DE102015225959A1 - Interface to the electric power steering with variable active damping - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Motormoments für eine Lenkunterstützung eines Kraftfahrzeugs mittels eines Steuergerätes, das mit einem elektrischen Motor verbunden ist, aufweisend die Schritte: – Empfangen eines Wunschdrehmoments mittels des Steuergerätes – Ermitteln eines Solldrehmoments und übermitteln dieses Solldrehmoments an eine Motosteuereinheit des Steuergerätes, wobei das Solldrehmoment aus einer Summe mehrerer Faktoren gebildet wird, umfassend ein Soll-Unterstützungsmoments, der auf Basis des Wunschdrehmoments ermittelt wird und ein fahrsituationsabhängigen Zusatzmoment, dadurch gekennzeichnet, dass das die Summe ferner einen Dämpfungsdrehmoment umfasst mittels dessen das Solldrehmoment variabel verringerbar ist.The invention relates to a method for regulating an engine torque for a steering assistance of a motor vehicle by means of a control unit which is connected to an electric motor, comprising the steps: receiving a desired torque by means of the control unit determining a setpoint torque and transmitting this setpoint torque to a motor control unit of the control unit wherein the target torque is formed from a sum of a plurality of factors including a target assist torque determined based on the desired torque and a drive-dependent additional torque, characterized in that the sum further comprises a damping torque by means of which the target torque is variably reducible.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Regeln eines Motormoments für eine Lenkunterstützung eines Kraftfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche. The invention relates to a method and a system for controlling an engine torque for a steering assistance of a motor vehicle according to the preambles of the independent claims.
Aus dem Stand der Technik sind Systeme zur Lenkunterstützung eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem ein elektrischer Motor anhand eines gewünschten Lenkdrehmoments ein Unterstützungsmoment erzeugt und auf diese Weise das Lenken des Kraftfahrzeugs erleichtert. Mit dem Einzug von Assistenzsystemen und insbesondere den automatisiert fahrenden, gewinnt die Abstimmung zwischen den Fahrassistenzsystemen und der Lenkunterstützung zunehmend an Bedeutung. Systems for steering assistance of a motor vehicle are known from the prior art, in which an electric motor generates a support torque based on a desired steering torque and thus facilitates the steering of the motor vehicle. With the arrival of assistance systems and in particular the automated driving, the coordination between the driver assistance systems and the steering assistance is becoming increasingly important.
Aus der Praxis ist bekannt, dass der Einsatz von lenkunterstützenden oder mitlenkenden Fahrassistenzsystemen, wie z. B. Emergency Steer Assist, dazu führen kann, dass in bestimmten Fahrsituationen die Unterstützung der Lenkung zu groß wird, insbesondere dann, wenn der Fahrer überreagiert. Da jeder Fahrer unterschiedlich reagiert, das mitlenkende Fahrassistenzsystem sich nicht auf die unterschiedlichen Reaktionen eines Fahrers einstellen kann, ist es notwendig eine Möglichkeit vorzusehen, um eine Überreaktion des Fahrers abzufangen. Der Einfluss des Fahrers ist dabei nur ein Beispiel für auf das Assistenzsystem einwirkende äußere Kräfte und Anregungen, die in geeigneter Weise im Sinne einer hohen Regelgüte zu beherrschen sind. Durch den Zusammenschluss von mehreren Systemen bzw. Steuergeräten ergibt sich aber der Nachteil, dass die Signalübertragungsgeschwindigkeit zwischen den Steuergeräten zu in Fahrsituationen, z. B. Gefahrensituationen, zu langsam sein kann, um ein in Echtzeit reagierendes Reglungssystem aufzubauen. From practice it is known that the use of steering assistive or mitlenkenden driver assistance systems, such. As Emergency Steer Assist, can cause that in certain driving situations, the support of the steering is too large, especially if the driver overreacts. Since each driver reacts differently, the co-steering assistance system can not adjust to the different reactions of a driver, it is necessary to provide a way to intercept an overreaction of the driver. The influence of the driver is only one example of external forces and suggestions acting on the assistance system, which are to be controlled in a suitable manner in the sense of a high control quality. Due to the merger of several systems or control units, however, there is the disadvantage that the signal transmission speed between the control units in driving situations, eg. As dangerous situations, may be too slow to build a real-time responsive control system.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und ein System aufzuzeigen, mit denen die vorgenannten Nachteile überwunden werden können. It is therefore an object of the invention to provide a method and a system with which the aforementioned disadvantages can be overcome.
Die Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst mittels eines Verfahrens der eingangs genannten Art, wobei das die Summe zum Solldrehmoment ferner einen Dämpfungsdrehmoment umfasst mittels dessen das Solldrehmoment variabel verringerbar ist. Das Sollmoment für den Lenkungs-Motor enthält als eine Komponente ein Dämpfungsdrehmoment, dessen Höhe variabel einstellbar oder verringerbar ist. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, die durch Bezugnahme ausdrücklich zum Gegenstand der Erfindung gemacht werden. The object is achieved according to a first aspect of the invention by means of a method of the type mentioned, wherein the sum to the target torque further comprises a damping torque by means of which the target torque is variably reduced. The target torque for the steering motor includes, as a component, a damping torque whose height is variably adjustable or reducible. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims, which are expressly made by reference to the subject invention.
Die Erfindung basiert auf den Grundgedanken, dass ein variables Dämpfungsdrehmoment dazu verwendet werden kann, um die Amplituden des Solldrehmoments fahrsituationsbedingt abzumildern, um auf diese Weise eine Überreaktion oder plötzliche Änderungen im Wunschdrehmoment weich bzw. ruckelfrei abzufangen. Die Lenkungsunterstützung fühlt sich auf diese Weise besonders flüssig an und gleichmäßig an. Die variable Einstellbarkeit des Dämpfungsdrehmoments hilft gleichzeitig, die Lenkunterstützung, wenn notwendig auch so hoch einzustellen, so dass ein Fahrer auch keine zu hohe Kraft aufwenden muss, um das Fahrzeug zu lenken. Im Bedarfsfall ermöglicht die variable Einstellbarkeit des Dämpfungsdrehmoments ein leichtes Überlenken der Empfehlung der Assistenzfunktion durch den Fahrer. The invention is based on the basic idea that a variable damping torque can be used to mitigate the amplitudes of the target torque due to the driving situation, so as to intercept an overreaction or sudden changes in the desired torque smoothly or smoothly. The steering assistance feels particularly fluid and even in this way. The variable adjustability of the damping torque at the same time helps to adjust the steering assistance, if necessary, so high, so that a driver does not have to spend too much force to steer the vehicle. If necessary, the variable adjustability of the damping torque allows a slight overshooting of the recommendation of the assistance function by the driver.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das Dämpfungsdrehmoment in Abhängigkeit der Winkelgeschwindigkeit des elektrischen Motors ermittelt wird. The method according to the invention is advantageously further developed in that the damping torque is determined as a function of the angular velocity of the electric motor.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das Dämpfungsdrehmoment in Abhängigkeit eines fahrsituationsabhhängigen Dämpfungslevels bzw. Dämpfungsniveaus ermittelt wird. The method according to the invention is advantageously further developed in that the damping torque is determined as a function of a driving situation-dependent damping level or damping level.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das Dämpfungsdrehmoment in Abhängigkeit eines, vorzugsweise konstanten, Dämpfungsfaktors ermittelt wird. The method according to the invention is advantageously further developed in that the damping torque is determined as a function of a preferably constant damping factor.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass der Betrag des Dämpfungsdrehmoments anhand der folgenden Gleichung berechnet wird:
- M_attn:
- Dämpfungsdrehmoment
- φ_Motor:
- Motorwinkelgeschwindigkeit
- f_attn:
- Dämpfungsfaktor
- l_attn:
- Dämpfungslevel
- M_attn:
- damping torque
- φ_Motor:
- Motor angular velocity
- f_attn:
- damping factor
- l_attn:
- attenuation level
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das Dämpfungsdrehmoment mittels des Steuergerätes ermittelt wird, insbesondere mit der Abtastrate des Signals der Motorwinkelgeschwindigkeit. The method according to the invention is advantageously further developed in that the damping torque is determined by means of the control unit, in particular with the sampling rate of the signal of the motor angular velocity.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das Dämpfungsdrehmoment vor der Addition zum Solldrehmoment mittels eines Hochpassfilters gefiltert wird. The method according to the invention is advantageously further developed by filtering the damping torque before addition to the desired torque by means of a high-pass filter.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das Dämpfungsdrehmoment vor der Addition zum Solldrehmoment allgemein noch durch eine Filterfunktion mit charakteristischem Übertragungsverhalten zur Realisierung einer Frequenzgangkorrektur der entstandenen Winkelgeschwindigkeits-Regelschleife gefiltert wird. Auf diese Weise lässt sich zusätzlich zur Funktion einer aktiven Dämpfung wirkungsvoll eine Begrenzung der maximalen Winkelgeschwindigkeit erzielen. Die Höhe der Begrenzung der Winkelgeschwindigkeit ist dabei in weitem Bereich unabhängig von der Höhe der Begrenzung des Zusatzmoments wählbar. The method according to the invention is advantageously further developed in that the damping torque before addition to the desired torque is generally filtered by a filter function with characteristic transmission behavior for realizing a frequency response correction of the resulting angular velocity control loop. In this way, in addition to the function of active damping, it is possible to effectively limit the maximum angular velocity. The height of the limitation of the angular velocity is selectable in a wide range, regardless of the amount of limitation of the additional torque.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass der Dämpfungslevel mittels eines zweiten Steuergerätes ermittelt wird. The method according to the invention is advantageously further developed in that the attenuation level is determined by means of a second control device.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass der Dämpfungslevel einen Anfangswert von 1 bzw. 100% aufweist und fahrsituationsabhängig herabgesetzt wird. The method according to the invention is developed in an advantageous manner by virtue of the fact that the damping level has an initial value of 1 or 100% and is reduced depending on the driving situation.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass der Dämpfungslevel bei Ausweichmanövern oder Fahrmanövern im Bereich von wenigen Sekunden einen Wert von kleiner als 0,2 bzw. 20%, vorzugsweise 0,1 bzw. 10%, besonders bevorzugt 0 aufweist. The method according to the invention is developed in an advantageous manner in that the attenuation level in evasion maneuvers or maneuvers in the range of a few seconds has a value of less than 0.2 or 20%, preferably 0.1 or 10%, particularly preferably 0.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass die Änderungsgeschwindigkeit des Wertes des Dämpfungslevels, vorzugsweise fahrsituationsabhängig, begrenzt ist. The method according to the invention is advantageously further developed in that the rate of change of the value of the damping level, preferably depending on the driving situation, is limited.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das Dämpfungsdrehmoment bei einem Maximalwert oder mittels eines Gradienten begrenzt wird. The method according to the invention is developed in an advantageous manner by limiting the damping torque at a maximum value or by means of a gradient.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass der Maximalwert in Abhängigkeit von einem minimalen Solldrehmoment eingestellt wird. The method according to the invention is advantageously further developed by setting the maximum value as a function of a minimum setpoint torque.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das Dämpfungsdrehmoment bei einem sprungförmigem Wunschdrehmoment aperiodisch zum Wunschdrehmoment eingestellt oder reduziert wird. Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das Dämpfungsdrehmoment derart appliziert ist, dass bei einem sprungförmigem Zusatzmoment und lastfreier Lenkung sich die resultierende Motordrehzahl kriechend, aperiodisch oder mit leichtem Überschwingverhalten ihrem Endwert nähert. Ein aperiodischer Verlauf ist hierbei besonders günstig. The method according to the invention is advantageously developed further in that the damping torque is set or reduced aperiodically to the desired torque in the event of a sudden desired torque. Particularly advantageous is a development of the method according to the invention, in which the damping torque is applied such that at a sudden additional torque and load-free steering, the resulting engine speed creeping, aperiodic or slightly overshoot their end value approaches. An aperiodic course is particularly favorable here.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das Dämpfungsmoment derart eingestellt wird, das Ein- uns Ausblenden einer Fahrerassistenzfunktion für den Fahrer kontinuierlich bzw. ohne ruckartige Drehmomente erfolgt. The method according to the invention is developed in an advantageous manner by adjusting the damping torque in such a way that a driver assistance function for the driver is continuously or without jerky torques.
Die Aufgabe wird ferner gelöst mittels eines Systems zum Regeln eines Motormoments für eine Lenkunterstützung eines Kraftfahrzeugs, aufweisend
- – ein erstes Steuergerät zum Ermitteln eines Solldrehmoments und Ansteuern eines elektrischen Motors mit dem Solldrehmoment,
- – ein zweites Steuergerät zum Durchführen von Fahrmanövern oder Fahrassistenzfunktionen, das über eine Schnittstelle mit dem ersten Steuergerät verbunden ist, und eine Vorgabe für das Soll-Unterstützungsmoments an das erste Steuergerät bereitstellt,
- A first control unit for determining a setpoint torque and driving an electric motor with the setpoint torque,
- A second control device for carrying out driving maneuvers or driving assistance functions, which is connected via an interface to the first control device and provides a specification for the desired assisting torque to the first control device,
Das erfindungsgemäße System wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das erste Steuergerät das Dämpfungsdrehmoment ermittelt. The system according to the invention is further developed in an advantageous manner in that the first control unit determines the damping torque.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass eine externe Recheneinheit, ein Schnittstellenbaustein oder Schnittstelle das das Dämpfungsdrehmoment ermittelt und an das erste Steuergerät übermittelt. The method according to the invention is advantageously further developed by an external computing unit, an interface module or interface that determines the damping torque and transmits it to the first control unit.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Figur näher beschrieben. Es zeigt: The invention will be described below with reference to an embodiment and a figure. It shows:
Ferner umfasst das System S ein zweites Steuergerät S2 zum Durchführen von Fahrmanövern oder Fahrassistenzfunktionen. Mit Durchführen ist im Sinne der Erfindung das Ermitteln der Daten und Vorgaben für ein Fahrmanöver gemeint. Das zweite Steuergerät S2 ist über eine Schnittstelle I mit dem ersten Steuergerät S1 verbunden und stellt eine Vorgabe für das Soll-Unterstützungsmoments M_ST an das erste Steuergerät bereit. Furthermore, the system S comprises a second control unit S2 for performing driving maneuvers or driving assistance functions. Execution means in the sense of the invention the determination of the data and specifications for a driving maneuver. The second control device S2 is connected to the first control device S1 via an interface I and provides a specification for the desired assist torque M_ST to the first control device.
Darüber hinaus addiert das erste Steuergerät S1 ein Dämpfungsdrehmoment M_attn dem Solldrehmoment, wobei mittels des Dämpfungsdrehmoments M_attn das Solldrehmoment variabel verringerbar ist. Der Betrag des Dämpfungsdrehmoments M_attn wird anhand der folgenden Gleichung berechnet:
- φ_Motor
- für Motorwinkelgeschwindigkeit,
- f_attn
- für den Dämpfungsfaktor, und
- l_attn
- für den Dämpfungslevel
- φ_Motor
- for motor angular velocity,
- f_attn
- for the damping factor, and
- l_attn
- for the damping level
Der Dämpfungsfaktor kann anstatt einen kontanten Wert anzunehmen auch einen Wert annehmen der in Abhängigkeit von Fahr- oder Fahrzeugparametern ermittelt wird, wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Leistung des elektrischen Motors, etc. Instead of assuming a constant value, the damping factor can also assume a value which is determined as a function of driving or vehicle parameters, such as, for example, Vehicle speed, power of the electric motor, etc.
Das System ist derart ausgebildet, dass das erste Steuergerät das Dämpfungsdrehmoment M_attn ermittelt. Damit kann das Dämpfungsdrehmoment M_attn mit der gleichen Taktrate ermittelt werden, mit der das erste Steuergerät S1 arbeitet bzw. die Motorwinkelgeschwindigkeit erfasst wird. Anders formuliert kann das Dämpfungsdrehmoment M_attn mit einer höheren Taktrate ermittelt werden als die Vorgabe des Dämpfungslevels l_attn. Auf diese Weise können unerwünschte Verzögerungen in der Bereitstellung des Signals oder Wertes des Dämpfungsdrehmoments verhindert werden. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Regelkreises wird auf diese Weise nicht unnötig durch die langsamere Arbeitsgeschwindigkeit oder Latenzzeit der Schnittstelle I, z. B. CAN-Schnittstelle, oder des zweiten Steuergerätes S2 begrenzt. The system is designed such that the first control unit determines the damping torque M_attn. Thus, the damping torque M_attn can be determined with the same clock rate with which the first control unit S1 operates or the motor angular velocity is detected. In other words, the damping torque M_attn can be determined with a higher clock rate than the specification of the damping level l_attn. In this way, undesirable delays in the provision of the signal or value of the damping torque can be prevented. The operating speed of the control loop is not unnecessary in this way by the slower operating speed or latency of the interface I, z. B. CAN interface, or the second control unit S2 limited.
Alternativ kann das System S auch derart ausgebildet sein, dass eine externe Recheneinheit, ein Schnittstellenbaustein oder Schnittstelle das Dämpfungsdrehmoment M_attn ermittelt und an das erste Steuergerät S1 übermittelt. In diesem Fall ist es wichtig vorzusehen, dass die Arbeitsgeschwindigkeit oder Abtastrate des ersten Steuergerätes weitestgehend eingehalten wird. Alternatively, the system S may also be designed such that an external computing unit, an interface module or interface determines the damping torque M_attn and transmits it to the first control unit S1. In this case, it is important to provide that the operating speed or sampling rate of the first control unit is maintained as far as possible.
Vorteilhafterweise wird das Dämpfungsmoment M_attn vor der Addition mit Hilfe eines Hochpassfilters gefiltert, damit aus Gründen der Regeldynamik in Bereichen quasi konstanter Motorwinkelgeschwindigkeit der volle Stellbereich des Motormoments zur Aktorbeschleunigung zur Verfügung steht. Advantageously, the damping torque M_attn is filtered before the addition with the aid of a high-pass filter, so that for reasons of control dynamics in areas of quasi-constant engine angular velocity of the full control range of engine torque is available for Aktorbeschleunigung.
Auch kann mittels eines Begrenzers U_Sat das maximale Dämpfungsdrehmoment auf Maximalwerte oder graduell begrenzt werden. Also, by means of a limiter U_Sat, the maximum damping torque can be limited to maximum values or gradually.
Die Variabilität der aktiven Dämpfung hat zum Vorteil, dass Ein- und Ausblendungen für den Fahrer, wie sie z.B. beim Funktionsein- und -austritt vorkommen, komfortabel und praktisch ruckfrei ausführbar sind. The variability of the active damping has the advantage that fades and fades for the driver, as e.g. occur during function input and output, are comfortable and practically jerk-free executable.
Im Gegensatz zu einer fest eingestellten aktiven Dämpfung besitzt eine variabel einzustellende aktive Dämpfung den Vorteil, dass diese situationsabhängig zu Gunsten höherer Regeldynamik verändert werden kann. Der Hintergrund ist der, dass das maximal von außen vorgebbare beschleunigende EPS Motormoment stets begrenzt ist und hohe Sollwertgradienten eines Lenkwinkelsollwertes z. B. zu hohen aktiven Dämpfungsmomenten führen, die dem beschleunigenden Moment noch entgegen wirken und so die erzielbare Dynamik weiter begrenzen. Durch die Variabilität der aktiven Dämpfung kann diese z. B. erst gezielt kurz vor Erreichen des Lenkwinkelsollwertes aktiviert werden. Auf diese Weise kann das Stellmoment-Potential des EPS Aktors weitgehend vollständig ausgeschöpft werden. In contrast to a permanently set active damping, a variably adjustable active damping has the advantage that it can be changed depending on the situation in favor of higher control dynamics. The background is that the maximum from the outside specifiable accelerating EPS engine torque is always limited and high setpoint gradient of a steering angle setpoint z. B. lead to high active damping moments that still counteract the accelerating moment and thus further limit the achievable dynamics. Due to the variability of the active damping this z. B. only selectively activated shortly before reaching the steering angle setpoint. In this way, the actuating torque potential of the EPS actuator can be largely completely exhausted.
Vorteilhafterweise wird das variable Dämpfungsmoment dazu benutzt, bei hoher Sollwertdynamik die Dämpfung zu reduzieren, um ein verzugsarmes Folgen der Regelgröße auch in der Nähe der Stellgrößenbeschränkung zu erzielen. Advantageously, the variable damping torque is used to reduce the damping at high setpoint dynamics in order to achieve a low-distortion consequences of the controlled variable also in the vicinity of the manipulated variable limitation.
Vorteilhafterweise wird das variable Dämpfungsmoment dazu benutzt, das Ein- uns Ausblenden der Fahrerassistenzfunktion für den Fahrer komfortabel und ruckarm zu gestalten. Advantageously, the variable damping torque is used to make it comfortable and easy for the driver to hide the driver assistance function.
Vorteilhafterweise wird das variable Dämpfungsmoment dazu benutzt, die Lenkradwinkelgeschwindigkeit gezielt zu beschränken, um stets eine Beherrschbarkeit durch den Fahrer sicherzustellen. Advantageously, the variable damping torque is used to selectively limit the steering wheel angular velocity to always ensure controllability by the driver.
Vorteilhafterweise wird das variable Dämpfungsmoment dazu benutzt, um die Stabilität des geschlossenen Regelkreises in Gegenwart von realisierten Gradientenlimitierungen am anfordernden Momenteneingang M_ST zu erhöhen. Advantageously, the variable damping moment is used to increase the stability of the closed loop in the presence of realized gradient limits at the requesting torque input M_ST.
Denkbar ist es, das System oder das erfindungsgemäße Verfahren derart auszulegen, dass das Dämpfungsdrehmoment M_attn bei Anforderung von Zusatzmomenten dieser addiert auf den Eingang anstatt auf den Ausgang der EPS Funktionen anzuwenden. It is conceivable to design the system or the method according to the invention such that the damping torque M_attn, when additional moments are required, adds this to the input instead of the output of the EPS functions.
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