DE102012107595B4

DE102012107595B4 - Verfahren zur ermittlung eines soll-vorgabewerts für einen zielstromwert eines servomotors in einer elektrischen hilfs- oder fremdkraftlenkung

Info

Publication number: DE102012107595B4
Application number: DE102012107595.6A
Authority: DE
Inventors: Arnulf Heilig
Original assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2032-08-21
Also published as: DE102012107595A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Soll-Vorgabewerts (yMServo) für das von einem elektrischen Servomotor abzugebende Motormoment (MM) in einer Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug, wobei in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit (vFzg) und eines Handmoments (MD) ein Basis-Bemessungswert (xB) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – in Abhängigkeit des Basis-Bemessungswerts (xB) und des Handmoments (MD) ein in seiner Steigung begrenzter Stabil-Bemessungswert (xS) ermittelt wird, – in Abhängigkeit eines Differenzwerts (xD) zwischen dem Basis-Bemessungswert (xB) und dem Stabil-Bemessungswert (xS) ein Langsam-Bemessungswert (xL) ermittelt wird, – der Stabil-Bemessungswert (xS) und der Langsam-Bemessungswert (xL) zur Bildung des Soll-Vorgabewerts (yMServo) für den Servomotor verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen, wenn das Programm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere auf einem Steuergerät einer Hilfs- oder Fremdkraftlenkung, ausgeführt wird. Gegenstand der Erfindung ist auch ein entsprechendes Steuergerät für den Betrieb einer Hilfs- oder Fremdkraftlenkung, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung oder zur Ausführung eines entsprechenden Computerprogramms, sowie eine Hilfs- oder Fremdkraftlenkung, ausgestattet mit einem entsprechenden Steuergerät.
In einer elektrisch betriebenen Hilfskraftlenkung nach dem Stand der Technik wird die Unterstützungskennlinie, die das Unterstützungsmoment in Abhängigkeit des Drehstabmoments vorgibt, durch den Fahrzeughersteller für einen bestimmten Fahrzeugtyp weitgehend frei applizierbar ausgeführt.
Abhängig von den Steigungen der Kennlinie kann das gesamte System unruhig werden und in besonders dramatischen Fällen zu Schwingungen neigen.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine Vielzahl von Kombinationsregelungen derart zu kombinieren, dass keine Interferenzen zwischen ihnen auftreten. Ein derartiges Verfahren ist der DE 10 2007 039 885 B4 zu entnehmen:
Hierbei wird eine Steuerverstärkung, die sich auf den Zielstromwert des Servomotors auswirkt, ermittelt. Die Steuerverstärkung wird in Abhängigkeit einer momentanen Lenkwinkelgeschwindigkeit, einem Spurhaltesteuersignal, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer festgestellten Abnormalität eines Lenkdrehmomentsensors auf einen Wert von 0 und 1 festgelegt.
Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren die DE 10 2005 023 539 A1 und die DE 697 28 704 T2 bekannt. Beide Schriften befassen sich mit verschiedenen Verbesserungen hinsichtlich der Generierung eines Sollwerts für ein von einem Servomotor einer elektrischen Servolenkung aufzubringendes Unterstützungsmoment in Abhängigkeit eines gemessenen Lenkdrehmoments.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieben einer elektrischen Servolenkung vorzuschlagen, das zum einen eine einfache Applikation nach Vorgaben und Wunsch des Fahrzeugherstellers ermöglicht und zum anderen eine hohe Regelstabilität in vielen Fahrsituationen aufweist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln mit den Merkmalen des Anspruchs 8, durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Hilfs- oder Fremdkraftlenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Soll-Vorgabewerts für das von einem elektrischen Servomotor abzugebende Motormoment in einer Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, bei dem

– in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Handmoments ein Basis-Bemessungswert ermittelt wird, und
– in Abhängigkeit des Basis-Bemessungswerts und des Handmoments ein in seiner Steigung begrenzter Stabil-Bemessungswert ermittelt wird,
– in Abhängigkeit des Differenzwerts zwischen dem Basis-Bemessungswert und dem Stabil-Bemessungswert ein Langsam-Bemessungswert ermittelt wird,
– der Stabil-Bemessungswert und der Langsam-Bemessungswert zur Bildung des Soll-Vorgabewerts (yMServo) für den Servomotor verwendet wird.

Dabei ist es von Vorteil, dass der Differenzwert (x_D) gefiltert wird, um den Langsam-Bemessungswerts (x_L) zu ermitteln.
Von Vorteil ist es auch, den Stabil-Bemessungswert und/oder der Langsam-Bemessungswert (X_L) gleich oder unterschiedlich zu gewichten.
Bevorzugt werden der Stabil-Bemessungswert und der Langsam-Bemessungswert addiert und deren Summe zur Bildung des Soll-Vorgabewerts (yMServo) für den Servomotor verwendet.
Eine weitere Ausbildung des Verfahrens sieht vor, dass zusätzlich die Änderungsgeschwindigkeit des Handmoments und/oder die Änderungsgeschwindigkeit des Stabil-Bemessungswertes zur Bildung der Motormoment-Sollvorgabe beitragen.
Hierzu ist es vorgesehen dass die Änderungsgeschwindigkeit des Handmoments mit einem Faktor multipliziert und die Änderungsgeschwindigkeit des Stabil-Bemessungswertes mit einem weiteren Faktor multipliziert wird, wobei die Summe aus beiden Werten zur Bildung der Motormoment-Sollvorgabe beiträgt.
Des Weiteren ist es vorgesehen, dass die Änderungsgeschwindigkeit der Rotordrehzahl des Servomotors mit einem Faktor multipliziert wird und zur Bildung der Motormoment-Sollvorgabe beiträgt.
1 zeigt ein Übertragungsglied in Form einer typischen Unterstützungskennlinie für einen bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitswert. Diese Kennlinie repräsentiert ein grundlegendes Verhalten der Lenkung bezüglich des vom Servomotor zur Lenkunterstützung abgegebenen Motormoments M_M in Abhängigkeit zur Eingangsgröße Handmoment M_D. Kennlinie KI-1 zeigt hierbei eine instabile Kennlinie, die zu unerwünschten Instabilitäten eines Lenkungsreglers in Form von Rattern und Schwingungen führen kann. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie ab einem gewissen Handmoment die Lenkunterstützung drastisch ansteigen lässt. Kennlinie KI-2 zeigt eine stabil verlaufende Lenkunterstützung, bei der keine Instabilitäten des Reglers auftreten.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zur Bestimmung eines Motormoments M_M für einen elektrischen Servomotor in einer Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug nachfolgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
Ein Basis-Übertragungsglied B ermittelt in Abhängigkeit einer Fahrzuggeschwindigkeit v_Fzg und eines Handmoments M_D einen Basis-Bemessungswert x_B. Das Basis-Übertragungsglied B ist beispielhaft als Kennlinie nach den Vorgaben des Fahrzeugherstellers appliziert. Es liefert in Abhängigkeit einer momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und eines momentanen Handmoments den Basis-Bemessungswert x_B. Typischerweise sind mehrere Kennlinien (siehe hierzu auch die Beschreibung zur 1) hinterlegt und mögliche Zwischenwerte für die Bestimmung des Bemessungswerts für jede Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg und jedes Handmoment M_D mittels Interpolierung numerisch ermittelt. Das vom Servomotor abzugebende Servo-Unterstützungsmoment M_M ist damit im Wesentlichen eine Funktion M_M = f(v_Fzg, M_D) des Handmoments und der Fahrzuggeschwindigkeit. Analog gilt dies auch für den entsprechenden Soll-Vorgabewert des Motorstromwerts yM_Servofür den Servomotor. Ein Stabil-Übertragungsglied S ermittelt in Abhängigkeit des Basis-Bemessungswerts (x_B) und des Handmoments M_D einen in seiner Steigung begrenzten, als „stabil” bewerteten Stabil-Bemessungswert x_S. Dieser Anteil stellt einen schnellen Unterstützungs-Anteil dar, wie er insbesondere beim so genannten „Anlenken” von Vorteil ist.
Der Stabil-Bemessungswert xs liefert, insbesondere während einer bei einem Anlenkvorgang angeforderten schnellen und hohen Lenkunterstützung, einen „abgesicherten” stabilen Anteil zur Bildung des Motormoments. Diese Anteile werden unverzögert zur Bildung des Gesamt-Motormoments weitergeleitet. Das Stabil-Übertragungsglied ist bevorzugt als Kennlinie hinterlegt.
Selbst bei steilen Unterstützungskennlinienvorgaben des Fahrzeugherstellers lässt sich damit ein sich stabil verhaltendes und ohne hohen Aufwand zu applizierendes Lenksystem realisieren.
Durch eine Differenzwertbildung mittels des Glieds D wird von dem Basis-Bemessungsglied x_B der schnelle Bemessungsanteil x_S abgetrennt und ein Differenzwert X_D ermittelt. Dies entspricht somit einem Unterschieds-Wert, der sich aus den Vorgaben der applizierten Kennlinie des Basis-Übertragungsglieds und der als sicher angenommenen Stabil-Übertragungsglieds ergibt.
In Abhängigkeit eines Differenzwerts x_D zwischen dem Basis-Bemessungswert x_B und dem Stabil-Bemessungswert x_S wird nachfolgend ein Langsam-Bemessungswert x_L ermittelt.
Mittels einer Filterstufe F, die im Ausführungsbeispiel als zeitverzögerndes PT1-Glied ausgeführt ist, erfolgt eine Filterung der Differenzwerts x_D um den Langsam-Bemessungswert x_L zu ermitteln.
Der Stabil-Bemessungswert x_S und der Langsam-Bemessungswert x_L werden nachfolgend zur Bildung des Soll-Vorgabewerts yMServo für den Servomotor verwendet.
Dies stellt sicher, dass das vom Fahrzeughersteller gewünschte Lenkgefühl, welches im Wesentlichen durch das Basis-Übertragungsglied B abgebildet ist, sich innerhalb einer gewissen Zeit beim Fahrer bemerkbar macht.
Gegebenfalls ist es vorgesehen, den Stabil-Bemessungswert x_S und den Langsam-Bemessungswert x_L unterschiedlich zu gewichten.
Bevorzugt wird der Stabil-Bemessungswert x_S und der Langsam-Bemessungswert x_L miteinander addiert und die Summe zur Bildung des Soll-Vorgabewerts yMServo für den Servomotor verwendet.
Des Weiteren ist es vorgesehen, die Änderungsgeschwindigkeit des Handmoments dM_D/dt und/oder die Änderungsgeschwindigkeit des Stabil-Bemessungswertes dx_s/dt zur Bildung der Motormoment-Sollvorgabe yM_Servo heranzuziehen.
Hierzu wird die Änderungsgeschwindigkeit des Handmoments dM_D/dt mit einem Faktor k_D2 multipliziert und die Änderungsgeschwindigkeit des Stabil-Bemessungswertes dx_s/dt mit einem weiteren Faktor k_D1 multipliziert wird und die Summe aus beiden Werten zur Bildung der Motormoment-Sollvorgabe yM_Servo verwendet.
Zusätzlich wird die Änderungsgeschwindigkeit der Rotordrehzahl dV_Rot/dt des Servomotors mit einem Faktor k_T multipliziert wird und ebenfalls zur Bildung der Motormoment-Sollvorgabe yM_Servo verwendet.
Im Prinzip lässt sich die vorgestellte Erfindung auch auf eine Regelung mit einem geschlossenen Regelkreis übertragen, um gezielt ein vorgegebenes Drehstabmoment M_D zu regeln. Hierbei dient das Motor-Moment quasi als Stellgröße für ein vorgegebenes Soll-Drehstabmoment, wobei die Regeldifferenz aus dem Unterschied zwischen Soll- und ist-Drehstabmoments ermittelt wird. Die Vorgabe durch das Basis-Übertragungsgliedes B liefert dann ein „Wunsch”- oder Soll-Drehstabmoment mittels eines Fahrzeug- und Fahrdynamik-Modells in Abhängigkeit von weiteren fahrphysikalischen Eingangsgrößen beziehungsweise einer gemessenen oder geschätzten Zahnstangenkraft.
Bezugszeichenliste

B

Basis-Übertragungsglied

KI-1

Kennlinie, instabil

KI-2

Kennlinie, stabil

S

Stabil-Übertragungsglied

D

Differenzwert-Bestimmungsglied

F

Filterstufe

M_M

Servomotor-Motormoment

M_D

Handmoment, Drehstabmoment

PT1

Verzögerungsglied

V_Fzg

Fahrzeuggeschwindigkeit

V_Rot

Rotorgeschwindigkeit Servomotor

x_B

Basis-Bemessungswert

x_S

Stabil-Bemessungswert

x_D

Differenzwert

x_L

Langsam-Bemessungswert

yM_Servo

Motormoment-Sollvorgabe; Soll-Vorgabewert für den Servomotor

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Soll-Vorgabewerts (yM_Servo) für das von einem elektrischen Servomotor abzugebende Motormoment (M_M) in einer Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug, wobei in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit (v_Fzg) und eines Handmoments (M_D) ein Basis-Bemessungswert (x_B) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – in Abhängigkeit des Basis-Bemessungswerts (x_B) und des Handmoments (M_D) ein in seiner Steigung begrenzter Stabil-Bemessungswert (x_S) ermittelt wird, – in Abhängigkeit eines Differenzwerts (x_D) zwischen dem Basis-Bemessungswert (x_B) und dem Stabil-Bemessungswert (x_S) ein Langsam-Bemessungswert (x_L) ermittelt wird, – der Stabil-Bemessungswert (x_S) und der Langsam-Bemessungswert (x_L) zur Bildung des Soll-Vorgabewerts (yM_Servo) für den Servomotor verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzwert (x_D) gefiltert wird, um den Langsam-Bemessungswerts (x_L) zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabil-Bemessungswert und/oder der Langsam-Bemessungswert (x_L) gewichtet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabil-Bemessungswert (x_S) und der Langsam-Bemessungswert (x_L) addiert werden und deren Summe zur Bildung des Soll-Vorgabewerts (yM_Servo) für den Servomotor verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Änderungsgeschwindigkeit des Handmoments (dM_D/dt) und/oder die Änderungsgeschwindigkeit des Stabil-Bemessungswertes (dx_s/dt) zur Bildung der Motormoment-Sollvorgabe (yM_Servo) beitragen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsgeschwindigkeit des Handmoments (dM_D/dt) mit einem Faktor (k_D2) multipliziert und die Änderungsgeschwindigkeit des Stabil-Bemessungswertes (dx_s/dt) mit einem weiteren Faktor (k_D1) multipliziert wird und die Summe aus beiden Werten zur Bildung der Motormoment-Sollvorgabe (yM_Servo) beitragen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsgeschwindigkeit der Rotordrehzahl (dV_Rot/dt) des Servomotors mit einem Faktor (k_T) multipliziert wird und zur Bildung der Motormoment-Sollvorgabe (yM_Servo) beiträgt.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere auf einem Steuergerät einer Hilfs- oder Fremdkraftlenkung, ausgeführt wird.
Steuergerät einer Hilfs- oder Fremdkraftlenkung eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder zur Ausführung eines Computerprogramms nach Anspruch 8.
Hilfs- oder Fremdkraftlenkung mit einem Steuergerät nach Anspruch 9.