DE102019109006B4

DE102019109006B4 - Störungsvorkompensation für eine positionsregelung in lenkungssystemen

Info

Publication number: DE102019109006B4
Application number: DE102019109006.7A
Authority: DE
Inventors: Prerit Pramod; Kai Zheng; Mariam Swetha George; Tejas M. Varunjikar
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2039-04-06
Also published as: CN110341786B; CN110341786A; US20190308659A1; DE102019109006A1; US11180186B2

Abstract

Lenkungssystem (40), das umfasst:einen Positionscontroller (500), der einen Drehmomentbefehl beruhend auf einem Eingabepositionsregelbefehl und einer gemessenen Position der Zahnstange erzeugt;einen Zahnstangenkraftschätzer (450), der basierend auf zumindest zwei Übertragungsfunktionen eine Zahnstangenkraft schätzt, die auf eine Zahnstange einwirkt und die als ein Zustand mit einer unbekannten anfänglichen Sprungeingabe modelliert wird;einen Addierer, der einen justierten Drehmomentbefehl erzeugt, indem er die Zahnstangenkraft, die geschätzt wird, zu dem Drehmomentbefehl addiert; undeinen Aktor, der die Zahnstange in Übereinstimmung mit dem justierten Drehmomentbefehl positioniert.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft Lenkungssysteme mit Störungsvorkompensation für eine Positionsregelung.
Von Fahrzeugen verwendete Lenkungssysteme können einen Positionsregler beinhalten, der eine Zahnstange in Übereinstimmung mit einem Positionsbefehl lenkt. Beispiele für Lenkungssysteme, die einen derartigen Positionsregler beinhalten, können ein Steer-by-Wire-System (SbW-System), das einen Straßenradaktor (RWA) beinhaltet, ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) und dergleichen umfassen. Der Positionsbefehl kann durch den Positionsregler von einem menschlichen Fahrer oder einem autonomen Fahrer, etwa bei einem fortschrittlichen Fahrerassistenzsystem (ADAS), empfangen werden.
DE 10 2008 042 666 A1 offenbart ein Verfahren zur Kompensation von auf eine Lenkung wirkenden Störgrößen, wobei eine Ist-Zahnstangenkraft mittels eines Beobachtermodells geschätzt wird. DE 10 2005 034 176 A1 lehrt eine Lenkvorrichtung, die einen unerwünschten Eindruck eines Fahrers am Lenkrad mittels einer Adjustierung des Sollwinkels des Lenkrads verhindert. DE 10 2015 210 283 A1 beschreibt eine Lenkvorrichtung, welche basierend auf einem Lenkwinkel und einer Fahrzeuggeschwindigkeit einen optimalen Ackermann-Effekt-Wert einstellt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Lenkungssystem und ein entsprechendes Verfahren für ein Lenkungssystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Es werden technische Lösungen für eine Störungsvorkompensationstechnik beschrieben, um die Störungsabweisungseigenschaften eines Positionsregelsystems zu verbessern. Die hier beschriebenen technischen Lösungen können unabhängig von einer Basis-Positionsregelarchitektur verwendet werden. Ferner verfügt die resultierende Störungsabweisung im Vergleich mit typischen Lösungen über eine verbesserte Konsistenz bei variierenden Bedingungen, die Reibung usw. beinhalten, da zur Kompensation eine in Echtzeit geschätzte Zahnstangenkraft verwendet wird. Ferner ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen eine Verbesserung der Störungsabweisungseigenschaften und damit der Positionsnachführungsleistung des Regelsystems.
Es werden technische Lösungen für eine Störungsvorkompensationstechnik beschrieben, um die Störungsabweisungseigenschaften eines Positionsregelsystems zu verbessern. In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Lenkungssystem einen Positionsregler, der einen Drehmomentbefehl beruhend auf einem Zahnstangenpositions-Eingabebefehl und einem gemessenen Positionsbefehl erzeugt. Ferner schätzt ein Zahnstangenkraftschätzer basierend auf zumindest zwei Übertragungsfunktionen eine auf eine Zahnstange einwirkende Zahnstangenkraft, die als ein Zustand mit einer unbekannten anfänglichen Sprungeingabe modelliert wird, und ein Addierer erzeugt einen justierten Drehmomentbefehl, indem er die Zahnstangenkraft, die geschätzt wird, zu dem Drehmomentbefehl addiert. Das Lenkungssystem beinhaltet ferner einen Aktor, der die Zahnstange in Übereinstimmung mit dem justierten Drehmomentbefehl positioniert.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren, dass von einem Positionsregler ein Drehmomentbefehl beruhend auf einem Zahnstangenpositions-Eingabebefehl erzeugt wird. Das Verfahren beinhaltet ferner, dass von einem Zahnstangenkraftschätzer basierend auf zumindest zwei Übertragungsfunktionen eine Zahnstangenkraft, die auf eine Zahnstange einwirkt und die als ein Zustand mit einer unbekannten anfänglichen Sprungeingabe modelliert wird, geschätzt wird. Ferner beinhaltet das Verfahren, dass ein justierter Drehmomentbefehl erzeugt wird, indem die geschätzte Zahnstangenkraft zu dem Drehmomentbefehl addiert wird. Das Verfahren beinhaltet ferner, dass die Zahnstange durch einen Motor in Übereinstimmung mit dem justierten Drehmomentbefehl, der an den Motor angelegt wird, positioniert wird.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Lenkungssystem eine Zahnstange, einen Motor und ein Zahnstangenpositionierungssystem, das ausgestaltet ist, um ein Verfahren auszuführen, das beinhaltet, dass von einem Positionsregler ein Drehmomentbefehl beruhend auf einem Zahnstangenpositions-Eingabebefehl erzeugt wird. Das Verfahren beinhaltet ferner, dass durch einen Zahnstangenkraftschätzer basierend auf zumindest zwei Übertragungsfunktionen eine auf eine Zahnstange einwirkende Zahnstangenkraft, die als ein Zustand mit einer unbekannten anfänglichen Sprungeingabe modelliert wird, geschätzt wird. Ferner beinhaltet das Verfahren, dass ein justierter Drehmomentbefehl erzeugt wird, indem die Zahnstangenkraft, die geschätzt wird, zu dem Drehmomentbefehl addiert wird. Das Verfahren beinhaltet ferner, dass von einem Motor die Zahnstange in Übereinstimmung mit dem justierten Drehmomentbefehl, der an den Motor angelegt wird, positioniert wird.
Diese und weitere Vorteile und Eigenschaften werden sich aus der folgenden Beschreibung besser ergeben, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird.
Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird speziell offengelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Das Vorstehende und andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden genauen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen:

1 ein fortschrittliches Fahrerassistenzsystem in einem Fahrzeug in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
2 eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems ist;
3 eine beispielhafte Ausführungsform eines Steer-by-Wire-Systems ist;
4 ein Positionssteuerungssystem mit offenem Kreis darstellt;
5 ein Blockdiagramm des Positionssteuerungssystems mit offenem Kreis mit einer Störungsabweisung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
6 ein Positionssteuerungssystem mit offenem Kreis mit einer unveränderten effektiven Anlage in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt; und
7 ein Positionsregelungssystem mit Störungsabweisung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt.

Die Begriffe Modul und Teilmodul bezeichnen, so wie sie hier verwendet werden, eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen, 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.
1 stellt ein fortschrittliches Fahrerassistenzsystem in einem Fahrzeug in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Es ist festzustellen, dass das gezeigte und beschriebene Lenkungssystem 40 in einem autonomen oder semiautonomen Fahrzeug oder in einem herkömmlicheren Fahrzeug verwendet werden kann. In einem Fahrzeug 100 kann ein fortschrittliches Fahrerassistenzsystem (ADAS) 110 mit einem Lenkungssystem 40, mit einem oder mehreren Straßenrädern 44 (über eine oder mehrere Steuerungseinheiten) und mit anderen Steuerungseinheiten in dem Fahrzeug 100 gekoppelt sein. Das ADAS 110 kann einen oder mehrere Prozessoren 112 und eine oder mehrere Speichervorrichtungen 114 beinhalten.
Das ADAS 110 empfängt ein oder mehrere Eingabesignale, die Daten und/oder Befehle beinhalten, von den Steuerungseinheiten, etwa dem Regler 16 des Lenkungssystems 40. Das ADAS 110 kann ferner ein oder mehrere Eingabesignale von einem oder mehreren Sensoren 116 empfangen, etwa von einer Kamera, einem Radar, einem Lidar oder beliebigen anderen Sensoren. Das ADAS 110 kann ferner Signale, die Daten und/oder Befehle beinhalten, an die Steuerungseinheiten senden, etwa an einen Regler 16 des Lenkungssystems 40. Das ADAS 110 kann ferner eine Eingabe von dem menschlichen Fahrer empfangen, etwa ein Ziel, eine oder mehrere Präferenzen und dergleichen.
Das ADAS 110 kann Benachrichtigungen für den Fahrer bereitstellen, etwa während einer Interaktion mit dem Fahrer und/oder in Ansprechen auf eine oder mehrere Bedingungen in dem Fahrzeug 100. Die Benachrichtigungen können Audio-Benachrichtigungen, visuelle Benachrichtigungen, haptische Benachrichtigungen, Drehmomentbenachrichtigungen und dergleichen beinhalten. Zum Beispiel können Audio-/visuelle Benachrichtigungen über eine Informationseinheit von Fahrer zu Fahrzeug, über Lautsprecher, die in dem Fahrzeug 100 eingerichtet sind und dergleichen gesendet werden. Die haptischen Benachrichtigungen können über einen Sitz, über das Lenkungssystem 40 und dergleichen bereitgestellt werden. Die Drehmomentbenachrichtigung kann über das Lenkungssystem 40 gesendet werden, zum Beispiel durch Erzeugen einer Drehmomentüberlagerung, die zu einem Assistenzdrehmoment addiert wird, welches erzeugt wird, um den Fahrer beim Betrieb des Fahrzeugs 100 zu unterstützen.
In einem oder mehreren Beispielen bestimmt das ADAS 110 eine Fahrwegtrajektorie für das Fahrzeug 100 automatisch. Die Sensoren 116 werden verwendet, um mehrere ADAS-Merkmale bereitzustellen, die eine Querbewegung des Fahrzeugs 100 beeinflussen, wie etwa Spurhalteassistenz, Spurzentrierungsassistenz, Totzonenassistenz usw. Diese Merkmale können dazu beitragen, dass der Fahrer Kollisionen vermeidet, etwa eine seitliche Kollision, eine Frontkollision usw. Wenn das ADAS 110 diese Funktionalität bereitstellt, beurteilt es die Absicht des Fahrers, etwa Beschleunigen, Spurwechsel usw. ADAS-Merkmale wie LKA (Spurhalteassistenz) können sich auf sensorbasierte Fahrspurinformationen stützen, um die Nachbarschaft des Fahrzeugs zu einer Fahrspurmarkierung oder die Möglichkeit, dass das Fahrzeug beruhend auf einer Querbewegung in eine andere Spur wechselt, detektieren. Bezogen auf eine Fahrereingabe sind derartige Informationen jedoch oft verzögert. Aufgrund der Physik gibt es eine bestimmte Verzögerung nach dem Aufbringen eines Handraddrehmoments durch den Fahrer, bevor eine Bewegung des Fahrzeugs bewirkt wird. Für eine Kollisionsvermeidungsanwendung ist eine derartige Verzögerung nicht wünschenswert, da es zu spät sein kann, eine potentielle Seitenkollision vorherzusagen und eine notwendige Drehmomentüberlagerung aufzubringen.
Hier beschriebene technische Lösungen ermöglichen ein schnelleres Bestimmen einer vorhergesagten Fahrzeugtrajektorie als bei einer sensorbasierten Trajektorienvorhersage. Zur Überwindung der technischen Probleme bei der sensorbasierten Fahrzeugtrajektorienvorhersage verwenden die hier beschriebenen technischen Lösungen Lenkungssignale wie etwa ein Torsionsstabdrehmoment, um die Fahrzeugtrajektorie vorherzusagen. Die vorhergesagte Trajektorie (oder Strecke) kann verwendet werden, um die Absichten des Fahrers zu erkennen und falls notwendig zu handeln, um eine potentielle Kollision (Seite, Front usw.) abzuschwächen.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen sind sowohl auf EPS-Systeme als auch auf SbW-Systeme (elektrische Servolenkungssysteme und Steer-by-Wire-Systeme) anwendbar. Mit Bezugnahme auf die Figuren, bei denen die technischen Lösungen mit Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben werden, ohne sie einzuschränken, ist 2 eine beispielhafte Ausführungsform für ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) 40 in einem Fahrzeug 100, das zur Implementierung der offenbarten Ausführungsformen geeignet ist, und 3 ist eine beispielhafte Ausführungsform für ein SbW-System 40 zur Implementierung der beschriebenen Ausführungsformen. Sofern es nicht speziell anderweitig beschrieben ist, bezieht sich das vorliegende Dokument auf ein Lenkungssystem 40, das entweder ein EPS-System oder ein SbW-System oder eine beliebige andere Art von Lenkungssystem sein kann, in welchem die hier beschriebenen technischen Lösungen verwendet werden können.
In 2 ist der Lenkungsmechanismus 36 ein System mit einer Zahnstange und einem Ritzelzahnrad und es 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 Fahrereingabe, die hier nachstehend als ein Handrad oder Lenkrad 26 bezeichnet wird, gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29 und die untere Lenkwelle 51, die mit der oberen Lenkwelle 29 durch ein Kreuzgelenk 34 verbunden ist, dreht das Ritzelzahnrad. Eine Drehung des Ritzelzahnrads bewegt die Zahnstange, welche Spurstangen 38 (nur eine ist gezeigt) bewegt, wodurch wiederum die Lenkungsachsschenkel 39 (nur einer ist gezeigt) bewegt werden, welche ein oder mehrere lenkbare Räder oder Reifen 44 (nur eines/einer ist gezeigt) drehen bzw. einschlagen. Obwohl hier ein System mit einer Zahnstange und einem Ritzelzahnrad beschrieben ist, kann das EPS-System in anderen Ausführungsformen ein EPS mit Lenksäulenassistenz (CEPS), ein EPS mit Ritzelzahnradassistenz (PEPS), ein EPS mit doppelter Ritzelzahnradassistenz oder eine andere Art von EPS sein.
Eine elektrische Servolenkungsunterstützung wird durch die Steuerungsvorrichtung bereitgestellt, die allgemein durch Bezugszeichen 24 bezeichnet ist und den Regler 16 und einen Elektromotor 46 beinhaltet, welcher ein synchroner Permanentmagnetmotor (PMSM) oder ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor (PMDC) oder ein beliebiger anderer Typ von Motor sein kann und hier im Nachstehenden als Motor 46 bezeichnet wird. Der Regler 16 wird durch eine Leitung 12 von der Fahrzeugstromversorgung 10 mit Leistung versorgt. Der Regler 16 empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14, das die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Ein Lenkwinkel wird durch einen Positionssensor 32 gemessen, welcher ein Sensor mit optischer Codierung, ein Sensor mit variablem Widerstand oder ein beliebiger anderer geeigneter Positionssensor sein kann und dem Regler 16 ein Positionssignal 20 zuführt. Eine Motorgeschwindigkeit kann mit einem Tachometer oder einer beliebigen anderen Vorrichtung gemessen werden und als Motorgeschwindigkeitssignal 21 an den Regler 16 übertragen werden. Eine als ω_m bezeichnete Motorgeschwindigkeit kann gemessen, berechnet oder durch eine Kombination daraus bestimmt werden. Beispielsweise kann die Motorgeschwindigkeit ω_m als die Änderung der Motorposition θ, die durch einen Positionssensor 32 gemessen wird, über ein vorgegebenes Zeitintervall berechnet werden. Beispielsweise kann die Motorgeschwindigkeit ω_m als die Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung ω_m = Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit ist und Δθ die Änderung der Position während des Abtastintervalls ist. Alternativ kann die Motorgeschwindigkeit aus der Motorposition als die zeitliche Änderungsrate der Position hergeleitet werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche gut bekannte Methoden zum Ausführen der Funktion einer Ableitung gibt.
Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das von dem Fahrzeugfahrer auf das Lenkrad 26 aufgebrachte Drehmoment. 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 Regler 16 im Verhältnis zu dem Betrag der Verdrehung am Torsionsstab ausgibt. Dies ist zwar eine Art von Drehmomentsensor, jedoch wird jede andere geeignete Drehmomenterfassungsvorrichtung, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird, genügen. In Ansprechen auf die verschiedenen Eingaben sendet der Regler einen Befehl 22 an den Elektromotor 46, der eine Drehmomentunterstützung für das Lenkungssystem durch eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 liefert, wodurch eine Drehmomentunterstützung für die Fahrzeuglenkung bereitgestellt wird.
In dem dargestellten Regelsystem 24 verwendet der Regler 16 das Drehmoment, die Position und die Geschwindigkeit und dergleichen, um einen oder mehrere Befehle zur Lieferung der benötigten Ausgabeleistung zu berechnen. Der Regler 16 ist in Kommunikation mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorregelsystems angeordnet. Der Regler 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, quantifiziert die empfangenen Informationen und stellt in Ansprechen darauf Ausgabebefehlssignale bereit, in diesem Beispiel z.B. für den Motor 46. Der Regler 16 ist ausgestaltet, um die entsprechenden Spannungen aus einem (nicht gezeigten) Umrichter heraus zu entwickeln, welcher optional in den Regler 16 integriert sein kann und hier als Regler 16 bezeichnet wird, so dass beim Anlegen an den Motor 46 das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet der Regler 24 in einem Steuerungsmodus mit Rückkopplung als Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. Alternativ arbeitet in einem oder mehreren Beispielen der Regler 24 in einem Vorsteuerungsmodus, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen in Bezug mit der Position und der Geschwindigkeit des Motors 46 und dem gewünschten Drehmoment stehen, werden die Position und/oder die Geschwindigkeit des Rotors und das von einem Fahrer aufgebrachte Drehmoment ermittelt. Ein Positionscodierer ist mit der Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu detektieren. Der Codierer kann die Drehposition beruhend auf einer optischen Detektion, von Magnetfeldschwankungen oder anderen Methoden erfassen. Typische Positionssensoren beinhalten Potentiometer, Resolver, Synchros, Codierer und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens eines der vorstehenden Elemente umfassen. Der Positionscodierer gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit diejenige des Motors 46 anzeigt.
Das gewünschte Drehmoment kann von einem oder mehreren Drehmomentsensoren 28 bestimmt werden, die Drehmomentsignale 18 übertragen, welche ein aufgebrachtes Drehmoment anzeigen. Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen beinhalten einen derartigen Drehmomentsensor 28 und die Drehmomentsignale 18 davon, die auf einen nachgiebigen Torsionsstab, T-Stab, eine Feder oder eine ähnliche (nicht gezeigte) Vorrichtung ansprechen können, die ausgestaltet ist, um eine Antwort bereitzustellen, welche das aufgebrachte Drehmoment anzeigt.
In einem oder mehreren Beispielen kann ein oder können mehrere Temperatursensoren 23 sich am Elektromotor 46 befinden. Der Temperatursensor 23 ist vorzugsweise ausgestaltet, um die Temperatur des Erfassungsabschnitts des Motors 46 direkt zu messen. Der Temperatursensor 23 überträgt ein Temperatursignal 25 an den Regler 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 bei geeigneter Platzierung ein kalibrierbares Signal bereitstellen, das proportional zu der speziellen Temperatur ist.
Neben weiteren Signalen werden das Positionssignal 20, das Geschwindigkeitssignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 an den Regler 16 angelegt. Der Regler 16 verarbeitet alle Eingabesignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, was dazu führt, dass ein Rotorpositionswert, ein Motorgeschwindigkeitswert und ein Drehmomentwert zur Verarbeitung in den hier beschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale wie die vorstehend erwähnten werden häufig außerdem nach Wunsch linearisiert, kompensiert und gefiltert, um die Eigenschaften zu verbessern oder ungewünschte Eigenschaften des beschafften Signals zu beseitigen. Zum Beispiel 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 Spektralkennlinien 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 Regler 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 Elemente umfassen, beinhalten. Zum Beispiel kann der Regler 16 eine Verarbeitung und Filterung von Eingabesignalen beinhalten, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder Beschaffung dieser Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Zusätzliche Merkmale des Reglers 16 und bestimmter Prozesse darin werden hier zu einem späteren Zeitpunkt gründlich erörtert.
3 stellt ein beispielhaftes SbW-System in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das SbW-System 40 beinhaltet einen Handradaktor (HWA) 70 und einen Straßenradaktor (RWA) 80. Der Regler 16 ist in zwei Blöcke aufgespalten, einen Regler oder Controller 16A und einen Regler oder Controller 16B, welche dem HWA 70 bzw. dem RWA 80 zugeordnet sind. In anderen Beispielen kann der Regler 16 auf eine beliebige andere Weise verteilt sein.
Der HWA 70 beinhaltet eine oder mehrere mechanische Komponenten, etwa das Lenkrad 26 (das Handrad), eine Lenksäule und einen Motor/Umrichter, der an der Lenksäule entweder durch einen Getriebemechanismus oder durch ein Direktantriebssystem angebracht ist. Der HWA 70 beinhaltet ferner den Mikrocontroller 16A, der den Betrieb der mechanischen Komponenten steuert. Der Mikrocontroller 16A empfängt und/oder erzeugt Drehmoment über die eine oder die mehreren mechanischen Komponenten. Zum Beispiel kann der Mikrocontroller 16A eine Drehmomentbefehlanforderung an einen Motor/Umrichter senden, der dieses Drehmoment erzeugen wird.
Der RWA 80 enthält eine oder mehrere mechanische Komponenten, etwa eine Lenkungszahnstange, die mit einem Motor/Umrichter durch eine Anordnung mit einer Kugelmutter/Kugelrollspindel (Getriebe) oder einem Ritzelzahnrad gekoppelt ist, und die Zahnstange ist mit den Straßenrädern/Reifen 44 des Fahrzeugs durch Spurstangen verbunden. Der RWA 80 beinhaltet den Mikrocontroller 16B, der den Betrieb der mechanischen Komponenten steuert. Der Mikrocontroller 16B empfängt und/oder erzeugt Drehmoment über die eine oder die mehreren mechanischen Komponenten. Zum Beispiel kann der Mikrocontroller 16B eine Drehmomentbefehlanforderung an einen Motor/Umrichter senden, der dieses Drehmoment erzeugen wird. Es sei darauf hingewiesen, dass in einem oder mehreren Beispielen jedes Rad in dem Fahrzeug 100 einen jeweiligen Aktor beinhaltet, der die Position des Rads steuert. In diesen Fällen beinhaltet der RWA 80 mehrere Aktoren, die durch einen gemeinsamen Eingabepositionsbefehl mit weiterer Verarbeitung wie hier beschrieben gesteuert werden.
Die Mikrocontroller 16A und 16B sind durch elektrische Verbindungen gekoppelt, die das Übertragen/Empfangen von Signalen ermöglichen. Wie hier beschrieben kann ein Regler eine Kombination aus dem HWA-Regler 16A und dem RWA-Regler 16B oder einen beliebigen der speziellen Mikrocontroller beinhalten.
In einem oder mehreren Beispielen kommunizieren die Regler 16A und 16B des SbW-Systems 40 miteinander durch eine CAN-Schnittstelle (oder durch andere ähnliche digitale Kommunikationsprotokolle). Die Führung des Fahrzeugs 100, das mit dem SbW-System 40 ausgestattet ist, wird durch die Verwendung des Lenkgetriebes ausgeführt. Der RWA 80 empfängt ein elektronisches Kommunikationssignal einer Drehung des Lenkrads durch den Fahrer. Ein Fahrer steuert das Lenkrad zur Richtungssteuerung des Fahrzeugs 100. Der Winkel von dem HWA 70 wird an den RWA 80 gesendet, der eine Positionsregelung ausführt, um einen Verfahrweg der Zahnstange zum Lenken des Straßenrads zu regeln. Aufgrund des Fehlens einer mechanischen Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Straßenrädern jedoch wird dem Fahrer nicht ohne weiteres ein Gefühl für die Straße ohne eine Drehmomentrückkopplung bereitgestellt (anders als im Fall der vorstehend beschriebenen EPS).
In einem oder mehreren Beispielen simuliert der HWA 70, der mit der Lenksäule und dem Lenkrad gekoppelt ist, das Gefühl des Fahrers für die Straße. Der HWA 70 kann eine taktile Rückkopplung in der Form von Drehmoment auf das Lenkrad aufbringen. Der HWA 70 empfängt ein Zahnstangenkraftsignal von dem RWA 80, um ein geeignetes Drehmomentgefühl für den Fahrer zu erzeugen. Alternativ können auch der Handradwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden, um ein gewünschtes Drehmomentbefühl für den Fahrer zu erzeugen.
Wie vorstehend erwähnt wurde, sind die hier beschriebenen SbW- und EPS-Systeme beispielhaft und die hier beschriebenen technischen Lösungen können auf jede Art von Lenkungssystem angewendet werden, und daher bezeichnet ein „Lenkungssystem“ hier einen beliebigen Typ von Lenkungssystem, sofern es nicht speziell anders beschrieben ist.
4 stellt ein Blockdiagramm eines Positionssteuerungssystems mit offenem Kreis in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. In der Figur sind die mechanischen Anlagen (Zahnstange und Motor) durch P_ω (420) bzw. P_θ (430) dargestellt, während die elektrische Anlage (der Motor) durch P_e (430) dargestellt ist. Die Übertragungsfunktionen für die mechanischen Anlagen können mit Hilfe der kumulierten Trägheit J und Dämpfung b wie folgt dargestellt werden. $P_{ω} = \frac{1}{J s + b}$
$P_{θ} = \frac{1}{s}$
Um die Beschreibung und die Gleichungen hierin zu vereinfachen, wird ferner angenommen, dass H_ω (440) eine ideale Ableitung ist und damit ein exakter Kehrwert von P_θ (430).
Ferner wird der Motorregler (405) für elektromagnetisches Drehmoment durch C_e modelliert. Bei der vorstehenden Erörterung wird die elektrische (Regel-)Dynamik ignoriert oder mathematisch wird angenommen, dass C_eP_e ≈ 1, was eine faire Annahme ist, da der Regelkreis für elektrisches Drehmoment so abgestimmt wird, dass er signifikant schneller als die mechanische Dynamik ist. Dies führt dazu, dass der Motordrehmomentbefehl im Wesentlichen gleich dem tatsächlichen elektromagnetischen Motordrehmoment wie folgt ist. $T_{c} \approx T_{a}$
Ferner wird der Zahnstangenkraftschätzer (450) durch mindestens zwei Übertragungsfunktionen D_t (452) und D_ω (454) dargestellt. Der Zahnstangenkraftschätzwert T̃_d besteht aus diesen beiden Übertragungsfunktionen und kann mathematisch wie folgt dargestellt werden. ${\tilde{T}}_{d} = D_{t} T_{a} + D_{ω} ω_{m}$
Es wird darauf hingewiesen, dass angenommen wird, dass für die hier präsentierte Beschreibung das Positionsmesswertrauschen gleich Null ist (obwohl es in der Figur gezeigt ist). Die Übertragungsfunktionen D_t und D_ω werden von einem Zustandsbeobachter beschafft, um die Zahnstangenkraft (T_d) zu schätzen, welche hier als die Störung bezeichnet wird. In einem oder mehreren Beispielen beinhaltet der Zahnstangenkraftschätzer 450 den Störungsbeobachter, der die Anlagenmatrix um die Störung (Zahnstangenkraft) erweitert, welche als ein Zustand mit einer unbekannten anfänglichen Sprungeingabe modelliert wird. In diesem Fall sind die (erweiterten) Anlagengleichungen wie folgt. $[\begin{matrix} \dot{ω} \\ {\dot{T}}_{d} \end{matrix}] = [\begin{matrix} - b / J & - 1 / J \\ 0 & 0 \end{matrix}] [\begin{matrix} ω \\ T_{d} \end{matrix}] + [\begin{matrix} 1 / J \\ 0 \end{matrix}] [T_{a}]$
$y = C x$
$[ω] = [1 0] [\begin{matrix} ω \\ T_{d} \end{matrix}]$
Die Beobachtergleichungen werden unter Verwendung von Schätzwerten der Anlagenmatrizen zusammen mit Beobachterverstärkungen wie folgt beschafft. $\begin{array}{l} \dot{\hat{x}} = \hat{A} \hat{x} + \hat{B} u + L (y - \hat{y}) \\ = \hat{A} \hat{x} + \hat{B} u + L (C x - \hat{C} \hat{x}) \\ = (\hat{A} - L \hat{C}) \hat{x} + \hat{B} u + L C x \end{array}$
$[\begin{matrix} \dot{\hat{ω}} \\ {\dot{\hat{T}}}_{d} \end{matrix}] = [\begin{matrix} - \hat{b} / \hat{J} - L_{1} & - 1 / \hat{J} \\ - L_{2} & 0 \end{matrix}] [\begin{matrix} \hat{ω} \\ {\hat{T}}_{d} \end{matrix}] + [\begin{matrix} 1 / J \\ 0 \end{matrix}] [T_{d}] + [\begin{matrix} L_{1} & 0 \\ L_{2} & 0 \end{matrix}] [\begin{matrix} ω \\ T_{d} \end{matrix}]$
Hier repräsentieren ĵ und b̂ geschätzte oder beste bekannte Werte der kumulierten Trägheit und Dämpfung für das System.
Durch Anwenden der Laplace-Transformation auf diese Matrixgleichung wird die geschätzte Zahnstangenkraft wie folgt erhalten. $\begin{array}{l} T_{d} = \frac{- L_{2} / \hat{J}}{s^{2} + (\hat{b} / \hat{J}) s - L_{2} / \hat{J}} T_{a} + \frac{- L_{2} (s + \hat{b} / \hat{J})}{s^{2} + (\hat{b} / \hat{J} + L_{1}) s - L_{2} / \hat{J}} ω \\ = D_{t} T_{a} + D_{ω} ω \end{array}$
In diesen Fällen werden die Beobachterverstärkungen analytisch abgestimmt, um spezielle Übertragungsfunktionen zu erreichen, oder durch Verwendung von Standardtechniken wie etwa Polplatzierung oder LQE. Es sei darauf hingewiesen, dass der hier beschriebene Beobachter für ein reines Zahnstangensystem gedacht ist, und er auf ein vollständiges Lenkungssystem erweitert werden kann, indem in der Beobachtermatrix T_a auf T_a + T_h (Handraddrehmomentsignal) verändert wird. Die hier beschriebene Störungskompensation ist daher nicht auf reine Zahnstangensysteme begrenzt.
5 stellt ein Blockdiagramm des Positionssteuerungssystems mit offenem Kreis mit Störungsabweisung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das veranschaulichte Positionssteuerungssystem 500 führt den Störungsschätzwert, welcher ein Schätzwert der Straßen- oder Zahnstangenkraft in dem Lenkungssystem 40 ist, direkt am Eingang der Anlage als eine zusätzliche Komponente des Steuerungssignals zu, um die Antwort der Störungsabweisung zu verbessern, was dadurch die Nachführungsleistung des Positionssteuerungssystems 500 verbessert. In einem oder mehreren Beispielen wird die geschätzte Störung zu dem Eingabedrehmoment (T_b) addiert (bei 520). Die zum Ausführen einer Basispositionssteuerung verwendete Architektur ist in der Figur nicht gezeigt, da die Störungsabweisung, so wie sie gezeigt ist, unabhängig von dem verwendeten Basissteuerungsschema verwendet werden kann. Ferner kann die Störung skaliert werden (510) und dann zurückgekoppelt werden, statt eine Einheits-Verstärkungsrückkopplung zu verwenden, um einen zusätzlichen Freiheitsgrad in das Steuerungssystem einzuführen. Zum Beispiel kann das Skalierungsmodul 510 eine Identitätsmatrix verwenden, so dass die geschätzte Störung (T̂_d) ohne irgendeine wesentliche Justierung zurückgekoppelt wird.
In einem oder mehreren Beispielen werden die beiden Übertragungsfunktionen D_t und D_ω individuell skaliert und dann als Störungsvorsteuerungsterm eingespeist, der (bei 520) zu dem Eingabedrehmomentbefehl addiert wird.
Nach der Aufnahme des Störungsschätzwerts T̂_d bleibt die effektive Anlage von dem Steuerungssignal T_b zu der Geschwindigkeitsausgabe ω unbeeinflusst, während die Antwort von ω aufgrund von T_d sich beruhend auf den Anlagenparameterschätzwerten wesentlich verändert. Der Ausdruck für ω mit dem Störungsschätzwert-Vorsteuerungsterm und mit K_d auf Eins gesetzt ist wie folgt. $\begin{array}{l} ω = {(1 - P_{ω} {(1 - D_{t})}^{- 1} D_{ω})}^{- 1} (P_{ω} {(1 - D_{t})}^{- 1} T_{b} - P_{ω} T_{d}) \\ = H_{t} T_{b} + H_{d} T_{d} \end{array}$
Nach einer weiteren Vereinfachung werden die zwei Übertragungsmatrizen, die ω mit T_b und T_d in Beziehung setzen, wie folgt erhalten. $\begin{array}{l} H_{t} = {(1 - P_{ω} {(1 - D_{t})}^{- 1} D_{ω})}^{- 1} P_{ω} {(1 - D_{t})}^{- 1} \\ = {((1 - D_{t}) P_{ω}^{- 1} - D_{ω})}^{- 1} \\ = \frac{s^{2} + (\hat{b} / \hat{J} + L_{1}) s - L_{2} / \hat{J}}{J s^{3} + (b + \hat{b} J / \hat{J} + L_{1} / \hat{J}) s^{2} + (\hat{b} b / \hat{J}) s^{2} + (\hat{b} b / \hat{J} + b L_{1} - L_{1}) s - L_{1} \hat{b} / \hat{J}} \end{array}$
$\begin{array}{l} H_{d} = - {(P_{ω}^{- 1} - {(1 - D_{t})}^{- 1} D_{ω})}^{- 1} \\ = - \frac{s \hat{J} (s + \hat{b} / \hat{J} + L_{1})}{((J s + b) (s \hat{J} (s + \hat{b} / \hat{J} + L_{1})) - L_{1} (\hat{J} s + b))} \end{array}$
Unter der Annahme, dass die Parameterschätzwerte genau sind, d.h. J = ĵ und b = b̂ werden die beiden Übertragungsfunktionsausdrücke zu folgendem. $H_{t} = \frac{1}{J s + b} = P ω$
$H_{d} = - \frac{1}{J s + b} \frac{s \hat{J} (s + \hat{b} / \hat{J} + L_{1})}{s \hat{J} (s + \hat{b} / \hat{J} + L_{1}) - L_{2}} = - P_{ω} G_{d}$
Folglich bleibt die „effektive“ Anlage (420) unverändert, während sich die Übertragungsfunktion der Störungsabweisung verändert. Das äquivalente Blockdiagramm für diese Bedingung ist in 6 gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass 6 nur einen Teil des Positionscontrollers 500 darstellt und außerdem die mechanische Anlage beinhaltet. Wie gezeigt ist der Effekt des Addierens des Störungsschätzwerts zu dem Eingabedrehmoment (theoretisch) äquivalent zu dem Verfügen über eine Übertragungsfunktion G_d (610), die einen Teil der Zahnstangenlast oder Reifenlast T_d löscht, welche aufgrund der Straßenoberfläche auf den Positionscontroller einwirkt.
Ferner sind die Übertragungsfunktionen H_d und G_d unabhängig von den Parameterschätzwerten im stationären Zustand gleich Null (beispielsweise unter Verwendung des Final Value Theorems). Daher wird eine stationäre Störungsabweisung unter Verwendung des Störungsschätzwerts, der wie hier beschrieben zu dem Eingabedrehmoment addiert wird, immer erreicht. Dies hat mehrere Vorteile einschließlich des Beseitigens des Bedarfs für einen Integrierer in dem Positionscontrollersystem 500.
7 stellt ein Positionsregelsystem mit Störungsabweisung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das veranschaulichte beispielhafte Positionsregelschema verwendet einen Proportional-Integral (P)-Positionsregler 720 mit Zustandsrückkopplung 710. Der Zustandsrückkopplungskompensierer 710 berechnet einen Drehmomentbefehl beruhend auf dem gemessenen Positionssignal (θ_m), wobei das vorstehend beschriebene (5) restliche Steuerungsschema enthalten ist. Die Ausgabe von dem Zustandsrückkopplungskompensierer 710 wird (bei 730) zu dem Ausgabedrehmomentbefehl T_p des P-Reglers 720 addiert. Der von dem P-Regler erzeugte Positionsregelbefehl beruht auf einem Positionsregelfehler (θ_e), welcher wiederum ein Ergebnis einer Differenz zwischen dem Eingabepositionsregelbefehl (θ_c) und der gemessenen Position der Zahnstange (θ_m) ist. Die Drehmomentbefehle von dem P-Regler und dem Zustandsrückkopplungskompensierer werden verwendet, um den Eingabedrehmomentbefehl (T_b) zu erzeugen.
Ferner zeigen experimentelle und beispielhafte Ergebnisse mit und ohne Störungsabweisung wie hier beschrieben an, dass in Abwesenheit jeglicher Störung (d.h. bevor eine Zahnstangenlast auf das System einwirkt) der P-Positionsregler 720 und der Zustandsrückkopplungskompensierer 710 von sich aus in der Lage sind, eine Sprungbefehl-Nachführung zu erreichen. In einem oder mehreren Beispielen ist der P-Positionsregler 720 alleine nicht in der Lage, bei Änderungen im Störungsterm (T_d) die Ausgabe an einem gewünschten Einstellpunkt aufrecht zu halten, jedoch weisen der P-Positionsregler 720 und der Zustandsrückkopplungskompensierer 710 mit Störungsvorsteuerungskompensierung (unter Verwendung hier beschriebener Techniken) die Störung mit minimalem Überschwingen ab und verbessern die Nachführungsleistung erheblich. Es sei darauf hingewiesen, dass eine stationäre Störungsabweisung unabhängig von Modellierungsungenauigkeiten oder der Wahl der Beobachterverstärkung erreicht wird. Folglich ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen ferner das Verbessern der Nachführungsleistung, indem sie die Störungsvorsteuerungskompensationstechnik verwenden.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen sprechen technische Probleme an, die mit Lenkungssystemen wie Steer-by-Wire-Systemen (SbW-Systemen) verbunden sind, welche einen Positionscontroller-Straßenradaktor (RWA) beinhalten. Die Positionsregelung wird unter Verwendung von Regelungsarchitekturen ausgeführt, die eine Positionsrückkopplung verwenden. Die Nachführungsleistung wird durch die externen Störungen wie etwa Lenkungsreibung und Straßeneingaben, nachteilig beeinflusst. Die hier beschriebene Störungsvorsteuerungskompensationstechnik spricht diese technischen Probleme an und stellt eine verbesserte Leistung des Positionsregelsystems bereit. Die hier beschriebenen technischen Lösungen können unabhängig von der Basis-Positionssteuerungsarchitektur verwendet werden. Die hier beschriebenen technischen Lösungen verbessern ferner die Robustheit des Systems, da die in Echtzeit geschätzte Zahnstangenkraft zur Kompensation verwendet wird. Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen das Erweitern der Störungsabweisungseigenschaften und daher der Positionsnachführungsleistung des Steuerungssystems.
Die Störungsvorsteuerungskompensation wird ausgeführt, indem ein auf einer Störungsschätzung beruhender Befehl bestimmt und bereitgestellt wird, der von dem Steuerungssystem zu dem endgültigen Drehmomentbefehl addiert wird. In einem oder mehreren Beispielen wird die Störungsschätzung unter Verwendung eines SbW-Zahnstangenkraftbeobachters in Echtzeit durchgeführt. Ferner kann der Störungsschätzbefehl unter Verwendung einer Verstärkung oder einer Übertragungsfunktion K_d modifiziert werden.
Die vorliegenden technischen Lösungen können ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt auf jeder möglichen technischen Detailebene der Integration sein. Das Computerprogrammprodukt kann ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien beinhalten, die darauf computerlesbare Programmanweisungen aufweisen, um zu veranlassen, dass ein Prozessor Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen ausführt.
Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen werden hier mit Bezugnahme auf Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagrammen durch computerlesbare Programmanweisungen implementiert werden können.
Die Flussdiagramme und Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und die Arbeitsweise möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lösungen. Diesbezüglich kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt von Anweisungen repräsentieren, welcher eine oder mehrere ausführbare Anweisungen umfasst, um die beschriebenen logischen Funktionen zu implementieren. In einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken beschriebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge auftreten, als in den Figuren angegeben ist. Zum Beispiel können zwei aufeinanderfolgend gezeigte Blöcke tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal in Abhängigkeit von der betroffenen Funktionalität in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden. Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammveranschaulichungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammveranschaulichungen durch spezialisierte hardwarebasierte Systeme implementiert werden können, welche die beschriebenen Funktionen oder Handlungen ausführen, oder Kombinationen aus spezialisierter Hardware und Computeranweisungen ausführen.
Außerdem ist festzustellen, dass alle Module, Einheiten, Komponenten, Server, Computer, Endgeräte oder Vorrichtungen, die hier beispielhaft beschrieben sind, welche Anweisungen ausführen, computerlesbare Medien enthalten oder anderweitig darauf Zugriff aufweisen können, wie etwa auf Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichervorrichtungen (entfernbar und/oder nicht entfernbar) wie zum Beispiel magnetische Platten, optische Platten oder Bänder. Computerspeichermedien können flüchtige und nicht flüchtige, entfernbare und nicht entfernbare Medien, die in einer beliebigen Methodik oder Technologie zum Speichern von Informationen implementiert sind, etwa von computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten, beinhalten. Diese Computerspeichermedien können Teil der Vorrichtung oder für diese zugänglich oder mit dieser verbindbar sein. Alle hier beschriebenen Module können unter Verwendung von computerlesbaren/ausführbaren Anweisungen implementiert werden, die durch diese Computerspeichermedien gespeichert oder auf andere Weise vorgehalten werden.
Obwohl die technischen Lösungen im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurden, ist es leicht zu verstehen, dass die technischen Lösungen nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt sind. Stattdessen können die technischen Lösungen 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 Gedanken und dem Umfang der technischen Lösungen übereinstimmen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben wurden, ist es außerdem zu verstehen, dass Aspekte der technischen Lösungen nur einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Folglich dürfen die technischen Lösungen nicht so aufgefasst werden, dass sie auf die vorstehende Beschreibung beschränkt sind.

Claims

Lenkungssystem (40), das umfasst: einen Positionscontroller (500), der einen Drehmomentbefehl beruhend auf einem Eingabepositionsregelbefehl und einer gemessenen Position der Zahnstange erzeugt; einen Zahnstangenkraftschätzer (450), der basierend auf zumindest zwei Übertragungsfunktionen eine Zahnstangenkraft schätzt, die auf eine Zahnstange einwirkt und die als ein Zustand mit einer unbekannten anfänglichen Sprungeingabe modelliert wird; einen Addierer, der einen justierten Drehmomentbefehl erzeugt, indem er die Zahnstangenkraft, die geschätzt wird, zu dem Drehmomentbefehl addiert; und einen Aktor, der die Zahnstange in Übereinstimmung mit dem justierten Drehmomentbefehl positioniert.
Lenkungssystem (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenkraft von dem Zahnstangenkraftschätzer (450) als eine Kraft geschätzt wird, die von einer Straßenoberfläche verursacht wird.
Lenkungssystem (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenkraft, die geschätzt wird, unter Verwendung einer Verstärkung modifiziert wird, bevor das justierte Drehmoment erzeugt wird.
Lenkungssystem (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenkraftschätzer (450) die Zahnstangenkraft, die auf die Zahnstange einwirkt, beruhend auf einer Motorgeschwindigkeit des Aktors schätzt.
Lenkungssystem (40) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenkraftschätzer (450) die Zahnstangenkraft, die auf die Zahnstange einwirkt, ferner beruhend auf dem Drehmomentbefehl schätzt.
Lenkungssystem (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingabepositionsregelbefehl beruhend auf einer Änderung bei einer Position eines Lenkrads (26) empfangen wird.
Lenkungssystem (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingabepositionsregelbefehl von einem fortschrittlichen Fahrerassistenzsystem empfangen wird.
Lenkungssystem (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor, der die Zahnstange positioniert, eine Vielzahl von Aktoren umfasst, wobei jeder Aktor mit einer unabhängigen Zahnstange verbunden ist.
Verfahren, das umfasst, dass: von einem Positionscontroller (500) ein Drehmomentbefehl beruhend auf einem Eingabepositionsregelbefehl erzeugt wird; von einem Zahnstangenkraftschätzer (450) basierend auf zumindest zwei Übertragungsfunktionen eine Zahnstangenkraft geschätzt wird, die auf eine Zahnstange einwirkt und die als ein Zustand mit einer unbekannten anfänglichen Sprungeingabe modelliert wird; ein justierter Drehmomentbefehl erzeugt wird, indem die Zahnstangenkraft, die geschätzt wird, zu dem Drehmomentbefehl addiert wird; und durch einen Motor (46) die Zahnstange in Übereinstimmung mit dem justierten Drehmomentbefehl, der an den Motor angelegt wird, positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenkraft, die geschätzt wird, unter Verwendung einer Verstärkung modifiziert wird, bevor das justierte Drehmoment erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenkraftschätzer (450) die Zahnstangenkraft, die auf die Zahnstange einwirkt, beruhend auf einer Motorgeschwindigkeit des Motors (46) schätzt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenkraftschätzer (450) die Zahnstangenkraft, die auf die Zahnstange einwirkt, ferner beruhend auf dem Drehmomentbefehl schätzt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingabepositionsregelbefehl beruhend auf einer Änderung bei einer Position eines Lenkrads empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingabepositionsregelbefehl von einem fortschrittlichen Fahrerassistenzsystem (110) empfangen wird.
Lenkungssystem (40), das umfasst: eine Zahnstange; einen Motor (46); und ein Zahnstangenpositionierungssystem, das ausgestaltet ist, um ein Verfahren auszuführen, das umfasst, dass: ein Drehmomentbefehl beruhend auf einem Eingabepositionsregelbefehl erzeugt wird; basierend auf zumindest zwei Übertragungsfunktionen eine Zahnstangenkraft, die auf eine Zahnstange einwirkt und die als ein Zustand mit einer unbekannten anfänglichen Sprungeingabe modelliert wird, geschätzt wird; ein justierter Drehmomentbefehl erzeugt wird, indem die Zahnstangenkraft, die geschätzt wird, zu dem Drehmomentbefehl addiert wird; und die Zahnstange in Übereinstimmung mit dem justierten Drehmomentbefehl, der an den Motor (46) angelegt wird, positioniert wird, wobei die Zahnstange eine erste Zahnstange ist, der Motor (46) ein erster Motor ist, die erste Zahnstange mit dem ersten Motor zur Positionierung der ersten Zahnstange gekoppelt ist, und das Lenkungssystem (40) ferner eine zweite Zahnstange umfasst, die mit einem zweiten Motor gekoppelt ist, um die zweite Zahnstange zu positionieren.