DE102016221326A1

DE102016221326A1 - Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an einen Fahrzeugführer eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102016221326A1
Application number: DE102016221326.1A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schölzel; Johannes Albrecht
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-05-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an einen Fahrzeugführer eines Fahrzeuges hinsichtlich eines Radendanschlags eines Steer-By-Wire-Lenksystems mittels eines Feedback-Aktuators. Bei Überschreitung eines maximalen Radlenkwinkels von einem Soll-Lenkwinkel und/oder bei Erreichung einer Vibrationsschwelle wird dabei eine Vibration einer Lenkhandhabe erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an einen Fahrzeugführer eines Fahrzeuges hinsichtlich eines Radendanschlags nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 10 2013 014 122 A1 und die DE 20 2009 007 324 U1 verwiesen.
Sogenannte Steer-By-Wire-Lenksysteme von Fahrzeugen sind aus dem Stand der Technik bereits in unterschiedlichen Weisen bekannt. Ein solches unterscheidet sich von den herkömmlichen Lenksystemen insofern, dass die Lenkung der Räder von der mechanischen Lenkbewegung des Fahrers vollkommen entkoppelt bzw. nur mehr durch eine rein elektronische Übertragung stattfindet. Die herkömmlichen mechanischen Übertragungseinrichtungen entfallen, stattdessen erzeugt der Fahrer durch seine Lenkbewegung an der sogenannten Lenkhandhabe bzw. am Lenkrad Daten, mit welchen eine elektronische Steuereinheit gespeist wird. Dieses Steuermodul wertet die Daten aus und setzt sie in entsprechende Lenkbefehle um. Damit wird das Lenkgetriebe angesteuert, welches die gewünschte Lenkbewegung ausführt.
Um dem Fahrzeugführer bei einem Steer-by-wire-Lenksystem wie er es von den herkömmlichen Lenkungen gewohnt ist, ein entsprechendes Lenkgefühl zu vermitteln, ist üblicherweise am Lenkradmodul ein Lenkradaktuator bzw. ein Lenkradmotor bzw. ein Feedback-Aktuator angeordnet. Entsprechend der vorliegenden Sensordaten errechnet eine Steuerelektronik dabei einen Stellwert für den Feedback-Aktuator, welcher am Lenkrad damit einen Lenkradwiderstand abbildet. Dieser sollte im Idealfall die Kraftschlussverhältnisse zwischen Reifen und Fahrbahn auf angemessenem Kraftniveau wiedergeben. Dabei lässt sich auch ein Endanschlag mittels eines entsprechend hoch gestellten Gegenmoments simulieren, ohne dass ein mechanischer Anschlag in der oberen Lenksäule nötig ist. Ein derartiger Endanschlag soll dem Fahrer signalisieren, dass die Räder des Fahrzeuges maximal eingelenkt sind.
Um jedoch ein derart hohes Moment, quasi zur Simulation eines Endanschlags stellen zu können, muss der genannte Feedback-Aktuator dementsprechend groß dimensioniert sein und viel Energie aufwenden.
Aus dem Stand der Technik gibt es alternative Lösungen, um einen Endanschlag bei einem Steer-By-Wire-Lenksystem zu realisieren. So wird in der DE 10 2013 014 122 A1 ein Lenkanschlag für ein Steer-By-Wire-Lenksystem aufgezeigt, bei welchem ein Schneckenrad mit einer Lenkwelle gekoppelt ist und im Eingriff mit einer Schneckenwelle steht. Die Schneckenwelle ist dabei mit einer Antriebsvorrichtung versehen. Unter Nutzung der Selbsthemmung eines Schneckengetriebes wird so ein Anschlag für das Lenkrad geschaffen.
In der DE 20 2009 007 324 U1 wird ein Lenkradendanschlag mit Hilfe eines Elektromotors und einer Elektromagnetbremse am Lenkrad realisiert.
Üblicherweise ist es bei der Simulation derartiger Lenkradanschläge vorgesehen, dass das dabei gestellte Gegendrehmoment jederzeit vom Fahrer mit etwas mehr Kraftaufwand übersteuert bzw. überwunden werden kann und das Lenkrad damit über den eigentlichen Endanschlag hinaus weiter gedreht werden kann. Das Gegenmoment zur Simulation des Endanschlags bleibt bei einer solchen Übersteuerung dann üblicherweise konstant hoch. Jedoch ist es dabei nicht möglich für den Fahrer eindeutig zuzuordnen, ob das Fahrzeugrad nun wirklich an seinem maximalen Verdrehwinkel angelangt ist oder ob beispielsweise ein Hindernis das Rad vom weiteren Verdrehen hindert. Der Fahrer bekommt also somit nach dem Überlenken des simulierten Endanschlags keine weitere haptische Information oder Rückmeldung, welche ihm anzeigt, dass der von ihm angeforderte Radlenkwinkel nicht mehr vollständig von den Rädern umgesetzt wird. Denn die Rückmeldung am Lenkrad ist immer dieselbe, nämlich ein konstantes Gegenmoment des simulierten Endanschlags.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Simulation eines Endanschlags an einer Lenkhandhabe eines Steer-By-Wire-Lenksystems eines Fahrzeuges aufzuzeigen, wobei der Fahrer eindeutig identifizieren kann, ob ein tatsächlicher Radendanschlag herrscht und welches Verfahren einen energieeffizienten und bauraumsparenden Feedback-Aktuator ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich durch ein Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an einen Fahrzeugführer eines Fahrzeuges hinsichtlich eines Radendanschlags eines Steer-by-Wire-Lenksystems mittels eines Feedback-Aktuators mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Es wird ein Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an einen Fahrzeugführer eines Fahrzeuges hinsichtlich eines Radendanschlags eines Steer-By-Wire-Lenksystems vorgeschlagen.
Ein derartiges haptisches Feedback an der Lenkhandhabe zur Simulation eines Radendanschlags wird mittels eines sogenannten und bereits im Stand der Technik erläuterten Feedback-Aktuators realisiert. Dieser Feedback-Aktuator kann beispielsweise einen Elektromotor darstellen.
Bevorzugt wird dabei in einem ersten Schritt mittels geeigneter Sensoren ein Winkel der Lenkhandhabe bzw. ein vom Fahrzeugführer initiiertes Lenkmoment an der Lenkhandhabe erfasst. Der dabei vom Fahrer vorgegebene Soll-Lenkwinkel des Fahrzeuges wird anschließend bevorzugt an einen Radaktuator mittels einer geeigneten (elektronischen) Steuereinheit übermittelt, welcher daraufhin seinerseits den Raddrehwinkel im Sinne des Fahrerwunsches zu einem aktuellen Ist-Radlenkwinkel verändert. Der genannte Feedback-Aktuator an der Lenkhandhabe vermittelt dem Fahrzeugführer permanent mittels dem Aufbringen eines entsprechenden Gegenmoments das passende Lenkgefühl.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass bei Überschreitung eines maximalen Radlenkwinkels von dem Soll-Lenkwinkel und/oder bei Erreichen einer Vibrationsschwelle eine Vibration der Lenkhandhabe erzeugt wird.
Diese Vibration wird dabei bevorzugt mittels des Feedback-Aktuators erzeugt. Alternativ kann diese Vibration jedoch auch mit einem anderen oder separatem Vibrationsaktuator, wie beispielsweise einem aus dem Stand der Technik bekannten Unwuchtaktuator am Lenkrad, erzeugt werden.
Unter der genannten Lenkhandhabe ist im Sinne der Erfindung jede Art von Lenkwinkelsteuerung angesprochen. Diese kann beispielsweise ein aus dem Stand der Technik bekanntes Lenkrad oder aber auch einen Joy-Stick oder einen Lenkknüppel darstellen.
Der genannte maximale Radlenkwinkel stellt im Sinne der Erfindung einen maximalen Winkel dar, in welchem sich ein Fahrzeugrad verdrehen kann. Dieser kann deswegen auch alternativ als Radendanschlag bezeichnet werden. Lenkt also beispielsweise ein Fahrzeugführer so viel in eine Richtung ein, bis der Radendanschlag am Fahrzeugrad erreicht ist, so beginnt die Lenkhandhabe beim bzw. direkt oder kurz nach dem Erreichen des Radendanschlags zu vibrieren.
Der Fahrzeugführer wird somit direkt und ohne Verwechselung darüber informiert, dass der maximale Radlenkwinkel erreicht ist. Der Fahrzeugführer weiß dann auch, dass ein weiteres Einlenken (durch weiteres Drehen der Lenkhandhabe) keine Auswirkungen auf den Radlenkwinkel mehr hat. Befindet sich beispielsweise das Fahrzeug in einem Einparkmanöver, wobei ein Fahrzeugrad beim Einlenken den Bordstein berührt, jedoch der maximal mögliche Radlenkwinkel des Fahrzeugrads noch nicht erreicht ist, so würde das Lenkrad nicht vibrieren und der Fahrer quasi nur einen Widerstand an der Lenkhandhabe verspüren. Der Fahrer kann durch diese Differenzierung die Einparksituation besser einschätzen und geeigneter reagieren.
Wie bereits genannt ist es ebenso bzw. alternativ vorgesehen, dass die Lenkhandhabe bei Erreichen einer bestimmten Vibrationsschwelle in Vibration versetzt wird. Diese Vibrationsschwelle kann beispielsweise ab einem bestimmten vom Fahrzeugführer initiierten Lenkmoment an der Lenkhandhabe bzw. einem Lenkhandhabedrehwinkel bzw. einem Zeitpunkt erreicht sein und dementsprechend im System hinterlegt sein.
Der oben genannte Fall, in welchem die Vibration bei Erreichen des maximal möglichen Radlenkwinkels eintritt, beschreibt eine Situation in welcher die Vibrationsschwelle und das Erreichen des maximal möglichen Radlenkwinkels zeitlich zusammenfallen.
Genauso ist es jedoch auch möglich die Vibrationsschwelle zeitlich versetzt zum Erreichen des maximal möglichen Radlenkwinkels zu hinterlegen. Beispielsweise kann diese Vibrationsschwelle erst eine bestimmte Zeit nach dem Auftreten des maximal möglichen Radlenkwinkels erreicht sein. Insbesondere in einer solchen Situation ist es bevorzugt, dass bei Erreichen des maximal möglichen Radlenkwinkels bzw. des Radendanschlags ein stark ansteigendes Gegendrehmoment als haptische Rückmeldung zur Simulation eines Radendanschlags vom Feedback-Aktuator gesetzt wird. Lenkt daraufhin der Fahrzeugführer über diesen simulierten Radendanschlag hinaus, was ihm bevorzugt zu jeder Zeit ermöglicht wird, so kann die bei Überschreiten der Vibrationsschwelle erzeugte Vibration nach einer bestimmten Zeit (möglichst kurz darauf) bzw. bei Erreichen eines bestimmten Lenkmoments bzw. eines Lenkhandhabewinkels als zusätzlicher Hinweis dienen, dass kein weiterer tatsächlicher Lenkwinkel des am Fahrzeugrad mehr möglich ist.
Der Fahrzeugführer erhält somit eine doppelte Rückmeldung, zeitlich versetzt voneinander, dass zum einen aus einem noch unbekannten Grund kein Lenkeinschlag der Fahrzeugräder oder des Fahrzeugrades mehr möglich ist (durch den simulierten Radendanschlag) und kurz darauf (im Falle eines Weiterlenkens bis zur Vibrationsschwelle) wird er zum anderen mittels der Vibration der Lenkhandhabe darauf hingewiesen, dass der Radeinschlag tatsächlich sein Maximum erreicht hat.
Wie bereits erwähnt ist es im Sinne dieser Erfindung bevorzugt, dass ein vom Feedback-Aktuator erzeugtes Gegendrehmoment an der Lenkhandhabe zur Rückmeldung an den Fahrzeugführer stets geringer gehalten ist, als ein vom Fahrzeugführer aufbringbares Lenkhandhabedrehmoment. In anderen Worten bedeutet dies, dass der Fahrzeugführer bevorzugt stets in der Lage ist das vom Feedback-Aktuator generierte und entgegen einem vom Fahrzeugführer aufgebrachte Lenkhandhabedrehmoment wirkende Gegendrehmoment zu überwinden und die Lenkhandhabe (unter Umständen mit einem höheren Kraftaufwand) weiter zu lenken.
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, dass das vom Feedback-Aktuator gestellte Gegendrehmoment mit steigendem Lenkhandhabedrehmoment (vom Fahrzeugführer aufgebracht) bzw. mit steigendem Soll-Lenkwinkel bis zum Erreichen des maximal möglichen Radlenkwinkels leicht und stetig ansteigt. Besonders bevorzugt übersteigt das Gegendrehmoment dabei 5 Nm nicht. Innerhalb dieses Bereichs (also von der Nulllage der Lenkhandhabe bzw. von einer Lage in welcher die Lenkhandhabe und damit auch die Räder nicht eingelenkt sind bis zu dem Winkel an welchem der maximal mögliche Radlenkwinkel erreicht ist) ist es für den Fahrzeugführer zu jederzeit einfach die Lenkhandhabe zu verdrehen.
Wird anschließend über den maximal möglichen Radlenkwinkel hinaus die Lenkhandhabe in die gleiche Richtung weiter verdreht, so ist es in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass das Gegendrehmoment ab dem Erreichen des maximalen Radlenkwinkels nochmals derart ansteigt, dass dem Fahrzeugführer das (Weiter)Lenken deutlich schwerer vorkommt jedoch dennoch möglich ist. Dabei wird quasi ein virtueller Radendanschlag an der Lenkhandhabe simuliert. Auch dabei kann das Gegendrehmoment mit steigendem Lenkwinkel ansteigen.
Ein solcher Anstieg des Gegendrehmoments erfolgt bevorzugt bis zum Erreichen der genannten Vibrationsschwelle.
Alternativ zu der zuletzt genannten Ausführung, kann die Vibrationsschwelle bereits bei Erreichen des maximalen Radlenkwinkels eintreten. Dies bedeutet, dass ab dem Erreichen der Vibrationsschwelle bzw. in diesem Falle ab dem Erreichen des maximalen Radlenkwinkels eine Vibration der Lenkhandhabe erfolgt. Ein weiterer Anstieg des Gegenmoments ist dann nicht mehr zwingendermaßen notwendig, kann jedoch trotz der Vibration stattfinden.
Die genannte Vibrationsschwelle kann dabei beispielsweise ein hinterlegtes Lenkhandhabedrehmoment bzw. ein hinterlegter Lenkhandhabewinkel darstellen. Besonders bevorzugt stellt die Vibrationsschwelle ein hinterlegtes Lenkhandhabedrehmoment dar, welches vom Fahrzeugführer initiiert wird. Bei Erreichen dieser wird die erfindungsgemäße Vibration der Lenkhandhabe ausgelöst.
Wie bereits erwähnt wird die Vibration bevorzugt mittels des Feedback-Aktuators erzeugt. Dabei kann das Gegendrehmoment ab dem Zeitpunkt des Erreichens der Vibrationsschwelle zwischen einem unteren Grenzwert, welcher beispielsweise die Vibrationsschwelle sein kann bzw. dem Gegendrehmoment zum Zeitpunkt der Vibrationsschwelle und einem maximal stellbaren Gegendrehmoment des Feedback-Aktuators alternieren. Dieser Wechsel zwischen den zwei (Drehmomenten-)Bereichen versetzt die Lenkhandhabe, je nach Frequenz des Wechsels, in Schwingungen. Die Lenkhandhabe vibriert. Die Frequenz des Wechsels bzw. der Schwingungen liegt dabei bevorzugt zwischen ca. 10 bis 50 Hz.
Alternativ ist es auch möglich, dass der Drehmomentenbereich innerhalb welchem das Gegendrehmoment alterniert ab Erreichen der Vibrationsschwelle bzw. ab dem Erreichen des maximal möglichen Radlenkwinkels mit steigendem Gegenmoment ebenfalls steigt. Dabei würde dann eine Vibration erfolgen und gleichzeitig (im Mittel) das Gegendrehmoment steigen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Gegendrehmoment bei Erfassen (eines vom Fahrer initiierten) negativen Lenkhandhabedrehmoments bzw. eines Richtungswechsels des Lenkhandhabewinkels sinkt. Lenk also beispielsweise der Fahrer nachdem oder während dieser die Vibration an der Lenkhandhabe verspürt wieder zurück bzw. in die andere Richtung, so ist es bevorzugt, dass die Vibration nach Unterschreiten der Vibrationsschwelle beendet wird und das Gegendrehmoment mit steigendem Lenkhandhabedrehmoment bzw. Lenkhandhabewinkel in die andere Richtung, sinkt.
Besonders bevorzugt sinkt das Gegendrehmoment in derselben Abhängigkeit von der Zeit bzw. vom Lenkwinkel, wie es (wie beschrieben) auch gestiegen ist.
Es ist jedoch auch möglich, dass das Gegendrehmoment nach einem vorgegebenen Zeitabschnitt bzw. nach einem bestimmten Lenkhandhabedrehwinkel nach Erreichen der Vibrationsschwelle noch weiter ansteigt. Bei einer solchen Ausführung wird der Fahrzeugführer durch ein noch stärkeres Gegendrehmoment deutlicher darauf hingewiesen, dass ein Weiterlenken keine weiteren Auswirkungen auf den Radlenkwinkel hat. Nach einem solchen weiteren Anstieg bzw. auch währenddessen ist es möglich eine weitere Vibrationsschwelle zu hinterlegen um eine weitere Vibration zu veranlassen.
Des Weiteren ist es denkbar, dass eine unterschiedliche Ausprägung der Vibration beispielsweise hinsichtlich der Frequenz der Schwingungen oder dem Zeitpunkt bzw. dem Lenkhandhabedrehmoment bzw. dem Winkel der Lenkhandhabe an welchem die Vibrationsschwelle wirkt, eine andere Fahr- bzw. Lenksituation wiedergibt. So ist es möglich, dass eine hohe Frequenz beispielsweise dem Fahrzeugführer signalisiert, dass dieser nun an ein Hindernis, wie zum Beispiel an einen Bordstein, angrenzt. Eine niedrigere Frequenz könnte ihm Aufschluss darüber geben, dass der Radlenkwinkel an seinem Maximum angelangt ist. Eine solche Ausprägung und Zuordnung ist in unterschiedlichen Kombination denkbar und beschränkt sich keinesfalls auf das soeben genannte Ausführungsbeispiel.
Durch das genannte erfindungsgemäße Verfahren ist es dem Fahrzeugführer möglich die genaue Lenk- bzw. Radsituation des Fahrzeuges während bestimmten Manövern, insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten oder im Stand des Fahrzeuges, einzuordnen. Im Gegensatz zum Stand der Technik besteht durch das erfindungsgemäße Verfahren eine deutlich geringe Möglichkeit, dass es zu Verwechslungen seitens des Fahrers hinsichtlich der aktuellen Radlenksituation kommt. Denn die Aufschaltung einer Vibration erzeugt eine haptische Warnung, welche sich deutlich von sonstigem Feedback unterscheidet. So kann beispielsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren vom Fahrzeugführer erkannt bzw. unterschieden werden, ob sich das Fahrzeugrad in einem Endanschlag befindet oder ob es wegen eines Hindernisses vom weiteren Verdrehen gehindert wird. Des Weiteren ermöglicht das Verfahren mittels der zusätzliches Rückmeldung bzw. Feedbacks (also der Vibration) die Verwendung eines kleiner dimensionierten Feedback-Aktuators. Aufgrund dessen, dass mittels der Vibration der Lenkhandhabe bereits eine (zusätzliche) Rückmeldung an den Fahrzeugführer bezüglich dem maximalen Radlenkwinkel vermittelt wird, kann das Gegendrehmoment zur Simulation eines Endanschlags geringer ausgelegt werden. Dies bedeutet gleichzeitig einen geringen Bauraumbedarf sowie ein geringeres Gewicht des Feedback-Aktuators sowie einen geringen Energieverbrauch zur Erzeugung der Vibration bzw. des Gegendrehmoments.
Des Weiteren wird eine Lenkhandhabe eines Fahrzeuges, insbesondere ein Lenkrad oder ein Joy-Stick oder ein Lenkknüppel vorgeschlagen, welche den von einem Steuergerät angesteuerten Feedback-Aktuator sowie einen Sensor zum Erfassen, dass der gestellte Soll-Lenkwinkel höher ist als der maximale Ist-Radlenkwinkel, umfasst. Dabei ist die Lenkhandhabe eingerichtet um eine Vibration der Lenkhandhabe zu erzeugen, wenn der erfasste Soll-Lenkwinkel den maximalen Radlenkwinkel bzw. die Vibrationsschwelle überschreitet.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sind und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele weiter erläutert, wobei die beigefügte 1 den Verlauf eines vom Feedback-Aktuator an der Lenkhandhabe aufgebrachten Gegendrehmoments in Abhängigkeit der Zeit aufzeigt, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Verlauf des Gegendrehmoments des Feedback-Aktuator. In 3 werden mehrere Beispielhafte Detailansichten des Gegendrehmoments zwischen zwei Wertebereiche, in welchen eine erfindungsgemäße Vibration stattfindet, aufgezeigt. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
Bei einem Steer-By-Wire-Lenksystem ist die Lenkung der Räder von der mechanischen Lenkbewegung des Fahrers vollkommen entkoppelt, wobei nur mehr eine rein elektronische Übertragung der Lenkdaten stattfindet. Dabei erzeugt üblicherweise der Fahrzeugführer durch eine Lenkbewegung an einer Lenkhandhabe Daten (beispielsweise eine Soll-Lenkwinkel), welche von einer Steuereinheit ausgewertet werden und anschließend die entsprechenden Lenkbefehle Fahrzeugrad in eine Raddrehbewegung bzw. Lenkbewegung der Fahrzeugräder umgesetzt werden.
Um dem Fahrzeugführer bei einem Steer-By-Wire-Lenksystem wie er es von den herkömmlichen Lenkungen gewohnt ist, ein entsprechenden Lenkgefühl zu vermitteln, ist üblicherweise an der Lenkhandhabe ein Feedback-Aktuator angeordnet. Entsprechend der vorliegenden Sensordaten errechnet eine Steuerelektronik dabei einen Stellwert bzw. das sogenannte Gegendrehmoment für den Feedback-Aktuator, welcher an der Lenkhandhabe damit einen Lenkradwiderstand abbildet. Dieses Gegendrehmoment sollte im Idealfall die Kraftschlussverhältnisse zwischen Reifen und Fahrbahn auf angemessenem Kraftniveau wiedergeben. Dabei lässt sich auch ein sogenannter Endanschlag mittels eines entsprechend hoch gestellten Gegenmoments simulieren. Ein derartiger simulierter Endanschlag soll dem Fahrer signalisieren, dass die Fahrzeugräder bzw. das Fahrzeugrad maximal also bis zu seinem Anschlag eingelenkt ist.
In 1 ist dabei ein beispielhafter Verlauf des von einem an einer Lenkhandhabe angeordneten Feedback-Aktuator aufgebrachten Gegendrehmoments M einer Lenkhandhabe eines Steer-By-Wire-Lenksystems in Abhängigkeit von der Zeit t aufgezeigt, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Beginnt dabei der Fahrzeugführer zum Zeitpunkt 0 die Lenkhandhabe in eine Richtung (mit einem bestimmten Lenkhandhabewinkel) zu verdrehen, so steigt auch das vom Feedback-Aktuator generierte Gegendrehmoment M in diesem Fall linear mit der Zeit t an. Das Gegenmoment M befindet sich bis zum Erreichen eines maximalen Radlenkwinkels auf einem vergleichsweise niedrigen Wert, bevorzugt unterhalb von ca. 5 Nm und kann deswegen vom Fahrzeugführer einfach überwunden werden.
Lenkt der Fahrzeugführer die Lenkhandhabe so weit ein, bis die Fahrzeugräder bzw. das Fahrzeugrad seinen maximalen Radlenkwinkel erreicht hat und quasi am Anschlag ist, so befindet sich das Gegendrehmoment M auf der Höhe eines maximalen Radlenkwinkelmoments M_{G_max}.
Ab diesem Zeitpunkt t₁, ab welchem das maximale Radlenkwinkelmoment M_{G_max} erreicht ist, steigt das Gegendrehmoment in einem kurzen Zeitraum von t₁ bis t₂ stark auf ein Anschlagsdrehmoment M_Endanschlag an, ohne dass sich dabei ein größerer Radlenkwinkel einstellt. Dieser Anstieg ist für den Fahrzeugführer durch eine deutlich schwieriger zu bewegende bzw. drehende Lenkhandhabe merkbar und stellt die Simulation eines Endanschlags der Fahrzeugräder bzw. des Fahrzeugrades dar. Das Anschlagsdrehmoment M_Endanschlag bleibt ab Zeitpunkt t₂ konstant hoch.
Der Nachteil des Steer-By-Wire-Lenksystems aus dem Stand der Technik wie es soeben erläutert wurde ist, dass der Fahrzeugführer bei der Simulation eines Endanschlags nicht zwischen einem tatsächlichen Endanschlag der Fahrzeugräder bzw. eines Fahrzeugrades und einem Hindernis, welches die Fahrzeugräder bzw. das Fahrzeugrad davon abhält weiter einzulenken, unterscheiden kann. Zudem muss das aufzubringende Anschlagsdrehmoment M_Endanschlag sehr hoch gewählt werden, um dem Fahrzeugführer eine eindeutige Rückmeldung zu geben, wobei ein groß dimensionierter Feedback-Aktuator genutzt werden muss und gleichzeitig ein hoher Energieverbrauch stattfindet.
In 2 ist ein möglicher Verlauf eines Gegendrehmoments M in Abhängigkeit der Zeit t nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Dabei ist der Verlauf des Gegendrehmoments M bis zum Erreichen des maximalen Radlenkwinkelmoments M_{G_max} (also, was in diesem Fall der Zeitpunkt t₁ darstellt) mit dem Verlauf aus 1 (Stand der Technik) identisch.
Der Unterschied zum Stand der Technik ist, dass nach Erreichen des maximalen Radlenkwinkelmoments M_{G_max} kein Anschlagsdrehmoment M_Endanschlag mehr gestellt wird, sondern dass die Lenkhandhabe ab einer bestimmten Vibrationsschwelle V_{Vib_Schwell} in Vibration versetzt wird. Die Vibrationsschwelle V_{Vib_Schwell} ist bevorzugt deutlich geringer als das aus dem Stand der Technik bekannte Anschlagsdrehmoment M_Endanschlag. Letzt genannte kann beispielsweise direkt nach bzw. bei Erreichen des maximalen Radlenkwinkels (also bei Zeitpunkt t₁) eintreten. Genauso ist es jedoch auch möglich (wie in 2 abgebildet), dass die Vibrationsschwelle V_{Vib_Schwell} erst nach bzw. ab einem bestimmten Zeitpunkt t₂ bzw. ab einem bestimmten Lenkhandhabewinkel bzw. Lenkhandhabedrehmoment nach dem Erreichen des maximalen Radlenkwinkels (Zeitpunkt t₁) eintritt. Je nachdem ab welchem Moment M bzw. ab welcher Lenkhandhabewinkel die Vibration einsetzten soll, kann die Vibrationsschwelle V_{Vib_Schwell} demensprechend hinterlegt werden.
In diesem konkreten Fall ist die Vibrationsschwelle am Zeitpunkt t₂ erreicht. Zwischen einem Zeitpunkt t₁ und t₂, wenn also der Fahrzeugführer über den bereits erreichen maximalen Radlenkwinkel hinaus lenkt bis die Vibrationsschwelle V_{Vib_Schwell} erreicht ist, steigt das Gegendrehmoment M deutlich an. Nach bzw. bei Erreichen der Vibrationsschwelle V_{Vib_Schwell} setzt dann die erfindungsgemäße Vibration der Lenkradhandhabe ein. Diese Vibration entsteht durch ein Gegendrehmoment M, welches zwischen einem unterem Grenzwert M_{unter_Grenz} und einem maximal vom Feedback-Aktuator stellbaren Gegendrehmoment M_{Max_stell} alterniert.
Alternativ ist es auch möglich, dass das Gegenmoment zur Erzeugung der Vibration zwischen der Vibrationsschwelle V_{Vib_Schwell} und dem maximal stellbaren Gegendrehmoment M_{Max_stell} alterniert.
Die dabei entstehende Vibration vermittelt dem Fahrzeugführer eine eindeutig zuordnungsbare Warnung, dass ein Weiterlenken nicht zu einem weiteren Einlenken der Fahrzeugräder bzw. des Fahrzeugrades führt.
Lenkt ein Fahrzeugführer beispielsweise aufgrund der Vibration wieder in die andere Richtung zurück bzw. stellt der Fahrzeugführer einen negativen Lenkwinkel bzw. ein negatives Lenkmoment (Zeitpunkt t₃), wobei die Vibrationsschwelle V_{Vib_Schwell} wieder unterschritten wird, so sinkt das Gegendrehmoment M wieder. Dabei sinkt das Gegendrehmoment M mit steigendem negativen Lenkwinkel bzw. Lenkmoment bis zum Erreichen des maximalen Radlenkwinkelmoments M_{G_max} stark ab, während es nach Durchlaufen dieses wieder weniger steil und linear bis zum Erreichen der Nulllage sinkt.
Die Nulllage beschreibt die Lage der Lenkhandhabe, in welcher der Fahrzeugführer kein Drehmoment ausübt.
In 3 sind alternativ zu dem Gegendrehmomentverlauf während der Vibration aus 2 weitere mögliche Gegendrehmomentverläufe dargestellt. Hierbei ist zu beachten, dass in 3 ausschließlich der Ausschnitt des Gegendrehmomentverlaufs in Abhängigkeit der Zeit t (von Zeitpunkt t₂ bis Zeitpunkt t₃) abgebildet ist, in welchem die Vibration der Lenkhandhabe erfolgt. Dabei alterniert in diesen vier konkreten Beispielen das Gegendrehmoment M zwischen der Vibrationsschwelle V_{Vib_Schwell} und dem maximal vom Feedback-Aktuator stellbaren Gegendrehmoment M_{Max_stell}.
Die bei dem alternierenden Gegendrehmoment M erzeugte Schwingung kann dabei, wie in den einzelnen Ausführungsbeispielen aus 3 gezeigt, mit unterschiedlicher Frequenz bzw. mit unterschiedlichen zeitlichen Abständen und mit unterschiedlicher Ausprägung alternieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013014122 A1 [0001, 0005]
DE 202009007324 U1 [0001, 0006]

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks an einen Fahrzeugführer eines Fahrzeuges hinsichtlich eines Radendanschlags eines Steer-By-Wire-Lenksystems mittels eines Feedback-Aktuators, wobei bei Überschreitung eines maximalen Radlenkwinkels von einem Soll-Lenkwinkel und/oder bei Erreichung einer Vibrationsschwelle (V_{Vib_Schwell}) eine Vibration einer Lenkhandhabe erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vibration mittels des Feedback-Aktuators erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein vom Feedback-Aktuator erzeugtes Gegendrehmoment (M), welches entgegen einem vom Fahrzeugführer aufgebrachten Lenkhandhabedrehmoment an der Lenkhandhabe wirkt, geringer ist als das Lenkhandhabedrehmoment.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Gegendrehmoment (M) mit steigendem Lenkhandhabedrehmoment bis zum Erreichen des maximalen Radlenkwinkels steigt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Gegendrehmoment (M) mit steigendem Lenkhandhabedrehmoment vom Zeitpunkt (t₁) des Erreichens des maximalen Radlenkwinkels bis zum Erreichen der Vibrationsschwelle (V_{Vib_Schwell}), ab welcher eine Vibration initiiert wird, stärker ansteigt als vor dem Erreichen des maximalen Radlenkwinkels.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Gegendrehmoment (M) ab dem Zeitpunkt (t₂) des Erreichens der Vibrationsschwelle (V_{Vib_Schwell}) zwischen einem unteren Grenzwert (M_{unter_Grenz}) und einem maximal stellbaren Gegendrehmoment (M_{Max_stell}) alterniert.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1-5, wobei das Gegendrehmoment (M) ab dem Zeitpunkt (t₂) des Erreichens der Vibrationsschwelle (V_{Vib_Schwell}) innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs alternierend steigt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Gegendrehmoment (M) bei Erfassen (t₃) eines negativen Lenkhandhabedrehmoments sinkt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Gegendrehmoment (M) nach einem vorgegebenen Zeitabschnitt und/oder einem vorgegebenen Lenkhandhabedrehwinkel nach dem Erreichen der Vibrationsschwelle (V_{Vib_Schwell}) weiter ansteigt.
Lenkhandhabe, insbesondere eines Steer-By-Wire-Lenksystems eines Fahrzeuges, umfassend einen von einem Steuergerät gesteuerten Feedback-Aktuator sowie einen Sensor zum Erfassen eines höher gestellten Soll-Lenkwinkels als eines maximalen Ist-Radlenkwinkels, wobei die Lenkhandhabe eingerichtet ist um dann eine Vibration der Lenkradhandhabe zu erzeugen wenn ein Soll-Lenkwinkel einen maximalen Radlenkwinkel und/oder eine Vibrationsschwelle (V_{Vib_Schwell}) überschreitet.