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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft allgemein eine Druckkompensation in einem hydraulischen Lenkungssystem.
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Herkömmliche hydraulische Lenkungssysteme verwenden eine Servolenkungspumpe, um druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid für ein Lenkgetriebe bereitzustellen. Wenn ein Fahrer ein zunehmendes Drehmomentniveau auf ein Lenkventil aufbringt, das in das Lenkgetriebe eingebaut ist, antwortet die Servolenkungspumpe darauf, indem sie den Hydraulikdruck an dem Lenkgetriebe erhöht. Es wurde ein magnetisches Drehmomentüberlagerungssystem entwickelt, das einen magnetischen Aktor in die Ventilanordnung aufnimmt.
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Der magnetische Aktor in der Ventilanordnung stellt eine weitere Möglichkeit zum Steuern des Hydrauliksystems durch zusätzliche automatisierte Algorithmen bereit. Eine Implementierung dieser zusätzlichen Algorithmen erfordert, dass der Lenkungsdruck das von dem Fahrer aufgebrachte Drehmoment akkurat repräsentiert. Gegenwärtige Lösungen erfordern ein genaues Abstimmen von Komponenten in den Kanälen von Drucksensoren, was die Kalibrierungszeit eines hydraulischen Systems vergrößern kann.
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Folglich ist es wünschenswert, den Drucksensor zu kalibrieren, ohne Druckkanäle zum Zeitpunkt der Montage oder Fertigung abstimmen zu müssen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung enthält das System ein hydraulisches Lenkungssystem, das ein Schätzmodul enthält, welches einen Trimmwert aus mindestens einem Gegendruck schätzt, der an einer Ventilanordnung in einem Lenkgetriebe erfasst wurde. Das System enthält ferner ein Kompensationsmodul, welches den Trimmwert auf Druckmesswerte an der Ventilanordnung in dem Lenkgetriebe anwendet.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Kompensieren eines Drucks in einem hydraulischen Lenkungssystem, dass ein erster Druckwert und ein zweiter Druckwert von einem Drucksensor ermittelt werden, der mit entgegengesetzten Seiten einer Ventilanordnung verbunden ist, die mit einander entgegengesetzten Seiten eines Kolbens wirksam verbunden ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein augenblicklicher Gegendruckwert aus dem ersten Druckwert und dem zweiten Druckwert gewählt wird, dass ein Differenzwert ermittelt wird, indem der augenblickliche Gegendruckwert von einem durchschnittlichen Gegendruckwert subtrahiert wird, und dass ein nachfolgender erster Druck und ein nachfolgender zweiter Druck zumindest teilweise auf der Grundlage eines Trimmwerts, welcher mit dem Differenzwert berechnet wird, kompensiert werden.
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Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser verstanden werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird speziell dargelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung getrennt beansprucht. Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen:
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1 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs ist, das ein hydraulisches Servolenkungssteuerungssystem in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung enthält;
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2 ein vereinfachtes Blockdiagramm in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform eines Steuerungsmoduls der Erfindung ist;
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3 eine graphische Darstellung einer Drucksensorausgabe in Übereinstimmung mit der Erfindung ist;
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4 ein vereinfachtes Blockdiagramm in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform eines Steuerungsmoduls der Erfindung ist;
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5 ein Verfahren in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug nun auf die Figuren, in denen die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wird, ohne sie einzuschränken, und speziell mit Bezug auf 1, in der die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wird, ohne sie einzuschränken, ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Fahrzeugs 10 dargestellt, das ein Lenkungssystem 12 enthält. In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Lenkungssystem 12 ein Lenkrad 14, das mit einer Lenkwelle 16 gekoppelt ist. Die Begriffe Modul und Teilmodul bezeichnen, so wie sie hier verwendet werden, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, können die nachstehend beschriebenen Teilmodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden, um auf analoge Weise eine Straßenradstörung am Lenkrad auf der Grundlage von Radgeschwindigkeitssignalen zu steuern.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Lenkungssystem ein hydraulisches Lenkungssystem, das ferner eine Lenkungsunterstützungseinheit 18 enthält. Die Lenkungsunterstützungseinheit 18 koppelt die Lenkwelle 16 des Lenkungssystems 12 mit Spurstangen 20, 22 des Fahrzeugs 10. Die Lenkungsunterstützungseinheit 18 enthält beispielsweise einen (nicht gezeigten) Lenkungsmechanismus mit Zahnstange und Ritzel, der durch die Lenkwelle 16 mit einem Motor und einem Getriebe eines Lenkungsaktors gekoppelt sein kann.
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Im Betrieb wird, wenn das Lenkrad 14 von einem Fahrzeugbediener gedreht wird, eine Ventilanordnung magnetisch betätigt, wodurch ein Druck an einem Kolben innerhalb der Lenkungsunterstützungseinheit 18 erzeugt wird. Der magnetische Aktor verändert das Drehmoment, das benötigt wird, um die Spurstangen 20, 22 zu bewegen. Die Bewegung der Spurstangen 20, 22 dreht Lenkungsachsschenkel 24 bzw. 26, die mit Straßenrädern 28 bzw. 30 des Fahrzeugs 10 gekoppelt sind.
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Das Fahrzeug 10 enthält ferner verschiedene Sensoren 31, 32, 33, welche beobachtbare Bedingungen des Lenkungssystems 12 und/oder des Fahrzeugs 10 detektieren und messen. Die Sensoren 31, 32, 33 erzeugen Sensorsignale auf der Grundlage der beobachtbaren Bedingungen. In einem Beispiel ist der Sensor 31 ein Lenkradwinkelsensor, der den Winkel erfasst, der von dem Bediener des Fahrzeugs 10 auf das Lenkrad 14 aufgebracht wird. Der Winkelsensor erzeugt auf der Grundlage dessen ein Lenkradwinkelsignal. Bei einem anderen Beispiel ist der Sensor 32 ein Drucksensor, der einen Hydraulikdruck in der Lenkungsunterstützungseinheit 18 misst. Der Sensor 32 erzeugt auf der Grundlage dessen einen Druckwert. Bei noch einem anderen Beispiel ist der Sensor 33 ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der eine Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Rads 30 erfasst. Der Sensor 33 erzeugt auf der Grundlage dessen ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal.
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Ein Steuerungsmodul 40 steuert den Betrieb des Lenkungssystems 12 auf der Grundlage von einem oder mehreren der Sensorsignale und ferner auf der Grundlage der Systeme und Verfahren zur Lenkungssteuerung der vorliegenden Offenbarung. Die Systeme und Verfahren zur Lenkungssteuerung der vorliegenden Offenbarung ermitteln allgemein einen Druckjustierungswert oder Trimmwert und addieren den Trimmwert während einer Richtungsänderung, um jegliche systematische Messabweichung zu normieren, der im Lenkungssystem vorhanden ist.
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Mit Bezug nun auf 2 ist ein Überblick über das Steuerungsmodul 40 gezeigt. Insbesondere umfasst das Steuerungsmodul ein Schätzmodul 210, das einen Trimmwert aus Drücken schätzt, die an einer Ventilanordnung oder an einem Kolben erfasst wurden. Der Trimmwert wird dann von einem Kompensationsmodul 220 angewendet, wie nachstehend in größerem Detail beschrieben wird.
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Das Schätzmodul 210 überwacht Daten von dem vorstehend beschriebenen Sensor 32. Der Sensor 32 beschafft Druckdaten von mindestens zwei Druckkanälen, die mit entgegengesetzten Umkehrseiten eines Kolbens verbunden sind. Der Drucksensor 32 überwacht die entgegengesetzten Umkehrseiten gleichzeitig und überträgt Druckmesswerte mit mindestens einer Frequenz an das Schätzmodul 210.
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Die von dem Drucksensor 32 übertragenen Druckmesswerte werden von dem Schätzmodul 210 abgetastet und interpretiert. Aus den Druckmesswerten berechnet das Schätzmodul einen ersten Druck an einer ersten Seite des Kolbens und einen zweiten Druck an einer zweiten Seite des Kolbens. Der erste Druck und der zweite Druck sind augenblickliche Lesewerte des Drucks in jedem Kanal bei einem gegebenen Zeitpunkt.
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Das Schätzmodul 210 wertet dann den ersten Druck und den zweiten Druck aus, um aus dem ersten Druck und aus dem zweiten Druck einen Gegendruckwert zu ermitteln. Ein Gegendruckwert ist typischerweise ein Druckwert in einem Kanal, der eine geringere Amplitude als der Druck in dem entgegengesetzten Kanal aufweist. Der Gegendruck resultiert aus einem Druck an dem Kolben, der durch Drosselstellen stromabwärts erzeugt wird, welche Rückführschläuche und einen Vorratsbehälterdruck umfassen (aber nicht darauf beschränkt sind).
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Aus dem ersten Druckwert und dem zweiten Druckwert ermittelt das Schätzmodul 210, dass der Druckwert mit der niedrigeren Amplitude einen augenblicklichen Gegendruckwert repräsentiert. Zudem ermittelt das Schätzmodul 210, dass der Druckwert mit der größeren Amplitude ein augenblicklicher Systemdruckwert ist. Wenn die Amplituden des ersten Druckwerts und des zweiten Druckwerts gleich sind, kann das Schätzmodul 210 beispielsweise willkürlich einen augenblicklichen Gegendruckwert aus dem ersten Druckwert und dem zweiten Druckwert wählen.
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Das Schätzmodul subtrahiert dann den augenblicklichen Gegendruckwert von einem durchschnittlichen Gegendruckwert, um einen Differenzwert zu ermitteln. Der durchschnittliche Gegendruckwert wird bei vorherigen Abtastungen von augenblicklichen Gegendruckwerten, welche während einer Bewegung des Kolbens aus den mindestens zwei Kanälen beschafft wurden, über die Zeit berechnet. Der Differenzwert, der eine Differenz zwischen dem augenblicklichen Gegendruckwert und dem durchschnittlichen Gegendruckwert ist, repräsentiert einen Fehlerbereich zu einem gegebenen Zeitpunkt.
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Das Schätzmodul bewertet zusätzlich die Amplitude des Differenzwerts. Der Differenzwert wird über die Zeit integriert, um den Trimmwert zu ermitteln.
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Das Schätzmodul gibt den Trimmwert an das Kompensationsmodul 220 des Steuerungsmoduls 40 aus. Der Trimmwert wird von dem Kompensationsmodul 220 auf Druckmesswerte angewendet, welche einen nachfolgenden augenblicklichen Gegendruckwert und einen nachfolgenden augenblicklichen Systemdruckwert umfassen. Sowohl der nachfolgende augenblickliche Gegendruckwert als auch der nachfolgende augenblickliche Systemdruckwert werden in Abhängigkeit von ihrer Beziehung zu dem durchschnittlichen Gegendruckwert durch den Trimmwert justiert.
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Insbesondere addiert das Kompensationsmodul 220 den Trimmwert zu dem nachfolgenden augenblicklichen Gegendruckwert, wenn die Amplitude des augenblicklichen Gegendruckwerts kleiner als die Amplitude des durchschnittlichen Gegendruckwerts ist. Alternativ subtrahiert das Kompensationsmodul den Trimmwert von einem nachfolgenden augenblicklichen Gegendruckwert, wenn die Amplitude des augenblicklichen Gegendruckwerts größer als die Amplitude des durchschnittlichen Gegendruckwerts ist.
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Das Kompensationsmodul 220 wird über einen Regelkreis für nachfolgende augenblickliche Gegendruckwerte wiederholt, bis der augenblickliche Gegendruckwert innerhalb eines geeigneten vorbestimmten Fehlerbereichs liegt. Zu diesem Zweck fährt das Kompensationsmodul damit fort, die Werte des Gegendrucks und des Systemdrucks durch den Trimmwert zu kompensieren, bis die Differenz zwischen dem augenblicklichen Gegendruckwert und dem durchschnittlichen Gegendruckwert innerhalb einer vorbestimmten Grenze liegt. Wenn die vorbestimmte Grenze erreicht ist, werden nachfolgende augenblickliche Gegendruckwerte auf den durchschnittlichen Gegendruckwert hin konvergieren.
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3 veranschaulicht einen Trimmfehler 302 zwischen Sensorkanälen. Der Trimmfehler 302 erzeugt eine ungewünschte systematische Messabweichung, die das Lenkgefühl eines Fahrzeugbedieners beeinflussen kann, während er das Lenkrad 14 betätigt. In dieser Darstellung repräsentiert die horizontale Achse 304 das Drehmoment, das von dem Lenkrad 14 auf das Lenkungssystem aufgebracht wird. Der Mittelpunkt 306 der horizontalen Achse 304 repräsentiert eine neutrale Position, bei der kein Drehmoment auf die Ventilanordnung aufgebracht wird. Die vertikale Achse 308 repräsentiert Druckwerte. Wenn das Lenkrad von einer anfänglichen neutralen Position aus gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, nimmt der Druckwert, der durch die linke Kurve 310 repräsentiert wird, zu. Der Druckwert, der durch den Druck rechts 312 gezeigt ist, bleibt in etwa konstant, wenn das Lenkrad von einer anfänglichen neutralen Position aus gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Der durchschnittliche Gegendruck wird durch die gestrichelte Linie 314 repräsentiert.
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Mit Bezug auf 4 umfasst das Steuerungsmodul 40 optional ein Aktivierungsmodul 430, welches das Schätzmodul 210 und/oder das Kompensationsmodul 220 in Abhängigkeit von dem Vorhandensein bestimmter vorbestimmter Bedingungen selektiv aktiviert.
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In einem Beispiel kann das Aktivierungsmodul 430 nur zulassen, dass das Schätzmodul den durchschnittlichen Gegendruckwert aktualisiert, wenn ein Systemdruck niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und wenn Umdrehungen pro Minute (RPM) der Kraftmaschine größer als ein Basisumdrehungswert sind.
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In einem anderen Beispiel kann das Aktivierungsmodul 430 das Kompensationsmodul 220 zum Anwenden des Trimmwerts nur aktivieren, wenn der durchschnittliche Gegendruckwert kleiner als die Amplitude des Systemdruckwerts, aber größer als der augenblickliche Gegendruckwert ist. Der durchschnittliche Gegendruckwert kann unter Verwendung eines beliebigen Mittelwertbildungsverfahrens berechnet werden, etwa durch ein Integrieren eines Differenzwerts.
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Das Aktivierungsmodul 430 ermittelt außerdem eine kalibrierbare Rate, die an das Schätzmodul geliefert wird. Das Schätzmodul verwendet die kalibrierbare Rate, um den Trimmwert zu integrieren.
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5 veranschaulicht ein Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Anmeldung. Bei Schritt 501 werden ein erster Druckwert und ein zweiter Druckwert ermittelt. Der erste Druckwert und der zweite Druckwert [engl.: pressure sensor value] sind Druckwerte, die von entgegengesetzten Seiten eines Kolbens einer Ventilanordnung erfasst werden. Bei Schritt 503 wird ein Gegendruckwert aus dem ersten Druckwert und dem zweiten Druckwert gewählt. Typischerweise wird der Gegendruckwert derjenige Wert sein, der die niedrigere Amplitude aufweist. Bei Schritt 505 wird der Gegendruckwert von einem durchschnittlichen Gegendruckwert subtrahiert, um einen Differenzwert zu erzeugen. Der Differenzwert betrifft einen Fehler zwischen den Drücken an den jeweiligen Seiten des Aktors. Bei Schritt 507 wird die Amplitude des Differenzwerts über die Zeit integriert, um einen Trimmwert zu erzeugen. Bei Schritt 509 wird der Trimmwert auf nachfolgende Druckwerte von entgegengesetzten Seiten der Ventilanordnung angewendet.
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Obwohl die Erfindung im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist leicht zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist. Stattdessen kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, welche aber dem Geist und Umfang der Erfindung entsprechen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, versteht es sich außerdem, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Folglich ist die Erfindung so aufzufassen, dass sie nicht durch die vorstehende Beschreibung beschränkt ist.
