DE102017112968B4

DE102017112968B4 - Verfahren und System zum Steuern eines elektrischen Servolenkungssystems sowie Servolenkungssystem

Info

Publication number: DE102017112968B4
Application number: DE102017112968.5A
Authority: DE
Inventors: Tejas M. Varunjikar; Anthony J. Champagne
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2037-06-14
Also published as: CN107499373A; DE102017112968A1; CN107499373B

Abstract

Verfahren zum Steuern eines elektrischen Servolenkungssystems (12), wobei das Verfahren umfasst, dass:eine Zahnstangenlenkungskraft bestimmt wird, um ein Drehmoment auf das elektrische Servolenkungssystem (12) aufzubringen, wobei das Bestimmen der Zahnstangenlenkungskraft umfasst, dass ein Reibungsfaktor auf der Grundlage einer Motorgeschwindigkeit eines Motors des elektrischen Servolenkungssystems (12) erzeugt wird, wobei der Reibungsfaktor eine Reibung zwischen einem Reifen und einer Oberfläche eines Bodens, mit welchem der Reifen in Kontakt steht, anzeigt, wobei die Motorgeschwindigkeit in ein Schnellreibungssignal (µfast) umgewandelt wird, das die gegenwärtige Motorgeschwindigkeit repräsentiert, und wobei durch Begrenzen einer Änderungsrate des Schnellreibungssignals (µfast) eine Änderung des Reibungsfaktor erst nach einer vorbestimmten Zeitdauer ermöglicht wird;ein Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehl auf der Grundlage der Zahnstangenlenkungskraft erzeugt wird; unddas elektrische Servolenkungssystem (12) unter Verwendung des Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehls gesteuert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und System zum Steuern eines elektrischen Servolenkungssystems sowie auf ein Servolenkungssystem.
Bei einem typischen elektrischen Servolenkungssystem (EPS-System) eines Fahrzeugs wird ein Lenkraddrehmomentsensor verwendet, um das vom Fahrer angeforderte Unterstützungsdrehmoment zu bestimmen. Wenn der Lenkraddrehmomentsensor inaktiv wird und nicht korrekt funktioniert, kann es sein, dass das EPS-System nicht in der Lage ist, das Lenkungsunterstützungsdrehmoment bereitzustellen. Einige Verfahren stellen eine Detektion eines Unterstützungsverlustes bei Geschwindigkeiten bereit, bei denen Fahrzeuge rollen.
US 2016 / 0 075 371 A1 offenbart eine Bestimmung eines Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehls anhand der Erzeugung einer Zahnstangenkraft, die durch einen Lenkradwinkel und eine Lenkradgeschwindigkeit bestimmt wird.
US 2014 / 0 324 294 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Servolenkungssystems eines Fahrzeugs, das ein Bestimmen, dass ein oder mehrere Handraddrehmomentsensoren des Fahrzeugs nicht aktiviert sind, ein Erzeugen eines Unterstützungsdrehmomentbefehls dadurch, dass eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs basierend auf einem Handradwinkel ermittelt wird, und basierend auf der ermittelten Querbeschleunigung ein Bestimmen eines Betrags des Unterstützungsdrehmoments umfasst. Das elektrische Servolenkungssystem wird unter Verwendung des erzeugten Unterstützungsdrehmomentbefehls gesteuert.
DE 601 07 126 T2 offenbart eine elektrische Servolenkung für ein Fahrzeug, bei der eine Rotationsgeschwindigkeit eines Elektromotors bestimmt und als Funktion dieser Rotationsgeschwindigkeit ein geschätztes Drehmomentsignal ermittelt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie Systeme zu schaffen, mit denen es auch im Falle eines Fehlers von Lenkraddrehmomentsensoren möglich ist, stets eine zuverlässige und stabile Lenkungsunterstützung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 10 und 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

1 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm eines Lenkungssystems, das ein Unterstützungsdrehmomentberechnungssystem gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält;
2 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm, das ein Unterstützungsdrehmomentberechnungssystem gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht;
3 stellt ein Datenflussdiagramm einer Zahnstangenlast-Schätzvorrichtung gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform dar;
4 stellt ein Datenflussdiagramm eines Unterstützungsdrehmomentbefehlsgenerators gemäß einer nicht erfindungsgemä-ßen Ausführungsform dar;
5 stellt ein Datenflussdiagramm eines auf einem Lenkradwinkel beruhenden Skalierungsmoduls gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform dar;
6 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Unterstützungsdrehmomentbefehl-Generierungsverfahrens gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform;
7 stellt ein Datenflussdiagramm der Zahnstangenlast-Schätzvorrichtung gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung dar;
8 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm, das ein Reibungsschätzmodul gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält;
9 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm, das ein Reibungslernmodul gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält;
10 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm, das ein Merkeraktualisierungsmodul gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält;
11 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm, das ein Wandlermodul gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält; und
12 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm, das ein Mischermodul gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält.

Mit Bezug nun auf 1, wobei die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wird, ohne diese einzuschränken, ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Fahrzeugs 10, das ein Lenkungssystem 12 enthält, veranschaulicht. In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Lenkungssystem 12 ein Lenkrad 14, das mit einer Lenkwelle 16 gekoppelt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Lenkungssystem 12 ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System), das ferner eine Lenkungsunterstützungseinheit 18 enthält, welche mit der Lenkwelle 16 des Lenkungssystems 12 und mit Spurstangen 20, 22 des Fahrzeugs 10 gekoppelt ist. Die Lenkungsunterstützungseinheit 18 enthält beispielsweise einen (nicht gezeigten) Lenkungsmechanismus mit einer Zahnstange und einem Ritzel, der durch die Lenkwelle 16 mit einem Lenkungsaktormotor und einem Getriebe (hier im Nachstehenden als der Lenkungsaktor bezeichnet) gekoppelt sein kann. Wenn das Lenkrad 14 im Betrieb von einem Fahrzeugbediener (d.h. einem Fahrer) gedreht wird, stellt der Motor der Lenkungsunterstützungseinheit 18 eine Unterstützung beim Bewegen der Spurstangen 20, 22 bereit, wodurch wiederum jeweilige Lenkungsachsschenkel 24, 26 bewegt werden, die jeweils mit Straßenrädern 28, 30 des Fahrzeugs 10 gekoppelt sind. Obwohl in 1 ein EPS-System veranschaulicht und hier beschrieben ist, ist festzustellen, dass das Lenkungssystem 12 der vorliegenden Offenbarung verschiedene gesteuerte Lenkungssysteme enthalten kann, die umfassen, aber nicht begrenzt sind auf Lenkungssysteme mit hydraulischen Konfigurationen und Steer-by-Wire-Konfigurationen.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Fahrzeug 10 ferner verschiedene Sensoren 31 - 33, die beobachtbare Bedingungen des Lenkungssystems 12 und/oder des Fahrzeugs 10 detektieren und messen. Die Sensoren 31 - 33 erzeugen periodisch oder kontinuierlich Sensorsignale auf der Grundlage der beobachtbaren Bedingungen. In verschiedenen Ausführungsformen enthalten die Sensoren 31 - 33 beispielsweise einen Lenkraddrehmomentsensor, einen Lenkradwinkelsensor, einen Lenkradgeschwindigkeitssensor, Geschwindigkeitssensoren von Straßenrädern und andere Sensoren. Bei einer Ausführungsform weisen einige der Sensoren redundante oder Reservesensoren auf, um die Sensorsignale zu validieren oder zu vervollständigen. Die Sensoren 31 - 33 senden die Signale an das Steuerungsmodul 40.
In verschiedenen Ausführungsformen steuert ein Steuerungsmodul 40 den Betrieb des Lenkungssystems 12 und/oder des Fahrzeugs 10 auf der Grundlage eines oder mehrerer der Signale aktivierter Sensoren und ferner auf der Grundlage der Unterstützungsdrehmomentberechnungssysteme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung. Allgemein erzeugen die Verfahren und Systeme in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung einen Unterstützungsdrehmomentbefehl, ohne ein Lenkraddrehmomentsignal zu verwenden, welches typischerweise die vom Fahrer angeforderte Unterstützung angibt, wenn der Lenkraddrehmomentsensor, der das Lenkraddrehmomentsignal liefert, inaktiv oder fehlerhaft wird. Im Speziellen verwenden die Verfahren und Systeme ein modifiziertes statisches Reifenmodell, um eine Zahnstangenlast oder eine Lenkungszahnstangenkraft zu schätzen, wenn das Fahrzeug steht oder sich mit einer relativ geringen Geschwindigkeit bewegt (z.B. mit etwa 10 Kilometer pro Stunde oder darunter). Die Verfahren und Systeme erzeugen einen Skalierungsfaktor auf der Grundlage des Lenkradwinkels, der Lenkradgeschwindigkeit, der Fahrzeuggeschwindigkeit und eines zuvor erzeugten Unterstützungsdrehmomentbefehls. Die Verfahren und Systeme erzeugen einen Unterstützungsdrehmomentbefehl, indem sie die geschätzte Lenkungszahnstangenkraft mit dem Skalierungsfaktor skalieren.
2 stellt ein Datenflussdiagramm des Steuerungsmoduls 40 von 1 dar, das verwendet wird, um das Lenkungssystem 12 und/oder das Fahrzeug 10 von 1 zu steuern. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuerungsmodul 40 ein oder mehrere Teilmodule und Datenspeicher enthalten, etwa eine Zahnstangenlast-Schätzvorrichtung 202 und einen Unterstützungsdrehmoment-Befehlsgenerator 204. Die Begriffe Modul und Teilmodul bezeichnen, so wie sie hier verwendet werden, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder 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 in 2 gezeigten Teilmodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden, um einen Unterstützungsdrehmomentbefehl auf ähnliche Weise zu erzeugen. Wie festzustellen ist, können die Teilmodule, die in 2 gezeigt sind, als ein einziges Steuerungsmodul 40 (wie gezeigt) oder als mehrere Steuerungsmodule (nicht gezeigt) implementiert werden. Eingaben in das Steuerungsmodul 40 können von den Sensoren des Fahrzeugs 10 (1) erzeugt werden, sie können innerhalb des Steuerungsmoduls 40 modelliert werden (z.B. durch andere (nicht gezeigte) Teilmodule), sie können von anderen (nicht gezeigten) Steuerungsmodulen empfangen werden und/oder sie können vordefiniert sein.
Wie bekannt ist, wird eine Zahnstangenlast oder eine Zahnstangenlenkungskraft von einem oder mehreren Reifen des Fahrzeugs und der Oberfläche des Bodens, mit welchem die Reifen in Kontakt stehen, verursacht, wenn die Reifenflächen relativ zu der Oberfläche gedreht werden (durch Lenken des Lenkrads). Um das Lenkrad in die gewünschte Position zu lenken, muss die Zahnstangenlenkungskraft durch ein Drehmoment zusätzlich zu einem Drehmoment zum Drehen des Lenkrads überwunden werden. Die Zahnstangenlast-Schätzvorrichtung 202 ist ausgestaltet, um die Zahnstangenlenkungskraft zu schätzen, und sie erzeugt ein Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft, das die Zahnstangenlenkungskraft auf der Grundlage eines Lenkradwinkel- oder Positionssignals 206, eines Lenkradgeschwindigkeitssignals 208 und eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 210 angibt. Das Lenkradwinkelsignal 206, das Lenkradgeschwindigkeitssignal 208 und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 210 zeigen jeweils Lenkradwinkelwerte, Lenkradgeschwindigkeitswerte und Fahrzeuggeschwindigkeitswerte an, die von den verschiedenen Sensoren 31 - 33 von 1 detektiert werden. In einigen Ausführungsformen kann das Lenkradgeschwindigkeitssignal 208 auf der Grundlage eines Algorithmus zum Berechnen von Lenkradgeschwindigkeitswerten aus den Lenkradwinkelwerten zu unterschiedlichen Zeitpunkten hergeleitet werden, statt dass es von einem Lenkradgeschwindigkeitssensor erzeugt wird. Bei einigen Ausführungsformen verwendet die Zahnstangenlast-Schätzvorrichtung 202 ein modifiziertes statisches Reifenmodell, um die Zahnstangenlenkungskraft zu schätzen. Mehr Details über die Zahnstangenlast-Schätzvorrichtung 202 und das modifizierte statische Reifenmodell werden weiter unten mit Bezug auf 3 beschrieben.
Der Unterstützungsdrehmoment-Befehlsgenerator 204 erzeugt einen Unterstützungsdrehmomentbefehl 214, welcher ein periodisches oder kontinuierliches Signal ist, das den Betrag an Unterstützungsdrehmoment angibt. Der Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 dient zum Befehlen des Motors der Lenkungsunterstützungseinheit 18 von 1, um ein Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen, um dem Fahrer des Fahrzeugs zu helfen, wenn das Fahrzeug steht oder sich mit einer relativ geringen Geschwindigkeit bewegt (z.B. mit etwa 10 Kilometer pro Stunde oder darunter). Im Speziellen erzeugt der Unterstützungsdrehmoment-Befehlsgenerator 204 einen Skalierungsfaktor auf der Grundlage des Lenkradwinkelsignals 206, des Lenkradgeschwindigkeitssignals 208 und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 210. Der Unterstützungsdrehmoment-Befehlsgenerator 204 erzeugt den Unterstützungsdrehmomentbefehl 214, indem er das Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft mit dem Skalierungsfaktor skaliert. Mehr Details über den Unterstützungsdrehmoment-Befehlsgenerator 204 werden weiter unten mit Bezug auf 4 beschrieben.
In einigen Ausführungsformen wird der Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 durch den Mischer 220 mit einem weiteren Unterstützungsdrehmomentbefehl 216 vermischt, der ebenfalls ohne Verwendung eines Lenkraddrehmomentsignals von einem Lenkraddrehmomentsensor erzeugt wird. Im Speziellen wird der Unterstützungsdrehmomentbefehl 216 von anderen (nicht gezeigten) Teilmodulen des Steuerungsmoduls 40 auf der Grundlage einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs, die aus dem Lenkradwinkelsignal geschätzt wird, erzeugt. In einigen Ausführungsformen vermischt der Mischer 220 die Unterstützungsdrehmomentbefehle 214 und 216, indem er die Befehle addiert. Das Erzeugen des Unterstützungsdrehmomentbefehls 216 ist in US 2014 / 0 324 294 A1 beschrieben. Bei diesen Ausführungsformen wird eine Mischung aus den Unterstützungsdrehmomentbefehlen 214 und 216 als Unterstützungsdrehmomentbefehl 218 an den Motor gesendet.
3 stellt ein Datenflussdiagramm der Zahnstangenlast-Schätzvorrichtung 202 von 2 dar, welche ein modifiziertes statisches Reifenmodell benutzt, um die Zahnstangenlenkungskraft zu schätzen. Ein statisches Reifenmodell zum Schätzen eines Lenkraddrehmoments ist in Dokument van der Jagt, Pim, „Prediction of Steering Efforts During Stationary or Slow Rolling Parking Maneuvers“, Ford Forschungszentrum Aachen GmbH, 27. Oktober 1999 beschrieben, welches hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist. In der vorliegenden Offenbarung wird dieses statische Reifenmodell als „statisches Reifenmodell von Van der Jagt" bezeichnet. In einigen Ausführungsformen benutzt die Zahnstangenlast-Schätzvorrichtung 202 ein modifiziertes statisches Modell von Van der Jagt, um das Lenkraddrehmoment zu schätzen.
Das statische Modell von Van der Jagt enthält die folgende Gleichung zum Schätzen einer Zahnstangenlenkungskraft, die von dem Reifen und der Oberfläche des Bodens, mit welchem der Reifen in Kontakt steht, verursacht werden soll: $M_{z} = K_{Ψ} \cdot Ψ$
wobei K_ψ die Torsionssteifigkeit des Reifen ist; ψ der Gierwinkel der Radfläche für den Reifen ist; und M_z die Zahnstangenlenkungskraft ist, die von dem Reifen verursacht werden soll. Verschiedene Reifen weisen verschiedene Torsionssteifigkeiten auf.
Das statische Modell von Van der Jagt enthält ferner die folgenden zwei Gleichungen: ${\dot{Ψ}}_{d e f} = (1 - | M_{z} / M_{z m a x} |) \cdot \dot{Ψ} wenn s i g n (Ψ_{d e f}) = s i g n (\dot{Ψ})$
${\dot{Ψ}}_{d e f} = \dot{Ψ} w e n n s i g n (Ψ_{d e f}) \neq s i g n (\dot{Ψ})$
wobei ψ̇̇ eine zeitliche Ableitung des Gierwinkels ψ der Radfläche ist; ψ_def die Torsionsauslenkung (d.h. der Deformationswinkel) des Reifens ist, während das Lenkrad gedreht wird; ψ̇_def eine zeitliche Ableitung von ψ_def ist; M_{z max} das maximale Drehmoment ist, das von dem Reifen erzeugt werden kann; und sign() eine Funktion ist, die das Vorzeichen (z.B. positiv oder negativ) des Eingabewerts zurückgibt. Gleichung 2 definiert die zeitliche Ableitung ψ̇_def der Torsionsauslenkung ψ_def des Reifens, wenn das Vorzeichen von ψ_def gleich dem Vorzeichen der zeitlichen Ableitung des Gierwinkels ψ ist (d.h. wenn die Richtung der Auslenkung des Reifens und die Richtung der Gierwinkelgeschwindigkeit der Radfläche gleich sind). Gleichung 3 definiert die zeitliche Ableitung ψ̇_def der Torsionsauslenkung ψ_def des Reifens, wenn das Vorzeichen von ψ_def gleich dem Vorzeichen der zeitlichen Ableitung des Gierwinkels ψ ist (d.h., wenn die Richtung der Auslenkung des Reifens und die Richtung der Gierwinkelgeschwindigkeit der Radfläche entgegengesetzt sind). Die Gleichungen 2 und 3 zeigen Nichtlinearitäten zwischen der Zahnstangenlenkungskraft und dem Lenkradwinkel.
Das statische Modell von Van der Jagt enthält ferner die folgenden Gleichungen zum Schätzen der Zahnstangenlenkungskraft, wenn das Fahrzeug steht: $Ψ_{d e f m} = M_{z m a x} / K_{Ψ}$
$Ψ_{d e f} = \int_{0}^{t} Ψ_{d e f} \cdot \partial t$
$M_{z} = K_{Ψ} \cdot Ψ_{d e f}$
wobei ψ_defm die maximal mögliche Auslenkung des Reifens ist. Gleichung 4 zeigt, dass die maximal mögliche Auslenkung des Reifens, bevor der Reifen zu schlupfen beginnt, berechnet werden kann, indem das maximale Drehmoment, das von dem Reifen erzeugt werden kann, durch die Torsionssteifigkeit des Reifens dividiert wird. Gleichung 5 zeigt, dass sich die Auslenkung des Reifens aufbaut, wenn das Lenkrad gedreht wird. Gleichung 6 zeigt, dass die Zahnstangenlenkungskraft M_z geschätzt wird, indem die Torsionssteifigkeit des Reifens mit der Torsionsauslenkung des Reifens multipliziert wird.
Das statische Modell von Van der Jagt enthält ferner die folgenden Gleichungen zum Schätzen der Zahnstangenlenkungskraft, wenn sich das Fahrzeug mit einer relativ geringen Geschwindigkeit bewegt (z.B. 10 km/h oder darunter). ${\dot{Ψ}}_{d e f 2} = \frac{1}{τ} \cdot Ψ_{d e f}$
$τ = X_{r e l} / (ω \cdot r)$
$Ψ_{d e f} = \int_{0}^{t} ({\dot{Ψ}}_{d e f} + {\dot{Ψ}}_{d e f 2}) \cdot \partial t$
wobei τ eine Zeitkonstante ist; ψ̇_def2 eine zeitliche Ableitung von ψ_def ist; X_rel die Reifenrelaxationslänge ist; ω die Drehgeschwindigkeit des Reifens ist; und r der Rollradius des Reifens ist. Bei dem Modell von Van der Jagt wird angenommen, dass der Reifen etwa zwei Drittel der stationären Werte aufweist (z.B. Torsionssteifigkeit und Torsionsauslenkung des Reifens, wenn das Fahrzeug steht), nachdem der Reifen über die Reifenrelaxationslänge gerollt ist. Entsprechend gibt τ an, dass zum Zeitpunkt τ der Reifen etwa zwei Drittel seines stationären Werts aufweist.
In einigen Ausführungsformen enthält die Zahnstangenlast-Schätzvorrichtung 202 ein oder mehrere Teilmodule und Datenspeicher, etwa Tiefpassfilter 304 und 306, eine Justierungsvorrichtung 308 für maximales Drehmoment und ein Schätzmodul 302. Die Zahnstangenlast-Schätzvorrichtung 202 verwendet ein modifiziertes statisches Modell von Van der Jagt, um die Zahnstangenlenkungskraft zu schätzen. Im Speziellen filtern die Tiefpassfilter 304 und 306 jeweils das Lenkradwinkelsignal 206 und das Lenkradgeschwindigkeitssignal 208. Die Tiefpassfilter 304 und 306 entfernen Rauschen aus dem Lenkradwinkelsignal 206 und aus dem Lenkradgeschwindigkeitssignal 208 und fügen eine Zeitverzögerung zu dem Lenkradwinkelsignal 206 und zu dem Lenkradgeschwindigkeitssignal 208 hinzu. Durch diese Zeitverzögerung wird der Schätzwert der Zahnstangenlenkungslast genauer, da die Verzögerung die Phasen des Lenkradwinkelsignals 206 und des Lenkradgeschwindigkeitssignals 208 mit der Bewegung des Reifens synchronisiert. Die Bewegung des Lenkrads eilt der Bewegung des Reifens voraus, weil die Bewegung des Reifens durch die Bewegung des Lenkrads verursacht wird.
Das Schätzmodul 302 modifiziert das statische Reifenmodell von Van der Jagt, indem es die Reifenlenkungskoordinaten in den Gleichungen 1 - 9 des statischen Reifenmodells von Van der Jagt durch die Lenkradwinkelwerte, die Lenkradgeschwindigkeitswerte und die Fahrzeuggeschwindigkeitswerte ersetzt. Beispielsweise wird anstelle des Gierwinkels ψ der Radfläche für den Reifen der Lenkradwinkel verwendet, und anstelle der zeitlichen Ableitung ψ̇ des Gierwinkels ψ der Radfläche wird die Lenkradgeschwindigkeit verwendet.
Ferner modifiziert die Justierungsvorrichtung 308 für maximales Drehmoment die Gleichungen des statischen Reifenmodells von Van der Jagt, indem sie den maximalen Drehmomentwert justiert, der von dem Reifen erzeugt werden kann. In dem statischen Reifenmodell von Van der Jagt wird angenommen, dass die Oberfläche des Bodens ein trockener Straßenbelag ist. Das heißt, es wird angenommen, dass die Oberflächenreibung eine Konstante ist. Um die Schätzung der Zahnstangenlenkungskraft im Licht der Änderungen der Straßenreibung, von Nichtlinearitäten und von anderen nicht modellierten Dynamiken auszuführen, skaliert die Justierungsvorrichtung 308 für maximales Drehmoment das maximale Drehmoment M_{z max}, das von dem Reifen erzeugt werden kann, nach unten.
In einigen Ausführungsformen erzeugt die Justierungsvorrichtung 308 für maximales Drehmoment einen skalaren Faktor auf der Grundlage der Lenkradgeschwindigkeit und es skaliert M_{z max} nach unten, indem sie M_{z max} mit dem Skalierungsfaktor multipliziert. Speziell verwendet die Justierungsvorrichtung 308 für maximales Drehmoment einen Lenkradgeschwindigkeits-Schwellenwert, der empirisch ermittelt wird. Der Lenkradgeschwindigkeits-Schwellenwert wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Lenkradgeschwindigkeit anzeigt, dass sich das Fahrzeug auf einer Oberfläche mit geringer Reibung befindet. Das heißt in einigen Ausführungsformen, dass dann, wenn die Lenkradgeschwindigkeit größer als der Lenkradgeschwindigkeits-Schwellenwert ist, die Justierungsvorrichtung 308 für maximales Drehmoment feststellt, dass sich das Fahrzeug auf einer Oberfläche mit geringer Reibung befindet (z.B. auf einer vereisten Straße) und den Skalierungsfaktor auf einen kleinen Wert (z.B. 1/20 oder 0,05) setzt. Wenn die Lenkradgeschwindigkeit kleiner oder gleich dem Lenkradgeschwindigkeits-Schwellenwert ist, stellt die Justierungsvorrichtung 308 für maximales Drehmoment fest, dass sich das Fahrzeug nicht auf einer Oberfläche mit geringer Reibung befindet, und sie setzt den Skalierungsfaktor auf einen Wert (z.B. Eins), um M_{z max} nicht nach unten zu skalieren. In einigen Ausführungsformen begrenzt die Justierungsvorrichtung 308 für maximales Drehmoment die Änderungsrate des Skalierungsfaktors, um M_{z max} sanft zu skalieren. Zum Beispiel begrenzt die Justierungsvorrichtung 308 für maximales Drehmoment die Anstiegsrate auf 0,05 (d.h. der Skalierungsfaktor steigt derart an, dass M_{z max} um das 0,05-fache pro Zeiteinheit ansteigt), und sie begrenzt die Abfallrate auf -50 (d.h. der Skalierungsfaktor nimmt um nicht mehr als das 50-fache pro Zeiteinheit ab). Die Justierungsvorrichtung 308 für maximales Drehmoment multipliziert M_{z max} mit dem Skalierungsfaktor, um M_{z max} zu skalieren. Die Justierungsvorrichtung 308 für maximales Drehmoment sendet das skalierte M_{z max} 310 an das Schätzmodul 302, welches das Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft erzeugt.
4 stellt ein Datenflussdiagramm des Unterstützungsdrehmoment-Befehlsgenerators 204 von 2 dar. In einigen Ausführungsformen enthält der Unterstützungsdrehmoment-Befehlsgenerator 204 ein oder mehrere Teilmodule und Datenspeicher, etwa ein auf der Lenkradgeschwindigkeit beruhendes Skalierungsmodul 402, ein auf dem Lenkradwinkel beruhendes Skalierungsmodul 404, eine auf der Lenkradgeschwindigkeit und dem Lenkradwinkel beruhende Begrenzungsvorrichtung 406, ein auf der Fahrzeuggeschwindigkeit beruhendes Skalierungsmodul 408, eine Begrenzungsvorrichtung 410, ein Verzögerungsmodul 412 und Multiplizierer 414 und 416.
Das auf der Lenkradgeschwindigkeit beruhende Skalierungsmodul 402 empfängt als Eingabe den von dem Unterstützungsdrehmoment-Befehlsgenerator 204 zuvor erzeugten Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 und das Lenkradgeschwindigkeitssignal 208. Das auf der Lenkradgeschwindigkeit beruhende Skalierungsmodul 402 erzeugt einen Skalierungsfaktor 420 zur Verwendung zum Skalieren des Signals 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft nach unten. Das Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft wird mit dem Skalierungsfaktor 420 derart skaliert, dass der Ausgabeunterstützungsdrehmomentbefehl 214, der aus dem Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft erzeugt wird, das natürliche Zurückstellen des Lenkrads in seine zentrierte Position in Abwesenheit eines vom Fahrer bereitgestellten Drehmoments an dem Lenkrad bereitstellt.
In einigen Ausführungsformen setzt das auf der Lenkradgeschwindigkeit beruhende Skalierungsmodul 402 den Skalierungsfaktor 420 auf einen Wert (z.B. 0,3), um das Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft rampenförmig auf 30% abzusenken, wenn die Lenkradgeschwindigkeit kleiner als ein Geschwindigkeitsschwellenwert ist. Das auf der Lenkradgeschwindigkeit beruhende Skalierungsmodul 402 setzt den Skalierungsfaktor 420, um das Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft rampenförmig auf volle Werte (z.B. etwa 100%) anzuheben, wenn die Lenkradgeschwindigkeit größer als ein Geschwindigkeitsschwellenwert ist. Der Skalierungsfaktor 420 wird verwendet, um das Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft rampenförmig anzuheben, wenn der Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 ein Unterstützungsdrehmoment anzeigt, das in die gleiche Richtung wie das Lenkradgeschwindigkeitssignal 208 geht. Der Skalierungsfaktor 420 wird verwendet, um den Unterstützungsdrehmomentbefehl rampenförmig abzusenken, wenn der Unterstützungsdrehmomentbefehl in die entgegengesetzte Richtung wie die Lenkradgeschwindigkeit geht (d.h., wenn der Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 und die Lenkradgeschwindigkeit unterschiedliche Vorzeichen aufweisen - Quadranten II und IV). ein Beispiel für das auf der Lenkradgeschwindigkeit beruhende Skalierungsmodul 402 ist in der US 2014 / 0 324 294 A1 beschrieben.
Das auf dem Lenkradwinkel beruhende Skalierungsmodul 404 empfängt als Eingabe den von dem Unterstützungsdrehmoment-Befehlsgenerator 204 zuvor erzeugten Unterstützungsdrehmomentbefehl 214, das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 210 und das Lenkradwinkelsignal 206. Das auf dem Lenkradwinkel beruhende Skalierungsmodul 404 erzeugt einen Skalierungsfaktor 422 zur Verwendung zum Skalieren des Signals 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft nach unten. Das Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft wird mit dem Skalierungsfaktor 422 derart skaliert, dass der aus dem Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft erzeugte Ausgabeunterstützungsdrehmomentbefehl 214 das natürliche Zurückstellen des Lenkrads in die zentrierte Position bereitstellt, wenn kein vom Fahrer bereitgestelltes Drehmoment am Lenkrad vorhanden ist. Mehr Details des auf dem Lenkradwinkel beruhenden Skalierungsmoduls 404 werden nachstehend mit Bezug auf 5 weiter beschrieben.
Die auf der Lenkradgeschwindigkeit und dem Lenkradwinkel beruhende Begrenzungsvorrichtung 406 empfängt als Eingabe das Lenkradgeschwindigkeitssignal 208 und das Lenkradwinkelsignal 206. Die auf der Lenkradgeschwindigkeit und dem Lenkradwinkel beruhende Begrenzungsvorrichtung 406 erzeugt einen Skalierungsfaktor 424 zur Verwendung zum Skalieren des Signals 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft nach unten. Das Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft wird mit dem Skalierungsfaktor 424 derart skaliert, dass der Ausgabeunterstützungsdrehmomentbefehl 214, der aus dem Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft erzeugt wird, den Fahrer nicht übermäßig unterstützt (d.h. nicht mehr Unterstützungsdrehmoment als notwendig bereitstellt).
In einigen Ausführungsformen bestimmt die auf der Lenkradgeschwindigkeit und dem Lenkradwinkel beruhende Begrenzungsvorrichtung 406 einen ersten Verstärkungswert unter Verwendung einer ersten Verstärkungstabelle, die durch die Lenkradwinkelwerte indiziert ist, welche durch das Lenkradwinkelsignal 206 angezeigt werden. Die erste Verstärkungstabelle gibt eine konstante Verstärkung (z.B. Eins) für die Lenkradwinkelwerte unter einem Lenkradwinkelschwellenwert zurück. Der Verstärkungswert, den die erste Verstärkungstabelle zurückgibt, wird für Lenkradwinkelwerte über dem Lenkradwinkelschwellenwert kleiner, wenn der Lenkradwinkelwert ansteigt. Analog bestimmt die auf der Lenkradgeschwindigkeit und dem Lenkradwinkel beruhende Begrenzungsvorrichtung 406 einen zweiten Verstärkungswert unter Verwendung einer zweiten Verstärkungstabelle, die durch die Lenkradgeschwindigkeitswerte indiziert ist, die durch das Lenkradgeschwindigkeitssignal 208 angezeigt werden. Die zweite Verstärkungstabelle gibt eine konstante Verstärkung (z.B. Eins) für die Lenkradgeschwindigkeitswerte unter einem Lenkradgeschwindigkeitsschwellenwert zurück. Der Verstärkungswert, den die zweite Verstärkungstabelle zurückgibt, wird für einen Lenkradgeschwindigkeitswert über dem Lenkradgeschwindigkeitsschwellenwert kleiner, wenn der Lenkradgeschwindigkeitswert ansteigt. Die auf der Lenkradgeschwindigkeit und dem Lenkradwinkel beruhende Begrenzungsvorrichtung 406 multipliziert den ersten Verstärkungswert mit dem zweiten Verstärkungswert. Die auf der Lenkradgeschwindigkeit und dem Lenkradwinkel beruhende Begrenzungsvorrichtung 406 begrenzt dann die Änderungsrate des Produkts aus dem ersten und zweiten Verstärkungswert auf einen Bereich derart, dass sich der Wert des Produkts sanft ändert. Das resultierende Produkt ist der Skalierungsfaktor 424.
Das auf der Fahrzeuggeschwindigkeit beruhende Skalierungsmodul 408 empfängt das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 210 als Eingabe. Das auf der Fahrzeuggeschwindigkeit beruhende Skalierungsmodul 408 erzeugt einen Skalierungsfaktor 426 zur Verwendung beim Skalieren des Signals 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft nach unten. Das Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft wird mit dem Skalierungsfaktor 426 derart skaliert, dass der aus dem Signal 212 der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft erzeugte Ausgabeunterstützungsdrehmomentbefehl 214 progressiv auf Null nach unten skaliert wird, während die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt. Speziell bestimmt in einigen Ausführungsformen das auf der Fahrzeuggeschwindigkeit beruhende Skalierungsmodul 408 eine geschwindigkeitsabhängige Verstärkung unter Verwendung einer geschwindigkeitsabhängigen Verstärkungstabelle, die durch die Fahrzeuggeschwindigkeitswerte indiziert ist, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 210 angegeben werden. Der Verstärkungswert, den diese geschwindigkeitsabhängige Verstärkungstabelle zurückgibt, wird größer, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt. Der Verstärkungswert wird gesättigt, sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit über einen Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellenwert hinaus ansteigt. Dieses auf der Fahrzeuggeschwindigkeit beruhende Skalierungsmodul 408 begrenzt den Verstärkungswert dann auf einen Bereich (z.B. einen Bereich von Null bis Eins). Der resultierende Verstärkungswert ist der Skalierungsfaktor 426.
In einigen Ausführungsformen multipliziert der Multiplizierer 414 die vier Skalierungsfaktoren 420, 422, 424 und 426 miteinander und sendet dieses Produkt aus den vier Skalierungsfaktoren zu der Begrenzungsvorrichtung 410, welche dieses Produkt auf einen Bereich (z.B. einen Bereich von Null bis Eins) begrenzt. Dann erzeugt der Multiplizierer 416 den Ausgabeunterstützungsdrehmomentbefehl 214, indem er die geschätzte Zahnstangenlenkungskraft mit dem Produkt aus den vier Skalierungsfaktoren multipliziert. Der Ausgabeunterstützungsdrehmomentbefehl 214 wird von dem Verzögerungsmodul 412 um beispielsweise eine Zeiteinheit verzögert und dann dem auf der Lenkradgeschwindigkeit beruhenden Skalierungsmodul 402 und dem auf dem Lenkradwinkel beruhenden Skalierungsmodul 404 zugeführt. Außerdem wird, wie vorstehend mit Bezug auf 2 erörtert wurde, der Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 in einigen Ausführungsformen mit dem Unterstützungsdrehmomentbefehl 216 vermischt.
5 stellt ein Datenflussdiagramm des auf dem Lenkradwinkel beruhenden Skalierungsmoduls 404 von 4 dar. In einigen Ausführungsformen enthält das auf dem Lenkradwinkel beruhende Skalierungsmodul 404 ein oder mehrere Teilmodule und Datenspeicher, etwa eine Verstärkungsbestimmungsvorrichtung 502, eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Verstärkungstabelle 504, eine Begrenzungsvorrichtung 506, einen Subtrahierer 508, Vorzeichenbestimmungsvorrichtungen 510 und 512, einen Multiplizierer 514, eine Auswahlvorrichtung 516, einen Multiplizierer 518, eine Mischvorrichtung 520, eine Begrenzungsvorrichtung 522 und eine Ratenbegrenzungsvorrichtung 524. Wie vorstehend beschrieben wurde, empfängt das auf dem Lenkradwinkel beruhende Skalierungsmodul 404 als Eingabe den Unterstützungsdrehmomentbefehl 214, der zuvor von dem Unterstützungsdrehmoment-Befehlsgenerator 204 erzeugt wurde, das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 210 und das Lenkradwinkelsignal 206.
Die Verstärkungsbestimmungsvorrichtung 502 bestimmt ein geschwindigkeitsabhängiges Verstärkungssignal 526 auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit 210. Im Speziellen verwendet die Verstärkungsbestimmungsvorrichtung 502 in einigen Ausführungsformen die von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Verstärkungstabelle 504, welche durch die Fahrzeuggeschwindigkeitswerte indiziert ist, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 210 angegeben werden. Die geschwindigkeitsabhängige Verstärkungstabelle 504 gibt eine Konstante (z.B. Eins) für eine Fahrzeuggeschwindigkeit zurück, die unter einem Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellenwert liegt. Ein Verstärkungswert, den die geschwindigkeitsabhängige Verstärkungstabelle 504 zurückgibt, wird kleiner für einen Fahrzeuggeschwindigkeitswert über dem Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellenwert, wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitswert ansteigt.
Die Begrenzungsvorrichtung 506 begrenzt das geschwindigkeitsabhängige Verstärkungssignal 526 auf einen Bereich von Verstärkungswerten (z.B. einen Bereich von Null bis Eins), um ein begrenztes geschwindigkeitsabhängiges Verstärkungssignal 528 zu erzeugen. Dann subtrahiert der Subtrahierer 508 das begrenzte geschwindigkeitsabhängige Verstärkungssignal 528 von einer Konstante 530 (z.B. Eins), um ein Verstärkungssignal 532 zu erzeugen.
Die Vorzeichenbestimmungsvorrichtungen 510 und 512 empfangen jeweils ein Eingabesignal und erzeugen ein Vorzeichensignal auf der Grundlage des Vorzeichens der Eingabesignalwerte. Wenn das Eingabesignal beispielsweise einen negativen Wert anzeigt, erzeugen die Vorzeichenbestimmungsvorrichtungen -1. Wenn das Eingabesignal einen positiven Wert anzeigt, erzeugen die Vorzeichenbestimmungsvorrichtungen +1. Wenn das Eingabesignal eine Null anzeigt, erzeugen die Vorzeichenbestimmungsvorrichtungen eine Null. Die Vorzeichenbestimmungsvorrichtung 510 empfängt als Eingabesignal den Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 und erzeugt ein Vorzeichensignal 534. Die Vorzeichenbestimmungsvorrichtung 512 empfängt als Eingabesignal das Lenkradwinkelsignal 206 und erzeugt ein Vorzeichensignal 536.
Der Multiplizierer 514 erzeugt ein Quadrantensignal 538, indem er die zwei Vorzeichensignale 534 und 536 multipliziert. Wenn das Quadrantensignal 538 einen negativen Wert anzeigt, bedeutet dies, dass sich das Vorzeichen des Unterstützungsdrehmomentbefehls 214 von dem Vorzeichen des Lenkradwinkels 215 unterscheidet (d.h. der zweite oder der vier Quadrant in einem zweidimensionalen Koordinatensystem, bei welchem die Lenkradwinkelwerte und die Unterstützungsdrehmomentwerte die beiden Achsen bilden). Das heißt, dass das Lenkrad von der Mittelposition aus nach links gelenkt wird und das durch den Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 angegebene Unterstützungsdrehmoment nach rechts zeigt, oder dass das Lenkrad von der Mittelposition aus nach rechts gelenkt wird und das Unterstützungsdrehmoment nach links zeigt. Wenn das Quadrantensignal 538 einen positiven Wert anzeigt, bedeutet das, dass das Vorzeichen des Unterstützungsdrehmomentbefehls 214 gleich dem Vorzeichen des Lenkradwinkels 215 ist (d.h. der erste oder der dritte Quadrant). Das heißt, dass das Lenkrad von der Mittelposition aus nach links gelenkt wird und das durch den Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 angezeigte Unterstützungsdrehmoment nach links zeigt oder dass das Lenkrad von der Mittelposition aus nach rechts gelenkt wird und das Unterstützungsdrehmoment nach rechts zeigt. Wenn das Quadrantensignal 538 eine Null ist, bedeutet dies, dass entweder das Lenkrad in der Mittelposition steht oder dass das Unterstützungsdrehmoment, das durch den Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 angezeigt wird, Null ist (d.h. das Lenkrad ist stationär).
Auf der Grundlage des Quadrantensignals 538 erzeugt die Auswahlvorrichtung 516 ein Verstärkungssignal 540. Insbesondere wählt die Auswahlvorrichtung 516 einen auf einem Quadranten beruhenden Verstärkungswert 544 als das Verstärkungssignal 540, wenn das Quadrantensignal 538 einen negativen Wert anzeigt. In einigen Ausführungsformen wird der auf dem Quadranten beruhende Verstärkungswert 544 auf der Grundlage anderer möglicher Quadrantensignalwerte vorbestimmt. Die Auswahlvorrichtung 516 wählt eine Konstante 542 (z.B. Eins) als das Verstärkungssignal 540 aus, wenn das Quadrantensignal 538 keinen negativen Wert anzeigt (d.h. das Quadrantensignal 538 einen positiven Wert oder Null anzeigt).
Der Multiplizierer 518 multipliziert das Verstärkungssignal 532 von dem Subtrahierer 508 mit dem Verstärkungssignal 540 von der Auswahlvorrichtung 516, um einen Skalierungsfaktor 546 zu erzeugen. Die Mischvorrichtung 520 vermischt (z.B. addiert) den Skalierungsfaktor 546 mit dem begrenzten auf der Geschwindigkeit beruhenden Verstärkungssignal 528 von der Begrenzungsvorrichtung 506, um einen Skalierungsfaktor 548 zu erzeugen. Die Begrenzungsvorrichtung 522 begrenzt den Skalierungsfaktor 548 auf einen Bereich von Verstärkungswerten (z.B. einen Bereich von Null bis Eins), um einen begrenzten Geschwindigkeitsfaktor 550 zu erzeugen. Die Ratenbegrenzungsvorrichtung 524 begrenzt dann die Änderungsrate des begrenzten Skalierungsfaktors 550 auf einen Bereich, so dass sich der Wert des begrenzten Skalierungsfaktors 550 über die Zeit sanft verändert. Das Ausgabesignal der Ratenbegrenzungsvorrichtung 524 ist der Skalierungsfaktor 422.
Mit Bezug nun auf 6 veranschaulicht ein Flussdiagramm ein Verfahren zum Erzeugen eines Unterstützungsdrehmomentbefehls, das von dem Steuerungsmodul 40 von 1 ausgeführt werden kann. Wie im Licht der Offenbarung festzustellen ist, ist die Betriebsreihenfolge innerhalb des Verfahrens nicht auf die sequentielle Ausführung begrenzt, die in 6 veranschaulicht ist, sondern sie kann in einer oder mehreren abweichenden Reihenfolgen ausgeführt werden, wenn es in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren so geplant werden, dass es auf der Grundlage von vorbestimmten Ereignissen abläuft und/oder, dass es während eines Betriebs des Fahrzeugs 10 kontinuierlich abläuft.
Bei Block 610 empfängt das Steuerungsmodul 40 Sensorsignale von den Sensoren 31 - 33 von 1. Dann bestimmt das Steuerungsmodul 40 bei Block 620, ob einer oder mehrere Lenkraddrehmomentsensoren des Fahrzeugs 10 aktiviert sind oder korrekt arbeiten. Das Steuerungsmodul 40 kann beispielsweise feststellen, ob die Lenkraddrehmomentsensoren aktiviert sind, indem es die Lenkraddrehmomentsignale von den Sensoren analysiert. Wenn das Steuerungsmodul 40 feststellt, dass ein oder mehrere Lenkraddrehmomentsensoren nicht aktiviert sind, geht das Steuerungsmodul 40 zu Block 640 weiter, der nachstehend weiter beschrieben wird. Wenn das Steuerungsmodul 40 feststellt, dass einer oder mehrere Lenkraddrehmomentsensoren aktiviert sind und dass mindestens ein Lenkraddrehmomentsensorsignal verwendet werden kann, erzeugt das Steuerungsmodul 40 bei Block 630 einen Unterstützungsdrehmomentbefehl unter Verwendung des Drehmomentsensorsignals.
Bei Block 640 schätzt das Steuerungsmodul 40 eine Zahnstangenlenkungskraft oder sagt diese vorher, die von einem Reifen des Fahrzeugs und von einer Oberfläche eines Bodens, mit welchem der Reifen in Kontakt steht, verursacht werden soll, wenn das Fahrzeug steht oder sich mit einer relativ geringen Geschwindigkeit bewegt, die unter einem Geschwindigkeitsschwellenwert liegt. In einigen Ausführungsformen verwendet das Steuerungsmodul 40 ein modifiziertes statisches Reifenmodell, um die Zahnstangenlenkungskraft zu schätzen. Das Steuerungsmodul 40 kann das Lenkradwinkelsignal 206 und das Lenkradgeschwindigkeitssignal 208 mit den Tiefpassfiltern 304 bzw. 306 filtern, um Rauschen aus den Signalen zu entfernen und um eine Verzögerung auf die Signale aufzubringen. Das Steuerungsmodul 40 kann außerdem einen maximalen Drehmomentwert, den der Reifen erzeugen kann, auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 210 nach unten skalieren.
Bei Block 650 erzeugt das Steuerungsmodul 40 den Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 auf der Grundlage der bei Block 640 geschätzten Zahnstangenlenkungskraft. Insbesondere skaliert in einigen Ausführungsformen das Steuerungsmodul 40 die geschätzte Zahnstangenlenkungskraft mit einem Produkt aus mehreren Skalierungsfaktoren nach unten, um den Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 aus der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft zu erzeugen. Das Steuerungsmodul 40 erzeugt einen Skalierungsfaktor auf der Grundlage eines zuvor erzeugten Unterstützungsdrehmomentbefehls 214, des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 210 und des Lenkradwinkelsignals 206. Das Steuerungsmodul 40 erzeugt einen weiteren Skalierungsfaktor auf der Grundlage des Lenkradwinkelsignals 206 und des Lenkradgeschwindigkeitssignals 208. Das Steuerungsmodul 40 erzeugt einen weiteren Skalierungsfaktor auf der Grundlage des Unterstützungsdrehmomentbefehls 214, des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 210 und des Lenkradwinkelsignals 206. Das Steuerungsmodul 40 erzeugt einen weiteren Skalierungsfaktor auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 210.
Bei Block 660 vermischt das Steuerungsmodul 40 optional den bei Block 640 erzeugten Unterstützungsdrehmomentbefehl mit einem weiteren Unterstützungsdrehmomentbefehl, den das Steuerungsmodul 40 erzeugen kann. In einigen Ausführungsformen erzeugt das Steuerungsmodul 40 den anderen Unterstützungsdrehmomentbefehl 216 auf der Grundlage einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs, die aus dem Lenkradwinkelsignal geschätzt wird.
Bei Block 670 steuert das Steuerungsmodul das EPS-System, indem es den bei Block 630 oder 650 erzeugten Unterstützungsdrehmomentbefehl oder die bei Block 660 erzeugte Mischung an den Motor des EPS-Systems sendet.
7 stellt ein erfindungsgemäßes Datenflussdiagramm der Zahnstangenlast-Schätzvorrichtung 202 von 2 dar, welche ein weiteres Beispiel für ein modifiziertes statisches Reifenmodell und ein beispielhaftes lineares Federmodell be nutzt, um die Zahnstangenlenkungskraft zu schätzen. In dem veranschaulichten Beispiel verwendet das Schätzmodul 302 die Fahrzeuggeschwindigkeit 210, einen Motorwinkel 704, eine Motorgeschwindigkeit 706 und einen Reibungsfaktor 710, um die geschätzte Zahnstangenlenkungskraft 212 zu erzeugen. Der Motorwinkel 704 und die Motorgeschwindigkeit 706 werden von dem Aktormotor in dem Lenkungsunterstützungsmodul 18 beschafft. Alternativ oder zusätzlich verwendet das Schätzmodul 302 den Lenkradwinkel 206 und die Lenkradgeschwindigkeit 208 als Eingaben. Der Motorwinkel 704 kann vor der Schätzung durch das Tiefpassfilter 306 hindurch geleitet werden und die Motorgeschwindigkeit 706 kann durch das Tiefpassfilter 304 geleitet werden. Ein Reibungsschätzmodul 708 berechnet den Reibungsfaktor 710.
Die geschätzte Zahnstangenlenkungskraft 212 M_z, die von dem Schätzmodul 202 von 7 ausgegeben wird, kann beschrieben werden als: $M_{z} = M_{z 1} + M_{z 2}, wobei$
$M_{z 1} = μ \cdot K_{Ψ} \cdot Ψ_{d e f}, und$
$M_{z 2} = K_{Ψ 2} \cdot Ψ$
In den vorstehenden Gleichungen repräsentiert M_z das geschätzte Ausrichtungsdrehmoment, das aus M_z1 und M_z2 zusammengesetzt ist, wobei M_z1 eine Drehmomentkomponente repräsentiert, die durch die Reifensteifigkeit verursacht wird (siehe die vorstehende Gleichung 6), und M_z2 eine Drehmomentkomponente repräsentiert, die von einer linearen Feder verursacht wird. Wie vorstehend beschrieben wurde, repräsentiert ψ den Reifenwinkel und K_ψ repräsentiert die Torsionssteifigkeit des Reifens bei dem Winkel ψ. Zudem repräsentiert K_ψ2 die Steifigkeit einer linearen Feder bei dem Winkel ψ und µ repräsentiert den Reibungsfaktor 710, der von der Reibungsschätzvorrichtung 708 geschätzt wird. Die Steifigkeit der linearen Feder oder die Torsionssteifigkeit des Reifens repräsentiert das Drehmoment, das durch einen Schlupf verursacht wird, den der Reifen des Fahrzeugs erfährt, speziell bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten. Zusätzlich oder alternativ repräsentiert die Steifigkeit der linearen Feder das Drehmoment, das von der speziellen Geometrie der Federung des Fahrzeugs verursacht wird.
Ferner kann das Schätzmodul 202 von 7 im Vergleich von Gleichung 2 und 3 die zeitliche Ableitung ψ̇_def der Torsionsauslenkung des Reifens, wenn sich der Motor dreht (ψ_def) berechnen als ${\dot{Ψ}}_{d e f} = (1 - {(\frac{M_{z 1}}{M_{z 1 m a x}})}^{2}) \cdot \dot{Ψ} wenn s i g n (Ψ_{d e f}) = s i g n (\dot{Ψ}); und$
${\dot{Ψ}}_{d e f} = \dot{Ψ} w e n n s i g n (Ψ_{d e f}) \neq s i g n (\dot{Ψ})$
Ferner im Vergleich mit der vorstehenden Gleichung 5 in dem Schätzmodul von 7: $Ψ_{d e f,0} = \int_{0}^{t} ({\dot{Ψ}}_{d e f} + {\dot{Ψ}}_{d e f 2}) \cdot \partial t, wobei$
$Ψ_{d e f} = s i g n (Ψ_{d e f,0}) . m i n (Ψ_{d e f, m a x}, | Ψ_{d e f,0} |), wobei$
$Ψ_{d e f, m a x} = μ . M_{z 1, m a x} / K_{Ψ}, und wobei$
${\dot{Ψ}}_{d e f 2} = - \frac{1}{τ} Ψ_{d e f}, wobei τ = X_{r e l} / (ω, r)$
Daher verwendet das beispielhafte Schätzmodul 202 von 7 den Reibungsfaktor 710 (µ) zum Schätzen der Zahnstangenlenkungskraft 212 (M_z). Bei einem oder mehreren Beispielen berechnet die Reibungsschätzvorrichtung 708 den Reibungsfaktor 710 bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten wie etwa 0 - 20 km/h.
8 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen beispielhaften Datenfluss der Reibungsschätzvorrichtung 708. Die Reibungsschätzvorrichtung 708 enthält eine Hardware, etwa eine elektronische Schaltung. Zudem kann die Reibungsschätzvorrichtung 708 von einem Computer ausführbare Anweisungen enthalten, welche die Operationen der Reibungsschätzvorrichtung 708 steuern. Die Reibungsschätzvorrichtung 708 kann zudem einen Arbeitsspeicher enthalten, der vorbestimmte Daten und/oder Daten speichert, die während des Betriebs der einen oder mehreren Komponenten der Reibungsschätzvorrichtung 708 erzeugt und verwendet werden. Zum Beispiel enthält die Reibungsschätzvorrichtung 708 neben anderen Komponenten Komponenten wie etwa einen Wandler 810 von Geschwindigkeit in schnelle Reibung, ein Reibungslernmodul 820, ein Ratenbegrenzungsmodul 830 und ein Reibungssättigungsmodul 840.
Beispielsweise empfängt die Reibungsschätzvorrichtung 708 als Eingabe 802 eine Motorgeschwindigkeit (u). Bei einem oder mehreren Beispielen berechnet die Reibungsschätzvorrichtung 708 einen Absolutwert der Motorgeschwindigkeit in weiteren Operationen, wie bei Block 805 gezeigt ist. Die Motorgeschwindigkeit wird an den Wandler 810 von Geschwindigkeit in schnelle Reibung weitergeleitet. Der Wandler 810 von Geschwindigkeit in schnelle Reibung wandelt den Motorgeschwindigkeitswert in einen Schnellreibungswert µ_fast um. Bei einem oder mehreren Beispielen verwendet der Wandler 810 von Geschwindigkeit in schnelle Reibung eine eindimensionale Nachschlagetabelle, um den Wert µ_fast zu erzeugen. Die Nachschlagetabelle enthält beispielsweise µ_fast-Signalwerte für bekannte statische Werte der Motorgeschwindigkeit. Der µ_fast-Wert, der der aktuellen Motorgeschwindigkeit entspricht, wird an das Reibungslernmodul 820 und an die Ratenbegrenzungsvorrichtung 830 weitergeleitet. Bei einem oder mehreren Beispielen wird der µ_fast-Wert kontinuierlich bestimmt und weitergeleitet, und der µ_fast-Wert kann daher als ein µ_fast-Signal bezeichnet werden.
Die Ratenbegrenzungsvorrichtung 830 begrenzt die Änderungsrate (oder Bandbreite) des µ_fast-Signals. Die Ratenbegrenzungsvorrichtung 830 kann beispielsweise ein entsprechendes µ_fast-limited-Signal an das Reibungssättigungsmodul 840 mit einer geringeren (d.h. begrenzten) Änderungsrate (oder Bandbreite) ausgeben als der Frequenz, mit welcher die Motorgeschwindigkeit in die Reibungsschätzvorrichtung 708 eingegeben wird. Folglich begrenzt die Ratenbegrenzungsvorrichtung 830 eine Änderungsrate (Ableitung) des Ausgabesignals, das heißt, wenn die Eingabe in die Ratenbegrenzungsvorrichtung in einer Sekunde von 0 auf 1 geht, kann die Ausgabe in mehr als einer Sekunde von 0 auf 1 gehen. Folglich wird eine Änderungsrate (steigend oder fallend) der Ausgabe unter Verwendung der Ratenbegrenzungsvorrichtung 830 begrenzt. Durch Begrenzen der Änderungsrate (oder der Bandbreite) auf diese Weise ermöglicht die Ratenbegrenzungsvorrichtung 830, dass der Reibungsfaktor 710 nach einer vorbestimmten Zeitspanne verändert werden kann, und sie vermeidet plötzliche Veränderungen bei dem Reibungsschätzwert. Plötzliche Veränderungen beim Reibungsschätzwert können die geschätzte Zahnstangenlenkungskraft 212 verändern, was zu einer ungewünschten Veränderung bei der Unterstützung 218 mit statischer/geringer Geschwindigkeit führen kann.
Das Reibungslernmodul 820 analysiert das µ_fast-Signal und gibt ein entsprechendes µ_slow-Signal an das Reibungssättigungsmodul 840 aus. Das Reibungslernmodul 820 berechnet das µ_slow-Signal mit einer Frequenz (oder Rate), die langsamer als die Frequenz ist, mit welcher das µ_fast-Signal ausgegeben wird. Außerdem wird das µ_slow-Signal nur bei bestimmten Bedingungen aktualisiert, wie später erläutert wird. Das Reibungssättigungsmodul 840 empfängt das µ_fast-limited-Signal, welches durch eine variable Obergrenze und eine vorbestimmte Untergrenze begrenzt wird. Das µ_slow-Signal bestimmt die Obergrenze, die von dem Reibungssättigungsmodul 840 auf das µ_fast-limited-Signal aufgebracht wird. Das Reibungssättigungsmodul 840 greift außerdem auf eine Konstante (C) zu, welche ein vorbestimmtes unteres Schwellenwertniveau (Grenzwert) für den geschätzten Reibungsfaktor 710 ist, wie bei Block 835 gezeigt ist. Die Konstante C kann bei verschiedenen Beispielen verschiedene Werte aufweisen, zum Beispiel 0, 0,01, 0,5 und so weiter. Das Reibungssättigungsmodul 840 gibt den geschätzten Reibungsfaktor 710 (µ) auf der Grundlage des µ_slow-Signals von dem Reibungslernmodul 820, des µ_fast-limited-Signals, das durch die Ratenbegrenzungsvorrichtung 830 begrenzt wird, und der Konstante C aus. Folglich verwendet die Reibungsschätzvorrichtung 708 die Motorgeschwindigkeit, um den Reibungsfaktor 710, µ, vorherzusagen.
9 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen beispielhaften Datenfluss des Reibungslernmoduls 820. Bei einem oder mehreren Beispielen enthält das Reibungslernmodul 820 neben weiteren Komponenten eine Ratenbegrenzungsvorrichtung 910, einen Wandler 920 und eine Merkeraktualisierungsvorrichtung 930. Das Reibungslernmodul 820 empfängt das µ_fast-Signal als Eingabe, wie vorstehend beschrieben wurde. Die Ratenbegrenzungsvorrichtung 910 empfängt das Eingabesignal µ_fast und gibt ein zweites Signal µ_fast2 mit einer anderen Frequenz als das Eingabesignal µ_fast aus. Der Wandler 920 empfängt das µ_fast2-Signal als Eingabe und erzeugt das entsprechende µ_slow-Signal. Außerdem empfängt der Wandler 920 als Eingabe von der Merkeraktualisierungsvorrichtung 930 einen µ_update-flag.
Die Merkeraktualisierungsvorrichtung 930 setzt den Wert des µ_update-flag auf WAHR (1) oder FALSCH (0) in Abhängigkeit von dem vorherigen Wert des µ_slow-Signals und des µ_fast2-Signals. 10 stellt beispielhafte Komponenten und einen beispielhaften Datenfluss der Merkeraktualisierungsvorrichtung 930 dar. Es versteht sich, dass die Merkeraktualisierungsvorrichtung von 9 ein Beispiel ist und dass andere Implementierungen der Merkeraktualisierungsvorrichtung 930 möglich sind. Die in 10 dargestellte Merkeraktualisierungsvorrichtung 930 setzt den Wert des µ_update-flag auf 1, wenn der Wert des µ_fast2-Signals ≤ dem vorherigen Wert des µ_slow-Signals ist (d.h. die Ausgabe von 1050) und wenn das µ_fast2-Signal abnimmt. Beispielsweise empfängt die Merkeraktualisierungsvorrichtung 930 wie veranschaulicht das µ_fast2-Signal und das µ_slow-Signal als Eingabe und gibt den Wert des µ_update-flag aus, wie bei Blöcken 1010, 1020 und 1030 gezeigt ist.
Das empfangene µ_fast2-Signal läuft durch eine Verzögerungseinheit, um einen vorherigen Wert des µ_fast2-Signals bereitzustellen, wie bei Block 1040 gezeigt ist. Gleichzeitig wird das empfangene µ_fast2-Signal durch einen Subtrahierer geleitet, um festzustellen, ob das µ_fast2-Signal abnimmt, wie bei Block 1060 gezeigt ist. Ob das µ_fast2-Signal abnimmt, wird festgestellt, indem der aktuelle Wert des µ_fast2-Signals von dem vorherigen Wert des µ_fast2-Signals (des verzögerten Signals) subtrahiert wird. Das Ergebnis der Subtraktion wird mit einer Konstante (0; Null) verglichen, um das Vorzeichen des Ergebnisses (positiv oder negativ) zu bestimmen, wie bei Block 1070 gezeigt ist. Wenn die Ausgabe des Vorzeichenvergleichs positiv ist, das heißt, dass der vorherige Wert größer als der aktuelle Wert ist, nimmt das µ_fast2-Signal gerade ab (und umgekehrt). Entsprechend ist eine Ausgabe des Signalvergleichs 1, d.h. WAHR, wenn das µ_fast2-Signal gerade abnimmt, und ansonsten 0 (FALSCH). Die Ausgabe des Vorzeichenvergleichs wird an einen logischen Operator geliefert, etwa ein UND-Gatter, das bei Block 1080 gezeigt ist. Der logische Operator empfängt zusätzlich eine Eingabe von einem relationalen Operator, der die Werte des µ_fast2-Signals und des vorherigen Werts des µ_slow-Signals vergleicht, wie bei Block 1080 gezeigt ist.
Beispielsweise wird das empfangene µ_slow-Signal durch eine Einheitsverzögerung geleitet, um einen vorherigen Wert des µ_slow-Signals bereitzustellen, wie bei Block 1050 gezeigt ist. Der relationale Operator empfängt beide, den vorherigen Wert des µ_slow-Signals und den aktuellen Wert des µ_fast2-Signals (das heißt das empfangene µ_fast2-Signal), wie bei Block 1090 gezeigt ist. Der relationale Operator vergleicht die zwei Eingabewerte und gibt eine 1 (WAHR) aus, wenn das µ_fast2-Signal ≤ dem µ_slow-Signalwert ist, und ansonsten 0 (FALSCH) (oder umgekehrt). Daher empfängt der logische Operator zwei Eingaben - eine Anzeige, ob das µ_fast2-Signal ≤ dem vorherigen Wert des µ_slow-Signalwerts ist; und ob das µ_fast2-Signal gerade abnimmt, wie bei Block 1080 gezeigt ist. Wenn diese beiden Bedingungen wahr sind, setzt die Merkeraktualisierungsvorrichtung 930 den Wert des µ_update-flag auf 1 (WAHR) und andernfalls auf 0 (FALSCH) (oder umgekehrt).
Wieder mit Bezug auf 9 wandelt der Wandler 920 das µ_fast2-Signal auf der Grundlage des µ_update-flag in das µ_slow-Signal um. Wenn beispielsweise der Wert des µ_update-flag 0 ist (Null; falsch), führt der Wandler 920 die Wandlung nicht durch und hält die letzte Ausgabe, bei der der Wert von µ_update-flag WAHR war, aufrecht, und wenn der Wert des µ_update-flag1 (WAHR) ist, führt der Wandler 920 die Wandlung durch (oder umgekehrt). 11 veranschaulicht beispielhafte Komponenten und einen beispielhaften Datenfluss zur Wandlung des µ_fast2-Signals in das µ_slow-Signal durch den Wandler 920. Es versteht sich, dass der in 11 dargestellte Wandler 920 ein Beispiel ist, und dass andere Implementierungen andere Wandler enthalten können.
Der beispielhafte Wandler 920 von 11 verwendet Filter und Verzögerung, um das µ_fast2-Signal in das µ_slow-Signal umzuwandeln. Der Wandler 920 subtrahiert nach dem Empfangen des µ_fast2-Signals das µ_fast2-Signal von einer Konstante C1, wie bei Block 1102 gezeigt ist. Der konstante Wert kann beispielsweise ein maximaler Schwellenwert des µ_fast2-Signals sein, etwa 1 oder ein beliebiger anderer vorbestimmter konstanter Wert. Ein Sättigungsblock des Wandlers 920 empfängt die Ausgabe der Subtraktion, wie bei Block 1110 gezeigt ist. Der Sättigungsblock begrenzt die Größe der Subtraktionsausgabe auf der Grundlage einer vorbestimmten oberen und einer vorbestimmten unteren Grenze. Zum Beispiel vergleicht der Sättigungsblock die Subtraktionsausgabe mit der oberen und der unteren Grenze. Wenn die Subtraktionsausgabe kleiner als die untere Grenze ist, gibt der Sättigungsblock die untere Grenze aus. Wenn analog die Subtraktionsausgabe größer als die obere Grenze ist, gibt der Sättigungsblock die obere Grenze aus. In anderen Fällen gibt der Sättigungsblock die Subtraktionsausgabe aus.
Die Ausgabe aus dem Sättigungsblock geht zu einer Auswahlvorrichtung weiter, wie bei Block 1120 gezeigt ist. Die Auswahlvorrichtung schaltet auf der Grundlage des µ_update-flag zwischen der Ausgabe von dem Sättigungsblock und einer verzögerten Ausgabe um. Die Auswahlvorrichtung empfängt den µ_update-flag und die verzögerte Ausgabe als weitere Eingaben, wie in Block 1120 gezeigt ist. Die verzögerte Ausgabe wird empfangen, indem die Ausgabe eines Filtermoduls des Wandlers 920 durch eine Einheitsverzögerung hindurchgeleitet wird, wie bei Blöcken 1130 und 1140 gezeigt ist. Das Filtermodul kann ein Tiefpassfilter sein, das die Ausgabe der Auswahlvorrichtung als eine Eingabe und eine vorbestimmte Tiefpassfrequenz als eine zweite Eingabe empfängt, wie bei Block 1140 gezeigt ist. Alternativ oder zusätzlich erzeugt das Tiefpassfiltermodul die Ausgabe in Übereinstimmung mit: $y [n] = b 1. u [n] + b 2. u [n - 1] - K . a 2. y [n - 1]$
wobei y die Ausgabe des Filters ist und u eine Eingabe in das Filter ist, Koeffizienten (b1, b2 und a2) in einigen Ausführungsformen unter Verwendung vorbestimmter Tiefpassfrequenzwerte für ein einfaches Tiefpassfilter erster Ordnung ermittelt werden, K ein Wert zwischen 0,99 und 1,0 sein kann. Die Parameter ermöglichen, dass das Filtermodul y so ausgibt, dass es langsam über die Zeit auf Null abfällt, wenn K kleiner als 1 ist. Wenn K = 1, wird y (Ausgabe) konstant gehalten, unter der Annahme einer konstanten Eingabe.
Wie beschrieben empfängt das Wandlermodul 920 den µ_update-flag als Eingabe, wobei auf dieser Grundlage die Modulausgabe entweder auf einen neuen µ_slow-Wert aktualisiert wird oder bei dem vorherigen Wert selbst festgehalten wird (das heißt, dass die Ausgabe nicht aktualisiert wird). Daher verarbeitet der Wandler 920 das µ_fast2-Signal durch ein digitales Filter, um einen neuen µ_slow-Ausgabewert zu erzeugen, wenn der µ_update-flag wahr ist, und der Wandler 920 hält die Ausgabe wie sie ist, wenn der µ_update-flag falsch ist_. Die Funktion des Wandlers 920 kann mit den nachstehenden beispielhaften digitalen Filtergleichungen beschrieben werden. In den Gleichungen wird die Eingabe in das digitale Filter, u, erhalten, indem das µ_fast2-Signal von 1 subtrahiert wird. Außerdem wird die Ausgabe y des Filters von 1 subtrahiert, um die Ausgabe µ_slow zu erhalten. $\begin{matrix} y [n] = b 1. u [n] + b 2. u [n - 1] - K . a 2. y [n - 1], & wenn μ_{u p d a t e - f l a g} = wahr; und \end{matrix}$
$\begin{matrix} y [n] = y [n - 1], & wenn μ_{u p d a t e - f l a g} = falsch \end{matrix}$
wobei y die Ausgabe des Filters ist und u eine Eingabe in das Filter ist, n einen aktuellen Berechnungsschritt anzeigt, Koeffizienten (b1, b2 und a2) vorbestimmte Parameterwerte beruhend auf vorbestimmten Tiefpassfrequenzwerten für ein einfaches Tiefpassfilter erster Ordnung sind, und K ein Wert ist, der kleiner oder gleich 1 ist.
Folglich modifiziert das Schätzmodul 302 von 7 das statische Modell von Van der Jagt, um ein statisches Drehmoment vorherzusagen, das von einem Reifen erzeugt wird, indem ein Federsteifigkeitsmodell verwendet wird, um ein zusätzliches Drehmoment bereitzustellen. Zudem schätzt das Schätzmodul 302 von 7 einen Reibungsfaktor 710, um die geschätzte Zahnstangenlenkungskraft 212 zu berechnen. Das modifizierte Modell von Van der Jagt ist durch die Gleichungen 10 - 18 repräsentiert.
12 stellt ein alternatives Beispiel für die Mischvorrichtung 220 dar, welche zwei oder mehr Unterstützungsdrehmomentbefehle vermischt. Der Unterstützungsdrehmoment-Befehlsgenerator 204 erzeugt den Unterstützungsdrehmomentbefehl 214 für eine statische oder geringe Fahrzeuggeschwindigkeit (0 - 20 km/h) auf der Grundlage des Schätzmoduls 302, welches in Übereinstimmung mit dem hier beschriebenen modifizierten Modell von Van der Jagt arbeitet. Der Unterstützungsdrehmoment-Befehlsgenerator 204 kann außerdem den Unterstützungsdrehmomentbefehl 216 erzeugen, welcher ein Unterstützungsdrehmomentbefehl für das Fahrzeug bei höheren Geschwindigkeiten sein kann, etwa >20 km/h. Beispiele für das Erzeugen derartiger Unterstützungsdrehmomentbefehle bei höheren Geschwindigkeiten sind in US 2014 10 324 294 beschrieben. Die Mischvorrichtung 220 vermischt die Unterstützungsdrehmomentbefehle 214 und 216 und sendet einen gemischten Befehl 218 an den Motor.
In der beispielhaften Mischvorrichtung 220 von 12 beruht das Vermischen auf der Fahrzeuggeschwindigkeit. Beispielsweise empfängt die Mischvorrichtung 220 die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit als Eingabe und bestimmt einen Skalierungsfaktor S_x auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit, wie bei Block 1210 gezeigt ist. Die Mischvorrichtung 220 enthält beispielsweise eine eindimensionale Nachschlagetabelle, die eine Zuordnung zwischen mehreren Fahrzeuggeschwindigkeiten und Skalierungsfaktoren enthält. Alternativ oder zusätzlich kann der Skalierungsfaktor in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten linearen Beziehung zu der Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigen. Bei einem oder mehreren Beispielen kann der Skalierungsfaktor ansteigen, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, wonach der Skalierungsfaktor konstant sein kann. Bei einem oder mehreren Beispielen kann die Mischvorrichtung 220 einen Sättigungsblock enthalten, der den Skalierungsfaktor auf einen vorbestimmten Bereich beschränkt, wie bei Block 1220 gezeigt ist. Beispielsweise kann der vorbestimmte Bereich 0 bis 1 sein. In einem derartigen Fall kann der Skalierungsfaktor auf den vorbestimmten Bereich des Sättigungsblocks normiert werden.
Die Mischvorrichtung 220 verwendet den Skalierungsfaktor und die Unterstützung 216 beim Rollen als Eingaben in einen Multiplizierer, wie bei Block 1230 gezeigt ist. Der Multiplizierer gibt ein Produkt aus dem Skalierungsfaktor und der Unterstützung 218 beim Rollen aus. Die Mischvorrichtung 220 addiert eine vorbestimmte Konstante C₀ zu dem Negativen des Skalierungsfaktors S_x und verwendet das Resultat (-S_x + C₀) als eine erste Eingabe in einen Multiplizierer, der außerdem die Unterstützung 214 im Stand/bei niedrigen Geschwindigkeiten als zweite Eingabe empfängt, wie bei Blöcken 1240 und 1250 gezeigt ist. Die Mischvorrichtung 220 summiert ferner die Ausgaben von den zwei Produkten der Unterstützung 216 beim Rollen und der Unterstützung 214 im Stand/bei niedrigen Geschwindigkeiten, um den gemischten Unterstützungsbefehl 218 bereitzustellen, wie bei Block 1260 gezeigt ist. Folglich ermöglicht das EPS, das die hier beschriebenen technischen Lösungen implementiert, eine verbesserte Weise zum Mischen von zwei oder mehr Drehmomentunterstützungsbefehlen, die bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten in Abhängigkeit von den Geschwindigkeiten erzeugt werden können.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen das Erlernen eines Reibungsfaktors, der auf ein Reifensteifigkeitsmodell angewendet wird, wenn von einem EPS-System eine Drehmomentunterstützung bereitstellt wird, speziell wenn das Fahrzeug steht oder mit geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten fährt (0 - 20 km/h). Auf der Grundlage des Reibungsfaktors halten die hier beschriebenen technischen Lösungen eine Reduktion der Reifenmodellkräfte aufrecht, wenn ein geringer Reibungsfaktor detektiert wird. Ferner verwenden die technischen Lösungen den Reibungsfaktor, um den Wert eines berechneten Windups des Reifens zu begrenzen (beispielsweise reduziert eine geringe Reibung den maximal möglichen Windup). Durch Verwenden der Bestimmung und durch Verwenden des Reibungsfaktors wie beschrieben, vermeidet ein EPS-Unterstützungssystem Schwingungen bei geringen Frequenzen aufgrund einer Geschwindigkeitsrückkopplung und es vermeidet ferner nicht gewünschte Übergänge zwischen Unterstützungswerten bei hoher Reibung und geringer Reibung.
Zudem enthalten die hier beschriebenen technischen Lösungen einen Beitrag einer linearen Feder zusätzlich zu dem Reifenmodell, wenn die geschätzte Zahnstangenlenkungskraft bestimmt wird. Der Beitrag der linearen Feder ermöglicht, dass das EPS-System zusätzliche Kräfte berücksichtigt, welche das Lenkrad aufgrund einer Federungsgeometrie des Fahrzeugs beeinflussen. Durch Berücksichtigen der Beiträge der linearen Feder kann das EPS-System zusätzliche Unterstützung bereitstellen, um zusätzliche Kräfte zu unterstützen, die durch die Federungsgeometrie verursacht werden, speziell wenn das Fahrzeug steht oder mit geringen Geschwindigkeiten (0 - 20 km/h) fährt.
Noch weiter ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen, dass das EPS-System mehrere Unterstützungen vermischt, die in Abhängigkeit von den Fahrzeuggeschwindigkeiten für das Lenkrad bereitgestellt werden. Zum Beispiel ermöglichen die technischen Lösungen, dass das EPS-System einen ersten Unterstützungsbefehl von einem Reifenmodell, das bei geringen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs verwendet wird (0 - 20 km/h), mit einem zweiten Unterstützungsbefehl von einem rollenden Fahrradmodell vermischt, welches bei höheren Geschwindigkeiten (>20 km/h) verwendet wird.
Noch weiter ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen, dass das EPS-System eine Drehmomentunterstützung auf Oberflächen mit geringer Reibung wie etwa Eis bereitstellt, welche bewirken können, dass das Fahrzeug anzeigt, dass eine Fahrzeuggeschwindigkeit statisch ist, d.h. 0 km/h beträgt, auch wenn das Fahrzeug rollen kann, etwa mit 2 - 4 km/h. Zum Beispiel ermöglichen die technischen Lösungen, dass das EPS-System die Unterstützung bei geringeren Geschwindigkeiten ausschließt, etwa <4 km/h, in Abhängigkeit von der Kapazität der Fahrzeugsensoren.
Obwohl die Erfindung im Detail in Verbindung mit nur einer eingeschränkten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich leicht, dass die Erfindung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist. Stattdessen kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier im Vorstehenden nicht beschrieben sind, welche aber mit dem Geist und Umfang der Erfindung übereinstimmen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, versteht sich außerdem, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Folglich darf die Erfindung nicht so aufgefasst werden, dass sie durch die vorstehende Beschreibung begrenzt wird.

Claims

Verfahren zum Steuern eines elektrischen Servolenkungssystems (12), wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Zahnstangenlenkungskraft bestimmt wird, um ein Drehmoment auf das elektrische Servolenkungssystem (12) aufzubringen, wobei das Bestimmen der Zahnstangenlenkungskraft umfasst, dass ein Reibungsfaktor auf der Grundlage einer Motorgeschwindigkeit eines Motors des elektrischen Servolenkungssystems (12) erzeugt wird, wobei der Reibungsfaktor eine Reibung zwischen einem Reifen und einer Oberfläche eines Bodens, mit welchem der Reifen in Kontakt steht, anzeigt, wobei die Motorgeschwindigkeit in ein Schnellreibungssignal (µ_fast) umgewandelt wird, das die gegenwärtige Motorgeschwindigkeit repräsentiert, und wobei durch Begrenzen einer Änderungsrate des Schnellreibungssignals (µ_fast) eine Änderung des Reibungsfaktor erst nach einer vorbestimmten Zeitdauer ermöglicht wird; ein Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehl auf der Grundlage der Zahnstangenlenkungskraft erzeugt wird; und das elektrische Servolenkungssystem (12) unter Verwendung des Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehls gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zahnstangenlenkungskraft in Ansprechen auf die Feststellung bestimmt wird, dass ein oder mehrere Lenkraddrehmomentsensoren (31, 32, 33) des elektrischen Servolenkungssystems (12) nicht aktiviert ist/sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Zahnstangenlenkungskraft ferner umfasst, dass eine Komponente der Zahnstangenlenkungskraft bestimmt wird, die durch den Reifen und die Oberfläche des Bodens, mit welchem der Reifen in Kontakt steht, verursacht wird, auf der Grundlage der Motorgeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Bestimmen der Komponente der Zahnstangenlenkungskraft ferner umfasst, dass: ein Motorwinkel mit einem Tiefpassfilter (304, 306) gefiltert wird; die Motorgeschwindigkeit mit einem Tiefpassfilter (304, 306) gefiltert wird; und der gefilterte Motorwinkel und die gefilterte Motorgeschwindigkeit verwendet werden, um die Zahnstangenlenkungskraft zu schätzen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Komponente eine erste Komponente ist, und wobei das Bestimmen der Zahnstangenlenkungskraft ferner umfasst, dass eine zweite Komponente der Zahnstangenlenkungskraft bestimmt wird, die durch eine lineare Federsteifigkeit verursacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen des Reibungsfaktors umfasst, dass: die Motorgeschwindigkeit in einen ersten Reibungsfaktor umgewandelt wird; eine Obergrenze für den Reibungsfaktor auf der Grundlage des ersten Reibungsfaktors bestimmt wird; und der erste Reibungsfaktor skaliert wird, um den Reibungsfaktor zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Obergrenze für den Reibungsfaktor in Ansprechen darauf bestimmt wird, dass ein Wert des ersten Reibungsfaktors geringer als ein unmittelbar vorausgehender Wert des ersten Reibungsfaktors ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Obergrenze für den Reibungsfaktor in Ansprechen darauf bestimmt wird, dass der erste Reibungswert kleiner oder gleich einem verzögerten Wert der Obergrenze für den Reibungsfaktor ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Obergrenze für den Reibungsfaktor bestimmt wird in Ansprechen darauf, dass: ein Wert des ersten Reibungsfaktors geringer als ein unmittelbar vorausgehender Wert des ersten Reibungsfaktors ist; und der erste Reibungswert kleiner oder gleich der Obergrenze für den Reibungsfaktor ist.
System zum Steuern eines elektrischen Servolenkungssystems (12), umfassend: ein Servolenkungssystem (12), das ein oder mehrere Lenkraddrehmomentsensoren enthält; und ein Steuerungsmodul (40), das ausgestaltet ist, um: eine Zahnstangenlenkungskraft zu bestimmen, um ein Drehmoment auf ein Lenkrad aufzubringen, wobei das Bestimmen der Zahnstangenlenkungskraft das Erzeugen eines Reibungsfaktors auf der Grundlage einer Motorgeschwindigkeit eines Motors des Servolenkungssystems (12) umfasst, wobei der Reibungsfaktor eine Reibung zwischen einem Reifen und einer Oberfläche eines Bodens, mit welchem der Reifen in Kontakt steht, anzeigt, wobei die Motorgeschwindigkeit in ein Schnellreibungssignal (µ_fast) umgewandelt wird, das die gegenwärtige Motorgeschwindigkeit repräsentiert, und wobei durch Begrenzen einer Änderungsrate des Schnellreibungssignals (µ_fast) eine Änderung des Reibungsfaktors erst nach einer vorbestimmten Zeitdauer ermöglicht wird; einen Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehl auf der Grundlage der Zahnstangenlenkungskraft zu erzeugen; und das Servolenkungssystem (12) unter Verwendung des Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehls zu steuern.
Servolenkungssystem (12), umfassend: eine Lenkungsunterstützungseinheit; und ein Steuerungsmodul (40), das mit der Lenkungsunterstützungseinheit gekoppelt ist, wobei das Steuerungsmodul (40) ausgestaltet ist, um: eine Zahnstangenlenkungskraft zu bestimmen, um ein Drehmoment auf ein Lenkrad aufzubringen, wobei das Bestimmen der Zahnstangenlenkungskraft das Erzeugen eines Reibungsfaktors auf der Grundlage einer Motorgeschwindigkeit eines Motors der Lenkungsunterstützungseinheit umfasst, wobei der Reibungsfaktor eine Reibung zwischen einem Reifen und einer Oberfläche eines Bodens, mit welchem der Reifen in Kontakt steht, anzeigt, wobei die Motorgeschwindigkeit in ein Schnellreibungssignal (µ_fast) umgewandelt wird, das die gegenwärtige Motorgeschwindigkeit repräsentiert, und wobei durch Begrenzen einer Änderungsrate des Schnellreibungssignals (µ_fast) eine Änderung des Reibungsfaktors erst nach einer vorbestimmten Zeitdauer ermöglicht wird; einen Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehl auf der Grundlage der Zahnstangenlenkungskraft zu erzeugen; und das Servolenkungssystem (12) unter Verwendung des Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehls zu steuern.
Servolenkungssystem (12) nach Anspruch 11, wobei die Zahnstangenlenkungskraft in Ansprechen darauf erzeugt wird, dass festgestellt wird, dass ein oder mehrere Lenkraddrehmomentsensoren nicht aktiviert ist/sind.
Servolenkungssystem (12) nach Anspruch 11, wobei das Bestimmen der Zahnstangenlenkungskraft ferner umfasst, dass auf der Grundlage der Motorgeschwindigkeit eine Komponente der Zahnstangenlenkungskraft bestimmt wird, die durch den Reifen und durch die Oberfläche des Bodens, mit welchem der Reifen in Kontakt steht, verursacht wird.
Servolenkungssystem (12) nach Anspruch 13, wobei die Komponente eine erste Komponente ist, und wobei das Bestimmen der Zahnstangenlenkungskraft ferner die Bestimmung einer zweiten Komponente der Zahnstangenlenkungskraft, die von einer linearen Federsteifigkeit verursacht wird, umfasst.
Servolenkungssystem (12) nach Anspruch 13, wobei die Erzeugung eines Reibungsfaktors die Bestimmung einer Obergrenze für den Reibungsfaktor auf der Grundlage eines ersten Reibungsfaktorwerts in Ansprechen darauf umfasst, dass ein Wert der Motorgeschwindigkeit geringer als ein unmittelbar vorausgehender Wert der Motorgeschwindigkeit ist.
Servolenkungssystem (12) nach Anspruch 11, wobei der Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehl ein erster Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehl ist, und wobei das Steuerungsmodul (40) ferner ausgestaltet ist, um: einen zweiten Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehl zu erzeugen; einen dritten Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehl zu erzeugen, indem der erste Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehl und der zweite Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehl kombiniert werden; und das Servolenkungssystem (12) unter Verwendung des dritten Lenkungsunterstützungsdrehmomentbefehls zu steuern.