DE102016123629A1 - Control system for a steering test bench - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Prüfstands zum Prüfen eines Lenksystems eines Fahrzeugs, bei dem ein mathematisches Zustandsraummodell des Prüfstands erzeugt wird, und mindestens ein Aktuator zum Erzeugen einer zur Simulation von Lenkbewegungen benötigten Kraft mittels eines Reglers geregelt wird, der zumindest ein Regelmodul mit einem Proportionalanteil und einem Integralanteil und ein Zustandsrückführungsmodul (258) aufweist, wobei das Regelmodul als Eingangsgrößen mindestens eine mittels des Zustandsrückführungsmoduls (258) auf Grundlage des Zustandsraummodells ermittelte Zustandsgröße (232, 236, 238) des Prüfstands erhält.The present invention relates to a method for controlling a test bench for testing a steering system of a vehicle, in which a mathematical state space model of the test stand is generated, and at least one actuator for generating a force required for the simulation of steering movements is controlled by means of a controller, the at least one control module comprising a proportional component and an integral component and a state feedback module (258), wherein the control module receives as inputs at least one state quantity (232, 236, 238) of the test bench determined by the state feedback module (258) on the basis of the state space model.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Prüfstands zum Prüfen eines Lenksystems eines Fahrzeugs und einen Prüfstand zum Prüfen eines Lenksystems eines Fahrzeugs.The present invention relates to a method for controlling a test bench for testing a steering system of a vehicle and a test bench for testing a steering system of a vehicle.
Um neu entwickelte Fahrzeugkomponenten, wie bspw. Steuergeräte zu testen, werden in der Regel sogenannte „Hardware in the Loop“ Prüfstände eingesetzt, bei denen ein jeweiliges zu testendes Steuergerät nicht in einer realen Fahrzeugumgebung sondern in einem Prüfstand mit einer rechnergestützten Simulation getestet wird. Zum Testen von elektromechanischen Servolenksystemen werden Lenkprüfstände eingesetzt, die während einer Fahrt zu erwartende Kräfte mittels eines Aktuators simulieren. Der Aktuator wird dabei mittels eines Regelsystems geregelt, das den Aktuator in Abhängigkeit von mittels eines Fahrdynamikmodells ermittelten Sollkräften ansteuert und, dadurch bedingt, entsprechende Kräfte auf ein jeweiliges zu testendes Lenksystem aufprägt.In order to test newly developed vehicle components, such as, for example, control units, so-called "hardware in the loop" test stands are generally used, in which a respective test control unit is not tested in a real vehicle environment but in a test bench with a computer-aided simulation. To test electromechanical power steering systems steering test stands are used, simulating the expected forces during a ride by means of an actuator. The actuator is controlled by means of a control system which controls the actuator in dependence on determined by means of a vehicle dynamics model set forces and, as a result, imposes corresponding forces on a respective to be tested steering system.
In der Regel werden zum Regeln eines Aktuators eines Prüfstands PID-Regler eingesetzt, d. h. Regler, die einen Proportionalitätsanteil aufweisen, der dazu dient, eine Stellgröße proportional zu einer Regelabweichung anwachsen zu lassen. Weiterhin umfasst ein PID-Regler einen Integralanteil, mittels dessen Signale zeitlich aufintegriert und als Stellgröße ausgegeben werden. Ein Differentialanteil eines PID-Reglers reagiert auf eine Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung.As a rule, PID controllers are used to control an actuator of a test bench, i. H. Regulators having a proportional component which serves to increase a manipulated variable proportional to a control deviation. Furthermore, a PID controller comprises an integral component, by means of which signals are integrated in time and output as manipulated variable. A differential component of a PID controller responds to a rate of change of the control deviation.
Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen ein Systemverhalten zur Regelung mittels einer Zustandsraumdarstellung mathematisch dargestellt wird. Dabei werden sämtliche Beziehungen jeweiliger Zustandsgrößen, Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen eines zu beschreibenden Systems in Form von Matrizen und Vektoren dargestellt. Ein entsprechendes Zustandsraummodell wird durch zwei Gleichungen, nämlich eine Zustandsdifferentialgleichung erster Ordnung und eine Ausgangsgleichung beschrieben. Furthermore, methods are known in which a system behavior for the control by means of a state space representation is represented mathematically. All relationships of respective state variables, input variables and output variables of a system to be described are represented in the form of matrices and vectors. A corresponding state space model is described by two equations, namely a state differential equation of the first order and an output equation.
Die Zustandsdifferentialgleichung und die Ausgangsgleichung beschreiben ein Systemverhalten wie es bspw. einem Regelkreis eines PID-Reglers zugrunde liegt.The state differential equation and the output equation describe a system behavior such as, for example, is based on a control loop of a PID controller.
In der europäischen Druckschrift
Die deutsche Druckschrift
Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugrollenprüfstands, bei dem ein Einschwingverhalten eines Aktuators durch einen einfachen Tiefpassfilter 1. Ordnung berücksichtigt wird, ist in der deutschen Druckschrift
Die deutsche Druckschrift
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Regeln eines Aktuators eines Lenkungsprüfstands bereitzustellen, das ein gegenüber dem Stand der Technik genaueres Einschwingverhalten des Aktuators ermöglicht.Against this background, it is an object of the present invention to provide a method for controlling an actuator of a steering test bed, which allows a more accurate transient response of the actuator compared to the prior art.
Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zum Regeln eines Prüfstands zum Prüfen eines Lenksystems eines Fahrzeugs vorgestellt, bei dem ein mathematisches Zustandsraummodell des Prüfstands erzeugt wird, und mindestens ein Aktuator zum Erzeugen einer zur Simulation von Lenkbewegungen benötigten Kraft mittels eines Reglers geregelt wird, der zumindest ein Regelmodul mit einem Proportionalanteil und einem Integralanteil und ein Zustandsrückführungsmodul aufweist, wobei dem Regelmodul als mindestens eine Eingangsgröße mindestens eine mittels des Zustandsrückführungsmoduls auf Grundlage des Zustandsraummodells ermittelte Zustandsgröße des Prüfstands zugeführt wird.To achieve the object mentioned above, a method for controlling a test stand for testing a steering system of a vehicle is presented, in which a mathematical state space model of the test stand is generated, and at least one actuator for generating a force required for the simulation of steering movements is regulated by means of a controller, the at least one control module having a proportional component and an integral component and a state feedback module, wherein the control module is supplied as at least one input variable at least one state variable of the test bench determined by the state feedback module on the basis of the state space model.
Ausgestaltungen der vorgestellten Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.Embodiments of the present invention will become apparent from the description and the dependent claims.
Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Regeln eines Lenkungsprüfstands zum Prüfen eines elektromechanischen Lenksystems für ein Fahrzeug. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein jeweiliger Aktuator des Lenkungsprüfstands zum Erzeugen einer auf ein jeweiliges Lenksystem aufzuprägenden Kraft mittels eines Reglers geregelt wird, der zumindest ein Regelmodul mit einem Proportionalanteil und einem Integralanteil und ein Zustandsrückführungsmodul aufweist. Dies bedeutet, dass der erfindungsgemäß vorgesehene Regler sowohl einen PI-Anteil als auch ein Zustandsrückführungsmodul aufweist. The proposed method is used in particular for controlling a steering test bench for testing an electromechanical steering system for a vehicle. For this purpose, it is provided according to the invention that a respective actuator of the steering test bed for generating a force to be impressed on a respective steering system is controlled by means of a regulator having at least one control module with a proportional component and an integral component and a state feedback module. This means that the regulator provided according to the invention has both a PI component and a state feedback module.
Der erfindungsgemäß vorgesehene Regler ist in der Lage über das Regelmodul eine Stellgröße proportional zu einer Regelabweichung anwachsen zu lassen. Weiterhin ist der erfindungsgemäße Regler in der Lage, sich sprunghaft ändernde Signale aufzuintegrieren und als Stellgröße auszugeben. Ferner ist der Regler dazu konfiguriert, mittels eines Zustandsrückführungsmoduls eine Zustandsrückführung durchzuführen, so dass eine bleibende Regeldifferenz für konstante Führungs- und Störsignale vermieden wird. Dies bedeutet, dass durch die Zustandsrückführung bei einer einfachen Regelung aufgrund von bspw. einem Einfluss eines Störparameters konstant bleibende Regeldifferenzen durch eine wiederholte Regelung in einem inneren Regelkreis eines Zustandsrückführungsmoduls vermieden werden.The controller provided according to the invention is capable of increasing a manipulated variable proportional to a control deviation via the control module. Furthermore, the controller according to the invention is able to aufintegrieren abruptly changing signals and output as a manipulated variable. Furthermore, the controller is configured to perform a state feedback by means of a state feedback module, so that a permanent control difference for constant control and interference signals is avoided. This means that due to the state feedback due to, for example, an influence of a disturbance parameter, constant state differences are avoided by a repeated regulation in an inner control loop of a state feedback module due to the state feedback.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass der erfindungsgemäß vorgesehene Regler dadurch gebildet wird, dass ein Zustandsrückführungsmodul mit einem PI-Regler bzw. dem erfindungsgemäß vorgesehenen Regelmodul ergänzt wird und ein Zustandsvektor des Zustandsrückführungsmoduls durch eine Zustandsvariable für eine Regeldifferenz erweitert wird. Entsprechend setzt sich eine durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Regler zu regelnde Stellgröße aus von dem Regelmodul ermittelten Anteilen und von dem Zustandsrückführungsmodul ermittelten Anteilen zusammen.In particular, it is provided that the controller provided according to the invention is formed by supplementing a state feedback module with a PI controller or the control module provided according to the invention and expanding a state vector of the state feedback module by a state variable for a control difference. Accordingly, a control variable to be controlled by the regulator provided according to the invention is composed of components determined by the control module and components determined by the state feedback module.
Unter einer Eingangsgröße ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Wert oder eine Anzahl Werte zu verstehen, die von einem ersten Modul eines Reglers an ein zweites Modul eines Reglers übergeben, d. h. kommunikativ übermittelt werden.In the context of the present invention, an input quantity is to be understood as meaning a value or a number of values which are transferred from a first module of a controller to a second module of a controller, i. H. communicatively transmitted.
In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass durch das Zustandsrückführungsmodul ermittelte Werte der mindestens einen Zustandsgröße des Prüfstands innerhalb des Zustandsrückführungsmoduls zurückgeführt und mittels eines vorgegebenen Rückführungsvektors verarbeitet werden. Dabei ist ferner vorgesehen, dass die mittels des Rückführungsvektors verarbeiteten Werte dem Regelmodul übermittelt und zur Regelung des mindestens einen Aktuators verwendet werden.In one possible embodiment of the presented method, it is provided that values determined by the state feedback module of the at least one state variable of the test bench are fed back within the state feedback module and processed by means of a predetermined feedback vector. It is further provided that the values processed by means of the feedback vector are transmitted to the control module and used to control the at least one actuator.
Durch die Verwendung eines Zustandsrückführungsmoduls können jeweilige in einem Rückführungsvektor des Zustandsrückführungsmoduls verwendete Eigenwerte in einem geschlossenen Regelkreis bzw. innerhalb des Zustandsrückführungsmoduls beliebig vorgegeben werden, so dass ein Verhalten des Zustandsrückführungsmoduls bzw. eines jeweiligen durch das Zustandsrückführungsmodul berechneten Werts beeinflusst werden kann. Dies bedeutet, dass durch das erfindungsgemäß vorgesehene Zustandsrückführungsmodul ein innerer Regelkreis in einem Gesamtregelkreis, der das Zustandsrückführungsmodul und ein Regelmodul umfasst, gebildet wird. Da ein Verhalten des Zustandsrückführungsmoduls durch einen veränderten Rückführungsvektor angepasst werden kann, kann eine durch den Gesamtregelkreis einzustellende Stellgröße innerhalb des erfindungsgemäß vorgesehenen Reglers vorverarbeitet werden, um bspw. ein Einschwingverhalten der Stellgröße zu beeinflussen. Unter Verwendung eines Rückführungsvektors lassen sich bspw. Konstanten KP und KI eines PI-Reglers berechnen und zur Regelung des erfindungsgemäß vorgesehenen Aktuators durch das Regelmodul verwenden.By using a state feedback module, individual eigenvalues used in a feedback vector of the state feedback module can be arbitrarily specified in a closed control loop or within the state feedback module, so that a behavior of the state feedback module or of a respective value calculated by the state feedback module can be influenced. This means that an internal control loop is formed by the state feedback module provided according to the invention in an overall control loop which comprises the state feedback module and a control module. Since a behavior of the state feedback module can be adjusted by means of a modified feedback vector, a manipulated variable to be set by the overall control loop can be preprocessed within the regulator provided according to the invention, for example to influence a transient response of the manipulated variable. By using a feedback vector, for example, constants K P and K I of a PI controller can be calculated and used by the control module to control the actuator provided according to the invention.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als die mindestens eine Zustandsgröße mindestens eine Zustandsgröße der folgenden Liste an Zustandsgrößen gewählt wird: ein Lagegeberwinkel des Aktuators, eine Winkelgeschwindigkeit des Aktuators, ein Ausgangssignal eines Messverstärkers des Prüfstands, ein Spurstangenweg eines zu testenden Lenksystems und eine Spurstangengeschwindigkeit des Lenksystems.In a further possible embodiment of the presented method, it is provided that at least one state variable of the following list of state variables is selected as the at least one state variable: a position encoder angle of the actuator, an angular velocity of the actuator, an output signal of a measuring amplifier of the test stand, a track rod path of a test object Steering system and a tie rod speed of the steering system.
Anhand jeweiliger Zustandsgrößen eines jeweiligen Prüfstands, die bspw. mittels eines Sensors oder eines mathematischen Beobachters ermittelt werden, kann ein Zustandsvektor gebildet werden, der mit einem Rückführungsvektor in dem erfindungsgemäß vorgesehenen Zustandsrückführungsmodul abgeglichen, d. h. mit dem Rückführungsvektor bspw. multipliziert wird, um ein durch den Rückführungsvektor vorgegebenes Verhalten den Zustandsgrößen aufzuprägen bzw. die Zustandsgrößen durch den Rückführungsvektor so zu beeinflussen, dass diese ein vorgegebenes Verhalten zeigen. Ein Ergebnis des Abgleichs des Zustandsvektors mit dem Rückführungsvektor kann bspw. an das Regelmodul übermittelt und dort mit jeweiligen einen Proportionalteil und/oder einen Integralanteil des erfindungsgemäß vorgesehenen Reglers repräsentierenden Konstanten abgeglichen werden. Das Ergebnis des Abgleichs des durch den Abgleich des Zustandsvektors mit dem Rückführungsvektor ermittelten Ergebnisses mit den jeweiligen Konstanten kann als Stellgröße dem mindestens einen erfindungsgemäß vorgesehenen Aktuator übergeben werden.On the basis of respective state variables of a respective test stand, which are determined, for example, by means of a sensor or a mathematical observer, a state vector can be formed which is matched with a feedback vector in the state feedback module provided according to the invention, ie multiplied by the feedback vector, for example Feedback vector predetermined behavior to impose the state variables or influence the state variables by the feedback vector so that they show a predetermined behavior. A result of the adjustment of the state vector with the feedback vector can be transmitted, for example, to the control module and represented there with a respective proportional part and / or an integral part of the controller provided according to the invention Constants are compared. The result of the adjustment of the result determined by the adjustment of the state vector with the feedback vector with the respective constants can be transmitted as manipulated variable to the at least one actuator provided according to the invention.
Mittels einer Veränderung eines jeweiligen Rückführungsvektors kann das erfindungsgemäß vorgesehene Zustandsrückführungsmodul an aktuelle Anforderungen angepasst werden, so dass sich ein Verhalten des erfindungsgemäß vorgesehenen Reglers ändert und bspw. ein Einschwingverhalten des Reglers bzw. ein Einschwingverhalten eines durch den Regler erzeugten Signals angepasst wird.By means of a change of a respective feedback vector, the state feedback module provided according to the invention can be adapted to current requirements, so that a behavior of the controller provided according to the invention changes and, for example, a transient response of the controller or a transient response of a signal generated by the controller is adjusted.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Signalverstärkung eines zum Messen der mindestens einen Zustandsgröße verwendeten Messverstärkers in Abhängigkeit eines zum Darstellen einer an dem mindestens einen Aktuator anliegenden Kraft benötigten Messbereichs gewählt wird.In a further possible embodiment of the presented method, it is provided that a signal amplification of a measuring amplifier used for measuring the at least one state variable is selected as a function of a measuring range required for representing a force applied to the at least one actuator.
Durch eine Anpassung einer Signalverstärkung an einen zur Abbildung eines Signals benötigten Messbereich kann ein Einfluss von Störsignalen, die bspw. auf eine jeweilige Regelgröße einwirken, reduziert werden. Eine zur Darstellung benötigte Skala und ein entsprechender Signalverstärkungsfaktor können bspw. in Abhängigkeit einer von einem Nutzer vorgegebenen Mindestauflösung gewählt werden.By adapting a signal amplification to a measuring range required for imaging a signal, it is possible to reduce the influence of interference signals which, for example, act on a respective controlled variable. A scale required for the representation and a corresponding signal amplification factor can be selected, for example, as a function of a minimum resolution predetermined by a user.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Zustandsgröße mittels mindestens eines Sensors ermittelt wird.In a further possible embodiment of the presented method, it is provided that the at least one state variable is determined by means of at least one sensor.
Um einen Zustand eines jeweiligen Prüfstands bzw. eines jeweiligen zu regelnden Aktuators optimal abzubilden, eignen sich insbesondere mittels Sensoren, wie bspw. Kraftabnehmern erfasste Signale, die eine aktuelle Situation des Aktuators und/oder eine aktuelle Situation eines von einem jeweiligen zu prüfenden Lenksystem umfassten Servomotors beschreiben und entsprechend ermittelte Werte bspw. in einen Zustandsvektor überführen.In order to optimally image a state of a respective test stand or of a respective actuator to be controlled, signals detected by sensors, such as, for example, power take-offs, which are a current situation of the actuator and / or a current situation of a servomotor included in a respective steering system to be tested describe and correspondingly determined values, for example, into a state vector.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Zustandsgröße mittels eines mathematischen Beobachters ermittelt wird.In a further possible embodiment of the presented method, it is provided that the at least one state variable is determined by means of a mathematical observer.
Um eine Zustandsgröße mittels eines Sensors zu erfassen, ist es in der Regel erforderlich, dass ein Steuergerät eines jeweiligen Aktuators bzw. Servomotors aktiviert ist, so dass entsprechende Sensorwerte von dem Steuergerät bspw. mittels eines Mess- und Kalibrierungsprotokolls über einen CAN-Bus ausgelesen werden können. Sollte es jedoch zu Testzwecken erforderlich sein, das Steuergerät des Aktuators und/oder des Servomotors eines zu testenden Lenksystems zu deaktivieren, können keine Sensorwerte mehr ausgelesen werden. Für einen derartigen Fall ist es vorgesehen, dass die Sensorwerte mittels eines mathematischen Beobachters ermittelt werden. Ein solcher mathematischer Beobachter kann bspw. ein Lünberger-Beobachter oder ein Kalman-Filter sein.In order to detect a state variable by means of a sensor, it is generally necessary for a control device of a respective actuator or servomotor to be activated, so that corresponding sensor values are read out by the control device, for example by means of a measurement and calibration protocol via a CAN bus can. However, should it be necessary for test purposes to deactivate the control unit of the actuator and / or the servo motor of a steering system to be tested, no more sensor values can be read. For such a case, it is provided that the sensor values are determined by means of a mathematical observer. Such a mathematical observer may, for example, be a Lünberger observer or a Kalman filter.
Ein mathematischer Beobachter ist eine Rechenvorschrift, die laufend eine Anzahl der letzten Werte einer jeweiligen zu beobachtenden Größe als Eingangsgrößen hat, aus denen eine Näherung bzw. Schätzung des realen Zustandes der zu beobachtenden Größe bzw. Strecke errechnet wird. Bei der beobachteten Größe kann es sich bspw. um eine Zustandsgröße eines Aktuators zum Bereitstellen einer Spurstangenkraft handeln.A mathematical observer is a calculation rule that has continuously a number of the last values of a respective variable to be observed as input variables, from which an approximation or estimation of the real state of the quantity or distance to be observed is calculated. The observed variable may, for example, be a state variable of an actuator for providing a tie rod force.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Zustandsgröße eine Zustandsvariable für eine Regeldifferenz zwischen einem gemessenen oder mittels eines mathematischen Beobachters ermittelten Ist-Wert und einem vorgegebenen Sollwert umfasst.In a further possible embodiment of the presented method it is provided that the at least one state variable comprises a state variable for a control difference between a measured or determined by a mathematical observer actual value and a predetermined setpoint.
Um einen aktuellen Zustand eines zu regelnden Aktuators abzubilden, ist es in der Regel erforderlich, dass eine Abweichung des aktuellen Zustands von einem Sollwert bei der Regelung berücksichtigt wird, wie es für einen geschlossenen Regelkreis typisch ist.In order to map a current state of an actuator to be controlled, it is usually necessary that a deviation of the current state is taken into account by a target value in the control, as is typical for a closed loop.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass in dem Zustandsrückführungsmodul ermittelte Größen des Zustandsraummodells zumindest teilweise innerhalb des Zustandsrückführungsmoduls zurückgeführt und als Eingangsgrößen des Zustandsrückführungsmoduls verwendet werden.In a further possible embodiment of the presented method, it is provided that variables of the state space model determined in the state feedback module are at least partially returned within the state feedback module and used as input variables of the state feedback module.
Durch eine wiederholte Rückführung von durch das erfindungsgemäß vorgesehene Zustandsrückführungsmodul ermittelten Werten in das Zustandsrückführungsmodul kann ein Verhalten eines mittels des Zustandsrückführungsmoduls ermittelten Signals bzw. eines durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Regler ausgegebenen Signals bspw. in Abhängigkeit sich aktuell ändernder Zustandsgrößen angepasst werden. Dies bedeutet, dass der erfindungsgemäß vorgesehene Regler durch das Zustandsrückführungsmodul auf seine eigenen Regelungsschritte reagiert.By a repeated return of values determined by the state feedback module provided according to the invention to the state feedback module, a behavior of the device can be determined by means of the State feedback module detected signal or a signal output by the inventively provided controller signal, for example, be adjusted depending on currently changing state variables. This means that the controller provided according to the invention reacts by the state feedback module to its own control steps.
Eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Zustandsraummodells entspricht dem nachstehend dargestellten Gleichungssystem (1).
Dabei gilt: „JGES“ entspricht einem Gesamtträgheitsmoment, „P“ einer Spindelsteigung, „TFilter“ einer Zeitkonstanten eines Eingangsfilters, „KFilter“ einer Proportionalitätskonstanten eines Eingangsfilters, „c1“ einer Federsteifigkeit, „d1“ einer Dämpfungskonstante, „dR“ einer Reibungskonstanten, „η1“ einem Wirkungsgrad bei der Umsetzung von Rotations- in Translationsbewegung, „FSoll(t)“ einer Sollkraft zum Zeitpunkt t, „uStör(t)“ einer Störgröße zum Zeitpunkt t, „FEMC(t)“ einer Kraft an einem elektromechanischen Zylinder zum Zeitpunkt t, und z1, z2 entsprechen jeweiligen betrachteten Zustandsvariablen. z5 stellt eine Zustandsvariable eines Tiefpassfilters zum Filtern eines Ausgangssignals eines Messverstärkers des Prüfstands dar. In dem Gleichungssystem (1) werden symbolische Zuordnungen getroffen, die dann in Gleichungssystem (2) verwendet werden: eine Datenmatrix „Az“, ein Vektor
Das Zustandsraummodell stellt das physikalische Verhalten der Regelstrecke bzw. des Aktuators des Prüfstands dar. Dazu werden verschiedene physikalische Einflüsse auf den Aktuator, die mittels linearer Gleichungen beschrieben werden können, wie bspw. Einflüsse von Reibung, Elastizität und Dämpfung, Massenträgheiten, sowie Stellgrößenverzögerung und der Einfluss eines jeweiligen zu testenden Lenksystems, in dem Zustandsraummodell berücksichtigt. Dabei ist insbesondere darauf zu achten, dass es vorgesehen sein kann, dass von einem Motor des Prüfstands bereitgestellte Antriebsenergie von einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung umgesetzt wird.The state space model represents the physical behavior of the controlled system or the actuator of the test stand. For this purpose, various physical influences on the actuator, which can be described by means of linear equations, such as influences of friction, elasticity and damping, inertia, and manipulated variable delay and the Influence of a respective steering system to be tested, taking into account the state space model. It is particularly important to ensure that it can be provided that provided by an engine of the test bench drive energy is converted by a rotational movement in a translational movement.
In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Zustandsraummodell auf dem Ansatz beruht, dass eine an einem jeweiligen Aktuator zum Überführen einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung bereitgestellt Kraft „FEMC“ derjenigen Kraft entspricht, die von einem jeweiligen zu testenden Lenksystem für eine jeweilige zu simulierende Fahrsituation bereitgestellt werden soll.In an embodiment, it is provided that the state space model is based on the approach that one on a respective actuator for transferring a rotational movement into a translational movement provided force "F EMC " corresponds to the force that is to be provided by a respective tested steering system for a respective driving situation to be simulated.
Der erfindungsgemäß vorgesehene Regler zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass dieser ein Regelmodul aufweist, das einem PI-Regler entspricht und ein Zustandsrückführungsmodul umfasst. Dabei kann ein Zustandsvektor durch eine Zustandsvariable für eine Regeldifferenz zwischen einem Soll- und einem Istwert erweitert werden. Dabei setzt sich eine Stellgröße des Reglers aus Anteilen des Zustandsrückführungsmoduls und des Regelmoduls zusammen, so dass für das Zustandsraummodell und das Zustandsrückführungsmodul folgender mathematischer Zusammenhang gilt:
Dabei gilt:
Der Rückführungsvektor
Die Konstanten „KP“ und „KI“ können durch den mathematischen Zusammenhang gemäß Formeln (5) und (6) hergeleitet werden.
Durch Einsetzen von Gleichung (3) in Gleichung (2) ist es möglich, anhand des Rückführungsvektors
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Prüfstand zum Prüfen eines Lenksystems eines Fahrzeugs, mit mindestens einem Aktuator zum Bewegen des Lenksystems und einem Steuergerät, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, ein mathematisches Zustandsraummodell des Prüfstands zu erzeugen, und den mindestens einen Aktuator mittels eines Reglers zu regeln, der zumindest ein Regelmodul mit einem Proportionalanteil und einem Integralanteil und ein Zustandsrückführungsmodul aufweist, wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, dem Regelmodul als mindestens eine Eingangsgröße mindestens eine mittels des Zustandsrückführungsmoduls auf Grundlage des Zustandsraummodells ermittelte Zustandsgröße des Prüfstands zu übermitteln.Furthermore, the present invention relates to a test bench for testing a steering system of a vehicle, having at least one actuator for moving the steering system and a control unit, wherein the control unit is configured to generate a mathematical state space model of the test bench, and the at least one actuator by means of a controller at least one control module having a proportional component and an integral component and a state feedback module, wherein the control device is further configured to transmit to the control module as at least one input variable at least one state variable of the test bench determined by the state feedback module on the basis of the state space model.
Der vorgestellte Prüfstand dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens.The presented test stand is used in particular for carrying out the presented method.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Figurenlistelist of figures
-
1 zeigt ein physikalisches Regelkreismodell einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Prüfstands.1 shows a physical closed loop model of a possible embodiment of the test stand according to the invention. -
2 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung eines dem erfindungsgemäß vorgesehenen Regler zugrundeliegenden Regelkreises.2 shows a schematic representation of a possible embodiment of a regulator provided according to the invention underlying control loop.
In
Über einen CAN-Bus
Mittels des Reglers ermittelt der Echtzeitrechner
Mittels einer Ethernetkarte
Die Führungsgröße, wie sie durch Pfeil
Anhand der Stellgröße
In
In
Zum Ermitteln der Stellgröße u(t) durch den Regler
Weiterhin werden mittels des Streckenmodells
Der Messverstärker verstärkt das von dem Streckenmodell
Ein von dem Mittelwertfilter
Das dem Sollwert
Auf Grundlage der von dem elektrischen Motor des zu testenden Lenksystems erzeugten Kraft und der von dem Servomotor des Prüfstands erzeugten Kraft in Verbindung mit der ersten Zustandsgröße
Durch das Zustandsrückführungsmodul
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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