DE102017103034B4

DE102017103034B4 - Lenkungssystem zum Detektieren von Bewegungszuständen eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102017103034B4
Application number: DE102017103034.4A
Authority: DE
Inventors: Rangarajan Ramanujam; Scott T. Sanford; Tejas M. Varunjikar; Tao Yang
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2037-02-16
Also published as: DE102017103034A1; CN107097845B; CN107097845A; US10099720B2; US20170232998A1

Abstract

Lenkungssystem (12), umfassend:
einen Motor (19),
ein Steuerungsmodul (40), das ausgestaltet ist, um:
eine verarbeitete Gierrate und eine Gierbeschleunigung auf der Grundlage eines Straßenradwinkelsignals, eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals und eines gemessenen Gierratensignals zu berechnen;
einen Zustandsmerkerwert zu berechnen, der einen Bewegungszustand eines Fahrzeugs (10) anzeigt, wobei die verarbeitete Gierrate und die Gierbeschleunigung verwendet werden, um den Zustandsmerkerwert zu berechnen;
ein Referenz-Drehmomentsignal (242) auf der Grundlage des Zustandsmerkerwerts zu erzeugen;
ein Motorunterstützungs-Drehmomentsignal auf der Grundlage des Referenz-Drehmomentsignals (242) zu erzeugen; und
das Motorunterstützungs-Drehmomentsignal auf den Motor (19) anzuwenden, um ein entsprechendes Unterstützungsdrehmoment bereitzustellen.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein ein Lenkungssystem, etwa ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System), das grenznahe Fahrzeugbedingungen, etwa eine Untersteuerungsbedingung und eine Übersteuerungsbedingung, detektiert und das in Ansprechen darauf die Drehmomentunterstützung, die für einen Fahrer bereitgestellt wird, justiert, sowie ein Verfahren zum Berechnen eines Unterstützungsdrehmoments von einem Lenkungssystem.
Fahrzeuge sind heutzutage typischerweise mit einem Lenkungssystem, etwa einem elektrischen Servolenkungssystem (EPS-System) ausgestattet. Das EPS-System unterstützt einen Fahrer beim Lenken des Fahrzeugs in eine gewünschte Richtung. Beispielsweise erzeugt das EPS-System während der Manöver ein Unterstützungsdrehmoment, um das Überwinden einer oder mehrerer Kräfte zu ermöglichen, die auf das Fahrzeug einwirken, etwa die Oberflächenreibung. Verschiedene Fahrmanöver und Umgebungsbedingungen (z.B. eine Oberfläche mit geringer Reibung) können dazu führen, dass eine oder mehrere Reifenkräfte grenznahe Bedingungen erreichen. Bei diesen Bedingungen können Fahrzeuge ein nicht erwünschtes Gierverhalten aufweisen. Ein derartiges Verhalten wird oft als Untersteuerungsbedingung (das Fahrzeug giert weniger als gewünscht) oder als Übersteuerungsbedingung (das Fahrzeug giert mehr als gewünscht) beschrieben. Zwar hat die Gesellschaft der Kraftfahrzeugingenieure (SAE) diese Bedingungen in stationären Situationen definiert, jedoch treten die Situationen in sowohl einem stationären Zustand als auch einem transienten (dynamischen) Zustand auf. Typischerweise verwendet eine elektronische Stabilitätsregelung ein selektives Bremsen und andere Techniken, um das Fahrzeug zu steuern, wenn Bedingungen mit Untersteuerung oder Übersteuerung detektiert werden. Jedoch reagieren diese Techniken auf Fahrermanöver bei den Bedingungen mit Untersteuerung und Übersteuerung.
Folglich ist es wünschenswert, das Lenkungssystem zu verbessern, indem es den Fahrer bei Manövern im Fall von Bewegungszuständen des Fahrzeugs wie etwa den Bedingungen mit Untersteuerung und Übersteuerung proaktiv unterstützt.
Die DE 10 2007 045 211 A1 zeigt ein Verfahren zum elektrisch gesteuerten Unterstützen einer Fahrzeugbewegung bei Übersteuern eines Fahrzeugs.
Aus der DE 10 2011 052 881 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Zahnstangenkraft für eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs bekannt, wobei eine erste Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von einer in der Lenkvorrichtung auftretenden Kraft ermittelt wird.
Die DE 10 2013 009 399 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erkennung einer kritischen Fahrsituation eines Fahrzeugs basierend auf einer Abweichung von einem vordefinierten Zusammenhang zwischen einer Zahnstangenkraft und einem Lenkeinschlag des Fahrzeugs.
Die DE 10 2005 018 471 A1 offenbart ein Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs bei einem instabilen Fahrzustand durch ein fahrerunabhängiges Lenkradmoment, das eine Lenkbewegung zur Abschwächung des instabilen Fahrzustands leichtgängiger macht, als in die entgegengesetzte Drehrichtung.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lenkungssystem und ein Verfahren zum Berechnen eines Unterstützungsdrehmoments abhängig von einem Bewegungszustand des Fahrzeugs bereitzustellen.
Die Lösung vorstehend genannter Aufgabe erfolgt durch ein Lenkungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Berechnung eines Unterstützungsdrehmoments mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen berechnet ein Lenkungssystem einen Zustandsmerkerwert, der einen Bewegungszustand eines Fahrzeugs anzeigt, etwa eine Bedingung mit Untersteuerung oder Übersteuerung. Das Lenkungssystem erzeugt ferner ein Referenz-Drehmomentsignal auf der Grundlage des Zustandsmerkerwerts und es erzeugt auf der Grundlage des Referenz-Drehmomentsignals ein Motorunterstützungs-Drehmomentsignal. Der Zustandsmerkerwert zeigt den Bewegungszustand des Fahrzeugs in sowohl einem dynamischen Zustand als auch einem stationären Zustand an. Ferner erzeugt das Lenkungssystem das Referenz-Drehmomentsignal auf der Grundlage des Zustandsmerkerwerts, indem es eine erste Zahlstangenkraft, die auf der Grundlage eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals und eines Motorwinkels erzeugt wird, mit einer zweiten Zahnstangenkraft vermischt, die auf der Grundlage eines Motordrehmoments und eines Eingabedrehmoments, das an einem Lenkrad des Lenkungssystems bereitgestellt wird, erzeugt wird.
In Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Berechnen eines Unterstützungsdrehmoments durch ein Lenkungssystem, das von dem Lenkungssystem ein nicht neutraler Bewegungszustand eines Fahrzeugs detektiert wird. In Ansprechen darauf wird ein Mischfaktor auf der Grundlage eines Typs des Bewegungszustands des Fahrzeugs ermittelt. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein Zahnstangenkraftsignal erzeugt wird, indem eine erste Zahnstangenkraft von einem Fahrzeugmodell mit einer zweiten Zahnstangenkraft von einem Beobachtermodell des Lenkungssystems auf der Grundlage des Mischfaktors gemischt wird. Ferner umfasst das Verfahren, dass das Unterstützungsdrehmoment auf der Grundlage des Zahnstangenkraftsignals erzeugt wird.
Diese und andere Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung besser verständlich werden, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird.
Figurenliste
Der Gegenstand, der als die Erfindung aufgefasst wird, wird speziell dargelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Die vorstehenden Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden genauen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.

1 veranschaulicht ein Fahrzeug 10, das ein Lenkungssystem enthält, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
2 veranschaulicht Komponenten und einen Datenfluss für ein Fahrzeugbewegungszustandsmodul in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
3 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss für ein Modul zur Detektion eines Fahrzeugbewegungszustands, um einen Fahrzeugbewegungszustandsmerker zu berechnen, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
4 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss eines Gierraten-Beobachtermoduls in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
5 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss eines Referenz-Giermoduls in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
6 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss eines Modellberechnungsmoduls in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
7 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss für ein Modul zur Berechnung eines Fahrzeugbewegungszustandsmerkers in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
8 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss für ein Fehlerberechnungsmodul in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
9 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss für ein Bedingungsschwellenwert-Berechnungsmodul in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
10 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss für ein Merkerzustandsberechnungsmodul in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
11 stellt beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss für ein Mischmodul in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar.

GENAUE BESCHREIBUNG
Die Begriffe Modul und Teilmodul bezeichnen, so wie sie hier verwendet werden, eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen wie etwa eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, können die nachstehend beschriebenen Teilmodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
Mit Bezugnahme nun auf die Figuren, in denen spezielle Ausführungsformen beschrieben werden, die dem Fachmann das Verständnis der Erfindung erleichtern, ohne diese einzuschränken, veranschaulicht 1 ein Fahrzeug 10 mit einem Lenkungssystem 12 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Lenkungssystem 12 ein Lenkrad 14, das mit einem Lenkwellensystem 16 gekoppelt ist, welches eine Lenksäule, eine Zwischenwelle und die notwendigen Gelenke enthält. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Lenkungssystem 12 ein EPS-System, das ferner eine Lenkungsunterstützungseinheit 18 enthält, welche mit dem Lenkwellensystem 16 des Lenkungssystems 12 und mit Spurstangen 20, 22 des Fahrzeugs 10 gekoppelt ist. Alternativ kann die Lenkungsunterstützungseinheit 18 den oberen Abschnitt des Lenkwellensystems 16 mit dem unteren Abschnitt dieses Systems koppeln. Die Lenkungsunterstützungseinheit 18 enthält beispielsweise einen (nicht gezeigten) Lenkmechanismus mit einer Zahnstange und einem Ritzel, der durch das Lenkwellensystem 16 mit einem Lenkungsaktormotor 19 und einem Getriebe gekoppelt sein kann. Wenn ein Fahrzeugbediener im Betrieb das Lenkrad 14 dreht, stellt der Lenkungsaktormotor 19 die Unterstützung zur Bewegung der Spurstangen 20, 22 bereit, welche wiederum Lenkungsachsschenkel 24 bzw. 26 bewegt, die mit jeweiligen Straßenrädern 28, 30 des Fahrzeugs 10 gekoppelt sind.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass das in 1 veranschaulichte Lenkungssystem 12 zwar eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 14 und den Straßenrädern 28, 30 aufweist, das Lenkungssystem 12 in anderen Beispielen jedoch einen (nicht gezeigten) Drive-By-Wire-Mechanismus verwenden kann. Das Drive-By-Wire-System weist keine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Straßenrad auf. Typischerweise wird die Lenkradeinheit in einem Drive-By-Wire-System verwendet, um eine geeignete Drehmomentrückmeldung für den Fahrer bereitzustellen; und die Lenkradposition von einem Sensor wird verwendet, um eine Positionsregelung für die Spurstangen 20, 22 auszuführen. Jedoch kann diese Erfindung auch in diesem Fall verwendet werden, um eine geeignete Drehmomentrückmeldung für den Fahrer an der Lenkradeinheit unter Verwendung vorgeschlagener Eingaben bereitzustellen.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Fahrzeug 10 ferner verschiedene Sensoren 31, 32, 33, welche beobachtbare Bedingungen des Lenkungssystems 12 und/oder des Fahrzeugs 10 detektieren und messen. Die Sensoren 31, 32, 33 erzeugen Sensorsignale auf der Grundlage der beobachtbaren Bedingungen. In einem Beispiel ist der Sensor 31 ein Drehmomentsensor, der ein von einem Fahrer eingegebenes Lenkraddrehmoment (HWT) erfasst, das von dem Bediener des Fahrzeugs 10 auf das Lenkrad 14 aufgebracht wird. Auf dieser Grundlage erzeugt der Drehmomentsensor ein Fahrerdrehmomentsignal. Bei einem anderen Beispiel ist der Sensor 32 ein Motorwinkel- und Geschwindigkeitssensor, der einen Drehwinkel sowie eine Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Lenkungsaktormotors 19 erfasst. Bei noch einem weiteren Beispiel ist der Sensor 32 ein Lenkradpositionssensor, der eine Position des Lenkrads 14 erfasst. Auf dieser Grundlage erzeugt der Sensor 33 ein Lenkradpositionssignal.
Ein Steuerungsmodul 40 empfängt das eine oder die mehreren Sensorsignale, die von den Sensoren 31, 32, 33 eingegeben werden, und es kann andere Eingaben empfangen, etwa ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 34. Das Steuerungsmodul 40 kann eine Verarbeitungsschaltung sein, etwa eine elektronische Steuerungseinheit (ECU), die einen oder mehrere Mikroprozessoren, Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Cache und andere Hardwarekomponenten enthält. In einem oder mehreren Beispielen implementiert das Steuerungsmodul 40 ein oder mehrere hier beschriebene Verfahren, indem es eine oder mehrere von einem Computer ausführbare Anweisungen ausführt.
Das Steuerungsmodul 40 erzeugt ein Befehlssignal zum Steuern des Lenkungsaktormotors 19 des Lenkungssystems 12 auf der Grundlage einer oder mehrerer der Eingaben und ferner auf der Grundlage der Systeme und Verfahren zur Lenkungsregelung der vorliegenden Offenbarung. Die Systeme und Verfahren zur Lenkungsregelung der vorliegenden Offenbarung wenden eine Signalaufbereitung an und führen eine Reibungsklassifizierung durch, um ein Oberflächenreibungsniveau 42 als ein Steuerungssignal zu ermitteln, das verwendet werden kann, um Aspekte des Lenkungssystems 12 durch die Lenkungsunterstützungseinheit 18 zu steuern. Alternativ oder zusätzlich kann das Oberflächenreibungsniveau 42 von einer oder mehreren Komponenten des Fahrzeugs 10 empfangen werden, etwa von einem Bremsen-Antiblockiersystem (ABS) 44 und/oder von einem elektronischen Stabilitätsregelungssystem (ESC-System) 46. Eine Kommunikation mit dem ABS 44, dem ESC-System 46 und anderen (nicht dargestellten) Komponenten kann beispielsweise unter Verwendung eines Controllerbereichsnetzwerkbusses (CAN-Busses) oder eines anderen Fahrzeugnetzwerks, das in der Technik bekannt ist, ausgeführt werden, um Signale wie etwa das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 34 auszutauschen. Das ESC-System verwendet typischerweise ein selektives Bremsen und andere Techniken, um das Fahrzeug zu steuern, wenn eine unregelmäßige Oberflächenreibung detektiert wird, die zu einem Fahrzeugbewegungszustand wie etwa einer Untersteuerungsbedingung oder einer Übersteuerungsbedingung führen kann.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen verbessern das Lenkungssystem 12, indem sie ermöglichen, dass das Lenkungssystem 12, welches eine Komponente des Fahrzeugs 10 ist, mit der der Fahrer typischerweise in konstantem Kontakt steht, dem Fahrer proaktiv einen Bewegungszustand des Fahrzeugs wie etwa eine Untersteuerungsbedingung oder eine Übersteuerungsbedingung anzeigt. Beispielsweise ermöglichen es die technischen Lösungen hierin, dass das Lenkungssystem 12 einen oder mehrere Typen von Fahrzeugbewegungszuständen detektiert und das Unterstützungsdrehmoment in Ansprechen darauf justiert. Folglich übermittelt das Lenkungssystem 12 Kräfte an der Vorderachse an den Fahrer.
Zum Beispiel kann das Lenkungssystem 12 ein Drehmoment verwenden, das von dem einen oder den mehreren Drehmomentsensoren 31-33 gemessen wird, und ein Unterstützungsdrehmoment unter Verwendung einer Tabelle, etwa einer Verstärkungskurventabelle, und von digitalen Filtern berechnen. Alternativ oder zusätzlich werden bei einem typischen EPS-Regelungssystem ein von einem Modell erzeugtes Referenzdrehmoment und das gemessene Drehmoment verwendet, um eine Regelung des EPS-Systems auszuführen. Bei Lenkungssystemen, die eine dieser Techniken verwenden, ermöglichen die technischen Lösungen hierin eine Verbesserung auf der Grundlage der Kenntnis der Fahrzeugzustände, etwa der Bedingung mit Untersteuerung und/oder Übersteuerung, indem sie eine Übermittlung von Drehmoment/Anstrengung an den Fahrer ermöglichen.
Beispielsweise kann in dem Fall, dass das Lenkungssystem 12 ein geregeltes Lenkungssystem ist, der Lenkradwinkel verwendet werden, um ein gewünschtes Lenkraddrehmoment zu berechnen, wobei das gewünschte Lenkraddrehmoment eine Anstrengung ist, die der Fahrer beim Fahren erwartet. Alternativ oder zusätzlich kann das Lenkungssystem 12 die Zahnstangenkraft des Fahrzeugs vorhersagen und die berechnete Zahnstangenkraft verwenden, um die gewünschten Fahrerdrehmomentanstrengungen zu ermitteln. Ein Lenkradwinkel/LenkradpositionsSignal kann zusätzlich zu einer oder mehreren anderen Eingaben wie etwa einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal verwendet werden, um die Fahrzeugzahnstangenkraft vorherzusagen. Eine derartige Vorhersage kann ermöglichen, dass das Lenkungssystem 12 gegenüber Veränderungen bei der Oberflächenreibung und der Fahrzeugplattform robust bleibt und ein konsistentes Lenkungsgefühl während eines Fahrzeugbetriebs aufrechterhält. Jedoch können diese Vorhersagen der Kraft möglicherweise nicht immer mit der realen Zahnstangenkraft übereinstimmen, speziell in einer nicht linearen Region des Reifenbetriebs, etwa in den Bedingungen mit Übersteuerung und/oder Untersteuerung, welche durch eine Oberfläche mit geringerer Reibung verursacht werden können. Bei diesen Bedingungen wird ein alternatives Zahnstangenkraft-Vorhersageschema verwendet, das sich auf ein oder mehrere Eingabesignale stützt, etwa ein Lenkraddrehmoment, ein Motordrehmoment und dergleichen, um die Zahnstangenkraft zu schätzen und es ist robust gegenüber Nichtlinearitäten der Reifen oder Veränderungen bei der Oberflächenreibung.
Daher umfassen die von den technischen Lösungen bereitgestellten technischen Merkmale, dass das Lenkungssystem 12 ein Detektionsschema für grenznahe Bedingungen der Reifen ermöglicht. Ferner umfassen die technischen Merkmale ein Mischschema zum Übergang/zur Kombination der Verwendung von positionsbasierten und geschätzten Vorhersagen der Zahnstangenkraft. Folglich maximiert das Lenkungssystem 12 die Verwendung des modellbasierten Ansatzes und übermittelt außerdem geeignete Anstrengungen für den Fahrer bei Grenzbedingungen.
Beispielsweise veranschaulicht 2 Komponenten und einen Datenfluss für ein Fahrzeugbewegungszustandsmodul 200 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Bei einem oder mehreren Beispielen ist das Fahrzeugbewegungszustandsmodul 200 Teil des Steuerungsmoduls 40. Alternativ ist das Fahrzeugbewegungszustandsmodul (VMS-Modul) 200 in einem oder mehreren Beispielen von dem Steuerungsmodul 40 getrennt und enthält eine separate Verarbeitungsschaltung, Arbeitsspeicher und andere Hardwarekomponenten.
Das VMS-Modul 200 enthält neben anderen Komponenten ein VMS-Detektionsmodul 210 und ein Mischmodul 220.
Das VMS-Detektionsmodul 210 detektiert Bewegungszustände des Fahrzeugs, etwa die Untersteuerungs- und Übersteuerungs-Bedingungen. Das VMS-Detektionsmodul 210 zeigt die Bewegungszustände des Fahrzeugs dem Mischmodul 220 an. Beispielsweise berechnet das VMS-Detektionsmodul 210 einen Zustandsmerker (VMS-Merker) 212, der an das Mischmodul 220 gesendet wird. Das Mischmodul 220 implementiert ein Mischschema, um eine Zahnstangenkraft zu berechnen, indem es Zahnstangenkräfte kombiniert, die auf der Grundlage des VMS-Merkers 212 unter Verwendung mehrerer Zahnstangenkraftmodule berechnet werden. Der VMS-Merker 212 ist daher ein Mischfaktor, den das Mischmodul 220 verwendet, um die Zahnstangenkraft zu berechnen. Beispielsweise empfängt das Mischmodul 220 eine erste Zahnstangenkraft von einem ersten Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 232 und eine zweite Zahnstangenkraft von einem zweiten Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 234.
Der VMS-Merker 212 kann beispielsweise in dem Bereich [0, 1] liegen. Es sei erwähnt, dass bei anderen Beispielen ein anderer Bereich verwendet werden kann. Bei dem vorstehenden Beispiel kann ein VMS-Merkerwert von 0 repräsentieren, dass die positionsbasierte Vorhersage der Zahnstangenkraft alleine als die Zahnstangenkraftausgabe verwendet werden soll, und der Wert von 1 kann repräsentieren, dass die geschätzte Vorhersage der Zahnstangenkraft allein als die Zahnstangenkraftausgabe verwendet werden soll. Die VMS-Merkerwerte zwischen 0 und 1 können Gewichtungsfaktoren zur Verwendung beim Vermischen der Zahnstangenkraftvorhersagen aus beiden Modellen anzeigen. Wenn beispielsweise der VMS-Merkerwert V ist (0 <= V <= 1), dann kann die Zahnstangenkraftausgabe als die Summe aus V x positionsbasierte Zahnstangenkraft und (1 - V) x geschätzte Zahnstangenkraft berechnet werden. Andere Beispiele können ein anderes Gewichtungsfaktorschema als das vorstehende Beispiel verwenden. Dieses Mischschema ermöglicht einen allmählichen Übergang und verhindert jähe Veränderungen bei Lenkradaufwänden für den Fahrer. Der allmähliche Übergang stellt ferner Robustheit bei normalen Fahrbedingungen und Übermittlung von genauen Anstrengungen an den Fahrer bei Grenzbedingungen sicher.
Es sei erwähnt, dass die vorstehend beschriebenen Modelle zur Zahnstangenkraftberechnung beispielhaft sind, und dass bei anderen Beispielen die Zahnstangenkraft unter Verwendung anderer Verfahren oder deren Kombinationen berechnet werden kann, etwa mit einem nicht linearen Fahrzeugmodell, einem Beobachter, einem Reibungsmodell, Spurstangensensormesswerten und dergleichen.
Wieder mit Bezug auf 2 wird die von dem Mischmodul 220 ausgegebene Zahnstangenkraft 222 zum Berechnen eines Referenzdrehmoments (T_ref) 242 verwendet. Ein Proportional-Integral-Regler (PID-Regler) 250 berechnet ein Motordrehmoment (T_motor) 252 unter Verwendung von T_ref 242 und eines Drehmoments, das von dem Fahrer beim Manövrieren des Lenkrads 14 bereitgestellt wird (T_bar). T_motor wird verwendet, um einen Unterstützungsbefehl (MtrTrq) zu erzeugen, welcher das Unterstützungsdrehmoment durch das Lenkungssystem 12 während der Manöver bereitstellt.
Das System 200 enthält ferner ein erstes Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 232. Das erste Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul kann ein positionsbasiertes Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul sein. Bei einem oder mehreren Beispielen empfängt das erste Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 232 Signale der Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Motorwinkels und erzeugt einen ersten Zahnstangenkraftwert. Hier zeigt das Motorwinkelsignal eine Position des Motors 19 des Lenkungssystems 12 an. Bei einem oder mehreren Beispielen kann die Ausgabe des ersten Zahnstangenkraft-Vorhersagemoduls 232 durch ein Tiefpassfilter 235 hindurch geleitet werden. Der erste Zahnstangenkraftwert wird dann wie vorher beschrieben an das Mischmodul 220 zum Berechnen der Ausgabezahnstangenkraft gesendet.
Das System enthält ferner ein zweites Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 234. Das zweite Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 234 kann die EPS-Drehmomentwerte, etwa das Motordrehmoment 252 und das Eingabedrehmoment verwenden, um einen zweiten Zahnstangenkraftwert zu schätzen. Bei einem oder mehreren Beispielen kann das zweite Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 234 die eingegebenen Drehmomentwerte addieren und das Ergebnis mit einem Tiefpass filtern, um die zweite Zahnstangenkraft als Ausgabe bereitzustellen. Alternativ berechnet das zweite Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 234 die zweite Zahnstangenkraft unter Verwendung anderer Eingabewerte und/oder unter Verwendung anderer Berechnungsverfahren, zum Beispiel unter Verwendung eines Beobachtermodells beruhend auf Signalen des Lenkungssystems. Zum Beispiel wird ein verzögertes Motordrehmoment T_motor 252 unter Verwendung eines Verzögerungsmoduls 260 für das zweite Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 234 bereitgestellt. Das Modul 234 für eine geschätzte Zahnstangenkraft verwendet bei einem oder mehreren Beispielen das verzögerte Motordrehmoment T_motor 252 und das Torsionsstabdrehmoment T_bar vom Fahrer zum Schätzen des zweiten Zahnstangenkraftwerts. Der zweite Zahnstangenkraftwert wird dann an das Mischmodul 220 weitergeleitet, um auf der Grundlage des VMS-Merkers 212 die Ausgabezahnstangenkraft wie vorstehend beschrieben zu berechnen. Folglich empfängt das Mischmodul 220 zwei separate Vorhersagewerte für die Zahnstangenkraft von zwei separaten Modellen. Typischerweise ist die erste Zahnstangenkraft, die von dem positionsbasierten Modul vorhergesagt wird, glatter als die zweite Zahnstangenkraft, die von dem Beobachtermodul bereitgestellt wird, jedoch ermöglicht die zweite Zahnstangenkraft bei grenznahen Bedingungen das Erzeugen einer Rückkopplung für den Fahrer aufgrund der Rauigkeit der zweiten Zahnstangenkraft im Vergleich zu der ersten Zahnstangenkraft.
Das VMS-Detektionsmodul 210 berechnet den VMS-Merker 212 auf der Grundlage von Signalen der Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Gierrate und eines Straßenradwinkels. Bei einem oder mehreren Beispielen werden diese Eingaben von einem oder mehreren Sensoren empfangen. Alternativ oder zusätzlich enthält das System 200 einen Winkelumsetzer 270 von Motor auf Reifen, der ein Straßenrad-Winkelsignal auf der Grundlage des Motorwinkelsignals berechnet. Das Motorwinkelsignal zeigt die Position des Motors 19 des Lenkungssystems 12 an. Zum Beispiel verwendet der Winkelumsetzer 270 von Motor auf Reifen eine Nachschlagetabelle, um den Straßenradwinkel zu ermitteln, der einem Wert des Motorwinkelsignals entspricht.
3 veranschaulicht Komponenten und einen Datenfluss für das VMS-Detektionsmodul 210 zum Berechnen des VMS-Merkers 212 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Bei einem oder mehreren Beispielen enthält das VMS-Detektionsmodul 210 neben anderen Komponenten ein Gierratenbeobachtermodul 310, ein Referenz-Giermodul 320 und ein VMS-Merker-Berechnungsmodul 330.
Das Gierratenbeobachtermodul 310 ist ein Signalverarbeitungsmodul, das das Gierratensignal verarbeitet und eine Gierbeschleunigung berechnet. Bei einem oder mehreren Beispielen verwendet das Gierratenbeobachtermodul 310 ein stationäres Kalman-Filter, um die Gierrate und die Gierbeschleunigung zur Reduktion von Rauschen und Zeitverzögerung zu schätzen/vorherzusagen. Das Referenz-Giermodul 320 verwendet ein lineares Referenzmodell, etwa ein lineares Fahrradmodell und ein Modell erster Ordnung für eine Reifenentspannung, um eine Referenz-Gierrate und eine Referenz-Gierbeschleunigung zu erzeugen. Beispielsweise berechnet das Referenz-Giermodul 320 die Referenzgierrate und die Referenzgierbeschleunigung unter Verwendung der Signale des Straßenradwinkels (RWA) und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Wie zuvor beschrieben wurde, kann das RWA-Signal aus dem Motorwinkel auf der Grundlage von Fahrzeugmesswerten beschafft werden. Das VMS-Merker-Berechnungsmodul 330 berechnet einen Wert des VMS-Merkers 212, indem es die Signale mit den Werten der Referenz-Gierrate und der Referenz-Gierbeschleunigung von dem Referenz-Giermodul 320 und die Signale mit den Werten der Gierrate und der Gierbeschleunigung, die von dem Gierratenbeobachtermodul 310 erzeugt werden, vergleicht. Der Vergleich wird verwendet, um zu ermitteln, ob sich das Fahrzeug 10 in einem Untersteuerungszustand oder einem Übersteuerungszustand befindet (entsprechend Merker 1).
4 veranschaulicht Komponenten und einen Datenfluss für ein beispielhaftes Gierratenbeobachtermodul 310 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Gierratenbeobachtermodul 310 verwendet die Signale RWA, Fahrzeuggeschwindigkeit und gemessene Gierrate (gemessen) und gibt die Signale „verarbeitete Gierrate“ und Gierbeschleunigung aus. Bei einem oder mehreren Beispielen wird das Signal „verarbeitete Gierrate“ berechnet, indem das Signal der gemessenen Gierrate unter Verwendung der Signale RWA und Fahrzeuggeschwindigkeit justiert wird.
Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal wird verwendet, um eine Eingabeverstärkung B und eine Rückkopplungsverstärkung K unter Verwendung eines Eingabeverstärkungsmoduls 410 bzw. eines Rückkopplungsverstärkungsmoduls 415 zu berechnen. Bei einem oder mehreren Beispielen enthalten die Eingabe- und Rückkopplungs-Verstärkungsmodule 410-415 entsprechende Nachschlagetabellen zum Umsetzen des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals in die Verstärkungen B und K.
Das RWA-Signal bzw. Strassenradwinkelsignal wird verwendet, um eine Rotationsgeschwindigkeit (u) der Räder beispielsweise in Radian pro Sekunde durch ein Radgeschwindigkeitsmodul 420 zu berechnen. Bei einem oder mehreren Beispielen empfängt das Radgeschwindigkeitsmodul 420 einen verzögerten RWA über ein Verzögerungsfilter 422 und dann differenziert es den eingegebenen RWA und führt eine Tiefpassfilterung desselben aus, um u zu berechnen. Das Gierratenbeobachtermodul verwendet die folgende Gleichung: $\hat{x} [k + 1] = A . \hat{x} + B . u + K (y - \hat{y})$
wobei ŷ = Cx̂, x̂ ein Zustandsschätzwert ist, ŷ ein Gierratenschätzwert ist, y das gemessene Gierratensignal ist; A eine Systemdynamikverstärkung ist, B die Eingabeverstärkung ist und K die Rückkopplungsverstärkung ist. Entsprechend enthält das Gierratenbeobachtermodul 310 ein Produktmodul 432, das ein Produkt (B.u) aus der Eingabeverstärkung B und der Radgeschwindigkeit u berechnet. Die Ausgabe aus der vorherigen Iteration wird durch ein Verzögerungsmodul 452 geleitet und von einem Verstärkungsmodul 442 unter Verwendung der Systemdynamikverstärkung skaliert, um A.x̂ zu berechnen. Die Systemdynamikverstärkung A ist ein vorbestimmter Faktor für das Fahrzeug 10.
Ferner wird die Ausgabe von der vorherigen Iteration von einem Verzögerungsmodul 454 verzögert und von einem Verstärkungsmodul 444 unter Verwendung der vorbestimmten Ausgabeverstärkung C skaliert, um ŷ = Cx̂ zu berechnen, welche entsprechend dem Beobachtermodell eine geschätzte oder vorhergesagte Gierrate ist. Dann wird ein Fehler zwischen der gemessenen Gierrate y und der geschätzten Gierrate berechnet und von einem Produktmodul 434 unter Verwendung der Rückkopplungsverstärkung K skaliert, um K(y - ŷ) zu berechnen. Die Ausgaben aus dem Produktmodul 432, dem Produktmodul 434 und dem Verstärkungsmodul 442 werden dann von einem Addierermodul 460 addiert, um die Ausgabe für die aktuelle Iteration x̂[k + 1] zu erzeugen.
Ferner wird die Gierratenvorhersage y an ein Gierbeschleunigungsmodul 470 weitergeleitet, das die Gierbeschleunigung berechnet. Bei einem oder mehreren Beispielen differenziert das Gierbeschleunigungsmodul die empfangene Gierrate und führt eine Tiefpassfilterung aus, um die Gierbeschleunigung zu berechnen.
5 veranschaulicht Komponenten und einen Datenfluss des Referenz-Giermoduls 320 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Das dargestellte Referenz-Giermodul 320 verwendet ein lineares Fahrradmodell, jedoch sei angemerkt, dass in anderen Beispielen ein anderes Modell verwendet werden kann, um eine Referenzgierrate und eine Referenzgierbeschleunigung zu erzeugen.
Das Referenz-Giermodul 320 kann Gleichgewichtsgleichungen für Kraft und Moment an der Vorder- und Hinterachse des Fahrradmodells und ein lineares Reifenentspannungsmodell verwenden, um die Beziehung der Querkraft über dem Schlupfwinkel darzustellen. Beispielsweise können in dem Modell verwendete Gleichungen sein: $m (\dot{V} + r U) = F_{c f} + F_{c r}$
$I_{z z} \dot{r} = a . F_{c f} - b . F_{c r}$
wobei V = Quergeschwindigkeit des Schwerpunkts (CG) des Fahrzeugs 10, r = Gierrate des Schwerpunkts des Fahrzeugs 10, A = Abstand der Vorderachse vom Schwerpunkt des Fahrzeugs 10, b = Abstand der Hinterachse vom Schwerpunkt des Fahrzeugs, I_zz = Trägheitsmoment um die Z-Achse, Fcf = Reifenkraft der Vorderachse und F_cr = Reifenkraft der Hinterachse.
Ferner ist: $F_{c f} = C_{a f} \cdot a_{f}$
$F_{c r} = C_{a r} \cdot a_{r}$
Wobei C_af = Steifigkeit für Vorderachse bei Kurvenfahrt, C_ar = Steifigkeit für Hinterachse bei Kurvenfahrt und $a_{f} = \frac{V + a r}{U} - δ$
$a_{r} = \frac{V - b r}{U}$
wobei af und ar Schlupfwinkel der Vorder- bzw. Hinterachse sind. C_af und C_ar sind herkömmlicherweise vorbestimmte Konstanten, um jedoch die Fahrzeugbewegungszustände zu berücksichtigen, berechnen die technischen Merkmale hierin die Werte für C_af und C_ar als Funktionen der Fahrzeuggeschwindigkeit, wie vorstehend gezeigt ist. Es sei angemerkt, dass bei anderen Beispielen andere Funktionen, etwa nicht lineare Funktionen, zum Berechnen der Werte für C_af und C_ar verwendet werden können.
Mit Bezug auf 5 empfängt das Referenz-Giermodul 320 das RWA-Signal, welches ein auf dem Motorwinkel beruhendes vorhergesagtes Signal ist. Bei einem oder mehreren Beispielen wird der Motorwinkel vom Motor 19 des Lenkungssystems 12 unter Verwendung von Reifenwinkelmesswerten in den RWA umgesetzt. Ferner wird bei einem oder mehreren Beispielen das vorhergesagte RWA-Signal durch ein Reifenentspannungsdynamikmodul 510 hindurch geleitet. Das Reifenentspannungsdynamikmodul 510 wendet ein von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängiges Tiefpassfilter auf das RWA-Signal an. Das Tiefpassfilter fügt eine Verzögerung zu der Berechnung der Referenzgierrate hinzu. Die Verzögerung stellt einen Abgleich der Reifendynamik sicher. Ohne eine derartige Verzögerung kann die Berechnung der tatsächlichen Gierrate in einer nicht angemessenen Weise vorauseilen. Entsprechend gibt das Reifenentspannungsdynamikmodul 510 einen verzögerten RWA an ein Modellberechnungsmodul 530 aus.
Ferner empfängt das Referenz-Giermodul 320 das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal. Bei einem oder mehreren Beispielen wird das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von einem Umsetzermodul 520 von einer Einheit in eine andere umgesetzt, beispielsweise von km/h zu mph (oder umgekehrt). Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal wird dann zum Verzögern des RWA-Signals durch das Reifenentspannungsdynamikmodul 510 verwendet. Ferner wird das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal an das Modellberechnungsmodul 530 für die eine oder die mehreren vorstehend beschriebenen Berechnungen weitergeleitet.
6 veranschaulicht Komponenten und einen Datenfluss des Modellberechnungsmoduls 530 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Modellberechnungsmodul empfängt die Fahrzeuggeschwindigkeit und den verzögerten RWA als Eingaben und berechnet die Signale der Referenz-Gierrate und der Referenz-Gierbeschleunigung unter Verwendung der einen oder mehreren vorstehend beschriebenen Gleichungen. 6 veranschaulicht Hardwareimplementierungen zum Berechnen der Signale der Gierrate und der Referenz-Gierbeschleunigung. Zum Beispiel berechnen die Module 640-670 jeweils die Gleichungen 4-6. Ferner veranschaulicht das Modul 620 das Berechnen von Werten von V und V (durch Integrieren von V in Übereinstimmung mit Gleichung 2). Das Modul 630 berechnet die Referenz-Gierrate r (Rad/Sekunde) durch Integrieren einer berechneten Referenz-Gierbeschleunigung ṙ(Rad/Sekunde²) in Übereinstimmung mit Gleichung 3.
Wieder mit Bezug auf 3 werden die Gierrate und die Gierbeschleunigung, die von dem Gierratenbeobachtermodul 310 (siehe 4) ausgegeben werden, und die Referenz-Gierrate und die Referenz-Gierbeschleunigung, die von dem Referenz-Giermodul 320 (siehe 5) ausgegeben werden, von dem VMS-Merker-Berechnungsmodul 330 empfangen. Das VMS-Merker-Berechnungsmodul 330 verwendet diese Eingabesignale zum Berechnen eines Werts des VMS-Merkers 212 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs wie etwa [0, 1]. Bei einem oder mehreren Beispielen beschreibt das VMS-Merker-Berechnungsmodul 330 das Fahrzeug 10 in zwei verschiedenen Zuständen: ein dynamischer Zustand 750 und ein stationärer Zustand 740, beruhend auf einem Gierratenfehler und einem Gierbeschleunigungsfehler. Ferner werden jeweilige Prüfbedingungen verwendet, um Merkerwerte für den dynamischen VMS und den stationären VMS zu ermitteln.
7 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss für das VMS-Merker-Berechnungsmodul 330 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Das VMS-Merker-Berechnungsmodul 330 enthält neben anderen Komponenten ein Fehlerberechnungsmodul 710, ein Bedingungsschwellenwert-Berechnungsmodul 720 und ein Merkerzustands-Berechnungsmodul 730.
8 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss für das Fehlerberechnungsmodul 710 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Fehlerberechnungsmodul 710 verwendet die Referenz-Gierrate und die Referenz-Gierbeschleunigung von dem Referenz-Giermodul 320, um eine Abweichung/einen Fehler mit Bezug auf die Gierrate bzw. die Gierbeschleunigung zu berechnen, die von dem Gierbeobachtermodul 310 vorhergesagt oder geschätzt werden. Beim Berechnen des Fehlers, wie in 8 gezeigt ist, werden die Vorzeichen der Referenz-Gierrate und der Referenz-Gierbeschleunigung berücksichtigt. Beispielsweise berechnet das Fehlerberechnungsmodul 710 den Gierratenfehler in Übereinstimmung mit der Gleichung $Gierratenfehler (e_{yaw}) = sgn (r_{ref}) * (r_{ref} - r_{veh});$
und den Gierbeschleunigungsfehler in Übereinstimmung mit der Gleichung $Gierbeschleunigungsfehler (e_{yawaccel}) = sgn ({\dot{r}}_{ref}) * ({\dot{r}}_{ref} - {\dot{r}}_{veh}) .$
wobei r_ref = Referenzgierrate; r_est = Geschätzte Gierrate; ṙ_ref = Referenz-Gierbeschleunigung; und ṙ_est = Geschätzte Gierbeschleunigung.
Bei einem oder mehreren Beispielen wird die Referenz-Gierrate von dem Referenz-Giermodul 320 von einem Verzögerungsmodul 820 und einem Tiefpassfiltermodul 830 verzögert und tiefpassgefiltert, bevor der Gierratenfehler berechnet wird. Ferner verzögern und filtern bei einem oder mehreren Beispielen ein Verzögerungsmodul 822 und ein Tiefpassfilter 832 den Referenz-Gierbeschleunigungswert von dem Referenzgiermodul 320, bevor der Gierbeschleunigungsfehler berechnet wird.
Wieder mit Bezug auf 7 erzeugt das Bedingungsschwellenwert-Berechnungsmodul 720 von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Schwellenwerte/Totzonen für jede der 4 Bedingungen des Fahrzeugs 10, wie vorstehend erwähnt - dynamisches Untersteuern 752, dynamisches Übersteuern 754, stationäres Untersteuern 742 und stationäres Übersteuern 744. Wenn bei einem oder mehreren Beispielen die Fahrzeugbedingung zu keinem der vier Zustände passt, wird das Fahrzeug 10 so aufgefasst, dass es sich in einer neutralen Lenk/steuerbedingung 746 befindet, das heißt, das Fahrzeug 10 befindet sich innerhalb der Grenzen der Reifenkraftsättigung. Der stationäre Zustand 740 und der dynamische Zustand 750 werden auf der Grundlage der Abruptheit der Fahrzeugbewegung klassifiziert, welche unter Verwendung von Messwerten und Vorhersagen der Gierrate und der Gierbeschleunigung ermittelt werden kann. Beispielsweise ermöglichen Abweichungen zwischen vorhergesagten Werten der Gierrate und der Gierbeschleunigung und jeweiligen tatsächlichen Werten der Gierrate und der Gierbeschleunigung das Klassifizieren des Bewegungszustands des Fahrzeugs als stationärer Zustand oder als dynamischer Zustand. Beispielsweise kann ein abruptes Manöver, etwa ein heftiges Bremsen, ein plötzliches Lenken/Drehen oder dergleichen dazu führen, dass sich das Fahrzeug in einem dynamischen Zustand befindet; während ein stationärer Zustand darstellen kann, dass das Fahrzeug 10 mit einer stationären Geschwindigkeit mit minimalen Richtungsänderungen fährt, das Fahrzeug steht, eine sanfte Wendung ohne abrupte Manöver durchgeführt wird und dergleichen.
9 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss für das Bedingungsschwellenwert-Berechnungsmodul 720 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Bei einem oder mehreren Beispielen sind die Schwellenwerte/Totzonen fein einstellbar und werden auf der Grundlage des Verhaltens des Fahrzeugs 10 kalibriert. Zum Beispiel wird in der dargestellten 9 das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal verwendet, um die Schwellenwerte für jede der hier beschriebenen Fahrzeugbedingungen zu ermitteln. Bei einem oder mehreren Beispielen wird ein Absolutwert der Fahrzeuggeschwindigkeit von einem Modulomodul 905 berechnet. Alternativ oder zusätzlich können die Schwellenwerte von der Straßenoberflächenreibung abhängig gemacht werden.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird von einem Schwellenwertmodul 910 für dynamisches Übersteuern verwendet, um einen dynamischen Übersteuerungsschwellenwert (e1) zu ermitteln. Bei einem oder mehreren Beispielen enthält das Schwellenwertmodul 910 für dynamisches Übersteuern eine Nachschlagetabelle, die einen Schwellenwert der Gierbeschleunigung als den dynamischen Übersteuerungsschwellenwert (e1) auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitswerts bereitstellt. Ferner ermittelt ein Schwellenwertmodul 920 für dynamisches Untersteuern einen dynamischen Untersteuerungsschwellenwert (e2) auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals. Bei einem oder mehreren Beispielen enthält das Schwellenwertmodul 920 für dynamisches Untersteuern eine Nachschlagetabelle, die einen Schwellenwert der Gierbeschleunigung als den dynamischen Untersteuerungsschwellenwert (e2) auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitswerts bereitstellt.
Ferner ermittelt ein Schwellenwertmodul 930 für stationäres Übersteuern einen stationären Übersteuerungsschwellenwert (e3) auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals. Bei einem oder mehreren Beispielen enthält das Schwellenwertmodul 930 für stationäres Übersteuern eine Nachschlagetabelle, die einen Schwellenwert der Gierrate als den stationären Übersteuerungsschwellenwert (e3) auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitswerts bereitstellt. Noch ferner ermittelt ein Schwellenwertmodul 940 für stationäres Untersteuern einen stationären Untersteuerungsschwellenwert (e4) auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals. Bei einem oder mehreren Beispielen enthält das Schwellenwertmodul 940 für stationäres Untersteuern eine Nachschlagetabelle, die einen Schwellenwert für die Gierrate als den stationären Untersteuerungsschwellenwert (e4) auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitswerts bereitstellt.
Wieder mit Bezug auf 7 enthält das VMS-Merker-Berechnungsmodul 330 ferner das Merkerzustand-Berechnungsmodul 730, das den Gierratenfehler und den Gierbeschleunigungsfehler mit den Schwellenwerten vergleicht, die von dem Bedingungsschwellenwert-Berechnungsmodul 720 berechnet werden. Bei einem oder mehreren Beispielen wird der Gierbeschleunigungsfehler mit den jeweiligen dynamischen Schwellenwerten verglichen, um entweder dynamische US-Merker (Untersteuerungsmerker) oder dynamische OS-Merker (Übersteuerungsmerker) zu erzeugen. Wenn die dynamischen Schwellenwerte oder mit anderen Worten die Gierbeschleunigung nicht schlüssig ist, wird der Gierratenfehler ferner verwendet, um entweder einen stationären US-Merker oder einen stationären OS-Merker zu erzeugen. Da alle Grenzbedingungen für die Reifen unter die stationären Bedingungen 740 und die dynamischen Bedingungen 750 fallen, wenn ein beliebiger der Merker gesetzt ist, befindet sich das Fahrzeug 10 in einer dynamischen oder stationären Grenzbedingung. Bei einem oder mehreren Beispielen wird zur Verhinderung augenblicklicher Veränderungen der Merker die Ausgabe tiefpassgefiltert, um eine Zahl zwischen 0 und 1 zu erzeugen. Jedoch könnte auch ein Ratenbegrenzer oder ein anderes äquivalentes Schema verwendet werden, um den Wechsel von Merkern sanft zu gestalten.
10 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss für das Merkerzustands-Berechnungsmodul 730 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Merkerzustands-Berechnungsmodul 730 enthält eine Verarbeitungsschaltung, die in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen arbeitet.
Wenn e_yawaccel > e1, dann Dynamischer US-Merker = WAHR; sonst Dynamischer US-Merker = FALSCH
Wenn e_yawaccel < -e2, dann Dynamischer OS-Merker = WAHR; sonst Dynamischer OS-Merker = FALSCH
Wenn e_yaw > e3, dann Stationärer US-Merker = WAHR; sonst Stationärer US-Merker = FALSCH
Wenn e_yaw < -e4 dann Stationärer OS-Merker = WAHR; sonst Stationärer OS-Merker = FALSCH
wobei e1 = dynamischer Untersteuerungs-Schwellenwert; e2 = dynamischer Übersteuerungs-Schwellenwert; e3 = stationärer Untersteuerungs-Schwellenwert; e4 = stationärer Übersteuerungs-Schwellenwert; e_yawaccel = Gierbeschleunigungsfehler; und e_yaw = Gierratenfehler.
Der Gierbeschleunigungsfehler und der Gierratenfehler werden von dem Fehlerberechnungsmodul 710 berechnet und die Schwellenwerte werden von dem Bedingungsschwellenwert-Berechnungsmodul 720 ermittelt.
Wenn irgendeiner der vorstehenden Merker als WAHR berechnet wird, wird ein USOS_Detektion_Ungefiltert_Merker auf einen Wert von 1 (WAHR) gesetzt; andernfalls wird er auf einen Wert von 0 (FALSCH) gesetzt. Der USOS_Detektion_Ungefiltert_Merker wird ferner gefiltert, um den VMS-Merker 212 zu erhalten, der kontinuierlich zwischen 0 und 1 variiert.
Wieder mit Bezug auf 2 empfängt das Mischmodul 220 den VMS-Merker 212 und führt ein skaliertes Vermischen der Ausgaben der Zahnstangenkraftvorhersage 232, die auf dem Fahrzeugmodell beruht, und der Zahnstangenkraftvorhersage 234, die auf den EPS-Signalen beruht, aus.
11 stellt beispielhafte Komponenten und einen Datenfluss für das Mischmodul 220 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das Mischmodul 220 empfängt die erste Zahnstangenkraft von dem Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 232. Bei einem oder mehreren Beispielen erzeugt das Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 232 die erste Zahnstangenkraft auf der Grundlage eines vorkonfigurierten Fahrzeugmodells unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Motorwinkels. Das Mischmodul 220 empfängt ferner die zweite Zahnstangenkraft von dem Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 234. Bei einem oder mehreren Beispielen erzeugt das Zahnstangenkraft-Vorhersagemodul 234 die zweite Zahnstangenkraft unter Verwendung eines Zahnstangenkraftbeobachters, der ein Drehmoment, das von dem Fahrer auf das Lenkrad 14 aufgebracht wird, und ein Unterstützungsdrehmoment, das von dem Lenkungssystem 12 erzeugt wird, verwendet. Das Mischmodul 220 empfängt ferner den VMS-Merker 212.
Bei einem oder mehreren Beispielen berechnet das Mischmodul 220 ein Produkt aus dem Wert des VMS-Merkers 212 und der zweiten Zahnstangenkraft (oder der ersten Zahnstangenkraft), wie bei 1110 gezeigt ist. Das Mischmodul 220 berechnet ferner ein Produkt aus der ersten Zahnstangenkraft (oder der zweiten Zahnstangenkraft) und einer Differenz zwischen einem maximalen Wert des VMS-Merkers und dem Wert des VMS-Merkers 212, wie bei 1120 gezeigt ist. Wenn der VMS-Merker 212 beispielsweise in dem Bereich [0, 1] liegt, wie in 11 dargestellt ist, berechnet das Mischmodul (1 - VMS-Merker) und multipliziert das Ergebnis mit der ersten Zahnstangenkraft (oder der zweiten Zahnstangenkraft), wie bei 1130 und 1120 gezeigt ist. Die Ergebnisse der vorstehend beschriebenen zwei Produkte werden addiert und als die Zahnstangenkraft 222 ausgegeben, um das Referenzdrehmoment Tref 242 zu ermitteln, wie bei 1140 gezeigt ist.
Die hier beschriebenen technischen Merkmale ermöglichen, dass das Lenkungssystem 12 grenznahe Bedingungen detektiert und ferner die Grenzbedingungen in dynamische und stationäre Bedingungen klassifiziert, um weiter zu identifizieren, was der Fahrer gerade zu tun beabsichtigt. Das Identifizieren des Bewegungszustands des Fahrzeugs wird ausgeführt, indem die Signale der Vorhersagen der Zahnstangenkraft 222 und des resultierenden Referenzdrehmoments (Tref) 232 verglichen werden, wenn das hier beschriebene Bewegungszustandssystem 200 des Fahrzeugs eingeschaltet und ausgeschaltet wird. Wenn das Bewegungszustandssystem 200 des Fahrzeugs beispielsweise eingeschaltet ist, trägt ein Abfallen bei der Zahnstangenkraft 222 und beim Tref-Drehmoment dazu bei, dass der Fahrer die Reifengrenze identifiziert.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen sprechen folglich ein technisches Problem in einem Lenkungssystem, etwa einem Servolenkungssystem mit geschlossenem Kreis an. Beispielsweise wird in Lenkungssystemen mit geschlossenem Kreis ein Unterstützungsdrehmoment auf der Grundlage einer geschätzten/vorhergesagten Zahnstangenkraft bereitgestellt, um Anstrengungen des Fahrers am Lenkrad des Lenkungssystems zu ermitteln. Das Lenkungssystem kann Referenzwerte der Zahnstangenkraft von mehr als einer Quelle empfangen, etwa von einer Zahnstangenkraftreferenz eines Fahrradmodells, die ein einheitliches und glattes Lenkungsgefühl bei normalen Fahrbedingungen (unter der Grenze) bietet, und von einer Beobachter-Zahnstangenkraftreferenz, die eine genaue Übermittlung der Bemühungen bei Bedingungen unter der Grenze und an der Grenze auf Kosten einer Rauigkeit des Gefühls bietet.
Die technischen Lösungen hierin ermitteln Fahrzeugzustandsinformationen unter Verwendung von Fahrzeug- und EPS-Signalen, um Grenzbedingungen des Reifenentspannungsmodells zu ermitteln, was die Verwendung der Nutzung der Zahnstangenkraft des Fahrradmodells während der normalen Fahrbedingungen (unter der Grenze) und das Umschalten auf die Zahnstangenkraft des Beobachtermodells bei Grenzmanövern ermöglicht. Die technischen Lösungen hierin ermöglichen somit, dass das Lenkungssystem in diesem Fall das Beste aus beiden Welten bietet. Ferner ermöglichen die technischen Lösungen, dass das Lenkungssystem die Zahnstangenkraftvorhersagen aus beiden Quellen unter Verwendung der Fahrzeugzustands- und Bedingungsinformationen vermischt, um ein einheitliches Lenkungsgefühl mit einer genauen Übermittlung des Aufwands an den Fahrer sicherzustellen.
Beispielsweise berechnet ein Lenkungssystem unter Verwendung der technischen Lösungen ein Unterstützungsdrehmoment, indem es eine grenznahe Bedingung für ein Reifensystem detektiert und in Ansprechen darauf einen Mischfaktor, welcher der VMS-Merker ist, auf der Grundlage eines Typs der grenznahen Bedingung ermittelt. Das Lenkungssystem erzeugt ferner ein Zahnstangenkraftsignal, indem es eine erste Zahnstangenkraft von einem Fahrzeugmodell und eine zweite Zahnstangenkraft von einem Beobachtermodell des Lenkungssystems auf der Grundlage des Mischfaktors vermischt. Das Lenkungssystem erzeugt ferner das Unterstützungsdrehmoment auf der Grundlage des Zahnstangenkraftsignals, indem es das Zahnstangenkraftsignal in ein Referenz-Drehmomentsignal umsetzt.
Bei einem oder mehreren Beispielen ist die grenznahe Bedingung eine dynamische Bedingung, wobei der dynamische Zustand eine Lenkradgeschwindigkeit des Lenkungssystems anzeigt, die über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt. Alternativ oder zusätzlich ist die grenznahe Bedingung eine stationäre Bedingung, wobei der stationäre Zustand eine Lenkradgeschwindigkeit des Lenkungssystems anzeigt, die unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Ferner umfasst das Detektieren der grenznahen Bedingung das Berechnen eines Gierratenfehlers und eines Gierbeschleunigungsfehlers und das Vergleichen des Gierratenfehlers und des Gierbeschleunigungsfehlers mit einer Vielzahl von Schwellenwerten, die jeweils verschiedenen Typen von grenznahen Bedingungen entsprechen. Die Typen der grenznahen Bedingungen können beispielsweise eine dynamische Untersteuerungsbedingung, eine dynamische Übersteuerungsbedingung, eine stationäre Untersteuerungsbedingung und eine stationäre Übersteuerungsbedingung umfassen.
Ferner umfasst das Berechnen des Gierratenfehlers und des Gierbeschleunigungsfehlers, dass eine Gierrate und eine Gierbeschleunigung erzeugt werden, dass eine Referenz-Gierrate und eine Referenz-Gierbeschleunigung erzeugt werden, und dass Differenzen zwischen der Gierrate und der Referenz-Gierrate und zwischen der Gierbeschleunigung und der Referenz-Gierbeschleunigung als Gierratenfehler bzw. Gier-Beschleunigungsfehler berechnet werden.
Noch weiter werden bei einem oder mehreren Beispielen die Schwellenwerte für die verschiedenen Typen der grenznahen Bedingungen auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals berechnet. Alternativ oder zusätzlich werden die Schwellenwerte auf der Grundlage eines Oberflächenreibungssignals berechnet.
Die vorliegenden technischen Lösungen können ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt bei jedem möglichen technischen Detailniveau der Integration sein. Das Computerprogrammprodukt kann ein (oder mehrere) computerlesbare Speichermedien enthalten, die darin von einem Computer lesbare Programmanweisungen aufweisen, um zu veranlassen, dass ein Prozessor Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen ausführt.
Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen sind hier mit Bezug auf Ablaufdiagrammdarstellungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Ablaufdiagrammdarstellungen und/oder Blockdiagramme und Kombinationen aus Blöcken in den Ablaufdiagrammdarstellungen und/oder den Blockdiagrammen durch computerlesbare Programmanweisungen implementiert werden kann/können.
Die Ablaufdiagramme und Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und die Arbeitsweise möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lösungen. Diesbezüglich kann jeder Block in dem Flussdiagramm oder den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt von Anweisungen repräsentieren, das/der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zum Implementieren der angegebenen logischen Funktionen umfasst. In einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken erwähnten Funktionen in einer anderen Reihenfolge als in den Figuren notiert auftreten. Zum Beispiel können zwei Blöcke, die aufeinanderfolgend gezeigt sind, tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden, in Abhängigkeit von der beteiligten Funktionalität. Außerdem wird erwähnt, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder der Ablaufdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder der Ablaufdiagrammdarstellungen durch spezialisierte hardwarebasierte Systeme implementiert werden kann/können, welche die angegebenen Funktionen oder Handlungen ausführen oder Kombinationen aus spezieller Hardware und Computeranweisungen ausführen.
Außerdem ist festzustellen, dass jedes Modul, jede Einheit, jede Komponente, jeder Server, jeder Computer, jedes Endgerät oder jede Vorrichtung, die hier beispielhaft ausgeführt wurde, der/die/das Anweisungen ausführt, computerlesbare Medien wie etwa Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichervorrichtungen (entfernbare und/oder nicht entfernbare) wie etwa beispielsweise Magnetplatte, optische Platten oder Bänder enthalten kann oder anderweitig darauf Zugriff haben kann. Computerspeichermedien können flüchtige und nicht flüchtige, entfernbare und nicht entfernbare Medien enthalten, die in einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie zum Speichern von Informationen implementiert sind, etwa computerlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere Daten. Derartige Computerspeichermedien können Teil der Vorrichtung sein oder dafür zugänglich oder damit verbindbar. Jede hier beschriebene Anwendung oder jedes hier beschriebene Modul kann unter Verwendung von computerlesbaren/ausführbaren Anweisungen implementiert werden, die von derartigen computerlesbaren Medien gespeichert oder anderweitig festgehalten werden können.
Obwohl die technischen Lösungen im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurden, ist es leicht zu verstehen, dass die technischen Lösungen nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen begrenzt sind. Stattdessen können die technischen Lösungen modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu umfassen, die hier im Vorstehenden nicht beschrieben sind, welche aber mit dem Geist und Umfang der technischen Lösungen übereinstimmen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben worden sind, versteht es sich außerdem, dass Aspekte der technischen Lösungen nur einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Folglich dürfen die technischen Lösungen nicht so aufgefasst werden, dass sie auf die vorstehende Beschreibung beschränkt sind.

Claims

Lenkungssystem (12), umfassend: einen Motor (19), ein Steuerungsmodul (40), das ausgestaltet ist, um: eine verarbeitete Gierrate und eine Gierbeschleunigung auf der Grundlage eines Straßenradwinkelsignals, eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals und eines gemessenen Gierratensignals zu berechnen; einen Zustandsmerkerwert zu berechnen, der einen Bewegungszustand eines Fahrzeugs (10) anzeigt, wobei die verarbeitete Gierrate und die Gierbeschleunigung verwendet werden, um den Zustandsmerkerwert zu berechnen; ein Referenz-Drehmomentsignal (242) auf der Grundlage des Zustandsmerkerwerts zu erzeugen; ein Motorunterstützungs-Drehmomentsignal auf der Grundlage des Referenz-Drehmomentsignals (242) zu erzeugen; und das Motorunterstützungs-Drehmomentsignal auf den Motor (19) anzuwenden, um ein entsprechendes Unterstützungsdrehmoment bereitzustellen.
Lenkungssystem (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsmerker (212) auf der Grundlage eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, eines Gierratensignals und eines Winkelsignals berechnet wird, das eine Position eines Motors (19) des Lenkungssystems (12) anzeigt.
Lenkungssystem (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der detektierte Bewegungszustand des Fahrzeugs (10) ein dynamischer Zustand ist.
Lenkungssystem (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der detektierte Bewegungszustand des Fahrzeugs (10) ein stationärer Zustand ist.
Lenkungssystem (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenz-Drehmomentsignal (242) auf der Grundlage des Zustandsmerkerwerts erzeugt wird, indem eine erste Zahnstangenkraft, die auf der Grundlage eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals und eines Motorwinkels erzeugt wird, und eine zweite Zahnstangenkraft, die auf der Grundlage eines Motordrehmoments und eines Eingabedrehmoments erzeugt wird, das an einem Lenkrad (14) des Lenkungssystems (12) bereitgestellt wird, vermischt werden.
Lenkungssystem (12) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Referenz-Giermodul (320), das ausgestaltet ist, um eine Referenz-Gierrate und eine Referenz-Gierbeschleunigung auf der Grundlage des Straßenradwinkelsignals und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals zu berechnen, wobei die Referenz-Gierrate und die Referenz-Gierbeschleunigung zum Berechnen des Zustandsmerkers (212) verwendet werden.
Lenkungssystem (12) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Fehlerberechnungsmodul (710), das ausgestaltet ist, um einen Gierratenfehler und einen Gierbeschleunigungsfehler zu berechnen, indem es jeweils Differenzen zwischen der verarbeiteten Gierrate und der Referenz-Gierrate und zwischen der Gierbeschleunigung und der Referenz-Gierbeschleunigung berechnet, wobei die verarbeitete Gierrate und die Gierbeschleunigung verwendet werden, um den Zustandsmerker (212) zu berechnen.
Lenkungssystem (12) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Bedingungsschwellenwert-Berechnungsmodul (720), das ausgestaltet ist, um eine Vielzahl von Schwellenwerten zu berechnen, die jeder Bedingung aus einer Vielzahl von Übersteuerungs- und Untersteuerungsbedingungen entsprechen.
Lenkungssystem (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwerte auf der Grundlage eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals berechnet werden.
Lenkungssystem (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwerte auf der Grundlage eines Oberflächenreibungssignals berechnet werden.
Verfahren zum Berechnen eines Unterstützungsdrehmoments von einem Lenkungssystem (12), wobei das Verfahren umfasst, dass: von dem Lenkungssystem (12) ein nicht neutraler Bewegungszustand eines Fahrzeugs (10) detektiert wird, wobei das Detektieren des Bewegungszustands des Fahrzeugs (10) umfasst, dass: ein Gierratenfehler und ein Gierbeschleunigungsfehler berechnet werden; und der Gierratenfehler und der Gierbeschleunigungsfehler mit einer Vielzahl von Schwellenwerten verglichen werden, die jeweils einer Vielzahl von Typen des Bewegungszustands des Fahrzeugs (10) entsprechen; in Ansprechen darauf ein Mischfaktor auf der Grundlage eines Typs des Bewegungszustands des Fahrzeugs (10) ermittelt wird; ein Zahnstangenkraftsignal erzeugt wird, indem eine erste Zahnstangenkraft von einem Fahrzeugmodell und eine zweite Zahnstangenkraft von einem Lenkungssystem-Beobachtermodell auf der Grundlage des Mischfaktors vermischt werden, und das Unterstützungsdrehmoment auf der Grundlage des Zahnstangenkraftsignals erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungszustand des Fahrzeugs (10) eine dynamische Bedingung ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungszustand des Fahrzeugs (10) eine stationäre Bedingung ist.