DE102019127167A1

DE102019127167A1 - Management von schwankungsrauschen in elektrischen servolenkungssystemen

Info

Publication number: DE102019127167A1
Application number: DE102019127167.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Eickholt; Prerit Pramod
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2020-04-16
Also published as: CN111038576A; CN111038576B; US20200114949A1; US11511795B2

Abstract

Es werden technische Lösungen zur Dämpfung von Schwankungsrauschen in einem Lenksystem beschrieben. Ein exemplarisches Verfahren beinhaltet das Berechnen eines Drehmomentbefehls basierend auf einem Eingabedrehmoment und das Erzeugen eines Strombefehls, der dem Drehmomentbefehl entspricht. Weiterhin beinhaltet das Verfahren das Bestimmen eines Einstellparameters basierend auf einer Vielzahl von Lenksystemsignalen. Weiterhin beinhaltet das Verfahren die Reduzierung des Schwankungsrauschens des Lenksystems durch dynamisches Ändern eines Reglerparameterwertes unter Verwendung des Einstellparameters. Weiterhin beinhaltet das Verfahren das Erzeugen eines Spannungsbefehls unter Verwendung des Strombefehls und des geänderten Reglerparameterwertes, wobei der Spannungsbefehl zum Erzeugen von Drehmoment durch einen Motor verwendet wird.

Description

HINTERGRUND
Schwankungsrauschen, wie hier angegeben, bezieht sich auf ein niederfrequentes Rauschen, das typischerweise in Elektromotorsystemen, wie beispielsweise elektrischen Servolenkungssystemen (EPS-Systemen), vorhanden ist. Die vorliegenden Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Hauptquelle für das Schwankungsrauschen ein Handraddrehmomentsensor ist, der im EPS-System verwendet wird. Das erfasste Drehmomentsignal ist verrauscht, was unter anderem durch Eigenrauschen in den erfassten Analogsignalen und Quantisierungsrauschen in digitalen Sensoren sowie A/D-Wandlern verursacht wird. Durch die Verwendung des Handraddrehmomentsignals zur Bereitstellung einer Unterstützung des Fahrers breitet sich das Rauschen im erfassten Signal sowohl über die Software als auch über die Hardware (Wechselrichter, Motor usw.) aus. Das Schwankungsrauschen verursacht Unannehmlichkeiten für einen Bediener des EPS-Systems. Dementsprechend ist es wünschenswert, das Schwankungsrauschen in Systemen wie EPS-Systemen zu reduzieren, wenn nicht gar ganz zu beseitigen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden technische Lösungen zur Dämpfung von Schwankungsrauschen in einem Lenksystem beschrieben. Ein exemplarisches Verfahren beinhaltet das Berechnen eines Drehmomentbefehls basierend auf einem Eingabedrehmoment und das Erzeugen eines Strombefehls entsprechend dem Drehmomentbefehl. Weiterhin beinhaltet das Verfahren das Bestimmen eines Einstellparameters basierend auf einer Vielzahl von Lenksystemsignalen. Weiterhin beinhaltet das Verfahren das Reduzieren von Schwankungsrauschen des Lenksystems durch dynamisches Ändern eines Reglerparameterwertes unter Verwendung des Einstellparameters.
Weiterhin beinhaltet das Verfahren das Erzeugen eines Spannungsbefehls unter Verwendung des Strombefehls und des geänderten Reglerparameterwertes, wobei der Spannungsbefehl zum Erzeugen von Drehmoment durch einen Motor verwendet wird.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet eine Vorrichtung zum Verwalten von Schwankungsrauschen in einem Lenksystem einen Motor und ein Motorsteuerungssystem. Das Motorsteuerungssystem beinhaltet einen Strombefehlsgenerator, der einen Strombefehl erzeugt, der einem Motordrehmomentbefehl entspricht. Das Motorsteuerungssystem beinhaltet ferner einen Stromregler, der einen Spannungsbefehl basierend auf dem Strombefehl unter Verwendung eines oder mehrerer Reglerparameter erzeugt. Das Motorsteuerungssystem beinhaltet ferner einen Motorsteuerungsparameterschätzer, der geschätzte Motorparameter bestimmt. Das Motorsteuerungssystem beinhaltet ferner einen Schwankungsrauschen-Manager, der einen Einstellparameter basierend auf einer Vielzahl von Lenksystemsignalen bestimmt und das Schwankungsrauschen des Lenksystems filtert, indem er den einen oder die mehreren Reglerparameter unter Verwendung des Einstellparameters dynamisch modifiziert, wobei der Stromregler den Spannungsbefehl entsprechend dem Strombefehl unter Verwendung des einen oder der mehreren modifizierten Reglerparameter erzeugt, wobei der Spannungsbefehl zum Erzeugen eines Drehmoments durch den Motor verwendet wird.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Lenksystem einen Motor, der einen Drehmomentbetrag erzeugt, die einem Drehmomentbefehl des Motors entspricht. Das Lenksystem beinhaltet ferner ein Motorsteuerungssystem, das einen Spannungsbefehl basierend auf dem Motordrehmomentbefehl erzeugt, wobei der Spannungsbefehl an den Motor angelegt wird, um den Drehmomentbetrag zu erzeugen. Das Lenksystem beinhaltet weiterhin mehrere Sensoren, die entsprechende Signale des Lenksystems messen. Das Lenksystem beinhaltet ferner einen Schwankungsrauschen-Manager, der Schwankungsrauschen im Lenksystem basierend auf der Vielzahl von Lenksystemsignalen reduziert, indem er einen oder mehrere Reglerparameter modifiziert, die zum Berechnen des Spannungsbefehls verwendet werden.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser ersichtlich.
Figurenliste
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung wird speziell offengelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Das Vorstehende und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen, in denen:

1 eine exemplarische Ausführungsform eines EPS-Systems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ist;
2 ein EPS-Steuerungssystem mit Management von Schwankungsrauschen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
3 die Frequenzgänge eines q-Achsen-Stromregelkreises für ein Motorsteuerungssystem mit einem Entkopplungsstromregler und einer Vorsteuerungs-Stromregelung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
4 ein Datenfluss-Blockdiagramm der vom Schwankungsrauschen-Manager bereitgestellten Verringerung von Schwankungsrauschen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
5 ein Blockdiagramm zur Planung der Bandbreite mit dem einen oder den mehreren EPS-Signalen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
6 die Planung des Einstellparameters gegenüber der Größe des Handraddrehmoments gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
7 die Planung des Einstellparameters gegenüber dem Frequenzinhalt des Handraddrehmoments gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt; und
8 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Verwaltung von Schwankungsrauschen in einem EPS-System gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wird, ohne diese einzuschränken, ist zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung dienen, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können hervorgehoben oder minimiert sein, um Details zu bestimmten Komponenten anzuzeigen. Spezielle strukturelle und funktionale Details, die hier offenbart werden, sind daher nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage zur Unterrichtung des Fachmanns darüber, wie die vorliegende Offenbarung unterschiedlich anzuwenden ist.
Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe Modul und Teilmodul auf eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen, wie beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie zu erkennen ist, können die nachfolgend beschriebenen Teilmodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
Nun unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen in Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken, ist 1 eine exemplarische Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) 40, das für die Umsetzung der offenbarten Ausführungsformen geeignet ist. Der Lenkmechanismus 36 ist ein Zahnstangensystem und beinhaltet eine Zahnstange (nicht dargestellt) in einem Gehäuse 50 und ein Ritzel (auch nicht dargestellt) unter einem Getriebegehäuse 52. Beim Drehen der Bedienereingabe, im Folgenden als Lenkrad 26 (z.B. Handrad und dergleichen) bezeichnet, dreht sich die obere Lenkwelle 29, und die untere Lenkwelle 51, die über ein Kreuzgelenk 34 mit der oberen Lenkwelle 29 verbunden ist, dreht das Ritzel. Die Drehung des Ritzels bewegt die Zahnstange, die Spurstangen 38 (nur eine davon ist dargestellt) bewegt, wodurch wiederum die Lenkungs-Achsschenkel 39 (nur einer ist dargestellt) bewegt werden, die ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (nur eines ist dargestellt) drehen bzw. einschlagen.
Die elektrische Servolenkung wird durch die im Allgemeinen durch Bezugszeichen 24 bezeichnete Steuervorrichtung bereitgestellt und beinhaltet die Steuerung 16 und eine elektrische Maschine 19, die ein Permanentmagnet-Synchronmotor sein könnte und im Folgenden als Motor 19 bezeichnet wird. Die Steuerung 16 wird von der Fahrzeugstromversorgung 10 über eine Leitung 12 mit Strom versorgt. Die Steuerung 16 empfängt ein für die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentatives Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14 von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Der Lenkwinkel wird durch einen Positionssensor 32 gemessen, der ein Sensor mit optischer Codierung, ein Sensor mit variablem Widerstand oder ein anderer geeigneter Typ von Positionssensor sein kann, und er liefert der Steuerung 16 ein Positionssignal 20. Die Motordrehzahl kann mit einem Drehzahlmesser oder einer anderen Vorrichtung gemessen und als Motordrehzahlsignal 21 an die Steuerung 16 übertragen werden. Eine Motordrehzahl mit der Bezeichnung ω_m kann gemessen, berechnet oder durch eine Kombination daraus bestimmt werden. So kann beispielsweise die Motordrehzahl ω_m als die Änderung der Motorposition θ, gemessen von einem Positionssensor 32, über ein vorgegebenes Zeitintervall berechnet werden. Beispielsweise kann die Motordrehzahl ω_m als Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung ω_m=Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit und Δθ die Positionsänderung während des Abtastintervalls ist. Alternativ kann die Motordrehzahl aus der Motorposition als die Geschwindigkeit der Positionsänderung in Bezug auf die Zeit abgeleitet werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche bekannte Methoden gibt, um die Funktion einer Ableitung auszuführen.
Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das vom Fahrzeugführer auf das Lenkrad 26 aufgebrachte Drehmoment. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab (nicht dargestellt) und einen variablen Widerstandssensor (auch nicht dargestellt) beinhalten, der ein variables Drehmomentsignal 18 an die Steuerung 16 in Abhängigkeit von der Verdrehung des Torsionsstabes ausgibt. Obwohl es sich hierbei um eine Art von Drehmomentsensor handelt, genügt jede andere geeignete Drehmomentsensorvorrichtung, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird. Als Reaktion auf die verschiedenen Eingaben sendet die Steuerung einen Befehl 22 an den Elektromotor 19, der über eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 die Drehmomentunterstützung für das Lenksystem bereitstellt, wodurch Drehmomentunterstützung für die Fahrzeuglenkung bereitgestellt wird.
Es ist zu beachten, dass die offenbarten Ausführungsformen zwar mit Bezugnahme auf eine Motorsteuerung für elektrische Lenkanwendungen beschrieben werden, es jedoch festzustellen ist, dass diese Bezugnahmen nur veranschaulichend sind und dass die offenbarten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung angewendet werden können, die einen Elektromotor verwendet, z.B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen. Darüber hinaus können die hierin enthaltenen Bezüge und Beschreibungen für viele Formen von Parametersensoren gelten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Drehmoment, Position, Drehzahl und dergleichen. Es sei auch darauf hingewiesen, dass für Bezugnahmen auf elektrische Maschinen hierin, die ohne Einschränkung Motoren umfassen, im Folgenden aus Gründen der Kürze und Einfachheit ohne Einschränkung nur auf Motoren Bezug genommen wird.
In dem dargestellten Steuerungssystem 24 verwendet die Steuerung 16 das Drehmoment, die Position, die Drehzahl und dergleichen, um einen oder mehrere Befehle zu berechnen, um die erforderliche Ausgangsleistung zu liefern. Die Steuerung 16 ist in Verbindung mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems angeordnet. Die Steuerung 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, quantifiziert die empfangenen Informationen und stellt daraufhin ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale bereit, in diesem Fall beispielsweise an den Motor 19. Die Steuerung 16 ist konfiguriert, um die entsprechende(n) Spannung(en) aus einem Wechselrichter (nicht dargestellt) zu entwickeln, der optional in die Steuerung 16 integriert sein kann und hierin als Steuerung 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 arbeitet die Steuerung 24 in einem Steuerungsmodus mit Rückkopplung als Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. Alternativ arbeitet die Steuerung 24 in einem oder mehreren Beispielen in einem Vorsteuerungsmodus, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da sich diese Spannungen auf die Position und Drehzahl des Motors 19 und das gewünschte Drehmoment beziehen, werden die Position und/oder Drehzahl des Rotors und das von einem Bediener aufgebrachte Drehmoment bestimmt. Ein Positionscodierer ist mit der Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu erfassen. Der Codierer kann die Drehposition basierend auf optischer Erkennung, Magnetfeldänderungen oder anderen Methoden erfassen. Typische Positionssensoren beinhalten Potentiometer, Resolver, Synchros, Codierer und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens einen der vorgenannten Sensoren umfassen. Der Positionscodierer gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit die des Motors 19 anzeigt.
Das gewünschte Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28 bestimmt werden, die Drehmomentsignale 18 übertragen, die ein aufgebrachtes Drehmoment anzeigen. Eine oder mehrere exemplarische Ausführungsformen beinhalten einen solchen Drehmomentsensor 28 und das/die Drehmomentsignal(e) 18 davon, die auf eine (nicht dargestellte) Vorrichtung mit einem nachgiebigen Drehstab, T-Stab, eine Feder oder ähnlichem reagieren können, die konfiguriert ist, um eine Reaktion bereitzustellen, die das aufgebrachte Drehmoment anzeigt.
In einem oder mehreren Beispielen sind ein oder mehrere Temperatursensoren 23 an der elektrischen Maschine 19 angeordnet. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 23 konfiguriert, um die Temperatur des Sensorabschnitts des Motors 19 direkt zu messen. Der Temperatursensor 23 sendet ein Temperatursignal 25 an die Steuerung 16, um die hierin beschriebene Verarbeitung und Kompensation zu ermöglichen. Typische Temperatursensoren beinhalten Thermoelemente, Thermistoren, Thermostate und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Sensoren, die bei geeigneter Platzierung ein kalibrierbares Signal proportional zur jeweiligen Temperatur liefern.
Neben weiteren werden das Positionssignal 20, das Drehzahlsignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 an die Steuerung 16 angelegt. Die Steuerung 16 verarbeitet alle Eingabesignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, was zu einem Rotorpositionswert, einem Motordrehzahlwert und einem Drehmomentwert führt, die für die Verarbeitung in den hierin beschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale, wie die oben genannten, werden ebenfalls häufig linearisiert, kompensiert und nach Belieben gefiltert, um die Eigenschaften zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften des erfassten Signals zu beseitigen. So können beispielsweise die Signale linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern oder um einen großen Dynamikbereich des Signals zu erreichen. Darüber hinaus kann eine frequenz- oder zeitabhängige Kompensation und Filterung eingesetzt werden, um Rauschen zu eliminieren oder unerwünschte spektrale Eigenschaften zu vermeiden.
Um die beschriebenen Funktionen und die gewünschte Verarbeitung sowie die damit verbundenen Berechnungen (z.B. die Identifizierung von Motorparametern, Regelalgorithmen und dergleichen) durchzuführen, kann die Steuerung 16 ohne Einschränkung einen oder mehrere Prozessoren, Computer, DSP(s), Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Register, Zeitgeber, Interrupt(s), Kommunikationsschnittstelle(n), Ein-/Ausgabesignalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einer der vorgenannten Komponenten beinhalten. So kann beispielsweise die Steuerung 16 eine Eingabesignalverarbeitung und -filterung beinhalten, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder Erfassung solcher Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Zusätzliche Merkmale der Steuerung 16 und bestimmte Prozesse darin werden zu einem späteren Zeitpunkt hierin ausführlich erläutert.
Wie bereits beschrieben, bezeichnet das Schwankungsrauschen ein niederfrequentes Rauschen, das in einem EPS-System vorhanden ist und typischerweise vom Handraddrehmomentsensor und der zugehörigen Signalverarbeitung stammt. Das erfasste Drehmomentsignal ist verrauscht aufgrund von Eigenrauschen in den erfassten Analogsignalen und Quantisierungsrauschen in digitalen Sensoren sowie A/D-Wandlern. Schwankungsrauschen verursacht Unannehmlichkeiten für einen Bediener des EPS-Systems. Dementsprechend ist es wünschenswert, das Schwankungsrauschen in Systemen wie EPS-Systemen zu reduzieren, wenn nicht gar ganz zu beseitigen. Das Schwankungsrauschen enthält im Allgemeinen Rauschfrequenzanteile, wobei der Bereich der Rauschfrequenzen für verschiedene Systeme variieren kann und typischerweise bei 200 bis 250 Hz liegt. In einigen Fällen kann der Frequenzbereich des Schwankungsrauschens mit den Software-Schleifengeschwindigkeiten übereinstimmen oder Rauschfrequenzen aufgrund von Impulsweitenmanagement (PWM) und Wechselrichterschaltvorgängen beinhalten.
Typischerweise wird das Schwankungsrauschen durch mehrere Techniken reduziert oder verwaltet, einschließlich der Abstimmung von Steuerungsfunktionen auf Lenksystemebene, die das Rauschen verstärken (Hochfrequenzunterstützung, Trägheitskompensation usw.), der Überabtastfilterung der digitalen Handraddrehmomentsensorsignale, der Verwendung analoger Sensoren, der Verwendung bedingter Filter auf dem Motordrehmomentbefehl, der Reduzierung der Motorsteuerungsbandbreite gegenüber der Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen. Die Reduzierung der Bandbreite der Motorstrom- (oder Drehmoment- ) Regelung führt zu Leistungseinbußen, da das Motorsteuerungssystem bei schnellen Manövern wie ein Tiefpassfilter wirkt.
Die hierin beschriebenen technischen Lösungen sprechen diese technische Herausforderung an, nämlich die Verwaltung und/oder Reduzierung von Schwankungsrauschen. In einem oder mehreren Beispielen verbessern die hierin beschriebenen technischen Lösungen die Techniken zur Bandbreitenplanung der Motorsteuerung, indem sie zusätzliche Einschränkungen des zulässigen Raums einführen, in dem die Bandbreite der Motorstromregelung variiert werden kann. Insbesondere werden Motorbeschleunigungs- und Handraddrehmomentsignale verwendet, um die Bandbreite weiter zu variieren. Dies ermöglicht die Dämpfung von Schwankungsrauschen bei gleichzeitiger Wahrung der Stabilität und Leistung des gesamten EPS-Systems.
2 stellt ein Steuerungssystem 100 für ein EPS-System mit Management von Schwankungsrauschen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. 2 stellt das EPS-System 40 mit Blöcken für den Motor 19 dar, der dem mechanischen System 170, das für die Übertragung des Drehmoments auf die Straßenräder zum Lenken des Fahrzeugs verantwortlich ist, ein Drehmoment (T_e ) bereitstellt. Das mechanische System 170 variiert je nach Typ des EPS-Systems 40, z.B. kann das mechanische System 170, wenn das EPS-System 40 ein Steer-by-Wire-System ist, mehr elektrische Signalübertragungskomponenten anstelle (und/oder zusätzlich zu) einer Antriebswelle und anderen mechanischen Komponenten in einem typischen Servolenkungssystem beinhalten.
Das Steuerungssystem 100 beinhaltet ein Lenksteuersystem 110, das einen Drehmomentbefehl (T_m*) zum Manövrieren des Fahrzeugs erzeugt. In einem oder mehreren Beispielen kann das Lenksteuersystem 110 das von einem menschlichen Bediener betätigte Lenkrad 26 beinhalten.
Der vom Lenksteuersystem 110 erzeugte Drehmomentbefehl wird dem Motor 19 bereitgestellt, um ein Hilfsmoment zu erzeugen. Das Drehmoment wird vom Motor 19 erzeugt, wenn die entsprechenden Motorspannungsbefehle von einem Motorsteuerungssystem 130 an ihn angelegt werden, das ein Motorsteuerungssystem sein kann, das in einem Betriebsmodus mit Rückkopplung und/oder Vorsteuerung arbeitet. In einem oder mehreren Beispielen überwacht das Motorsteuerungssystem 100 das Drehmoment, das von dem mechanischen System 170 erzeugt wird, mit einem oder mehreren Sensoren 180. Die Ausgabe der Sensoren 180, die ein oder mehrere Messsignale beinhaltet, wie beispielsweise eine Motorposition, Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen, wird von dem Motorsteuerungssystem 130 zum Betreiben des Rückkopplungs-/Vorsteuerungsbetriebs verwendet. Die Sensoren 180 beinhalten einen Handraddrehmomentsensor 182, der das Handraddrehmoment (T_hw ) misst, das auf das Lenkrad 26 aufgebracht wird. Das Schwankungsrauschen ist Teil des Handraddrehmomentsignals. Ein Handraddrehmomentsensor 182 kann auch in Steer-by-Wire-Systemen eingesetzt werden.
In einem oder mehreren Beispielen beinhaltet das Motorsteuerungssystem 130 unter anderem ferner einen Strombefehlsgenerator 132, einen Stromregler 134, einen Motorsteuerungs-Parameterschätzer 136 und einen Schwankungsrauschen-Manager 138. Das Motorsteuerungssystem 130 kann Fahrzeugsteuersignale 190, die Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugbeschleunigung/-verzögerung, Gierrate, Querbeschleunigung und andere derartige Steuersignale und Sensormessungen beinhalten können, von elektronischen Steuerungseinheiten (ECUs) im Fahrzeug über ein fahrzeuginternes Kommunikationsnetzwerk, wie beispielsweise einen CAN-Bus (Controller Area Network) und dergleichen empfangen.
Der Strombefehlsgenerator 132 wandelt den Motordrehmomentbefehl (T_m*) in entsprechende Strombefehle (I_dq*) im d-Achsen- und q-Achsen-Bezugssystem (auch bekannt als synchron rotierender Bezugsrahmen) um. Die Strombefehle werden an den Motor 19 angelegt, indem eine entsprechende Spannung (V; in einigen Fällen auch als „Spannungsbefehl“ bezeichnet) an den Motor 19 angelegt wird. Der Stromregler 134 erzeugt den Spannungsbefehl basierend auf den Strombefehlen. Es ist zu beachten, dass in einem oder mehreren Beispielen die Strombefehle in anderen Bezugsrahmen als dem dq-Bezugsrahmen vorliegen können, z.B. in dem dreiphasigen abc-Bezugsrahmen (auch als stationärer Bezugsrahmen bezeichnet) und dergleichen. In einem oder mehreren Beispielen kann der Stromregler 134 ein Regler mit Rückkopplung oder ein Vorsteuerungsregler sein. Es können verschiedene Arten von Stromreglern mit Rückkopplung verwendet werden, die Entkopplungsregler, proportional-integrale (PI) Regler und dergleichen umfassen.
In einem oder mehreren Beispielen werden die Verstärkungen des Strombefehlsgenerators 132 entsprechend den Schätzungen der Motorparameter eingestellt. Der Motorsteuerungs-Parameterschätzer 136 kann Schätzungen der Motorparameter, wie Motorwiderstand, Motorinduktion und dergleichen bereitstellen. Alternativ kann der Strombefehlsgenerator 132 die Strombefehle aus dem Motordrehmomentbefehl mit einer anderen Technik bestimmen. Die Strombefehle werden verwendet, um die entsprechende Spannung (V) an den Motor 19 anzulegen.
Der Motor 19 wiederum erzeugt ein Drehmoment (T_e ), das dem mechanischen System 170 zugeführt wird. Der Motor 19 erzeugt auch Ausgangsströme (I_dq*). Die Sensoren 180 messen in einem oder mehreren Beispielen ein oder mehrere EPS-Signale, wie beispielsweise das Ausgangsdrehmoment, die Ausgangsströme, die Motorposition, die Motordrehzahl und dergleichen, die dann von dem Motorsteuerungssystem 130, beispielsweise als Teil eines geschlossenen Regelkreises, verwendet werden, um den Spannungsbefehl in einem nächsten Durchlauf zu erzeugen.
Der Schwankungsrauschen-Manager 138 überwacht das eine oder die mehreren EPS-Signale, um eine Bandbreitenplanung oder Verstärkungsplanung des Motorsteuerungssystems 130 durchzuführen, um das Management von Schwankungsrauschen zu erleichtern. Wenn ein Entkopplungsstromregler als Stromregler 134 verwendet wird, ist die ideale Stromregler-Übertragungsfunktion im Wesentlichen ein ideales Tiefpassfilter einer bestimmten Ordnung (z.B. erster Ordnung, zweiter Ordnung, usw.). Darüber hinaus kann ein Stromregler 134, entweder ein statischer oder ein dynamischer Typ, auch einen Frequenzgang aufweisen, der im Wesentlichen dem eines Tiefpassfilters entspricht.
3 stellt die Frequenzgänge eines q-Achsen-Stromregelkreises für ein Motorsteuerungssystem 130 dar, das einen Entkopplungsregler und einen Stromregler gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet. Wie dargestellt, ist die Frequenzgangform ähnlich wie bei einem Tiefpassfilter. Somit können die Strombefehle (I_dq*), die aus den Signalen des Handraddrehmomentsensors abgeleitet werden, gefiltert werden, da die Frequenzgänge so geformt sind, dass sie zu Tiefpassfiltern mit reduzierter Grenzfrequenz werden.
Der Schwankungsrauschen-Manager 138 verwendet dementsprechend das eine oder die mehreren EPS-Signale der Sensoren 180, um das Schwankungsrauschen des EPS-Systems 40 zu verwalten, indem er die Reglerparameter modifiziert, die auf den geschätzten Motorreglerparametern aus dem Motorsteuerungs-Parameterschätzer 136 basieren. Die modifizierten Reglerparameter werden anschließend vom Stromregler 134 verwendet, um den Spannungsbefehl für den Motor 19 zu erzeugen. Die Reglerparameter beinhalten eine Zielbandbreite (oder Eigenfrequenz, z.B. für ein System zweiter Ordnung) und andere ähnliche Parameter, die zur Erzeugung des Spannungsbefehls verwendet werden. Weiterhin basieren die „endgültigen Parameter“ (z.B. die Verstärkungen K_p und/oder K_i in einem PI-Regler, die weiter beschrieben werden), die vom Stromregler 134 zur Erzeugung des Spannungsbefehls verwendet werden, auf den Reglerparametern und den geschätzten Motorsteuerungsparametern.
4 stellt ein Datenfluss-Blockdiagramm des vom Schwankungsrauschen-Manager 138 bereitgestellten Managements von Schwankungsrauschen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Schwankungsrauschen ist typischerweise bei niedrigeren Motordrehzahlen hörbar, wenn sich das Fahrzeug in der Nähe des Stillstands befindet, wo die anderen Fahrzeuggeräusche gering sind. Wenn der Motor 19 schneller dreht oder die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist, wird das Schwankungsrauschen durch die anderen Geräusche (z.B. das Motorgeräusch) verdeckt. Das Datenfluss-Blockdiagramm stellt ein Verfahren zum Variieren von Filterparametern in Echtzeit in Abhängigkeit von dem einem oder den mehreren EPS-Signalen und zum anschließenden Durchführen einer Arbitrierung dar. Die Arbitrierung überwacht die Variationen der Motorsteuerungs-Parameterwerte aufgrund unterschiedlicher Signaturen der einen oder mehreren EPS-Signalsignaturen und bestimmt den endgültigen Wert der Reglerparameter basierend auf den Anforderungen an das Schwankungsrauschen zusammen mit Lenksystem- sowie Fahrzeugstabilitätsbedingungen. Jedes Signal wird verwendet, um einen anderen Satz von Stromreglerparametern zu erzeugen, die dann durch die Arbitrierung (420) kombiniert oder arbitriert werden.
Das Verfahren zum Management von Schwankungsrauschen ermöglicht es dementsprechend, die Rauschfrequenzen im Schwankungsrauschen-Bereich zu filtern (z.B. im Bereich von 200 bis 400 Hz; der Bereich kann jedoch für verschiedene Systeme unterschiedlich sein). In einigen Fällen, je nach Stabilitäts- oder Leistungsbedingungen, kann die Filterung durch das Verfahren, wie weiter unten beschrieben, vollständig deaktiviert werden.
Die einzelnen EPS-Signale werden bei 410 verwendet, um unterschiedliche Abstimmparameter L_b zu erzeugen, um das Schwankungsrauschen zu reduzieren. Die verwendeten EPS-Signale können unter anderem Signale für eine Fahrzeuggeschwindigkeit (v_s ), ein Handraddrehmoment (T_hw ), eine Motordrehzahl (ω_m ) und eine Motorbeschleunigung (α_m ) beinhalten. Die Abstimmparameter L_b (die eine Matrix oder ein Satz sind, nicht ein Skalar) werden bei 420 zur Arbitrierung gesendet, um endgültige Parameter K_b zusammen mit einem Aktivierungs/Deaktivierungs-Merker (F_en ) zu erzeugen. Der Aktivierungs/Deaktivierungs-Merker kann die Bandbreitenplanung bei 430 vollständig deaktivieren.
Durch die Überwachung anderer Fahrzeugsignale (z. B. Querbeschleunigung) kann beispielsweise bestimmt werden, dass das Fahrzeug ein schnelleres dynamisches Verhalten des EPS-Systems 40 benötigt, auch wenn das Schwankungsrauschen verstärkt wird. In diesem Fall können die planungsbedingten Bandbreiteneinstellungen ignoriert und auf einen ausreichend hohen (vorgegebenen Kalibrierungs-)Wert gesetzt werden.
Die Arbitrierung kann mehrere Signale verwenden, um Situationen zu bestimmen, in denen die Motorreglerbandbreite nicht geändert werden soll, um die Stabilität des EPS-Systems 40 zu gewährleisten. Basierend auf der Bestimmung deaktiviert der Aktivierungs/Deaktivierungs-Merker das Filtern und Ändern der Reglerparameter, die von dem Stromregler 134 verwendet werden. Wenn der Filteraktivierungs/Deaktivierungs-Merker anzeigt, dass das Management von Schwankungsrauschen durchgeführt werden soll, werden die geschätzten Reglerparameter geändert und dem Stromregler 134 zugeführt.
So ist beispielsweise für einen Stromregler 134 erster Ordnung die Übertragungsfunktion des Stromregelkreises: $H_{d q} (s) = \frac{ω_{b d q}}{s + ω_{b d q}}$
Hier ist ω_bdq die Bandbreite des Stromregelkreises der d- oder q-Achse und ein Beispiel für einen oder mehrere Reglerparameter, die der Stromregler 134 zum Erzeugen des Spannungsbefehls verwendet. In einem oder mehreren Beispielen plant der Schwankungsrauschen-Manager 138 die angestrebte Bandbreite der Stromregelung, d.h. ändert die Reglerparameter in Abhängigkeit von den Motorsteuerungsparametern und den Fahrzeugsignalen 190 (z.B. Motorbeschleunigung und Handraddrehmoment zusätzlich zu Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit). Dementsprechend, $ω_{b d q} = f (ω_{m}, α_{m}, v_{s}, T_{h m})$
Hier ist f eine Funktion, die auf den Kriterien zur Minimierung des Raums basiert, in dem die Filterung durchgeführt werden soll, so dass das Schwankungsrauschen reduziert wird, während die Einbußen bei der Stabilität und Leistung des Systems minimiert werden. Die Motorbeschleunigung reduziert die Leistungseinbußen bei schnellen Umkehrungen, bei denen die Motordrehzahl niedrig sein kann, aber die Beschleunigung hoch ist. Daher kann es typischerweise vorkommen, dass die Planung der Bandbreite nur mit der Motordrehzahl allein kein gewünschtes Lenkgefühl für einen Bediener des EPS-Systems 40 erzeugt. Ebenso führt die Verwendung nur des Handraddrehmoments zur Planung der Bandbreite nicht zu einem optimalen Lenkgefühl für den Bediener.
Darüber hinaus können verschiedene Stromregler so ausgelegt werden, dass sie unterschiedliche Frequenzkennlinien aufweisen. So kann beispielsweise ein gekoppeltes PI-Design mit statischer Vorsteuerungskompensation (d.h. wenn die Stromregler aus zwei unabhängigen PI-Reglern für die d- und q-Achse bestehen und eine Vorsteuerkomponente aufweisen, die die gleiche ist wie die Vorsteuerspannung, die typischerweise für die rein statische Vorsteuerkompensation verwendet wird) die folgenden dq-Stromübertragungsfunktionen erzeugen: $H_{d} (s) = \frac{(L_{q} s^{2} + (K_{p q} + R) s + K_{i q}) ((K_{p d} + \tilde{R}) s + K_{i d}) + s^{2} ω_{e} {\tilde{ω}}_{e} L_{q} {\tilde{L}}_{d}}{(L_{d} s^{2} + (R + K_{p d}) s + K_{i d}) (L_{q} s^{2} (K_{p q} + R) s + K_{i q}) + s^{2} ω_{e}^{2} L_{d} L_{q}}$
$H_{q} (s) = \frac{(L_{d} s^{2} + (K_{p d} + R) s + K_{i d}) ((K_{p q} + \tilde{R}) s + K_{i q}) + s^{2} ω_{e} {\tilde{ω}}_{e} L_{d} {\tilde{L}}_{q}}{(L_{d} s^{2} + (R + K_{p d}) s + K_{i d}) (L_{q} s^{2} + (K_{p q} + R) s + K_{i q}) + s^{2} ω_{e}^{2} L_{d} L_{q}}$
Hier stellt L die Induktivität des Motors 19 dar, R den Widerstand des Motors 19, K_p und K_i die Verstärkungen des Stromreglers 134, ω_e die Motordrehzahl und s einen Ableitungsterm (Laplace). Es ist zu beachten, dass im vorliegenden Dokument die Suffixe d und q Werte im jeweiligen Bezugsachsenrahmen darstellen und die Tildeterme (~) Schätzwerte darstellen. K_p und K_i sind endgültige Parameter, die Teil eines oder mehrerer Reglerparameter sind, die zur Erzeugung des Spannungsbefehls verwendet werden.
In diesen Fällen (Gleichungen 3a und 3b) können die PI-Verstärkungen für die d- und q-Achse mit Motordrehzahl, Beschleunigung, Fahrzeuggeschwindigkeit und Handraddrehmoment geplant werden. Dementsprechend können die Frequenzgangkennlinien der Motorstromregelung und damit die Übertragungsfunktionen der Drehmomentregelung genutzt werden, um eine Tiefpassfilterung durchzuführen, um das Rauschen in den Signalen des Handraddrehmomentsensors bedingt herauszufiltern.
Ein Stromregler 134 verwendet ein inverses Modell des Motors 19 unter Verwendung der Reglerparameter, um den Spannungsbefehl (V) zu erzeugen. Die Reglerparameter können basierend auf den Motorsteuerungsparametern variiert werden. Der Stromregler 134 kann statisch oder dynamisch sein. Bei dem dynamischen Stromregler 134 werden abgeleitete Terme zur Berechnung des Spannungsbefehls verwendet. In einem oder mehreren Beispielen kann die Berechnung des Spannungsbefehls mit Hilfe von zeitkontinuierlichen Techniken durchgeführt und dann diskretisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Berechnung des Spannungsbefehls direkt im diskreten Bereich entworfen sein. Ein Beispiel für eine zeitkontinuierliche diskrete Ableitung ist wie folgt. $\tilde{s} = \frac{s}{{(τ s + 1)}^{n}}$
In der obigen Darstellung der Ableitung ist s der reine Ableitungsterm und $\frac{1}{τ s + 1}$
stellt ein Tiefpassfilter dar. Typischerweise hilft die Verwendung eines Tiefpassfilters in Kombination mit der reinen Ableitung bei der Modifizierung des unerwünscht hohen Frequenzgangs des reinen Ableitungsterms. In einem oder mehreren Beispielen wird τ auf einen vorgegebenen Wert gesetzt. Hier ist τ ein Stromreglerparameter, wenn der Stromregler 134 ein dynamischer Vorsteuerungs-Stromregler ist. Die zeitkontinuierliche Ableitung kann in diskreter Zeit (z-Domäne) implementiert werden, z.B. durch Verwendung der Tustin-Approximation (oder anderer Techniken) wie folgt. $s = \frac{2}{T_{s}} \frac{1 - z^{- 1}}{1 + z^{- 1}}$
Hier ist T_s die Abtastzeit des diskreten Regelkreises. Es ist zu beachten, dass die approximierte Ableitung auf andere Weisen implementiert werden kann, unter anderem durch Änderung der zeitkontinuierlichen Approximation, durch Verwendung verschiedener zeitdiskreter Approximationen der zeitkontinuierlichen Äquivalente oder durch direktes Design des Ableitungsterms in dem diskreten Bereich.
Eine Stromregler-Übertragungsfunktion des Stromreglers 134 mit der vorgenannten Approximation der Ableitung, die dynamisch berechnet wird, ist wie folgt. $T_{d d} = \frac{L_{q} {\tilde{L}}_{d} s \tilde{s} + L_{q} \tilde{R} s + {\tilde{L}}_{d} R \tilde{s} + ω_{e} {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{d} L_{q}}{L_{d} L_{q} s^{2} + R (L_{d} + L_{q}) s + R^{2} + ω_{e}^{2} L_{d} L_{q}}$
$T_{q q} (s) = \frac{L_{d} {\tilde{L}}_{q} s \tilde{s} + L_{d} \tilde{R} s + {\tilde{L}}_{q} R \tilde{s} + ω_{e} {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{q} L_{d}}{L_{d} L_{q} s^{2} + R (L_{d} + L_{q}) s + R^{2} + ω_{e}^{2} L_{d} L_{q}}$
In den Gleichungen 5a und 5b verursachen die Ableitungsterme Übertragung und Verstärkung von Rauschen. Dementsprechend ermöglicht die Änderung der Ableitungsterme die Gestaltung des Frequenzgangs des Motorsteuerungssystems 130.
5 stellt ein Blockdiagramm zur Planung der Bandbreite mit dem einen oder den mehreren EPS-Signalen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. In der Abbildung bezieht sich K_bωα auf den endgültigen Parameter des Stromreglers 134, insbesondere bei einem dynamischen Vorsteuerungs-Stromregler, nachdem die individuelle Parameterplanung mit verschiedenen EPS-Signalen und die Arbitrierung durch den Schwankungsrauschen-Manager 138 durchgeführt wurden. Im veranschaulichten Beispiel verwendet der Schwankungsrauschen-Manager 138 nur zwei EPS-Signale, die Motordrehzahl und die Motorbeschleunigung. In anderen Beispielen werden jedoch andere EPS-Signale wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Handraddrehmoment usw. in ähnlicher Weise verwendet.
Bei 510 wird ein Absolutwert der Motordrehzahl bestimmt. Ein erster Parameter (K_bωα1 ) wird bei 520 basierend auf dem Motordrehzahlwert bestimmt. Der erste Parameter kann über eine Nachschlagetabelle oder eine vorgegebene Funktion bestimmt werden, die zur Laufzeit berechnet wird. In einem oder mehreren Beispielen werden der eine oder die mehreren Parameter mit einem Tiefpassfilter (oder einem anderen Filter) für die Motordrehzahl berechnet. Schwankungsrauschen ist am deutlichsten zu hören, wenn die Motordrehzahl gering ist (d.h. das Handrad steht). Mit zunehmender Motordrehzahl wird das Schwankungsrauschen durch andere Geräusche, etwa durch diejenigen aufgrund des mechanischen Systems 170 verdeckt, und es wird keine Filterung durchgeführt. Daher kann die Grenzfrequenz des Frequenzgangs des Stromreglers bei niedrigeren Motordrehzahlen niedrig angesetzt werden und umgekehrt. Ein Beispiel für die Planung der Grenzfrequenz gegenüber der Motordrehzahl ist in 5 (bei 520) dargestellt.
Wie im Beispiel von 5 dargestellt, wird der erste Parameter bei Motordrehzahlen kleiner als ω₁ auf einem Wert von K₁ gehalten, dann von ω₁ auf ω₂ linear erhöht, und dann über Drehzahlen von ω₂ auf einem höheren Wert K₂ gehalten. Diese Operation kann mathematisch wie folgt dargestellt werden. $K_{b ω α 1} (ω_{m}) = {\begin{matrix} K_{1}, | ω_{m} | < ω_{1} \\ K_{1} + (ω_{m} - ω_{1}) \frac{K_{2} - K_{1}}{ω_{2} - ω_{1}}, ω_{1} \leq | ω_{m} | < ω_{2} \\ K_{2}, | ω_{m} | \geq ω_{2} \end{matrix}$
Es ist zu beachten, dass die Funktion zwar stückweise linear dargestellt ist, stattdessen jedoch jede andere Funktion verwendet werden kann, solange die Trends ähnlich sind. So kann beispielsweise stattdessen eine nichtlineare Funktion mit einer Exponentialfunktion, wie unten gezeigt, verwendet werden. $K_{b ω α 1} (ω_{m}) = m a x (α,1 - e^{- \frac{| ω_{m} |}{α}})$
Hier ist a ein abstimmbarer Parameter, der geändert werden kann, um die Form der Grenzfrequenzfunktion zu verändern.
Weiterhin wird bei 530 ein zweiter Parameter (K_bωα2 ) aus dem Absolutwert der Motordrehzahl berechnet. Der zweite Parameter kann über eine Nachschlagetabelle oder eine vorgegebene Funktion bestimmt werden, die zur Laufzeit berechnet wird.
Es ist zu beachten, dass andere Funktionen oder Tabellen als die in 5 dargestellten verwendet werden können, um die Werte des ersten und zweiten Parameters zu bestimmen.
Bei 540 wird ein Absolutwert des Motorbeschleunigungswertes bestimmt. Der Motorbeschleunigungswert wird bei 550 verwendet, um einen dritten Parameter (K_bωα3 ) zu berechnen. In einem oder mehreren Beispielen ist der dritte Parameter ein binärer Wert (EIN/AUS), wie beispielsweise 1 oder 0. Der dritte Parameter kann über eine Nachschlagetabelle oder eine vorgegebene Funktion bestimmt werden, die zur Laufzeit berechnet wird.
Der erste Parameter, der zweite Parameter und der dritte Parameter werden bei 560 kombiniert, um den endgültigen Parameter des Stromreglers 134 zu berechnen. In einem oder mehreren Beispielen beinhaltet die Kombination die Berechnung. $K_{b ω α} = (K_{b ω α 3} \times K_{b ω α 1}) + ((1 - K_{b ω α 3}) \times K_{b ω α 2})$
In anderen Beispielen kann die Kombination auf andere Weise durchgeführt werden. Weiterhin wird, wie bereits erwähnt, in anderen Beispielen der endgültige Parameter mit zusätzlichen Parametern berechnet, die auf anderen EPS-Signalen basieren.
In einem oder mehreren Beispielen verwendet der Schwankungsrauschen-Manager 138 zusätzlich zu der oder alternativ zu der Nutzung der Motordrehzahl die Fahrzeuggeschwindigkeit, um die Parameter des Stromreglers 134 einzustellen. Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten maskiert das Motorgeräusch das Schwankungsrauschen, so dass die Grenzfrequenz unter solchen Bedingungen erhöht werden kann, um die Leistung zu verbessern und die Stabilität zu erhalten. Bei Stillstand oder in der Nähe von Stillstandsbedingungen (d.h. niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten) ist das Schwankungsrauschen gut hörbar, so dass die Grenzfrequenz niedrig gehalten wird. Ähnliche Funktionen wie die oben dargestellten werden für die Geschwindigkeit und/oder die Fahrzeugbeschleunigung verwendet.
Weiterhin kann der Schwankungsrauschen-Manager 138 in einem oder mehreren Beispielen die Parameter des Stromreglers 134 ferner unter Verwendung des Handraddrehmoments einstellen. Das Schwankungsrauschen wird als Funktion der Größe und des Frequenzinhalts des Handraddrehmoments modelliert. Das Rauschen ist bei höheren Lastbedingungen (d.h. bei höheren Werten für Handrad- und Motordrehmoment) deutlich hörbar. Daher wird die Filterung nur oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts des Handraddrehmoments durchgeführt. Eine exemplarische Funktion (hartes Umschalten) ist in 6 dargestellt.
Wie in 6 dargestellt, wird (bei 610) ein Absolutwert des Handraddrehmoment-Eingabesignals berechnet und (bei 620) zur Kalibrierung der Parameter (K_bThw ) des Stromreglers 134 verwendet. Im dargestellten Beispiel wird eine Sprungfunktion verwendet, bei der die Reglerparameter basierend auf dem Wert des Handraddrehmoments konfiguriert werden.
7 stellt die Planung der Reglerparameter gegenüber dem Frequenzinhalt des Handraddrehmoments gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Der Frequenzinhalt des Handraddrehmoments kann ein Frequenzband / einen Frequenzbereich beinhalten. Bei schnellen Manövern ist der Anteil hoher Frequenzen des Handraddrehmomentsignals im Verhältnis zu anderen Frequenzanteilen im Handraddrehmomentsignal hoch. Somit können die Reglerparameter in Abhängigkeit vom Frequenzgehalt des Handraddrehmoments geplant werden. 7 zeigt ein Beispiel für diese Planungsfunktion. Im Beispiel wird das Handraddrehmoment-Eingabesignal zunächst durch ein Hochpassfilter 710 gefiltert und der gefilterte Hochpassinhalt (T'_hw ) wird zur Bestimmung der eingestellten Reglerparameter verwendet. Wie hierin beschrieben, wird (bei 720) ein Absolutwert des Hochpassinhalts (T'_hw ) berechnet und zur Bestimmung des Parameters (K_bThw ) verwendet, der verwendet wird, um die Parameter des Stromreglers 134 (bei 730) einzustellen. Beispielsweise wird der Parameter (K_bThw ) auf einen vorgegebenen Wert f1 gesetzt, wenn der Hochpassinhalt (T'_hw ) unter einem vorgegebenen Wert (h₀ ) liegt, und ein vorgegebener höherer Wert f2 wird verwendet, wenn der Hochpassinhalt (T'_hw ) über (oder gleich) dem vorgegebenen Wert h0 ist.
In einem oder mehreren Beispielen berechnet der Schwankungsrauschen-Manager 138 die endgültigen Parameter unter Verwendung der hierin beschriebenen mehreren Eingabesignale. Es wird eine Arbitrierung (560) unter Verwendung der mehreren Parameter durchgeführt, die basierend auf den jeweiligen EPS-Signalen, der Motordrehzahl, der Motorbeschleunigung, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Handraddrehmoment und dergleichen bestimmt werden. Die Arbitrierung bestimmt die endgültigen Parameter (in Echtzeit), die der Stromregler 134 zur Berechnung des Spannungsbefehls verwendet. Der endgültige Parameter wird dann von dem Stromregler 134 zur Berechnung des Spannungsbefehls V basierend auf den Eingabestrombefehlen (I_dq*) verwendet.
Während die Arbitrierung die endgültigen Parameter aus den mehreren ermittelten Parametern auf verschiedene Weise bestimmt, kommt es darauf an, die Stabilität des Fahrzeugs und des Lenksystems stets zu gewährleisten, auch auf Kosten des Schwankungsrauschens (falls erforderlich). Die Schwankungsrauschenfilterung kann deaktiviert werden, z.B. wenn die Stabilität des EPS-Systems 40 gefährdet ist.
5 stellt eine exemplarische Arbitrierung für eine Kombination von zwei verwendeten EPS-Signalen dar. Es versteht sich, dass basierend auf der Kombination der EPS-Signale, die zur Filterung des Schwankungsrauschens verwendet werden, andere Arten von Arbitrierungen verwendet werden können. In einem oder mehreren Beispielen kann eine gewichtete Summe zur Berechnung des endgültigen Parameters unter Verwendung der mehreren Parameter ausgeführt werden, die jedem der EPS-Signale entsprechen. Es ist zu beachten, dass die in der obigen Beschreibung verwendeten Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“ und „vierter“ Parameter in anderen Beispielen variiert werden können und dass in einigen Beispielen die Anzahl der berechneten Parameter von den hier beschriebenen Beispielen abweichen kann.
Der Schwankungsrauschen-Manager 138 erleichtert dementsprechend die Planung der Parameter des Stromreglers 134 als Funktion des einen oder der mehreren EPS-Signale, um das quellbedingte Schwankungsrauschen (Handraddrehmoment) zu reduzieren (zu filtern). Durch diese Änderung der Parameter des Stromreglers 134 wird sichergestellt, dass die Leistung und Stabilität des Gesamtsystems der Motorsteuerung 130 auf kleinstmöglichem Raum der Betriebsbedingungen des EPS-Systems 40 beeinträchtigt wird. Dementsprechend modifizieren die hierin beschriebenen technischen Lösungen die Leistung des Motorsteuerungssystems 130 und verbessern wiederum die Leistung des EPS-Systems 40, indem sie wiederum das Schwankungsrauschen des EPS-Systems 40 reduzieren (filtern). Weiterhin ist zu beachten, dass die Reduzierung des Schwankungsrauschens ohne Verwendung einer separaten Filterkomponente, wie beispielsweise eines typischerweise verwendeten Tiefpassfilters, durchgeführt wird und stattdessen die Parameter des Stromreglers 134 so modifiziert werden, dass das Schwankungsrauschen reduziert wird. Dadurch reduzieren sich die Produktionskosten des Motorsteuerungssystems 130 und damit des EPS-Systems 40.
Wie hierin beschrieben, kann das Anwenden eines Motordrehmomentbefehls das Umwandeln des Motordrehmomentbefehls in einen Spannungs-/Strombefehl beinhalten, der an den Motor 19 angelegt wird, um einen durch den Motordrehmomentbefehl vorgegebenen Drehmomentbetrag zu erzeugen.
8 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Reduzieren/Filtern von Schwankungsrauschen in einem Lenksystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das Verfahren beinhaltet bei 810 das Berechnen eines Motordrehmomentbefehls basierend auf einem Handraddrehmoment, das dem EPS-System 40 bereitgestellt wird. Das Verfahren beinhaltet bei 820 ferner das Erzeugen eines Strombefehls, der dem Drehmomentbefehl entspricht. Das Verfahren beinhaltet bei 830 ferner das Bestimmen der geschätzten Motorparameter (L, R).
In Verbindung damit beinhaltet das Verfahren bei 815 das Berechnen mehrerer Einstellparameter basierend auf einem oder mehreren EPS-Signalen, wie beispielsweise der Motordrehzahl, der Motorbeschleunigung, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Handraddrehmoment und dergleichen. Die „Einstellparameter“ sind hier der eine oder die mehreren hierin beschriebenen Parameter, wie der erste Parameter, der zweite Parameter, usw. basierend auf den entsprechenden EPS-Signalen.
Das Verfahren beinhaltet bei 825 ferner das Berechnen der endgültigen Einstellparameter basierend auf den mehreren Einstellparametern. Das Berechnen der endgültigen Parameter kann das Arbitrieren der mehreren Einstellparameter beinhalten. Das Arbitrieren kann das Vergleichen der Einstellparameter untereinander und/oder die Verwendung vorgegebener Schwellenwerte beinhalten. In einem oder mehreren Beispielen kann das Arbitrieren die Auswahl eines niedrigsten (minimalen) Einstellwertes beinhalten. Alternativ oder zusätzlich kann das Arbitrieren auch die Auswahl eines höchsten (maximalen) Einstellwerts beinhalten. Alternativ oder zusätzlich kann das Arbitrieren auch die Auswahl sowohl des niedrigsten als auch des höchsten Wertes beinhalten. In weiteren Beispielen kann das Arbitrieren das Kombinieren der Einstellparameter zu dem endgültigen Parameter beinhalten, wie beispielsweise die Verwendung einer gewichteten Summe der Einstellparameter oder andere derartige Techniken.
Das Verfahren beinhaltet bei 840 ferner das Modifizieren eines oder mehrerer Reglerparameter basierend auf den endgültigen Einstellparametern, um das Schwankungsrauschen im Lenksystem zu reduzieren/ zu unterdrücken. Die Reglerparameter werden basierend auf dem einen oder den mehreren geschätzten Motorparametern und/oder Fahrzeugsteuersignalen 190 modifiziert. Die Änderung kann das Ersetzen des einen oder der mehreren Reglerparameter durch die endgültigen Einstellparameter beinhalten. Alternativ oder zusätzlich kann die Änderung auch das Multiplizieren des einen oder der mehreren Reglerparameter mit den Einstellparametern beinhalten. In anderen Beispielen ist eine andere Kombination von mathematischen Operationen möglich.
Das Verfahren beinhaltet bei 850 ferner das Berechnen des Spannungsbefehls für den Motor 19 basierend auf dem/den Strombefehl(en) und dem einen oder den mehreren modifizierten Reglerparametern.
Die eine oder die mehreren Ausführungsformen der hierin beschriebenen technischen Lösungen befassen sich mit der technischen Herausforderung, das in elektrischen Lenksystemen übliche Schwankungsrauschen zu dämpfen. Das Rauschen enthält im Allgemeinen Rauschfrequenzinhalte, wobei der Bereich der Rauschfrequenzen für verschiedene Systeme variieren kann und typischerweise bei etwa 200 bis 250 Hz liegt. In einigen Fällen kann der Frequenzbereich des Rauschens mit den Software-Schleifengeschwindigkeiten übereinstimmen oder Rauschfrequenzen aufgrund von PWM und Wechselrichterschaltvorgängen beinhalten. Zu den vorliegenden technischen Lösungen zur Dämpfung des Schwankungsrauschens gehören die Verringerung des Ansprechverhaltens oder der Bandbreite der Motorsteuerung, die Überabtastung und Filterung des Handraddrehmoments, die direkte (unbedingte) Tiefpassfilterung des Handraddrehmoments und die Reduzierung des Ansprechverhaltens von Steuerfunktionen, die das Rauschen verstärken. In einem oder mehreren Beispielen wird eine Kombination dieser Techniken verwendet, jedoch erfordert die Verwendung mehrerer Techniken eine koordinierte und umständliche Abstimmung aufgrund mehrerer beteiligter Funktionen und eine lange Abstimmzeit aufgrund der zyklischen Natur eines solchen Abstimmungsprozesses. Darüber hinaus führen solche Techniken zu einem verminderten Lenkgefühl und einer verminderten Stabilität. Die hierin beschriebenen technischen Lösungen befassen sich mit der technischen Herausforderung, das Schwankungsrauschen in Lenksystemen durch Filtern des Motordrehmomentbefehls zu dämpfen, wobei die Filterung mit dem Tiefpassfiltercharakter des Motorsteuerungssystems erfolgt. Die hierin beschriebenen technischen Lösungen reduzieren somit das Schwankungsrauschen und erhalten gleichzeitig die Leistung und Stabilität des Lenksystems. Darüber hinaus bieten die technischen Lösungen ein Management von Schwankungsrauschen durch Einstellung der Motorparameter, die für die Berechnung des Spannungsbefehls verwendet werden, Reduzierung der Kalibrier- und Abstimmzeit und Eliminierung des Bedarfs für ein separates Tiefpassfilter.
Obwohl die vorliegende Offenbarung nur im Zusammenhang mit einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurde, sollte leicht verständlich sein, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die vorliegende Offenbarung dahingehend geändert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder gleichwertigen Anordnungen beinhaltet, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber im Umfang mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen. Auch wenn verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen oder Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen beinhalten können. Dementsprechend ist die vorliegende Offenbarung nicht als durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt anzusehen.

Claims

Verfahren zum Dämpfen von Schwankungsrauschen in einem Lenksystem, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines Drehmomentbefehls basierend auf einem Eingabedrehmoment; Erzeugen eines Strombefehls, der dem Drehmomentbefehl entspricht; Bestimmen eines Einstellparameters basierend auf einer Vielzahl von Lenksystemsignalen; Reduzieren des Schwankungsrauschens des Lenksystems durch dynamisches Ändern eines Reglerparameterwertes unter Verwendung des Einstellparameters; und Erzeugen eines Spannungsbefehls unter Verwendung des Strombefehls und des geänderten Reglerparameterwertes, wobei der Spannungsbefehl zum Erzeugen von Drehmoment durch einen Motor verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Lenksystemsignalen mindestens zwei von einer Motordrehzahl, einer Motorbeschleunigung, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Handraddrehmoment umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Einstellparameters umfasst: Berechnen eines ersten Parameters basierend auf einem ersten Lenksystemsignal aus der Vielzahl von Lenksystemsignalen; Berechnen eines zweiten Parameters basierend auf einem zweiten Lenksystemsignal aus der Vielzahl von Lenksystemsignalen; und Berechnen des Einstellparameters durch Arbitrieren des ersten Parameters und des zweiten Parameters, wobei der Wert des Reglerparameters durch den Einstellparameter geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Bestimmen des Einstellparameters ferner umfasst: Berechnen eines dritten Parameters basierend auf einem dritten Lenksystemsignal aus der Vielzahl von Lenksystemsignalen; und Berechnen des Einstellparameters durch Arbitrieren des ersten Parameters, des zweiten Parameters und des dritten Parameters.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Arbitrieren das Auswählen eines Maximums umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Arbitrieren das Berechnen einer gewichteten Summe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Spannungsbefehl unter Verwendung des Strombefehls unter Verwendung eines Stromreglers mit Vorsteuerung erzeugt wird.
Vorrichtung zum Verwalten von Schwankungsrauschen in einem Lenksystem, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Motor; und ein Motorsteuerungssystem, das umfasst: einen Strombefehlsgenerator, der einen Strombefehl erzeugt, der einem Motordrehmomentbefehl entspricht; einen Stromregler, der einen Spannungsbefehl basierend auf dem Strombefehl unter Verwendung eines oder mehrerer Reglerparameter erzeugt; einen Motorsteuerungsparameterschätzer, der geschätzte Motorparameter bestimmt; und einen Schwankungsrauschen-Manager, der einen Einstellparameter basierend auf einer Vielzahl von Lenksystemsignalen bestimmt und das Schwankungsrauschen des Lenksystems filtert, indem er den einen oder die mehreren Reglerparameter unter Verwendung des Einstellparameters dynamisch modifiziert, wobei der Stromregler den Spannungsbefehl entsprechend dem Strombefehl unter Verwendung des einen oder der mehreren modifizierten Reglerparameter erzeugt, wobei der Spannungsbefehl zum Erzeugen von Drehmoment durch den Motor verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl von Lenksystemsignalen mindestens zwei von einer Motordrehzahl, einer Motorbeschleunigung, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Handraddrehmoment umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Bestimmen des Einstellparameters umfasst: Berechnen eines ersten Parameters basierend auf einem ersten Lenksystemsignal aus der Vielzahl von Lenksystemsignalen; Berechnen eines zweiten Parameters basierend auf einem zweiten Lenksystemsignal aus der Vielzahl von Lenksystemsignalen; und Berechnen des Einstellparameters durch Arbitrieren des ersten Parameters und des zweiten Parameters, wobei die geschätzten Motorparameter unter Verwendung des Einstellparameters geändert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Bestimmen des Einstellparameters ferner umfasst: Berechnen eines dritten Parameters basierend auf einem dritten Lenksystemsignal aus der Vielzahl von Lenksystemsignalen; und Berechnen des Einstellparameters durch Arbitrieren des ersten Parameters, des zweiten Parameters und des dritten Parameters.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Arbitrieren das Auswählen eines Maximums umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Arbitrieren das Berechnen einer gewichteten Summe umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Stromregler ein Vorsteuerungs-Stromregler ist.
Lenksystem, umfassend: einen Motor, der einen Drehmomentbetrag erzeugt, der einem Motordrehmomentbefehl entspricht; ein Motorsteuerungssystem, das einen Spannungsbefehl basierend auf dem Motordrehmomentbefehl erzeugt, wobei der Spannungsbefehl an den Motor angelegt wird, um den Drehmomentbetrag zu erzeugen; eine Vielzahl von Sensoren, die eine Vielzahl von Lenksystemsignalen messen; und einen Schwankungsrauschen-Manager, der Schwankungsrauschen in dem Lenksystem basierend auf der Vielzahl von Lenksystemsignalen reduziert, indem er einen oder mehrere Reglerparameter modifiziert, die zum Berechnen des Spannungsbefehls verwendet werden.
Lenksystem nach Anspruch 15, wobei der Schwankungsrauschen-Manager einen Einstellparameter basierend auf der Vielzahl von Lenksystemsignalen bestimmt und das Schwankungsrauschen des Lenksystems filtert, indem er den einen oder die mehreren Reglerparameter unter Verwendung des Einstellparameters dynamisch ändert.
Lenksystem nach Anspruch 16, wobei das Motorsteuerungssystem den Spannungsbefehl unter Verwendung des einen oder der mehreren Reglerparameter berechnet, die geändert werden.
Lenksystem nach Anspruch 17, wobei das Motorsteuerungssystem den Spannungsbefehl unter Verwendung eines Vorsteuerungs-Regelkreises unter Verwendung eines Eingabestrombefehls berechnet, der auf dem Motordrehmomentbefehl basiert.
Lenksystem nach Anspruch 16, wobei das Bestimmen des Einstellparameters umfasst: Berechnen eines ersten Parameters basierend auf einem ersten Lenksystemsignal aus der Vielzahl von Lenksystemsignalen; Berechnen eines zweiten Parameters basierend auf einem zweiten Lenksystemsignal aus der Vielzahl von Lenksystemsignalen; und Berechnen des Einstellparameters durch Arbitrieren des ersten Parameters und des zweiten Parameters, wobei der eine oder die mehreren Reglerparameter unter Verwendung des Einstellparameters geändert werden.
Lenksystem nach Anspruch 15, wobei die Vielzahl von Lenksystemsignalen mindestens zwei von einer Motordrehzahl, einer Motorbeschleunigung, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Handraddrehmoment umfasst.