DE102010025197A1

DE102010025197A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Filterung eines Sollwertsignals

Info

Publication number: DE102010025197A1
Application number: DE102010025197A
Authority: DE
Inventors: Timo Dobberphul; Carsten Busse; Alexander Bartels; Jens Lüddecke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-06-26
Filing date: 2010-06-26
Publication date: 2011-12-29
Anticipated expiration: 2030-06-27
Also published as: DE102010025197B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Filterung eines Sollwertsignals in einem Lenksystem (22), wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine Einheit (2) zur Bestimmung einer Störschwingung, mindestens eine Einheit (3) zur Bestimmung einer Fahrsituation (F), mindestens eine Einheit (4) zur Parametrierung eines Filters (5) und mindestens einen Filter (5) umfasst, wobei zumindest ein Teil eines resultierenden Sollwertsignals (LM_R, RL_R) bestimmbar ist, indem das Sollwertsignal (LM, RL) mittels des Filters (5) filterbar ist, wobei mittels des resultierenden Sollwertsignals (LM_R, RL_R) ein Unterstützungsmoment bestimmbar ist, wobei mittels der Einheit (2) zur Bestimmung einer Störschwingung detektierbar ist, ob mindestens eine Störschwingung im Sollwertsignal (LM, RL) enthalten ist, wobei mittels mindestens der Einheit (3) zur Bestimmung einer Fahrsituation (F) eine Fahrsituation (F) ermittelbar ist, wobei mittels einer Einheit (4) zur Parametrierung mindestens ein Parameter des Filters (5) abhängig von der mindestens einen Störschwingung und der Fahrsituation (F) einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Filterung eines Sollwertsignals in einem Lenksystem.
In einer Vielzahl von Lenksystemen, die in modernen Kraftfahrzeugen integriert sind, sind Mittel zur Generierung und Aufbringung eines Unterstützungsmoments vorgesehen. Derartige Lenksysteme werden auch als so genannte Servolenksysteme bezeichnet. Hierbei kann das Unterstützungsmoment z. B. mittels eines elektromechanischen Servomotors (elektromechanisches Lenksystem) oder mit Hilfe eines hydraulischen Aktors (hydraulisches Lenksystem) erzeugt werden.
Derartige Lenksysteme umfassen eine Regeleinheit, die ein Eingangssignal für den entsprechenden Aktor (Servomotor, hydraulischer Aktor) auf Grundlage mindestens eines, vorzugsweise jedoch mehrerer. Eingangssignale der Regeleinheit erzeugt. Hierbei ist bekannt. dass das Eingangssignal für den Aktor in Abhängigkeit eines manuellen Lenkmoments (Fahrerhandmoment) berechnet werden kann, wobei das manuelle Lenkmoment mittels eines Lenkmomentsensors erfasst werden kann. Ist das Lenksystem ein elektromechanisches Lenksystem, so ist auch bekannt, eine Rotorlage eines Rotors des elektromechanischen Servomotors mittels eines Rotorlagesensors zu erfassen. Hierbei bestimmt die Regeleinheit die Eingangsgröße des Servomotors, und somit auch das Unterstützungsmoment, in Abhängigkeit der erfassten Rotorlage. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte dynamische Regelung des Unterstützungsmoments.
Hierbei können die Eingangsgrößen der Regeleinheit, also insbesondere das manuelle Lenkmoment und die Rotorlage, mit Störungen in Form von Schwingungen beaufschlagt sein. Derartige Störschwingungen wirken sich direkt auf die Bestimmung des Eingangssignals des Aktors und somit auf die Aktoransteuerung, insbesondere auf die Ansteuerung eines elektromechanischen Servomotors, aus. Derartige Schwingungen können somit haptische sowie akustische Auffälligkeiten im Kraftfahrzeug erzeugen, die von einem Kraftfahrzeugführer als störend wahrgenommen werden können.
Diese Störschwingungen können hierbei verschiedene Ursachen haben. Zum einen können Störschwingungen durch Fahrbahnanregungen erzeugt werden, wobei sich Fahrbahnanregungen, z. B. bei Fahrt über ein Kopfsteinpflaster, über mechanische Übertragungsglieder (Räder, Radaufhängung, Spurstange, Zahnstange, Lenksäule) übertragen und haptisch vom Kraftfahrzeugführer beispielsweise an einem an der Lenksäule angeordneten Lenkrad wahrgenommen werden können. Ebenso können Reifenunwuchten oder andere mechanische Defekte im Lenksystem zu Störschwingungen führen. Auch ist denkbar, dass durch eine dynamische Aufbringung des Unterstützungsmoments eine Schwingung. insbesondere eine Eigenschwingung, des mechanischen Lenksystems, bestehend aus den vorhergehend genannten mechanischen Elementen, angeregt wird.
Die DE 60 2005 000 165 T2 offenbart eine elektrische Servolenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Elektromotor, dessen Abtriebswelle dazu bestimmt ist, mit der Lenkwelle des Fahrzeugs verbunden zu werden, so dass sie den Lenkeinschlag des Lenkrads unterstützt, indem sie auf die Lenkwelle ein Hilfsmoment ausübt. Hierbei wird eine resultierende Lenkeinschlagskraft mittels eines Ausrichtungsmechanismus auf gelenkte Räder übertragen. Weiter umfasst die elektrische Servolenkeinrichtung einen ersten Sensor, der einen ersten Betriebsparameter des Fahrzeugs misst, der für das auf die Lenkwelle wirkende Lenkradmoment bezeichnet ist. Weiter umfasst die elektrische Servolenkeinrichtung einen zweiten Sensor, der einen zweiten Betriebsparameter und/oder Zustandsparameter des Fahrzeugs misst, und ein Rechenwerk, das wenigstens einen ersten und einen zweiten Eingang aufweist, die mit dem ersten bzw. mit dem zweiten Sensor verbunden sind. Weiter weist das Rechenwerk einen Ausgang auf, der mit dem Elektromotor verbunden ist und an diesen ein Sollwertsignal des Hilfsmoments liefert, das für einen Wert steht, der berechnet wird, indem man auf die Eingangswerte vorgespeicherte Vorgabefunktionen anwendet. Hierbei umfasst die elektrische Servolenkeinrichtung darüber hinaus Mittel, um auf selektive Weise innerhalb von vorbestimmten Frequenzbereichen die auf das Lenkradmoment wirkende Schwingungsphänomene abzuschwächen bzw. zu verstärken, wobei die Mittel durch Verarbeitung des Signals, das an den ersten Eingang des Rechenwerks geliefert wird. funktionieren. Hierbei ist weiter offenbart, dass die Mittel eine Schaltung sein können, die durch eine Übertragungsfunktion H(f) dargestellt werden können.
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Filterung eines Sollwertsignals in einem Lenksystem zu schaffen, die eine Störschwingung nur dann und nur in dem Maße aus einem Sollwertsignal herausgefiltert wird, wie es notwendig und erwünscht ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenständen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Filterung eines Sollwertsignals in einem Lenksystem. Das Lenksystem kann hierbei insbesondere ein elektromechanisches Lenksystem sein, wobei ein elektromechanischer Servomotor ein Unterstützungsmoment, z. B. mittels eines Getriebes, auf eine Zahnstange oder Lenksäule des Lenksystems aufbringt. Das Sollwertsignal kann insbesondere ein manuelles Lenkmoment sein, wobei das manuelle Lenkmoment mittels eines geeigneten Sensors, z. B. eines Lenkmomentsensors, erfasst wird. Der Lenkmomentsensor kann hierbei z. B. in einer Lenksäule oder in einem mechanischen Kopplungsglied, beispielsweise einem Getriebe, zwischen Lenksäule und Zahnstange des Lenksystems angeordnet sein. Alternativ oder kumulativ kann das Sollwertsignal ein Rotorlagesignal sein. wobei das Rotorlagesignal mittels eines geeigneten Sensors, z. B. eines Rotorlagesensors, erfasst wird. Hierbei erfasst der Rotorlagesensor eine Winkellage eines Rotors des elektromechanischen Servomotors. Die Sollwertsignale sind hierbei Eingangsgrößen einer Regeleinheit des Lenksystems, wobei die Regeleinheit mittels geeigneter Berechnungsvorschriften in Abhängigkeit des mindestens einen Sollwertsignals ein Eingangssignal für den Aktor zur Generierung des Unterstützungsmoments, insbesondere ein Sollwert für den elektromechanischen Servomotor, erzeugt. Hierbei kann das von der Regeleinheit bestimmte Eingangssignal für den Aktor z. B. proportional zu einem von dem Aktor erzeugten Unterstützungsmoment sein.
Zumindest ein Teil des resultierenden Sollwertsignals wird bestimmt, indem das Sollwertsignal mittels eines Filters gefiltert wird. Das resultierende Sollwertsignal dient dann der Bestimmung eines Unterstützungsmoments. Insbesondere kann das resultierende Sollwertsignal als Eingangsgröße der Regeleinheit dienen, die dann in Abhängigkeit des resultierenden Sollwertsignals eine Eingangsgröße für den Aktor uns somit das Unterstützungsmoment bestimmt.
Erfindungsgemäß wird mittels einer Einheit zur Bestimmung einer Störschwingung detektiert, ob mindestens eine Störschwingung im Sollwertsignal enthalten ist. Hierbei kann z. B. eine Frequenzanalyse des Sollwertsignals durchgeführt werden. Eine Störschwingung kann z. B. dann detektiert werden, falls ein spektraler Leistungsanteil einer bestimmten Frequenz größer als ein vorbestimmter Schwellwert eines spektralen Leistungsanteils dieser Frequenz ist. Ein spektraler Leistungsanteil ist hierbei ein frequenzspezifischer Anteil am Leistungsspektrum des Sollwertsignals. Z. B. kann für ein Frequenzspektrum von z. B. 0 bis 100 Hz für jede Frequenz ein Schwellwert des Leistungsanteils festgelegt werden, wobei eine Störschwingung mit einer dieser Frequenzen detektiert wird, falls der mittels der Frequenzanalyse bestimmte spektrale Leistungsanteil dieser Frequenz größer ist als der vorab festgelegte Schwellwert des Leistungsanteils. Hierbei können die vorab festgelegten Schwellwerte des spektralen Leistungsanteils für alle Frequenzen gleich sein. Vorzugsweise jedoch existieren für verschiedene Frequenzintervalle oder für jede Frequenz unterschiedliche Schwellwerte des spektralen Leistungsanteils. Hierdurch können die Schwellwerte insbesondere an vorab bekannte Anregungen angepasst werden. So ist z. B. bekannt, dass Schwingungen mit einer Frequenz, die kleiner als 1 Hz ist, mit großer Wahrscheinlichkeit von einem Kraftfahrzeugführer mittels eines Betätigens eines Lenkrades erzeugt werden. Diese stellen somit keine Störschwingungen im Sinne der Erfindung dar. Somit ist ein Schwellwert des spektralen Leistungsanteils für diese Frequenzen hoch zu wählen. Weiter ist bekannt, dass Schwingungen mit Frequenzen, die größer als 30 Hz sind, mit großer Wahrscheinlichkeit Eigenschwingungen des Lenksystems darstellen. Somit können Schwellwerte für spektrale Leistungsanteile von Frequenzen, die größer als 30 Hz sind, niedriger gewählt werden als Schwellwerte für spektrale Leistungsanteile an Frequenzen, die kleiner als 1 Hz sind.
Auch ist vorstellbar, dass ein intervallbezogener spektraler Leistungsanteil eines vorbestimmten Frequenzintervalls bestimmt wird und eine oder mehrere Störschwingungen detektiert werden. falls dieser intervallbezogener spektrale Leistungsanteil größer als ein vorbestimmter intervallbezogener Schwellwert dieses spektralen Leistungsanteils ist. Beispielsweise kann ein intervallbezogener spektraler Leistungsanteil von Frequenzen zwischen 30 Hz und 100 Hz bestimmt werden, wobei Störschwingungen, hier beispielsweise Eigenschwingungen des Lenksystems, dann detektiert werden, wenn dieser intervallbezogener Leistungsanteil größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Auch können Störschwingungen in vorbestimmten Frequenzintervallen detektiert werden, falls ein Verhältnis zwischen einem intervallbezogenen spektralen Leistungsanteil der Frequenzen in diesen vorbestimmten Frequenzintervallen zu der gesamten spektralen Leistung des Sollwertsignals größer als ein vorbestimmtes Verhältnis ist.
Weiter kann die mindestens eine Störschwingung detektiert werden, indem das Sollwertsignal gezielt auf Kenngrößen einer vorab definierten Störschwingung hin analysiert wird und ein von dieser Kenngröße abhängiges Kriterium erfüllt ist. Beispielsweise kann eine Störschwingung mit einer Frequenz von 60 Hz dann detektiert werden, wenn eine Amplitude einer im Sollwertsignal enthaltenen Schwingung mit der Frequenz von genau 60 Hz größer als eine vorbestimmte Amplitude ist oder genau einen vorbestimmten Wert einer Amplitude aufweist.
Erfindungsgemäß wird zusätzlich mittels mindestens einer Einheit zur Bestimmung einer Fahrsituation eine Fahrsituation ermittelt. Eine Fahrsituation kann hierbei insbesondere durch Kenngrößen wie Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Lenkwinkel und/oder Lenkwinkelgeschwindigkeit charakterisiert werden.
Mittels einer Einheit zur Parametrierung wird mindestens ein Parameter des Filters abhängig von der mindestens eine Störschwingung und der Fahrsituation eingestellt, falls mindestens eine Störschwingung in dem Sollwertsignal enthalten ist.
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, die Filterung eines Sollwertsignals an eine Fahrsituation und an eine auftretende Störschwingung anzupassen. Hierdurch können insbesondere Störschwingungen, die zu akustischen und/oder haptischen Auffälligkeiten im Lenksystem führen, nur dann und nur in dem Maße herausgefiltert werden, wie es notwendig und erwünscht ist. Insbesondere kann, wenn keine Schwingung auftritt oder eine Störschwingung nicht zu wahrnehmbaren akustischen und/oder haptischen Auffälligkeiten führt. eine Filterung vermieden werden. Hierdurch können insbesondere in vorteilhafter Weise das durch eine Filterung bedingte Fehlen bestimmter Frequenzen oder ein durch eine Filterung bedingter Phasenverzug im Lenkverhalten vermieden werden, womit ein Lenkgefühl des Kraftfahrzeugführers authentisch bleibt. Weiter vorteilhaft kann die Parametrierung des Filters zur Laufzeit des Verfahrens erfolgen. Hierbei ist also der mindestens eine Parameter des Filters zur Laufzeit, also dynamisch. änderbar. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein auf eine bestimmte Fahrsituation und bestimmte Störschwingung abgestimmter Filter zur Laufzeit parametriert und verändert werden kann. Ein derart parametrierter Filter wird also beispielsweise nur solange zur Filterung des Sollwertsignals verwendet, bis sich eine detektierte Störung gelegt hat oder keine Filterung des Sollwertsignals mehr notwendig ist. Auch kann sich somit der Filter in vorteilhafter Weise anpassen, falls zusätzlich weitere Störschwingungen detektiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform bestimmt die Einheit zur Bestimmung einer Störschwingung mindestens eine Kenngröße der mindestens einen im Sollwertsignal enthaltenen Störschwingung, falls mindestens eine Störschwingung im Sollwertsignal enthalten ist. Weiter wird mittels der Einheit zur Parametrierung mindestens ein Parameter des Filters abhängig von der mindestens einen Kenngröße der mindestens einen Störschwingung eingestellt. Der mindestens eine Parameter wird hierbei also in Abhängigkeit der mindestens einen Kenngröße der Störschwingung und der Fahrsituation eingestellt. Die Kenngröße der Störschwingung kann hierbei z. B. eine Amplitude und/oder eine Frequenz und/oder ein Leistungsanteil der mindestens einen Störschwingung sein.
Wurde die Störschwingung detektiert, indem das Sollwertsignal auf vorab festgelegte Kenngrößen von Störschwingungen analysiert wurde, so können diese vorab festgelegten Kenngrößen von der Einheit zur Bestimmung einer Störschwingung als Kenngrößen der Störschwingung bestimmt werden.
Kenngrößen im Sinne der Erfindung können auch eine untere und eine obere Grenzfrequenz eines Frequenzintervalls sein, wobei das derartig festgelegte Frequenzintervall eine oder mehrere Störschwingungen enthält.
Die Bestimmung mindestens einer Kenngröße der mindestens einen Störschwingung kann hierbei also einmal zur initialen Detektion einer Störschwingung dienen, jedoch auch zur Parametrierung des Filters. Ist die Kenngröße z. B. eine spektrale Leistungsdichte einer bestimmten Frequenz und der Filter ein so genannter Bandstoppfilter mit den Parametern Mittenfrequenz und Abschwächung, kann die Mittenfrequenz als die Frequenz der detektierten Störschwingung bestimmt werden und die Abschwächung in Abhängigkeit der Größe des spektralen Leistungsanteils bestimmt werden. Je höher z. B. der spektrale Leistungsanteil der detektierten Störschwingung ist, desto stärker ist eine Abschwächung des Bandstoppfilters zu wählen. Hierdurch ergibt sich jedoch nachteilig, dass in der Regel auch benachbarte Frequenzen und somit nicht als Störschwingungen klassifizierte Anteile des Sollwertsignals stärker abgeschwächt werden. Durch eine geringere Abschwächung wird somit in vorteilhafter Weise das Sollwertsignal weniger verfälscht. Eine Anpassung der Parametrierung des Filters an Kenngrößen der detektierten Störschwingung ermöglicht somit in vorteilhafter Weise, eine gewünschte Unterdrückung der Störschwingung zu realisieren, wobei gleichzeitig eine möglichst geringe Verfälschung des Sollwertsignals gewährleistet wird.
Der Filter kann selbstverständlich auch ein so genannter Kerbfilter (notch-filter) sein. Auch kann der Filter ein Tiefpassfilter oder ein Hochpassfilter sein. Die Parameter der Filter sind in der Regel Grenzfrequenzen oder Mittenfrequenzen und ein Grad einer Abschwächung des gefilterten Signals. Auch kann der Filter ein Bandpassfilter sein.
In einer weiteren Ausführungsform wird mittels der Einheit zur Parametrierung mindestens ein Gewichtungsfaktor abhängig von der mindestens einen Kenngröße der Störschwingung und der Fahrsituation bestimmt. Der Gewichtungsfaktor liegt hierbei vorzugsweise zwischen 0 und 1. Das resultierende Sollwertsignal wird dann als Summe eines ersten Anteils und eines zweiten Anteils bestimmt. Hierbei ist der erste Anteil des resultierenden Sollwertsignals ein dem Gewichtungsfaktor entsprechender Anteil eines gefilterten Sollwertsignals, wobei das gefilterte Sollwertsignal erzeugt wird, indem das (ursprüngliche, also ungefilterte) Sollwertsignal mittels des Filters gefiltert wurde. Beträgt der Gewichtungsfaktor als 0,4, so beträgt der erste Anteil des resultierenden Sollwertsignals 40% des gefilterten Sollwertsignals. Hierbei wird also das gefilterte Sollwertsignal mit einem Faktor von 0.4 multipliziert, um den ersten Anteil des resultierenden Sollwertsignals zu erhalten.
Der zweite Anteil ist ein einem verbleibenden Anteil entsprechender Anteil des ursprünglichen, ungefilterten Sollwertsignals, wobei der zweite Anteil zu dem ersten Anteil addiert wird.
Der verbleibende zweite Anteil des resultierenden Sollwertsignals, im vorhergehend Beispiel also 60% des resultierenden Sollwertsignals, wird hierbei bestimmt, indem das ungefilterte Sollwertsignal mit einem Faktor multipliziert wird, der der Differenz zwischen 1 und dem Gewichtungsfaktor entspricht.
Das resultierende Sollwertsignal enthält somit einen gefilterten und ungefilterten Anteil.
Selbstverständlich ist auch vorstellbar, dass ungefilterte Sollwertsignal mit dem Gewichtungsfaktor zu multiplizieren wodurch ein erster (ungefilterter) Anteil des resultierenden Sollwertsignals erzeugt wird. Weiter wird das ungefilterte Sollwertsignal mit einem Faktor multipliziert, der der Differenz zwischen 1 und dem Gewichtungsfaktor entspricht, wodurch ein zweiter (ebenfalls ungefilterter) Anteil des resultierenden Sollwertsignals erzeugt wird. Nur der erste (ungefilterte) Anteil wird mittels des Filters gefiltert und dann zu dem zweiten (ungefilterten) Anteil des resultierenden Sollwertsignals addiert, wodurch das endgültig resultierende Sollwertsignal erzeugt wird.
Hierdurch ergibt sich weiter vorteilhafter Weise eine verbesserte Anpassung der Filterung des Sollwertsignals an eine detektierte Schwingung sowie eine Fahrsituation.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Sollwertsignal ein Lenkmomentsignal oder ein Rotorlagewinkelsignal oder ein Rotorgeschwindigkeitssignal. Selbstverständlich können auch weitere Signale, die als Eingangsgrößen (Sollwertsignal) der Regeleinheit dienen, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gefiltert werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird mittels der mindestens einen Einheit zur Bestimmung einer Fahrsituation die Fahrsituation in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eines Lenkwinkel und/oder einer Lenkwinkelgeschwindigkeit bestimmt. Hierbei kann die mindestens eine Einheit zur Bestimmung einer Fahrsituation z. B. Signale geeigneter Sensoren, z. B. eines Geschwindigkeitssensors, eines Lenkwinkelsensors oder eines Lenkwinkelgeschwindigkeitssensors, auswerten. Auch ist möglich, die vorhergehend genannten charakteristischen Größen einer Fahrsituation auf Grundlage weiterer Messgrößen zu schätzen oder zu berechnen. Beispielsweise kann eine Lenkwinkelgeschwindigkeit aus einem Lenkwinkelsignal berechnet werden, indem dieses differenziert wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Filter ein Tiefpassfilter, wobei eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters auf eine vorbestimmte Grenzfrequenz parametriert wird, falls mindestens ein spektraler Leistungsanteil einer über der vorbestimmten Grenzfrequenz liegenden Frequenz größer als ein vorbestimmter Schwellwert des Leistungsanteils ist und eine Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert der Geschwindigkeit oder 0 ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine insbesondere beim Parkieren des Fahrzeugs auftretende Eigenschwingung im Lenksystem zu filtern. Beim Parkieren weist das Kraftfahrzeug in der Regel eine Geschwindigkeit auf, die 0 ist oder kleiner als eine vorbestimmte Geschwindigkeit, z. B. kleiner als 5 km/h. Beim Parkieren werden in der Regel hohe manuelle Lenkmomente und somit auch hohe Unterstützungsmomente auf das Lenksystem aufgebracht. Hierbei können aufgrund dynamischer Eigenschaften des Lenksystems Elemente des Lenksystems, z. B. eine Lenksäule und eine Zahnstange, anfangen mit einer Eigenfrequenz des Lenksystems, z. B. einer Frequenz zwischen 30 Hz und 60 Hz, zu schwingen. Diese Schwingungen können als haptisch und/oder akustisch irritierend vom Kraftfahrzeugführer aufgefasst werden. Es ist daher wünschenswert. solche Schwingungen, insbesondere beim Parkieren auftretende Eigenschwingungen des Lenksystems, herauszufiltern.
Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Filterung eines Sollwertsignals in einem Lenksystem. Die Vorrichtung umfasst hierbei mindestens eine Einheit zur Bestimmung einer Störschwingung, mindestens eine Einheit zur Bestimmung einer Fahrsituation, mindestens eine Einheit zur Parametrierung eines Filters und mindestens einen Filter. Hierbei ist zumindest ein Teil des resultierenden Sollwertsignals bestimmbar, indem das Sollwertsignal mittels der Filtereinheit filterbar ist, wobei mittels des resultierenden Sollwertsignals ein Unterstützungsmoment, beispielsweise durch eine Regeleinheit, bestimmbar ist.
Erfindungsgemäß ist mittels der Einheit zur Bestimmung einer Störschwingung detektierbar, ob mindestens eine Störschwingung im Sollwertsignal enthalten ist. Mittels der mindestens einen Einheit zur Bestimmung einer Fahrsituation ist eine Fahrsituation ermittelbar, wobei mittels der Einheit zur Parametrierung mindestens ein Parameter des Filters abhängig von der mindestens einen Störschwingung und der Fahrsituation einstellbar ist. Mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung ist eines der vorhergehend erläuterten Verfahren durchführbar.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Filterung eines Sollwertsignals und
2 ein schematisches Blockschaltbild eines elektromechanischen Lenksystems.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Eigenschaften.
In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Filterung eines Lenkmomentsignals LM in einem elektromechanischen Lenksystem 22 (2) dargestellt. Hierbei umfasst die Vorrichtung 1 eine Einheit 2 zur Bestimmung einer Störschwingung, eine Einheit 3 zur Bestimmung einer Fahrsituation F, eine Einheit 4 zur Parametrierung und einen Filter 5. Mittels eines Lenkmomentsensors 6 wird hierbei ein Lenkmomentsignal LM eines manuellen Lenkmoments an einer z. B. in 2 dargestellten Lenksäule 20 erfasst. Der Lenkmomentsensor 6 ist hierbei datentechnisch mit der Einheit 2 zur Bestimmung einer Störschwingung verbunden. Die Einheit 2 zur Bestimmung einer Störschwingung bestimmt, ob eine Störschwingung in dem Lenkmomentsignal LM enthalten ist und ermittelt eine Frequenz ω und eine Amplitude A dieser Störschwingung. Die Einheit 3 ist datentechnisch mit einem Sensor 7 zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Sensor 8 zur Erfassung eines Lenkwinkels und einem Sensor 9 zur Erfassung einer Lenkwinkelgeschwindigkeit verbunden. Aus der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Lenkwinkel und der Lenkwinkelgeschwindigkeit bestimmt die Einheit 3 zur Bestimmung einer Fahrsituation eine Fahrsituation F. Die Fahrsituation F kann hierbei z. B. ein Zustandsgrößenvektor mit den Zuständen Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel, Lenkwinkelgeschwindigkeit sein oder einen charakteristischen numerischen Wert mittels geeigneter Berechnungsvorschriften oder Tabellen bestimmen. Hierbei überträgt die Einheit 3 zur Bestimmung einer Fahrsituation F die Fahrsituation F an die Einheit 4 zur Parametrierung. Gleichzeitig überträgt die Einheit 2 zur Bestimmung einer Störgröße die Frequenz ω und die Amplitude A der Störschwingung an die Einheit 4 zur Parametrierung. In Abhängigkeit der derart übertragenen Kenngrößen ω, A der Störschwingung und der Fahrsituation F bestimmt die Einheit 4 zur Parametrierung einen Parametersatz P und einen Gewichtungsfaktor X. Der Filter 5 wird dann mittels der in dem Parametersatz P enthaltenen Parameter parametriert. Weiter filtert der derart parametrierte Filter 5 das Lenkmomentsignal LM. Der Gewichtungsfaktor X wird datentechnisch an eine Multiplikationseinheit 10 übertragen, die ebenfalls Bestandteil der Vorrichtung 1 zur Filterung eines Lenkmomentsignals LM ist. Hierbei wird das vom Filter 5 gefilterte Lenkmomentsignal mit dem Gewichtungsfaktor X multipliziert. Gleichzeitig wird das vom Lenkmomentsensor 6 erfasste Lenkmomentsignal LM mittels einer Multiplikationseinheit 11, die ebenfalls Bestandteil der Vorrichtung 1 ist, mit einem Faktor multipliziert, der einer Differenz zwischen dem Wert 1 und dem Gewichtungsfaktor X entspricht. Der Wert 1 ist hierbei durch die Einheit 23 schematisch dargestellt. Das von der ersten Multiplikationseinheit 10 berechnete Signal bildet hierbei einen ersten Anteil eines resultierenden Lenkmomentsignals LM_R. Das von der zweiten Multiplikationseinheit 11 berechnete Signal bildet einen zweiten Anteil des resultierenden Lenkmoments LM_R. Mittels einer Additionseinheit 12, die ebenfalls Bestandteil der Vorrichtung 1 ist, wird der erste Anteil zu dem zweiten Anteil addiert, wodurch das resultierende Lenkmomentsignal LM_R erzeugt wird. Dieses resultierende Lenkmomentsignal LM_R wird dann z. B. an eine Regeleinheit 13 datentechnisch übertragen.
In 2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines elektromechanischen Lenksystems 22 dargestellt. Das elektromechanische Lenksystem 22 umfasst hierbei eine Lenkhandhabe 14, einen Sensor 8 zur Erfassung eines Lenkwinkels, eine Zahnstange 16, einen Servomotor 17, eine Regeleinheit 13, einen Lenkmomentsensor 6 und einen Rotorlagesensor 18. Hierbei ist der elektromechanische Servomotor 17 über ein Getriebe 19 mit der Zahnstange 16 mechanisch gekoppelt. Die Lenkhandhabe 14 ist über eine Lenksäule 20 und ebenfalls über ein Getriebe 21 mit der Zahnstange 16 mechanisch gekoppelt. Hierbei sind das Getriebe 21 und der Lenkmomentsensor 6 als eine Einheit dargestellt. Das mittels des Lenkmomentsensors 6 erfasste Lenkmoment LM wird, wie in 1 erläutert, mittels der Vorrichtung 1 zur Filterung des Lenkmomentsignals LM gefiltert. Ebenso kann eine Rotorlage bzw. ein Rotorlagesignal RL mittels einer Vorrichtung 1' zur Filterung eines Rotorlagesignals RL gefiltert werden, wobei die Vorrichtung 1' analog zu der in 1 dargestellten Vorrichtung 1 zur Filterung eines Lenkmomentsignals LM aufgebaut ist. Hierbei ist dargestellt, dass die Vorrichtung 1 zur Filterung des Lenkmomentsignals LM und die Vorrichtung 1 zur Filterung des Rotorlagesignals RL datentechnisch mit einem Sensor 7 zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Sensor 8 zur Erfassung eines Lenkwinkels und einem Sensor 9 zur Erfassung einer Lenkwinkelgeschwindigkeit verbunden sind. Die Regeleinheit 13 berechnet dann eine Eingangsgröße i_A, insbesondere einen Eingangsstrom, des Servomotors 17 in Abhängigkeit eines Lenkwinkelsignals, eines resultierenden Lenkmomentsignals LM_R und eines resultierenden Rotorlagesignals RL_R.
Bezugszeichenliste

1, 1': Vorrichtung zur Filterung eines Lenkmomentsignals
2: Einheit zur Bestimmung einer Störschwingung
3: Einheit zur Bestimmung einer Fahrsituation
4: Einheit zur Parametrierung
5: Filter
6: Lenkmomentsensor
7: Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
8: Lenkwinkelsensor
9: Lenkwinkelgeschwindigkeitssensor
10: erste Multiplikationseinheit
11: zweite Multiplikationseinheit
12: Additionseinheit
13: Regeleinheit
14: Lenkrad
15: Sensor zur Erfassung eines Lenkwinkels
16: Zahnstange
17: Servomotor
18: Rotorlagesensor
19: Getriebe
20: Lenksäule
21: Getriebe
22: elektromechanisches Lenksystem
23: Einheit
LM: Lenkmomentsignal
RL: Rotorlagesignal
X: Gewichtungsfaktor
LM_R: resultierendes Lenkmomentsignal
RL_R: resultierendes Rotorlagesignal
ω: Kreisfrequenzen
A: Amplitude
F: Fahrsituation
i_A: Eingangsstrom des Servomotors

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 602005000165 T2 [0006]

Claims

Verfahren zur Filterung eines Sollwertsignals (LM, RL) in einem Lenksystem, wobei zumindest ein Teil eines resultierenden Sollwertsignals (LM_R, RL_R) bestimmt wird, indem das Sollwertsignal (LM, RL) mittels eines Filters (5) gefiltert wird, wobei das resultierende Sollwertsignals (LM_R, RL_R) zur Bestimmung eines Unterstützungsmoments dient, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Einheit (2) zur Bestimmung einer Störschwingung detektiert wird, ob mindestens eine Störschwingung im Sollwertsignal (LM, RL) enthalten ist, wobei mittels mindestens einer Einheit (3) zur Bestimmung einer Fahrsituation (F) eine Fahrsituation (F) ermittelt wird, wobei mittels einer Einheit (4) zur Parametrierung mindestens ein Parameter des Filters (5) abhängig von der mindestens einen Störschwingung und der der Fahrsituation (F) eingestellt wird, falls mindestens eine Störschwingung im Sollwertsignal (LM, RL) enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (2) zur Bestimmung einer Störschwingung mindestens eine Kenngröße (ω, A) der mindestens einen im Sollwertsignal (LM, RL) enthaltenen Störschwingung bestimmt, falls mindestens eine Störschwingung im Sollwertsignal (LM, RL) enthalten ist, wobei mittels der Einheit (4) zur Parametrierung mindestens ein Parameter des Filters (5) abhängig von der mindestens einen Kenngröße (ω, A) der mindestens einen Störschwingung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Einheit (4) zur Parametrierung mindestens ein Gewichtungsfaktor (X) abhängig von der mindestens einen Kenngröße (ω, A) der Störschwingung und der Fahrsituation (F) bestimmt wird. wobei das resultierende Sollwertsignal (LM_R, RL_R) als Summe eines ersten Anteils des resultierenden Sollwertsignals (LM_R, RL_R) und eines zweiten Anteils des resultierenden Sollwertsignals (LM_R, RL_R) bestimmt wird, wobei der erste Anteil ein dem Gewichtungsfaktor (X) entsprechender Anteil des mittels des Filters (5) gefilterten Sollwertsignals (LM_R, RL_R) ist, wobei der zweite Anteil ein einem verbleibenden Anteil entsprechender Anteil des ungefilterten Sollwertsignals (LM_R, RL_R) ist, wobei der zweite Anteil zu dem ersten Anteil addiert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollwertsignal (LM, RL) ein Lenkmomentsignal (LM) oder ein Rotorlagesignal (RL) oder ein Rotorgeschwindigkeitssignal ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens einen Einheit (3) zur Bestimmung einer Fahrsituation eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder ein Lenkwinkel und/oder eine Lenkwinkelgeschwindigkeit als Kenngröße der Fahrsituation ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (5) ein Tiefpassfilter ist, wobei eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters auf eine vorbestimmte Grenzfrequenz parametriert wird, falls mindestens ein spektraler Leistungsanteil einer über der vorbestimmten Grenzfrequenz liegenden Frequenz größer als ein vorbestimmter Schwellwert des Leistungsanteils ist und eine Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert der Geschwindigkeit oder Null ist.
Vorrichtung zur Filterung eines Sollwertsignals in einem Lenksystem, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine Einheit (2) zur Bestimmung einer Störschwingung, mindestens eine Einheit (3) zur Bestimmung einer Fahrsituation, mindestens eine Einheit (4) zur Parametrierung eines Filters (5) und mindestens einen Filter (5) umfasst, wobei zumindest ein Teil eines resultierenden Sollwertsignals (LM_R, RL_R) bestimmbar ist, indem das Sollwertsignal (LM, RL) mittels des Filters (5) filterbar ist, wobei mittels des resultierenden Sollwertsignals (LM_R, RL_R) ein Unterstützungsmoment bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Einheit (2) zur Bestimmung einer Störschwingung detektierbar ist, ob mindestens eine Störschwingung im Sollwertsignal (LM, RL) enthalten ist, wobei mittels mindestens der Einheit (3) zur Bestimmung einer Fahrsituation (F) eine Fahrsituation (F) ermittelbar ist, wobei mittels einer Einheit (4) zur Parametrierung mindestens ein Parameter des Filters (5) abhängig von der mindestens einen Störschwingung und der Fahrsituation (F) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Einheit (2) zur Bestimmung einer Störschwingung mindestens eine Kenngröße (ω, A) der mindestens einen im Sollwertsignal (LM, RL) enthaltenen Störschwingung bestimmbar ist, wobei mittels der Einheit (4) zur Parametrierung mindestens ein Parameter des Filters (5) abhängig von der mindestens einen Kenngröße (ω, A) der mindestens einen Störschwingung einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine Additionseinheit (12) umfasst, wobei mittels der Einheit zur Parametrierung (4) mindestens ein Gewichtungsfaktor (X) abhängig von der mindestens einen Kenngröße (ω, A) der Störschwingung und der Fahrsituation (F) bestimmbar ist, wobei das resultierende Sollwertsignal (LM_R, RL_R) als Summe eines ersten Anteils des resultierenden Sollwertsignals (LM_R, RL_R) und eines zweiten Anteils des resultierenden Sollwertsignals (LM_R, RL_R) bestimmbar ist, wobei der erste Anteil ein dem Gewichtungsfaktor (X) entsprechender Anteil des mittels des Filters (5) filterbaren Sollwertsignals (LM_R, RL_R) ist, wobei der zweite Anteil ein einem verbleibenden Anteil entsprechender Anteil des ungefilterten Sollwertsignals (LM_R, RL_R) ist, wobei der zweite Anteil ungefiltert zu dem ersten Anteil mittels der Additionseinheit (12) addierbar ist.