DE102020110472B4

DE102020110472B4 - Bereitstellen von unterstützungsdrehmoment in lenksystemen, die ohne drehmomentsensor arbeiten

Info

Publication number: DE102020110472B4
Application number: DE102020110472.3A
Authority: DE
Inventors: Tejas M. Varunjikar; Anthony J. Champagne; Michael S. Wyciechowski; Rangarajan Ramanujam
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2022-12-08
Anticipated expiration: 2040-04-18
Also published as: CN111824249B; DE102020110472A1; US20200331520A1; CN111824249A

Abstract

Verfahren zum Steuern eines elektrischen Servolenkungssystems (40), wobei das Verfahren umfasst:Feststellen (610), dass ein oder mehrere Handrad-Drehmomentsensoren (28) der elektrischen Servolenkung (40) nicht betriebsbereit sind;als Reaktion darauf Erzeugen (670) eines Unterstützungsdrehmomentbefehls (22), wobei das Erzeugen (670) umfasst:Schätzen eines vorderen Schlupfwinkels auf der Grundlage eines Motorwinkels (20) eines Motors (46) des elektrischen Servolenkungssystems (40), einer Gierrate und einer Fahrzeuggeschwindigkeit (14);Berechnen (630) einer Vorderachs-Querkraft unter Verwendung des vorderen Schlupfwinkels und unter Verwendung eines nichtlinearen Fahrradmodells;Umwandeln (640) der Vorderachs-Querkraft in eine Zahnstangenkraft unter Verwendung eines pneumatischen Nachlaufwertes; undBestimmen eines Betrags des Unterstützungsdrehmoments auf der Grundlage der Zahnstangenkraft;Erzeugen (650) des Unterstützungsdrehmomentbefehls (22), der dem Betrag des Unterstützungsdrehmoments entspricht;Skalieren (660) des Unterstützungsdrehmoments unter Verwendung eines Gierratenfehlers, wobei der Gierratenfehler eine Differenz zwischen einer geschätzten Gierrate aus einem dynamischen Fahrradmodell und einer gemessenen Gierrate beschreibt; und Steuern des elektrischen Servolenkungssystems (40) mit dem erzeugten Unterstützungsdrehmomentbefehl (22).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Servolenkungssystems, ein elektrisches Servolenkungssystem und ein Computerprogrammprodukt.
In einem typischen elektrischen Servolenkungssystem (EPS-System) eines Fahrzeugs wird ein Handrad-Drehmomentsensor verwendet, um das vom Fahrer angeforderte Unterstützungsdrehmoment zu bestimmen. Wenn der Handrad-Drehmomentsensor deaktiviert wird und nicht ordnungsgemäß funktioniert, kann das EPS-System möglicherweise das Lenkungsunterstützungs-Drehmoment nicht liefern. Einige Verfahren bieten eine Erkennung des Unterstützungsverlustes bei Geschwindigkeiten mit rollendem Fahrzeug.
Die DE 10 2017 112 968 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Servolenkungssystems. Zum Steuern des elektrischen Servolenkungssystems wird mittels eines modifizierten statischen Reifenmodells eine Zahnstangenlenkungskraft geschätzt. Auf Grundlage der geschätzten Zahnstangenlenkungskraft wird ein Unterstützungsdrehmomentbefehl erzeugt, mit dem das elektrische Servolenkungssystem gesteuert wird. Aus der DE 10 2012 204 870 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Funktionszustandswerts (SOH-Werts) für ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) in einem Fahrzeug bekannt. Ein Fortschreiten einer Abweichung eines selbstausrichtenden Drehmoments (SAT-Wert), das von einem Reifendynamikmodell im linearen Bereich einer Reifenquerkraft beschafft wird, von einer SAT-Schätzung bei diesen auf unterschiedliche Weise ermittelten SAT-Werten, wird dann verwendet, um die Abweichung der Reibung innerhalb des EPS-Systems von einem Nennwert anzuzeigen. Die DE 10 2019 118 931 A1 offenbart ein Schätzen eines Zahnstangenkraftwertes in einem Lenksystem. Das Lenksystem wird dabei in die Lage versetzt, einen auf einem Fahrzeugmodell mit geschlossenem Regelkreis basierenden Beobachter einzusetzen, der verschiedene Fahrzeugzustände in Echtzeit schätzt. Die DE 10 2017 108 692 A1 offenbart ein Verfahren zum Prognostizieren oder Vorhersagen von Systemzuständen und zum Steuern von Aspekten eines Fahrzeugs und/oder eines Lenkungssystems auf der Grundlage der vorhergesagten Systemzustände.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Ausfall eines Handrad-Drehmomentsensors eine Lenkunterstützung für den Fahrer bereitzustellen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein elektrisches Servolenkungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Figurenliste
Vorteile und andere Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:

1 ein EPS-System nach einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
2 ein Blockdiagramm eines Systems für ein dynamisches Fahrzeugmodell zur Unterstützung eines EPS ohne Drehmomentsensor nach einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
3 ein Blockdiagramm für den Betrieb des Unterstützungsdrehmoment-Berechnungsmoduls nach einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
4 ein Beispiel für ein pneumatisches Nachlaufmodell nach einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
5 ein Blockdiagramm des Skalierungsmoduls nach einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt; und
6 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Erzeugen eines Motordrehmomentbefehls unter Verwendung eines Fahrradmodells mit nichtlinearem Reifenmodus zeigt, wenn ein Drehmomentsensor gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ausfällt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die hier verwendeten Begriffe Modul und Untermodul beziehen sich auf eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen wie eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, 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.
Unter Bezugnahme nun auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese 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. Wenn die Bedienereingabe, im Folgenden als Lenkrad 26 bezeichnet (z.B. ein Handrad und dergleichen), gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29 und die untere Lenkwelle 51, die mit der oberen Lenkwelle 29 über ein Kardangelenk 34 verbunden ist, dreht das Ritzel. Die Drehung des Ritzels bewegt die Zahnstange, die Spurstangen 38 (nur eine ist abgebildet) bewegt, die wiederum die Achsschenkel 39 (nur einer ist abgebildet) bewegen, die ein oder mehrere lenkbare Räder oder Reifen 44 (nur eines/einer ist abgebildet) drehen bzw. einschlagen.
Die Unterstützung der elektrischen Servolenkung wird durch das Steuergerät bereitgestellt, das allgemein mit Bezugszeichen 24 bezeichnet wird und den Controller 16 und eine elektrische Maschine 46 umfasst, die ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) oder ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor (PMDC) oder ein beliebiger anderer Motortyp sein kann und im Folgenden als Motor 46 bezeichnet wird. Der Controller 16 wird von der Fahrzeugstromversorgung 10 durch eine Leitung 12 mit Strom versorgt. Der Controller 16 empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14, das für die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentativ ist, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Der 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 dem Controller 16 ein Positionssignal 20 liefert. Die Motordrehzahl kann mit einem Tachometer oder einer anderen Vorrichtung gemessen und als Motordrehzahlsignal 21 an den Controller 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 θ 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 zeitliche Rate der Positionsänderung abgeleitet werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche bekannte Verfahren zur Durchführung der Funktion einer Ableitung gibt.
Wenn das Handrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das vom Fahrzeugführer auf das Handrad 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 den Controller 16 in Abhängigkeit von dem Betrag der Verdrehung des Torsionsstabes ausgibt. Obwohl es sich hierbei um einen Typ von Drehmomentsensor handelt, ist jede andere geeignete Drehmomentsensorvorrichtung, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird, ausreichend. Als Reaktion auf die verschiedenen Eingangssignale sendet der Controller einen Befehl 22 an den Elektromotor 46, der über eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 eine Drehmomentunterstützung für das Lenksystem liefert und damit die Fahrzeuglenkung unterstützt.
Es ist zu beachten, dass, obwohl die offengelegten Ausführungsformen durch Bezugnahme auf eine Motorsteuerung für elektrische Lenkanwendungen beschrieben werden, es festzustellen ist, dass diese Bezugnahmen nur illustrativen Charakter haben und die offengelegten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung mit einem Elektromotor, z.B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen, angewendet werden können. Darüber hinaus können die hierin enthaltenen Verweise und Beschreibungen für viele Formen von Parametersensoren gelten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Drehmoment, Position, Drehzahl und ähnliches. Es ist auch zu beachten, dass bei den hierin enthaltenen Verweisen auf elektrische Maschinen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Motoren, im Folgenden der Kürze und Einfachheit halber nur auf Motoren ohne Einschränkung Bezug genommen wird.
Im dargestellten Steuerungssystem 24 nutzt der Controller 16 das Drehmoment, die Position und die Drehzahl und ähnliches, um einen oder mehrere Befehle zu berechnen, um die erforderliche Ausgangsleistung zu liefern. Der Controller 16 ist in Kommunikation mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems angeordnet. Der Controller 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, quantifiziert die empfangenen Informationen und liefert als Reaktion darauf ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale, in diesem Fall z.B. an den Motor 46. Der Controller 16 ist so konfiguriert, dass er die entsprechende(n) Spannung(en) aus einem Umrichter (nicht abgebildet) entwickelt, der optional in den Controller 16 eingebaut sein kann und hier als Controller 16 bezeichnet wird, so dass, wenn sie an den Motor 46 angelegt werden, das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet der Controller 24 in einem Rückkopplungsregelmodus als Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet der Controller 24 alternativ in einem Vorsteuerungsmodus, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen mit der Position und Drehzahl des Motors 46 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 Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu erfassen. Der Geber kann die Drehposition auf der Grundlage optischer Erfassung, von Magnetfeldänderungen oder von anderen Verfahren erfassen. Zu den typischen Positionssensoren gehören Potentiometer, Resolver, Synchros, Geber und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens eines der vorgenannten Elemente umfassen. Der Positionsgeber gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelstellung der Lenkwelle 51 und damit die des Motors 46 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 bzw. die Drehmomentsignal(e) 18 davon, das bzw. die auf einen nachgiebigen Torsionsstab, T-Stab, eine Feder oder eine ähnliche Vorrichtung (nicht abgebildet) ansprechen kann bzw. 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 46. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 23 so konfiguriert, dass er die Temperatur des Sensorteils des Motors 46 direkt misst. Der Temperatursensor 23 überträgt ein Temperatursignal 25 an den Controller 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 Anordnung ein kalibrierbares Signal liefern, das proportional zu der jeweiligen Temperatur ist.
An den Controller 16 werden u.a. das Positionssignal 20, das Drehzahlsignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 angelegt. Der Controller 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 ebenfalls üblicherweise linearisiert, kompensiert und nach Wunsch gefiltert, um die Eigenschaften zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften des erfassten Signals zu eliminieren. Beispielsweise können die Signale linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern oder um einen großen Dynamikbereich des Signals anzusprechen. Darüber hinaus kann 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 der Controller 16 unter anderem einen oder mehrere Prozessoren, Computer, DSPs, Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Register, Zeitgeber, Interrupt(s), Kommunikationsschnittstelle(n) und Ein-/Ausgangssignalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Elemente umfassen. Zum Beispiel kann der Controller 16 eine Eingangssignalverarbeitung und Filterung enthalten, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder Erfassung solcher Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Weitere Eigenschaften des Controllers 16 und bestimmte darin enthaltene Prozesse werden hier zu einem späteren Zeitpunkt eingehend erörtert.
In einem oder mehreren Beispielen ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen die Erzeugung von Unterstützungsdrehmoment, wenn ein Eingangsdrehmomentsensor nicht funktioniert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die hier beschriebenen technischen Lösungen zwar unter Verwendung von Ausführungsformen eines Lenksystems beschrieben werden, dass die technischen Lösungen jedoch auf jedes andere Motorsteuerungssystem anwendbar sind, das in jeder anderen Anwendung verwendet wird, die ein Unterstützungsdrehmoment auf der Grundlage der Messung eines Eingangsdrehmoments von einem Bediener erzeugt, z.B. ein biomechanisches Unterstützungsgerät und ähnliches.
Wie hier beschrieben, besteht eine technische Herausforderung bei einem System wie dem EPS 12, das den Drehmomentsensor 28 zur Bestimmung der vom Bediener angeforderten Unterstützung verwendet, darin, dass das System nicht in der Lage ist, ein Unterstützungsdrehmoment bereitzustellen, wenn die Funktionalität des Drehmomentsensors 28 einen Fehler/eine Störung erfährt, was als Verlust des Unterstützungszustands bezeichnet wird. Bei einem EPS 12 beispielsweise kann ein solcher Verlust des Unterstützungszustands eine erhöhte Empfindlichkeit aufweisen, da sich der Bediener beim Manövrieren des Fahrzeugs auf das Unterstützungsdrehmoment verlassen kann. Es gibt verschiedene Lösungen, um das Auftreten des Verlusts des Unterstützungszustandes zu reduzieren. Darüber hinaus beruhen die vorhandenen Lösungen auf einem stationären Fahrzeugmodell zur Vorhersage der Querbeschleunigung und auf der Verwendung der vorhergesagten Querbeschleunigung zur Berechnung des zu erzeugenden Unterstützungsdrehmoments. Solche Lösungen können jedoch konservativ sein, da sie den Betrag des Unterstützungsdrehmoments für verschiedene dynamische Lenkeingaben aufgrund der Verwendung eines stationären Zustandsmodells als Fahrzeugmodell begrenzen können. Zum Beispiel skaliert der Querbeschleunigungsfehler das erzeugte Unterstützungsdrehmoment nach unten. Darüber hinaus verwenden die vorhandenen Lösungen eine Querbeschleunigung zur Bestimmung des Betrags des Unterstützungsdrehmoments, jedoch ist die tatsächliche Zahnstangenlast möglicherweise nicht direkt proportional zur Querbeschleunigung, und daher ist der Betrag des Unterstützungsdrehmoments in solchen Fällen möglicherweise nicht eng mit der Zahnstangenlast verbunden.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen gehen auf diese technische Herausforderung ein, indem ein nichtlineares Fahrzeugdynamikmodell verwendet wird, um ein verbessertes Niveau des Unterstützungsdrehmoments und der Fahrzeugsignale bereitzustellen, um dynamische Abweichungen robust zu erkennen und das zu erzeugende Unterstützungsdrehmoment zu modifizieren.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen dementsprechend die Erzeugung eines Unterstützungsdrehmoments, wenn der Drehmomentsensor 28 einen Fehlerzustand erfährt und keine Eingangsdrehmomentmessung liefern kann. Es ist zu beachten, dass in anderen Fällen der Fehlerzustand bei jeder anderen Komponente auftreten kann, die die Verwendung des Eingangsdrehmomentsignals 18 zur Bestimmung des zu erzeugenden Unterstützungsdrehmoments verhindert. Die hier beschriebenen technischen Lösungen gehen dementsprechend auf die oben beschriebenen technischen Herausforderungen ein.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems 100 für ein dynamisches Fahrzeugmodell zur Bereitstellung von Unterstützung für eine EPS ohne Drehmomentsensor nach einer oder mehreren Ausführungsformen. Wie hier verwendet, umfasst „Unterstützung bereitstellen“ die Erzeugung eines Unterstützungsdrehmoments für den Bediener. Die Erzeugung des Unterstützungsdrehmoments umfasst das Bestimmen des Betrags des zu erzeugenden Unterstützungsdrehmoments und das Anwenden eines entsprechenden Drehmomentbefehls durch den Controller 16, um den Betrag des Drehmoments durch den Motor 46 zu erzeugen. Das eine oder die mehreren dargestellten Module sind eine Beispielimplementierung. Es versteht sich, dass in anderen Beispielen das eine oder die mehreren Module kombiniert oder in verschiedene Module aufgeteilt werden können. In einem oder mehreren Beispielen können die Module Speicherbausteine enthalten, auf denen ein oder mehrere computerausführbare Anweisungen gespeichert sind, die von einem oder mehreren Prozessoren, wie z.B. dem Controller 16, ausgeführt werden.
Das System 100 umfasst unter anderem ein Modul 210 zur Berechnung des Unterstützungsdrehmoments, ein Skalierungsmodul 220, ein Sättigungsmodul 230 und ein Verzögerungsmodul 240.
Das Modul 210 zur Berechnung des Unterstützungsdrehmoments verwendet ein dynamisches Modell der Zahnstangenkraft des Fahrzeugs, um den Betrag der bereitzustellenden Unterstützung auf der Grundlage einer Vorwärtslenkwinkeleingabe zu berechnen. Der Lenkwinkel kann auf einer Stellung des Handrads 26 und/oder einem Winkel des Motors 46 basieren. Das Modul 210 zur Berechnung des Unterstützungsdrehmoments empfängt ferner eine Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Oberflächenreibung (µ) als Eingabe. Die Fahrzeuggeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der das Fahrzeug fährt, und die Oberflächenreibung ist ein Reibungskoeffizient der Oberfläche, auf der das Fahrzeug gerade fährt. Die Oberflächenreibung kann durch den Controller 16 in einem oder mehreren Beispielen geschätzt werden. Darüber hinaus kann ein Oberflächenreibungs-Nennwert verwendet werden, wenn dieser Wert nicht durch die EPS oder andere Module geschätzt wird.
3 zeigt ein Blockdiagramm für den Betrieb des Moduls zur Berechnung des Unterstützungsdrehmoments nach einer oder mehreren Ausführungsformen. Ein Kinematikmodul 310 rechnet den Motorwinkel in einen Reifenwinkel um. Das Kinematikmodul 310 verwendet in einem oder mehreren Beispielen Nachschlagetabellen, die mit auf einem Reifenausrichtstand gesammelten Daten gefüllt sind. Für die Umrechnung des Motorwinkels in den Reifenwinkel können auch andere Techniken verwendet werden, zum Beispiel eine dynamische Berechnung. Ferner verwendet ein Reifenverzögerungsmodul 320 den Reifenwinkel zusammen mit der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Ausgabe einer Variablen (δ_lagged) des verzögerten Reifenwinkels, die die Dynamik erster Ordnung des Reifens unter Verwendung der Reifenrelaxationslänge darstellt. Das Reifenverzögerungsmodul 320 wendet in einem oder mehreren Beispielen ein fahrzeuggeschwindigkeitsabhängiges Tiefpassfilter auf den Reifenwinkel an, um den Wert δ_lagged zu berechnen.
Darüber hinaus verwendet ein Fahrradmodell-Rechner 330 Gleichungen des Fahrradmodells zur Berechnung der Vorderachs-Querkraft (F_cf) und des vorderen Schlupfwinkels (αf). Die vom Fahrradmodell-Rechner 330 verwendeten Gleichungen beinhalten zum Beispiel: $Gierdynamik - Gleichung : I_{zz} \dot{r} = {aF}_{cf} - {bF}_{c r};$
und $Querdynamik - Gleichnung : m (\dot{V} + rU) = F_{c ƒ} + F_{c r} .$
Die Schlupfwinkel können mit Hilfe der folgenden Gleichungen berechnet werden: $α_{ƒ} = \frac{V + a r}{U} - δ_{l a g g e d}$
$α_{r} = \frac{V - b r}{U}$
In den obigen Gleichungen ist I_zz eine Rotationsträgheit, r ist die Gierrate, a ist der Abstand des Schwerpunkts (CG) zur Vorderachse, b ist der Abstand des CG zur Hinterachse, V ist die Quergeschwindigkeit beim Schwerpunkt, U die Längsgeschwindigkeit beim Schwerpunkt, F_cf die Querkraft an der Vorderachse und F_cr die Querkraft an der Hinterachse, α_r ist der hintere Schlupfwinkel und m die Fahrzeugmasse. Außerdem stellt der Begriff (V̇ + rU) auf der linken Seite der Querdynamikgleichung die Querbeschleunigung a_y des Fahrzeugs dar.
Normalerweise werden die Gleichungen für Reifenquerkräfte mit einem linearen Reifenmodell dargestellt, aber da dieses Kräfte nur im linearen Bereich der Reifenkraftkurve darstellt, modifizieren die hier beschriebenen technischen Lösungen die Berechnungen des Fahrradmodells, indem sie ein nichtlineares Reifenmodell verwenden, das eine Funktion der Oberflächenreibung ist. Ein empirisches oder auf der Physik beruhendes Modell kann zur Darstellung der Vorder- und Hinterreifendynamik verwendet werden. Zu den typischen bekannten Modellen gehören zum Beispiel das Fiala-Reifenmodell und das Magic-Reifenmodell. Das Fiala-Reifenmodell ist nachstehend dargestellt. $F_{y} = {\begin{matrix} - C_{α} tan α + \frac{C_{a}^{2}}{3} | tan α | tan α I_{ƒ} - \frac{C_{α}^{3}}{27} α I_{ƒ}^{2} & w e n n | α | \leq α_{s l} \\ - \frac{1}{I_{ƒ}} sgn α & s o n s t \end{matrix}$
$α_{s I} = {tan}^{- 1} (\frac{3}{C_{α} I_{ƒ}})$
$I_{ƒ} = μ * v e r t i k a l e A c h s l a s t$
In den obigen Gleichungen des Fiala-Reifenmodells ist Fy die Querkraft des Reifens, C_a ist ein Parameter der Kurvensteifigkeit, α ist ein Reifenschlupfwinkel, I_f ist der Kehrwert der maximalen Reifenquerkraft, die eine Funktion von µ ist, und α_sl ist ein Gleitschlupfwinkel. Es ist zu beachten, dass diese Gleichung sowohl für die Vorderachs- oder Reifenquerkraftberechnung als auch für die Hinterachs- oder Reifenquerkraftberechnung gültig ist. Zum Beispiel werden für die Berechnung der Vorderachs-Querkraft der vordere Schlupfwinkel α_f und die vertikale Last auf der Vorderachse verwendet. In einem oder mehreren Beispielen enthält der Fahrradmodell-Rechner 330 eine oder mehrere digitale elektronische Schaltungen für die vorstehenden Berechnungen, wie Multiplizierer, digitale Integrierer, Dividierer, Addierer, Subtrahierer und dergleichen.
Die Ausgabe des Fahrradmodell-Rechners wird von einem Zahnstangenkraftwandler 340 in einen Zahnstangenkraftwert umgewandelt. Eine nichtlineare oder lineare Tabelle oder Gleichung kann verwendet werden, um die geschätzte Zahnstangenkraft in ein dynamisches Unterstützungsdrehmoment umzuwandeln. Dies bestimmt, wie viel Hilfe (d.h. Unterstützung) der EPS-Motor 19 dem Fahrer bei verschiedenen Zahnstangenbelastungen bietet. Dementsprechend wird die Zahnstangenkraft unter Verwendung des vorderen Schlupfwinkels (α_f) berechnet, zum Beispiel durch Berechnung der Vorderachsquerkraft aus dem vorderen Schlupfwinkel. Der vordere Schlupfwinkel wird auf der Grundlage des Motorwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit geschätzt.
Der Zahnstangenkraftwandler ist eine Ergänzung im Vergleich zum typischen Querdynamikmodell, um die vom Fahrradmodell berechnete Reifenquerkraft in eine Zahnstangenkraft umzuwandeln. In einem oder mehreren Beispielen wird die Zahnstangenkraft als die Multiplikation der Vorderachs-Querkraft (F_cf) und eines pneumatischen Nachlaufwertes berechnet. Der pneumatische Nachlauf ist der Abstand zwischen der geometrischen Mitte der Reifenkontaktfläche und der resultierenden Kraft aufgrund von Seitenschlupf. Die hier beschriebenen technischen Lösungen verwenden ein Modell des pneumatischen Nachlaufs, das ein empirisches Modell oder ein gleichungsbasiertes Modell sein kann. 4 zeigt ein Beispiel für ein Modell des pneumatischen Nachlaufs, bei dem sich der pneumatische Nachlauf als Funktion der Oberflächenreibung ändert.
Dementsprechend sind die Fiala-Reifenmodellgleichungen für das Luftreifenmodell nachfolgend dargestellt. $t_{p} = {\begin{matrix} t_{p 0} \frac{1 - 3 | θ_{y} σ_{y} | + 3 {(θ_{y} σ_{y})}^{2} - {| θ_{y} σ_{y} |}^{3}}{1 - | θ_{y} σ_{y} | + \frac{1}{3} {(θ_{y} σ_{y})}^{2}} & w e n n | α | \leq α_{s l} \\ 0 & s o n s t \end{matrix}$
wobei, σ_y = tan α; und $θ_{y} = \frac{C_{α} I_{ƒ}}{3}$
Hier ist tp der pneumatische Nachlauf und σ_y und θ_y sind Zwischenvariable, die zur Vereinfachung der Ausdrücke verwendet werden. Die aus einem nichtlinearen Fahrradmodell erhaltene Zahnstangenkraft kann mit Hilfe einer nichtlinearen Tabelle, die einer Boost-Kurventabelle ähnelt, oder auf andere Weise, z.B. durch dynamische Berechnung, in einen dynamischen Unterstützungsdrehmomentbefehl umgewandelt werden.
Das Unterstützungsdrehmoment-Berechnungsmodul 210 berechnet außerdem eine geschätzte Querbeschleunigung des Fahrzeugs auf der Grundlage des Motorwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit. In einer Ausführungsform wird die folgende Verstärkungsgleichung für die Querbeschleunigung verwendet, um die geschätzte Querbeschleunigung zu berechnen: $α_{y} = (\dot{V} + r U)$
Es sei darauf hingewiesen, dass jede andere Technik zur Berechnung der geschätzten Querbeschleunigung verwendet werden kann und dass das Vorstehende nur ein Beispiel ist.
Das Unterstützungsdrehmoment-Berechnungsmodul 210 gibt den Unterstützungsdrehmomentbefehl zusammen mit dem geschätzten Querbeschleunigungswert aus.
Rückblickend auf 2 wird die Ausgabe des Unterstützungsdrehmoment-Berechnungsmoduls 210 in ein Skalierungsmodul 220 eingegeben. Das Skalierungsmodul 220 skaliert den Unterstützungsdrehmomentbefehl. 5 zeigt ein Blockdiagramm des Skalierungsmoduls gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Das Skalierungsmodul enthält unter anderem einen Skalierungsfaktor-Rechner 510 und einen Multiplizierer 520.
Der Skalierungsfaktor-Rechner 510 berechnet einen Skalierungsfaktor auf der Grundlage eines Querbeschleunigungsfehlers. In einer oder mehreren Ausführungsformen bestimmt der Skalierungsfaktor-Rechner 510, ob das Fahrzeug ausserhalb der Nennbedingungen betrieben wird, z.B. in einem Zustand mit geringem µ (d.h. der Reibungskoeffizient der Oberfläche, auf der das Fahrzeug betrieben wird, liegt unter einem Schwellenwert - z.B. bei Glatteis). Der Skalierungsfaktor-Rechner 510 berechnet eine Differenz zwischen der geschätzten Querbeschleunigung und einer gemessenen Querbeschleunigung. Die gemessene Querbeschleunigung wird von einem Querbeschleunigungssensor (nicht abgebildet) des Fahrzeugs gemessen. Abhängig von der Differenz zwischen der geschätzten und der gemessenen Querbeschleunigung bestimmt der Skalierungsfaktor-Rechner 510, dass das Fahrzeug in einem Zustand mit geringem µ betrieben wird, und skaliert den Unterstützungsdrehmomentbefehl nach oben/unten, um einen endgültigen Motordrehmomentbefehl zu erzeugen.
Der Skalierungsfaktor-Rechner 510 verwendet mehrere verschiedene Schwellenwerte zur Skalierung des Unterstützungsdrehmomentbefehls, um den endgültigen Motordrehmomentbefehl zu erzeugen. In einem oder mehreren Beispielen verwendet der Skalierungsfaktor-Rechner 510 einen hohen und einen niedrigen Schwellenwert. Wenn die Differenz den hohen Schwellenwert überschreitet, skaliert der Skalierungsfaktor-Rechner 510 den Unterstützungsdrehmomentbefehl auf kein Unterstützungsdrehmoment (d.h. null Unterstützungsdrehmoment) herunter. Das bedeutet, dass kein Unterstützungsdrehmoment befohlen wird, wenn das Fahrzeug in einem Zustand mit sehr geringem µ betrieben wird. Wenn die Differenz den oberen Schwellenwert nicht überschreitet, aber den unteren Schwellenwert, reduziert der Skalierungsfaktor-Rechner 510 den Unterstützungsdrehmomentbefehl. In einem Beispiel berechnet der Skalierungsfaktor-Rechner 510 einen Skalierungsfaktor, der den Unterstützungsdrehmomentbefehl auf etwa 50% des Unterstützungsdrehmomentbefehls herunterskaliert. In einem anderen Beispiel begrenzt der Skalierungsfaktor-Rechner 510 den Unterstützungsdrehmomentbefehl auf einen maximalen unbeabsichtigten Unterstützungsdrehmomentwert (vorgegebener Wert, z.B. 5-7 Nm (Newtonmeter) am Ritzel). Wenn die Differenz den niedrigen Schwellenwert nicht überschreitet, verkleinert der Skalierungsfaktor-Rechner 510 den Unterstützungsdrehmomentbefehl nicht und setzt den endgültigen Drehmomentbefehl auf einen vollen Unterstützungsdrehmomentbefehl (vorbestimmter Wert).
Der Skalierungsfaktor-Rechner 510 in diesem Beispiel verwendet zwei Schwellenwerte. Wie jedoch festzustellen ist, können in anderen Beispielen mehr als zwei Schwellenwerte oder ein einziger Schwellenwert oder andere gleichwertige Ansätze zur Skalierung des Unterstützungsdrehmomentbefehls verwendet werden.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen auf der Querbeschleunigung basierenden Skalierung gemäß den hier beschriebenen technischen Lösungen führt der Skalierungsfaktor-Rechner 510 eine weitere Skalierung auf der Grundlage des Gierratenfehlers durch. Der Gierratenfehler wird als die Differenz zwischen einer geschätzten Gierrate aus einem dynamischen Fahrradmodell und der gemessenen Gierrate berechnet.
Wie hier beschrieben wird der Motordrehmomentbefehl aus einer winkelbasierten Zahnstangenkraftvorhersage durch das dynamische Fahrradmodell berechnet. Diese Vorhersage ist bei Bedingungen nahe der Grenze, bei denen die tatsächliche Zahnstangenkraft abnimmt, möglicherweise nicht genau, und das nichtlineare Fahrradmodell ist nicht mehr gültig. Um daher ein genaues Unterstützungsdrehmoment unter solchen Bedingungen nahe der Grenze zu liefern, wird die auf dem Gierratenfehler basierende Skalierung in Verbindung mit der Querbeschleunigungsdifferenz verwendet. Die auf der Gierrate basierende Skalierung liefert Informationen, um die Höhe des Unterstützungsdrehmomentbefehls unter diesen Bedingungen bei der Erzeugung des endgültigen Motordrehmomentbefehls zu verringern. Ein Fehlerterm wird zum Beispiel als Fehler = abs(geschätzte Gierrate - gemessene Gierrate) berechnet. Der Fehlerterm wird verwendet, um auf eine Nachschlagetabelle zuzugreifen oder er wird als Eingabe in eine dynamische Gleichung zur Berechnung eines Skalierungsfaktors verwendet. Wenn der Fehler zunimmt, geht die Skalierung von 1 auf Null zurück.
In einem oder mehreren Beispielen wird der auf der Querbeschleunigung basierende Skalierungsfaktor auf der Grundlage der Differenz zwischen der geschätzten Gierrate und der gemessenen Gierrate angepasst und der Unterstützungsdrehmomentbefehl mit dem Skalierungsfaktor multipliziert. Alternativ oder zusätzlich wird ein separater Skalierungsfaktor basierend auf der Differenz zwischen der gemessenen und der geschätzten Gierrate berechnet, und der Unterstützungsdrehmomentbefehl wird sowohl mit dem auf der Querbeschleunigung basierenden Skalierungsfaktor als auch mit dem auf der Gierrate basierenden Skalierungsfaktor multipliziert.
Bezugnehmend auf 2 wird nun der Ausgang des Skalierungsmoduls 220 durch ein Sättigungsmodul 230 geleitet, um den Wert des Unterstützungsdrehmoments auf ein vorgegebenes Maximum zu begrenzen. Weiterhin liefert in einem oder mehreren Beispielen ein Verzögerungsmodul 240, wie z.B. eine Einheitsverzögerung, den vorherigen Wert (z.B. von Zeitpunkt t-1, t-2,...) des Motordrehmomentbefehls in das Skalierungsmodul 220, um einen aktuellen Wert (zum Zeitpunkt t) des Motordrehmomentbefehls zu berechnen.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zur Erzeugung eines Motordrehmomentbefehls unter Verwendung eines Fahrradmodells mit nichtlinearem Reifenmodell gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, wenn ein Drehmomentsensor ausfällt. Wie im Lichte der vorliegenden Offenlegung festzustellen ist, ist die Reihenfolge der Operationen innerhalb des Verfahrens nicht auf die sequentielle Ausführung, wie in 6 dargestellt, beschränkt, sondern kann je nach Bedarf und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenlegung in einer oder mehreren unterschiedlichen Reihenfolgen ausgeführt werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren so geplant sein, dass es auf der Grundlage vorbestimmter Ereignisse abläuft und/oder während des Betriebs des Fahrzeugs kontinuierlich ausgeführt wird. Das Verfahren beinhaltet bei 610 das Feststellen, ob der Drehmomentsensor 28 betriebsbereit ist und ob das Eingangsdrehmoment vom Bediener gemessen werden kann. Wenn der Drehmomentsensor 28 betriebsbereit ist, beinhaltet das Verfahren bei 620 das Erzeugen eines Motordrehmomentbefehls, um eine entsprechende Unterstützung zu liefern. Der Motordrehmomentbefehl wird bei 670 verwendet, um den entsprechenden Drehmomentbetrag zu erzeugen, wobei der Motor 46 verwendet wird, um den Bediener beim Manövrieren des Fahrzeugs zu unterstützen.
Wenn der Drehmomentsensor 28 nicht betriebsbereit ist und/oder das Eingangsdrehmoment des Bedieners nicht messbar ist (610), beinhaltet das Verfahren bei 630 das Schätzen einer Vorderachs-Querkraft auf die Reifen 44 unter Verwendung eines nichtlinearen Fahrradmodells, das ein modifiziertes Fahrradmodell wie hier beschrieben ist. Die Vorderachs-Querkraft wird zur Schätzung einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs verwendet. Darüber hinaus beinhaltet das Verfahren bei 640 das Schätzen einer Zahnstangen-Lenkkraft unter Verwendung der Vorderachs-Querkraft und einer pneumatischen Nachlaufschätzung. Die Zahnstangen-Lenkkraft wird bei 650 verwendet, um ein Unterstützungsdrehmoment zu berechnen. Das Unterstützungsdrehmoment führt beispielsweise zu einer Kraft, die der Zahnstangen-Lenkkraft entgegengesetzt und gleich groß ist.
Darüber hinaus umfasst das Verfahren bei 660 das Skalieren des Unterstützungsdrehmoments zur Erzeugung eines Motordrehmomentbefehls. Die Skalierung wird auf der Grundlage der Querbeschleunigung sowie einer Gierrate durchgeführt. Der Motordrehmomentbefehl wird verwendet, um den entsprechenden Drehmomentbetrag zu erzeugen, wobei der Motor 46 verwendet wird, um den Bediener beim Manövrieren des Fahrzeugs bei 670 zu unterstützen.
Dementsprechend liefern die hier beschriebenen technischen Lösungen ein dynamisches Fahrradmodell, das ein Zahnstangenkraftsignal zur Unterstützungsbefehlserzeugung erzeugt, wobei das Fahrradmodell ein nichtlineares Reifenmodell verwendet. Das dynamische Fahrradmodell, das ein Zahnstangenkraftsignal zur Erzeugung von Unterstützungsbefehlen erzeugt, wird zur Berechnung von Schlupfwinkeln und der Vorderachs-Querkraft verwendet. Anschließend wird ein pneumatisches Nachlaufmodell verwendet, um die Vorderachs-Querkraft in eine Zahnstangenkraft umzuwandeln. Das pneumatische Nachlaufmodul ermöglicht die Berechnung der Zahnstangenkraft aus der Vorderachs-Querkraft als Funktion eines vorhergesagten Straßenreibungskoeffizienten (µ).
Darüber hinaus ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen die Verwendung eines dynamischen Modells zur Erzeugung eines Motordrehmomentbefehls und die Skalierung des Motordrehmomentbefehls auf der Grundlage der Querbeschleunigung oder der Gierrate oder beider. Darüber hinaus ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen die Verwendung eines weiteren dynamischen Modells, das auf der Gierrate basiert, zur Skalierung des Motordrehmomentbefehls zusätzlich oder alternativ zur Skalierung auf der Basis der Querbeschleunigung. Eine solche Skalierung reduziert die Unterstützungskraft, die aufgrund der Zahnstangenkraft erzeugt wird.
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 darauf befindlichen computerlesbaren Programmanweisungen umfassen, die einen Prozessor veranlassen, Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen auszuführen.
Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen werden hier unter Bezugnahme auf Flussdiagrammabbildungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten entsprechend den Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagrammabbildungen und/oder Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagrammabbildungen und/oder Blockdiagrammen durch computerlesbare Programmanweisungen implementiert werden kann.
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 in dem Flussdiagramm oder den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Anweisungen darstellen, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Implementierung der angegebenen logischen Funktion(en) umfasst. In einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken angegebenen Funktionen außerhalb der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten. So können z.B. zwei nacheinander dargestellte Blöcke im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, je nach der betreffenden Funktionalität. Es ist auch festzustellen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder der Flussdiagrammdarstellung sowie Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder der Flussdiagrammdarstellung durch auf Spezialzweck-Hardware basierende Systeme implementiert werden kann, die die angegebenen Funktionen oder Handlungen ausführen oder Kombinationen von Spezialzweck-Hardware und Computeranweisungen ausführen.
Es ist auch festzustellen, dass alle hier beispielhaft dargestellten Module, Einheiten, Komponenten, Server, Computer, Endgeräte oder Vorrichtungen, die Anweisungen ausführen, computerlesbare Medien wie Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichergeräte (austauschbar und/oder nicht austauschbar) wie z.B. Magnetplatten, optische Platten oder Bänder enthalten oder anderweitig Zugriff darauf haben können. Zu den Computerspeichermedien können flüchtige und nicht flüchtige, austauschbare und nicht austauschbare Medien gehören, die mit einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie zur Speicherung von Informationen implementiert sind, wie z.B. computerlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programm-Module oder andere Daten. Solche Computerspeichermedien können Teil des Geräts sein oder dafür zugänglich oder damit verbindbar sein. Jede hierin beschriebene Anwendung oder jedes hierin beschriebene Modul kann unter Verwendung computerlesbarer/ausführbarer Anweisungen implementiert werden, die auf solchen computerlesbaren Medien gespeichert oder anderweitig festgehalten werden können.
Die technischen Lösungen sind zwar im Zusammenhang mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen detailliert beschrieben worden, es sollte jedoch leicht verständlich sein, dass die technischen Lösungen nicht auf diese offengelegten Ausführungsformen beschränkt sind. Vielmehr können die technischen Lösungen so modifiziert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder gleichwertigen Anordnungen enthalten, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber dem Geist und Umfang der technischen Lösungen entsprechen. Darüber hinaus sind zwar verschiedene Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben worden, aber es ist zu verstehen, dass Aspekte der technischen Lösungen nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend sind die technischen Lösungen nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines elektrischen Servolenkungssystems (40), wobei das Verfahren umfasst: Feststellen (610), dass ein oder mehrere Handrad-Drehmomentsensoren (28) der elektrischen Servolenkung (40) nicht betriebsbereit sind; als Reaktion darauf Erzeugen (670) eines Unterstützungsdrehmomentbefehls (22), wobei das Erzeugen (670) umfasst: Schätzen eines vorderen Schlupfwinkels auf der Grundlage eines Motorwinkels (20) eines Motors (46) des elektrischen Servolenkungssystems (40), einer Gierrate und einer Fahrzeuggeschwindigkeit (14); Berechnen (630) einer Vorderachs-Querkraft unter Verwendung des vorderen Schlupfwinkels und unter Verwendung eines nichtlinearen Fahrradmodells; Umwandeln (640) der Vorderachs-Querkraft in eine Zahnstangenkraft unter Verwendung eines pneumatischen Nachlaufwertes; und Bestimmen eines Betrags des Unterstützungsdrehmoments auf der Grundlage der Zahnstangenkraft; Erzeugen (650) des Unterstützungsdrehmomentbefehls (22), der dem Betrag des Unterstützungsdrehmoments entspricht; Skalieren (660) des Unterstützungsdrehmoments unter Verwendung eines Gierratenfehlers, wobei der Gierratenfehler eine Differenz zwischen einer geschätzten Gierrate aus einem dynamischen Fahrradmodell und einer gemessenen Gierrate beschreibt; und Steuern des elektrischen Servolenkungssystems (40) mit dem erzeugten Unterstützungsdrehmomentbefehl (22).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen der Vorderachs-Querkraft ferner das Berechnen einer Reifenverzögerung auf der Grundlage des Motorwinkels (20) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (14) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Umwandeln der Vorderachsen-Querkraft in die Zahnstangenkraft umfasst: Schätzen des pneumatischen Nachlaufs unter Verwendung eines Schlupfwinkels und eines Oberflächenreibungskoeffizienten; und Berechnen einer Multiplikation der Vorderachs-Querkraft und des pneumatischen Nachlaufs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen (670) des Unterstützungsdrehmomentbefehls (22) weiter umfasst: Erzeugen (650) eines Unterstützungsdrehmomentbefehls, der dem Betrag des Unterstützungsdrehmoments entspricht; und Skalieren (660) des Unterstützungsdrehmoments unter Verwendung eines Querbeschleunigungsfehlers, wobei der Querbeschleunigungsfehler eine Differenz zwischen einer geschätzten Querbeschleunigung und einer gemessenen Querbeschleunigung beschreibt.
Elektrisches Servolenkungssystem (40), umfassend: einen oder mehrere Handrad-Drehmomentsensoren (28); einen Motor (46); und einen Controller (16), die einen Unterstützungsdrehmomentbefehl (22) zur Erzeugung (670) eines Unterstützungsdrehmoments unter Verwendung des Motors (46) erzeugt, wobei das Erzeugen (670) des Unterstützungsdrehmomentbefehls (22) umfasst: Feststellen (610), dass ein oder mehrere Handrad-Drehmomentsensoren (28) des elektrischen Servolenkungssystems (40) nicht betriebsbereit sind; Schätzen eines vorderen Schlupfwinkels auf der Grundlage eines Motorwinkels (20) eines Motors (46) des elektrischen Servolenkungssystems (40), einer Gierrate und einer Fahrzeuggeschwindigkeit (14); Berechnen (630) einer Vorderachs-Querkraft unter Verwendung des vorderen Schlupfwinkels und unter Verwendung eines nichtlinearen Fahrradmodells; Umwandeln (640) der Vorderachs-Querkraft in eine Zahnstangenkraft unter Verwendung eines pneumatischen Nachlaufwertes; Bestimmen eines Betrags des Unterstützungsdrehmoments auf der Grundlage der Zahnstangenkraft; Erzeugen (650) des Unterstützungsdrehmomentbefehls (22), der dem Betrag des Unterstützungsdrehmoments entspricht; Skalieren (660) des Unterstützungsdrehmoments unter Verwendung eines Gierratenfehlers, wobei der Gierratenfehler eine Differenz zwischen einer geschätzten Gierrate aus einem dynamischen Fahrradmodell und einer gemessenen Gierrate beschreibt; und Steuern des elektrischen Servolenkungssystems (40) mit dem erzeugten Unterstützungsdrehmomentbefehl (22).
Elektrisches Servolenkungssystem (40) nach Anspruch 5, wobei das Schätzen der Vorderachs-Querkraft ferner das Berechnen einer Reifenverzögerung auf der Grundlage des Motorwinkels (20) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (14) umfasst.
Elektrisches Servolenkungssystem (40) nach Anspruch 5, wobei das Umwandeln der Vorderachsen-Querkraft in die Zahnstangenkraft umfasst: Schätzen des pneumatischen Nachlaufs unter Verwendung eines Schlupfwinkels und eines Oberflächenreibungskoeffizienten; und Berechnen einer Multiplikation der Vorderachs-Querkraft und des pneumatischen Nachlaufs.
Elektrisches Servolenkungssystem (40) nach Anspruch 5, wobei das Erzeugen (670) des Unterstützungsdrehmomentbefehls (22) ferner umfasst: Erzeugen (650) eines Unterstützungsdrehmomentbefehls (22), der dem Betrag des Unterstützungsdrehmoments entspricht; und Skalieren (660) des Unterstützungsdrehmoments unter Verwendung eines Querbeschleunigungsfehlers, wobei der Querbeschleunigungsfehler eine Differenz zwischen einer geschätzten Querbeschleunigung und einer gemessenen Querbeschleunigung beschreibt.
Computerprogrammprodukt, das eine Speichervorrichtung umfasst, auf der ein oder mehrere computerausführbare Anweisungen gespeichert sind, wobei die computerausführbaren Anweisungen, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, ein Verfahren zur Erzeugung (670) eines Unterstützungsdrehmomentbefehls (22) auszuführen, wobei das Verfahren umfasst: Feststellen (610), dass ein oder mehrere Handrad-Drehmomentsensoren (28) des elektrischen Servolenkungssystems (40) nicht betriebsbereit sind; Schätzen eines vorderen Schlupfwinkels auf der Grundlage eines Motorwinkels (20) eines Motors (46) des elektrischen Servolenkungssystems (40), einer Gierrate und einer Fahrzeuggeschwindigkeit (14); Berechnen (630) einer Vorderachs-Querkraft unter Verwendung des vorderen Schlupfwinkels und unter Verwendung eines nichtlinearen Fahrradmodells; Umwandeln (640) der Vorderachs-Querkraft in eine Zahnstangenkraft unter Verwendung eines pneumatischen Nachlaufwertes; Bestimmen eines Betrags des Unterstützungsdrehmoments auf der Grundlage der Zahnstangenkraft; Erzeugen (650) des Unterstützungsdrehmomentbefehls (22), der dem Betrag des Unterstützungsdrehmoments entspricht; Skalieren (660) des Unterstützungsdrehmoments unter Verwendung eines Gierratenfehlers, wobei der Gierratenfehler eine Differenz zwischen einer geschätzten Gierrate aus einem dynamischen Fahrradmodell und einer gemessenen Gierrate beschreibt; und Steuern des elektrischen Servolenkungssystems (40) unter Verwendung des erzeugten Unterstützungsdrehmomentbefehls (22).
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9, wobei das Umwandeln (640) der Vorderachs-Querkraft in die Zahnstangenkraft umfasst: Schätzen des pneumatischen Nachlaufs unter Verwendung eines Schlupfwinkels und eines Oberflächenreibungskoeffizienten; und Berechnen einer Multiplikation der Vorderachs-Querkraft und des pneumatischen Nachlaufs.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9, wobei das Erzeugen (670) des Unterstützungsdrehmomentbefehls (22) ferner umfasst: Erzeugen (650) eines Unterstützungsdrehmomentbefehls (22), der dem Betrag des Unterstützungsdrehmoments entspricht; und Skalieren (660) des Unterstützungsdrehmoments unter Verwendung eines Querbeschleunigungsfehlers, wobei der Querbeschleunigungsfehler eine Differenz zwischen einer geschätzten Querbeschleunigung und einer gemessenen Querbeschleunigung beschreibt.