DE102023111409A1 - Method for operating a steer-by-wire steering system of a vehicle and steer-by-wire steering system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-By-Wire-Lenksystems eines Fahrzeuges, wobei der Lenkwunsch eines Fahrzeuginsassen durch Betätigung einer Lenkhandhabe erfasst wird und in Antwort darauf an zumindest einem Fahrzeugrad in Form eines Radlenkwinkels eingestellt wird, wobei das Steer-By-Wire-Lenksystem bei Erkennung einer Störung in einer Rückfallebene betrieben wird, wobei in der Rückfallebene der Lenkwunsch des Fahrzeuginsassen durch zumindest eine Innenraumkamera erfasst wird.The invention relates to a method for operating a steer-by-wire steering system of a vehicle, wherein the steering request of a vehicle occupant is detected by actuating a steering handle and, in response thereto, is adjusted on at least one vehicle wheel in the form of a wheel steering angle, wherein the steer-by-wire steering system is operated in a fallback level when a fault is detected, wherein in the fallback level the steering request of the vehicle occupant is detected by at least one interior camera.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-By-Wire-Lenksystems eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Steer-By-Wire-Lenksystem nach dem Oberbegriff des nebengeordnet Anspruchs 6. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die
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 bzw. der Aktuator zum Einstellen eines Radlenkwinkels angesteuert, welches die gewünschte Lenkbewegung ausführt.So-called steer-by-wire steering systems for vehicles are already known in various forms from the state of the art. This differs from conventional steering systems in that the steering of the wheels is completely decoupled from the mechanical steering movement of the driver or only takes place via a purely electronic transmission. The conventional mechanical transmission devices are no longer required; instead, the driver generates data through his steering movement on the so-called steering handle or steering wheel, which is fed into an electronic control unit. This control module evaluates the data and converts it into appropriate steering commands. This controls the steering gear or the actuator for setting a wheel steering angle, which carries out the desired steering movement.
Die Anforderungen an die Ausfallsicherheit eines solchen Lenksystems sind besonders hoch. So muss in jedem möglichen Störfall die Lenkbarkeit des Fahrzeugs sichergestellt sein. Dafür sind Redundanzen bzw. Rückfallebenen vorgesehen.The requirements for the reliability of such a steering system are particularly high. The steerability of the vehicle must be ensured in every possible malfunction. Redundancies or fallback levels are provided for this purpose.
Beispielsweise ist es bekannt, eine Redundanz in der Aktuatorik und in der Sensorik von den gelenkten Rädern des Fahrzeuges vorzusehen. Als Redundanzebene wird dabei der Betrieb des Lenksystems mit einer genannten Redundanz bezeichnet. Tritt dann eine Störung bzw. ein sogenannter Erstfehler in der Aktuatorik oder der Sensorik auf, so kann weiterhin über die Redundanzebene ein vom Fahrer bzw. Fahrzeug angeforderter Lenkwinkel an den Rädern des Fahrzeuges umgesetzt werden.For example, it is known to provide redundancy in the actuators and sensors of the steered wheels of the vehicle. The redundancy level refers to the operation of the steering system with a so-called redundancy. If a fault or a so-called initial error occurs in the actuators or sensors, a steering angle requested by the driver or vehicle can still be implemented on the wheels of the vehicle via the redundancy level.
Die
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum sicheren Betrieb eines Steer-By-Wire-Lenksystems im Falle einer Störung aufzuzeigen.It is an object of the invention to provide a method for the safe operation of a steer-by-wire steering system in the event of a malfunction.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich durch ein Verfahren zum Betrieb eines Steer-By-Wire-Lenksystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Steer-By-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.The solution to the problem is provided by a method for operating a steer-by-wire steering system with the features of claim 1 and by a steer-by-wire steering system with the features of claim 6. Advantageous developments and further developments are the content of the subclaims.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-By-Wire-Lenksystems eines Fahrzeuges vorgeschlagen. Dabei wird der Lenkwunsch eines Fahrzeuginsassen durch Betätigung einer Lenkhandhabe durch den Fahrzeuginsassen erfasst. Betätigt der Fahrzeuginsasse die Lenkhandhabe, beispielsweise durch Drehung an einem Lenkrad, so wird diese Betätigung durch entsprechende Sensorik erfasst. Eine solche Sensorik kann beispielsweise ein Lenkwinkelsensor an der Lenkhandhabe sein.A method is proposed for operating a steer-by-wire steering system of a vehicle. The steering request of a vehicle occupant is detected by the vehicle occupant actuating a steering handle. If the vehicle occupant actuates the steering handle, for example by turning a steering wheel, this actuation is detected by corresponding sensors. Such a sensor can be, for example, a steering angle sensor on the steering handle.
In Antwort auf diese Betätigung und die Erfassung des Lenkwunsches wird (insbesondere durch eine entsprechende Steuereinheit) an zumindest einem Fahrzeugrad des Fahrzeuges ein Radlenkwinkel entsprechend dem Lenkwunsch umgesetzt bzw. eingestellt.In response to this actuation and the detection of the steering request, a wheel steering angle corresponding to the steering request is implemented or set (in particular by a corresponding control unit) on at least one vehicle wheel of the vehicle.
Es ist ferner vorgesehen, dass das Lenksystem bei Erkennen bzw. Erfassen einer Störung in einer Rückfallebene bzw. Redundanzebene betrieben wird. Fällt also beispielsweise die Sensorik zur Erfassung der Betätigung der Lenkhandhabe (beispielsweise die Lenkwinkelsensorik) oder der Aktuator an der Lenkhandhabe aus bzw. tritt eine Störung auf, so ist weiterhin eine Lenkung möglich.It is also intended that the steering system is operated in a fallback or redundancy level when a fault is detected or recorded. If, for example, the sensors for detecting the operation of the steering handle (e.g. the steering angle sensors) or the actuator on the steering handle fail or a fault occurs, steering is still possible.
Dabei ist es vorgesehen, dass der Lenkwunsch des Fahrzeuginsassen, während dem Betrieb des Lenksystems in der genannten Rückfallebene, durch zumindest eine Innenraumkamera erfasst wird. Dies betrifft insbesondere den Fall, wenn sich das System in der Rückfallebene befindet, weil die Sensorik zur Erfassung des Lenkwunsches, also insbesondere die Lenkwinkelsensorik an der Lenkhandhabe, eine Störung aufweist oder ausfällt.It is intended that the steering request of the vehicle occupant is recorded by at least one interior camera while the steering system is operating in the fallback level mentioned. This applies in particular to the case when the system is in the fallback level because the sensors for recording the steering request, in particular the steering angle sensors on the steering handle, are malfunctioning or fail.
Eine Innenraumkamera erfasst dann vorteilhafter Weise den Lenkwusch des Fahrzeuginsassen. Die Daten der Erfassung werden dann über eine entsprechende Steuereinheit ausgewertet und in einen entsprechenden Radlenkwinkel zumindest eines Fahrzeugrades umgesetzt.An interior camera then advantageously records the steering request of the vehicle occupant. The data from the recording is then evaluated by a corresponding control unit and converted into a corresponding wheel steering angle for at least one vehicle wheel.
Beispielsweise kann die Innenraumkamera, die sich während der Betätigung der Lenkhandhabe durch den Fahrzeuginsassen veränderten Position der Lenkhandhabe erfassen. Durch Auswerten der Positionsveränderung der Lenkhandhabe (beispielsweise durch eine entsprechende Steuereinheit), beispielsweise durch Abgleich von hinterlegten Lenkhandhabepositionen, kann dann ein bestimmter Lenkwunsch des Fahrzeuginsassen berechnet werden. Beispielsweise kann eine Lenkraddrehung durch die Innenraumkamera erfasst werden und durch die hinterlegte Lenkradform bzw. Lenkradposition ein Lenkwinkel berechnet bzw. ausgewertet werden.For example, the interior camera can record the changed position of the steering handle while the vehicle occupant is operating the steering handle. By evaluating the change in position of the steering handle (for example by a corresponding control unit), for example by comparing stored steering handle positions, a specific steering request from the vehicle occupant can then be calculated. For example, a steering wheel rotation can be recorded by the interior camera and a steering angle can be calculated or evaluated using the stored steering wheel shape or steering wheel position.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Innenraumkamera den Lenkwunsch durch Erfassen und Auswerten einer Handbewegung zumindest einer Hand des Fahrzeuginsassen während der Betätigung der Lenkhandhabe erfasst. Bedient also der Fahrzeuginsasse die Lenkhandhabe mit dessen Händen, beispielsweise durch Drehung an einem Lenkrad des Fahrzeuges, so erfasst die Innenraumkamera die Handbewegung. Durch Abgleich mit hinterlegten Daten und Auswertung durch ein geeignetes Steuergerät, kann dann ein Lenkwunsch, beispielsweise in Form eines Lenkwinkels, abgeleitet werden. Dieses Verfahren kann auch als „Handtracking“ bezeichnet werden.Alternatively or additionally, it is possible for the interior camera to record the steering request by detecting and evaluating a hand movement of at least one hand of the vehicle occupant while the steering handle is being operated. If the vehicle occupant operates the steering handle with his or her hands, for example by turning the vehicle's steering wheel, the interior camera records the hand movement. By comparing this with stored data and evaluating it using a suitable control unit, a steering request, for example in the form of a steering angle, can then be derived. This process can also be referred to as "hand tracking".
Alternativ oder zusätzlich ist es ferner möglich, dass die Innenraumkamera den Lenkwunsch durch Erfassen und Auswerten von zumindest einem an der Lenkhandhabe angeordnetem Reflektor und/oder Muster während einer Bewegung der Lenkhandhabe erfasst. Ist also ein entsprechendes Muster, auf welches die Kamera reagiert, oder ein oder mehrere entsprechende Reflektoren an der Oberfläche der Lenkhandhabe angeordnet, so können deren Position durch die Kamera erfasst werden und aus deren Positionsveränderung während einer Betätigung der Lenkhandhabe, ein Lenkwunsch (mit einer entsprechenden Steuereinheit) abgeleitet werden.Alternatively or additionally, it is also possible for the interior camera to detect the steering request by detecting and evaluating at least one reflector and/or pattern arranged on the steering handle during a movement of the steering handle. If a corresponding pattern to which the camera reacts or one or more corresponding reflectors are arranged on the surface of the steering handle, their position can be detected by the camera and a steering request (with a corresponding control unit) can be derived from their change in position during an actuation of the steering handle.
Durch das Verfahren wird eine zuverlässige und kostensparende Rückfallebene bzw. Redundanzebene im Falle einer Störung oder eines Ausfalls im Steer-By-Wire-Lenksystem bereitgestellt.The procedure provides a reliable and cost-saving fallback or redundancy level in the event of a malfunction or failure in the steer-by-wire steering system.
Insbesondere ist es vorteilhaft, da auf bereits vorhandene Innenraumkameras zurückgegriffen werden, was zusätzlichen Aufwand und Kosten spart.It is particularly advantageous because it makes use of existing interior cameras, which saves additional effort and costs.
Es wird ferner ein Steer-By-Wire-Lenksystem eines Fahrzeuges zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorgeschlagen.Furthermore, a steer-by-wire steering system of a vehicle for carrying out the method according to one of claims 1 to 5 is proposed.
Das Steer-By-Wire-Lenksystem (kurz Lenksystem) umfasst eine Lenkhandhabe zur manuellen Eingabe eines Lenkwunsches durch einen Fahrzeuginsassen. Dabei kann es sich insbesondere um ein Lenkrad handeln, welches der Fahrzeuginsasse mit dessen Händen dreht, um einen Lenkwunsch in Form eines Lenkwinkels auszudrücken.The steer-by-wire steering system (steering system for short) includes a steering handle for the manual input of a steering request by a vehicle occupant. This can in particular be a steering wheel that the vehicle occupant turns with his hands in order to express a steering request in the form of a steering angle.
Ferner umfasst das Lenksystem eine Sensoreinheit, die die Eingabe des Fahrzeuginsassen erfasst. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Lenkwinkelsensor an der Lenkhandhabe handeln.The steering system also includes a sensor unit that detects the input of the vehicle occupant. For example, this can be a steering angle sensor on the steering handle.
Eine Steuereinheit ist zur Auswertung der Eingabedaten vorgesehen, sodass als Antwort auf die Eingabe des Lenkwunsches ein entsprechender Radlenkwinkel an zumindest einem Fahrzeugrad umgesetzt wird.A control unit is provided for evaluating the input data so that a corresponding wheel steering angle is implemented on at least one vehicle wheel in response to the input of the steering request.
Ferner umfasst das Lenksystem zumindest eine Innenraumkamera, welche eingerichtet ist, den Lenkwunsch des Fahrzeuginsassen während einer Störung des Steer-By-Wire-Lenksystems zu erfassen. Wie diese Erfassung erfolgen kann, ist bereits weiter oben erläutert.The steering system also includes at least one interior camera that is designed to detect the steering request of the vehicle occupant during a malfunction of the steer-by-wire steering system. How this detection can be carried out has already been explained above.
Bei der Innenraumkamera kann es sich um eine oder auch um mehrere Kameras handeln, die sich jeweils im Fahrzeuginnenraum befinden. Besonders bevorzugt werden diese auch für andere Funktionen und Assistenzsysteme im Fahrzeug, beispielsweise eine Müdigkeitserkennung oder eine Gestikerkennung genutzt.The interior camera can be one or more cameras, each of which is located in the vehicle interior. These are particularly preferred for other functions and assistance systems in the vehicle, such as fatigue detection or gesture recognition.
Es kann beispielsweise eine RGB-Kamera und/oder eine Infrarot-Kamera und/oder eine Tiefenkamera (beispielsweise mittels TOF Verfahren) verwendet werden, welche mindestens einen Teil des Lenkrads oder einen Teil der Hände erkennt. Die Kamera kann beispielsweise im Kombi-Instrument hinter der Lenkhandhabe bzw. an anderen Positionen, wie am Innenspiegel des Fahrzeuges, im Dachmodul, an A-Säule etc. verbaut sein.For example, an RGB camera and/or an infrared camera and/or a depth camera (for example using the TOF method) can be used, which detects at least part of the steering wheel or part of the hands. The camera can be installed, for example, in the instrument cluster behind the steering handle or in other positions, such as on the vehicle's interior mirror, in the roof module, on the A-pillar, etc.
Wie weiter oben bereits erläutert, kann die Innenraumkamera einen Lenkwunsch beispielsweise mittels eines Reflektors und/oder eines Musters erfassen. Hierzu umfasst die Lenkhandhabe zumindest einen Reflektor und/oder ein Muster an dessen Oberfläche, dessen Position durch die Innenraumkamera erfassbar ist und damit der Lenkwunsch des Fahrzeuginsassen auswertbar ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Muster um einen an der Oberfläche der Lenkhandhabe, beispielsweise im Stoff, befindlichen QR handeln. Es sind auch ein oder mehrere andere Muster zur genauen Lokalisation geeignet. Es sind auch Lichtreflektoren denkbar, die für die Innenraumkamera bestimmte Marker zur Positionserkennung darstellen.As already explained above, the interior camera can detect a steering request, for example, using a reflector and/or a pattern. To do this, the steering handle comprises at least one reflector and/or a pattern on its surface, the position of which can be detected by the interior camera and thus the steering request of the vehicle occupant can be evaluated. For example, the pattern can be a QR on the surface of the steering handle, for example in the fabric. One or more other patterns are also suitable for precise localization. Light reflectors are also conceivable, which represent markers for the interior camera to detect positions.
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