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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Servo-Lenksystem für
Kraftfahrzeuge insbesondere elektromechanisches Servo-Lenksystem.
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Derartige
Lenksysteme umfassen gewöhnlich einen Regelkreis, dessen
Regelgröße zumindest von dem Lenkradmoment abhängig
ist. Die in einem Steuergerät gespeicherten Vorgabefunktionen
dienen dem Berechnen des Sollwerts des unterstützenden
Moments in Abhängigkeit von Eingangsgrößen des
Steuergerätes, insbesondere des Lenkradmomentes.
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In 1 ist
der übliche Aufbau eines elektromechanisch arbeitenden
Servo-Lenksystems eines Kraftfahrzeugs dargestellt, welches ein
Lenkrad 1 aufweist, das über einen ersten Abschnitt 2 einer Lenkstange 13,
mittels eines oder mehrerer Kreuzgelenke 7 fest mit einem
zweiten Abschnitt 3 der Lenkstange verbunden ist. Die Lenkstange 13 überträgt das
von dem Fahrer des Kraftwagens auf das Lenkrad 2 aufgebrachten
Moment auf ein Ritzel 6, das in eine Zahnstange 8 eingreift,
die horizontal zur Achse des Fahrzeuges zwischen zwei gelenkten
Rädern 11 angeordnet ist. Das Ritzel 6 kann
auch durch ein beliebiges anderes Übertragungsmittel gebildet
sein, zum Beispiel eine Schneckenwelle. Jedes gelenkte Rad 11 ist
in der Lage, sich bei einer linearen Bewegung der Zahnstange 8 um
eine vertikale Drehachse A zu drehen, wobei das gelenkte Rad 9 über
die Zahnstange 8 von einem Gestänge 10 angetrieben wird.
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Das
Servo-Lenksystem besitzt ferner eine Servo-Steuerung, die dazu dient,
auf die Zahnstange 8 eine Kraft auszuüben, die
in der gleichen Richtung wirkt wie die Kraft des Ritzels 6,
wodurch dem Fahrer des Fahrzeugs das Drehen des Lenkrads 1 erleichtert
wird. Die Servo-Steuerung umfasst einen Servomotor 9, dessen
Ausgangsmoment von einem elektronischen Steuergerät 12 gesteuert
wird, welches ein Sollwertsignal S des Hilfsmomentes an den Servomotor 9 liefert.
Das Ausgangsmoment des Servomotors 9 wird mittels einer
nicht dargestellten Antriebswelle des Servomotors 9 auf
die Zahnstange 8 und damit die Räder 11 übertragen.
Wegen der erheblichen zu übertragenden Kräfte
wirkt die Antriebswelle des Servomotors 9 in der Regel über
einen nicht näher dargestellten Kugelgewindetrieb 14 auf die
Zahnstange 8.
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Die
Abtriebswelle des Servomotors 9 ist somit über
den Kugelgewindetrieb 14, die Zahnstange 8 und
das Ritzel 6 mechanisch mit der Lenkstange 13 verbunden.
Die mechanische Verbindung zwischen der Abtriebswelle und der Lenkstange 13 kann
aber auch die direkt erfolgen, indem die Abtriebswelle an der Lenkstange 13 über
ein geeignetes Getriebe direkt angreift. Die Abtriebswelle des Elektromotors
unterstützt dabei den Lenkeinschlag des Lenkrads 1,
indem sie mittels der vorstehend genannten mechanischen Einrichtungen
auf die Lenkstange 13 ein Hilfsmoment ausübt,
das direkt von dem Ausgangsmoment des Servo-Motors 9 und
folglich von dem Sollwertsignal S des Hilfemoments abhängt.
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Das
Steuergerät 12 ist in der Regel derart aufgebaut,
dass es aufgrund der ankommenden Eingangsignale, z. B. des von dem
Drehmomentsensor 4 stammenden Drehmomentes DM und/oder
des von dem Drehwinkelsensor 5 stammenden Drehwinkels DW
die Höhe des durch den Servo-Motor 9 auszuübenden
Hilfsmomentes berechnet und den entsprechenden Sollwert S an den
Servomotor 9 ausgibt. Mit Hilfe geeigneter, in dem Steuergerät 12 gespeicherter
Tabellen wird dabei das Hilfsmoment in der Regel derart bestimmt,
dass in Abhängigkeit von der errechneten Differenz des
Drehwinkels DW und einem von einem Lenkwinkelsensor 15 gemessenen
Lenkwinkel LW der Räder 11 ein von dem Servo-Motor 9 aufzubringendes
Hilfsmoment bestimmt wird. Dieses Hilfsmoment ist derart groß gewählt,
dass hinsichtlich des insgesamt zur Betätigung der Räder
aufzubringenden Momentes am Lenkrad 1 Restmoment übrig bleibt,
welches von dem Fahrer gut beherrschbar ist. Damit wird in der Regel
das Hilfsmoment auch von Größen abhängen,
die Einfluss auf das Lenkmoment der Räder besitzen, wie
beispielsweise Drehwinkel-Geschwindigkeit, Temperatur, Fahrzustand
des Fahrzeugs, Straßenverhältnisse und so weiter.
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Es
sind weiterhin Sonderformen elektromechanisch arbeitender Servo-Lenksysteme
bekannt geworden, bei denen die mechanische Verbindung zwischen
Lenkrad 1 und Zahnstange 8 aufgetrennt ist. Bei
diesen so genannten steer-by wire-Lenksystemen müssen die
von dem Lenkrad 1 auf die Zahnstange 8 aufzubringenden
Kräfte und Momente durch entsprechende elektrisch arbeitende
Geräte nachgebildet werden, die weiter oben geschilderten grundsätzlichen
Prinzipien bleiben dabei allerdings erhalten.
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Die
Verwendung eines Elektromotors zur Erzeugung eines den Fahrer unterstützenden
Momentes bei der Betätigung der Lenkung hat erhebliche Vorteile.
So benötigt eine derartige elektromechanische Servo-Lenkung
weniger Bauraum, ermöglicht eine Vielzahl von Komfortmerkmalen
und kommt schließlich ohne die bei hydraulischen Servolenkungen
notwendige Flüssigkeit aus, wobei die die Flüssigkeit
leitenden Leitungen möglicherweise verletzt werden können,
so dass hier besondere Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden müssen.
Hinzu kommt, dass in der Regel bei hydraulischen Servolenkungen
der Druck in den Flüssigkeitsleitungen ständig
aufrechterhalten werden muss, so dass hier ein höher ständiger
Verbrauch an Energie notwendig ist.
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Leider
ist das von Elektromotoren abgegebene Moment bei einem konstanten
Eingangsignal dieser Motoren notwendigerweise mit Schwankungen versehen
die vielfach auch als mechanischer Ripple und elektrischer Ripple
bezeichnet werden. Der mechanische Ripple hängt von konstruktiven
Merkmalen des verwendeten Motors ab, wie die Zahl der Pole und die
Zahl der Schlitze des Motors.
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Weiterhin
ist noch ein so genannter elektrischer Ripple bekannt, der von der
Abweichung der induzierten elektrischen Felder von der Sinusform abhängt.
Dieses Problem hängt auch damit zusammen, dass die mit
einer elektromechanischen Servo-Lenkung versehenen Fahrzeugen mit
einer Gleichspannung (also Batterie) versehen sind, wobei die Gleichspannung
der Batterie in ein mehrere Phasen (z. B. 3 sinusförmige
Phasen, 2 Phasen, 4 Phasen und so weiter) besitzendes Drehfeld umgewandelt
werden muss. Die Umwandlung der Gleichspannung in (zum Beispiel
drei) exakt sinusförmige Spannungen ist aufwändig
und zum Teil mit Fehlern behaftet.
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Der
als Moment-Pulsationen sich äußernde Ripple liegt
weiterhin in der nicht identischen Wicklungsverteilung des Motors
in den Phasen, in der unsymmetrische Flussverteilung, in Streufeldern
bezüglich des Maschinenflusses und elektrischen Unsymmetrien
(Stator-Widerstand und Stator-Induktivität der einzelnen
Maschinenphasen/Maschinenstränge) der Arbeitsmaschine begründet.
Ein zusätzlicher Grund für Ripple liegt an den
Totzeiten, die durch die Zeiten begründet sind, die für
die Übertragung der ansteuernden Signale und dem Ansprechen
des Motors benötigt werden.
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Greift
der Motor in der üblichen Weise über ein Getriebe
an der Zahnstange der Lenkung an, so werden die bei einem konstanten
Fahrerwunsch, z. B. Drehmomente am Lenkrad, sich ergebenden Schwankungen
des Motormomentes infolge des Ripples über die Zahnstange
und die Lenkstange zu dem Lenkrad zurück übertragen
und machen sich dort unangenehm bemerkbar. Dabei ist zu beachten, dass
der Motor ein erheblich stärkeres Moment auf die Zahnstange
der Lenkung aufbringt als der Fahrer, so dass auch kleine Schwankungen
des Motormomentes am Lenkrad irritierend wirken.
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Es
sind daher eine Reihe von Versuchen unternommen worden um den am
Lenkrad spürbaren Ripple zu beseitigen. So ist aus der
US-PS 692754862 ein Servo-Lenksystem
bekannt, bei dem Schaltungsanordnungen vorgesehen sind, welche die
Phase und die Amplitude des den Motor betätigenden Stromes
korrigieren. Diese Literaturstelle beschäftigt sich im
Wesentlichen mit dem Ripple, welcher durch die Verzerrung des elektrischen
Feldes des Motors bedingt ist. Die dort angegebenen Schaltungen
sind zudem recht aufwändig.
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Aus
der
EP 1308368A2 ist
eine Servo-Lenkung bekannt geworden, bei der der Servo-Motor an der
Lenkstange angreift. Die von der Fahrzeugegeschwindigkeit abhängenden
Steuersignale des Fahrzeugmotors werden in dabei durch Korrekturwerte modifiziert,
welche von der Drehstellung des Motor-Rotors abhängen.
Die Modifikation geschieht mithilfe von Korrekturwerten, die in
einer Tabelle gespeichert sind. Dabei sind die Korrekturwerte in
Form von Faktoren gespeichert, welche den möglichen Drehlagen
des Rotors zugeordnet sind. Die Korrektur berücksichtigt
nur die Drehlage des Motor-Rotors, nimmt aber auf andere, den Ripple
beeinflussende Größen keine Rücksicht.
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Die
vorliegende Erfindung geht daher aus von einem Servo-Lenksystem
der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung sowie
einem Verfahren der sich aus dem Anspruch 12 ergebenden Gattung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach ausgestaltetes Servo-Lenksystem
sowie ein entsprechend diesem Lenksystem arbeitendes Verfahren anzugeben,
durch welches sich der durch die Wirkung des Motors bedingte Ripple
vergleichsweise unkompliziert beseitigen lässt. Mit Motorwirkung
ist dabei ganz allgemein die Ausgangsgröße des
Motors gemeint, die durch ein Moment oder durch eine ausgeübte
Kraft gegeben sein kann.
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Die
Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Servo-Lenksystem
durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende
Merkmalkombination gelöst. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist durch Merkmale nach Anspruch 12 gekennzeichnet. Die
Lösung der Aufgabe besteht im wesentlichen darin, dass
mindestens ein die Schwankungen der Motorwirkung beeinflussendes Signals
dem Fehlermodell zugeführt wird. Als Antwort stellt das
Fehlermodell einen Korrekturwert zur Verfügung, mit dem
das noch nicht korrigierte Motor-Eingangssignal modifiziert wird.
Die Korrektur des noch nicht korrigierten Motor-Eingangsignals wird dabei
derart vorgenommenen, dass der Schwankung der Motorwirkung entgegengewirkt
wird.
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Dabei
kann der Korrekturwert von einer oder mehreren Größen
abhängig sein. Wesentlich ist, dass diese Größen
einen hinreichenden Einfluss auf den Ripple haben. Auf diese Weise
ist es dann möglich, den Ripple im Sinne einer Verminderung
zu beeinflussen. Bei der Größe kann es sich um
die Drehlage des Rotors aber auch um eine andere geeignete Größe
handeln. Nimmt man als Größe die Drehlage des
Motors, so kann man die einzelnen Ausschläge des Ripple
direkt bekämpfen. Andere Größen, beispielsweise
die Temperatur des Motors oder die an dem Motor anliegende Spannung,
können dagegen nur zu einer tendenziellen Minderung des
Ripple beitragen, indem sie zwar der Stärke des Ripple
ganz allgemein entgegenwirken, aber nicht die einzelnen Ausschläge
vermindern. Zu diesen anderen Größen gehören
auch die Drehgeschwindigkeit des Rotors und das soll-Moment des
Motors als Eingangsgröße des Motors.
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Wie
erwähnt können dem Fehlermodell eine einzige aber
auch mehrere den Ripple beeinflussende Größen
zugeführt werden. Dabei ist allerdings zu beachten, dass
die Bestimmung eines Korrekturwertes aus mehreren Größen
einen größeren Aufwand an Übertragungszeit
für die Größen und an Rechenzeit bedeuten
kann. Wählt man nur eine einzige Größe,
so hat man sehr schnell ein Ergebnis, so dass die Korrektur besonders
aktuell vorgenommen werden kann. Macht man den Korrekturwert von
sehr vielen Größen abhängig, so kann
die Bestimmung des Korrekturwertes einige Zeit in Anspruch nehmen,
wobei allerdings die Größe des Korrekturwertes,
zumindest hinsichtlich des (inzwischen zurückliegenden)
Messzeitpunktes erheblich genauer sein kann. Gegebenenfalls ist
es sinnvoll die Art der Bestimmung des Korrekturwertes von dem Fahrzustand,
beziehungsweise den Zustand der Lenkung abhängig zu machen.
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Ändert
sich der Lenkzustand sehr schnell, so ist der Fahrer ohnedies auf
die Lenkung des Fahrzeugs konzentriert und wird den Ripple weniger
bemerken. Gleichzeitig ist es vorteilhaft, dass wegen der schnellen Änderungen
des Lenkzustandes der Ripple schnell korrigiert wird. Dagegen wird
bei nur geringfügigen Änderungen des Lenkzustandes
der Fahrer sich eher auf die Bewegung am Lenkrad konzentrieren können
und es kann sich empfehlen, einen genauen Korrekturwert zu berechnen.
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Ein
guter Kompromiss hinsichtlich der Genauigkeit des zu verwendenden
Korrekturwertes wird in Weiterbildung der Erfindung durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils nach Anspruch 2 angegeben. Danach ist der
Korrekturwert nur von der Drehlage des Motor-Rotors des Servo-Antriebs
und von dem unkorrigierten Eingangsignal des Motors selbst abhängig.
Im Rahmen der Erfindung können für das Auffinden
des Korrekturwertes aber auch andere Größen in
geeigneter Kombination verwendet werden. Allerdings wird empfohlen
die Drehlage des Motor-Rotors zu berücksichtigen.
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In
Weiterbildung der Erfindung empfiehlt sich besonders die Anwendung
der Merkmale nach Anspruch 3 und 4. Danach können wahlweise
für die Bestimmung des Korrekturwertes die Drehgeschwindigkeit
des Motors selbst, die für den Motor zur Verfügung
stehende Spannung und/oder die Betriebstemperatur des Motors bei
der Bestimmung des Korrekturwertes berücksichtigt werden.
Der für die Messung der zusätzlich zu berücksichtigenden
Größen notwendige Aufwand hält sich in
Grenzen, da viele der hierzu benötigten Sensoren ohnedies
in Verbindung mit anderen Assistenzsystemen im Fahrzeug vorhanden
sind. So lässt sich beispielsweise gemäß den
Merkmalen nach Anspruch 5 der die Drehlage des Motor-Rotors bestimmende
Sensor problemlos auch für die Bestimmung der Drehgeschwindigkeit ausnutzen.
Entsprechendes gilt für die Messung der Temperatur und
der am Motor anliegenden Spannung.
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Um
ohne größere Rechenzeit gut verwertbare Informationen
für die Berechnung des Korrekturwertes zu bekommen empfiehlt
sich in Weiterbildung der Erfindung die Verwendung der Merkmale
nach Anspruch 6 und 7. Dabei werden die den Ripple beeinflussenden
Größen voneinander getrennt im Labor unter vorgegebenen
Randbedingungen in Abhängigkeit von der Drehlage des Motor-Rotors
gemessen und mittels entsprechender Datensätze in dem Fehlermodell
installiert. Bei der Bestimmung des Korrekturwertes wird dann von
der aktuellen Drehlage des Motor-Rotors ausgegangen und die einzelnen,
aufgrund der aktuell gemessenen Größen ausgegebenen
Werte können über das Fehlermodell berücksichtigt
werden.
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Eine
Möglichkeit zur Bestimmung eines präzisen Korrekturwertes
besteht darin, die Wirkung der weiteren Größen
in Form von verstärkenden oder schwächenden Faktoren
in dem Fehlermodell abzulegen. Eine Möglichkeit, mehrere
denen Ripple beeinflussende Größen zu berücksichtigen,
kann darin bestehen, dass jeweils immer nur die Änderung
der Stärke des Ripple in Abhängigkeit von der
jeweiligen Größe in dem Fehlermodell festgehalten
wird. So kann man beispielsweise bei unterschiedlichen Temperaturen über
eine Rotor-Umdrehung gehende Ripple-Kurven vermessen und die unterschiedliche Stärke
des Ripple bei den einzelnen Temperaturen festhalten. Entsprechend
wird bei den anderen Größen vorgegangen. Diese,
die Stärke des Ripple beschreibenden Faktoren werden dann
entsprechend dem grade gemessenen Wert der Größe
bei der Bestimmung des Korrekturwertes als Multiplikatoren berücksichtigt.
Gegebenenfalls können die gespeicherten Werte aber auch
zumindest zum Teil als Summanden zur Bestimmung des Korrekturwertes
herangezogen werden.
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Für
den Einfluss der den Ripple ändernden Größen
können sich vergleichsweise einfache Abhängigkeiten
ergeben. In diesem Fall empfiehlt es sich, nicht die einzelnen gemessenen
Werte zu speichern sondern eine Gleichung zu hinterlegen, aus der
dann in Abhängigkeit von dem gerade gemessenen Wert der
betreffenden Größe der entsprechende korrigierende
Faktor oder Summand ausgelesen werden kann. Unterstellt man beispielsweise,
dass die gemessenen Werte (Ripple-Stärke), abhängig von
der Temperatur, alle auf einer Geraden liegen, so genügt
es in dem Fehlermodell die Gerade zu beschreiben und den Korrekturfaktor
in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert auslesen. Hat man
mehrere den Ripple beeinflussende Größen in dem
Fehlermodell, so erhält man ein geschlossenes Gleichungssystem,
aus dem dann der Korrekturwert berechnet werden kann. Um zu den Werten
zu gelangen, werden beispielsweise die Kraft oder das Drehmoment
des Motors bei verschiedenen Temperaturen gemessen, wobei gleichzeitig
die anderen Größen nicht verändert werden.
Die gemessenen Werte werden unverändert oder modifiziert
in das Fehlermodell eingetragen. Zwischenwerte lassen sich durch
Interpolation bestimmen.
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Entsprechend
den Merkmalen nach Anspruch 10 ist darauf zu achten, dass die Korrekturwerte
derart mit dem Eingangsignal des Motors verbunden werden, dass es
tatsächlich zu einer Beseitigung des Ripple kommt. Wird
also der gemessene Wert des Drehmomentes bei einer bestimmten Winkellage
des Rotors kleiner als erwünscht, so muss die Korrektur
derart sein, dass sie in Wert des Eingangsignals für den
Motor entsprechend erhöht, damit das erwünschte
Motor-Moment erreicht wird.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:
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1 in
skizzierter Form einen gebräuchlichen Aufbau eines Servo-Lenksystems,
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2 beispielhaft
einen tatsächlichen Verlauf des von dem Servomotor abgegebenen
Drehmomentes in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Rotors
und
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3 in
skizzierter Form den möglichen Aufbau einer Korrektureinrichtung
in dem Steuergerät des Lenksystems.
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2 zeigt
beispielhaft den möglichen Verlauf des von dem Motor abgegebenen
Momentes in Abhängigkeit von dem Drehwinkel w bei einem
Konstanten Eingangsignal des Motors (und auch im übrigen
konstanten Randbedingungen) für ein Servo-Lenksystem. Der
gewünschte Verlauf ist als zur x-Achse parallel verlaufende
Linie dargestellt. Das tatsächlich abgegebene Moment schwankt
somit um das gewünschte soll Moment. Der dargestellte Verlauf über
360°, also eine volle Umdrehung des Rotors, wiederholt
sich dann. Die aus 2 ersichtlichen Schwankungen
stellen den so genannten Ripple dar, welcher mithilfe der vorliegenden
Erfindung beseitigt werden soll. Erwünscht ist somit der
durch die waagerechte Linie dargestellte Verlauf des soll-Momentes.
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3 beschreibt
in vereinfachter und in Blöcken dargestellter Form die
Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Korrektureinrichtung,
welche einen Teil des zu der Servolenkung gehörenden Steuergerätes 12 bildet.
Wie aus 3 ersichtlich wird innerhalb
des Steuergerätes 12 entsprechend der bestehenden
Programmierung infolge eines Fahrerwunsches durch einen Sollwertgeber 29 von
der Antriebseinheit 9 ein soll-Moment angefordert. Dies
geschieht mittels eines durch einen Strom oder eine Spannung dargestellten
Signals SMnk, welches üblicherweise unkorrigiert der Antriebseinheit 9 zugeführt
wird.
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Führt
man aber das unkorrigierte Signal SMnk direkt dem Motor 9 zu,
so erscheint an dem Motor-Rotor ein Moment, welches einen Ripple
besitzt, wie in 2 dargestellt. Es ist somit
gewünscht, statt dessen das Signal SMnk derart zu korrigieren, dass
das vom Motor 9 abgegebene Moment auch den gewünschten
Verlauf hat, im vorliegenden Falle also eine parallel zur x-Achse
verlaufende Linie. Um das zu erreichen muss das dem gewünschten soll-Moment
entsprechenden, nicht korrigierte Signal SMnk derart abgewandelt
werden, dass es an den Stellen erhöht wird, an denen der
Motor 9 entgegen dem gewünschten soll Moment ein
vermindertes Moment abgibt. Umgekehrt muss das Signal SMnk an den
Stellen herabgesetzt werden, an denen der Motor 9 entgegen
dem gewünschten soll-Moment einen erhöhtes Moment
abgibt. Mit anderen Worten, es ist ein Korrektursignal zu schaffen,
welches im Wesentlichen invers zu den Schwankungen des Ripple in 2 verläuft.
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Dies
geschieht mithilfe eines Fehlermodells 28, dem ein Signal
w zugeführt wird, welches die aktuellen Drehlage des Rotors
dem Motor 9 angibt. In dem Fehlermodell 28 sind
die Korrekturwerte gespeichert, die in Abhängigkeit von
der Drehlage des Rotors abgegeben werden müssen, damit
der Motor 9 infolge des korrigierten Eingangsignals auch
das gewünschte Moment liefert. Die Korrekturwerte wurden vorher
im Labor gemessen, indem man in Abhängigkeit von der Drehlage
des Motor-Rotors das Drehmomentes dieses Motors bei einem konstanten
Eingangsignal gemessen hat. Der am Ausgang des Fehlermodells 28 erscheinende
Korrekturwert K wird in einer Überlagerungseinrichtung 31 auf
das unkorrigierte soll-Moment SMnk aufgeschaltet und das somit korrigierte
Signal SMk auf den Eingang des Motors 9 gegeben.
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Untersuchungen
haben gezeigt, dass die Stärke des Ripple auch von anderen
Größen als nur der Drehlage w des Rotors abhängt.
Dabei wurden als wesentlich folgende Größen festgestellt:
die
an dem Motor anliegende Spannung EMK, die Temperatur T, die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Rotors n, die System-Totzeiten bei der Umrichter-Steuerung und
die Höhe des soll-Momentes SMnk selbst. Infolgedessen sind
im Fehlermodell 28 eine Reihe von Tabellen beziehungsweise
Speicherbereichen eingerichtet, in denen die Stärke des
Ripple in Abhängigkeit von der jeweiligen, (die Stärke
der) den Ripple ändernden Größe abgelegt
sind. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Ripple bei einer Änderung
der jeweiligen Größe über den Verlauf
einer Umdrehung des Rotors zwar im Wesentlichen nicht seine Form
wohl aber seine Stärke ändert. Diese Änderungen
der Stärke werden als von der Änderung der Größen
abhängige Faktoren gespeichert, mit denen mit denen die
Amplitude des Ripple multipliziert werden muss um zu einer verbesserten
Korrektur zu gelangen.
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So
steigt die Stärke des Ripple bei sonst gleich bleibenden
Randbedingungen beispielsweise mit wachsender Temperatur und sinkt
mit wachsender Spannung am Motor. Entsprechende Abhängigkeiten
kann man weiterhin hinsichtlich der Höhe des soll-Momentes
SMnk und hinsichtlich der Umdrehungsgeschwindigkeit n des Rotors
feststellen.
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Da
dem Fehlermodell 28 über das Signal w die augenblickliche
Drehlage des Rotors bekannt ist, ist es nicht notwendig, dem Fehlermodell 28 zusätzlich
noch ein die Drehgeschwindigkeit des Rotors beschreibendes Signale
zuzuführen, da mit geringfügigen Softwaremaßnahmen
aus der sich ändernden Drehlage des Motors auch auf die
Drehgeschwindigkeit des Motors geschlossen werden kann.
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Zusammenfassend
lässt sich die Erfindung wie folgt beschreiben. Hinsichtlich
der Ausgangssituation ist zu bemerken, dass bei elektromechanischen Lenksystemen
(siehe 1) häufig ein mehrphasiger permanenterregter
Synchronmotor (PMSM), mehrphasiger Asynchronmotor oder mehrphasig
geschaltete Reluktanzmaschine zur Generierung der Lenkunterstützungskraft
eingesetzt wird. Ein herausragendes Entwicklungsziel ist hierbei
die Güte des generierten Unterstützungsmomentes
(beziehungsweise der unterstützenden Kraft). Bedingt durch
den hohen mechanischen Verstärkungsfaktor des Lenkgetriebes
(Übersetzungsfaktor: (insgesamt) 14 ... 30 je nach Lenksystem)
werden kleinste Momentenpulsationen des Antriebsmomentes von der
Antriebsmaschine durch das elektromechanische Lenkgetriebe verstärkt
und sind als sogenannter „Ripple” als Momentenschwankungen
am Lenkrad zu spüren. Diese Momentenpulsationen sind unerwünscht
weil sie das Lenkgefühl negativ beeinflussen.
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Die
Momentenpulsationen im generierten Lenkunterstützungsmoment
entstehen durch mechanische (z. B. nicht identische Wicklungsverteilung
in den Phasen, unsymmetrische Flussverteilung, Streufelder bzgl.
des Maschinenflusses) und elektrische Unsymmetrien (Statorwiderstand
und Statorinduktivitäten der einzelnen Maschinenphasen/-Stränge)
in der Antriebsmaschine.
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Der
Erfindung liegt daher folgende Aufgabe zu Grunde:
- 1.)
Kompensation der Momentenpulsation des Antriebsmotors von elektromechanischen
Lenksystemen zur Optimierung der haptischen Lenkungseigenschaften,
- 2.) Vermeidung von selbstgenerierten hochfrequenten Oberwellen
im Lenksystem (Minimierung der mechan. Stressbelastung → Reduzierung Systemeigenschwingung → Erhöhung
der Lebensdauer)
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Die
Erfindung löst die Aufgabe wie folgt: Es wird im folgenden
ein Lenksystem und ein Verfahren dargestellt, um die Momentenpulsationen
der Antriebsmaschine (9) für das elektrom. Lenksystem
zu minimieren und somit eine optimale Haptik des Lenksystem zu gewährleisten.
Die Kompensation der Momentenpulsationen basiert auf einem Algorithmus, der
per Software im elektronischen Lenkungssteuergerät des
Lenksystems (siehe 1) umgesetzt wird.
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Alle
lenkungsrelevanten Signale, wie zum Beispiel das aus den Fahreranforderungen
generierte Sollmoment, die aktuelle Umdrehungsgeschwindigkeit des
Lenkantriebsmotors, die aktuelle System umgebungstemperatur sowie
maschineninterne Zustandsgrößen beispielsweise
die elektromotorische Gegenkraft des Antriebmotors (EMK) stehen
dem Lenkungsteuergerät zur internen Verarbeitung zur Verfügung.
Diese Eingangssignale werden genutzt um unter Kenntnis eines Fehlermodells
von der Antriebsmaschine einen Kompensationswert für die
Momentenpulsation zu berechnen, derart, dass das momentane Unterstützungsmoment
keine Momentenpulsationen aufweist.
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Es
wird mittels Fehlermodell und folgenden Eingangsgrößen
zur Speisung des Fehlermodells ein Korrekturwert berechnet, um den
das zuvor generierte Sollmoment korrigiert wird. Das derart korrigierte Sollmoment
wird dann zur Umsetzung an die Antriebseinheit übergeben,
Eingangsgrößen für Fehlermodell sind:
- – Sollmoment_unkorrigiert/[Nm]
- – Temperatur der Antriebsmaschine/[°C-](Wicklungstemperatur
und Magnettemperatur)
- – Umdrehungsgeschwindigkeit des Antriebsmotors/[l/Min.]
- – Elektromotorische Kraft (EMK)/[V]
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Das
Fehlermodell wird experimentell durch Prüfstandsversuche
bzw. Frequenzanalyse (FFT) ermittelt und stellt die Abhängigkeit
der Momentenpulsationen von oben genannten Eingangsgrößen
dar. Das Fehlermodell kann sowohl analytisch in Form eines geschlossenen
Gleichungssystems als auch als hinterlegtes Kennlinienfeld implementiert
werden.
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Unter
Berücksichtigung des Sollmoment-Korrekturwertes wird ein
Sollmoment für die Antriebsmaschine generiert das den durch
die Motorunsymmetrie hervorgerufenen Momentpulsationen entgegenwirkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 692754862 [0013]
- - EP 1308368 A2 [0014]