DE102009028448A1

DE102009028448A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen von Lenkraddrehschwingungen in einem Lenksystem sowie zu deren Behandlung

Info

Publication number: DE102009028448A1
Application number: DE102009028448A
Authority: DE
Inventors: Stefan Grüner; Thomas Nierobisch
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-08-12
Also published as: DE102009028448B4

Abstract

Um eine sichere Reduzierung von Lenkraddrehschwingungen in einem Fahrzeug möglichst ohne den Einsatz zusätzlicher Sensoren oder Stellglieder zu ermöglichen, und die negativen Auswirkungen einer Lenkraddrehschwingungskompensation auf das Lenkgefühl zu minimieren, wird eine Regelung eines Momentenstellers, also beispielsweise eines EPS-Motors vorgeschlagen, die eine Ansteuerung des Momentenstellers derart ermöglicht, dass auftretende Lenkraddrehschwingungen kompensiert werden können. Hierzu wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Rotorlage und gemäß einer anderen Ausführungsform eine Rotorgeschwindigkeit erfasst. Die erfasste Rotorlage oder die erfasste Rotorgeschwindigkeit wird einer Frequenzberechnungseinheit (23) zugeführt. Die Frequenzberechnungseinheit ermöglicht in bekannter Weise die Ermittlung einer dominanten Störungsfrequenz (f). Die ermittelte dominante Störungsfrequenz (f) wird einer Lenkraddrehschwingungs-Erkennungseinheit (26) zur Verfügung gestellt. Ferner wird der Lenkraddrehschwingungs-Erkennungseinheit (26) eine aktuelle Schwingungsform (s(t)) der dominanten Störungsfrequenz (f)zur Verfügung gestellt, die beispielsweise auch von der Frequenzberechnungseinheit (23) ermittelt wird. In Abhängigkeit von der Schwingungsform (s(t)) und der ermittelten dominanten Störungsfrequenz (f) kann dann auf das Vorhandensein einer Lenkraddrehschwingung geschlossen werden. Hierzu wird beispielsweise ein Kennfeld herangezogen. Gemäß einer ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Lenkraddrehschwingungen während des Betriebs eines Lenksystems in einem Fahrzeug, wobei das Lenksystem einen ansteuerbaren Momentensteller umfasst und wobei der Momentensteller einen Rotor aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Erkennen und/oder Behandeln von Lenkraddrehschwingungen in einem Lenksystem, wobei das Lenksystem einen ansteuerbaren Momentensteller und einen Rotorlagesensor zur Erzeugung eines Rotorlagesignals umfasst und wobei der Momentensteller einen Rotor aufweist.
Bei einem Fahrzeug treten Lenkraddrehschwingungen insbesondere auf, wenn an den Rädern Unwuchten vorhanden sind. Lenkraddrehschwingungen werden auch als „Shimmy” oder „Smooth Road Shake” bezeichnet. Derartige Lenkraddrehschwingungen werden üblicherweise mittels verschiedener Maßnahmen gedämpft oder reduziert, da sie als störend empfunden werden. Beispielsweise ist es bekannt, durch konstruktive Maßnahmen wie etwa den Einsatz von Dämpfungselementen die durch Unwuchten erzeugten Schwingungen teilweise zu kompensieren. Es ist ferner bekannt, zusätzliche elektronische Stellglieder und/oder Sensoren vorzusehen und durch eine entsprechende Ansteuerung der Stellglieder die Lenkraddrehschwingungen zu reduzieren.
In elektrischen Lenksystemen (EPS) ist es auch bekannt, eine Ansteuerung des EPS-Motors vorzusehen, um die Lenkraddrehschwingungen zu reduzieren. Beispielsweise wird mittels eines Drehmomentsensors das aktuelle Lenkmoment erfasst. Hochfrequente Anteile des Lenkmoments werden als Störung definiert und über eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkgeschwindigkeit sowie dem Drehmoment abhängigen Kennlinie gedämpft. Hier werden jedoch mitunter gewünschte Fahrbahnrückmeldungen fälschlicherweise als Störung erkannt und deshalb eliminiert oder zumindest reduziert. Dies hat negative Auswirkungen auf das Lenkgefühl und kann sicherheitsrelevante Nachteile mit sich bringen, da dem Fahrer möglicherweise wichtige Informationen über die Fahrbahn nicht mehr zur Verfügung stehen. Ein solches System ist beispielsweise aus der EP 1 839 998 A1 bekannt.
Ferner ist aus der EP 1 650 106 B1 ein Verfahren zur Reduzierung von Lenkraddrehschwingungen bekannt, bei dem mittels eines elektrischen Motors an geeigneter Stelle Gegenschwingungen in das Lenksystem eingeleitet werden. Hierdurch werden auftretende Drehschwingungen teilweise kompensiert. Bei dem bekannten Verfahren wird ein aktuelles Lenkrad-Drehmoment benötigt, welches in einem Zeitfenster geeigneter Größe auf das Vorhandensein periodischer Schwingungen untersucht wird. Die Ermittlung des aktuellen Lenkrad-Drehmoments setzt zwingend den Einsatz von Zusatzsensorik in Form eines weiteren Drehmomentsensors voraus. Nachteilig hierbei ist, dass zu jedem Zeitschritt eine aufwändige Analyse der innerhalb des Zeitfensters erfassten Lenkraddrehschwingungen durchgeführt werden muss.
Aus der US 2009/0000857 A1 ist ein Verfahren zur Unterdrückung einer Lenkrad-Drehschwingung bekannt. In dem bekannten Verfahren wird eine Rotorlagegeschwindigkeit eines die Lenkung unterstützenden Elektromotors ermittelt. Es wird dann mittels einer Frequenzschätzungseinheit, einer Phasenkorrektureinheit, sowie einer Vibrationsunterdrückungseinheit eine Ansteuerung des Motors erzeugt, um eine Kompensation der Lenkraddrehschwingung zu erreichen. Nachteilig hierbei ist, dass die Ermittlung der Rotorlagegeschwindigkeit aufwändig ist, insbesondere dann, wenn – wie vorliegend – eine hohe Auflösung der Rotorlagegeschwindigkeit benötigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine sichere Reduzierung von Lenkraddrehschwingungen ermöglicht. Hierzu sollen möglichst keine zusätzlichen Sensoren oder Stellglieder eingesetzt werden. Ferner sollen die negativen Auswirkungen auf das Lenkgefühl minimiert werden, insbesondere dann, wenn keine Lenkraddrehschwingungen vorliegen. Ferner soll das Verfahren mit einer relativ geringen Rechenleistung durchführbar sein.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst. Weitere Vorteile ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmale.
Erfindungsgemäß wird eine Regelung eines Momentenstellers, also beispielsweise eines EPS-Motors zur Verfügung gestellt, die eine Ansteuerung des Momentenstellers derart ermöglicht, dass auftretende Lenkraddrehschwingungen kompensiert werden können. Hierzu wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Rotorlage erfasst. Die erfasste Rotorlage wird einer Frequenzberechnungseinheit zugeführt. Die Frequenzberechnungseinheit ermöglicht in bekannter Weise die Ermittlung einer dominanten Störungsfrequenz.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird eine Rotorgeschwindigkeit ermittelt und es wird dann die ermittelte Rotorgeschwindigkeit der Frequenzberechnungseinheit zugeführt.
Die ermittelte dominante Störungsfrequenz wird einer Lenkraddrehschwingungserkennungseinheit zur Verfügung gestellt. Ferner wird der Lenkraddrehschwingungserkennungseinheit eine aktuelle Schwingungsform der dominanten Störungsfrequenz zur Verfügung gestellt, die beispielsweise auch von der Frequenzberechnungseinheit ermittelt wird. In Abhängigkeit von der Schwingungsform und der ermittelten dominanten Störungsfrequenz kann dann auf das Vorhandensein einer Lenkraddrehschwingung geschlossen werden. Hierzu wird beispielsweise ein Kennfeld herangezogen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird ein sogenannter „Disturbance Observer” herangezogen. Disturbance Observer sind beispielsweise in "Katsuhiko Fuwa, Tatsuo Narikiyo and Hisashi Kandoh: A Construction of Disturbance Observer to Cope with Frequency Variation and Its Application to Vibration Suppression Control System; Proceedings of the 17th IFAC World Congress; Seoul, Korea, July 6–11, 2008" beschrieben. Mithilfe der Disturbance Observer können Störungen mit bekannter und konstanter Frequenz reduziert werden.
Bei Lenkraddrehschwingungen hängt die Störungsfrequenz jedoch von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise den aktuellen Radgeschwindigkeiten ab. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird deshalb ein Disturbance Observer eingesetzt, der auch bei sich verändernden Frequenzen zuverlässig arbeitet. Ein solcher Disturbance Observer wird als DOFV bezeichnet. Ein DOFV ist eine regelungstechnische Methode, mit dessen Hilfe aus der Kenntnis einer dominanten Störungsfrequenz, der Stellgröße und möglicherweise weiteren Messgrößen, eine zusätzliche Stellgröße berechnet werden kann, die die dominante Störungsfrequenz unterdrückt beziehungsweise kompensiert. Ein DOFV ist beispielsweise beschrieben in "Tatsuo Narikiyo, Katsuhiko Fuwa and Takeshi Murano: Implementation of Disturbance Attenuation System Based an Frequency Estimation; Proceedings of the 17th IFAC World Congress; Seoul, Korea, July 6–11, 2008".
Ein DOFV kann als frequenzvariabler Stör- und Zustandsberechner bezeichnet werden. Zwar ist ein DOFV grundsätzlich zur Reduktion von Lenkraddrehschwingungen anwendbar, bei einer direkten Anwendung eines DOFV werden jedoch alle Frequenzen, die mit der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Raddrehgeschwindigkeit übereinstimmen, gedämpft; was zu negativen Auswirkungen auf das Lenkgefühl führt, da auch solche Lenkraddrehschwingungen gedämpft werden, die an den Fahrer gemeldet werden sollen, wie beispielsweise Rückmeldungen über einen Fahrbahnzustand.
Um diese negativen Auswirkungen zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die momentan dominante Störungsfrequenz bestimmt. Erst wenn diese Frequenz hinreichend gut mit der aus der Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise den Raddrehgeschwindigkeiten abgeleiteten Frequenz übereinstimmt, wird der DOFV aktiviert. Damit wird erreicht, dass nur solche Lenkraddrehschwingungen erkannt bzw. kompensiert werden, die auf einer Fahrzeugstörung beruhen, also beispielsweise durch eine Unwucht in einer Bremsscheibe („brake judder”) oder eine Unwucht in einem Rad („shimmy”) verursacht sind.
Zur Bestimmung der dominanten Störungsfrequenz kann eine ebenfalls in der zuletzt angegebenen Literaturstelle beschriebene Methode verwendet werden. Die Bestimmung der dominanten Störungsfrequenz kann weiter dadurch verbessert werden, dass die aktuelle Störungsamplitude berücksichtigt wird, so dass die Frequenzbestimmung bezüglich der Störungsamplitude adaptiv ausgestaltet ist. Die Frequenzbestimmung basiert auf bereits im Lenksystem vorhandenen Messsignalen, insbesondere einer Rotorlage.
Der DOFV berechnet nun auf Basis der zuvor bestimmten dominanten Störungsfrequenz, der Stellgröße des EPS-Motors und weiterer Messgrößen, ein zusätzliches Motormoment, das in seiner Amplitude, Frequenz und Phasenlage geeignet ist, die erkannte dominante Störungsfrequenz zu reduzieren beziehungsweise zu kompensieren. Als weitere Messgröße wird hierbei insbesondere die Rotorlage herangezogen.
Neben der in obiger Literaturstelle angegebenen Methode zur Bestimmung der Störungsfrequenz kann die Störungsfrequenz auch aus einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise einer aktuellen Radgeschwindigkeit abgeleitet werden. Wird die dominante Störungsfrequenz unabhängig von einer Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise einer Radgeschwindigkeit bestimmt, so wird das Verfahren besonders robust gegenüber Unsicherheiten in der Bestimmung der Störungsfrequenz aus der Fahrzeuggeschwindigkeit, da dort zum Beispiel durch abgefahrene Reifen oder nicht ordnungsgemäß gefüllte Reifen Fehler bei der Bestimmung der dominanten Störungsfrequenz auftreten können.
Zur Reduktion der Lenkraddrehschwingung wird vorzugsweise als zu bedampfendes System der Rotor des EPS-Motors, also eine einzelne, träge rotierende Masse, betrachtet. Da die Rotorlage üblicherweise zur Regelung des EPS-Motors erfasst wird, steht dieses Signal bereits zur Verfügung und kann besonders einfach als Messgröße erfindungsgemäß eingesetzt werden. Das Sollmoment des EPS-Motors, wie es beispielsweise von einem Lenkungsregler beziehungsweise einer Lenkungsfunktion angefordert wird, ist hierbei die Stellgröße. Es wurde festgestellt, dass sich dadurch ein besonders geringer Online-Rechenaufwand ergibt, da erfindungsgemäß ein einfaches Ersatzmodell als Basis für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden kann.
Vorzugsweise wird die Rotorlage zunächst einem Bandpass zugeführt und das so gefilterte Signal der Frequenzerkennungseinheit zur Verfügung gestellt. Dadurch kann erreicht werden, dass das gefilterte Signal frei von Gleichanteilen und hochfrequenten Störungen ist. Damit wird ein Signal zur Verfügung gestellt, das von einem Disturbance Observer beziehungsweise einer darauf aufbauenden Methode verarbeitet werden kann. Vorzugsweise wird ein frequenzvariabler Bandpass verwendet, da – wie oben bereits erwähnt – die Frequenz der Lenkraddrehschwingungen sich verändern kann und insbesondere von einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer Raddrehzahl abhängt. Hierbei wird die Mittenfrequenz des frequenzvariablen Bandpasses auf die Frequenz entsprechend der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnungen erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug,
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung
3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
4 eine dritte Ausführungsform der Erfindung und
5 eine vierte Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist ein Lenksystem 1 dargestellt, das eine Lenkvorrichtung 2 und ein Steuergerät 3 umfasst. In dem Steuergerät 3 ist ein Mikroprozessor 4 angeordnet, der über eine Datenleitung, beispielsweise ein Bussystem, mit einem Speicherelement 5, verbunden ist. In dem Speicherelement 5 sind Speicherbereiche ausgebildet, in denen Funktionsmittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise in Form eines Computerprogramms, abgespeichert sind. In dem Speicherelement 5 können ferner Kennfelder abgelegt sein.
Über eine Signalleitung 6 ist das Steuergerät 3 mit einem Momentensteller verbunden, der beispielsweise als Elektromotor 7 ausgebildet ist, so dass eine Steuerung des Elektromotors 7 durch das Steuergerät 3 ermöglicht wird. Der Elektromotor 7 wirkt über ein Getriebe 8 auf einen Drehstab 9. An dem Drehstab 9 ist ein Lenkmittel, beispielsweise ein Lenkrad 10, angeordnet.
Der Elektromotor 7 weist einen Rotor 15 auf. Mittels eines Rotorlagesensors 16 ist die aktuelle Rotorlage erfassbar. Diese wird über eine Datenleitung 17 dem Steuergerät 3 zugeführt. Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das Lenksystem einen nicht dargestellten Rotorgeschwindigkeitssensor.
Die Lenkvorrichtung weist ferner ein Lenkgetriebe 11 auf, das als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 11 ist über ein Ritzel 12a und eine Zahnstange 12b auf jeder Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 13, das jeweils von einem Rad zusammenwirkt, verbunden. Mittels eines Drehzahlsensors 18 kann eine Raddrehzahl erfasst und über eine Datenleitung 19 an das Steuergerät 3 übermittelt werden. Die Datenleitungen 6, 17 und/oder können in vielfältig bekannter Weise ausgeführt. Vorzugsweise wird ein Bussystem zur Kommunikation zwischen dem Steuergerät 3 und Sensoren bzw. Aktoren eingesetzt.
Durch geeignete Programmierung des Steuergeräts 3 ist auf dem in 1 dargestellten Lenksystem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar.
In 2 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der die Erkennung des Vorliegens einer Lenkraddrehschwingung ermöglicht wird. Hierzu wird zunächst eine Rotorlage θ(t) erfasst. Die Rotorlage θ(t) wird einem Bandpass 20 zugeführt. Der Bandpass 20 ist in geeigneter Weise eingestellt und filtert entsprechend der Vorgaben Frequenzanteile aus der Rotorlage θ(t) heraus. Von dem Bandpass 20 wird folglich ein Signal zur Verfügung gestellt, das einer gefilterten Rotorlage θ_BP(t) entspricht.
Die gefilterte Rotorlage θ_BP(t) wird einem Frequenzberechner 21 zur Verfügung gestellt. Ein Frequenzberechner 21 ist beispielsweise in der oben als „Implementation of Disturbance Attinuation System based an Frequency Estimation” bezeichneten Literaturstelle zu entnehmen. Mittels des Frequenzberechners 21 wird eine dominante Störungsfrequenz f_θ berechnet und an eine Lenkraddrehschwingungs-Erkennungseinheit 22 weitergeleitet. Die Lenkraddrehschwingungs-Erkennungseinheit 22 vergleicht beispielsweise die erhaltene dominante Störungsfrequenz f_θ mit vorab abgespeicherten periodischen Frequenzen, bei deren Auftreten auf das Vorliegen einer Lenkraddrehschwingung geschlossen werden soll. Entspricht die erfasste dominante Störungsfrequenz f_θ einer solchen periodischen Frequenz, so wird von der Lenkraddrehschwingungs-Erkennungseinheit 22 ein Signal sig ausgegeben. Das Signal sig bewirkt eine Signalisierung bzw. ein Erkennen des Auftretens von Lenkraddrehschwingungen, beispielsweise durch das Setzen eines entsprechenden Flags in einem Fehlerspeicher. Das Signal sig kann ferner herangezogen werden, um eine Warnleuchte zu aktivieren, die dem Fahrer des Fahrzeugs anzeigt, dass aktuell eine Lenkraddrehschwingung vorliegt.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird von dem Frequenzberechner 21 ferner eine Schwingungsform s(t) bestimmt und an die Lenkraddrehschwingungs-Erkennungsseinheit 22 übermittelt. Die Schwingungsform s(t) kann beispielsweise wie folgt bestimmt werden: s(t) = Asin(2πf_θt + φ)
Die mittels obiger Gleichung beschriebene Schwingungsform s(t) entspricht bezüglich der Amplitude A, der Phase φ und der Frequenz f_θ dem dominanten Störsignal.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird statt des Bandpasses 20 ein frequenzvariabler Bandpass 23 eingesetzt. Die Einstellung der Frequenz des frequenzvariablen Bandpasses 23 erfolgt mittels eines Anregungsfrequenz-Ermittlers 24, der aus einer erfassten Geschwindigkeit v(t), beispielsweise einer Raddrehzahl, beziehungsweise einer Radgeschwindigkeit oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Anregungsfrequenz f₀ bestimmt. Die Anregungsfrequenz wird ferner an eine Lenkraddrehschwingungs-Bestimmungseinheit 25 übermittelt, die im Wesentlichen mit der Lenkraddrehschwingungs-Erkennungseinheit 22 übereinstimmen kann.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform ermöglicht einerseits die verbesserte Berechnung der Störfrequenz f_θ dadurch, dass der Bandpass 23 nun frequenzvariabel ausgebildet ist. Ferner wird eine Plausibilisierung in der Lenkraddrehschwingung-Bestimmungseinheit 25 ermöglicht, da diese aus der Anregungsfrequenz f_θ und aus der Störungsfrequenz f_θ mittels eines Vergleichs feststellen kann, ob die prinzipiell von der Geschwindigkeit v(t), also der Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise der Radgeschwindigkeit oder Raddrehzahl abhängige Störfrequenz tatsächlich eine Störfrequenz sein kann.
Die 4 und 5 zeigen Ausführungsformen, bei denen eine Behandlung von erkannten Lenkradrehschwingungen durch Erzeugen eines Kompensationssignals erfolgt. Die Behandlung erfolgt vorzugsweise dann, wenn Lenkraddrehschwingungen vorliegen, wobei das Erkennen von Lenkraddrehschwingungen mittels der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen möglich ist. Eine Behandlung mittels der in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen erfolgt also vorzugsweise nur dann, wenn das Signal sig das Vorliegen von Lenkraddrehschwingungen anzeigt.
In 4 wird ein frequenzvariabler Stör- und Zustandsberechner DOFV 26 eingesetzt. Dieser Stör- und Zustandsgrößenberechner ist als untrennbare Einheit ausgebildet und ermittelt aus einem aktuellen Motormoment M_θ(t) und der gemessenen Rotorlage θ(t) ein Motormoment M_Komp, das eine Kompensation einer ermittelten Lenkradddrehschwingung ermöglicht, wobei der Elektromotor 7 mittels des Signals M_Komp in geeigneter Weise angesteuert wird.
In der in 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird das Motormoment M_θ(t) über einen Tiefpass 27 gefiltert, um eventuell hochfrequente Störungen, die vorliegend nicht relevant sind, unberücksichtigt lassen zu können. Die Rotorlage θ(t) wird – wie in 2 bereits beschrieben – einem Bandpass 20 und anschließend einem Frequenzberechner 21 zugeführt. Ferner wird das Rotorlagesignal θ(t) direkt dem DOFV 26 zugeführt. Hierdurch wird erreicht, dass der DOFV 26 das Rotorlagesignal θ(t) für die Erkennung des Vorliegens einer Lenkraddrehschwingung nutzen kann. Die durch den Frequenzberechner 21 ermittelte dominante Störfrequenz f_θ wird zur Einstellung des DOFV 26 auf die aktuelle Frequenz verwendet.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem zusätzlich zu dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eine aktuelle Raddrehzahl, Radgeschwindigkeit oder Fahrzeuggeschwindigkeit v(t) berücksichtigt wird, analog wie in 3 bereits dargestellt und beschrieben. Entsprechend wird in 5 ein frequenzvariabler Bandpass 23 eingesetzt. Ferner ist in 5 eine Rückkopplung des erzeugten Kompensationssignals M_Komp vorgesehen. Somit kann bei der Bestimmung der dominanten Störfrequenz f_θ durch die Rückkopplung das Kompensationssignal M_Komp, vorzugsweise unter Verwendung eines Referenzmodells 28, direkt berücksichtigt werden. Durch die modellbasierte Rückführung wird die Kompensation der Lenkraddrehschwingungen aufrechterhalten, obwohl in dem Messsignal (Rotorlagesignal θ(t) oder Rotorgeschwindigkeit) das Störsignal aufgrund der Kompensation nicht mehr vorliegt. Hierzu wird mittels des Referenzmodells 28 aus dem Kompensationssignal M_Komp der Signalanteil des Rotorlagesignals θ(t) bzw. der Rotorgeschwindigkeit ermittelt, der durch die Kompensation gedämpft oder eliminiert wird. Dieser Signalanteil wird dann zu dem Messsignal addiert und so dem frequenzvariablen Bandpass 23 zugeführt.
Die in den 2 und 3 gezeigten Elemente 20 bis 24 sind teilweise auch in den 4 und 5 gezeigt. Die mit diesen Elementen für die Erkennung des Vorliegens von Lenkraddrehschwingungen gemäß der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele erzeugten Signale (beispielsweise die Frequenz fθ oder die gefilterte Rotorlage θ_BP(t)) sind bereits vorhanden und werden bei den in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen für die Bestimmung eines Kompensationsmoments weiterverwendet, müssen also nicht erneut bzw. redundant berechnet werden.
Die in den vorstehend beschriebenen und in den 2 bis 5 gezeigten Ausführungsformen sind als Ausführungsbeispiele zu verstehen und stellen keine Beschränkung der durch die Patentansprüche definierten Gegenstände dar. Insbesondere können in den Ausführungsbeispielen Merkmale entfernt, ergänzt, ersetzt und/oder ausgetauscht werden. Beispielsweise kann eine modellbasierte Rückführung auch bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein. Hier würde der kompensierte Signalanteil dem Bandpass 20 zugeführt werden. Ferner kann anstatt der Rotorlage eine Rotorgeschwindigkeit erfasst werden. Die weitere Verarbeitung verläuft bei einer Verwendung der Rotorgeschwindigkeit anstatt der Rotorlage analog zu den in den 2 bis 5 beschriebenen Ausführungsformen unter Berücksichtigung des Umstandes, dass die Rotorgeschwindigkeit der zeitlichen Ableitung der Rotorlage entspricht. Dies kann in geeigneter Weise durch Modifikation der in den 2 bis 5 dargestellten Streckenmodelle realisiert werden.
Erfindungsgemäß wird erreicht, dass mittels der aktuellen Rotorlage oder der aktuellen Rotorgeschwindigkeit sowie dem Motormoment mit dem Mittel einer Störgrößenberechnungseinheit ein Kompensationsmoment M_Komp nach Frequenz, Phase und Amplitude berechnet wird. Das Kompensationssignal M_Komp, ermöglicht ein frequenzselektives vollkommenes Auslöschen von Lenkraddrehschwingungen, ohne das Lenkgefühl zu beeinträchtigen. Die Vewendung der Rotorlage θ(t) als Eingangssignal hat den Vorteil, dass keine Ermittlung der Rotorgeschwindigkeit benötigt wird, wodurch ein deutlich verringerter Aufwand realisierbar ist. Es ist ferner von Vorteil, dass die Rotorlage θ(t) direkt an dem Aktuator, also dem Elektromotor 7, wirkt, so dass im Gegensatz zu einer Verwendung eines Lenkraddrehmoments keine mechanischen Übertragungspfade berücksichtigt werden müssen. Durch die ganzheitliche Betrachtung der Störgrößenberechnung als eine strukturelle Einheit treten ferner keine Kopplungen der einzelnen Einheiten untereinander auf, so dass das Kompensationssignal M_Komp besonders präzise bestimmbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1839998 A1 [0004]
EP 1650106 B1 [0005]
US 2009/0000857 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Katsuhiko Fuwa, Tatsuo Narikiyo and Hisashi Kandoh: A Construction of Disturbance Observer to Cope with Frequency Variation and Its Application to Vibration Suppression Control System; Proceedings of the 17th IFAC World Congress; Seoul, Korea, July 6–11, 2008” [0012]
”Tatsuo Narikiyo, Katsuhiko Fuwa and Takeshi Murano: Implementation of Disturbance Attenuation System Based an Frequency Estimation; Proceedings of the 17th IFAC World Congress; Seoul, Korea, July 6–11, 2008” [0013]

Claims

Verfahren zum Erkennen von Lenkraddrehschwingungen während des Betriebs eines Lenksystems (1) in einem Fahrzeug, wobei das Lenksystem (1) einen ansteuerbaren Momentensteller umfasst und wobei der Momentensteller einen Rotor (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass aktuelle Rotorlagen (θ(t)) oder aktuelle Rotorgeschwindigkeiten erfasst werden, in Abhängigkeit von den erfassten Rotorlagen (θ(t)) oder Rotorgeschwindigkeiten eine dominante Störungsfrequenz (f_θ) bestimmt wird und in Abhängigkeit von der dominanten Störungsfrequenz (f_θ) ein Vorhandensein von Lenkraddrehschwingungen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwingungsform (s(t)) der dominanten Störungsfrequenz (f_θ) ermittelt wird und für die Ermittlung des Vorhandenseins von Lenkraddrehschwingungen herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der dominanten Frequenz (f_θ) in Abhängigkeit von der Amplitude der aktuellen Rotorlagen (θ(t)) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Rotorlagen (θ(t)) oder die erfassten Rotorgeschwindigkeiten gefiltert werden und die Ermittlung der dominanten Störungsfrequenz (f_θ) in Abhängigkeit von dem gefilterten Signal erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Filter ein variabler Bandpass (23) verwendet wird, in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit (v(t)) und/oder in Abhängigkeit von einer mit einer Raddrehzahl korrelierenden Größe (v(t)) eine Anregungsfrequenz (f₀) gebildet wird und eine Mittenfrequenz des variablen Bandpasses (23) in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz (f₀) gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der dominanten Störfrequenz (f_θ) zusätzlich in Abhängigkeit von der Störungsamplitude erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus der mit der Raddrehzahl korrelierenden Größe (v(t)) eine Anregungsfrequenz (f₀) bestimmt wird, ein Vergleich zwischen der Anregungsfrequenz (f₀) und der dominanten Störfrequenz (f_θ) durchgeführt wird und eine Weiterverarbeitung der dominanten Srörfrequenz (f_θ) nur dann erfolgt, wenn eine hinreichende Übereinstimmung zwischen der dominanten Störfrequenz (f_θ) und der Anregungsfrequenz (f₀) festgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktuelles Motormoment (M_θ(t)) des Momentenstellers (7) ermittelt wird und mittels eines disturbance observer (26) ein Kompensationsmoment (M_Komp) ermittelt wird, wobei der disturbance observer (26) für veränderliche Frequenzen einsetzbar ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der disturbance observer (26) als ein untrennbares Modul ausgebildet ist, das in Abhängigkeit von dem Motormoment (M_θ(t)) und der Rotorlage (θ(t)) sowie der aus der Rotorlage (θ(t)) ermittelten dominanten Störfrequenz (f_θ) das Kompensationsmoment (M_Komp) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der disturbance observer (26) als ein untrennbares Modul ausgebildet ist, das in Abhängigkeit von dem Motormoment (M_θ(t)) und der Rotorgeschwindigkeit sowie der aus der Rotorgeschwindigkeit ermittelten dominanten Störfrequenz (f_θ) das Kompensationsmoment (M_Komp) ermittelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmoment (M_Komp) rückgeführt und bei der Bestimmung der dominanten Störfrequenz (f_θ) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmoment (M_Komp) einem Referenzmodell (28) zugeführt wird, mittels des Referenzmodels (28) der Signalanteil des Rotorlagesignals (θ(t)) oder der Rotorgeschwindigkeit ermittelt wird und der ermittelte Signalanteil zu dem aktuell erfassten Rotorlagesignal (θ(t)) oder der aktuell erfassten Rotorgeschwindigkeit addiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmoment (M_Komp) mittels des disturbance observer (26) derart erzeugt wird, dass die Kompensation der Lenkraddrehschwingung aufrechterhalten wird, auch wenn in dem aktuell erfassten Rotorlagesignal (θ(t)) oder der aktuell erfassten Rotorgeschwindigkeit das Störsignal aufgrund der Kompensation mehr vorliegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Lenkraddrehschwingung eine Information zur Anzeige des Vorliegens der Lenkraddrehschwingung, insbesondere durch Ansteuern einer Kontrollleuchte und/oder durch Erzeugen eines Fehlereintrags in einem Fehlerspeicher, erzeugt wird.
Vorrichtung zum Erkennen und/oder Behandeln von Lenkraddrehschwingungen in einem Lenksystem (1), wobei das Lenksystem (1) einen ansteuerbaren Momentensteller (7) und der Momentensteller (7) einen Rotor (15) umfasst und wobei das Lenksystem (1) einen Rotorlagesensor (16) zu Erzeugung eines Rotorlagesignals (θ(t)) oder einen Rotorgeschwindigkeitssensor zur Erzeugung eines Rotorgeschwindigkeitssignals umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Frequenzberechnungseinheit (21) zur Berechnung einer dominanten Störfrequenz (f_θ) aus dem Rotorlagesignal (θ(t)) oder dem Rotorgeschwindigkeitssignal und eine Lenkraddrehschwingungs-Erkennungseinheit (22; 25; 26) zum Erkennen des Vorliegens einer Lenkraddrehschwinung aus der dominanten Störfrequenz (f_θ) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.