DE102016224789A1

DE102016224789A1 - Motorbetriebenes Servolenksystem und Verfahren zum Steuern von diesem

Info

Publication number: DE102016224789A1
Application number: DE102016224789.1A
Authority: DE
Inventors: Cheon Kyu KIM; Ji Hoon Yoo
Original assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Current assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2017-06-14
Also published as: US10093347B2; CN106965850A; KR20170070901A; US20170166245A1; CN106965850B; KR102341111B1

Abstract

Ein motorbetriebenes Servolenksystem kann umfassen: einen Lenkwinkelsensor, der konfiguriert ist zum Erfassen des Lenkwinkels eines Lenkrads; einen Motorstromsensor, der konfiguriert ist zum Erfassen des Stroms eines Motors; einen Codierer, der konfiguriert ist zum Erfassen der Position des Motors; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der konfiguriert ist zum Erfassen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs; eine Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit, die konfiguriert ist zum Schätzen, wenn ein Fehler eines Drehmomentsensors festgestellt wird, eines virtuellen Drehmoments unter Verwendung der Position des Motors, des Lenkwinkels des Lenkrads und des Stroms des Motors; und eine Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist zum Berechnen eines Hilfsdrehmoments für das Betreiben des Motors unter Verwendung des Lenkwinkels des Lenkrads, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und des virtuellen Drehmoments.

Description

QUERVERWEIESE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2015-0178103 vom 14. Dezember 2015, die hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein motorbetriebenes Servolenksystem und ein Verfahren zum Steuern von diesem und insbesondere ein motorbetriebenes Servolenksystem, das auch dann normal betrieben werden kann, wenn ein Fehler in einem Drehmomentsensor auftritt, und ein Verfahren zum Steuern von diesem.
Beispiele für ein Servolenksystem zum Reduzieren der Lenkkraft, die ein Fahrer beim Lenken eines Fahrzeugs aufbringen muss, sind ein hydraulisches Servolenksystem, das einen durch eine Hydraulikpumpe erzeugten Hydraulikdruck für das Unterstützen der Lenkkraft des Fahrers verwendet, und ein motorbetriebenes Servolenksystem (nachfolgend als „MDPS” (steht für „Motor Driven Poser Steering”) bezeichnet), das das Antriebsdrehmoment eines Elektromotors für das Unterstützen der Lenkkraft des Fahrers verwendet.
Das MDPS unterstützt die Lenkkraft, die aus einer Betätigung eines Lenkrads durch den Fahrer resultiert, wobei der Elektromotor automatisch in Abhängigkeit von Fahrbedingungen eines Fahrzeugs gesteuert wird. Deshalb sieht das MDPS eine verbesserte Lenkperformanz und ein verbessertes Lenkgefühl im Vergleich zu dem hydraulischen Servolenksystem vor.
Ein derartiges MDPS erfasst die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Lenkwinkel und das Drehmoment jeweils unter Verwendung eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors, eines Lenkwinkelsensors und eines Drehmomentsensors und erzeugt ein Zielhilfsdrehmoment des Motors basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Lenkwinkel und dem Drehmoment, um die Lenkkraft zu unterstützen.
Wenn jedoch bei dem herkömmlichen MDPS ein Fehler in dem Drehmomentsensor auftritt, bestimmt eine Ausfallsicherungslogik den Grad der Anormalität und begrenzt basierend darauf die Ausgabe oder wandelt den Betätigungstyp zu einem manuellen Typ, sodass also die Lenkbetätigung nicht normal durchgeführt werden kann.
Der Stand der Technik zu der vorliegenden Erfindung wird in der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2008-0078428 (veröffentlicht am 27. August 2008) mit dem Titel „Method of compensating for middle point of torque sensor of motor driven power steering system” angegeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein motorbetriebenes Servolenksystem und ein Verfahren zum Steuern von diesem, wobei, wenn ein Fehler in einem Drehmomentsensor des motorbetriebenen Servolenksystems auftritt, ein virtuelles Drehmoment generiert wird und ein Hilfsdrehmoment basierend auf dem virtuellen Drehmoment erzeugt wird, um das Durchführen einer normalen Lenkbetätigung zu ermöglichen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein motorbetriebenes Servolenksystem und ein Verfahren zum Steuern von diesem, die kontinuierlich ein Hilfsdrehmoment auch dann erzeugen, wenn ein Fehler in dem Drehmomentsensor auftritt, wodurch die Fahrstabilität des Fahrzeugs sichergestellt wird.
In einer Ausführungsform kann ein motorbetriebenes Servolenksystem umfassen: einen Lenkwinkelsensor, der konfiguriert ist zum Erfassen des Lenkwinkels eines Lenkrads; einen Motorstromsensor, der konfiguriert ist zum Erfassen des Stroms eines Motors; einen Codierer, der konfiguriert ist zum Erfassen der Position des Motors; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der konfiguriert ist zum Erfassen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs; eine Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit, die konfiguriert ist zum Schätzen, wenn ein Fehler eines Drehmomentsensors festgestellt wird, eines virtuellen Drehmoments unter Verwendung der Position des Motors, des Lenkwinkels des Lenkrads und des Stroms des Motors, die jeweils durch den Codierer, den Lenkwinkelsensor und den Motorstromsensor erfasst werden; und eine Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist zum Berechnen eines Hilfsdrehmoments für das Betreiben des Motors unter Verwendung des Lenkwinkels des Lenkrads, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und des virtuellen Drehmoments, die jeweils von dem Lenkwinkelsensor, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und der Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit eingegeben werden.
Die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit kann eine Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit umfassen, die konfiguriert ist zum Erfassen einer Lenkwinkelgeschwindigkeit, eines Motorwinkels, eines Stroms und eines Trägheitsmoments unter Verwendung der Position des Motors, des Lenkwinkels des Lenkrads und des Stroms des Motors, die jeweils durch den Codierer, den Lenkwinkelsensor und den Motorstromsensor erfasst werden, und zum anschließenden Berechnen des virtuellen Drehmoments unter Verwendung der Lenkwinkelgeschwindigkeit, des Motorwinkels, des Stroms und des Trägheitsmoments.
Die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit kann eine Virtuelles-Drehmoment-Kompensationseinheit umfassen, die konfiguriert ist zum Kompensieren des von der Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit ausgegebenen virtuellen Drehmoments, in Abhängigkeit von der Lenkwinkelgeschwindigkeit.
Die Virtuelles-Drehmoment-Kompensationseinheit kann das von der Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit ausgegebene virtuelle Drehmoment reduzieren, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit erhöht wird.
Die Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit kann eine Verstärkungskurve-Steuereinheit umfassen, die konfiguriert ist zum Einstellen einer Verstärkungskurve für das von der Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit ausgegebene virtuelle Drehmoment zu einer linearen Form und zum Beschränken eines Oszillationsphänomens des Hilfsdrehmoments.
Die Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit kann eine Hochfrequenzverstärkungsrate-Steuereinheit umfassen, die konfiguriert ist zum Verstärken eines Hochfrequenzsignals des virtuellen Drehmoments mit einer voreingestellten Verstärkungsrate oder zum Deaktivieren des Hochfrequenzsignals sowie zum Beschränken eines Oszillationsphänomens, das auf ein Rauschen des virtuellen Drehmoments zurückzuführen ist.
Das motorbetriebene Servolenksystem kann weiterhin eine Motorsteuereinrichtung umfassen, die konfiguriert ist zum Einstellen einer Steuerverstärkung in Abhängigkeit von dem durch die Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit ausgegebenen Hilfsdrehmoment und zum Steuern des an dem Motor anzulegenden Stroms.
Das motorbetriebene Servolenksystem kann weiterhin eine Drehmomentsensorfehler-Feststellungseinheit umfassen, wobei die Drehmomentsensorfehler-Feststellungseinheit das virtuelle Drehmoment mit einem durch den Drehmomentsensor erfassten Drehmoment vergleichen kann und einen Fehler des Drehmomentsensors feststellt, wenn eine Differenz zwischen dem virtuellen Drehmoment und dem erfassten Drehmoment einen Bezugswert überschreitet.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zum Steuern eines motorbetriebenen Servolenksystems umfassen: Schätzen, durch eine Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit, eines virtuellen Drehmoments unter Verwendung der Position eines Motors, des Lenkwinkels eines Lenkrads und des Stroms eines Motors, wenn ein Fehler eines Drehmomentsensors festgestellt wird; Berechnen, durch eine Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit, eines Hilfsdrehmoments für das Betreiben des Motors unter Verwendung des Lenkwinkels des Lenkrads, der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs und des durch die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit geschätzten virtuellen Drehmoments; und Steuern, durch eine Motorsteuereinrichtung, eines an dem Motor anzulegenden Stroms in Abhängigkeit von dem durch die Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit berechneten Hilfsdrehmoment.
Das Schätzen des virtuellen Drehmoments kann umfassen: Berechnen des virtuellen Drehmoments unter Verwendung der Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads, des Motorwinkels des Motors, des Stroms des Motors und eines Trägheitsmoments; und Kompensieren des virtuellen Drehmoments in Abhängigkeit von der Lenkwinkelgeschwindigkeit.
Wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit erhöht wird, kann das virtuelle Drehmoment reduziert werden.
Das Erfassen des Hilfsdrehmoments kann das Einstellen einer Verstärkungskurve für das virtuelle Drehmoment zu einer linearen Form und das Beschränken eines Oszillationsphänomens des Hilfsdrehmoments umfassen.
Das Erfassen des Hilfsdrehmoments kann das Verstärken eines Hochfrequenzsignals des virtuellen Drehmoments mit einer voreingestellten Verstärkungsrate oder das Deaktivieren des Hochfrequenzsignals und das Beschränken eines Oszillationsphänomens, das auf ein Rauschen des virtuellen Drehmoments zurückzuführen ist, umfassen.
Das Steuern des an dem Motor anzulegenden Stroms kann das Einstellen einer Steuerverstärkung in Abhängigkeit von dem Hilfsdrehmoment und das Steuern des an dem Motor anzulegenden Stroms umfassen.
Wenn in einem motorbetriebenen Servolenksystem und einem Verfahren zum Steuern von diesem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Fehler in einem Drehmomentsensor des motorbetriebenen Servolenksystems auftritt, wird ein virtuelles Drehmoment generiert und wird ein Hilfsdrehmoment basierend auf dem virtuellen Drehmoment erzeugt, sodass eine normale Lenkbetätigung durchgeführt werden kann.
In einem motorbetriebenen Servolenksystem und einem Verfahren zum Steuern von diesem gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch dann, wenn ein Fehler in dem Drehmomentsensor auftritt, das Hilfsdrehmoment kontinuierlich erzeugt, wodurch die Fahrstabilität des Fahrzeugs sichergestellt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das ein motorbetriebenes Servolenksystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Dämpfungssteueroperation für ein virtuelles Drehmoment gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Einstellung einer Verstärkungskurve gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern des motorbetriebenen Servolenksystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG SPEZIFISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden ein motorbetriebenes Servolenksystem und ein Verfahren zum Steuern von diesem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu sind und Linien übertrieben dick und Komponenten übertrieben groß dargestellt sein können, um die Deutlichkeit zu verbessern. Weiterhin sind die hier verwendeten Bezeichnungen anhand der Funktionen der Erfindung definiert und können beliebig gemäß den Gepflogenheiten oder Absichten von Benutzern oder Bedienern gewechselt werden. Die Bedeutung der Bezeichnungen ist also gemäß dem Kontext der vorliegenden Beschreibung zu interpretieren.
1 ist ein Blockdiagramm, das ein motorbetriebenes Servolenksystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Dämpfungssteueroperation für ein virtuelles Drehmoments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Und 5 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Einstellung einer Verstärkungskurve gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 1 gezeigt, umfasst ein motorbetriebenes Servolenksystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Motorstromsensor 10, einen Codierer 20, einen Lenkwinkelsensor 30, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 40, eine Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit 50, eine Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit 60 und eine Motorsteuereinrichtung 70.
Der Motorstromsensor 10 erfasst einen durch einen Motor 80 fließenden Strom und mit anderen Worten einen Q-Achsen-Strom und einen D-Achsen-Strom des Motors.
Der Codierer 20 ist an dem Motor 80 installiert und erfasst einen Drehwinkel des Motors 80.
Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 40 erfasst die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter Verwendung der Drehzahl einer Ausgangswelle eines Getriebes (nicht gezeigt). Dabei ist der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 40 nicht auf denjenigen der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt. Es können verschiedene Sensoren als der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 40 verwendet werden, solange diese die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfassen können.
Der Lenkwinkelsensor 30 ist an einer Lenksäule installiert und ist konfiguriert zum Erfassen des Lenkwinkels der Lenksäule.
Die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit 50 empfängt, wenn ein Fehler eines Drehmomentsensors (nicht gezeigt) festgestellt wird, Informationen zu der Position des Motors 80, dem Lenkwinkel des Lenkrads und dem Strom des Motors 80 jeweils von dem Codierer 20, dem Lenkwinkelsensor 30 und dem Motorstromsensor 10 und schätzt dann ein virtuelles Drehmoment unter Verwendung von diesen. Die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit 50 enthält eine Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit 51 und eine Virtuelles-Drehmoment-Kompensationseinheit 52.
Der Drehmomentsensor erfasst das Lenkdrehmoment und wird notwendigerweise verwendet, um ein Hilfsdrehmoment für das Betreiben des Motors zu erzeugen.
Die Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit 51 empfängt, wenn ein Fehler des Drehmomentsensors festgestellt wird, Informationen zu der Position des Motors 80, dem Lenkwinkel des Lenkrads und dem Strom des Motors 80 von dem Codierer 20, dem Lenkwinkelsensor 30 und dem Motorstromsensor 10 und schätzt ein virtuelles Drehmoment unter Verwendung von diesen, wobei das virtuelle Drehmoment unter Verwendung der Lenkwinkelgeschwindigkeit, des Motorwinkels, des Stroms und des Trägheitsmoments berechnet wird. Dies wird nachfolgend mit Bezug auf die Gleichungen 1 bis 3 erläutert.
[Gleichung 1]

F = α( J / 2(θ ._comp ² – θ ._motor ²) – βθ ._avgI . – γθ ._avgθ .._motor)

[Gleichung 2]

θ._comp = θ ._SAS – θ ._Linearity – θ ._Initialize

[Gleichung 3]

F = θ ._avg × T ._virtual

Dabei gibt θ_SAS einen Lenkwinkel an, gibt θ_avg einen Durchschnitt des Lenkwinkels und eines Motorwinkels an, gibt θ_Linearity einen Kompensationswinkel an, der vorgesehen wird, um Eigenschaften des Lenkwinkelsensors zu kompensieren, gibt θ_Initialize einen anfänglichen Wert des Lenkwinkels an, gibt θ_comp einen endgültigen Kompensationswinkel des Lenkwinkels an, gibt θ_motor einen Motorwinkel an, gibt J das Trägheitsmoment in dem motorbetriebenen Servolenksystem an und ist eine Konstante, gibt T_virtual ein virtuelles Drehmoment an und geben α, β und γ Einstellungsverstärkungen an.
Zuerst multipliziert die Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit 51 das Quadrat (θ ._comp ²) einer Variation in dem Lenkwinkel in Entsprechung zu der Lenkabsicht eines Fahrers mit dem Trägheitsmoment (J/2) und der Einstellungsverstärkung α und berechnet dadurch die kinetische Energie des Lenkens. Eine Variation in dem endgültigen Kompensationswinkel θ_comp des Lenkwinkels wird unter Verwendung einer Variation θ ._SAS in dem Lenkwinkel, einer Variation θ ._Linearity in der Linearität des Lenkwinkels und einer Variation θ ._Initialize in dem anfänglichen Wert des Lenkwinkels berechnet. Die kinetische Energie des Lenkens kann berechnet werden, um die Variation in dem endgültigen Winkel θ_comp des Lenkwinkels zu reflektieren.
Weiterhin berechnet die Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit 51 die kinetische Energie, die durch die Drehung des Motors 80 zu erzeugen ist. Die Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit 51 berechnet also die kinetische Energie, die durch die Drehung des Motors 80 zu erzeugen ist, indem sie das Quadrat (θ ._motor ²) einer Variation in dem Motorwinkel θ_motor mit dem Trägheitsmoment (J/2) und der Einstellungsverstärkung α multipliziert.
Außerdem berechnet die Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit 51 eine Lenkrichtung, d. h. ein Drehmoment, in Entsprechung zu einem Strombefehl. Mit anderen Worten berechnet die Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit 51 ein Drehmoment in Entsprechung zu der Lenkrichtung durch das Multiplizieren einer Variation θ ._avg in dem Durchschnitt θ ._avg des Lenkwinkels und des Motorwinkels mit einer Variation I . in dem Q-Achsen-Strom und der Einstellungsverstärkung β.
Weiterhin berechnet die Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit 51 eine Verzögerung in der Berechnungszeit zwischen dem Lenkwinkel und der Motorposition, die durch eine Differenz in der Berechnungszeit zwischen dem Lenkwinkel und der Motorposition verursacht wird. Die Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit 51 berechnet also die Verzögerung in der Berechnungszeit zwischen dem Lenkwinkel und der Motorposition durch das Multiplizieren der Variation θ ._avg in dem Durchschnitt θ_avg des Lenkwinkels und des Motorwinkels mit einer Winkelbeschleunigung θ .._motor des Motors 80 und der Einstellungsverstärkung γ.
Nachdem die Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit 51 die kinetische Energie in Entsprechung zu der Lenkabsicht des Fahrers, die kinetische Energie, die durch die Drehung des Motors zu erzeugen ist, das Drehmoment in Entsprechung zu der Lenkrichtung und die Verzögerung in der Berechnungszeit zwischen dem Lenkwinkel und der Motorposition berechnet hat, kann die oben genannte Gleichung 1 erhalten werden.
Dabei wird das Quadrat (θ ._comp ²) einer Variation in dem Lenkwinkel durch die Gleichung 2 berechnet. Die Nicht-Linearität des Lenkwinkelsensors 30 kann durch das Quadrat (θ ._comp ²) einer Variation in dem Lenkwinkel verbessert werden.
In den Gleichungen 1 und 3 sind die Funktionen F gleich. Die Funktion F der Gleichung 3, d. h. mit anderen Worten eine Multiplikation der Variation θ ._avg in dem Durchschnitt θ_avg des Lenkwinkels und des Motorwinkels mit einer Variation T . in dem virtuellen Drehmoment, ist also gleich der Funktion F der Gleichung 1. Dadurch kann die Variation T . in dem virtuellen Drehmoment berechnet werden. In diesem Fall berechnet die Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit 51 die Variation T . in dem virtuellen Drehmoment unter Verwendung der zwei Funktionen F, d. h. der Funktion F der Gleichung 1 und der Funktion F der Gleichung 3, und berechnet das virtuelle Drehmoment durch das Integrieren der berechneten Variation in dem virtuellen Drehmoment.
Die Virtuelles-Drehmoment-Kompensationseinheit 52 kompensiert das berechnete virtuelle Drehmoment. Insbesondere kompensiert die Virtuelles-Drehmoment-Kompensationseinheit 52 das von der Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit 51 eingegebene virtuelle Drehmoment in Abhängigkeit von der Lenkwinkelgeschwindigkeit. Wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit erhöht wird, wird ein Dämpfungsverstärkungswert reduziert, wodurch die Stabilität des virtuellen Drehmoments verbessert werden kann. Zum Beispiel reduziert die Virtuelles-Drehmoment-Kompensationseinheit 52 wie in 4 gezeigt den Dämpfungsverstärkungswert in Stufen basierend auf einer ersten Lenkwinkelgeschwindigkeit ω1 und einer zweiten Lenkwinkelgeschwindigkeit ω2 und reduziert dadurch ein Oszillationsphänomen, das verursacht werden kann, wenn der Fahrer das Lenkrad rasch lenkt (d. h. wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit stark vergrößert wird).
Die Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit 60 berechnet ein Hilfsdrehmoment unter Verwendung des von der Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit 50 eingegebenen virtuellen Drehmoments, des von dem Lenkwinkelsensor 30 eingegebenen Lenkwinkels und der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 40 eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit.
Wie in 3 gezeigt, umfasst die Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit 60 eine Verstärkungskurve-Steuereinheit 61 und eine Hochfrequenzverstärkungsrate-Steuereinheit 62.
Die Verstärkungskurve-Steuereinheit 61 stellt eine Verstärkungskurve für das von der Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit 50 ausgegebene virtuelle Drehmoment zu einer linearen Form ein, um ein auf das Hilfsdrehmoment zurückführbares Oszillationsphänomen zu beschränken. Wenn wie in (a) von 5 gezeigt das Hilfsdrehmoment rasch vergrößert wird, weil das virtuelle Drehmoment vergrößert wird, kann die Stabilität des Systems beeinträchtigt werden. Deshalb wird wie in (b) von 5 gezeigt die Linearität der Verstärkungskurve sichergestellt und kann dementsprechend die Stabilität des Systems beträchtlich verbessert werden.
Die Hochfrequenzverstärkungsrate-Steuereinheit 62 verstärkt ein Hochfrequenzsignal des virtuellen Drehmoments bei einer relativ niedrigen voreingestellten Verstärkungsrate oder deaktiviert das Hochfrequenzsignal, um die Stabilität des Systems zu verbessern. Die Hochfrequenzverstärkungsrate-Steuereinheit 62 reduziert die Verstärkungsrate des Hochfrequenzsignals des virtuellen Drehmoments also relativ oder deaktiviert sie, um eine Verstärkung eines Rauschsignals aufgrund einer Verstärkung eines Hochfrequenzsignals zu beschränken. Dadurch wird die Stabilität des Systems sichergestellt. Und weil wie oben beschrieben die Hochfrequenzverstärkungsrate-Steuereinheit 62 das Hochfrequenzsignal verstärkt, kann die Reaktionsfähigkeit des Systems verbessert werden.
Die Motorsteuereinrichtung 70 stellt also in Abhängigkeit von dem von der Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit 60 ausgegebenen Hilfsdrehmoment einen entsprechenden Stromverstärkungswert ein und steuert auf diese Weise einen an dem Motor 80 anzulegenden Strom, um die Stabilität beim Lenken sicherzustellen. Wenn zum Beispiel die Motorsteuereinrichtung 70 eine PID(Proportional-Integral-Differential)-Steuereinrichtung ist, stellt die Motorsteuereinrichtung 70 nur die P-Verstärkung, I-Verstärkung oder D-Verstärkung in Abhängigkeit von dem von der Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit 60 eingegebenen Hilfsdrehmoment ein und steuert auf diese Weise einen an dem Motor 80 anzulegenden Strom.
Deshalb wird der Motor 80 in Entsprechung zu dem von der Motorsteuereinrichtung 70 eingegebenen Strom betrieben, um die Lenkkraft des Fahrers zu unterstützen.
Das motorbetriebene Servolenksystem umfasst weiterhin eine Drehmomentsensorfehler-Feststellungseinheit (nicht gezeigt). Die Drehmomentsensorfehler-Feststellungseinheit vergleicht das virtuelle Drehmoment mit einem den Drehmomentsensor (nicht gezeigt) erfassten Drehmoment und bestimmt den Fehler des Drehmomentsensors, wenn eine Differenz zwischen dem virtuellen Drehmoment und dem erfassten Drehmoment einen Bezugswert überschreitet. In diesem Fall kann die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit 50 auch das virtuelle Drehmoment unabhängig von einer Erfassung des Fehlers des Drehmomentsensors (d. h. auch in einem normalen Zustand) schätzen.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Steuern des motorbetriebenen Servolenksystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf 6 beschrieben.
6 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Steuern des motorbetriebenen Servolenksystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 6 gezeigt, bestimmt die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit 50 oder die Drehmomentsensorfehler-Feststellungseinheit (nicht gezeigt), ob ein Fehler in dem Drehmomentsensor, der das Säulendrehmoment erfasst, festgestellt wird (S10). Wenn als Ergebnis der Bestimmung ein Fehler in dem Drehmomentsensor festgestellt wird, empfängt die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit 50 Informationen zu der Position des Motors 80, dem Lenkwinkel des Lenkrads und dem Strom des Motors 80 jeweils von dem Codierer 20, dem Lenkwinkelsensor 30 und dem Motorstromsensor 10 und schätzt dann ein virtuelles Drehmoment unter Verwendung der Position des Motors 80, des Lenkwinkels des Lenkrads und des Stroms des Motors 80.
Die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit 50 berechnet also die kinetische Energie in Entsprechung zu der Lenkabsicht des Fahrers, die kinetische Energie, die durch die Drehung des Motors zu erzeugen ist, das Drehmoment in Entsprechung zu der Lenkrichtung und die Verzögerung in der Berechnungszeit zwischen dem Lenkwinkel und der Motorposition jeweils unter Verwendung einer Variation im Lenkwinkel, einer Variation im Motorwinkel, einer Variation im Strom, einer Motorwinkelbeschleunigung, dem Trägheitsmoment und einer Einstellungsverstärkung und leitet dann die Gleichung 1 basierend auf diesen ab.
Und weil die Funktion F der Gleichung 1 und die Funktion F der Gleichung 3 gleich sind, weil nämlich die Multiplikation einer Variation θ ._avg in einem Durchschnitt θ_avg des Lenkwinkels und des Motorwinkels mit einer Variation T . in dem virtuellen Drehmoment gleich der Funktion F der Gleichung 1 ist, wird die Variation T . in dem virtuellen Drehmoment unter Verwendung der zwei Funktionen F (der Funktion F der Gleichung 1 und der Funktion F der Gleichung 3) berechnet und wird das virtuelle Drehmoment berechnet, indem die berechnete Variation in dem virtuellen Drehmoment integriert wird (S20).
Danach kompensiert die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit 50 das virtuelle Drehmoment durch das Reduzieren des Dämpfungsverstärkungswerts, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit vergrößert wird (S30). Dadurch kann ein Oszillationsphänomen, das verursacht werden kann, wenn der Fahrer das Lenkrad rasch lenkt (d. h. wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit stark erhöht wird), beschränkt werden.
Anschließend berechnet die Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit 60 ein Hilfsdrehmoment unter Verwendung des von der Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit 50 eingegebenen virtuellen Drehmoments, des von dem Lenkwinkelsensor 30 eingegebenen Lenkwinkels und der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 40 eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit. Dabei wird die Verstärkungsrate für ein Hochfrequenzsignal des virtuellen Drehmoments eingestellt (S40) und wird eine Verstärkungskurve für das virtuelle Drehmoment zu einer linearen Form eingestellt (S50), wodurch ein auf das Hilfsdrehmoment zurückzuführendes Oszillationsphänomen beschränkt wird und die Stabilität des Systems verbessert wird.
Die Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit 60 gibt das wie oben beschrieben erfasste Hilfsdrehmoment an die Motorsteuereinrichtung 70 aus (S60). Die Motorsteuereinrichtung 70 stellt in Abhängigkeit von dem von der Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit 60 eingegebenen Hilfsdrehmoment einen entsprechenden Steuerverstärkungswert ein und steuert auf diese Weise einen an dem Motor 80 anzulegenden Strom (S70).
Folglich wird der Motor 80 durch den von der Motorsteuereinrichtung 70 eingegebenen Strom betrieben und unterstützt dadurch die Lenkkraft des Fahrers.
Wie weiter oben beschrieben, generiert ein motorbetriebenes Servolenksystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn ein Fehler in einem Drehmomentsensor des motorbetriebenen Servolenksystems auftritt, ein virtuelles Drehmomentsignal und erzeugt ein Hilfsdrehmoment basierend auf dem virtuellen Drehmomentsignal, wodurch ein normales Lenken ermöglicht wird und die Fahrstabilität des Fahrzeugs sichergestellt wird.
Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft beschrieben, wobei dem Fachmann jedoch deutlich sein sollte, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die beigefügten Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.
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 Patentliteratur

KR 10-2015-0178103 [0001]
KR 10-2008-0078428 [0007]

Claims

Motorbetriebenes Servolenksystem, umfassend: einen Lenkwinkelsensor, der konfiguriert ist zum Erfassen des Lenkwinkels eines Lenkrads, einen Motorstromsensor, der konfiguriert ist zum Erfassen des Stroms eines Motors, einen Codierer, der konfiguriert ist zum Erfassen der Position des Motors, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der konfiguriert ist zum Erfassen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, eine Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit, die konfiguriert ist zum Schätzen, wenn ein Fehler eines Drehmomentsensors festgestellt wird, eines virtuellen Drehmoments unter Verwendung der Position des Motors, des Lenkwinkels des Lenkrads und des Stroms des Motors, die jeweils durch den Codierer, den Lenkwinkelsensor und den Motorstromsensor erfasst werden, und eine Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist zum Berechnen eines Hilfsdrehmoments für das Betreiben des Motors unter Verwendung des Lenkwinkels des Lenkrads, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und des virtuellen Drehmoments, die jeweils von dem Lenkwinkelsensor, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und der Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit eingegeben werden.
Motorbetriebenes Servolenksystem nach Anspruch 1, wobei die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit umfasst: eine Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist zum Erfassen einer Lenkwinkelgeschwindigkeit, eines Motorwinkels, eines Stroms und eines Trägheitsmoments unter Verwendung der Position des Motors, des Lenkwinkels des Lenkrads und des Stroms des Motors, die jeweils durch den Codierer, den Lenkwinkelsensor und den Motorstromsensor erfasst werden, und zum anschließenden Berechnen des virtuellen Drehmoments unter Verwendung der Lenkwinkelgeschwindigkeit, des Motorwinkels, des Stroms und des Trägheitsmoments.
Motorbetriebenes Servolenksystem nach Anspruch 1, wobei die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit umfasst: eine Virtuelles-Drehmoment-Kompensationseinheit, die konfiguriert ist zum Kompensieren des von der Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit ausgegebenen virtuellen Drehmoments, in Abhängigkeit von der Lenkwinkelgeschwindigkeit.
Motorbetriebenes Servolenksystem nach Anspruch 3, wobei die Virtuelles-Drehmoment-Kompensationseinheit das von der Virtuelles-Drehmoment-Berechnungseinheit ausgegebene virtuelle Drehmoment reduziert, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit erhöht wird.
Motorbetriebenes Servolenksystem nach Anspruch 1, wobei die Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit umfasst: eine Verstärkungskurve-Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Einstellen einer Verstärkungskurve für das von der Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit ausgegebene virtuelle Drehmoment zu einer linearen Form und zum Beschränken eines Oszillationsphänomens des Hilfsdrehmoments.
Motorbetriebenes Servolenksystem nach Anspruch 1, wobei die Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit umfasst: eine Hochfrequenzverstärkungsrate-Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Verstärken eines Hochfrequenzsignals des virtuellen Drehmoments mit einer voreingestellten Verstärkungsrate oder zum Deaktivieren des Hochfrequenzsignals und zum Beschränken eines Oszillationsphänomens, das auf ein Rauschen des virtuellen Drehmoments zurückzuführen ist.
Motorbetriebenes Servolenksystem nach Anspruch 1, das weiterhin umfasst: eine Motorsteuereinrichtung, die konfiguriert ist zum Einstellen einer Steuerverstärkung in Abhängigkeit von dem von der Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit ausgegebenen Hilfsdrehmoment und zum Steuern des an dem Motor anzulegenden Stroms.
Motorbetriebenes Servolenksystem nach Anspruch 1, das weiterhin umfasst: eine Drehmomentsensorfehler-Feststellungseinheit, wobei die Drehmomentsensorfehler-Feststellungseinheit das virtuelle Drehmoment mit einem durch den Drehmomentsensor erfassten Drehmoment vergleicht und einen Fehler des Drehmomentsensors bestimmt, wenn eine Differenz zwischen dem virtuellen Drehmoment und dem erfassten Drehmoment einen Bezugswert überschreitet.
Verfahren zum Steuern eines motorbetriebenen Servolenksystems, umfassend: Schätzen, durch eine Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit, eines virtuellen Drehmoments unter Verwendung der Position eines Motors, des Lenkwinkels eines Lenkrads und des Stroms eines Motors, wenn ein Fehler eines Drehmomentsensors festgestellt wird, Berechnen, durch eine Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit, eines Hilfsdrehmoments für das Betreiben des Motors unter Verwendung des Lenkwinkels des Lenkrads, der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs und des durch die Virtuelles-Drehmoment-Schätzeinheit geschätzten virtuellen Drehmoments, und Steuern, durch eine Motorsteuereinrichtung, eines an dem Motor anzulegenden Stroms in Abhängigkeit von dem durch die Hilfsdrehmoment-Berechnungseinheit berechneten Hilfsdrehmoment.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Schätzen des virtuellen Drehmoments umfasst: Berechnen des virtuellen Drehmoments unter Verwendung der Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads, des Motorwinkels des Motors, des Stroms des Motors und eines Trägheitsmoments, und Kompensieren des virtuellen Drehmoments in Abhängigkeit von der Lenkwinkelgeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit erhöht wird, das virtuelle Drehmoment reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Erfassen des Hilfsdrehmoments umfasst: Einstellen einer Verstärkungskurve für das virtuelle Drehmoment zu einer linearen Form und Beschränken eines Oszillationsphänomens des Hilfsdrehmoments.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Erfassen des Hilfsdrehmoments umfasst: Verstärken eines Hochfrequenzsignals des virtuellen Drehmoments mit einer voreingestellten Verstärkungsrate oder Deaktivieren des Hochfrequenzsignals, und Beschränken eines Oszillationsphänomens, das auf ein Rauschen des virtuellen Drehmoments zurückzuführen ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Steuern des an dem Motor anzulegenden Stroms umfasst: Einstellen einer Steuerverstärkung in Abhängigkeit von dem Hilfsdrehmoment, und Steuern des an dem Motor anzulegenden Stroms.