DE102019105702A1

DE102019105702A1 - Verwaltung von Schwankungsrauschen in elektrischen Servolenkungssystemen

Info

Publication number: DE102019105702A1
Application number: DE102019105702.7A
Authority: DE
Inventors: Prerit Pramod; Michael Eickholt; Krishna MPK Namburi; Matthew A. Tompkins
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2019-09-12
Also published as: CN110239617B; US11117612B2; US20190276073A1; CN110239617A

Abstract

Es werden technische Lösungen zum Dämpfen von Schwankungsrauschen in einem Lenkungssystem beschrieben. Ein beispielhaftes Verfahren beinhaltet, dass mehrere Filterparameter berechnet werden, wobei jeder Filterparameter auf einem entsprechenden Signal in dem Lenkungssystem beruht. Das Verfahren beinhaltet ferner, dass mindestens ein endgültiger Filterparameter aus der Vielzahl von Filterparametern durch Entscheiden zwischen der Vielzahl von Filterparametern bestimmt wird. Ferner beinhaltet das Verfahren, dass ein Filter unter Verwendung des mindestens einen endgültigen Filterparameters dynamisch konfiguriert wird. Außerdem beinhaltet das Verfahren, das ein Motordrehmomentbefehl unter Verwendung des Filters gefiltert wird, wobei ein gefilterter Motordrehmomentbefehl an einen Motor angelegt wird, um einen entsprechenden Drehmomentbetrag zu erzeugen.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein die Verwaltung von Schwankungsrauschen in elektrischen Servolenkungssystemen.
Schwankungsrauschen bezeichnet ein niederfrequentes Rauschen, das typischerweise in elektrischen Servolenkungssystemen (EPS-Systemen) auftritt. Der existierende Befund legt nahe, dass die primäre Quelle des Schwankungsrauschens ein Handraddrehmomentsensor ist, der in dem EPS-System verwendet wird. Aufgrund von inhärentem Rauschen in den erfassten Analogsignalen, eines Quantisierungsrauschens in digitalen Sensoren sowie in A/D-Wandlern weist das erfasste Drehmomentsignal ein Rauschen auf. Das Schwankungsrauschen verursacht ein Unwohlsein für einen Bediener der EPS. Folglich ist es wünschenswert, das Schwankungsrauschen in EPS zu verringern, wenn nicht gar nicht vollständig zu beseitigen.
ZUSAMMENFASSUNG
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Abschwächen von Schwankungsrauschen in einem Lenkungssystem, dass mehrere Filterparameter berechnet werden, wobei jeder Filterparameter auf einem entsprechenden Signal in dem Lenkungssystem beruht. Das Verfahren umfasst ferner, dass mindestens ein endgültiger Filterparameter aus der Vielzahl von Filterparametern bestimmt wird, indem zwischen der Vielzahl von Filterparametern entschieden wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein Filter unter Verwendung des mindestens einen endgültigen Filterparameters dynamisch konfiguriert wird. Außerdem umfasst das Verfahren, dass ein Motordrehmomentbefehl unter Verwendung des Filters gefiltert wird, wobei ein gefilterter Motordrehmomentbefehl an einen Motor angelegt wird, um einen entsprechenden Drehmomentbetrag zu erzeugen.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet eine Vorrichtung zum Verwalten von Schwankungsrauschen in einem Lenkungssystem ein Filtermodul, das einen gefilterten Motordrehmomentbefehl beruhend auf einem Eingabedrehmomentbefehl erzeugt, wobei der gefilterte Motordrehmomentbefehl an einen Motor angelegt wird, um einen entsprechenden Drehmomentbetrag zu erzeugen. Die Vorrichtung beinhaltet ferner ein Filterparameter-Bestimmungsmodul, das eine Vielzahl von Filterparametern berechnet, wobei jeder Filterparameter auf einem entsprechenden Signal in dem Lenkungssystem beruht. Die Vorrichtung beinhaltet ferner ein Arbitrierungsmodul, das mindestens einen endgültigen Filterparameter aus der Vielzahl von Filterparametern bestimmt, indem es zwischen der Vielzahl von Filterparametern entscheidet, und sie konfiguriert das Filtermodul unter Verwendung des mindestens einen endgültigen Filterparameters auf dynamische Weise.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Lenkungssystem einen Motor, der einen Drehmomentbetrag erzeugt, der einem Motordrehmomentbefehl entspricht. Das Lenkungssystem beinhaltet ferner ein Filtermodul, das einen gefilterten Motordrehmomentbefehl beruhend auf einem Eingabedrehmomentbefehl erzeugt, wobei der gefilterte Motordrehmomentbefehl an den Motor angelegt wird, um den entsprechenden Drehmomentbetrag zu erzeugen. Das Lenkungssystem beinhaltet ferner ein Filterparameter-Bestimmungsmodul, das eine Vielzahl von Filterparametern berechnet, wobei jeder Filterparameter auf einem entsprechenden Signal in dem Lenkungssystem beruht. Das Lenkungssystem beinhaltet ferner ein Arbitrierungsmodul, das mindestens einen endgültigen Filterparameter aus der Vielzahl von Filterparametern bestimmt, indem es zwischen der Vielzahl von Filterparametern entscheidet, und es konfiguriert das Filtermodul unter Verwendung des mindestens einen endgültigen Filterparameters auf dynamische Weise.
Dieses und andere Vorteile und Merkmale werden sich aus der folgenden Beschreibung besser ergeben, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird.
Figurenliste
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung wird speziell offengelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Das Vorstehende und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der folgenden genauen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen:

1 eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen ist;
2 ein EPS-Steuerungssystem mit Verwaltung von Schwankungsrauschen in Übereinstimmung mit einer mehreren Ausführungsformen darstellt;
3 ein Datenflussblockdiagramm der Verwaltung von Schwankungsrauschen darstellt, das von dem Drehmomentaufbreitungsblock in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen bereitgestellt wird;
4 Beispiele für Filterimplementierungen für die Verwaltung von Schwankungsrauschen in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
5 eine Filterparameterplanung über der Motorgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
6 eine Filterparameterplanung über der Handraddrehmomentamplitude in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
7 eine Filterparameterplanung über einem Handraddrehmoment-Frequenzinhalt in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsform darstellt; und
8 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Verwalten von Schwankungsrauschen in einem elektrischen Servolenkungssystem in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt.

GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug nun auf die Figuren, bei denen die vorliegende Offenbarung mit Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wird, ohne diese einzuschränken, versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Veranschaulichungen für die vorliegende Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können hervorgehoben oder minimiert sein, um Details von speziellen Komponenten zu zeigen. Daher dürfen hier offenbarte spezielle strukturelle und funktionale Details nicht als Einschränkung interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage zur Unterrichtung des Fachmanns darüber, wie die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise verwendet werden kann.
Die Begriffe Modul und Teilmodul bezeichnen, so wie sie hier verwendet werden, eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen wie etwa eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, können die nachstehend beschriebenen Teilmodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
Mit Bezug nun auf die Figuren, bei denen die technischen Lösungen mit Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken, ist 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS) 40, die für die Implementierung der offenbarten Ausführungsformen geeignet ist. Der Lenkungsmechanismus 36 ist ein System mit einer Zahnstange und einem Ritzel und beinhaltet eine (nicht gezeigte) mit Zähnen versehene Zahnstange in einem Gehäuse 50 und ein (ebenfalls nicht gezeigtes) Ritzelzahnrad, das sich unter einem Getriebegehäuse 52 befindet. Wenn die Bedienereingabe, die hier im Nachstehenden als Lenkrad 26 bezeichnet wird (z.B. ein Handrad und dergleichen) gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29 und die untere Lenkwelle 51, die mit der oberen Lenkwelle 29 durch ein Drehgelenk 34 verbunden ist, dreht das Ritzelzahnrad. Eine Drehung des Ritzelzahnrads bewegt die Zahnstange, welche Spurstangen 38 bewegt (nur eine ist gezeigt), die wiederum die Lenkungsachsschenkel 39 bewegen (nur einer ist gezeigt), welche ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (nur eines ist gezeigt) drehen bzw. einschlagen. Eine elektrische Servolenkungsunterstützung wird durch die Steuerungsvorrichtung bereitgestellt, die allgemein durch Bezugszeichen 24 bezeichnet ist und den Controller 16 und eine elektrische Maschine 19 beinhaltet, welche ein synchroner Permanentmagnetmotor sein kann, und hier im Nachstehenden als Motor 19 bezeichnet wird. Der Controller 16 wird durch eine Leitung 12 von der Fahrzeugstromversorgung 10 mit Leistung versorgt. Der Controller 16 empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14, das die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Ein Lenkungswinkel wird durch einen Positionssensor 32 gemessen, welcher ein Sensor mit optischer Codierung, ein Sensor mit variablem Widerstand oder ein beliebiger anderer geeigneter Positionssensortyp sein kann und an den Controller 16 ein Positionssignal 20 liefert. Eine Motorgeschwindigkeit kann mit einem Tachometer oder einer beliebigen anderen Vorrichtung gemessen werden und an den Controller 16 als Motorgeschwindigkeitssignal 21 übertragen werden. Eine als ω_m bezeichnete Motorgeschwindigkeit kann gemessen, berechnet oder durch eine Kombination daraus bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Motorgeschwindigkeit ω_m als Änderung der Motorposition θ, die von dem Positionssensor 32 gemessen wird, über ein vorgegebenes Zeitintervall berechnet werden. Die Motorgeschwindigkeit ω_m kann beispielsweise als die Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung ω_m = Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit ist und Δθ die Positionsänderung während des Abtastintervalls ist. Alternativ kann die Motorgeschwindigkeit aus der Motorposition als die Änderungsrate der Position mit Bezug auf die Zeit hergeleitet werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche gut bekannte Methodiken zum Ausführen der Funktion einer Ableitung gibt.
Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das Drehmoment, das von dem Fahrzeugbediener auf das Lenkrad 26 aufgebracht wird. Der Drehmomentsensor 28 kann einen (nicht gezeigten) Torsionsstab und einen (ebenfalls nicht gezeigten) Sensor mit variablem Widerstand beinhalten, welcher ein variables Drehmomentsignal 18 an den Controller 16 in Relation zu dem Betrag der Verdrehung an dem Torsionsstab ausgibt. Obwohl dies eine Art von Drehmomentsensor ist, werden auch andere geeignete Drehmomenterfassungsvorrichtungen genügen, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet werden. In Ansprechen auf die verschiedenen Eingaben sendet der Controller einen Befehl 22 an den Elektromotor 19, der eine Drehmomentunterstützung für das Lenkungssystem durch eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 liefert, wodurch Drehmomentunterstützung für die Fahrzeuglenkung bereitgestellt wird.
Obwohl die offenbarten Ausführungsformen mit Hilfe der Bezugnahme auf eine Motorsteuerung für elektrische Lenkungsanwendungen beschrieben werden, sei darauf hingewiesen, dass festzustellen ist, dass diese Bezugnahmen lediglich zur Veranschaulichung dienen und dass die offenbarten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung angewendet werden können, die einen Elektromotor verwendet, z.B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen. Darüber können die Bezugnahmen und Beschreibungen hierin auf viele Formen von Parametersensoren angewendet werden, welche ohne Einschränkung, Drehmoment, Position, Geschwindigkeit und dergleichen beinhalten. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass Bezugnahmen hierin auf elektrische Maschinen, die ohne Einschränkung Motoren umfassen, der Kürze und Einfachheit halber hier im Nachstehenden ohne Einschränkung als Bezugnahmen auf Motoren benutzt werden.
In dem dargestellten Steuerungssystem 24 verwendet der Controller 16 das Drehmoment, die Position, und die Geschwindigkeit und dergleichen zum Berechnen eines oder mehrerer Befehle zur Lieferung der erforderlichen Ausgabeleistung. Der Controller 16 ist in Kommunikation mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems angeordnet. Der Controller 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, quantifiziert die empfangenen Informationen und stellt in Ansprechen darauf ein oder mehrere Ausgabebefehlssignale bereit, in diesem Fall beispielsweise für den Motor 19. Der Controller 16 ist ausgestaltet, um die entsprechenden Spannungen aus einem (nicht gezeigten) Umrichter heraus zu entwickeln, der optional in den Controller 16 integriert sein kann und hier als Controller 16 bezeichnet wird, so dass beim Anlegen an den Motor 19 das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen wird der Controller 24 in einem Regelungsmodus als Stromregler betrieben, um den Befehl 22 zu erzeugen. Alternativ wird der Controller 24 in einem oder mehreren Beispielen in einem Vorsteuerungsmodus betrieben, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen in Beziehung zu der Position und der Geschwindigkeit des Motors 19 und dem gewünschten Drehmoment stehen, werden die Position und/oder die Geschwindigkeit des Rotors und das von einem Bediener aufgebrachte Drehmoment bestimmt. Ein Positionscodierer ist mit der Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu detektieren. Der Codierer kann die Drehposition beruhend auf einer optischen Detektion, auf Schwankungen eines Magnetfelds oder auf anderen Methoden erfassen. Typische Positionssensoren umfassen Potentiometer, Resolver, Synchros, Codierer und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens einen der vorstehenden umfassen. Der Positionscodierer gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit diejenige des Motors 19 anzeigt.
Das gewünschte Drehmoment kann durch einen oder mehreren Drehmomentsensoren 28 bestimmt werden, welche Drehmomentsignale 18 übertragen, die ein aufgebrachtes Drehmoment anzeigen. Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen beinhalten einen derartigen Drehmomentsensor 28 und das/die Drehmomentsignale 18 davon, möglicherweise in Ansprechen auf einen nachgiebigen Torsionsstab, T-Stab, eine Feder oder eine ähnliche (nicht gezeigte) Vorrichtung, die ausgestaltet ist, um eine Antwort bereitzustellen, die das aufgebrachte Drehmoment anzeigt.
In einem oder mehreren Beispielen ist ein oder sind mehrere Temperatursensoren 23 an der elektrischen Maschine 19 angeordnet. Der Temperatursensor 23 ist vorzugsweise ausgestaltet, um die Temperatur des Erfassungsabschnitts des Motors 19 direkt zu messen. Der Temperatursensor 23 überträgt ein Temperatursignal 25 an den Controller 16, um die hier beschriebene Verarbeitung und Kompensation zu ermöglichen. Typische Temperatursensoren beinhalten Thermoelemente, Thermistoren, Thermostate und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens einen der vorstehenden Sensoren umfassen, welche, wenn sie geeignet platziert sind, ein kalibrierbares Signal bereitstellen, das zu der speziellen Temperatur proportional ist.
Unter anderem werden das Positionssignal 20, das Geschwindigkeitssignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 an den Controller 16 angelegt. Der Controller 16 verarbeitet alle Eingabesignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, was dazu führt, dass ein Rotorpositionswert, ein Motorgeschwindigkeitswert und ein Drehmomentwert für die Verarbeitung in den hier beschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale wie die vorstehend erwähnten werden nach Wunsch auch häufig linearisiert, kompensiert und gefiltert, um die Eigenschaften zu verbessern oder ungewünschte Eigenschaften des beschafften Signals zu beseitigen. Beispielsweise können die Signale linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern oder um einen großen Dynamikbereich des Signals anzusprechen. Zudem kann eine frequenz- oder zeitbasierte Kompensation und Filterung verwendet werden, um Rauschen zu beseitigen oder ungewünschte spektrale Eigenschaften zu vermeiden.
Um die beschriebenen Funktionen und die gewünschte Verarbeitung auszuführen sowie die Berechnungen dafür (z.B. die Identifikation von Motorparametern, Steuerungsalgorithmen und dergleichen) kann der Controller 16 ohne Einschränkung ein oder mehrere Prozessoren, Computer, DSPs, Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Register, Zeitgeber, Interrupts, Kommunikationsschnittstellen und Eingabe/Ausgabe-Signalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens eines der Vorstehenden umfassen, beinhalten. Zum Beispiel kann der Controller 16 eine Eingabesignalverarbeitung und Filterung beinhalten, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder Beschaffung derartiger Signale aus Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Zusätzliche Merkmale des Controllers 16 und bestimmter Prozesse darin werden zu einem späteren Zeitpunkt genau erörtert.
Wie früher beschrieben wurde, bezeichnet Schwankungsrauschen ein Rauschen mit niedriger Frequenz, das in einem EPS-System auftritt und typischerweise von dem Handraddrehmomentsensor verursacht wird. Das erfasste Drehmomentsignal weist Rauschen aufgrund eines inhärenten Rauschens in den erfassten analogen Signalen, und eines Quantisierungsrauschens in digitalen Sensoren sowie A/D-Wandlern auf. Die hier beschriebenen technischen Lösungen sprechen diese technischen Probleme des Schwankungsrauschens an, indem sie eine Verringerung des Schwankungsrauschens ermöglichen. In einem oder mehreren Beispielen verwenden die technischen Lösungen eine bedingte Filterung des Motordrehmomentbefehlssignals als Funktion mehrerer Systemzustandsvariablen, welche Motorgeschwindigkeit und Beschleunigung, Handraddrehmoment und Fahrzeuggeschwindigkeit beinhalten, um Schwankungsrauschen zu dämpfen, wobei die Stabilität und das Verhalten des gesamten EPS-Systems aufrecht erhalten werden. Da das Motordrehmoment eine Translation des Handraddrehmomentsignals ist, verringert ein Filtern des Motordrehmomentsignals das Schwankungsrauschen erheblich. Die hier beschriebenen technischen Lösungen verwenden die Filterung zwischen der Mechaniksteuerung der EPS und den Elektromotor-Steuerungsblöcken strategisch derart, dass die Abstimmung von beiden durch die Filterung nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
2 stellt ein EPS-Steuerungssystem mit Verwaltung von Schwankungsrauschen in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. 2 repräsentiert das EPS-System 40 unter Verwendung von Blöcken für den Motor 19, der Drehmoment (Te) für das mechanische System 170 bereitstellt, welches für die Übertragung des Drehmoments an die Räder des Fahrzeugs verantwortlich ist. Das mechanische System 170 variiert in Abhängigkeit von dem Typ der EPS 40. Wenn die EPS 40 beispielsweise ein Steer-by-Wire-System ist, kann das mechanische System 170 im Vergleich mit einem typischen Servolenkungssystem mit einer Antriebswelle und anderen mechanischen Komponenten mehr Komponenten beinhalten, die elektrische Signale übertragen.
Das Steuerungssystem 100 der elektrischen Servolenkung beinhaltet ein Lenkungssteuerungssystem 110, das einen Drehmomentbefehl (T*m) zum Manövrieren des Fahrzeugs erzeugt. In einem oder mehreren Beispielen kann das Lenkungssteuerungssystem 110 ein von einem menschlichen Bediener bedientes Handrad beinhalten. Alternativ oder zusätzlich beinhaltet das Lenkungssteuerungssystem 110 ein automatisches Fahrunterstützungssystem (ADAS), welches das Fahrzeug manövriert. Der von dem Lenkungssteuerungssystem erzeugte Drehmomentbefehl wird für den Motor 19 bereitgestellt, um Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen. Der Drehmomentbefehl wird an den Motor 19 angelegt, nachdem er von einer Motorsteuerung 130 in Motorspannungsbefehle umgewandelt wurde, welche ein Motorsteuerungssystem sein kann, das unter Verwendung eines Betriebsmodus mit Rückkopplung und/oder Vorsteuerung betrieben wird. In einem oder mehreren Beispielen überwacht das EPS-Steuerungssystem 100 das Drehmoment, das von dem mechanischen System 170 erzeugt wird, unter Verwendung eines oder mehrerer Sensoren 180. Zudem verwenden die technischen Lösungen hierin einen Drehmomentaufbereitungsblock 120 in dem EPS-Steuerungssystem 100.
Der Drehmomentaufbereitungsblock 120, der die Verwaltung von Schwankungsrauschen bereitstellt, beinhaltet ein Filter, dessen Parameter in Echtzeit als Funktion von einem oder mehreren Signalen variiert werden, zusammen mit einem Arbitrierungsmodul, welches die Parameterwertschwankungen aufgrund verschiedener Signalsignaturen überwacht und den endgültigen Wert (beruhend auf Schwankungsrauschenanforderungen zusammen mit dem Lenkungssystem sowie Fahrzeugstabilitätsbedingungen) bestimmt. Schwankungsrauschen ist typischerweise bei niedrigeren Motorgeschwindigkeiten hörbar, wenn sich das Fahrzeug nahezu im Stillstand befindet, wenn die anderen Fahrzeuggeräusche niedrig sind. Wenn sich der Motor 19 schneller dreht oder die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist, wird das Schwankungsrauschen von den anderen Geräuschen maskiert.
3 stellt ein Datenflussblockdiagramm der Verwaltung von Schwankungsrauschen dar, die in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen von dem Drehmomentaufbereitungsblock bereitgestellt wird. Der Drehmomentaufbereitungsblock 120 stellt die Verwaltung von Schwankungsrauschen unter Verwendung eines oder mehrerer Eingabesignale bereit. Der Drehmomentaufbereitungsblock beinhaltet neben weiteren Komponenten ein Filterparameter-Bestimmungsmodul 210, ein Arbitrierungsmodul 220, ein Filteraktivierungsmodul 230 und ein Schwankungsrauschen-Filtermodul 240. Die Komponenten beinhalten Hardwarekomponenten und Softwarekomponenten.
Wie in der Figur gezeigt ist, bestimmt das Filterparameter-Bestimmungsmodul 210 mindestens vier Sätze von Filterparametern F_p beruhend auf den verschiedenen Eingabesignalen. Danach bestimmt das Arbitrierungsmodul 220 die endgültigen Filterparameter f_p zusammen mit einem Merker F_en. Das Filteraktiverungsmodul 230 verwendet den Merker zum Aktivieren oder Deaktiveren des Filters 240. Das Filter 240 verwendet dann die endgültigen Filterparameter und filtert den Motordrehmomentbefehl $T_{mc}^{*},$
um den endgültigen Motordrehmomentbefehl $T_{m}^{*}$
zu erzeugen.
Beruhend auf dem Typ des Filters 240 bestimmt das Arbitrierungsmodul 220, welche endgültigen Filterparameter erzeugt werden sollen. Wenn das Filter 240 beispielsweise ein Tiefpassfilter ist, beinhalten die erzeugten endgültigen Filterparameter die Grenzfrequenz für das Tiefpassfilter. Das für die Verwaltung von Schwankungsrauschen verwendete Filter 240 kann ein einfaches Tiefpassfilter oder ein komplexeres Filter wie etwa ein Bandsperrenfilter sein. Das endgültige Ziel besteht darin, in der Lage zu sein, die Rauschfrequenzen in dem Schwankungsbereich zu filtern (zum Beispiel in dem Bereich von 200 bis 400 Hz, jedoch kann der Bereich für verschiedene Systeme unterschiedlich sein). In Abhängigkeit von Stabilitäts- oder Leistungsbedingungen kann das Filter 240 in einigen Fällen von dem Filteraktivierungsmodul 230 unter Verwendung des Merkers Fen insgesamt deaktiviert werden. Beispiele für verschiedene Filter (zeitkontinuierliche und zeitdiskrete Implementierungen), die zur Filterung von Schwankungsrauschen verwendet werden können, sind hier beschrieben.
4 stellt Beispiele für Filterimplementierungen für die Verwaltung von Schwankungsrauschen in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. So zeigt beispielsweise die Aufzeichnung 410 Beispiele für zeitkontinuierliche Filter und die Aufzeichnung 420 stellt Beispiele für zeitdiskrete Filter dar. Die Übertragungsfunktionen für zeitkontinuierliche Filter wie etwa ein Tiefpassfilter (LPF) oder ein Bandsperrenfilter (BRF) können wie folgt sein: $H_{L P F} (s) = \frac{ω_{c}}{s + ω_{c}}$
$H_{B P F} (s) = \frac{ω_{d}^{2} s^{2} + 2 ζ_{n} ω_{n} s + ω_{n}^{2}}{ω_{n}^{2} s^{2} + 2 ζ_{d} ω_{d} s + ω_{d}^{2}}$
wobei ω_c die Grenzfrequenz des LPF ist, während ω_n, ω_d die Eigenfrequenzen sind und ξ_η und ξ_d die Dämpfungsverhältnisse des BRF sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Vorstehende Beispiele für Filter sind, und dass in anderen Ausführungsformen stattdessen jede Filterkonstruktion verwendet werden kann, die eine Amplitudendämpfung in dem gewünschten Frequenzbereich bereitstellt.
In einem oder mehreren Beispielen werden zum Beispiel im Fall des Bandsperrenfilters die Filterparameter ω_n, ω_d, ξ_n und ξ_d in Echtzeit als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Handraddrehmoments, der Motorgeschwindigkeit und der Motorbeschleunigung variiert, um die Filterung durchzuführen. Zur Implementierung des Filters in eingebetteter Software können beliebige Diskretisierungstechniken verwendet werden, etwa die Tustin-Transformation, bei welcher die Beziehung zwischen s-Bereich und z-Bereich wie folgt ist. $s = \frac{2}{T_{s}} \frac{z - 1}{z + 1}$
Wie hier beschrieben ist, führt der Drehmomentaufbereitungsblock 120 die Filterung nur unter speziellen Bedingungen aus, wenn das Schwankungsrauschen hörbar ist (wenn keine Filterung angewendet wird). Dies stellt sicher, dass die Stabilität und Leistung des EPS-Systems 40 beibehalten wird, während gleichzeitig das Schwankungsrauschen verringert wird. Die Kriterien zur Planung der Filterparameter als Funktion von jedem der EPS-Systemsignale werden hier weiter beschrieben. Obwohl für die Beschreibung das Beispiel eines Tiefpassfilters verwendet wird, versteht es sich, dass die gleiche Idee auf jedes andere Filter ebenfalls einfach angewendet werden kann.
5 stellt die Planung von Filterparametern über der Motorgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. 5 stellt ein Beispielszenario dar, bei dem ein Tiefpassfilter als Filter 240 verwendet wird. Das Schwankungsrauschen ist am besten hörbar, wenn die Motorgeschwindigkeit niedrig ist (d.h. das Handrad stationär ist). Wenn die Motorgeschwindigkeit zunimmt, wird das Schwankungsrauschen durch andere Geräusche maskiert, etwa durch diejenigen aufgrund des mechanischen Systems 170, und es wird keine Filterung ausgeführt. Daher kann die Filtergrenzfrequenz so geplant werden, dass sie bei niedrigeren Motorgeschwindigkeiten niedrig ist, und umgekehrt. In der Aufzeichnung 520 von 5 ist ein Beispiel für die Planung der Grenzfrequenz über der Motorgeschwindigkeit gezeigt. Das Filterparameter-Bestimmungsmodul 210 kann das empfangene Motorgeschwindigkeitssignal verwenden, um einen Absolutwert zu berechnen (510) und um auf der Grundlage des Absolutwerts der Motorgeschwindigkeit den Filterparameter bestimmen, in diesem Fall die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters. Die bestimmten Filterparameter werden zum Konfigurieren des Filters 240 genutzt.
Wie in dem Beispiel von 5 dargestellt ist, wird die Grenzfrequenz auf einem niedrigen Wert von f₁ bei Motorgeschwindigkeiten gehalten, die kleiner als ω₁ sind, dann linear von ω₁ auf ω₂ erhöht und dann über Geschwindigkeiten von ω₂ auf einem hohen Wert f₂ gehalten. Diese Operation kann mathematisch wie folgt dargestellt werden: $f_{p ω} (ω_{m}) = {\begin{array}{r} f_{1}, \\ f_{1} + (ω_{m} - ω_{1}) \frac{f_{2} - f_{1}}{ω_{2} - ω_{1}}, \\ f_{2}, \end{array} \begin{array}{l} | ω_{m} | < ω_{1} \\ ω_{1} \leq | ω_{m} | < ω_{2} \\ | ω_{m} | \geq ω_{2} \end{array}$
Es soll erwähnt werden, dass die Funktion zwar so gezeigt ist, dass sie abschnittsweise linear ist, jedoch jede andere Funktion stattdessen verwendet werden kann, solange die Tendenzen ähnlich sind. Zum Beispiel kann stattdessen eine nichtlineare Funktion verwendet werden, die eine exponentielle Funktion heranzieht, wie nachstehend gezeigt ist: $f_{p ω} (ω_{m}) = max (a,1 - e^{- \frac{| ω_{m} |}{a}})$
Hier ist a ein abstimmbarer Parameter, der verändert werden kann, um die Gestalt der Grenzfrequenzfunktion zu variieren.
Ferner verwendet das Filterparameter-Bestimmungsmodul 210 in einem oder mehreren Beispielen zusätzlich zu der oder alternativ zu der Verwendung der Motorgeschwindigkeit die Fahrzeuggeschwindigkeit zur Bestimmung der Filterparameter. Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten maskieren die Kraftmaschinengeräusche das Schwankungsrauschen, so dass die Grenzfrequenz bei diesen Bedingungen erhöht werden kann, um die Leistung zu verbessern und die Stabilität aufrecht zu erhalten. Bei Bedingungen mit Stillstand oder nahezu Stillstand (d.h. bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten) ist das Schwankungsrauschen sehr gut hörbar, und daher wird die Grenzfrequenz niedrig gehalten. Funktionen, die denjenigen ähneln, die vorstehend dargestellt wurden, werden für die Geschwindigkeit und/oder die Fahrzeugbeschleunigung verwendet.
Des Weiteren kann das Filterparameter-Bestimmungsmodul 210 in einem oder mehreren Beispielen ferner das Handraddrehmoment zum Bestimmen der Filterparameter verwenden. Schwankungsrauschen wird als Funktion von sowohl der Amplitude als auch dem Frequenzinhalt des Handraddrehmoments modelliert. Bei Bedingungen mit höherer Last ist das Rauschen deutlich hörbar. Daher wird das Filtern nur über einem speziellen Schwellenwert des Handraddrehmoments ausgeführt. Eine Beispielfunktion (hartes Schalten) ist in 6 gezeigt.
Wie in 6 dargestellt ist, wird ein Absolutwert des Handraddrehmoment-Eingabesignals berechnet und zum Kalibrieren der Filterparameter für ein Tiefpassfilter verwendet. In dem veranschaulichten Beispiel wird eine Sprungfunktion verwendet, bei der die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters beruhend auf dem Wert des Handraddrehmoments konfiguriert wird.
7 stellt eine Planung von Filterparametern über einem Handraddrehmoment-Frequenzinhalt in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Bei schnellen Manövern ist der hochfrequente Inhalt des Handraddrehmomentsignals hoch. Daher kann die Planung von Filterparametern auch als Funktion des Frequenzinhalts des Handraddrehmoments ausgeführt werden. 7 stellt ein Beispiel für diese Planungsfunktion dar. In dem Beispiel wird das Handraddrehmoment-Eingabesignal zuerst durch ein Hochpassfilter 710 gefiltert und der gefilterte Hochpassinhalt (T'_hw) wird zur Bestimmung der Filterparameter verwendet. Wie hier beschrieben ist, wird ein Absolutwert des Hochpassinhaltes (T'_hw) berechnet (bei 720) und (bei 730) verwendet, um die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters zu bestimmen, das als das Schwankungsrauschenfilter 240 verwendet wird. Zum Beispiel wird die Grenzfrequenz auf einen vorbestimmten niedrigeren Wert f₁ gesetzt, wenn der Hochpassinhalt (T'_hw) unter einem vorbestimmten Wert (H₀) ist, und ein vorbestimmter höherer Wert f₂ wird verwendet, wenn der Hochpassinhalt (T'_hw) über den vorbestimmten Wert H₀ liegt (oder gleich diesem ist).
In einem oder mehreren Beispielen berechnet das Filterparameter-Bestimmungsmodul 210 die Filterparameter unter Verwendung der mehreren Eingabesignale wie hier beschrieben. Ferner empfängt das Arbitrierungsmodul 220 die mehreren Filterparameter, die bestimmt wurden, und bestimmt die endgültigen Filterparameter, zum Beispiel eine Filtergrenzfrequenz, auf die das Filter 240 (in Echtzeit) abgestimmt wird. Obwohl das Arbitrierungsmodul 220 die endgültigen Filterparameter aus den bestimmten mehreren Filterparametern auf verschiedene Weisen bestimmen kann, liegt der Schlüssel darin, sicherzustellen, dass die Stabilität des Fahrzeugs und des Lenkungssystems immer sichergestellt wird, sogar auf Kosten von Schwankungsrauschen (wenn benötigt). Das Arbitrierungsmodul 220 kann das Schwankungsrauschenfilter 240 sogar deaktivieren, zum Beispiel, wenn die Stabilität der EPS 40 bedroht wird.
Ein Beispiel für die Arbitrierungslogik, die von dem Arbitrierungsmodul 220 implementiert wird, kann eine konditionale „Minimum“-Funktion beinhalten, d.h. eine Funktion, die das Minimum von allen Grenzfrequenzen, die beruhend auf den verschiedenen Signalen bestimmt wurden, verwendet, aber zu dem Maximum oder Standardwert übergeht, wenn Funktionen zur Überwachung der Stabilität und/oder der Leistung bestimmen, dass die Verzögerung aufgrund der niedrigen Grenzfrequenz wegen der „Minimum“-Operation nicht ausreicht, um die Stabilität und eine befriedigende Leistung des EPS-Systems 40 sicherzustellen.
8 stellt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Verwalten von Schwankungsrauschen in einem elektrischen Servolenkungssystem in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das Verfahren beinhaltet bei 810 das Berechnen mehrerer Filterparameter jeweils beruhend auf einem anderen Signal in der EPS. Wie hier beschrieben werden die Filterparameter beispielsweise unter Verwendung eines oder mehrerer Parameter berechnet, etwa der Motorgeschwindigkeit, der Beschleunigung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Handraddrehmoments. Das Verfahren beinhaltet ferner, dass bei 820 ein endgültiger Filterparameter durch Entscheiden zwischen den mehreren Filterparametern bestimmt wird. Das Entscheiden kann umfassen, dass die Filterparameter miteinander verglichen werden und/oder vorbestimmte Schwellenwerte verwendet werden. In einem oder mehreren Beispielen kann das Entscheiden das Wählen eines niedrigsten (Minimum) Filterparameterwerts beinhalten. Alternativ oder zusätzlich kann das Entscheiden das Wählen eines höchstens (Maximum) Filterparameterwerts beinhalten. Alternativ oder zusätzlich kann das Entscheiden das Wählen sowohl des niedrigsten und des höchsten Werts beinhalten.
Die Auswahl des endgültigen Filterparameters hängt von dem Filtertyp ab, der verwendet wird. Wenn das Filter beispielsweise ein Tiefpassfilter ist, wird ein einziger Grenzfrequenzparameter gewählt. Alternativ oder zusätzlich werden im Fall eines Bandpassfilters zwei Filterparameterwerte für das Band, das gefiltert wird, gewählt. Es sei erwähnt, dass in anderen Beispielen andere Filtertypen verwendet werden können und entsprechend werden die gewählten Filterparameter variiert.
Ferner beinhaltet das Verfahren bei 830 das Bestimmen, ob das Filter 240 aktiviert oder deaktiviert werden soll. Zum Beispiel wird ein Filteraktivierungsmerker beruhend auf dem bzw. den endgültigen Filterparametern im Vergleich mit einem oder mehreren vorbestimmten Schwellenwerten bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann das Filter beruhend auf einer Stabilität des Lenkungssystems 40, die unabhängig von den Filterparametern bestimmt wird, aktiviert/deaktiviert werden. Im Fall, dass das Filter beruhend darauf, dass der Filteraktivierungsmerker FALSCH/AUSGESCHALTET ist, deaktiviert werden soll, wird das Filter 240 nicht verwendet und der von dem Controller 26 erzeugte Motordrehmomentbefehl wird bei 840 zum Anlegen an den Motor 19 weitergeleitet. Wenn alternativ das Filter dadurch aktiviert wird, dass der Filteraktivierungsmerker WAHR/EINGESCHALTET ist, wird das Filter 240 bei 850 mit dem/den endgültigen Filterparametern von dem Arbitrierungsmodul 230 konfiguriert. Bei 860 wird der Motordrehmomentbefehl dann unter Verwendung des konfigurierten Filters 240 gefiltert, um einen gefilterten Motordrehmomentbefehl zum Anlegen an den Motor 19 zu erzeugen.
Wie hier beschrieben ist, kann das Anlegen eines Motordrehmomentbefehls umfassen, dass der Motordrehmomentbefehl in einen Spannungs/Strombefehl umgewandelt wird, der an den Motor 19 angelegt wird, um einen Drehmomentbetrag zu erzeugen, der durch den Motordrehmomentbefehl angegeben ist.
Die eine oder die mehreren Ausführungsformen der hier beschriebenen technischen Lösungen sprechen die technische Herausforderung des Dämpfens von Schwankungsrauschen an, das in elektrischen Servolenkungssystemen typischerweise vorhanden ist. Das Rauschen enthält allgemein einen Rauschfrequenzinhalt, wobei der Bereich der Rauschfrequenzen für verschiedene Systeme variieren kann und typischerweise um 200 bis 250 Hz herum liegt. In einigen Fällen kann der Frequenzbereich des Rauschens mit Softwaredurchlaufraten zusammenfallen oder er kann Frequenzrauschen aufgrund von PWM und Umrichterschalten beinhalten. Gegenwärtige technische Lösungen zum Dämpfen des Schwankungsrauschens beinhalten das Verringern des Ansprechverhaltens oder der Bandbreite der Motorsteuerung, das Überabtasten und Filtern von Handraddrehmoment, das direkte (bedingungslose) Tiefpassfiltern des Handraddrehmoments und das Verringern des Ansprechverhaltens von Steuerungsfunktionen, die Rauschen verstärken. In einem oder mehreren Beispielen wird eine Kombination dieser Techniken verwendet, jedoch erfordert das Verwenden mehrerer Techniken ein koordiniertes und mühsames Abstimmen aufgrund von mehreren betroffenen Funktionen und eine lange Abstimmzeit aufgrund der zyklischen Natur eines derartigen Abstimmprozesses. Ferner führen diese Techniken zu einem verschlechterten Lenkungsgefühl und einer verschlechterten Lenkungsstabilität. Die hier beschriebenen technischen Lösungen sprechen das technische Problem des Dämpfens des Schwankungsrauschens in Lenkungssystemen durch eine bedingte Filterung eines Motordrehmomentbefehls an, wobei das Filtern auf mehreren Signalen beruht, etwa der Motorgeschwindigkeit, der Beschleunigung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Handraddrehmoments. Daher verringern die hier beschriebenen technischen Lösungen ein Schwankungsrauschen, während die Leistung und Stabilität des Lenkungssystems beibehalten wird. Ferner stellen die technischen Lösungen eine einzige Funktion zur vollständigen Verwaltung von Schwankungsrauschen bereit, wodurch die Kalibrierungs- und Abstimmungszeit reduziert wird.
Obwohl die vorliegende Offenbarung im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es leicht zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Stattdessen kann die vorliegende Offenbarung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier im Vorstehenden nicht beschrieben sind, welche aber mit dem Umfang der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, versteht es sich außerdem, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen oder Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen enthalten können. Entsprechend darf die vorliegende Offenbarung nicht so aufgefasst werden, dass sie durch die vorstehende Beschreibung beschränkt wird.

Claims

Verfahren zum Dämpfen von Schwankungsrauschen in einem Lenkungssystem, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Vielzahl von Filterparametern berechnet wird, wobei jeder Filterparameter auf einem entsprechenden Signal in dem Lenkungssystem beruht; mindestens ein endgültiger Filterparameter aus der Vielzahl von Filterparametern bestimmt wird, indem zwischen der Vielzahl von Filterparametern entschieden wird; ein Filter unter Verwendung des mindestens einen endgültigen Filterparameters dynamisch konfiguriert wird; und ein Motordrehmomentbefehl unter Verwendung des Filters gefiltert wird, wobei ein gefilterter Motordrehmomentbefehl an einen Motor angelegt wird, um einen entsprechenden Drehmomentbetrag zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Filterparametern beruhend auf einer Motorgeschwindigkeit, einer Motorbeschleunigung, einer Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. einem Handraddrehmoment berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das dynamische Konfigurieren des Filters ein Deaktivieren des Filters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entscheiden zwischen der Vielzahl von Filterparametern umfasst, dass ein minimaler Filterparameter gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entscheiden zwischen der Vielzahl von Filterparametern umfasst, dass ein maximaler Filterparameter gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entscheiden zwischen der Vielzahl von Filterparametern umfasst, dass mindestens zwei endgültige Filterparameter gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Filter ein Tiefpassfilter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Filter ein Bandpassfilter ist.
Vorrichtung zum Verwalten von Schwankungsrauschen in einem Lenkungssystem, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Filtermodul, das einen gefilterten Motordrehmomentbefehl beruhend auf einem Eingabedrehmomentbefehl erzeugt, wobei der gefilterte Motordrehmomentbefehl an einen Motor angelegt wird, um einen entsprechenden Drehmomentbetrag zu erzeugen; ein Filterparameter-Bestimmungsmodul, das eine Vielzahl von Filterparametern berechnet, wobei jeder Filterparameter auf einem entsprechenden Signal in dem Lenkungssystem beruht; und ein Arbitrierungsmodul, das mindestens einen endgültigen Filterparameter aus der Vielzahl von Filterparametern bestimmt, indem es zwischen der Vielzahl von Filterparametern entscheidet, und das Filtermodul unter Verwendung des mindestens einen endgültigen Filterparameters auf dynamische Weise konfiguriert.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein erster Filterparameter aus der Vielzahl von Filterparametern beruhend auf einer Motorgeschwindigkeit berechnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein erster Filterparameter aus der Vielzahl von Filterparametern beruhend auf einer Motorbeschleunigung berechnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein erster Filterparameter aus der Vielzahl von Filterparametern beruhend auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein erster Filterparameter aus der Vielzahl von Filterparametern beruhend auf einem Handraddrehmoment berechnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das dynamische Konfigurieren des Filters ein Deaktivieren des Filters umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Filtermodul ein Tiefpassfilter ist.