DE102019110703A1 - Begrenzung einer Steuergröße für einen Motor einer elektrischen Hilfskraftlenkung - Google Patents

Begrenzung einer Steuergröße für einen Motor einer elektrischen Hilfskraftlenkung Download PDF

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Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begrenzung einer Steuergröße für einen Motor einer elektrischen Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug mit automatisierter Querführung. Ein Schritt des Verfahrens ist das Entgegennehmen eines Soll-Lenkwinkels. Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Bestimmen der Steuergröße in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel. Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Entgegennehmen eines Ist-Lenkwinkels. Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Bestimmen eines virtuellen Drehstabmoments in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel und dem Ist-Lenkwinkel. Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Bestimmen von zumindest einem Begrenzungswert für die Steuergröße in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment. Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Begrenzen der Steuergröße in Abhängigkeit von dem zumindest einen Begrenzungswert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zur Begrenzung einer Steuergröße für einen Motor einer elektrischen Hilfskraftlenkung.
  • Unter dem Begriff „automatisiertes Fahren“ kann im Rahmen des Dokuments ein Fahren mit automatisierter Längs- oder Querführung oder ein autonomes Fahren mit automatisierter Längs- und Querführung verstanden werden. Der Begriff „automatisiertes Fahren“ umfasst ein automatisiertes Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren. Diese Automatisierungsgrade wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) definiert (siehe BASt-Publikation „Forschung kompakt“, Ausgabe 11/2012). Beim assistierten Fahren führt der Fahrer dauerhaft die Längs- oder Querführung aus, während das System die jeweils andere Funktion in gewissen Grenzen übernimmt. Beim teilautomatisierten Fahren (TAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum und/oder in spezifischen Situationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren (HAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung zu übernehmen. Beim vollautomatisierten Fahren (VAF) kann das System für einen spezifischen Anwendungsfall das Fahren in allen Situationen automatisch bewältigen; für diesen Anwendungsfall ist kein Fahrer mehr erforderlich. Die vorstehend genannten vier Automatisierungsgrade gemäß der Definition der BASt entsprechen den SAE-Level 1 bis 4 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering). Beispielsweise entspricht das hochautomatisierte Fahren (HAF) gemäß der BASt dem Level 3 der Norm SAE J3016. Ferner ist in der SAE J3016 noch der SAE-Level 5 als höchster Automatisierungsgrad vorgesehen, der in der Definition der BASt nicht enthalten ist. Der SAE-Level 5 entspricht einem fahrerlosen Fahren, bei dem das System während der ganzen Fahrt alle Situationen wie ein menschlicher Fahrer automatisch bewältigen kann; ein Fahrer ist generell nicht mehr erforderlich.
  • Elektrische Hilfskraftlenkungen für Kraftfahrzeuge sind bekannt. Diese reduzieren die zur Betätigung eines Lenkrads eines Kraftfahrzeugs nötige Kraft, indem die vom Fahrer aufgebrachte Kraft zum Lenken durch einen Elektromotor verstärkt wird.
  • Um Gefährdungen durch ein falsch bestimmtes Drehmoment des Elektromotors zu verhindern, wird bei konventionellen elektrischen Hilfskraftlenkungen das bestimmte Drehmoment des Elektromotors durch einen Begrenzer begrenzt. Diese Begrenzung erfolgt dabei in Abhängigkeit von dem vom Fahrer des Kraftfahrzeugs am Lenkrad aufgebrachten Drehstabmoment, bzw. Handmoment.
  • Diese konventionelle Limitierung ist allerdings beim automatisierten Fahren mit zumindest automatisierter Querführung nicht möglich, da in diesem Fall der Fahrer des Kraftfahrzeugs gerade kein Drehstabmoment am Lenkrad des Kraftfahrzeugs aufbringt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, beim automatisierten Fahren mit zumindest automatisierter Querführung Gefährdungen durch ein falsch bestimmtes Drehmoment des Elektromotors der elektrischen Hilfskraftlenkung zu verhindern.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begrenzung einer Steuergröße für einen Motor einer elektrischen Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug mit automatisierter Querführung.
  • Bei einer elektrischen Hilfskraftlenkung unterstützt und überlagert ein programmgesteuerter Elektrostellmotor an der Mechanik der Lenkung (Lenksäule oder Lenkgetriebe) die Lenkbewegungen des Fahrers.
  • Ein Schritt des Verfahrens ist das Entgegennehmen eines Soll-Lenkwinkels, insbesondere von einem Fahrsystem zum automatisierten Fahren mit zumindest automatisierter Querführung und insbesondere nicht von einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs.
  • Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Bestimmen der Steuergröße in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel.
  • Die Steuergröße ist insbesondere ein Soll-Drehmoment für den Motor oder ein Handmoment als Eingangssignal für einen Lenkwinkelregler, der aus dem Handmoment ein Soll-Drehmoment für den Motor bestimmt.
  • Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Entgegennehmen eines Ist-Lenkwinkels, beispielsweise von dem Motor der elektrischen Hilfskraftlenkung oder von einem separaten Lenkwinkelsensor.
  • Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Bestimmen eines virtuellen Drehstabmoments in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel und dem Ist-Lenkwinkel.
  • Insbesondere erfolgt das Bestimmen des virtuellen Drehstabmoments in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel und dem Ist-Lenkwinkel mittels einer Lookup-Tabelle, also einer Umsetzungstabelle.
  • Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Bestimmen von zumindest einem Begrenzungswert für die Steuergröße in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment, beispielsweise ebenfalls mittels einer Lookup-Tabelle.
  • Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Begrenzen der Steuergröße in Abhängigkeit von dem zumindest einen Begrenzungswert.
  • Das Begrenzen kann derart erfolgen, dass die Steuergröße unverändert weitergegeben wird, wenn die Steuergröße unter dem Begrenzungswert liegt. Wenn die Steuergröße über dem Begrenzungswert liegt kann stattdessen der Begrenzungswert weitergegeben werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Bestimmen von zumindest einem Begrenzungswert für die Steuergröße in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment die folgenden Schritte:
    • • Bestimmen von einem oberen Begrenzungswert für die Steuergröße in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment, und
    • • Bestimmen von einem unteren Begrenzungswert für die Steuergröße in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden für eine erste Steuergröße ein erster oberer Begrenzungswert und ein erster unterer Begrenzungswert bestimmt.
  • Für eine zweite Steuergröße werden ein zweiter oberer Begrenzungswert und ein zweiter unterer Begrenzungswert derart bestimmt, dass der Abstand zwischen dem zweiten oberen Begrenzungswert und dem zweiten unteren Begrenzungswert im Wesentlichen dem Abstand zwischen den ersten oberen Begrenzungswert und dem ersten unteren Begrenzungswert entspricht.
  • Die zweite Steuergröße folgt insbesondere zeitlich auf die erste Steuergröße. Der jeweilige obere Begrenzungswert und der jeweilige untere Begrenzungswert geben ein Intervall für die Steuergröße vor. Dadurch, dass der Abstand zwischen dem zweiten oberen Begrenzungswert und dem zweiten unteren Begrenzungswert im Wesentlichen dem Abstand zwischen den ersten oberen Begrenzungswert und dem ersten unteren Begrenzungswert entspricht, wird dieses Intervall im Wesentlichen nur verschoben.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird für ein erstes virtuelles Drehstabmoment ein erster Begrenzungswert bestimmt.
  • Für ein zweites virtuelles Drehstabmoment, das größer ist als das erste virtuelle Drehstabmoment, wird ein zweiter Begrenzungswert bestimmt, der größer ist als der erste Begrenzungswert.
  • Es besteht somit ein im Wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen dem virtuellen Drehstabmoment und dem Begrenzungswert.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Begrenzung einer Steuergröße für einen Motor einer elektrischen Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug mit automatisierter Querführung.
  • Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, einen Soll-Lenkwinkel entgegenzunehmen, die Steuergröße in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel zu bestimmen, einen Ist-Lenkwinkels entgegenzunehmen, ein virtuelles Drehstabmoment in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel und dem Ist-Lenkwinkel zu bestimmen, zumindest einen Begrenzungswert für die Steuergröße in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment zu bestimmen, und die Steuergröße in Abhängigkeit von dem zumindest einen Begrenzungswert zu begrenzen.
  • Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung; vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens. An dieser Stelle nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Fahrzeugs entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnung beschrieben.
  • Diese zeigt ein Verfahren zur Begrenzung einer Steuergröße M, M' für einen Motor EM einer elektrischen Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug mit automatisierter Querführung.
  • Die Steuergröße M, M' ist dabei beispielsweise ein Soll-Drehmoment für den Motor EM.
  • Ein Schritt dabei ist das Entgegennehmen eines Soll-Lenkwinkels SLW, beispielsweise von einem Fahrsystem FS zum automatisierten Fahren mit zumindest automatisierter Querführung.
  • Ein weiterer Schritt ist das Bestimmen der Steuergröße M in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel SLW. Dieser Schritt kann beispielsweise mittels eines Lenkwinkelreglers LWR erfolgen.
  • Ein weiterer Schritt ist das Entgegennehmen eines Ist-Lenkwinkels ILW, beispielsweise von dem Motor EM der elektrischen Hilfskraftlenkung.
  • Ein weiterer Schritt ist das Bestimmen eines virtuellen Drehstabmoments in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel SLW und dem Ist-Lenkwinkel ILW, Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bestimmen des virtuellen Drehstabmoments in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel SLW und dem Ist-Lenkwinkel ILW mittels einer Lookup-Tabelle LUT erfolgt.
  • Ein weiterer Schritt ist das Bestimmen von zumindest einem Begrenzungswert G für die Steuergröße M, M' in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment.
  • Insbesondere umfasst das Bestimmen von zumindest einem Begrenzungswert G für die Steuergröße M, M' in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment das Bestimmen von einem oberen Begrenzungswert für die Steuergröße M, M' in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment, und das Bestimmen von einem unteren Begrenzungswert für die Steuergröße M, M' in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment.
  • Beispielsweise werden dabei für eine erste Steuergröße M, M' ein erster oberer Begrenzungswert und ein erster unterer Begrenzungswert bestimmt, und für eine zweite Steuergröße M, M' werden ein zweiter oberer Begrenzungswert und ein zweiter unterer Begrenzungswert derart bestimmt, dass der Abstand zwischen dem zweiten oberen Begrenzungswert und dem zweiten unteren Begrenzungswert im Wesentlichen dem Abstand zwischen den ersten oberen Begrenzungswert und dem ersten unteren Begrenzungswert entspricht.
  • Insbesondere für erstes und ein zweites virtuelles Drehstabmoment, die zeitlich aufeinander folgenden, wird für das erste virtuelle Drehstabmoment ein erster Begrenzungswert bestimmt, und wird für das zweite virtuelle Drehstabmoment, das größer ist als das erste virtuelle Drehstabmoment, ein zweiter Begrenzungswert bestimmt, der größer ist als der erste Begrenzungswert.
  • Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Begrenzen der Steuergröße M, M' in Abhängigkeit von dem zumindest einen Begrenzungswert G.
  • Das Begrenzen kann beispielsweise mittels eines Limiters LM derart erfolgen, dass die Steuergröße M unverändert als Steuergröße M' weitergegeben wird, wenn die Steuergröße M unter dem Begrenzungswert G liegt. Wenn die Steuergröße M über dem Begrenzungswert G liegt kann stattdessen der Begrenzungswert G als Steuergröße M' weitergegeben werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Begrenzung einer Steuergröße (M, M') für einen Motor (EM) einer elektrischen Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug mit automatisierter Querführung, mit den Schritten: • Entgegennehmen eines Soll-Lenkwinkels (SLW), • Bestimmen der Steuergröße (M) in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel (SLW), • Entgegennehmen eines Ist-Lenkwinkels (ILW), • Bestimmen eines virtuellen Drehstabmoments in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel (SLW) und dem Ist-Lenkwinkel (ILW), • Bestimmen von zumindest einem Begrenzungswert (G) für die Steuergröße (M, M') in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment, und • Begrenzen der Steuergröße (M, M') in Abhängigkeit von dem zumindest einen Begrenzungswert (G).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuergröße (M, M') ein Soll-Drehmoment für den Motor (EM) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuergröße (M, M') ein Handmoment ist.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bestimmen von zumindest einem Begrenzungswert (G) für die Steuergröße (M, M') in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment die folgenden Schritte umfasst: • Bestimmen von einem oberen Begrenzungswert für die Steuergröße (M, M') in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment, und • Bestimmen von einem unteren Begrenzungswert für die Steuergröße (M, M') in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei • für eine erste Steuergröße (M, M') ein erster oberer Begrenzungswert und ein erster unterer Begrenzungswert bestimmt werden, und • für eine zweite Steuergröße (M, M') ein zweiter oberer Begrenzungswert und ein zweiter unterer Begrenzungswert derart bestimmt werden, dass der Abstand zwischen dem zweiten oberen Begrenzungswert und dem zweiten unteren Begrenzungswert im Wesentlichen dem Abstand zwischen den ersten oberen Begrenzungswert und dem ersten unteren Begrenzungswert entspricht.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bestimmen eines virtuellen Drehstabmoments in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel (SLW) und dem Ist-Lenkwinkel (ILW) mittels einer Lookup-Tabelle (LUT) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei • für ein erstes virtuelles Drehstabmoment ein erster Begrenzungswert bestimmt wird, und • für ein zweites virtuelles Drehstabmoment, das größer ist als das erste virtuelle Drehstabmoment, ein zweiter Begrenzungswert bestimmt wird, der größer ist als der erste Begrenzungswert.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Soll-Lenkwinkel von einem Fahrsystem (FS) zum automatisierten Fahren mit zumindest automatisierter Querführung entgegengenommen wird.
  9. Steuervorrichtung zur Begrenzung einer Steuergröße (M, M') für einen Motor (EM) einer elektrischen Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug mit automatisierter Querführung, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, • einen Soll-Lenkwinkel (SLW) entgegenzunehmen, • die Steuergröße (M) in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel (SLW) zu bestimmen, • einen Ist-Lenkwinkels (ILW) entgegenzunehmen, • ein virtuelles Drehstabmoment in Abhängigkeit von dem Soll-Lenkwinkel (SLW) und dem Ist-Lenkwinkel (ILW) zu bestimmen, • zumindest einen Begrenzungswert (G) für die Steuergröße (M, M') in Abhängigkeit von dem virtuellen Drehstabmoment zu bestimmen, und • die Steuergröße (M, M') in Abhängigkeit von dem zumindest einen Begrenzungswert (G) zu begrenzen.
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