用于运行机动车的线控转向系统的方法以及控制装置、计算机程序和线控转向系统与流程

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的用于运行线控转向系统的方法、控制装置、具有程序代码字段(programmcodemittel)的计算机程序以及线控转向系统。

背景技术：

1、线控转向系统在机动车中用于使一个或多个车桥上的车轮转向。在此重要的是，对于线控转向系统，驾驶员的转向输入与实际转向运动之间存在机械式的解耦。例如，驾驶员在方向盘上进行的转向运动会被传感器系统记录下来并转发给控制装置，该控制装置会对数据进行评估。根据车辆参数和如有可能其他的起作用的环境条件，控制信号随后被转发到线控转向系统的执行器，该线控转向系统最终执行车轮的转向运动，或者换句话说，改变车轮转向角。

2、为了确保安全的运行，或者换句话说，对车辆乘员的肢体和生命以及车辆环境安全的运行，需要满足特定的安全设计或安全标准的功能。在汽车行业中为此确定了要求，这些要求分为不同的级别。为此，存在所谓的汽车安全完整性等级，其中，等级(即级别)是基于危险分析和风险评估的。为此，分析了系统的潜在危险，并且将在特定行驶情形下可能发生的故障分别按照估计的危险或要求分为a至d的不同安全要求级别。其中，a级被视为最低级别，d级被视为最高级别(asil-a至asil-d)。车辆底盘必须满足高到最高的安全要求。机动车的车轮悬挂在其底盘上。属于底盘的转向系统被设计为引导车轮。在直行或转弯时，必须在各自的车轮转向角方面对车轮进行引导，使其车轮转向角不会因作用在车轮上的侧向力而改变或仅在低的允许限度内改变，否则不可能转弯或保持曲线半径。这是特别具有挑战性的，因为简单来说，车轮不断地试图改变车轮转向角。例如，当在转弯时释放方向盘时，这一点很明显。然后，由于设计导致的底盘处的前束或后倾角，车轮会试图返回到直行方向的中立位置。直行时，车轮转向角为0度。如果车轮现在通过线控转向系统在至少一个车桥上转向，则该线控转向系统必须被设计为引导车轮的。根据行驶情形，线控转向系统即使在最大的侧向力下必须能够进行缓慢、温和或快速的转向运动。例如当以100km/h快速长途行驶时，最小的转向运动或车轮转向角变化就足以引起车辆的方向性能。反之，在停车过程中需要大的转向角变化，其中，由于高的车轮支承力和低的车轮旋转运动而需要高的调整力。普通驾驶员几乎无法控制线控转向系统的错误转向运动，尤其是在高车速下。因此，对于转向系统并且也对于线控转向系统预设了根据asil-d的最高安全级别。

3、对于线控转向系统，通常在线控转向系统的控制装置上计算调整信号和与此关联的转向角变化。绝对地来看，计算了总理论转向角(gesamtsolllenkwinkel)。基于例如转向角和车速，将计算出的调整信号转发给线控转向系统的实施转向运动的执行器。线控转向系统自身在此监控，是否未超过最大转向角，从而使转向角受到限制并且不会发生例如与底盘构件或车身的构件的碰撞。这种功能可以通过所谓的走廊功能(korridorfunktion)来实现。如果线控转向系统与例如汇入驾驶员辅助系统的其他转向功能相结合，则必须确保在线控转向系统或其控制装置的外部产生的转向角变化，如有必要，将经过走廊功能。为了符合asil-d标准，必须在此在所有情况下排除线控转向系统获得错误信号而改变转向角的情况。

技术实现思路

1、本发明的目的是，在具有不同转向功能的车辆中使线控转向系统的必要安全运行成为可能。

2、该目的通过基于权利要求1的前序部分并结合其特征部分的特征的方法来实现。随后的从属权利要求分别再次说明了本发明的有利改进方案。除了根据主权利要求的方法之外，为实现该目的还要求保护一种控制装置以及一种具有程序代码字段的计算机程序和一种线控转向系统。

3、根据本发明的第一方面，给出了一种用于运行机动车的线控转向系统的方法。在车辆中，至少一种转向功能请求在至少一个车桥上的至少一个车轮上的一个或多个转向角变化。仲裁单元在信号路径上例如通过总线，例如can总线、flexray之类获得转向角变化。在第一步骤中，仲裁单元对所请求的转向角变化进行加权，该转向角变化呈现为相应转向功能的理论转向角。这些理论转向角在加权中被区分优先次序。例如，在辅助功能被驾驶员激活以用于停车，即用于将车辆停在现有空位中的情况下，将请求或预设理论转向角。表现为另一种转向功能的走廊功能允许在低速、例如低于25公里/小时时前车桥和后车桥上的车轮沿相反方向转向。然而，最大转向角受到限制，由此例如车轮不会与底盘或轮罩接触。第一理论角由此功能产生。由于激活的用于停车的辅助功能，可以假设车辆停车需要高的转向角，该转向角应当由线控转向系统的执行器设置。将产生另一个理论转向角。一方面，仲裁单元现在必须评估并允许相反方向的转向，同时在考虑最大调整角的情况下准许最大的理论转向角。在考虑加权的情况下，仲裁单元从当前的理论转向角中赋予一个理论转向角以优先性，并且然后由此确定总理论角，该总理论角将被设置为用于成功执行停车过程。仲裁单元持续且间歇地执行该动作和与此相关联的对总理论转向角的计算，在前述示例中，直到停车过程完成并且车辆静止。换句话说，仲裁单元持续地接收不同的理论转向角并对其进行加权。在此，相应优先的理论转向角不断地切换，因为该理论转向角信息从不同来源(例如走廊功能和用于停车的辅助功能)发送到线控转向系统更确切地说其控制装置，并从而发送到仲裁单元。

4、根据本发明规定，在通过线控转向系统的执行器实际设置总理论角之前，持续地执行检查以确定是否满足以下条件：

5、总理论角的梯度小于或等于理论转向角的梯度。

6、该过程应理解为，在车辆运行或线控转向系统运行期间，持续地即不停地执行该方法更确切地说方法步骤。在此，检查或其他步骤可以以相同或不同的时间间隔(也称作间隔)执行。

7、总理论角的梯度和理论转向角的梯度(角度关于时间求导)在此分别得出转向角速度。

8、尽管对线控转向系统的构件、例如控制装置或执行器进行了最谨慎的选择并且从车辆的控制装置通过总线到线控转向系统的控制装置的信号路径的安全关键的设计以及对控制装置进行了最谨慎的编程，理论上仍可能会发生总理论转向角的有错误的计算。这种计算出的总理论角的发生错误变化的微小可能性应当避免，以免出现危险情况。如果不满足上述条件，即总理论角的梯度大于通过仲裁单元先前确定的各个转向功能中的理论转向角的梯度，则将结果设置为错误。在这种错误情况下例如可以暂时冻结线控转向系统的执行器的转向运动，或者执行器将车轮例如移动到0度的车轮转向角，该车轮转向角对应于直行。在任何情况下，都能出现尤其未经培训的驾驶员也可以安全控制的情况。换言之，在出现错误时启动线控转向系统的安全状态。在这一点上，再次提到开头提到的根据asil的用于车辆转向系统的高安全级别，该安全级别使得这样的检查是有意义的或必要的。这里称为转向功能的功能要求至少一个理论转向角，即使例如走廊功能不直接参与实际的转向。

9、优选地，根据机动车的行驶情形要求转向角变化。走廊功能允许例如在例如小于或等于25km/h的低速下的最大调整角。在这个区域中，这也允许向相反方向转向。此外，用于停车的辅助功能也可以在该区域中激活。如果观察到行驶情形，则以此可以更有针对性地执行根据本发明的检查。

10、优选地，在检查之前将安全系数加到理论转向角的梯度上。安全系数的数值被设计为根据车速是可变的，并且可以以一个或多个特性曲线存放或存储在线控转向系统更确切地说在其控制装置中。优选地，安全系数的数值随着车速增加而变小。显而易见的是，即使是显著低于1度的小的转向运动在高行驶速度下也比在例如在停车时的步行速度区域中低行驶速度下产生更大的影响。换句话说，错误计算的总理论角度的负面影响在高速时比在极低速时严重得多。安全系数同样是一个角速度，该角速度也考虑了线控转向系统的执行器的调整速度。

11、在一种优选的实施方式中，按间隔地执行检查。以1至20毫秒的间隔、优选地以4毫秒的间隔执行，可以获得足够的结果。梯度的每次检查在此都是时间上固定的梯度对比，并且因此不是未经请求的检查。以此，可以有针对性地并根据行驶情形地进行检查。

12、在另一种优选的实施方式中，优选地根据机动车的行驶情形，仲裁单元附加地执行从第一理论转向角到至少一个另外的理论转向角的渐次交替在总理论转向角的计算中考虑了理论转向角的渐次交替意味着逐渐的变化。以此应当避免阶跃，这样就不会发生突然的转向运动。如果第一转向功能和另外的转向功能的理论转向角、例如带有辅助系统的自动驾驶、驾驶员转向角之间的差异很大，以至于在没有渐次交替的情况下会发生急剧的且突然的转向角变化，则可能是这种情况。显而易见的是，在行驶情形的意义中，车速在这里也起着一定的作用。由于低车速，在停车过程期间车轮转向角的逐渐变化比例如在由驾驶员改变车辆车道的超车过程期间的小的车轮转向角变化更加缓慢地发生。然而，逐渐的变化并不意味着，从实际转向角到理论转向角的变化必须总是缓慢的。有利地，逐渐的变化根据例如车速和分别故意的转向功能的参数来执行。这里，仲裁单元也以与在通过与理论转向角的梯度的比较来检查总理论角的梯度时的情况类似的方式进行干预。换句话说，除了改变要设置的转向角之外，仲裁单元同样还执行并持续检查渐次交替。

13、为确定机动车的行驶情形将优选地读取以下参数中的至少一个：-行驶模式

14、-方向盘角

15、-方向盘角速度

16、-方向盘角加速度

17、-车速

18、-偏航率

19、-横向加速度

20、-纵向加速度

21、-待转向的车桥上至少一个车轮的车轮转向角

22、参数行驶模式考虑车辆的当前所处的状态。因此可以采用手动行驶模式，其中，所有的转向输入均由驾驶员决定。例如，驾驶员可以激活用于停车的行驶模式(停车辅助系统)，车辆通过该行驶模式独立地或者换句话说自主地驶入停车位。这种辅助系统例如只能在不超过10km/h时启动。同样地，驾驶员可以激活用于全自动驾驶的辅助系统，借助该辅助系统，车辆可以在车辆能力范围内或驾驶员选择的范围内自动驾驶。当驾驶员选择相应的行驶模式时，界面会请求改变行驶模式。然后在车辆侧检查该模式是否可以切换。

23、方向盘角在车辆的方向盘处或转向把手处或转向柱处以传感方式检测。旋转角提供了有关驾驶员的愿望的信息，即其转向意图。方向盘角速度以及方向盘角加速度可以通过一阶导数或二阶导数以简单的方式从检测到的方向盘角计算出来。通过这两个参数可得出有关转向意图的更详细结论，例如突然转向以回避等。偏航率提供有关车辆绕其竖直轴线的旋转率的信息。这例如是通过电子稳定控制系统(esc)中的旋转率传感器检测的。参数横向加速度和纵向加速度对于分析行驶情形也有很大的好处。纵向加速度提供有关哪种加速度作用在车辆上的信息，例如在制动时(负加速度)或在通过给油加速时(行驶方向上的正加速度)。例如，当切换行驶方向时或在转弯时进入弯道之后，车辆中出现横向加速度。通过后一个参数也可例如得出作用在底盘或车辆上的侧向力和侧面导向力的结论。结合摩擦系数的信息，可以由此得出有关侧偏角的结论，或者在必要时考虑转向不足或转向过度。

24、要转向的车桥是由线控转向系统转向的车桥。因此，在改变车轮转向角之前有利的是，知道相应被转向的车轮在待转向的车桥上的当前车轮转向角是多少。机动车的车轮的车轮转向角例如提供关于车辆是直行还是处于转弯的信息。换句话说，可以通过从车轮转向角读取车轮的位置来确定车辆的轨迹。

25、列出的参数的列表并不详尽。其他参数，例如使用合适的、特别是光学传感器或基于云的数据或来自导航设备的数据来确定道路状态，也是可以想到的，正如这里没有提到的其他参数一样，这些参数有利地可以用于确定行驶情形。

26、优选地，为了求出机动车的行驶情形，来自至少一个控制装置、尤其是不属于线控转向系统的控制装置的信号由仲裁单元读取并且被考虑。其中，信号以间隔、特别地在5至40毫秒的范围内、优选为10毫秒的间隔读取。因此，线控转向系统优选地具有自己的控制装置。上述转向功能例如可以映射到一个或多个控制装置上。这些控制装置可以通过在车辆中存在的总线系统、例如can总线或flexray系统将理论转向角转发给仲裁单元。仲裁单元本身可以例如在线控转向系统的控制装置上执行。

27、在一种优选的实施方式中，在总理论转向角的计算中得出实际错误之前，特别地将在仲裁单元中对从检查梯度比较中求出的值进行去抖动。为了获得可靠的值并排除可能的机械和/或电气干扰，将梯度比较的结果进行多次比较。如果错误持续一段时间，则设置错误并启动上述措施。如果用于检查梯度比较的间隔执行为4ms的间隔并且例如相互比较5个检查的一致性，则可以在20毫秒的非常短的时间内执行对过大的总理论转向角的验证。对作为转向系统的线控转向系统的高安全要求从而得到满足。以此有利地消除了其他错误源。

28、优选地，所述至少一个转向功能是以下示例性提到的功能之一。所提到的转向功能来自一个非详尽的列表。其他类似的功能也是可以使用的。优选地，这些功能存在于机动车中并且在一个或多个控制装置上实施，但是它们不在线控转向系统的控制装置上实施，尽管这些功能由该控制装置处理。

29、-走廊功能

30、-停车功能

31、-回退功能

32、-驾驶员辅助功能

33、-esc

34、用于低速的第一走廊功能监控例如车辆车桥的各个车轮的最大调整角。因此，如果在缓慢行驶并且允许相反转向时发生大的车轮转向角变化，则可以防止车轮与车身的构件或底盘的构件发生碰撞。用于高速的另一走廊功能可能意味着根据速度将车轮转向角限制在几分钟或更小的变化。在这种情况下，走廊功能在高速时同样监控，例如根据行驶情形，机动车的前车桥和后车桥处转向方向是否相同，以便例如在超车时提高车辆的驾驶稳定性和灵活性。

35、停车功能是可以由驾驶员选择的辅助功能，使得例如在激活该停车功能后，在驾驶员辅助系统的意义上，车辆会独立地停在停车位中。该功能例如可以在低速下与走廊功能相互作用。

36、回退功能可以在例如当检测到错误、例如错误的信号或预设理论值(例如角度变化)时介入。例如，根据车辆的速度、例如低于50公里/小时预期esc信号。如果没有该信号，则可以由回退功能代替信号，从而可以在限制范围内继续行驶。esc是电子稳定程序的功能。在此，可以对各个车轮实施转向或制动介入，以保持车辆的轨迹。该功能例如仅在车速超过25km/h时激活。

37、驾驶员辅助功能是一个上位术语。这里指的是在不同阶段用于自动驾驶意义上自动化驾驶的驾驶员辅助功能。驾驶员可以激活该自动驾驶，该自动驾驶对允许的各级别允许部分的自动驾驶至完全的自动驾驶。

38、前述不同功能可以单独地或同时地激活，并且因此分别同时地请求理论转向角的不同变化。根据行驶情形，这些理论转向角由仲裁单元进行加权，并在确定优先级后确定总理论转向角。

39、根据本发明的另一方面使用了一种控制装置，该控制装置被设置为用于执行根据前述实施方式之一的方法。该控制装置例如可以设计成以数字的方式工作并且借助具有程序介质的计算机程序在其上执行该方法。根据另一方面，本发明涉及一种具有程序代码字段的计算机程序，以便当该程序存储在计算机上时、特别是存储在前述控制装置上时执行根据上述实施方式之一的方法。

40、最后，本发明涉及一种具有前述控制装置的线控转向系统。在优选实施方式中，该线控转向系统被设计为机动车的后车桥转向系统。因此，车辆可以在前车桥上存在有机械式或电气式支持的机械转向系统，该转向系统借助转向把手(例如方向盘)从驾驶员获得转向信号。在这种情况下，后车桥转向系统是与前车桥转向系统机械式解耦的附加转向系统，该转向系统由于转弯圆周更小、停车可能性大大改进，在相反方向上转向时提供明显的优势。为了通过在例如高于50km/h的高速下沿相同方向转向来增加驾驶稳定性而提高灵活性和驾驶安全性，可以以有利的方式使用后车桥转向系统。但是，不能排除车辆的所有车桥只配备了一个线控转向系统。因此，作为线控转向系统的前车桥也可以使用控制装置的调整信号来操作。由于不必要的机械构件(用于前车桥的转向器传动装置的转向柱)可以有利地降低重量和成本。