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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads eines Fahrzeugs. Zudem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie ein Steuergerät mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge mit Steer-by-Wire-Lenksystemen bekannt, welche ohne eine direkte mechanische Verbindung zwischen einem Lenkeingabeelement, wie beispielsweise einem Lenkrad, und gelenkten Fahrzeugrädern auskommen und bei welchen eine Lenkvorgabe an dem Lenkeingabeelement ausschließlich elektrisch weitergeleitet wird. Zur Änderung eines Radlenkwinkels eines Fahrzeugrads umfassen die Steer-by-Wire-Lenksysteme dabei wenigstens einen mit dem Lenkeingabeelement elektrisch verbundenen Radlenkwinkelsteller.
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Zudem ist bekannt, dass beim Lenken typischerweise im Stillstand die höchsten Lenkmomente auftreten, da die Mechanik der Vorderachse in diesem Fall gegen das stehende Fahrzeugrad arbeiten muss. Dies führt einerseits zu einem stark erhöhten Leistungsbedarf und anderseits zu einer hohen Bauteilebelastung, wodurch insbesondere die Mechanik der Vorderachse, wie beispielsweise ein Radlenkwinkelsteller und/oder ein Lenkgetriebe, sowie die Fahrzeugräder stark belastet werden und zudem schneller verschleißen.
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Zudem ist aus der
US 2017/0341679 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads eines Fahrzeugs bekannt, wobei das Fahrzeug ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit wenigstens einem Radlenkwinkelsteller aufweist, welcher zumindest zur Änderung des Radlenkwinkels des Fahrzeugrads in Abhängigkeit von einer Lenkvorgabe vorgesehen ist, wobei im abgestellten Zustand des Fahrzeugs der Radlenkwinkel des Fahrzeugrads nicht angepasst wird, und wobei in einem darauf folgenden Betriebszustand, in welchem das Fahrzeug gestartet wird und sich mit einer Geschwindigkeit oberhalb eines Schwellwerts bewegt, der Radlenkwinkel angepasst wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein Verfahren zur Steuerung eines Radlenkwinkels mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Lenkverhaltens bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 10 und 11 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung eines Radlenkwinkels wenigstens eines, insbesondere lenkbaren und vorzugsweise als Vorderrad ausgebildeten, Fahrzeugrads eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Vermeidung einer Radlenkwinkeländerung des Fahrzeugrads im Stillstand des Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit wenigstens einem Radlenkwinkelsteller aufweist, welcher zumindest zur Änderung des Radlenkwinkels des Fahrzeugrads in Abhängigkeit von einer Lenkvorgabe vorgesehen ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, insbesondere mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit von Null, und eine Lenkvorgabe empfangen wird, der Radlenkwinkel des Fahrzeugrads zumindest im Wesentlichen konstant gehalten und ein Soll-Radlenkwinkel für das Fahrzeugrad in Abhängigkeit von der Lenkvorgabe ermittelt wird, und wobei in zumindest einem auf den Betriebszustand, insbesondere zeitlich, folgenden weiteren Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug bewegt, insbesondere mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit ungleich Null, der Radlenkwinkel mittels des Radlenkwinkelstellers an den Soll-Radlenkwinkel angepasst wird. Insbesondere wird der Radlenkwinkelsteller dabei in dem weiteren Betriebszustand derart angesteuert, dass sich der Radlenkwinkel ändert und zwar insbesondere derart, dass der Radlenkwinkel und der Soll-Radlenkwinkel übereinstimmen. Unter einem „zumindest im Wesentlichen konstanten Radlenkwinkel“ soll dabei insbesondere ein Radlenkwinkel verstanden werden, bei welchem leichte Anpassungen des Radlenkwinkels des Fahrzeugrads noch möglich sind, beispielsweise zum Verhindern eines Anfahrens gegen einen Randstein oder dergleichen. Prinzipiell kann der Radlenkwinkel des Fahrzeugrads jedoch auch vollständig konstant gehalten werden, sodass in dem Betriebszustand keine Änderung des Radlenkwinkels erfolgt. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere ein Lenkverhalten, insbesondere bei einem Lenkvorgang im Stillstand des Fahrzeugs, verbessert werden, wobei besonders vorteilhaft eine Radlenkwinkeländerung des Fahrzeugrads im Stillstand des Fahrzeugs gänzlich vermieden werden kann. Ferner kann vorteilhaft ein Leistungsbedarf und/oder eine Bauteilebelastung, insbesondere des Radlenkwinkelstellers, reduziert werden. Darüber hinaus kann vorteilhaft eine Effizienz, insbesondere eine Lenkeffizienz, eine Leistungseffizienz, eine Bauteileeffizienz, eine Bauraumeffizienz und/oder eine Kosteneffizienz, optimiert werden.
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Unter einem „Radlenkwinkelsteller“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine mit zumindest einem Fahrzeugrad in Wirkverbindung stehende und insbesondere mechanisch von einer Lenkeingabeeinheit des Steer-by-Wire-Lenksystems getrennte Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, durch Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads eine Lenkvorgabe an die Fahrzeugräder zu übertragen und hierdurch vorteilhaft zumindest eine Ausrichtung des Fahrzeugrads zu steuern und/oder eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu beeinflussen. Dazu umfasst der Radlenkwinkelsteller vorteilhaft wenigstens ein Lenkungsstellelement, beispielsweise in Form einer Zahnstange, und wenigstens einen mit dem Lenkungsstellelement wirkverbundenen Lenkaktuator, beispielsweise in Form eines Elektromotors. Ferner kann der Radlenkwinkelsteller insbesondere als Einzelradsteller ausgebildet sein und genau einem, vorzugsweise als Vorderrad ausgebildeten, Fahrzeugrad zugeordnet sein oder als Zentralsteller ausgebildet sein und zumindest zwei Fahrzeugrädern, vorzugsweise zwei Vorderrädern, zugeordnet sein.
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Im vorliegenden Fall kann das Fahrzeug und/oder das Steer-by-Wire-Lenksystem ferner insbesondere wenigstens eine Recheneinheit und/oder wenigstens ein Steuergerät mit einer Recheneinheit umfassen, wobei die Recheneinheit insbesondere dazu vorgesehen ist, das Verfahren zur Steuerung des Radlenkwinkels des wenigstens eines Fahrzeugrads durchzuführen. Unter einer „Recheneinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine elektrische und/oder elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung und eine Informationsausgabe aufweist. Vorteilhaft weist die Recheneinheit ferner zumindest einen Prozessor, zumindest einen Betriebsspeicher, zumindest ein Ein- und/oder Ausgabemittel, zumindest ein Betriebsprogramm, zumindest eine Steuerroutine, zumindest eine Regelroutine und/oder zumindest eine Berechnungsroutine auf. Insbesondere ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, insbesondere mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit von Null, und eine Lenkvorgabe empfangen wird, den Radlenkwinkel des Fahrzeugrads zumindest im Wesentlichen konstant zu halten und ein Soll-Radlenkwinkel für das Fahrzeugrad in Abhängigkeit von der Lenkvorgabe zu ermitteln, und in zumindest einem auf den Betriebszustand, insbesondere zeitlich, folgenden weiteren Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug bewegt, insbesondere mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit ungleich Null, den Radlenkwinkel mittels einer Ansteuerung des Radlenkwinkelstellers an den Soll-Radlenkwinkel anzupassen. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren zur, insbesondere synchronen oder individuellen, Steuerung von zumindest zwei Radlenkwinkeln von wenigstens zwei, vorzugsweise als Vorderrädern ausgebildeten, Fahrzeugrädern eines Fahrzeugs vorgesehen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Radlenkwinkel mittels des Radlenkwinkelstellers an den Soll-Radlenkwinkel angepasst wird, sobald sich das Fahrzeug in Bewegung setzt. Bevorzugt wird der Radlenkwinkel dabei spätestens 1 s, vorzugsweise spätestens 0,5 s und besonders bevorzugt spätestens 0,2 s, nach dem Losrollen des Fahrzeugs und/oder spätestens bei Erreichen einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 3 km/h und bevorzugt spätestens bei Erreichen einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 1 km/h, geändert. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhaft schnelle Anpassung des Radlenkwinkels in dem weiteren Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug bewegt, erreicht und/oder eine Lenkvorgabe vorteilhaft präzise und/oder für einen Fahrer unauffällig umgesetzt werden.
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Vorteilhaft wird zudem vorgeschlagen, dass in dem Betriebszustand eine mit der Lenkvorgabe korrelierte Soll-Trajektorie für einen Fahrvorgang, insbesondere einen Anfahrvorgang, einem Rangiervorgang und/oder einen Parkiervorgang, des Fahrzeugs ermittelt, insbesondere geplant und/oder abgeschätzt, und der Soll-Radlenkwinkel in Abhängigkeit von der Soll-Trajektorie bestimmt wird. Vorteilhaft kann die Recheneinheit dabei wenigstens eine Planungsfunktion mit einer Planungsroutine umfassen und dazu vorgesehen sein, mittels der Planungsroutine die mit der Lenkvorgabe korrelierte Soll-Trajektorie für den Fahrvorgang zu ermitteln. Bevorzugt wird der Soll-Radlenkwinkel in Abhängigkeit von der Soll-Trajektorie dabei derart bestimmt, dass eine Änderung des Radlenkwinkels des Fahrzeugrads im Stillstand des Fahrzeugs gänzlich vermieden wird. Durch das Vermeiden einer Radlenkwinkeländerung des Fahrzeugrads im Stillstand des Fahrzeugs kann insbesondere ein Lenkaktuator, beispielsweise in Form eines Elektromotors, des Radlenkwinkelstellers kleiner dimensioniert werden, wodurch insbesondere Kosten reduziert sowie Gewicht und/oder Bauraum eingespart werden können.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Steer-by-Wire-Lenksystem zumindest eine, insbesondere rein elektrisch mit dem Radlenkwinkelsteller verbundene, Lenkeingabeeinheit mit wenigstens einem, beispielsweise als Lenkrad ausgebildeten, Lenkeingabeelement zur manuellen Eingabe einer Lenkvorgabe aufweist. Die Lenkvorgabe dient in diesem Fall insbesondere zur manuellen Änderung des Radlenkwinkels, wodurch vorteilhaft eine manuelle Steuerung des Fahrzeugs erreicht werden kann.
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Bevorzugt wird ferner vorgeschlagen, dass die Lenkeingabeeinheit einen Lenkeingabeaktuator zumindest zur Erzeugung eines Lenkwiderstands und/oder eines Rückstellmoments auf das Lenkeingabeelement umfasst, wobei in dem Betriebszustand mittels des Lenkeingabeaktuators ein realistisches Lenkgefühl simuliert und insbesondere an das Lenkeingabeelement übertragen wird. Unter einem „Lenkeingabeaktuator“ soll dabei insbesondere eine, insbesondere von dem Radlenkwinkelsteller verschiedene und vorzugsweise mit dem Lenkeingabeelement in direkter mechanischer Verbindung stehende, elektrische und/oder elektronische Einheit, vorteilhaft in Form eines Elektromotors, verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, Signale, Kräfte und/oder Momente von dem Lenkeingabeelement, insbesondere direkt, zu erfassen und/oder an das Lenkeingabeelement, insbesondere direkt, zu übertragen und hierdurch zumindest ein von einem Fahrer über das Lenkeingabeelement wahrnehmbares Lenkgefühl anzupassen und/oder über das Lenkeingabeelement dem Fahrer eine haptische Rückmeldung von einem Untergrund und/oder von Fahrzeugrädern des Fahrzeugs zu liefern. Hierdurch kann einem Fahrer ein vorteilhaft realistisches und insbesondere erwartetes Lenkgefühl bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Lenkvorgabe zur Änderung des Radlenkwinkels in zumindest einem Anwendungszustand und/oder in zumindest einem Betriebsmodus des Fahrzeugs von einer autonom arbeitenden Assistenzfunktion bereitgestellt wird und zwar insbesondere ohne manuelle Eingabe von einem Fahrer an dem Lenkeingabeelement. Vorzugsweise weist die Recheneinheit dabei die Assistenzfunktion zur autonomen Bereitstellung der Lenkvorgabe auf. Hierdurch kann insbesondere auch bei autonomen Fahrvorgängen eine Radlenkwinkeländerung des Fahrzeugrads im Stillstand des Fahrzeugs vermieden werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Assistenzfunktion als Parkassistent ausgebildet ist, wobei in dem Betriebszustand eine mit der Lenkvorgabe korrelierte Soll-Trajektorie für einen gesamten Parkiervorgang des Fahrzeugs ermittelt, insbesondere geplant und/oder abgeschätzt, und der Soll-Radlenkwinkel in Abhängigkeit von der Soll-Trajektorie derart bestimmt wird, dass eine Änderung des Radlenkwinkels des Fahrzeugrads im Stillstand des Fahrzeugs während des gesamten Parkiervorgangs vermieden wird. Der Parkiervorgang umfasst dabei insbesondere zumindest zwei und/oder zumindest drei Parkierzüge. Hierdurch kann insbesondere ein besonders effizienter und bauteileschonender Parkiervorgang erreicht werden.
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Bevorzugt wird ferner vorgeschlagen, dass bei der Ermittlung des Soll-Radlenkwinkels, insbesondere zusätzlich zur Lenkvorgabe, wenigstens eine Sensorikkenngröße von einer Fahrzeugsensorik berücksichtigt wird. Insbesondere kann das Fahrzeug und/oder das Steer-by-Wire-Lenksystem in diesem Fall die Fahrzeugsensorik umfassen, welche insbesondere zur Ermittlung der Sensorikkenngröße vorgesehen ist. Die Fahrzeugsensorik kann dabei insbesondere wenigstens einen Fahrzeugsensor, wie beispielsweise einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einen Lenkwinkelsensor, einen Drehmomentsensor, einen Gierratensensor, einen Beschleunigungssensor und/oder einen Querbeschleunigungssensor oder dergleichen, zur Erfassung wenigstens einer Betriebskenngröße des Fahrzeugs selbst und/oder wenigstens einen Umgebungssensor, wie beispielsweise einen Radarsensor, einen Lidarsensor, einen Schallsensor und/oder einen Kamerasensor oder dergleichen, zur Erfassung wenigstens einer Umgebungskenngröße des Fahrzeugs umfassen. Besonders vorteilhaft kann die Fahrzeugsensorik ferner auch zur Simulation des realistischen Lenkgefühls mittels des Lenkeingabeaktuators genutzt werden. Hierdurch kann insbesondere eine besonders sichere und/oder genaue Ermittlung des Soll-Radlenkwinkels erreicht werden. Zudem kann vorteilhaft eine Betriebssicherheit erhöht und potentielle Unfälle, beispielsweise beim Fahren gegen einen Randstein und/oder einen anderen Gegenstand, verhindert werden.
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Eine besonders hohe Betriebssicherheit kann insbesondere erreicht werden, wenn bei der Ermittlung des Soll-Radlenkwinkels, insbesondere zusätzlich zur Lenkvorgabe, wenigstens eine von einer, insbesondere manuellen, Lenkvorgabe abweichende Fahrereingabe, insbesondere von einer Fahrereingabeeinheit, wie beispielsweise eine Betätigung eines Gaspedals und/oder eines Bremspedals, berücksichtigt wird. Insbesondere kann das Fahrzeug und/oder das Steer-by-Wire-Lenksystem in diesem Fall die Fahrereingabeeinheit umfassen.
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Das Verfahren zur Steuerung des Radlenkwinkels soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das Verfahren zur Steuerung des Radlenkwinkels zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- Fig. la-b ein Fahrzeug mit einem Steer-by-Wire-Lenksystem in einer vereinfachten Darstellung,
- 2 eine schematische Darstellung eines Signalflussdiagramms zur Steuerung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads des Fahrzeugs und
- 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Signalflussdiagramms zur Steuerung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads des Fahrzeugs.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die 1a und 1b zeigen ein beispielhaft als Kraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 12 mit mehreren Fahrzeugrädern 10 und mit einem Steer-by-Wire-Lenksystem 14 in einer schematischen Darstellung. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 14 weist eine Wirkverbindung mit den Fahrzeugrädern 10 auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 vorgesehen, wobei eine Lenkvorgabe 18, 19 in zumindest einem Betriebszustand ausschließlich elektrisch an die Fahrzeugräder 10 weitergeleitet wird.
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Das Steer-by-Wire-Lenksystem 14 umfasst wenigstens einen Radlenkwinkelsteller 16, welcher im vorliegenden Fall auch als „Steering Rack Actuator“ bezeichnet wird. Der Radlenkwinkelsteller 16 ist beispielhaft als Zentralsteller ausgebildet und weist eine Wirkverbindung mit zumindest zwei Fahrzeugrädern 10, insbesondere zwei Vorderrädern, auf. Der Radlenkwinkelsteller 16 ist zumindest zur Änderung eines Radlenkwinkels der Fahrzeugräder 10 in Abhängigkeit von einer Lenkvorgabe 18, 19 vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist der Radlenkwinkelsteller 16 dazu vorgesehen, eine Schwenkbewegung und/oder Drehbewegung der Fahrzeugräder 10 zu bewirken und insbesondere die Lenkvorgabe 18, 19 in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder 10 umzusetzen.
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Dazu umfasst der Radlenkwinkelsteller 16 ein Lenkungsstellelement 40, welches im vorliegenden Fall beispielhaft als Zahnstange ausgebildet ist, und wenigstens einen mit dem Lenkungsstellelement 40 wirkverbundenen Lenkaktuator 42, welcher insbesondere als Elektromotor, im vorliegenden Fall beispielhaft als permanenterregter Synchronmotor, ausgebildet ist. Prinzipiell könnte eine Lenkvorrichtung jedoch auch mehrere, beispielsweise als Einzelradsteller ausgebildete, Radlenkwinkelsteller umfassen, wobei jeder der Radlenkwinkelsteller genau einem, vorzugsweise als Vorderrad ausgebildeten, Fahrzeugrad zugeordnet ist.
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Das Steer-by-Wire-Lenksystem 14 weist ferner eine Lenkeingabeeinheit 22 auf. Die Lenkeingabeeinheit 22 ist rein elektrisch mit dem Radlenkwinkelsteller 16 verbunden. Die Lenkeingabeeinheit 22 umfasst wenigstens ein Lenkeingabeelement 24, beispielsweise in Form eines Lenkrads, zur manuellen Eingabe einer Lenkvorgabe 18. Zudem umfasst die Lenkeingabeeinheit 22 einen Lenkeingabeaktuator 26, welcher auch als „Steering Wheel Actuator“ bezeichnet wird. Der Lenkeingabeaktuator 26 ist mechanisch mit dem Lenkeingabeelement 24 verbunden. Der Lenkeingabeaktuator 26 ist im vorliegenden Fall als Elektromotor ausgebildet. Der Lenkeingabeaktuator 26 ist dazu vorgesehen, Signale, Kräfte und/oder Momente von dem Lenkeingabeelement 24, insbesondere direkt, zu erfassen und/oder an das Lenkeingabeelement 24, insbesondere direkt, zu übertragen. Im vorliegenden Fall ist der Lenkeingabeaktuator 26 zumindest zur Erzeugung eines Lenkwiderstands und/oder eines Rückstellmoments auf das Lenkeingabeelement 24 vorgesehen. Zudem ist der Lenkeingabeaktuator 26 dazu vorgesehen, ein von einem Fahrer über das Lenkeingabeelement 24 wahrnehmbares Lenkgefühl anzupassen. Alternativ könnte ein Lenkeingabeelement auch als Lenkhebel und/oder Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Auch könnte ein Steer-by-Wire-Lenksystem prinzipiell frei von einer Lenkeingabeeinheit sein, beispielsweise bei einem rein autonom fahrenden Fahrzeug.
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Das Fahrzeug 12 umfasst ferner eine Fahrzeugsensorik 32. Die Fahrzeugsensorik 32 ist zur Ermittlung wenigstens einer Sensorikkenngröße 30 vorgesehen. Dazu kann die Fahrzeugsensorik 32 wenigstens einen Sensor 44 und vorteilhaft eine Vielzahl verschiedener Sensoren 44 umfassen. Wenigstens einer der Sensoren 44 kann beispielsweise als Fahrzeugsensor zur Erfassung wenigstens einer Betriebskenngröße des Fahrzeugs 12 selbst und/oder als Umgebungssensor zur Erfassung wenigstens einer Umgebungskenngröße des Fahrzeugs 12 ausgebildet sein. Die Sensoren 44 können in diesem Zusammenhang beispielsweise als Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, als Lenkwinkelsensor, als Drehmomentsensor, als Gierratensensor, als Beschleunigungssensor als Querbeschleunigungssensor, als Radarsensor, als Lidarsensor, als Schallsensor und/oder als Kamerasensor oder dergleichen ausgebildet sein.
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Zudem umfasst das Fahrzeug 12 eine Fahrereingabeeinheit 52, beispielsweise in Form eines Gaspedals und/oder eines Bremspedals. Die Fahrereingabeeinheit 52 ist dabei zur manuellen Eingabe einer von einer Lenkvorgabe 18, 19 abweichenden Fahrereingabe 34 vorgesehen. Die Fahrereingabe 34 kann beispielsweise einer Betätigung des Gaspedals und/oder des Bremspedals entsprechen.
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Darüber hinaus weist das Fahrzeug 12 ein Steuergerät 38 auf. Das Steuergerät 38 ist beispielhaft als Lenkungssteuergerät ausgebildet und folglich Teil des Steer-by-Wire-Lenksystems 14. Das Steuergerät 38 ist dabei dem Radlenkwinkelsteller 16 zugeordnet und insbesondere unmittelbar mit dem Lenkaktuator 42 gekoppelt. Dabei bilden das Steuergerät 38 und der Lenkaktuator 42 eine gemeinsame Baugruppe, ein sogenanntes „Powerpack“, aus. Das Steuergerät 38 weist ferner eine Wirkverbindung mit der Lenkeingabeeinheit 22, mit der Fahrzeugsensorik 32 und mit der Fahrereingabeeinheit 52 auf. Das Steuergerät 38 ist zur Ansteuerung des Radlenkwinkelstellers 16 und insbesondere des Lenkaktuators 42 zumindest in Abhängigkeit von einer Lenkvorgabe 18, 19 vorgesehen.
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Dazu umfasst das Steuergerät 38 eine Recheneinheit 36. Die Recheneinheit 36 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Betriebsspeicher (nicht dargestellt). Zudem umfasst die Recheneinheit 36 zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumindest einer Berechnungsroutine, zumindest einer Steuerroutine, zumindest einer Regelroutine und zumindest einer Planungsroutine. Prinzipiell ist jedoch auch denkbar, ein Steuergerät getrennt von einem Lenkaktuator auszubilden. In diesem Zusammenhang könnt ein Steuergerät beispielsweise auch einer Lenkeingabeeinheit zugeordnet sein. Zudem könnte ein Steer-by-Wire-Lenksystem und/oder ein Fahrzeug auch eine einzelnes zentrales Steuergerät mit einer zentralen Recheneinheit aufweisen. Ferner könnte ein Betriebsprogramm auch auf einem weiteren Betriebsspeicher des Fahrzeugs hinterlegt sein.
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In bestimmten Situationen, wie beispielsweise bei einem Parkiervorgang, einem Rangiervorgang und/oder einem Anfahrvorgang, kann es nun vorkommen, dass auch im Stillstand des Fahrzeugs 12 ein Radlenkwinkel der Fahrzeugräder 10 geändert werden soll, beispielsweise aufgrund einer manuellen Lenkvorgabe 18 an dem Lenkeingabeelement 24 durch einen Fahrer des Fahrzeugs 12. Ein derartiges Lenken im Stillstand des Fahrzeugs 12 beansprucht jedoch eine Lenkungsmechanik, insbesondere den Radlenkwinkelsteller 16, sowie die Fahrzeugräder 10 stark und führt gleichzeitig zu einem stark erhöhten Leistungsbedarf. Um eine Änderung des Radlenkwinkels im Stillstand des Fahrzeugs 12 überhaupt zu erreichen, werden folglich relativ große und im Vergleich zu den sonstigen Anforderungen im Betrieb überdimensionierte Lenkaktuatoren benötigt. Dies führt zu höheren Kosten, größeren und schwereren Lenkaktuatoren sowie einem höheren Energieaufwand, sodass ein Lenken im Stillstand des Fahrzeugs 12, wenn möglich, vermieden werden sollte.
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Aus diesem Grund wird im Folgenden insbesondere auch mit Verweis auf die 2 und 3 ein Verfahren zur Steuerung eines Radlenkwinkels wenigstens eines lenkbaren, insbesondere als Vorderrad ausgebildeten, Fahrzeugrads 10 des Fahrzeugs 12 beschrieben. Dabei ist Recheneinheit 36 dazu vorgesehen, das Verfahren zur Steuerung des Radlenkwinkels auszuführen und weist dazu insbesondere ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln auf.
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Im vorliegenden Fall wird erfindungsgemäß zur Vermeidung einer Radlenkwinkeländerung des Fahrzeugrads 10 im Stillstand des Fahrzeugs 12 in zumindest einem Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug 12 im Stillstand befindet und eine Lenkvorgabe 18, 19 empfangen wird, der Radlenkwinkel des Fahrzeugrads 10 zumindest im Wesentlichen konstant und bevorzugt vollständig konstant gehalten und ein Soll-Radlenkwinkel 20 für das Fahrzeugrad 10 in Abhängigkeit von der Lenkvorgabe 18, 19 ermittelt. Zur Ermittlung des Soll-Radlenkwinkels 20 wird dabei eine mit der Lenkvorgabe 18, 19 korrelierte Soll-Trajektorie für einen Fahrvorgang, insbesondere einen Anfahrvorgang, einem Rangiervorgang und/oder einen Parkiervorgang, des Fahrzeugs 12 ermittelt und der Soll-Radlenkwinkel 20 in Abhängigkeit von der Soll-Trajektorie bestimmt, insbesondere derart, dass eine Änderung des Radlenkwinkels des Fahrzeugrads 10 im Stillstand des Fahrzeugs 12 vermieden wird. Dazu umfasst die Recheneinheit 36 wenigstens eine Planungsfunktion 48 mit einer Planungsroutine zur Ermittlung der mit der Lenkvorgabe 18, 19 korrelierten Soll-Trajektorie.
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Anschließend wird in zumindest einem auf den Betriebszustand zeitlich folgenden weiteren Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug 12 bewegt, der Radlenkwinkel mittels des Radlenkwinkelstellers 16 an den Soll-Radlenkwinkel 20 angepasst. Der Radlenkwinkel wird dabei mittels des Radlenkwinkelstellers 16 an den Soll-Radlenkwinkel 20 angepasst, sobald sich das Fahrzeug 12 in Bewegung setzt, vorteilhaft spätestens 0,2 s nach dem Losrollen des Fahrzeugs 12 und/oder spätestens bei Erreichen einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 1 km/h.
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2 zeigt ein erstes beispielhaftes Signalflussdiagramm für einen ersten Anwendungsfall des zuvor beschriebenen Verfahrens. In diesem Anwendungsfall handelt es sich um einen manuellen Fahrmodus des Fahrzeugs 12.
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Dabei wird einer Verrechnungsfunktion 50 der Recheneinheit 36 eine manuelle Lenkvorgabe 18 von der Lenkeingabeeinheit 22 zugeführt. Zudem wird der Verrechnungsfunktion 50 die Sensorikkenngröße 30 von der Fahrzeugsensorik 32 und die von der manuellen Lenkvorgabe 18 abweichende Fahrereingabe 34 von der Fahrereingabeeinheit 52 zugeführt. Mittels der Verrechnungsfunktion 50 werden die Lenkvorgabe 18, die Sensorikkenngröße 30 und die Fahrereingabe 34 miteinander verrechnet und als Eingabegröße 54 der Planungsfunktion 48 zugeführt. Alternativ ist jedoch auch denkbar, eine Verrechnungsfunktion in eine Planungsfunktion zu integrieren und/oder auf eine Verrechnungsfunktion vollständig zu verzichten und eine Lenkvorgabe, eine Sensorikkenngröße und/oder eine Fahrereingabe direkt einer Planungsfunktion einer Recheneinheit zuzuführen. Ferner ist grundsätzlich auch denkbar, auf ein Zuführen einer Sensorikkenngröße und/oder einer zusätzlichen Fahrereingabe vollständig zu verzichten.
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Die Planungsfunktion 48 ermittelt anschließend anhand der Eingabegröße 54 und folglich insbesondere anhand der Lenkvorgabe 18, der Sensorikkenngröße 30 und der Fahrereingabe 34 eine mit der Lenkvorgabe 18 korrelierte Soll-Trajektorie, anhand welcher ein Soll-Radlenkwinkel 20 für das Fahrzeugrad 10 ermittelt wird. Demzufolge wird im vorliegenden Fall bei der Ermittlung des Soll-Radlenkwinkels 20, insbesondere zusätzlich zur Lenkvorgabe 18, die Sensorikkenngröße 30 von der Fahrzeugsensorik 32 und die von der Lenkvorgabe 18 abweichende Fahrereingabe 34 berücksichtigt. Bei Berücksichtigung der Sensorikkenngröße 30 können dabei insbesondere potentielle Unfälle, beispielsweise ein Fahren gegen einen Randstein und/oder einen anderen Gegenstand, insbesondere durch Hinzufügen eines virtuellen Lenkeinschlags und/oder einer Limitierung eines maximalen Lenkwinkels, verhindert werden, während durch die Berücksichtigung der Fahrereingabe 34 ein Verspannen der Mechanik der Vorderachse überwacht und gegebenenfalls elektrisch und/oder elektronisch reduziert werden kann.
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Der Planungsfunktion 48 ist steuerungstechnisch eine Entscheiderfunktion 56 nachgeschalten. Die Entscheiderfunktion 56 ist dabei steuerungstechnisch zwischen der Planungsfunktion 48 und dem Radlenkwinkelsteller 16 angeordnet. Die Entscheiderfunktion 56 weist ferner eine Wirkverbindung mit der Fahrzeugsensorik 32, insbesondere zumindest einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor der Fahrzeugsensorik 32, auf.
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In einem Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug 12 im Stillstand befindet, insbesondere mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit von Null, ist die Entscheiderfunktion 56 dazu vorgesehen, eine Ansteuerung des Radlenkwinkelstellers 16 zu verhindern und/oder zu blockieren. In einem weiteren Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug 12 bewegt, insbesondere mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit ungleich Null, ist die Entscheiderfunktion 56 dazu vorgesehen, eine Ansteuerung des Radlenkwinkelstellers 16 zu ermöglichen und den zuvor ermittelten Soll-Radlenkwinkel 20 an den Radlenkwinkelsteller 16 weiterzuleiten, insbesondere derart, dass der Radlenkwinkel mittels des Radlenkwinkelstellers 16 an den Soll-Radlenkwinkel 20 angepasst wird. In diesem Fall nutzt die Erfindung folglich die mechanische Entkopplung des Fahrers und/oder der Lenkeingabeeinheit 22 vom Radlenkwinkelsteller 16 um sicherzustellen, dass sich das Fahrzeug 12 bewegt, bevor der eigentliche Lenkeinschlag des Fahrzeugrads 10 und/oder der Fahrzeugräder 10 erfolgt.
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Darüber hinaus wird in dem Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug 12 im Stillstand befindet und die Lenkvorgabe 18 empfangen wird, mittels des Lenkeingabeaktuators 26 ein realistisches Lenkgefühl simuliert und insbesondere an das Lenkeingabeelement 24 übertragen, wodurch einem Fahrer ein vorteilhaft realistisches und insbesondere erwartetes Lenkgefühl bereitgestellt werden kann. Grundsätzlich könnte auf eine derartige Simulation eines realistischen Lenkgefühls jedoch auch verzichtet werden.
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3 zeigt ein zweites beispielhaftes Signalflussdiagramm für einen zweiten Anwendungsfall des zuvor beschriebenen Verfahrens. In diesem Anwendungsfall handelt es sich um einen autonomen Fahrmodus des Fahrzeugs 12.
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In diesem Anwendungszustand wird eine weitere Lenkvorgabe 19 zur Änderung des Radlenkwinkels von einer autonom arbeitenden Assistenzfunktion 28 der Recheneinheit 36 bereitgestellt. Bei der Assistenzfunktion 28 handelt es sich im vorliegenden Fall beispielhaft um einen Parkassistenten. Die weitere Lenkvorgabe 19 wird dann zusammen mit der Sensorikkenngröße 30 von der Fahrzeugsensorik 32 der Verrechnungsfunktion 50 der Recheneinheit 36 zugeführt. Mittels der Verrechnungsfunktion 50 werden die weitere Lenkvorgabe 19 und die Sensorikkenngröße 30 miteinander verrechnet und als Eingabegröße 54 wiederum der Planungsfunktion 48 zugeführt. Auch in diesem Fall ist jedoch grundsätzlich denkbar, auf ein Zuführen einer Sensorikkenngröße zu verzichten.
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Anschließend ermittelt die Planungsfunktion 48 anhand der Eingabegröße 54 und in diesem Fall folglich insbesondere anhand der weiteren Lenkvorgabe 19 und der Sensorikkenngröße 30 eine mit der weiteren Lenkvorgabe 19 korrelierte Soll-Trajektorie, anhand welcher ein Soll-Radlenkwinkel 20 für das Fahrzeugrad 10 bestimmt wird. Dabei wird die mit der weiteren Lenkvorgabe 19 korrelierte Soll-Trajektorie für einen gesamten Parkiervorgang des Fahrzeugs 12 ermittelt und der Soll-Radlenkwinkel 20 in Abhängigkeit von der Soll-Trajektorie derart bestimmt, dass eine Änderung des Radlenkwinkels des Fahrzeugrads 10 im Stillstand des Fahrzeugs 12 während des gesamten Parkiervorgangs vermieden wird.
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Anschließend wird der so ermittelte Soll-Radlenkwinkel 20 wiederum der Entscheiderfunktion 56 zugeführt, welche lediglich in einem weiteren Betriebszustand, in welchem sich das Fahrzeug 12 bewegt, insbesondere mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit ungleich Null, eine Ansteuerung des Radlenkwinkelstellers 16 ermöglicht und den zuvor ermittelten Soll-Radlenkwinkel 20 an den Radlenkwinkelsteller 16 weiterleitet.
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Die Soll-Trajektorie kann dabei beispielsweise derart geplant werden, dass bei einer Ausführung eines ersten Parkierzugs im rollenden Zustand des Fahrzeugs 12 und insbesondere kurz vor einer Richtungsumkehr des Fahrzeugs 12 das Fahrzeugrad 10 und/oder die Fahrzeugräder 10 in eine Geradeausstellung oder eine andere Planstellung für einen zweiten Parkierzug bewegt werden. Alternativ könnte die Soll-Trajektorie auch derart geplant werden, dass das Fahrzeug 12 während des ersten Parkierzugs etwas dichter als normalerweise an einen Randstein fährt, um eine zusätzliche Distanz, welche durch das Anrollen des Fahrzeugs 12 im zweiten Parkierzug entsteht, zu kompensieren.
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Im vorliegenden Fall ist insbesondere denkbar, dass die Recheneinheit 36 dazu vorgesehen ist, die unterschiedlichen Anwendungsfälle, insbesondere den ersten Anwendungsfall und den zweiten Anwendungsfall, zu kombinieren und folglich beide Anwendungsfälle umsetzen kann. Alternativ ist jedoch auch denkbar, auf den ersten Anwendungsfall oder den zweiten Anwendungsfall zu verzichten und in dem Steuergerät 38 somit lediglich einen der Anwendungsfälle zu hinterlegen.