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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Grund-Ausrichtung der Räder einer
Kraftfahrzeug-Steer-By-Wire-Baugruppe in Echtzeit.
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Bei
Steer-By-Wire-Baugruppen wird auf die mechanischen Verbindungen
zwischen dem Lenkrad und den Vorderrädern verzichtet. Weiterhin
gibt es bei einigen Steer-By-Wire-Baugruppen auch keine mechanische
Verbindung zwischen den Vorderrädern.
Zwei unabhängige
Rad-Elektromotor-Aktuatoren
werden stattdessen im Fahrzeug installiert, wobei jeder Aktuator
unabhängig
eines der Vorderräder
bewegt. Hierdurch wird die voneinander unabhängige Bewegung (Lenkung) der
beiden Vorderräder
voneinander ermöglicht.
Weiterhin wird ein mit dem Fahrzeuglenkrad verbundener Lenkrad-Elektromotor-Aktuator
dazu genutzt, um ein gewohntes Lenkgefühl und den Lenkbefehl an die
Vorderräder
zur Verfügung
zu stellen.
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Es
besteht Bedarf für
eine Steer-By-Wire-Baugruppe, um die Kontrolle über die Räder und das Lenkrad des Fahrzeugs
zu haben, um die Grund-Ausrichtung
zu implementieren. Die Grund-Ausrichtung zwischen Lenkrad und den
beiden Rädern
sollte in einen Grundzustand implementiert werden, wenn die Steer-By-Wire-Baugruppe eingeschaltet
und initialisiert wird. Vor der Ausrichtung der Räder der
Steer-By-Wire-Baugruppe sind die Winkelpositionen des Lenkrades
und der beiden Räder
nicht bestimmt, da mechanische Verbindungen nicht vorhanden sind.
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Um
die Grundausrichtung zwischen Lenkrad und den beiden Rädern in
Echtzeit zu implementieren, müssen
die absoluten Winkelpositionen des Lenkrades und der Räder bestimmt
werden und es muss eine bestimmte Ausrichtungsstrategie (Ausrichtungsverfahren)
zur Steuerung des Lenkrades und der Räder in die Sollwinkelposition
im Ablauf des Ausrichtungsvorgangs der Steer-By-Wire-Baugruppe entwickelt
werden.
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Bekannt
ist die
US 6,098,296
A die ein Verfahren zur Grundausrichtung der Räder einer Steer-By-Wire
Baugruppe mit zwei unabhängigen Vorderrädern eines
Fahrzeugs in Echtzeit beschreibt. Das darin beschriebene Verfahren
bzw. die beschriebene Vorrichtung ermöglicht grundsätzlich eine Grundausrichtung
der Räder,
das Verfahren hat aber den Nachteil, dass die ermittelten Grundwerte
bzw. Rad-Ausrichtungs-Referenzwinkel nicht weiter überwacht
oder überprüft werden.
Eine solche Überwachung
ist jedoch deshalb notwendig, weil ein Fehler der Berechnung aufgrund
der dann relativen Fehlstellung der Räder zueinander zu erheblichen
Problemen führen
kann.
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Weiterhin
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein besonders sicheres
und zuverlässiges Verfahren
bereitzustellen.
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Eine
wichtige Aufgabe besteht darin, die Grundausrichtung zwischen Lenkrad
und den beiden Rädern
zu implementieren. Geschieht dieses nicht, kann ein Versatz zwischen
dem Lenkrad und den beiden Rädern
auftreten. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist daher, ein
System und Verfahren zur Ausrichtung des Lenkrades und der Räder in Echtzeit für die Steer-By-Wire-Baugruppe zur Verfügung zu stellen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, ein System
und ein Verfahren zur Echtzeitausrichtung un ter Verwendung von Echtzeitabgleich-Technologie,
basierend auf dem Steer-By-Wire-Steuerungssystem,
bereitzustellen. Weiterhin ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung
ein Verfahren zur Echtzeit-Grundausrichtung der Steer-By-Wire-Baugruppe
bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird durch Verfahren mit Merkmalen der Ansprüche 1 und
9 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung stellt allgemein ein System und Verfahren
zur Ausrichtung der Räder einer
Fahrzeug-Steer-By-Wire-Baugruppe mit zwei unabhängigen Fronträdern zur
Verfügung.
Eine Steer-By-Wire-Baugruppe, wie sie in der vorliegenden Erfindung
beschrieben ist, kann als ein zweigeteiltes System aufgefasst werden:
Eine Lenkrad-Unterbaugruppe und eine Rad-Unterbaugruppe mit zwei
unabhängigen
Vorderrädern.
Elektrische Signale werden über
Kabel übertragen,
um die Lenkrad-Unterbaugruppe mit der Rad-Unterbaugruppe zu verbinden.
Die Hauptaufgaben der Lenkrad-Unterbaugruppe
bestehen darin, einen Lenkrichtungs-Referenzwinkel zu liefern und
ein angemessenes Lenkgefühl
für den
Fahrzeugführer
zu erzeugen. Die Hauptaufgaben der Rad-Unterbaugruppe bestehen darin,
die dynamische Zuordnung zwischen Radwinkel und Lenkradwinkel-Referenzeingabe,
die von der Lenkrad-Unterbaugruppe vorgegeben wird, zu etablieren.
Diese beiden Unterbaugruppen sind in einer Steer-By-Wire-Baugruppe
integriert und sind unter Verwendung eines Steuerungssystem-Designverfahrens
entworfen, um die Fahrzeuglenkfunktionen zu implementieren.
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Zur
Bestimmung der absoluten Lenkrad- und Radwinkel sind ein Lenkrad-Absolutwinkel-Sensor und
zwei Rad-Absolutwinkel-Sensoren jeweils in der Lenkrad-Unterbaugruppe
bzw. Rad-Unterbaugruppe installiert. Auf den Messungen des absoluten
Lenkradwinkels und der absoluten Radwinkel aufbauend werden ein
initiales Ausrichtungssystem (Grundausrichtungssystem) und Verfahren
in der die Lenkrad-Unterbaugruppe und Rad- Unterbaugruppe einschließenden Steer-By-Wire-Baugruppe
implementiert.
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Das
Echtzeit-Grundausrichtungssystem und Verfahren ändert die Referenzeingangs-Signale
der Lenkrad-Unterbaugruppe und der Rad-Unterbaugruppe. Die Struktur und die
Parameter der Lenkrad-Unterbaugruppe
und der Rad-Unterbaugruppe sind von der Grundausrichtung nicht betroffen.
Die Grundausrichtung vermeidet daher die Anwendung der komplexen
Steuerungssystemstruktur, um die Grundausrichtung der Steer-By-Wire-Baugruppe auszuführen.
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Die
Berücksichtigung
der Vorzeichen der absoluten und relativen Radwinkel ist unter Verwendung
der vorliegenden Erfindung nicht notwendig. Weiterhin kann die Rücklaufgeschwindigkeit
des Lenkrades und der Räder
im Ablauf der Grundausrichtung einstellbar sein. Durch Einstellung
der relativen Verstärkung
des Lenkradsteuerungs-Untersystems und des Radsteuerungs-Untersystems, werden die
Radgeschwindigkeiten bei der Grundausrichtung gemäß den Geschwindigkeitserfordernissen
angepasst.
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Weitere
Aspekte, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden unter Berücksichtigung
der folgenden Beschreibung und der anhängenden Ansprüche in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden. Es zeigen:
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1:
ein Schaltdiagramm einer Steer-By-Wire-Baugruppe eines Fahrzeugs
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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2:
ein Blockschaltbild der initialen Ausrichtung in Echtzeit zwischen
dem Lenkrad und den Rädern
und zwischen den beiden Rädern
in der Steer-By-Wire-Baugruppe;
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3:
ein Flussdiagramm des Echtzeit-Initialausrichtungs-Verfahrens; und
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4:
ein Flussdiagramm eines Beispiels zur Ausführung des Echtzeit-Initialausrichtungs-Verfahrens.
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1 zeigt
eine Steer-By-Wire-Baugruppe 10 eines Fahrzeugs in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt besitzt die Steer-By-Wire-Baugruppe 10 des
Fahrzeugs links und rechts unabhängige
Vorderräder 18, 20.
Wie in 1 dargestellt besteht die Steer-By-Wire-Baugruppe 10 aus
einer Rad-Unterbaugruppe 15 und einer Lenkrad-Unterbaugruppe 16.
Die Steer-By-Wire-Baugruppe 10 umfasst ein Steer-By-Wire-Steuerungsmodul 12 mit
einem Rad-Controller 13 der Rad-Unterbaugruppe 15 und
einem Lenkrad-Controller 14 der Lenkrad-Unterbaugruppe 16.
Das Steer-By-Wire-Steuerungsmodul 12 verbindet die Rad-Unterbaugruppe 15 und
die Lenkrad-Unterbaugruppe 16.
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Wie
in 1 dargestellt ist das linke Rad 18 mit
einer linken Spurstange 19 und das rechte Rad 20 mit
einer rechten Spurstange 21 verbunden. Die Rad-Unterbaugruppe 15 weist
weiterhin einen linken und einen rechten Radaktuator 40, 42 in
elektrischer Verbindung mit den entsprechenden linken und rechten
Motorendstufen 36, 38 auf. Die linke und rechte Motorendstufe 36, 38 empfangen
Steuersignale vom Rad-Controller 13. Die Radaktuatoren 40, 42 erhalten
Stromsignale von den jeweiligen Motorendstufen 36, 38,
um Momente am jeweiligen linken und rechten Rad 18 und 20 zu
erzeugen. Ein linker Radwinkelsensor 32 ist am linken Radaktuator 40 zum
Abnehmen des linken Radwinkels angeordnet. Ein rechter Radwinkelsensor 34 ist
am rechten Radaktuator 42 zum Abnehmen des rechten Radwinkels
angeordnet. Der linke und rechte Radwinkelsensor 32, 34 stehen
in elektrischer Verbindung mit dem Rad-Controller 13, um
dem linken und rechten Radwinkel kennzeichnende Signale zur Berechnung
vom Rad-Controller 13 zu senden. Der Rad-Controller 13 erhält eine
Mehrzahl von Eingangssignalen, um Radsteuersignale zur Steuerung
des linken und rechten Rades 18, 20 unter Verwendung
der jeweiligen Radaktuatoren 40, 42 zu erzeugen.
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Die
Sensoren 32, 34 liefern allgemein relative Winkelmessungen.
Die Absolutwinkel-Sensoren (32a, 34a) werden als
Redundanz zu den Radwinkel-Sensoren
(32, 34) genutzt und um die initiale Ausrichtung
zu implementieren. Der linke Rad-Absolutwinkel-Sensor 32a ist
am linken Radaktuator 40 befestigt, um den absoluten linken
Radwinkel zu messen. Der rechte Rad-Absolutwinkel-Sensor 34a ist
am rechten Radaktuator 42 befestigt, um den absoluten rechten
Radwinkel zu messen. Der linke und rechte Rad-Absolutwinkel-Sensor 32a, 34a stehen zum
Senden von Signalen, die den absoluten linken und rechten Radwinkel
kennzeichnen und vom Rad-Controller 13 verarbeitet
werden, in elektrischer Kommunikation mit dem Rad-Controller 13.
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Bei
einer konventionellen Lenkungsbaugruppe eines Fahrzeugs mit typischen
mechanischen Kopplungen erhält
das Rad direkte Lenkradeingaben vom Lenkrad des Fahrzeugs. Weiterhin
folgen die Radwinkel mechanisch dem Lenkradwinkel. Bei der Steer-By-Wire-Baugruppe
der vorliegenden Erfindung mit der oben genannten Rad-Unterbaugruppe 15 kann
ein Lenkwinkelsignal unter Verwendung von elektrischen Leitungen
elektrisch zur Rad-Unterbaugruppe
(15) übertragen
werden. Eine Funktion der Rad-Unterbaugruppe 15 ist
daher die Verfolgung bzw. Ermittlung des Radwinkels zur Ermittlung
eines Lenkradreferenzwinkels. Weiterhin sollte jeder Radwinkel unabhängig dem
Lenkradreferenzwinkel folgen, wobei die beiden Radwinkel einander
nicht beeinflussen. Diese Nachführfunktion
kann durch Verwendung eines im Rad-Controller 13 der oben
genanten Rad-Unterbaugruppe 15 implementierten Steuerungssystemdesignverfahrens
realisiert werden.
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Die
Lenkrad-Unterbaugruppe 16 beinhaltet ein auf einer Lenkwelle 46 montiertes
Lenkrad 44. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Lenkradsensor 48 an
der Lenkwelle 46 oder an einem Lenkradaktuator 52 angeordnet,
um den Lenkwinkel aufzunehmen. Der Lenkradsensor 48 steht
in elektrischer Kommunikation mit dem Lenkrad-Controller 14,
der vom Lenkradsensor 48 den Lenkradwinkel kennzeichnende
Signale erhält.
Die Lenkrad-Unterbaugruppe 16 weist weiterhin eine Lenkradmotorendstufe 50 auf,
die in elektrischer Kommunikation mit dem Lenkrad-Controller 14 zum
Empfang eines Steuersignals und zur Bereitstellung eines Stromsignals
zum Lenkradaktuator 52 steht. Der Lenkradaktuator 52 steht
in elektrischer Kommunikation mit der Lenkradmotorendstufe 50 um
Strom von der Lenkradmotorendstufe 50 zu erhalten, und
ist an der Lenkwelle 46 befestigt, um ein Reaktionsmoment
am Lenkrad 44 zu erzeugen. Der Lenkrad-Controller 14 erhält ein Lenkradwinkelsignal,
Radwinkelsignale, Radmomentsignale und Fahrzeugsignale (nicht dargestellt)
und erzeugt ein Lenkradsteuerungssignal.
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Der
Lenkradsensor 48 liefert allgemein eine relative Winkelmessung.
Der Lenkrad-Absolutwinkel-Sensor (48a) wird als Redundanz
zum Lenkradsensor 48 genutzt, und um die initiale Ausrichtung
zu implementieren. Der Lenkrad-Absolutwinkel-Sensor (48a)
wird an der Lenkwelle 46 oder dem Lenkradaktuator 52 befestigt,
um den absoluten Lenkradwinkel zu messen. Der Lenkrad-Absolutwinkel-Sensor
(48a) steht zum Senden von Signalen, die den absoluten Lenkradwinkel
kennzeichnen und vom Lenkrad-Controller 14 verarbeitet
werden, in elektrischer Kommunikation mit dem Lenkrad-Controller 14.
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Bei
einer konventionellen Lenkungsbaugruppe mit mechanischen Kopplungen
steuert ein Fahrzeugführer
durch Drehen des Lenkrads direkt die Richtung des Fahrzeugs und
erhält
ein Lenkgefühl durch
ein resultierendes Moment an der Lenkwelle. Bei einer Steer-By-Wire-Baugruppe
ohne mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad 44 und den Rädern 18, 20 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung kann ein gewohntes Lenkgefühl durch ein
Lenkradsteuerungsuntersystem mit Rückkopplungssteuerungsstruktur
erzeugt werden. Hauptaufgaben der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 sind
daher, ein realistisches Lenkgefühl
für den
Fahrer des Fahrzeugs und ein Lenkradwinkelreferenzsignal für die Rad-Unterbaugruppe 15 bereitzustellen.
Diese Funktion kann durch Verwendung des Steuerungssystemdesignverfahrens
im Lenkrad-Controller 14 der oben genannten Lenkrad-Unterbaugruppe 16 implementiert
werden.
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Wie
in 1 dargestellt steht der Lenkrad-Controller 14 in
elektrischer Kommunikation mit dem Rad-Controller 13. Die
Controller 13 und 14 sind in ein Steer-By-Wire-Steuerungsmodul 12 integriert, um
die oben genannten Lenkfunktionen zu implementieren. Weiterhin empfängt das
Steer-By-Wire-Steuerungsmodul 12 weitere
Fahrzeugsignale, wie z.B. Fahrzeuggeschwin digkeit, Gierrate und Querbeschleunigung.
Dieses kann durch Implementierung von Fahrzeuggeschwindigkeits-,
Gierraten- und Querbeschleunigungssensoren im Fahrzeug erreicht
werden. Weiterhin beinhaltet das ein Steer-By-Wire-Steuerungsmodul 12 auch
die Echtzeit-Initialausrichtungs-Einheit 10a, um die initiale Ausrichtung
in Echtzeit zu implementieren.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild des Steer-By-Wire-Steuerungssystems 11 mit
der Echtzeit-Initialausrichtungs-Einheit 10 zur initialen
Ausrichtung zwischen dem linken und rechten Rad 18, 20 und
zwischen dem Lenkrad 44 und den Rädern 18, 20.
Wie dargestellt, liefert die Echtzeit-Initialausrichtungs-Einheit 10 in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung Eingabesignale an die Rad-Unterbaugruppe 15 und
an die Lenkrad-Unterbaugruppe 16. Die in 2 dargestellte
Steuerungssystemstruktur, die auf der in 1 dargestellten
Steuerungssystembaugruppe beruht, beschreibt Komponenten mit Blöcken und
variable Beziehungen zwischen Steuerungsvariablen, Eingangs- und
Ausgabevariablen und Referenzvariablen.
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Wie
in 2 dargestellt beinhaltet die Rad-Unterbaugruppe 15 einen
Referenzbefehlsgenerator 101, der ein Lenkwinkelsignal θs und Fahrzeugsignale erhält. Diese Fahrzeugsignale können Fahrzeuggeschwindigkeit,
Gierrate und Querbeschleunigung beinhalten. Der Referenzbefehlsgenerator 101 bestimmt
einen linken und einen rechten Radreferenzwinkel θrefl, θrefr, wobei der Referenzbefehlsgenerator 101 einen
Algorithmus basierend auf dem Lenkradwinkelsignal und den Fahrzeugsignalen verwendet.
Der linke Radreferenzwinkel θrefl ist kennzeichnend für eine linke Soll-Radwinkelposition
und der rechte Radreferenzwinkel θrefr ist
kennzeichnend für
eine rechte Soll-Radwinkelposition.
Die Radreferenzwinkel θrefl und θrefr können
gleich sein oder unterschiedliche Werte aufweisen. Die variablen
Lenkübersetzungen
zwischen dem Lenkradwinkel-Signal θs und
dem rechten und linken Radreferenz-Winkel θrefl, θrefr sind im Referenzbefehlgenerator 101 implementiert.
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Die
in 2 dargestellte Rad-Unterbaugruppe 15 beinhaltet
weiterhin das Rad-Rückkopplungs-Steuerungssystem 120 mit
der Radsteuerungsanlage 124 und dem Rad-Controller 13.
Die Radsteuerungsanlage 124 wird der Rad-System-Baugruppe
zugeordnet, die die in 1 dargestellten Bauteile aufweist,
die einschließlich
aber nicht ausschließlich
die Räder 18, 20,
die Motorendstufen 36, 38, die Motoraktuatoren 40, 42,
die relativen und absoluten Radwinkelsensoren 32, 34, 32a, 34a und
die Spurstangen 19, 21 umfassen. Das Rad-Rückkopplungs-Steuerungssystem 120 implementiert
die Radwinkel θrl und θrr zur Verfolgung der Rad-Referenzwinkel θrefl and θrefr unter Verwendung des Rad-Controllers 13.
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2 zeigt
ferner die Lenkrad-Unterbaugruppe 16, die den Lenkrad-Referenzwinkel θs für
die Rad-Unterbaugruppe 15 liefert und ein geeignetes Lenkgefühl für den Fahrzeugführer erzeugt.
Diese Lenkfunktionen der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 können unter
Verwendung der Rückkopplungs-Kontrolle umgesetzt
werden. Die Lenkrad-Unterbaugruppe 16 besteht aus einer
Lenkradsteuerungsanlage und dem Lenkrad 44. Die Lenkradsteuerungsanlage schließt ein die
Lenkrad-System-Baugruppe, die die in 1 dargestellten
Bauteile aufweist, die einschließlich aber nicht ausschließlich das
Lenkrad 44, die Lenkradmotorendstufe 50, den Lenkradaktuator 52,
den relativen und absoluten Lenkwinkelsensor 48, 48a und
die Lenkwelle 46 umfassen. Das Lenkrad-Rückkopplungs-Steuerungssystem
implementiert die Lenkfunktionen der Bereitstellung eines Lenkrad-Referenzwinkels
und Erzeugung eines Lenkgefühls
für den
Fahrzeugführer
durch Verwendung des Lenkrad-Controllers 14.
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Wie
in 2 dargestellt schließt die Steer-By-Wire-Baugruppe 10 die
Echtzeit-Initialausrichtungs-Einheit 10 ein. Die Echtzeit-Initialausrichtungs-Einheit 10a erhält die relativen
und absoluten Lenkradwinkel und Radwinkel von der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 und
der Rad-Unterbaugruppe 15. Die
Echtzeit-Initialausrichtungs-Einheit 10 beinhaltet Addierer 111, 113, 115,
die in Kommunikation mit den jeweiligen Signalschaltern 112, 114, 116 und
der Logikfunktionseinheit 118 stehen.
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Addierer 111 erzeugt
einen Lenkradausrichtungs-Referenzwinkel θs-alg basierend
auf einem relativen Lenkrad-Referenzwinkel θs und
einem absoluten Lenkrad-Referenzwinkel θs-abs als
Referenzwinkel-Eingabe für
die Lenkrad-Unterbaugruppe 16.
Addierer 113 erzeugt einen linken Radausrichtungs-Referenzwinkel θrl-alg basierend auf einem relativen linken
Rad-Referenzwinkel θrl und einen absoluten linken Rad-Referenzwinkel θrl-abs als linke Rad- Referenzwinkel-Eingabe
für das
Rad-Rückkopplungs-Steuerungssystem 120.
Addierer 115 erzeugt einen linken Radausrichtungs-Referenzwinkel θrr-alg basierend auf einem relativen rechten
Rad-Referenzwinkel θrl und einen absoluten rechten Rad-Referenzwinkel θrr-abs als rechte Rad-Referenzwinkel-Eingabe
für das
Rad-Rückkopplungs-Steuerungssystem 120.
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Wie
in 2 dargestellt implementiert Signalschalter 112 die
Signalschaltung zwischen dem Lenkrad-Referenzwinkel θs, und dem Lenkradausrichtungs-Referenzwinkel θs-alg. Signalschalter 114 implementiert
die Signalschaltung zwischen dem linken Rad- Referenzwinkel θrl und dem linken Radausrichtungs-Referenzwinkel θrl-alg. Signalschalter 116 implementiert
die Signalschaltung zwischen dem rechten Rad-Referenzwinkel θrr und dem rechten Radausrichtungs-Referenzwinkel θrr-alg. Das Steuerungssignal der Signalschalter 112, 114 und 116 wird von
der Logikfunktionseinheit 118 gegeben.
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Die
Position der Signalschalter 112,114 und 116 wird
von der Logikfunktionseinheit 118 durch ein Schaltersteuerungs-Signal
bestimmt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
bestimmt das Schaltersteuerungs-Signal der Logikfunktionseinheit 118 die
Betriebszustände
der Steer-By-Wire-Baugruppe: Überwachungsmodus,
wenn die Signalschalter 112, 114 und 116 in
Schalterstellung 2 sind, und Grundeinstellungsmodus, wenn die Signalschalter 112, 114 und 116 in
Schalterstellung 1 sind. Beim Überwachungsmodus
ist die Lenkrad-Unterbaugruppe 16 mit dem Lenkrad-Referenzwinkel θsr, und das Rad-Rückkopplungs-Steuerungssystem 120 mit
dem linken und rechten Rad-Referenzwinkel θrl, θrr verknüpft.
Beim Grundeinstellungsmodus ist die Lenkrad-Unterbaugruppe 16 mit
dem Lenkradausrichtungs-Referenzwinkel θs-alg,
und das Rad-Rückkopplungs-Steuerungssystem 120 mit
dem linken und rechten Radausrichtungs-Referenzwinkel θrl-alg, θrr-alg verknüpft.
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Das
Schaltersteuerungs-Signal der Logikfunktionseinheit 118 wird
mittels einer logischen Verknüpfung
basierend auf dem Lenkrad- und Rad-Ausrichtungs-Referenzwinkel θs-alg, θrl-alg, und θrr-alg bestimmt.
Die Ausrichtungsreferenzwinkel θs-alg, θrl-alg, θrr-alg des Lenkrades 44 und der
Räder 18, 20 sind
die Differenzbeträge
zwischen den relativen und absoluten Winkeln. Beispielsweise sind
die Ausrichtungs-Referenzwinkel gegeben als: θs-alg = θs-abs = θs, θrl-alg = θrl-abs = θrefl, und θrr-alg = θrr-abs = θrefr.
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Die
Logikfunktionseinheit 118 erzeugt das Schaltersteuerungs-Signal
gemäß der Differenzen zwischen
den relativen und absoluten Winkeln unter Verwendung der logischen
Verknüpfung.
Das Schaltersteuerungs-Signal wird beispielsweise unter Verwendung
eines Grenzwertes für
die Ausrichtungs-Referenzwinkel
generiert.
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Sind
die Differenzbeträge
zwischen relativen und absoluten Winkeln größer als der Grenzwert, zum
Beispiel 0.1 (deg), besitzt das Schaltersteuerungs-Signal den logischen
Wert 0 und die Signalschalter sind in Position 1.
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Sind
die Differenzbeträge
zwischen relativen und absoluten Winkeln kleiner oder gleich dem Grenzwert,
zum Beispiel 0.1 (deg), besitzt das Schaltersteue rungs-Signal den
logischen Wert 1 und die Signalschalter sind in Position 2.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
arbeitet die Steer-By-Wire-Baugruppe im Grundeinstellungsmodus,
wenn die Differenzbeträge
zwischen relativen und absoluten Winkeln größer als der Grenzwert sind und
im Überwachungsmodus,
wenn die Differenzbeträge
zwischen relativen und absoluten Winkeln kleiner als der Grenzwert
sind.
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Die
Lenkrad-Unterbaugruppe 16 und das Rad-Rückkopplungs-Steuerungssystem 120 sind mit einer
Funktion zur Verfolgung von Radwinkeln nach Referenzwinkel-Eingangssignalen
ausgelegt. Das Lenkrad 44 und die Räder 18, 20 folgen
daher den Lenkrad- und Rad-Ausrichtungs-Referenzwinkeln θs-alg, θrl-alg, und θrr-alg zur
Soll-Initialausrichtungs-Winkelposition,
um die Ausrichtung zu implementieren. Die Soll-Initialausrichtungs-Winkelposition kann
die Mittelposition oder jeder Winkel des Lenkrades 44, wie
zum Beispiel der tatsächliche
Lenkradwinkel, sein, wenn das Initial-Ausrichtungs-Verfahren durchgeführt wird.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
werden die Soll-Initialausrichtungs-Winkelpositionen durch die Lenkrad-
und Rad-Ausrichtungs-Referenzwinkel θs-alg, θrl-alg, and θrr-alg bestimmt.
Die allgemeinen Ausrichtungs-Referenzwinkel
sind wie folgt gegeben: θs-alg = θs-abs – θs + θinit θs-alg = θrl-abs – θrefl + θinit θrr-alg = θrr-abs – θrefr + θinit wobei θinit eine
die Soll-Initialausrichtungs-Winkelposition repräsentierende Konstante ist.
Ist θinit = 0, ist der initiale Ausrichtungswinkel
O und Lenkrad 44 und Räder 18, 20 befinden
sich in der Mittelposition. Die Operation zum Erhalt der allgemeinen
Ausrichtungs-Referenzwinkel θs-alg, θrl-alg, und θrr-alg kann
in die Addierer 111, 113, 115 der Echtzeit-Initialausrichtungs-Einheit 10,
dargestellt in 2, implementiert werden.
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Das
Initial-Ausrichtungs-System und Verfahren, dargestellt in 2,
der vorliegenden Erfindung verändert
die Referenzeingangs-Signale der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 und des Rad-Rückkopplungs-Steuerungssystems 120.
Die Struktur und die Parameter der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 und
des Rad-Rückkopplungs-Steuerungssystems 120 werden
nicht verändert.
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Das
Initial-Ausrichtungs-System und Verfahren vermeidet daher die Anwendung
einer komplexen Steuerungssystemstruktur zur Erreichung des Ziels
der initialen Ausrichtung.
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Die
Geschwindigkeiten des Lenkrades 44 und der Räder 18, 20 zum
Erreichen der Soll-Winkelposition beim Anpassen der initialen Ausrichtung können gemäß den Ansprechzeiterfordernissen
der initialen Ausrichtung eingestellt werden. Dieses kann unter
Verwendung des Systems und Verfahrens in der vorliegenden Erfindung
implementiert werden. Zur Steuerung der Radgeschwindigkeiten beim
Anpassen der initialen Ausrichtung, werden die Lenkrad- und Rad-Ausrichtungs-Referenzwinkelsignale es-alg, erl-alg, und
err-alg als Richtsignale für die Verstärkung der
Lenkrad-Unterbaugruppe 16 und des Rad-Rückkopplungs-Steuerungssystems 120,
dargestellt in 2, genutzt. Vergrößert sich
die Verstärkung
basierend auf den Ausrichtungs-Referenzwinkel-Signalen,
erhöhen
sich die Radgeschwindigkeiten. Bei Beendigung des Ausrichtungsverfahrens und
der Annäherung
der Ausrichtungs-Referenzwinkel
an 0 nehmen die Verstärkungen
die im Überwachungsmodus
arbeitenden normalen Werte an.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm eines allgemeinen Verfahrens 210 der
Echtzeit-Initialausrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Das
Verfahren 210 beschreibt eine allgemeine Routine-Prozedur, die
im Betrieb der Echtzeit-Initialausrichtung
der Steer-By-Wire-Baugruppe 10 aus 2 durchgeführt wird.
Das Verfahren 210 wird, wie dargestellt, durchgeführt, um
einen Rad-Ausrichtungs-Referenzwinkel und die Schaltersteuerungs-Signale
zu erzeugen, um den Betriebsmodus der Steer-By-Wire-Baugruppe 10 zu
bestimmen. Arbeitet die Steer-By-Wire-Baugruppe 10 im Grundeinstellungsmodus,
wird die initiale Ausrichtung zwischen Lenkradwinkel und Radwinkel
und zwischen dem linken und rechten Radwinkel implementiert. Arbeitet
die Steer-By-Wire-Baugruppe 10 im Überwachungsmodus, wird die
Steer-By-Wire-Baugruppe 10 derart geregelt, dass die Ausrichtung
zwischen Lenkrad 44 und Rädern 18, 20 aufrechterhalten
bleibt.
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Verfahrenschritt 212 umfasst
die Messung des relativen Lenkradwinkels θs,
des relativen linken Radwinkels θrl und relativen rechten Radwinkels θrr, und des absoluten Lenkradwinkels θs-alg, des absoluten linken Radwinkels θrl-abs und absoluten rechten Radwinkels θrr-abs.
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Verfahrenschritt 214:
umfasst die Erzeugung des Lenkrad-Ausrichtungs-Referenzwinkels θs-alg basierend
auf dem relativen Lenkradwinkel θs und dem absoluten Lenkradwinkel θs-abs, des linken Rad-Ausrichtungs-Referenzwinkel θrl-alg basierend auf dem relativen linken
Radwinkel θrl und dem absoluten linken Radwinkel θrl-abs, und des rechten Rad-Ausrichtungs-Referenzwinkel θrr-alg basierend auf dem relativen rechten
Radwinkel θrr und dem absoluten rechten Radwinkel θrr-abs.
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Verfahrenschritt 216:
beinhaltet ferner die Erzeugung des Schalter-Steuerungssignals uc gemäß den Differenzbeträgen zwischen
den relativen und absoluten Winkeln unter Verwendung der logischen Verknüpfung mit
dem Grenzwert.
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Verfahrenschritt 217 umfasst
weiterhin die Bestimmung der Schalterstellungen über das Schaltersteuerungs-Signal
uc = 1 für
den Überwachungsmodus
und über
das Schaltersteuerungs-Signal uc = 0 für den Grundeinstellungsmodus.
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Im
Verfahrenschritt 220 werden im Überwachungsmodus mit uc = 1 die rela tiven Winkel einschließlich des
relativen Lenkradwinkels θs, des (relativen) linken Radwinkels θrl und des relativen rechten Radwinkels θrr zurückgesetzt.
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Im
Verfahrenschritt 222 werden anschließend der Lenkrad-Referenzwinkel θsr und der rechte und linke Rad-Referenzwinkel θrefl, θrefr als Eingabe mit dem Steer-By-Wire-Steuerungssystem 11 verbunden,
so dass das Steer-By-Wire-Steuerungssystem 11 die normale
Lenksteuerung durchführt.
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Im
Verfahrenschritt 218 werden im Grundeinstellungsmodus mit
uc = 0 der Lenkrad-Ausrichtungs-Referenzwinkel θs-alg, und der linke und rechte Rad-Ausrichtungs-Referenzwinkel θrl-alg, θrr-alg als Eingabe mit dem Steer-By-Wire-Steuerungssystem 11 verbunden,
so dass das Steer-By-Wire-Steuerungssystem 11 die
initiale Ausrichtung der Räder
durchführt.
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4 zeigt
ein Beispiel zur Implementierung der Echtzeit-Initialausrichtung beschrieben in Verfahren 310.
Das Beispielverfahren 310 stellt ein Initial-Ausrichtungs-Verfahren
des linken Rades vor. Verfahrenschritt 312: Zu Beginn der
initialen Ausrichtung beträgt
der relative linke Radwinkel θrl = 0 (Grad) und der absolute linke Radwinkel θrl-abs = 5 (Grad).
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Verfahrenschritt 314:
Der linke Rad-Ausrichtungs-Referenzwinkel ist daher gegeben mit θrl-alg = θrl-abs – θrefl + θinit = 5 – 0 = 5 (Grad), wobei die Soll-Ausrichtungs-Winkelposition
mit θinit = 0 (Grad) gegeben ist, so dass das
linke Rad nach der initialen Ausrichtung gerade steht (in Fahrtrichtung
steht). Verfahrenschritte 316 und 318: Das Schaltersteuerungs-Signal
uc wird basierend auf dem linken Rad-Ausrichtungs-Referenzwinkel θrl-alg bestimmt.
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Verfahrenschritt 320:
Ist |θrl-alg| > θth = 0.1, dann ist uc =
0. Der linke Rad-Ausrichtungs-Referenzwinkel θrl-alg ist daher mit dem Rad-Rückkopplungssteuerungssystem 120 zur
Ausführung
des Initial- Ausrichtungs-Verfahrens
verbunden. Das Rad-Rückkopplungssteuerungssystem 120 steuert die
Nachführung
des linken Radwinkels θrl nach θrl-alg. Es ist möglich, um θrl-abs von
5 (Grad) nach 0 (Grad), und θrl von 0 (Grad) nach 5 (Grad) zu verändern. Verfahrenschritt 322:
Sobald θrl-alg größer als
der Grenzwert, |θrl-alg| < θth = 0.1, wird, wird uc =
1 Somit ist der linke Rad-Referenzwinkel θrefl mit
dem Rad-Rückkopplungssteuerungssystem 120 verbunden.
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Verfahrenschritt 324:
In diesem Fall wird der linke Radwinkel auf θrl =
0 (Grad) zurückgesetzt
und die normale Steer-By-Wire-Steuerung beginnt.