DE102016116292A1

DE102016116292A1 - Modellbasierte Schätzung eines Fahrerdrehmoments

Info

Publication number: DE102016116292A1
Application number: DE102016116292.2A
Authority: DE
Inventors: Bo Yu; Anthony J. Champagne; Tejas M. Varunjikar; Timothy W. Kaufmann
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2036-09-02
Also published as: DE102016116292B4

Abstract

Ein Steuerungssystem für ein Servolenkungssystem enthält ein Fehlermodul, das ein Fehlersignal auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem geschätzten Ausgabevektor und einem Ausgabevektor erzeugt, ein Skalierungsmodul, das ein Rückkopplungskorrektursignal auf der Grundlage des Fehlersignals und eines Beobachterverstärkungswerts berechnet, ein Modul zur Schätzung eines erweiterten Zustandsvektors, das einen Schätzwert eines erweiterten Zustandsvektors auf der Grundlage des Rückkopplungskorrektursignals und eines Motordrehmomentbefehls ermittelt, und ein Verstärkungsmodul, das eine Verstärkung auf den Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors anwendet, um ein geschätztes Fahrerdrehmomentsignal zu erzeugen, wobei das geschätzte Fahrerdrehmomentsignal bei der Steuerung des Servolenkungssystems angewendet wird.

Description

QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/213,919, die am 3. September 2015 eingereicht wurde und die durch Bezugnahme hier vollständig mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für ein elektrisches Servolenkungssystem und insbesondere ein Steuerungssystem zum Schätzen eines Fahrerdrehmoments auf der Grundlage einer modellbasierten Schätzung.
Ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) kann einen Drehmomentsensor einsetzen, der zwischen einer Lenksäule und einer Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel angeordnet ist. Der Drehmomentsensor kann das Drehmoment messen, das auf das Ritzel aufgebracht wird, und er kann auch zur Approximation des Eingabedrehmoments dienen, das von dem Fahrzeugbediener (z. B. einem Fahrer) auf das Lenkrad aufgebracht wird. Die Ausgabe des Drehmomentsensors kann bei Berechnungen verwendet werden, um einen von dem Motor bereitgestellten Drehmomentunterstützungsbetrag zu bestimmen.
Zwar kann der Drehmomentsensor das Fahrerdrehmoment bei stationären Betriebsarten approximieren, jedoch weicht der Messwert des Drehmomentsensors bei dynamischen Transienten oder bei großen Störungen der Kraft an der Zahnstange typischerweise von dem Fahrerdrehmoment ab, etwa zum Beispiel wenn ein Fahrer das Lenkrad loslässt oder wenn ein Fahrer mit dem Fahrzeug auf einer holprigen Straße fährt. Ein Fahrerdrehmomentsensor kann zu dem Lenkrad hinzugefügt werden, um eine genaue Messung bei erhöhten Kosten zu ermöglichen.
Folglich ist es wünschenswert, ein Fahrerdrehmoment in einem elektrischen Servolenkungssystem genau zu schätzen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform umfasst ein Steuerungssystem für ein Servolenkungssystem ein Fehlermodul, das ein Fehlersignal auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem geschätzten Ausgabevektor und einem Ausgabevektor erzeugt, ein Skalierungsmodul, das ein Rückkopplungskorrektursignal auf der Grundlage des Fehlersignals und eines Beobachterverstärkungswerts berechnet, ein Modul zur Schätzung eines erweiterten Zustandsvektors, das einen Schätzwert eines erweiterten Zustandsvektors auf der Grundlage des Rückkopplungskorrektursignals und eines Motordrehmomentbefehls ermittelt, und ein Verstärkungsmodul, das eine Verstärkung auf den Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors anwendet, um ein Signal des geschätzten Fahrerdrehmoments zu erzeugen, wobei das Signal des geschätzten Fahrerdrehmoments bei der Steuerung des Servolenkungssystems angewendet wird.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Servolenkungssystems, dass ein Fehlersignal auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem geschätzten Ausgabevektor und einem Ausgabevektor erzeugt wird, dass ein Rückkopplungskorrektursignal auf der Grundlage des Fehlersignals und eines Beobachterverstärkungswerts berechnet wird, dass ein Schätzwert eines erweiterten Zustandsvektors auf der Grundlage des Rückkopplungskorrektursignals und eines Motordrehmomentbefehls ermittelt wird; und dass eine Verstärkung auf den Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors angewendet wird, um ein Signal des geschätzten Fahrerdrehmoments zu erzeugen, wobei das Signal des geschätzten Fahrerdrehmoments zur Steuerung des Servolenkungssystems beiträgt.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher ergeben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird speziell dargelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung getrennt beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen:
1 ein Funktionsblockdiagramm darstellt, welches ein Fahrzeug darstellt, das ein Lenksystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung enthält;
2 ein Blockdiagramm eines Moduls zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung darstellt;
3 ein Datenflussdiagramm des Moduls zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung darstellt;
4 ein Datenflussdiagramm eines geschätzten Fahrerdrehmoments, das an einen Lenkungscontroller in einem Spurzentrierungsbetrieb angelegt wird, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung darstellt;
5 ein Datenflussdiagramm des geschätzten Fahrerdrehmoments in einer Funktion mit gesteuerter Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung darstellt;
6 ein Datenflussdiagramm des Moduls zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments, das in einem automatisierten Fahrerassistenzsystem implementiert ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung darstellt;
7 ein Datenflussdiagramm des Moduls zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments in einem automatisierten Fahrerassistenzsystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung darstellt; und
8 ein Datenflussdiagramm des Moduls zur Erzeugung einer Drehmomentunterstützung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung darstellt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezugnahme nun auf die Figuren, bei denen die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wird, ohne diese einzuschränken, ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Fahrzeugs 10, das ein Lenksystem 12 enthält, dargestellt. In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Lenksystem 12 ein Lenkrad 14, das mit einer Lenkwelle 16 gekoppelt ist. In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist das Lenksystem 12 ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System), das ferner eine Lenkungsunterstützungseinheit 18 enthält, die mit der Lenkwelle 16 des Lenksystems 12 und mit einer linken Spurstange 20 und einer rechten Spurstange 22 des Fahrzeugs 10 gekoppelt ist. Es sei angemerkt, dass das Lenksystem 12 auch ein Zahnstangenunterstützungs-EPS (REPS) sein kann. Die Lenkungsunterstützungseinheit 18 enthält beispielsweise einen (nicht gezeigten) Lenkungsmechanismus mit einer Zahnstange und einem Ritzel, der durch die Lenkwelle 16 mit einem Motor und Getriebe eines Lenkungsaktors gekoppelt sein kann. Wenn im Betrieb das Lenkrad 14 von einem Fahrzeugbediener eingeschlagen wird, stellt der Motor der Lenkungsunterstützungseinheit 18 die Unterstützung zum Bewegen der linken Spurstange 20 und der rechten Spurstange 22 bereit, was wiederum den linken bzw. rechten Achsschenkel 24, 26 bewegt. Der linke Achsschenkel 24 ist mit dem linken Straßenrad 28 gekoppelt und der rechte Achsschenkel 26 ist mit einem rechten Straßenrad 30 des Fahrzeugs 10 gekoppelt.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Fahrzeug 10 ferner verschiedene Sensoren 31–34, die Signale des Lenksystems 12 und/oder des Fahrzeugs 10 detektieren und messen. Auf der Grundlage der gemessenen Signale erzeugen die Sensoren Sensorsignale. In einer Ausführungsform ist ein Drehmomentsensor 31 bereitgestellt, um ein Drehmoment zu erfassen, das auf das Lenkrad 14 aufgebracht wird. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Drehmomentsensor 31 wie gezeigt an dem Lenkrad 14 platziert, jedoch versteht es sich, dass der Drehmomentsensor 31 möglicherwiese nicht immer nahe bei oder an dem Lenkrad 14 platziert ist. In einer Ausführungsform erfasst der Motorpositions-/geschwindigkeitssensor 32 die Motorposition und/oder Geschwindigkeit und der Lenkradpositions-/geschwindigkeitssensor 33 erfasst eine Lenkradposition und/oder Geschwindigkeit. Zudem kann das Fahrzeug 10 einen Radgeschwindigkeitssensor 34 enthalten, um das Messen der Fahrzeuggeschwindigkeit zu unterstützen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist ein einziger Radgeschwindigkeitssensor 34 nahe bei einem Hinterrad des Fahrzeugs 10 angebracht. Obwohl in 1 ein einziger Radgeschwindigkeitssensor 34 gezeigt ist, können auch mehrere Radgeschwindigkeitssensoren enthalten sein. Der Radgeschwindigkeitssensor 34 kann an einem Getriebegehäuse angeordnet sein und von einem Ausgabezahnrad eines Getriebes des Fahrzeugs 10 angetrieben werden.
Ein Steuerungsmodul 50 steuert den Betrieb des Lenksystems 12 auf der Grundlage eines oder mehrerer der Sensorsignale und ferner auf der Grundlage der Systeme und Verfahren zur Lenkungssteuerung der vorliegenden Offenbarung. In einer Ausführungsform enthält das Steuerungsmodul 50 ein Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments. Das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments empfängt Eingabesignale, die gemessene Signale des EPS-Systems sind. Das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments kann ein Fahrerdrehmoment beispielsweise auf der Grundlage der Eingabesignale schätzen, die es von einer Vielzahl von Sensoren empfängt. Die Eingabesignale können einen Motorbefehl, ein T-Stab-Drehmomentsignal, das von dem Drehmomentsensor 31 an dem Ritzel oder dem Lenkrad 14 gemessen wird, ein Motorpositionssignal und ein Motorgeschwindigkeitssignal enthalten, sind aber nicht darauf beschränkt.
2 stellt eine Ausführungsform eines Moduls 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments des Steuerungsmoduls 50 von 1 dar. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuerungsmodul 50 ein oder mehrere Teilmodule und Datenspeicher enthalten. 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 eine Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, kann das in 2 gezeigte Modul weiter unterteilt sein.
Eingaben für das Steuerungsmodul 50 können von dem Drehmomentsensor 31 (1) des Fahrzeugs 10 (1) sowie von dem Motorpositions-/geschwindigkeitssensor 32 erzeugt werden. Zudem können die Eingaben von (nicht gezeigten) anderen Steuerungsmodulen innerhalb des Fahrzeugs 10 (1) empfangen werden, und sie können modelliert oder vordefiniert sein. Alternativ kann das Steuerungsmodul 50 Lenkradpositions-/geschwindigkeitssignale von dem Lenkradpositions-/geschwindigkeitssensor 33 empfangen. Die Lenkradpositions-/geschwindigkeitssignale werden auf Motorkoordinaten skaliert statt dass diese Signale von dem Motorpositions-/geschwindigkeitssensor 32 direkt bereitgestellt werden.
In 2 empfängt das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments mehrere Eingabesignale. Bei einigen Ausführungsformen umfassen die Eingabesignale einen Motorbefehl, ein T-Stab-Drehmomentsignal, das beispielsweise von einem Drehmomentsensor gemessen wird, ein Motorpositionssignal und ein Motorgeschwindigkeitssignal. Der Drehmomentsensor, der das T-Stab-Drehmomentsignal liefert, kann an dem Ritzel oder nahe bei einer Lenksäule angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen wird das T-Stab-Drehmomentsignal von einem Torsionsstab am Lenkrad gemessen. Es wird jedoch in Betracht gezogen und ist zu verstehen, dass das T-Stab-Drehmomentsignal von einem beliebigen Typ von Drehmomentsensor erzeugt werden kann.
Die Eingabesignale sind typischerweise in der Lenkradkoordinate skaliert, während einige der Signale möglicherweise ursprünglich von jeweiligen Sensoren in einer Motorkoordinate bereitgestellt wurden. In einigen Ausführungsformen werden die Eingabesignale in die Lenkradkoordinate durch ein mechanisches Verhältnis N und einen Getriebedurchsatz ε skaliert. Alternativ oder zusätzlich können die Eingabesignale, die für das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments bereitgestellt werden, neben anderen Signalen ein Motorstrom-Referenzsignal, ein Motorstrom-Messsignal, eine gemessene Lenkradposition, eine gemessene Lenkradgeschwindigkeit und ein berechnetes Motordrehmoment enthalten.
Die gemessenen Eingabesignale werden von dem Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments verwendet, um ein geschätztes Fahrerdrehmomentsignal zu ermitteln. Das geschätzte Fahrerdrehmomentsignal kann von dem Servolenkungssystem zur weiteren Kompensation des Lenkrads und des EPS verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann ein mechanisches Modell mit drei Massen des EPS-Systems in dem Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments gespeichert sein. Das mechanische Modell mit drei Massen kann verwendet werden, um Systemdynamiken bei der Bestimmung der Fahrerdrehmomentschätzung darzustellen. Ein mechanisches EPS-Modell mit drei Massen ist in SAE 1999-01-0399 von Badawy et al., mit dem Titel "Modeling and Analysis of an Electric Power Steering System" beschrieben, das durch Bezugnahme hier mit aufgenommen ist. Jedoch können andere Massenmodelle (z. B. ein Modell mit einer Masse, ein Modell mit zwei Massen, ein Modell mit zehn Massen usw.) von dem Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments bei der Schätzung des Fahrerdrehmoments verwendet werden. Der Fahrerdrehmomentbeobachter kann das mechanische Modell verwenden, um auf der Grundlage der Eingabesignale die Fahrerdrehmomentschätzung zu ermitteln. In einigen Ausführungsformen kann das Modell mit drei Massen neben anderen Faktoren die Trägheit der Zahnstange, die Trägheit des Lenkrads und die Trägheit des Motors berücksichtigen. Das mechanische Modell kann durch ein Zustandsraummodell auf der Grundlage der folgenden Zustandsraumgleichungen dargestellt werden: ẋ(t) = Ax(t) + Bu(t) (Gleichung 1) y(t) = Cx(t) (Gleichung 2)
In Gleichung 1 ist u(t) ein Eingabevektor als Funktion des Motordrehmoments, x(t) ist ein erweiterter Zustandsvektor als Funktion der Lenkradposition, der Lenkradgeschwindigkeit, der Motorposition, der Motorgeschwindigkeit, der Zahnstangenposition, der Zahnstangengeschwindigkeit und des Fahrerdrehmoments. In Gleichung (2) ist y(t) ein Ausgabevektor als Funktion des Lenkraddrehmoments, der Motorposition und der Motorgeschwindigkeit. A, B und C sind Matrizen der Zustandsraumgleichungen.
Das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments schätzt nicht gemessene Zustände des EPS-Systems. In einigen Ausführungsformen kann das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments einen erweiterten Zustandsvektor verwenden, der einen geschätzten Fahrerdrehmomentzustand enthält. Das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments ist in 3 in größerem Detail gezeigt.
3 stellt das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung dar. Das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments analysiert die empfangenen Eingabesignale, um ein geschätztes Fahrerdrehmoment zu berechnen. Aufgrund der Algorithmen, die von dem Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments verwendet werden, kann das geschätzte Fahrerdrehmoment ein tatsächliches Fahrerdrehmoment genau approximieren.
Im Betrieb kann ein Motordrehmoment von einem Permanentmagnet-Synchronmotor auf ein EPS-System 62 aufgebracht werden. Das EPS-System 62 kann einer Störung ausgesetzt sein, die ein Holpern der Straße oder ein Loslassen des Lenkrads durch einen Fahrer während einer Lenkoperation umfasst, aber nicht darauf begrenzt ist. Entsprechend kann das tatsächliche Fahrerdrehmoment, das auf das EPS-System einwirkt, durch die Störung beeinflusst werden.
Das tatsächliche Fahrerdrehmoment, das auf das EPS-System 62 einwirkt, kann von Sensormodulen 64 gemessen werden, welche eine beliebige Anzahl von Sensoren einschließlich der in 1 gezeigten Sensoren enthalten können. Die Sensormodule 64 können einen tatsächlichen Zustandsvektor analysieren, der das tatsächliche Fahrerdrehmoment enthält, um eine Lenkradposition, eine Motorposition und eine Motorgeschwindigkeit des EPS-Systems zu ermitteln. Von den Sensormodulen 64 wird auch ein T-Stab-Drehmoment empfangen und analysiert. Das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments empfängt die Lenkradposition, das T-Stab-Drehmoment, die Motorposition und die Motorgeschwindigkeit von den Sensormodulen 64. In einer Ausführungsform geben die Sensormodule 64 die empfangenen Signale aus, die durch einen Ausgabevektor dargestellt werden können, aber andere Darstellungen sind möglich. Wie nachstehend in größerem Detail beschrieben wird, wird der Ausgabevektor von einem Fehlermodul 66 des Moduls 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments analysiert.
Das Fehlermodul 66 empfängt den Ausgabevektor und einen geschätzten Ausgabevektor als Eingänge. Das Fehlermodul 66 berechnet ein Fehlersignal, das eine Differenz zwischen dem Ausgabevektor und dem geschätzten Ausgabevektor darstellt. Der geschätzte Ausgabevektor kann gewählte geschätzte Sensorsignale repräsentieren, während der Ausgabevektor die tatsächlichen Signale repräsentieren kann, die von den Sensormodulen 64 bereitgestellt werden. Das Fehlersignal wird an das Skalierungsmodul 70 gesendet, welches ein Rückkopplungskorrektursignal berechnet.
Im Betrieb skaliert das Skalierungsmodul 70 das Fehlersignal, um das Rückkopplungskorrektursignal zu erzeugen. In einer Ausführungsform repräsentiert das Rückkopplungskorrektursignal Fehler zwischen gemessenen und geschätzten Werten des Lenkraddrehmomentsignals, des Motorpositionssignals und des Motorgeschwindigkeitssignals, die skaliert worden sind. Zur Erzeugung des Rückkopplungskorrektursignals multipliziert das Skalierungsmodul 70 das Fehlersignal mit einem Beobachterverstärkungswert. Der Beobachterverstärkungswert kann eine Matrix sein, die zumindest teilweise unter Verwendung eines Verfahrens mit stationärer Kaiman-Filterung oder Polplatzierung entworfen wurde, wie es durch Gene F. Franklin, J. David Powell und Abbas Emami-Naeini in "Feedback control of dynamics systems", Pretince Hall Inc. (2006); und Gene F. Franklin, J. David Powell und Michael L. Workman in "Digital control of dynamic systems", Vol. 3, Menlo Park: Addison-Wesley, 1998, beschrieben ist, welche beide durch Bezugnahme hier mit aufgenommen sind.
Das von dem Skalierungsmodul 70 erzeugte Rückkopplungskorrektursignal reduziert die Differenz zwischen dem geschätzten Ausgabevektor und dem Ausgabevektor, indem es das Fehlersignal so steuert, dass es sich Null nähert.
Das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments schätzt zum Teil dadurch, dass es ermöglicht, dass sich das Rückkopplungskorrektursignal einem Nullfehlersignal (z. B. einem Nullwert) annähert, ein Fahrerdrehmoment, das dem tatsächlichen Fahrerdrehmoment folgt. Die Schätzung des Fahrerdrehmoments wird ohne einen zusätzlichen Sensor speziell zum Messen des Fahrerdrehmoments ermittelt.
Das Rückkopplungskorrektursignal wird an das Modul 68 zur Schätzung des erweiterten Zustandsvektors gesendet. Das Modul 68 zur Schätzung des erweiterten Zustandsvektors erzeugt einen Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors.
Zusätzlich dazu, dass das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments den Ausgabevektor von den Sensormodulen 64 empfängt, empfängt es auch den Motordrehmomentbefehl. In einigen Ausführungsformen kann der Motordrehmomentbefehl von dem Modul 68 zur Schätzung des Zustandsvektors des Moduls 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments empfangen werden.
Das Modul 68 zur Schätzung des erweiterten Zustandsvektors wendet den Motordrehmomentbefehl auf einen Satz von Gleichungen des erweiterten Zustandsraums an, der in einer Ausführungsform die in Gleichung 1 und 2 beschriebenen Gleichungen enthalten kann. Das Modul 68 zur Schätzung des erweiterten Zustandsvektors wendet ferner ein Rückkopplungskorrektursignal, das von dem Skalierungsmodul 70 geschätzt wird, auf die Gleichung des erweiterten Zustandsraums an, um dadurch den Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors zu erzeugen. Der Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors kann durch x ^(t) dargestellt werden, welcher in einigen Ausführungsformen eine Funktion der Lenkradposition (x_hw), der Lenkradgeschwindigkeit (ẋ_hw), der Motorposition (ẋ_mot), der Motorgeschwindigkeit (ẋ_mot), der Zahnstangenposition (x_am), der Zahnstangengeschwindigkeit (ẋ_am), und des Fahrerdrehmoments (T_dr) ist.
Der Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors wird an ein Sensorschätzmodul 69 gesendet, welches den Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors verwendet, um den geschätzten Ausgabevektor zu berechnen. In einigen Ausführungsformen filtert das Sensorschätzmodul 69 selektiv den Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors. Folglich können die Signale des geschätzten Ausgabevektors den Signalen des Ausgabevektors entsprechen. In einigen Ausführungsformen wendet das Sensorschätzmodul 69 eine Selektionsmatrix an, um den Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors auf den geschätzten Ausgabevektor zu reduzieren.
Der Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors bewirkt eine Reduktion einer Größe des Fehlersignals. Der Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors approximiert den tatsächlichen Zustandsvektor. In einigen Ausführungsformen wird der Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors von einem Verstärkungsmodul 72 mit einem festgelegten Verstärkungswert multipliziert, um ein geschätztes Fahrerdrehmoment zu erzeugen.
Wie vorstehend erwähnt wurde, kann der geschätzte Ausgabevektor ein geschätztes T-Stab-Drehmoment, eine geschätzte Motorposition und eine geschätzte Motorgeschwindigkeit repräsentieren. Jedoch versteht es sich ferner und wird in Betracht gezogen, dass das Fehlermodul einen geschätzten Ausgabevektor und einen Ausgabevektor empfangen kann, welche andere EPS-Signale enthalten.
Mit Bezug auf 4 kann das von dem Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments erzeugte geschätzte Fahrerdrehmoment verwendet werden, um das Lenkraddrehmoment als Eingabe für den Controller 410 zu ersetzen. Das Ersetzen des Lenkraddrehmoments durch das geschätzte Fahrerdrehmoment kann ein schnelleres Rückstellverhalten erzeugen. Insbesondere kann ein vom Lenkraddrehmoment abhängiges Skalierungsmodul 409 des Controllers 410 ein geschätztes Fahrerdrehmomentsignal 426 anstelle eines Drehmomentsignals von einem Torsionsstabsensor empfangen. Folglich wird kein zusätzliches Drehmoment benötigt, um die Drehmomentdaten zu beschaffen, die von dem vom Lenkraddrehmoment abhängigen Skalierungsmodul 410 [409] benötigt werden.
Insbesondere können Eingaben für den Controller 410 des Steuerungsmoduls 50 (1) von den Sensoren 30–34 (1) des Fahrzeugs erzeugt werden, sie können modelliert werden und/oder sie können vordefiniert sein. Bei diesem Beispiel enthält der Controller 410 ein Lenkradrückstellmodul 408, ein vom Lenkraddrehmoment abhängiges Skalierungsmodul 409, ein Modul 412 für einen skalierten Rückstellbefehl, und einen Tabellendatenspeicher 414, wie in 4 gezeigt ist.
Das Lenkradrückstellmodul 408 empfängt als Eingabe die Fahrzeuggeschwindigkeit 420 und den Lenkradwinkel 422. Der Lenkradwinkel 422 kann beispielsweise eine Winkelposition des Lenkrads relativ zu der Mittelposition des Lenkrads 404 sein. Das Lenkradrückstellmodul 408 ermittelt einen Rückstellbefehl 424 auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit 420 und des Lenkradwinkels 422. In verschiedenen Ausführungsformen ermittelt das Lenkradrückstellmodul 208 [408] den Rückstellbefehl 424 unter Verwendung einer oder mehrerer Lenkradrückstell-Nachschlagetabellen 425. Die Nachschlagetabellen 425 können mit der Fahrzeuggeschwindigkeit 420 und/oder mit dem Lenkradwinkel 422 indiziert sein. Die Nachschlagetabellen 425 können in dem Tabellendatenspeicher 414 gespeichert und über diesen zugänglich sein.
In einem Beispiel ist das Lenkradrückstellmodul 408 mit neun Rückstelltabellen 425 verbunden. Eine Fahrzeuggeschwindigkeit 420 wird für jede der neun Rückstelltabellen definiert. Eine Rückstellkurve wird durch die Datenpunkte in den neun Rückstelltabellen definiert. Beispielsweise besteht jede der neun Rückstellkurven aus sechzehn Datenpunkten. Die Datenpunkte sind durch die Achse definiert, wobei die Achse durch den Lenkradwinkel 422 definiert ist. Bei einem Beispiel kann der Lenkradwinkel 422 in einem Bereich von Null bis neunhundert Grad liegen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Achse wählbar sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen verwenden alle Rückstellkurven eine gemeinsame Achse. Wie festzustellen ist, können die Daten der Rückstellkurven ansteigen oder abnehmen. Die Geschwindigkeit, die für eine Kurve Null definiert ist, kann als Rückstellgeschwindigkeit-Haltepunkt verwendet werden (z. B. wird ein Rückstellbefehl unter der Haltepunktgeschwindigkeit auf Null heruntergefahren).
Wie in 5 gezeigt ist, kann das geschätzte Fahrerdrehmoment, das von dem Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments (2) berechnet wird, an eine Mischtabelle 502 übertragen werden. 5 stellt die Rückstellfunktion mit gesteuerter Geschwindigkeit der Offenbarung in größerem Detail dar. Zudem kann das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments in der Mischtabelle enthalten sein, um die Erzeugung eines Mischfaktors zu unterstützen. Die Mischtabelle 502 erzeugt einen Mischfaktor auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des geschätzten Fahrerdrehmoments.
Die in 5 beschriebene Mischstrategie enthält ferner eine Nachschlagetabelle 503 für die Lenkradgeschwindigkeit, die ein Lenkradgeschwindigkeitsreferenzsignal als Funktion der Lenkradposition und der Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt.
Das Lenkradgeschwindigkeitsreferenzsignal wird mit der gemessenen Lenkradgeschwindigkeit verglichen und an einen PID-Regler 504 ausgegeben. Der PID-Regler 504 bewertet die Ausgabe und erzeugt ein Rückstelldrehmoment. Das Rückstelldrehmoment wird bei einem Multiplizierer 506 mit dem Mischfaktor multipliziert, um einen Rückstellbefehl zu erzeugen. Der Rückstellbefehl wird bei einem Addierer 508 zu einem Unterstützungsbefehl addiert, welcher eine Funktion des Unterstützungsdrehmoments, eines Dämpfungswerts und beliebiger weiterer EPS-Signale ist, die bei einem Summiererblock 510 summiert werden. Durch Kombinieren des Unterstützungsbefehls mit dem Rückstellbefehl wird ein endgültiger Motorbefehl erzeugt. Wie gezeigt, ist das in 5 beschriebene System auf eine Rückstellfunktion mit gesteuerter Geschwindigkeit anwendbar, welche erfordert, dass ein Lenkrad mit einer vordefinierten Geschwindigkeit in eine Mittelposition zurückgestellt wird, wenn sich die Hände des Fahrers nicht an dem Lenkrad befinden. Das EPS stellt fest, dass sich die Hände eines Fahrers nicht mehr an dem Rad befinden und es erzeugt ein Motordrehmoment, um das Rückstellen des Rads in eine Mittelposition zu unterstützen. Die Abwesenheit der Hände eines Fahrers am Rad wird unter Verwendung eines T-Stab-Drehmoments langsamer detektiert, als es gewünscht ist. Dies liegt daran, dass eine Zeitverzögerung zwischen dem tatsächlichen Ereignis des Entfernens der Hände vom Rad und dem Absinken des T-Stab-Drehmoments auf einen Nullwert vorhanden ist. Das T-Stab-Drehmoment wird nicht nur durch ein Fahrerdrehmoment beeinflusst, sondern auch durch eine Trägheit des Lenkrads, eine Dämpfung und andere Kräfte und Anordnungen in Verbindung mit dem EPS. Im Anschluss an ein Ereignis des Entfernens der Hände vom Rad verringert sich das Fahrerdrehmoment typischerweise schneller auf einen Nullwert als ein T-Stab-Drehmoment. Folglich kann das Fahrerdrehmoment bei einer Ausführungsform verwendet werden, um in Ansprechen darauf ein Unterstützungsdrehmoment zu ermöglichen. Dies ermöglicht, dass ein Lenkrad nach einem minimalen Zeitintervall ohne Unterstützung zu einer Mittelposition zurückkehrt. Die Implementierung des Moduls zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments in einer Mischtabelle ermöglicht ein sanftes Zurückstellen des Lenkrads in eine Mittelposition.
Mit Bezug nun auf 6 stellt ein Datenflussdiagramm eine Ausführungsform eines Teilmoduls des Steuerungsmoduls 50 (1) dar, das zum Steuern eines Lenkungssystems in einem fortschrittlichen Fahrerassistenzsystem verwendet wird. Das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments kann auch in einem vollständig autonomen oder einem anderen semiautonomen Fahrzeugsystem implementiert werden. Das Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments erzeugt ein geschätztes Fahrerdrehmomentsignal, welches zu einer Mischnachschlagetabelle 602 gesendet wird. Die Mischnachschlagetabelle 602 verwendet das geschätzte Fahrerdrehmomentsignal, um einen skalaren Mischwert zu erzeugen. Dieser skalare Mischwert wird mit dem skalaren Drehmomentmischwert multipliziert, der von einer skalaren Drehmomentnachschlagetabelle 604 erzeugt wird. Von der Tabelle 604 wird ein T-Stab-Drehmoment verwendet, das von einem Drehmomentsensor gemessen wird, um den skalaren Drehmomentmischwert zu erzeugen. Der skalare Multiplikator wird bei einer Verbindungsstelle 621 mit einem Spurhaltebefehl 620 multipliziert, um einen Spurhalte-Drehmomentbefehl zu erzeugen. Ein Begrenzer 622 hält die Größe des Spurhalte-Drehmomentbefehls fest. Der Spurhalte-Drehmomentbefehl wird zu einem Drehmomentbefehl 623 eines Fahrzeuglenkungsmotors addiert, um einen zusammengesetzten Motorbefehl 624 zu erzeugen. Ein zweiter Begrenzer 626 hält den zusammengesetzten Motorbefehl 626 [624] fest, um einen endgültigen Motorbefehl 628 zu erzeugen.
Mit Bezug auf 7 kann das von dem Modul 60 zur Schätzung eines Fahrerdrehmoments erzeugte geschätzte Fahrerdrehmoment an ein Modul 702 zur Detektion von Händen am Rad angelegt werden. Im Betrieb wird das geschätzte Fahrerdrehmoment 780 von dem Modul 702 zur Detektion von Händen am Rad gefiltert und verarbeitet. Das Modul 702 zur Detektion von Händen am Rad analysiert ferner die Fahrzeuggeschwindigkeit 706, die von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor gesendet wird. Von dem Modul 702 zur Detektion von Händen am Rad wird eine Reihe von Zeitgebern und Schwellenwertdetektoren angewendet, um ein Drehmomentunterstützungssignal zu erzeugen.
7 ist ein Blockdiagramm eines Moduls 700 zur Berechnung von Händen weg vom Rad des Steuerungsmoduls 50 (1). Das Modul 700 zur Berechnung von Händen weg vom Rad veranschaulicht eine Herangehensweise zum Ermitteln einer Bedingung mit Händen weg vom Rad (HOW-Bedingung). In der gezeigten Ausführungsform enthält das Modul 700 zur Berechnung von Händen weg vom Rad ein Sperrfilter 770 (auch als Bandsperrenfilter bezeichnet), einen Hüllkurvendetektor 772, einen HOW-Zustandsdetektor 774, und ein Modul 776 zur Erzeugung einer Drehmomentunterstützung.
Das Modul 700 zur Berechnung von Händen weg vom Rad empfängt ein geschätztes Fahrerdrehmomentsignal 780 von dem Modul 60 zum Schätzen eines Fahrer[drehmoments] (2) anstelle eines Drehmomentsignals von einem Drehmomentsensor, der sich in einer Nähe eines Lenkrads befindet. Folglich wird kein Signal, das den Drehmomentbetrag anzeigt, der auf ein Lenkrad ausgeübt wird, von dem Modul 70 [700] zur Berechnung von Händen weg vom Rad benötigt. Das Sperrfilter 70 [770] empfängt das geschätzte Fahrerdrehmoment 780 als Eingabe. Das Sperrfilter 770 kann eine beliebige Art von Filtervorrichtung sein, die ausgestaltet ist, um ein Frequenzband oder einen Frequenzbereich in dem geschätzten Fahrerdrehmoment 780 zu entfernen oder zu dämpfen, das/der eine Lenksäulenfrequenz im Normalmodus repräsentiert, und es erzeugt als Ausgabe ein gefiltertes geschätztes Fahrerdrehmomentsignal 784. Die Lenksäulenfrequenz im Normalmodus repräsentiert die Vibrationsmodi, in denen ein Lenkrad und eine Lenkwelle betrieben werden, wenn der Fahrer seine Hände nicht am Lenkrad hat (z. B. eine Bedingung mit Händen weg vom Rad). Wie hier weiter beschrieben wird, zieht das Modul 700 zur Berechnung von Händen weg vom Rad in Betracht, dass die Bedingung mit Händen weg vom Rad existiert, wenn die HOW-Bedingung nicht detektiert wird. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform die Lenksäulenfrequenz im Normalmodus in einem Bereich von 8 Hertz bis etwa 15 Hertz liegen. Der Normalmodus der Lenksäule kann auf der Grundlage des Typs des Drehmomentsensors eingestellt werden, der vorgesehen ist (z. B. ein nachgiebiger Drehmomentsensor gegenüber einem nicht nachgiebigen Drehmomentsensor). Das gefilterte geschätzte Fahrerdrehmomentsignal 784 wird dann an den Hüllkurvendetektordetektor 772 gesendet.
Der Hüllkurvendetektor 772 ermittelt eine Hüllkurve des gefilterten geschätzten Fahrerdrehmomentsignals 784 und erzeugt als Ausgabe ein HOW-Detektionssignal 788. Das HOW-Detektionssignal 788 repräsentiert die Hüllkurve E des gefilterten geschätzten Fahrerdrehmomentsignals 784 zu einem gegebenen Zeitpunkt. Der Hüllkurvendetektor 772 kann eine beliebige Anzahl von Vorgehensweisen zur Detektion einer Hüllkurve verwenden, um das HOW-Detektionssignal 788 zu bestimmen. Bei einer softwarebasierten Herangehensweise beispielsweise leitet der Hüllkurvendetektor 772 das gefilterte geschätzte Fahrerdrehmomentsignal 784 an ein (nicht dargestelltes) Tiefpassfilter weiter und ermittelt dann einen Absolutwert des gefilterten geschätzten Fahrerdrehmomentsignals 784. Das HOW-Detektionssignal 788 wird dann an den HOW-Zustandsdetektor 774 gesendet.
Der HOW-Zustandsdetektor 774 überwacht das HOW-Detektionssignal 788 und ermittelt auf der Grundlage eines Vergleichs des Werts des HOW-Detektionssignals 788 mit einem Drehmomentschwellenwert über ein vorbestimmtes Zeitintervall hinweg, ob die HOW-Bedingung existiert. Wenn ermittelt wurde, dass die HOW-Bedingung existiert, dann wird von dem HOW-Zustandsdetektor 774 ein HOW-Signal 710 [7110] erzeugt und an das Modul zur Erzeugung einer Drehmomentunterstützung 776 gesendet. In einer Ausführungsform kann der HOW-Zustandsdetektor 776 [774] das Niveau einer Kraft ermitteln, mit der der Fahrer das Lenkrad halten kann. Ein HOW-Mittel-Signal 712 [7112] zeigt beispielsweise ein relativ moderates Kraftniveau an, und ein HOW-Hoch-Signal 714 [7114] zeigt ein relativ hohes Kraftniveau an. Wenn der Zustandsdetektor 774 weder das HOW-Signal 710 [7110] noch das HOW-Mittel-Signal 712 [7112] noch das HOW-Hoch-Signal 714 [7114] an das Modul 776 zur Erzeugung einer Drehmomentunterstützung sendet, dann liegt die Bedingung mit Händen weg vom Rad vor. In der beispielhaften Ausführungsform, die in 7 gezeigt ist, enthält der HOW-Zustandsdetektor 774 ein EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 704 [7104], ein mittleres Teilmodul 706 [7106] und ein hohes Teilmodul 708 [7108]. Das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 704 [7104] wird verwendet, um das HOW-Signal 710 [7110] zu erzeugen, das mittlere Teilmodul 706 [7106] wird verwendet, um das HOW-Mittel-Signal 712 [7112] zu ermitteln und das hohe Teilmodul 708 [7108] wird verwendet, um das HOW-Hoch-Signal 714 [7114] zu erzeugen. Wenn das Niveau der geschätzten Kraft, die von einem Fahrer ausgeübt wird, ansteigt (z. B. ein relativ moderates Kraftniveau, das durch das HOW-Mittel-Signal 712 [7112] angezeigt wird oder ein relativ hohes Kraftniveau, das durch das HOW-Hoch-Signal 714 [7114] angezeigt wird), kann das Modul 60 zur Schätzung des Fahrerdrehmoments] mit einem höheren Vertrauensniveau vorhersagen, dass die HOW-Bedingung tatsächlich existiert. Beispielsweise zeigt das HOW-Mittel-Signal 712 [7112] im Vergleich mit dem HOW-Signal 710 [7110] mit einer relativ höheren Gewissheit oder Vertrauenswürdigkeit an, dass die HOW-Bedingung existiert.
In der Ausführungsform, die in 7 gezeigt ist, werden sechs Drehmomentschwellenwerte T von dem HOW-Zustandsdetektor 774 verwendet, jedoch versteht es sich, dass auch eine beliebige andere Anzahl von Drehmomentschwellenwerten T verwendet werden kann. Das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104 enthält einen AUSGESCHALTET-Schwellenwert 790 und einen EINGESCHALTET-Schwellenwert 772 [792]. Der AUSGESCHALTET-Schwellenwert 90 [790] zeigt an, dass ein Fahrer seine Hände nicht an dem Lenkrad hat, und der EINGESCHALTET-Schwellenwert 792 zeigt an, dass ein Fahrer seine Hände an dem Lenkrad hat. Das mittlere Teilmodul 7106 enthält einen mittleren AUSGESCHALTET-Schwellenwert 794 und einen mittleren EINGESCHALTET-Schwellenwert 796. Der mittlere AUSGESCHALTET-Schwellenwert 794 und der mittlere EINGESCHALTET-Schwellenwert 796 zeigen ein moderates Niveau der Kraft von einem Fahrer am Lenkrad an. Das hohe Teilmodul 7108 enthält einen hohen AUSGESCHALTET-Schwellenwert 798 und einen hohen EINGESCHALTET-Schwellenwert 100 [7100]. Der hohe AUSGESCHALTET-Schwellenwert 798 und der hohe EINGESCHALTET-Schwellenwert 7100 zeigen ein hohes Niveau der Kraft von einem Fahrer am Lenkrad an. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der AUSGESCHALTET-Schwellenwert 790 etwa 0,175 Nm, der EINGESCHALTET-Schwellenwert 7792 [792] beträgt etwa 0,7 Nm, der mittlere AUSGESCHALTET-Schwellenwert 794 beträgt etwa 0,8 Nm, der mittlere EINGESCHALTET-Schwellenwert 7796 [796] beträgt etwa 1,0 Nm, der hohe AUSGESCHALTET-Schwellenwert 7798 [798] beträgt etwa 1,1 Nm und der hohe EINGESCHALTET-Schwellenwert 7100 beträgt etwa 1,5 Nm, jedoch versteht es sich, dass auch andere Drehmomentwerte verwendet werden können.
In einer Ausführungsform können die Drehmomentschwellenwerte T auf der Grundlage der Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingestellt werden. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor überwacht. Das Modul 60 zur Schätzung des Fahrer[drehmoments] empfängt als Eingabe ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 7120 von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor. Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 7120 wird an eine Nachschlagetabelle 7122 gesendet. Die Nachschlagetabelle 7122 wird verwendet, um modifizierte Drehmomentschwellenwerte T' auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 7120 zu ermitteln. Die modifizierten Drehmomentschwellenwerte T' werden dann an den HOW-Zustandsdetektor 774 gesendet. Insbesondere enthalten die modifizierten Drehmomentschwellenwerte T' einen AUSGESCHALTET-Schwellenwert 790', einen EINGESCHALTET-Schwellenwert 792', einen mittleren AUSGESCHALTET-Schwellenwert 794', einen mittleren EINGESCHALTET-Schwellenwert 796', einen hohen AUSGESCHALTET-Schwellenwert 798' und einen hohen EINGESCHALTET-Schwellenwert 7100'. Die modifizierten Drehmomentschwellenwerte T können von dem Zustandsdetektor 774 anstelle der Drehmomentschwellenwerte T verwendet werden.
Für sowohl das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104 als auch das mittlere Teilmodul 7106 als auch das hohe Teilmodul 7108 werden ein erster Zeitgeber T1 und ein zweiter Zeitgeber T2 bereitgestellt. Insbesondere steht das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104 in Kommunikation mit einem ersten Zeitgeber T1 und mit einem zweiten Zeitgeber T2, das mittlere Teilmodul 7106 steht in Kommunikation mit einem mittleren ersten Zeitgeber T1 und einem mittleren zweiten Zeitgeber T2 und das hohe Teilmodul 7108 steht in Kommunikation mit einem hohen ersten Zeitgeber T1 und mit einem hohen zweiten Zeitgeber T2.
Das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104 des HOW-Zustandsdetektors 774 überwacht das HOW-Detektionssignal 788, bis das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104 feststellt, dass das HOW-Detektionssignal 788 größer als der EINGESCHALTET-Schwellenwert 792 ist. Sobald festgestellt wird, dass das HOW-Detektionssignal 788 den EINGESCHALTET-Schwellenwert 792 überschreitet, sendet das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104 ein Zeitgeberstartsignal 7130 an sowohl den ersten Zeitgeber T1 als auch an den zweiten Zeitgeber T2. Der erste Zeitgeber T1 ist ausgestaltet, um von einem ersten Zeitintervall aus hochzuzählen, wenn er das Zeitgeberstartsignal 7130 empfängt, und der zweite Zeitgeber T2 ist ausgestaltet, um von einem zweiten Zeitintervall aus hochzuzählen, wenn er das Zeitgeberstartsignal 7130 empfängt. Das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall sind kalibrierbare Werte, die auf der Grundlage des Typs der Anwendung eingestellt werden können. In einer Ausführungsform ist das erste Zeitintervall des ersten Zeitgebers T1 kleiner als das zweite Zeitintervall des zweiten Zeitgebers T2. Das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104 fährt mit dem Überwachen des HOW-Detektionssignals 788 fort, während der erste Zeitgeber T1 von dem ersten Zeitintervall aus hochzählt. Es wird angemerkt, dass der erste Zeitgeber T1 und der zweite Zeitgeber T2, der mittlere erste Zeitgeber T1, der mittlere zweite Zeitgeber T2 und der hohe erste Zeitgeber T1 und der hohe zweite Zeitgeber T1 jeweils zueinander gleichzeitig laufen.
Der erste Zeitgeber T1 sendet ein Zeitgeber 1 abgelaufen Signal 7134 an das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104, sobald das erste Zeitintervall abgelaufen ist. Sobald das Zeitgeber 1 abgelaufen Signal 7134 von dem EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104 empfangen wurde, ermittelt dann das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104, ob das HOW-Detektionssignal 788 während des ersten Zeitintervalls über dem EINGESCHALTET-Schwellenwert 792 geblieben ist. Wenn das HOW-Detektionssignal 788 während des ersten Zeitintervalls über dem EINGESCHALTET-Schwellenwert 792 geblieben ist, dann existiert die HOW-Bedingung. Der Zustandsdetektor 774 wird auf einen Zustand HOW = 1 gesetzt (z. B. existiert ein HOW EIGENSCHALTET-Zustand), und das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104 erzeugt das HOW-Signal 7110. Das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104 kann außerdem ein Rücksetzsignal 7132 an den ersten Zeitgeber T1 und an den zweiten Zeitgeber T2 senden. Das Rücksetzsignal 7132 initialisiert den ersten Zeitgeber T1 zurück auf einen Zeitpunkt = 0. Das Rücksetzsignal 7132 bewirkt, dass der zweite Zeitgeber T2 das Hochzählen beendet und es initialisiert den zweiten Zeitgeber T2 zurück auf den Zeitpunkt = 0.
Wenn das HOW-Detektionssignal 788 während des ersten Zeitintervalls nicht über dem EINGESCHALTET-Schwellenwert 792 bleibt und das Rücksetzsignal 7132 nicht gesendet wird, kann der zweite Zeitgeber T2 mit dem Hochzählen fortfahren, bis das zweite Zeitintervall vergangen ist, und dann wird ein Zeitgeber 2 abgelaufen Signal 7136 an das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104 gesendet. Sobald das Zeitgeber 2 abgelaufen Signal 7136 von dem EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Modul 7104 empfangen wurde, ermittelt dann das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104, ob das HOW-Detektionssignal 788 während des zweiten Zeitintervalls unter dem AUSGESCHALTET-Schwellenwert 790 geblieben ist. Wenn das HOW-Detektionssignal 788 während des zweiten Zeitintervalls unter dem AUSGESCHALTET-Schwellenwert 790 geblieben ist, dann existiert die HOW-Bedingung nicht. Das EINGESCHALTET/AUSGESCHALTET-Teilmodul 7104 kann dann das Rücksetzsignal 7132 senden, um den ersten Zeitgeber T1 und den zweiten Zeitgeber T2 zu initialisieren.
Eine analoge Herangehensweise kann verwendet werden, um das HOW-Mittel-Signal 7112 durch das mittlere Teilmodul 7106 zu erzeugen. Das mittlere Teilmodul 7106 kann das HOW-Detektionssignal 788 überwachen. Sobald das mittlere Teilmodul 7106 feststellt, dass das HOW-Detektionssignal 788 größer als der mittlere EINGESCHALTET-Schwellenwert 796 ist, sendet es ein Zeitgeberstartsignal 7140 an sowohl den mittleren ersten Zeitgeber T1 als auch den mittleren zweiten Zeitgeber T2. Das mittlere Teilmodul 7106 fährt mit dem Überwachen des HOW-Detektionssignals 788 fort, während der erste Zeitgeber T1 von dem ersten Zeitintervall aus hochzählt.
Der mittlere erste Zeitgeber T1 sendet ein Zeitgeber 71 abgelaufen Signal 7144 an das mittlere Teilmodul 7106, sobald das erste Zeitintervall abgelaufen ist. Nachdem das Zeitgeber 1 abgelaufen Signal 7144 von dem mittleren Teilmodul 7106 empfangen wurde, ermittelt das mittlere Teilmodul 7106 dann, ob das HOW-Detektionssignal 788 während des ersten Zeitintervalls über dem mittleren EINGESCHALTET-Schwellenwert 796 geblieben ist. Wenn das HOW-Detektionssignal 788 während des ersten Zeitintervalls über dem mittleren EINGESCHALTET-Schwellenwert 796 geblieben ist, dann existiert die HOW-Bedingung. Der Zustandsdetektor 774 wird auf einen HOW-Mittelzustand gesetzt und er erzeugt das HOW-Mittel-Signal 7112. Das mittlere Teilmodul 7106 kann außerdem ein Rücksetzsignal 7142 an den mittleren ersten Zeitgeber T1 und an den mittleren zweiten Zeitgeber T2 senden.
Wenn das HOW-Detektionssignal 788 während des ersten Zeitintervalls nicht über dem mittleren EINGESCHALTET-Schwellenwert 796 bleibt und das Rücksetzsignal 7142 nicht gesendet wird, kann der mittlere zweite Zeitgeber T2 mit dem Hochzählen fortfahren, bis das zweite Zeitintervall vergangen ist, und dann wird ein Zeitgeber 72 abgelaufen Signal 7146 an das mittlere Teilmodul 7106 gesendet. Nachdem das Zeitgeber 2 abgelaufen Signal 7146 von dem mittleren Teilmodul 7106 empfangen wurde, ermittelt dann das mittlere Teilmodul 7106, ob das HOW-Detektionssignal 788 während des zweiten Zeitintervalls unter dem mittleren AUSGESCHALTET-Schwellenwert 796 geblieben ist. Wenn das HOW-Detektionssignal 788 während des zweiten Zeitintervalls unter dem mittleren AUSGESCHALTET-Schwellenwert 794 geblieben ist, dann existiert die HOW-Mittel-Bedingung nicht. Das mittlere Teilmodul 7106 kann dann das Rücksetzsignal 7142 senden, um den mittleren ersten Zeitgeber T1 und den mittleren zweiten Zeitgeber T2 zu initialisieren.
Eine analoge Herangehensweise kann verwendet werden, um durch das hohe Teilmodul 7108 das HOW-Hoch-Signal 7114 zu erzeugen. Das hohe Modul 7108 überwacht das HOW-Detektionssignal 788, und sobald festgestellt wird, dass das HOW-Detektionssignal 788 größer als der hohe EINGESCHALTET-Schwellenwert 7100 ist, sendet das hohe Teilmodul 7108 ein Zeitgeberstartsignal 7150 an sowohl den hohen ersten Zeitgeber T1 als auch den hohen zweiten Zeitgeber T2. Das hohe Teilmodul 7108 fährt mit dem Überwachen des HOW-Detektionssignals 788 fort, während der hohe erste Zeitgeber T1 von dem ersten Zeitintervall aus hochzählt.
Der hohe erste Zeitgeber T1 sendet ein Zeitgeber 1 abgelaufen Signal 7154 an das hohe Teilmodul 7106, sobald das erste Zeitintervall abgelaufen ist. Sobald das Zeitgeber 71 abgelaufen Signal 7154 von dem hohen Teilmodul 7108 empfangen wurde, ermittelt das hohe Teilmodul 7108 dann, ob das HOW-Detektionssignal 788 während des ersten Zeitintervalls über dem hohen EINGESCHALTET-Schwellenwert 7100 geblieben ist. Wenn das HOW-Detektionssignal 788 während des ersten Zeitintervalls über dem hohen -EINGESCHALTET-Schwellenwert 7100 geblieben ist, dann existiert die HOW-Hoch-Bedingung. Der Zustandsdetektor 774 wird auf einen HOW-Hoch-Zustand gesetzt und er erzeugt das HOW-Hoch-Signal 7114. Das hohe Teilmodul 7108 kann außerdem ein Rücksetzsignal 7152 an den hohen ersten Zeitgeber T1 und den hohen zweiten Zeitgeber T2 senden.
Wenn das HOW-Detektionssignal 788 während des ersten Zeitintervalls nicht über dem hohen EINGESCHALTET-Schwellenwert 7100 bleibt und das Rücksetzsignal 7152 nicht gesendet wird, dann kann der zweite Zeitgeber T2 mit dem Hochzählen fortfahren, bis das zweite Zeitintervall abgelaufen ist, und ein Zeitgeber 72 abgelaufen Signal 7156 wird dann an das hohe Teilmodul 7108 gesendet. Sobald das Zeitgeber 2 abgelaufen Signal 7156 von dem hohen Teilmodul 7108 empfangen wird, ermittelt das hohe Teilmodul 7108 dann, ob das HOW-Detektionssignal 788 während des zweiten Zeitintervalls unter dem hohen AUSGESCHALTET-Schwellenwert 798 geblieben ist. Wenn das HOW-Detektionssignal 788 während des zweiten Zeitintervalls unter dem hohen AUSGESCHALTET-Schwellenwert 798 geblieben ist, dann existiert die HOW-Bedingung nicht und der Zustandsdetektor 774 wird nicht auf den HOW-Hoch-Zustand gesetzt. Das hohe Teilmodul 7108 kann dann das Rücksetzsignal 7152 senden, um den hohen ersten Zeitgeber T1 und den hohen zweiten Zeitgeber T2 zu initialisieren.
Das Modul 776 zur Erzeugung einer Drehmomentunterstützung empfängt als Eingabe das HOW-Signal 7110, das HOW-Mittel-Signal 7112 oder das HOW-Hoch-Signal 7114 von dem HOW-Zustandsdetektor 774. Das Modul 776 zur Erzeugung einer Drehmomentunterstützung erzeugt selektiv den Drehmomentunterstützungsbefehl Tassist, um Drehmomentschubser im Lenkrad 734 zu erzeugen, während sich ein Spurüberwachungssystem in einem Assistenzmodus befindet. Insbesondere darf das Modul 776 zur Erzeugung einer Drehmomentunterstützung den Drehmomentunterstützungsbefehl Tassist im Assistenzmodus nur erzeugen, wenn es entweder das HOW-Signal 7110 oder das HOW-Mittel-Signal 7112 oder das HOW-Hoch-Signal 7114 von dem HOW-Zustandsdetektor 774 empfängt. Das Modul 776 zur Erzeugung einer Drehmomentunterstützung kann den Wert des Drehmomentunterstützungsbefehls Tassist auf der Grundlage dessen verstellen, ob das HOW-Signal 7110, das HOW-Mittel-Signal 7112 oder das HOW-Hoch-Signal 7114 empfangen wurde. Insbesondere steigt der Drehmomentunterstützungsbefehl Tassist an, wenn das Niveau der Kraft ansteigt, die auf das Lenkrad 734 ausgeübt wird. Wenn beispielsweise das HOW-Hoch-Signal 7114 empfangen wird, dann kann der Drehmomentunterstützungsbefehl Tassist, der erzeugt wird, größer sein, als wenn das HOW-Signal 7110 empfangen worden wäre. Das HOW-Signal 7110, das HOW-Mittel-Signal 7112 oder das HOW-Hoch-Signal 7114 von dem HOW-Zustandsdetektor 774 können außerdem an das Spurüberwachungssystem 732 geliefert werden, wobei das Spurüberwachungssystem 732 erst von dem Assistenzmodus in den autonomen Modus umschalten darf, wenn die HOW-Bedingung existiert (beispielsweise wird entweder das HOW-Signal 7110 oder das HOW-Mittel-Signal 7112 oder das HOW-Hoch-Signal 7114 von dem Zustandsdetektor 774 gesendet).
8 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm des Moduls 776 zur Erzeugung einer Drehmomentunterstützung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung.
Im Betrieb empfängt das Modul 776 zur Erzeugung einer Drehmomentunterstützung einen HOW-Niedrig-Befehl, einen HOW-Mittel-Befehl und einen HOW-Hoch-Befehl. Der HOW-Niedrig-Befehl, der HOW-Mittel-Befehl und der HOW-Hoch-Befehl werden mit jeweiligen Verstärkungsmodulen 802, 804 und 806 multipliziert.
Bei einer Ausführungsform multipliziert das Verstärkungsmodul 802 den HOW-Niedrig-Befehl mit einem Wert von 0,1, das Verstärkungsmodul 804 multipliziert den HOW-Mittel-Befehl mit einem Wert von 0,3 und das Verstärkungsmodul 806 multipliziert den HOW-Hoch-Befehl mit einem Wert von 0,6. Die Ausgaben der Verstärkungsmodule 802, 804 und 806 werden zu einem Addierer 808 gesendet, bei dem Ausgaben summiert werden, und die Summe des Addierers 808 wird an einen Ratenbegrenzer 810 gesendet, der eine Anstiegs- oder Abfallrate begrenzt. Die Ausgabe des Ratenbegrenzers 810 wird zu einem Sättigungsblock 812 gesendet, bei dem ein Wert von 0 oder 1 oder auf der Grundlage des Werts, der von dem Ratenbegrenzer 810 ausgegeben wurde, berechnet wird. Ein Spurzentrierungsbefehl wird bei dem Produktblock 814 mit dem Wert multipliziert, der von dem Sättigungsblock 812 ausgegeben wird. Das von dem Produktblock 814 erzeugte Produkt wird an den Sättigungsbegrenzer 816 gesendet, um einen Sättigungswert zu begrenzen, der von dem Produktblock 814 erzeugt wurde. Die Ausgabe des Sättigungsbegrenzers wird dann zu einem Addierer 818 gesendet, bei dem die Ausgabe des Sättigungsbegrenzers 816 mit einem Drehmomentbefehl für einen Fahrzeuglenkungsmotor summiert wird. Die Ausgabe des Addierers 818 wird einem zweiten Sättigungsbegrenzer 820 unterzogen, welcher den Tassist-Befehl ausgibt.
Obwohl die Erfindung im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es leicht zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Stattdessen kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier im Vorstehenden nicht beschrieben wurden, welche aber dem Geist und Umfang der Erfindung entsprechen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, versteht sich außerdem, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können.
Folglich darf die Erfindung nicht so aufgefasst werden, dass sie auf die vorstehende Beschreibung begrenzt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

SAE 1999-01-0399 von Badawy et al., mit dem Titel ”Modeling and Analysis of an Electric Power Steering System” [0025]
Gene F. Franklin, J. David Powell und Abbas Emami-Naeini in ”Feedback control of dynamics systems”, Pretince Hall Inc. (2006) [0032]
Gene F. Franklin, J. David Powell und Michael L. Workman in ”Digital control of dynamic systems”, Vol. 3, Menlo Park: Addison-Wesley, 1998 [0032]

Claims

Steuerungssystem für ein Servolenkungssystem, wobei das System umfasst: ein Fehlermodul, das ein Fehlersignal auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem geschätzten Ausgabevektor und einem Ausgabevektor erzeugt; ein Skalierungsmodul, das ein Rückkopplungskorrektursignal auf der Grundlage des Fehlersignals und eines Beobachterverstärkungswerts berechnet; ein Modul zur Schätzung eines erweiterten Zustandsvektors, das einen Schätzwert eines erweiterten Zustandsvektors auf der Grundlage des Rückkopplungskorrektursignals und eines Motordrehmomentbefehls ermittelt; und ein Verstärkungsmodul, das eine Verstärkung auf den Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors anwendet, um ein geschätztes Fahrerdrehmomentsignal zu erzeugen, wobei das geschätzte Fahrerdrehmomentsignal bei der Steuerung des Servolenkungssystems angewendet wird.
System nach Anspruch 1, das ferner ein Sensorschätzmodul umfasst, das den geschätzten Ausgabevektor auf der Grundlage des Schätzwerts des erweiterten Zustandsvektors erzeugt.
System nach Anspruch 1, wobei das Modul zur Schätzung eines erweiterten Zustandsvektors den Schätzwert des erweiterten Zustands auf der Grundlage einer Gleichung des erweiterten Zustandsraums ermittelt.
System nach Anspruch 3, wobei die Gleichung des Zustandsraums auf einem Motordrehmoment, einem T-Stab-Drehmomentsignal, einem Motorpositionssignal und einem Motorgeschwindigkeitssignal beruht.
System nach Anspruch 1, wobei der Ausgabevektor ein Motordrehmoment, ein Lenkradpositionssignal, ein Motorpositionssignal und ein Motorgeschwindigkeitssignal enthält.
System nach Anspruch 5, wobei das Motordrehmoment, das Lenkradpositionssignal, das Motorpositionssignal und das Motorgeschwindigkeitssignal in Lenkradkoordinaten dargestellt sind.
System nach Anspruch 1, wobei der Beobachterverstärkungswert eine Matrix ist, die durch eine Kalman-Filtertechnik bestimmt wird.
System nach Anspruch 1, wobei das geschätzte Fahrerdrehmomentsignal ein Lenkrad zu einer Mittelstellung hin unterstützt.
System nach Anspruch 1, wobei das geschätzte Fahrerdrehmomentsignal verwendet wird, um einen Spurzentrierungsbefehl und/oder einen Spurunterstützungsbefehl in einem Fahrerassistenzsystem zu skalieren.
Verfahren zum Steuern eines Servolenkungssystems, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Fehlersignal auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem geschätzten Ausgabevektor und einem Ausgabevektor erzeugt wird; ein Rückkopplungskorrektursignal auf der Grundlage des Fehlersignals und eines Beobachterverstärkungswerts berechnet wird; ein Schätzwert eines erweiterten Zustandsvektors auf der Grundlage des Rückkopplungskorrektursignals und eines Motordrehmomentbefehls ermittelt wird; und eine Verstärkung auf den Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors angewendet wird, um ein geschätztes Fahrerdrehmomentsignal zu erzeugen, wobei das geschätzte Fahrerdrehmomentsignal eine Steuerung des Servolenkungssystems unterstützt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schätzwert des erweiterten Zustandsvektors auf der Grundlage einer Gleichung des Zustandsraums ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Gleichung des Zustandsraums auf einem Motordrehmoment, einem Lenkradpositionssignal, einem Motorpositionssignal und einem Motorgeschwindigkeitssignal beruht.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Ausgabevektor ein Motordrehmoment, ein Lenkradpositionssignal, ein Motorpositionssignal und ein Motorgeschwindigkeitssignal enthält.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Motordrehmoment, das Lenkradpositionssignal, das Motorpositionssignal und das Motorgeschwindigkeitssignal durch Lenkradkoordinaten dargestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Beobachterverstärkungswert eine Matrix ist, die zumindest teilweise auf einer Kalman-Filtertechnik beruht.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das geschätzte Fahrerdrehmomentsignal verwendet wird, um ein Lenkrad zu einer Mittelposition hin zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das geschätzte Fahrerdrehmomentsignal verwendet wird, um einen Spurzentrierungsbefehl und/oder einen Spurunterstützungsbefehl in einem Fahrerassistenzsystem zu skalieren.