Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Steer-by- Wire-Lenksystems für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Kraftfahrzeug, das dazu ausgebildet ist, dieses Verfahren auszuführen.

Bei Steer-by-Wire-Lenksystemen ist die Stellung der gelenkten Räder nicht direkt mit dem Lenkrad gekoppelt. Es besteht eine Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern über elektrische Signale. Der Fahrerlenk wunsch wird von einem Lenkwinkelsensor abgegriffen und in Abhängigkeit des Fahrerlenkwunsches wird über einen Lenksteller die Stellung der gelenkten Räder geregelt. Eine mechanische Verbindung zu den Rädern ist nicht vorgesehen.

Im Normalbetrieb betreibt die Steuerung das Steer-by-Wire-Lenksystem und überprüft permanent die ordnungsgemäße Funktion der System bestandteile des Lenksystems. Kommt es zu einem Fehler wird die Funktion des Steer-by- Wire-Lenksystem abgeschaltet. Es kann eine mechanische Rückfallebene vorgesehen sein, die einen Notlenkbetrieb ermöglicht. Solche mechanischen Rückfallebenen sind jedoch kostenintensiv. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Steer-by-Wire-Lenksystems für ein Kraftfahrzeuges anzugeben, das ohne mechanische Rückfallebene, einen Notlenkbetrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird von einem Verfahren zur Steuerung eines Steer-by-Wire- Lenksystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Steer-by-Wire- Lenksystem, das dazu ausgelegt ist, ein solches Verfahren auszuführen, gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Demnach ist ein Verfahren zur Steuerung eines Steer-by-Wire-Lenksystems für ein Kraftfahrzeug in einem Notlenkbetrieb vorgesehen, wobei das Kraftfahrzeug zwei Achsen mit jeweils zwei Rädern, die über eine Lenkstange eines Lenksystems miteinander verbunden sind, umfasst, wobei die vorderen beiden Räder mittels einer Vorderradlenkung lenkbar sind, und das Kraftfahrzeug einen einzigen Radantrieb umfasst, der einer der beiden Achsen zugeordnet ist und die beiden Räder der entsprechenden Achse über ein Differential antreibt, wobei der Radantrieb einen einzigen Aktuator umfasst, und wobei das Kraftfahrzeug ein Bremssystem umfasst, und das Verfahren folgende Schritt umfasst:

• Überprüfen des Lenksystems auf Vorliegen eines Fehlerzustands,

• Durchführen des Notlenkbetriebs, im Fall, dass ein Fehlerzustand detektiert wurde,

• wobei im Notlenkbetrieb folgende Schritte ausgeführt werden

• Bestimmen einer Sollposition der Lenkstange mittels eines Soll- Radlenkwinkels,

• Bestimmen eines zu bremsenden Vorderrads und eines Bremsdrucks zum Erreichen der Sollposition mittels einer Steuereinheit,

• Übermitteln des zu bremsende Vorderrads und des Bremsdrucks an das Bremssystem und Abbremsen des zu bremsenden Vorderrads,

• Erhöhen eines vom Radantrieb bereitgestellten Drehmoments zur Kompensation eines durch das Abbremsen des zu bremsenden Vorderrads hervorgerufenen Geschwindigkeitsverlusts des Kraftfahrzeuges.

Durch das Bremsen-basierte Torque Vectoring kann das Kraftfahrzeug auch bei einem Fehlerzustand, insbesondere bei Ausfall des Lenksystems gesteuert werden, ohne das eine mechanische Rückfallebene benötigt wird.

Bei dem Differential handelt es sich um ein regelbares Differential. Es handelt sich insbesondere um ein offenes oder teilweise offenes Differential.

Bevorzugt wird für jedes der Fahrzeugräder ein Soll-Radlenkwinkel bestimmt, der Soll-Radlenkwinkel des linken und des rechten Fahrzeugrads können identisch sein oder unterschiedliche Winkel ausbilden.

Bevorzugt umfasst die Steuereinheit zum Bestimmen des zu bremsenden Vorderrads und des Bremsdrucks eine Software zur Arbitration.

Vorzugsweise fließen zur Bestimmung des zu bremsenden Vorderrads und des Bremsdrucks die Fahrwerkgeometrie, die Eigenschaften des Bremssystems und das Vorzeichen der Soll-Zahnstangenposition in die Software.

In einer Ausführungsform ist der Radantrieb ein Hinterradantrieb, der im Notlenkbetrieb für beide Hinterräder dasselbe zusätzliche Drehmoment bereitstellt, so dass die Summe der beiden zusätzlichen Drehmomente den Geschwindigkeitsverlust kompensiert.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der Radantrieb ein Vorderradantrieb mit einem offenen Differenzial ist, der im Notlenkbetrieb das ungebremste Vorderrad antreibt und zwar mit der Summe der Drehmomente der beiden Vorderräder und dem zusätzlichen Drehmoment zur Kompensation des Geschwindigkeitsverlusts. Dabei gilt bevorzugt folgender Zusammenhang für eine Rechtskurve: T _FL +T _FR =2*T _FL +T _ped,br , wobei T _FL und T _FR das Drehmoment des linken und rechten Vorderrads sind und T _Ped,br das in das zu bremsende rechte Vorderrad eingeleitete Bremsmoment ist. Dabei gilt bevorzugt folgender Zusammenhang für eine Linkskurve: T _FL +T _FR =2*T _FR +T _ped,br , wobei T _ped,br das in das zu bremsende linke Vorderrad eingeleitete Bremsmoment ist. Es kann ganz allgemein vorgesehen sein, dass der Soll-Radlenkwinkel mittels eines von einem Fahrer in ein Lenkmittel eingeleiteten Lenkmoments bestimmt wird oder von einem autonomen oder halbautonomen Fährbetrieb vorgegeben wird.

Weiterhin wird die Aufgabe von einem Kraftfahrzeug gelöst, das dazu eingerichtet ist, das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen. Das Kraftfahrzeug weist bevorzugt einen minimalen Lenkkopfwinkel und einen maximalen Lenkrollhalbmesser auf.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind dabei figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit

Vorderradantrieb aufweisend einen einzelnen Antriebsmotor,

Figur 2: eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit Vorderradantrieb aufweisend zwei Antriebsmotoren,

Figur 3: eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit Hinterradantrieb aufweisend einen Antriebsmotor und ein Vorderradbremsen-basiertes Torque Vectoring,

Figur 4: eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit Vorderradantrieb aufweisend einen Antriebsmotor und ein Vorderradbremsen-basiertes Torque Vectoring, sowie

Figur 5: ein Blockdiagramm einer Steuerung des Kraftfahrzeuges mit Vorderradbremsen-basiertem Torque-Vectoring.

In Figur 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 1 mit zwei Achsen 10,20 und vier Rädern FL, FR, RL, RR dargestellt, wobei lediglich die Vorderräder FL, FR antreibbar sind (Vorderradantrieb) und der Antrieb 2 der Vorderräder FL, FR auf einer Vorderachse 10 angeordnet ist. Der Antrieb 2 ist ein Elektromotor. Die Vorderachse 10 umfasst bezogen auf eine Fahrtrichtung ein linkes lenkbares Vorderrad FL und ein rechtes lenkbares Vorderrad FR, die über eine Zahnstange 3 eines Zahnstangenlenkgetriebes 4 miteinander verbunden sind. Bei Verlagerung der Zahnstange 3 quer zur Fahrtrichtung nach rechts oder links werden die Räder FL, FR um einen jeweiligen Schwenkpunkt verschwenkt.

Der Fahrer leitet in ein Lenkmittel, insbesondere ein Lenkrad einer Steer- by-Wire-Lenkung ein Lenkmoment T _S w ein. Aus diesem Lenkmoment T _S w wird ein Soll-Radlenkwinkel der lenkbaren Vorderräder a _RW , _r ef und eine Soll-Zahnstangenposition S _R,ref bestimmt. Die Zahnstange 3 wird daraufhin mittels des Zahnstangenlenkgetriebes 4 bewegt, bis sie eine Ist- Zahnstangenposition S _R und die Räder einen Radlenkwinkel a _RW einnehmen.

Beim Durchfahren einer Rechtskurve, wie in Figur 1 dargestellt, wird das Antriebsmoment mittels des Vorderradantriebs gleichmäßig auf beide Vorderräder FL, FR verteilt, das heißt die Traktionskraft ist für beide Vorderräder gleich, F _FL =F _fr .

Figur 2 zeigt ebenfalls einen aus dem Stand der Technik bekannten Vorderradantrieb, der zwei separate Aktuatoren 2,22 aufweist. Ein linker Radantriebsmotor 220 ist in Fahrtrichtung links und ein rechter Radantriebsmotor 221 ist in Fahrtrichtung rechts angeordnet. Die Radantriebsmotoren 220,221 sind jeweils über Antriebswellen 5 mit den lenkbaren Vorderrädern FL, FR verbunden. Bei den Radantriebsmotoren 220, 221 handelt es sich um Elektromotoren. Die Vorderräder FL, FR der Vorderradlenkung sind über eine Zahnstange 3 eines Zahnstangenlenkgetriebes 4 miteinander verbunden. Die Steuerung des Zahnstangenlenkgetriebes 4 läuft wie bei dem Steer-by-Wire-Lenksystem der Figur 1 ab, aber die Antriebssteuerung wird derart ausgeführt, dass ein Differenzmoment DT zwischen den Vorderrädern FL, FR entsteht, dass proportional zu dem Soll-Radlenkwinkel a _RW , _r ef der lenkbaren Vorderräder FL, FR oder dem Fahrerlenkwunsch ist. Mit anderen Worten, der Soll- Radlenkwinkel a _RW ,ref der lenkbaren Vorderräder FL, FR fließt in die Steuerung des Vorderradantriebs ein. Beim Fahren einer Rechtskurve, wie in Figur 2 dargestellt, ist die Traktionskraft für das linke Vorderrad xN (beispielsweise 100N)+ DT/2 und die Traktionskraft für das rechte Vorderrad cN-DT/2. Das Differenzmoment führt zu einer Verlagerung der Zahnstange und somit zu einem Lenkvorgang.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Vorderradlenkung und einen Hinterradantrieb auf. Die Vorderräder FL, FR der Vorderradlenkung sind über eine Zahnstange 3 eines Zahnstangenlenkgetriebes 4 miteinander verbunden. Der Hinterradantrieb weist einen einzelnen Aktuator 2 auf, insbesondere einen Elektromotor, der die Hinterräder über ein Differenzial antreibt. Für den Fall, dass die Steer-by-Wire- Lenkung ausfällt, das heißt die Vorderradlenkung nicht mehr zur Verfügung steht, geht das Kraftfahrzeug in einen Notlenkbetrieb über. In diesem Notlenkbetrieb wird das Lenkmoment durch ein Abbremsen eines der Vorderräder FL, FR bereitgestellt. In Abhängigkeit von dem Sollradlenkwinkel a _R w _,ref wird eine Sollzahnstangenposition S _R,ref berechnet. Die Zahnstangenposition wird mittels einer Steuerung geregelt, die eine Software zur Arbitration umfasst. In diese Software fließen die Fahrwerkgeometrie, die Eigenschaften des Bremssystems und das Vorzeichen der Sollzahnstangenposition S _R,ref ein, um ein zu bremsendes Vorderrad FR, FL und den für den Bremsvorgang benötigten Bremsdruck zu bestimmen. Damit das Kraftfahrzeug 1 durch den Bremsvorgang nicht an Geschwindigkeit verliert, stellt der Hinterradantrieb ein zusätzliches Drehmoment an den Hinterrädern RR,RL bereit, das der Traktionskraft F _Ped,br entspricht und den Geschwindigkeitsverlust kompensiert. Eine Position eines Gaspedals des Kraftfahrzeuges, vorzugsweise ein Gaspedalwinkel, sowie eine Position eines Bremspedals, vorzugsweise ein Bremspedalwinkel werden an die Steuerung übermittelt, um ein Beschleunigen oder ein Abbremsen des Kraftfahrzeuges zu erkennen, und daraus das zusätzlich benötigte Drehmoment zu berechnen.

Figur 3 zeigt das Fahren einer Rechtskurve. Die Soll-Zahnstangenposition S _{R ref} und der Sollradlenkwinkel a _RW , _re f fließen in die Berechnung des vom rechten Vorderrad bereitgestellten Bremsmomentes T _Ped,br mit ein. Eine Antriebssteuerung des Hinterradantriebs steuert entsprechend das rechte Hinterrad RR und linke Hinterrad RL an, welche jeweils eine Traktionskraft von xN (beispielsweise 100N)+ F _pe d,br/2 aufbringen, wobei F _ped,br , die das Bremsmoment T _P e _d,br kompensierende Kraft ist.

Im Notlenkbetrieb kann das Kraftfahrzeug, trotzdem der Antrieb nur einen einzigen Elektromotor umfasst, mittels Vorderradbremsen-basiertem Torque-Vectoring, ohne Antriebs-basiertem Torque-Vectoring, gelenkt werden. Auf eine zusätzliche mechanische Rückfallebene kann somit verzichtet werden, wodurch Kosten und Gewicht eingespart werden können.

In der Figur 4 ist ein Kraftfahrzeug 1 mit Vorderradantrieb und Vorderradlenkung dargestellt. Die Vorderräder FL, FR der Vorderradlenkung sind über eine Zahnstange 3 eines Zahnstangenlenkgetriebes 4 miteinander verbunden. Der Vorderradantrieb weist einen einzelnen Aktuator 2 auf, insbesondere einen Elektromotor, der die Vorderräder FL, FR über ein offenes Differenzial (ohne Sperreinrichtung) oder ein teilweise offenes Differenzial antreibt. Für den Fall, dass die Lenkung ausfällt, d. h. die Vorderradlenkung nicht mehr zur Verfügung steht, geht das Kraftfahrzeug 1 in einen Notlenkbetrieb über. In diesem Notlenkbetrieb wird das Lenkmoment durch ein Abbremsen eines der Vorderräder FL, FR bereitgestellt. In Abhängigkeit von dem Soll-Radlenkwinkel a _RW,r e _{f W} ird eine Soll-Zahnstangenposition S _R,ref berechnet. Die Zahnstangenposition wird mittels einer Steuerung geregelt, die eine Software zur Arbitration umfasst. In diese Software fließen die Fahrwerkgeometrie, die Eigenschaften des Bremssystem und das Vorzeichen der Soll-Zahnstangenposition S _R,ref ein, um ein zu bremsendes Vorderrad und den Bremsdruck zu bestimmen. Damit das Kraftfahrzeug 1 durch den Bremsvorgang nicht an Geschwindigkeit verliert, stellt der Aktuator 2 des Vorderradantriebs ein zusätzliches Drehmoment bereit, das den Geschwindigkeitsverlust kompensiert. Eine Position eines Gaspedals des Kraftfahrzeuges, vorzugsweise ein Gaspedalwinkel a, sowie eine Position eines Bremspedals, vorzugsweise ein Bremspedalwinkel werden an die Steuerung übermittelt, um eine Beschleunigung oder ein Abbremsen des Kraftfahrzeuges zu erkennen um das zusätzliche Drehmoment zu berechnen.

Für die in Figur 4 dargestellte Rechtskurve gilt folgender Zusammenhang:

T _FL +T _FR =2*T _FL -i-Tpeci _,br , wobei T _FL und T _FR das Drehmoment des linken und rechten Vorderrads sind und T _ped,br das in das zu bremsende Vorderrad FR eingeleitete Bremsmoment ist.

Das Bremsen-basierte Torque-Vectoring stellt in diesem Fall einen besonders günstigen und einfachen Notlenkbetrieb dar, der es erlaubt, das Kraftfahrzeug 1 nach Ausfall des Lenksystems zu steuern, ohne das eine mechanische Rückfallebene benötigt wird.

Vorzugsweise haben alle Ausführungsformen gemeinsam, dass ein Lenkkopfwinkel minimal und ein Lenkrollhalbmesser maximal ist, damit ein Lenkvorgang bzw. eine Translation der Zahnstange bereits durch wenig Bremsdruck auf das zu bremsende Vorderrad FL, FR hervorgerufen werden kann.

Ein Lenkvorgang und/oder Notlenkvorgang kann sowohl von einem Fahrer durch Drehen eines Lenkrades oder Bewegen eines sonstigen Lenkmittels als auch durch eine Steuerung eines autonomen oder halbautonomen Kraftfahrzeuges eingeleitet werden.

In der Figur 5 ist ein Blockdiagramm einer Steuerung des Kraftfahrzeuges mit Bremsen-basiertem Torque-Vectoring dargestellt. In einer ersten Einheit 6 werden das in ein Lenkrad vom Fahrer eingeleitete Lenkmoment T _S w oder ein von einem autonomen Fährbetrieb angefragte Soll- Drehmoment T _reg in einen Soll-Radlenkwinkel a _RW , _r ef der lenkbaren Vorderräder FL, FR umgerechnet. Eine zweite Einheit 7 bestimmt aus dem Soll-Radlenkwinkel a _RW , _r ef eine Soll-Zahnstangenposition S _R , _re f. Aus der Soll- Zahnstangenposition S _{R ref} und dem Brems-Drehmoment T _Ped,br sowie dem Beschleunigungs-Drehmoment T _ped,acc der angetriebenen Räder werden in einer dritten Einheit 8 die Ist-Zahnstangenposition S _R sowie die Zahnstangenkraft F _Rack bestimmt. In einer vierten Einheit 9 wird daraus dann bestimmt, wie sich das Kraftfahrzeug und die Fahrzeugräder im Falle einer konstanten Geschwindigkeit und Kurvenfahrt, einer Beschleunigung und Kurvenfahrt sowie während eines Bremsvorgangs in einer Kurvenfahrt verhält und anschließend für den jeweiligen Fahrzeugzustand implementiert. Im ersten Zustand fährt das Kraftfahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit v und entlang einer Kurve oder Kurvenbahn. Während der Kurvenfahrt muss die Soll-Zahnstangenposition S _R,ref infolge eines eingeschlagenen Lenkrads oder über die eingeschlagenen vorderen Fahrzeugräder einen Wert annehmen, der ungleich Null ist, da sich die Zahnstangenposition dabei verändert oder verändern muss. Die Bremskraft der jeweiligen vorderen Fahrzeugräder entspricht der Funktion der Soll-Zahnstangenposition F _FL F _fr .= f(S _{R ref} ). Für die hinteren Fahrzeugräder bedeutet es in diesem Fall, dass das Traktionsmoment der hinteren Fahrzeugräder T _FL T _FR eine Funktion aus der Soll-

Zahnstangenposition S _{R ref} und dem Beschleunigungs-Moment Tped, acc (T _FL T _FR . = f(S _{R ref,} Tped, acc)) ist, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu halten.

Im zweiten Zustand, also im Falle einer tangentialen Fahrzeugbeschleunigung v>0 und während einer Kurvenfahrt S _R , _re f =£0 entsprechen die Zusammenhänge bezogen auf die Bremskraft und das Traktionsmoment dem 1. Zustand: F _FL; F _fr . = f(S _R,ref ) und Tped, acc (T _FL T _FR . = f(S _R ,ref, Tped, acc)) .

Im dritten Zustand, welcher einem Bremsvorgang entspricht, also wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert wird (v<0) sowie eine Kurvenfahrt bzw. Kurvenbahn S _R,ref =£0 gefahren wird, ist die Bremskraft der vorderen Fahrzeugräder entsprechend einer Funktion der Soll-Zahnstangenposition und dem Brems-Moment T _{ped r} ( F _FL, F _fr .= f(S _R,ref ; T _{ped r} )). Das Traktionsmoment an den hinteren Fahrzeugrädern liegt nicht an und ist damit Null (T _FL T _FR .=0).