DE102020108132A1

DE102020108132A1 - Traktionslenkungsabschwächung durch cvr-verstärkungsskalare

Info

Publication number: DE102020108132A1
Application number: DE102020108132.4A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey R. Meyer; Kameron M. Carey
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: CN111791947B; CN111791947A; US20200307687A1; US11679805B2; DE102020108132B4

Abstract

Es werden technische Lösungen zur Abschwächung einer Traktionslenkung mit Hilfe eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) beschrieben. Es wird ein Steuersystem für ein Servolenkungssystem mit einem Prozessor und einem Speicher bereitgestellt. Der Speicher enthält Anweisungen, die, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, einen Motorbefehl als Funktion der Geschwindigkeit eines Handrads zu erzeugen und den Motorbefehl auf der Grundlage eines Traktionsdrehmomentsignals zu modifizieren. Es wird auch ein Verfahren zur Steuerung eines Servolenkungssystems bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Motorbefehls als Funktion einer Handradgeschwindigkeit, das Modifizieren des Motorbefehls auf der Grundlage eines Traktionsdrehmomentsignals und das Anwenden des Motorbefehls auf ein Stellglied des Servolenkungssystems.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/827,548 , die am 1. April 2019 eingereicht wurde und deren Offenbarungsgehalt hier durch Verweis in seiner Gesamtheit enthalten ist.
HINTERGRUND
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zur Steuerung von elektrischen Maschinen und insbesondere Verfahren und Systeme zur Traktionslenkungsabschwächu ng.
Die Abschwächung einer Traktionslenkung ist besonders für Fahrzeuge mit FWD/AWD mit hoher Drehmomentausgabe geeignet, die besonders anfällig für die Auswirkungen einer Traktionslenkung sein können.
Traktionslenkungs-Ereignisse treten auf, wenn es an den Vorderrädern unterschiedliche Traktionskräfte gibt, die ein Ungleichgewicht der Ausrichtmomente um die Lenkachse herum verursachen. Dies führt zu einer nicht ausgewogenen Kraft an der Lenkzahnstange. Die negativen Auswirkungen des Ereignisses machen sich am deutlichsten bemerkbar, wenn vor und/oder während einer Kurve gedrosselt wird, wenn nach der Drosselung ein plötzlicher Stoß, eine Senke oder ein Schlagloch getroffen wird oder wenn sich bei der Drosselung die linken und rechten Reifen auf Oberflächen mit unterschiedlichen Reibungsbeträgen befinden.
In einem Szenario mitten in einer Kurve kann die nicht ausgewogene Zahnstangenkraft verhindern, dass das Handrad in die Mitte zurückkehrt und dass sie es um 15-60 Grad außermittig hält. Wenn ein Schlagloch getroffen wird, kann die nicht ausgewogene Zahnstangenkraft das Handrad plötzlich auf eine Seite drehen und es außermittig halten. Wenn sich die Reifen auf Oberflächen mit unterschiedlicher Reibung befinden, kann die nicht ausgewogene Zahnstangenkraft das Handrad drehen und außermittig halten.
Der Fahrer kann diese Traktionslenkungs-Ereignisse kompensieren, indem er das Handrad in die Mitte zwingt oder in der Mitte hält, aber dies kann ein zusätzliches Eingabedrehmoment durch den Fahrer erfordern.
ZUSAMMENFASSUNG
Nach einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Steuersystem für ein Servolenkungssystem einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher enthält Anweisungen, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, einen Motorbefehl als Funktion einer Handradgeschwindigkeit zu erzeugen und den Motorbefehl auf der Grundlage eines Traktionsdrehmomentsignals zu modifizieren.
Nach einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Steuerung eines Servolenkungssystems: Erzeugen eines Motorbefehls als Funktion einer Handradgeschwindigkeit; Modifizieren des Motorbefehls auf der Grundlage eines Traktionsdrehmomentsignals; und Anwenden des Motorbefehls auf ein Stellglied des Servolenkungssystems.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.
Figurenliste
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung wird speziell offengelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ein Datenflussdiagramm einer Funktion mit gesteuerter Geschwindigkeit nach Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3 ein Blockdiagramm zur Berechnung eines proportionalen Verstärkungswertes für die gesteuerte Geschwindigkeitsfunktion nach Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 ein Blockdiagramm zur Berechnung eines integralen Verstärkungswertes für die Funktion mit gesteuerter Geschwindigkeit nach Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
5 ein Diagramm mit Kurven verschiedener Fahrzeugparameter während eines Traktionslenkungsereignisses ohne Traktionslenkungsabschwächung zeigt; und
6 ein Diagramm mit Kurven verschiedener Fahrzeugparameter während eines Traktionslenkungsereignisses mit Traktionslenkungsabschwächung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wird, ohne diese einzuschränken, versteht es sich, dass die offengelegten Ausführungsformen lediglich eine Illustration der vorliegenden Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können hervorgehoben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind bestimmte strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart werden, nicht als Einschränkung zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage für die Unterweisung des Fachmanns darüber, wie die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise eingesetzt werden kann.
Die hier verwendeten Begriffe Modul und Untermodul beziehen sich auf eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen, wie z.B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinierte Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, können die unten beschriebenen Untermodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
Nun unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken, ist 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) 40, das für die Umsetzung der offengelegten Ausführungsformen geeignet ist. Der Lenkmechanismus 36 ist ein Zahnstangensystem und umfasst eine Zahnstange (nicht abgebildet) innerhalb eines Gehäuses 50 und ein Ritzel (ebenfalls nicht abgebildet), das sich unter einem Getriebegehäuse 52 befindet. Wenn die Bedienereingabe, im Folgenden als Handrad 26 bezeichnet (z.B. ein Lenkrad und dergleichen), gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29 und die untere Lenkwelle 51, die mit der oberen Lenkwelle 29 über ein Kardangelenk 34 verbunden ist, dreht das Ritzel. Die Drehung des Ritzels bewegt die Zahnstange, die die Spurstangen 38 (nur eine abgebildet) bewegt, wodurch wiederum die Achsschenkel 39 (nur einer ist abgebildet) bewegt werden, die ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (nur eines ist abgebildet) drehen bzw. einschlagen.
Die elektrische Servolenkungsunterstützung wird durch das allgemein mit Bezugszeichen 24 bezeichnete Steuergerät bereitgestellt und umfasst ein Steuergerät 16 und eine elektrische Maschine 19, die ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) sein könnte und im Folgenden als elektrische Maschine 19 bezeichnet wird. Das Steuergerät 16 wird von der Fahrzeugstromversorgung 10 durch eine Leitung 12 mit Leistung versorgt. Das Steuergerät 16 empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14, das für die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentativ ist, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Der Lenkwinkel wird durch einen Positionssensor 32 gemessen, der ein Sensor mit optischer Kodierung, ein Sensor mit variablem Widerstand oder ein anderer geeigneter Positionssensor sein kann, und dem Steuergerät 16 ein Positionssignal 20 liefert. Die Motordrehzahl kann mit einem Tachometer oder einer anderen Vorrichtung gemessen und als Motordrehzahlsignal 21 an das Steuergerät 16 übertragen werden. Eine Motordrehzahl mit der Bezeichnung ω_m kann gemessen, berechnet oder durch eine Kombination daraus bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ω_m als die Änderung der Motorposition θ berechnet werden, die von einem Positionssensor 32 über ein vorgeschriebenes Zeitintervall gemessen wird. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ω_m als Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung ω_m = Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit und Δθ die Positionsänderung während des Abtastintervalls ist. Alternativ kann die Motordrehzahl aus der Motorposition als die Geschwindigkeit der Positionsänderung in Bezug auf die Zeit abgeleitet werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche bekannte Verfahren gibt, um die Funktion einer Ableitung auszuführen.
Wenn das Handrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das vom Fahrzeugführer auf das Handrad 26 aufgebrachte Drehmoment. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab (nicht abgebildet) und einen Sensor mit variablem Widerstand (ebenfalls nicht abgebildet) enthalten, der ein variables Drehmomentsignal 18 an das Steuergerät 16 in Abhängigkeit vom Grad der Verdrehung des Torsionsstabes ausgibt. Obwohl dies ein Typ von Drehmomentsensor ist, reicht jede andere geeignete Drehmomentmessvorrichtung, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird, aus. Als Reaktion auf die verschiedenen Eingaben sendet das Steuergerät einen Befehl 22 an den Elektromotor 19, der über eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 eine Drehmomentunterstützung für das Lenksystem liefert und damit eine Drehmomentunterstützung für die Fahrzeuglenkung bereitstellt.
Es ist zu beachten, dass die offengelegten Ausführungsformen zwar unter Bezugnahme auf eine Motorsteuerung für elektrische Lenkungsanwendungen beschrieben werden, dass diese Verweise jedoch nur illustrativ sind und dass die offengelegten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung mit einem Elektromotor, z.B. Lenkung, Ventilsteuerung und ähnliches, angewendet werden können. Darüber hinaus können die Bezugnahmen und Beschreibungen hier auf viele Formen von Parametersensoren angewendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Drehmoment, Position, Drehzahl und ähnliches. Es ist auch zu beachten, dass bei Bezugnahme auf elektrische Maschinen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Motoren, im Folgenden der Kürze und Einfachheit halber ohne Einschränkung nur auf Motoren Bezug genommen wird.
Im abgebildeten Steuerungssystem 24 nutzt das Steuergerät 16 das Drehmoment, die Position und die Drehzahl und ähnliches, um einen oder mehrere Befehle zu berechnen, um die erforderliche Ausgangsleistung zu liefern. Das Steuergerät 16 ist in Kommunikation mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems angeordnet. Das Steuergerät 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, quantifiziert die empfangenen Informationen und liefert als Reaktion darauf ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale, in diesem Fall z.B. an den Motor 19. Das Steuergerät 16 ist so konfiguriert, dass es die entsprechende(n) Spannung(en) aus einem Umrichter (nicht abgebildet) entwickelt, der optional in das Steuergerät 16 eingebaut sein kann und hier als Steuergerät 16 bezeichnet wird, so dass beim Anlegen an den Motor 19 das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet das Steuergerät 16 in einem Steuerungsmodus mit Rückkopplung als Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. Alternativ dazu arbeitet das Steuergerät 16 in einem oder mehreren Beispielen in einem Vorsteuerungsmodus, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen mit der Position und der Drehzahl des Motors 19 und dem gewünschten Drehmoment zusammenhängen, werden die Position und/oder die Drehzahl des Rotors und das von einem Bediener aufgebrachte Drehmoment bestimmt. Ein Positionsgeber ist mit der unteren Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu erfassen. Der Geber kann die Drehposition auf der Grundlage von optischer Erfassung, von Magnetfeldschwankungen oder von anderen Verfahren erfassen. Zu den typischen Positionssensoren gehören Potentiometer, Resolver, Synchros, Geber und Ähnliches sowie Kombinationen, die mindestens eine der vorgenannten Möglichkeiten umfassen. Der Positionsgeber gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der unteren Lenkwelle 51 und damit die des Motors 19 anzeigt. Alternativ kann die Winkelposition θ durch einen an der Lenksäule montierten Sensor gemessen und an das Lenksystem übermittelt werden. Die Winkelposition θ kann z.B. über einen CAN-Bus kommuniziert werden.
Das gewünschte Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28 bestimmt werden, die Drehmomentsignale 18 übertragen, die ein aufgebrachtes Drehmoment anzeigen. Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen umfassen einen solchen Drehmomentsensor 28 und das/die Drehmomentsignal(e) 18 davon, die auf einen nachgiebigen Torsionsstab, T-Bar, eine Feder oder eine ähnliche Vorrichtung (nicht abgebildet) ansprechen können, die so konfiguriert sind, dass sie eine Antwort liefern, die das aufgebrachte Drehmoment anzeigt.
In einem oder mehreren Beispielen und wie in 1 dargestellt, übermittelt ein Antriebsstrangsteuerungsmodul (PCM) 60 ein Traktionsdrehmomentsignal 61 an das Steuergerät 16. Das Traktionsdrehmomentsignal 61 kann ein beliebiges Signal sein, das ein von einem Antriebsstrang zur Beschleunigung des Fahrzeugs aufgebrachtes Drehmoment anzeigt. Das Traktionsdrehmomentsignal 61 kann ein Motordrehmoment, ein Getriebedrehmoment oder ein Achsdrehmoment sein. Alternativ kann das Traktionsdrehmomentsignal 61 einen Parameter anzeigen, der mit dem Traktionsdrehmoment zusammenhängt, wie z.B. Beschleunigungskraft, Drosselklappenstellung oder Gaspedalstellung. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät 16 das Traktionsdrehmomentsignal 61 direkt messen. Zum Beispiel kann das Steuergerät 16 so konfiguriert sein, dass er einen Sensor überwacht, der das Traktionsdrehmoment oder ein Signal, das das Traktionsdrehmoment anzeigt, misst. Ein solcher Sensor kann zum Beispiel einen Beschleunigungsmesser, der so konfiguriert ist, dass er eine Beschleunigung wie etwa Längs- und/oder Querbeschleunigung misst, einen Drosselklappenstellungssensor oder einen Gaspedalstellungssensor umfassen.
Das Positionssignal 20, das Drehzahlsignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 werden neben weiteren an das Steuergerät 16 angelegt. Das Steuergerät 16 verarbeitet alle Eingangssignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, so dass ein Rotorpositionswert, ein Motordrehzahlwert und ein Drehmomentwert für die Verarbeitung in den hier beschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale, wie die oben genannten, werden auch häufig linearisiert, kompensiert und nach Wunsch gefiltert, um die Eigenschaften des erfassten Signals zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften zu eliminieren. Die Signale können beispielsweise linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern oder um einen großen Dynamikbereich des Signals anzusprechen. Darüber hinaus kann eine frequenz- oder zeitbasierte Kompensation und Filterung eingesetzt werden, um Rauschen zu eliminieren oder unerwünschte spektrale Eigenschaften zu vermeiden.
Zur Durchführung der vorgeschriebenen Funktionen und der gewünschten Verarbeitung sowie der entsprechenden Berechnungen (z.B. Identifizierung von Motorparametern, Regelalgorithmus(en) und dergleichen) kann das Steuergerät 16 unter anderem einen oder mehrere Prozessoren, Computer, DSPs, Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Register, Zeitsteuerungen, Interrupts, Kommunikationsschnittstellen und Ein-/Ausgangssignalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Elemente enthalten. Zum Beispiel kann das Steuergerät 16 die Verarbeitung und Filterung von Eingangssignalen beinhalten, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder die Erfassung solcher Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Weitere Merkmale des Steuergeräts 16 und bestimmte Prozesse darin werden an späterer Stelle in diesem Dokument ausführlich besprochen.
2 zeigt ein Datenflussdiagramm einer Funktion 100 zum Rückstellen mit gesteuerter Geschwindigkeit zur Erzeugung eines Motorbefehls als Funktion der Handradgeschwindigkeit. Die Funktion 100 zum Rückstellen mit gesteuerter Geschwindigkeit kann das Handrad 26 in eine vorbestimmte Position, z.B. eine zentrierte Position, zurückstellen.
Die Funktion 100 zum Rückstellen mit gesteuerter Geschwindigkeit enthält einen Differenzblock 102, der konfiguriert ist, um eine Differenz zwischen einer gemessenen Handradgeschwindigkeit 104 und einer Handradgeschwindigkeitsreferenz 106 zu berechnen. Die Handradgeschwindigkeitsreferenz 106 kann ein fester Wert oder ein Wert sein, der auf der Grundlage eines oder mehrerer Faktoren, wie z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, variiert. Der Differenzblock 102 überträgt die Differenz zwischen der gemessenen Handradgeschwindigkeit 104 und der Handradgeschwindigkeitsreferenz 106 als Geschwindigkeitsfehler 108 an eine PID-Regelung 110.
Die PID-Regelung 110 wertet die Ausgabe aus und erzeugt ein Rückstelldrehmoment 112. Das Rückstelldrehmoment 112 wird mit einem Mischfaktor 122 am Multiplikator 123 multipliziert, um einen Rückstellbefehl 124 zu erzeugen. Der PID-Regler 110 kann eine Proportional-Integral-Regelung mit einer auf einer Ableitung von Null basierenden Regelung enthalten. Der Rückstellbefehl 124 wird zu einem Unterstützungsbefehl 128 am Addierer 126 addiert, wobei der Unterstützungsbefehl 128 eine Funktion des Unterstützungsdrehmoments und beliebiger anderer EPS-Signale ist. Ein endgültiger Motorbefehl 130 wird durch Kombination des Unterstützungsbefehls 128 mit dem Rückstellbefehl 124 erzeugt. Wie gezeigt, ist das in 5 beschriebene System auf eine Funktion zum Rückstellen mit gesteuerter Geschwindigkeit anwendbar, bei der ein Handrad 26 mit einer vordefinierten Geschwindigkeit in eine Mittelposition zurückgestellt werden muss, wenn sich die Hände des Fahrers nicht am Handrad 26 befinden. Das EPS stellt fest, dass die Hände des Fahrers nicht mehr auf dem Rad sind, und erzeugt ein Motordrehmoment, um das Zurückstellen des Rades in eine Mittelposition zu unterstützen. Die Abwesenheit der Hände des Fahrers am Rad wird bei Verwendung des T-Stab-Drehmoments langsamer als gewünscht erkannt. Dies ist auf eine Zeitverzögerung zwischen dem tatsächlichen Ereignis des Entfernens der Hände vom Rad und dem Absinken des T-Stab-Drehmoments auf einen Nullwert zurückzuführen. Das T-Stab-Drehmoment wird nicht nur durch das Drehmoment des Fahrers, sondern auch durch die Trägheit des Handrads, die Dämpfung und andere Kräfte und Baugruppen, die mit dem EPS kommunizieren, beeinflusst. Nach einem Ereignis des Entfernens der Hände vom Rad sinkt das Fahrerdrehmoment normalerweise schneller auf einen Nullwert als das T-Stab-Drehmoment. Daher kann das Fahrerdrehmoment in einer Ausführungsform verwendet werden, um ein Unterstützungsdrehmoment zu aktivieren. Dies ermöglicht, dass ein Handrad 26 nach einem minimalen Zeitintervall ohne Unterstützung in eine mittlere Position zurückkehrt. Die Implementierung des Moduls zur Schätzung des Fahrerdrehmoments erfolgt in einer Mischertabelle, um eine sanfte Rückkehr des Handrads in eine Mittelposition zu ermöglichen.
3 zeigt ein Blockdiagramm zur Berechnung eines proportionalen Verstärkungsendwertes KpFinal für die Funktion 100 mit gesteuerter Geschwindigkeit nach Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Dieser proportionale Verstärkungsendwert KpFinal ist ein Abstimmparameter, der von der PID-Regelung 110 zur Berechnung des Rückstelldrehmoments 112 verwendet wird.
Insbesondere enthält 3 einen geschwindigkeitsbasierten Rechner 202 zur Erzeugung eines proportionalen Verstärkungsanfangswertes Kp₀ als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit. In einigen Ausführungsformen und wie in 3 dargestellt, kann eine erste Nachschlagetabelle 204 verwendet werden, um den proportionalen Verstärkungsanfangswert Kp₀ als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit zu erzeugen. Der proportionale Verstärkungsanfangswert Kp₀ kann jedoch auch auf andere Weise erzeugt werden, z.B. durch eine oder mehrere mathematische Berechnungen auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Das Traktionsdrehmomentsignal kann ein Signal eines Motordrehmoments und/oder eines Getriebedrehmoments und/oder eines Achsdrehmoments und/oder einer Längsbeschleunigung und/oder einer Drosselklappenstellung und/oder einer Gaspedalstellung und/oder einer Beschleunigung umfassen. Das Traktionsdrehmomentsignal kann jedoch jedes Signal umfassen, das ein von einem Antriebsstrang zur Beschleunigung des Fahrzeugs aufgebrachtes Drehmoment anzeigt oder darstellt.
Ein Skalierungsfaktor KpScIFctr für eine proportionale Verstärkung wird als Funktion eines Traktionsdrehmomentsignals erzeugt. Der Skalierungsfaktor KpScIFctr für eine proportionale Verstärkung ist ein skalarer Wert. Der Skalierungsfaktor KpScIFctr für eine proportionale Verstärkung kann einen Wert zwischen 0,0 und unendlich aufweisen. In einer Beispielimplementierung kann der Skalierungsfaktor KpScIFctr für eine proportionale Verstärkung einen beliebigen Wert zwischen 0,0 und 1000 aufweisen. In dem in 3 gezeigten Beispiel wird eine zweite Nachschlagetabelle 206 verwendet, um den Skalierungsfaktor KpScIFctr für eine proportionale Verstärkung auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals, das ein Achsdrehmoment 208 ist, zu erzeugen. Der Skalierungsfaktor KpScIFctr für eine proportionale Verstärkung kann jedoch auch auf andere Weise erzeugt werden, z.B. durch eine oder mehrere mathematische Berechnungen auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals.
Der proportionale Verstärkungsanfangswert Kp₀ wird mit dem Skalierungsfaktor KpScIFctr für eine proportionale Verstärkung am Multiplikator 210 multipliziert, um eine skalierte Proportionalverstärkung KpScld zu erzeugen, die von der PID-Regelung 110 zur Erzeugung des Rückstelldrehmoments 112 verwendet werden kann. Alternativ kann, wie in 3 gezeigt, ein Flankensteilheits-Prozessor 212 verwendet werden, um eine Änderungsrate der skalierten Proportionalverstärkung KpScld zu begrenzen und eine endgültige Proportionalverstärkung KpFinal auf der Grundlage der skalierten Proportionalverstärkung KpScld zu erzeugen. Die endgültige Proportionalverstärkung KpFinal kann dann von der PID-Regelung 110 zur Erzeugung des Rückstelldrehmoments 112 verwendet werden. Der Flankensteilheits-Prozessor 212 kann die Auswirkungen einer plötzlichen Änderung der skalierten Proportionalverstärkung KpScld mildern und die Änderung des Motorbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals pro Zeiteinheit begrenzen. Der Flankensteilheits-Prozessor 212 kann daher verhindern, dass eine plötzliche Änderung des Traktionsdrehmomentsignals die Funktion 100 mit gesteuerter Geschwindigkeit des Handrads in einer Weise beeinflusst, die einen plötzlichen und spürbaren Unterschied in der Haptik des Handrads 26 verursachen würde.
4 zeigt ein Blockdiagramm zur Berechnung eines integralen Verstärkungsendwertes KiFinal für die Funktion 100 mit gesteuerter Geschwindigkeit nach Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Dieser integrale Verstärkungsendwert KiFinal ist ein Abstimmparameter, der von der PID-Regelung 110 zur Berechnung des Rückstelldrehmoments 112 verwendet wird.
Insbesondere enthält 4 einen geschwindigkeitsbasierten Rechner 252 zur Erzeugung eines integralen Verstärkungsanfangswertes Ki₀ als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit. In einigen Ausführungsformen und wie in 4 dargestellt, kann eine dritte Nachschlagetabelle 254 verwendet werden, um den integralen Verstärkungsanfangswert Ki₀ als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit zu erzeugen. Der integrale Verstärkungsanfangswert Ki₀ kann jedoch auch auf andere Weise erzeugt werden, z.B. durch eine oder mehrere mathematische Berechnungen auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Das Traktionsdrehmomentsignal kann ein Signal eines Motordrehmoments und/oder eines Getriebedrehmoments und/oder eines Achsdrehmoments und/oder einer Längsbeschleunigung und/oder einer Drosselklappenstellung und/oder einer Gaspedalstellung und/oder einer Beschleunigung umfassen. Das Traktionsdrehmomentsignal kann jedoch jedes Signal umfassen, das ein von einem Antriebsstrang zur Beschleunigung des Fahrzeugs aufgebrachtes Drehmoment anzeigt oder darstellt.
Ein Skalierungsfaktor KiScIFctr für eine integrale Verstärkung wird als Funktion eines Traktionsdrehmomentsignals erzeugt. Der Skalierungsfaktor KiScIFctr für eine integrale Verstärkung ist ein skalarer Wert. Der Skalierungsfaktor KiScIFctr für eine integrale Verstärkung kann einen Wert zwischen 0,0 und unendlich aufweisen. In einer Beispielimplementierung kann der Skalierungsfaktor KiScIFctr für eine integrale Verstärkung einen beliebigen Wert zwischen 0,0 und 1000 aufweisen. In dem in 4 gezeigten Beispiel wird eine vierte Nachschlagetabelle 256 verwendet, um den Skalierungsfaktor KiScIFctr für eine integrale Verstärkung auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals, das ein Achsdrehmoment 258 ist, zu erzeugen. Der Skalierungsfaktor KiScIFctr für eine integrale Verstärkung kann jedoch auch auf andere Weise erzeugt werden, z.B. durch eine oder mehrere mathematische Berechnungen auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals.
Der integrale Verstärkungsanfangswert Ki₀ wird mit dem Skalierungsfaktor KiScIFctr für eine integrale Verstärkung am Multiplikator 260 multipliziert, um eine skalierte integrale Verstärkung KiScld zu erzeugen, die von der PID-Regelung 110 zur Erzeugung des Rückstelldrehmoments 112 verwendet werden kann. Alternativ und wie in 4 gezeigt, kann ein Flankensteilheits-Prozessor 262 verwendet werden, um eine Änderungsrate der skalierten integralen Verstärkung KiScld zu begrenzen und eine endgültige integrale Verstärkung KiFinal auf der Grundlage der skalierten integralen Verstärkung KiScld zu erzeugen. Die endgültige integrale Verstärkung KiFinal kann dann von der PID-Regelung 110 zur Erzeugung des Rückstelldrehmoments 112 verwendet werden. Der Flankensteilheits-Prozessor 262 kann die Auswirkung einer plötzlichen Änderung der skalierten integralen Verstärkung KiScld mildern, indem er die Änderung des Motorbefehls basierend auf dem Traktionsdrehmomentsignal pro Zeiteinheit begrenzt. Der Flankensteilheits-Prozessor 262 kann daher verhindern, dass eine plötzliche Änderung des Traktionsdrehmomentsignals die Funktion 100 mit einer gesteuerten Geschwindigkeit des Handrads in einer Weise beeinflusst, die einen plötzlichen und spürbaren Unterschied in der Haptik des Handrads verursachen würde.
5 zeigt ein Diagramm 300 mit Kurven 302, 304, 306, 308 mehrerer Fahrzeugparameter während eines Traktionslenkungsereignisses ohne Traktionslenkungsbegrenzung. Im Einzelnen zeigt Kurve 302 das Getriebedrehmoment auf einer Skala von -1000 bis 3000 Nm; Kurve 304 zeigt die Handradposition auf einer Skala von -30 bis 80 Grad; Kurve 306 zeigt das Handraddrehmoment auf einer Skala von -4 bis 11 Nm; und Kurve 308 zeigt die Handradgeschwindigkeit auf einer Skala von -5 bis 13 Rad/s.
5 veranschaulicht ein Szenario, bei dem eine Kurvenfahrt durchgeführt wird, während sich das Fahrzeug in einem Zustand mit hohem Drehmoment befindet. Insbesondere liegt das Getriebedrehmoment während der gesamten Kurvenfahrt über 1900 Nm. Die Kurvenfahrt wird zum Zeitpunkt t1 begonnen, was durch eine Erhöhung der Handradposition ab diesem Zeitpunkt gezeigt ist. Das Handrad wird zum Zeitpunkt t2 losgelassen, was durch eine Abnahme der Handradposition zu diesem Zeitpunkt angezeigt ist. Das Handrad bleibt jedoch bei etwa 30 Grad stehen, bis das Getriebedrehmoment abnimmt. Dieses Stehenbleiben oder Halten der Handradposition als Folge des Traktionsdrehmoments wird als „Traktionslenkungsereignis“ bezeichnet.
6 zeigt ein Diagramm 352 mit Kurven 322, 324, 326, 328 verschiedener Fahrzeugparameter während eines Traktionslenkungsereignisses mit Traktionslenkungsabschwächung, wie sie durch das Verfahren und das System der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt ist.
Im Einzelnen zeigt Kurve 322 das Getriebedrehmoment auf einer Skala von -1000 bis 2500 Nm; Kurve 324 zeigt die Handradposition auf einer Skala von -20 bis 55 Grad; Kurve 326 zeigt das Handraddrehmoment auf einer Skala von -5 bis 12 Nm; und Kurve 328 zeigt die Handradgeschwindigkeit auf einer Skala von -4 bis 8 Rad/s.
6 veranschaulicht ein Szenario, bei dem eine Kurvenfahrt durchgeführt wird, während sich das Fahrzeug in einem Zustand mit hohem Drehmoment befindet. Insbesondere liegt das Getriebedrehmoment während der gesamten Kurvenfahrt über 1900 Nm. Die Kurvenfahrt wird zum Zeitpunkt t11 begonnen, was durch eine Erhöhung der Handradposition ab diesem Zeitpunkt gezeigt ist. Das Handrad wird zum Zeitpunkt t12 losgelassen, was durch eine Abnahme der Handradposition zu diesem Zeitpunkt angezeigt ist. Im Gegensatz zu dem in 5 gezeigten Fall bewirkt das Traktionslenkungsabschwächungssystem der vorliegenden Offenbarung, dass die Handradposition zum Zeitpunkt t12 in die 0-Grad-Stellung (Neutral) zurückkehrt, obwohl das Getriebedrehmoment auf einem erhöhten Wert bleibt.
Ein Verfahren zur Steuerung eines Servolenkungssystems, wie z.B. eines Servolenkungssystems für ein Fahrzeug, wird ebenfalls bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Motorbefehls als Funktion einer Handradgeschwindigkeit; Modifizieren des Motorbefehls auf der Grundlage eines Traktionsdrehmomentsignals, wobei das Traktionsdrehmomentsignal ein von einem Antriebsstrang zur Beschleunigung des Fahrzeugs aufgebrachtes Drehmoment anzeigt; und Anwenden des Motorbefehls auf ein Stellglied des Servolenkungssystems.
In einigen Ausführungsformen kann das Traktionsdrehmomentsignal ein Signal eines Motordrehmoments und/oder eines Getriebedrehmoments und/oder eines Achsdrehmoments und/oder einer Längsbeschleunigung und/oder einer Drosselklappenstellung und/oder einer Gaspedalstellung und/oder einer Beschleunigung umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann der Schritt des Erzeugens des Motorbefehls als Funktion der Handradgeschwindigkeit die Berechnung eines Rückstellsignals unter Verwendung eines Regelkreises mit mindestens einem Abstimmparameter umfassen, und der Schritt des Modifizierens des Motorbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals umfasst das Einstellen des mindestens einen Abstimmparameters auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals. Der mindestens eine Abstimmparameter kann eine proportionale Verstärkung oder eine integrale Verstärkung des Regelkreises enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann der Schritt des Einstellens des mindestens einen Abstimmparameters auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals die Multiplikation des mindestens einen Abstimmparameters mit einem skalaren Wert umfassen, wobei der skalare Wert durch eine Nachschlagetabelle auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals bestimmt wird.
In einigen Ausführungsformen kann der Schritt des Einstellens des mindestens einen Abstimmparameters auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals das Berechnen eines skalaren Wertes als Funktion des Traktionsdrehmomentsignals und die Multiplikation des mindestens einen Abstimmparameters mit dem skalaren Wert umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren außerdem das Erzeugen eines Rückstellbefehls auf der Grundlage der Handradgeschwindigkeit beinhalten, wobei der Motorbefehl eine Funktion des Rückstellbefehls ist. Das Modifizieren des Motorbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals kann ein Skalieren des Rückstellbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals umfassen.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Skalierens des Rückstellbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals die Multiplikation des Rückstellfaktors mit einem skalaren Wert, der durch eine Nachschlagetabelle auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals bestimmt wird. In einigen anderen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Skalierens des Rückstellbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals die Berechnung eines skalaren Werts als Funktion des Traktionsdrehmomentsignals und die Multiplikation des Rückstellfaktors mit dem skalaren Wert.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren außerdem das Begrenzen einer Änderung des Motorbefehls pro Zeiteinheit auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals beinhalten.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Verfahrensschritt des Erzeugens des Motorbefehls als Funktion der Handradgeschwindigkeit die Berechnung eines Rückstellsignals unter Verwendung eines Regelkreises mit mindestens einem Abstimmparameter; der Verfahrensschritt des Modifizierens des Motorbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals umfasst das Einstellen des mindestens einen Abstimmparameters auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals; und der Verfahrensschritt des Begrenzens der Änderung des Motorbefehls pro Zeiteinheit auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals umfasst das Begrenzen einer Betragsänderung pro Zeiteinheit in dem mindestens einen Abstimmparameter.
Obwohl die vorliegende Offenbarung im Zusammenhang mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen detailliert beschrieben wurde, ist es leicht zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf diese offengelegten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die vorliegende Offenbarung so modifiziert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder gleichwertigen Anordnungen enthält, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber im Umfang mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, ist es außerdem so zu verstehen, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen oder Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend ist die vorliegende Offenbarung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62827548 [0001]

Claims

Steuersystem für ein Servolenkungssystem, wobei das Steuersystem umfasst: einen Prozessor; und Speicher, der Anweisungen enthält, die bei der Ausführung durch den Prozessor diesen dazu veranlassen: einen Motorbefehl als Funktion einer Handradgeschwindigkeit zu erzeugen; den Motorbefehl basierend auf einem Traktionsdrehmomentsignal zu modifizieren.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Traktionsdrehmomentsignal ein Signal eines Motordrehmoments und/oder eines Getriebedrehmoments und/oder eines Achsdrehmoments und/oder einer Längsbeschleunigung und/oder einer Drosselklappenstellung und/oder einer Gaspedalstellung und/oder einer Beschleunigung ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen des Motorbefehls als Funktion der Handradgeschwindigkeit das Berechnen eines Rückstellsignals unter Verwendung eines Regelkreises mit mindestens einem Abstimmparameter umfasst; und wobei das Modifizieren des Motorbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals das Einstellen des mindestens einen Abstimmparameters auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 3, wobei der mindestens eine Abstimmparameter eine proportionale oder integrale Verstärkung des Regelkreises ist.
Steuersystem nach Anspruch 3, wobei das Einstellen des mindestens einen Abstimmparameters auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals das Multiplizieren des mindestens einen Abstimmparameters mit einem skalaren Wert umfasst, wobei der skalare Wert durch eine Nachschlagetabelle auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals bestimmt wird.
Steuersystem nach Anspruch 3, wobei das Einstellen des mindestens einen Abstimmparameters auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals das Berechnen eines skalaren Wertes als Funktion des Traktionsdrehmomentsignals und das Multiplizieren des mindestens einen Abstimmparameters mit dem skalaren Wert umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor ferner veranlassen, einen Rückstellbefehl auf der Grundlage der Handradgeschwindigkeit zu erzeugen, wobei der Motorbefehl eine Funktion des Rückstellbefehls ist; und wobei das Modifizieren des Motorbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals ferner das Skalieren des Rückstellbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 7, wobei das Skalieren des Rückstellbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals die Multiplikation eines Rückstellfaktors mit einem skalaren Wert umfasst, wobei der skalare Wert durch eine Nachschlagetabelle auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals bestimmt wird.
Steuersystem nach Anspruch 7, wobei die Anweisungen, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor ferner veranlassen, eine Änderung des Motorbefehls pro Zeiteinheit auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals zu begrenzen.
Verfahren zur Steuerung eines Servolenkungssystems, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Motorbefehls als Funktion einer Handradgeschwindigkeit; Modifizieren des Motorbefehls auf der Grundlage eines Traktionsdrehmomentsignals; Anwenden des Motorbefehls auf ein Stellglied des Servolenkungssystems.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Traktionsdrehmomentsignal ein Signal eines Motordrehmoments und/oder eines Getriebedrehmoments und/oder eines Achsdrehmoments und/oder einer Längsbeschleunigung und/oder einer Drosselklappenstellung und/oder einer Gaspedalstellung und/oder einer Beschleunigung ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Erzeugen des Motorbefehls als Funktion der Handradgeschwindigkeit das Berechnen eines Rückstellsignals unter Verwendung eines Regelkreises mit mindestens einem Abstimmparameter umfasst; und wobei das Modifizieren des Motorbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals das Einstellen des mindestens einen Abstimmparameters auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der mindestens eine Abstimmparameter eine proportionale oder integrale Verstärkung des Regelkreises ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Einstellen des mindestens einen Abstimmparameters auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals das Multiplizieren des mindestens einen Abstimmparameters mit einem skalaren Wert umfasst, wobei der skalare Wert durch eine Nachschlagetabelle auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Einstellen des mindestens einen Abstimmparameters auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals das Berechnen eines skalaren Wertes als Funktion des Traktionsdrehmomentsignals und das Multiplizieren des mindestens einen Abstimmparameters mit dem skalaren Wert umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner das Erzeugen eines Rückstellbefehls auf der Grundlage der Handradgeschwindigkeit umfasst, wobei der Motorbefehl eine Funktion des Rückstellbefehls ist; und wobei das Modifizieren des Motorbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals ferner das Skalieren des Rückstellbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Skalieren des Rückstellbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals das Multiplizieren eines Rückstellfaktors mit einem skalaren Wert umfasst, wobei der skalare Wert durch eine Nachschlagetabelle auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Skalieren des Rückstellbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals das Berechnen eines skalaren Wertes als Funktion des Traktionsdrehmomentsignals und das Multiplizieren eines Rückstellfaktors mit dem skalaren Wert umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner das Begrenzen einer Änderung des Motorbefehls pro Zeiteinheit auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Erzeugen des Motorbefehls als Funktion der Handradgeschwindigkeit umfasst, dass ein Rückstellsignal unter Verwendung eines Regelkreises mit mindestens einem Abstimmparameter berechnet wird; wobei das Modifizieren des Motorbefehls auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals das Einstellen des mindestens einen Abstimmparameters auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals umfasst; und wobei das Begrenzen der Änderung des Motorbefehls pro Zeiteinheit auf der Grundlage des Traktionsdrehmomentsignals das Begrenzen einer Betragsänderung pro Zeiteinheit in dem mindestens einen Abstimmparameter umfasst.