DE102020106479A1

DE102020106479A1 - System und verfahren zum erkennen und beenden von grenzzyklen

Info

Publication number: DE102020106479A1
Application number: DE102020106479.9A
Authority: DE
Inventors: Kenneth L. Oblizajek; John D. Sopoci
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2020-10-22
Also published as: US20200331521A1; US11235799B2

Abstract

Es werden Systeme und Methoden zum Erkennen und Beenden von Grenzzyklen bereitgestellt. Ein Steuersystem erzeugt ein Steuersignal mit mindestens einer Steuerkomponente. Ein Aktuator bewirkt eine Reaktion auf das Steuersignal und ein Sensor misst die Reaktion. Auf die Eigenschaften des Steuersignals und der Steuerkomponenten wird über eine Steuerung zugegriffen. Die Merkmale werden mit einem vorgegebenen Satz von Merkmalen verglichen. Wenn die Merkmale in den vorgegebenen Satz von Merkmalen fallen, wird eine Größe von mindestens einem der Merkmale bewertet. Wenn die Größe einen vorgegebenen Wert überschreitet, der den Grenzzyklus anzeigt, wird eine Maßnahme ergriffen, um den Grenzzyklus zu beenden.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf das Erkennen und Beenden des Phänomens der Grenzzyklen in Systemen und bezieht sich insbesondere auf Systeme und Verfahren zur Verbesserung der Leistung von elektrischen Servolenkungssystemen durch Vermeidung der Auswirkungen von Grenzzyklen.
HINTERGRUND
Verschiedene kontrollierte dynamische Systeme können Grenzzyklen erfahren, bei denen eine geschlossene Trajektorie im Phasenraum mindestens eine andere Trajektorie relativ zu ihr hat. Grenzzyklen können zu selbsttragenden Schwingungen führen, die die Leistung des Systems beeinträchtigen. Die Schwingungen können zum Beispiel von einem Bediener erlebt werden oder sich auf die Leistungsziele des Systems auswirken.
Eine Umgebung, in der Grenzzyklen auftreten können, ist in einem Fahrzeug. Viele Fahrzeuge sind mit einem Lenksystem ausgestattet, das es dem Fahrer oder einem Kontrolleur ermöglicht, das Fahrzeug zu manövrieren oder zu steuern. In einem Beispiel umfasst das Lenksystem ein an ein Handrad gekoppeltes Lenkgestänge. Das Lenkgestänge überträgt die Eingaben des Bedieners vom Handrad auf ein oder mehrere Straßenräder. In einigen Fällen kann das Lenkrad Vibrationen vom Lenkgestänge auf den Bediener übertragen, einschließlich Schwingungen, die aus Grenzzyklen resultieren können. Solche Vibrationen können für den Bediener unerwünscht sein und als Hinweis darauf gewertet werden, dass das System gewartet werden muss.
Dementsprechend ist es wünschenswert, Systeme und Verfahren bereitzustellen, mit denen festgestellt werden kann, wann die Quelle einer Schwingung ein Grenzzyklus ist. Darüber hinaus ergeben sich weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, die in Verbindung mit den begleitenden Figuren und dem vorhergehenden technischen Gebiet und Hintergrund genommen werden.
BESCHREIBUNG
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein System zum Erkennen und Beenden von Grenzzyklen vorgesehen. Das System umfasst ein Steuersystem, das so eingerichtet ist, dass es ein Steuersignal erzeugt, das aus einer oder mehreren Steuerkomponenten besteht. Ein Aktuator ist so eingerichtet, dass er auf das Steuersignal reagiert. Mindestens ein Sensor ist für die Messung der Reaktion eingerichtet. Mindestens ein Steuerung ist so eingerichtet, dass er auf die Eigenschaften des Steuersignals und/oder der Steuerkomponente(n) zugreift. Die Steuerung ist so eingerichtet, dass sie: mindestens eine der Eigenschaften des Steuersignals mit einem vorbestimmten Satz von Eigenschaften vergleicht; bestimmt, ob die Eigenschaften des Steuersignals in den vorbestimmten Satz von Eigenschaften fallen; wenn die Eigenschaften des Steuersignals in den vorbestimmten Satz von Eigenschaften fallen, eine Größe von mindestens einer der Eigenschaften auswertet; und, wenn die Größe einen vorbestimmten Wert überschreitet, der den Grenzzyklus anzeigt, eine Aktion zum Beendendes Grenzzyklus durchführt.
In einer anderen Ausführungsform besteht die Aktion zum Beenden des Grenzzyklus in der Unterbrechung mindestens einer von mehreren Steuerkomponenten.
In einer anderen Ausführungsform besteht die Aktion zum Beenden des Grenzzyklus in der Unterbrechung des Steuersignals.
In einer anderen Ausführungsform umfassen die Eigenschaften des Steuersignals Frequenz, Amplitude und den proportionalen Beitrag mehrerer Steuerkomponenten.
In einer anderen Ausführungsform ist die Steuerung so eingerichtet, dass sie das Steuersignal modifiziert, wenn die Frequenz innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt und der Betrag den vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
In einer anderen Ausführungsform ist die Steuerung so eingerichtet, dass sie einen Istwert der von dem/den Sensor(en) nach der Modifikation des Steuersignals erhaltenen Antwort mit einem erwarteten Wert der Antwort auf die Modifikation des Steuersignals vergleicht.
In einer anderen Ausführungsform besteht die Aktion zum Beenden des Grenzzyklus aus dem Unterbrechen einer oder mehrerer Steuerkomponenten und/oder des Steuersignals, wenn die Größe den vorgegebenen Wert nicht überschreitet und der tatsächliche Wert der Aktion geringer ist als der erwartete Wert der Aktion.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Antwort das Drehmoment.
In einer anderen Ausführungsform besteht der Aktuator aus einem Motor.
In einer anderen Ausführungsform wird die Steuerung so eingerichtet, dass sie bestimmt, ob die Eigenschaften der Steuerkomponente(n) überproportional zum Steuersignal beitragen.
In verschiedenen anderen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Erkennen und Beendigung von Grenzzyklen angeboten. Das Verfahren zum Erkennen eines Grenzzyklus umfasst das Erzeugen eines Steuersignals durch ein Steuersystem. Ein Aktuator bewirkt eine Reaktion auf das Steuersignal. Mindestens eine Steuerung greift auf Eigenschaften des Steuersignals und/oder Eigenschaften mindestens einer Komponente des Steuersignals zu. Mindestens ein Sensor misst die Reaktion. Die Steuerung vergleicht die Eigenschaften des Steuersignals mit einem vorgegebenen Satz von Eigenschaften und/oder die Eigenschaften der einen oder mehreren Komponenten mit dem Steuersignal in seiner Gesamtheit. Die Steuerung stellt fest, ob die Eigenschaften des Steuersignals innerhalb des vorgegebenen Kennliniensatzes liegen und/oder ob eine Größe der mindestens einen Komponente in keinem Verhältnis zum gesamten Steuersignal steht. Wenn die Eigenschaften des Steuersignals in den vorgegebenen Satz von Eigenschaften fallen, die den Grenzzyklus anzeigen, bestimmt die Steuerung eine Aktion zum Beenden des Grenzzyklus.
In einer weiteren Ausführungsform besteht die Aktion zum Beenden des Grenzzyklus in der Unterbrechung mindestens einer der mehreren Komponenten.
In einer weiteren Ausführungsform besteht die Aktion zum Beenden des Grenzzyklus in dem Unterbrechen des Steuersignals.
In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Eigenschaften des Steuersignals eine Frequenz und eine Amplitude.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Größe die Amplitude. Die Steuerung modifiziert das Steuersignal, wenn die Amplitude den vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
In einer weiteren Ausführungsform bestimmt die Steuerung nach der Modifikation des Steuersignals einen Erwartungswert der Antwort. Die Steuerung erhält vom Sensor einen Istwert der Antwort nach Änderung des Steuersignals. Die Steuerung vergleicht den Ist-Wert mit dem erwarteten Wert.
In einer weiteren Ausführungsform unterbricht die Steuerung mindestens eine der Steuerkomponenten und/oder das Steuersignal als Aktion zum Beenden des Grenzzyklus, wenn: die Größe den vorgegebenen Wert nicht überschreitet und der tatsächliche Wert der Antwort kleiner als der erwartete Wert der Antwort ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Aktion ein Drehmoment, der Sensor ein Drehmomentsensor und der Aktuator einen Motor. In einer weiteren Ausführungsform bestimmt die Steuerung, ob eine der mehreren Steuerkomponenten überproportional zum Steuersignal beiträgt.
In einer weiteren Ausführungsform erkennt ein Verfahren einen Grenzzyklus. Ein Steuersystem eines Lenksystems erzeugt ein Steuersignal, das aus mehreren Steuerkomponenten besteht. Ein Motor bewirkt als Reaktion auf das Steuersignal ein Drehmoment auf das Lenksystem. Mindestens eine Steuerung bewertet Frequenz und Amplitude des Steuersignals. Ein Drehmomentsensor misst das Drehmoment auf das Lenksystem. Die Steuerung vergleicht die Frequenz des Steuersignals mit einem vorgegebenen Frequenzbereich. Die Steuerung bestimmt, ob die Frequenz in den vorgegebenen Frequenzbereich fällt. Wenn die Frequenz in den vorgegebenen Frequenzbereich fällt, bewertet die Steuerung, ob die Amplitude eine Sättigung des Steuersignals anzeigt. Wenn die Sättigung als Indikator für den Grenzzyklus festgestellt wird, löst die Steuerung eine Aktion aus, um den Grenzzyklus zu stoppen. Wenn die Amplitude keine Sättigung anzeigt, variiert die Steuerung das Steuersignal. Die Steuerung erhält vom Drehmomentsensor nach der Variation einen Istwert des Drehmoments. Die Steuerung vergleicht den Ist-Wert mit dem erwarteten Wert. Wenn der tatsächliche Wert von einem erwarteten Wert abweicht, der den Grenzzyklus anzeigt, löst die Steuerung die Aktion zum Beenden des Grenzzyklus aus. Die Aktion umfasst mindestens eine der folgenden Maßnahmen: a. Aussetzen einer oder mehrerer mehrerer Steuerkomponenten und b. Aussetzen des Steuersignals.
Figurenliste
Die beispielhaften Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen und wobei

1 ist ein funktionales Blockdiagramm eines Systems eines Fahrzeugs mit einem System zum Erkennen und zum Anhalten von Grenzzyklen in einem Lenksystem nach verschiedenen Ausführungsformen;
2 ist ein funktionales Blockdiagramm eines Systems zum Erkennen und zum Stoppen von Grenzzyklen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen;
3 und 4 sind Diagramme, die beispielhafte Antriebsstromcharakteristiken zur Bestimmung von Grenzzyklen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen veranschaulichen; und
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das vom System zum Erkennen und zum Stoppen von Grenzzyklen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen durchgeführt werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die Anwendung und den Gebrauch nicht einschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, sich an eine ausdrückliche oder implizite Theorie zu binden, die im vorhergehenden Fachgebiet, im Hintergrund, in einer kurzen Zusammenfassung oder in der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf jede Hardware, Software, Firmware, elektronische Steuerkomponente, Verarbeitungslogik und/oder Prozessorvorrichtung, einzeln oder in beliebiger Kombination, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam, dediziert oder gruppenweise) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinierte Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können hier in Form von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Es sollte geschätzt werden, dass solche Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten realisiert werden können, die so eingerichtet sind, dass sie die angegebenen Funktionen erfüllen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann beispielsweise verschiedene integrierte Schaltkreiskomponenten verwenden, z.B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder ähnliches, die unter der Kontrolle eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuergeräte eine Vielzahl von Funktionen ausführen können. Darüber hinaus werden diejenigen, die sich in dem Fachgebiet auskennen, es zu schätzen wissen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Lenksystemen praktiziert werden können, und dass das hier beschriebene Fahrzeugsystem nur eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
Der Kürze halber werden konventionelle Techniken der Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalisierung, Steuerung und andere funktionelle Aspekte der Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hier nicht im Detail beschrieben. Darüber hinaus sollen die in den verschiedenen Abbildungen gezeigten Verbindungslinien beispielhafte funktionale Beziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es ist zu beachten, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physische Verbindungen in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorhanden sein können.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Beispiel für ein System 110 zum Erkennen und zum Anhalten von Grenzzyklen eines Lenksystems 112 dargestellt. Wie hier weiter erörtert wird, ermöglicht das System 110 die Erkennung und Beendigung von Grenzzyklen des Lenksystems 112, um die Leistung des Lenksystems 112 zu verbessern. Das Lenksystem 112 ist nur ein Beispiel für ein System, bei dem unerwünschte Grenzzyklen auftreten können, für die das System 110 anwendbar ist. Das offenbarte System 110 ist in den hier beschriebenen Anwendungen nützlich, weil es unerwünschte Vibrationen, die aufgrund von Grenzzyklen entstehen, eliminiert. Die derzeitige Offenbarung ist auf andere Anwendungen anwendbar, bei denen eine verbesserte Leistung eines Systems gewünscht wird, indem die Grenzzyklen beendet werden, wenn sie entdeckt wurden. Obwohl sie im Zusammenhang mit dem Lenksystem von Personenkraftwagen beschrieben werden, können die verschiedenen Merkmale und Charakteristika, die hier offenbart werden, auch in anderen Zusammenhängen und Anwendungen verwendet werden, in denen die Erkennung und/oder Beendigung von Grenzzyklen nützlich ist. Beispielsweise werden verschiedene andere mechanische und elektromechanische Systemumgebungen sowie verschiedene Arten von gesteuerten Systemen von den hier beschriebenen Funktionen profitieren. Somit ist kein bestimmtes Merkmal oder eine bestimmte Eigenschaft auf ein Personenfahrzeug oder ein Lenksystem beschränkt, und die Prinzipien sind auch in anderen Fahrzeugen oder in anderen Maschinen oder Geräten sowie in anderen Anwendungen verankert.
In einigen Ausführungsformen wird das Lenksystem 112 mit einem Fahrzeug 100 assoziiert. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 100 ein Automobil sein, wie z.B. ein PKW, ein Sport Utility Vehicle, ein LKW oder ein anderes Bodenfahrzeug. Bei anderen Anwendungen kann das Fahrzeug ein Flugzeug, ein Raumfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder jeder andere Fahrzeugtyp sein. Die Offenbarung wird exemplarisch im Zusammenhang mit dem Lenksystem 112 diskutiert, das mit einem Automobil als Fahrzeug 100 verwendet wird. Wie in 1 dargestellt, besteht das Fahrzeug 100 im Allgemeinen aus einer Karosserie 102, Vorderrädern 104, Hinterrädern 106, einem elektrischen System 108 und einem Antriebsstrang 111. Der Aufbau 102 kann auf einem Fahrgestell angeordnet oder in dieses integriert sein und umschließt im Wesentlichen die anderen Komponenten des Fahrzeugs 100. Im Allgemeinen umfasst das elektrische System 108 eine Steuerung 114 und eine Stromversorgung mit einer Batterie 116. Der Antriebsstrang 111 umfasst einen Motor 118 und ein Getriebe 120. Die Räder 104, 106 sind jeweils in der Nähe einer Ecke der Karosserie 102 mit dem Fahrzeug 100 drehgekoppelt.
Wie man sich vorstellen kann, kann das Fahrzeug 100 ein beliebiger aus einer Reihe von verschiedenen Typen von Automobilen sein, wie z.B. eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sport Utility Vehicle (SUV), und kann mit Zweiradantrieb (2WD) (d.h. Hinterradantrieb oder Frontantrieb), Allradantrieb (4WD) oder Allradantrieb (AWD) ausgestattet sein. Das Fahrzeug 100 kann auch eines oder eine Kombination verschiedener Antriebssysteme enthalten, wie z.B. einen Benzin- oder Dieselmotor, einen „Flex Fuel Vehicle“ (FFV) Motor (d.h. mit einem Gemisch aus Benzin und Ethanol), einen mit einer gasförmigen Verbindung (z.B. Wasserstoff oder Erdgas) betriebenen Motor, einen Verbrennungs-/Elektromotor-Hybridmotor und einen Elektromotor.
Das Lenksystem 112 umfasst eine Lenksäule 124 und ein Lenkrad 126. Das Lenksystem 112 umfasst in verschiedenen Ausführungen auch verschiedene andere Merkmale (nicht in 1 dargestellt), wie z.B. ein Lenkgetriebe, Zwischenverbindungswellen zwischen Säule und Getriebe, flexible oder starre Verbindungsgelenke, die gewünschte Gelenkwinkel zwischen den Zwischenverbindungswellen ermöglichen, und Zugstangen. Das Lenkgetriebe wiederum kann aus einer Zahnstange, einer Eingangswelle und einer Innenverzahnung bestehen. In verschiedenen Ausführungsformen können die oben beschriebenen Methoden und Systeme auch für Steer-by-Wire-Systeme implementiert werden. Steer-by-Wire-Systeme verwenden elektrische und/oder elektromechanische Systeme zur Steuerung des Fahrzeugs (z.B. Lenkung) anstelle von traditionellen mechanischen Verbindungen. Ein Steer-by-Wire-System kann beispielsweise elektromechanische Aktuatoren und Mensch-Maschine-Schnittstellen (z.B. einen Lenkgefühl-Emulator usw.) zur Steuerung des Fahrzeugs verwenden. Dementsprechend sind mechanische Komponenten wie die Lenkzwischenwelle und andere zugehörige Komponenten zur Steuerung des Fahrzeugs nicht erforderlich.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Lenksystem 112 ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS), das einen Aktuator enthält, der in dieser Ausführungsform ein Motor 130 ist, der mit dem Lenksystem 112 gekoppelt ist und ein drehbares oder translatorisches Element des Lenksystems 112 mit einem Drehmoment oder einer Kraft beaufschlagt (als Hilfsmoment bezeichnet). Der Motor 130 kann mit einem Effektor 122 gekoppelt werden, z.B. einem Getriebe, das eine drehbare Welle der Lenksäule 124 oder eine Zahnstange des Lenkgetriebes antreibt. Bei einem Rotationsmotor kann der Motor 130 über eine getriebe- oder riemengetriebene Konfiguration als Effektor 122 angeschlossen werden, wodurch ein günstiges Verhältnis zwischen der Drehung der Motorwelle und der Drehung der Säulenwelle oder der linearen Bewegung der Zahnstange ermöglicht wird. Das Lenksystem 112 wiederum beeinflusst die lenkbaren vorderen Straßenräder 104 während des Lenkens auf der Grundlage des vom Motor 130 empfangenen Assistenzmomentes zusammen mit einem vom Fahrer des Fahrzeuges 100 über das Lenkrad 126 empfangenen Drehmoment.
Das Lenksystem 112 umfasst ferner einen oder mehrere Sensoren, die die beobachtbaren Zustände des Lenksystems 112 und anderer Aspekte des Fahrzeugs 100 erfassen. Das Lenksystem 112 umfasst in verschiedenen Ausführungsformen einen Drehmomentsensor 132, einen Lenkstellungssensor 134 und einen Geschwindigkeitssensor 136. Der Drehmomentsensor 132 erfasst ein auf das Lenksystem aufgebrachtes Drehmoment, z.B. von einem Fahrer des Fahrzeugs 100 über das Lenkrad 126, und erzeugt darauf basierende Drehmomentsignale. Der Lenkstellungssensor 134 erfasst eine Winkelstellung des Lenksystems 112 und erzeugt darauf basierend ein Sensorsignal. Der Drehzahlsensor 136 erfasst die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100, wie z.B. an einer rotierenden Welle im Antriebsstrang, z.B. am Getriebe 120, und erzeugt darauf basierend ein Sensorsignal. Die Steuerung 114 empfängt die Sensorsignale und steuert den Betrieb des darauf basierenden Lenksystems 112. Im Allgemeinen erzeugt die Steuerung 114 Steuersignale für den Motor 130, um die Höhe des Motordrehmoments zu steuern, das dem Lenksystem 112 zur Verfügung gestellt wird, z.B. um den Motor 130 anzutreiben, um den Fahrer des Fahrzeugs mit dem Drehmoment zu unterstützen 100. Die Steuerung 114 umfasst in verschiedenen Ausführungsformen eine beliebige Anzahl von Modulen 154, die kommunikativ, z.B. über einen Kommunikationsbus, gekoppelt sind. Die Steuerlogik des Lenksystems 112 kann sich auf einem beliebigen Steuermodul und/oder in einem oder mehreren separaten Steuergeräten befinden. So kann das Fahrzeug 100 beispielsweise eine Reihe von Steuermodulen zur Steuerung verschiedener Aspekte wie des Lenksystems 112 zusammen mit denen des Antriebsstrangs 111, der Karosserie 102, der Bremsen für die Räder 104, 106 und anderer Funktionen und Systeme des Fahrzeugs 100 enthalten. Zusätzlich können ein oder mehrere Netzwerkkommunikationsprotokolle wie CAN- oder Flexray-Kommunikation als Schnittstelle zu den verschiedenen Steuermodulen im Fahrzeug 100 verwendet werden.
Im Allgemeinen umfasst das Lenksystem 112 ein Steuersystem 140, das der Steuerung 114, die ein Mikrocontroller in Kommunikation mit anderen Steuerungen sein kann, eine Stromversorgung 142 einschließlich der Batterie 116 und einen Motortreiber 144, der Vorrichtungen wie Leistungstransistoren 146 zum Betrieb des Motors 130 enthalten kann, umfasst. Der Motortreiber 144 kann in jedem der oben genannten Steuermodule oder in einem eigenständigen Modul untergebracht werden. Das Drehmoment kann durch Stromrückkopplung von der Leistungsstufe des Motors 130 gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen können für jede der Spannungsschienen der zum Antrieb des Motors 130 zugeführten Leistung individuelle Stromversorgungsüberwachungssensoren 150, 152 vorgesehen werden. Das Steuerungssystem 140 umfasst eine Reihe von Modulen 154, die im Folgenden näher beschrieben werden.
Die Steuerung 114 kann Informationen aus verschiedenen Quellen annehmen, diese Informationen verarbeiten und darauf basierende Steuerbefehle bereitstellen, um Ergebnisse wie den Betrieb des Fahrzeugs 100 und seiner Systeme, einschließlich des Lenksystems 112, zu bewirken. In der abgebildeten Ausführung enthält die Steuerung 114 einen Prozessor 160 und eine Speichereinheit 162 und ist mit einer Speichereinheit 164 gekoppelt. Der Prozessor 160 führt die Rechen- und Steuerfunktionen der Steuerungen 114 aus und kann jeden Prozessortyp oder mehrere Prozessoren, einzelne integrierte Schaltungen wie einen Mikroprozessor oder eine geeignete Anzahl von integrierten Schaltungen und/oder Leiterplatten umfassen, die zusammenwirken, um die Funktionen einer Verarbeitungseinheit zu erfüllen. Während des Betriebs führt der Prozessor 160 ein oder mehrere Programme 166 aus und kann die Daten 168 verwenden, von denen jedes im Speichergerät 164 enthalten sein kann und als solches den allgemeinen Betrieb der Steuerung 114 bei der Ausführung der hier beschriebenen Prozesse steuert, wie z.B. die weiter unten in Verbindung mit 5 beschriebenen Prozesse.
Das Speichergerät 162 kann jede Art von geeignetem Speicher sein. Das Speichergerät 162 kann beispielsweise flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Direktzugriffsspeicher (RAM) und einem Keep-Alive-Speicher (KAM) umfassen. KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der zur Speicherung verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während der Prozessor 160 abgeschaltet ist. Das Speichergerät 162 kann unter Verwendung einer beliebigen Anzahl bekannter Speicherbausteine wie PROMs (programmierbarer Festwertspeicher), EPROMs (löschbarer PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), Flash-Speicher oder anderer elektrischer, magnetischer, optischer oder kombinierter Speicherbausteine implementiert werden, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Steuerung 114 verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann sich die Speichereinheit 162 auf demselben Computerchip wie der Prozessor 160 befinden und/oder auf diesem kollokiert sein. In der dargestellten Ausführung kann das Speichergerät 162 die oben genannten Programme 166 zusammen mit einem oder mehreren gespeicherten Werten der Daten 168 speichern, z.B. für den kurzfristigen Datenzugriff.
Das Speichergerät 164 speichert Daten, z.B. für den langfristigen Datenzugriff zur Verwendung bei der automatischen Steuerung des Fahrzeuges 100 und seiner Systeme. Das Speichergerät 164 kann jede geeignete Art von Speichergerät sein, einschließlich Speichergeräte mit direktem Zugriff wie Festplattenlaufwerke, Flash-Systeme, Diskettenlaufwerke und optische Laufwerke. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Speichervorrichtung 164 eine Quelle, von der die Speichervorrichtung 162 die Programme empfängt, die eine oder mehrere Ausführungsformen eines oder mehrerer Prozesse der vorliegenden Offenbarung ausführen, wie z.B. die Schritte des Prozesses 200 (und alle Unterprozesse davon), die weiter unten in Verbindung mit 5 beschrieben werden. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform können die Programme 166 direkt in der Speichereinheit 162 gespeichert werden und/oder anderweitig auf sie zugegriffen werden. Die Programme 166 stellen ausführbare Befehle dar, die vom elektronischen Steuergerät 114 bei der Informationsverarbeitung und bei der Steuerung des Fahrzeugs 100 und seiner Systeme, einschließlich des Steuersystems 140, verwendet werden. Die Anweisungen können ein oder mehrere separate Programme enthalten, von denen jedes eine geordnete Auflistung von ausführbaren Anweisungen zur Implementierung logischer Funktionen enthält. Die Befehle unterstützen bei ihrer Ausführung durch den Prozessor 114 den Empfang und die Verarbeitung von Signalen, z.B. von Sensoren, und die Ausführung von Logik, Berechnungen, Methoden und/oder Algorithmen zur automatischen Steuerung der Komponenten und Systeme des Fahrzeugs 100. Der Prozessor 114 kann Steuersignale für den Motor 130 und zur automatischen Steuerung verschiedener Komponenten und Systeme des Fahrzeugs 100 auf der Grundlage der Logik, Berechnungen, Methoden und/oder Algorithmen erzeugen. Wie zu begrüßen ist, kann das Datenspeichergerät 164 Teil der Steuerung 114, getrennt von der Steuerung 114, Teil einer oder mehrerer Steuerungen oder Teil mehrerer Systeme sein. Die Speichereinheit 162 und die Speichervorrichtung 164 arbeiten zusammen mit dem Prozessor 160, um auf die Programme 166 und die Daten 168 zuzugreifen und sie zu nutzen.
Während die Komponenten des Steuerungssystems 140 als Teil desselben Systems dargestellt werden, wird es geschätzt, dass diese Merkmale in bestimmten Ausführungsformen mehrere Systeme umfassen können. Darüber hinaus kann das Steuersystem 140 in verschiedenen Ausführungsformen ganz oder teilweise aus verschiedenen anderen Fahrzeugvorrichtungen und - systemen bestehen und/oder mit diesen gekoppelt werden, wie z.B. unter anderem das Lenksystem 112 oder mehr andere Systeme des Fahrzeugs 100.
Wie in 2 näher erläutert, kann das Steuersystem 140 eine Anzahl von Modulen 154 umfassen, einschließlich eines Strombefehlsmoduls 170 zum Steuern verschiedener Aspekte des Systems 110, eines Treibermoduls 172 zur Lieferung des befohlenen Stroms an den Aktuator und eines Überwachungs- und Auswertemoduls 174 zur Ausführung einer Watchdog-Funktion, zusammen mit anderen verschiedenen Modulen und Ressourcen zur Steuerung des Lenksystems 112. In verschiedenen Ausführungen können das Steuersystem 140 und das Lenksystem 112 direkt an das Fahrzeug 100 gekoppelt werden, wie in 1 dargestellt. Wenn sie beispielsweise mit dem Fahrzeug 100 gekoppelt sind, sind das aktuelle Befehlsmodul 170, das Fahrermodul 172 und das Monitor- und Auswertemodul 174 an einen Kommunikationsbus gekoppelt, der mit der Steuerung 114 verbunden ist, und haben Zugriff auf das Lenksystem 112, um Informationen zu lesen und zu generieren. Das Treibermodul 172 kann die Leistungsverstärker, mehrphasige Leistungssignale für mehrphasige Motoren usw. enthalten, um den Motor 130 mit einem höheren Strom und mit den entsprechenden Eigenschaften anzutreiben, als es das Strombefehlsmodul 170 zu liefern vermag.
In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt das Strombefehlsmodul 170 bei den Systemen 110, 112, 140 unter Spannung einen Soll-Strombefehl 176, um die Höhe des Motordrehmoments zu steuern, das dem Lenksystem 112 zur Verfügung gestellt wird. Eine Reihe von Sub-Modulen 171, 173, 175, 177, 179, ... (usw.) können in das aktuelle Befehlsmodul 170 als verschiedene Komponenten des Steuerschemas/der Algorithmen für verschiedene Funktionen bei der Steuerung des dem Lenksystem 112 zugeführten Stroms aufgenommen werden. Ein Sub-Modul 171 kann z.B. eine Komponente für die Funktion des Basis-Assistenten zur Steuerung des Motors 130 bereitstellen, um die Lenkkraft in Abhängigkeit von dem vom Fahrer auf das Lenksystem 112 aufgebrachten Drehmoment bereitzustellen. Diese Funktion unterstützt den Fahrer beim Einlenken der Vorderräder 104, z.B. durch die Bewegung eines Lenkgetriebes oder einer Zahnstange. Der Zielstrombefehl 176 beinhaltet eine Steuerkomponente, die vom Sub-Modul 171 geliefert wird, wenn der Fahrer durch Drehen des Lenkrads 126 eine Eingabe macht. Ein weiteres Sub-Modul 173 kann eine Steuerkomponente für die Reibungskompensation bereitstellen, um der Eigenreibung bei der Einbeziehung eines elektrischen Servolenkungsantriebs/einer elektrischen Zahnstange entgegenzuwirken. Eine Antriebsstromkomponente kann als konstante Kraft oder als selektiv aufgebrachte Kraft angewendet werden. Ein weiteres Sub-Modul 175 kann eine Steuerkomponente zur Dämpfungskompensation bereitstellen, um die Dämpfung eines elektrischen Servolenkungsantriebs/einer elektrischen Zahnstange zu steuern. Ein weiteres Sub-Modul 177 kann eine Steuerkomponente zur Minderung von SRS (smooth road shake) bieten, um jegliche Schwingungsrückkopplung von den durch das Lenksystem zurückkehrenden gelenkten Kurven eines Fahrzeugs zu mindern. Eine solche Rückkopplung kann durch eine Ungleichförmigkeit der gelenkten Reifen/Rad-Einheiten verursacht werden, z.B. bei ihren Rotationsfrequenzen erster Ordnung. Ein weiteres Untermodul 179 kann eine Steuerkomponente für die Rückkehr zur Mitte bereitstellen, um eine Kraft auf das Lenksystem 112, z.B. auf seine Zahnstange, aufzubringen, die proportional zur Verschiebung der Zahnstange aus ihrer Mittelposition (Geradeausfahrt) ist. Zusätzliche Sub-Module ... (usw.) oder andere Sub-Module können im Steuerschema/Algorithmen des aktuellen Kommandomoduls 170 für andere Funktionen verwendet werden, die jeweils eine Komponente des Steuersignals liefern. Die einzelnen Komponenten 171, 173, 175, 177, 179 usw. werden summiert, um das Zielstrom-Steuersignal 176 zu erhalten. Zum Beispiel kann der Fahrer eine Lenkeingabe vornehmen und das Sollstrom-Steuersignal enthält Komponenten aus dem Fahrereingangs-Sub-Modul 171, dem Reibungskompensations-Sub-Modul 173, dem Dämpfungs-Sub-Modul 175 und dem Rücklauf zur Mitte-Sub-Modul 179. Wenn eine Rückkopplung auftritt, kann das Zielstrom-Befehlssignal 176 auch eine Komponente aus dem SRS-Reduzierungs-Sub-Modul 177 enthalten. In anderen Ausführungsformen können verschiedene Untermodule Komponenten für jede Funktion bereitstellen, die für die Steuerung des Lenksystems 112 von Interesse ist. Es sollte verstanden werden, dass in anderen Ausführungsformen ein gesteuertes System mit Aktuatoren für andere Zwecke als die Lenkung Sub-Module hat, die auf die Funktionen des jeweiligen Systems und seiner Anwendung ausgerichtet sind.
In einer Reihe von Ausführungsformen wird bei Verwendung des Lenksystems 112 zum Drehen des Fahrzeugs 100 das Drehmoment der Lenksäule 124 durch den Drehmomentsensor 132 gemessen, das über ein Drehmomentsignal 178 zusammen mit einem Lenkwinkelsignal 180, wie es vom Lenkstellungssensor 134 geliefert wird, an das aktuelle Befehlsmodul 170 geliefert wird. Das aktuelle Befehlsmodul kann auch mit einem Lenkgeschwindigkeitssignal von einem Sensor (nicht abgebildet) oder durch Berechnung der zeitlichen Änderung des Lenkwinkels versorgt werden. Das Strombefehlsmodul 170 bestimmt den Sollstrom für den Motor 130 auf der Grundlage von Kennlinien, die während der Entwicklung des Lenksystems 112 ermittelt und von einem Datenspeicher 182, z.B. im Datenspeicher 164, gespeichert werden. Die Daten können in Nachschlagetabellen oder einer anderen Form gespeichert werden und enthalten Werte, die verschiedenen Drehmomenten entsprechen. In einigen Ausführungsformen kann auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 durch das Signal 181, wie sie vom Geschwindigkeitssensor 136 erfasst wird, zusammen mit anderen Parametern, falls gewünscht, berücksichtigt werden. In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt das aktuelle Befehlsmodul 170 den Soll-Strombefehl 176, der bestimmt wird, um die gewünschte Menge an Drehmomentunterstützung zur Unterstützung des Fahrers bei der Lenkung des Fahrzeugs 100 zu liefern, und zwar direkt auf der Grundlage der ermittelten Leistungsmetriken des Systems und/oder auf der Grundlage von Werten, die von den Verfahren und Systemen der vorliegenden Offenbarung abgeleitet wurden, einschließlich der Komponenten, die von den Sub-Modulen 171, 173, 175, 177, 179 usw. beigetragen werden. Der Zielstrombefehl 176, der die Summe der Sub-Module 171, 173, 175, 177, 179 usw. darstellt. wird an das Treibermodul 172 geliefert, das mit dem Zielstrombefehl 176 ein Treibersignal 184 mit dem Zielstrom und der Systemspannung liefert, um den Motor 130 anzutreiben, der das Drehmoment an das Lenksystem 112 liefert.
In der aktuellen Ausführung überwacht und wertet das Modul 174 das Sollstrom-Steuersignal 176 und dessen Komponenten aus den Sub-Modulen171, 173, 175, 177, 179 usw. aus. Das Überwachungs- und Auswertemodul 174 kann auch oder alternativ dazu das Steuersignal 184 überwachen. Es sollte verstanden werden, dass unabhängig davon, wo die Überwachung stattfindet, die Anzeigen gleichwertig sind, da die Steuerkomponenten das Sollstrom-Steuersignal 176 bestimmen, das das Steuersignal 184 bestimmt. Das Überwachungs- und Auswertemodul 174 überwacht die Charakteristik des Stroms, einschließlich der Komponenten des Sub-Moduls, als Watchdog-Funktion für die interessierenden Charakteristiken über den dem Motor 130 zugeführten Strom. In einigen Ausführungsformen können Amplitude und Frequenz des Steuersignals 184 mit Hilfe der Sensoren 150, 152 des Stromversorgungsmonitors bestimmt werden. In Summe erhält die Steuerung 114 die Amplitude und Frequenz des Stroms im Steuersignal 184, unabhängig davon, ob die Ausgabe der Sub-Module 171, 173, 175, 177, 179 usw. verwendet wird. die Ausgabe des aktuellen Befehlsmoduls 170 oder die Ausgabe des Treibermoduls 172 oder einer anderen Quelle. Darüber hinaus verfügt das Stromführungsmodul 170 von Natur aus über die Daten des Zielstromführungssignals 176 und seiner Steuerkomponenten aus den Sub-Modulen 171, 173, 175, 177, 179 usw.
Im Allgemeinen stellt das Überwachungs- und Auswertemodul 174 eine Funktion zur Verfügung, die durch Überwachung der Charakteristik des Antriebsstroms zum Motor 130 nach Grenzzyklen sucht. Die Charakteristik des Antriebsstroms zum Motor 130 kann aus den von den Sub-Modulen 171, 173, 175, 177, 179 usw. ausgegebenen Befehlen bestimmt werden, oder durch das Strombefehlsmodul 170, da diese Befehle den Strom bestimmen, der als Steuersignal 184 durch das Treibermodul 172 geliefert wird. Potenzielle Grenzzyklen werden durch bestimmte hier identifizierte Merkmale angezeigt. In einem mechanischen System wie dem Lenksystem 112 wird erwartet, dass die Anregungspegel im Laufe der Zeit ohne laufende Zufuhr von externer Energie abnehmen. Zum Beispiel erzeugt ein Straßeninput, wie z.B. von einer Bodenwelle oder einem Tiefdruckgebiet, Schwingungen, die im Laufe der Zeit zunehmend gedämpft werden. Eine Erregung, die über mehrere Zyklen andauert, hat einen kontinuierlichen Energieeintrag. Es hat sich herausgestellt, dass die Identifizierung von Grenzzyklen anzeigt, wenn die Erregungen durch das Antriebssystem des Motors 130 selbstständig sind, und dass sie dazu verwendet werden können, Stillstandsmaßnahmen (Aktionen) auszulösen, um den Grenzzyklus zu stoppen. Die Eliminierung dieser Schwingungen verbessert die Kontrolle und das Gefühl des Fahrers für das Lenksystem 112, z.B. durch das Lenkrad 126, und ist ein nützliches Ergebnis in der praktischen Anwendung.
Mit zusätzlicher Bezugnahme auf 3 sucht das Monitor- und Auswertemodul 174 nach einer Frequenz 190 des Motorantriebsstroms, die innerhalb eines charakteristischen Frequenzbandes liegt, das für das Lenksystem 112 von Interesse ist. Zum Beispiel kann ein Grenzzyklus-Schwingungsereignis bei einem charakteristischen Frequenzgang des Lenksystems 112 auftreten. Das charakteristische Frequenzband wird bestimmt, z.B. durch die Identifizierung kritischer Frequenzen mit Messmethoden oder durch dynamische Modellierung mit kommerziell erhältlicher Mehrkörperdynamik-Software während der Entwicklung des Lenksystems 112. In der aktuellen Ausführung wurde das charakteristische Frequenzband für das Lenksystem 112 auf 8-15 Hertz festgelegt. Es wird geschätzt, dass andere Systeme ein anderes charakteristisches Frequenzband haben können. Das Überwachungs- und Auswertemodul 174 enthält eine Bandpassfunktion 188 oder ist mit dieser verbunden, die das Steuersignal 184 z.B. durch Verwendung eines Bandpassfilters mit einem Durchlassfrequenzbereich verarbeitet. Die Bandpassfunktion 188 identifiziert, wenn die Frequenzen des Stroms im Steuersignal 184 innerhalb des charakteristischen Frequenzbandes (z.B. 8-15 Hz.) liegen, das im Datenspeicher 182 als Referenz gespeichert werden kann. Es sollte verstanden werden, dass das Überwachungs- und Auswertemodul 174 ein Teil des aktuellen Befehlsmoduls 170 sein kann und das Steuersystem 140 mit einem interruptgesteuerten Code ausgestattet sein kann. Mit anderen Worten: Da das Steuersignal 184 als Ergebnis des Betriebs des aktuellen Befehlsmoduls 170 erzeugt wird, erfolgen die Befehlslieferungen zur Erzeugung des Steuersignals 184 praktisch gleichzeitig mit der Verfügbarkeit von Informationen über die Eigenschaften des Steuersignals 184, die bei der Erzeugung der Befehle gesammelt werden können.
Wenn die Steuersignalfrequenz 190 als in das charakteristische Frequenzband fallend identifiziert wird, kann der Monitor und das Auswertemodul 174 feststellen, ob eine Auslenkung von Schiene zu Schiene stattfindet, wie in 3 dargestellt. Zum Beispiel ist der Strom gesättigt, wenn die maximale Autorität und die minimale Autorität „Schiene-zu-Schiene“ den maximal möglichen Strom für den Antrieb des Motors 130 liefern. Wenn eine Auslenkung von Schiene zu Schiene stattfindet, nähert sich das gesättigte Stromsignal aufgrund seiner Amplitude 193 einem virtuellen Rechteckwellenprofil 192. Es ist zu bedenken, dass die Sättigung aus anderen Gründen als den Grenzzyklen resultieren kann. Zum Beispiel kann das Auftreffen auf ein Schlagloch beim Drehen des Fahrzeugs um 100 ein maximales Drehmoment erfordern. Dementsprechend wird die Dauer der Sättigung überprüft, um zu verifizieren, dass es sich bei der Quelle um einen Grenzzyklus handelt. Das Modul 174 überwacht und evaluiert, ob die Sättigung für eine Mindestdauer aufrechterhalten wird. Wenn die Sättigung z.B. eine Sekunde lang anhält, dann wird sie für 8-15 Zyklen aufrechterhalten und es kann der Schluss gezogen werden, dass die Sättigung durch eine Instabilität des Antriebssystems selbsttragend ist. Dies zeigt auch, dass Korrekturmaßnahmen erforderlich sind. In einem solchen Fall kann der Fahrer des Fahrzeugs 100 einen schweren Lenkzustand mit weniger Kraftunterstützung als normal empfinden, weshalb eine Korrektur vorteilhaft ist.
Um andere Fälle zu berücksichtigen, wenn das Überwachungs- und Auswertemodul 174 feststellt, dass die Frequenz 190 innerhalb des charakteristischen Frequenzbandes liegt und kein gesättigter Rail-to-Rail-Zustand vorliegt, wird festgestellt, ob ein Grenzzyklus aufgrund anderer Bedingungen, wie z.B. Nichtlinearitäten, vorliegt. Unter Bezugnahme auf 4 liegt die Frequenz 190 wieder innerhalb des charakteristischen Frequenzbandes, in diesem Beispiel 8-15 Hz. Die Amplitude 194 des Stroms ist geringer als die der quasi-sinusförmigen Welle 196, die von Schiene zu Schiene verläuft. Um eine Auswertung unter diesen Bedingungen durchzuführen, wird der Strom des Steuersignals 184 kurzzeitig variiert, z.B. durch Signalisierung des Strombefehlsmoduls 170 mit einem Modifikationssignal 195 zur Reduzierung des Zielstromsignals 176 innerhalb des charakteristischen Frequenzbandes. Dadurch wird der Strom innerhalb des Bandes um einen Betrag reduziert, der einem erkennbaren Drehmoment auf das Lenksystem 112 entspricht. Das vom Drehmomentsensor 132 erfasste Drehmoment wird überwacht, und wenn der tatsächliche Betrag des bandbegrenzten Drehmoments infolge der Stromreduzierung zunimmt, zeigt dies eine geringere Unterstützung durch den Motor 130 an, als bei der Stromreduzierung zu erwarten wäre. Wenn das tatsächliche bandbegrenzte Drehmoment nicht ansteigt oder das bandbegrenzte Drehmoment abnimmt, deutet dies darauf hin, dass eine Grenzzyklusbedingung vorliegt. Nicht limitierte Zyklusbedingungen sind von der Auslösung einer erforderlichen Aktion ausgeschlossen.
Insgesamt wird eine erste erforderliche Aktionsbedingung ausgelöst, wenn die Frequenz 190 in das charakteristische Frequenzband fällt und die Amplitude für die Zeitspanne gesättigt ist. Eine zweite erforderliche Aktionsbedingung wird ausgelöst, wenn die Frequenz 190 in das charakteristische Frequenzband fällt, die Amplitude nicht gesättigt ist und eine unerwartete Drehmomentreaktion aus einer Änderung des Stroms resultiert. Um eine Reaktion zum Beenden des Grenzzyklus-Zustandes einzuleiten, liefert das Überwachungs- und Auswertemodul 174 ein Interrupt-Signal 189, 191 an das aktuelle Befehlsmodul 170, um das Steuersignal 184 oder eine Komponente davon auszusetzen. Zum Beispiel identifiziert das aktuelle Befehlsmodul 170 das Interrupt-Signal 189, 191 und wählt die entsprechende Korrekturmaßnahme aus.
Eine Maßnahme kann darin bestehen, festzustellen, ob ein Sub-Modul 171, 173, 175, 177, 179 usw. die Ursache für die Instabilität des Grenzzyklus ist oder eine hohe Beteiligung daran hat, und dann nur dieses bestimmte Sub-Modul auszusetzen. Beispielsweise kann nur ein Sub-Modul ausgesetzt werden, anstatt den gesamten Regelalgorithmus oder dessen kumulative Ausgabe auszusetzen. Dies bedeutet, dass der Motor 130 weiterhin mit Strom versorgt wird und nur durch die aufgehängte Komponente vermindert wird. Bei der Analyse der Sub-Module 171, 173, 175, 177, 179 usw. wird die Leistung jedes einzelnen Moduls mit der Gesamtleistung des aktuellen Befehlsmoduls 170 verglichen und bei einem unverhältnismäßig hohen Beitrag eines Moduls wird dieses ausgesetzt. Wenn z.B. auf relativer prozentualer Basis ein Sub-Modul für den Großteil des gesamten Antriebsstroms verantwortlich ist, wird es als Quelle eines Grenzzyklus angegeben. Wenn nach dem Aussetzen der Komponente der Grenzzyklus immer noch auftritt, kann das gesamte Steuersignal 184 zum Motor 130 vorübergehend ausgesetzt werden.
Wenn sich herausstellt, dass eines der Sub-Module 171, 173, 175, 177, 179 usw. einen unverhältnismäßigen Beitrag zum gesamten Steuersignal 184 leistet, liefert das Überwachungs- und Auswertemodul 174 als Reaktion darauf ein Unterbrechungssignal 189 an das aktuelle Befehlsmodul 170, um das als unverhältnismäßig mitwirkende Sub-Modul 171, 173, 175, 177, 179 usw. auszusetzen. Wenn die Frequenz 190 nicht mehr innerhalb des charakteristischen Frequenzbandes liegt oder die Amplitude 194 auf einen gewünschten Schwellwert abgesenkt wird, ist die Quelle des Grenzzyklus identifiziert worden.
Eine weitere Maßnahme kann darin bestehen, das gesamte Steuersignal 184 zum Motor 130 für eine bestimmte Zeit auszusetzen. Diese Aktion kann durchgeführt werden, wenn die Frequenz nach Aussetzung des Sub-Moduls, das als unverhältnismäßig stark beteiligt identifiziert wurde, innerhalb des charakteristischen Frequenzbandes bleibt. Beispielsweise wird das Steuersignal 184 für eine bestimmte Zeitspanne ausgesetzt, z.B. durch das aktuelle Befehlsmodul 170, wodurch der Zielstrombefehl 176 beendet wird. Dies stoppt das Steuersignal 184. Die Stromversorgung wird beendet, wenn ein Aus-/Einschaltzyklus schnell und ohne unangemessene Zeitverzögerung bei der Wiederherstellung der Kontrolle über das Kontrollsystem 140 durchgeführt werden kann. In einem System wie dem Lenksystem 112 wird die Zeitspanne so gewählt, dass die Steuerung für einen stabilen, nahezu kontinuierlichen Betrieb gewährleistet ist. Wenn beispielsweise das Steuersignal 184 für ein bis zwei Zehntelsekunden angehalten wird, sorgt dies für eine Dämpfung über mindestens einen abgeschlossenen Zyklus im Bereich von 8-15 Hz-Zyklen und sorgt für die Beendigung des Grenzzykluszustands in einer für den Fahrer nicht wahrnehmbaren Zeitspanne. Am Ende der 0,1-0,2-Sekunden-Periode stellt das aktuelle Befehlsmodul 170 das Steuersignal 184 wieder her, und das Lenksystem 112 arbeitet ohne den Grenzzykluszustand weiter. Die erforderliche Stillstandszeit kann von dem speziell entworfenen Fahrzeug und dem Lenksystem abhängen; der Wunsch ist es, die Stillstandszeit zu minimieren und gleichzeitig eine angemessene Zeit zu gewährleisten, um die Quelle des Grenzzyklus zu unterbrechen. So können von dem Beispiel abweichende Beendigungszeiten von ein bis zwei Zehntelsekunden verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 5 wird nun ein Flussdiagramm eines Prozesses 200 mit Verfahren zum Erkennen und Anhalten von Grenzzyklen dargestellt. Das Verfahren 200 kann in Verbindung mit dem Fahrzeug 100 und dem Lenksystem 112 der 1 und 2 nach beispielhaften Ausführungsformen eingesetzt werden. Wie im Lichte der Offenbarung zu erkennen ist, ist die Reihenfolge der Operationen innerhalb des Verfahrens nicht auf die sequentielle Ausführung, wie in 5 dargestellt, beschränkt, sondern kann je nach Fall und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung in einer oder mehreren unterschiedlichen Anordnungen durchgeführt werden.
Wie in 5 zusammen mit 1-4 dargestellt, kann der Prozess 200 bei 202 beginnen, wenn das Fahrzeug 100 und das Lenksystem 112 in Betrieb ist. Der Prozess 200 überwacht das Drehmoment von 204 über den Drehmomentsensor 132, den Lenkwinkel über den Lenkstellungssensor 134 und den Strom, der dem Elektromotor 130 zugeführt wird, z.B. über die Steuerung 114 und/oder den Fahrer 144. Bei 204 kann der Prozess 200 auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs überwachen, z.B. durch den Geschwindigkeitssensor 136, und kann andere interessante Parameter überwachen, was in einigen Ausführungsformen die Erfassung der Steuersignalfrequenz und -amplitude einschließen kann, z.B. durch die Sensoren 150, 152 der Stromversorgungsüberwachung oder direkt durch die Steuerung 114. Zum Beispiel befiehlt die Steuerung 114 den zugeführten Strom durch den Zielstrombefehl 176 und hat dadurch Zugriff auf die Charakteristik des Stroms im Steuersignal 184 einschließlich der Bestimmung der Komponenten in den Sub-Modulen 171, 173, 175, 177, 179 usw. Die Befehlslieferungen zur Erzeugung des Steuersignals 184 können praktisch gleichzeitig mit der Erfassung von Informationen über die Eigenschaften des Steuersignals 184 innerhalb des Reglers 114 erfolgen. Dementsprechend hat der Prozess 200 Zugriff auf die Frequenz und Amplitude des Steuersignals 184, die bei der Zusammenstellung des Zielstrombefehls 176 getroffenen Festlegungen und das Drehmoment auf das Lenksystem 112. Das Steuersignal 184 wird dem Motor 130 mit einem auf dem erforderlichen Drehmoment basierenden Strom zugeführt. Das erforderliche Drehmoment kann je nach Lenkwinkel, Fahrereingaben und Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 variieren. Das Steuersystem 140 ist mit einem interruptgesteuerten Code ausgestattet, so dass die Befehlsabgabe zur Erzeugung des Steuersignals 184 praktisch gleichzeitig mit der Erfassung von Informationen über die Eigenschaften des Signals erfolgt.
Eine Auswertung 208 des dem Motor zugeführten Stroms wird von der Steuerung 114 durchgeführt, um festzustellen, ob die Frequenz 190 des Steuersignals innerhalb eines charakteristischen Frequenzbandes (z.B. 8-15 Hz.) liegt. Wenn die Bestimmung negativ ist und die Frequenz 190 nicht innerhalb des charakteristischen Frequenzbandes liegt, kehrt der Prozess 200 zur Überwachung von Schritt 204 zurück und fährt von dort aus fort. Wenn die Bestimmung positiv ist und die Frequenz 190 in das charakteristische Frequenzband fällt, bestimmt der Prozess 200 dann 210, ob eine Auslenkung von Schiene zu Schiene stattfindet, was bedeutet, dass das Signal gesättigt ist, wie in 3 dargestellt. Wenn die Bestimmung positiv ist und das Signal gesättigt ist, geht der Prozess 200 zu 212 über. Typischerweise hat die Steuerung 114 Zugriff auf eine Timing-Funktion und die Dauer der Sättigung wird auf 212 geprüft. Wenn die Sättigung für eine minimale Zeitspanne aufrechterhalten wird, z.B. wenn die Sättigung für eine Zeitspanne von einer Sekunde anhält, zeigt dies an, dass sich die Sättigung durch eine Instabilität im Antriebssystem selbst aufrechterhält.
Wenn die Bestimmung bei 210 negativ ist und das Signal nicht gesättigt ist, aber die Frequenz 190 in das charakteristische Frequenzband fällt, fährt der Prozess 200 fort, um 214 den Strom des Steuersignals 184 zu modifizieren. Wenn der Strom 214 modifiziert wird, z.B. in der Amplitude im Durchlassbereich reduziert wird, wird eine Bestimmung 216 des Einflusses auf das Drehmoment vorgenommen. Zum Beispiel wird das Lenkdrehmoment (SW1) durch den Vergleich von Werten für Phasorgrößen des resultierenden tatsächlichen SWT (SWT_a) mit den erwarteten SWT (SWT_e)-Werten bewertet. SWT_a wird vom Drehmomentsensor 132 erhalten. SWT_e wird vom Steuerung 114 berechnet. In dieser Ausführungsform ist SWT_e = H(f) * I(_f), wobei H(f) ein vorher festgelegter Frequenzgang und I(j) das Antriebsbefehlsmoment ist. Die Größe der Differenz (d) wird mit d = |SWT_a| - |SWT_e| bestimmt. Wenn d < 0 ist, wird eine Grenzzyklusbedingung angezeigt und der Prozess 200 geht auf 218 über.
Ob man nun zu Schritt 218 aus Schritt 212 oder Schritt 216 gelangt, es wird festgestellt, ob eine der Komponenten aus den Sub-Modulen 171, 173, 175, 177, 179 usw. einen unverhältnismäßigen Beitrag leistet. Die Bestimmung 218 beispielsweise bewertet, ob auf relativer prozentualer Basis ein Sub-Modul für einen Großteil des Gesamtantriebsstroms verantwortlich ist. Wenn dies der Fall ist, wird dieses Untermodul als eine mögliche Quelle für einen Grenzzyklus angegeben. Wenn die Feststellung 218 positiv ist, fährt der Prozess 200 über das aktuelle Befehlsmodul 170 fort, das für den unverhältnismäßigen Beitrag verantwortliche Untermodul 220 auszusetzen. Nach einer Zeitspanne von z.B. 0,1-0,2 Sekunden wird das Untermodul 222 wieder eingesetzt. Es wird festgestellt, ob der Grenzzyklus beseitigt wurde, z.B. indem festgestellt wird, ob die Frequenz 190 noch innerhalb des charakteristischen Frequenzbandes liegt. Wenn die Bestimmung positiv ist und der Grenzzyklus eliminiert wurde, überwacht der Prozess 200 weiterhin, z.B. durch die Rückkehr zur Überwachung 204 des Systems 212, oder kann 224 enden.
Wenn die Bestimmung negativ ist und der Grenzzyklus nicht eliminiert wurde, geht der Prozess 200 zu 226 über. Auch wenn die Frequenz 190 in das charakteristische Frequenzband fällt und die Amplitude von Schiene zu Schiene oder d < 0 gesättigt ist und ein Sub-Modul keinen unverhältnismäßigen Beitrag leistet, d.h. die Bestimmung 218 negativ ist, geht der Prozess 200 zu 226 über. Als Reaktion darauf wird bei Schritt 226 das Steuersignal 184 unterbrochen, indem es für eine Zeitspanne von z.B. 0,1-0,2 Sekunden zur Beendigung des Grenzzykluszustands ausgesetzt wird. Am Ende der Zeitspanne wird das Fahrsignal 184 wieder auf 228 gesetzt und das Lenksystem 112 arbeitet ohne den Zustand des Grenzzyklus mit fortgesetzter Überwachung 204 weiter. Der Prozess 200 läuft weiter, wenn das Fahrzeug 100 in Betrieb ist, oder kann enden 224, z.B. wenn das Fahrzeug 100 abgeschaltet wird.
Dementsprechend werden durch die Überwachung der Stärke des Steuersignals eines Steuersystems und die Messung der Reaktion auf das Steuersystem Systeme und Methoden zum Erkennen und zum Anhalten von Grenzzyklen bereitgestellt. Beispielsweise werden die Eigenschaften des Steuersignals, seiner Komponenten und des resultierenden Drehmoments im System verwendet, um Grenzzyklen zu erkennen, die dann durch die Unterbrechung einer Komponente oder des Steuersignals für eine bestimmte Zeit zum Stillstand gebracht werden. Das Regelsystem sorgt für einen kontinuierlichen stabilen Betrieb der Regelstrecke mit kurzen Unterbrechungen, die im Rahmen der Anlage nicht wahrnehmbar sind.
Obwohl in der vorstehenden detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt wurde, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es eine große Anzahl von Variationen gibt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhafte Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken. Vielmehr wird die vorstehende detaillierte Beschreibung den Fachleuten einen praktischen Fahrplan für die Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen liefern. Es sollte verstanden werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne dass der Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Äquivalenten festgelegt ist, verlassen wird.

Claims

Ein System zum Erkennen eines Grenzzyklus, umfassend: ein Steuersystem, das eingerichtet ist, ein Steuersignal zu erzeugen, das mindestens eine Steuerkomponente umfasst; einen Aktuator, der eingerichtet ist, eine Reaktion auf das Steuersignal zu bewirken; mindestens einen Sensor, der zum Messen der Reaktion eingerichtet ist; und mindestens eine Steuerung, die eingerichtet ist zum: Zugreifen auf Eigenschaften von dem Steuersignal und/oder der mindestens einen Steuerkomponente; Vergleichen mindestens einer der Eigenschaften des Steuersignals mit einem vorbestimmten Satz von Eigenschaften; Bestimmen, ob die Eigenschaften des Steuersignals in den vorgegebenen Satz von Eigenschaften fallen; Bewerten, wenn die Eigenschaften des Steuersignals in den vorgegebenen Satz von Eigenschaften fallen, einer Größe von mindestens einer der Eigenschaften; und Durchführen, wenn die Größe einen vorgegebenen Wert überschreitet, der den Grenzzyklus anzeigt, einer Aktion zum Beenden des Grenzzyklus.
Das System nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Steuerkomponente mehrere Steuerkomponenten umfasst und die Aktion zum Beenden des Grenzzyklus das Unterbrechen mindestens einer der mehreren Steuerkomponenten umfasst.
Das System nach Anspruch 2, wobei die Aktion zum Beenden des Grenzzyklus das Unterbrechen des Steuersignals umfasst.
Das System nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Steuerkomponente mehrere Steuerkomponenten umfasst und wobei die Eigenschaften des Steuersignals Frequenz, Amplitude und zugeordneten Beitrag der mehreren Steuerkomponenten umfassen.
Das System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, dass Steuersignal zu modifizieren, wenn die Frequenz innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt und die Größe den vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Das System nach Anspruch 5, wobei die Steuerung eingerichtet ist, einen Ist-Wert der von dem mindestens einen Sensor empfangenen Antwort nach einer Modifikation des Steuersignals mit einem erwarteten Wert der Antwort auf die Modifikation des Steuersignals zu vergleichen.
Das System nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine Steuerkomponente mehrere Steuerkomponenten umfasst und wobei die Aktion zum Beenden des Grenzzyklus das Unterbrechen mindestens einer der mehreren Steuerkomponenten und/oder des Steuersignals umfasst, wenn: die Größe den vorgegebenen Wert nicht überschreitet; und der tatsächliche Wert der Aktion geringer ist als der erwartete Wert der Aktion.
Das System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, zu Bestimmen, ob die Eigenschaften der mindestens einen Steuerkomponente unverhältnismäßig zum Steuersignal beitragen.
Ein Verfahren zum Erkennen eines Grenzzyklus, umfassend: Erzeugen, durch ein Steuersystem, eines Steuersignals; Bewirken, durch einen Aktuator, einer Reaktion auf das Steuersignal; Zugreifen, durch mindestens eine Steuerung, auf Eigenschaften des Steuersignals und/oder Eigenschaften von mindestens einer Komponente des Steuersignals; Messen, mit mindestens einem Sensor, der Reaktion; Vergleichen, durch die Steuerung, der Eigenschaften des Steuersignals mit einem vorbestimmten Satz von Eigenschaften und/oder der Eigenschaften der mindestens einen Komponente mit dem Steuersignal in seiner Gesamtheit; Bestimmen, durch die Steuerung, ob die Eigenschaften des Steuersignals in den vorgegebenen Satz von Eigenschaften fallen und/oder ob eine Größe der mindestens einen Komponente in keinem Verhältnis zum Steuersignal in seiner Gesamtheit steht; und Auslösen, durch die Steuerung, und wenn die Eigenschaften des Steuersignals in den vorgegebenen Satz von Eigenschaften fallen, die den Grenzzyklus anzeigen, einer Aktion zum Beenden des Grenzzyklus.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Aktion zum Beenden des Grenzzyklus das Unterbrechen mindestens einer von mehreren Komponenten umfasst.