DE102017222776A1 - Method and system for determining a rack force, operating assistance method for a working device, operation assistance device and working device - Google Patents
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Abstract
Zur Bestimmung eines möglichst zuverlässigen Werts (Z) für eine Zahnstangenkraft (FZST) wird ein Verfahren (S) vorgeschlagen zum Bestimmen des Wertes (Z) der Zahnstangenkraft (F) eines Lenksystems (15) einer Arbeitsvorrichtung (10') oder eines Fahrzeugs (10) mit den Schritten: Bereitstellen (S1) eines Satzes von Zahnstangenkraftmodellen (Mi), Erfassen (S2) von Betriebsparametern und insbesondere von Fahrparametern (Fj) der zu Grunde liegenden Arbeitsvorrichtung (10') oder des Fahrzeugs (10), Zuführen (S3) von Betriebsparametern oder Fahrparametern (Fj) zu einer Mehrzahl der Zahnstangenkraftmodelle (Mi), Bestimmen (S4) eines Werts (Zi) für die Zahnstangenkraft (F) aus einem jeweiligen Zahnstangenkraftmodell (Mi), Bewerten (S5) der Werte (Zi) für die Zahnstangenkraft (F) und Bestimmen (S6) und Bereitstellen (S7) eines kombinierten resultierenden Werts als Wert (Z) für die Zahnstangenkraft (F) (a) auf der Grundlage der Werte (Zi) für die Zahnstangenkraft (F) aus den Zahnstangenkraftmodellen (Mi) und (b) auf der Grundlage eines Ergebnisses des Bewertens (S5).To determine the most reliable value (Z) possible for a rack-and-pinion force (FZST), a method (S) is proposed for determining the value (Z) of the rack-and-pinion force (F) of a steering system (15) of a working device (10 ') or of a vehicle (10 ) comprising the steps of providing (S1) a set of rack force models (Mi), detecting (S2) operating parameters and in particular driving parameters (Fj) of the underlying working device (10 ') or of the vehicle (10), feeding (S3) from operating parameters or driving parameters (Fj) to a plurality of the rack force models (Mi), determining (S4) a value (Zi) for the rack force (F) from a respective rack power model (Mi), evaluating (S5) the values (Zi) for the Rack force (F) and determining (S6) and providing (S7) a combined resultant value as the rack force value (Z) (F) (a) on the basis of the rack force (F) values (Zi) from the rack and pinion ft models (Mi) and (b) based on a result of the evaluation (S5).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft eine Arbeitsvorrichtung, ein Betriebsassistenzverfahren und eine Betriebsassistenzvorrichtung für eine Arbeitsvorrichtung sowie eine Arbeitsvorrichtung als solche. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Fahrassistenzverfahren und eine Fahrassistenzvorrichtung für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug als solches.The present invention relates to a method and a system for determining a rack force a working device, an operation assistance method and an operation assistance device for a working device, and a working device as such. In particular, the present invention relates to a driving assistance method and a driving assistance device for a vehicle and a vehicle as such.
Bei elektromechanischen Lenksystemen, insbesondere im Zusammenhang mit Lenkassistenzsysteme oder Fahrerassistenzsystemen von Arbeitsvorrichtungen und insbesondere von Fahrzeugen, werden viele Funktionen auf der Grundlage des Wertes der Zahnstangenkraft des zu Grunde liegenden Lenksystems als maßgeblichem Betriebsparameter gesteuert oder geregelt. Für einen robusten Betrieb eines derartigen Lenksystems ist daher die robuste Ermittlung des Werts für die Zahnstangenkraft wesentlich.In electromechanical steering systems, particularly in the context of steering assist systems or driver assistance systems of work devices, and in particular of vehicles, many functions are controlled or regulated based on the value of the rack force of the underlying steering system as a significant operating parameter. For a robust operation of such a steering system, therefore, the robust determination of the value for the rack force is essential.
Aus der
Die
Die
Derartige bekannte Einrichtungen und/oder Verfahren zum Bestimmen des Werts für die Zahnstangenkraft sind auf bestimmte Anwendungsfälle hin optimiert, zum Beispiel auf einen Fahrvorgang oder einen Parkvorgang.Such known devices and / or methods for determining the value of the rack-and-pinion force are optimized for specific applications, for example, a driving operation or a parking operation.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und ein System zum Bestimmen der Zahnstangenkraft eines Lenksystems sowie entsprechende Betriebsassistenzverfahren und -vorrichtungen sowie eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug anzugeben, bei welchen in besonders zuverlässiger Weise für eine Vielzahl von Anwendungsfällen ein robuster Wert für eine Zahnstangenkraft eines zu Grunde liegenden Lenksystems ermittelt werden kann.The invention is therefore based on the object to provide a method and a system for determining the rack force of a steering system and corresponding operation assistance methods and devices and a working device and in particular a vehicle, in which in a particularly reliable manner for a variety of applications, a robust value for a rack force of an underlying steering system can be determined.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Bestimmen eines Wertes einer Zahnstangenkraft erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bei einem Betriebsassistenzverfahren erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 13, bei einem System zum Bestimmen eines Werts einer Zahnstangenkraft erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 14, bei einer Betriebsassistenzvorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und bei einer Arbeitsvorrichtung und insbesondere eines Fahrzeugs erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.The object underlying the invention is in a method for determining a value of a rack-and-pinion force according to the invention with the features of
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, welches eingerichtet ist zum Bestimmen des Wertes einer Zahnstangenkraft eines Lenksystems einer Arbeitsvorrichtung oder eines Fahrzeugs. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die Schritte auf:
- - Bereitstellen eines Satzes von Zahnstangenkraftmodellen,
- - Erfassen von Betriebsparametern und insbesondere von Fahrparametern der zu Grunde liegenden Arbeitsvorrichtung oder des Fahrzeugs,
- - Zuführen von Betriebsparametern oder Fahrparametern zu einer Mehrzahl der Zahnstangenkraftmodelle,
- - Bestimmen eines Werts für die Zahnstangenkraft aus einem jeweiligen Zahnstangenkraftmodell,
- - Bewerten der Werte für die Zahnstangenkraft und
- - Bestimmen und Bereitstellen eines kombinierten resultierenden Werts als Wert für die Zahnstangenkraft (a) auf der Grundlage der Werte für die Zahnstangenkraft aus den Zahnstangenkraftmodellen und auf der Grundlage eines Ergebnisses des Bewertens.
- Providing a set of rack force models,
- Detecting operating parameters and in particular driving parameters of the underlying working device or of the vehicle,
- Supplying operating parameters or driving parameters to a plurality of the rack force models,
- Determining a value for the rack force from a respective rack force model,
- - Evaluate the values for the rack power and
- Determining and providing a combined resulting value as the value of the rack force (a) on the basis of the values of the rack force from the rack force models and based on a result of the evaluation.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen, also durch das Verwenden einer Mehrzahl von Zahnstangenkraftmodellen und durch die Bewertung der aus den Modellen abgeleiteten Werte für die Zahnstangenkraft ergibt sich insgesamt ein Wert für die Zahnstangenkraft, welcher über einen breiteren Anwendungsbereich ein erhöhtes Maß an Zuverlässigkeit besitzt.As a result of the measures provided for in accordance with the invention, that is to say the use of a plurality of rack force models and the evaluation of the values for the rack force derived from the models, the overall result is a value for the rack force which has an increased degree of reliability over a wider range of applications.
Es geht erfindungsgemäß insbesondere auch um eine robuste Zahnstangenkraftbestimmung und/oder -beobachtung mit Hilfe einer mehrfachen Berechnung des Wertes der Zahnstangenkraft mit unterschiedlichen Modellen sowie um die Plausibilisierung der Ergebnisse und daraus resultierend die Vermeidung systematischer Nachteile einzelner Modelle, wenn diese allein verwendet würden.In particular, according to the invention, it is also a question of robust rack force determination and / or observation with the aid of a multiple calculation of the value of the rack force with different models, as well as the plausibility of the results and the resulting Avoiding systematic disadvantages of individual models if they were used alone.
Ein besonders hohes Maß an Zuverlässigkeit stellt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform ein Mehrebenenkonzept zu Grunde gelegt wird, insbesondere ein Dreiebenenkonzept, bei welchem insbesondere für eine Fahrzeugebene, eine Lenkgetriebeebene und/oder eine lenkungsinterne Ebene als Modellierungsebenen jeweils ein Modell zur Berechnung des Werts der Zahnstangenkraft bereitgestellt und verwendet wird.A particularly high degree of reliability arises in the method according to the invention if, according to a preferred embodiment, a multilevel concept is used as a basis, in particular a three-level concept, in which a model, in particular for a vehicle level, a steering gear plane and / or a steering-internal level as modeling levels provided and used to calculate the value of the rack power.
Weiterhin ist mit Hilfe einer zusätzlichen Beobachtung und/oder Messung ein zusätzliches lernendes Modell ausbildbar und verwendbar, das mit dem Ergebnis des Mehrebenenkonzepts eine übergeordnete Modellebene beschreibt. Dieses zusätzliche Modell fungiert quasi als eine Umhüllende der Modelle des Mehrebenenkonzepts und kann zur weiteren Steigerung der Robustheit der erfindungsgemäßen Zahnstangenkraftberechnung, insbesondere in Übergangssituationen zwischen den optimalen Betriebspunkten der einzelnen Modellebenen, genutzt werden.Furthermore, with the help of additional observation and / or measurement, an additional learning model can be formed and used, which describes a superordinate model level with the result of the multilevel concept. This additional model acts more or less as an envelope of the models of the multi-level concept and can be used to further increase the robustness of the rack force calculation according to the invention, in particular in transition situations between the optimal operating points of the individual model levels.
Grundsätzlich können die einzelnen aus den verschiedenen Zahnstangenkraftmodellen ermittelten Werte für die Zahnstangenkraft auf verschiedene Weise miteinander zur Ableitung eines kombinierten gemeinsamen Werts für die Zahnstangenkraft miteinander kombiniert und bewertet werden.Basically, the individual rack force values obtained from the various rack force models can be combined and evaluated in different ways to derive a combined common rack force value.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Bewerten auf der Grundlage der Mehrzahl der Werte eine Mehrheitsentscheidung und insbesondere eine 2-aus-3-Entscheidung abgeleitet und dabei eine der Mehrheitsentscheidung entsprechende Mehrheit aus der Mehrzahl von Werten für die Zahnstangenkraft ausgewählt und dem Bestimmen des kombinierten resultierenden Werts für die Zahnstangenkraft zu Grunde gelegt wird. Dabei kann zum Beispiel geprüft werden, ob die einzelnen abgeleiteten Werte für die Zahnstangenkraft mit entsprechend ermittelten Fehlergrenzen in einem gemeinsamen Wertbereich liegen und/oder welche der abgeleiteten Werte für die Zahnstangenkraft in diesem Zusammenhang aus dem Rahmen fallen und damit vernachlässigt oder zumindest weniger stark gewichtet werden können.It is particularly advantageous if, in accordance with a preferred development of the method according to the invention, a majority decision and in particular a 2-out-of-3 decision are derived when evaluating on the basis of the plurality of values and a majority of the plurality of values corresponding to the majority decision for the Rack force selected and based on determining the combined resulting value for the rack force is based. In this case, it can be checked, for example, whether the individual derived values for the rack-and-pinion force with corresponding error limits lie in a common value range and / or which of the derived values for the rack-and-pinion force are out of line in this context and thus neglected or at least less heavily weighted can.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen des Werts einer Zahnstangenkraft werden die Zahnstangenkraftmodelle und/oder daraus abgeleitete Werte für die Zahnstangenkraft auf der Grundlage der Betriebsparameter und/oder der Fahrparameter auf Plausibilität geprüft. So kann die Situation vorliegen, dass ein bestimmtes Modell in einem gegebenen Intervall oder Wertebereich für bestimmte Betriebs- oder Fahrparameter eine höhere Plausibilität und Zuverlässigkeit bei der Bestimmung der Werte für die Zahnstangenkraft besitzt als in einem anderen Intervall oder Wertebereich. Insofern können die Plausibilität und/oder Aussagekraft der verschiedenen Zahnstangenkraftmodelle in Abhängigkeit von den Betriebsparametern oder Fahrparameter einfließen, zum Beispiel bei der Bewertung der aus den Modellen abgeleiteten Werte für die Zahnstangenkraft.According to another advantageous embodiment of the method according to the invention for determining the value of a rack-and-pinion force, the rack-pin force models and / or values derived therefrom for the rack-and-pinion force are checked for plausibility on the basis of the operating parameters and / or the driving parameters. Thus, there may be a situation where a given model in a given interval or range of values for certain operating or driving parameters has a higher plausibility and reliability in determining the values for the rack force than in any other interval or range of values. In this respect, the plausibility and / or informative value of the various rack force models can be incorporated depending on the operating parameters or driving parameters, for example in the evaluation of the values derived from the models for the rack force.
Insofern ist von besonderem Vorteil, wenn das Bewerten der aus den Zahnstangenkraftmodellen abgeleiteten Werte für die Zahnstangenkraft und/oder das Bestimmen des kombinierten resultierenden Werts für die Zahnstangenkraft auf der Grundlage der Plausibilität erfolgen.In this respect, it is of particular advantage when evaluating the values for the rack force derived from the rack force models and / or determining the combined resulting value for the rack force on the basis of the plausibility.
Entsprechend kann es von besonderem Vorteil sein, wenn die Zahnstangenkraftmodelle und/oder die daraus abgeleiteten Werte für die Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von der Plausibilität und/oder einer Gewichtung berücksichtigt werden.Accordingly, it may be of particular advantage if the rack force models and / or the values derived therefrom for the rack force are taken into account as a function of the plausibility and / or a weighting.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der kombinierte resultierende Wert für die Zahnstangenkraft direkt oder über ein für diesen Wert repräsentatives Signal zur Verfügung gestellt wird. Das entsprechende repräsentatives Signal kann zum Beispiel als Regel- oder Steuergröße in einem zu Grunde liegenden Lenksystem verwendet werden.According to another advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the combined resulting value for the rack-and-pinion force is made available directly or via a signal representative of this value. The corresponding representative signal can be used, for example, as a control variable in an underlying steering system.
Grundsätzlich können sämtliche Modelle verwendet werden, aus denen ein Wert für eine Zahnstangenkraft abgeleitet werden kann. Insofern ist die Art und Anzahl der eingesetzten Zahnstangenkraftmodelle grundsätzlich beliebig und wird zum Beispiel einem jeweiligen Anwendungsfall angepasst.In principle, all models can be used, from which a value for a rack force can be derived. In this respect, the type and number of rack power models used is basically arbitrary and, for example, adapted to a particular application.
So kann gemäß einer anderen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Modell des Satzes von Zahnstangenkraftmodellen der Wert einer Zahnstangenkraft als eine Kraftsumme im Kräftegleichgewicht an einem Lenksystem der zu Grunde liegenden Arbeitsvorrichtung oder des Fahrzeugs bestimmt werden.Thus, according to another embodiment of the method according to the invention, in a model of the set of rack force models, the value of a rack force can be determined as a force sum in equilibrium of forces on a steering system of the underlying working device or of the vehicle.
Dies kann insbesondere erfolgen durch Erfassen eines Fahrerhandmoments, einer Unterstützungskraft einer Lenkunterstützungseinheit und/oder von Reibungs-/Trägheitskräften und/oder auf der Grundlage des nachfolgenden Zusammenhangs (
In diesem Zusammenhang (
Dabei können zur Ermittlung der Unterstützungskraft am Lenksystem messbare Größen, insbesondere elektrische Größen, erfasst und insbesondere über einen Kalmanfilter, über neuronale Netze und/oder andere lernende Systeme ausgewertet werden.In this case, to determine the support force on the steering system measurable variables, in particular electrical variables, detected and evaluated in particular via a Kalman filter, neural networks and / or other learning systems.
Bei einer anderen alternativen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass bei einem Modell des Satzes von Zahnstangenkraftmodellen der Wert einer Zahnstangenkraft als Kraftsumme im Kräftegleichgewicht an der Gesamtvorrichtung oder am Gesamtfahrzeug, und zwar auf der Grundlage von Gesamtvorrichtungssignalen oder Gesamtfahrzeugsignalen bestimmt wird, insbesondere durch Erfassen eines Lenkradwinkels, einer Fahrgeschwindigkeit, einer Querbeschleunigung und/oder von Seitenkräften aus einem Einspurmodell oder aus einem Zweispurmodell der Arbeitsvorrichtung oder des Fahrzeugs und/oder auf der Grundlage des nachfolgenden Zusammenhangs (
Dabei bezeichnen
Bei einer anderen alternativen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass bei einem Modell des Satzes von Zahnstangenkraftmodellen der Wert einer Zahnstangenkraft bestimmt wird aus Signalen und/oder Werten elektrischer Ströme zum Betreiben eines Elektromotors eines zu Grunde liegenden Lenkunterstützungssystems, vorzugsweise unter Verwendung eines Kalmanfilters, von neuronalen Netzen und/oder anderer lernender Systeme, gegebenenfalls unter Einbeziehung von Temperatursignalen und/oder Signalen zur Winkelgeschwindigkeit einer Motorausgangswelle.In another alternative embodiment of the inventive method it is provided that in a model of the set of rack force models the value of a rack force is determined from signals and / or values of electric currents for operating an electric motor of an underlying steering assistance system, preferably using a Kalman filter, of neural networks and / or other learning systems, possibly including temperature signals and / or angular velocity signals from an engine output shaft.
Zur weiteren Verbesserung der Zuverlässigkeit der aus den Modellen stammenden Werte für eine Zahnstangenkraft und insbesondere des abzuleitenden kombinierten und resultierenden Werts für die Zahnstangenkraft ist es von Vorteil, wenn ein aus einem jeweiligen Modell stammender Wert für eine Zahnstangenkraft als primärer Wert für die Zahnstangenkraft einem nachgeschalteten Schätzverfahren zugeführt wird und daraus unter Einbeziehung einer Messsignalmatrix und/oder eines lernenden Verfahrens, insbesondere auf der Grundlage neuronaler Netze und/oder eines Kalmanfilters, ein korrigierter Wert für die Zahnstangenkraft abgeleitet wird.In order to further improve the reliability of the values for a rack force derived from the models and, in particular, the combined and resultant value for the rack force, it is advantageous if a value for a rack force originating from a respective model as a primary value for the rack force is followed by a subsequent estimation method is supplied and derived therefrom, taking into account a measured signal matrix and / or a learning method, in particular based on neural networks and / or a Kalman filter, a corrected value for the rack force.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Betriebsassistenzverfahren und insbesondere ein Fahrassistenzverfahren für eine allgemeine Arbeitsvorrichtung und insbesondere für ein Fahrzeug geschaffen. Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsassistenzverfahren oder Fahrassistenzverfahren wird der Betrieb einer zu Grunde liegenden Arbeitsvorrichtung und insbesondere eines zu Grunde liegenden Fahrzeugs auf der Grundlage eines Werts für eine Zahnstangenkraft gesteuert oder geregelt. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird der Wert der Zahnstangenkraft durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen des Wertes einer Zahnstangenkraft ermittelt.According to a further aspect of the present invention, an operation assistance method and in particular a driving assistance method for a general working device and in particular for a vehicle is also provided. In the operation assistance method or the driver assistance method according to the present invention, the operation of an underlying work apparatus and in particular an underlying vehicle is controlled or regulated on the basis of a value for a rack force. In the proposed method, the value of the rack force is determined by the method of determining the value of a rack force according to the invention.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung auch ein System zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft eines Lenksystems einer Arbeitsvorrichtung insbesondere eines Fahrzeugs. Das vorgeschlagene System ist dazu eingerichtet, ein Verfahren zum Bestimmen des Werts einer Zahnstangenkraft gemäß der vorliegenden Erfindung oder das erfindungsgemäße Betriebsassistenzverfahren oder Fahrassistenzverfahren auszuführen.Furthermore, the present invention also provides a system for determining a rack force of a steering system of a working device, in particular of a vehicle. The proposed system is adapted to carry out a method for determining the value of a rack-and-pinion force according to the present invention or the operation assistance method or the driver assistance method according to the invention.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße System ausgebildet mit
- - einer Einheit zum Bereitstellen eines Satzes von Zahnstangenkraftmodellen,
- - einer Einheit zum Erfassen von Betriebsparametern und insbesondere von Fahrparametern der zu Grunde liegenden Arbeitsvorrichtung und insbesondere des zu Grunde liegenden Fahrzeugs,
- - einer Einheit zum Zuführen der Betriebsparameter und insbesondere der Fahrparameter zu einer Mehrzahl der Zahnstangenkraftmodelle,
- - einer Einheit zum Bestimmen eines Werts für die Zahnstangenkraft aus einem jeweiligen Zahnstangenkraftmodell,
- - einer Einheit zum Bewerten der Werte für die Zahnstangenkraft und
- - einer Einheit zum Bestimmen und Bereitstellen eines kombinierten resultierenden Werts für die Zahnstangenkraft (a) auf der Grundlage der Werte für die Zahnstangenkraft aus den Zahnstangenkraftmodellen und (b) auf der Grundlage eines Ergebnisses des Bewertens.
- a unit for providing a set of rack force models,
- a unit for detecting operating parameters and in particular driving parameters of the underlying working device and in particular of the underlying vehicle,
- a unit for supplying the operating parameters and in particular the driving parameters to a plurality of the rack force models,
- a unit for determining a value of rack force from a respective rack force model,
- a unit for evaluating rack power values and
- a unit for determining and providing a combined resultant value for the rack force (a) on the basis of the values of the rack force from the rack force models; and (b) based on a result of the evaluation.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung auch eine Betriebsassistenzvorrichtung insbesondere eine Fahrassistenzvorrichtung für eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere für ein Fahrzeug. Die vorgeschlagene Betriebsvorrichtung ist eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen des Wertes einer Zahnstangenkraft eines Lenksystems einer Arbeitsvorrichtung insbesondere eines Fahrzeugs und insbesondere ein entsprechendes Betriebsassistenzverfahren oder Fahrassistenzverfahren auszuführen. Insbesondere weist die Betriebsassistenzvorrichtung oder Fahrassistenzvorrichtung ein erfindungsgemäßes System auf.Furthermore, the present invention also provides an operation assistance device, in particular a driving assistance device for a Working device and in particular for a vehicle. The proposed operating device is set up to carry out a method according to the invention for determining the value of a rack-and-pinion force of a steering system of a working device, in particular of a vehicle, and in particular a corresponding operating assistance method or driver assistance method. In particular, the operation assistance device or driving assistance device has a system according to the invention.
Des Weiteren schafft die vorliegende Erfindung auch eine Arbeitsvorrichtung insbesondere ein Fahrzeug, welche eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen des Wertes einer Zahnstangenkraft eines Lenksystems oder entsprechendes Betriebsassistenzverfahren oder Fahrassistenzverfahren auszuführen oder bei derartigen Verfahren verwendet zu werden.Furthermore, the present invention also provides a working device, in particular a vehicle, which is set up to carry out a method according to the invention for determining the value of a rack-and-pinion force of a steering system or corresponding operating assistance method or driver assistance method or to be used in such methods.
Die vorgeschlagene Betriebsassistenzvorrichtung oder Fahrassistenzvorrichtung weist insbesondere eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems auf.The proposed operation assistance device or driving assistance device has in particular an embodiment of the system according to the invention.
Schließlich schafft die vorliegende Erfindung auch eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug, welche ebenfalls eingerichtet sind, das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen des Wertes einer Zahnstangenkraft eines Lenksystems und/oder das erfindungsgemäße Betriebsassistenzverfahren oder Fahrassistenzverfahren auszuführen oder bei einem solchen Verfahren verwendet zu werden.Finally, the present invention also provides a working device, and in particular a vehicle, which are likewise configured to carry out the method according to the invention for determining the value of a rack-and-pinion force of a steering system and / or the operating assistance method or driving assistance method according to the invention or to be used in such a method.
Insbesondere können dazu die vorgeschlagene Arbeitsvorrichtung und das vorgeschlagene Fahrzeug eine erfindungsgemäß ausgestaltete Betriebsassistenzvorrichtung oder Fahrassistenzvorrichtung und insbesondere das erfindungsgemäße System aufweisen.In particular, for this purpose, the proposed working device and the proposed vehicle can have an operating assistance device or driving assistance device configured according to the invention and in particular the system according to the invention.
Figurenlistelist of figures
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
-
1 beschreibt schematisch nach Art eines Flussdiagramms eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und Systems zum Bestimmen des Werts einer Zahnstangenkraft eines Lenksystems einer Arbeitsvorrichtung oder eines Fahrzeugs. -
2 bis 4 beschreiben schematisch Aspekte verschiedener Zahnstangenkraftmodelle, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und Systems einsetzbar sind.
-
1 describes schematically in the manner of a flowchart an embodiment of the method and system for determining the value of a rack force of a steering system of a working device or a vehicle according to the invention. -
2 to4 describe schematically aspects of various rack force models that can be used in one embodiment of the method and system according to the invention.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die
Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.The illustrated features and other properties can be isolated in any form from each other and combined with each other, without departing from the gist of the invention.
In einem ersten Schritt
In einem zweiten Schritt
In einem nachfolgenden Schritt
Auf diese Weise entsteht also ein entsprechender Satz von Werten
In einem nachfolgenden Schritt
Im nachfolgenden Schritt
Die
Dabei bezeichnen
Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:These and other features and characteristics of the present invention will be further elucidated with reference to the following statements:
Für den querdynamischen Betrieb eines Fahrzeugs sind der Fahrzustand und die Fahrumgebung entscheidende Einflussfaktoren. Sowohl menschliche Fahrer als auch Systeme zum autonomen oder teilautomatisierten Fahren sind zur sicheren Querführung eines Fahrzeuges auf die Rückführung von Informationen über diese Einflussfaktoren angewiesen.For the lateral dynamic operation of a vehicle, the driving condition and the driving environment are decisive influencing factors. Both human and autonomous or semi-automated driving systems rely on the feedback of information about these drivers for the purpose of safely traversing a vehicle.
Während querdynamische Größen wie die Querbeschleunigung oder die Gierrate den aktuellen Fahrzustand mit der Trägheit des jeweiligen Fahrzeuges wiederspiegeln, repräsentiert die Reifenseitenkraft den Initiator der querdynamischen Wirkkette.While lateral dynamic variables such as the lateral acceleration or the yaw rate reflect the current driving state with the inertia of the respective vehicle, the tire side force represents the initiator of the lateral dynamic chain of action.
Die Fahrzustandsgrößen sind im Vergleich zur Reifenseitenkraft mit geringem Aufwand messbar, jedoch stets mit einer zeitlichen Verzögerung behaftet. Die Reifenseitenkraft wirkt über die Achskinematik als Zahnstangenkraft auf eine Lenkung und kann nur durch aufwendige und teure Messtechnik bestimmt werden.The driving state variables are measurable in comparison with the tire side force with little effort, but always with a time lag. The tire side force acts on the axle kinematics as a rack and pinion force on a steering and can only be determined by consuming and expensive measurement technology.
Für elektromechanische Lenksysteme bietet sich darüber hinaus die Möglichkeit, auf Basis der im Lenksystem verfügbaren Sensorik, Algorithmen zur Beobachtung der anliegenden Zahnstangenkraft zu entwerfen. Die Auslegung der Algorithmen hängt maßgeblich von den Anforderungen der weiteren Verwendung ab. For electromechanical steering systems, it is also possible to design algorithms for monitoring the adjacent rack force on the basis of the sensors available in the steering system. The design of the algorithms depends largely on the requirements of further use.
Im Stand der Technik ist kein unabhängig von einem konkreten Anwendungsfall verwendbares Vorgehen zum robusten Ermitteln des Wertes einer Zahnstangenkraft verfügbar.The prior art does not provide a method of robustly determining the value of a rack-and-pinion force that can be used independently of a specific application.
Bekannte Berechnungsverfahren sind entweder in Richtung einer hohen Amplitudentreue oder einer hohen Phasentreue optimiert.Known calculation methods are optimized for either high amplitude fidelity or high phase fidelity.
Weiterhin enthalten die bekannten Ansätze viele Parameter, die nur schwer zu ermitteln sind und sich auch häufig im Rahmen der Streuung in der Produktion und durch Verschleiß verändern, wie z.B. Reibung.Furthermore, the known approaches contain many parameters which are difficult to detect and which also frequently vary in the context of production variability and wear, such as e.g. Friction.
Wirkungsgrade sind nur sehr aufwendig zu ermitteln, da diese von der aktuellen Last und Bewegungsrichtung des Lenksystems abhängig sind.Efficiencies are very expensive to determine, since these are dependent on the current load and direction of movement of the steering system.
Das hat zur Folge, dass die Entwicklung von Verfahren und Systemen zur Ermittlung des Werts einer Zahnstangenkraft vergleichsweise aufwendig ist, die entwickelte Funktion kann darüber hinaus nur in einem sehr eingeschränkten Bereich eingesetzt werden.As a result, the development of methods and systems for determining the value of a rack-and-pinion force is comparatively expensive, and the developed function can be used only in a very limited range.
In Steer-by-Wire-Lenksystemen liegen gegenüber konventionellen elektromechanischen Lenksystemen, wie z.B. EPS, zusätzliche Anforderungen vor. Mit dem Wegfall einer Lenksäule, entfällt dort auch der Drehmomentsensor. Dieser dient bisher zur Bestimmung des vom Fahrer eingeleiteten Handmoments.In steer-by-wire steering systems, over conventional electromechanical steering systems, such as e.g. EPS, additional requirements. With the elimination of a steering column, there eliminates the torque sensor. This has hitherto been used to determine the hand torque introduced by the driver.
Weiterhin müssen Steer-by-Wire-Systeme mit Steuergeräten und Motoren angetrieben werden, die auf Grund der geforderten Ausfallsicherheit redundant ausgeführt sind.Furthermore, steer-by-wire systems with control units and motors must be driven, which are redundant due to the required reliability.
Das hat zur Folge, dass im System zusätzliche Reibungen, Trägheiten und Elastizitäten vorliegen, wodurch sich die Berechnung komplexer gestaltet als in einer konventionellen EPS-Lenkung.As a result, additional friction, inertia and elasticity are present in the system, which makes the calculation more complex than in a conventional EPS steering.
Auch zusätzliche Messsignale müssen berücksichtigt werden.Additional measuring signals must also be taken into account.
Eine Optimierung der Zahnstangenkraftbeobachtung wird bei der vorliegenden Erfindung auf Basis einer redundanten Berechnung der Zahnstangenkraft erreicht.An optimization of the rack-power observation is achieved in the present invention based on a redundant calculation of rack force.
Der Vorteil dieses Ansatzes ist die Kombination verschiedener Berechnungsmethoden im Sinne unterschiedlicher Zahnstangenkraftmodelle
Ein erstes Modell
Für die exakte Ermittlung der Unterstützungskraft
Ein zweites Modell
Auf Basis von z.B. Werten für den Lenkradwinkel, für die Fahrzeuggeschwindigkeit kann mit Hilfe einer modellhaften Fahrzeugabbildung, beispielsweise eines Einspurmodells oder nach Art eines Zweispurmodells, auf die Querbeschleunigung und damit auf die Seitenkräfte geschlossen werden, wie dies in
Der Wert der Zahnstangenkraft
Für ein drittes Modell
Ferner können beispielsweise Temperatursignale und/oder Werte für die Winkelgeschwindigkeit der Motorausgangswelle dazu dienen, Rückschlüsse auf das anliegende Motormoment zu erlangen. Zur Ermittlung des resultierenden Motormomentes und damit - über das Kräftegleichgewicht einer Lenkung - der anliegenden Zahnstangenkraft können Berechnungsmethoden wie Kalmanfilter, neuronale Netze und/oder andere lernende Verfahren verwendet werden, wie dies in
Die Berechnung des Werts der Zahnstangenkraft auf Basis der vorgestellten Ansätze der Modelle
Bei der Bewertung der aus den einzelnen Modellen
Wenn das Ergebnis einer Berechnungsmethode - also eines der Modelle
So werden die Werte
- 1. in der Ebene elektrischer Größen eines Unterstützungsmotors und/oder eines Steuergerät einer Lenkung,
- 2. in der Ebene mechanischer Größen der Lenkung und
- 3. in der Ebene von Fahrzeuggrößen.
- 1. in the plane of electrical quantities of a support motor and / or a control unit of a steering,
- 2. in the level of mechanical sizes of the steering and
- 3. in the plane of vehicle sizes.
Durch eine 2-aus-3-Entscheidung kann das Lenksystem
Damit es nicht zu Signalsprüngen kommt, werden die Übergangssituationen zwischen den Berechnungsmethoden besonders betrachtet. Durch Rampen über mehrere Zeitschritte oder dir Verwendung von Filteralgorithmen wird ein kontinuierlicher Übergang sichergestellt.In order to avoid signal jumps, the transitional situations between the calculation methods are especially considered. Ramps over multiple time steps or the use of filter algorithms ensure a continuous transition.
Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.Although the aspects and advantageous embodiments of the invention have been described in detail with reference to the embodiments explained in connection with the accompanying drawings, modifications and combinations of features of the illustrated embodiments are possible for the skilled person, without departing from the scope of the present invention, the scope of protection the appended claims are defined.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
-
Einheit zum Bereitstellen
S1 eines Satzes von ZahnstangenkraftmodellenMi Unit to deployS1 a set of rack force modelsWed. - 22
-
Einheit zum Erfassen
S2 von Betriebsparametern/FahrparameternFj Unit to captureS2 of operating parameters / driving parametersfj - 33
-
Einheit zum Zuführen
S3 von Betriebsparametern/FahrparameternFj Unit for feedingS3 of operating parameters / driving parametersfj - 44
-
Einheit zum Bestimmen
S4 eines WertsZi für die ZahnstangenkraftFZST Unit for determiningS4 of a valueZi for the rack powerF ZST - 55
-
Einheit zum Bewerten
S5 der WerteZi für die ZahnstangenkraftFZST Unit for ratingS5 the valuesZi for the rack powerF ZST - 66
-
Einheit zum Bestimmen
S6 eines kombinierten resultierenden WertsZ für die ZahnstangenkraftFZST Unit for determiningS6 a combined resulting valueZ for the rack powerF ZST - 77
-
Einheit zum Bereitstellen
S7 des kombinierten resultierenden WertsZ für die ZahnstangenkraftFZST Unit to deployS7 of the combined resulting valueZ for the rack powerF ZST - 1010
- Fahrzeugvehicle
- 10'10 '
- Arbeitsvorrichtungworking device
- 1111
- neuronales Netzneural network
- 1212
- Elektromotor, UnterstützungsmotorElectric motor, support motor
- 1515
- Lenksystemsteering system
- 100100
- System system
- Fjfj
- Fahrparameter, mit j = 1, 2, 3, ...Driving parameters, with j = 1, 2, 3, ...
- FReib F rubbing
- (Wert einer) Reibungskraft(Value of a) friction force
- FU F U
- (Wert einer) Unterstützungskraft(Value of one) supporting force
- FY F Y
- im Fahrzeugschwerpunkt wirkenden Querkraftacting in the vehicle center of gravity lateral force
- FZST F ZST
- (Wert einer) Zahnstangenkraft(Value of a) rack force
- II
- Radstandwheelbase
- IH I H
- Abstand Hinterachse zum FahrzeugschwerpunktDistance rear axle to the vehicle center of gravity
- IH / II H / I
- SchwerpunktrücklagePriority reserve
- iL i L
- Übersetzungsfaktor und/oder effektiver Radius eines zu Grunde liegenden LenkritzelsTranslation factor and / or effective radius of an underlying steering pinion
- iS i p
- Übersetzung einer Achskinematik zwischen einem Radienwinkel und einer Verschiebung einer zu Grunde liegenden SpurstangeTranslation of an axle kinematics between a radius angle and a displacement of an underlying track rod
- MH M H
- (Wert eines) Fahrerhandmoment(s)(Value of one) driver's hand moment (s)
- MiWed.
- Zahnstangenkraftmodell, mit i = 1, 2, 3, ... Rack Force Model, with i = 1, 2, 3, ...
- SS
- Verfahrenmethod
- S1S1
-
Bereitstellen
S1 eines Satzes von Zahnstangenkraftmodellen MiProvideS1 a set of rack force models Mi - S2S2
-
Erfassen
S2 von Betriebsparametern/FahrparameternFj To captureS2 of operating parameters / driving parametersfj - S3S3
-
Zuführen
S3 von Betriebsparameter/FahrparameternFj RespectivelyS3 of operating parameters / driving parametersfj - S4S4
-
Bestimmen
S4 eines WertsZi für die ZahnstangenkraftFZST DetermineS4 of a valueZi for the rack powerF ZST - S5S5
-
Bewerten
S5 der WerteZi für die ZahnstangenkraftFZST assessS5 the valuesZi for the rack powerF ZST - S6S6
-
Bestimmen
S6 eines kombinierten resultierenden WertsZ für die ZahnstangenkraftFZST DetermineS6 a combined resulting valueZ for the rack powerF ZST - S7S7
-
Bereitstellen
S7 des kombinierten resultierenden WertsZ für die ZahnstangenkraftFZST ProvideS7 of the combined resulting valueZ for the rack powerF ZST - ZZ
-
(kombinierter/resultierender) Wert für die Zahnstangenkraft
FZST (combined / resulting) value for the rack forceF ZST - ZiZi
-
Wert einer Zahnstangenkraft
FZST aus einem ZahnstangenkraftmodellMi , mit i = 1, 2, 3, ...Value of a rack-and-pinion forceF ZST from a rack power modelWed. , with i = 1, 2, 3, ...
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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