DE-102024117287-B4 - System und Verfahren zum Steuern der Lenkung eines Fahrzeugs

Abstract

Fahrzeug-Lenksteuerungssystem (100), umfassend: einen Straßenradaktuator (125) mit einem Straßenradwinkelsensor (178), der konfiguriert ist, einen Straßenradwinkel zu erfassen, und einem Lenkmotor (176), der konfiguriert ist, den Straßenradwinkel als Reaktion auf ein Lenksteuersignal zu steuern; einen Lenkradaktuator (120) mit einem Lenkwinkelsensor (174), der konfiguriert ist, einen Lenkradwinkel zu erfassen, und einem Lenkrückkopplungsmotor (180), der konfiguriert ist, ein Lenkrad (170) als Reaktion auf den Straßenradwinkel zu drehen, und der konfiguriert ist einen Lenkdrehmomentwert als Reaktion auf eine physische Drehung des Lenkrads (170) durch einen Fahrzeugführer zu erzeugen; eine Trägheitsmesseinheit (186), die konfiguriert ist, eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs zu erfassen; eine elektronische Steuereinheit (172), die konfiguriert ist, den Straßenradwinkel und den Lenkdrehmomentwert zu empfangen, den Lenkradwinkel als Reaktion auf einen Ausfall eines Lenkwinkelsensors (174) in Abhängigkeit von dem Lenkdrehmomentwert zu schätzen und das dem geschätzten Lenkradwinkel entsprechende Lenksteuersignal als Reaktion darauf, dass eine Differenz zwischen dem Straßenradwinkel und dem geschätzten Lenkradwinkel kleiner als ein Schwellenwert ist, zu erzeugen; und die konfiguriert ist eine Drehmomentvektor-Lenksteuerfunktion auszuführen, um einen erforderlichen Drehmomentvektorisierungsbefehl als Reaktion auf die Querbeschleunigung zu berechnen, und wobei das Lenksteuersignal als Reaktion auf den erforderlichen Drehmomentvektorisierungsbefehl bestimmt wird, um das Fahrzeug richtungsabhängig zu steuern; und eine Lenksteuerung, die konfiguriert ist, die Lenkung des Fahrzeugs als Reaktion auf das Lenksteuersignal zu steuern.

Inventors

• Seyedeh Asal Nahidi
• SeyedAlireza Kasaiezadeh Mahabadi
• Douglas J. Spry
• Ramakrishna Kamath Vijayakumar
• Cody Dunham
• Ibrahim A. Badiru

Assignees

• GM Global Technology Operations LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20240619

Priority Date

20240418

Claims (10)

1. Fahrzeug-Lenksteuerungssystem (100), umfassend: einen Straßenradaktuator (125) mit einem Straßenradwinkelsensor (178), der konfiguriert ist, einen Straßenradwinkel zu erfassen, und einem Lenkmotor (176), der konfiguriert ist, den Straßenradwinkel als Reaktion auf ein Lenksteuersignal zu steuern; einen Lenkradaktuator (120) mit einem Lenkwinkelsensor (174), der konfiguriert ist, einen Lenkradwinkel zu erfassen, und einem Lenkrückkopplungsmotor (180), der konfiguriert ist, ein Lenkrad (170) als Reaktion auf den Straßenradwinkel zu drehen, und der konfiguriert ist einen Lenkdrehmomentwert als Reaktion auf eine physische Drehung des Lenkrads (170) durch einen Fahrzeugführer zu erzeugen; eine Trägheitsmesseinheit (186), die konfiguriert ist, eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs zu erfassen; eine elektronische Steuereinheit (172), die konfiguriert ist, den Straßenradwinkel und den Lenkdrehmomentwert zu empfangen, den Lenkradwinkel als Reaktion auf einen Ausfall eines Lenkwinkelsensors (174) in Abhängigkeit von dem Lenkdrehmomentwert zu schätzen und das dem geschätzten Lenkradwinkel entsprechende Lenksteuersignal als Reaktion darauf, dass eine Differenz zwischen dem Straßenradwinkel und dem geschätzten Lenkradwinkel kleiner als ein Schwellenwert ist, zu erzeugen; und die konfiguriert ist eine Drehmomentvektor-Lenksteuerfunktion auszuführen, um einen erforderlichen Drehmomentvektorisierungsbefehl als Reaktion auf die Querbeschleunigung zu berechnen, und wobei das Lenksteuersignal als Reaktion auf den erforderlichen Drehmomentvektorisierungsbefehl bestimmt wird, um das Fahrzeug richtungsabhängig zu steuern; und eine Lenksteuerung, die konfiguriert ist, die Lenkung des Fahrzeugs als Reaktion auf das Lenksteuersignal zu steuern.
2. Fahrzeug-Lenksteuerungssystem (100) nach Anspruch 1 , ferner umfassend einen Prozessor, der konfiguriert ist, einen validierten Lenkwinkel als Reaktion darauf, dass eine Differenz zwischen dem Straßenradwinkel und dem Lenkradwinkel kleiner als ein Schwellenwert ist, zu erzeugen.
3. Fahrzeug-Lenksteuerungssystem (100) nach Anspruch 1 , wobei der Straßenradwinkel als Reaktion auf einen Ausfall eines Lenkwinkelsensors (174) erfasst wird.
4. Fahrzeug-Lenksteuerungssystem (100) nach Anspruch 1 , wobei der Lenkdrehmomentwert unter Verwendung eines Kalman-Filters als Reaktion auf einen angeforderten Elektromotorbefehl, einen Drehmomentsensorausgang und ein Eingangsrauschen bestimmt wird.
5. Fahrzeug-Lenksteuerungssystem (100) nach Anspruch 2 , wobei die Lenksteuerung konfiguriert ist, als Reaktion auf den validierten Lenkwinkel eine dynamische Backup-Lenksteuerungsfunktion auszuführen.
6. Fahrzeug-Lenksteuerungssystem (100) nach Anspruch 2 , wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, eine Diagnose- und Abhilfemaßnahme durchzuführen, wenn die Differenz zwischen dem Straßenradwinkel und dem Lenkradwinkel den Schwellenwert überschreitet.
7. Fahrzeug-Lenksteuerungssystem (100) nach Anspruch 2 , wobei die Lenksteuerung konfiguriert ist, als Reaktion auf den validierten Lenkwinkel eine TVSC durchzuführen.
8. Fahrzeug-Lenksteuerungssystem (100) nach Anspruch 1 , wobei der Schwellenwert als Reaktion auf eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einer Zeitdauer, und einem Betrag eines geschätzten Winkelfehlers bestimmt wird.
9. Fahrzeug-Lenksteuerungssystem (100) nach Anspruch 2 , wobei die Lenksteuerung ferner einen Lenkmotor (176) zum Anpassen des Straßenradwinkels als Reaktion auf den validierten Lenkwinkel umfasst.
10. Verfahren zum Steuern der Lenkung eines Fahrzeugs, umfassend: Erfassen, durch einen Straßenradwinkelsensor (178) eines Straßenradaktuators (125), eines Straßenradwinkels; Erfassen, durch eine Trägheitsmesseinheit (186), einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs; Berechnen eines erforderlichen Drehmomentvektorisierungsbefehls als Reaktion auf die Querbeschleunigung; Erfassen, durch einen Prozessor, eines Lenkdrehmomentwerts von einem Lenkrückkopplungsmotor (180) als Reaktion auf eine physische Drehung eines Lenkrads (170) durch einen Fahrzeugführer; Bestimmen eines Lenkradwinkels als Reaktion auf den Lenkdrehmomentwert; Erzeugen, durch den Prozessor, eines validierten Lenkwinkels als Reaktion darauf, dass eine Differenz zwischen dem Straßenradwinkel und dem Lenkradwinkel kleiner als ein Schwellenwert ist; und Steuern, durch eine Lenksteuerung, einer Fahrzeuglenkrichtung als Reaktion auf den validierten Lenkwinkel.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf die Programmierung von Steuersystemen für Kraftfahrzeuge. Genauer gesagt beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf Systeme, Verfahren und Vorrichtungen zum Schätzen eines Lenkradwinkels, um ein Steer-by-Wire-Lenksystem als Reaktion auf eine Detektion eines Straßenradwinkels und eines Ausgangsdrehmoments eines Lenkrückkopplungsmotors zu steuern. Die Verbindung zwischen dem Lenksystem eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs erfolgt traditionell über direkte mechanische Verbindungen zwischen einer Vorrichtung und den Vorderrädern des Fahrzeugs. Bei einer Zahnstangenlenkung beispielsweise wird durch die Drehung eines Lenkrads ein Ritzel gedreht, das in entsprechende Kerben oder Zähne in einem Zahnstangenteil des Lenksystems eingreift. Spurstangen verbinden den Zahnstangenteil mit den Rädern, so dass jede Drehbewegung des Lenkrads letztlich die Räder um einen resultierenden Lenkwinkel dreht, der je nach der vom Lenksystem vorgesehenen Lenkübersetzung variieren kann. Anstelle einer Zahnstange und eines Ritzels können auch andere Lenkgestänge verwendet werden, wie z. B. Schneckengetriebe in einer Kugelumlauflenkung. In beiden Beispielen sind jedoch alle Steuergestänge rein mechanisch. Im Gegensatz dazu befindet sich bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem ein elektronisch gesteuerter Lenkaktuator an oder in der Nähe der vorderen Antriebsachse und ein oder mehrere Wandler und/oder andere Sensoren zur Messung oder Erfassung der Lenkanforderung oder der Eingabe an eine Vorrichtung, bei der es sich in der Regel um ein kreisförmiges Lenkrad handelt. Die Sensoren können so konfiguriert sein, dass sie einen Lenkwinkel am Lenkrad messen. Die elektronischen Eingangssignale, die diese gemessenen oder erfassten Werte darstellen, werden dann elektrisch an einen Lenkaktuator übertragen, der als Reaktion auf die elektronischen Eingangssignale ein Lenkmanöver ausführt. Bei Steer-by-Wire-Systemen, bei denen es keine physische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Rädern gibt, sind redundante Lenkwinkelsensoren von entscheidender Bedeutung. Dadurch wird sichergestellt, dass das System auch dann noch funktioniert, wenn ein Sensor ausfällt. Durch den Vergleich der Daten mehrerer Sensoren kann das System Abweichungen erkennen und die Kontrolle aufrechterhalten, was einen Verlust der Richtungsstabilität und mögliche Unfälle verhindert. Diese Redundanz ist für sicherheitskritische Systeme wie die Lenkung von entscheidender Bedeutung. Da die Lenkradwinkelsensoren kritische Sensoren für die Bestimmung der Fahrbahn eines Fahrzeugs sind, müssen die Fahrzeuge über eine redundante Lenkwinkelerkennung verfügen, um sicher zu funktionieren. Wenn jedoch ein Lenkwinkelsensor als fehlerhaft erkannt wird, geht diese Redundanz verloren. Dementsprechend wäre es wünschenswert, Systeme und Verfahren zur Echtzeit-Lenkwinkelerkennung und -validierung als Reaktion auf den Ausfall eines oder mehrerer Lenkradwinkelsensoren bereitzustellen. Darüber hinaus werden weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Beschreibung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorstehenden technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich. DE 11 2019 006 345 T5 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Lenkhilfsmotors, die Vorrichtung umfassend eine Empfangseinheit zum Empfangen von Lenkwinkelinformationen und Fahrer-Lenkdrehmomentinformationen; eine Bestimmungseinheit für den maximalen Lenkwinkel; und eine Bestimmungseinheit für ein Grenzdrehmoment des Motors. DE 10 2019 212 712 A1 beschreibt ein Steer-by-Wire-System und ein Steuerverfahren dafür. Eine Lenkabsicht eines Fahrers kann durch Schätzen mehrerer Zustandsgrößen und eines Fahrer-Drehmoments akkurat bestimmt werden, wenn der Drehmomentsensor oder der Lenkwinkelsensor nicht bereitgestellt sind oder nicht richtig funktionieren. DE 10 2018 114 988 A1 beschreibt ein Steer-by-Wire-Lenksystem für Kraftfahrzeuge, umfassend einen Lenkaktuator, einen Feedback-Aktuator, der eine Rückmeldung von der Straße an ein Lenkrad überträgt, einen ersten Lenkwinkelsensor und einen zweiten Lenkwinkelsensor, der vom Feedback-Aktuator unabhängig ist. DE 10 2022 214 324 A1 beschreibt eine Lenksteuervorrichtung und ein Lenksteuerverfahren eines Fahrzeugs, die Lenksteuervorrichtung umfassend einen Empfänger, der eingerichtet ist, absolute Lenkwinkelinformationen, relative Lenkwinkelinformationen und Zahnstangenpositionsinformationen des Fahrzeugs zu empfangen, eine Bestimmungseinheit, die eingerichtet ist, Schätzinformationen des absoluten Lenkwinkels auf der Grundlage der Zahnstangenpositionsinformationen und der relativen Lenkwinkelinformationen zu bestimmen, wenn es eine Anomalie in den absoluten Lenkwinkelinformationen gibt, und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, eine Positionseinstellsteuerung durchzuführen. Es kann als Aufgabe betrachtet werden, ei