DE10335949B4 - Verfahren zur Steuerung einer Lenkung eines Fahrzeugs - Google Patents
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Abstract
– Bestimmen eines Lenkungs-Wertes;
– Steuerung eines Rad-Antriebs-Systems (14), das einen Rad-Antrieb (38) aufweist, entsprechend dem Lenkungs-Wert, wodurch die Lenkung des Fahrzeugs erfolgt;
– Erzeugen eines zu dem Lenkungs-Wert korrespondierenden Reaktions-Moments für die Lenkung in einem Fahrer-Interface-System (12),
– Überwachen des Rad-Antrieb-Systems (14), des Fahrer-Interface-Systems (12) und der Sensoren (28, 30, 32a, b, 34, 36, 44, 52, 54, 56) auf Fehlfunktion und
– Betrieb im Betriebszustand Steer-by-Wire Modus, wobei in diesem Modus eine Kupplung eines Kupplungs-Mechanismus (50) getrennt ist, falls keine Fehlfunktion vorliegt,
– Betrieb in einem der Betriebszustände elektronischer Servolenkungs-Modus oder manueller Modus, wobei in diesen Betriebszuständen die Kupplung (50) verbunden ist, falls mindestens eine Fehlfunktion vorliegt,...
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Lenkung eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Aus der
DE 198 41 101 C2 ist ein Verfahren durch Steuerung der Lenkung eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dieses Verfahren ermöglicht sowohl den Betrieb im Steer-by-Wire Modus als auch den Betrieb im manuellen Modus, wobei letzterer nur bei anormalen Betrieb bzw. Notfallbetrieb eingeschaltet wird. Das bekannte Verfahren sieht das Bestimmen eines Lenkungswertes, die Steuerung eines Rad-Antriebs-Systems entsprechend dem Lenkungs-Wert, wodurch die Lenkung des Fahrzeugs erfolgt, das Erzeugen eines Reaktions-Moments für die Lenkung in einem Fahrer-Interface-System, das zu dem Lenkungs-Wert korrespondiert, im Falle eines anormalen Betrieb- bzw. Notfallsbetriebs, das Aktivieren eines Kupplungs-Mechanismus und den Betrieb in einem Steer-by-Wire Modus oder einem manuellen Modus vor. Dabei soll der manuelle Modus ähnlich einem Servolenkungs-Modus betrieben werden. - Aus der
DE 198 42 627 A1 ist ein Verfahren wie aus derDE 198 41 101 C2 des gleichen Anmelders bekannt, bei dem zusätzlich noch eine Überwachung stattfindet und bei anormalen Betrieb bzw. Notfallbetrieb zunächst in den Servolenkungs-Modus geschaltet wird und erst dann, wenn die entsprechenden Teile der Servolenkung ausfallen, in einen manuellen Modus geschaltet wird. - Aus der
DE 100 21 903 A1 wiederum des gleichen Anmelders wie die beiden anderen vorgenannten Schriften ist ein Verfahren bekannt, das dieselben Merkmale wie dieDE 198 41 101 C2 aufweist. - Schließlich ist aus der
EP 1 205 371 A2 ein Verfahren zur Steuerung der Lenkung eines Fahrzeugs bekannt, welches den Betrieb im Steer-by-Wire Modus und in einem Notfall im manuellen Modus ermöglicht. Es wird ein Lenkungs-Wert bestimmt. Die Steuerung eines Rad-Antriebs-Systems erfolgt entsprechend dem Lenkungs-Wert, wodurch die Lenkung des Fahrzeugs erfolgt. Es wird ein Reaktions-Moment für die Lenkung in einem Fahrer-Interface-System erzeugt, das zu dem Lenkungs-Wert korrespondiert. Es wird das Fahrer-Interface-System überwacht und ein Kupplungs-Mechanismus aktiviert. Der Betrieb erfolgt im Betriebszustand Steer-by-Wire Modus oder im manuellen Modus. - Um dem Fahrer ein Lenkgefühl zu vermitteln, verwendet ein typisches Steer-by-Wire Fahrzeug einen Reaktions-Moment-Generator, der ein Reaktions-Moment in der manuellen Lenkeinrichtung synthetisiert und generiert. Wenn zum Beispiel die manuelle Lenkeinrichtung ein Lenkrad ist, wird der Reaktions-Moment-Generator ganz allgemein Drehmoment an eine Lenksäule anlegen, die mit dem Lenkrad gekoppelt ist, um dem Fahrer des Fahrzeugs eine Widerstandskraft oder eine unterstützende Kraft zur Verfügung zu stellen. Im Allgemeinen wird die Größe und Richtung des Reaktions-Moments von einem Steuerungssystem bestimmt, das mit dem Reaktionsmoment Generator, dem Lenkantrieb für die Räder und den verschiedenen Sensorsystemen des Fahrzeugs zusammenarbeitet.
- Die Anwendbarkeit von Steer-by-Wire Systemen auf die vielfältigen Situationen bietet eine große Anzahl von Vorteilen, die mechanisch gesteuerte Fahrzeuge nicht besitzen. Trotz dieser Vorteile es ist nicht der Fall, dass die mit Steer-by-Wire Systemen ausgerüsteten Fahrzeuge den gegenwärtigen Markt der Automobile dominierten. Man glaubt, dass ein hybrides Lenksystem geeignet ist, den Übergang von mechanisch gekoppelten Lenksystemen zu Steer-by-Wire Systemen in Automobilen zu erleichtern.
- Aufgabe der Erfindung ist es, mittels eines hybriden Lenksystems den Übergang von mechanisch gekoppelten Lenksystemen zu Steer-by-Wire-Systemen in Automobilen zu erleichtern.
- Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Lenkungssystem, das wählbar in drei verschiedenen Betriebsarten arbeiten kann: Steer-by-Wire, elektronische Servolenkung (EPAS) und manuelle Lenkung. Das Steer-by-Wire System weist ein Fahrer-Interface-System (FIS), ein Rad-Antriebs-System (RWAS) und ein Steuergerät zur Überwachung und Implementierung der bevorzugten Steuerungs-Strategie auf. Die Steuerungs-Architektur der vorliegenden Erfindung reduziert die gesamte Anzahl der Sensoren, die für den Betrieb des Steer-by-Wire Fahrzeugs erforderlich ist. Dementsprechend reduziert die Steuerungs-Architektur die Gesamtkosten des Lenksystems für das Fahrzeug.
- Das Fahrer-Interface-System hat eine Lenkeinrichtung, die um die Lenksäule herum gedreht werden kann. Die Rotation der Lenkeinrichtung und der Lenksäule wird mit Hilfe eines Sensors für den Winkel des Lenkrads, der um die Lenksäule herum angeordnet ist, gemessen. Die Lenksäule ist mit einem Generator für das Reaktionsmoment verbunden, der auf Basis der anwendbaren Lenkparameter ein Lenk-Gefühl erzeugt. Zu den Lenkparametern zählen unter anderen die Fahrzeug-Geschwindigkeit, der Winkel des Lenkrads, die Gierrate, die Last auf dem Lenkgetriebe und die Quer-Beschleunigung.
- Das Rad-Antriebs-System (RWAS) enthält einen Antrieb für die Lenkung des Rades, der auf die Kommandos vom Steuergerät hin arbeitet. Dieser Rad-Antrieb ist operativ mit einem Lenksystem nach Art einer Zahnstangenlenkung verbunden. Über das Steuergerät dreht der Rad-Antrieb das Lenkgetriebe, was dann wiederum die seitliche Bewegung der Zahnstange veranlasst und dadurch die Räder auslenkt. Genauso wie beim Fahrer-Interface-System wird die Funktion und Leistung des Rad-Antriebs Systems durch eine Vielzahl von Sensoren überwacht.
- Das Lenksystem in der vorliegenden Erfindung arbeitet normalerweise in einem Steer-by-Wire Modus, in dem Informationen über die Winkelposition der Lenkeinrichtung mit anderen betreffenden Informationen kombiniert werden, um ein Steuersignal zu berechnen. Dieses Steuersignal wird vom Steuergerät an den Rad-Antrieb übergeben. Wie schon gesagt, lenkt dann der Rad-Antrieb mechanisch die Räder durch den Zahnstangen-Lenkungsmechanismus des Rad-Antriebs Systems aus. Allerdings ist das Lenksystem auch dafür eingerichtet, in einem elektronischen Servolenkungs-Modus oder einem manuellen Modus zu arbeiten, und zwar für den Fall einer Fehlfunktion irgendeiner Komponente des Fahrer-Interface-Systems oder des Rad-Antriebs-Subsystems.
- Sowohl im Servolenkungs-Modus als auch im manuellen Modus veranlasst das Steuergerät, dass ein Kupplungs-Mechanismus eingeschaltet wird und auf diese Weise eine mechanische Verbindung zwischen der Lenkeinrichtung und der Zahnstangenlenkung hergestellt wird. Im Servolenkungs-Modus ist entweder der Rad-Antrieb oder der Generator für das Reaktionsmoment verfügbar, um den Lenkvorgang zu unterstützen. Alternativ sind im manuellen Modus sowohl das Fahrer-Interface-System als auch das Rad-Antriebs-System deaktiviert und das Fahrzeug ist auf rein mechanischem Wege lenkbar. In dem Fall, dass die Stromversorgung des Systems abgestellt ist oder das Fahrzeug nicht fährt, ist das Lenksystem der vorliegenden Erfindung im manuellen Modus betreibbar.
- In der Zeichnung zeigen:
-
1 : ein schematisches Block-Diagramm eines Lenksystems entsprechend einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung, -
2 : ein Flussdiagramm, das die übergreifenden Steuerungsfunktionen des Lenksystems aus der vorliegenden Erfindung darstellt, einschließlich einer Entscheidungs-Matrix für die System-Steuerung, -
3 : ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsschema für die Sub-Matrix A1 darstellt, -
4 : ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsschema für die Sub-Matrix A2 darstellt, -
5 : ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsschema für die Sub-Matrix A3 darstellt, -
6 : ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsschema für die Sub-Matrix B2 darstellt, -
7 : ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsschema für die Sub-Matrix B3 darstellt, und -
8 : ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsschema für die Sub-Matrix C3 darstellt. - Entsprechend einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt
1 ein schematisches Block-Diagramm eines Steer-by-Wire-Systems10 der vorliegenden Erfindung. Das Steer-by-Wire System10 enthält als primäre Komponenten ein Fahrer-Interface-System (FIS)12 , ein Rad-Antriebs-System (RWAS)14 und ein Steuergerät16 , das die entsprechenden Systeme überwacht und steuert. Die Steuerungs-Architektur des Steer-by-Wire Systems10 der vorliegenden Erfindung ist aufgebaut auf der Unabhängigkeit des Betriebs des Fahrer-Interface-Systems12 und des Rad-Antriebs-Systems14 . Das Steer-by-Wire System10 wird durch eine Batterie18 mit Energie versorgt, welche elektrische Energie für die verschiedenen elektrischen Komponenten dieses Systems zur Verfügung stellt. - Das Fahrer-Interface-System
12 enthält eine Lenkeinrichtung20 , die um die Lenksäule22 herum gedreht werden kann. Die Lenksäule22 erstreckt sich von der Lenkeinrichtung20 zum Rad-Antriebs-System14 . Zwischen der Lenksäule22 und dem Rad-Antriebs-System14 befindet sich ein Kupplungs-Mechanismus50 , dessen Steuerung weiter hinten beschrieben ist. Die Rotation der Lenkeinrichtung20 und der Lenksäule22 wird mit Hilfe eines Sensors für den Lenkrad-Winkel24 gemessen, der an der Lenksäule22 angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführung hat der dargestellte Sensor für den Lenkrad-Winkel24 mindestens eine unabhängige Erfassungseinheit, so dass die Redundanz der Messung sichergestellt ist. Die Lenksäule22 ist mit einem Reaktions-Moment-Generator26 verbunden, dessen Betrieb durch das Steuergerät16 gesteuert wird. - Der Reaktions-Moment-Generator
26 generiert das ihm vorgegebene Reaktions-Moment an der Lenksäule22 . Dadurch bietet er entweder Widerstand oder Lenkhilfe für den Fahrer des Fahrzeugs bei der Rotation der Lenkeinrichtung20 . Die Leistung des Reaktionsmoment-Generators26 wird mit Hilfe eines Paares von Betriebszustands-Sensoren überwacht. Ein Strom-Sensor für den Reaktionsmoment-Generator28 misst die Größe des Stroms, der vom Reaktions-Moment-Generator gezogen wird, und übergibt die Messungen an das Steuergerät16 . In ähnlicher Weise überwacht ein Temperatur-Sensor für den Reaktions-Moment-Generator30 die Temperatur des Reaktionsmoment-Generators26 und übergibt die Messungen an das Steuergerät16 . Die vorangehend beschriebenen Sensoren und weitere Sensoren, die mit dem Fahrer-Interface-System12 verbunden sind, sind auch als die ”Lenkungs-Sensoren” bezeichnet. - Das Rad-Antriebs-System
14 hat einen Rad-Antrieb38 , der auf die Steuerungs-Signale vom Steuergerät16 hin arbeitet. Der Rad-Antrieb38 ist operativ mit einem Zahnrad-Getriebe42 verbunden, das wiederum mit einem Zahnstangengetriebe40 gekoppelt ist, das in einer Querrichtung des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Zahnstangen-Getriebe40 ist mit oder Teil einer Achse46 gekoppelt, die sich seitlich durch das Fahrzeug hindurch bis zu einer Position erstreckt, die für die Räder48 geeignet ist. Über das Steuergerät16 dreht der Rad-Antrieb38 das Zahnrad-Getriebe42 , das wiederum die laterale Bewegung des Zahnstangen Getriebes40 erzeugt, und dann durch ein typisches Lenkungs- und Aufhängungs-System die Auslenkung und die Steuerung der Räder48 veranlasst. - Die Funktion des Rad-Antriebs-Systems
14 wird durch eine Vielzahl von Sensoren überwacht. Die Radpositions-Sensoren32a ,32b sind für die Messung oder die Ermittlung der Winkel-Positionen der Räder48 eingerichtet. Sie kommunizieren diesen Wert zum Steuergerät16 . Während des Lenk-Vorgangs misst ein Sensor für die Zahnstangen-Last44 die Last auf der Zahnstange40 . Auch dieser Wert wird an das Steuergerät16 übergeben. Die Betriebsbedingungen des Rad-Antriebs38 werden durch einen Temperatur-Sensor für den Rad-Antrieb36 und einen Strom-Sensor für den Rad-Antrieb34 überwacht. Die vorangehend genannten Sensoren und weitere Sensoren, die mit dem Rad-Antriebs-System14 verbunden sind, werden im Folgenden Dokument auch als ”Rad-Sensoren” bezeichnet. - Das Lenksystem
10 der vorliegenden Erfindung weist weitere Komponenten auf, wie zum Beispiel einen Sensor für die Gier-Rate52 , einen Sensor für die Quer-Beschleunigung54 und einen Sensor für die Fahrzeug-Geschwindigkeit56 . Die vorangehend genannten Sensoren sind primär ausgerichtet auf die Messung oder die Berechnung von Fahrzeug-Parametern. Sie werden deswegen hauptsächlich verwendet, um die Leistung des Lenksystems zu maximieren. Zusätzlich erfasst ein Sensor für den Batterie-Strom58 den Strom, der für das Lenksystem10 verfügbar ist, und übergibt diesen Wert an das Steuergerät16 . - Das Lenksystem
10 arbeitet im Normalfall in einem Steer-by-Wire Modus, in dem Information über die Winkelposition der Lenkeinrichtung20 mit anderen diesbezüglichen Informationen kombiniert werden, um ein Steuerungssignal zu berechnen, das das Steuergerät16 als Anweisung an den Rad-Antrieb38 übergibt. Wie schon bemerkt, lenkt dann der Rad-Antrieb38 auf mechanischem Wege die Räder48 mit Hilfe des Zahnstangen-Mechanismus des Rad-Antriebs-Systems14 . - Allerdings ist das Lenksystem
10 auch für den Betrieb in einem Servolenkungs-(EPAS)Modus und einem manuellen Modus eingerichtet. Der Betrieb in einem dieser Modi wird durch das Steuergerät16 , und zwar als Antwort auf eine Fehlfunktion in einem beliebigen Teil entweder des FIS12 oder des Rad-Antriebs-Systems14 bestimmt. Wenn die Batterie18 nicht in der Lage ist, ausreichend elektrischen Strom zu liefern, oder wenn das Lenksystem10 der vorliegenden Erfindung abgeschaltet ist, veranlasst das Fehlen von elektrischer Energie, dass der Kupplungs-Mechanismus50 aktiviert (verbunden) wird. - Sowohl im Servolenkungs-(EPAS)Modus als auch im manuellen Modus veranlasst das Steuergerät
16 , dass einen Kupplungs-Mechanismus50 aktiviert (eingekuppelt) wird, und dadurch die Lenksäule22 mit dem Zahnrad-Getriebe42 verbunden wird. Einer der beiden Antriebe, entweder der Rad-Antrieb38 oder der Reaktionsmoment-Generator26 , kann verwendet werden, um die Rotation der Lenksäule22 und des Zahnrad-Getriebe42 im Servolenkungs-Modus zu unterstützen. Im manuellen Modus sind sowohl der Rad-Antrieb38 als auch der Reaktionsmoment-Generator26 deaktiviert, und die Rotation des Zahnrad-Getriebes42 wird einzig und allein durch die manuelle Rotation der Lenksäule22 erreicht. Das Steuerungsschema für den Steer-by-Wire Modus, den Servolenkungs-Modus und den manuellen Modus wird nun eingehender diskutiert mit Bezug auf die2 bis8 . -
2 ist ein Flussdiagramm auf oberem Level für die Diagnose von und die Reaktion auf Fehlfunktionen im Lenksystem10 der vorliegende Erfindung. Es beginnt mit Schritt S101 und Schritt S102, in denen das Steuergerät16 die Prüfung auf Fehlfunktionen des Systems durchführt. Auf Grund der Komplexität des Lenksystems10 prüft das Steuergerät16 auf Fehlfunktionen des Systems in drei abhängigen Bereichen: den Reaktions-Moment-Generator in Schritt S104, die Sensoren in Schritt S106 und den Rad-Antrieb in Schritt S108. Im Bezug auf die Sensoren überprüft das Steuergerät16 den funktionalen Zustand der Lenkungs-Sensoren in Schritt S120 und den der Rad-Sensoren in Schritt S122. Da das Fahrer-Interface-System12 und das Rad-Antriebs-System14 die beschriebenen Antriebe und Sensoren aufweisen, ist eine eingehende Analyse mit einem entsprechenden Quervergleich erforderlich. - Die funktionale Abhängigkeit der Schritte S104, S120, S122 und S108 ist klar gezeigt in der Matrix M1. Obwohl eine beliebige Fehlfunktion ausreichend ist dafür, dass das Steuergerät
16 den Kupplungs-Mechanismus50 einschaltet, ist es notwendig, dass das Steuergerät16 den Zustand von anderen abhängigen und unabhängigen Subsystemen eingehender überprüft. Zum Beispiel wird eine Fehlfunktion des Sensors für den Lenkrad-Winkel24 allein das gesamte Fahrer-Interface-System12 außer Betrieb nehmen und deswegen wird der Kupplungs-Mechanismus50 aktiviert werden. Eine zweite Fehlfunktion, wie die des Reaktionsmoment-Generators26 wird ebenfalls das Fahrer-Interface-System betriebsunfähig machen, allerdings ist es dann nicht erforderlich, dass das Steuergerät16 weitere ausgleichende Aktionen durchführt. Im Gegensatz dazu wird eine dritte Fehlfunktion des Sensors für die Zahnstangen-Last44 das Rad-Antriebs-System14 betriebsunfähig machen, und demzufolge muss das Steuergerät16 das Lenkungssystem10 in den manuellen Modus setzen. - Als Konsequenz daraus sind die jeweiligen Betriebszustände des Reaktions-Moment-Generators, des Rad-Antriebs, der Lenkungs-Sensoren, und der Rad-Sensoren erforderlich, um eine Steuerungs-Strategie zu implementieren. Die Matrix M1 zeigt eine tabellarische Auflistung der möglichen Ergebnisse der Prüfungen auf Fehlfunktionen in den diesbezüglichen Bereichen. Y heißt Ja und N heißt Nein. Zum Beispiel zeigt die Sub-Matrix A1 die Abhängigkeit zwischen dem Reaktions-Moment-Generator und dem Rad-Antrieb, die in vier möglichen kombinatorischen Ergebnissen resultiert: Y/Y, Y/N, N/Y, und N/N. In ähnlicher Weise zeigen die Sub-Matrizen A2, A3, B2, B3 und C3 die kombinatorischen Ergebnisse der Abfragen in den diesbezüglichen Bereichen, wie detailliert in den
3 bis8 dargestellt ist. - Bevor zu einer detaillierten Diskussion der Abhängigkeit des FIS
12 und des Rad-Antriebs-Systems14 weitergegangen werden kann, fragt, wie in2 dargestellt, in Schritt S110 das Steuergerät16 ab, ob der Batterie-Strom ausreichend ist. Die Batterie18 ist unabhängig von den anderen Systemen, daher wird jeder Mangelzustand an Batterie-Strom dazu führen, dass die mechanische Kopplung aktiviert wird, wie in Schritt S112 gezeigt. Ohne ausreichenden elektrischen Strom hat das Steuergerät16 den Servolenkungs-Modus als Betriebs-Modus nicht zur Verfügung, und daher muss das Lenkungssystem10 in einem rein manuellen Modus betrieben werden, wie in Schritt S114 gezeigt. Das Steuergerät16 nimmt dann die normale Überwachung und Steuerung des Lenksystems10 in Schritt S116 wieder auf. Wenn der Batterie-Strom jedoch ausreichend ist, geht das Steuergerät16 weiter auf die Matrix M1, auf die dann die relevanten Sub-Matrizen folgen. -
3 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerungs-Algorithmus summarisch darstellt, der in der Sub-Matrix A1 ausgeführt wird, startend mit Schritt S130. Das Steuergerät16 ermittelt die funktionale Fähigkeit des Reaktionsmoment-Generators in Schritt S132 und des Rad-Antriebs in Schritt S134. Wenn, wie in Schritt S136 dargestellt, eine Fehlfunktion sowohl des Reaktionsmoment-Generators26 als auch des Rad-Antriebs38 vorliegt, wird der Kupplungs-Mechanismus50 aktiviert. In Schritt S138 deaktiviert das Steuergerät16 das Rad-Antriebs-System14 und das Fahrer-Interface-System12 und betreibt das Lenksystem10 in einem manuellen Modus. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S140 wieder auf. - Wenn, wie in Schritt S142 dargestellt, der Reaktions-Moment-Generator
26 eine Fehlfunktion aufweist, aber der Rad-Antrieb38 funktionsfähig ist, aktiviert das Steuergerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 . Da das Fahrer-Interface-System12 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät16 dieses und betreibt das Fahrzeug in einem Servolenkungs-Modus, in dem der Rad-Antrieb38 die elektronische Servo-Unterstützung bietet, wie in Schritt S144 gezeigt. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S146 wieder auf. - Wenn, wie in Schritt S148 dargestellt, der Reaktionsmoment-Generator
26 funktionsfähig ist, aber der Rad-Antrieb38 nicht funktionsfähig ist, aktiviert das Steuergerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 . Da das Rad-Antriebs-System14 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät16 dieses und betreibt das Fahrzeug in einem Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktionsmoment-Generator26 die elektronische Servo-Unterstützung, wie in Schritt S150 gezeigt, bietet. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S152 wieder auf. - Wenn weder der Reaktionsmoment-Generator
26 noch der Rad-Antrieb38 eine Fehlfunktion aufweisen, wie in Schritt S154 gezeigt, hält das Steuergerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 in einem ausgekuppelten (getrennten) Zustand. Das Lenkungssystem10 wird dann in einem Steer-by-Wire Modus betrieben, wie in Schritt S156 gezeigt, und das Steuergerät16 nimmt die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S158 wieder auf. -
4 ist ein Flussdiagramm, das summarisch den Steuerungs-Algorithmus darstellt, der in der Sub-Matrix A2 ausgeführt wird, startend mit Schritt S160. Das Steuergerät16 überprüft in Schritt S162, ob der Reaktionsmoment-Generator funktionsfähig ist, und in Schritt S164, ob die Lenkungs-Sensoren funktionsfähig sind. Wenn, wie in Schritt S166 dargestellt, eine Fehlfunktion von sowohl dem Reaktions-Moment-Generator26 als auch einem der verschiedenen Lenkungs-Sensoren vorliegt, wird der Kupplungs-Mechanismus50 aktiviert. In Schritt S168 deaktiviert das Steuergerät16 das Fahrer-Interface-System12 und betreibt das Lenkungssystem10 in einem Servolenkungs-Modus, wobei der Rad-Antrieb38 die elektronische Servo-Unterstützung bietet. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S170 wieder auf. - Wenn; wie in Schritt S172 dargestellt; der Reaktions-Moment-Generator eine Fehlfunktion aufweist, aber die Lenkungs-Sensoren funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät
16 den Kupplungs-Mechanismus50 . Da das Fahrer-Interface-System12 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Rad-Antrieb38 die elektronische Servo-Unterstützung wie in Schritt S174 gezeigt bietet. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S176 wieder auf. - Wenn, wie in Schritt
178 dargestellt, der Reaktions-Moment Generator26 funktionsfähig ist, aber die Lenkungs-Sensoren nicht funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 . Da das Fahrer-Interface-System12 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Rad-Antrieb38 die elektronische Servo-Unterstützung wie in Schritt S180 gezeigt bietet. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S182 wieder auf. - Wenn weder der Reaktionsmoment-Generator
26 noch die Lenkungs-Sensoren eine Fehlfunktion aufweisen, wie in Schritt S184 gezeigt, hält das Steuergerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 im getrennten Zustand. Das Lenkungssystem10 wird dann in einem Steer-by-Wire Modus betrieben, wie in Schritt S186 gezeigt. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S188 wieder auf. -
5 ist ein Flussdiagramm, das summarisch den Steuerungs-Algorithmus darstellt, der in der Sub-Matrix A3 durchgeführt wird, beginnend mit Schritt S190. Das Steuergerät16 überprüft in Schritt S192, ob der Reaktionsmoment-Generator funktionsfähig ist, und in Schritt S194, ob die Rad-Sensoren funktionsfähig sind. Wenn, wie in Schritt S196 gezeigt, eine Fehlfunktion sowohl des Reaktionsmoment-Generators26 und auch der Rad-Sensoren vorliegt, wird der Kupplungs-Mechanismus50 aktiviert. In Schritt S198 deaktiviert das Steuergerät16 den Rad-Antriebs-System14 und das Fahrer-Interface-System12 und betreibt das Lenkungssystem10 im manuellen Modus. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S200 wieder auf. - Wenn, wie in Schritt S202 gezeigt, der Reaktionsmoment-Generator
26 eine Fehlfunktion aufweist, aber die Rad-Sensoren funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 . Da das Fahrer-Interface-System12 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Rad-Antrieb38 die elektronische Servo-Unterstützung wie in Schritt S204 gezeigt bietet. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S206 wieder auf. - Wenn, wie in Schritt S208 gezeigt, der Reaktionsmoment-Generator
26 funktionsfähig ist, aber die Rad Sensoren nicht funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 . Da das Rad-Antriebs-System14 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktions-Moment-Generator26 die elektronische Servo-Unterstützung wie in Schritt S210 gezeigt bietet. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S212 wieder auf. - Wenn weder der Reaktionsmoment-Generator
26 noch die Rad-Sensoren eine Fehlfunktion aufweisen, wie in Schritt S214 gezeigt, hält das Steuerungsgerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 im getrennten Zustand. Das Lenkungssystem10 wird dann im Steer-by-Wire Modus betrieben wie in Schritt S216 gezeigt. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S218 wieder auf. -
6 ist ein Flussdiagramm, das summarisch den Steuerungs-Algorithmus darstellt, der in Sub-Matrix B2 ausgeführt wird, startend mit Schritt S220. Das Steuergerät16 prüft in Schritt S222, ob der Rad-Antrieb38 funktionsfähig ist, und in Schritt S224, ob die Lenkungs-Sensoren funktionsfähig sind. Wenn, wie in Schritt S226 gezeigt, eine Fehlfunktion sowohl des Rad-Antriebs38 als auch der Lenkungs-Sensoren vorliegt, wird der Kupplungs-Mechanismus50 aktiviert. In Schritt S228 deaktiviert das Steuergerät16 den Rad-Antriebs-System14 und das Fahrer-Interface-System12 und betreibt das System10 im manuellen Modus. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S230 wieder auf. - Wenn, wie in Schritt S232 gezeigt, der Rad-Antrieb
38 eine Fehlfunktion aufweist, aber die Lenkungs-Sensoren funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 . Da das Rad-Antriebs-System14 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktionsmoment-Generator26 die elektronische Servo-Unterstützung bietet, wie in Schritt S234 gezeigt. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S236 wieder auf. - Wenn, wie in Schritt S238 gezeigt, der Rad-Antrieb
38 funktionsfähig ist, aber die Lenkungs-Sensoren nicht funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät116 den Kupplungs-Mechanismus50 . Da das Fahrer-Interface-System14 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Rad-Antrieb38 die elektronische Servo-Unterstützung wie in Schritt S240 gezeigt bietet. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S242 wieder auf. - Wenn weder der Rad-Antrieb
38 noch die Lenkungs-Sensoren eine Fehlfunktion aufweisen, wie in Schritt S244 gezeigt, hält das Steuergerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 im getrennten Zustand. Das Lenkungssystem10 wird dann in einem Steer-by-Wire Modus betrieben, wie in Schritt S246 gezeigt. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S248 wieder auf. -
7 ist ein Flussdiagramm, das summarisch den Steuerungs-Algorithmus darstellt, der in Sub-Matrix B3 ausgeführt wird, startend mit Schritt S250. Das Steuergerät16 prüft in Schritt S252, ob der Rad-Antrieb38 funktionsfähig ist, und in Schritt S254, ob die Rad-Sensoren funktionsfähig sind. Wenn, wie in Schritt S256 gezeigt, eine Fehlfunktion sowohl des Rad-Antriebs38 als auch eines der Rad-Sensoren vorliegt, wird der Kupplungs-Mechanismus50 aktiviert. In Schritt S258 deaktiviert das Steuergerät16 das Rad-Antriebs-System14 und betreibt das System10 im Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktions-Moment Generator26 die elektronische Servo-Unterstützung bietet. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S260 wieder auf. - Wenn, wie in Schritt S262 gezeigt, der Rad-Antrieb
38 eine Fehlfunktion aufweist, aber die Rad-Sensoren funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 . Da das Rad-Antriebs-System14 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktionsmoment-Generator26 die elektronische Servo-Unterstützung bietet, wie in Schritt S264 gezeigt. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S266 wieder auf. - Wenn, wie in Schritt S268 gezeigt, der Rad-Antrieb
38 funktionsfähig ist, aber die Rad-Sensoren nicht funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 . Da das Rad-Antriebs-System12 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktionsmoment-Generator26 die elektronische Servo-Unterstützung, wie in Schritt S270 gezeigt, bietet. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S272 wieder auf. - Wenn weder der Rad-Antrieb
38 noch die Rad-Sensoren eine Fehlfunktion aufweisen, wie in Schritt S274 gezeigt, hält das Steuergerät16 den Kupplungs-Mechanismus50 im getrennten Zustand. Das Lenkungssystem10 wird dann in einem Steer-by-Wire Modus betrieben, wie in Schritt5276 gezeigt. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S278 wieder auf. -
8 ist ein Flussdiagramm, das summarisch den Steuerungs-Algorithmus darstellt, der in Sub-Matrix C3 ausgeführt wird, startend mit Schritt S280. Das Steuergerät16 prüft in Schritt S282, ob die Lenkungs-Sensoren funktionsfähig sind, und in Schritt S284, ob die Rad-Sensoren funktionsfähig sind. Wenn, wie in Schritt S286 gezeigt, eine Fehlfunktion sowohl der Lenkungs-Sensoren als auch der Rad-Sensoren vorliegt, wird der Kupplungs-Mechanismus50 aktiviert. In Schritt S288 deaktiviert das Steuergerät16 das Rad-Antriebs-System14 und das Fahrer-Interface-System12 und betreibt das System10 im manuellen Modus. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S290 wieder auf. - Wenn, wie in Schritt S292 gezeigt, die Lenkungs-Sensoren eine Fehlfunktion aufweisen, aber die Rad-Sensoren funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät
16 den Kupplungs-Mechanismus50 . Da das Fahrer-Interface-System12 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Rad-Antrieb38 die elektronische Servo-Unterstützung bietet, wie in Schritt S294 gezeigt. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S296 wieder auf. - Wenn, wie in Schritt S298 gezeigt, die Lenkungs-Sensoren funktionsfähig sind, aber die Rad-Sensoren nicht funktionsfähig sind, aktiviert das Steuergerät
16 den Kupplungs-Mechanismus50 . Da das Rad-Antriebs-System14 nicht funktionsfähig ist, deaktiviert das Steuergerät16 dieses und betreibt das Fahrzeug im Servolenkungs-Modus, wobei der Reaktionsmoment-Generator26 die elektronische Servo-Unterstützung bietet, wie in Schritt S300 gezeigt. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S302 wieder auf. - Wenn weder die Lenkungs-Sensoren noch die Rad-Sensoren eine Fehlfunktion aufweisen, wie in Schritt S304 gezeigt, hält das Steuergerät
16 den Kupplungs-Mechanismus50 im getrennten Zustand. Das Lenkungssystem10 wird dann in einem Steer-by-Wire Modus betrieben, wie in Schritt S306 gezeigt. Das Steuergerät16 nimmt dann die normalen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen in Schritt S308 wieder auf. - Die vorliegende Erfindung ist in ihren bevorzugten Ausführungen beschrieben worden. Darin wurde ein Lenkungssystem erläutert, das in einem von drei Moden betrieben werden kann: Steer-by-Wire, Servolenkung und manuelle Lenkung. Die Steuerung jedes der Lenkungsmoden und der Übergang zwischen den betreffenden Lenkungsmoden werden entsprechend den verschiedenen Kontrollschemen bestimmt, die im vorliegenden Dokument dargestellt sind. Es sollte für Fachleute klar sein, dass die oben beschriebenen Ausführungen im Wesentlichen illustrativer Art sind und nur einige der vielen möglichen spezifischen Ausführungen der vorliegenden Erfindung darstellen. Zahlreiche und verschiedenartige anderer Anordnungen können von Fachleuten sehr schnell entwickelt werden, ohne vom Geist und Geltungsumfang der Erfindung weg zu gehen. Dieser ist nur durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert.
Claims (7)
- Verfahren zur Steuerung einer Lenkung eines Fahrzeugs, welches sowohl den Betrieb im Steer-by-Wire Modus, als auch den Betrieb im elektronischen Servolenkungs-Modus, als auch den Betrieb im manuellen Modus ermöglicht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Bestimmen eines Lenkungs-Wertes; – Steuerung eines Rad-Antriebs-Systems (
14 ), das einen Rad-Antrieb (38 ) aufweist, entsprechend dem Lenkungs-Wert, wodurch die Lenkung des Fahrzeugs erfolgt; – Erzeugen eines zu dem Lenkungs-Wert korrespondierenden Reaktions-Moments für die Lenkung in einem Fahrer-Interface-System (12 ), – Überwachen des Rad-Antrieb-Systems (14 ), des Fahrer-Interface-Systems (12 ) und der Sensoren (28 ,30 ,32a , b,34 ,36 ,44 ,52 ,54 ,56 ) auf Fehlfunktion und – Betrieb im Betriebszustand Steer-by-Wire Modus, wobei in diesem Modus eine Kupplung eines Kupplungs-Mechanismus (50 ) getrennt ist, falls keine Fehlfunktion vorliegt, – Betrieb in einem der Betriebszustände elektronischer Servolenkungs-Modus oder manueller Modus, wobei in diesen Betriebszuständen die Kupplung (50 ) verbunden ist, falls mindestens eine Fehlfunktion vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass auch ein Betrieb im Betriebszustand manueller Modus erfolgt, bei dem die Kupplung (50 ) verbunden ist, falls ein Überwachen des Batteriestroms ergibt, dass dieser nicht ausreichend ist. - Das Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Bestimmung der Winkelposition einer Lenkeinrichtung (
20 ), eines Stromes des Reaktions-Moment-Generators (26 ) und der Temperatur des Reaktions-Moment-Generators (26 ). - Das Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Überwachung der Position von mindestens einem Rad (
48 ), des Stroms des Rad-Antriebs (38 ), der Temperatur des Rad-Antriebs (38 ), und einer Zahnstangen-Last. - Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Empfangen eines Satzes von Eingangssignalen, die mindestens einen Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Wert der Quer-Beschleunigung, einen Wert der Gier-Rate, und einen Zündungs-Modus betreffen.
- Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Steuerung des Reaktions-Moment-Generators (
26 ) oder des Rad-Antriebs (38 ), um im Servolenkungs-Modus eine unterstützende Kraft auf die Lenkeinrichtung (20 ) zu generieren. - Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Deaktivierung des Rad-Antriebs (
38 ) und Steuerung des Reaktions-Moment-Generators (26 ), um elektronische Servolenkungs-Unterstützung als Antwort auf eine Fehlfunktion des Rad-Antriebs-Systems (14 ) bereitzustellen. - Das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Deaktivierung des Reaktions-Moment-Generators (
26 ) als Antwort auf eine Fehlfunktion des Reaktions-Moment-Generators (26 ) und keine Fehlfunktion des Rad-Antriebs-Systems (14 ) und Deaktivierung des Rad-Antriebs (38 ) als Antwort auf keine Fehlfunktion des Reaktions-Moment-Generators (26 ) und eine Fehlfunktion des Rad-Antriebs-Systems (14 ).
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