DE102015005020A1

DE102015005020A1 - Lenkvorrichtung für ein zweispuriges Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015005020A1
Application number: DE102015005020.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Loos; Peter Kunsch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2035-04-21
Also published as: DE102015005020B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein zweispuriges Fahrzeug, mit einer Lenkhandhabe (10), die Bestandteil eines Steer-by-wire-Lenksystems (9) ist, mit einem von der Lenkhandhabe (10) mechanisch entkoppelten Lenkgetriebeaktor (15), mit einem Lenksensor, der eine Drehposition und/oder eine Drehbetätigung (L1) der Lenkhandhabe (10) als einen Lenkbefehl erfasst, mit einem elektronischen Steuergerät (13), mit dem in Abhängigkeit vom erfassten Lenkbefehl der Lenkgetriebeaktor (15) zur Einstellung eines Fahrzeugrad-Lenkwinkels elektrisch ansteuerbar ist, mit einem Handaktor (17), mit dem eine Kraft-/Wegansteuerung des Lenkrads (10) durchführbar ist, um dem Fahrer eine haptische Rückmeldung über den Lenkvorgang zu vermitteln, und mit einer im Normalbetrieb geöffneten Kupplung (8), die bei einer Störung (S) im Steer-by-wire-Lenksystem (9) für eine mechanische Verbindung der Lenkhandhabe (10) und des Lenkgetriebes (11) schließbar ist, so dass das Fahrzeug auch bei defektem Steer-by-wire-Lenksystem (9) lenkfähig bleibt. Erfindungsgemäß weist das elektrische Steuergerät (13) eine Auswerteeinheit (19) auf, die bei Erfassung der Störung (S) im Steer-by-wire-Lenksystem (9) den Handaktor (17) mit einem, insbesondere zur Lenkbetätigung des Fahrers gleichsinnigen Unterstützungsmoment (MU) ansteuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein zweispuriges Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Lenkung eines solchen Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.
Eine solche Lenkvorrichtung weist ein Steer-by-wire-Lenksystem auf, bei dem keine mechanische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und dem Lenkgetriebe vorhanden ist. Bei dem Steer-by-wire-Lenksystem ist eine vollständige elektronische Kraft- und Wegansteuerung von sowohl der Lenkhandhabe als auch den gelenkten Fahrzeugrädern realisiert. Hierzu weist das Lenksystem unter anderen einen Lenksensor, der die Drehposition und/oder eine Drehbetätigung der Lenkhandhabe als einen Lenkbefehl erfasst, und ein Steuergerät auf, mit dem in Abhängigkeit von dem erfassten Lenkbefehl ein elektromechanischer Lenkgetriebeaktor elektrisch ansteuerbar ist, um den jeweiligen Lenkwinkel der gelenkten Fahrzeugräder einzustellen. Zudem ist ein weiterer elektromechanischer Handaktor vorgesehen, mit dem eine Kraft-/Wegansteuerung der Lenkhandhabe erfolgt, um dem Fahrer eine haptische Rückmeldung vom vorgenommenen Lenkvorgang bereitzustellen.
Aus der DE 603 11 602 T2 eine solche gattungsgemäße Lenkvorrichtung mit einem Steer-by-wire-Lenksystem bekannt. Die Lenkvorrichtung weist zusätzlich noch eine im Normalbetrieb geöffnete Kupplung auf, die bei einer Störung im Steer-by-wire-Lenksystem schließbar ist, um eine mechanische Verbindung, das heißt einen mechanischen Pfad, von der Lenkhandhabe zum Lenkgetriebe bereitzustellen, so dass das Fahrzeug auch bei defektem Steer-by-wire-Lenksystem lenkfähig bleibt.
Der Handaktor des Steer-by-wire-Lenksystems wirkt als ein Force-Feedback-Aktor, der in Abhängigkeit von der fahrerseitigen Lenkbetätigung ein, der Lenkbetätigung entgegengerichtetes Gegenmoment auf die Lenkhandhabe ausübt. Im oben angedeuteten Störfall bleibt dagegen der Handaktor funktionslos. Die Kräfte, die der Fahrer bei einem solchen Störfall zum Lenken benötigt, sind in der Regel sehr hoch. Zudem steht bei einem Fahrzeug, das in einem autonomen Fahrmodus betrieben wird, der Fahrer ab einem gewissen Automatisierungsgrad nicht mehr unmittelbar als eine Rückfallebene zur Verfügung, so dass das Fahrzeug bei einem Ausfall des Lenkgetriebes über keine Querführung, das heißt Lenkung, mehr verfügt. Da der Fahrer nicht unmittelbar eingreifen kann, besteht die Gefahr, dass das Fahrzeug zumindest temporär ohne Querführung nicht mehr kontrollierbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lenkvorrichtung für ein zweispuriges Fahrzeug oder ein Verfahren zur Lenkung eines solchen Fahrzeugs bereitzustellen, bei dem auch bei einer Störung des Steer-by-wire-Lenksystems eine betriebssichere und/oder komfortable Lenkbetätigung in einfacher Weise ermöglicht ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 6 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im Stand der Technik bei einer Störung im Steer-by-wire-Lenksystem der Handaktor funktionslos verbleibt. Im Unterschied dazu ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das elektronische Steuergerät mit einer Auswerteeinheit versehen, die bei Erfassung der Störung im Steer-by-wire-Lenksystem den Handaktor ansteuert. In einem solchen Störbetrieb wird jedoch der Handaktor nicht mehr mit einem, der Fahrerlenkbetätigung entgegengerichteten Gegenmoment beaufschlagt (für die im Normalbetrieb erforderliche haptische Rückmeldung), sondern vielmehr mit einem zur Fahrer-Lenkbetätigung gleichsinnigen Unterstützungsmoment angesteuert. Auf diese Weise wird die Kraft, die der Fahrer im Störbetrieb zum Lenken benötigt, reduziert, wodurch sich die Lenkbarkeit im Falle einer solchen Störung erheblich verbessert.
Als Störung im Steer-by-wire-Lenksystem sind insbesondere Defekte in der Sensortechnik, in der Signalübertragungstechnik und/oder in der Signalverarbeitung des Steer-by-wire-Lenksystems zu verstehen, in welchen Fällen die Funktionsfähigkeit des Handaktors nicht beeinträchtigt ist.
Um die Lenkbarkeit im Fehlerfall weiter zu verbessern, kann mit Hilfe der Auswerteeinheit das Unterstützungsmoment in Abhängigkeit von der Größe auf die Lenkhandhabe aufgebrachten Lenkmomentes insbesondere proportional variiert werden. Zur weiteren Steigerung der Lenkbarkeit im Fehlerfall kann die Auswerteeinheit des elektronischen Steuergerätes zudem den Lenkgetriebeaktor funktionslos schalten, wodurch dieser keine Lenkmomente mehr auf das Lenkgetriebe übertragen kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Lenkgetriebeaktor des Steer-by-wire-Lenksystems zusätzlich Bestandteil einer Fahrerassistenzregelung sein, mit der das Fahrzeug in einem autonomen Fahrmodus, das heißt zumindest weitgehend ohne Fahrereingriff, betrieben werden kann. Die Fahrerassistenzregelung kann eine Regeleinheit aufweisen, die im autonomen Fahrmodus in Abhängigkeit einer Vielzahl von Eingangsparametern einen Lenkbefehl generiert, mit dem der Lenkgetriebeaktor des Steer-by-wire-Lenksystems angesteuert wird, um den Fahrzeugrad-Lenkwinkel ohne Fahrereingriff einzustellen.
Bei einem solchen autonomen Fahrmodus steht der Fahrer ab einem gewissen Automatisierungsgrad nicht mehr unmittelbar als eine Rückfallebene zur Verfügung, so dass die Gefahr besteht, dass das Fahrzeug zumindest temporär ohne Querführung nicht kontrollierbar ist. Vor diesem Hintergrund kann die Auswerteeinheit bei Erfassung der Störung im Steer-by-wire-Lenksystem den Signalpfad des von der Regeleinheit generierten Lenkbefehls ändern, und zwar dahingehend, dass bei erfasster Störung nicht mehr unmittelbar der Lenkgetriebeaktor angesteuert wird, sondern vielmehr der Handaktor, während der Lenkgetriebeaktor funktionslos geschaltet wird. Auf diese Weise ist im Störfall der Handaktor als ein Ersatz für den Lenkgetriebeaktor verwendbar. Der Handaktor kann über die geschlossene Kupplung sowie die Lenkwelle des Fahrzeugrad-Lenkwinkel einstellen, wodurch das Fahrzeug durchgängig lenkbar bleibt, und zwar auch bei dem oben definierten Störfall.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile sind nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 in einem schematischen Blockschaltdiagramm die Lenkvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
2 in einer Ansicht entsprechend der 1 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die 1 und 2 sind im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher sind die Figuren lediglich grob vereinfachte Darstellungen, die keinen realitätsgetreuen Aufbau des Lenksystems oder einer Fahrerassistenzregelung wiedergeben. In der 1 weist das Fahrzeug rein exemplarisch eine Brennkraftmaschine 1 auf, die über ein Getriebe 3 auf ein Achsdifferenzial 5 abtreibt, dass mit den Fahrzeugvorderrädern 7 in angedeuteter trieblicher Verbindung ist. Die Brennkraftmaschine 1 wird in gängiger Praxis über ein nicht gezeigtes Motorsteuergerät mit einer fahrerseitigen Sollmoment-Vorgabe angesteuert. Alternativ dazu kann das Antriebsaggregat auch eine Elektromaschine aufweisen.
Das Fahrzeug weist ein Steer-by-wire Lenksystem 9 auf, dessen Lenkrad 10 im Normalbetrieb ohne mechanische Verbindung zu einem mit den gelenkten Fahrzeugrädern 7 gekoppelten Lenkgetriebe 11 ist. Anstelle einer solchen mechanischen Verbindung werden im Lenksystem 9 Lenkbefehle L₁ des Fahrers in einem elektronischen Steuergerät 13 verarbeitet, das in Abhängigkeit davon einen mechanisch vom Lenkrad 10 entkoppelten Lenkgetriebeaktor 15 elektrisch ansteuert. Der Lenkgetriebeaktor 15 ist in nicht dargestellter trieblicher Verbindung mit dem Lenkgetriebe 17, um eine fahrerseitig gewünschte Einstellung des Lenkwinkels der gelenkten Fahrzeugräder 7 durchzuführen. Dem Steuergerät 13 ist zudem ein Lenksensor zugeordnet, der eine Drehbetätigung des Lenkrads 10 als einen fahrerseitigen Lenkbefehl L₁ erfasst. In Abhängigkeit davon wird der oben erwähnte Lenkgetriebeaktor 15 angesteuert. Zudem ist ein Handaktor 17 vorgesehen, mit dem eine Kraft-/Wegansteuerung des Lenkrads 10 durchführbar ist, um dem Fahrer eine haptische Rückmeldung über den Lenkvorgang zu vermitteln.
Zwischen den beiden Lenkwellenabschnitten 4, 6 ist in der 1 eine Kupplung 8 zwischengeordnet, die von dem elektronischen Steuergerät 13 ansteuerbar ist. Im Normalbetrieb ist die Kupplung 8 geöffnet. Im Falle einer Störung S im Steer-by-wire-Lenksystem wird die Kupplung 8 vom elektronischen Steuergerät 13 geschlossen, um eine mechanische Ersatzlenkung bereitzustellen, die als Rückfallebene bei defektem Steer-by-wire-Lenksystem 9 dient. Als Störung des Steer-by-wire-Lenksystems ist im vorliegenden Fall ein Defekt in der Sensortechnik, der Signalübertragungstechnik und/oder der Signalverarbeitungstechnik zu verstehen.
Im Normalbetrieb erfolgt in der 1 eine Lenkbetätigung vom Fahrer durch eine Drehbetätigung des Lenkrads 10. Zur Bereitstellung einer haptischen Rückmeldung erzeugt der Handaktor 17 ein zur Lenkrad-Drehbetätigung gegensinniges Gegenmoment M_G.
Gemäß der 1 ist dem elektronischen Steuergerät 13 eine Auswerteeinheit 19 zugeordnet, mittels der die oben angedeutete Störung S im Steer-by-wire-Lenksystem 9 erfassbar ist. Bei Vorliegen einer solchen Störung S wird in der 1 das elektronische Steuergerät 13 mit einem entsprechenden Störsignal S angesteuert. Daraufhin schließt das Steuergerät 13 die Kupplung 8 und schaltet gleichzeitig auch der Lenkgetriebeaktor 15 funktionslos, um die oben erwähnte mechanische Ersatzlenkung für den Fahrer bereitzustellen. Zudem wird nunmehr der Handaktor 17 nicht mehr mit dem Gegenmoment M_G angesteuert, sondern mit einem zur Lenkbetätigung des Fahrers gleichsinnigen Unterstützungsmoment M_U, mit dem die Lenkbarkeit des Fahrzeugs bei Vorliegen der Störung S erheblich verbessert ist. Zudem schaltet das Steuergerät 13 bei Vorliegen der Störung S den Lenkgetriebeaktor 15 funktionslos, so dass dieser im Störbetrieb keinen Einfluss auf die Lenkbetätigung des Fahrzeugs hat.
In der 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Systemarchitektur im Wesentlichen identisch zur 1 ist. In der 2 weist das Fahrzeug zusätzlich zum Steer-by-wire-Lenksystem 9 eine Fahrerassistenzregelung 21 auf, mit der das Fahrzeug in einem autonomen Fahrmodus, das heißt zumindest weitgehend ohne Fahrereingriff, betrieben werden kann. Die Fahrerassistenzregelung 21 weist eine Regeleinheit 23 auf, die im autonomen Fahrmodus in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Eingangsparametern einen Lenkbefehl L₂ generiert, mit dem das Steer-by-wire-Lenksystem 9 ansteuerbar ist, und zwar so, dass der Lenkgetriebeaktor 15 den Lenkbefehl L₂, das heißt die Einstellung eines Fahrzeugrad-Lenkwinkels ohne zusätzlichem Fahrereingriff, vornimmt.
Bei Vorliegen eines Störsignals S wird dagegen der Lenkgetriebeaktor 15 funktionslos geschaltet und wird vielmehr der Handaktor 17 mit dem von der Regeleinheit 23 generierten Lenkbefehl L₂ angesteuert. Auf diese Weise wird im autonomen Fahrmodus der Handaktor 17 als Ersatz für den Lenkgetriebeaktor 15 verwendet. Der Handaktor 17 kann über die geschlossene Kupplung 8 sowie das Lenkgetriebe 11 den Fahrzeugrad-Lenkwinkel verstellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60311602 T2 [0003]

Claims

Lenkvorrichtung für ein zweispuriges Fahrzeug, mit einer Lenkhandhabe (10), die Bestandteil eines Steer-by-wire-Lenksystems (9) ist, mit einem von der Lenkhandhabe (10) mechanisch entkoppelten Lenkgetriebeaktor (15), mit einem Lenksensor, der eine Drehposition und/oder eine Drehbetätigung (L₁) der Lenkhandhabe (10) als einen Lenkbefehl erfasst, mit einem elektronischen Steuergerät (13), mit dem in Abhängigkeit vom erfassten Lenkbefehl der Lenkgetriebeaktor (15) zur Einstellung eines Fahrzeugrad-Lenkwinkels elektrisch ansteuerbar ist, mit einem Handaktor (17), mit dem eine Kraft-/Wegansteuerung des Lenkrads (10) durchführbar ist, um dem Fahrer eine haptische Rückmeldung über den Lenkvorgang zu vermitteln, und mit einer im Normalbetrieb geöffneten Kupplung (8), die bei einer Störung (S) im Steer-by-wire-Lenksystem (9) für eine mechanische Verbindung der Lenkhandhabe (10) und des Lenkgetriebes (11) schließbar ist, so dass das Fahrzeug auch bei defektem Steer-by-wire-Lenksystem (9) lenkfähig bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Steuergerät (13) eine Auswerteeinheit (19) aufweist, die bei Erfassung der Störung (S) im Steer-by-wire-Lenksystem (9) den Handaktor (17) mit einem, insbesondere zur Lenkbetätigung des Fahrers gleichsinnigen Unterstützungsmoment (M_U) ansteuert.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinheit (19) das Unterstützungsmoment (M_U) in Abhängigkeit von der Größe eines vom Fahrer auf die Lenkhandhabe (10) aufgebrachten Lenkmoments insbesondere proportional variierbar ist.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (19) des elektronischen Steuergeräts (13) bei Erfassung der Störung (S) im Steer-by-wire-Lenksystem (9) den Lenkgetriebeaktor (15) funktionslos schaltet.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkgetriebeaktor (15) zusätzlich Bestandteil einer Fahrerassistenzregelung (21) ist, mit der das Fahrzeug in einem autonomen Fahrmodus, das heißt zumindest weitgehend ohne Fahrereingriff, betreibbar ist, und dass die Fahrerassistenzregelung (21) eine Regeleinheit (23) aufweist, die im autonomen Fahrmodus in Abhängigkeit von Eingangsparametern einen Lenkbefehl (L₂) generiert, mit dem der Lenkgetriebeaktor (15) ansteuerbar ist, und zwar zur Einstellung eines Fahrzeugrad-Lenkwinkels ohne Fahrereingriff.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (19) bei Erfassung der Störung (S) im Steer-by-wire-Lenksystem (9) den Handaktor (17) mit dem von der Regeleinheit (23) generierten Lenkbefehl (L₂) ansteuert und den Lenkgetriebeaktor (15) funktionslos schaltet.
Verfahren zur Einstellung eines Fahrzeugrad-Lenkwinkels mittels einer Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Lenkhandhabe (10) Bestandteil eines Steer-by-wire-Lenksystems (9) ist, mit einem von der Lenkhandhabe (10) mechanisch entkoppelten Lenkgetriebeaktor (15), mit einem Lenksensor, der eine Drehposition und/oder eine Drehbetätigung (L₁) der Lenkhandhabe (10) als einen Lenkbefehl erfasst, mit einem elektronischen Steuergerät (13), mit dem in Abhängigkeit vom erfassten Lenkbefehl der Lenkgetriebeaktor (15) zur Einstellung eines Fahrzeugrad-Lenkwinkels elektrisch ansteuerbar ist, mit einem Handaktor (17), mit dem eine Kraft-/Wegansteuerung des Lenkrads (10) durchführbar ist, um dem Fahrer eine haptische Rückmeldung über den Lenkvorgang zu vermitteln, und mit einer im Normalbetrieb geöffneten Kupplung (8), die bei einer Störung (S) im Steer-by-wire-Lenksystem (9) für eine mechanische Verbindung der Lenkhandhabe (10) und des Lenkgetriebes (11) schließbar ist, so dass das Fahrzeug auch bei defektem Steer-by-wire-Lenksystem (9) lenkfähig bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Steuergerät (13) bei einer Erfassung der Störung (S) im Steer-by-wire-Lenksystem (9) den Handaktor (17) mit einem, insbesondere zur Lenkbetätigung des Fahrers gleichsinnigen Unterstützungsmoment (M_U) ansteuert.