgröße aber auch eine andere Größe sein, beispielsweise eine Kraft oder eine Spannung. Die Regelgröße ist insbesondere ein Winkel oder eine Position. Eine Dauer der vorgegebenen Überleitungsphase ist insbesondere abhängig von einer Sprungantwort des jeweiligen (redundanten) Reglers. Die Sprungantwort ist ein Maß dafür, wie lange der Regler braucht, bis ein Einschwingvorgang nach dem Aktivschalten abgeklungen ist. Eine Dauer wird entsprechend gewählt (bei einer Einschwingzeit von 1 s beispielsweise ebenfalls 1 s). Ist eine Dauer der vorgegebenen Überleitungsphase abgelaufen, so wird die Stellgröße nicht mehr geschätzt, sondern von dem aktiv geschalteten redundanten Regler vorgegeben. Teile des Steer-by-Wire-Lenksystems, insbesondere die Steuereinrichtung(en), können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Teile einzeln oder zusammengefasst als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und/oder feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA) ausgebildet sind. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für die Dauer der Überleitungsphase eine Stellgrößenbeschränkung im redundanten Regelpfad auf die geschätzte Stellgröße gesetzt wird. Hierdurch kann die Stellgröße schrittweise an die bei Auftreten des Fehlerfalls vorliegende Stellgröße im Hauptregelpfad herangeführt werden. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Schätzen und Setzen der Stellgröße während der Überleitungsphase wiederholt durchgeführt wird. Hierdurch kann wiederholt eine aktualisierte Stellgröße geschätzt und bereitgestellt werden. Insbesondere kann auf diese Weise auch die Stellgrößenbeschränkung schrittweise neu gesetzt und angepasst werden. Eine Drehmomentlücke kann hierdurch schrittweise geschlossen werden und der redundante Regelpfad kann hierdurch insbesondere schrittweise an den bei Auftreten des Fehlerfalls vorliegenden Wert der Stellgröße herangeführt werden. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Reifenseitenkraft ausgehend von Messgrößen der Fahrdynamik und einem linearen Einspurmodell für ein Fahrzeug berechnet wird, wobei das Schätzen der Stellgröße ausgehend von der berechneten Reifenseitenkraft durchgeführt wird. Die Stellgröße ist hierbei insbesondere ein Drehmoment im Lenkmodul. Die Idee dahinter ist, dass auf ein Lenkgetriebe insbesondere zwei Kräfte wirken: eine Reifenseitenkraft und ein Drehmoment eines zum Stellen des mindestens einen lenkbaren Rades verwendeten Elektromotors. Die Reifenseitenkraft wird berechnet; das Drehmoment wird geschätzt und als Stellgröße verwendet. In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Reifenseitenkraft mittels eines querbeschleunigungsabhängigen Faktors verringert wird. Hierdurch kann verhindert werden, dass ein Wert für die berechnete Reifenseitenkraft zu groß wird. Es hat sich gezeigt, dass das lineare Einspurmodell oberhalb einer Querbeschleunigung von ca.4,5 m/s2 zu große Werte liefert, da dort die Modellannahmen nicht mehr gelten. In der Folge würde auch die basierend hierauf geschätzte Stellgröße, insbesondere ein geschätztes Drehmoment, zu groß werden. Um dies zu verhindern, wird die berechnete Reifenseitenkraft mittels des querbeschleunigungsabhängigen Faktors verringert. Der Faktor kann beispielsweise ausgehend von einer, beispielsweise in der Steuereinrichtung hinterlegten, Kennlinie bestimmt werden, welche eine Abhängigkeit des Faktors von der Querbeschleunigung beinhaltet. Die Werte und ein Verlauf der Kennlinie können beispielsweise ausgehend von komplexeren Fahrzeugmodellen bestimmt werden. Insbesondere sorgt der Faktor dafür, dass die Stellgröße, insbesondere das Drehmoment, abgeschwächt werden. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Schätzen der Stellgröße mittels eines Unknown Input Observers (UIO) erfolgt. Hierdurch können besonders gute Ergebnisse erzielt werden. Insbesondere wird hierbei davon ausgegangen, dass ein im Unknown Input Oberserver (UIO) verwendeter geschätzter Zustandsvektor des jeweils betrachteten Teils des Steer-by- Wire-Lenksystems (Lenkradmodul oder Lenkmodul) gegen einen realen Zustandsvektor konvergiert. Insbesondere wird der Zustandsvektor mittels des UIO geschätzt; ausgehend von dem geschätzten Zustandsvektor wird dann die Stellgröße, insbesondere das Drehmoment, berechnet. In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine an einer Lenkhandhabe des Steer-by-Wire-Lenksystems erfasste Lenksollvorgabe als Eingang dem Unknown Input Observer (UIO) zugeführt wird. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verfahren in einem Lenkradmodul und in einem Lenkmodul des Steer-by-Wire-Lenksystems zum Einsatz kommt. Hierdurch kann das Auftreten einer Abweichung der Stellgrößen, insbesondere einer Drehmomentlücke, sowohl im Lenkradmodul als auch im Lenkmodul verhindert werden. Weitere Merkmale zur Ausgestaltung des Steer-by-Wire-Lenksystems ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile des Steer-by-Wire- Lenksystems sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens. Ferner wird insbesondere auch ein Fahrzeug geschaffen, umfassend ein Steer-by-Wire- Lenksystem nach einer der beschriebenen Ausführungsformen. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug. Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen: Fig.1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Steer-by-Wire- Lenksystems; Fig.2a, 2b schematische Darstellungen zur Verdeutlichung des Schätzens der Stellgröße. Die Fig.1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Steer-by-Wire- Lenksystems 1. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 umfasst ein Lenkradmodul 2, ein Lenkmodul 3 und eine Kommunikationsverbindung 4 zwischen dem Lenkradmodul 2 und dem Lenkmodul 3. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 ist insbesondere in einem Fahrzeug 50 angeordnet. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 ist dazu eingerichtet, das in dieser Offenbarung beschriebene Verfahren durchzuführen. Das Verfahren wird nachfolgend anhand des Steer-by- Wire-Lenksystems 1 näher beschrieben. Das Lenkradmodul 2 ist zum Erfassen einer Lenkvorgabe an einer Lenkhandhabe 51 und zum Erzeugen eines Rückkopplungsmoments an der Lenkhandhabe 51 eingerichtet. Die Lenkvorgabe wird mittels eines Sensors 5 des Lenkradmoduls 2 erfasst. Das Rückkopplungsmoment wird mittels eines Elektromotors 6 des Lenkradmoduls 2 auf die Lenkhandhabe 51 aufgeprägt. Das Lenkmodul 3 ist zum Stellen eines Lenkwinkels an mindestens einem lenkbaren Rad 52 ausgehend von der erfassten Lenkvorgabe und zum Bestimmen des Rückkopplungsmoments eingerichtet. Eine hierfür benötigte Zahnstangenposition einer Zahnstange 53 wird mittels eines Sensors 7 des Lenkmoduls 3 direkt oder indirekt erfasst. Die Lenkvorgabe wird mittels eines Elektromotors 8 des Lenkmoduls 3 auf die Zahnstange 53 und hierdurch auf die Räder 52 aufgeprägt. Dies erfolgt über ein Lenkgetriebe 11. Die Lenkvorgabe und das Rückkopplungsmoment werden jeweils mittels der Kommunikationsverbindung 4 übermittelt. Das Lenkradmodul 2 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 9, welche zwei Regler 9-1, 9-2 bereitstellt, die eine redundante Regelung des Rückkopplungsmoments ermöglichen. Die zwei Regler 9-1, 9-2 sind hierbei insbesondere konzeptionell unterschiedlich ausgelegt, um Common-Cause-Fehler zu vermeiden (heterogene Auslegung). Die Regler 9-1, 9-2 können beide eine Stellgröße 20 bereitstellen, welche zur Umsetzung dem Elektromotor 6 zugeführt wird. Im normalen Betrieb wird insbesondere nur der Regler 9-1 als Hauptregelpfad verwendet, während der Regler 9-2 als redundanter Regelpfad passiv geschaltet ist und erst im Fehlerfall aktiviert wird. Das Lenkmodul 3 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 10, welche zwei Regler 10-1, 10-2 bereitstellt, die eine redundante Regelung der Zahnstangenposition ermöglichen. Die zwei Regler 10-1, 10-2 sind hierbei insbesondere konzeptionell unterschiedlich ausgelegt, um Common-Cause-Fehler zu vermeiden. Die Regler 10-1, 10-2 können beide eine Stellgröße 21 bereitstellen, welche zur Umsetzung dem Elektromotor 8 zugeführt wird. Im normalen Betrieb wird insbesondere nur der Regler 10-1 als Hauptregelpfad verwendet, während der Regler 10-2 als redundanter Regelpfad passiv geschaltet ist und erst im Fehlerfall aktiviert wird. Die Steuereinrichtungen 9, 10 sind jeweils dazu eingerichtet, bei Auftreten eines Fehlers in dem Hauptregelpfad von dem Hauptregelpfad auf den redundanten Regelpfad umzuschalten und den redundanten Regelpfad hierzu aus einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand zu schalten. Die Steuereinrichtung 9 schaltet den Regler 9-2 hierzu vom passiven in den aktiven Zustand und deaktiviert den Regler 9-1. Die Steuereinrichtung 10 schaltet den Regler 10-2 hierzu vom passiven in den aktiven Zustand und deaktiviert den Regler 10-1. Je nachdem, wo der Fehler auftritt, erfolgt dies nur in dem Lenkradmodul 2 oder nur in dem Lenkmodul 3 oder in beiden Modulen 2, 3. Die Steuereinrichtungen 9, 10 sind ferner dazu eingerichtet, die jeweilige Stellgröße 20, 21 im redundanten Regelpfad während einer vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen 30 einer Fahrdynamik und des Lenkgetriebes 11 zu schätzen. Die Messgrößen 30 der Fahrdynamik werden beispielsweise von einer Fahrzeugsteuerung abgefragt und/oder bereitgestellt. Nach Ablauf einer Dauer der vorgegebenen Überleitungsphase wird die jeweilige Stellgröße 20, 21 vom redundanten Regelpfad, das heißt, von den Reglern 9-2, 10-2 zum Regeln verwendet. Es kann vorgesehen sein, dass für die Dauer der Überleitungsphase eine Stellgrößenbeschränkung (d.h. ein Maximalwert für die Stellgröße) im redundanten Regelpfad auf die geschätzte Stellgröße 20, 21 gesetzt wird. Es kann vorgesehen sein, dass das Schätzen und Setzen der Stellgröße 20, 21 während der Überleitungsphase wiederholt durchgeführt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, das Schätzen und Stellen in regelmäßigen Zeitintervallen zu wiederholen. Beispielsweise kann dies 10, 100, 1000, … Mal während der Dauer der Überleitungsphase erfolgen. Es kann vorgesehen sein, dass eine Reifenseitenkraft ausgehend von Messgrößen der Fahrdynamik und einem linearen Einspurmodell für ein Fahrzeug berechnet wird, wobei das Schätzen der Stellgröße ausgehend von der berechneten Reifenseitenkraft durchgeführt wird. Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass die Reifenseitenkraft mittels eines querbeschleunigungsabhängigen Faktors verringert wird. Der Faktor kann beispielsweise ausgehend von einer Kennlinie, die in den Steuereinrichtungen 9, 10 hinterlegt ist, bestimmt werden. Es kann vorgesehen sein, dass das Schätzen der Stellgröße mittels eines Unknown Input Observers (UIO) erfolgt. Diese Ausführungsform ist schematisch anhand der Figuren 2a und 2b verdeutlicht und nachfolgend näher beschrieben. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 wird auf Seiten des Lenkmoduls 3 anhand eines Modells modelliert, das schematisch in der Fig.2a dargestellt ist. Das Modell umfasst das Fahrzeug 50, das Lenkgetriebe 11 und den Elektromotor 8. Auf das Lenkgetriebe 11 wirken in dem Modell zwei Größen: die Reifenseitenkraft ^^௬௩ und das Drehmoment ^^ெ^௧ des Elektromotors 8. Dieses Drehmoment ^^ெ^௧ ist beim Aktivieren des redundanten Regelpfades als Stellgröße nicht bekannt und muss geschätzt werden (das geschätzte Drehmoment ^^ெ^௧ wird dann verfahrensgemäß als Stellgröße im redundanten Regelpfad gesetzt). Ferner wirken folgende Einflussgrößen auf das Fahrzeug 50: die Zahnstangenposition ^^^^௧ und die Fahrzeuggeschwindigkeit ^^. Aus den Messgrößen des Lenkgetriebes 11 (das heißt im Beispiel insbesondere die Zahnstangenposition ^^^^௧) und der Fahrdynamik (das heißt im Beispiel insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit ^^) soll das für den Fahrzeugstand benötigte Drehmoment ^^ெ^௧ geschätzt werden. Die nicht messbaren Größen des Lenkgetriebes 11 werden modellbasiert geschätzt. Die Reifenseitenkraft ^^௬௩ wird insbesondere aus den Messgrößen der Fahrdynamik und dem linearen Einspurmodell berechnet. In Abhängigkeit von einer Querbeschleunigung wird die Reifenseitenkraft ^^௬௩ insbesondere verringert, wie dies voranstehend bereits beschrieben wurde. Die Grundlage für das Schätzen bildet eine Zustandsraumdarstellung der Regelstrecke: ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ wobei ^^ der Zustandsvektor (z.B. Rotorlage des Elektromotors 8, Rotorgeschwindigkeit, Zahnstangenposition, Zahnstangengeschwindigkeit), ^^ die Systemmatrix, ^^ die Eingangsmatrix und ^^ die Eingangsgröße ist. ^^ ist die Ausgangsmatrix und ^^ die Durchgangsmatrix. Die Zustandsraumdarstellung repräsentiert als dynamisches Modell das Gesamtsystem (vgl. Fig.2a). Das Gesamtsystem besteht im Beispiel aus dem Fahrzeug 50 und dem Lenkgetriebe 11. Das Fahrzeug 50 wird als lineares Einspurmodell modelliert, das Lenkgetriebe 11 beispielsweise als Zweimassenschwinger. Mit Hilfe der Zustandsraumdarstellung kann ein dynamisches Verhalten des Gesamtsystems simuliert werden. Die Fig.2b verdeutlicht, wie das Schätzen durchgeführt wird. Gezeigt sind die Regelstrecke 40 und der Unknown Input Observer 41. Der Zustandsraum ergibt sich zu: ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ wobei ^^ der nicht messbare bzw. unbekannte Eingang ist, vorliegend das Drehmoment ^^ெ^௧, das geschätzt werden soll. Weiter ergibt sich für den Zustandsraum: ^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ^ ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ Für den Unknown Input Observer (UIO) ergibt sich ferner: ^^ ^^ ൌ ^ ^ ^ ∙ ^^̂ ^ ^ ^ ^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ Hierbei korrespondieren ^ ^ ^ und ^ ^ ^ insbesondere nicht mehr mit eindeutig interpretierbaren physikalischen Größen, sondern werden im Rahmen der Auslegung des UIO vorgegeben bzw. gewählt. Mit ^^̂ ൌ ^^^ ^ ^^ ∙ ^^ ergibt sich: ^^ ^^ ൌ ^ ^ ^ ∙ ^^^ ^ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^^ ^^ und ^^ können hierbei (analog zu einem Luenberger-Beobachter) als Rückführungsmatrizen bezeichnet werden. ^^^ ist der geschätzte Zustandsvektor. Mit ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ergibt sich: ^^ ^^ ൌ ^ ^ ^ ∙ ^^^ ^ ^ ^ ^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ Die Abweichung (Schätzfehler) ^^^ ൌ ^^^ െ ^ ^ ^^ entspricht: ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ െ ^ ^ ^ ∙ ^^^ െ ^ ^ ^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^^^ ൌ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ െ ^ ^ ^ ∙ ^^^ െ ^ ^ ^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ^^^ ൌ ^^ ∙ ^ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^^ െ ^ ^ ^ ∙ ^^^ ^ ^^ ∙ ^ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^^ ^ ^^ ∙ ^ ^^ െ ^ ^ ^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^^ Der Schätzfehler soll unabhängig von dem unbekannten Eingang ^^ (das heißt insbesondere von dem zu schätzenden Drehmoment ^^ெ^௧) sein, sodass: ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ൌ 0 und somit ^^ ൌ െ ^^ ∙ ^ ^^ ∙ ^^ ^ି^ Der Schätzfehler soll weiterhin unabhängig von der Messgröße bzw. Eingangsgröße ^^ (das heißt insbesondere von der Reifenseitenkraft ^^௬௩) sein, sodass: ^^ െ ^ ^ ^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ ൌ 0 und somit ^ ^ ^ ൌ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ Übrig bleibt ein Term, der unabhängig von der bekannten Messgröße ^^ und der unbekannten Messgröße ^^ ist: ^^^ ൌ ^^ ∙ ^ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^^ െ ^ ^ ^ ∙ ^^^ Die Matrix ^^^ wird derart gewählt, dass der Schätzfehler nur von dieser Matrix abhängt: ^^ ^ ൌ ^^ ^ ^^ ∙ ^^ ∙ ^^ െ ^^ ∙ ^^ Der Schätzfehler ergibt sich schließlich zu: ^^^ ൌ ^ ^ ^ ∙ ^^ Falls also die Eigenwerte von ^^^ negative Realteile haben, konvergiert hierbei der Schätzfehler gegen 0. Die Eigenwerte können frei gewählt werden, wenn das Kriterium für vollständige Beobachtbarkeit nach Kalman erfüllt ist. Der unbekannte Eingang ^^ des UIO, das heißt das Motormoment ^^ெ^௧, wird so errechnet, dass der Schätzfehler ^^^ minimiert wird. Der Schätzfehler besteht hier zwischen den gemessenen Zustandsgrößen (ausgedrückt im Zustandsvektor ^^, welcher beispielsweise eine Zahnstangenposition, eine Zahnstangengeschwindigkeit, eine Rotorlage und/oder eine Rotorgeschwindigkeit umfasst) und modellierten Zustandsgrößen des Lenkgetriebes 11. Es wird hierbei insbesondere die Annahme getroffen, dass ein Ist-Wert der gemessenen Zustandsgrößen einer Lenksollvorgabe entspricht (z.B. wird eine Ist-Position der Zahnstange gleichgesetzt mit einer Soll-Position, wie diese sich aus einer Lenksollvorgabe des Fahrers an der Lenkhandhabe ergibt), das heißt, es wird die Annahme getroffen, dass die Sollgröße sofort und ohne Verzögerung in die Istgröße umgesetzt wird. Anders ausgedrückt: Verschwindet der Schätzfehler ^^ ൌ ^^ െ ^^^, so kann der unbekannte Eingang ^^ und somit das Motomoment ^^ெ^௧ anhand der voranstehenden Gleichungen berechnet (geschätzt) werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine an einer Lenkhandhabe 51 des Steer-by-Wire- Lenksystems 1 erfasste Lenksollvorgabe als Eingang dem Unknown Input Observer (UIO) zugeführt wird (hier in Form des Zustandsvektors ^^). Das geschätzte Drehmoment, das heißt das Motormoment ^^ெ^௧, enthält hierdurch zwar die Modellungenauigkeiten und Störgrößen, die Drehmomentlücke kann hierdurch dennoch verringert bzw. schrittweise geschlossen werden. Geschätzt wird hierbei dasjenige Drehmoment, das nötig wäre, damit die modellbasierten Zustandsgrößen des Lenkgetriebes 11 den realen Zustandsgrößen entsprechen. Das Ergebnis ist ein modellbasiertes Drehmoment, mit dem ein Drehmomentabfall nach dem Aktivieren des redundanten Regelpfades während der Überleitungsphase abgeschwächt werden kann. Das Beispiel wurde anhand des Lenkmoduls 3 beschrieben. In gleicher Weise kann das Schätzen auch für eine Drehmomentregelung für das Rückkopplungsmoment (Handmoment) im Lenkradmodul 2 erfolgen. Soll eine andere Größe als Stellgröße gestellt werden, so erfolgt das Schätzen in grundsätzlich analoger Weise. Die in der Fig.1 gezeigte Ausführungsform sieht vor, dass das Verfahren in einem Lenkradmodul 2 und in einem Lenkmodul 3 des Steer-by-Wire-Lenksystems 1 zum Einsatz kommt. Es kann grundsätzlich jedoch auch vorgesehen sein, dass das Verfahren nur in dem Lenkradmodul 2 oder nur in dem Lenkmodul 3 zum Einsatz kommt. Bezugszeichenliste 1 Steer-by-Wire-Lenksystem 2 Lenkradmodul 3 Lenkmodul 4 Kommunikationsverbindung 5 Sensor 6 Elektromotor 7 Sensor 8 Elektromotor 9 Steuereinrichtung 9-1 Regler (Hauptpfad) 9-2 Regler (redundanter Pfad) 10 Steuereinrichtung 10-1 Regler (Hauptpfad) 10-2 Regler (redundanter Pfad) 11 Lenkgetriebe 20 Stellgröße (Lenkradmodul) 21 Stellgröße (Lenkmodul) 40 Regelstrecke 41 Unknown Input Observer (UIO) 50 Fahrzeug 51 Lenkhandhabe 52 lenkbares Rad 53 Zahnstange ^^ Systemmatrix ^^ Eingangsmatrix ^^ Ausgangsmatrix ^^ Durchgangsmatrix ^^௬௩ Reifenseitenkraft ^^ெ^௧ Drehmoment ^^ Eingangsgröße ^^ Fahrzeuggeschwindigkeit ^^ nicht messbarer/unbekannter Eingang (wird geschätzt) ^^ Zustandsvektor (Soll) ^^^^௧ Zahnstangenposition ^^ Zustandsvektor (Ist)

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems (1), wobei das Steer-by-Wire- Lenksystem (1) redundant ausgelegte Regelpfade aufweist, wobei bei Auftreten eines Fehlers in einem Hauptregelpfad von dem Hauptregelpfad auf einen redundanten Regelpfad umgeschaltet wird und der redundante Regelpfad hierzu aus einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand geschaltet wird, wobei eine Stellgröße (20,21) im redundanten Regelpfad während einer vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen (30) einer Fahrdynamik und eines Lenkgetriebes (11) geschätzt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Dauer der Überleitungsphase eine Stellgrößenbeschränkung im redundanten Regelpfad auf die geschätzte Stellgröße (20,21) gesetzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzen und Setzen der Stellgröße (20,21) während der Überleitungsphase wiederholt durchgeführt wird. 4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reifenseitenkraft ( ^^௬௩) ausgehend von Messgrößen (30) der Fahrdynamik und einem linearen Einspurmodell für ein Fahrzeug (50) berechnet wird, wobei das Schätzen der Stellgröße (20,21) ausgehend von der berechneten Reifenseitenkraft ( ^^௬௩) durchgeführt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifenseitenkraft ( ^^௬௩) mittels eines querbeschleunigungsabhängigen Faktors verringert wird. 6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzen der Stellgröße (20,21) mittels eines Unknown Input Observers (41) erfolgt. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine an einer Lenkhandhabe (51) des Steer-by-Wire-Lenksystems (1) erfasste Lenksollvorgabe als Eingang dem Unknown Input Observer (41) zugeführt wird. 8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Lenkradmodul (2) und in einem Lenkmodul (3) des Steer-by-Wire- Lenksystems (1) zum Einsatz kommt. 9. Steer-by-Wire-Lenksystem (1), umfassend: ein Lenkradmodul (2), eingerichtet zum Erfassen einer Lenkvorgabe an einer Lenkhandhabe (51) und zum Erzeugen eines Rückkopplungsmoments an der Lenkhandhabe (51), ein Lenkmodul (3), eingerichtet zum Stellen eines Lenkwinkels an mindestens einem lenkbaren Rad (63) ausgehend von der erfassten Lenkvorgabe und zum Bestimmen des Rückkopplungsmoments, und eine Kommunikationsverbindung (4) zwischen dem Lenkradmodul (2) und dem Lenkmodul (3), wobei das Lenkradmodul (2) und/oder das Lenkmodul (3) redundant ausgelegte Regelpfade aufweisen, wobei eine Steuereinrichtung (9) des Lenkradmoduls (2) und/oder eine Steuereinrichtung (10) des Lenkmoduls (3) dazu eingerichtet ist, bei Auftreten eines Fehlers in einem Hauptregelpfad von dem Hauptregelpfad auf einen redundanten Regelpfad umzuschalten und den redundanten Regelpfad hierzu aus einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand zu schalten, und eine Stellgröße (20,21) im redundanten Regelpfad während einer vorgegebenen Überleitungsphase ausgehend von Messgrößen (30) einer Fahrdynamik und eines Lenkgetriebes (11) zu schätzen. 10. Fahrzeug (50), umfassend ein Steer-by-Wire-Lenksystem (1) nach Anspruch 9.
PCT/EP2024/061303 2023-06-19 2024-04-24 Verfahren zum betreiben eines steer-by-wire-lenksystems und steer-by-wire-lenksystem Ceased WO2024260613A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP24722191.4A EP4727824A1 (de) 2023-06-19 2024-04-24 Verfahren zum betreiben eines steer-by-wire-lenksystems und steer-by-wire-lenksystem
CN202480040524.5A CN121368551A (zh) 2023-06-19 2024-04-24 用于运行线控转向系统的方法和线控转向系统

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023205723.9A DE102023205723A1 (de) 2023-06-19 2023-06-19 Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems und Steer-by-Wire-Lenksystem
DE102023205723.9 2023-06-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024260613A1 true WO2024260613A1 (de) 2024-12-26

Family

ID=90922522

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2024/061303 Ceased WO2024260613A1 (de) 2023-06-19 2024-04-24 Verfahren zum betreiben eines steer-by-wire-lenksystems und steer-by-wire-lenksystem

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4727824A1 (de)
CN (1) CN121368551A (de)
DE (1) DE102023205723A1 (de)
WO (1) WO2024260613A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120117034A (zh) * 2025-04-08 2025-06-10 广州汽车集团股份有限公司 一种车辆的控制方法及装置、电子设备、存储介质

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024130724A1 (de) * 2024-10-22 2026-04-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems und Steer-by-Wire-Lenksystem

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10101827A1 (de) * 2001-01-17 2002-07-18 Daimler Chrysler Ag Lenkanordnung für Kraftfahrzeuge
DE102013020177A1 (de) * 2013-11-30 2014-06-18 Daimler Ag Kraftfahrzeug
CN115384490A (zh) * 2022-10-28 2022-11-25 北京集度科技有限公司 车辆横向控制方法、装置、电子设备及计算机程序产品

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10302268A1 (de) * 2003-01-22 2004-07-29 Zf Lenksysteme Gmbh Lenksystem für Kraftfahrzeuge
DE10333281A1 (de) * 2003-07-18 2005-02-03 Zf Lenksysteme Gmbh Verfahren zur Steuerung einer Schalteinrichtung
DE102009002706A1 (de) * 2009-04-29 2010-11-04 Zf Lenksysteme Gmbh Bestimmung einer auf ein Lenkgetriebe einwirkenden Kraft
JP2021070431A (ja) * 2019-10-31 2021-05-06 株式会社デンソー モータ駆動システム
KR102735496B1 (ko) * 2019-11-18 2024-11-29 에이치엘만도 주식회사 조향 제어 장치 및 조향 제어 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10101827A1 (de) * 2001-01-17 2002-07-18 Daimler Chrysler Ag Lenkanordnung für Kraftfahrzeuge
DE102013020177A1 (de) * 2013-11-30 2014-06-18 Daimler Ag Kraftfahrzeug
CN115384490A (zh) * 2022-10-28 2022-11-25 北京集度科技有限公司 车辆横向控制方法、装置、电子设备及计算机程序产品

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120117034A (zh) * 2025-04-08 2025-06-10 广州汽车集团股份有限公司 一种车辆的控制方法及装置、电子设备、存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
EP4727824A1 (de) 2026-04-22
CN121368551A (zh) 2026-01-20
DE102023205723A1 (de) 2024-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3496995B1 (de) Regelung eines steer-by-wire-lenksystems
EP1332083B1 (de) Verfahren zum steuern eines steer-by-wire-lenksystems
DE602004009375T2 (de) Fahrzeuglenksystem
EP1360103B1 (de) Verfahren zur positionsregelung eines elektrischen antriebs und zum lenken eines kraftfahrzeugs mit einer steer-by-wire-lenkung
EP3727998B1 (de) Verfahren zum betreiben eines steer-by-wire-lenksystems für ein kraftfahrzeug sowie lenksystem für ein kraftfahrzeug
EP3589531B1 (de) Betriebsverfahren für ein steer-by-wire-lenksystem, steuereinheit für ein steer-by-wire-lenksystem, steer-by-wire-lenksystem und fahrzeug
EP3943368B1 (de) Erzeugen von lenkhandhabemomenten als haptische rückmeldung bei fahrzeuglenksystemen
EP4727824A1 (de) Verfahren zum betreiben eines steer-by-wire-lenksystems und steer-by-wire-lenksystem
EP3713813B1 (de) Verfahren zum konfigurieren und zum steuern eines lenksystems, lenksystem und fahrzeug
WO2021058405A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur simultanen lateralen fahrzeugführung durch fahrer und assistenzsystem bei elektrischen lenkaktoren
WO2021140080A1 (de) Kraftfahrzeuglenksystem, kraftfahrzeug und verfahren zur steuerung eines kraftfahrzeuglenksystems
DE102020207196A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs
WO2012065961A1 (de) Verfahren zum betreiben einer hilfskraftlenkung
DE102015211840B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung eines Fehlerzustands eines elektromechanischen Lenkungsstellgebers
WO2018007362A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum überwachen eines reglerblocks zum ansteuern eines stellantriebs, insbesondere eines stellantriebs eines lenksystems
DE102017109175A1 (de) Steuereinrichtung, Fahrerassistenzsystem, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Steuern einer Fahrerassistenzfunktion
EP3470301B1 (de) Lenkungssteuersystem für ein lenksystem eines kraftfahrzeuges sowie verfahren zum betreiben eines lenkungssteuersystems
DE10333281A1 (de) Verfahren zur Steuerung einer Schalteinrichtung
DE102010049580A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens
DE102018202483B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems sowie Lenksystem
DE10340369A1 (de) Verfahren zur Steuerung mindestens einer Stelleinrichtung
EP1944219A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung
EP3201705B1 (de) Verfahren zur regelung eines elektrischen stellantriebs
DE102022203601A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs
WO2007141063A1 (de) Verfahren zur einstellung von fahrdynamikreglern

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24722191

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024722191

Country of ref document: EP

Effective date: 20260119

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2024722191

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024722191

Country of ref document: EP

Effective date: 20260119

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024722191

Country of ref document: EP

Effective date: 20260119

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024722191

Country of ref document: EP

Effective date: 20260119

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2024722191

Country of ref document: EP