WO2024251625A1 - Verfahren zum betreiben einer steer-by-wire-lenkung eines fahrzeugs sowie steer-by-wire-lenkung - Google Patents

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Johannes Lampe
Christoph Juritsch
Philipp Kamps
Sebastian Bextermöller
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    • 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
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    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/04—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to forces disturbing the intended course of the vehicle, e.g. forces acting transversely to the direction of vehicle travel

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a steer-by-wire steering system of a vehicle according to the preamble of claim 1, to a device for carrying out such a method, to a steer-by-wire steering system for a vehicle which is operated according to such a method by means of such a device, to a computer program with program code means which is set up to carry out such a method and to a machine-readable storage medium on which such a computer program is stored.
  • mechanically decoupled steer-by-wire steering systems which can adjust a wheel steering angle on an axle of a vehicle, from a steering handle that maps a driver's request for a direction of travel or a route.
  • Actuators are used to actually adjust the wheel steering angle, e.g. on a rear axle, e.g. as known from DE 10 2014206 934 A1.
  • These comprise an electric motor, by means of which a rotation-Z-translation gear is driven in order to translationally displace a steering rod in the form of a spindle, which is articulatedly coupled to wheel supports, in order to rotate these and thus the wheels rotatably mounted on them about their vertical axis.
  • the wheel supports or wheels that are at least indirectly coupled to the steering rod can thus be steered by moving the steering rod.
  • a wheel steering angle on an axle of the vehicle can thus be adjusted.
  • an actuator can adjust the wheel steering angle on both wheels of an axle at the same time. It is also possible for a single actuator to adjust the wheel steering angle for each wheel.
  • the position of the spindle or steering rod is always known.
  • This position can be determined using a rotor position sensor, which counts the angle of rotation or the revolutions of the rotor of the electric motor, as well as using the known transmission of the rotation-to-translation gear.
  • the rotor position sensor is designed in a known manner as a so-called multi-turn sensor as is known from DE 10 2018 213 112 A1 or DE 10 2020 114 871 A1.
  • an additional linear displacement sensor is also used, which enables the determination of the absolute position of the steering rod or at least a specific position, usually the zero position.
  • the rotor position sensor can be initialized to this value, if necessary after a loss of position.
  • environmental sensors can be used, as can be seen from the generic DE 10 2017 209 231 A1, which discloses a method for operating a steer-by-wire steering system of a vehicle for steering wheels of at least one rear axle.
  • the unequivocal function of an actuator of a steer-by-wire steering system for the precise adjustment of the wheel steering angles on the wheels of a vehicle is important in order to be able to drive an intended path, also called trajectory, as expected and safely.
  • the present invention provides a method for operating a steer-by-wire steering system of a vehicle, a device for carrying out the method, a steer-by-wire steering system for a vehicle, a computer program with program code means and a machine-readable medium, which emerge from the independent claims.
  • Advantageous embodiments emerge from the subclaims and the following description.
  • the invention relates to a method for operating a steer-by-wire steering system of a vehicle for steering wheels of at least one rear axle.
  • the steering movement is carried out by means of at least one actuator.
  • the actuator can have a spindle drive.
  • the spindle is displaced translationally by means of a rotary drive and a stationary spindle nut.
  • the rotary drive is preferably designed as an electric motor and drives the spindle nut either directly, e.g. by means of a hollow rotor electric motor or, in a preferred variant, indirectly by means of a gear, preferably a toothed belt gear.
  • the electric motor is arranged parallel to the longitudinal axis, preferably the common longitudinal axis of the spindle and the spindle nut, and is connected to the housing of the Actuator connected, preferably screwed. If the spindle nut is turned in one direction or the other or set in rotation, the spindle, which with its external thread is permanently in engagement with the internal thread of the spindle nut, is translationally displaced in one direction or the other along its longitudinal axis.
  • the movement thread consisting of the external and internal thread can be designed as a self-locking thread, preferably as a trapezoidal thread or as a thread with less self-locking or no self-locking.
  • the pitch of the thread can be varied accordingly or recirculating ball or roller screw drives or similar with little or no self-locking can be used.
  • the spindle is at least indirectly coupled to the wheels, more precisely to wheel supports that can pivot about their vertical axis.
  • the wheels are rotatably mounted on the wheel supports that can pivot about their vertical axis.
  • a wheel steering angle can be set on the relevant vehicle axle.
  • an actuator on the rear axle may set a wheel steering angle that does not lead to the expected trajectory.
  • the basic consideration here is that the driver intends the vehicle to drive straight ahead because the route corresponds to a straight section of road.
  • the vehicle When driving straight ahead, the vehicle usually moves along the vehicle's longitudinal axis and the longitudinal axis essentially follows the trajectory.
  • the wheel steering angles on both the front and rear axles correspond to an angle of 0°.
  • the steering wheel angle i.e. the angle of the steering handle, e.g. a steering wheel for entering the desired route, is also 0°.
  • the wheel steering angle set by the actuator does not match the expected or required wheel steering angle.
  • the driver who intends to drive straight ahead, will try to countersteer using the steering wheel on the front axle in order to continue the intended straight ahead journey. can.
  • the actuator can actually set the wheel steering angle on the rear axle to 1° to the right instead of 0°. The driver would notice that the vehicle is not driving straight ahead, but in this example is yawing to the left.
  • the method according to the invention is intended to reliably detect a fault in the actuator of the rear axle steering. There should be a robust function that only detects a fault in the actuator with great certainty if one actually exists. Influences such as those mentioned above should be masked out so that only actual misalignments in the actuator of the rear axle steering are detected.
  • the current rotational speeds of the wheels (wheel speeds) on the front and rear axles are recorded.
  • Wheel speeds can be recorded easily, for example, using the ABS speed sensors on the wheel carriers of a vehicle.
  • the speed of the vehicle can be determined from the rotational speeds.
  • the rotational speeds can be compared with one another. This can, for example, involve comparing the left and right wheels of an axle, the wheels by axle or by side (left wheels and right wheels of a vehicle), or even all wheels with one another.
  • straight-ahead travel is present when the wheels have the same rotational speed. Deviations can be tolerated here, which are within the scope of the measurement accuracy or also with regard to a road surface that is not exactly level.
  • the recorded state can be a This means driving straight ahead along the vehicle's longitudinal axis, with the wheels having the same steering angle of around 0°, preferably exactly 0°.
  • a vehicle can offer a special driving mode to move the vehicle diagonally or sideways, for example to drive out of a parking space or deliberately in a diagonal driving mode, also known as a crab walk. Even with this special form of driving straight ahead, the wheels should have the same speed within a tolerance and the front and rear axles should also have the same steering angle.
  • the current steering wheel angle is recorded. Based on a fixed gear ratio, a wheel steering angle is set on the respective axle. For example, turning the steering wheel by around 10° can result in a change in the wheel steering angle of around 1°.
  • a current vehicle movement can be determined in a further step. If the wheel speeds are the same and the LRW corresponds to 0°, the vehicle should be driving straight ahead along the longitudinal axis. It can therefore be assumed that the actuator for setting the wheel steering angle on the rear axle is working correctly and that the zero position of the spindle or steering rod in the actuator is in line with the actual 0° position of the wheel steering angle. It can also be assumed that the position determination of the actuator or its steering rod using the rotor position sensor is working perfectly. In the aforementioned case, the steering rod is in the “zero” position and the actuator has set a wheel steering angle of 0°.
  • a momentary vehicle movement is determined, which is recognized as a first vehicle state of a compensated straight ahead driving.
  • the currently recorded steering wheel angle is added up over time, preferably at intervals, preferably intervals of 5 to 50 ms, most preferably 10 to 20 ms. This happens depending on the first vehicle state detected during compensated straight-ahead driving, i.e. as long as this state exists.
  • An offset integral is thus formed which fills up with the steering wheel angles recorded at intervals during compensated straight-ahead driving.
  • the offset integral is compared with a first threshold value. Only when this first threshold value is reached is a status of the actuator set which represents an error state. It is therefore advantageously possible for a wheel steering angle incorrectly set by the actuator to be detected if the wheel steering angle set on the rear axle does not correspond to the expectation, but is incorrect repeatedly and over a certain period of time.
  • the first threshold value is an empirically determined value, which is determined depending on the vehicle type, steering ratio on the front axle and on the rear axle, taking into account the actuator used on the rear axle. If counter-steering on the front axle of 10° is necessary for a given steering ratio and this corresponds to a wheel steering angle of 1° on the front axle, then a wheel steering angle on the rear axle of also 1° can be compensated. This counter-steering on the front axle causes the vehicle to move straight ahead with a wheel steering angle of 1° at the front and rear, pushing and compensating (direction of travel straight ahead).
  • the steering wheel angle is added up at intervals as long as the compensated straight-ahead driving is detected.
  • the first threshold is reached, the incorrect position is recognized without a doubt and a status of the actuator is set accordingly.
  • This status represents an error state of the actuator - in this case on the rear axle.
  • a control system can output this error state as a warning and/or change a steering function of the affected actuator. If the threshold is 300, for example, the condition of straight-ahead driving with a 10° steering wheel angle for compensation must be present for at least 30 seconds, so that the error can also be detected by counter-steering during this time. Based on real or realistic driving path or roadway situations, However, it has been shown that there is a constant change in the road surface and route or trajectory.
  • the condition of actually driving straight ahead is only present for a short time.
  • the offset integral is therefore realistically only filled for a short time when the aforementioned conditions are present. It has been shown that short-term disruptive influences such as crosswinds etc. can be masked out in this way. Surprisingly, it has been found that by checking at least the aforementioned conditions and forming the offset integral, it is unlikely that a fault in the actuator or steering on the rear axle will be falsely detected.
  • the method presented here is intended to advantageously detect an incorrect wheel steering angle on a vehicle axle or an incorrect position of at least one actuator on at least one rear axle of a vehicle in a cost-effective manner. This eliminates the need for an additional, complex and expensive linear displacement sensor for the spindle or steering rod of the vehicle steering system or the steer-by-wire steering.
  • Steps such as recording the wheel speeds and the steering wheel angle can also be carried out at very short intervals or simultaneously.
  • the specified steps are also carried out continuously and thus repeatedly, with the data or signals being recorded and processed temporarily and/or at intervals.
  • a status signal can be displayed to the vehicle driver, e.g. in the cockpit as an acoustic and/or optical signal in the sense of a warning.
  • a display for displaying status messages can be arranged on a dashboard (cockpit) in the vehicle.
  • a corresponding warning can be displayed.
  • This can advantageously warn a driver of the vehicle and, for example, take countermeasures, such as reducing speed, to increase safety for the vehicle and its occupants.
  • the status message can come in different variants, for example depending on the current speed of the vehicle.
  • Information can also be displayed when the vehicle is at a standstill, for example "Initialization of the rear axle steering is in progress". At a speed of 20 to 50 km/h, for example, this information can be linked to the message "Please drive slowly". At a speed of over 50 km/h, for example, the warning message can be visually prominent to make the danger warning clear.
  • a steering function of the actuator can be changed. For example, the actuator can be temporarily switched off or the actuating speed can be limited.
  • the vehicle can be, for example, a passenger car, which can have an electric or hybrid drive, for example.
  • the vehicle can comprise a device in the form of a control unit, which can be designed to detect or read in various signals, such as sensor signals, and to control various vehicle functions directly or indirectly using the signals.
  • a sensor signal representing the expected wheel steering angle can be read in within the actuator.
  • the sensor signal can be provided, for example, by a sensor unit, which can comprise at least one so-called multi-turn sensor.
  • Multi-turn sensors offer the advantage, particularly over linear position sensors, that they can detect rotation of the motor when switched off even without power or with extremely low power consumption, or can count and store the number of revolutions. This allows the steering system to be checked once, for example during production, when adjusting the track or when the vehicle is first put into operation (for example via approaching the end stops). Each time the rear axle steering is started, for example, the absolute position of the steering rod, e.g. in the form of a spindle, can be calculated from the number of revolutions of the multi-turn sensor on the motor.
  • the method mentioned can also be used, for example, if there are doubts about the value of the multi-turn sensor when the vehicle is started.
  • a possible reason for the spindle to wander away from a previous, saved position when switched off is conceivable in exceptional cases, for example when the vehicle is subject to dynamic influences, e.g. a rough stretch of road, e.g. when it is being towed, or when the actuator of the rear axle steering issues an error while driving.
  • the actuator of the rear axle steering could initially be deactivated and only released again when the absolute position of the spindle has been confirmed or determined by the method.
  • An absolute position is understood to be an actual position, so that the actuator actually sets the expected wheel steering angle, e.g. when driving straight ahead it actually sets 0°.
  • the expected wheel steering angle can be determined using a sensed rotation of the rotor of the rear axle steering motor in conjunction with a known gear ratio of a transmission into an expected wheel rotation angle of the rear axle.
  • Determining the vehicle movement can be further improved if additional vehicle parameters are taken into account.
  • it can be taken into account whether the wheels are being accelerated.
  • a tolerance range is also allowed here.
  • a reasonable threshold value can be in the range of 4.5 to 6 m/s 2 , whereby a threshold value of 5.5 m/s 2 is most preferably taken into account. Below this threshold value, negligible acceleration is assumed.
  • a threshold value is also taken into account for the detection of the steering wheel angle. It can be assumed with sufficient certainty that the steering wheel is actually being turned to compensate if the steering wheel angle exceeds the threshold value of 3° to 6°, preferably 5°, starting from the zero position of the steering wheel. It can therefore be assumed with increasing accuracy that the vehicle movement corresponds to a compensated straight-ahead movement.
  • Angular velocity of the steering wheel in particular above a threshold value, preferably less than or equal to 507s and/or
  • Yaw rate of the vehicle in particular below a threshold value, preferably less than or equal to 2 m/s 2 and/or
  • ABS anti-lock braking system: consideration of “brake of individual wheels not applied” or ABS not engaged) and/or the status of an ESP (electronic stability control) can be advantageously taken into account.
  • Program Consideration of “vehicle is not subject to yaw” and/or braking of individual wheels or ESP intervention).
  • Determining the vehicle movement should enable a precise determination of the first vehicle state of a compensated straight-ahead journey. It has been shown that the determination becomes more and more precise the more of the above-mentioned parameters or states are recorded.
  • An evaluation is carried out in a corresponding unit of a control unit after an AND link of the existing states and parameters. If all states apply (all threshold values are met and the queried states apply), compensated straight-ahead journey and thus the first vehicle state is reliably detected. A summation to form the offset integral is then carried out in a corresponding unit of the control unit. This ensures that an offset integral is only formed in the case of compensated straight-ahead journey.
  • the method is intended to detect a misalignment in at least one actuator of the rear axle steering.
  • the method is intended to be robust against influences that can make evaluation difficult. It is intended to prevent a misalignment from being falsely detected or indicated due to transverse influences, as described above, e.g. crosswinds or similar.
  • additional measures can be taken to further rule out misinterpretation depending on a further vehicle state that is different from the first vehicle state (compensated straight-ahead driving).
  • a decay value is advantageously subtracted from the current offset integral.
  • This subtraction is preferably carried out at intervals, in particular cyclically, preferably at intervals of 5 to 40 ms, most preferably 10 to 20 ms.
  • a compensated straight-ahead journey is added up and a decay value is gradually subtracted during the sections driven that differ from the recorded compensated straight-ahead journey, e.g. cornering or similar.
  • the decay value is determined empirically depending on the vehicle fleet or vehicle. For example, a decay value of 3 to 6, preferably 4, was determined for conventional cars, which is cyclically subtracted from the current offset integral. It has It has also been shown that it is advantageous if the decay value is reduced the closer the offset integral approaches the first threshold.
  • a model with three thresholds is preferable, whereby when a second threshold is reached with respect to the offset integral, the decay value is further reduced, preferably halved, and when a third threshold is reached, the decay value is reduced again, preferably halved again. If the first threshold is exceeded, the decay value is reduced to a value close to zero, e.g. 0.05. This can further improve the detection of only actual errors without reducing the sensitivity of the method.
  • the offset integral then fills up more quickly and a large deviation or misalignment of the actuator is detected more quickly.
  • this embodiment can be used to reset the actuator so that the actuator can again set the intended or expected steering wheel angle.
  • This process is also referred to as (re-)initialization.
  • information from so-called vehicle level sensors can be used to detect a tilt (driving on an inclined surface, tilt of the body, e.g. different spring deflection on the left and right sides) and the influences this has on the process.
  • the deviation determined based on the recorded steering wheel angle can be fed back into a control loop in order to slowly, i.e.
  • an observer/model can also be used here, which can detect the deviation in addition to or as an alternative to the method presented.
  • the model would calculate the required wheel steering angle on the rear wheel axle based on the individual wheel speeds and the wheel steering angle on the front axle, among other things. If this deviates from the value set by the rear axle steering actuator, a safety status can be set and, if necessary, a warning can be issued to the driver. The unexpected wheel steering angle on the rear axle can then be returned to a reasonable value.
  • the spindle or steering rod can be returned in sensible small steps of, for example, 0.1 ° per return interval.
  • the actuator of the rear axle steering is reset so that its zero position corresponds to the actual wheel steering angle of 0° for normal straight-ahead driving along the longitudinal axis of the vehicle.
  • the actuator can be re-initialized when the zero position is reached. This can be particularly important for steer-by-wire steering, especially when starting the system after the vehicle has been switched off and restarted, as well as in the event of errors, e.g. in the power supply, and in emergency operation.
  • the approach presented here further provides a device that is designed to carry out and control or implement the steps of the method presented here in corresponding devices.
  • a device can be an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals depending on them.
  • the device can have one or more suitable interfaces that can be designed as hardware and/or software.
  • the interfaces can be part of an integrated circuit in which the functions of the device are implemented.
  • the interfaces can also be separate integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the Interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • Such a device can be a control unit as part of at least one actuator or at least part of a central control unit of a vehicle.
  • a steer-by-wire steering system for a vehicle in particular a rear-axle steering system
  • the steer-by-wire steering system has a device presented above.
  • a computer program product with program code means which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above when the program is executed on a computer or a device.
  • a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory
  • Fig. 1 is a schematic representation of a vehicle with a steer-by-wire steering system
  • Fig. 2 is another view of the vehicle as in Fig. 1 driving straight ahead;
  • FIG. 3 another representation of the vehicle like Fig.1 or 1 with a positioning error on the rear axle
  • FIG. 4 another representation of the vehicle like Fig. 2 with compensated straight-ahead driving
  • Fig. 5 is a flow chart of a method for operating a steer-by-wire steering system of a vehicle
  • Figure 1 shows a schematic of a vehicle 1 with steer-by-wire steering with a steerable front axle 21 and a steerable rear axle 31.
  • An actuator 4 is provided for steering the wheels 2 on the front axle 21, which can set or change a wheel steering angle via a steering linkage 41.
  • a set wheel steering angle 6vi is shown as an example on the right wheel 2 in Figure 1.
  • an actuator 5 uses a steering linkage 51 to set or change the wheel steering angle 6h on the rear wheels 3 (shown as an example on the left rear wheel).
  • the actuator 5 shown in detail in Fig. 1 as an example has a housing 56 in which a spindle 52 is mounted so as to be translationally displaceable in the function of a steering rod.
  • a spindle nut 53 is driven in a rotating or rotational manner by an electric motor 54 and is rotatably mounted in a fixed position in the housing 56.
  • the spindle nut 53 has an internal thread (not shown) which engages with an external thread (not shown) of the spindle 52 and forms a movement thread.
  • the rotary motion of the electric motor 54 is converted by the movement thread into the translational displacement or movement of the spindle 52.
  • the spindle 52 is coupled to the above-mentioned steering linkage 51 and, when it is displaced, causes a change in the wheel steering angle 6h.
  • the position of the spindle 52 can be detected by a rotor position sensor 55, knowing the ratio of the drive or transmission from the electric motor 54 by means of the spindle nut 53 to the spindle 52.
  • the set wheel steering angle can be calculated using the known transmission ratio and the rotation-to-translation converter by means of the rotor position sensor 55, which is preferably designed as a so-called multi-turn sensor on the rotor of the electric motor 54.
  • the details described for the actuator 5 also apply in principle to the actuator 4. In the other figures 2-4, the reference symbols for the above-mentioned components of the actuator 5 are not shown again for the same components.
  • the wheels on the front axle 21 and the rear axle 31 are steered in opposite directions, so that at low speeds of e.g. less than 50 km/h, a reduced turning circle and an improved Parking is possible compared to vehicles that only have one steered (front) axle.
  • Two steered axles also advantageously allow for more agile automated driving.
  • the driver generally enters his steering intention via a steering wheel 14, with the steering wheel angle LRW being recorded by a sensor unit and, after the wheel steering angle has been calculated by means of a control unit SG, is sent via a signal line to the actuator 4 and/or actuator 5, which sets the wheel steering angle on the front axle 21 and/or on the rear axle 31.
  • the sensor unit for transmitting the respective steering wheel angle LRW/LRW_mom is electrically connected via a bus system 10 to the control unit SG of the steer-by-wire steering or the actuators 4, 5.
  • the bus system 10 is, for example, a CAN bus or a Flexray bus or similar.
  • the bus system enables functions for a driver assistance system for autonomous driving (ADAS), correction functions for limiting a maximum steering angle, a parking assistant for automated parking or an electronic stability control ESP (shown here), etc. to be carried out electrically by means of the control unit SG and the steer-by-wire steering by means of the associated actuators 4, 5.
  • the control unit SG is provided with a unit which can execute a process by means of a computer program and control the actuators 4, 5 on the signal path, the computer program being stored on a machine-readable storage medium as part of the control unit SG.
  • a yaw rate yaw_v measured at the center of gravity G of the vehicle is determined using a suitable sensor (rotation rate sensor) in the center of gravity of the vehicle 1 and recorded or evaluated by the electronic stability control ESP.
  • Sensors S are arranged at the outer ends of the vehicle 1, which are assigned to a sensor system and which are used to detect the vehicle's surroundings. These can be temperature sensors, e.g. optical sensors that include a camera, or LiDAR or radar, which are suitable for temperature, distance or optical detection, for example of the road. Weather conditions such as humidity or the temperature on the road, etc. can thus be recorded and fed to the control unit SG.
  • trajectory T which is also shown schematically in Figure 1 at the front end of the vehicle in its direction of travel.
  • the trajectory T corresponds to a left turn.
  • the front wheels 2 are turned to the left and the rear wheels 3 to the right.
  • the actuators 4, 5 are functioning properly, the known zero position of the spindle 52 or handlebar is set by both actuators 4, 5 based on a control signal from the control unit SG. This corresponds to a wheel steering angle of 0° in each case.
  • the vehicle 1 can thus follow a trajectory T for straight ahead travel along the longitudinal axis a as intended and shown in Fig. 2.
  • a wheel steering angle 6h3 is set (for clarity, much greater) than 0°.
  • the driver will or must countersteer and use the steering wheel 14 on the front axle 21 to set a wheel steering angle 6v4 that corresponds to the wheel steering angle 6h4 on the rear axle 31.
  • a wheel steering angle 6v4 that corresponds to the wheel steering angle 6h4 on the rear axle 31.
  • Figure 4 In the situation shown, the driver has turned the steering wheel 14 to the right, as shown by the arrow, in order to turn the wheels in the same direction as the Wheels of the rear axle. This results in compensated straight-ahead travel, in which the incorrect position on the actuator 5 for steering the rear axle 31 is compensated.
  • the longitudinal axis a forms an acute angle TT with the actual direction of travel according to the trajectory T shown.
  • the vehicle 1 moves straight ahead with the set compensation.
  • the vehicle is now moving in a so-called crab walk (pushing movement). It is obvious that when driving straight ahead the wheels 2, 3 rotate at at least approximately the same speed.
  • the speeds can be detected, for example, using the ABS speed sensors on the wheel carriers.
  • the steering wheel angle LRW can be detected using a sensor in the steering column. The method according to the invention is described below using an exemplary embodiment.
  • Figure 5 shows a flow chart of a method 200 for operating a steer-by-wire steering system of a vehicle (1) according to an embodiment.
  • the method 200 shown here can be carried out with a steer-by-wire steering system designed as a rear axle steering system using an actuator 5 in a vehicle 1.
  • a steer-by-wire steering system designed as a rear axle steering system using an actuator 5 in a vehicle 1.
  • further parameters are recorded using suitable sensors.
  • the longitudinal acceleration ax and the lateral acceleration ay of the vehicle are recorded, and the yaw rate of the vehicle yaw_v is recorded using the ESP.
  • the anti-lock braking system ABS is used to determine whether individual wheels are being braked, and the speed veh_v of the vehicle is determined, which is preferably calculated from the previously recorded wheel speeds.
  • the calculated position of the steering rod (spindle 52) is also recorded, which results from taking into account the rotor position sensor 55 of the electric motor 54 of the actuator 5. From this, an expected wheel steering angle on the rear axle can be calculated, which is to be set using the actuator 5 on the rear axle.
  • the determined signals or data are transmitted from corresponding sensors via the vehicle's bus system (e.g. CAN / Flexray or similar bus systems) to a control unit SG, or the control unit SG fetches the determined signals or data via the bus system used.
  • the vehicle's bus system e.g. CAN / Flexray or similar bus systems
  • the control unit SG is shown schematically with a dashed border. shown.
  • the currently existing steering wheel angle LRW_mom is summed up and an offset integral LRW_int is formed, which is filled at intervals with the currently existing steering wheel angle LRW_mom.
  • the status act_err therefore clearly represents an error state act_cond_err of the actuator 5 for steering the wheels 2, 3 on the rear axle 31.
  • the control unit SG shows the status act_err to the driver in a display in the cockpit of the vehicle.
  • the steering function of the actuator can be changed.
  • the performance (e.g. limiting the maximum possible setting angle) of the actuator 5 can be reduced or at least temporarily switched off.
  • a correction function Corr can also be triggered for the actuator 5.
  • the actuator 5 can be gradually reset or returned at intervals using the correction function Corr. After each reset, the vehicle movement and thus the wheel steering angle set by the actuator 5 and expected in this context are examined again using the aforementioned steps. A detected error of the actuator 5 can thus be automatically corrected within the scope of the method.
  • the control unit detects proper, i.e. normal, vehicle movement veh_norm. During this vehicle movement and also during cornering, a decay value is subtracted as part of the process. This subtraction is preferably carried out at intervals, in particular cyclically, preferably at intervals of 10 ms. In other words, during compensated straight-ahead travel, the values are added up and during the sections driven which differ from the detected compensated straight-ahead travel, e.g. cornering or similar, the decay value is subtracted.
  • a decay value of 4 determined empirically for a conventional car is therefore subtracted from the current offset integral.
  • Subtracting the decay value means that the offset integral is reduced during the current process.
  • the aim is to prevent the actuator from being incorrectly detected. This is effectively prevented by the step-by-step subtraction.
  • TT angle for compensated straight-ahead driving
  • veh_v vehicle speed veh_mv_mom current vehicle movement
  • veh_comp1 first vehicle state (compensated straight-ahead driving)
  • veh_norm further vehicle state yaw_v yaw rate

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Abstract

Es wird ein Verfahren (200) zum Betreiben einer Steer-by-wire-Lenkung eines Fahrzeugs (1) zum Lenken von Rädern (2, 3) zumindest einer Hinterachse (31) mittels zumindest eines Aktuators (5) vorgestellt. Das Verfahren (200) zeichnet sich durch zumindest folgende Schritte (205, 210, 215, 220, 225) aus • Erfassen von Raddrehzahlen (RDZ_mom 2, 3) an Rädern (2, 3) der Vorderachse (21) und/oder der Hinterachse (31), • Erfassen eines Lenkradwinkels (LRW_mom), • Ermitteln einer Fahrzeugbewegung (veh_mv_mom) unter Berücksichtigung zumindest der Raddrehzahlen (RDZ_mom 2, 3) und des Lenkradwinkels (LRW_mom) repräsentierend einen ersten Fahrzeugzustand (veh_comp1) einer kompensierten Geradeausfahrt des Fahrzeugs (1), • Aufsummieren des jeweils erfassten Lenkradwinkels (LRW_mom) nach der Zeit (t) in Abhängigkeit des ersten Fahrzeugzustands (veh_comp1) zur Bildung eines Offset-Integrals (LRW_int), • Vergleichen des Offset-Integrals (LRW_int) mit zumindest einem ersten Schwellwert (LRW_int_krit1), wobei bei Erreichen des ersten Schwellwerts (LRW_int_krit1) ein Status (act_err) des zumindest einen Aktuators (5) der Hinterachse gesetzt wird, welcher einen Fehlerzustand (act_cond_err) des Aktuators repräsentiert.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Steer-by-wire-Lenkunq eines Fahrzeugs sowie Steer- bv-wire-Lenkung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Steer- by-wire-Lenkung eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , auf eine Vorrichtung zum Ausführen eines solchen Verfahrens, auf eine Steer-by-wire-Len- kung für ein Fahrzeug, welche gemäß eines solchen Verfahrens mittels einer solchen Vorrichtung betrieben wird, auf ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, welches dazu eingerichtet ist, ein solches Verfahren auszuführen und auf ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem ein solches Computerprogramm gespeichert ist.
Bei Fahrzeugen mit Vierradlenkung werden von einer Lenkhandhabe, die einen Fahrerwunsch für eine Fahrtrichtung bzw. einen Fahrweg abbildet, mechanisch entkoppelte Steer-by-wire-Lenkungen eingesetzt, welche einen Radlenkwinkel an einer Achse eines Fahrzeugs einstellen können. Hierbei werden Aktuatoren zum tatsächlichen Einstellen der Radlenkwinkel z.B. an einer Hinterachse eingesetzt, bspw. bekannt aus DE 10 2014206 934 A1. Diese umfassen einen Elektromotor, mittels welchem ein Rotations-ZTranslationsgetriebe angetrieben wird, um eine Lenkstange in Form einer Spindel translatorisch zu verlagern, welche gelenkig mit Radträgem gekoppelt ist, um diese und somit die daran drehbar gelagerten Räder um deren Hochachse zu verdrehen. Die mit der Lenkstange zumindest mittelbar gekoppelten Radträger bzw. Räder können so durch die Verlagerung der Lenkstange gelenkt werden. Ein Radlenkwinkel an einer Achse des Fahrzeuges kann somit eingestellt werden. Je nach Bauraum und Bauform der jeweiligen Achse kann ein Aktuator bei beiden Rädern einer Achse gleichzeitig den Radlenkwinkel einstellen. Möglich ist auch, dass je Rad ein einzelner Aktuator die Einstellung des Radlenkwinkels ausführt.
Um den Radlenkwinkel genau einstellen zu können, ist es erforderlich, dass die Position der Spindel bzw. Lenkstange stets bekannt ist. Diese Position lässt sich bestimmen mittels eines Rotorlagesensors, weicher den Drehwinkel bzw. die Umdrehungen des Rotors des Elektromotors zählt, sowie mittels der bekannten Übersetzung des Rotations-ZTranslationsgetriebes. Der Rotorlagesensor ist in bekannter Weise als ein sogenannter Multiturnsensor ausgebildet wie aus der DE 10 2018 213 112 A1 oder DE 10 2020 114 871 A1 bekannt. Zur Überprüfung der Signale des Rotorlagesensors und auch zur Initialisierung der Steer-by-wire-Lenkung wird des Weiteren ein zusätzlicher Linearwegsensor eingesetzt, welcher die Bestimmung der absoluten Position der Lenkstange oder zumindest einer bestimmten Position, zumeist der Nullposition, ermöglicht. Ist die Nullposition bekannt, so kann der Rotorlagesensor auf diesen Wert, ggfs. nach einem Positionsverlust initialisiert werden. Alternativ zum Linearwegsensor können Umfeldsensoren eingesetzt werden, wie aus der gattungsgemäßen DE 10 2017 209 231 A1 hervorgeht, welche ein Verfahren zum Betreiben einer Steer-by-wire-Lenkung eines Fahrzeugs zum Lenken von Rädern zumindest einer Hinterachse offenbart. Eine zweifelsfreie Funktion eines Aktuators einer Steer-by- wire-Lenkung zum exakten Einstellen der Radlenkwinkel an den Rädern eines Fahrzeugs ist wichtig, um einen beabsichtigten Fahrweg, auch Trajektorie genannt, erwartungsgemäß und sicher fahren zu können.
DE 10 2014 117 926 A1 lehrt des Weiteren das Berechnen eines Wnkel Versatzes einer Hinterradlenkung während sich das Fahrzeug in einer Geradeausfahrt befindet.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Steer-by-wire-Lenkung eines Fahrzeugs, eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens, eine Steer-by-wire-Lenkung für ein Fahrzeug, , ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln sowie ein maschinenlesbares Medium, welche aus den unabhängigen Ansprüchen hervorgehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Steer-by-wire-Lenkung eines Fahrzeugs zum Lenken von Rädern zumindest einer Hinterachse. Die Lenkbewegung erfolgt dabei mittels zumindest eines Aktuators. Der Aktuator kann dabei einen Spindelantrieb aufweisen. Die Spindel wird mittels eines Drehantriebs und einer ortsfest gelagerten Spindelmutter translatorisch verlagert. Der Drehantrieb ist bevorzugt als Elektromotor ausgebildet und treibt die Spindelmutter entweder unmittelbar, z.B. mittels eines Hohlrotor-Elektromotors oder in einer bevorzugten Variante mittelbar mittels eines Getriebes, bevorzugt eines Zahnriemengetriebes an. Der Elektromotor ist in letzterer Ausführung parallel zur Längsachse, bevorzugt gemeinsamen Längsachse der Spindel und der Spindelmutter angeordnet und mit dem Gehäuse des Aktuators verbunden, bevorzugt verschraubt. Wird die Spindelmutter in die eine oder andere Richtung gedreht bzw. in Rotation versetzt, so wird die Spindel, welche mit ihrem Außengewinde permanent in Eingriff mit dem Innengewinde der Spindelmutter ist, translatorisch in die eine oder andere Richtung entlang ihrer Längsachse verlagert. Das Bewegungsgewinde bestehend aus dem Außen- und dem Innengewinde kann als selbsthemmendes Gewinde, bevorzugt als Trapezgewinde oder als ein Gewinde mit geringerer Selbsthemmung oder ohne Selbsthemmung ausgebildet sein. Hierzu kann die Steigung des Gewindes entsprechend variiert werden oder es können Kugelumlauf- oder Rollgewindetriebe o.ä. mit geringer oder ohne Selbsthemmung eingesetzt werden. Die Spindel ist in ihrer Funktion als Lenkstange mit den Rädern, genauer mit um ihre Hochachse schwenkbaren Radträgem zumindest mittelbar gekoppelt. Die Räder sind drehbar an den um ihre Hochachse schwenkbaren Radträgern gelagert. Durch die translatorische Verlagerung der Spindel resp. Lenkstange ist so ein Radlenkwinkel an der betreffenden Fahrzeugachse einstellbar.
Aufgrund unterschiedlichster Einflüsse kann es sein, dass ein Aktuator an der Hinterachse einen Radlenkwinkel einstellt, welcher nicht zu der erwarteten Trajektorie führt. Als Grundüberlegung sei hier genannt, dass der Fahrer eine Geradeausfahrt des Fahrzeugs beabsichtigt, weil der Fahrweg einem geraden Fahrbahnabschnitt entspricht. Bei der Geradeausfahrt bewegt sich das Fahrzeug in der Regel entlang der Längsachse des Fahrzeuges und die Längsachse folgt quasi der Trajektorie. Die Radlenkwinkel sowohl an der Vorderachse als auch an der Hinterachse entsprechen unter Idealbedingungen auf einer nicht geneigten ebenen Fahrbahn ohne weitere Einflüsse, wie bspw. Seitenwind, einem Winkel von 0°. Hierbei beträgt der Lenkradwinkel, also der Winkel der Lenkhandhabe, z.B. eines Lenkrads zur Eingabe des gewünschten Fahrweges, ebenfalls 0°. Bei dieser Geradeausfahrt weisen sämtliche Räder sowohl an der Vorderachse als auch an der Hinterachse idealer Weise die gleiche Raddrehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit auf. Liegt nun an dem zumindest einen Aktuator zur Einstellung des Radlenkwinkels an der Hinterachse ein Stellfehler aufgrund eines tatsächlichen Positionsfehlers der Lenkstange bzw. Spindel oder auch ein Fehler in dem Getriebe vor, so stimmt der vom Aktuator eingestellte Radlenkwinkel nicht mit dem erwarteten bzw. benötigten Radlenkwinkel überein. Der Fahrer in der Absicht geradeaus zu fahren wird versuchen, mittels des Lenkrades an der Vorderachse gegenzulenken, um die beabsichtigte Geradeausfahrt fortsetzen zu können. Beispielsweise kann bei einer beabsichtigten Geradeausfahrt anstatt 0° Radlenkwinkel an der Hinterachse mittels des Aktuators tatsächlich 1 ° nach rechts als Radlenkwinkel eingestellt sein. Der Fahrer würde bemerken, dass das Fahrzeug nicht geradeaus fährt, sondern in diesem Beispiel nach links giert. Er würde dies mit einer Drehung des Lenkrades nach rechts versuchen zu kompensieren. Dabei würde er, je nach Lenkübersetzung, das Lenkrad z.B. 10° nach rechts drehen, um einen Lenkwinkel von 1 ° an der Vorderachse einzustellen. Das Fahrzeug würde sich nun wieder geradeaus bewegen, wobei sich das Fahrzeug schiebend oder auch im sogenannten „Hundegang“ bewegen würde. Die Längsachse des Fahrzeugs würde dabei mit der Fahrtrichtung einen spitzen Winkel einschließen, aber der Trajektorie „Geradeaus“ folgen. Nach dem Kompensieren an der Vorderachse weisen sämtliche Räder an der Vorder- und an der Hinterachse wieder die gleichen Raddrehzahlen auf. Das Fahrzeug bewegt sich bezogen auf den beabsichtigten Fahrweg wieder geradeaus. Jedoch kann es sein, dass zum Spurhalten aufgrund des Fahrens auf einer geneigten Fahrbahn und/oder bei Seitenwind ein gewisses Gegenlenken erforderlich ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung soll dazu dienen, einen Fehler an dem Aktuator der Hinterachslenkung sicher festzustellen. Es soll eine robuste Funktion vorliegen, die mit großer Sicherheit nur dann einen Fehler an dem Aktuator erkennt, wenn dieser auch tatsächlich vorliegt. Einflüsse wie vorgenannt sollen dabei ausgeblendet werden, so dass nur tatsächliche Fehlstellungen an dem Aktuator der Hinterachslenkung erkannt werden.
Gemäß der Erfindung werden in einem ersten Schritt die momentan vorliegenden Drehzahlen der Räder (Raddrehzahlen) an der Vorder- und an der Hinterachse erfasst. Raddrehzahlen lassen sich bspw. einfach mittels der an den Radträgem eines Fahrzeuges vorhandenen ABS-Drehzahlsensoren erfassen. Es kann aus den Drehzahlen zum einen eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden. Zum anderen können die Drehzahlen untereinander verglichen werden. Hierbei kann z.B. ein Abgleich des linken und rechten Rades einer Achse, der Räder achsweise oder auch seitenweise (linke Räder und rechte Räder eines Fahrzeugs) oder auch alle Räder miteinander verglichen werden. Wie oben gesagt, liegt an sich eine Geradeausfahrt vor, wenn die Räder gleiche Drehzahlen aufweisen. Hier können Abweichungen toleriert werden, welche im Rahmen der Messgenauigkeit oder auch mit Rücksicht auf eine nicht genau ebene Fahrbahn vorliegen. Der erfasste Zustand kann eine Geradeausfahrt entlang der Längsachse des Fahrzeugs bedeuten, wobei die Räder einen gleichen Radlenkwinkel von etwa 0°, bevorzugt genau 0° aufweisen sollten. Alternativ kann ein Fahrzeug einen speziellen Fahrmodus anbieten, um das Fahrzeug z.B. schräg oder seitlich zu bewegen, um z.B. aus einer Parklücke heraus oder bewusst in einem Schrägfahrmodus zu fahren, auch Crabwalk genannt. Auch bei dieser speziellen Form der Geradeausfahrt sollten die Räder die im Rahmen einer Toleranz gleiche Drehzahl aufweisen und auch an der Vorder- und an der Hinterachse sollte ein gleicher Radlenkwinkel vorliegen.
Es wird in einem weiteren Schritt ein momentan vorliegender Lenkradwinkel erfasst. Aufgrund einer festgelegten Übersetzung ergibt sich ein an der jeweiligen Achse eingestellter Radlenkwinkel. Es kann bspw. bei Drehung von ca. 10° am Lenkrad eine Veränderung des Radlenkwinkels von ca. 1 ° ergeben.
Unter Berücksichtigung der aktuell erfassten Daten, also der Raddrehzahlen der Räder an zumindest einer Achse und des Lenkradwinkels, kann in einem weiteren Schritt eine momentane Fahrzeugbewegung ermittelt werden. In dem Fall, dass die Raddrehzahlen gleich sind und der LRW 0° entspricht, sollte eine Geradeausfahrt entlang der Längsachse des Fahrzeugs vorliegen. Es kann somit davon ausgegangen werden, dass der Aktuator zur Einstellung des Radlenkwinkels an der Hinterachse fehlerfrei arbeitet und die Null-Position der Spindel bzw. Lenkstange in dem Aktuator mit der tatsächlichen 0°-Position der Radlenkwinkel in Einklang ist. Ebenfalls kann davon ausgegangen werden, dass die Positionsermittlung des Aktuators bzw. dessen Lenkstange mittels des Rotorlagesensors einwandfrei funktioniert. Im vorgenannten Fall hat die Lenkstange die Position „Null“ und der Aktuator hat einen Radlenkwinkel von 0° eingestellt. Liegt jedoch bei gleichen Raddrehzahlen aufgrund des Gegenlenkens ein Lenkradwinkel verschieden von 0° an, um die Geradeausfahrt fortsetzen zu können, so wird eine momentane Fahrzeugbewegung ermittelt, welcher als ein erster Fahrzeugzustand einer kompensierten Geradeausfahrt erkannt wird.
Wie oben bereits gesagt, ist bei Vorliegen eines von 0° verschiedenen Lenkradwinkels eine Verifizierung erforderlich, ob tatsächlich ein Fehler am Aktuator der Hinterachse vorliegt oder ob z.B. Seitenwind o.a. Einflüsse die Kompensation mittels des Lenkrads erfordern, um geradeaus der Trajektorie folgen zu können. In einem nächsten Schritt wird daher der jeweils momentan erfasste Lenkradwinkel nach der Zeit aufsummiert, bevorzugt in Intervallen, vorzugsweise Intervallen von 5 bis 50ms, höchst vorzugsweise 10 bis 20ms. Dieses geschieht in Abhängigkeit des erkannten ersten Fahrzeugzustands der kompensierten Geradeausfahrt, also solange dieser Zustand vorliegt. Es wird somit ein Offset-Integral gebildet, welches sich bei der kompensierten Geradeausfahrt mit den in Intervallen erfassten Lenkradwinkeln füllt. Das Offset-Integral wird in einem weiteren Schritt, bevorzugt in Intervallen, mit einem ersten Schwellwert verglichen. Erst bei Erreichen dieses ersten Schwellwertes wird ein Status des Aktuators gesetzt, welcher einen Fehlerzustand repräsentiert. Somit ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass ein vom Aktuator fehlerhaft eingestellter Radlenkwinkel erkannt wird, wenn der an der Hinterachse eingestellte Radlenkwinkel nicht der Erwartung entspricht, sondern wiederholt und über einen gewissen Zeitraum fehlerhaft vorliegt.
Der erste Schwellwert ist ein empirisch ermittelter Wert, welcher je nach Fahrzeugtyp, Lenkübersetzung an der Vorderachse und an der Hinterachse unter Berücksichtigung des verwendeten Aktuators an der Hinterachse bestimmt wird. Ist bei einer gegebenen Lenkübersetzung ein Gegenlenken an der Vorderachse von 10° notwendig und entspricht dieses einem Radlenkwinkel von 1 ° an der Vorderachse, so kann damit ein Radlenkwinkel an der Hinterachse von ebenfalls 1 ° kompensiert werden. Dieses Gegenlenken an der Vorderachse bewirkt, dass das Fahrzeug sich mit jeweils 1 ° Radlenkwinkel vorne und hinten schiebend und kompensiert geradeaus bewegt (Fahrtrichtung geradeaus).
Der Lenkradwinkel wird in Intervallen aufsummiert, solange die kompensierte Geradeausfahrt detektiert wird. Bei Erreichen des ersten Schwellwertes wird die Fehlstellung zweifelsfrei erkannt und entsprechend ein Status des Aktuators gesetzt. Dieser Status repräsentiert einen Fehlerzustand des Aktuators - in diesem Fall an der Hinterachse. Eine Steuerung kann diesen Fehlerzustand als einen Warnhinweis ausgeben und/oder eine Lenkfunktion des betroffenen Aktuators ändern. Liegt der Schwellwert bspw. bei 300, so muss zumindest theoretisch 30 Sekunden lang die Bedingung Geradeausfahrt mit 10° Lenkradwinkel zum Kompensieren vorliegen, so dass während dieser Zeit auch der Fehler mittels des Gegenlenkens detektiert werden kann. Anhand von echten bzw. realistischen Fahrweg- bzw. Fahrbahnsituationen hat sich jedoch gezeigt, dass ein ständiger Wechsel der Fahrbahn und Fahrweg bzw. Trajek- torie stattfindet. Es liegt tatsächlich jeweils nur kurzzeitig die Bedingung einer tatsächlichen Geradeausfahrt vor. Das Offset-Integral füllt sich daher realistisch immer nur kurzzeitig, wenn die vorgenannten Bedingungen vorliegen. Es hat sich gezeigt, dass kurzzeitige Störeinflüsse wie Seitenwind etc. damit ausgeblendet werden können. Es hat sich überraschender weise herausgestellt, dass es mittels Prüfung zumindest der genannten Bedingungen und Bildung des Offset-Integrals unwahrscheinlich ist, dass fälschlicher Weise ein Fehler des Aktuators bzw. der Lenkung an der Hinterachse erkannt wird.
Mit dem hier vorgestellten Verfahren soll vorteilhafterweise ein fehlerhafter Radlenkwinkel an einer Fahrzeugachse bzw. eine Fehlstellung zumindest eines Aktuators an zumindest einer Hinterachse eines Fahrzeugs auf kostengünstige Weise erkannt werden. Dabei kann auf einen zusätzlichen aufwändigen und teuren Linearwegsensor für die Spindel bzw. Lenkstange des Fahrzeuglenksystems bzw. der Steer-by- wire-Lenkung verzichtet werden.
Die angegebene Reihenfolge der vorgenannten und weiteren Verfahrensschritte kann variieren, wo dieses sinnvoll möglich ist. Auch können Schritte, wie bspw. das Erfassen der Raddrehzahlen und des Lenkradwinkels in sehr geringen Zeitabständen oder gleichzeitig erfolgen. Die angegebenen Schritte werden des Weiteren fortwährend und somit wiederholt ausgeführt, wobei jeweils eine Erfassung und Verarbeitung der Daten bzw. Signale temporär und/oder in Intervallen vorgenommen wird.
Bevorzugt kann in Abhängigkeit des erkannten Aktuatorzustands und zusätzlich von der Zeitdauer bis zum Erreichen dieses ersten Schwellwertes ein Statussignal an den Fahrzeugfahrer, z.B. im Cockpit als akustisches und/oder optisches Signal im Sinne einer Warnung angezeigt werden. Dieses kann zum Beispiel dann sinnvoll sein, wenn aufgrund des Verlustes der Null-Position des Aktuators eine Re-Initialisierung des Aktuators vorgenommen wird und das Fahrzeug daher nur mit geringer Geschwindigkeit, z.B. im Bereich von 0 bis 50km/h bewegt werden soll. Beispielsweise kann auf einem Armaturenbrett (Cockpit) im Fahrzeug ein Display zum Anzeigen von Statusmeldungen angeordnet sein. Für den Fall, dass eine Diskrepanz zwischen dem erwarteten und dem gestellten Radlenkwinkel besteht, kann unter Verwendung des Status des Fehlerzustands eine entsprechende Warnung angezeigt werden. Vorteilhafterweise kann ein Fahrer des Fahrzeugs dadurch gewarnt werden und beispielsweise Gegenmaßnahmen ergreifen, zum Beispiel die Geschwindigkeit drosseln, um die Sicherheit für Fahrzeug und Insassen zu erhöhen. Dabei kann die Statusmeldung in verschiedenen Varianten ausfallen, beispielsweise abhängig von einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Auch kann bei einem Stillstand des Fahrzeugs eine Information angezeigt werden, zum Beispiel „Initialisierung der Hinterachslenkung wird durchgeführt“. Bei einer Geschwindigkeit von zum Beispiel 20 bis 50 km/h kann diese Information beispielsweise mit dem Hinweis „Bitte langsam fahren“ verknüpft werden. Bei einer Geschwindigkeit von beispielsweise über 50 km/h kann die Warnmeldung zum Beispiel optisch auffällig hinterlegt sein, um den Gefahrenhinweis zu verdeutlichen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Lenkfunktion des Aktuators geändert werden. Dabei kann bspw. der Aktuator z.B. temporär abgeschaltet werden oder in der Stellgeschwindigkeit begrenzt werden.
Bei dem Fahrzeug kann es sich zum Beispiel um einen PKW handeln, der beispielsweise einen Elektro- oder Hybridantrieb aufweisen kann. Zudem kann das Fahrzeug eine Vorrichtung in Form eines Steuergeräts umfassen, das ausgebildet sein kann, um verschiedene Signale, wie beispielsweise Sensorsignale, zu erfassen bzw. einzulesen und unter Verwendung der Signale verschiedene Fahrzeugfunktionen direkt oder indirekt zu steuern. Entsprechend kann bei dem hier vorgestellten Verfahren ein den erwarteten Radlenkwinkel repräsentierendes Sensorsignal innerhalb des Aktuators eingelesen werden. Das Sensorsignal kann beispielsweise von einer Sensoreinheit bereitgestellt werden, die mindestens einen sogenannten Multiturnsensor umfassen kann. Dieser kann die Drehungen eines Rotors des Antriebsmotors des Aktuators der Hinterachslenkung erfassen, bspw. zählen, wobei ausgehend von den Drehungen auf eine Position der Lenkstange und dadurch auf einen Radlenkwinkel der an der Hinterachse angeordneten Räder des Fahrzeugs geschlossen werden kann. Multiturnsensoren bieten den Vorteil, insbesondere gegenüber Linearwegsensoren, dass diese auch stromlos bzw. mit extrem niedrigem Stromverbrauch ein Drehen des Motors im ausgeschalteten Zustand erkennen beziehungsweise die Anzahl der Umdrehungen zählen und speichern können. Dadurch kann das Lenkungssystem zum Beispiel einmalig, beispielsweise während der Produktion, während des Einstellens der Spur oder bei der ersten Inbetriebnahme des Fahrzeugs (beispielsweise über das Anfahren der Endanschläge) initialisiert werden. Bei jedem Start der Hinterachslenkung kann zum Beispiel die Absolutposition der Lenkstange, z.B. in Form einer Spindel, aus der Anzahl der Umdrehungen des Multiturnsensors am Motor berechnet werden.
Das genannte Verfahren kann zum Beispiel auch verwendet werden, wenn beim Start des Fahrzeugs Zweifel an dem Wert des Multiturnsensors bestehen sollten. Ein möglicher Grund des Wegwanderns der Spindel aus einer vorherigen, abgespeicherten Position im abgeschalteten Zustand ist in Ausnahmefällen denkbar, beispielsweise wenn das Fahrzeug dynamischen Einflüssen unterliegt, z.B. einer Schlechtwegstrecke, z.B. wenn es abgeschleppt wird oder wenn der Aktuator der Hinterachslenkung während der Fahrt einen Fehler ausgibt. In diesem Fall könnte der Aktuator der Hinterachslenkung zunächst deaktiviert werden und erst wenn die absolute Position der Spindel durch das Verfahren bestätigt beziehungsweise ermittelt werden konnte, wieder freigegeben werden. Als absolute Position wird eine tatsächliche Position verstanden, so dass der Aktuator den erwarteten Radlenkwinkel auch tatsächlich einstellt, z.B. bei beabsichtigter Geradeausfahrt auch tatsächlich 0° einstellt.
Der erwartete Radlenkwinkel kann unter Verwendung einer erfassten Drehung des Rotors des Motors der Hinterachslenkung in Verbindung mit einem bekannten Übersetzungsverhältnis eines Getriebes in einen erwarteten Raddrehwinkel der Hinterachse bestimmt werden.
Das Ermitteln der Fahrzeugbewegung lässt sich weiter verbessern, wenn zusätzliche Parameter des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Bevorzugt kann im Schritt des Ermittelns der Fahrzeugbewegung berücksichtigt werden, ob die Räder beschleunigt werden. Vorzugsweise wird auch hier ein Toleranzbereich erlaubt. Ein sinnvoller Schwellwert kann im Bereich von 4,5 bis 6 m/s2 liegen, wobei höchst vorzugsweise ein Schwellwert von 5,5 m/s2 berücksichtigt wird. Unterhalb dieses Schwellwertes wird von einer vernachlässigbaren Beschleunigung ausgegangen. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Abweichung der Raddrehzahlen der Räder an der zumindest einen Achse, vorzugsweise der Vorderachse erfasst wird. Es hat sich gezeigt, dass hier ein Schwellwert im Bereich von 1 bis 3%, vorzugsweise 2% Abweichung toleriert werden kann, um mit ausreichender Sicherheit davon ausgehen zu können, dass im Sinne einer Geradeausfahrt eine gleiche Drehzahl der Räder vorliegt.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn auch für die Erfassung des Lenkradwinkels ein Schwellwert berücksichtigt wird. Von einem tatsächlichen beabsichtigten Drehen des Lenkrads zum Kompensieren kann ausreichend sicher ausgegangen werden, wenn der Lenkradwinkel den Schwellwert von 3° bis 6°, vorzugsweise 5° ausgehend von der Null-Position des Lenkrads überschreitet. Es kann somit zunehmend genauer davon ausgegangen werden, dass die Fahrzeugbewegung einer kompensierten Geradeausbewegung entspricht.
Um den ersten Fahrzeugzustand der kompensierten Geradeausfahrt noch sicherer zu bestimmen, können alternativ oder zusätzlich weitere Parameter im Schritt des Ermittelns der Fahrzeugbewegung erfasst und berücksichtigt werden. Nachfolgend sind diese im Sinne einer nicht als abgeschlossen zu betrachtenden Liste aufgeführt.
• Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads, insbesondere oberhalb eines Schwellwerts, bevorzugt kleiner oder gleich 507s und/oder
• Querbeschleunigung des Fahrzeugs, insbesondere oberhalb eines Schwellwertes, bevorzugt kleiner oder gleich 2m/s2 und/oder
• Längsbeschleunigung des Fahrzeugs, insbesondere oberhalb eines Schwellwertes, bevorzugt kleiner oder gleich 2m/s2 und/oder
• Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs, insbesondere unterhalb eines Schwellwerts, bevorzugt kleiner oder gleich 2m/s2 und/oder
• Geschwindigkeit des Fahrzeugs, insbesondere oberhalb eines Schwellwerts, bevorzugt größer oder gleich 10km/h.
Des Weiteren kann vorteilhaft berücksichtigt werden der Status eines ABS (Anti-Blockiersystem: Berücksichtigung „Bremse einzelner Räder nicht betätigt“ bzw. ABS nicht im Eingriff) und/oder der Status eines ESP (Elektronisches Stabilitäts Programm: Berücksichtigung „Fahrzeug unterliegt keiner Gierbewegung“ und/oder Bremsen einzelner Räder bzw. ESP im Eingriff).
Die Ermittlung der Fahrzeugbewegung soll eine genaue Bestimmung des ersten Fahrzeugzustands einer kompensierten Geradeausfahrt sicher ermöglichen. Es hat sich gezeigt, dass die Bestimmung immer genauer wird, je mehr der genannten Parameter bzw. Zustände erfasst werden. Eine Auswertung wird nach einer UND-Verknüpfung der vorliegenden Zustände und Parameter in einer entsprechenden Einheit eines Steuergerätes ausgeführt. Treffen alle Zustände zu (sind sämtliche Schwellwerte eingehalten und die abgefragten Zustände treffen zu), so wird eine kompensierte Geradeausfahrt und damit der erste Fahrzeugzustand zielsicher erkannt. Ein Aufsummieren zur Bildung des Offset-Integrals wird dann in einer entsprechenden Einheit des Steuergeräts vorgenommen. Es ist damit sichergestellt, dass nur im Falle der kompensierten Geradeausfahrt eine Offset-Integralbildung vorgenommen wird.
Mittels des Verfahrens soll eine Fehlstellung an zumindest einem Aktuator der Hinterachslenkung erkannt werden. Das Verfahren soll robust sein gegen Einflüsse, die eine Auswertung erschweren können. Es soll verhindert werden, dass fälschlicher Weise aufgrund von Quereinflüssen, wie oben beschrieben, z.B. Seitenwind o.ä. eine Fehlstellung erkannt bzw. angezeigt wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können zusätzlich und in Abhängigkeit eines weiteren Fahrzeugzustands, welcher verschieden von dem ersten Fahrzeugzustand (kompensierte Geradeausfahrt) ist, Maßnahmen getroffen werden, die eine Fehlinterpretation weiter ausschließen. Hierzu wird in vorteilhafter Weise neben dem stattfindenden Aufsummieren und Vergleichen mit dem ersten Schwellwert bei kompensierter Geradeausfahrt ein Ab- klingwert von dem momentanen Offset-Integral subtrahiert. Dieses Subtrahieren wird bevorzugt in Intervallen, insbesondere zyklisch, bevorzugt in Intervallen von 5 bis 40 ms, höchst vorzugsweise 10 bis 20ms, vorgenommen. Mit anderen Worten wird bei einer kompensierten Geradeausfahrt aufsummiert und während der gefahrenen Abschnitte, welche sich von der erfassten kompensierten Geradeausfahrt unterscheiden, z.B. eine Kurvenfahrt o.ä., ein Abklingwert schrittweise subtrahiert. Der Abklingwert wird je nach Fahrzeugflotte bzw. Fahrzeug empirisch ermittelt. So wurde für herkömmliche Pkw beispielweise ein Abklingwert von 3 bis 6, bevorzugt 4 ermittelt, welcher jeweils zyklisch von dem momentanen Offset-Integral subtrahiert wird. Es hat sich des Weiteren gezeigt, dass es von Vorteil ist, wenn der Abklingwert reduziert wird, je weiter sich das Offset-Integral dem ersten Schwellwert nähert. Zu bevorzugen ist ein Modell aus drei Schwellwerten, wobei bei Erreichen eines bzgl. des Offset-Integrals zweiten Schwellwertes der Abklingwert weiter reduziert wird, bevorzugt halbiert wird und bei Erreichen eines dritten Schwellwertes nochmals reduziert wird, bevorzugt nochmals halbiert wird. Ist der erste Schwellwert überschritten, so wird der Abklingwert auf einen Wert nahe Null, z.B. 0,05 abgesenkt. Hierdurch kann weiter verbessert werden, dass lediglich tatsächliche Fehler detektiert werden ohne eine Reduzierung der Sensitivität des Verfahrens.
Neben der Genauigkeit und der Robustheit des Verfahrens sind Maßnahmen möglich, um die benötigte Zeit für die Ermittlung der kompensierten Geradeausfahrt zu reduzieren, insbesondere bei hohen Abweichungen des Aktuators, welche einen großen Lenkradwinkel bzw. große Offsetwerte benötigen. Hierzu wird bei Vorliegen des ersten Fahrzeugzustands, einem erfassten Lenkradwinkel im Bereich von 6° bis 15°, vorzugweise größer 8°, und einem Unterschreiten einer Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads im Bereich von 0,4 bis 0,8 7s, vorzugsweise kleiner 0,57s und bevorzugt unter Berücksichtigung einer Positionsinformation des Aktuators (act_pos), wenn die Position der Lenkstange in einem Bereich - 0,3<act_pos<0,3 mm, bevorzugt in einem Bereich - 0,1 <act_pos<0,1 mm liegt, ein Produkt aus einem Verstärkungsfaktor und dem Lenkradwinkel in das Offset-Integral aufsummiert. Das Offset-Integral füllt sich dann schneller und eine große Abweichung bzw. Fehlstellung des Aktuators wird schneller erkannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann nach dem Erkennen eines Fehlerzustands ermöglicht werden, dass die Abweichung des Aktuators zurückgeführt wird, so dass der Aktuator wieder verlässlich einen erwarteten Radlenkwinkel einstellen kann. Mit anderen Worten kann mittels dieser Ausführung eine Rückstellung des Aktuators in der Weise erfolgen, dass der Aktuator wieder die beabsichtigten bzw. erwarteten Lenkradwinkel einstellen kann. Dieser Vorgang wird auch als (Re-) Initialisierung bezeichnet. Hierzu können beispielsweise Informationen aus sogenannten Vehicle Level Sensors genutzt werden, um einen Schiefstand zu detektieren (Fahren auf schiefer Ebene, Schrägstand der Karosserie, z.B. unterschiedliche Einfederung linker zu rechter Seite) und dadurch hervorgerufene Einflüsse auf das Verfahren. Hierfür kann beispielsweise die anhand der erfassten Lenkradwinkel ermittelte Abweichung in eine Regelschleife rückgeführt werden, um den Offsetfehler des Aktuators der Hinterachslenkung langsam, das heißt allmählich, zu kompensieren. Das bietet den Vorteil, dass eine Fehlstellung der Räder direkt behoben und die Sicherheit des Fahrzeugs dadurch erhöht werden kann. Optional kann hierbei auch ein Be- obachter/Modell genutzt werden, welches zusätzlich oder alternativ zu dem vorgestellten Verfahren die Abweichung detektieren kann. Das Modell würde u.a. auf Basis der einzelnen Raddrehzahlen sowie des Radlenkwinkels an der Vorderachse den benötigten Radlenkwinkel an der Hinterradachse berechnen. Weicht dieser von dem Wert ab, welcher der Aktuator der Hinterachslenkung eingestellt hat, kann ein Sicherheitsstatus gesetzt werden und ggfs. ein Warnhinweis an den Fahrer ausgegeben werden. Der unerwartete Radlenkwinkel an der Hinterachse kann dann auf einen sinnvollen Wert zurückgeführt werden. Die Rückführung der Spindel bzw. Lenkstange kann in sinnvollen kleinen Stufen von z.B. 0,1 ° pro Intervall der Rückführung vorgenommen werden. Mit anderen Worten wird der Aktuator der Hinterachslenkung derart zurückgestellt, dass seine Nullposition dem tatsächlichen Radlenkwinkel von 0° für die normale Geradeausfahrt entlang der Längsachse des Fahrzeugs entspricht. Der Aktuator kann bei Erreichen der Nullposition re-initialisiert werden. Dies kann insbesondere für eine Steer-by-wire-Lenkung wichtig sein, vor allem bei Systemstarts nach Abstellen und Neustarten des Fahrzeugs sowie Fehlern, z.B. in der Spannungsversorgung, und einem Notbetrieb.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen und anzusteuern bzw. umzusetzen.
Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Eine solche Vorrichtung kann als ein Steuergerät als Teil des zumindest einen Aktuators oder zumindest Teil eines zentralen Steuergerätes eines Fahrzeugs sein.
Zudem wird eine Steer-by-wire-Lenkung für ein Fahrzeug, insbesondere eine Hinterachslenkung vorgestellt, wobei die Steer-by-wire-Lenkung eine zuvor vorgestellte Vorrichtung aufweist. Mit dieser Kombination einer Steer-by-wire-Lenkung, insbesondere Hinterachslenkung und einer Vorrichtung zum Steuern des vorangehend beschriebenen Verfahrens, können vorteilhafterweise alle zuvor genannten Vorteile in einfacher Weise umgesetzt werden.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Steer-by-wire-Len- kung;
Fig. 2 eine weitere Darstellung des Fahrzeugs gern. Fig.1 in Geradeausfahrt;
Fig. 3 eine weitere Darstellung des Fahrzeugs gern. Fig.1 oder 1 mit einem Stellfehler an der Hinterachse
Fig. 4 eine weitere Darstellung des Fahrzeugs gern. Fig.2 bei kompensierter Geradeausfahrt
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Steer-by-wire-Len- kung eines Fahrzeugs
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Figur 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 mit Steer-by-wire-Lenkung mit einer lenkbaren Vorderachse 21 und einer lenkbaren Hinterachse 31 . Zum Lenken der Räder 2 an der Vorderachse 21 ist ein Aktuator 4 vorgesehen, welcher über ein Lenkgestänge 41 einen Radlenkwinkel einstellen bzw. ändern kann. Ein eingestellter Radlenkwinkel 6vi ist am rechten Rad 2 in der Figur 1 beispielhaft gezeigt. An der Hinterachse 31 sorgt ein Aktuator 5 über ein Lenkgestänge 51 für das Einstellen bzw. Ändern der Radlenkwinkel 6h an den hinteren Rädern 3 (beispielhaft am linken hinteren Rad gezeigt). Der in Fig. 1 beispielhaft in Details dargestellte Aktuator 5 weist ein Gehäuse 56 auf, in welchem eine Spindel 52 in Funktion einer Lenkstange translatorisch verlagerbar gelagert ist. Eine Spindelmutter 53 wird hierzu von einem Elektromotor 54 drehbar bzw. rotatorisch angetrieben und ist hierzu ortsfest in dem Gehäuse 56 drehbar gelagert. Die Spindelmutter 53 weist ein (nicht dargestelltes) Innengewinde auf, welches mit einem (nicht dargestellten) Außengewinde der Spindel 52 in Eingriff ist und ein Bewegungsgewinde ausbildet. Die rotatorische Drehbewegung des Elektromotors 54 wird durch das Bewegungsgewinde in die translatorische Verlagerung bzw. Bewegung der Spindel 52 umgewandelt. Die Spindel 52 ist mit dem oben genannten Lenkgestänge 51 gekoppelt und bewirkt bei deren Verlagerung eine Änderung des Radlenkwinkels 6h. Die Position der Spindel 52 lässt sich in Kenntnis der Übersetzung des Antriebs bzw. Getriebes von dem Elektromotor 54 mittels der Spindelmutter 53 auf die Spindel 52 mittels eines Rotorlagesensors 55 erfassen. Mit anderen Worten lässt sich mittels der bekannten Übersetzung des Getriebes und des Rotations-ZTranslationswandlers mittels des Rotorlagesensors 55, welcher bevorzugt als ein sogenannter Multiturnsensor am Rotor des Elektromotors 54 ausgebildet ist, der eingestellte Radlenkwinkel berechnen. Die zu dem Aktuator 5 beschriebenen Details gelten im Prinzip auch für den Aktuator 4. In den weiteren Figuren 2-4 sind bei gleichen Bauteilen die Bezugszeichen für die oben genannten Bauteile des Aktuators 5 nicht nochmals dargestellt.
In der gezeigten Ausführung in Fig.1 sind die Räder an der Vorderachse 21 und der Hinterachse 31 gegensinnig gelenkt, so dass sich bei niedriger Geschwindigkeit von z.B. kleiner 50 km/h vorteilhaft ein reduzierter Wendekreis und eine verbesserte Parkiermöglichkeit ergibt gegenüber Fahrzeugen, welche lediglich eine gelenkte (Vorder-) Achse aufweisen. Auch lassen sich mit zwei gelenkten Achsen vorteilhaft verbessert automatisierte Fahrten agiler ausführen. Der Fahrer gibt seine Lenkabsicht grundsätzlich über ein Lenkrad 14 ein, wobei der Lenkradwinkel LRW über eine Sensoreinheit erfasst wird und nach Berechnung der Radlenkwinkel mittels eines Steuergerätes SG über eine Signalleitung an den Aktuator 4 und/oder Aktuator 5 geleitet wird, welche den Radlenkwinkel an der Vorderachse 21 und/oder an der Hinterachse 31 einstellt. Die Sensoreinheit zur Übermittlung des jeweiligen Lenkradwinkels LRW/LRW_mom ist über ein Bussystem 10 mit dem Steuergerät SG der Steer-by- wire-Lenkung bzw. den Aktuatoren 4, 5 elektrisch verbunden. Das Bussystem 10 ist beispielsweise ein CAN-Bus oder auch ein Flexray Bus o.ä. Über das Bussystem sind Funktionen für ein Fahrerassistenzsystem autonomes Fahren (ADAS), Korrekturfunktionen zur Begrenzung eines maximalen Lenkwinkels, ein Parkierassistent zum automatisierten Parkieren oder auch eine (hier gezeigte) elektronische Stabilitätskontrolle ESP etc. elektrisch mittels des Steuergeräts SG und der Steer-by-wire- Lenkung mittels der zugehörigen Aktuatoren 4, 5 möglich. Das Steuergerät SG ist mit einer Einheit versehen, welche ein Verfahren mittels eines Computerprogramms ausführen und auf dem Signalweg die Aktuatoren 4, 5 ansteuern kann, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Speichermedium als Teil des Steuergeräts SG gespeichert ist.
Eine in dem Schwerpunkt G des Fahrzeugs gemessene Giergeschwindigkeit yaw_v wird über einen geeigneten Sensor (Drehratensensor) im Schwerpunkt des Fahrzeugs 1 ermittelt und von der elektronischen Stabilitätskontrolle ESP erfasst bzw. ausgewertet. An äußeren Enden des Fahrzeugs 1 sind Sensoren S angeordnet, die einer Sensorik zugeordnet sind und welche zur Fahrzeugumfelderkennung dienen. Es kann sich hierbei um Temperatursensoren, z.B. um optische Sensoren, die beispielsweise eine Kamera umfassen, oder auch um LiDAR oder Radar handeln, die zur Temperatur-, Abstands- oder auch optischen Erfassung, beispielsweise der Fahrbahn, geeignet sind. Es können somit Wetterbedingungen, wie Feuchtigkeit oder die Temperatur auf der Fahrbahn etc. erfasst und dem Steuergerät SG zugeführt werden. Das Fahrzeug gem. Fig.1 folgt einer Trajektorie T, die in der Figur 1 ebenfalls am vorderen Ende des Fahrzeugs in dessen Fahrtrichtung schematisch dargestellt ist. Entsprechend der Radstellungen der Räder 2, 3 an der Vorderachse 21 und an der Hinterachse 31 entspricht die Trajektorie T einer Linkskurve. Hierzu sind die Vorderräder 2 nach links und die Hinterräder 3 nach rechts eingeschlagen.
Soll nun tatsächlich geradeaus gefahren werden (Fahrzeug fährt entlang der Längsachse und folgt einer gewünschten Trajektorie „Geradeaus“), so stellt der Fahrer einen Lenkradwinkel von 0° ein, sodass die Räder 2 an der Vorderachse 21 und auch die Räder 3 an der Hinterachse 31 auf einen Radlenkwinkel von 0° eingestellt werden sollen (6V2 =0; 6h2 =0), wie dieses in Fig. 2 dargestellt ist. Bei ordnungsgemäßer Funktion der Aktuatoren 4, 5 wird hierzu aufgrund eines Stellsignals vom Steuergerät SG von beiden Aktuatoren 4, 5 deren bekannte Nullposition der Spindel 52 bzw. Lenkstange eingestellt. Dieses entspricht jeweils einem Radlenkwinkel von 0°. Das Fahrzeug 1 kann somit einer Trajektorie T für eine Geradeausfahrt entlang der Längsachse a wie beabsichtigt und in Fig.2 gezeigt folgen.
Gemäß Figur 3 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem eine Geradeausfahrt beabsichtigt ist, weshalb an der Vorderachse 21 übereinstimmend mit der Vorgabe des Fahrers am Lenkrad (Lenkradwinkel =0°) ein Radlenkwinkel von 0° an der Vorderachse eingestellt ist (6V3 =0). An der Hinterachse 31 jedoch ist ein Radlenkwinkel 6h3 (zur Verdeutlichung weitaus) größer als 0° eingestellt. Die Räder 3 an der Hinterachse 31 sind nach rechts eingeschlagen. Dieses kann sich ergeben, falls aufgrund eines Fehlers an dem Aktuator 5 der Hinterachse 31 die gespeicherte Nulllage nicht mit der tatsächlichen Nulllage (=Räder im Geradeausposition) übereinstimmt. Obwohl die Geradeausfahrt beabsichtigt ist, kann das Fahrzeug 1 aufgrund des eingestellten Radlenkwinkels 6V3=0° jedoch nicht geradeaus fahren. Es folgt stattdessen der angegebenen Trajektorie T im Sinne einer Linkskurve.
Um trotzdem geradeaus fahren zu können, wird bzw. muss der Fahrer gegenlenken und mittels des Lenkrades 14 an der Vorderachse 21 einen Radlenkwinkel 6v4 einstellen, der dem Radlenkwinkel 6h4 an der Hinterachse 31 entspricht. Dieses ist in Figur 4 dargestellt. In der gezeigten Situation hat der Fahrer an dem Lenkrad 14 nach rechts gedreht, wie durch den Pfeil dargestellt ist, um die Räder gleichsinnig zu den Rädern der Hinterachse zu verstellen. Es ergibt sich somit eine kompensierte Geradeausfahrt, bei der die Fehlstellung an dem Aktuator 5 zur Lenkung der Hinterachse 31 ausgeglichen wird. Dabei schließt die Längsachse a mit der tatsächlichen Fahrtrichtung gemäß der dargestellten Trajektorie T einen spitzen Winkel TT ein. Das Fahrzeug 1 bewegt sich mit der eingestellten Kompensation geradeaus. Jedoch bewegt sich das Fahrzeug nun in einem sogenannten Hundegang (schiebende Bewegung). Es ist offensichtlich, dass sich bei einer Geradeausfahrt die Räder 2, 3 mit einer zumindest annähernd gleichen Drehzahl drehen. Die Drehzahlen lassen sich z.B. mittels der an den Radträgem befindlichen ABS-Drehzahlsensoren erfassen. Der Lenkradwinkel LRW lässt sich mittels eines vorhandenen Sensors in der Lenksäule erfassen. Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Betreiben einer Steer- by-wire-Lenkung eines Fahrzeugs (1 ) gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Verfahren 200 ist mit einer Steer-by-wire-Lenkung ausgebildet als eine Hinterachslenkung mittels eines Aktuators 5 in einem Fahrzeug 1 durchführbar. In einem ersten Schritt werden mittels geeigneter Sensoren neben den momentanen Raddrehzahlen RDZ_mom der Räder 2, 3 an der Vorderachse 21 und an der Hinterachse 31 sowie dem momentanen Lenkradwinkel LRW_mom und der Lenkradwinkelgeschwindigkeit LRW_v weitere Parameter erfasst. Es werden die Längsbe- schleunigung ax sowie die Querbeschleunigung ay des Fahrzeugs und mittels des ESP die Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs yaw_v erfasst. Des Weiteren wird über das Antiblockiersystem ABS ermittelt, ob einzelne Räder gebremst werden, und es wird die Geschwindigkeit veh_v des Fahrzeugs ermittelt, welche hier bevorzugt aus den zuvor erfassten Raddrehzahlen errechnet wird. Ebenfalls erfasst wird die errechnete Position der Lenkstange (Spindel 52), welche sich unter Berücksichtigung des Rotorlagesensors 55 des Elektromotors 54 des Aktuators 5 ergibt. Hieraus lässt sich ein erwarteter Radlenkwinkel an der Hinterachse errechnen, welcher mittels des Aktuators 5 an der Hinterachse eingestellt werden soll. Die ermittelten Signale bzw. Daten werden von entsprechenden Sensoren über das Bussystem des Fahrzeugs (z. B. CAN- /Flexray o. ä. Bussysteme) an ein Steuergerät SG übermittelt bzw. das Steuergerät SG holt sich die ermittelten Signale bzw. Daten über das eingesetzte Bussystem. Das Steuergerät SG ist schematisch mit einer strichlinierten Umrandung dargestellt. Innerhalb des Steuergerätes SG wird zunächst festgestellt, ob die Parameter innerhalb der Grenzen bzw. Toleranzen der in dem Steuergerät SG hinterlegten Schwellwerte bzw. Toleranzen liegt (Schwellwerte und Toleranzen wurden oben bereits genannt und werden hier nicht nochmals aufgeführt). Dieses ist mit dem Schritt „True?“ dargestellt und entspricht einer und-Verknüpfung. Dieses ist notwendig bzw. wird hier angewendet, um die Fahrzeugbewegung unter Berücksichtigung der vorgenannten Parameter zu ermitteln. Liegt beispielsweise ein Lenkradwinkel LRW_mom von 5° vor und die weiteren Parameter treffen innerhalb der vorgenannten Grenzen zu, so ergibt sich bei der Ermittlung der Fahrzeugbewegung ein erster Fahrzeugzustand veh_comp1 einer kompensierten Geradeausfahrt des Fahrzeugs. Während des Vorliegens des ersten Fahrzeugzustands veh_comp1 wird der momentan vorliegende Lenkradwinkel LRW_mom aufsummiert und es wird ein Offset-Integral LRW_int gebildet, welches jeweils in Intervallen mit dem momentan vorliegenden Lenkradwinkel LRW_mom gefüllt wird. Nach der jeweiligen Addition wird überprüft, ob das Offset-Integral LRW_int einen ersten Schwellwert LRW_int_krit1 erreicht hat. Ist das der Fall, so wird von dem Steuergerät SG ein Status act_err bezüglich des beobachteten Aktuators 5 gesetzt. Das Erreichen des ersten Schwellwertes LRW_int_krit1 verifiziert, dass tatsächlich der erste Fahrzeugzustand veh_comp1 einer kompensierten Geradeausfahrt vorliegt. Der Status act_err repräsentiert somit eindeutig einen Fehlerzustand act_cond_err des Aktuators 5 zur Lenkung der Räder 2, 3 an der Hinterachse 31 . In Abhängigkeit von der Zeit, die benötigt wurde, um den ersten Schwellwert LRW_int_krit1 zu erreichen, wird von dem Steuergerät SG der Status act_err in einer Anzeige im Cockpit des Fahrzeugs dem Fahrer angezeigt. Alternativ oder zusätzlich kann die Lenkfunktion des Aktuators geändert werden. Es kann alternativ oder zusätzlich die Leistung (z.B. Einschränkung des maximal möglichen Stellwinkels) des Aktuators 5 verringert oder auch eine zumindest temporäre Abschaltung erfolgen. In Abhängigkeit des Status act_err kann auch eine Korrekturfunktion Corr für den Aktuator 5 ausgelöst werden. Ist beispielsweise eine z.B. geringe Abweichung des von dem Aktuator 5 eingestellten Radlenkwinkels detektiert worden, so kann in Intervallen mittels der Korrekturfunktion Corr ein allmähliches Rückstellen bzw. Rückführen des Aktuators 5 vorgenommen werden. Nach jedem Rückstellen wird durch die vorgenannten Schritte eine erneute Betrachtung der Fahrzeugbewegung und somit des von dem Aktuator 5 eingestellten und in diesem Zusammenhang erwarteten Radlenkwinkels vorgenommen. Ein festgestellter Fehler des Aktuators 5 kann somit innerhalb des Rahmens des Verfahrens selbsttätig korrigiert werden.
Ist der Lenkradwinkel LRW_mom beispielsweise 0° und die weiteren Parameter ergeben eine Geradeausfahrt, so wird von einer nicht kompensierten, also tatsächlichen Geradeausfahrt ausgegangen. Das Steuergerät erkennt eine ordnungsgemäße, d. h. normale Fahrzeugbewegung veh_norm. Bei dieser Fahrzeugbewegung und auch bei einer festgestellten Kurvenfahrt wird im Rahmen des Verfahrens ein Ab- klingwert subtrahiert. Dieses Subtrahieren wird bevorzugt in Intervallen, insbesondere zyklisch, bevorzugt in Intervallen von 10ms vorgenommen. Mit anderen Worten wird bei einer kompensierten Geradeausfahrt aufsummiert und während der gefahrenen Abschnitte, welche sich von der erfassten kompensierten Geradeausfahrt unterscheiden, z.B. eine Kurvenfahrt o.ä., der Abklingwert subtrahiert. Ein empirisch für einen herkömmlichen Pkw ermittelter Abklingwert von 4 wird somit jeweils von dem aktuellen Offset-Integral subtrahiert. Das Subtrahieren des Abklingwertes bewirkt, dass das Offset-Integral im laufenden Verfahren reduziert wird. Wie oben bereits gesagt, soll verhindert werden, dass fälschlicher Weise eine Fehlstellung des Aktuators erkannt wird. Durch das quasi stufenweise Subtrahieren wird dieses wirkungsvoll verhindert.
Bezugszeichen
1 Fahrzeug
2 Vorderrad
3 Hinterrad
4 Aktuator Vorderachslenkung
5 Aktuator Hinterachslenkung
10 Bussystem
14 Lenkrad
21 Vorderachse
31 Hinterachse
41 Lenkgestänge
51 Lenkgestänge
52 Spindel, Lenkstange
53 Spindelmutter
54 Elektromotor
55 Rotorlagesensor
56 Gehäuse
60 Anzeige
200 Verfahren zum Betreiben einer Steer-by-wire-Lenkung a Längsachse ax Längsbeschleunigung ay Querbeschleunigung act_err Status Aktuator act_cond_err Fehlerzustand Aktuator act_pos Positionsinformation (d. Aktuators) ABS Antiblockiersystem
Corr Korrekturfunktion
ESP Elektronisches Stabilitäts Programm
G Schwerpunkt
LRW Lenkradwinkel
LRW_Corr_sub Abklingwert LRW_mom momentaner Lenkradwinkel LRWJnt Offset-Integral
LRW_int_krit_1 erster Schwellwert Offset
LRW_int_krit_2 zweiter Schwellwert Offset
LRW int krit 1 zweiter Schwellwert Offset
LRW_v Lenkradwinkelgeschwindigkeit
RDZ Raddrehzahl
RDZ_mom momentane Raddrehzahl
SG Steuergerät
S Sensorik t Zeitdauer
T Trajektorie
TT Winkel (bei kompensierter Geradeausfahrt) veh_v Geschwindigkeit Fahrzeug veh_mv_mom momentane Fahrzeugbewegung veh_comp1 erster Fahrzeugzustand (kompensierte Geradeausfahrt) veh_norm weiterer Fahrzeugzustand yaw_v Giergeschwindigkeit
6vi Radlenkwinkel Vorderachse
6hi Radlenkwinkel Hinterachse
6V2 Radlenkwinkel Vorderachse
6h2 Radlenkwinkel Hinterachse
6V3 Radlenkwinkel Vorderachse
6h3 Radlenkwinkel Hinterachse
6V4 Radlenkwinkel Vorderachse
6h4 Radlenkwinkel Hinterachse

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren (200) zum Betreiben einer Steer-by-wire-Lenkung eines Fahrzeugs (1 ) zum Lenken von Rädern (2, 3) zumindest einer Hinterachse (31 ) mittels zumindest eines Aktuators (5), wobei das Verfahren (200) durch zumindest folgende Schritte gekennzeichnet ist
• Erfassen von Raddrehzahlen (RDZ_mom) an Rädern (2, 3) der Vorderachse (21 ) und/oder der Hinterachse (31 ),
• Erfassen eines Lenkradwinkels (LRW_mom),
• Ermitteln einer Fahrzeugbewegung unter Berücksichtigung zumindest der Raddrehzahlen (RDZ_mom) und des Lenkradwinkels (LRW_mom) repräsentierend einen ersten Fahrzeugzustand (veh_comp1 ) einer kompensierten Geradeausfahrt des Fahrzeugs (1 ),
• Aufsummieren des jeweils erfassten Lenkradwinkels (LRW_mom) nach der Zeit (t) in Abhängigkeit des ersten Fahrzeugzustands (veh_comp1 ) zur Bildung eines Offset-Integrals (LRWJnt),
• Vergleichen des Offset-Integrals (LRWJnt) mit zumindest einem ersten Schwellwert (LRW_int_krit1 ), wobei bei Erreichen des ersten Schwellwerts (LRW_int_krit1 ) ein Status (act_err) des zumindest einen Aktuators (5) gesetzt wird, welcher einen Fehlerzustand (act_cond_err) des Aktuators (5) repräsentiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des erkannten Aktuatorzustands (act_cond_err) und der Zeitdauer (t) bis zum Erreichen des ersten Schwellwertes (LRW_int_krit1 ) zumindest der Status (act_err) des Aktuators in einer Anzeigeeinheit des Fahrzeugs (1 ) ausgegeben wird und/oder eine Lenkfunktion der Steer-by-wire-Lenkung zumindest für den Aktuator (5) der Hinterachse (31) geändert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns der Fahrzeugbewegung berücksichtigt wird:
• ob die Räder (2, 3) einer Beschleunigung unterhalb eines Schwellwertes unterliegen, wobei der Schwellwert im Bereich von 4,5 bis 6 m/s2 liegt, vorzugsweise kleiner oder gleich 5,5 m/s2 ist und/oder
• ob eine Abweichung der Raddrehzahlen (RDZ_mom) der Räder (2, 3) zumindest einer Achse (21 , 31 ) unterhalb eines Schwellwerts von 1 bis 3%, vorzugweise 2% liegt und/oder
• ob der Lenkradwinkel (LRW) gleich oder größer eines Schwellwerts von 3° bis 6°, vorzugsweise gleich oder größer 5° berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des ersten Fahrzeugzustands (veh_comp1 ) zur Ermittlung der Fahrzeugbewegung zumindest weitere Parameter erfasst und berücksichtigt werden:
• Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads, insbesondere oberhalb eines Schwellwerts, bevorzugt kleiner oder gleich 507s und/oder
• Querbeschleunigung (ay) des Fahrzeugs (1 ), insbesondere oberhalb eines Schwellwertes, bevorzugt kleiner oder gleich 2m/s2 und/oder
• Längsbeschleunigung (ax) des Fahrzeugs (1 ), insbesondere oberhalb eines Schwellwertes, bevorzugt kleiner oder gleich 2m/s2 und/oder
• Giergeschwindigkeit (yaw_v) des Fahrzeugs (1 ), insbesondere unterhalb eines Schwellwerts, bevorzugt kleiner oder gleich 2m/s2 und/oder
• Geschwindigkeit (veh_v) des Fahrzeugs (1 ), insbesondere oberhalb eines Schwellwerts, bevorzugt größer oder gleich 10km/h und/oder
• Status eines ABS, um festzustellen, ob aktiv und/oder einzelne Räder gebremst werden und/oder
• Status eines ESP, um aktiv und/oder eine Gierbewegung festzustellen und/oder einzelne Räder gebremst werden
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit eines vorliegenden weiteren Fahrzeugzustands (veh_norm), welcher verschieden von dem ersten Fahrzeugzustand (veh_comp1 ) ist, ein Subtrahieren eines Abklingwertes (LRW_corr_sub) von dem momentanen Offset-Integral (LRWJnt) in Intervallen, insbesondere zyklisch, vorgenommen wird, wobei der Abklingwert (LRW_corr_sub) bei Erreichen eines bzgl. des Offset-Integrals zweiten Schwellwertes (LRW_int_krit2) reduziert und bei Erreichen eines dritten Schwellwertes (LRW_int_krit3) weiter reduziert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen des ersten Fahrzeugzustands (veh_comp1 ), einem erfassten Lenkradwinkel (LRW_mom) im Bereich von 6° bis 15°, vorzugweise größer 8°, und einem Unterschreiten einer Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads im Bereich von 0,4 bis 0,8 7s, vorzugsweise kleiner 0,57s und unter Berücksichtigung der Positionsinformation (act_pos) des Aktuators, wenn die Position der Lenkstange bevorzugt in einem Bereich (- 0,1 <act_pos<0,1 ) mm liegt, ein Produkt aus einem Verstärkungsfaktor und dem Lenkradwinkel (LRW_mom) in das Offset-Integral aufsummiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund des erkannten Fehlerzustands (act_cond_err) ein schrittweises Ändern des Radlenkwinkels an der Hinterachse vorgenommen wird, wobei hierzu die Position der Lenkstange des Aktuators schrittweise geändert wird unter Berücksichtigung des Offset-Integrals (LRWJnt) und des erfassten Lenkradwinkels (LRW_mom) sowie der Positionsinformation des Aktuators (1 ).
8. Vorrichtung (SG), die eingerichtet ist, das Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und die Steer-by-wire-Lenkung, zumindest ausgebildet alseine Hinterachslenkung, entsprechend anzusteuern.
9. Steer-by-wire-Lenkung für ein Fahrzeug (1 ), zumindest ausgebildet als Hinterachslenkung, welches gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 8 betrieben wird.
10. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7 auszuführen, wenn das Programm auf einem Computer, insbesondere auf dem Steuergerät (SG) nach Anspruch 8 ausgeführt wird.
11 . Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.
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