DE102020104449A1

DE102020104449A1 - Verfahren und System zur elektronischen Winkelsteuerung von Servolenkungen mit einem von Null verschiedenen Anfangszustand

Info

Publication number: DE102020104449A1
Application number: DE102020104449.6A
Authority: DE
Inventors: Xingye Zhang; Anthony J. Champagne
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2040-02-21
Also published as: US20200277006A1; US11572095B2; DE102020104449B4; CN111619659B; CN111619659A

Abstract

Zu den hier beschriebenen technischen Lösungen gehört ein Verfahren zur Steuerung eines Lenkwinkels in einem elektrischen Servolenkungssystem entsprechend einem Soll-Lenkwinkel durch Berechnen eines Anfangswertes eines integrierenden Regelungsterms in einem PID-Regelkreis (Proportional-Integral-Derivativ-Regelkreis), der zum Berechnen eines Regelungsausgangssignals, wie z.B. eines Motordrehmomentbefehls, verwendet wird. Der Anfangswert des integrierenden Regelungsterms wird als Negativ des Anfangswerts des Vorsteuerungsterms minus des Anfangswerts des Rückkopplungsterms berechnet. Der Anfangswert des integrierenden Regelungsterms entspricht einem Anfangswert einer Regelungsausgabe. Dementsprechend ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen den Umgang mit einem von Null verschiedenen Anfangszustand bei der Winkelsteuerung einer elektrischen Servolenkung.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/811,997 , die am 28. Februar 2019 eingereicht wurde und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Elektrische Servolenkungssysteme (EPS-Systeme) spielen eine wichtige Rolle in fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) oder beim autonomen Fahren. Beim autonomen Fahren liefern die EPS-Systeme den gewünschten Motordrehmomentbefehl, um den Lenkwinkel so zu steuern, dass er dem aus der Bahnplanung generierten Sollwinkel folgt. Das tritt auch bei Steer-By-Wire-Systemen auf, bei denen die mechanische Verbindung zwischen Lenksäule und Zahnstange durch elektronische Signale ersetzt wird. Die Zahnstange samt Straßenrädern ist mit einem Elektromotor verbunden, der als Straßenradstellglied bezeichnet wird und ein Motordrehmoment erzeugt, um die Zahnstange und die Straßenradbaugruppe anzutreiben und dem entsprechenden Lenkradwinkel oder Lenksäulenwinkel zu folgen.
Viele konventionelle EPS-Systeme verwenden Regelkreise mit einem integrierenden Regelungsterm, um ein Regelungsausgangssignal zu berechnen, das zum Betreiben eines Motors und zum Einstellen eines Lenkwinkels verwendet wird.
Solche Regelkreise weisen eine Vielzahl von Anwendungen auf, wie z.B. in ADAS-Systemen, autonomen Fahrsystemen und/oder in Drive-by-Wire-Systemen. Ein üblicher Typ eines Regelkreises mit einem integrierenden Regelungsterm ist ein Proportional-Integral-Derivativ-Regelkreis (PID-Regelkreis). Ein häufiges Problem bei traditionellen Regelkreisen ist, dass bei der Initialisierung der Regelkreise große Ausgaben erzeugt werden können. Solche großen Ausgaben können nachteilige Auswirkungen haben, wie z.B. unerwünschte Bewegungen im Lenksystem. Eine Lösung für die großen Ausgaben bei der Initialisierung traditioneller Regelkreise ist die Verwendung eines oder mehrerer Mischungsfaktoren, die die Wirkung der Regelausgabe mit der Zeit allmählich erhöhen. Die Verwendung eines Mischungsfaktors kann jedoch unerwünschte Ergebnisse wie einen nicht glatten Übergang und/oder eine Verzögerung vor der Stabilisierung der Regelung verursachen. Darüber hinaus erfordern Mischungsfaktoren eine zusätzliche Abstimmung und erhöhen die Komplexität des Systems.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Lenksystem einen Motor, der konfiguriert ist, um einen Lenkwinkel einzustellen, und einen mit dem Motor gekoppelten Prozessor, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um ein Verfahren zum Steuern des Motors gemäß einem Soll-Lenkwinkel durchzuführen. Das Verfahren umfasst: Berechnen eines Fehlersignals als Differenz zwischen dem Soll-Lenkwinkel und einem Ist-Lenkwinkel; Berechnen eines Vorsteuerungsterms als Funktion des Soll-Lenkwinkels; Berechnen eines Rückkopplungsterms als Funktion des Ist-Lenkwinkels; Berechnen eines Regelungsausgangssignals unter Verwendung eines integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage eines Integrals des Fehlersignals plus eines Anfangswerts; Berechnen des Anfangswerts des integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage des Rückkopplungsterms und des Vorsteuerungsterms; und Betreiben des Motors unter Verwendung des Regelungsausgangssignals.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Lenkwinkels gemäß einem Soll-Lenkwinkel in einem Lenksystem das Berechnen eines Fehlersignals als Differenz zwischen dem Soll-Lenkwinkel und einem Ist-Lenkwinkel; das Berechnen eines Vorsteuerungsterms als Funktion des Soll-Lenkwinkels; das Berechnen eines Rückkopplungsterms als Funktion des Ist-Lenkwinkels; das Berechnen eines Regelungsausgangssignals unter Verwendung eines integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage eines Integrals des Fehlersignals plus eines Anfangswerts; das Berechnen des Anfangswerts des integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage des Rückkopplungsterms und des Vorsteuerungsterms; und das Betreiben eines Motors unter Verwendung des Regelungsausgangssignals.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Steuersystem einen Prozessor, der konfiguriert ist, um ein Verfahren zum Steuern eines Lenkwinkels entsprechend einem Soll-Lenkwinkel in einem Lenksystem durchzuführen. Das Verfahren umfasst das Berechnen eines Fehlersignals als Differenz zwischen dem Soll-Lenkwinkel und einem Ist-Lenkwinkel; das Berechnen eines Vorsteuerungsterms als Funktion des Soll-Lenkwinkels; das Berechnen eines Rückkopplungsterms als Funktion des Ist-Lenkwinkels; das Berechnen eines Regelungsausgangssignals unter Verwendung eines integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage eines Integrals des Fehlersignals plus eines Anfangswerts; das Berechnen des Anfangswerts des integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage des Rückkopplungsterms und des Vorsteuerungsterms; und das Betreiben eines Motors unter Verwendung des Regelungsausgangssignals.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.
Figurenliste
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung wird speziell offengelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Die oben genannten und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform einer elektrischen Servolenkung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ein Blockdiagramm eines Steuerungsverfahrens gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3 ein Blockdiagramm von Kräften, die zur Trägheit eines Lenkungsunterstützungsmechanismus beitragen, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 ein Diagramm verschiedener Mischungsfaktoren in einer zeitbasierten Mischungsfaktortechnik gemäß en Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
5 Diagramme zeigt, die die Leistung einer Positionssteuerung unter Verwendung der zeitbasierten Mischungsfaktortechnik gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen;
6 Diagramme zeigt, die die Leistung der Positionssteuerung unter Verwendung einer Steuerungstechnik gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen; und
7 ein Flussdiagramm zeigt, in dem Schritte eines Verfahrens zum Steuern eines Lenkwinkels in einem Lenksystem aufgeführt sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wird, ohne sie einzuschränken, ist zu verstehen, dass die offengelegten Ausführungsformen lediglich eine Illustration der vorliegenden Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können hervorgehoben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind bestimmte strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart werden, nicht als Einschränkung zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage für die Unterweisung eines Fachmanns auf dem Gebiet darüber, wie die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise genutzt werden kann.
Die hier verwendeten Begriffe Modul und Untermodul beziehen sich auf eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen, wie z.B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, können die unten beschriebenen Untermodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
Nun unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben werden, ohne sie einzuschränken, ist 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) 40, das für die Umsetzung der offengelegten Ausführungsformen geeignet ist. Der Lenkmechanismus 36 ist ein Zahnstangensystem und umfasst eine Zahnstange (nicht abgebildet) innerhalb eines Gehäuses 50 und ein Ritzel (ebenfalls nicht abgebildet), das sich unter einem Getriebegehäuse 52 befindet. Beim Drehen der Bedienereingabe, im Folgenden als Lenkrad 26 (z.B. ein 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 ist abgebildet) bewegt, die wiederum die Lenkungsachsschenkel 39 (nur einer ist abgebildet) bewegt, die ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (nur eines ist abgebildet) drehen bzw. einschlagen.
Eine elektrische Servolenkungsunterstützung wird durch das allgemein durch Bezugszeichen 24 bezeichnete Steuergerät bereitgestellt und umfasst die Steuerung 16 und eine elektrische Maschine 19, die ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) sein könnte und im Folgenden als elektrische Maschine 19 bezeichnet wird. Die Steuerung 16 wird von der Fahrzeugstromversorgung 10 durch eine Leitung 12 mit Strom versorgt. Die Steuerung 16 empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14, das für die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentativ ist, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Ein Lenkwinkel wird durch einen Positionssensor 32 gemessen, der ein Sensor mit optischer Kodierung, ein Sensor mit variablem Widerstand oder jeder andere geeignete Positionssensortyp sein kann und der Steuerung 16 ein Positionssignal 20 zuführt. Eine Motordrehzahl kann mit einem Tachometer oder einem anderen Gerät 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. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ω_m als die Änderung der Motorposition 0 berechnet werden, wie sie von einem Positionssensor 32 über ein vorgeschriebenes Zeitintervall gemessen wird. Zum Beispiel 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 Geschwindigkeit der Positionsänderung in Bezug auf die Zeit abgeleitet werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche bekannte Verfahren zum Ausführen der Funktion einer Ableitung gibt.
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 abgebildet) und einen variablen Widerstandssensor (ebenfalls nicht abgebildet) enthalten, der ein variables Drehmomentsignal 18 an die Steuerung 16 in Abhängigkeit vom Grad der Verdrehung des Torsionsstabes ausgibt. Obwohl dies ein Typ von Drehmomentsensor ist, genügt jeder andere geeignete Drehmomentsensor, der 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 eine Drehmomentunterstützung für das Lenksystem liefert, wodurch eine Drehmomentunterstützung für die Fahrzeuglenkung bereitgestellt wird.
Es ist zu beachten, dass die offengelegten Ausführungsformen zwar unter Bezugnahme auf eine Motorsteuerung für elektrische Lenkungsanwendungen beschrieben werden, dass diese Verweise jedoch nur illustrativ sind und die offengelegten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung mit einem Elektromotor, z.B. Lenkung, Ventilsteuerung und ähnliches, angewendet werden können. Darüber hinaus können die hier aufgeführten Referenzen und Beschreibungen für viele Formen von Parametersensoren gelten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Drehmoment, Position, Drehzahl und ähnliches. Es ist auch zu beachten, dass hier auf elektrische Maschinen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Motoren, verwiesen wird. Im Folgenden wird der Kürze und Einfachheit halber nur auf Motoren ohne Einschränkung Bezug genommen.
Im abgebildeten Steuersystem 24 nutzt die Steuerung 16 das Drehmoment, die Position und die Drehzahl und ähnliches, um einen oder mehrere Befehle zu berechnen, um die erforderliche Ausgangsleistung zu liefern. Die Steuerung 16 ist in Kommunikation mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems angeordnet. Die Steuerung 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, quantifiziert die empfangenen Informationen und stellt als Reaktion darauf ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale bereit, in diesem Fall z.B. an den Motor 19. Die Steuerung 16 ist so konfiguriert, dass sie die entsprechende(n) Spannung(en) aus einem Umrichter (nicht abgebildet) entwickelt, der optional in die Steuerung 16 eingebaut sein kann und hier 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 16 in einem Regelungsmodus als Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. Alternativ arbeitet die Steuerung 16 in einem oder mehreren Beispielen in einem Vorsteuerungsmodus, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen mit der Position und Drehzahl des Motors 19 und dem gewünschten Drehmoment zusammenhängen, werden die Position und/oder Drehzahl des Rotors und das von einem Bediener aufgebrachte Drehmoment bestimmt. Ein Positionsgeber ist mit der unteren Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu erfassen. Der Geber kann die Drehposition auf der Grundlage von optischer Erfassung, von Magnetfeldschwankungen oder von anderen Verfahren erfassen. Zu den typischen Positionssensoren gehören Potentiometer, Resolver, Synchros, Geber und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens eines der vorgenannten Elemente enthalten. Der Positionsgeber gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der unteren 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 beispielhafte Ausführungsformen umfassen einen solchen Drehmomentsensor 28 und das/die Drehmomentsignal(e) 18 davon, das/die auf einen nachgiebigen Torsionsstab, T-Bar, eine Feder oder eine ähnliche Vorrichtung (nicht abgebildet) reagieren kann/können, die so konfiguriert ist, dass sie eine Antwort liefert, die das aufgebrachte Drehmoment anzeigt.
In einem oder mehreren Beispielen befinden sich ein oder mehrere Temperatursensoren 23 an der elektrischen Maschine 19. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 23 so konfiguriert, dass er die Temperatur des Erfassungsabschnitts des Motors 19 direkt misst. Der Temperatursensor 23 sendet ein Temperatursignal 25 an die Steuerung 16, um die hier vorgeschriebene Verarbeitung und Kompensation zu ermöglichen. Typische Temperatursensoren sind Thermoelemente, Thermistoren, Thermostate und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Sensoren, die bei geeigneter Platzierung ein kalibrierbares, der jeweiligen Temperatur proportionales Signal liefern.
Das Positionssignal 20, das Drehzahlsignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 werden unter anderem an die Steuerung 16 angelegt. Die Steuerung 16 verarbeitet alle Eingangssignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, so dass ein Rotorpositionswert, ein Motordrehzahlwert und ein Drehmomentwert für die Verarbeitung in den hier beschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale, wie die oben genannten, werden auch häufig linearisiert, kompensiert und nach Wunsch gefiltert, um die Eigenschaften des erfassten Signals zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften zu eliminieren. Die Signale können beispielsweise linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern oder um einen großen Dynamikbereich des Signals anzusprechen. Darüber hinaus können eine frequenz- oder zeitbasierte Kompensation und Filterung eingesetzt werden, um Rauschen zu eliminieren oder unerwünschte spektrale Eigenschaften zu vermeiden.
Zur Durchführung der vorgeschriebenen Funktionen und der gewünschten Verarbeitung sowie der entsprechenden Berechnungen (z.B. Identifizierung von Motorparametern, Regelalgorithmen und dergleichen) kann die Steuerung 16 unter anderem einen oder mehrere Prozessoren, Computer, DSP, Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Register, Zeitgeber, Interrupt(s), Kommunikationsschnittstelle(n) und Ein-/Ausgangssignalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Elemente enthalten. Zum Beispiel kann die Steuerung 16 eine Eingangssignalverarbeitung und -filterung enthalten, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder die Erfassung solcher Signale aus Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Zusätzliche Merkmale der Steuerung 16 und bestimmte Prozesse darin werden an späterer Stelle in diesem Dokument ausführlich besprochen.
Proportional-Integral-Derivativ- Regelkreise (PID-Regelkreise) werden zur Erzeugung von Regelungsausgangssignalen u zur Regelung einer Vielzahl unterschiedlicher Prozesse in einer Reihe verschiedener Branchen verwendet, da PID-Regelkreise relativ kostengünstig und einfach abzustimmen sind. Wie der Name schon sagt, erzeugt ein Proportional-Integral-Derivativ- Regelkreis (PID-Regelkreis) das Regelungsausgangssignal u als Summe eines Proportional-Regelungsterms u_P, eines Integral-Regelungsterms u_I und eines Derivativ-Regelungsterms u_D. Das Regelungsausgangssignal u kann auch als u(t) geschrieben werden, um anzuzeigen, dass es als Funktion der Zeit variiert. Andere, verwandte Regelkreise können verwendet werden, um Regelungsausgangssignale zu erzeugen, wie z.B. ein Proportional-Integral-Regelkreis (PI-Regelkreis), der ähnlich wie ein PID-Regelkreis sein kann, jedoch ohne einen derivativen bzw. ableitenden Regelungsterm u_D.
Ein Beispiel für einen PID-Regelkreis 100 zur Regelung eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) ist in 2 dargestellt, wobei rein Sollwinkel, u das Regelausgangssignal, y ein Ritzelwinkel und e ein Fehlersignal ist. Das Regelungsausgangssignal u kann z.B. ein Motordrehmomentbefehl sein. Ein Differenzblock 102 berechnet das Fehlersignal e als e = r - y. P ist das EPS-System, das durch Block 104 dargestellt wird, und d ist eine externe Störung, wie z.B. eine Fahrbahnunebenheit, die auf das EPS-System P wirkt. Außerdem wird in 2 bei der Integralregelung von einem Anfangszustand von Null ausgegangen.
Ein Modell des elektrischen Servolenkungssystems P ist in 3 dargestellt. Das EPS-System umfasst einen Unterstützungsmechanismus, der ein Drehmoment zum Lenken eines Fahrzeugs erzeugt. Der Unterstützungsmechanismus kann den Elektromotor 19, die Schnecke 47 und das Schneckenrad 48 umfassen, wie im Beispiel von 1 dargestellt. Es können auch andere Arten von Unterstützungsmechanismen verwendet werden, die von der jeweiligen Anordnung des Lenksystems abhängen können. Wie in 3 dargestellt, weist der Unterstützungsmechanismus eine Trägheit 120 auf, die von einer Reihe verschiedener Kräfte beeinflusst wird. Diese Kräfte umfassen ein Motordrehmoment 122, das vom Elektromotor 19 aufgebracht wird, Reibung 124, wie z.B. die innere Reibung des Unterstützungsmechanismus, und eine Zahnstangenkraft 126 vom Lenkmechanismus 36. Die auf den Unterstützungsmechanismus wirkenden Kräfte können auch ein Torsionsstab-Drehmoment (auch T-Bar-Drehmoment genannt) 128 umfassen, das eine Handrad-Trägheit 130 und andere externe Kräfte, die auf das Lenkrad 26 wirken, einschließt. Die Handrad-Trägheit 130 und das T-Bar-Drehmoment 128 sind in einigen Systemen nicht vorhanden (z.B. bei autonom fahrenden Fahrzeugen ohne Lenkrad oder bei Straßenradsystemen in einer Steer-by-Wire-Konfiguration).
Ein PID-Regelkreis 100 verwendet einen PID-Algorithmus zur Berechnung des Regelausgangs u als Funktion der Zeit, u(t). Der PID-Algorithmus kann als eine Kombination aus Vorsteuerung, Rückkopplung und Integralregelung betrachtet werden, wie in Gleichung (1) gezeigt: $\begin{matrix} u (t) = K_{i} \cdot \int_{0}^{t} e (τ) d τ + C_{0} + K_{p} (r (t) - y (t)) + K_{d} * (\dot{r} (t) - \dot{y} (t)) \\ = (K_{p} * r (t) + K_{d} * \dot{r} (t)) - (K_{p} * y (t) + K_{d} * \dot{y} (t)) + K_{i} * \int_{0}^{t} e (τ) d τ + C_{0} \end{matrix}$
wobei (K_p * r(t) + K_d * ṙ(t)) ein PID-Vorsteuerungsterm u_F(t) ist, der eine Funktion des Sollwinkels r ist; und wobei (K_p * y(t) + K_d * ẏ(t)) ein PID-Rückkopplungsterm u_B(t) ist, der eine Funktion des Ist-Lenkwinkels y ist; und wobei $(K_{i} * \int_{0}^{t} e (τ) d τ + C_{0})$
ein PID-Integralregelungsterm u_I(t) ist, der eine Funktion des Fehlersignals e ist; und C₀ der Anfangswert des Integralregelungsterms u_I(t) ist. In einigen Ausführungsformen ist der Anfangswert C₀ gleich 0. t = 0 stellt hier einen Anfangszeitpunkt dar, bei dem der PID-Regelkreis zum ersten Mal aktiviert wird. Beispielsweise kann t = 0 einen Zeitpunkt darstellen, bei dem die Winkelsteuerung von gesperrt auf freigegeben geschaltet wird. Außerdem beschränkt der PID-Algorithmus, wie in Gleichung (1) gezeigt, die PID-Vorsteuerungs- und PID-Rückkopplungsterme auf die Verwendung gemeinsamer Abstimmparameter (z. B. K_p und K_d), was die Fähigkeit zur Abstimmung des PID-Algorithmus zur Optimierung von Leistung, Stabilität und Robustheit einschränken kann.
Der PID-Algorithmus kann zu einem allgemeinen Regelalgorithmus mit diskreten Vorsteuerungs-, Rückkopplungs- und integrierenden Regelungstermen erweitert werden. Das ist in Gleichung (2) dargestellt: u(t) = u_I(t) + u_F(t) - u_B(t), wobei: $u_{I} (t) = K_{i} * \int_{0}^{t} e (τ) d τ + C_{0}$
$u_{F} (t) = K_{f 1} * r (t) + K_{f 2} * \dot{r} (t)$
$u_{B} (t) = K_{b 1} * y (t) + K_{b 2} * \dot{y} (t) + K_{b 3} * x_{3} (t) + K_{b 4} * x_{4} (t)$
In einigen Ausführungsformen kann der diskrete Rückkopplungsbegriff u_B(t) über den PID-Rückkopplungsterm hinaus zusätzliche Systemzustände umfassen. Beispielsweise sind x₃(t) und x₄(t) der Gleichung (2) andere Systemzustände (z.B. eine Position des Lenkrads 26 bzw. eine Geschwindigkeit des Lenkrads 26). Außerdem können die diskreten Vorsteuer-, Rückkopplungs- und Integralregelterme getrennte Abstimmparameter K_f1, K_f2, K_b1, K_b2, K_b3 aufweisen und sind nicht durch die gemeinsamen Abstimmparameter in den Vorsteuerungs- und Rückkopplungstermen (z.B. K_p, K_i und K_d des PID-Algorithmus) eingeschränkt. Es ist zu beachten, dass die Vorsteuerung und/oder Rückkopplungsregelung (z.B. ein Regelalgorithmus, der von PID oder diskreten Vorsteuerungstermen und/oder PID oder diskreten Rückkopplungstermen dominiert wird) schneller auf einen Systemzustand reagieren kann als die Integralregelung, aufgrund des Wesens der Integralregelung, deren Wirkung mit der Zeit, beginnend zum Zeitpunkt t = 0, zunehmen kann, insbesondere wenn der Anfangswert C₀ = 0 ist. Außerdem weist die Vorsteuerung keinen Einfluss auf die Stabilität des geschlossenen Regelkreises auf. Das Lenksystem kann ein System mit mehreren Ordnungen sein, bei dem einige Systemdynamiken (z.B. Lenksäulendynamik und Motordynamik) in einem PID-Regelalgorithmus, wie dem in Gleichung (1) gezeigten Regelalgorithmus, ignoriert sein können.
In einigen Fällen kann der Regelalgorithmus eine von Null verschiedene Anfangsbedingung haben, was ein Problem für den allgemeinen Regelalgorithmus von Gleichung (2) verursachen kann. Zum Beispiel, wenn ein allgemeiner Regelalgorithmus für die Positionsregelung von einem außermittigen Winkel ausgehend verwendet wird. Das heißt, bei einem Anfangszeitpunkt ist r(0) = y(0) und r(0) # 0. Dementsprechend ist u_I(0) = 0 (unter der Annahme, dass C₀ = 0) und u_F(0) - u_B(0) ≠ 0. Daher ist u(0) ≠ 0, was zu einem Sprung bei dem Motordrehmoment zum Zeitpunkt t = 0 führen kann, wenn die Positionsregelung aktiviert wird. Dieser Motordrehmomentsprung kann unerwünschte Bewegungen im Lenksystem erzeugen. Er kann schwerwiegender sein, wenn zum Zeitpunkt t = 0 r(0) ≠ y(0) (d.h. e(0) ≠ 0).
Eine konventionelle Lösung zur Lösung dieses Problems ist die Multiplikation eines zeitbasierten Mischungsfaktors 142, 144, 146 (der z.B. von 0 bis 1 reichen kann) mit der Regelung u(t), so dass der Regelung u mit 0 starten und im Lauf der Zeit bis zum normalen berechneten Wert gelangen wird. Einige Beispiele für Mischungsfaktoren sind in 4 dargestellt. Im Einzelnen zeigt 4 ein Diagramm 140 mit Kurven eines ersten Mischungsfaktors 142 (mit der Bezeichnung „Mischungsfaktor 1“), eines zweiten Mischungsfaktors 144 (mit der Bezeichnung „Mischungsfaktor 2“) und eines dritten Mischungsfaktors 146 (mit der Bezeichnung „Mischungsfaktor 3“). Der erste und dritte Mischungsfaktor 142, 146 weisen eine konstante lineare Steigung auf, wobei der erste Mischungsfaktor 142 schneller ansteigt als der dritte Mischungsfaktor 146. Der zweite Mischungsfaktor 144 weist eine exponentielle Steigung auf. Es versteht sich, dass dies lediglich Beispiele sind und dass ein zeitbasierter Mischungsfaktor 142, 144, 146 eine andere Form haben kann, die linear oder nichtlinear sein kann.
Die Verwendung eines zeitbasierten Mischungsfaktors 142, 144, 146 kann einem integrierenden Term Zeit geben, um mit der Vorsteuerung und Rückkopplungsregelung gleichzuziehen. Ein zeitbasierter Mischungsfaktor 142, 144, 146 kann jedoch eine unerwünschte Verzögerung (z.B. mehrere Sekunden) einführen, um die Regelung u auf das normale Niveau zu bringen und die Bewegung glatt zu gestalten. Außerdem hängt die Abstimmung des zeitbasierten Mischungsfaktors 142, 144, 146 mit der Abstimmung des Regelalgorithmus zusammen, was den Abstimmungsaufwand erhöhen kann.
5 zeigt die Leistung der Positionsregelung in einem EPS-System unter Verwendung der zeitbasierten Mischungstechnik. 5 enthält ein erstes Diagramm 150 des Ritzelwinkels über die Zeit, das eine Sollwinkelkurve 152 und eine gemessene Winkelkurve 154 beinhaltet. 5 zeigt auch ein zweites Diagramm 160 mit einer Kurve 162 des Motordrehmoments über die Zeit. Die Sollwinkelkurve 152 zeigt den Sollwinkel r mit einem konstanten Wert von 360 Grad, und die gemessene Winkelkurve 154 zeigt den Ist-Ritzelwinkel y (auch Messwinkel genannt), der sich mit der Zeit ändert. Die Positionsregelung wird zum Zeitpunkt t = 0 aktiviert und r(0) ≠ y(0) (d.h. e(0) ≠ 0). Es dauert mehr als 3 Sekunden, bis sich der Ist-Ritzelwinkel y auf den Sollwinkel r einstellt. Außerdem ist die Bewegung des Ist-Ritzelwinkels y im dargestellten Beispiel nicht besonders glatt. Um das System so abzustimmen, dass der Ist-Ritzelwinkel y unter Verwendung der zeitbasierten Mischungsfaktortechnik eine glattere Bewegung erzeugt, kann die Zeit, in der sich der Ist-Ritzelwinkel y auf den Sollwinkel reinstellt, sogar noch länger sein.
6 zeigt die Leistung der Positionsregelung in einem EPS-System gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wobei eine Positionsregelungstechnik verwendet wird, die das Berechnen des Anfangswertes C₀ des integrierenden Regelungsterms u_I auf der Grundlage des Rückkopplungsterms u_B und des Vorsteuerungsterms u_F umfasst. Insbesondere zeigt 6 eine Positionsregelungstechnik, die das Berechnen des Anfangswertes C₀ = - (u_F(0) - u_B(0)) beinhaltet. Mit anderen Worten wird der Anfangswert C₀ des integrierenden Regelungsterms u_I als Negativ des Anfangswertes des Vorsteuerungsterms u_F(0) abzüglich des Anfangswertes des Rückkopplungsterms u_B(0) berechnet. 6 enthält ein erstes Diagramm 170 des Ritzelwinkels über die Zeit, einschließlich einer Sollwinkelkurve 172 und einer gemessenen Winkelkurve 174. 6 zeigt auch ein zweites Diagramm 180 mit einer Kurve 182 des Motordrehmoments über die Zeit. Die Sollwinkelkurve 172 zeigt den Sollwinkel r mit einem konstanten Wert von 360 Grad, und die gemessene Winkelkurve 174 zeigt den Ist-Ritzelwinkel y (auch Messwinkel genannt), der sich mit der Zeit ändert. Die Positionsregelung wird zum Zeitpunkt t = 0 aktiviert und r(0) ≠ y(0) (d.h. e(0) ≠ 0). Es dauert etwa 0,6 Sekunden, bis sich der Ist-Ritzelwinkel y auf den Sollwinkel r einstellt. Darüber hinaus ist die Bewegung des Ist-Ritzelwinkels y mit der Technik der vorliegenden Offenbarung viel glatter als die in 5 gezeigte zeitbasierte Mischungsfaktortechnik. Es ist zu beachten, dass der gleiche Regelalgorithmus mit der gleichen Abstimmung in den Diagrammen von 5 und 6 verwendet wird. Es wird der Schluss gezogen, dass die Technik der vorliegenden Offenbarung eine bessere Leistung (z.B. glattere Bewegung und schnellere Reaktion) aufweist. Außerdem kann die Technik der vorliegenden Offenbarung weniger Abstimmungsaufwand erfordern als die zeitbasierte Mischungsfaktortechnik.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen befassen sich mit dieser technischen Herausforderung, die oben erwähnte Frage der von Null verschiedenen Anfangsbedingung zu lösen. Die hier beschriebenen technischen Lösungen nutzen den Anfangswert der integrierenden Regelung (d.h. C₀), der traditionell auf 0 gesetzt wird. Die hier beschriebenen technischen Lösungen stellen eine Verbesserung gegenüber Techniken dar, die einen zeitbasierten Mischungsfaktor verwenden. Insbesondere kann die Technik der vorliegenden Offenbarung die Bewegung glatt und im Wesentlichen sofort glatt gestalten. Außerdem ist kein weiterer Abstimmungsaufwand mit den hier beschriebenen technischen Lösungen erforderlich.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen enthält die vorliegende Offenbarung einen Prozessor, der konfiguriert ist, um zunächst die Vorsteuerung und Rückkopplungsregelung zu berechnen, d.h. u_F(0) - u_B(0). Dann wird C₀ = - (u_F(0) - u_B(0)) gesetzt. Daher ist u(0) = C₀ + u_F(0) - u_B(0) = 0. Bei der zeitdiskreten Implementierung wird der Integriererzustand zum diskreten Zeitpunkt k auf - (u_F(k) - u_B(k)) gesetzt, wenn die Positionsregelung zum Zeitpunkt k aktiviert wird und die Positionsregelung zum Zeitpunkt k-1 deaktiviert ist. Dies ermöglicht es, den Integriererzustand anzuschieben, um zu der Vorsteuerung und Rückkopplungsregelung aufzuschließen, indem der Anfangswert der integrierenden Regelung verwendet wird.
Wie im Flussdiagramm von 7 beschrieben, wird auch ein Verfahren 200 zur Steuerung eines Lenkwinkels in einem Lenksystem, wie z.B. dem elektrischen Servolenkungssystem (EPS-System) 40, bereitgestellt. Das Verfahren 200 beinhaltet in Schritt 202 das Berechnen eines Fehlersignals e als Differenz zwischen einem Soll-Lenkwinkel r und einem Ist-Lenkwinkel y. In einigen Ausführungsformen wird der Soll-Lenkwinkel r von einem fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystem (ADAS) empfangen. In einigen Ausführungsformen ist das Lenksystem ein Steer-by-Wire-Lenksystem, und der Soll-Lenkwinkel r wird auf der Grundlage einer Position des Lenkrads 26 berechnet.
Das Verfahren 200 beinhaltet auch das Berechnen eines Vorsteuerungsterms u_F als Funktion des Soll-Lenkwinkels r im Schritt 204. Der Vorsteuerungsterm u_F kann ein PID-Vorsteuerungsterm sein, wie z.B. (K_p * r(t) + K_d * r(t)). Alternativ kann der Vorsteuerungsterm u_F ein Proportional-Integral (PI) Vorsteuerungsterm sein, wie z.B. (K_p * r(t)). Alternativ kann der Vorsteuerungsterm u_F ein diskreter Vorsteuerungsterm sein, wie z.B. u_F(t) = K_f1 * r(t) + K_f2 * r(t).
Das Verfahren 200 beinhaltet auch das Berechnen eines Rückkopplungsterms u_B als Funktion des Ist-Lenkwinkels y in Schritt 206. Der Rückkopplungsterm u_B kann ein PID-Rückkopplungsterm sein, wie zum Beispiel (K_p * y(t) + K_d * ẏ(t)). Alternativ kann der Rückkopplungsterm u_B ein Proportional-Integral (PI) Rückkopplungsterm sein, wie z.B. (K_P * y(t)). Alternativ kann der Rückkopplungsterm u_B ein diskreter Rückkopplungsterm sein, wie z.B. u_B(t) = K_b1 * y(t) + K_b2 * ẏ(t).
Das Verfahren 200 umfasst in Schritt 208 auch das Berechnen eines Regelungsausgangssignals u unter Verwendung eines integrierenden Regelungsterms u_I, der auf einem Integral des Fehlersignals e plus einem Anfangswert C₀ basiert. Der integrierende Regelungsterm u_I kann als Funktion der Zeit geschrieben werden, wie z.B. u_I(t). In einigen Ausführungsformen kann der integrierende Regelungsterm u_I durch Integration des Fehlersignals e über die Zeit berechnet werden. Der integrierende Regelungsterm kann zum Beispiel berechnet werden als $u_{I} (t) = K_{i} * \int_{0}^{t} e (τ) d τ + C_{0},$
wobei K_i ein vorbestimmter Wert ist, e das Fehlersignal ist und C₀ der Anfangswert des integrierenden Regelungsterms u_I(t) zum Zeitpunkt t = 0 ist.
Das Verfahren 200 beinhaltet in Schritt 210 auch das Berechnen des Anfangswertes C₀ des integrierenden Regelungsterms u_I auf der Grundlage des Rückkopplungsterms u_B und des Vorsteuerungsterms u_F. In einigen Ausführungsformen wird der Anfangswert C₀ des integrierenden Regelungsterms u_I als C₀ = - (u_F(0) -u_B(0)) berechnet, wobei u_F(0) ein Anfangswert des Vorsteuerungsterms u_F ist und u_B(0) ein Anfangswert des Rückkopplungsterms u_B ist. In einigen Ausführungsformen kann der Schritt des Berechnens des Anfangswertes C₀ des integrierenden Regelungsterms u_I auf der Grundlage des Rückkopplungsterms u_B und des Vorsteuerungsterms u_F als Reaktion auf den Schaltvorgang des Lenksystems aus einem manuellen Steuermodus heraus erfolgen. Beispielsweise kann der Anfangswert C₀ des integrierenden Regelungsterms berechnet werden, wenn das Lenksystem aus einem manuellen Steuermodus in einen kooperativen oder geteilten Steuermodus geschaltet wird, der zusätzlich zu den Benutzereingaben auch Eingaben von einem ADAS-System enthalten kann. In einem anderen Beispiel kann der Anfangswert C₀ des integrierenden Regelungsterms beim Umschalten des Lenksystems aus einem manuellen Steuermodus und in einen automatischen Steuermodus berechnet werden, der beispielsweise Teil eines autonomen Fahrmodus sein kann.
Das Verfahren 200 schließt mit dem Betreiben eines Motors 19 unter Verwendung des Regelungsausgangssignals u im Schritt 212. In einigen Ausführungsformen ist das Regelungsausgangssignal u ein Drehmomentbefehl, und Schritt 212 kann das Erzeugen eines dem Regelungsausgangssignal u entsprechenden Drehmoments beinhalten. Das dem Regelungsausgangssignal u entsprechende Drehmoment kann z.B. vom Motor 19 erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen entspricht das Regelungsausgangssignal u einer Drehmomentänderung, die von einer oder mehreren Komponenten im Lenksystem erzeugt wird. Schritt 212 kann das Erhöhen oder Verringern des vom Motor 19 erzeugten Drehmoments auf der Grundlage des Regelungsausgangssignals u beinhalten. Beispielsweise kann ein Regelungsausgangssignal u mit einem gegebenen Wert, wie z.B. u = 0, den Motor 19 veranlassen, ein gegebenes Ausgabedrehmoment aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen ist das Regelungsausgangssignal u ein Positionsbefehl, und der Motor 19 bewirkt, dass eine oder mehrere Komponenten innerhalb des Lenkmechanismus 36 sich in eine befohlene Position bewegen, die dem Regelungsausgangssignal u entspricht. In einigen Ausführungsformen ist das Regelungsausgangssignal u eine Änderung des Positionsbefehls. Zum Beispiel kann ein Regelungsausgangssignal u mit einem gegebenen Wert, wie z.B. u = 0, den Motor 19 veranlassen, den Lenkmechanismus 36 in einer gegebenen Position zu halten.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen erhöhen den Abstimmungsaufwand für den Regelalgorithmus nicht. Außerdem weisen die hier beschriebenen technischen Lösungen keine Auswirkungen auf das Anti-Windup-Verfahren des Integrierers auf. Darüber hinaus können die hier beschriebenen technischen Lösungen entweder in einem Integrierer oder in einem Pseudo-/Leck-Integrierer verwendet werden. Darüber hinaus können die hier beschriebenen technischen Lösungen entweder in einem einzigen elektronischen Steuergerät (ECU) oder in dualen ECUs verwendet werden.
Bei den vorliegenden technischen Lösungen kann es sich um ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt auf jeder möglichen technischen Detailebene der Integration handeln. Das Computerprogrammprodukt kann ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien mit computerlesbaren Programmanweisungen enthalten, die einen Prozessor veranlassen, Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen auszuführen.
Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen sind hier unter Bezugnahme auf Flussdiagrammabbildungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagramm-Abbildungen und/oder Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagramm-Abbildungen und/oder Blockdiagrammen durch computerlesbare Programmanweisungen implementiert werden können.
Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und die Funktionsweise möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten entsprechend den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lösungen. In dieser Hinsicht kann jeder Block im Flussdiagramm oder in den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Anweisungen darstellen, die eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Implementierung der angegebenen logischen Funktion(en) umfassen. Bei einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken angegebenen Funktionen außerhalb der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten. So können beispielsweise zwei nacheinander gezeigte Blöcke tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, je nach der betreffenden Funktionalität. Es wird auch angemerkt, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder der Flussdiagrammdarstellung sowie Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder der Flussdiagrammdarstellung durch hardwarebasierte Systeme für spezielle Zwecke implementiert werden können, die die angegebenen Funktionen oder Handlungen ausführen oder Kombinationen aus spezieller Hardware und Computerbefehlen ausführen.
Es ist auch festzustellen, dass jedes Modul, jede Einheit, jede Komponente, jeder Server, jeder Computer, jedes Endgerät oder jedes Gerät, das hier beispielhaft dargestellt wird und Anweisungen ausführt, computerlesbare Medien wie Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichergeräte (herausnehmbar und/oder nicht herausnehmbar) wie z.B. Magnetplatten, optische Platten oder Bänder enthalten oder anderweitig Zugang zu diesen haben kann. Zu den Computerspeichermedien können flüchtige und nicht flüchtige, austauschbare und nicht austauschbare Medien gehören, die in einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie zur Speicherung von Informationen implementiert sind, wie z.B. computerlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere Daten. Solche Computerspeichermedien können Teil des Geräts sein oder dafür zugänglich sein oder daran angeschlossen werden. Jede hier beschriebene Anwendung oder jedes hier beschriebene Modul kann mit Hilfe von computerlesbaren/ausführbaren Anweisungen implementiert werden, die auf solchen computerlesbaren Medien gespeichert oder anderweitig vorgehalten werden können.
Obwohl die vorliegende Offenbarung im Zusammenhang mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen detailliert beschrieben wurde, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf solche offengelegten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die vorliegende Offenbarung so modifiziert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder gleichwertigen Anordnungen enthält, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber im Umfang der vorliegenden Offenbarung angemessen sind. Darüber hinaus sind zwar verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben worden, es ist jedoch zu verstehen, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen oder Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend ist die vorliegende Offenbarung nicht als durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62811997 [0001]

Claims

Lenksystem umfassend: einen Motor, der zur Einstellung eines Lenkwinkels konfiguriert ist; und einen mit dem Motor gekoppelten Prozessor, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um ein Verfahren zum Steuern des Motors gemäß einem Soll-Lenkwinkel auszuführen, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines Fehlersignals als Differenz zwischen dem Soll-Lenkwinkel und einem Ist-Lenkwinkel; Berechnen eines Vorsteuerungsterms als Funktion des Soll-Lenkwinkels; Berechnen eines Rückkopplungsterms als Funktion des Ist-Lenkwinkels; Berechnen eines Regelungsausgangssignals unter Verwendung eines integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage eines Integrals des Fehlersignals plus eines Anfangswerts; Berechnen des Anfangswertes des integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage des Rückkopplungsterms und des Vorsteuerungsterms; und Betreiben des Motors unter Verwendung des Regelungsausgangssignals.
Lenksystem nach Anspruch 1, wobei das Regelungsausgangssignal ein Drehmomentbefehl ist; und wobei das Betreiben des Motors unter Verwendung des Regelungsausgangssignals das Erzeugen eines dem Regelungsausgangssignal entsprechenden Drehmoments durch den Motor umfasst.
Lenksystem nach Anspruch 1, wobei der Anfangswert des integrierenden Regelungsterms als C₀ = - (u_F(0) - u_B(0)) berechnet wird, wobei u_F(0) ein Anfangswert des Vorsteuerungsterms ist und u_B(0) ein Anfangswert des Rückkopplungsterms ist.
Lenksystem nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des Regelungsausgangssignals unter Verwendung des integrierenden Regelungsterms durch einen Proportional-Integral-Derivativ- Regelkreis (PID-Regelkreis) erfolgt.
Lenksystem nach Anspruch 1, wobei der integrierende Regelungsterm (u_I) berechnet wird als $u_{I} (t) = K_{i} * \int_{0}^{t} e (τ) d τ + C_{0},$
wobei K_i ein vorbestimmter Wert ist, e das Fehlersignal ist und C₀ der Anfangswert ist.
Lenksystem nach Anspruch 1, wobei der Soll-Lenkwinkel von einem fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystem (ADAS) empfangen wird.
Lenksystem nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des Anfangswertes des integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage des Rückkopplungsterms und des Vorsteuerungsterms als Reaktion auf einen Schaltvorgang des Lenksystems aus einem manuellen Steuermodus heraus erfolgt.
Lenksystem nach Anspruch 1, wobei das Lenksystem ein Steer-by-Wire-Lenksystem ist und der Soll-Lenkwinkel auf der Basis einer Lenkradstellung berechnet wird.
Verfahren zum Steuern eines Lenkwinkels gemäß einem Soll-Lenkwinkel in einem Lenksystem, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines Fehlersignals als Differenz zwischen dem Soll-Lenkwinkel und einem Ist-Lenkwinkel; Berechnen eines Vorsteuerungsterms als Funktion des Soll-Lenkwinkels; Berechnen eines Rückkopplungsterms als Funktion des Ist-Lenkwinkels; Berechnen eines Regelungsausgangssignals unter Verwendung eines integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage eines Integrals des Fehlersignals plus eines Anfangswerts; Berechnen des Anfangswertes des integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage des Rückkopplungsterms und des Vorsteuerungsterms; und Betreiben eines Motors unter Verwendung des Regelungsausgangssignals.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Regelungsausgangssignal ein Drehmomentbefehl ist; und wobei das Betreiben des Motors unter Verwendung des Regelungsausgangssignals das Erzeugen eines dem Regelungsausgangssignal entsprechenden Drehmoments durch den Motor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Anfangswert des integrierenden Regelungsterms als C₀ = - (u_F(0) - u_B(0)) berechnet wird, wobei u_F(0) ein Anfangswert des Vorsteuerungsterms ist und u_B(0) ein Anfangswert des Rückkopplungsterms ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Berechnen des Regelausgangssignals unter Verwendung des integrierenden Regelungsterms durch einen Proportional-Integral-Derivativ- Regelkreis (PID-Regelkreis) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der integrierende Regelungsterm berechnet wird als $u_{I} (t) = K_{i} * \int_{0}^{t} e (τ) d τ + C_{0},$
wobei K_i ein vorbestimmter Wert ist, e das Fehlersignal ist und C₀ der Anfangswert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Soll-Lenkwinkel von einem fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystem (ADAS) empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Lenksystem ein Steer-by-Wire-Lenksystem ist und der Soll-Lenkwinkel auf der Grundlage der Position eines Lenkrades berechnet wird.
Steuersystem, das umfasst: einen Prozessor, der konfiguriert ist, um ein Verfahren zum Steuern eines Lenkwinkels gemäß einem Soll-Lenkwinkel in einem Lenksystem auszuführen, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines Fehlersignals als Differenz zwischen dem Soll-Lenkwinkel und einem Ist-Lenkwinkel; Berechnen eines Vorsteuerungsterms als Funktion des Soll-Lenkwinkels; Berechnen eines Rückkopplungsterms als Funktion des Ist-Lenkwinkels; Berechnen eines Regelungsausgangssignals unter Verwendung eines integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage eines Integrals des Fehlersignals plus eines Anfangswerts; Berechnen des Anfangswertes des integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage des Rückkopplungsterms und des Vorsteuerungsterms; und Betreiben des Motors unter Verwendung des Regelungsausgangssignals.
Steuersystem nach Anspruch 16, wobei das Regelungsausgangssignal ein Drehmomentbefehl ist; und wobei das Betreiben des Motors unter Verwendung des Regelungsausgangssignals das Erzeugen eines dem Regelungsausgangssignal entsprechenden Drehmoments durch den Motor umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 16, wobei der Anfangswert des integrierenden Regelungsterms als C₀ = - (u_F(0) - u_B(0)) berechnet wird, wobei u_F(0) ein Anfangswert des Vorsteuerungsterms ist und u_B(0) ein Anfangswert des Rückkopplungsterms ist.
Steuersystem nach Anspruch 16, wobei das Berechnen des Regelungsausgangssignals unter Verwendung des integrierenden Regelungsterms durch einen Proportional-Integral-Derivativ- Regelkreis (PID-Regelkreis) erfolgt.
Steuersystem nach Anspruch 16, wobei das Berechnen des Anfangswertes des integrierenden Regelungsterms auf der Grundlage des Rückkopplungsterms und des Vorsteuerungsterms als Reaktion auf einen Schaltvorgang des Steuersystems aus einem manuellen Steuermodus heraus erfolgt.