Titel

Verfahren zum Betrieb eines eines

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung eine Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens, ein Lenksystem mit einer solchen Recheneinheit sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Lenksystem.

Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge mit konventionellen Lenksystemen bekannt, bei welchen eine Lenkhandhabe beispielsweise in Form eines Lenkrads über eine Lenksäule mechanisch fest mit einem Radlenkwinkelsteller in Form eines Lenkgetriebes verbunden ist. Zudem sind Fahrzeuge mit Steer-by-Wire- Lenksystemen bekannt, welche ohne eine direkte mechanische Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern auskommen und bei welchen eine Fahrer-Sollvorgabe und/oder Lenkvorgabe ausschließlich elektrisch weitergeleitet wird. Ein derartiges Steer-by-Wire-Lenksystem umfasst in der Regel eine Bedieneinheit mit einer Lenkhandhabe und einem Feed back- Aktuator sowie wenigstens einen mechanisch von der Bedieneinheit getrennten Radlenkwinkelsteller, welcher beispielsweise als Zentraisteller oder als Einzelradsteller ausgebildet sein kann.

Ferner sind derartige Steer-by-Wire-Lenksysteme aus Gründen der Betriebssicherheit grundsätzlich redundant ausgebildet. Im Hinblick auf die Bedieneinheit besteht eine Möglichkeit beispielsweise darin, die Bedieneinheit fail-safe oder fail-operational auszubilden. Zudem kann die Bedieneinheit auch fail-operational im Hinblick auf eine Erfassung einer Fahrer-Sollvorgabe und fail-safe im Hinblick auf ein von dem Feedback-Aktuator bereitgestelltes Feedbackmoment ausgebildet werden. Bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Bedieneinheit kann es bei einer Störung und/oder einem Ausfall des Feedback-Aktuators aufgrund des plötzlichen Wegfalls des Feedbackmoments zu unbeabsichtigten Lenkbewegungen an der Lenkhandhabe kommen, welche vom Lenksystem als Fahrer-Sollvor- gabe und/oder Lenkvorgabe aufgefasst werden und folglich zu einer unerwünschten Fahrzeugreaktionen führen können. Mögliche Verfahren zur Behandlung derartiger Fehlerfälle können beispielsweise der DE 10 2016 009 684 Al sowie der DE 10 2018 222 442 Al entnommen werden.

Ausgehend davon besteht die Aufgabe der Erfindung insbesondere darin, ein Verfahren mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Funktionsweise bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 12, 13 und 14 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Lenksystem als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet ist und eine Bedieneinheit mit zumindest einer Lenkhandhabe und mit zumindest einem mit der Lenkhandhabe zusammenwirkenden Feedback-Aktuator sowie wenigstens einen mit der Bedieneinheit wirkverbundenen Radlenkwinkelsteller zur Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads umfasst, wobei ein Betrieb des Feedback-Aktuators mittels einer Überwachungsfunktion überwacht und in zumindest einem Betriebszustand, in welchem mittels der Überwachungsfunktion eine Störung und/oder ein Ausfall des Feedback-Aktuators ermittelt wird, eine Lenkcharakteristik des Lenksystems verändert wird.

Es wird vorgeschlagen, dass mittels einer weiteren Überwachungsfunktion eine, insbesondere von einem Fahrer auf die Lenkhandhabe aufgebrachte, Fahrer- Sollvorgabe für den Radlenkwinkelsteller überwacht wird und im Fall, dass in dem Betriebszustand eine Dynamik der Fahrer-Sollvorgabe einen Schwellwert übersteigt, eine Kompensationsgröße, insbesondere in Form eines Offsets, ermittelt wird, wobei zur Veränderung der Lenkcharakteristik die Fahrer-Sollvorgabe mittels der Kompensationsgröße modifiziert wird. Der Betriebszustand, in welchem mittels der Überwachungsfunktion eine Störung und/oder ein Ausfall des Feedback-Aktuators ermittelt wird, entspricht demnach insbesondere einem Fehlerbetriebszustand. Ferner wird die Lenkcharakteristik durch die Modifizierung der Fahrer-Sollvorgabe mittels der Kompensationsgröße insbesondere derart verändert, dass in dem Betriebszustand und insbesondere bei einem Übergang des Feedback-Aktuators von einem aktiven und/oder voll funktionsfähigen Zustand in einen passiven und/oder degradierten Zustand ein im Wesentliches gleichbleibendes Lenkverhalten bereitgestellt und/oder erreicht wird und eine unbeabsichtigte Lenkbewegung eines Fahrers aufgrund der Störung und/oder des Ausfalls des Feedback-Aktuators nicht zu einer unerwünschten Fahrzeugreaktion führt. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine Funktionsweise verbessert werden, wobei vorteilhaft eine Kontrollierbarkeit und/oder Beherrschbarkeit des Fahrzeugs im Fehlerfall bzw. bei Wegfall des aktiven Feedbackmoments des Feedback-Aktuators verbessert werden kann. Zudem kann ein vorteilhaft adaptives und/oder variables Verfahren bereitgestellt werden, bei welchem die Lenkcharakteristik flexibel an aktuelle Betriebsbedingungen angepasst werden kann. Darüber hinaus kann eine vorteilhafte Manövrierbarkeit des Fahrzeugs erreicht und eine Betriebssicherheit erhöht werden.

Das Lenksystem ist vorliegend als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet, bei welchem die Fahrer-Sollvorgabe und/oder Lenkvorgabe vorteilhaft rein elektrisch an die Fahrzeugräder weitergeleitet wird. Dazu umfasst das Steer-by-Wire-Lenk- system die, insbesondere redundant ausgebildete, Bedieneinheit und zumindest einen mechanisch von der Bedieneinheit getrennten und insbesondere redundant ausgebildeten Radlenkwinkelsteller. Bevorzugt sind die Bedieneinheit und der Radlenkwinkelsteller dabei zumindest teilweise fail-operational ausgebildet. Unter einem „Radlenkwinkelsteller“ soll eine mit zumindest einem Fahrzeugrad gekoppelte Aktuatoreinheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, durch Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads eine Fah- rer-Sollvorgabe und/oder Lenkvorgabe, insbesondere eines Fahrers, an das Fahrzeugrad 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. Der Radlenkwinkelsteller kann dabei als Zentraisteller ausgebildet sein und zumindest zwei, insbesondere lenkbaren und bevorzugt als Vorderrädern ausgebildeten, Fahrzeugrädern zugeordnet sein. Alternativ kann der Radlenkwinkelsteller jedoch auch als Einzelradsteller ausgebildet und genau einem, insbesondere lenkbaren und bevorzugt als Vorderrad ausgebildeten, Fahrzeugrad zugeordnet sein. Ferner soll unter einem „Feedback-Aktuator“ eine, insbesondere von dem Radlenkwinkelsteller verschiedene und insbesondere mit der Lenkhandhabe in direkter mechanischer Verbindung stehende, Aktuatoreinheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, Signale, Kräfte und/oder Momente von der Lenkhandhabe, insbesondere direkt, zu erfassen und/oder an die Lenkhandhabe, insbesondere direkt, zu übertragen. Vorliegend ist der Feedback-Aktuator in einem Normalbetriebszustand zumindest zur Bereitstellung eines aktiven Feedbackmoments und hierdurch zur Erzeugung eines Lenkwiderstands und/oder eines Rückstellmoments auf die Lenkhandhabe vorgesehen. Ferner ist der Feedback-Aktuator in diesem Zusammenhang dazu vorgesehen, ein, insbesondere über die Lenkhandhabe wahrnehmbares, Lenkgefühl anzupassen. Dazu kann der Feedback-Aktuator wenigstens einen weiteren Elektromotor umfassen. Unter „einer Störung und/oder einem Ausfall des Feedback-Aktuators“ soll insbesondere eine Störung und/oder ein Ausfall des Feedback-Aktuators selbst und/oder einer mit dem Feedback-Aktuator zusammenwirkenden Peripherie-Baugruppe, wie beispielsweise einer Energieversorgung, und eine hierdurch bewirkte Störung des Feed back- Aktuators verstanden werden. Ferner ist der Radlenkwinkel grundsätzlich äquivalent zu anderen Größen zwischen Lenkaktuator und Fahrzeugrad, wie beispielsweise einer Auslenkung des Lenkungsstellelements und/oder einer Auslenkposition des Radlenkwinkelstellers und/oder einer Motorbewegung. Analoges gilt für eine Auslenkung der Lenkhandhabe, welche äquivalent zu anderen Größen zwischen der Lenkhandhabe und dem Feed back- Aktuator ist, wie beispielsweise ein Lenksäulenwinkel und/oder ein Motorwinkel. Für die Momentengrößen am Fahrzeugrad und an der Lenkhandhabe gilt die gleiche Äquivalenz der Größen zwischen Fahrzeugrad/Lenk- handhabe und dem jeweiligen verbundenen Aktuator. Des Weiteren umfasst das Fahrzeug und bevorzugt das Lenksystem wenigstens eine Recheneinheit, welche dazu vorgesehen ist, das Verfahren zum Betrieb des Lenksystems durchzuführen. Unter einer „Recheneinheit“ soll 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 Steuer- und/oder Regelroutine, zumindest eine Berechnungsroutine, zumindest eine Ermittlungsroutine, zumindest eine Auswerteroutine und/oder zumindest eine Anpassungsroutine auf. Insbesondere umfasst die Recheneinheit im vorliegenden Fall wenigstens eine Überwachungsfunktion zur Überwachung eines Betriebs des Feedback-Aktuators. Zudem umfasst die Recheneinheit wenigstens eine weitere Überwachungsfunktion zur Überwachung einer, insbesondere von einem Fahrer auf die Lenkhandhabe aufgebrachten, Fahrer-Sollvorgabe und insbesondere zur Überwachung einer Dynamik der Fahrer-Sollvorgabe. Die Recheneinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, ein Betrieb des Feedback-Aktuators mittels der Überwachungsfunktion zu überwachen und auszuwerten. Des Weiteren ist die Recheneinheit insbesondere dazu vorgesehen, eine, insbesondere von einem Fahrer auf die Lenkhandhabe aufgebrachte, Fahrer-Sollvorgabe für den Radlenkwinkelsteller mittels der weiteren Überwachungsfunktion zu überwachen und auszuwerten. Darüber hinaus ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand, in welchem eine Störung und/oder ein Ausfall des Feedback-Aktuators ermittelt wird und eine Dynamik der Fahrer-Sollvorgabe einen Schwellwert übersteigt, eine Lenkcharakteristik des Lenksystems zu verändern und hierzu die Fahrer-Sollvor- gabe mittels einer Kompensationsgröße zu modifizieren. In diesem Zusammenhang kann die Recheneinheit insbesondere dazu vorgesehen sein, ein von der Überwachungsfunktion bereitgestelltes Fehlersignal und/oder ein von der weiteren Überwachungsfunktion bereitgestelltes Erfassungssignal zur Anpassung der Lenkcharakteristik zu nutzen. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dabei in ein Steuergerät des Fahrzeugs, beispielsweise ein zentrales Fahrzeugsteuergerät, oder vorteilhaft ein Steuergerät des Lenksystems, insbesondere in Form eines Lenkungssteuergeräts, integriert. 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.

Ferner wird vorgeschlagen, dass bei der Veränderung der Lenkcharakteristik und insbesondere der Modifizierung der Fahrer-Sollvorgabe mittels der Kompensationsgröße eine aktuelle Fahrsituation und/oder eine unmittelbar bevorstehende Fahrsituation berücksichtigt wird, wodurch insbesondere eine situativ angepasste Veränderung der Lenkcharakteristik ermöglicht wird. Insbesondere wird die Lenkcharakteristik in diesem Fall in Abhängigkeit der aktuellen Fahrsituation und/oder der unmittelbar bevorstehenden Fahrsituation verändert. Die aktuelle Fahrsituation und/oder die unmittelbar bevorstehende Fahrsituation kann beispielsweise auf Basis wenigstens einer Fahrzeuggröße, beispielsweise einer Gierrate, einer Auslenkung der Lenkhandhabe und/oder einer Lenkbewegung ermittelt und/oder prognostiziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die aktuelle Fahrsituation und/oder die unmittelbar bevorstehende Fahrsituation jedoch auch aus einer Routenplanung eines Navigationssystems des Fahrzeugs und/oder einem entsprechenden Sensorsystem, beispielsweise in Form eines Kamerasystems, des Fahrzeugs abgeleitet werden.

Vorteilhaft entspricht der Betriebszustand einer Kurvenfahrt. Vorzugsweise wird die Lenkcharakteristik dabei nur verändert, wenn der Radlenkwinkel des Fahr- zeugrads ungleich Null ist und vorteilhaft, insbesondere betragsmäßig, zumindest 0,1° beträgt. Besonders bevorzugt erfolgt somit bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs eine Veränderung der Lenkcharakteristik, während bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs keine Veränderung der Lenkcharakteristik durchgeführt wird. Hierdurch kann insbesondere in kritischen Fahrsituationen eine Betriebssicherheit erhöht werden. Zudem kann vorteilhaft ein besonders effizientes Verfahren bereitgestellt werden.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass bei der Veränderung der Lenkcharakteristik und insbesondere der Modifizierung der Fahrer-Sollvorgabe mittels der Kompensationsgröße eine Dynamik und/oder ein Absolutwert der Fahrer-Sollvor- gabe, also beispielsweise eine maximale Auslenkung der Lenkhandhabe und/o- der eine Lenkgeschwindigkeit der Lenkhandhabe, berücksichtigt wird. Eine Ermittlung der Dynamik und/oder des Absolutwerts der Fahrer-Sollvorgabe erfolgt bevorzugt mittels der weiteren Überwachungsfunktion. Hierdurch kann insbesondere eine Überreaktion des Fahrers bei Wegfall des aktiven Feedbackmoments des Feedback-Aktuators ermittelt und in Abhängigkeit davon die Lenkcharakteristik angepasst werden.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zur Veränderung der Lenkcharakteristik die Fahrer-Sollvorgabe mittels der Kompensationsgröße derart modifiziert wird, dass die Fahrer-Sollvorgabe in dem Betriebszustand reduziert wird. Insbesondere ist eine, insbesondere mittels der Kompensationsgröße, modifizierte Fahrer- Sollvorgabe, welche in dem Betriebszustand, insbesondere anstatt der Fahrer- Sollvorgabe, an den Radlenkwinkelsteller weitergeleitet wird und/oder mittels welcher der Radlenkwinkelsteller in dem Betriebszustand angesteuert wird, demnach reduziert im Vergleich zu der Fahrer-Sollvorgabe, und zwar vorzugsweise um zumindest 10 %, bevorzugt um zumindest 20 % und besonders bevorzugt um zumindest 30 %. Vorteilhaft wird die modifizierte Fahrer-Sollvorgabe dabei um maximal 90°% reduziert. Dadurch reduziert sich die Fahrzeugreaktion und die Situation wird beherrschbarer für den Fahrer.

Weiter wird vorgeschlagen, dass zur Veränderung der Lenkcharakteristik die Fahrer-Sollvorgabe und die Kompensationsgröße miteinander addiert werden. Insbesondere wird durch die Addition eine, insbesondere mittels der Kompensationsgröße, modifizierte Fahrer-Sollvorgabe ermittelt. Hierdurch kann insbesondere eine softwaretechnisch besonders einfache Modifizierung der Fahrer-Soll- vorgabe erreicht werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass eine maximale Höhe der Kompensationsgröße begrenzt wird, insbesondere derart, dass ein möglicher tatsächlicher Bedarf an einem stärkeren Einlenken des Fahrzeugs ermöglicht wird und ein absichtliches Überlenken der veränderten Lenkcharakteristik möglich ist. Hierdurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass absichtliche Lenkbewegungen, beispielsweise bei einem Ausweichvorgang, weiterhin ausführbar sind. Bevorzugt wird ferner vorgeschlagen, dass die Kompensationsgröße unter Verwendung einer Kompensationsfunktion ermittelt wird, welcher zumindest die Fah- rer-Sollvorgabe und/oder das von der weiteren Überwachungsfunktion bereitgestellte Erfassungssignal und das von der Überwachungsfunktion bereitgestellte Fehlersignal als Eingangsgrößen zugeführt werden. Insbesondere kann die Recheneinheit in diesem Fall die Kompensationsfunktion umfassen. Zudem können der Kompensationsfunktion weitere Fahrzeuggrößen zugeführt werden, wie beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Gierrate und/oder eine Querbeschleunigung. Bevorzugt wird zudem bei der Ermittlung der Kompensationsgröße mittels der Kompensationsfunktion eine dynamische Gradientenbegrenzung verwendet, mittels welcher in Abhängigkeit wenigstens einer Fahrkenngröße ein Anstieg der Fahrer-Sollvorgabe begrenzt wird, wobei die Kompensationsgröße vorteilhaft anhand einer Differenz aus einer gradientenbegrenzter Fahrer-Sollvor- gabe und der Fahrer-Sollvorgabe ermittelt wird. Die Fahrkenngröße definiert in diesem Zusammenhang insbesondere Bedingungen, unter welchen eine entsprechende Gradientenbegrenzung erfolgt. Zudem kann zur Ermittlung eines maximalen Gradienten der dynamischen Gradientenbegrenzung ein Zustandsautomat bzw. eine Zustandsmaschine eingesetzt werden. Eine Reduktion der Fahrer-Soll- vorgabe erfolgt vorzugsweise unbegrenzt. Durch diese Ausgestaltung kann die Lenkcharakteristik vorteilhaft verändert werden.

Eine besonders hohe Betriebssicherheit kann insbesondere erreicht werden, wenn die dynamische Gradientenbegrenzung abhängig von einer aktuellen Fahrsituation erfolgt und/oder eine aktuellen Fahrsituation bei der Gradientenbegrenzung berücksichtigt wird. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang zumindest berücksichtigt, ob eine Kurvenfahrt vorliegt oder nicht. Zudem kann vorteilhaft eine Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt werden.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass als Fahrkenngröße eine mit der Fah- rer-Sollvorgabe korrelierte Lenkrichtung und/oder Lenkbewegung berücksichtigt und/oder im Fall, dass der Betriebszustand einer Kurvenfahrt entspricht, eine Kurvenrichtung berücksichtigt wird. Beispielsweise kann in diesem Zusammenhang zwischen einer Links- und einer Rechtskurve und/oder einer konstanten Kurvenfahrt und einer Kurvenfahrt mit aktiven Lenkbewegungen unterschieden werden. Liegt eine konstante Kurvenfahrt vor wird bei der dynamischen Gradientenbegrenzung beispielsweise nur ein minimaler Gradient verwendet, während im Falle einer aktiven Lenkbewegung des Fahrers eine zusätzliche Verstärkung des Gradienten erfolgen kann. Besonders vorteilhaft erfolgt eine Aktivierung der dynamischen Gradientenbegrenzung in diesem Zusammenhang nur bei einer Kurvenfahrt und wenn der Fahrer nicht in eine Mittelstellung bzw. Nullstellung zurücklenkt. Hierdurch kann insbesondere eine situativ angepasste Gradientenbegrenzung erreicht werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird ferner vorgeschlagen, dass die Veränderung der Lenkcharakteristik in dem Betriebszustand zunächst für ein erstes Zeitintervall aufrechterhalten und anschließend über ein definiertes zweites Zeitintervall, insbesondere in Form einer definierten Zeitdauer, kontrolliert abgebaut wird. Das erste Zeitintervall kann dabei insbesondere eine definierte Zeitdauer sein oder einer vorgegebenen Fahrsituation entsprechen, beispielsweise bis zur nächsten Geradeausfahrt oder bis zum nächsten Kurvenwechsel. Hierdurch kann insbesondere ein Übergang von einer Lenkcharakteristik in einem fehlerfreien Normalbetriebszustand auf eine Lenkcharakteristik im Fehlerbetriebszustand verbessert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung wird zudem vorgeschlagen, dass bei der Veränderung der Lenkcharakteristik und insbesondere der Modifizierung der Fahrer- Sollvorgabe mittels der Kompensationsgröße eine Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt wird. Insbesondere wird die Fahrzeuggeschwindigkeit dabei zumindest bei der Ermittlung der dynamische Gradientenbegrenzung berücksichtigt. Hierdurch kann die Lenkcharakteristik besonders flexibel an aktuelle Betriebsbedingungen angepasst werden.

Das Verfahren zum Betrieb des Lenksystems soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das Verfahren zum Betrieb des Lenksystems zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen. Zeichnungen

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. la-b ein Fahrzeug mit einem als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildeten Lenksystem in einer vereinfachten Darstellung,

Fig. 2 beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zum Betrieb des Lenksystems und

Fig. 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zum Betrieb des Lenksystems.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Figuren la und lb zeigen ein beispielhaft als Personenkraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 12 mit mehreren Fahrzeugrädern 22, 24 und mit einem Lenksystem 10 in einer vereinfachten Darstellung. Das Lenksystem 10 weist eine Wirkverbindung mit den Fahrzeugrädern 22, 24 auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 vorgesehen. Ferner ist das Lenksystem 10 vorliegend als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet, bei welchem eine Fahrer- Sollvorgabe 30 bzw. Lenkvorgabe in zumindest einem Betriebszustand elektrisch an die Fahrzeugräder 22, 24 weitergeleitet wird.

Das Lenksystem 10 weist eine, insbesondere von einem Fahrer und/oder Insassen betätigbare, Bedieneinheit 14 auf. Die Bedieneinheit 14 umfasst eine Lenkhandhabe 16, beispielsweise in Form eines Lenkrads, sowie einen, insbesondere mechanisch mit der Lenkhandhabe 16 gekoppelten, Feedback-Aktuator 18. Im vorliegenden Fall ist der Feedback-Aktuator 18 in einem Normalbetriebszustand zumindest zur Bereitstellung eines aktiven Feedbackmoments und hierdurch zur Erzeugung eines Lenkwiderstands und/oder eines Rückstellmoments auf die Lenkhandhabe 16 vorgesehen. Dazu umfasst der Feedback-Aktuator 18 wenigstens einen, insbesondere als permanenterregter Synchronmotor ausgebildeten, Elektromotor (nicht dargestellt). Des Weiteren ist die Bedieneinheit 14 vorliegend fail-operational im Hinblick auf eine Erfassung der Fahrer-Sollvorgabe 30, insbesondere über die Lenkhandhabe 16, und fail-safe im Hinblick auf das von dem Feedback-Aktuator 18 bereitgestellte Feedbackmoment ausgebildet. Alternativ könnte eine Lenkhandhabe auch als Joystick, als Lenkhebel und/oder als Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner könnte ein Feedback-Aktuator mehrere Elektromotoren umfassen. Zudem könnte eine Bedieneinheit grundsätzlich auch fail-safe oder fail-operational ausgebildet sein.

Darüber hinaus weist das Lenksystem 10 einen an sich bekannten Radlenkwinkelsteller 20 auf. Der Radlenkwinkelsteller 20 ist mechanisch getrennt von der Bedieneinheit 14 ausgebildet. Der Radlenkwinkelsteller 20 ist rein elektrisch mit der Bedieneinheit 14 verbunden. Ferner ist der Radlenkwinkelsteller 20 beispielhaft als Zentraisteller ausgebildet. Der Radlenkwinkelsteller 20 weist eine Wirkverbindung mit zumindest zwei der Fahrzeugräder 22, 24, insbesondere zwei Vorderrädern, auf und ist dazu vorgesehen, die Fahrer-Sollvorgabe 30 in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder 22, 24 umzusetzen. Dazu umfasst der Radlenkwinkelsteller 20 ein beispielhaft als Zahnstange ausgebildetes Lenkungsstellelement 36 und einen mit dem Lenkungsstellelement 36 zusammenwirkenden Lenkaktuator 38. Der Lenkaktuator 38 umfasst vorliegend wenigstens einen, insbesondere als permanenterregter Synchronmotor ausgebildeten, weiteren Elektromotor (nicht dargestellt) und ist zur Ansteuerung der lenkbaren Fahrzeugräder 22, 24 vorgesehen. Grundsätzlich könnte ein Lenksystem natürlich auch mehrere, insbesondere als Einzelradsteller ausgebildete, Radlenkwinkelsteller umfassen. Ferner könnte ein Lenkaktuator mehrere Elektromotoren umfassen.

Darüber hinaus weist das Fahrzeug 12 ein Steuergerät 40 auf. Das Steuergerät 40 ist im vorliegenden Fall als Lenkungssteuergerät ausgebildet und folglich Teil des Lenksystems 10. Das Steuergerät 40 weist eine elektrische Verbindung mit dem Radlenkwinkelsteller 20 auf. Das Steuergerät 40 weist ferner eine elektrische Verbindung mit der Bedieneinheit 14 auf. Das Steuergerät 40 ist zumindest zur Steuerung eines Betriebs des Lenksystems 10 vorgesehen. Das Steuergerät 40 ist vorliegend dazu vorgesehen, den Lenkaktuator 38 in Abhängigkeit von einem Signal der Bedieneinheit 14, beispielsweise in Abhängigkeit der Fahrer-Soll- vorgabe 30, anzusteuern. Das Steuergerät 40 kann ferner dazu vorgesehen sein, den Feed back- Aktuator 18 in Abhängigkeit von einem Signal des Radlenkwinkelstellers 20 anzusteuern.

Dazu umfasst das Steuergerät 40 eine Recheneinheit 34. Die Recheneinheit 34 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Betriebsspeicher (nicht dargestellt). Zudem umfasst die Recheneinheit 34 zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumindest einer Berechnungsroutine, zumindest einer Ermittlungsroutine, zumindest einer Auswerteroutine und zumindest einer Anpassungsroutine. Darüber hinaus umfasst die Recheneinheit 34 im vorliegenden Fall wenigstens eine Überwachungsfunktion 26, wenigstens eine weitere Über- wachungsfunktion 28 sowie wenigstens eine Kompensationsfunktion 33. Prinzipiell könnte ein Steuergerät jedoch auch von einem Lenkungssteuergerät verschieden und beispielsweise als einzelnes, zentrales Fahrzeugsteuergerät mit einer zentralen Recheneinheit ausgebildet sein. Zudem ist denkbar, für einen Radlenkwinkelsteller sowie für eine Bedieneinheit separate Steuergeräte und/oder Recheneinheiten vorzusehen und diese kommunizierend miteinander zu verbinden.

Darüber hinaus kann das Fahrzeug 12 und/oder das Lenksystem 10 weitere, nicht dargestellte Bauteile und/oder Baugruppen umfassen, wie beispielsweise eine an sich bekannte interne Fahrzeugsensorik zur Erfassung wenigstens einer Fahrzeuggröße, beispielsweise einer Gierrate, ein an sich bekanntes externes Sensorsystem, beispielsweise in Form eines Kamerasystems, und/oder ein an sich bekanntes Navigationssystem.

Bei einer Störung und/oder einem Ausfall des Feedback-Aktuators 18 kann es unter gewissen Umständen und/oder in gewissen Fahrsituationen, wie beispielsweise bei einer Kurvenfahrt, aufgrund des plötzlichen Wegfalls des Feedbackmoments bei einem Übergang des Feed back- Aktuators 18 von einem aktiven und/oder voll funktionsfähigen Zustand in einen passiven und/oder degradierten Zustand zu unbeabsichtigten Lenkbewegungen an der Lenkhandhabe 16 kommen, welche vom Lenksystem 10 als Fahrer-Sollvorgabe und/oder Lenkvorgabe aufgefasst werden und folglich zu einer unerwünschten Fahrzeugreaktionen führen können. In diesem Zusammenhang wird davon ausgegangen, dass das passive Verhalten des Feedback-Aktuators 18 hinsichtlich eines Momentenfeedbacks ausreichend ist, um das Fahrzeug 12 sicher zu betreiben, und lediglich der Übergang vom aktiven zum passiven Fall eine Herausforderung im Hinblick auf eine Kontrollierbarkeit darstellen kann. Ursache hierfür ist, dass das Feedbackmoment bei einer entsprechenden Störung und/oder einem entsprechenden Ausfall des Feedback-Aktuators 18 schlagartig geringer wird, da eine inhärente passive Reibung im Lenksystem 10 deutlich kleiner ist als das Feedbackmoment im Normalbetriebszustand. Insbesondere während einer Kurvenfahrt kann eine schlagartige Reduktion des Feedbackmoments und folglich eines Gegenmoments an der Lenkhandhabe 16 zu sicherheitskritischen Situationen führen, da der Fahrer aufgrund seiner Reaktionszeit seine Haltekraft nur zeitverzögert nachjustieren kann und dadurch weiter in die Kurve lenkt als beabsichtigt.

Zur Vermeidung derartiger sicherheitskritischer Situationen wird deshalb im Folgenden ein Verfahren zum Betrieb des Lenksystems 10 vorgeschlagen. Vorliegend ist dabei insbesondere die Recheneinheit 34 dazu vorgesehen, das Verfahren auszuführen und weist dazu insbesondere ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln auf. Alternativ könnte jedoch auch eine einer Bedieneinheit zugeordnete Recheneinheit eines Steuergeräts zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen sein.

Erfindungsgemäß wird ein Betrieb des Feed back- Aktuators 18 mittels der Über- wachungsfunktion 26 und eine Fahrer-Sollvorgabe 30 für den Radlenkwinkelsteller 20 mittels der weiteren Überwachungsfunktion 28 überwacht. Zudem wird in zumindest einem Betriebszustand, in welchem mittels der Überwachungsfunktion 26 eine Störung und/oder ein Ausfall des Feedback-Aktuators 18 ermittelt wird und eine mittels der weiteren Überwachungsfunktion 28 ermittelte Dynamik der Fahrer-Sollvorgabe 30 einen Schwellwert übersteigt, eine Kompensationsgröße 31 zur Veränderung einer Lenkcharakteristik des Lenksystems 10 ermittelt. Die Lenkcharakteristik des Lenksystems 10 wird dann verändert, indem die Fahrer- Sollvorgabe 30 mittels der Kompensationsgröße 31, welche vorliegend insbesondere einem Offset entspricht, modifiziert wird. Im vorliegenden Fall wird die Lenkcharakteristik durch die Modifizierung der Fahrer-Sollvorgabe 30 mittels der Kompensationsgröße 31 derart verändert, dass in dem Betriebszustand und insbesondere bei einem Übergang des Feed back- Aktuators 18 von einem aktiven und/oder voll funktionsfähigen Zustand in einen passiven und/oder degradierten Zustand ein im Wesentliches gleichbleibendes Lenkverhalten bereitgestellt und/oder erreicht wird und eine unbeabsichtigte Lenkbewegung eines Fahrers aufgrund der Störung und/oder des Ausfalls des Feedback-Aktuators 18 nicht zu einer unerwünschten Fahrzeugreaktion führt. Die Veränderung der Lenkcharakteristik wird dann zunächst für ein erstes Zeitintervall, beispielsweise bis zur nächsten Geradeausfahrt oder bis zum nächsten Kurvenwechsel, aufrechterhalten und anschließend über ein definiertes zweites Zeitintervall bzw. eine definierte Zeitdauer kontrolliert abgebaut. Der kontrollierte Abbau kann in diesem Zusammenhang beispielsweise analog zu dem in der DE 10 2021 213 389 Al beschriebenen Verfahren erfolgen.

Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird ferner eine aktuelle Fahrsituation und/oder eine unmittelbar bevorstehende Fahrsituation berücksichtigt und die Lenkcharakteristik in Abhängigkeit der aktuellen Fahrsituation und/oder der unmittelbar bevorstehenden Fahrsituation verändert. Bevorzugt erfolgt dabei nur bei einer Kurvenfahrt oder bei erkannter, bevorstehender Kurvenfahrt des Fahrzeugs 12 eine entsprechende Veränderung der Lenkcharakteristik. Demzufolge entspricht der Betriebszustand einer Kurvenfahrt, wobei die Lenkcharakteristik nur verändert wird, wenn der Radlenkwinkel der Fahrzeugräder 22, 24 ungleich Null ist.

Darüber hinaus wird bei der Veränderung der Lenkcharakteristik und insbesondere der Modifizierung der Fahrer-Sollvorgabe 30 mittels der Kompensationsgröße 31 eine Dynamik und/oder ein Absolutwert der Fahrer-Sollvorgabe 30 für den Radlenkwinkelsteller 20, also beispielsweise eine maximale Auslenkung der Lenkhandhabe 16 und/oder eine Lenkgeschwindigkeit der Lenkhandhabe 16, berücksichtigt.

Zudem wird die Fahrer-Sollvorgabe 30 mittels der Kompensationsgröße 31 derart modifiziert, dass eine modifizierte Fahrer-Sollvorgabe 32, welche in dem Betriebszustand anstatt der Fahrer-Sollvorgabe 30 an den Radlenkwinkelsteller 20 weitergeleitet wird und/oder mittels welcher der Radlenkwinkelsteller 20 in dem Betriebszustand angesteuert wird, reduziert ist, insbesondere im Vergleich zu der Fahrer-Sollvorgabe 30 (vgl. insbesondere auch Figur 2). Eine Reduktion der Fah- rer-Sollvorgabe 30 ist vor allem dann sinnvoll, wenn anhand der aktuelle Fahrsituation und/oder der unmittelbar bevorstehenden Fahrsituation und/oder anhand der Dynamik und/oder des Absolutwerts der Fahrer-Sollvorgabe 30 ermittelt wird, dass der Fahrer weiter in die Kurve lenkt als beabsichtigt. Durch die Reduktion der Fahrer-Sollvorgabe 30 reduziert sich in diesem Fall die Fahrzeugreaktion und die Situation wird beherrschbarer für den Fahrer. Grundsätzlich erhöht sich die Kontrollierbarkeit durch Reduktion der Fahrer-Sollvorgabe 30, da der Wegfall der Lenkpräzision des Fahrers durch das fehlende Feedbackmoment zumindest teilweise durch eine Reduktion der Fahrzeugreaktion kompensiert werden kann.

Konkret werden die Fahrer-Sollvorgabe 30 und die Kompensationsgröße 31 im vorliegenden Fall miteinander addiert, um die modifizierte Fahrer-Sollvorgabe 32 für den Radlenkwinkelsteller 20 zu ermitteln. In diesem Zusammenhang gilt:

Dabei beschreibt angRW _mod die modifizierte Fahrer-Sollvorgabe 32, angRW _driver die Fahrer-Sollvorgabe 30 und angRW _comp die Kompensationsgröße 31.

Zur Ermittlung der Kompensationsgröße 31 wird im vorliegenden Fall ferner die Kompensationsfunktion 33 verwendet. Dieser werden die Fahrer-Sollvorgabe 30 und ein von der Überwachungsfunktion 26 bereitgestelltes Fehlersignal als Eingangsgrößen zugeführt. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang zunächst durch Multiplikation der Fahrer-Sollvorgabe 30 mit ihrem Vorzeichen ein Absolutwert gebildet, sodass für die Ermittlung der Kompensationsgröße 31 nur noch ein zu schneller Anstieg der Fahrer-Sollvorgabe 30 in eine Richtung, insbesondere in positive Richtung, relevant ist. Zudem wird eine dynamische Gradientenbegrenzung verwendet, mittels welcher in Abhängigkeit wenigstens einer Fahrkenngröße bei Bedarf ein Anstieg der Fahrer-Sollvorgabe 30 begrenzt und eine gradientenbegrenzte Fahrer-Sollvorgabe ermittelt werden kann. Die Fahrkenngröße definiert in diesem Zusammenhang insbesondere Bedingungen, unter welchen eine entsprechende Gradientenbegrenzung erfolgt. Zudem kann zur Ermittlung eines maximalen Gradienten der dynamischen Gradientenbegrenzung ein Zustandsautomat bzw. eine Zustandsmaschine eingesetzt werden. Standardmäßig ist der Gradient dabei derart gewählt, dass die modifizierte Fahrer-Sollvorgabe 32 in dem Betriebszustand reduziert im Vergleich zu der Fahrer-Sollvorgabe 30 ist. Eine Reduktion der Fahrer-Sollvorgabe 30 erfolgt hingegen unbegrenzt. Durch eine Differenzbildung zwischen der gradientenbegrenzten Fahrer-Sollvorgabe und der Fahrer-Sollvorgabe 30 entsteht dann ein Offset, welcher zur Ermittlung der Kompensationsgröße 31 abschließend noch mit dem Vorzeichen der Fahrer- Sollvorgabe 30 multipliziert wird, um sicherzustellen, dass die Fahrer-Sollvorgabe 30 in dem Betriebszustand stets reduziert wird. Darüber hinaus kann eine maximale Höhe der Kompensationsgröße 31 noch begrenzt werden, um einen möglichen tatsächlichen Bedarf an einem stärkeren Einlenken des Fahrzeugs 12 zu ermöglichen.

Die dynamische Gradientenbegrenzung erfolgt ferner abhängig von einer aktuellen Fahrsituation. In diesem Zusammenhang wird zumindest berücksichtigt, ob eine Kurvenfahrt vorliegt oder nicht. Zudem kann eine Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt werden. Darüber hinaus wird als Fahrkenngröße eine mit der Fah- rer-Sollvorgabe 30 korrelierte Lenkrichtung, Lenkbewegung und/oder Kurvenrichtung berücksichtigt. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise zwischen einer Links- und einer Rechtskurve sowie einer konstanten Kurvenfahrt und einer Kurvenfahrt mit aktiven Lenkbewegungen unterschieden. Liegt eine konstante Kurvenfahrt vor wird beispielsweise nur ein minimaler Gradient verwendet, während im Falle einer aktiven Lenkbewegung des Fahrers eine zusätzliche Verstärkung des Gradienten, insbesondere mittels eines Verstärkungsfaktors, erfolgen kann, um das gewünschte Einlenken sicher zu stellen. Der Verstärkungsfaktor kann beispielsweise abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit gewählt werden, wobei mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit der Anstieg geringer wird. Darüber hinaus erfolgt eine Aktivierung der Gradientenbegrenzung im vorliegenden Fall nur bei einer Kurvenfahrt und wenn der Fahrer nicht in eine Mittelstellung bzw. Nullstellung zurücklenkt. Hierzu kann beispielsweise ein weiterer Schwellwert für die Lenkgeschwindigkeit definiert werden, mittels welchem eine sichere Erkennung eines Zurücklenkens des Fahrers in die Mittelstellung bzw. Nullstellung erreicht werden kann. Eine Lenkbewegung in die Mittelstellung bzw. Nullstellung kann grundsätzlich auch als Austrittsbedingung der Kompensationsfunktion 33 festgelegt werden, wobei hierfür die Fahrzeuggeschwindigkeit zusätzlich unterhalb eines Grenzwerts liegen sollte. Figur 2 zeigt beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zum Betrieb des Lenksystems 10.

Eine Ordinatenachse 42 ist als Größenachse ausgebildet. Auf einer Abszissenachse 44 ist eine Zeit in [s] dargestellt. Eine Kurve 46 zeigt einen hypothetischen Verlauf einer Auslenkung der Lenkhandhabe 16, vorliegend insbesondere in Form eines Ist-Lenkradwinkels, ohne Veränderung der Lenkcharakteristik mittels Modifizierung der Fahrer-Sollvorgabe 30. Eine Kurve 48 zeigt einen Verlauf einer Auslenkung der Lenkhandhabe 16, vorliegend insbesondere in Form eines Ist- Lenkradwinkels, mit Veränderung der Lenkcharakteristik mittels Modifizierung der Fahrer-Sollvorgabe 30. Eine Kurve 50 zeigt einen Verlauf der Fahrer-Sollvorgabe 30 bzw. eines Radlenkwinkels der Fahrzeugräder 22, 24 ohne Veränderung der Lenkcharakteristik mittels Modifizierung der Fahrer-Sollvorgabe 30. Eine Kurve 52 zeigt einen Verlauf der modifizierten Fahrer-Sollvorgabe 32 bzw. eines Radlenkwinkels der Fahrzeugräder 22, 24 mit Veränderung der Lenkcharakteristik mittels Modifizierung der Fahrer-Sollvorgabe 30. Eine Kurve 54 zeigt zudem einen Verlauf der Kompensationsgröße 31.

Anhand Figur 2 lässt sich erkennen, dass der Fahrer zunächst in eine Kurve einlenkt und anschließend mit konstantem Radius fährt, bis bei Sekunde 10 der Feedback-Aktuator 18 ausfällt. Die Kurven 50 und 52 zeigen deutlich den durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielten reduzierten Radlenkwinkel der Fahrzeugräder 22, 24 und die damit verbundene geringere Fahrzeugreaktion. Zudem lässt sich anhand der Kurven 46 und 48 erkennen, dass aufgrund der Modifizierung der Fahrer-Sollvorgabe 30 mittels der Kompensationsgröße 31 eine Schiefstellung der Lenkhandhabe 16 entstehen kann, welche jedoch durch den kontrollierten Abbau der Veränderung der Lenkcharakteristik zeitnah wieder verschwindet.

Figur 3 zeigt abschließend ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten des Verfahrens zum Betrieb des Lenksystems 10. Ein Verfahrensschritt 60 entspricht einem, insbesondere fehlerfreien, Normalbetriebszustand. In diesem Fall wird die Fahrer-Sollvorgabe 30 an den Radlenkwinkelsteller 20 weitergeleitet, sodass der Radlenkwinkelsteller 20 mittels der Fah- rer-Sollvorgabe 30 angesteuert wird. Zudem werden ein Betrieb des Feedback- Aktuators 18 mittels der Überwachungsfunktion 26 und die Fahrer-Sollvorgabe 30 für den Radlenkwinkelsteller 20 mittels der weiteren Überwachungsfunktion 28 überwacht.

In einem Verfahrensschritt 62 wird mittels der Überwachungsfunktion 26 eine Störung und/oder ein Ausfall des Feedback-Aktuators 18 ermittelt. Zudem wird mittels der weiteren Überwachungsfunktion 28 ermittelt, dass eine Dynamik der Fahrer-Sollvorgabe 30 einen Schwellwert übersteigt.

In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 64 wird eine Kompensationsgröße 31 ermittelt und eine Lenkcharakteristik des Lenksystems 10 verändert, indem die Fahrer-Sollvorgabe 30 mittels der Kompensationsgröße 31 modifiziert wird und eine modifizierte Fahrer-Sollvorgabe 32 ermittelt wird. Anschließend wird die modifizierte Fahrer-Sollvorgabe 32, insbesondere anstatt der Fahrer-Sollvorgabe 30, an den Radlenkwinkelsteller 20 weitergeleitet, sodass der Radlenkwinkelsteller 20 mittels der modifizierten Fahrer-Sollvorgabe 32 angesteuert wird.

Das beispielhafte Ablaufdiagramm in Figur 3 soll lediglich beispielhaft ein Verfahren zum Betrieb des Lenksystems 10 beschreiben. Insbesondere können einzelne Verfahrensschritte auch variieren oder zusätzliche Verfahrensschritte hinzukommen. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise denkbar, eine aktuelle Fahrsituation zu berücksichtigen. Zudem kann die Kompensationsgröße 31 unter Verwendung einer Kompensationsfunktion 33 ermittelt werden, welcher die Fah- rer-Sollvorgabe 30 und ein von der Überwachungsfunktion 26 bereitgestelltes Fehlersignal als Eingangsgrößen zugeführt werden, wobei bei der Ermittlung der Kompensationsgröße 31 eine dynamische Gradientenbegrenzung verwendet wird, mittels welcher in Abhängigkeit wenigstens einer Fahrkenngröße ein Anstieg der Fahrer-Sollvorgabe 30 begrenzt wird.