DE102017122169B4

DE102017122169B4 - Schätzen einer Nutzlast unter Verwendung von Signalen einer elektrischen Servolenkung

Info

Publication number: DE102017122169B4
Application number: DE102017122169.7A
Authority: DE
Inventors: Tejas M. Varunjikar; Anthony J. Champagne; Qi Wang
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: CN107867321B; CN107867321A; DE102017122169A1

Abstract

Nutzlastschätzsystem (100) für ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) (40), umfassend:ein Nutzlastdetektionsmodul (110), das ausgestaltet ist, um eine Nutzlast in Übereinstimmung mit einer Vielzahl von EPS-Signalen zu detektieren, und um einen Achsenlastfaktor zu erzeugen, wobei das Nutzlastdetektionsmodul (110) umfasst:ein Zahnstangendrehmomentmodul, das ausgestaltet ist, um ein Zahnstangendrehmoment zu ermitteln, das auf eine Zahnstange einwirkt, die mit der EPS (40) verbunden ist;ein Referenzmodellmodul (11005, 11005B), das ausgestaltet ist, um ein Referenzzahnstangendrehmoment (9) für die EPS (40) auf der Grundlage eines Lastskalierungsfaktors (1110) zu ermitteln; undein Lastfaktorberechnungsmodul (11004, 11004B), das ausgestaltet ist, um einen Achsenlastfaktor auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Zahnstangendrehmoment und dem Referenzzahnstangendrehmoment (9) zu berechnen;ein Mischfaktormodul, das ausgestaltet ist, um einen Lastmischfaktor (1102) in Übereinstimmung mit dem Achsenlastfaktor zu ermitteln; undeinen Signalkombinierer (170), der ausgestaltet ist, um eine gemischte Nennbasisunterstützung (1103) und eine gemischte Hochlastbasisunterstützung (1104) in Übereinstimmung mit dem Lastmischfaktor (1102) zu kombinieren, wobei die Kombination einen Motordrehmomentbefehl (7) modifiziert, wobei der Motordrehmomentbefehl (7) an einen Motor gesendet wird, um ein Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Servolenkungssystem und insbesondere Verfahren und Systeme zum Schätzen einer Nutzlast unter Verwendung von Signalen einer elektrischen Servolenkung für ein konsistentes Lenkungsgefühl.
Herkömmliche Lenkungssysteme mit Kraftunterstützung, etwa elektrische Servolenkungssysteme (EPS-Systeme), werden in verschiedenen Fahrzeugklassen verwendet, die von leichten Fahrzeugen (kleine Heckklappen) bis zu schweren Fahrzeugen (Kleintransportern, Lieferwagen) reichen. Der Elektromotor wirkt als Aktor, um den Fahrzeugbediener beim Lenken des Fahrzeugs zu unterstützen. Typischerweise werden EPS-Parameter abgestimmt, um bei Nennlastbedingungen des Fahrzeugs ein optimales Lenkungsgefühl auf verschiedenartigen Stra-ßenoberflächen zu liefern. Während der Nutzung des Fahrzeugs kann Nutzlast zu dem Fahrzeug hinzugefügt oder von diesem entfernt werden. Diese Nutzlastveränderung verändert die Last oder Kraft, die von jedem Reifen auf die Straße ausgeübt wird, welche im Vergleich mit den Nennlastbedingungen ein Achsschenkeldrehmoment signifikant verändern kann (und damit eine Zahnstangenlast verändern kann). Veränderungen beim Achsschenkeldrehmoment können zu einem inkonsistenten „Gefühl“ beim Lenkungsaufwand führen, das der Bediener wahrnimmt. Das heißt, dass sich der Betrag des Lenkungsaufwands mit Veränderungen bei der Nutzlast bei herkömmlicheren EPS-Systemen verändern kann.
DE 10 2015 217 961 B3 offenbart eine Kraftfahrzeuglenkung, wobei eine aktuelle Achslast bei der Erzeugung eines Steuersignals berücksichtigt wird, wobei die aktuelle Achslast bei einer stationären Kurvenfahrt aus einer ermittelten und/oder gemessenen Querlenkbeschleunigung und einer ermittelten oder geschätzten Zahnstangenkraft ermittelt wird. JP H11- 49 000 A lehrt ein Lenksystem, bei dem ein Lenkungswiderstand basierend auf einer Differenz zwischen einer tatsächlichen Zahnstangenkraft und einer Referenzzahnstangenkraft gesteuert wird. DE 196 80 331 B4 beschreibt ein Servolenkungssystem, welches eine Lenkunterstützung in Abhängigkeit der Fahrzeuglast anpasst, wenn sich eine Beladung tatsächlich geändert hat. DE 10 2015 224 389 A1 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation der Beladung eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Ermittlung eines Lenkwinkel und/oder einer Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder eines Lenkmoment unter Berücksichtigung des Beladungszustands erfolgt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein EPS-System zu entwickeln, das robuster ist, geringe Kosten verursacht und/oder in der Lage sein kann, Inkonsistenzen beim Lenkungsaufwand bei Veränderungen der Nutzlast zu reduzieren.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Nutzlastschätzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen enthält ein Nutzlastschätzsystem eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) ein Nutzlastdetektionsmodul, das eine Nutzlast in Übereinstimmung mit einem oder mehreren EPS-Signalen detektiert und einen Achsenlastfaktor erzeugt. Das Nutzlastdetektionsmodul enthält ein Zahnstangendrehmomentmodul, das ein Zahnstangendrehmoment ermittelt, das auf eine Zahnstange einwirkt, die mit der EPS verbunden ist. Ein Referenzmodellmodul ermittelt ein Referenzzahnstangendrehmoment für die EPS auf der Grundlage eines Lastskalierungsfaktors. Ein Lastfaktorberechnungsmodul berechnet einen Achsenlastfaktor auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Zahnstangendrehmoment und dem Referenzzahnstangendrehmoment. Ferner ermittelt ein Mischfaktormodul einen Lastmischfaktor in Übereinstimmung mit dem Achsenlastfaktor. Des Weiteren kombiniert ein Signalkombinierer eine gemischte Nennbasisunterstützung und eine gemischte Hochlastbasisunterstützung in Übereinstimmung mit dem Lastmischfaktor, wobei die Kombination einen Motordrehmomentbefehl modifiziert, wobei der Motordrehmomentbefehl an einen Motor gesendet wird, um ein Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Schätzen einer Nutzlast zur Aufrechterhaltung eines im Wesentlichen konsistenten Lenkungsgefühls, das zumindest teilweise durch ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) erzeugt wird, dass von einem Nutzlastdetektionsmodul eines Nutzlastschätzsystems eine Vielzahl von EPS-Signalen empfangen wird, um einen zusätzlichen Achsenlastfaktor zu erzeugen. Das Verfahren umfasst außerdem, dass von einem Referenzmodellmodul ein Referenzzahnstangendrehmoment für die EPS auf der Grundlage eines Lastskalierungsfaktors ermittelt wird. Das Verfahren umfasst außerdem, dass von einem Lastfaktorberechnungsmodul ein Achsenlastfaktor auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Zahnstangendrehmoment und dem Referenzzahnstangendrehmoment berechnet wird. Das Verfahren umfasst außerdem, dass durch eine Mischfaktortabelle des Nutzlastschätzsystems ein Lastmischfaktor in Übereinstimmung mit dem zusätzlichen Achsenlastfaktor ermittelt wird. Das Verfahren umfasst außerdem, dass durch ein Zusammenführungsmodul ein Motordrehmomentbefehl auf der Grundlage des Lastmischfaktors modifiziert wird, wobei der Motordrehmomentbefehl an einen Motor der EPS gesendet wird, um ein Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Lenkungssystem ein Zahnstangendrehmomentmodul, das ein Zahnstangendrehmoment ermittelt, welches auf eine Zahnstange einwirkt, die mit dem Lenkungssystem verbunden ist. Ferner ermittelt ein Referenzmodellmodul ein Referenzzahnstangendrehmoment für das Lenkungssystem in Übereinstimmung mit einer Vielzahl von Steuerungssignalen. Ein Nutzlastdetektionsmodul berechnet einen Achsenlastfaktor auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Zahnstangendrehmoment und dem Referenzzahnstangendrehmoment. Ein Signalkombinierer modifiziert einen Motordrehmomentbefehl auf der Grundlage des Achsenlastfaktors, wobei der Motordrehmomentbefehl an einen Motor des Lenkungssystems gesendet wird, um ein Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ergeben, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen und deren Beschriftungen gelesen wird, obwohl Variationen und Modifikationen darin ausgeführt werden können, ohne von dem Grundgedanken und dem Umfang der neuartigen Konzepte der Offenbarung abzuweichen.
Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird speziell dargelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Die vorstehenden und weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden genauen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird. Wo es immer möglich ist, wurden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnliche Elemente einer Ausführungsform zu bezeichnen, und wobei:

1 ein Funktionsblockdiagramm eines elektrischen Servolenkungssystems veranschaulicht, das ein Nutzlastschätzsystem in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung enthält;
2 ein Funktionsblockdiagramm ist, das ein Nutzlastschätzsystem, das ein elektrisches Servolenkungssignal verwendet, in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
3 eine Funktionskurve ist, die einen Lastmischfaktor über einem Lastfaktor des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
4 ein Funktionsblockdiagramm ist, das ein Nutzlastdetektionsmodul des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
5 ein Funktionsblockdiagramm ist, das ein Referenzmodellmodul in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
6 ein Funktionsblockdiagramm ist, das ein Zahnstangendrehmomentschätzmodul des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
7 ein Funktionsblockdiagramm ist, das ein Referenzzahnstangendrehmomentmodell des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
8 ein Funktionsblockdiagramm ist, das eine erste Zustandsdetektionslogikeinheit des Referenzzahnstangendrehmomentmodells des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
9 ein Funktionsblockdiagramm ist, das eine zweite Zustandsdetektionslogikeinheit des Referenzzahnstangendrehmomentmodells des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
10 ein Funktionsblockdiagramm ist, das eine dritte Zustandsdetektionslogikeinheit des Referenzzahnstangendrehmomentmodells des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
11 ein Funktionsblockdiagramm ist, das eine vierte Zustandsdetektionslogikeinheit des Referenzzahnstangendrehmomentmodells des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
12 ein Funktionsblockdiagramm ist, das eine fünfte Zustandsdetektionslogikeinheit des Referenzzahnstangendrehmomentmodells des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
13 ein Funktionsblockdiagramm ist, das eine sechste Zustandsdetektionslogikeinheit des Referenzzahnstangendrehmomentmodells des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
14 ein Funktionsblockdiagramm ist, das eine siebte Zustandsdetektionslogikeinheit des Referenzzahnstangendrehmomentmodells des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
15 ein Funktionsblockdiagramm ist, das die Berechnung eines zusätzlichen Achsenlastfaktors des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
16 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Schätzen einer Nutzlast unter Verwendung eines Signals einer elektrischen Servolenkung in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
17 ein Funktionsblockdiagramm ist, das ein Nutzlastdetektionsmodul des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
18 ein Funktionsblockdiagramm ist, das ein Referenzmodellmodul in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht;
19 ein Funktionsblockdiagramm ist, das das Lastfaktorberechnungsmodul in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht; und
20 ein Operationsblockdiagramm des Nutzlastdetektionsmoduls in Übereinstimmung mit einer Technik der kleinsten mittleren Quadrate darstellt, die in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird.

Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen genauer beschrieben, welche nur zur Veranschaulichung gedacht sind, da sich dem Fachmann auf dem Gebiet zahlreiche Modifikationen und Variationen offenbaren werden. Es werden nun verschiedene Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben. Mit Bezug auf die Zeichnungen zeigen gleiche Zahlen, falls vorhanden, in den mehreren Ansichten gleiche Komponenten an. Die Bedeutung von „einer/eine/eines“ und „der/die/das“ umfasst, so wie sie in der Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen verwendet werden, Pluralbezüge, sofern es der Kontext nicht deutlich anderweitig vorschreibt. Außerdem umfasst die Bedeutung von „in“, so wie der Begriff in der Beschreibung und den folgenden Ansprüchen verwendet wird, sowohl „in“ als auch „an“, sofern der Kontext nicht deutlich etwas anderes vorschreibt. Darüber hinaus können in der Beschreibung zur Erleichterung für einen Leser Titel oder Untertitel verwendet werden, welche keinen Einfluss auf den Umfang der Erfindung haben. Zudem werden einige Begriffe, die in dieser Beschreibung verwendet werden, nachstehend spezieller definiert.
Die in dieser Beschreibung verwendeten Begriffe weisen innerhalb des Kontexts der Erfindung, und in dem speziellen Kontext, in dem jeder Begriff verwendet wird, allgemein ihre in der Technik gewöhnlichen Bedeutungen auf. Bestimmte Begriffe, die verwendet werden, um die Erfindung zu beschreiben, werden nachstehend oder an anderer Stelle in der Beschreibung erörtert, um eine zusätzliche Anleitung für den Praktiker hinsichtlich der Beschreibung der Erfindung bereitzustellen. Es ist festzustellen, dass der gleiche Sachverhalt auf mehr als eine Weise ausgedrückt werden kann. Folglich können alternative Begriffe und Synonyme für einen oder mehrere der hier erörterten Begriffe verwendet werden, und es soll keine spezielle Bedeutung dem beigemessen werden, ob ein Begriff hier ausgeführt oder erörtert ist oder nicht. Die Verwendung von Beispielen an einer beliebigen Stelle in dieser Beschreibung, die Beispiele von beliebigen Begriffen umfassen, die hier erörtert werden, dient nur zur Veranschaulichung und begrenzt den Umfang und die Bedeutung der Erfindung oder eines beliebigen beispielhaften Begriffs in keiner Weise. Auf ähnliche Weise ist die Erfindung nicht auf verschiedene Ausführungsformen begrenzt, die in dieser Beschreibung angegeben werden.
Sofern es nicht anderweitig definiert wird, weisen alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung auf, wie sie für gewöhnlich von einem Fachmann auf dem Gebiet verstanden wird, zu dem die Erfindung gehört. Im Konfliktfall wird das vorliegende Dokument einschließlich der Definitionen die Kontrolle übernehmen.
Der Begriff „Vielzahl“ bedeutet, so wie er hier verwendet wird, zwei oder mehr. Die Begriffe „umfassend“, „enthaltend“, „befördernd“, „aufweisend“, „einschließend“, „betreffend“ und dergleichen sind als offen zu verstehen, das heißt sie bedeuten einschließlich, aber nicht begrenzt auf.
Die Erfindung wird nun nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungsfiguren 1 - 20 vollständiger beschrieben, in welchen bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Jedoch kann die Erfindung in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sie soll nicht so aufgefasst werden, dass sie auf die hier offengelegten Ausführungsformen beschränkt ist; stattdessen werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, so dass diese Erfindung gründlich und vollständig sein wird, und dem Fachmann auf dem Gebiet den Umfang der Erfindung vollständig übermitteln wird.
Die vorliegende Offenbarung soll ein System beschreiben, das einen zusätzlichen Achsenlastfaktor schätzt. Diese Nutzlastdetektion wird dann verwendet, um beispielsweise zwei Unterstützungstabellen zu vermischen. Eine Unterstützungstabelle ist für Nennlast entworfen, und die andere Unterstützungstabelle ist für Volllast entworfen. Die Unterstützungstabelle, die einer vollen Nutzlast zugeordnet ist, kann eine zusätzliche EPS-Unterstützung bereitstellen, so dass es weniger Schwankungen beim Lenkungsaufwand des Bedieners bei Veränderungen der Nutzlast gibt. Zusätzlich zu Unterstützungstabellen können andere Einstellparameter, wie etwa Dämpfung, auf der Grundlage des zusätzlichen Achsenlastfaktors verändert werden. Die Nutzlastschätzung kann nur das EPS-System und existierende Fahrzeugsignale nutzen, wodurch Kosten und Komplexität des Fahrzeugs verringert werden.
In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Nutzlastschätzsystem 100 zum Aufrechterhalten eines konsistenten Lenkungsgefühls unter Verwendung von Signalen einer elektrischen Servolenkung (EPS).
Mit Bezug nun auf 1, wobei die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wird, ohne sie einzuschränken, ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Fahrzeugs 101 veranschaulicht, das ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) 40 enthält. In verschiedenen Ausführungsformen enthält das EPS-System 40 ein Lenkrad 41, das mit einer Lenkwelle 42 gekoppelt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Lenkungssystem 40 eines, das ferner eine Lenkungsunterstützungseinheit 43 enthält, die mit der Lenkwelle 42 des Lenkungssystems 40 und mit einer ersten Spurstange 44 und mit einer zweiten Spurstange 45 des Fahrzeugs 101 gekoppelt ist. Das EPS-System 40 enthält außerdem ein Steuerungsmodul 50, um das EPS-System 40 elektrisch zu steuern und zu betreiben. Das Steuerungsmodul 50 kann das Nutzlastschätzsystem 100 enthalten, um eine Unterstützung für das EPS-System 40 in Übereinstimmung mit der Nutzlast des Fahrzeugs 101 bereitzustellen.
Die Lenkungsunterstützungseinheit 43 enthält beispielsweise einen (nicht gezeigten) Lenkungsmechanismus mit einer Zahnstange und einem Ritzel, der durch die Lenkwelle 42 mit einem Lenkungsaktormotor und einem zugehörigen Getriebe gekoppelt sein kann (hier im Nachstehenden als Lenkungsaktor bezeichnet). Wenn im Betrieb das Lenkrad 41 von einem Fahrzeugbediener (d.h. einem Fahrer) gedreht wird, stellt der Motor der Lenkungsunterstützungseinheit 43 die Unterstützung zum Bewegen der ersten Spurstange 44 und der zweiten Spurstange 45 bereit, wodurch wiederum jeweilige erste und zweite Lenkungsachsschenkel 46, 47 bewegt werden, die mit jeweiligen Straßenrädern 51 und 52 des Fahrzeugs 101 gekoppelt sind. Obwohl in 1 ein EPS-System veranschaulicht und hier beschrieben ist, ist festzustellen, dass das Lenkungssystem 40 der vorliegenden Offenbarung verschiedene gesteuerte Lenkungssysteme umfassen kann, welche umfassen, aber nicht beschränkt sind auf Lenkungssysteme mit hydraulischen Konfigurationen und Steer-by-Wire-Konfigurationen.
Das Fahrzeug 101 kann ferner einen Lenkraddrehmomentsensor 31, einen EPS-Motorsensor 32 und einen Lenkradwinkelsensor 33 enthalten. Diese Sensoren 31 - 33 detektieren und messen beobachtbare Zustände des Lenkungssystems 40 und/oder des Fahrzeugs 101. Bei einer Ausführungsform misst der EPS-Motorsensor 32 eine Motorposition. Bei einer anderen Ausführungsform misst der EPS-Motorsensor 32 eine Motorgeschwindigkeit. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Lenkradposition und/oder die Motorposition von dem Nutzlastschätzsystem 100 verwendet werden. Die Sensoren 31, 32, 33 erzeugen Sensorsignale auf periodische oder kontinuierliche Weise auf der Grundlage der beobachtbaren Zustände. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 101 außerdem einen oder mehrere Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren enthalten, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu messen oder zu überwachen. In einer Ausführungsform können die Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren an einem oder mehreren der Straßenräder montiert sein. Die Straßenräder können vordere Straßenräder 51 und 52 und/oder hintere Straßenräder 53 und 54 sein. In einer Ausführungsform kann mindestens ein Teil der Sensoren redundante oder Reservesensoren aufweisen, um die Sensorsignale zu validieren oder zu komplementieren. Die Sensoren 31, 32, 33 sind ausgestaltet, um die zugehörigen Signale auszugeben und sie an das Nutzlastschätzsystem 100 zu senden.
In verschiedenen Ausführungsformen schätzt das Nutzlastschätzsystem 100 die Nutzlast des Fahrzeugs 101, es stellt der Lenkungsunterstützungseinheit 43 geschätzte Nutzlastdaten zur Verfügung und es kann allgemein den Betrieb des Lenkungssystems 40 und/oder des Fahrzeugs 101 steuern. Diese Steuerung durch das Nutzlastschätzsystem 100 kann auf einem oder mehreren der aktivierten Sensorsignale und/oder der geschätzten Nutzlast des Fahrzeugs 101 beruhen und ferner auf Systemen und Verfahren zur Unterstützungsdrehmomentberechnung der vorliegenden Offenbarung beruhen. Allgemein erzeugen die Verfahren und Systeme in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung einen Unterstützungsdrehmomentbefehl ohne Verwendung eines Lenkraddrehmomentsignals, welches typischerweise die vom Fahrer angeforderte Unterstützung anzeigt, wenn der Lenkraddrehmomentsensor, der das Lenkraddrehmomentsignal liefert, deaktiviert oder fehlerhaft wird. Insbesondere können die Verfahren und Systeme ein modifiziertes statisches Reifenmodell verwenden, um eine Zahnstangenlast oder ein Lenkungsdrehmoment zu schätzen, wenn das Fahrzeug steht oder sich mit einer relativ geringen Geschwindigkeit bewegt (z.B. mit 10 Kilometer pro Stunde oder weniger). Die Verfahren und Systeme können einen Skalierungsfaktor auf der Grundlage des Lenkradwinkels, der Lenkradgeschwindigkeit, der Fahrzeuggeschwindigkeit und eines zuvor erzeugten Unterstützungsdrehmomentbefehls erzeugen. Die Verfahren und Systeme erzeugen einen Unterstützungsdrehmomentbefehl, indem sie die geschätzte Lenkungszahnstangenkraft mit dem Skalierungsfaktor skalieren.
2 stellt ein Funktionsblockdiagramm dar, das das Nutzlastschätzsystem 100 veranschaulicht, welches Signale der elektrischen Servolenkung verwendet. In bestimmten Ausführungsformen enthält das Nutzlastschätzsystem 100 ein oder mehrere Teilmodule und Datenspeicher, etwa ein Nutzlastdetektionsmodul 110, eine Mischfaktor-Nachschlagetabelle 120, ein Nennbasisunterstützungsmodul 130, ein Hochlastbasisunterstützungsmodul 140 und einen Signalkombinierer 170. Das Nutzlastdetektionsmodul 110 detektiert eine Nutzlast in Übereinstimmung mit mehreren EPS-Signalen und erzeugt einen zusätzlichen Achsenlastfaktor 1101. Die Mischfaktor-Nachschlagetabelle 120 bestimmt einen Lastmischfaktor 1102 in Übereinstimmung mit dem zusätzlichen Achsenlastfaktor 1101.
Die Eingabe in das Nennbasisunterstützungsmodul 130 ist das Lenkraddrehmoment 3, und die Ausgabe des Nennbasisunterstützungsmoduls 130 ist eine Nennbasisunterstützung 11031. Die Nennbasisunterstützung 11031 wird durch einen ersten Multiplizierer 150 mit einem Versatzmischfaktor multipliziert, um eine gemischte Nennbasisunterstützung 1103 zu erzeugen. Der Versatzmischfaktor wird erzeugt, indem der Mischfaktor 1102 um eine vorbestimmte Konstante C verschoben wird. In einer Ausführungsform ist die vorbestimmte Konstante C gleich 1.
Die Eingabe in das Hochlastbasisunterstützungsmodul 140 ist ebenfalls das Lenkraddrehmoment 3, und die Ausgabe des Hochlastbasisunterstützungsmoduls 140 ist eine Hochlastbasisunterstützung 11041. Die Hochlastbasisunterstützung 11041 wird mit dem Mischfaktor 1102 multipliziert, um eine gemischte Hochlastbasisunterstützung 1104 zu erzeugen.
Der Signalkombinierer 170 kombiniert oder mischt die gemischte Nennbasisunterstützung 1103 und die gemischte Hochlastbasisunterstützung 1104, um einen Motordrehmomentbefehl 7 zu erzeugen.
Die Begriffe System, Einheit, Modul und Teilmodul können, so wie sie hier verwendet werden, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen oder mehrere Computerprozessoren (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit durch einen Computer beschreibbaren und lesbaren Speicher, der/die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt/ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen, bezeichnen. Wie festzustellen ist, können die in 2 gezeigten Module kombiniert und/oder weiter unterteilt werden, um einen Unterstützungsdrehmomentbefehl auf analoge Weise zu erzeugen. Wie festzustellen ist, können die in 2 gezeigten Module als ein einziges Nutzlastschätzsystem 100 (wie gezeigt) oder als mehrere Steuerungsmodule (nicht gezeigt) implementiert werden. Eingaben in das Nutzlastschätzsystem 100 können von den verschiedenen Sensoren des Fahrzeugs 101, wie in 1 gezeigt ist, erzeugt werden, sie können innerhalb des Nutzlastschätzsystems 100 modelliert werden (z.B. durch andere Module (nicht gezeigt)), sie können von anderen Steuerungsmodulen (nicht gezeigt) erhalten werden und/oder sie können vordefiniert sein.
Mit Bezug nun auf 3 ist eine Funktionskurve gezeigt, die einen Lastmischfaktor über einem Lastfaktor des Nutzlastschätzsystems 100 veranschaulicht. In bestimmten Ausführungsformen wird der zusätzliche Achsenlastfaktor 1101 in die Mischfaktortabelle 120 eingegeben, welche den Lastmischfaktor 1102 als Ausgabe berechnet.
In bestimmten Ausführungsformen umfassen die mehreren EPS-Signale: Ein Signal 1 der Motorposition, das von einem Positionssensor des Servolenkungsmotors empfangen wird, ein Signal 2 der Motorgeschwindigkeit, das von dem EPS-Motorsensor 32 empfangen wird, das Signal 3 des Lenkraddrehmoments, das von dem Lenkraddrehmomentsensor 31 empfangen wird, ein Signal 4 der Fahrzeuggeschwindigkeit, das von einem oder mehreren Straßenradsensoren oder von einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der an einem Getriebe des Fahrzeugs 101 montiert ist, empfangen wird, und das Signal 7 des Motordrehmomentbefehls, das allgemein von dem Signalkombinierer 170 des Nutzlastschätzsystems 100 empfangen wird.
Wenn der Versatzlastmischfaktor 0 ist, ist eine gemischte Basisunterstützung 1105 gleich der gemischten Nennbasisunterstützung 1103. Wenn der Lastmischfaktor 1 ist, ist die gemischte Basisunterstützung 1105 gleich der gemischten Hochlastbasisunterstützung 1104. Der Motordrehmomentbefehl 7 kann mit einem oder mehreren zusätzlichen EPS-Signalen kombiniert werden, etwa mit einem Hochfrequenzunterstützungssignal und mit einem Dämpfungssignal. In einigen Ausführungsformen werden mehrere Mischfaktortabellen verwendet, um eine Basisunterstützung, ein Dämpfen, eine Hochfrequenzunterstützung und weitere zu mischen.
Mit Bezug nun auf 4 ist ein Funktionsblockdiagramm gezeigt, welches das Nutzlastdetektionsmodul 110 des Nutzlastschätzsystems 100 veranschaulicht. Das Nutzlastdetektionsmodul 110 kann ein Zustandsdetektionsmodul 11002, ein Zahnstangendrehmoment-Schätzmodul 11003, ein Referenzmodellmodul 11005 und ein Lastfaktorberechnungsmodul 11004 enthalten. Das Zustandsdetektionsmodul 11002 erzeugt einen Merker 11028 in Übereinstimmung mit den mehreren EPS-Signalen. Wenn es ein oder mehrere Zustände wünschen, dass ein geschätztes Zahnstangendrehmoment 10 mit einem Referenzzahnstangendrehmoment 9 verglichen werden soll, ist der Merker 11028 wahr. Das Zahnstangendrehmoment-Schätzmodul 11003 erzeugt das geschätzte Zahnstangendrehmoment 10, und das Referenzmodellmodul 11005 erzeugt das Referenzzahnstangendrehmoment 9 in Übereinstimmung mit einem Steifigkeitsfaktor und mit einem Versatzfaktor. Das Lastfaktorberechnungsmodul 11004 erzeugt den zusätzlichen Achsenlastfaktor 1101 auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem geschätzten Zahnstangendrehmoment 10 und dem Referenzzahnstangendrehmoment 9, und dem Merker 11028. In bestimmten Ausführungsformen kann das Nutzlastdetektionsmodul 110 einen Verstärker 11001 enthalten, um das Signal 1 der Motorposition in eine Lenkradposition 11011 umzuwandeln.
Mit Bezug nun auf 5 ist ein Funktionsblockdiagramm gezeigt, das das Referenzmodellmodul 11005 des Nutzlastdetektionsmoduls 110 in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
In bestimmten Ausführungsformen umfassen die Eingabesignale in das Referenzmodellmodul 11005 die Lenkradposition 11011 und die Fahrzeuggeschwindigkeit 4. Das Referenzmodellmodul 11005 beschafft einen Steifigkeitsfaktor 501 durch eine erste Nachschlagetabelle 1100503 auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit 4 und es beschafft einen Versatzfaktor 502 durch eine zweite Nachschlagetabelle 1100504 ebenfalls auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit 4. Das Referenzzahnstangendrehmoment 9 wird in Übereinstimmung mit der folgenden Formel berechnet: $Referenzzahnstangendrehmoment 9 = K * HWPOS + B,$
wobei K_Ψ2 der Steifigkeitsfaktor 501 ist, HWPOS die Lenkradposition ist und B der Versatzfaktor 502 ist.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Referenzzahnstangendrehmoment 9 auf andere Weisen berechnet werden, die sich von der hier beschriebenen Berechnung unterscheiden, z.B. beruhend auf einem auf einem Fahrzeugmodell (einem Fahrradmodell) beruhenden Ansatz mit verschiedenen Reifenmodellen.
Ein Vorzeichenmodul 110501 wird verwendet, um das Referenzzahnstangendrehmoment mit einem entsprechenden Vorzeichen bereitzustellen, zum Beispiel „+“ oder „-“, beruhend auf der tatsächlichen Richtung der Lenkradposition 11011.
Mit Bezug nun auf 6 ist ein Funktionsblockdiagramm gezeigt, das ein Zahnstangendrehmoment-Schätzmodul 11003 des Nutzlastschätzsystems 100 in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
Die Eingaben in das Zahnstangendrehmoment-Schätzmodul 11003 umfassen einen vorherigen Motordrehmomentbefehl 5 und ein Lenkraddrehmomentsignal 3. Der vorherige Motordrehmomentbefehl 5 ist ein durch ein Einheits-Zeitverzögerungsmodul 180, das in 2 gezeigt ist, um eine Zeiteinheit verzögerter Motordrehmomentbefehl 7. Die Zeiteinheit ist typischerweise eine Abtastzeitperiode. In einer Ausführungsform ist die Abtastperiode 1 Millisekunde. In einer anderen Ausführungsform ist die Abtastperiode 2 Millisekunden. Der vorherige Motordrehmomentbefehl 5 wird in Lenkradkoordinaten umgewandelt. Sowohl das Motordrehmoment als auch das Lenkraddrehmoment werden mit Getriebeeffizienzen multipliziert, addiert und gefiltert, um ein geschätztes Zahnstangendrehmoment zu erhalten. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Beobachter verwendet werden, um ein Zahnstangendrehmoment zu ermitteln, das auf das EPS-System einwirkt.
In bestimmten Ausführungsformen enthält das Zahnstangendrehmoment-Schätzmodul 11003: einen ersten Verstärker 501, einen zweiten Verstärker 502, einen dritten Verstärker 503 und ein Tiefpassfiltermodul 504. Der erste Verstärker 501 multipliziert den vorherigen Motordrehmomentbefehl 5 mit einem Faktor einer Verstärkung 1, welches ein mechanisches Verhältnis der Unterstützung ist. Der zweite Verstärker 502 multipliziert den vorherigen Motordrehmomentbefehl 5 ferner mit einem Faktor einer Verstärkung 2, welcher ein Motorwirkungsgrad ist. Der dritte Verstärker 503 multipliziert das Lenkraddrehmoment 3 mit einem Faktor einer Verstärkung 3, welcher ein Lenkradwirkungsgrad ist. Das Tiefpassfiltermodul 504 filtert den verstärkten vorherigen Motordrehmomentbefehl 5, der mit dem verstärkten Lenkraddrehmoment 3 kombiniert ist, um das geschätzte Zahnstangendrehmoment 10 zu erzeugen.
In bestimmten Ausführungsformen kann das geschätzte Zahnstangendrehmoment 10 auf andere Weisen berechnet werden, die sich von der hier beschriebenen Berechnung unterscheiden, z.B. auf der Grundlage von Modellen, die auf einem oder mehreren Körpern beruhen, von Beobachtern usw. Diese Herangehensweisen können zusätzliche Elemente berücksichtigen, etwa Systemdynamiken oder Nichtlinearitäten usw.
Mit Bezug nun auf 7 ist ein Funktionsblockdiagramm gezeigt, das ein Zustandsdetektionsmodul 11002 des Nutzlastschätzsystems 100 in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
7 zeigt mindestens sieben Logikzustände, die in einen UND-Logikblock 110208 hineinführen, um den Merker 11028 zu erzeugen. Das Zustandsdetektionsmodul 11002 enthält eine erste Zustandsdetektionslogikeinheit 110201, eine zweite Zustandsdetektionslogikeinheit 110202, eine dritte Zustandsdetektionslogikeinheit 110203, eine vierte Zustandsdetektionslogikeinheit 110204, eine fünfte Zustandsdetektionslogikeinheit 110205, eine sechste Zustandsdetektionslogikeinheit 110206, eine siebte Zustandsdetektionslogikeinheit 110207, den UND-Logikblock 110208 und einen Datenwandler 110209.
In bestimmten Ausführungsformen umfassen die Eingaben in das Zustandsdetektionsmodul 11002: Eine erste Eingabe 11021 in die erste Zustandsdetektionslogikeinheit, eine zweite Eingabe 11022 in die zweite Zustandsdetektionslogikeinheit, eine dritte Eingabe 11023 in die dritte Zustandsdetektionslogikeinheit, eine vierte Eingabe 11024 in die vierte Zustandsdetektionslogikeinheit, eine fünfte Eingabe 11025 in die fünfte Zustandsdetektionslogikeinheit, eine sechste Eingabe 11026 in die sechste Zustandsdetektionslogikeinheit und eine siebte Eingabe 11027 in die siebte Zustandsdetektionslogikeinheit.
8 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die erste Zustandsdetektionslogikeinheit 110201 des Zustandsdetektionsmodells 11002 des Nutzlastschätzsystems 100 in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
Die erste Eingabe 11021 in die erste Zustandsdetektionslogikeinheit umfasst: Das Signal 11011 der Lenkradposition, das Signal 2 der Motorgeschwindigkeit, das Referenzzahnstangendrehmoment 9 und das geschätzte Zahnstangendrehmoment 10. Eine Ausgabe 1 der ersten Eingabe 11021 in die erste Zustandsdetektionslogikeinheit ist WAHR, wenn das Signal 11011 der Lenkradposition, das Signal 2 der Motorgeschwindigkeit, das Referenzzahnstangendrehmoment 9 und das geschätzte Zahnstangendrehmoment 10 alle größer als 0 sind, oder wenn das Signal 11011 der Lenkradposition, das Signal 2 der Motorgeschwindigkeit, das Referenzzahnstangendrehmoment 9 und das geschätzte Zahnstangendrehmoment 10 alle kleiner als 0 sind.
9 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die zweite Zustandsdetektionslogikeinheit 110202 des Zustandsdetektionsmodells 11002 des Nutzlastschätzsystems 100 in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
Die zweite Eingabe 11022 in die zweite Bedingungsdetektionslogikeinheit umfasst: Das Signal 2 der Motorgeschwindigkeit und einen Motorgeschwindigkeitszustands-Schwellenwert 80. Eine Ausgabe 2 der zweiten Eingabe 11022 in die zweite Zustandsdetektionslogikeinheit ist WAHR, wenn ein Absolutwert des Signals 2 der Motorgeschwindigkeit größer oder gleich dem Motorgeschwindigkeitszustands-Schwellenwert 80 ist.
10 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die dritte Zustandsdetektionslogikeinheit 110203 des Zustandsdetektionsmodells 11002 des Nutzlastschätzsystems 100 in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
Die dritte Eingabe 11023 in die dritte Zustandsdetektionslogikeinheit umfasst: Die Lenkradposition 11011, das Signal 4 der Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Absolutwert 12 des oberen Schwellenwerts der Lenkradposition. Eine Ausgabe 3 der dritten Eingabe 11023 in die dritte [engl.: second] Zustandsdetektionslogikeinheit ist WAHR, wenn ein Absolutwert der Lenkradposition 11011 kleiner oder gleich [engl.: less than or equal to the signal is greater than or equal] dem Absolutwert 12 des oberen Schwellenwerts der Lenkradposition ist. Der obere Schwellenwert 12 der Lenkradposition ist eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit 4 und wird ermittelt, indem in einer eindimensionalen Nachschlagetabelle 2 beruhend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit 4 nachgeschlagen wird.
11 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die vierte Zustandsdetektionslogikeinheit 110204 des Zustandsdetektionsmodells 11002 des Nutzlastschätzsystems 100 in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
Die vierte Eingabe 11024 in die vierte Zustandsdetektionslogikeinheit umfasst: Das Signal 4 der Fahrzeuggeschwindigkeit, einen oberen Schwellenwert 13 eines Fahrzeuggeschwindigkeitszustands und einen unteren Schwellenwert 14 des Fahrzeuggeschwindigkeitszustands. Eine Ausgabe 4 der vierten Eingabe11024 in die vierte [engl.: second] Zustandsdetektionslogikeinheit ist WAHR, wenn das Fahrzeug gerade mit einer Geschwindigkeit zwischen dem oberen Schwellenwert 13 des Fahrzeuggeschwindigkeitszustands und dem unteren Schwellenwert 14 des Fahrzeuggeschwindigkeitszustands fährt.
12 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die fünfte Zustandsdetektionslogikeinheit 110205 des Zustandsdetektionsmodells 11002 des Nutzlastschätzsystems 100 in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
Die fünfte Eingabe 11025 in die fünfte Zustandsdetektionslogikeinheit umfasst: Das Referenzzahnstangendrehmoment 9, das geschätzte Zahnstangendrehmoment 10, einen unteren Schwellenwert 13 des Referenzzahnstangendrehmoments, ein vorbestimmtes konstantes Delta 15, einen Schwellenwert 16 für ein bedingt verzögertes geschätztes Zahnstangendrehmoment, und ein vorheriges geschätztes Zahnstangendrehmoment 17. Eine Ausgabe 5 der fünften Eingabe 11025 in die fünfte Zustandsdetektionslogikeinheit ist WAHR: (A) wenn der Absolutwert des Referenzzahnstangendrehmoments 9 größer oder gleich einem unteren Schwellenwert 13 des Referenzzahnstangendrehmoments ist, und (b) wenn ein Absolutwert des geschätzten Zahnstangendrehmoments 10 größer oder gleich einem Absolutwert des Referenzzahnstangendrehmoments 9 plus des vorbestimmten konstanten Deltas 15 ist, und (c) wenn ein Absolutwert der Differenz zwischen dem Referenzzahnstangendrehmoment 9 und dem geschätzten Zahnstangendrehmoment 10 kleiner oder gleich dem Schwellenwert 16 für das bedingt verzögerte geschätzte Zahnstangendrehmoment ist.
13 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die sechste Zustandsdetektionslogikeinheit 110206 des Zustandsdetektionsmodells 11002 des Nutzlastschätzsystems 100 in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
Die sechste Eingabe 11026 in die sechste [engl.: second] Zustandsdetektionslogikeinheit umfasst: Die Lenkradposition 11011, die Fahrzeuggeschwindigkeit 4 und einen Absolutwert 18 eines unteren Schwellenwerts der Lenkradposition. Eine Ausgabe 6 der sechsten Eingabe 11026 in die sechste Zustandsdetektionslogikeinheit ist WAHR, wenn der Absolutwert der Lenkradposition 11011 größer oder gleich dem Absolutwert 18 des unteren Schwellenwerts der Lenkradposition ist. Der Absolutwert 18 des unteren Schwellenwerts der Lenkradposition ist eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit 4.
14 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die siebte Zustandsdetektionslogikeinheit 110207 des Zustandsdetektionsmodells 11002 des Nutzlastschätzsystems 100 in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
Die siebte Eingabe 11027 in die siebte [engl.: second] Zustandsdetektionslogikeinheit umfasst: Das Referenzzahnstangendrehmoment 9, die Fahrzeuggeschwindigkeit 4 und ein Zahnstangendrehmoment 19 bei maximaler Last. Eine Ausgabe 7 der siebten Eingabe 11027 in die siebte Zustandsdetektionslogikeinheit ist WAHR, wenn ein Absolutwert des Referenzzahnstangendrehmoments 9 kleiner oder gleich dem Absolutwert 19 des Zahnstangendrehmoments bei maximaler Last ist. Das Zahnstangendrehmoment 19 bei maximaler Last ist ebenfalls eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit 4.
Mit Bezug nun auf 15 ist ein Funktionsblockdiagramm gezeigt, welches das Lastfaktorberechnungsmodul 11004 des Nutzlastschätzsystems 100 in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Lastfaktorberechnungsmodul 11004 eines oder mehrere von: einem ersten Sättigungsmodul 110401, einem Teilermodul 110402, einem zweiten Sättigungsmodul 110403, einem Schaltermodul 110404, einem ersten Tiefpassfiltermodul 110405, einem durch eine fallende Flanke ausgelösten Systemmodul 110406, einem Zeitverzögerungsmodul 110407, einem Totzonen-Modul 110408, einem Ratenbegrenzer 110409, einem zweiten Tiefpassfiltermodul 110410, und einem dritten Sättigungsmodul 110411. Das erste Sättigungsmodul 110401 erzeugt einen Normierungsfaktor auf der Grundlage des Absolutwerts des Referenzzahnstangendrehmoments 9. In einer Ausführungsform weist das erste Sättigungsmodul 110401 einen unteren Grenzwert von 0 und einen oberen Grenzwert von 1 auf. Ein anfänglicher Lastfaktor 20 ist eine Differenz 11 zwischen dem geschätzten Zahnstangendrehmoment 10 und dem Referenzzahnstangendrehmoment 9, die durch ein Teilermodul 110402 durch den Normierungsfaktor dividiert wird. Der anfängliche Lastfaktor 20 läuft durch das zweite [engl.: first] Sättigungsmodul 110403 hindurch, so dass der anfängliche Lastfaktor 20 einen Wert zwischen einem unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert aufweist. In einer Ausführungsform ist der untere Grenzwert 0,5 und der obere Grenzwert ist 200. In anderen Ausführungsformen kann der untere Grenzwert zwischen 0,1 und 5 variieren und der obere Grenzwert kann zwischen 10 und 300 variieren. Der anfängliche Lastfaktor 20 läuft durch das zweite Sättigungsmodul 110403 hindurch, damit er derart normiert wird, dass der anfängliche Lastfaktor 20 einen Wert zwischen 0 und 1 aufweist. Das Schaltermodul 110404 wählt den normierten anfänglichen Lastfaktor 20 in Übereinstimmung mit dem Merker 11028 und mit einem verzögerten, gefilterten anfänglichen Lastfaktor 20.
In bestimmten Ausführungsformen ist eine Ausgabe des ausgelösten Systemmoduls 110406 nur dann gleich der Eingabe in das ausgelöste Systemmodul 110406, wenn der Merker 11028 von 1 auf 0 fällt (oder von WAHR auf FALSCH). Andernfalls wird die Ausgabe des ausgelösten Systemmoduls 110406 auf einem vorbestimmten konstanten Wert gehalten.
In bestimmten Ausführungsformen wird eine Ausgabe des Totzonenmoduls 110408 für Eingaben innerhalb einer Totzone gleich 0, und ein Eingabesignal wird um entweder den Startwert oder den Endwert versetzt, wenn die Eingabe außerhalb der Totzone liegt. Das Ratenbegrenzermodul 110409 begrenzt eine steigende und fallende Rate der Änderung eines Eingabesignals. Wenn sich eine Eingabe in das Ratenbegrenzermodul 110409 zu schnell verändert (d.h. eine hohe Änderungsrate), wird eine Ausgabeänderungsrate des Ratenbegrenzermoduls 110409 noch auf der Grundlage von vordefinierten steigenden und fallenden Ratenwerten begrenzt.
Der anfängliche Lastfaktor 20 wird nur aktualisiert, wenn der Merker 110208 wahr ist. Der aktualisierte Lastfaktor 20 läuft durch das Totzonenmodul 110408, durch das Ratenbegrenzermodul 110409, durch das zweite Tiefpassfiltermodul 110410 und durch das dritte Sättigungsmodul 110411 hindurch, um Rauschen in dem Lastfaktorberechnungsmodul 1104 beim Erzeugen des zusätzlichen Achsenlastfaktors 1101 zu minimieren.
Bei einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schätzen eines Nutzlastschätzwerts, um ein konsistentes Lenkungsgefühl aufrecht zu erhalten, unter Verwendung von Signalen einer elektrischen Servolenkung (EPS-Signalen).
Mit Bezug nun auf 16 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das ein Verfahren zur Nutzlastschätzung unter Verwendung von Signalen einer elektrischen Servolenkung in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
Bei Block 1602 umfasst das Verfahren, dass: von mehreren Sensoren eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) eines Fahrzeugs mehrere EPS-Signale von dem EPS-System detektiert werden.
In bestimmten Ausführungsformen umfassen die mehreren EPS-Signale: ein Signal 1 einer Motorposition, das von einem Positionssensor eines Servolenkungsmotors empfangen wird, ein Signal 2 einer Motorgeschwindigkeit, das von dem Geschwindigkeitssensor 32 des EPS-Motors empfangen wird, das Signal 3 des Lenkraddrehmoments, das von dem Lenkraddrehmomentsensor 31 empfangen wird, ein Signal 4 der Fahrzeuggeschwindigkeit, das von einem oder mehreren Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren empfangen wird, und ein Signal 5 eines vorherigen Motordrehmomentbefehls, das von der EPS empfangen wird.
Bei Block 1604 umfasst das Verfahren, dass: von einem Nutzlastdetektionsmodul 110 eines Nutzlastschätzsystems 100 mehrere Signale aus dem EPS-System empfangen werden, um einen zusätzlichen Achsenlastfaktor 1101 zu erzeugen.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Verfahren außerdem umfassen, dass: durch ein Zustandsdetektionsmodul 11002 des Nutzlastdetektionsmoduls 110 ein Merker 11028 in Übereinstimmung mit mehreren EPS-Signalen erzeugt wird, wobei dann, wenn es ein oder mehrere Zustände wünschen, dass ein geschätztes Zahnstangendrehmoment 10 mit einem Referenzzahnstangendrehmoment 9 verglichen werden soll, der Merker 11028 WAHR ist, durch ein Zahnstangendrehmoment-Schätzmodul 11003 das geschätzte Zahnstangendrehmoment 10 erzeugt wird, durch ein Referenzmodellmodul 11005 das Referenzzahnstangendrehmoment 9 in Übereinstimmung mit einem Steifigkeitsfaktor und einem Versatzfaktor erzeugt wird, und durch ein Lastfaktorberechnungsmodul 11004 der zusätzliche Achsenlastfaktor 1101 auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Zahnstangendrehmoment 10 und dem Referenzzahnstangendrehmoment 9 und auf der Grundlage des Merkers 11028 berechnet wird. Das Verfahren kann außerdem umfassen, dass: durch einen Verstärker 11001 des Nutzlastdetektionsmoduls 110 das Signal 1 der Motorposition in eine Lenkradposition 11011 umgewandelt wird.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren außerdem, dass: der Steifigkeitsfaktor K in Übereinstimmung mit einer ersten Nachschlagetabelle auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt wird; der Versatzfaktor B in Übereinstimmung mit einer zweiten Nachschlagetabelle auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt wird; und das Referenzzahnstangendrehmoment erzeugt wird, indem der Steifigkeitsfaktor K mit der Lenkradposition HWPOS multipliziert wird und der Versatzfaktor B hinzuaddiert wird.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Verfahren außerdem umfassen, dass: durch einen ersten Verstärker 501 des Zahnstangendrehmoment-Schätzmoduls 11003 der vorherige Motordrehmomentbefehl 5 mit einem Faktor einer VERSTÄRKUNG1, der ein mechanisches Unterstützungsverhältnis ist, multipliziert wird, durch einen zweiten Verstärker 502 des Zahnstangendrehmoment-Schätzmoduls 11003 der vorherige Motordrehmomentbefehl 5 mit einem Faktor einer VERSTÄRKUNG2, der ein Motorwirkungsgrad ist, multipliziert wird, durch einen dritten Verstärker 503 des Zahnstangendrehmoment-Schätzmoduls 11003 das Lenkraddrehmoment 3 mit einem Faktor einer VERSTÄRKUNG3, der ein Lenkradwirkungsgrad ist, multipliziert wird und durch ein Tiefpassfiltermodul 504 des Zahnstangendrehmoment-Schätzmoduls 11003 der verstärkte vorherige Motordrehmomentbefehl 5, der mit dem verstärkten Lenkraddrehmoment 3 kombiniert ist, gefiltert wird, um das geschätzte Zahnstangendrehmoment 10 zu erzeugen.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Verfahren außerdem umfassen, dass: ein anfänglicher Lastfaktor 20 berechnet wird, der eine Differenz 11 zwischen dem geschätzten Zahnstangendrehmoment 10 und dem Referenzzahnstangendrehmoment 9 dividiert durch einen Normierungsfaktor ist, durch ein Schaltermodul 110404 des Lastfaktorberechnungsmoduls 11004 ein anfänglicher Lastfaktor 20 in Übereinstimmung mit dem Merker 11028 und mit einem verzögerten Lastfaktor gewählt wird, der anfängliche Lastfaktor 20 aktualisiert wird, wenn der Merker 110208 WAHR ist, und Rauschen in dem Lastfaktorberechnungsmodul 1104 minimiert wird, indem ein Totzonenmodul 110408, ein Ratenbegrenzer 110409, ein zweites Tiefpassfiltermodul 110410 und ein drittes Sättigungsmodul 110411 verwendet werden, um den zusätzlichen Achsenlastfaktor 1101 zu erzeugen.
Bei Block 1606 umfasst das Verfahren, dass: durch eine Mischfaktortabelle 120 des Nutzlastschätzsystems 100 ein Lastmischfaktor 1102 in Übereinstimmung mit dem zusätzlichen Achsenlastfaktor 1101 ermittelt wird.
Bei Block 1608 umfasst das Verfahren außerdem, dass: durch einen ersten Multiplizierer 150 ein Signal 1103 einer gemischten Nennbasisunterstützung erzeugt wird, indem der Lastmischfaktor 1102 und ein Signal 3 des Lenkraddrehmoments, das durch ein Nennbasisunterstützungsmodul 130 verarbeitet wurde, kombiniert werden, und durch einen zweiten Multiplizierer 160 ein Signal 1104 einer gemischten Hochlastbasisunterstützung erzeugt wird, indem der Lastmischfaktor 102 und das Signal 3 des Lenkraddrehmoments, das durch ein Hochlastbasisunterstützungsmodul 140 verarbeitet wurde, kombiniert werden.
In bestimmten Ausführungsformen ist die gemischte Nennbasisunterstützung 1103 ein Produkt aus der Nennbasisunterstützung 11031 und einem VersatzLastmischfaktor 1102, welcher gleich 1 minus dem Lastmischfaktor 1102 ist. Die gemischte Hochlastbasisunterstützung 1104 ist ein Produkt aus der Hochlastbasisunterstützung 11041 und dem Lastmischfaktor 1102.
Bei Block 1610 umfasst das Verfahren, dass: von einem Zusammenführungsmodul 170 die gemischte Nennbasisunterstützung 1103 und die gemischte Hochlastbasisunterstützung 1104 kombiniert werden, um einen Motordrehmomentbefehl 7 für das EPS-System zu erzeugen. Das Verfahren kann außerdem umfassen, dass der Motordrehmomentbefehl 7 mit einem oder mehreren zusätzlichen EPS-Signalen kombiniert wird, etwa mit einem Hochfrequenzunterstützungssignal und mit einem Dämpfungssignal.
17 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Nutzlastdetektionsmodul des Nutzlastschätzsystems in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Das Nutzlastdetektionsmodul 110B kann das Zustandsdetektionsmodul 11002 enthalten, welches den Merker 11028 in Übereinstimmung mit den mehreren EPS-Signalen erzeugt. Wenn es ein oder mehrere Zustände wünschen, dass ein geschätztes Zahnstangendrehmoment 10 mit einem Referenzzahnstangendrehmoment 9 verglichen werden soll, ist der Merker 11028 WAHR. In bestimmten Ausführungsformen kann das Nutzlastdetektionsmodul 110B einen Verstärker 11001 enthalten, um das Signal 1 der Motorposition in eine Lenkradposition 11011 umzuwandeln.
Das Nutzlastdetektionsmodul 110B enthält ferner das Zahnstangendrehmoment-Schätzmodul 11003, welches das geschätzte Zahnstangendrehmoment 10 (siehe 6) erzeugt. Es sei erwähnt, dass die hier beschriebene Zahnstangendrehmomentschätzung nur ein Beispiel ist, und dass in anderen Ausführungsformen das geschätzte Zahnstangendrehmoment 10 auf andere Weisen berechnet werden kann, die sich von der hier beschriebenen Berechnung unterscheiden, z.B. beruhend auf Beobachtern, die auf Modellen mit einem oder mehreren Körpern beruhen, auf Spurstangensensoren usw. Diese Herangehensweisen können zusätzliche Elemente wie etwa Systemdynamiken oder Nichtlinearitäten usw. berücksichtigen.
Da Nutzlastdetektionsmodul 110B enthält ferner ein Referenzmodellmodul 11005B, welches das Referenzzahnstangendrehmoment 9 in Übereinstimmung mit, neben weiteren Parametern, einem oder mehreren Steifigkeitsfaktoren, einer Radverbiegung, einem Gierwinkel auf der Radebene und einer Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt. Das Referenzmodellmodul 11 005B ermittelt das Referenzzahnstangendrehmoment 9 im Vergleich mit dem Referenzmodellmodul 11005 (6) auf eine andere Weise.
18 ist ein Funktionsblockdiagramm, das das Ermitteln eines Referenzzahnstangendrehmoments in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei einem oder mehreren Beispielen enthält das Referenzmodellmodul 11005B ein Drehmomentmodul 1601 einer linearen Feder und ein Reifenverbiegungs-Drehmomentmodul 1602. Das Drehmomentmodul 1601 einer linearen Feder berechnet ein Drehmoment (M_z2), das durch einen linearen Federeffekt verursacht wird, unter Verwendung des Steifigkeitsfaktors 501, des Versatzfaktors 502 und der Fahrzeuggeschwindigkeit 4. Das Reifenverbiegungs-Drehmomentmodul 1602 berechnet ein Drehmoment (M_z1), das durch eine Reifenverbiegung verursacht wird. Bei einem oder mehreren Beispielen ist das endgültige Referenzzahnstangendrehmoment 9, das von dem Referenzmodellmodul 11 005B ausgegeben wird, eine Summe aus den beiden berechneten Drehmomenten M_z1 und M_z2.
Bei einem oder mehreren Beispielen berechnet das Drehmomentmodul 1601 einer linearen Feder das Drehmoment M_z2 einer linearen Feder unter Verwendung der folgenden Gleichung $M_{z2} = K_{ψ2} * ψ$
wobei K_Ψ2 der Steifigkeitsfaktor 501 ist und Ψ ein Gierwinkel der Radebene ist.
Bei einem oder mehreren Beispielen benutzt das Reifenverbiegungs-Drehmomentmodul 1602 ein modifiziertes statisches Reifenmodell, um das Reifenverbiegungs-Zahnstangendrehmoment zu schätzen. Ein statisches Reifenmodell zum Schätzen eines Lenkraddrehmoments ist in „Prediction of Steering Efforts During Stationary or Slow Rolling Parking Maneuvers“ von van der Jagt, Pim, Ford Forschungszentrum Aachen GmbH, 27. Oktober 1999 beschrieben, welches hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist. Dieses statische Reifenmodell wird in der vorliegenden Offenbarung als „statisches Reifenmodell von van der Jagt“ bezeichnet. Das Reifenverbiegungs-Drehmomentmodul 1602 verwendet ein modifiziertes statisches Modell von van der Jagt, um das Lenkraddrehmoment und wiederum das Reifenverbiegungsdrehmoment zu schätzen.
Das modifizierte statische Modell von van der Jagt enthält die folgende Gleichung zum Schätzen des Reifenverbiegungsdrehmoments M_z1, das durch den Reifen und durch die Oberfläche des Bodens, mit welchem der Reifen in Kontakt steht, verursacht wird: $M_{z1} = LS . K_{ψ} \cdot ψ_{def}$
wobei K_Ψ die Torsionssteifigkeit des Reifens ist; Ψ_def die Torsionsverbiegung des Reifens ist; und LS ein Lastskalierungsfaktor ist, der von dem Modul 11004B berechnet wird. Unterschiedliche Reifen weisen unterschiedliche Torsionssteifigkeiten auf.
Das modifizierte statische Modell von van der Jagt enthält ferner die folgenden beiden Gleichungen: ${\dot{ψ}}_{d e f} = (1 - | M_{z 1} / L s . M_{z m a x} |) \cdot \dot{ψ} i f s i g n (ψ_{d e f}) = s i g n (\dot{ψ})$
${\dot{ψ}}_{d e f} = \dot{ψ} i f s i g n (ψ_{d e f}) \neq s i g n (\dot{ψ})$
wobei Ψ eine zeitliche Ableitung des Gierwinkels Ψ der Radebene ist; Ψ_def die Torsionsverbiegung (d.h. ein Deformationswinkel) des Reifens ist, wenn sich das Lenkrad dreht; Ψ̇_def eine zeitliche Ableitung von Ψ_def ist; M_zmax das maximale Drehmoment ist, das durch den Reifen erzeugt werden kann; und sign() eine Funktion ist, die das Vorzeichen (z.B. ein positives und ein negatives) des Eingabewerts zurückgibt. Gleichung 2 definiert die zeitliche Ableitung Ψ̇_def der Torsionsverbiegung 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 Verbiegung des Reifens und die Richtung der Gierwinkelgeschwindigkeit der Radebene gleich sind). Gleichung 3 definiert die zeitliche Ableitung Ψ̇_def der Torsionsverbiegung 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 Verbiegung des Reifens und die Richtung der Gierwinkelgeschwindigkeit der Radebene entgegengesetzt sind). Die Gleichungen 2 und 3 zeigen Nichtlinearitäten zwischen der Lenkungszahnstangenkraft und dem Lenkradwinkel.
Das modifizierte statische Modell von van der Jagt enthält ferner die folgenden Gleichungen zum Schätzen der Lenkungszahnstangenkraft, wenn das Fahrzeug steht: $ψ_{d e f m a x} = L S . M_{z m a x} / K_{ψ}$
$ψ_{d e f,0} = \int_{0}^{t} (ψ_{d e f} + ψ_{d e f 2}) \cdot \partial t$
$ψ_{d e f} = sign (ψ_{d e f,0}) \cdot min (ψ_{d e f m a x}, | ψ_{d e f,0} |)$
wobei Ψ_defmax die maximal mögliche Verbiegung des Reifens ist. Gleichung 4 zeigt, dass die maximal mögliche Verbiegung des Reifens, bevor der Reifen zu rutschen 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 Verbiegung des Reifens aufbaut, wenn das Lenkrad gedreht wird. Ferner gilt ${\dot{ψ}}_{def2} = - \frac{1}{τ} {\dot{ψ}}_{def}, wobei τ = X_{rel} / (v)$
wobei X_rel eine Reifenrelaxationslänge ist und v die Fahrzeuggeschwindigkeit 4 ist.
Hier ist τ eine Zeitkonstante; Ψ̇_def2 ist eine zeitliche Ableitung von Ψ_def; X_rel ist die Reifenrelaxationslänge. In dem Modell von van der Jagt wird angenommen, dass der Reifen etwa zwei Drittel der stationären Werte aufweist (z.B. die Torsionssteifigkeit und die Torsionsverbiegung des Reifens, wenn das Fahrzeug steht), nachdem der Reifen über die Reifenrelaxationslänge hinweggerollt ist. Folglich zeigt τ an, dass der Reifen zu einem Zeitpunkt τ etwa zwei Drittel seines stationären Werts aufweist.
Außerdem enthält das Referenzmodellmodul 11005B wieder mit Bezug auf 18 in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Teilmodule und Datenspeicher, etwa Tiefpassfilter 1604 und 1606. Insbesondere filtern die Tiefpassfilter 1604 und 1606 das Lenkradwinkelsignal 11011 bzw. das Lenkradgeschwindigkeitssignal 11012. Die Tiefpassfilter 1604 und 1606 entfernen Rauschen aus dem Lenkradwinkelsignal 11011 und aus dem Lenkradgeschwindigkeitssignal 11012 und bringen eine zeitliche Verzögerung in das Lenkradwinkelsignal 11011 und in das Lenkradgeschwindigkeitssignal 11012 ein. Diese zeitliche Verzögerung macht die Schätzung des Reifenverbiegungsdrehmoments M_z1 genauer, da die Verzögerung die Phasen des Lenkradwinkelsignals 11011 und des Lenkradgeschwindigkeitssignals 11012 mit der Bewegung des Reifens synchronisiert. Die Bewegung des Lenkrads geht der Bewegung des Reifens voraus, da die Bewegung des Reifens durch die Bewegung des Lenkrads verursacht wird.
Das Reifenverbiegungs-Drehmomentmodul 1605 modifiziert das statische Reifenmodell von van der Jagt, indem es die Reifenlenkungskoordinaten in den vorstehenden Gleichungen des statischen Reifenmodells von van der Jagt durch die Lenkradwinkelwerte, die Lenkradgeschwindigkeitswerte und die Fahrzeuggeschwindigkeitswerte ersetzt. Zum Beispiel wird der Lenkradwinkel anstelle des Gierwinkels Ψ der Radebene des Reifens verwendet, und die Lenkradgeschwindigkeit wird anstelle der zeitlichen Ableitung Ψ des Gierwinkels Ψ der Radebene verwendet. Ferner verwendet das modifizierte Reifenmodell den Lastskalierungsfaktor (LS) 1110 in der Form einer Rückkopplung für die Berechnungen von M_z durch die hier beschriebenen Gleichungen.
Wieder mit Bezug auf 17 enthält das Nutzlastdetektionsmodul 110B ferner ein Lastfaktorberechnungsmodul 11004B, welches den Lastfaktor 1101 und den Lastskalierungsfaktor 1110 (LS in den vorstehenden Gleichungen) berechnet.
19 ist ein Funktionsblockdiagramm, das das Lastfaktorberechnungsmodul 11004B in Übereinstimmung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Ein anfänglicher Zahnstangendrehmomentfehler 191 ist eine Differenz zwischen dem geschätzten Zahnstangendrehmoment 10 und dem Referenzzahnstangendrehmoment 9. Bei einem oder mehreren Beispielen kann der anfängliche Zahnstangendrehmomentfehler 191 normiert werden, etwa unter Verwendung eines Normierungsmoduls 110402. Ferner wird der anfängliche Zahnstangendrehmomentfehler 191 durch einen Multiplizierer 1920 mit einem Absolutwert der Lenkradposition 11011 und mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitsfaktor 192 multipliziert, der unter Verwendung einer Nachschlagetabelle 1910 und der Fahrzeuggeschwindigkeit 4 ermittelt wird. Die Ausgabe 193 des Multiplizierers 1920 wird an einen Schalter 1930 weitergeleitet.
Die Ausgabe 193 wird beispielsweise nur aktualisiert, wenn der Merker 11028 wahr ist. Die Ausgabe 193 läuft durch ein Sättigungsmodul 1940 hindurch, welches die Ausgabe auf einen oberen Grenzwert (etwa 2) und einen unteren Grenzwert (etwa 1) begrenzt. Das Ergebnis des Sättigungsmoduls 1940 wird ferner durch ein Tiefpassfilter 1950, ein erstes Sättigungsmodul 1960 und ein erstes Ratenbegrenzermodul 1970 geleitet.
Bei einem oder mehreren Beispielen wird die Ausgabe 195 aus dem Sättigungsmodul 1940 um eine Zeiteinheit verzögert und zu der gegenwärtigen Eingabe in das Sättigungsmodul 1940 addiert.
Die Ausgabe 194 des Ratenbegrenzers wird unter Verwendung eines zweiten Sättigungsmoduls 1980 begrenzt, wobei die Ausgabe der Lastfaktor 1101 (oder der zusätzliche Achsenlastfaktor) ist. Ferner wird die Ausgabe 194 des Ratenbegrenzers von einer Konstante, etwa 1, subtrahiert, um den Lastskalierungsfaktor (LS) 1110 zu erzeugen.
Der Lastfaktor 1101 und der Lastskalierungsfaktor 1110 werden verwendet, um das Unterstützungsdrehmoment einzustellen, wie hier beschrieben ist.
Das Nutzlastdetektionsmodul 110B (17) implementiert folglich einen Algorithmus der kleinsten mittleren Quadrate (LMS-Algorithmus), um den Lastfaktor vorherzusagen. 20 stellt ein Betriebsblockdiagramm der Implementierung des LMS-Algorithmus durch das Nutzlastdetektionsmodul 110B dar. Wie hier beschrieben ist, wird das Referenzzahnstangenmodell durch das Referenzmodellmodul 11 005B unter Verwendung eines Reifenmodells berechnet. Dann wird die Lastskalierung als das Produkt aus der Eingabe (Lenkradposition) 11011 und der Differenz zwischen dem geschätzten Zahnstangendrehmoment 10 und dem Referenzzahnstangendrehmoment 9 berechnet. Die Lastskalierung 1110 wird zu dem Referenzmodell 11 005B zurückgekoppelt, um den Wert des Referenzzahnstangendrehmoments 9 für den nächsten Durchlauf zu justieren. Durch Justieren des Werts des Lastskalierungsfaktors 1110 tendiert das Referenzzahnstangendrehmoment 9 dahin, dass dem geschätzten Zahnstangendrehmoment 10 gleicht. Der Wert des Lastskalierungsfaktors 1110 spiegelt die Veränderung der Nutzlast im Vergleich mit dem Nennzustand (keine Last) wieder.
Der LMS-Algorithmus für einen Algorithmus mit p-ter Ordnung kann wie folgt zusammengefasst werden: Der Wert der Ausgabe (Lastfaktor) wird auf der Grundlage der Aktualisierung von $\overset{⌢}{h} (n + 1)$
kontinuierlich modifiziert und er wird bei jedem Durchlauf aktualisiert. Der Aktualisierungsalgorithmus für das Referenzzahnstangendrehmoment 9, d.h. $\overset{⌢}{h} (n + 1)$
beruht auf seinem vorherigen Wert, $\overset{⌢}{h} (n),$
einer Anpassungskonstante µ, einer Eingabe (Lenkradposition 11011) und einem Fehler (die Differenz zwischen dem geschätzten Zahnstangendrehmoment 10 und dem Referenzzahnstangendrehmoment 9). Eine Anpassungskonstante µ wird verwendet, um die Konvergenzrate dieses Algorithmus zu steuern. Diese Anpassungskonstante kann auf der Fahrzeuggeschwindigkeit beruhen.
Parameter: p = Filterordnung
µ = Schrittgröße
Initialisierung: $\overset{⌢}{h} (0) = zeros (p)$

Berechnung: Für n = 0, , 1, 2, ... $x (n) = {[x (n), x (n - 1), \dots, x (n - p + 1)]}^{T}$
$e (n) = d (n) - {\hat{h}}^{H} (n) x (n)$
$\hat{h} (n + 1) = \hat{h} (n) + μ e * (n) x (n)$
Die hier beschriebenen technischen Lösungen sprechen daher die technischen Probleme an, die durch eine erhöhte Normallast auf jedem Reifen eines Fahrzeugs verursacht werden, welche zu einem erhöhten Achsschenkeldrehmoment (und folglich einer erhöhten Zahnstangenlast) im Vergleich mit dem Nennlastzustand führt, der für ein Lenkungssystem konfiguriert ist. Diese erhöhte Nutzlast (Gewicht im Fahrzeug) führt typischerweise zu einer erhöhten Anstrengung, die der Fahrzeugbediener benötigt, um das Fahrzeug zu lenken, was zu Beschwerden von Fahrzeugbedienern von beispielsweise Lieferwagen dahingehend führt, dass die Lenkungsanstrengung nicht konsistent ist, wenn die Nutzlast verändert wird.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen sprechen die technischen Probleme an, indem sie einen zusätzlichen Achsenlastfaktor auf der Grundlage einer Nutzlastdetektion unter Verwendung von Signalen des Lenkungssystems schätzen oder ermitteln. Diese Nutzlastdetektion wird dann verwendet, um beispielsweise zwischen zwei Unterstützungstabellen zu mischen - eine ist für Nennbelastung konstruiert, die andere für volle Belastung (oder Hochlast). Bei einem oder mehreren Beispielen kann die Unterstützungstabelle für volle Belastung ein zusätzliches Unterstützungsdrehmoment bereitstellen, so dass es eine geringere Schwankung der benötigten Fahreranstrengung gibt, wenn es Veränderungen bei der Nutzlast gibt.
Bei einem oder mehreren Beispielen verwendet die dynamische Nutzlastdetektion nur Lenkungssystemsignale und existierende Fahrzeugsignale, was zu einer kostengünstigen Lösung führt. Die dynamische Nutzlastdetektion und Justierung der Lenkungssystemparameter, um das Unterstützungsdrehmoment zu justieren, ist eine Verbesserung gegenüber typischen Techniken einer Offlinejustierung des Lenkungssystems durch Messen einer Fahrzeugnutzlast, bei denen das Fahrzeug auf Wägevorrichtungen gefahren wird, dann die Last mit vorbestimmten Nennlasten verglichen wird und dann die Lenkungssystemparameter manuell verstellt werden. Dies ist jedoch nicht durchführbar, da Wägevorrichtungen für Fahrzeuge nicht immer zur Verfügung stehen. Ferner führen Veränderungen bei der Nutzlast zwischen Besuchen bei Fahrzeugwägeeinrichtungen immer noch zu Unannehmlichkeiten für den Bediener. Schließlich beeinflusst das Ergebnis der Fahrzeugwägeeinrichtung die Einstellparameter des EPS nicht direkt. Folglich verbessern die hier beschriebenen technischen Lösungen das Lenkungssystem.
Obwohl die Erfindung im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es leicht zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Stattdessen kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier im Vorstehenden nicht beschrieben sind, aber mit dem Gedanken und dem Umfang der Erfindung übereinstimmen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, versteht es sich außerdem, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Folglich darf die Erfindung nicht so aufgefasst werden, dass sie auf die vorstehende Beschreibung beschränkt ist.

Claims

Nutzlastschätzsystem (100) für ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) (40), umfassend: ein Nutzlastdetektionsmodul (110), das ausgestaltet ist, um eine Nutzlast in Übereinstimmung mit einer Vielzahl von EPS-Signalen zu detektieren, und um einen Achsenlastfaktor zu erzeugen, wobei das Nutzlastdetektionsmodul (110) umfasst: ein Zahnstangendrehmomentmodul, das ausgestaltet ist, um ein Zahnstangendrehmoment zu ermitteln, das auf eine Zahnstange einwirkt, die mit der EPS (40) verbunden ist; ein Referenzmodellmodul (11005, 11005B), das ausgestaltet ist, um ein Referenzzahnstangendrehmoment (9) für die EPS (40) auf der Grundlage eines Lastskalierungsfaktors (1110) zu ermitteln; und ein Lastfaktorberechnungsmodul (11004, 11004B), das ausgestaltet ist, um einen Achsenlastfaktor auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Zahnstangendrehmoment und dem Referenzzahnstangendrehmoment (9) zu berechnen; ein Mischfaktormodul, das ausgestaltet ist, um einen Lastmischfaktor (1102) in Übereinstimmung mit dem Achsenlastfaktor zu ermitteln; und einen Signalkombinierer (170), der ausgestaltet ist, um eine gemischte Nennbasisunterstützung (1103) und eine gemischte Hochlastbasisunterstützung (1104) in Übereinstimmung mit dem Lastmischfaktor (1102) zu kombinieren, wobei die Kombination einen Motordrehmomentbefehl (7) modifiziert, wobei der Motordrehmomentbefehl (7) an einen Motor gesendet wird, um ein Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen.
Nutzlastschätzsystem (100) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: ein Nennbasisunterstützungsmodul (130), das ausgestaltet ist, um eine Nennbasisunterstützung (11031) auf der Grundlage eines Lenkraddrehmomentsignals zu ermitteln; und ein Hochlastbasisunterstützungsmodul (140), das ausgestaltet ist, um eine Hochlastbasisunterstützung (11041) auf der Grundlage des Lenkraddrehmoments (3) zu erzeugen.
Nutzlastschätzsystem (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gemischte Nennbasisunterstützung (1103) die mit einem Versatzlastmischfaktor multiplizierte Nennbasisunterstützung (11031) enthält, wobei der Versatzlastmischfaktor 1 minus dem Lastmischfaktor (1102) umfasst, und wobei die gemischte Hochlastbasisunterstützung (1104) die mit dem Lastmischfaktor (1102) multiplizierte Hochlastbasisunterstützung (11041) umfasst.
Nutzlastschätzsystem (100) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: ein Zustandsdetektionsmodul (11002), das ausgestaltet ist, um einen Merker (11028) in Ansprechen darauf zu erzeugen, dass ein oder mehrere Betriebszustände erfüllt sind, wobei das Zahnstangendrehmoment mit dem Referenzzahnstangendrehmoment (9) in Ansprechen darauf verglichen wird, dass der Merker (11028) anzeigt, das die Zustände erfüllt sind.
Nutzlastschätzsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzzahnstangendrehmoment (9) als Summe aus einem Drehmoment einer linearen Feder und einem Reifenverbiegungsdrehmoment unter Verwendung einer Lenkradposition (11011) berechnet wird, wobei das Reifenverbiegungsdrehmoment auf der Grundlage des Achsenlastfaktors berechnet wird.
Nutzlastschätzsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastfaktorberechnungsmodul (11004, 11004B) ferner umfasst: ein Multiplizierermodul, das ausgestaltet ist, um ein Produkt aus der Lenkradposition (11011), einem Fahrzeuggeschwindigkeitsfaktor und einem anfänglichen Zahnstangendrehmomentfehler (191) zu berechnen, welcher eine Differenz zwischen dem Zahnstangendrehmoment und dem Referenzzahnstangendrehmoment (9) ist, um den Achsenlastfaktor zu berechnen.
Nutzlastschätzsystem (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnstangendrehmomentmodulmodul umfasst: einen ersten Verstärker (501), der ausgestaltet ist, um einen vorherigen Motordrehmomentbefehl (5) um einen Faktor einer VERSTÄRKUNG1 zu erhöhen, wobei die VERSTÄRKUNG1 ein mechanisches Unterstützungsverhältnis umfasst; einen zweiten Verstärker (502), der ausgestaltet ist, um den vorherigen Motordrehmomentbefehl (5) um einen Faktor einer VERSTÄRKUNG2 weiter zu erhöhen, wobei die VERSTÄRKUNG2 einen Motorwirkungsgrad umfasst; einen dritten Verstärker (503), der ausgestaltet ist, um ein Lenkraddrehmoment (3) um einen Faktor einer VERSTÄRKUNG3 zu erhöhen, wobei die VERSTÄRKUNG3 einen Lenkradwirkungsgrad umfasst; und ein Tiefpassfiltermodul (504), das ausgestaltet ist, um den verstärkten vorherigen Motordrehmomentbefehl (5), der mit dem verstärkten Lenkraddrehmoment (3) kombiniert ist, zu filtern, um das Zahnstangendrehmoment zu ermitteln.
Nutzlastschätzsystem (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastfaktorberechnungsmodul (11004, 11004B) ausgestaltet ist, um: eine Differenz zwischen dem Zahnstangendrehmoment und dem Referenzzahnstangendrehmoment (9) zu berechnen; und ein Schaltermodul (110404), das ausgestaltet ist, um den Achsenlastfaktor unter Verwendung der Differenz in Ansprechen darauf zu berechnen, dass der Merker (11028) WAHR ist.
Nutzlastschätzsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastfaktorberechnungsmodul (11004, 11004B) ferner eine Vielzahl von Aufbereitungsmodulen umfasst, die ausgestaltet sind, um Rauschen des Achsenlastfaktors zu minimieren, wobei die Vielzahl von Aufbereitungsmodulen umfasst: ein Sättigungsmodul (1940), das ausgestaltet ist, um einen anfänglichen Zahnstangendrehmomentfehler (191) aufzubereiten; ein Ratenbegrenzermodul (1970), das ausgestaltet ist, um den anfänglichen Zahnstangendrehmomentfehler (191) auf einen ersten vorbestimmten Bereich zu begrenzen; ein Tiefpassfiltermodul (504), das ausgestaltet ist, um das Rauschen zu minimieren; und ein Sättigungsmodul (110401, 110403, 110411) zum Begrenzen des Achsenlastfaktors auf einen zweiten vorbestimmten Bereich.
Verfahren zum Schätzen einer Nutzlast, um ein konsistentes Lenkungsgefühl aufrecht zu erhalten, das durch ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) (40) erzeugt wird, wobei das Verfahren umfasst, dass: von einem Nutzlastdetektionsmodul (110) eines Nutzlastschätzsystems (100) eine Vielzahl von EPS-Signalen empfangen wird, um einen zusätzlichen Achsenlastfaktor (1101) zu erzeugen; durch ein Referenzmodellmodul (11005, 11005B) ein Referenzzahnstangendrehmoment (9) für die EPS (40) auf der Grundlage eines Lastskalierungsfaktors (1110) ermittelt wird; durch ein Lastfaktorberechnungsmodul (11004, 11004B) ein Achsenlastfaktor auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Zahnstangendrehmoment und dem Referenzzahnstangendrehmoment (9) berechnet wird; durch eine Mischfaktortabelle (120) des Nutzlastschätzsystems (100) ein Lastmischfaktor (1102) in Übereinstimmung mit dem zusätzlichen Achsenlastfaktor (1101) ermittelt wird; und durch ein Zusammenführungsmodul (170) ein Motordrehmomentbefehl (7) auf der Grundlage des Lastmischfaktors (1102) modifiziert wird, wobei der Motordrehmomentbefehl (7) an einen Motor des EPS (40) gesendet wird, um ein Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifizieren des Motordrehmomentbefehls (7) ferner umfasst, dass: durch einen ersten Multiplizierer (150) ein gemischtes Nennbasisunterstützungssignal erzeugt wird, indem der Lastmischfaktor (1102) und ein Lenkraddrehmomentsignal kombiniert werden; durch einen zweiten Multiplizierer (160) ein gemischtes Hochlastbasisunterstützungssignal erzeugt wird, indem der Lastmischfaktor (1102) und das Lenkraddrehmomentsignal kombiniert werden; und durch ein Zusammenführungsmodul (170) die gemischte Nennbasisunterstützung (1103) und die gemischte Hochlastbasisunterstützung (1104) kombiniert werden, um den Motordrehmomentbefehl (7) zu modifizieren.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die gemischte Nennbasisunterstützung (1103) die mit einem Versatzlastmischfaktor multiplizierte Nennbasisunterstützung (11031) umfasst, wobei der Versatzlastmischfaktor 1 minus dem Lastmischfaktor (1102) umfasst, und wobei die gemischte Hochlastbasisunterstützung (1104) die mit dem Lastmischfaktor (1102) multiplizierte Hochlastbasisunterstützung (11041) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des Lastfaktors ferner umfasst, dass ein Produkt aus der Lenkradposition (11011), einem Fahrzeuggeschwindigkeitsfaktor (192) und einem anfänglichen Zahnstangendrehmomentfehler (191) berechnet wird, welcher eine Differenz zwischen dem Zahnstangendrehmoment und dem Referenzzahnstangendrehmoment (9) ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass: durch ein Zustandsdetektionsmodul (11002) ein oder mehrere Zustände detektiert werden, die wünschen, dass das Zahnstangendrehmoment mit dem Referenzzahnstangendrehmoment (9) verglichen werden soll, und durch das Lastfaktorberechnungsmodul (11004, 11004B) der zusätzliche Achsenlastfaktor (1101) in Ansprechen darauf berechnet wird, dass ein Merker (11028) die wünschenswerten Zustände anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des Referenzzahnstangendrehmoments (9) umfasst, dass: ein lineares Drehmoment einer Feder berechnet wird; ein Reifenverbiegungsdrehmoment auf der Grundlage des Achsenlastfaktors berechnet wird; und das lineare Drehmoment einer Feder und das Reifenverbiegungsdrehmoment addiert werden.