DE102017216504A1 - A method of operating a power steering system and power steering system - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Betreiben eines Servo-Lenksystems, insbesondere eines elektromechanisch unterstützten Servo-Lenksystems, wird vorgeschlagen. Das Servo-Lenksystem weist ein Lenkrad, eine Lenksäule und einen Servomotor auf, der das Handdrehmoment (MH) beim Lenken durch ein zusätzliches Servodrehmoment und in vordefinierten Fahrzeugzuständen temporär durch ein zusätzliches Assistenzdrehmoment unterstützt. Zunächst wird ein gesamtes auf die Lenksäule wirkendes aktuelles Drehmoment ermittelt. Ferner wird ein Assistenzdrehmoment bestimmt, mit dem wenigstens ein Assistenzsystem die Lenksäule über den Servomotor beaufschlagt. Aus dem gesamten auf die Lenksäule wirkenden Drehmoment und dem Assistenzdrehmoment wird ein Arbeitspunkt (P) ermittelt. Anschließend wird ein maximal und ein minimal erlaubtes Servomotordrehmoment (MM,max, MM,min) bestimmt und das aktuelle Servomotordrehmoment (MM) auf höchstens das bestimmte maximal erlaubte Servomotordrehmoment (MM,max) über Ansteuern des Servomotors reduziert. Ferner wird ein Servo-Lenksystem vorgeschlagen. A method for operating a power steering system, in particular an electromechanically assisted power steering system, is proposed. The power steering system includes a steering wheel, a steering column, and a servomotor that temporarily assists manual torque (M H ) with additional assist torque during steering by additional servo torque and in predefined vehicle conditions. First, an entire current torque acting on the steering column is determined. Furthermore, an assistance torque is determined with which at least one assistance system acts on the steering column via the servomotor. An operating point (P) is determined from the total torque acting on the steering column and the assistance torque. Subsequently, a maximum and a minimum allowable servo motor torque (M M, max , M M, min ) is determined and the current servo motor torque (M M ) is reduced to at most the determined maximum allowable servo motor torque (M M, max ) via driving the servomotor. Further, a power steering system is proposed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Servo-Lenksystems, insbesondere eines elektromechanisch unterstützten Servo-Lenksystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Servo-Lenksystem, insbesondere ein elektromechanisch unterstütztes Servo-Lenksystem.The invention relates to a method for operating a power steering system, in particular an electromechanically assisted power steering system. The invention further relates to a power steering system, in particular an electromechanically assisted power steering system.
Bei teilweise autonom fahrenden Kraftfahrzeugen beaufschlagen Assistenzsysteme über einen Servomotor die Lenksäule mit einem Drehmoment, sodass das Fahrzeug unterstützend oder teilweise autonom gelenkt wird. Beim kooperativen Fahren, also bei Fahrzeugen der Autonomiestufen 2 und 3 gemäß BASt (assistiertes Fahren beziehungsweise teilautomatisiertes Fahren) muss das Servomotordrehmoment so begrenzt werden, dass das sich am Lenkrad anstehende Drehmoment für den Fahrer beherrschbar bleibt.In partially self-propelled motor vehicles, assistance systems apply torque to the steering column via a servomotor, so that the vehicle is assisted or partially autonomously steered. In cooperative driving, ie in vehicles of the autonomy levels 2 and 3 according to BASt (assisted driving or semi-automated driving), the servo motor torque must be limited so that the torque applied to the steering wheel remains manageable for the driver.
Gemäß einem Verfahren aus dem Stand der Technik wird hierzu eine obere und eine untere Grenze des Servomotordrehmoments empirisch in einem Fahrversuch ermittelt und fahrsituationsübergreifend appliziert.According to a method of the prior art, for this purpose, an upper and a lower limit of the servomotor torque is determined empirically in a driving test and applied across driving situations.
Die Wirkung des Servomotordrehmoments variiert jedoch je nach Fahrsituation (z.B. Kurve oder Geradeausfahrt) und Ausprägung der Lenkunterstützung, wodurch nicht in allen Fahrsituationen eine optimale Unterstützung durch den Servomotor erreicht wird.However, the effect of the servomotor torque varies depending on the driving situation (e.g., cornering or straight ahead) and the characteristic of the steering assistance, whereby optimal servomotor support is not achieved in all driving situations.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben eines Servo-Lenksystems zu schaffen, bei dem fahrsituationsübergreifend eine optimale Unterstützung durch den Servomotor bereitgestellt wird.The object of the invention is therefore to provide a method for operating a power steering system, is provided in the driving situation across optimal support by the servo motor.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, wobei das Servo-Lenksystem ein Lenkrad, eine Lenksäule und einen Servomotor aufweist, der das Handdrehmoment beim Lenken durch ein zusätzliches Servodrehmoment und in vordefinierten Fahrzeugzuständen temporär durch ein zusätzliches Assistenzdrehmoment unterstützt, mit den folgenden Schritten:
- Bestimmen eines gesamten auf die Lenksäule wirkenden aktuellen Drehmoments,
- Bestimmen eines Assistenzdrehmoments, mit dem wenigstens ein Assistenzsystem die Lenksäule über den Servomotor beaufschlagt,
- Bestimmen eines Arbeitspunktes aus dem gesamten auf die Lenksäule wirkenden Drehmoment und dem Assistenzdrehmoment,
- Bestimmen eines maximal und eines minimal erlaubten Servomotordrehmoments, und
- Reduzieren des aktuellen Servomotordrehmoments auf höchstens das bestimmte maximal erlaubte Servomotordrehmoment über Ansteuern des Servomotors.
- Determining an entire current torque acting on the steering column,
- Determining an assistance torque with which at least one assistance system acts on the steering column via the servomotor,
- Determining an operating point from the total torque acting on the steering column and the assist torque,
- Determining a maximum and a minimum allowable servo motor torque, and
- Reducing the current servo motor torque to at most the certain maximum allowed servo motor torque via driving the servomotor.
Dadurch ist gewährleistet, dass das sich am Lenkrad äußernde Drehmoment, das vom Servomotor aufgebracht wird, stets in einem für den Fahrer beherrschbaren Bereich liegt. Insbesondere ist verhindert, dass der Servomotor ein zu großes Drehmoment aufbringt und das Lenkrad gegen den Willen des Fahrers verdreht wird.This ensures that the torque expressed on the steering wheel, which is applied by the servomotor, always lies in an area which can be controlled by the driver. In particular, it is prevented that the servomotor applies too much torque and the steering wheel is twisted against the will of the driver.
Vorzugsweise werden zum Bestimmen des maximal und des minimal erlaubten Servomotordrehmoments eine Verstärkungskurve des Lenksystems und der bestimmte Arbeitspunkt herangezogen. Dadurch kann fahrsituationsübergreifend verhindert werden, dass der Servomotor die Lenksäule und damit das Lenkrad mit einem zu großen Drehmoment beaufschlagt. Zudem werden das maximal und das minimal erlaubte Servomotordrehmoment fahrsituationsabhängig (zum Beispiel Kurvenfahrt oder Geradeausfahrt) bestimmt, wodurch die Lenkunterstützung durch den Servomotor an jede Fahrsituation optimal angepasst werden kann.Preferably, for determining the maximum and the minimum allowable servo motor torque, a steering gain curve and the determined operating point are used. As a result, it is possible to prevent driving situation-spanning that the servomotor acts on the steering column and thus the steering wheel with excessive torque. In addition, the maximum and the minimum allowable servo motor torque are determined depending on the driving situation (for example, cornering or straight-ahead driving), whereby the steering assistance by the servomotor can be optimally adapted to any driving situation.
Gemäß einem Aspekt ist vorgesehen, dass basierend auf dem bestimmten minimal erlaubten Servomotordrehmoment der Servomotor derart angesteuert wird, dass das aktuelle Servomotordrehmoment das minimal erlaubte Servomotordrehmoment nicht unterschreitet. Dadurch ist zusätzlich verhindert, dass der Servomotor ein zu geringes Drehmoment bereitstellt, um den Fahrer beim Lenken des Kraftfahrzeugs zu unterstützen.According to one aspect, it is provided that, based on the determined minimum allowable servo motor torque, the servomotor is driven such that the current servo motor torque does not fall below the minimum allowable servo motor torque. This additionally prevents the servomotor from providing too little torque to assist the driver in steering the motor vehicle.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass zum Bestimmen des Arbeitspunktes die Differenz aus dem bestimmten gesamten auf die Lenksäule wirkenden aktuellen Drehmoment und dem bestimmten Assistenzdrehmoment gebildet wird. Die Differenz der beiden Größen ergibt die Summe aus Handmoment, mit dem der Fahrer das Lenkrad beaufschlagt, und Servodrehmoment. Jeder Arbeitspunkt ist eindeutig, insbesondere eineindeutig, einer solchen Summe zugeordnet, sodass sich der Arbeitspunkt auf diese Weise besonders leicht ermitteln lässt.A further aspect provides that, to determine the operating point, the difference is formed from the specific total torque acting on the steering column and the determined assistance torque. The difference between the two quantities gives the sum of manual torque, with which the driver acts on the steering wheel, and servo torque. Each operating point is unambiguously, in particular one-to-one, assigned to such a sum, so that the operating point can be determined particularly easily in this way.
Gemäß einer Ausgestaltung wird zum Bestimmen des Arbeitspunktes die Verstärkungskurve des Lenksystems herangezogen. Der bestimmte Arbeitspunkt entspricht dem Punkt auf der Verstärkungskurve, der dem aktuell vom Fahrer aufgebrachten Handmoment zugeordnet ist. Andererseits entspricht der bestimmte Arbeitspunkt dem Punkt, der dem Servodrehmoment zugeordnet ist, also dem um das Assistenzdrehmoment bereinigten Servomotordrehmoment. Indem die Verstärkungskurve zum Bestimmen des Arbeitspunktes herangezogen wird, kann fahrsituationsabhängig die optimale Lenkunterstützung durch den Servomotor eingestellt werden.According to one embodiment, the gain curve of the steering system is used to determine the operating point. The particular operating point corresponds to the point on the gain curve associated with the manual torque currently applied by the driver. On the other hand, the specific operating point corresponds to the point which is assigned to the servo torque, that is to say the servomotor torque adjusted by the assistance torque. By using the gain curve to determine the operating point, Depending on the driving situation, the optimum steering assistance can be set by the servomotor.
Vorzugsweise wird zum Bestimmen des maximal und des minimal erlaubten Servomotordrehmoments ein vordefiniertes maximal beherrschbares Drehmoment herangezogen. Dadurch ist sichergestellt, dass der Fahrer ein sich am Lenkrad äußerndes Drehmoment, mit dem der Servomotor die Lenksäule beaufschlagt, fahrsituationsübergreifend beherrschen kann.Preferably, a predefined maximum controllable torque is used to determine the maximum and minimum allowed servo motor torque. This ensures that the driver can control a torque which manifests itself on the steering wheel, with which the servomotor acts on the steering column, across driving conditions.
Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass ausgehend von dem dem Arbeitspunkt zugeordneten Handmoment das vordefinierte maximal beherrschbare Drehmoment addiert oder subtrahiert wird, um das maximal beziehungsweise das minimal erlaubte Servomotordrehmoment zu bestimmen, wobei das minimal erlaubte Servomotordrehmoment demjenigen Servomotordrehmoment entspricht, das in der Verstärkungskurve der Differenz aus Handdrehmoment am Arbeitspunkt und vordefiniertem maximal beherrschbarem Drehmoment zugeordnet ist, und wobei das maximal erlaubte Servomotordrehmoment demjenigen Servomotordrehmoment entspricht, das in der Verstärkungskurve der Summe aus Handdrehmoment am Arbeitspunkt und vordefiniertem maximal beherrschbarem Drehmoment zugeordnet ist. Dadurch werden fahrsituationsabhängig stets die optimalen Grenzen für das Servomotordrehmoment bestimmt, sodass sich das vom Servomotor gestellte Servomotordrehmoment stets in einem optimalen und vom Fahrer beherrschbaren Bereich befindet.It is further preferred that, starting from the manual torque assigned to the operating point, the predefined maximum controllable torque is added or subtracted in order to determine the maximum or the minimum permitted servo motor torque, wherein the minimum permitted servo motor torque corresponds to the servo motor torque that is in the gain curve of the difference Hand torque is assigned at the operating point and predefined maximum controllable torque, and wherein the maximum allowable servo motor torque corresponds to the servo motor torque that is assigned in the gain curve of the sum of manual torque at the operating point and predefined maximum controllable torque. As a result, depending on the driving situation, the optimal limits for the servomotor torque are always determined, so that the servo motor torque set by the servomotor is always in an optimum range that can be controlled by the driver.
In einem Aspekt der Erfindung wird das gesamte auf die Lenksäule wirkende Drehmoment mittels eines Drehmomentsensors des Lenksystems gemessen. Dadurch steht das gesamte auf die Lenksäule wirkende Drehmoment für die Schritte des Verfahrens als Messgröße zur Verfügung und muss nicht aus Daten sonstiger Sensoren des Lenksystems bestimmt werden.In one aspect of the invention, the total torque acting on the steering column is measured by means of a torque sensor of the steering system. As a result, the entire torque acting on the steering column is available as a measured variable for the steps of the method and does not have to be determined from data from other sensors of the steering system.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Schritte des Verfahrens in gewissen Zeitabständen wiederholt werden, insbesondere wobei die Zeitabstände derart gewählt sind, dass die Schritte des Verfahrens kontinuierlich wiederholt werden. Anders ausgedrückt wird kontinuierlich überprüft, ob das aktuelle Servomotordrehmoment in einem vom maximal und minimal erlaubten Servomotordrehmoment definierten erlaubten Bereich liegt. Dadurch kann das Servomotordrehmoment bei Änderungen der Fahrsituation (bespielsweise Übergang von Kurvenfahrt zu Geradeausfahrt) schnell angepasst werden.Another aspect provides that the steps of the method are repeated at certain intervals, in particular wherein the time intervals are selected such that the steps of the method are repeated continuously. In other words, it is continuously checked whether the current servo motor torque is within a permitted range defined by the maximum and minimum permitted servo motor torque. As a result, the servo motor torque can be quickly adapted to changes in the driving situation (for example, transition from cornering to straight ahead driving).
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein Servo-Lenksystem der eingangs genannten Art, wobei das Lenksystem ein Lenkrad, eine Lenksäule und einen Servomotor aufweist, und wobei das Lenksystem dazu ausgebildet ist, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Bezüglich der Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.The object is further achieved according to the invention by a power steering system of the type mentioned, wherein the steering system comprises a steering wheel, a steering column and a servo motor, and wherein the steering system is adapted to carry out the method described above. With regard to the advantages, reference is made to the above explanations.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:
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1 ein schematisches Ablaufdiagramm der Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und - -
2 eine Verstärkungskurve eines erfindungsgemäßen Servo-Lenksystems, mit der auch das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet.
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1 a schematic flow diagram of the steps of a method according to the invention; and - -
2 a gain curve of a servo steering system according to the invention, with which also the inventive method works.
Im Folgenden wird anhand der
Das Servo-Lenksystem weist ein Lenkrad, eine Lenksäule und einen Servomotor auf. Das Servo-Lenksystem ist zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, das zusätzliche Assistenzsysteme für wenigstens teilweise autonomes Fahren aufweist. Ein Beispiel für ein solches Assistenzsystem ist ein Spurhalteassistenzsystem, das den Fahrer beim Einhalten einer Spur unterstützt.The power steering system includes a steering wheel, a steering column, and a servomotor. The power steering system is intended for use in a motor vehicle having additional assistance systems for at least partially autonomous driving. An example of such an assistance system is a lane keeping assistance system that assists the driver in maintaining a lane.
Solche Assistenzsysteme beaufschlagen die Lenksäule in vordefinierten Fahrzeugzuständen über den Servomotor mit einem Assistenzdrehmoment, um den Fahrer beim Lenken des Kraftfahrzeugs zu assistieren.Such assistance systems apply an assist torque to the steering column in predefined vehicle states via the servomotor to assist the driver in steering the motor vehicle.
Das Assistenzdrehmoment wirkt zusätzlich zu dem vom Servomotor ebenfalls aufgebrachten Servodrehmoment auf die Lenksäule, das den Fahrer beim Lenken des Kraftfahrzeugs unterstützt. Ein gesamtes auf die Lenksäule wirkendes Drehmoment ist also gegeben durch die Summe aus dem Handdrehmoment, mit dem der Fahrer die Lenksäule beaufschlagt, dem Servodrehmoment und dem Assistenzdrehmoment.The assist torque acts in addition to the servomotor also applied servo torque on the steering column, which assists the driver when driving the motor vehicle. An entire torque acting on the steering column is thus given by the sum of the manual torque with which the driver acts on the steering column, the servo torque and the assist torque.
Damit ein gesamtes vom Servomotor auf die Lenksäule ausgeübtes Servomotordrehmoment
Zunächst wird das gesamte auf die Lenksäule wirkende Drehmoment bestimmt (Schritt
Außerdem wird ein Assistenzdrehmoment bestimmt, mit dem wenigstens ein Assistenzsystem die Lenksäule über den Servomotor beaufschlagt (Schritt
Ist im Folgenden von Assistenzdrehmoment die Rede, so ist damit stets das gesamte Assistenzdrehmoment gemeint.In the following, the assistance torque is mentioned, so it is always meant the entire assistance torque.
In einer entsprechend arbeitenden Steuerung werden obige und nachfolgende Schritte durchgeführt.In a correspondingly operating control, the above and subsequent steps are carried out.
Das Assistenzdrehmoment wird beispielsweise aus Steuerdaten des wenigstens einen Assistenzsystems ermittelt. Dazu kann vorgesehen sein, dass Steuerkurven und/oder Steuertabellen in einer Steuereinheit des wenigstens einen Assistenzsystems hinterlegt sind, die fahrsituationsabhängig, als insbesondere abhängig von Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs, das vom Assistenzsystem über den Servomotor aufgebrachte Assistenzdrehmoment enthalten.The assistance torque is determined, for example, from control data of the at least one assistance system. For this purpose, it may be provided that control cams and / or control tables are stored in a control unit of the at least one assistance system which, depending on the driving situation, contains, in particular depending on operating parameters of the motor vehicle, the assistance torque applied by the assistance system via the servomotor.
Die Betriebsparameter können eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, einen Lenkwinkel, eine Lenkwinkelbeschleunigung und/oder Signale von optischen Systemen (beispielsweise einer Außenkamera) des Kraftfahrzeugs umfassen.The operating parameters may include a speed of the motor vehicle, a longitudinal acceleration of the motor vehicle, a lateral acceleration of the motor vehicle, a steering angle, a steering angular acceleration and / or signals from optical systems (for example an external camera) of the motor vehicle.
Nun wird aus dem bestimmten gesamten auf die Lenksäule wirkenden Drehmoment und dem bestimmten Assistenzdrehmoment ein Arbeitspunkt P bestimmt (Schritt
Der bestimmte Arbeitspunkt P entspricht dem Punkt auf der Verstärkungskurve
Um den Arbeitspunkt P zu bestimmen, kann die Differenz aus dem bestimmten gesamten auf die Lenksäule wirkenden Drehmoment und dem Assistenzdrehmoment gebildet werden. Da jeder Punkt auf der Verstärkungskurve
Nun werden ein maximal erlaubtes Servomotordrehmomentent
Um das maximal und das minimal erlaubte Servomotordrehmoment
Das aktuelle Servomotordrehmoment
Übersteigt das aktuelle Servomotordrehmoment
Unterschreitet das aktuelle Servomotordrehmoment
Die oben beschriebenen Schritte des Verfahrens können in gewissen festen Zeitabständen wiederholt werden. Insbesondere sind die Zeitabstände derart gewählt, dass die Schritte des Verfahrens kontinuierlich wiederholt werden, sodass kontinuierlich überprüft wird, ob das aktuelle Servomotordrehmoment MM im erlaubten Bereich liegt.The above-described steps of the method can be repeated at certain fixed time intervals. In particular, the time intervals are selected such that the steps of the method are continuously repeated so that it is continuously checked whether the current servo motor torque M M is within the permitted range.
Liegt das aktuelle Servomotordrehmoment
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