DE102017221968A1

DE102017221968A1 - Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung und Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102017221968A1
Application number: DE102017221968.8A
Authority: DE
Inventors: Ingo Swieter
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2019-06-19
Also published as: CN111448123A; WO2019110184A1; EP3720756A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs mit einer Lenkunterstützung, wobei die Funktionsfähigkeit der Lenkunterstützung überwacht wird, wobei im Fehlerfall die Lenkunterstützung reduziert oder abgeschaltet wird, wobei bei Reduzierung oder Abschaltung der Lenkunterstützung eine Querbeschleunigung (a) des Kraftfahrzeugs erfasst oder ermittelt wird, wobei automatisiert eine Längsverzögerung (-a) eingestellt wird, bis die Querbeschleunigung (a) unter einen Grenzwert (a) fällt, sowie eine zugehörige Lenkvorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung und eine Lenkvorrichtung.
Lenkvorrichtungen mit Lenkunterstützung sind seit langem bekannt. Dabei bringt beispielsweise ein elektrischer Servomotor eine zusätzliche Lenkkraft auf eine Zahnstange bzw. Lenkmoment auf eine Lenksäule auf, sodass der Fahrer nur noch ein geringeres Handmoment an einer Lenkhandhabe aufbringen muss. Im Fehlerfall, beispielsweise aufgrund eines Hardware-Fehlers, muss die Lenkunterstützung reduziert und im Extremfall ganz abgeschaltet werden. In diesem Moment muss der Fahrer ein erhöhtes Handmoment aufbringen, um die Spur während eines Lenkvorganges zu halten. Die notwendigen Handmomente sind dabei abhängig von Geschwindigkeit, Krümmung und Achskinematik und können so groß werden, dass diese von einigen Fahrern nur noch schwer beherrschbar sind.
Aus der DE 10 2013 202 077 A1 ist eine Lenkvorrichtung mit einer Lenkunterstützung für ein Fahrzeug bekannt, umfassend ein Mittel zur Feststellung einer Aufforderung zur Reduzierung oder Abschaltung der Lenkunterstützung und ein Mittel zur Berechnung eines Soll-Giermoments zur Lenkunterstützung. Durch die Erzeugung eines Giermoments, beispielsweise durch Abbremsen der kurveninneren Räder, kann eine zusätzliche Lenkunterstützung erzeugt werden.
Aus der DE 10 2014 200 608 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs bekannt, mit wenigstens zwei Radachsen, von denen mindestens eine lenkbare Räder aufweist. Weiter ist wenigstens eine Einrichtung zum radindividuellen Beeinflussen eines Drehmoments der Räder vorgesehen. Dabei wird ein Lenken der Räder in Abhängigkeit von einem gewünschten Lenkwinkel durch eine Servolenkung unterstützt, wobei die Funktionsfähigkeit der Servolenkung überwacht wird. Wird dann eine Fehlfunktion der Servolenkung erfasst, wird zum Einstellen des gewünschten Lenkwinkels an den lenkbaren Rädern durch die Einrichtung an nur einem der lenkbaren Räder ein Drehmoment beeinflusst. Auch hier wird gezielt ein die Lenkbewegung unterstützendes Giermoment erzeugt.
Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, dass eine gezielte Lenkung über Giermomente regelungstechnisch recht schwierig ist. Außerdem können radindividuelle Bremsvorgänge zu Instabilitäten des Fahrzeugs führen, die in solchen Situationen die Beherrschbarkeit für den Fahrer noch erschwert.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung zur Verfügung zu stellen, um bei Ausfall oder Reduzierung einer Lenkunterstützung die Anforderungen an das Handmoment zu reduzieren sowie eine hierfür geeignete Lenkvorrichtung zu schaffen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Lenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer Lenkunterstützung umfasst die Verfahrensschritte, dass die Funktionsfähigkeit der Lenkunterstützung überwacht wird, wobei im Fehlerfall die Lenkunterstützung reduziert oder abgeschaltet wird. Bei Reduzierung oder Abschaltung der Lenkunterstützung wird eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs erfasst oder ermittelt, wobei automatisiert eine Längsverzögerung eingestellt wird, bis die Querbeschleunigung unter einen Grenzwert fällt. Der Grundgedanke dabei ist, dass die Querbeschleunigung abhängig von der Geschwindigkeit und der Krümmung ist, wobei die aufzubringenden Handmomente abhängig von der Querbeschleunigung sind. Wird nun die Geschwindigkeit reduziert, reduziert sich auch die Querbeschleunigung und somit das noch aufzubringende Handmoment vom Fahrer, um seiner Wunsch-Trajektorie weiter zu folgen und keine potentiell unsichere Spurabweichung zu verursachen. Dabei kann ein Grenzwert für die Querbeschleunigung vorab ermittelt werden, bei dem das verbleibende Handmoment sicher von jedem Fahrer beherrschbar ist, da dies potentiell abhängig von den Fahrzeugeigenschaften ist. Dies stellt eine sehr einfache Regelung dar, die auch einfach in bestehende Systeme implementierbar ist.
Vorzugsweise liegt der Grenzwert für die Querbeschleunigung zwischen 2 m/s² und 1 m/s².
In einer Ausführungsform wird eine durch den Fahrer vorgegebene Soll-Längsverzögerung erfasst und mit der automatisiert einzustellenden Längsverzögerung verglichen, wobei die größere der beiden Längsverzögerungen eingestellt wird. Bremst der Fahrer also intuitiv, um das Handmoment beherrschbarer zu machen, so wird je nach Soll-Längsverzögerung diese eingestellt, wenn die Soll-Längsverzögerung größer als die automatisiert einzustellende Längsverzögerung ist. D.h. das Kraftfahrzeug wird noch stärker verzögert, sodass die Handmomente erst recht beherrschbar sind. Ist die Soll-Längsverzögerung des Fahrers hingegen kleiner, so wird die automatisiert einzustellende Längsverzögerung gewählt. Somit ist in jedem Fall sichergestellt, dass die Handmomente beherrschbar sind bzw. werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei einer erfassten Soll-Längsbeschleunigung des Fahrers über einen zeitlichen Grenzwert die Soll-Längsbeschleunigung eingestellt und die automatisierte Längsverzögerung beendet. Sollte also der Fahrer beschleunigen, so wird zunächst ermittelt, ob dies länger als ein zeitlicher Grenzwert von beispielsweise einer Sekunde ist. Ist die Beschleunigung kürzer, wird dies als kurzes Fehlverhalten aufgefasst und das Fahrzeug verzögert. Wird hingegen über den zeitlichen Grenzwert hinaus eine Soll-Beschleunigung erfasst, wird davon ausgegangen, dass der Fahrer ganz bewusst beschleunigen will, was dann auch umgesetzt wird. In der Zeit bis zum Erreichen des Grenzwertes kann dabei die zuvor eingestellte Geschwindigkeit gehalten werden oder aber bereits verzögert werden, umso schneller den Grenzwert für die Querbeschleunigung zu erreichen.
Die Lenkvorrichtung weist mindestens ein Steuergerät auf, wobei das mindestens eine Steuergerät derart ausgebildet ist, bei Reduzierung oder Abschaltung der Lenkunterstützung eine Querbeschleunigung zu erfassen oder zu ermitteln und ein Steuersignal zu erzeugen, um automatisiert eine Längsverzögerung einzustellen, bis die Querbeschleunigung unter einen Grenzwert fällt. Das mindestens eine Steuergerät kann beispielsweise ein elektronisches Stabilitätsprogramm-Steuergerät oder ein Bremssteuergerät sein. Vorzugsweise werden jedoch die Aufgaben auf verschiedene Steuergeräte aufgeteilt, sodass beispielsweise ein Lenkungssteuergerät die Überwachung übernimmt, ein elektronisches Stabilitätsprogramm-Steuergerät die Erfassung der Querbeschleunigung und die Ermittlung der automatisierten Längsverzögerung übernimmt sowie ein Bremssteuergerät die Umsetzung der Längsverzögerung gemäß den Vorgaben des elektronischen Stabilitätsprogramm-Steuergeräts übernimmt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 eine schematische Teil-Darstellung einer Lenkvorrichtung und
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Lenkvorrichtung.

In 1 ist ein Teil einer Lenkvorrichtung 1 dargestellt, die eine Lenkhandhabe 2 mit einem Momentensensor 3 aufweist. Weiter weist die Lenkvorrichtung 1 ein Lenkungssteuergerät 4, eine Leistungselektronik 5 sowie einen Elektromotor 6 auf, der beispielsweise über ein nicht dargestelltes Getriebe mit einer Zahnstange 7 verbunden ist. Weiter weist die Lenkvorrichtung 1 ein elektronisches Stabilitätsprogramm-Steuergerät 8 sowie ein Bremssteuergerät 9 auf, das nicht dargestellte Bremsen ansteuert.
Im Normalbetrieb der Lenkvorrichtung 1 wird ein Handmoment M_H vom Fahrer an der Lenkhandhabe 2 erfasst und an das Lenkungssteuergerät 4 übermittelt. Das Lenkungssteuergerät 4 ermittelt in Abhängigkeit des Handmoments M_H sowie weiterer Zustandsgrößen wie beispielsweise der Geschwindigkeit V ein Servomoment das von dem Elektromotor 6 aufgebracht werden soll. Das Lenkungssteuergerät 4 erzeugt dann Steuersignale für die Leistungselektronik 5, die dann den Elektromotor 6 bestromt.
Das Lenkungssteuergerät 4 überwacht dabei die Funktionalität von Leistungselektronik 5 und Elektromotor 6. Diesen Status überträgt das Lenkungssteuergerät 4 über ein Bussystem 10. Dabei kann vorgesehen sein, dass der fehlerfreie Zustand übertragen wird oder nur das Auftreten eines Fehlers. Das elektronische Stabilitätsprogramm-Steuergerät 8 ermittelt oder erfasst kontinuierlich unter anderem die Querbeschleunigung a_y des Kraftfahrzeugs. Empfängt nun das elektronische Stabilitätsprogramm-Steuergerät 8 ein Fehlersignal des Lenkungssteuergeräts 4 oder ermittelt ein Ausbleiben eines fehlerfreien Betriebes des Lenkungssteuergeräts 4, so vergleicht das elektronische Stabilitätsprogramm-Steuergerät 8 die aktuelle Querbeschleunigung a_y mit einem Grenzwert a_g von beispielsweise 1,5 m/s². Ist die aktuelle Querbeschleunigung a_y größer, so generiert das elektronische Stabilitätsprogramm-Steuergerät 8 eine Netzwerkbotschaft mit einer Längsverzögerung. Diese Netzwerkbotschaft wird vom Bremssteuergerät 9 empfangen und umgesetzt. Die Längsverzögerung wird solange umgesetzt, bis die erfasste Querbeschleunigung a_y kleiner als der Grenzwert a_g ist. Aufgrund der Reduzierung der Geschwindigkeit V verkleinert sich auch das aufzubringende Handmoment M_H , um bei Ausfall der Lenkunterstützung das Fahrzeug auf der gewünschten Krümmung bei einer Kurvenfahrt zu halten.
Alternativ kann die Auswertung auch im Lenkungssteuergerät 4 erfolgen, wozu das Lenkungssteuergerät 4 die aktuelle Querbeschleunigung a_y beispielsweise in einer Netzwerkbotschaft von dem elektronischen Stabilitätsprogramm-Steuergerät 8 erhält und dann die automatisiert generierte Längsverzögerung an das Bremssteuergerät 9 übermittelt.
Alternativ kann die Berechnung auch direkt im Bremssteuergerät 9 erfolgen, wobei hierzu das Bremssteuergerät 9 den Status der Lenkunterstützung sowie die Querbeschleunigung a_y von den anderen Steuergeräten übermittelt bekommt. In der Ausführungsform, wo aufgrund des Ausbleibens des fehlerfreien Status auf einen Fehler geschlossen wird, kann dabei vorgesehen sein, dass das Ausbleiben in mehr als in einem Übertragungszyklus auftreten muss. Dies verhindert Bremsmanöver aufgrund von reinen Datenübertragungsproblemen.
Vorzugsweise werden zusätzlich auch noch Soll-Längsverzögerungen oder Soll-Längsbeschleunigungen des Fahrers berücksichtigt, die dieser durch Betätigung des Brems- bzw. Gaspedals vorgibt.
Betätigt beispielsweise der Fahrer das Bremspedal, so wird die dazugehörige Soll-Längsverzögerung ermittelt und mit der ermittelten Längsverzögerung verglichen, wobei die jeweils größere Längsverzögerung durch das Bremssteuergerät umgesetzt wird.
Bei einer erfassten Soll-Längsbeschleunigung des Fahrers wird überprüft, wie lange eine solche Soll-Längsbeschleunigung anliegt. Liegt diese länger als ein zeitlicher Grenzwert an, so wird davon ausgegangen, dass der Fahrer aktiv beschleunigen will, wobei dann die gewünschte Soll-Längsbeschleunigung umgesetzt wird. Andernfalls wird diese als temporäre Fehlbedienung des Fahrers verworfen.
In der 2 ist ein schematisches Flussdiagramm 100 des Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt S1 wird ein Defekt der Lenkunterstützung festgestellt, der zu einer Reduzierung oder einer Abschaltung der Lenkunterstützung führt. In einem zweiten Schritt S2 wird daraufhin die aktuelle Querbeschleunigung a_y erfasst und mit einem Grenzwert a_g verglichen. Ist die aktuelle Querbeschleunigung a_y kleiner als der Grenzwert a_g , ist das Verfahren beendet. Ist die aktuelle Querbeschleunigung a_y größer, wird in einem dritten Schritt S3 automatisiert eine Längsverzögerung -a_x bestimmt. In einem vierten Schritt S4 wird verglichen, ob eine Soll-Längsverzögerung Soll-a_x des Fahrers größer als die Längsverzögerung -a_x ist, wobei die betragsmäßig größere Verzögerung eingestellt wird (Schritt S5). Als Folge wird das Fahrzeug abgebremst (Schritt S6), wobei der Abbremsvorgang solange fortgesetzt wird, bis der Grenzwert a_g erreicht bzw. unterschritten ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013202077 A1 [0003]
DE 102014200608 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs mit einer Lenkunterstützung, wobei die Funktionsfähigkeit der Lenkunterstützung überwacht wird, wobei im Fehlerfall die Lenkunterstützung reduziert oder abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Reduzierung oder Abschaltung der Lenkunterstützung eine Querbeschleunigung (a_y) des Kraftfahrzeugs erfasst oder ermittelt wird, wobei automatisiert eine Längsverzögerung (-a_x) eingestellt wird, bis die Querbeschleunigung (a_x) unter einen Grenzwert (a_g) fällt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (a_g) für die Querbeschleunigung zwischen 2 m/s² und 1 m/s² liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den Fahrer vorgegebene Soll-Längsverzögerung (Soll-a_x) erfasst wird und mit der automatisiert einzustellenden Längsverzögerung (-a_x) verglichen wird, wobei die größere der beiden Längsverzögerungen eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer erfassten Soll-Längsbeschleunigung des Fahrers über einen zeitlichen Grenzwert die Soll-Längsbeschleunigung eingestellt wird und die automatisierte Längsverzögerung (-a_x) beendet wird.
Lenkvorrichtung (1) in einem Kraftfahrzeug, wobei die Lenkvorrichtung (1) Mittel zur Aufbringung einer Lenkunterstützung aufweist, wobei die Mittel derart ausgebildet sind, im Fehlerfall die Lenkunterstützung zu reduzieren oder abzuschalten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Steuergerät vorgesehen ist, wobei das mindestens eine Steuergerät derart ausgebildet ist, bei Reduzierung oder Abschaltung der Lenkunterstützung eine Querbeschleunigung (a_y) zu erfassen oder zu ermitteln und ein Steuersignal zu erzeugen, um automatisiert eine Längsverzögerung (-a_x) einzustellen, bis die Querbeschleunigung (a_y) unter einen Grenzwert (a_g) fällt.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät ein elektronisches Stabilitätsprogramm-Steuergerät (8) oder ein Bremssteuergerät (9) ist.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät derart ausgebildet ist, eine vom Fahrer vorgegebene Soll-Längsverzögerung (Soll-a_x) zu erfassen und mit der automatisiert einzustellenden Längsverzögerung (-a_x) zu vergleichen, wobei die größere der beiden Längsverzögerungen eingestellt wird.
Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät derart ausgebildet ist, bei einer erfassten Soll-Längsbeschleunigung des Fahrers über einen zeitlichen Grenzwert die Soll-Längsbeschleunigung eingestellt und die automatisierte Längsverzögerung (-a_x) beendet wird.