DE102019212712A1

DE102019212712A1 - Steer-by-wire system und steuerverfahren dafür

Info

Publication number: DE102019212712A1
Application number: DE102019212712.6A
Authority: DE
Inventors: Donghoon Shin
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2020-02-27
Also published as: CN110861701B; CN110861701A; KR102558215B1; US11420670B2; KR20200023807A; US20200062292A1

Abstract

Steer-by-Wire-System und Steuerverfahren dafür. Ein Reaktionsmotor erzeugt eine Reaktion in einer Richtung, die einer Richtung entgegengesetzt ist, in der ein Lenkrad von einem Fahrer betätigt wird. Ein Stromsensor erfasst einen Phasenstrom, der vom Reaktionsmotor ausgegeben wird. Ein Motorpositionssensor erfasst einen Drehwinkel des Reaktionsmotors. Ein Zustands- und Störgrößenbeobachter schätzt durch Empfangen von Informationen in Bezug auf den Phasenstrom und Informationen in Bezug auf den Drehwinkel des Reaktionsmotors mehrere Zustandsgrößen und ein Fahrer-Drehmoment. Eine Reaktionssteuerung bestimmt ein Reaktionsdrehmoment, das vom Reaktionsmotor ausgegeben wird, gemäß den mehreren Zustandsgrößen und dem Fahrer-Drehmoment, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter geschätzt werden. Eine Lenkabsicht eines Fahrers wird akkurat bestimmt, wenn der Drehmomentsensor oder der Lenkwinkelsensor nicht bereitgestellt sind oder nicht richtig funktionieren.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 27. August 2018 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2018-0100197 , die hiermit für alle Zwecke durch Bezugnahme in ihrem gesamten Umfang aufgenommen wird, als wäre sie hierin vollständig wiedergegeben.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet
Ausführungsformen betreffen ein Steer-by-Wire-System und ein Steuerverfahren dafür. Genauer betreffen die Ausführungsformen ein Steer-by-Wire-System und ein Steuerverfahren dafür, die in der Lage sind, auch in einem Fall, in dem ein Drehmomentsensor oder ein Lenkwinkelsensor bereitgestellt ist oder der Drehmomentsensor oder der Lenkwinkelsensor eine Fehlfunktion hat, eine Lenkabsicht eines Fahrers durch Schätzen mehrerer Zustandsgrößen, durch welche die Lenkabsicht des Fahrers bestimmt werden kann, akkurat zu bestimmen.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein Steer-by-Wire(SBW)-System bezeichnet eine Vorrichtung, die durch Erfassen einer Handlung eines Fahrers, der ein Lenkrad betätigt, ein Signal erzeugt und das Lenken der Fahrzeugräder unter Verwendung des Signals steuert, statt eine mechanische Struktur zu verwenden, die das Lenkrad mit den Fahrzeugrädern verbindet.
Im SBW-System kann eine Eingabeeinheit, die das Lenkrad einschließt, einen Lenkradsensor, der einen Lenkwinkel des Lenkrads erfasst, einen Drehmomentsensor, der ein Drehmoment einer Lenkwelle des Lenkrads erfasst, einen Reaktionsmotor, der ansprechend auf die Drehung des Lenkrads ein Reaktionsdrehmoment erfasst, und dergleichen aufweisen. Eine Ausgabeeinheit des SBW-Systems kann einen Lenkungsausgabesensor, der einen Drehwinkel von Fahrzeugrädern erfasst, einen Lenkungsmotor, der eine Kraft zur Unterstützung einer Drehung der Fahrzeugräder erzeugt, einen Lenkungsmotorpositionssensor, der die Position einer Drehwelle des Lenkungsmotors erfasst, und dergleichen aufweisen.
Wenn der Fahrer das Lenkrad dreht, werden ein Drehbetrag des Lenkrads und ein Drehmoment eines Drehstabs, die vom Lenkwinkelsensor und vom Drehmomentsensor erfasst werden, auf eine elektronische Steuereinheit (ECU) übermittelt. Ansprechend darauf erzeugt die ECU einen Strom zum Steuern der Lenkung der Fahrzeugräder und stellt den Strom am Lenkrad bereit, wodurch die Fahrzeugräder gelenkt werden.
Außerdem erzeugt das SBW-System unter Verwendung eines Reaktionsmotors eine Kraft in einer Richtung, die der des Lenkrads entgegengesetzt ist, wodurch ein angemessen starkes Lenkgefühl für den Fahrer bereitgestellt wird.
Es kann für ein solches SBW-System jedoch schwierig sein, nur mittels des Lenkwinkels und des Drehmoments die Lenkabsicht des Fahrers richtig zu bestimmen. Um diesen Nachteil auszugleichen, wurde ein Verfahren zum Steuern der Reaktion, die für den Fahrer bereitgestellt wird, und der Lenkung der Fahrzeugräder durch Messen eines Phasenstroms des Reaktionsmotors und/oder des Lenkungsmotors oder einer Kombination davon unter Verwendung von Stromsensoren vorgeschlagen. Wenn der Drehmomentsensor oder der Lenkwinkelsensor nicht richtig funktionieren, kann es jedoch auch in einem Fall, wo die Stromsensoren verwendet werden, passieren, dass Informationen in Bezug auf das Drehmoment des Drehmomentstanbes oder Informationen in Bezug auf den Lenkwinkel des Lenkrads nicht bereitgestellt werden oder falsch bereitgestellt werden, wodurch eine Fehlfunktion des Systems bewirkt wird. Daher besteht ein Bedarf an einem Verfahren, das auch in dem Fall, dass der Drehmomentsensor oder der Lenkwinkelsensor nicht richtig funktioniert oder der Drehmomentsensor oder der Lenkwinkelsensor nicht bereitgestellt ist, in der Lage ist, die Lenkabsicht des Fahrers akkurat zu bestimmen.
KURZFASSUNG
Verschiedene Aspekte geben ein Steer-by-Wire(SBW)-System und ein Steuerverfahren dafür an, die in der Lage sind, auch in einem Fall, in dem ein Drehmomentsensor oder ein Lenkwinkelsensor nicht bereitgestellt ist oder der Drehmomentsensor oder der Lenkwinkelsensor nicht richtig funktioniert, eine Lenkabsicht eines Fahrers durch Schätzen mehrerer Zustandsgrößen, durch welche die Lenkabsicht des Fahrers bestimmt werden kann, akkurat zu bestimmen.
Gemäß einem Aspekt kann ein SBW-System aufweisen: einen Reaktionsmotor, der ansprechend auf eine Betätigung eines Lenkrads durch einen Fahrer eine Reaktion in einer Richtung erzeugt, die einer Richtung entgegengesetzt ist, in der das Lenkrad vom Fahrer betätigt wird; einen Stromsensor, der einen Phasenstrom erfasst, der vom Reaktionsmotor ausgegeben wird; einen Motorpositionssensor, der einen Drehwinkel des Reaktionsmotors erfasst; einen Zustands- und Störgrößenbeobachter, der durch Empfangen von Informationen in Bezug auf den Phasenstrom und Informationen in Bezug auf den Drehwinkel des Reaktionsmotors mehrere Zustandsgrößen und ein Fahrer-Drehmoment schätzt; und eine Reaktionssteuerung, der ein Reaktionsdrehmoment, das vom Reaktionsmotor ausgegeben wird, gemäß den mehreren Zustandsgrößen und dem Fahrer-Drehmoment, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter geschätzt werden, bestimmt.
Gemäß einem Aspekt kann ein Steuerverfahren für ein SBW-System umfassen: Wahrnehmen eines Phasenstroms, der von einem Reaktionsmotor ausgegeben wird, der ansprechend auf eine Betätigung eines Lenkrads durch einen Fahrer eine Reaktion in einer Richtung erzeugt, die einer Richtung entgegengesetzt ist, in der das Lenkrad vom Fahrer betätigt wird; Wahrnehmen eines Drehwinkels des Reaktionsmotors; Schätzen mehrerer Zustandsgrößen und eines Fahrer-Drehmoments durch Empfangen von Informationen in Bezug auf den Phasenstrom und Informationen in Bezug auf den Drehwinkel des Reaktionsmotors; und Bestimmen eines Reaktionsdrehmoments, das vom Reaktionsmotor ausgegeben wird, gemäß den mehreren Zustandsgrößen und dem Fahrer-Drehmoment.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist es möglich, eine Lenkabsicht eines Fahrers auch in einem Fall, wo der Drehmomentsensor oder der Lenkwinkelsensor nicht bereitgestellt ist oder der Drehmomentsensor oder der Lenkwinkelsensor nicht richtig funktioniert, akkurat zu bestimmen. Demgemäß ist es möglich, den Drehmomentsensor und den Lenkwinkelsensor durch akkurates Berechnen des für den Reaktionsmotor bereitgestellten Reaktionsdrehmoments und des für den Lenkungsmotor bereitgestellten Lenkungsdrehmoments zu steuern.
Figurenliste
Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher werden, worin:

1 ein Blockschema ist, das ein SBW-System gemäß Ausführungsformen darstellt;
2 ein Blockschema ist, das die Konfiguration der Ausgabeeinheit des SBW-Systems skizziert;
3 ein Blockschema ist, das die Beziehung zwischen der Eingabeeinheit und der Steuereinheit des SBW-Systems gemäß Ausführungsformen darstellt;
4 ein Ablaufschema ist, das einen Prozess des Schätzens von Zustandsgrößen durch den Zustands- und Störgrößenbeobachter des SBW-Systems gemäß Ausführungsformen darstellt; und
5 ein Ablaufschema ist, das einen Steuerprozess des SBW-systems gemäß Ausführungsformen darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung von Beispielen oder Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur Erläuterung konkrete Beispiele oder Ausführungsformen gezeigt sind, die implementiert werden können, und in denen gleiche Bezugszahlen und -zeichen verwendet werden können, um gleiche oder ähnliche Komponenten zu bezeichnen, auch wenn sie in begleitenden Zeichnungen gezeigt sind, die sich voneinander unterscheiden. Ferner wird in der folgenden Beschreibung von Beispielen oder Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf ausführliche Beschreibungen bekannter Funktionen und Komponenten, die hierin übernommen worden sind, verzichtet, wenn entschieden wurde, dass die Beschreibung den Gegenstand in manchen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eher verunklaren würde.
Begriffe wie „erste“, „zweite“, „A“, „B“, „(A)“ oder „(B)“ können hierin verwendet werden, um Elemente der Offenbarung zu beschreiben. Keiner dieser Begriffe wird verwendet, um das Wesen, eine Rangfolge, Reihenfolge oder Anzahl von Elementen usw. zu definieren, sondern sie werden nur verwendet, um die entsprechenden Elemente von anderen Elementen zu unterscheiden. Wenn angegeben wird, dass ein erstes Element mit einem zweiten Element „verbunden oder verkoppelt“ ist, mit diesem „in Kontakt steht“ oder dieses „überlappt“ usw., ist dies so zu verstehen, dass das erste Element mit dem zweiten Element nicht nur „direkt verbunden oder verkoppelt“ sein kann oder mit diesem „direkt in Kontakt stehen“ oder dieses „direkt überlappen“ kann, sondern dass auch ein drittes Element zwischen dem ersten und dem zweiten Element „dazwischen angeordnet“ sein kann oder dass das erste und das zweite Element über ein viertes Element miteinander „verbunden oder verkoppelt“ sein können oder miteinander „in Kontakt stehen“ oder einander „überlappen“ können.
1 ist ein Blockschema, das ein Steer-by-Wire(SBW)-System gemäß Ausführungsformen darstellt.
Das SBW-System gemäß Ausführungsformen kann auch in einem Zustand, in dem ein Drehmomentsensor oder ein Lenkwinkelsensor nicht richtig funktioniert oder der Drehmomentsensor oder der Lenkwinkelsensor nicht zur Ausstattung gehört, eine Lenkabsicht eines Fahrers durch Schätzen mehrerer Zustandsgrößen und eines Fahrer-Drehmoments akkurat bestimmen.
Das SBW-System kann umfassen: eine Eingabeeinheit 10, die ein Lenkrad 15 einschließt, eine Steuereinheit 50, die Zustandsgrößen einschließlich des Fahrer-Drehmoments schätzt, und eine Ausgabeeinheit 70, die ein Fahrzeugrad 85 einschließt.
2 ist ein Blockschema, das die Konfiguration der Ausgabeeinheit des SBW-Systems skizziert.
Die Ausgabeeinheit 70 kann auf einer Ausgabeseite einen Lenkungsausgabesensor 90, der in der Lage ist, einen Drehwinkel θcm des Fahrzeugrads zu erfassen, einen Lenkungsmotor 75, der eine Kraft zur Unterstützung der Drehung des Fahrzeugrads 85 erzeugt, einen Lenkungsmotorpositionssensor 80, der die Position einer Drehwelle des Lenkungsmotors 75 erfasst, und dergleichen aufweisen.
Ein Steuersignal in Bezug auf einen Strom, der von der Eingabeeinheit 10 berechnet und am Lenkungsmotor 75 bereitgestellt wird, wird ansprechend auf den Betrieb des Lenkungsmotors 75 an der Ausgabeeinheit 70 bereitgestellt, so dass das Fahrzeugrad 85 auf einen Lenkwinkel gelenkt werden kann, der vom Fahrer gewollt ist.
3 ist ein Blockschema, das die Beziehung zwischen der Eingabeeinheit und der Steuereinheit des SBW-Systems gemäß Ausführungsformen darstellt.
Die Eingabeeinheit 10 kann das Lenkrad 15, einen Reaktionsmotor 35, einen Motorpositionssensor 40 und Stromsensoren 45 aufweisen, während die Steuereinheit 50 eine Reaktionssteuerung 55, einen Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 und eine Lenkungssteuerung 65 aufweisen kann.
Wenn der Fahrer das Lenkrad 15 betätigt, erzeugt der Reaktionsmotor 35 eine Kraft in einer Richtung, die der des Lenkrads 15 entgegengesetzt ist, wodurch für den Fahrer ein angemessener Grad an Lenkgefühl bereitgestellt wird. Ein Strom wird am Reaktionsmotor 35 bereitgestellt, um ein geeignet hohes Reaktionsdrehmoment zu erzeugen, um dadurch das Lenkgefühl zu erzeugen.
Der Motorpositionssensor 40 kann ansprechend auf die Drehung des Reaktionsmotors 35 ein Spannungssignal erzeugen und einen Drehwinkel θcm des Reaktionsmotors 35 in Echtzeit unter Verwendung des Spannungssignals erfassen. Der Motorpositionssensor 40 kann Informationen in Bezug auf den Drehwinkel θcm des Reaktionsmotors 35 an den Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 übermitteln.
Die Stromsensoren 45 können einen Grundwellenstrom in einer einzelnen Impulsbreitenmodulations(PWM)-Periode, d.h. einen Durchschnittsstrom, durch Wahrnehmen des Phasenstroms des Reaktionsmotors ermitteln. Im Allgemeinen werden die Stromsensoren 45 als ein Paar von Stromsensoren bereitgestellt, um einen Phasenstrom zu erfassen, und die Wahrnehmung des Phasenstroms ist wesentlich für eine Drehmomentsteuerung.
Die Reaktionssteuerung 55 der Steuereinheit 50 kann den Reaktionsmotor 35 so steuern, dass dieser ein berechnetes Reaktionsdrehmoment aufweist, und die Lenkungssteuerung 65 kann den Lenkungsmotor 75 so steuern, dass das Fahrzeugrad 85 mit auf einen vom Fahrer beabsichtigten Lenkwinkel gelenkt wird.
Der Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 kann mehrere Zustandsgrößen und ein Fahrer-Drehmoment schätzen, um unter Verwendung eines Kalman-Filters die Lenkabsicht des Fahrers zu bestimmen, und ansprechend auf die Verwendung des Kalman-Filters die mehreren Zustandsgrößen und das Fahrer-Drehmoment unter Verwendung von Daten schätzen, die vom Motorpositionssensor 40 und vom Stromsensor 45 einer Lenksäule 20 bereitgestellt werden.
Die Reaktionssteuerung 55 kann Schätzwerte der mehreren Zustandsgrößen und des Fahrer-Drehmoments vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 empfangen, ein Reaktionsdrehmoment, das vom Reaktionsmotor 35 ausgegeben werden soll, unter Verwendung der Schätzwerte der mehreren Zustandsgrößen bestimmen und ein Steuersignal in Bezug auf eine Reaktionsmotoreingangsspannung, die am Reaktionsmotor 35 bereitgestellt wird, ausgeben, um das so bestimmte Reaktionsdrehmoment auszugeben.
Was dies betrifft, so besitzt die Reaktionssteuerung 55 Informationen in Bezug auf Reaktionsdrehmoment-Bezugswerte, die den Zustandsgrößen und dem Fahrer-Drehmoment entsprechen, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 geschätzt worden sind, und kann das Reaktionsdrehmoment unter Verwendung der Zustandsgrößen und des Fahrer-Drehmoments, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 bereitgestellt werden, bestimmen. Außerdem besitzt die Reaktionssteuerung 55 Informationen in Bezug auf die Reaktionsmotoreingangsspannung, die am Reaktionsmotor 35 bereitgestellt werden soll, um das bestimmte Reaktionsdrehmoment zu erzeugen, und wenn das Reaktionsdrehmoment bestimmt worden ist, wird ein Steuersignal erzeugt, das befiehlt, die Reaktionsmotoreingangsspannung bereitzustellen, die dem Reaktionsdrehmoment entspricht, das am Reaktionsmotor 35 bereitgestellt werden soll.
Auch wenn die Reaktionssteuerung 55 Schätzwerte aller Zustandsgrößen vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 empfangen kann, können Informationen in Bezug auf den Drehwinkel θcm des Reaktionsmotors 35 und Informationen in Bezug auf den Phasenstrom direkt vom Motorpositionssensor 40 und den Stromsensoren 45 bereitgestellt werden und die Schätzwerte der anderen Zustandsgrößen und des Fahrer-Drehmoments vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 bereitgestellt werden.
Die Lenkungssteuerung 65 kann das Lenkungsdrehmoment, das vom Lenkungsmotor 75 ausgegeben wird, unter Verwendung der Schätzwerte der mehreren Zustandsgrößen, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 bereitgestellt werden, bestimmen. Wenn das Lenkungsdrehmoment bestimmt wird, kann die Lenkungssteuerung 65 ein Steuersignal in Bezug auf eine Lenkungsmotoreingangsspannung ausgeben, die am Lenkungsmotor 75 bereitgestellt werden muss, um das bestimmte Lenkungsdrehmoment zu erzeugen.
Was dies betrifft, so besitzt die Lenkungssteuerung 65 Informationen in Bezug auf Lenkungsdrehmoment-Bezugswerte, die den Schätzwerten der Zustandsgrößen entsprechen, und kann das Lenkungsdrehmoment unter Verwendung der Zustandsgrößen und von Drehmoment-Bezugswerten, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 bereitgestellt werden, bestimmen. Außerdem besitzt die Lenkungssteuerung 65 Informationen in Bezug auf die Lenkungsmotoreingangsspannung, die am Lenkungsmotor 75 bereitgestellt werden soll, um das so bestimmte Lenkungsdrehmoment zu erzeugen. Wenn das Lenkungsdrehmoment bestimmt wird, kann die Lenkungssteuerung 65 ein Steuersignal erzeugen, das befiehlt, die Lenkungsmotoreingangsspannung, die dem Lenkungsdrehmoment entspricht, am Lenkungsmotor 75 bereitzustellen.
Gemäß der Darstellung in einem Ablaufschema von 4 kann der Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 Informationen in Bezug auf den Drehwinkel θcm des Reaktionsmotors 35 und Informationen in Bezug auf den Phasenstrom des Reaktionsmotors 35 vom Motorpositionssensor 40 bzw. vom Stromsensor 45 empfangen und kann eine Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads 15, eine Differenz zwischen der Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads 15 und einer Winkelgeschwindigkeit des Motors und ein Fahrer-Drehmoment τdrv schätzen oder berechnen.
Der Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 berechnet in S400 eine Basis-Schätzerverstärkung K, die unter Verwendung des Kalman-Filters definiert wird, und besitzt Informationen in Bezug auf die berechnete Schätzerverstärkung. Die Basis-Schätzerverstärkung, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 berechnet wird, kann durch die folgende Formel 1 definiert werden.
$K = K a l m a n (A n e w C n e w, W, V)$
Wenn in S410 Informationen in Bezug auf den Drehwinkel θcm des Reaktionsmotors 35 und Informationen in Bezug auf den Phasenstrom des Reaktionsmotors 35 in den Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 eingegeben werden, kann der Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 in S420 Schätzwerte mehrerer Zustandsgrößen durch Anwenden der Informationen auf eine Differentialphasengleichung von Formel 2 berechnen.
Die mehreren Zustandsgrößen können das Fahrer-Drehmoment, den Drehwinkel des Lenkrads 15, die Drehwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads 15, ein Drehstabdrehmoment, eine Winkelgeschwindigkeitsdifferenz und dergleichen einschließen. Hierbei ist die Winkelgeschwindigkeitsdifferenz eine Differenz zwischen der Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads 15 und einer Winkelgeschwindigkeit des Reaktionsmotors 35. Die Winkelgeschwindigkeit des Reaktionsmotors kann durch Teilen des Drehstabdrehmoments, das vom Motorpositionssensor 40 erfasst wird, durch eine Einheitszeit berechnet werden.
${\dot{\hat{z}}}_{a} = A_{n e w} {\hat{z}}_{a} + B_{n e w} u + K (y - \overset{⌢}{y}),$
worin K die Basis-Schätzerverstärkung der Formel 1 angibt und y, A_new und B_new durch die folgenden Formeln 3, 4 und 5 definiert werden können:
$Y = C_{n e w} z_{a},$
worin C_new durch die Formel 3-1 definiert werden kann und ż_a durch die Formel 3-2 definiert werden kann.
$C_{n e w} = [\begin{matrix} 0 & C_{z} \end{matrix}],$
worin Cz, definiert durch die Formel 3-1-1, sein kann.
$C_{z} = [\begin{matrix} 1 & 0 & - \frac{1}{K_{s e n}} & 0 \end{matrix}]$
worin K_sen ein Drehmomentstabsteifigkeitsindex ist.
$Z_{a} = [\begin{matrix} t_{drv} & θ_{sw} & ω_{sw} & τ_{t} & ω_{d} \end{matrix}],$
worin τ_drv das Fahrer-Drehmoment angibt, θ_sw einen Lenkwinkel des Lenkrads 15 angibt, ω_sw die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads 15 angibt, τ_t das Drehstabdrehmoment angibt und ω_d die Winkelgeschwindigkeit des Reaktionsmotors angibt.
A_new kann durch die Formel 4 definiert werden.
$A_{n e w} = [\begin{matrix} 0 & 0_{1 \times 4} \\ 0_{4 \times 1} & A_{2} \end{matrix}],$
worin A_z von Formel 4-1 definiert werden kann.
$A_{n e w} = [\begin{matrix} 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & - \frac{B_{s w}}{J_{s w}} & - \frac{1}{J_{s w}} & - \frac{B_{s e n}}{J_{s w}} \\ 0 & 0 & 0 & K_{s e n} \\ 0 & α_{1} & α_{2} & α_{3} \end{matrix}],$
worin B_sw, einen Dämpfungskoeffizienten des Lenkrads angibt, Bsen einen Dämpfungskoeffizienten des Drehmomentstabs angibt und J_sw eine Trägheit des Lenkrads angibt. Außerdem werden α₁, α₂ und α₃ von den Formeln 4-1-1, 4-1-2 und 4-1-3 ausgedrückt.
$α_{1} = - \frac{B_{s w} J_{c m} - B_{c m} J_{s w}}{J_{c m} J_{s w}},$
worin B_cm einen Dämpfungskoeffizienten des Reaktionsmotors angibt und J_cm eine Trägheit des Reaktionsmotors angibt.
$α_{2} = - \frac{J_{c m} + J_{s w}}{J_{c m} J_{s w}},$
$α_{3} = - \frac{B_{c m} J_{s w} + B_{s e n} J_{s w} + B_{s e n} J_{c m}}{J_{s w} J_{c m}},$
worin von Formel 5 definiert werden kann.
$B_{n e w} = [\begin{matrix} 0 \\ B_{z} \end{matrix}],$
worin B_z von Formel 5-1 definiert werden kann.
$B_{n e w} = [\begin{matrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ \frac{1}{J_{c m}} \end{matrix}]$
Die Differentialphasengleichung von Formel 2 wird durch Differenzieren einer Differentialphasengleichung von Formel 6 und Anwenden des Kalman-Filters modifiziert, so dass die mehreren Zustandsgrößen geschätzt werden können.
${\dot{z}}_{a} = A_{n e w} z_{a} + B_{n e w} u + B_{w} {\dot{τ}}_{d r v}$
Formel 5-1 ist eine erste Ableitung des Fahrer-Drehmoments.
Die Phasengleichung von Formel 6 wird durch Modifizieren einer Phasengleichung der Formel 7 erhalten.
$\dot{z} = A_{z} z + B_{2} u + B_{z_d r v} τ_{d r v},$
worin z, A_z, B_z und B_{z_drv} von den Formeln 7-1 bis 7-4 definiert werden können.
$z = [\begin{matrix} z_{1} \\ z_{2} \\ z_{3} \\ z_{4} \end{matrix}] = [\begin{matrix} θ_{s w} \\ θ_{s w} \\ τ_{t} \\ ω_{d} \end{matrix}] = D_{x}$
$A_{z} = T A_{z} T^{- 1}$
$B_{z} = T B$
$B_{z_d r v} = T B_{d r v}$
T, das in den Formeln 7-1 bis 7-4 verwendet wird, kann durch Formel 7-5 definiert werden.
$T = [\begin{matrix} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ K_{s e n} & 0 & - K_{s e n} & 0 \\ 0 & 1 & 0 & - 1 \end{matrix}]$
Die Beziehung zwischen C_z und T, das in Formel 3-1-1 definiert wird, kann von Formel 8 definiert werden.
$C_{z} = C T$
Wie oben angegeben, weist die Differentialphasengleichung des Zustands- und Störgrößenbeobachters 60, die von der Formel 2 definiert wird, den Dämpfungskoeffizienten des Lenkrads, den Dämpfungskoeffizienten des Drehmomentstabs, den Dämpfungskoeffizienten des Reaktionsmotors, die Trägheit des Lenkrads und die daran angelegte Trägheit des Reaktionsmotors auf, wie in den Formel 4-1 bis 5-1 ausgedrückt. Außerdem ist die Differentialphasengleichung des Zustands- und Störgrößenbeobachters 60 eine Funktion, die auf das Fahrer-Drehmoment, den Lenkwinkel des Lenkrads 15, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads 15, das Drehmomentstabdrehmoment und die Winkelgeschwindigkeit des Reaktionsmotors bezogen ist. Das Fahrer-Drehmoment, das Drehmomentstabdrehmoment, der Lenkwinkel des Lenkrads 15, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads 15, eine Differenz der Lenkwinkelgeschwindigkeit zwischen dem Lenkrad 15 und dem Reaktionsmotor und dergleichen können durch Eingeben des Drehwinkels des Reaktionsmotors 35 und des vom Stromsensor 45 erfassten Phasenstroms und Anwenden des Kalman-Filters von Formel 1 auf die Differentialphasengleichung des Zustands- und Störgrößenbeobachters 60 geschätzt werden.
Wenn der Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 die Zustandsgrößen einschließlich des Fahrer-Drehmoments unter Verwendung des Kalman-Filters auf diese Weise schätzt, kann weißes Rauschen, wie etwa Drehmomentwelligkeiten, die in die Lenksäule eingeführt werden, entfernt werden.
Der Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 kann den Prozess des Verifizierens, ob oder ob nicht die Werte der Zustandsgrößen, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 geschätzt werden, richtig sind, in S430 durch Vergleichen der Schätzwerte der Zustandsgrößen mit Zustandsgrößen, die vom Motorpositionssensor 40 und vom Stromsensor 45 erfasst werden, durchführen. Falls sich irgendeiner der Werte der Zustandsgrößen, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 geschätzt werden, von der entsprechenden einen von den Zustandsgrößen, die vom Motorpositionssensor 40 und vom Stromsensor 45 erfasst werden, um einen vorgegebenen Wert oder noch mehr unterscheidet, kann der Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 den Schritt des Schätzens der Zustandsgröße wiederholen.
Wenn die Verifizierung abgeschlossen ist, können die Schätzwerte der Zustandsgrößen, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 berechnet worden sind, in S440 an der Reaktionssteuerung 55 bzw. an der Lenkungssteuerung 65 bereitgestellt werden.
Es folgt eine Beschreibung des Prozesses des Berechnens der Schätzwerte der Zustandsgrößen für die Bestimmung des Reaktionsdrehmoments, der vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 des SBW-Systems unter Verwendung der oben beschriebenen Konfiguration durchgeführt wird, unter Bezugnahme auf 5.
Wenn ein Fahrzeug in 5500 zu fahren beginnt, können der Motorpositionssensor 40 und der Stromsensor 45 in S510 den Drehwinkel θcm des Reaktionsmotors 35 bzw. den Phasenstrom schätzen und die erfassten Werte an den Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 übermitteln.
Der Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 kann in S520 die mehreren Zustandsgrößen durch Anwenden des Drehwinkels θcm des Reaktionsmotors 35 und des Phasenstroms, die vom Motorpositionssensor 40 und vom Stromsensor 45 erhalten werden, sowie des Dämpfungskoeffizienten des Lenkrads 15, des Dämpfungskoeffizienten des Drehmomentstabs, des Dämpfungskoeffizienten des Reaktionsmotors 35, der Trägheit des Lenkrads und der Trägheit des Reaktionsmotors 35 auf eine Differentialphasengleichung schätzen.
Die in diesem Fall geschätzten Zustandsgrößen können das Fahrer-Drehmoment, das Drehmomentstabdrehmoment, den Lenkwinkel des Lenkrads 15, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads 15, die Differenz der Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Lenkrad 15 und dem Reaktionsmotor 35 und dergleichen einschließen.
Der Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 kann in S530 die auf diese Weise berechneten Schätzwerte der Zustandsgrößen mit dem vom Motorpositionssensor 40 und vom Stromsensor 45 erfassten Drehwinkel θcm des Reaktionsmotors 35, dem vom Reaktionsmotor 35 erfassten Phasenstrom und einer am Reaktionsmotor 35 bereitgestellten Motoreingangsspannung vergleichen. Falls sich die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 berechneten Schätzwerte der Zustandsgrößen über einen vorgegebenen Wert hinaus von den von den Sensoren erfassten Zustandsgrößen unterscheiden, wie mit N in S540 angegeben wird, kann der Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 die Zustandsgrößen erneut schätzen, bis die Differenz nicht größer ist als der vorgegebene Wert.
Wenn die Verifizierung abgeschlossen ist, können die Schätzwerte der mehreren Zustandsgrößen, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 berechnet und verifiziert worden sind, in S550 an der Reaktionssteuerung 55 und an der Lenkungssteuerung 65 bereitgestellt werden. In S560 kann die Reaktionssteuerung 55 das Reaktionsdrehmoment des Reaktionsmotors 35 unter Verwendung der Schätzwerte der Zustandsgrößen bestimmen und ein Steuersignal für eine Motoreingangsspannung, das dem so bestimmten Reaktionsdrehmoment entspricht, am Reaktionsmotor 35 bereitstellen, und die Lenkungssteuerung 65 kann das Lenkungsdrehmoment des Lenkungsmotors 75 unter Verwendung der Schätzwerte der Zustandsgrößen bestimmen und ein Steuersignal für eine Lenkungsmotoreingangsspannung, das dem so bestimmten Lenkungsdrehmoment entspricht, am Lenkungsmotor 75 bereitstellen.
Auch wenn in den obigen Ausführungsformen beschrieben wurde, dass kein Drehmomentsensor bereitgestellt ist, kann der Drehmomentsensor bereitgestellt werden. In dieser Situation ist es möglich, ein Drehmomentstabdrehmoment, das vom Drehmomentsensor erfasst wird, durch Vergleichen des vom Drehmomentsensor erfassten Drehmomentstabdrehmoments mit dem vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 geschätzten Drehmomentstabdrehmoment zu verifizieren.
Falls das vom Drehmomentsensor erfasste Drehmomentstabdrehmoment jenseits eines vorgegebenen Bereichs um das vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 geschätzte Drehmomentstabdrehmoment liegt, kann bestimmt werden, dass der Drehmomentsensor nicht richtig funktioniert, und der Reaktionsmotor 35 und der Lenkungsmotor 75 können unter Verwendung des vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 geschätzten Drehmomentstabdrehmoments gesteuert werden. Das heißt, in einer Situation, wo der Drehmomentsensor bereitgestellt ist, kann unter Verwendung des Zustands- und Störgrößenbeobachters 60 bestimmt werden, ob oder ob nicht der Drehmomentsensor eine Fehlfunktion hat. Falls der Drehmomentsensor nicht richtig funktioniert, kann das Drehmomentstabdrehmoment verwendet werden, das vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 geschätzt wird. Demgemäß ist es möglich, die Lenkabsicht des Fahrers auch in einem Fall, wo der Drehmomentsensor nicht richtig funktioniert, akkurat zu bestimmen.
Außerdem kann ein Lenkwinkelsensor bereitgestellt werden, auch wenn in den obigen Ausführungsformen beschrieben wurde, dass kein Lenkwinkelsensor bereitgestellt ist. In dieser Situation ist es möglich, einen Lenkwinkel des Lenkrads 15, der vom Lenkwinkelsensor erfasst wird, durch Vergleichen des vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels des Lenkrads 15 mit dem vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 geschätzten Lenkwinkel des Lenkrads 15 zu verifizieren.
Falls der Lenkwinkel des Lenkrads 15, der vom Lenkwinkelsensor erfasst wird, jenseits eines vorgegebenen Bereichs um den vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 geschätzten Lenkwinkel des Lenkrads 15 liegt, kann bestimmt werden, dass der Lenkwinkelsensor nicht richtig funktioniert, und der Reaktionsmotor 35 und der Lenkungsmotor 75 können unter Verwendung des vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 geschätzten Lenkwinkels des Lenkrads 15 gesteuert werden. Das heißt, in einer Situation, wo der Lenkwinkelsensor bereitgestellt ist, kann unter Verwendung des Zustands- und Störgrößenbeobachters 60 bestimmt werden, ob oder ob nicht der Lenkwinkelsensor eine Fehlfunktion hat. Falls der Lenkwinkelsensor nicht richtig funktioniert, kann der Lenkwinkel des Lenkrads 15 verwendet werden, der vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 geschätzt wird. Demgemäß ist eine akkurate Bestimmung der Lenkabsicht des Fahrers auch in einem Fall möglich, in dem der Lenkwinkelsensor nicht richtig funktioniert.
Wie oben dargelegt, kann das SBW-System gemäß Ausführungsformen die Schätzwerte der Zustandsgrößen, einschließlich des Fahrer-Drehmoments, des Drehmomentstabdrehmoments, des Lenkwinkels des Lenkrads 15, der Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads 15, der Differenz der Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Lenkrad 15 und dem Reaktionsmotor 35 und dergleichen, unter Verwendung des Kalman-Filters durch den Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 akkurat berechnen. Demgemäß ist es möglich, den Reaktionsmotor 35 und den Lenkungsmotor 75 durch akkurates Berechnen des am Reaktionsmotor 35 bereitgestellten Reaktionsdrehmoments und des am Lenkungsmotor 75 bereitgestellten Lenkungsdrehmoments zu steuern. Außerdem können auch in einem Fall, wo der Drehmomentsensor oder der Lenkwinkelsensor bereitgestellt sind, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter 60 berechneten Schätzwerte der Zustandsgrößen verwendet werden, um zu bestimmen, ob oder ob nicht irgendeiner vom Drehmomentsensor und vom Lenkwinkelsensor eine Fehlfunktion hat. Demgemäß kann das System auch in einem Fall, in dem irgendeiner der Sensoren nicht richtig funktioniert, ordnungsgemäß arbeiten.
Auch wenn beschrieben wurde, dass sämtliche Komponenten der obigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kombiniert oder zur einer Betriebseinheit verbunden sind, soll die vorliegende Offenbarung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt werden. Vielmehr können die jeweiligen Komponenten selektiv und operativ in beliebiger Zahl kombiniert werden, ohne vom Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die obige Beschreibung wird vorgelegt, um jedem Fachmann zu ermöglichen, die technische Idee der vorliegenden Offenbarung nachzuahmen und zu nutzen, und wird im Kontext einer bestimmten Anwendung und ihrer Anforderungen bereitgestellt. Verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Substitutionen an den beschriebenen Ausführungsformen werden für einen Fachmann naheliegen, und die hierin definierten allgemeinen Grundlagen können auf andere Ausführungsformen und Anwendungen angewendet werden, ohne vom Gedanken und Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die obige Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen stellen lediglich zum Zwecke der Erläuterung ein Beispiel für die technische Idee der vorliegenden Offenbarung bereit. Das heißt, die offenbarten Ausführungsformen sollen nicht den Bereich der technischen Idee der vorliegenden Offenbarung darstellen. Somit soll der Bereich der vorliegenden Offenbarung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt werden, sondern soll so breit wie möglich ausgelegt werden, solange er mit den Ansprüchen konsistent ist. Der Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung sollte aus den folgenden Ansprüchen hergeleitet werden, und alle technischen Ideen innerhalb des Bereichs ihrer Äquivalente haben als im Bereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen zu gelten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020180100197 [0001]

Claims

Steer-By-Wire-System, umfassend: einen Reaktionsmotor (35), der ansprechend auf eine Betätigung des Lenkrads (15) durch einen Fahrer eine Reaktion in einer Richtung erzeugt, die einer Richtung entgegengesetzt ist, in der das Lenkrad (15) betätigt wird; einen Stromsensor (45), der einen Phasenstrom erfasst, der vom Reaktionsmotor ausgegeben wird; einen Motorpositionssensor (40), der einen Drehwinkel des Reaktionsmotors (35) erfasst; einen Zustands- und Störgrößenbeobachter (60), der durch empfangene Informationen in Bezug auf den Phasenstrom und Informationen in Bezug auf den Drehwinkel des Reaktionsmotors (35) mehrere Zustandsgrößen und ein Fahrer-Drehmoment schätzt; und eine Reaktionssteuerung (55), die ein Reaktionsdrehmoment, das vom Reaktionsmotor (35) ausgegeben wird, gemäß den mehreren Zustandsgrößen und dem Fahrer-Drehmoment, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter (60) geschätzt werden, bestimmt.
Steer-by-Wire-System nach Anspruch 1, wobei der Zustands- und Störgrößenbeobachter (60) Informationen in Bezug auf eine Basis-Schätzerverstärkung, die unter Verwendung eines Kalman-Filters definiert wird, besitzt und die mehreren Zustandsgrößen durch Anwenden der Basis-Schätzerverstärkung auf eine Differentialphasengleichung schätzt.
Steer-by-Wire-System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner umfassend: einen Lenkungsmotor (75), der ein Fahrzeugrad (85) lenkt; und eine Lenkungssteuerung (65), die ein Lenkungsdrehmoment, das vom Lenkungsmotor (75) ausgegeben wird, durch empfangene Schätzwerte der mehreren Zustandsgrößen, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter (60) bereitgestellt werden, steuert.
Steer-by-Wire-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Zustands- und Störgrößenbeobachter (60) Schätzwerte der mehreren Zustandsgrößen neu berechnet, falls sich die mehreren Zustandsgrößen von den Informationen in Bezug auf den Drehwinkel des Reaktionsmotors (35) und/oder den Informationen in Bezug auf den Phasenstrom des Reaktionsmotors (35) oder eine Kombination davon um einen vorgegebenen Wert oder mehr unterscheiden.
Steer-by-Wire-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Schätzwerte der mehreren Zustandsgrößen, die vom Zustands- und Störgrößenbeobachter (60) berechnet werden, mindestens eines von einem Fahrer-Drehmoment, einem Lenkwinkel des Lenkrads (15), einer Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads (15), einem Drehmomentstabdrehmoment, einer Differenz der Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Lenkrad (15) und dem Reaktionsmotor (35) oder Kombination davon umfassen.
Steer-by-Wire-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner einen Drehmomentsensor umfassend, der ein Drehmoment erfasst, das ansprechend auf eine Betätigung des Lenkrads (15) auftritt, wobei der Zustands- und Störgrößenbeobachter (60) durch Vergleichen eines Drehmomentstabdrehmoments, das vom Drehmomentsensor erfasst wird, mit einem Drehmomentstabdrehmoment, das vom Zustands- und Störgrößenbeobachter (60) geschätzt wird, bestimmt, ob oder ob nicht der Drehmomentsensor eine Fehlfunktion hat.
Steer-by-Wire-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner einen Lenkwinkelsensor umfassend, der einen Lenkwinkel des Lenkrads (15) erfasst, wobei der Zustands- und Störgrößenbeobachter (60) durch Vergleichen eines Lenkwinkels des Lenkrads (15), der vom Lenkwinkelsensor erfasst wird, mit dem Lenkwinkel des Lenkrads (15), der vom Zustands- und Störgrößenbeobachter (60) geschätzt wird, bestimmt, ob oder ob nicht der Lenkwinkelsensor eine Fehlfunktion hat.
Steuerrverfahren für ein Steer-By-Wire-System, umfassend: Wahrnehmen eines Phasenstroms, der von einem Reaktionsmotor (35) ausgegeben wird, der ansprechend auf eine Betätigung des Lenkrads (15) durch einen Fahrer eine Reaktion in einer Richtung erzeugt, die einer Richtung entgegengesetzt ist, in der das Lenkrad (15) betätigt wird; Wahrnehmen eines Drehwinkels des Reaktionsmotors (35); Schätzen mehrerer Zustandsgrößen und eines Fahrer-Drehmoments aufgrund empfangener Informationen in Bezug auf den Phasenstrom und Informationen in Bezug auf den Drehwinkel des Reaktionsmotors (35); und Bestimmen eines Reaktionsdrehmoments, das vom Reaktionsmotor (35) ausgegeben wird, gemäß den mehreren Zustandsgrößen und dem Fahrer-Drehmoment.
Steuerverfahren nach Anspruch 8, wobei die Schätzung der mehreren Zustandsgrößen die mehreren Zustandsgrößen durch Anwenden einer Basis-Schätzerverstärkung, die unter Verwendung eines Kalman-Filters definiert wird, auf eine Differentialphasengleichung schätzt.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, ferner umfassend das Steuern eines Stroms, der an einem Lenkungsmotor (75) eines Fahrzeugrads bereitgestellt wird, durch Empfangen von Schätzwerten der mehreren Zustandsgrößen.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner das Neuberechnen von Schätzwerten der mehreren Zustandsgrößen umfassend, falls sich die mehreren Zustandsgrößen von den Informationen in Bezug auf den Drehwinkel des Reaktionsmotors (35) und/oder den Informationen in Bezug auf den Phasenstrom des Reaktionsmotors (35) oder eine Kombination davon um einen vorgegebenen Wert oder mehr unterscheiden.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei Schätzwerte der mehreren Zustandsgrößen mindestens eines von einem Fahrer-Drehmoment, einem Lenkwinkel des Lenkrads (15), einer Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads (15), einem Drehmomentstabdrehmoment, einer Differenz der Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Lenkrad (15) und dem Reaktionsmotor (35) oder Kombination davon umfassen.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, ferner umfassend: Wahrnehmen eines Drehmomentstabdrehmoments einer Lenksäule (20) durch einen Drehmomentsensor; und Bestimmen, ob oder ob nicht der Drehmomentsensor eine Fehlfunktion hat, durch Vergleichen des Drehmomentstabdrehmoments, das vom Drehmomentsensor erfasst wird, mit einem Drehmomentstabdrehmoment aus Schätzwerten der mehreren Zustandsgrößen.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, ferner umfassend: Wahrnehmen eines Lenkwinkels des Lenkrads (15) durch einen Lenkwinkelsensor; und Bestimmen, ob oder ob nicht der Lenkwinkelsensor eine Fehlfunktion hat, durch Vergleichen des Lenkwinkels des Lenkrads (15), der vom Lenkwinkelsensor erfasst wird, mit einem Lenkwinkel des Lenkrads (15) aus Schätzwerten der mehreren Zustandsgrößen.