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Title:
STEER-BY-WIRE SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING A STEER-BY-WIRE SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/048104
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a steer-by-wire system (1), comprising a steering handle (2), a sensor for detecting a driver's intention, a steering control unit (6), power electronics (7), an electric servo motor (8), a steering rack (9) that can be moved by the servo motor (8), and an actuator (5) for generating a feedback torque (MFF) at the steering handle (2) depending on a steering-rack position, the steering control unit (6) being designed so as to subtract, on the basis of the feedback torque (MFF), at least one part from a driver's intention determined on the basis of the data from the sensor. The invention further relates to a method for operating a steer-by-wire system (1).

Inventors:
SCHÄFER, Johannes Maria (Deichstr. 9, Werben OT Berge, 39615, DE)
Application Number:
EP2018/068254
Publication Date:
March 14, 2019
Filing Date:
July 05, 2018
Export Citation:
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Assignee:
VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT (Berliner Ring 2, Wolfsburg, 38440, DE)
International Classes:
B62D5/00; B62D5/04; B62D6/00; B62D15/02
Foreign References:
US20060047391A12006-03-02
DE10331700A12004-02-26
DE102004001318A12004-08-05
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Claims:
Patentansprüche

1. Steer-by-wire-System (1 ), umfassend eine Lenkhandhabe (2), einen Sensor zur

Erfassung eines Fahrerwunsches, mindestens ein Lenkungssteuergerät (6), eine

Leistungselektronik (7), einen elektrischen Servo-Motor (8), eine über den Servo-Motor (8) bewegbare Zahnstange (9) und einen Aktor (5) zur Erzeugung eines

Rückkopplungsmoments (MFF) an der Lenkhandhabe (2) in Abhängigkeit von einer Zahnstangenposition, wobei das Lenkungssteuergerät (6) derart ausgebildet ist, von einem aufgrund der Daten des Sensors ermittelten Fahrerwunsch mindestens einen Anteil aufgrund des Rückkopplungsmoments (MFF) abzuziehen.

2. Steer-by-wire-System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Subtraktion vor oder nach einer Lenkkraftunterstützungsfunktion (14) erfolgt.

3. Steer-by-wire-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Lenkungssteuergerät (6) derart ausgebildet ist, Anforderungen (FAS) eines

Fahrerassistenzsystems (1 1 ) zu erfassen, wobei die Anforderungen (FAS) einen

Lenkwinkel verändern sollen, ohne eine haptische Rückmeldung an der Lenkhandhabe zu erzeugen, wobei Änderungen (cpFAs) der Zahnstangenposition aufgrund der

Anforderungen (FAS) bei der Ermittlung des Rückkopplungsmomentes (MFF) abgezogen werden.

4. Steer-by-wire-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Lenkungssteuergerät (6) derart ausgebildet ist, Anforderungen (FAS) eines

Fahrerassistenzsystems (1 1 ) zu erfassen, wobei die Anforderungen (FAS) das

Rückkopplungsmoment (MFF) beeinflussen, wobei deren Anteil (MFAs) vom ermittelten Fahrerwunsch abgezogen wird.

5. Verfahren zum Betreiben eines steer-by-wire-Systems (1 ), mittels einer Lenkhandhabe (2), eines Sensors zur Erfassung eines Fahrerwunsches, mindestens eines

Lenkungssteuergerätes (6), einer Leistungselektronik (7), eines elektrischen Servo-Motors (8), einer über den Servo-Motor (8) bewegbaren Zahnstange (9) und eines Aktors (5) zur Erzeugung eines Rückkopplungsmoments (MFF) an der Lenkhandhabe (2) in Abhängigkeit von einer Zahnstangenposition, wobei von einem aufgrund der Daten des Sensors ermittelten Fahrerwunsch mindestens ein Anteil aufgrund des Rückkopplungsmoments (MFF) abgezogen wird.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Subtraktion vor der nach einer Lenkkraftunterstützungsfunktion (14) erfolgt.

Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Anforderungen (FAS) eines Fahrerassistenzsystems (1 1 ) erfasst werden, wobei die Anforderungen einen Lenkwinkel verändern, ohne eine haptische Rückmeldung an der Lenkhandhabe (2) zu erzeugen, wobei Änderungen (cpFAs) der Zahnstangenposition aufgrund der

Anforderungen (FAS) bei der Ermittlung das Rückkoppelmoment (MFF) beeinflussen, wobei deren Anteil (MFAS) vom ermittelten Fahrerwunsch abgezogen wird.

Description:
Beschreibung

Steer-by-wire-System und Verfahren zum Betreiben eines steer-by-wire-Systems

Die Erfindung betrifft ein steer-by-wire-System und ein Verfahren zum Betreiben eines steer-by- wire-Systems.

Steer-by-wire-Systeme sind typischerweise dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Lenkhandhabe verbundene Eingangswelle keinen mechanischen Durchgriff mehr aufweist, beispielsweise zu einer die Lenkbewegung umsetzenden Zahnstange. Dadurch geht auch das haptische Feedback von der Straße auf die Lenkung zur Lenkhandhabe verloren. Daher ist es bekannt, einen Aktor zur Erzeugung eines Rückkopplungsmoments (z.B. ein Elektromotor) vorzusehen, der unter anderem in Abhängigkeit vom eingestellten Lenkwinkel ein

Gegenmoment an der Lenkhandhabe erzeugt. Der Lenkwinkel wird dabei üblicherweise anhand einer Zahnstangenposition ermittelt.

Derartige steer-by-wire-Systeme sind beispielsweise aus der DE 103 31 700 A1 oder der DE 10 2004 001 318 A1 bekannt.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein steer-by-wire-System zu verbessern sowie ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines steer-by-wire-Systems zur Verfügung zu stellen.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein steer-by-wire-System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das steer-by-wire-System umfasst eine Lenkhandhabe, einen Sensor zur Erfassung eines Fahrerwunsches, mindestens ein Lenkungssteuergerät, eine Leistungselektronik, einen elektrischen Servo-Motor, eine über den Servo-Motor bewegbare Zahnstange und einen Aktor zur Erzeugung eines Rückkopplungsmoments an der Lenkhandhabe in Abhängigkeit von einer Zahnstangenposition. Aus der Zahnstangenposition kann dann unter Einbeziehung der Achsengeometrie auf die Stellung der Fahrzeugräder geschlossen werden. Von den Daten des Sensors zur Ermittlung eines Fahrerwunsches wird nun mindestens ein Anteil aufgrund des Rückkopplungsmoments abgezogen, um den Lenkwinkel einzustellen. Vorzugsweise ist der Sensor ein Momentensensor, der ein Handmoment an der Lenkhandhabe erfasst. Alternativ kann der Sensor auch ein Drehwinkelsensor sein. Vorzugsweise wird dabei weiter der Anteil aufgrund des Rückkopplungsmoments vollständig abgezogen. Hierdurch wird verhindert, dass es aufgrund des Rückkopplungsmoments zu einem geschlossenen Regelkreis kommt, bei dem das Rückkopplungsmoment wieder als neue Fahrereingabe interpretiert wird.

In einer Ausführungsform erfolgt die Subtraktion des Rückkopplungsmoments vor oder nach einer Lenkkraftunterstützungsermittlung. Vor der Lenkkraftunterstützungsermittlung können sehr einfach Momente abgezogen werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Lenkungssteuergerät derart ausgebildet,

Anforderungen eines Fahrerassistenzsystems zu erfassen, wobei die Anforderungen einen Lenkwinkel verändern sollen, ohne eine haptische Rückmeldung an der Lenkhandhabe zu erzeugen, wobei Änderungen der Zahnstangenposition aufgrund der Anforderungen bei der Ermittlung des Rückkopplungsmoments abgezogen werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Lenkungssteuergerät derart ausgebildet,

Anforderungen eines Fahrerassistenzsystems zu erfassen, wobei die Anforderungen das Rückkopplungsmoment beeinflussen, wobei deren Anteil vom ermittelten Fahrerwunsch abgezogen wird. Im Extremfall kann die Anforderung des Fahrerassistenzsystems auch ausschließlich in einer haptischen Rückmeldung bestehen, ohne den Lenkwinkel zu beeinflussen (z.B. um ein Vibrieren am Lenkrad zu erzeugen, um die Aufmerksamkeit des Fahrers zu erhöhen).

Hinsichtlich der verfahrensmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines steer-by-wire-Systems in einer ersten

Ausführungsform,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines steer-by-wire-Systems in einer zweiten

Ausführungsform und Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines steer-by-wire-Systems gemäß dem

Stand der Technik.

Bevor die Erfindung näher erläutert wird, soll zunächst der Stand der Technik anhand der Fig. 3 näher erläutert werden.

Das steer-by-wire-System 1 umfasst eine Lenkhandhabe 2, die mit einer Eingangswelle 3 verbunden ist. An der Eingangswelle 3 ist ein Momentensensor 4 zur Erfassung eines

Handmoments M H des Fahrers angeordnet sowie ein Aktor 5 zur Erzeugung eines

Rückkopplungsmoments M FF an der Lenkhandhabe 2. Weiter umfasst das steer-by-wire-System 1 ein Lenkungssteuergerät 6, eine Leistungselektronik 7 und einen elektrischen Servo-Motor 8, der mit einer Zahnstange 9 beispielsweise über ein nicht dargestelltes Kugelkopfgetriebe verbunden ist. Der elektrische Servo-Motor 8 ist mit einem Rotorlagesensor 10 ausgebildet, aus dessen Rotorwinkelsignal cp R auf die Zahnstangenposition zurückgerechnet werden kann. In dem Lenkungssteuergerät 6 wird anhand des Handmoments M H und weiterer Eingangsgrößen wie z.B. der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit ein Lenkwinkel ermittelt, der durch den Servo-Motor 8 eingestellt werden soll. Hierzu erzeugt das Lenkungssteuergerät 6 ein Stellsignal S für die Leistungselektronik 7. Dabei kann nun das Problem auftreten, dass das Rückkopplungsmoment M F F vom Momentensensor 4 als neue Lenkwunscheingabe erfasst wird, beispielsweise weil der Fahrer kurzzeitig die Hände von der Lenkhandhabe 2 genommen hat. Diese neue

Lenkwunscheingabe führt zu einem Zurücklenken in die Neutralstellung, wobei jedoch wieder ein neues Rückkopplungsmoment M F F generiert wird, was wieder zurücklenken würde, d.h. die Lenkung könnte schwingen.

In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes steer-by-wire-System 1 dargestellt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 bezeichnet sind. Dabei ist zusätzlich dargestellt, dass das Lenkungssteuergerät 6 mit mindestens einem Fahrerassistenzsystem 1 1 über ein Bussystem 12 verbunden ist. Das Lenkungssteuergerät 6 weist ein Modul 13 auf, dass das Rückkopplungsmoment M FF berechnet, das durch den Aktor 5 umgesetzt werden soll. Dieses berechnete Rückkopplungsmoment M FF wird von dem erfassten Handmoment M H abgezogen, wobei dabei eine zeitliche Verzögerung berücksichtigt werden kann. Dieses Moment M H -M FF wird dann einer Lenkunterstützungsfunktion 14 zugeführt. Dabei wird das Rückkopplungsmoment M FF aufgrund der Zahnstangenposition ermittelt, die in einem Modul 15 aus dem Rotorwinkel cp R ermittelt wird. Dabei sei weiter angenommen, dass das

Fahrerassistenzsystem 1 1 eine Anforderung FAS generiert, die den Lenkwinkel beeinflussen soll, aber für den Fahrer haptisch nicht spürbar sein soll. In diesem Fall wird dieser zusätzlich gewünschte Lenkwinkel c F As auf den Ausgang der Lenkunterstützungsfunktion 14 aufaddiert und in dem Modul 15 abgezogen. Somit erhält der Fahrer für diesen Anteil kein haptisches Feedback, was dann auch beim Handmoment M H nicht berücksichtigt werden muss.

In der Fig. 2 ist nun ein steer-by-wire-System 1 dargestellt, wobei das Fahrerassistenzsystem 1 1 eine Anforderung FAS generiert, die nur ein haptisches Feedback an der Lenkhandhabe 2 erzeugen soll, aber den Lenkwinkel nicht beeinflussen soll. In diesem Fall wird das entsprechende zusätzliche Rückstellmoment M F AS aufaddiert. Gleichzeitig wird dieses zusätzliche Rückstellmoment M F AS vom Handmoment M H im Lenkungssteuergerät 6 abgezogen. Hierdurch wird verhindert, dass es zu einem Schwingen der Lenkung kommen kann, wenn der Fahrer die Hand von der Lenkhandhabe 2 nimmt, da dann ein Handmoment M H =0 an das Lenkungssteuergerät 6 übermittelt wird.