DE102021210320B3 - Method and system for controlling a vehicle - Google Patents

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Ketan Babar
Stefan Feick
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Querregelung eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug einen Lenkwinkelregler (2) und eine elektromechanische Lenkung (3) umfasst, wobei in dem Lenkwinkelregler (2) ein Lenkdynamikmodell (4) der elektromechanischen Lenkung implementiert ist, das basierend auf einer Lenkdrehmomentinformation (TM) oder einer dazu proportionalen Größe eine geschätzte Lenkwinkelinformation (δP) bereitstellt, wobei basierend auf der geschätzten Lenkwinkelinformation (δP) und dem gemessenen Lenkwinkel (δC) der elektromechanischen Lenkung (3) eine modifizierte Lenkwinkelinformation (δM) berechnet wird, und wobei basierend auf der modifizierten Lenkwinkelinformation (δM) und einer Lenkwinkelvorgabe (δR) eine Regelabweichung (δE) des Lenkwinkelreglers (2) berechnet wird.The invention relates to a method for lateral control of a vehicle, the vehicle comprising a steering angle controller (2) and an electromechanical steering system (3), a steering dynamics model (4) of the electromechanical steering system being implemented in the steering angle controller (2), which is based on steering torque information (TM) or a variable proportional thereto provides estimated steering angle information (δP), based on the estimated steering angle information (δP) and the measured steering angle (δC) of the electromechanical steering (3) modified steering angle information (δM) is calculated, and based on a control deviation (δE) of the steering angle controller (2) is calculated on the basis of the modified steering angle information (δM) and a steering angle specification (δR).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Querregelung eines wird ein Verfahren und ein System zur Querregelung eines Fahrzeugs offenbart, das ein Reglerkonzept gemäß einem Smith-Prädiktor nutzt, um die Dynamik der Lenkwinkelregelung zu erhöhen.The invention relates to a method and a system for lateral control, a method and a system for lateral control of a vehicle is disclosed, which uses a controller concept based on a Smith predictor in order to increase the dynamics of the steering angle control.

Es ist allgemeines Fachwissen, dass bei lateralen Fahrzeugregelungsfunktionen (Spurführungsassistent, Spurverlassen-Warner etc.) ein Lenkwinkelregler dazu verwendet wird, die laterale Fahrzeugführung zu beeinflussen, insbesondere das Fahrzeug auf der Spurmitte zu halten bzw. einen Spurwechsel durchzuführen.It is common knowledge that with lateral vehicle control functions (lane guidance assistant, lane departure warning etc.) a steering angle controller is used to influence the lateral vehicle guidance, in particular to keep the vehicle in the middle of the lane or to change lanes.

Durch Buskommunikation, die Verwendung von Gateways und anderen hardware- bzw. softwarebedingten Verzögerungen treten hohe Latenzen im Bereich der Regelstrecke auf, die die Dynamik und damit die Präzision des Lenksystems negativ beeinflussen.Bus communication, the use of gateways and other hardware or software-related delays result in high latencies in the controlled system, which negatively affect the dynamics and thus the precision of the steering system.

Aus der DE 10 2011 002 997 A1 ist bekannt, neben einem realen Lenksystem ein theoretisches Lenksystemmodell zu betreiben. Ein aus einem ersten gemessenen Lenksystemsignal in dem Lenksystemmodell bestimmter Schätzwert wird mit einem zweiten gemessenen Lenksystemsignal verglichen, um einen Einfluss eines Fahrers zu erkennen. Damit kann freihändiges Fahren detektiert werden.From the DE 10 2011 002 997 A1 is known to operate a theoretical steering system model in addition to a real steering system. An estimate determined from a first measured steering system signal in the steering system model is compared to a second measured steering system signal to identify driver influence. Hands-free driving can thus be detected.

Aus der gattungsbildenden DE 602 20 610 T2 ist eine elektrische Servolenkvorrichtung bekannt mit einem Lenkdrehmomentsensor und einer Steuereinrichtung zur Regelung eines Lenkunterstützungsmotors basierend auf dem Lenkdrehmoment. Zur Regelung des Servomotors wird ein gemessener Lenkwinkel mit einem modellierten Normlenkwinkel verglichen.From the generic DE 602 20 610 T2 there is known an electric power steering apparatus having a steering torque sensor and a controller for controlling a steering assist motor based on the steering torque. To control the servomotor, a measured steering angle is compared with a modeled standard steering angle.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Querregelung eines Fahrzeugs anzugeben, das trotz hoher Latenzen im Bereich der Regelstrecke ein Lenksystem mit hoher Dynamik und Präzision ermöglicht.Proceeding from this, it is the object of the invention to specify a method for lateral control of a vehicle which, despite high latencies in the area of the controlled system, enables a steering system with high dynamics and precision.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Ein System zur Querregelung eines Fahrzeugs ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 10. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is solved by a method having the features of independent patent claim 1 . A system for lateral control of a vehicle is the subject of independent claim 10. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Querregelung eines Fahrzeugs offenbart. Das Lenksystem des Fahrzeugs umfasst einen Lenkwinkelregler und eine elektromechanische Lenkung. In dem Lenkwinkelregler ist ein Lenkdynamikmodell der elektromechanischen Lenkung implementiert, das basierend auf einer Lenkdrehmomentinformation oder einer dazu proportionalen Größe, beispielsweise der Stromstärke des durch den Lenkaktuator fließenden elektrischen Stroms, eine geschätzte Lenkwinkelinformation bereitstellt. Basierend auf der geschätzten Lenkwinkelinformation und dem gemessenen Lenkwinkel der elektromechanischen Lenkung, beispielsweise bereitgestellt durch einen Lenkwinkelsensor, wird eine modifizierte Lenkwinkelinformation berechnet. Basierend auf dieser modifizierten Lenkwinkelinformation und einer Lenkwinkelvorgabe, die der Lenkwinkelregler beispielsweise von einer übergeordneten Einheit als Eingangsgröße empfängt, wird eine Regelabweichung des Lenkwinkelreglers berechnet. Auf Basis der Regelabweichung wird beispielsweise über eine Funktionseinheit des Lenkwinkelreglers die Lenkdrehmomentinformation oder eine dazu proportionale Größe berechnet.According to a first aspect, a method for lateral control of a vehicle is disclosed. The vehicle's steering system includes a steering angle controller and an electromechanical steering system. A steering dynamics model of the electromechanical steering is implemented in the steering angle controller, which provides estimated steering angle information based on steering torque information or a variable proportional thereto, for example the current strength of the electrical current flowing through the steering actuator. Modified steering angle information is calculated based on the estimated steering angle information and the measured steering angle of the electromechanical steering system, for example provided by a steering angle sensor. Based on this modified steering angle information and a steering angle specification, which the steering angle controller receives as an input variable from a higher-level unit, for example, a system deviation of the steering angle controller is calculated. On the basis of the control deviation, the steering torque information or a variable proportional thereto is calculated, for example, via a functional unit of the steering angle controller.

Das offenbarte Verfahren hat den technischen Vorteil, dass durch die Verwendung des Lenkdynamikmodells eine im Wesentlichen verzögerungsfreie Schätzung des Lenkwinkels, hier als geschätzte Lenkwinkelinformation bezeichnet, möglich ist. Die Verwendung dieser geschätzten Lenkwinkelinformation zur Generierung der an den Reglereingang zurückgeführten Lenkwinkelinformation und damit zur Erzeugung der Reglerabweichung ermöglicht eine Verbesserung der Lenksystemdynamik und der Lenkpräzision. Durch die Verwendung des Lenkdynamikmodells wird erreicht, dass das Lenksystem der im Lenkdynamikmodell abgebildeten Dämpfungscharakteristik folgt. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei elektromechanischen Lenkungen eingesetzt werden, die lediglich eine schwache Dämpfung oder keine Schnittstelle zur Beeinflussung der Dämpfung der elektromechanischen Lenkung von außen aufweisen.The disclosed method has the technical advantage that the use of the steering dynamics model allows an essentially delay-free estimation of the steering angle, referred to here as estimated steering angle information. The use of this estimated steering angle information to generate the steering angle information fed back to the controller input and thus to generate the controller deviation enables the steering system dynamics and the steering precision to be improved. By using the steering dynamics model, the steering system follows the damping characteristics mapped in the steering dynamics model. The method according to the invention can thus also be used in the case of electromechanical steering systems which only have weak damping or no interface for influencing the damping of the electromechanical steering system from the outside.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel empfängt das Lenkdynamikmodell eine Lenkstörgröße, die aus einer am Fahrzeug anliegenden Lateralkraft resultiert. Die geschätzte Lenkwinkelinformation wird durch das Lenkdynamikmodell basierend auf der Lenkdrehmomentinformation oder einer dazu proportionalen Größe und der Lenkstörgröße berechnet. Dadurch ist es möglich, neben der Lenkdrehmomentinformation, die den Lenkwinkel des Lenksystems beeinflusst, zudem auch die aus am Fahrzeug angreifenden Lateralkräften resultierenden Momente zur Bestimmung der geschätzten Lenkwinkelinformation zu verwenden.According to one exemplary embodiment, the steering dynamics model receives a steering disturbance variable that results from a lateral force applied to the vehicle. The estimated steering angle information is calculated by the steering dynamics model based on the steering torque information or a quantity proportional thereto and the steering disturbance quantity. This makes it possible to use not only the steering torque information, which influences the steering angle of the steering system, but also the moments resulting from the lateral forces acting on the vehicle to determine the estimated steering angle information.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird basierend auf der geschätzten Lenkwinkelinformation und dem gemessenen Lenkwinkel der elektromechanischen Lenkung eine Modellabweichungsinformation berechnet. Die Modellabweichungsinformation wird anschließend mittels einer Filtereinheit gefiltert. Basierend auf der gefilterten Modellabweichungsinformation und der geschätzten Lenkwinkelinformation wird daraufhin die modifizierte Lenkwinkelinformation erzeugt. Durch die Filtereinheit ist es möglich, den Grad der Beeinflussung der Lenkwinkelregelung durch Störfaktoren wie beispielsweise Störmomente und Störkräfte bzw. Messrauschen, aber auch Modellierungsfehler vorzugeben.According to one embodiment, based on the estimated steering angle information and the measured steering angle of the electromechanical steering, a model deviation in formation calculated. The model deviation information is then filtered using a filter unit. The modified steering angle information is then generated based on the filtered model deviation information and the estimated steering angle information. The filter unit makes it possible to specify the degree to which the steering angle control is influenced by disruptive factors such as disruptive moments and disruptive forces or measurement noise, but also modeling errors.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Modellabweichungsinformation dadurch erhalten, dass die geschätzte Lenkwinkelinformation mittels eines Verzögerungsgliedes verzögert und von dem gemessenen Lenkwinkel der elektromechanischen Lenkung subtrahiert wird. Die Zeitverzögerung des Verzögerungsgliedes ist vorzugsweise derart gewählt, dass die vom Verzögerungsglied bewirkte zeitliche Verzögerung der Zeitverzögerung entspricht, die die Regelstrecke des Lenksystems aufweist. Damit wird die Modellabweichungsinformation durch Differenzbildung zwischen der gemessenen Lenkwinkelinformation und der verzögerten, geschätzten Lenkwinkelinformation erhalten.According to one exemplary embodiment, the model deviation information is obtained in that the estimated steering angle information is delayed by means of a delay element and is subtracted from the measured steering angle of the electromechanical steering. The time delay of the delay element is preferably selected in such a way that the time delay caused by the delay element corresponds to the time delay exhibited by the controlled system of the steering system. The model deviation information is thus obtained by forming the difference between the measured steering angle information and the delayed, estimated steering angle information.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Filtereinheit, mittels der die Modellabweichungsinformation gefiltert wird, einen einstellbaren Verstärkungsfaktor auf, der abhängig von der Fahrsituation adaptiv einstellbar ist. Dadurch kann die stationäre Reglergenauigkeit dynamisch eingestellt werden, und zwar in Abhängigkeit von einem oder mehreren Parametern, die die aktuelle Fahrsituation angeben.According to one exemplary embodiment, the filter unit, by means of which the model deviation information is filtered, has an adjustable amplification factor, which can be set adaptively as a function of the driving situation. As a result, the steady-state controller accuracy can be adjusted dynamically, depending on one or more parameters that indicate the current driving situation.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Lenkwinkelregler eine Reglereinheit mit einem Störungsschätzer auf, wobei mittels dem Störungsschätzer die Lenkstörgröße basierend auf einer Information, die die am Fahrzeug angreifende Lateralkraft angibt, geschätzt wird. Damit ist es möglich, auf die Lenkung wirkende Störeinflüsse wie beispielsweise Seitenwind, Fahrbahnneigung, Fahrzeugmasse etc. auch bei der Ermittlung der geschätzten Lenkwinkelinformation durch das Lenkdynamikmodell zu berücksichtigen.According to one exemplary embodiment, the steering angle controller has a controller unit with a disturbance estimator, the steering disturbance variable being estimated by means of the disturbance estimator based on information that indicates the lateral force acting on the vehicle. It is thus possible to also take into account interference factors affecting the steering, such as side wind, road gradient, vehicle mass, etc., when determining the estimated steering angle information using the steering dynamics model.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel schätzt der Störungsschätzer die Lenkstörgröße mittels eines Kalman-Filters. Insbesondere nutzt der Störungsschätzer ein mathematisches Modell zur Schätzung der Lenkstörgröße und verwendet zusätzliche Messinformationen, die dem Kalman-Filter als Eingangsgrößen zur Verfügung gestellt werden (beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungen, Lenkwinkelrate etc.) zur Korrektur der Schätzungen. Dadurch kann die Lenkstörgröße mit einer höheren Schätzgenauigkeit bestimmt werden.According to one embodiment, the disturbance estimator estimates the steering disturbance variable using a Kalman filter. In particular, the disturbance estimator uses a mathematical model to estimate the steering disturbance variable and uses additional measurement information provided as inputs to the Kalman filter (e.g. vehicle speed changes, steering angle rate, etc.) to correct the estimates. As a result, the steering disturbance quantity can be determined with higher estimation accuracy.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Reglereinheit eine Funktionseinheit auf, mittels der eine aus der Lenkwinkelvorgabe und der modifizierten Lenkwinkelinformation resultierende Regelabweichung in eine Momenteninformation, d.h. Drehmomentinformationen, überführt wird. Die Funktionseinheit kann insbesondere ein Proportionalregelglied sein. Alternativ kann die Funktionseinheit auch ein PD-Regelglied oder einen anderen Regler, beispielsweise einen Kompensationsregler, einen Zustandsregler, oder einen nichtlinearen Regler, beispielsweise einen Sliding-Mode-Regler (Gleitmodusregler) aufweisen. Die Momenteninformation wird basierend auf der Lenkstörgröße oder einer davon abgeleiteten Information in eine störungskompensierte Momenteninformation überführt. D.h. die störungskompensierte Momenteninformation weist einen ersten Momentenanteil auf, der aus der Regelabweichung resultiert, und einen zweiten Momentenanteil, der aus der Lateralkraft-bedingten Lenkstörgröße resultiert. Dadurch kann der elektromechanischen Lenkung eine Lenkdrehmomentinformation bereitgestellt werden, die auch die an der Lenkung auftretenden Momente, die aus am Fahrzeug angreifenden Lateralkräften resultieren, berücksichtigen.According to one exemplary embodiment, the controller unit has a functional unit, by means of which a control deviation resulting from the steering angle specification and the modified steering angle information is converted into moment information, i.e. torque information. The functional unit can in particular be a proportional control element. Alternatively, the functional unit can also have a PD control element or another controller, for example a compensation controller, a state controller, or a non-linear controller, for example a sliding mode controller. The moment information is converted into malfunction-compensated moment information based on the steering disturbance variable or information derived therefrom. This means that the disturbance-compensated torque information has a first torque component, which results from the control deviation, and a second torque component, which results from the steering disturbance variable caused by the lateral force. As a result, steering torque information can be made available to the electromechanical steering system, which also takes into account the moments occurring in the steering, which result from lateral forces acting on the vehicle.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die störungskompensierte Momenteninformation mittels eines Begrenzers in die Lenkdrehmomentinformation umgesetzt, wobei die Lenkdrehmomentinformation an die elektromechanische Lenkung übertragen wird. Durch den Begrenzer kann beispielsweise die Amplitude und der Gradient der Lenkdrehmomentinformation begrenzt werden, so dass beispielsweise vorgegebene Sicherheitskriterien eingehalten werden können.According to one exemplary embodiment, the disturbance-compensated moment information is converted into the steering torque information by means of a limiter, with the steering torque information being transmitted to the electromechanical steering system. For example, the amplitude and the gradient of the steering torque information can be limited by the limiter so that, for example, predetermined safety criteria can be complied with.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird als Lenkdynamikmodell ein mathematisches Modell verwendet, das keine Modellparameter zur Modellierung von externen Störeinfluss-Abhängigkeiten aufweist. Die externen Störeinflüsse werden ausschließlich durch die Lenkstörgröße berücksichtigt. Dadurch kann das mathematische Lenkdynamikmodell vereinfacht werden und eine umständliche Bestimmung von Modellparametern für die unterschiedlichen Lastfälle und Störgrößen kann vermieden werden.According to one exemplary embodiment, a mathematical model is used as the steering dynamics model that does not have any model parameters for modeling external interference influence dependencies. The external disturbances are only taken into account by the steering disturbance variable. As a result, the mathematical steering dynamics model can be simplified and a cumbersome determination of model parameters for the different load cases and disturbance variables can be avoided.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein System zur Querregelung eines Fahrzeugs, das einen Lenkwinkelregler und eine elektromechanische Lenkung umfasst. In dem Lenkwinkelregler ist ein Lenkdynamikmodell der elektromechanischen Lenkung implementiert. Das Lenkdynamikmodell ist dazu ausgebildet, basierend auf einer Lenkdrehmomentinformation oder einer dazu proportionalen Größe eine geschätzte Lenkwinkelinformation bereitzustellen. Der Lenkwinkelregler ist dazu ausgebildet, basierend auf der geschätzten Lenkwinkelinformation und dem gemessenen Lenkwinkel der elektromechanischen Lenkung eine modifizierte Lenkwinkelinformation zu berechnen. Ferner ist der Lenkwinkelregler dazu ausgebildet, basierend auf der modifizierten Lenkwinkelinformation und einer Lenkwinkelvorgabe eine Regelabweichung zu berechnen.According to a further aspect, the invention relates to a system for lateral control of a vehicle, which includes a steering angle controller and an electromechanical steering system. A steering dynamics model of the electromechanical steering is implemented in the steering angle controller. The steering dynamics model is designed to provide estimated steering angle information based on steering torque information or a variable proportional thereto. The steering angle The controller is designed to calculate modified steering angle information based on the estimated steering angle information and the measured steering angle of the electromechanical steering. Furthermore, the steering angle controller is designed to calculate a system deviation based on the modified steering angle information and a steering angle specification.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Systems ist das Lenkdynamikmodell dazu ausgebildet, basierend auf einer Lenkstörgröße, die aus einer am Fahrzeug anliegenden Lateralkraft resultiert, und der Lenkdrehmomentinformation oder einer dazu proportionalen Größe die geschätzte Lenkwinkelinformation zu berechnen. Dadurch ist es möglich, neben der Lenkdrehmomentinformation, die den Lenkwinkel des Lenksystems beeinflusst, zudem auch Momente, die aus am Fahrzeug angreifenden Lateralkräften resultieren, zur Bestimmung der geschätzten Lenkwinkelinformation zu verwenden.According to one exemplary embodiment of the system, the steering dynamics model is designed to calculate the estimated steering angle information based on a steering disturbance variable that results from a lateral force applied to the vehicle and the steering torque information or a variable proportional thereto. This makes it possible, in addition to the steering torque information that influences the steering angle of the steering system, to also use torques that result from lateral forces acting on the vehicle to determine the estimated steering angle information.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Systems ist der Lenkwinkelregler dazu ausgebildet, basierend auf der geschätzten Lenkwinkelinformation und dem gemessenen Lenkwinkel der elektromechanischen Lenkung eine Modellabweichungsinformation zu berechnen, die Modellabweichungsinformation mittels einer Filtereinheit zu filtern und basierend auf der gefilterten Modellabweichungsinformation und der geschätzten Lenkwinkelinformation die modifizierte Lenkwinkelinformation zu erzeugen. Durch die Filtereinheit ist es möglich,
als weiteren Freiheitsgrad auf die Wirkung von Störungen, Modellierungsfehler und Messrauschen auf die Lenkwinkelregelung Einfluss zu nehmen.
According to one exemplary embodiment of the system, the steering angle controller is designed to calculate model deviation information based on the estimated steering angle information and the measured steering angle of the electromechanical steering system, to filter the model deviation information using a filter unit, and to generate the modified steering angle information based on the filtered model deviation information and the estimated steering angle information . The filter unit makes it possible
as a further degree of freedom to influence the effect of disturbances, modeling errors and measurement noise on the steering angle control.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Systems weist die Filtereinheit, mittels der die Modellabweichungsinformation gefiltert wird, einen einstellbaren Verstärkungsfaktor auf, der abhängig von der Fahrsituation adaptiv einstellbar ist. Dadurch kann die stationäre Reglergenauigkeit dynamisch eingestellt werden, und zwar in Abhängigkeit von einem oder mehreren Parametern, die die aktuelle Fahrsituation angeben.According to one exemplary embodiment of the system, the filter unit, by means of which the model deviation information is filtered, has an adjustable amplification factor, which can be set adaptively as a function of the driving situation. As a result, the steady-state controller accuracy can be adjusted dynamically, depending on one or more parameters that indicate the current driving situation.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Systems weist der Lenkwinkelregler eine Reglereinheit mit einem Störungsschätzer auf, wobei der Störungsschätzer dazu ausgebildet ist, die Lenkstörgröße basierend auf einer Information, die die am Fahrzeug angreifende Lateralkraft angibt, zu schätzen. Damit ist es möglich, auf die Lenkung wirkende Störeinflüsse wie beispielsweise Seitenwind, Fahrbahnneigung, Fahrzeugmasse etc. auch bei der Ermittlung der geschätzten Lenkwinkelinformation durch das Lenkdynamikmodell zu berücksichtigen.According to one exemplary embodiment of the system, the steering angle controller has a controller unit with a disturbance estimator, the disturbance estimator being designed to estimate the steering disturbance variable based on information that specifies the lateral force acting on the vehicle. It is thus possible to also take into account interference factors affecting the steering, such as side wind, road gradient, vehicle mass, etc., when determining the estimated steering angle information using the steering dynamics model.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Systems weist der Störungsschätzer einen Kalman-Filter zur Schätzung der Lenkstörgröße auf. Insbesondere nutzt der Störungsschätzer ein mathematisches Modell zur Schätzung der Lenkstörgröße und verwendet zusätzliche Messinformationen, die dem Kalman-Filter als Eingangsgrößen zur Verfügung gestellt werden (beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungen, Lenkwinkelrate etc.) zur Korrektur der Schätzungen. Dadurch kann die Lenkstörgröße mit einer höheren Schätzgenauigkeit bestimmt werden.According to an exemplary embodiment of the system, the disturbance estimator has a Kalman filter for estimating the steering disturbance variable. In particular, the disturbance estimator uses a mathematical model to estimate the steering disturbance variable and uses additional measurement information provided as inputs to the Kalman filter (e.g. vehicle speed changes, steering angle rate, etc.) to correct the estimates. As a result, the steering disturbance quantity can be determined with higher estimation accuracy.

Die Ausdrücke „näherungsweise“, „im Wesentlichen“ oder „etwa“ bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.The terms “approximately”, “substantially” or “roughly” mean deviations from the exact value by +/-10%, preferably by +/-5% and/or deviations in the form of changes that are insignificant for the function .

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.Further developments, advantages and possible applications of the invention also result from the following description of exemplary embodiments and from the figures. All of the features described and/or illustrated are fundamentally the subject matter of the invention, either alone or in any combination, regardless of how they are summarized in the claims or how they relate back to them. The content of the claims is also made part of the description.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 beispielhaft eine schematische Darstellung eines Systems zur Querregelung eines Fahrzeugs, das eine elektromechanische Lenkung und einen Lenkwinkelregler aufweist; und
  • 2 beispielhaft eine schematische Darstellung der Funktionseinheiten des Lenkwinkelreglers, der in dem System zur Querregelung eines Fahrzeugs gemäß 1 verwendet werden kann.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures of exemplary embodiments. Show it:
  • 1 by way of example, a schematic representation of a system for lateral control of a vehicle, which has an electromechanical steering system and a steering angle controller; and
  • 2 exemplary a schematic representation of the functional units of the steering angle controller, which is in the system for transverse control of a vehicle according to 1 can be used.

1 zeigt beispielhaft und schematisch ein System 1 zur Lateral- bzw. Querregelung eines Fahrzeugs, das mit einer elektromechanischen Lenkung 3 und einem Lenkwinkelregler 2 zur Regelung des Lenksystems ausgerüstet ist. 1 shows, by way of example and schematically, a system 1 for lateral or transverse control of a vehicle, which is equipped with an electromechanical steering system 3 and a steering angle controller 2 for controlling the steering system.

Wie in 1 ersichtlich, ist der Lenkwinkelregler 2 mit der elektromechanischen Lenkung 3 gekoppelt und stellt Lenkdrehmomentinformationen TM bereit. Diese Lenkdrehmomentinformationen TM werden von der elektromechanischen Lenkung 3 empfangen und ggf. von einer Steuereinheit weiterverarbeitet, um den elektrischen Lenkaktuator anzusteuern. Durch den elektrischen Lenkaktuator wird der Lenkwinkel der elektromechanischen Lenkung 3 verändert, wobei ein Lenkwinkelsensor eine gemessene Lenkwinkelinformation δc bereitstellt.As in 1 As can be seen, the steering angle controller 2 is coupled to the electromechanical steering system 3 and provides steering torque information T M . This steering torque information T M is received by the electromechanical steering system 3 and optionally further processed by a control unit in order to control the electric steering actuator. By the electric steering actuator the steering angle of the electromechanical steering system 3 changes, with a steering angle sensor providing measured steering angle information δ c .

Zur Erhöhung der Lenkdynamik weist der Lenkwinkelregler 2 eine Reglerarchitektur gemäß eines Smith Prädiktors auf. Der Lenkwinkelregler nutzt dabei ein die Regelstrecke beschreibendes Modell, d.h. ein Modell der elektromechanischen Lenkung 3, zur Vorhersage zukünftiger Regelgrößenverläufe, d.h. zur Vorhersage des Lenkwinkels der elektromechanischen Lenkung, um dadurch die systembedingten Latenzen der Lenkwinkelregelung zu verringern und damit die Dynamik und Präzision der Lenkwinkelregelung zu verbessern.To increase the steering dynamics, the steering angle controller 2 has a controller architecture based on a Smith predictor. The steering angle controller uses a model that describes the controlled system, i.e. a model of the electromechanical steering system 3, to predict future controlled variable curves, i.e. to predict the steering angle of the electromechanical steering system, in order to reduce the system-related latencies of the steering angle control and thus increase the dynamics and precision of the steering angle control to enhance.

Durch eine Reglereinheit 7 des Lenkwinkelreglers 2 wird die Lenkdrehmomentinformationen TM bereitgestellt. Die Lenkdrehmomentinformationen TM ist ein Maß für das Drehmoment, das der Lenkaktuator an dem Lenksystem des Fahrzeugs aufbringen soll.The steering torque information T M is provided by a controller unit 7 of the steering angle controller 2 . The steering torque information T M is a measure of the torque that the steering actuator is intended to apply to the vehicle's steering system.

Diese Lenkdrehmomentinformationen TM werden an ein Lenkdynamikmodell 4 übermittelt, das die elektromechanische Lenkung modelliert. Das Lenkdynamikmodell 4 stellt basierend auf dieser Lenkdrehmomentinformationen TM eine geschätzte Lenkwinkelinformation bereit.This steering torque information T M is transmitted to a steering dynamics model 4 that models the electromechanical steering. The steering dynamics model 4 provides estimated steering angle information based on this steering torque information T M .

Vorzugsweise wird durch die Reglereinheit 7 zudem eine Lenkstörgröße TL bereitgestellt. Die Lenkstörgröße TL gibt beispielsweise das Moment an, das an der Zahnstange des Lenksystems aufgrund von Lateralkräften, die auf die Räder des Fahrzeugs wirken, entstehen. Sofern die Reglereinheit 7 die Lenkstörgröße TL bereitstellt, wird auch diese Lenkstörgröße TL an das Lenkdynamikmodell 4 übertragen, um mittels des Lenkdynamikmodells 4 auch die Lenkwinkeleinflüsse nachbilden zu können, die durch am Fahrzeug, insbesondere am Reifen des Fahrzeugs angreifende Seitenkräfte entstehen.A steering disturbance variable T L is preferably also provided by the controller unit 7 . The steering disturbance variable T L indicates, for example, the moment that occurs on the steering rack of the steering system due to lateral forces that act on the wheels of the vehicle. If the controller unit 7 provides the steering disturbance variable T L , this steering disturbance variable T L is also transmitted to the steering dynamics model 4 in order to be able to use the steering dynamics model 4 to simulate the steering angle influences that are caused by lateral forces acting on the vehicle, in particular on the tires of the vehicle.

Das Lenkdynamikmodell 4 kann beispielsweise durch ein PT-Glied gebildet sein, beispielsweise ein PT-Glied zweiter Ordnung. Die Übertragungsfunktion des Lenkdynamikmodells 4 kann beispielsweise im Laplace-Bereich wie folgt angegeben werden: δ p T M T L = K T 2 s 2 + 2 D T s + 1 ;

Figure DE102021210320B3_0001
The steering dynamics model 4 can be formed, for example, by a PT element, for example a second-order PT element. The transfer function of the steering dynamics model 4 can be specified, for example, in the Laplace domain as follows: δ p T M T L = K T 2 s 2 + 2 D T s + 1 ;
Figure DE102021210320B3_0001

Dabei ist:

  • δP: geschätzte Lenkwinkelinformation [grad];
  • TM: Lenkdrehmomentinformation [Nm];
  • TL: Lenkstörgröße aufgrund Lateralkräfte am Fahrzeug [Nm];
  • K: Filter-Verstärkungsfaktor [grad/Nm];
  • T: Filterzeitkonstante [s];
  • D: Dämpfung.
where:
  • δ P : estimated steering angle information [grad];
  • T M : steering torque information [Nm];
  • T L : steering disturbance due to lateral forces on the vehicle [Nm];
  • K: filter gain factor [grad/Nm];
  • T: filter time constant [s];
  • D: Attenuation.

Die Modellparameter K, T und D sind fahrzeugspezifische Parameter und werden entweder durch Simulation oder Messungen ermittelt. Insbesondere sei angemerkt, dass die Modellparameter K, T und D nicht von externen Einflüssen (beispielsweise Fahrbahnbeschaffenheit, Seitenwind, Bordsteinkante abhängen. Damit kann das Modell sowohl für einen Fahrbahnzustand (z.B. trockene Fahrbahn), der zu einem hohen Kraftschlusskoeffizienten zwischen Fahrbahn und Reifen als auch für einen Fahrbahnzustand (z.B. vereiste Fahrbahn), der zu einem geringen Kraftschlusskoeffizienten zwischen Fahrbahn und Reifen führt, verwendet werden.The model parameters K, T and D are vehicle-specific parameters and are determined either by simulation or measurements. In particular, it should be noted that the model parameters K, T and D do not depend on external influences (e.g. road surface conditions, side wind, curbs). This means that the model can be used for a road surface condition (e.g. dry road) that leads to a high adhesion coefficient between road surface and tires as well as for a road condition (e.g. icy road) that leads to a low adhesion coefficient between the road and the tires.

Durch die Einbindung der Lenkstörgröße TL in das Lenkdynamikmodell 4 können auch externe, auf das Fahrzeug wirkende Störeinflüsse bei der Vorhersage bzw. Schätzung der Lenkwinkelinformation durch das Lenkdynamikmodell 4 berücksichtigt werden.By including the steering disturbance variable T L in the steering dynamics model 4, external disturbances acting on the vehicle can also be taken into account by the steering dynamics model 4 when predicting or estimating the steering angle information.

Für den Fall, dass ein Lenkdynamikmodell 4 verwendet wird, das die Lenkstörgröße TL nicht berücksichtigt, kann die Übertragungsfunktion des Lenkdynamikmodells 4 wie folgt lauten: δ p T M = K T 2 s 2 + 2 D T s + 1 ;

Figure DE102021210320B3_0002
If a steering dynamics model 4 is used that does not take into account the steering disturbance variable T L , the transfer function of the steering dynamics model 4 can be as follows: δ p T M = K T 2 s 2 + 2 D T s + 1 ;
Figure DE102021210320B3_0002

Dabei ist:

  • δP: geschätzte Lenkwinkelinformation [grad];
  • TM: Lenkdrehmomentinformation [Nm];
  • K: Filter-Verstärkungsfaktor [grad/Nm];
  • T: Filterzeitkonstante [s];
  • D: Dämpfung.
where:
  • δ P : estimated steering angle information [grad];
  • T M : steering torque information [Nm];
  • K: filter gain factor [grad/Nm];
  • T: filter time constant [s];
  • D: Attenuation.

Die von dem Lenkdynamikmodell 4 bereitgestellte geschätzte Lenkwinkelinformation wird anschließend an ein Verzögerungsglied 5 übertragen. Das Verzögerungsglied 5 implementiert die Verzögerung, die die elektromechanische Lenkung 3 aufweist, d.h. die zeitliche Verzögerung, die zwischen einer Änderung der Lenkdrehmomentinformation TM und einer Änderung des gemessenen Lenkwinkels vergeht (d.h. Latenzzeit des Lenksystems).The estimated steering angle information provided by the steering dynamics model 4 is then transmitted to a delay element 5 . The delay element 5 implements the delay that the electromechanical steering system 3 has, ie the time delay that elapses between a change in the steering torque information T M and a change in the measured steering angle (ie latency of the steering system).

Die Verzögerung kann im Laplace-Bereich wie folgt beschrieben werden: δ D P δ P = e τ s ;

Figure DE102021210320B3_0003
The delay can be described in the Laplacian domain as follows: δ D P δ P = e τ s ;
Figure DE102021210320B3_0003

Dabei ist:

  • δP: geschätzte Lenkwinkelinformation [grad];
  • δDP: verzögerte geschätzte Lenkwinkelinformation [grad];
  • τ: Verzögerungszeit [s].
where:
  • δ P : estimated steering angle information [grad];
  • δ DP : delayed estimated steering angle information [grad];
  • τ: delay time [s].

Die Verzögerung kann beispielsweise mittels einer Daisy-Chain realisiert sein.The delay can be implemented by means of a daisy chain, for example.

Das Verzögerungsglied 5 stellt an dessen Ausgang eine verzögerte geschätzte Lenkwinkelinformation δDP bereit. Diese verzögerte geschätzte Lenkwinkelinformation δDP wird zusammen mit der gemessenen Lenkwinkelinformation δC einem Subtraktionspunkt zugeführt, an dem die verzögerte geschätzte Lenkwinkelinformation δDP von der gemessenen Lenkwinkelinformation δC subtrahiert wird (δC - δDP). Durch diese Subtraktion wird eine Modellabweichungsinformation Dδ erhalten, die angibt, wie hoch der Fehler zwischen der gemessenen Lenkwinkelinformation δC und der modellbasiert bestimmten Lenkwinkelinformation δDP (hier der verzögerten geschätzten Lenkwinkelinformation) ist.The delay element 5 provides delayed estimated steering angle information δ DP at its output. This delayed estimated steering angle information δ DP is fed together with the measured steering angle information δ C to a subtraction point at which the delayed estimated steering angle information δ DP is subtracted from the measured steering angle information δ CC - δ DP ). This subtraction results in model deviation information D δ which indicates how high the error is between the measured steering angle information δ C and the model-based steering angle information δ DP (here the delayed estimated steering angle information).

Der Lenkwinkelregler 2 weist vorzugsweise eine Filtereinheit 6 auf. Diese Filtereinheit empfängt die Modellabweichungsinformation Dδ und stellt basierend darauf eine gefilterte Modellabweichungsinformation Fδ bereit.The steering angle controller 2 preferably has a filter unit 6 . This filter unit receives the model deviation information D δ and provides filtered model deviation information F δ based thereon.

Die Filtereinheit 6 kann beispielsweise durch ein PT-Glied gebildet sein. Insbesondere kann die Filtereinheit 6 eine Übertragungsfunktion eines PT1-Gliedes aufweisen. Durch die Filtereinheit 6 ist es möglich, Störungen bzw. Messrauschen auszufiltern.The filter unit 6 can be formed by a PT element, for example. In particular, the filter unit 6 can have a transfer function of a PT1 element. The filter unit 6 makes it possible to filter out interference or measurement noise.

Die Übertragungsfunktion der Filtereinheit 6 kann beispielsweise durch folgende Gleichung beschrieben sein: F δ D δ = K ƒ T s + 1 ;

Figure DE102021210320B3_0004
The transfer function of the filter unit 6 can be described, for example, by the following equation: f δ D δ = K ƒ T s + 1 ;
Figure DE102021210320B3_0004

Dabei ist:

  • Fδ: gefilterte Modellabweichungsinformation;
  • Dδ: Modellabweichungsinformation;
  • Kf: Filter-Verstärkungsfaktor;
  • T: Filterzeitkonstante.
where:
  • F δ : filtered model deviation information;
  • D δ : model deviation information;
  • K f : filter gain;
  • T: filter time constant.

Die stationäre Reglergenauigkeit kann durch die Wahl des Verstärkungsfaktors des Filters Kf angepasst werden. Dabei kann der Verstärkungsfaktor Kf Werte im Bereich zwischen 0 und 1 annehmen. Bei einem Wert von Kf=1 wird eine maximale stationäre Regelgenauigkeit erreicht. Bei einem Wert von Kf=0 wird eine geringe stationäre Regelgenauigkeit erreicht und der Regler arbeitet als reiner Feedforward-Regler.The steady-state controller accuracy can be adjusted by choosing the gain factor of the filter Kf . In this case, the amplification factor K f can assume values in the range between 0 and 1. With a value of Kf=1, maximum steady-state control accuracy is achieved. With a value of K f =0, a low steady-state control accuracy is achieved and the controller works purely as a feedforward controller.

Wie in 1 ersichtlich, wird die gefilterte Modellabweichungsinformation Fδ an einen Summationspunkt übermittelt, an dem die Modellabweichungsinformation Fδ und die geschätzte Lenkwinkelinformation δP addiert werden. Durch diese Addition wird die modifizierte Lenkwinkelinformation δM erhalten. Diese modifizierte Lenkwinkelinformation δM wird anschließend als Rückführgröße an die Reglereinheit 7 übertragen. Insbesondere wird die modifizierte Lenkwinkelinformation δM von der Lenkwinkelvorgabe δR, die der Reglereinheit 7 als Eingangssignal bereitgestellt wird, subtrahiert, um dadurch die Regelabweichung δE zu bilden.As in 1 As can be seen, the filtered model deviation information F δ is transmitted to a summation point at which the model deviation information F δ and the estimated steering angle information δ P are added. The modified steering angle information δ M is obtained by this addition. This modified steering angle information δ M is then transmitted to the controller unit 7 as a feedback variable. In particular, the modified steering angle information δ M is subtracted from the steering angle specification δ R , which is provided to the controller unit 7 as an input signal, in order thereby to form the control deviation δ E .

2 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Regeleinheit 7. Wie zuvor ausgeführt, bildet die Regeleinheit 7 den Regler der Lenkwinkelregelung. Die Regeleinheit 7 empfängt hierbei mehrere Eingangsinformationen, beispielsweise die Lenkwinkelvorgabe δR und die Rückführgröße in Form der modifizierten Lenkwinkelinformation δM und stellt basierend darauf Ausgangsinformationen bereit, die zumindest die Lenkdrehmomentinformation TM oder eine dazu proportionale Größe (beispielsweise eine Stromstärkeninformation für den elektrischen Aktuator) umfasst. Vorzugsweise stellt die Regeleinheit 7 auch die Lenkstörgröße TL als geschätzte Größe bereit, die beispielsweise das aufgrund von an den Rädern wirkenden Lateralkräften an der Zahnstange des Lenksystems auftretende Moment angibt. 2 shows a block diagram of an exemplary embodiment of the control unit 7 by way of example and schematically. As explained above, the control unit 7 forms the controller of the steering angle control. The control unit 7 receives a plurality of pieces of input information, for example the steering angle specification δ R and the feedback variable in the form of the modified steering angle information δ M and, based thereon, provides output information which contains at least the steering torque information T M or a variable proportional thereto (for example current information for the electric actuator). includes. The control unit 7 preferably also provides the steering disturbance variable T L as an estimated variable, which indicates, for example, the moment occurring on the steering rack of the steering system due to lateral forces acting on the wheels.

Vorzugsweise empfängt die Regeleinheit 7 zudem eine Geschwindigkeitsinformation vego, die die Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs angibt. Damit kann die Lenkwinkelregelung bzw. die Schätzung der Lenkstörgröße TL in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, insbesondere auch in Abhängigkeit der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit (durch Beschleunigen oder Abbremsen) erfolgen.The control unit 7 preferably also receives speed information v ego , which indicates the vehicle's own speed. The steering angle control or the estimation of the steering disturbance variable T L can thus take place as a function of the vehicle speed, in particular also as a function of the change in the vehicle speed (by accelerating or braking).

Wie in 2 ersichtlich, umfasst die Regeleinheit 7 vorzugsweise einen Störungsschätzer 7.1. Der Störungsschätzer 7.1 ist dazu ausgebildet, basierend auf Informationen zu einer am Fahrzeug, insbesondere an den Rädern des Fahrzeugs, anliegenden Lateralkraft FLat die Lenkstörgröße TL zu schätzen.As in 2 As can be seen, the control unit 7 preferably includes a disturbance estimator 7.1. Disturbance estimator 7.1 is designed to estimate steering disturbance variable T L based on information about a lateral force F Lat present on the vehicle, in particular on the wheels of the vehicle.

Neben den Informationen zur Lateralkraft FLat empfängt der Störungsschätzer 7.1 vorzugsweise zudem Informationen zur Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs (Geschwindigkeitsinformation vego) und die modifizierte Lenkwinkelinformation δM, d.h. die rückgeführte Größe des Regelkreises. Zudem empfängt der Störungsschätzer 7.1 zudem eine verzögerte Lenkdrehmomentinformation TMd, die beispielsweise mittels eines Verzögerungsgliedes 7.4 aus der am Ausgang bereitgestellten Lenkdrehmomentinformation TM erhalten wird. Das Verzögerungsglied 7.4 kann beispielsweise eine Verzögerung um einen Zeittakt oder mehr bewirken. Durch die Nutzung der modifizierten Lenkwinkelinformation δM anstelle der vom Lenkwinkelsensor bereitgestellten gemessenen Lenkwinkelinformation δc kann die Verzögerung der Lenkdrehmomentinformation TM sehr stark reduziert werden (lediglich einen Takt anstelle der Gesamtlatenz des Lenksystems), da die modifizierte Lenkwinkelinformation δM aufgrund der modellbasierten Schätzung der Lenkwinkelinformation δP eine höhere Dynamik aufweist als die gemessene Lenkwinkelinformation δc, was zu einer verbesserten Dynamik und Präzision der Lenkwinkelregelung führt.In addition to the information on the lateral force FLat , the disturbance estimator 7.1 preferably also receives information on the vehicle's own speed (velocity information v ego ) and the modified steering angle information δ M , ie the returned variable of the control loop. In addition, the disturbance estimator 7.1 also receives delayed steering torque information T Md , which is obtained, for example, by means of a delay element 7.4 from the steering torque information T M provided at the output. The delay element 7.4 can cause a delay of one clock pulse or more, for example. By using the modified steering angle information δ M instead of the measured steering angle information δ c provided by the steering angle sensor, the delay in the steering torque information T M can be greatly reduced (only one cycle instead of the overall latency of the steering system), since the modified steering angle information δ M is based on the model-based estimation of the Steering angle information δ P has a higher dynamic than the measured steering angle information δ c , which leads to improved dynamics and precision of the steering angle control.

Der Störungsschätzer 7.1 enthält vorzugsweise einen Kalman-Filter zur Schätzung der Lenkstörgröße TL. Durch Verwendung des Kalman-Filters kann die Lenkstörgröße TL zunächst mittels eines Modells prädiziert und diese Prädiktion basierend auf den als Eingangsgrößen empfangenen Messwerten korrigiert werden. Zudem ist es mittels des Kalman-Filters möglich, fahrsituationsabhängig den Einfluss des zugrundeliegenden mathematischen Modells bzw. der zur Korrektur verwendeten Messwerte auf die Schätzung der Lenkstörgröße TL fahrsituationsabhängig anzupassen. So ist es beispielsweise möglich, dass in Fahrsituationen, in denen bekanntermaßen das mathematische Modell zu größeren Präfiktionsfehlern neigt, beispielsweise bei Lenkbewegungen oder Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs, die zur Schätzung verwendeten Kovarianzmatrizen anzupassen, um die Schätzgenauigkeit zu verbessern.The disturbance estimator 7.1 preferably contains a Kalman filter for estimating the steering disturbance variable T L . By using the Kalman filter, the steering disturbance variable T L can first be predicted using a model and this prediction can be corrected based on the measured values received as input variables. In addition, it is possible by means of the Kalman filter to adapt the influence of the underlying mathematical model or the measured values used for the correction on the estimate of the steering disturbance variable T L depending on the driving situation. It is thus possible, for example, that in driving situations in which the mathematical model is known to have larger prediction errors, for example in the case of steering movements or changes in the speed of the vehicle, the covariance matrices used for the estimation can be adjusted in order to improve the estimation accuracy.

Die Regeleinheit 7 umfasst zudem eine Funktionseinheit 7.2, mittels der die Regelabweichung δE in eine Momenteninformation TP umgesetzt wird. Die Funktionseinheit 7.2 kann beispielsweise ein Proportionalregler sein, der aus der Regelabweichung δE mittels eines Übertragungsfaktors die Momenteninformation TP (d.h. Drehmomentwerte) berechnet. Die Funktionseinheit 7.2 kann vorzugsweise die Informationen zur Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs vego empfangen. Basierend auf dieser Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation vego kann der Übertragungsfaktor angepasst werden. Vorzugsweise wird der Übertragungsfaktor geschwindigkeitsabhängig derart verändert, dass geschwindigkeitsabhängige Systemnichtlinearitäten kompensiert bzw. reduziert werden.The control unit 7 also includes a functional unit 7.2, by means of which the control deviation δ E is converted into torque information T P . Functional unit 7.2 can be a proportional controller, for example, which calculates torque information T P (ie torque values) from control deviation δ E using a transmission factor. The functional unit 7.2 can preferably receive the information on the vehicle's own speed v ego . Based on this vehicle speed information v ego the transmission factor can be adjusted. The transfer factor is preferably changed as a function of speed in such a way that speed-dependent system non-linearities are compensated for or reduced.

Die von der Funktionseinheit 7.2 bereitgestellte Momenteninformation TP wird vorzugsweise an einen Summationspunkt übertragen. Der Summationspunkt addiert die Werte der Momenteninformation TP mit den werten einer modifizierten Lenkstörgröße TLC, um daraus die störungskompensierte Momenteninformation TP' zu erhalten.The torque information T P provided by the functional unit 7.2 is preferably transmitted to a summation point. The summation point adds the values of the moment information T P with the values of a modified steering disturbance quantity T LC in order to obtain the disturbance-compensated moment information T P '.

Die modifizierte Lenkstörgröße TLC wird basierend auf der Lenkstörgröße TL durch die Funktionseinheit 7.5 erhalten. Die Funktionseinheit 7.5 ist dazu ausgebildet, die Lenkstörgröße TL mit einem von der Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation vego abhängigen Faktor zu multiplizieren, um eine anteilige, d.h. geschwindigkeitsabhängige Kompensation der Störgröße vorzunehmen.The modified steering disturbance quantity T LC is obtained by the functional unit 7.5 based on the steering disturbance quantity T L . The functional unit 7.5 is designed to multiply the steering disturbance variable T L by a factor dependent on the vehicle speed information v ego in order to carry out a proportional, ie speed-dependent, compensation for the disturbance variable.

Die störungskompensierte Momenteninformation TP' wird anschließend vorzugsweise einem Begrenzer 7.3 zugeführt. Der Begrenzer 7.3 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die störungskompensierte Momenteninformation TP' in deren Amplitude und/oder im Gradienten zu beschränken. Diese Beschränkung erfolgt beispielsweise aus Sicherheitsgründen. Der Begrenzer 7.3 stellt vorzugsweise die Lenkdrehmomentinformation TM bereit, die anschließend an die elektromechanische Lenkung 3 übertragen wird.The disturbance-compensated moment information T P 'is then preferably supplied to a limiter 7.3. The limiter 7.3 is preferably designed to limit the amplitude and/or the gradient of the disturbance-compensated moment information T P '. This restriction is made, for example, for security reasons. The limiter 7.3 preferably provides the steering torque information T M which is then transmitted to the electromechanical steering system 3.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich verlassen wird.The invention has been described above using exemplary embodiments. It goes without saying that numerous changes and modifications are possible without leaving the scope of protection defined by the patent claims.

Bezugszeichenlistereference list

11
Systemsystem
22
Lenkwinkelreglersteering angle controller
33
elektromechanische LenkungElectric Power Steering
44
Lenkdynamikmodellsteering dynamics model
55
Verzögerungsglieddelay element
66
Filtereinheitfilter unit
77
Reglereinheitcontroller unit
7.17.1
Störungsschätzerinterference estimator
7.27.2
Funktionseinheitfunctional unit
7.37.3
Begrenzerlimiter
7.47.4
Verzögerungsglieddelay element
7.57.5
Funktionseinheit functional unit
ModellabweichungsinformationModel Deviation Information
δCδC
gemessene Lenkwinkelinformationmeasured steering angle information
δDPδDP
verzögerte geschätzte Lenkwinkelinformationdelayed estimated steering angle information
δEδE
Regelabweichungdeviation
δMδM
modifizierte Lenkwinkelinformationmodified steering angle information
δPδP
geschätzte Lenkwinkelinformationestimated steering angle information
δRδR
LenkwinkelvorgabeSteering angle specification
FLatFLat
Lateralkraftlateral force
TLtsp
Lenkstörgrößesteering disturbance
TMTM
Lenkdrehmomentinformationsteering torque information
TPTP
Momenteninformationmoment information
Tp'tp'
störungskompensierte Momenteninformationdisturbance-compensated torque information
vegovegetarian
Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugsown speed of the vehicle

Claims (15)

Verfahren zur Querregelung eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug einen Lenkwinkelregler (2) und eine elektromechanische Lenkung (3) umfasst, wobei in dem Lenkwinkelregler (2) ein Lenkdynamikmodell (4) der elektromechanischen Lenkung implementiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkdynamikmodell basierend auf einer Lenkdrehmomentinformation (TM) oder einer dazu proportionalen Größe eine geschätzte Lenkwinkelinformation (δP) bereitstellt, wobei basierend auf der geschätzten Lenkwinkelinformation (δP) und dem gemessenen Lenkwinkel (δC) der elektromechanischen Lenkung (3) eine modifizierte Lenkwinkelinformation (δM) berechnet wird, und wobei basierend auf der modifizierten Lenkwinkelinformation (δM) und einer Lenkwinkelvorgabe (δR) eine Regelabweichung (δE) des Lenkwinkelreglers (2) berechnet wird.Method for lateral control of a vehicle, the vehicle comprising a steering angle controller (2) and an electromechanical steering (3), a steering dynamics model (4) of the electromechanical steering being implemented in the steering angle controller (2), characterized in that the steering dynamics model is based on a Steering torque information (T M ) or a variable proportional thereto provides estimated steering angle information (δ P ), based on the estimated steering angle information (δ P ) and the measured steering angle (δ C ) of the electromechanical steering system (3) modified steering angle information (δ M ) is calculated, and based on the modified steering angle information (δ M ) and a steering angle specification (δ R ) a deviation (δ E ) of the steering angle controller (2) is calculated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkdynamikmodell (4) eine Lenkstörgröße (TL) empfängt, die aus einer am Fahrzeug anliegenden Lateralkraft (FLat) resultiert, wobei die geschätzte Lenkwinkelinformation (δP) basierend auf der Lenkdrehmomentinformation (TM) oder einer dazu proportionalen Größe und der Lenkstörgröße (TL) berechnet wird.procedure after claim 1 , characterized in that the steering dynamics model (4) receives a steering disturbance variable (T L ) resulting from a lateral force (F Lat ) applied to the vehicle, the estimated steering angle information (δ P ) based on the steering torque information (T M ) or one thereto proportional magnitude and the steering disturbance magnitude (T L ) is calculated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der geschätzten Lenkwinkelinformation (δP) und dem gemessenen Lenkwinkel (δC) der elektromechanischen Lenkung (3) eine Modellabweichungsinformation (Dδ) berechnet wird, dass die Modellabweichungsinformation (Dδ) mittels einer Filtereinheit (6) gefiltert wird und dass basierend auf der gefilterten Modellabweichungsinformation (Pδ) und der geschätzten Lenkwinkelinformation (δC) die modifizierte Lenkwinkelinformation (δM) erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that model deviation information (D δ ) is calculated based on the estimated steering angle information (δ P ) and the measured steering angle (δ C ) of the electromechanical steering system (3), that the model deviation information (D δ ) is filtered by a filter unit (6) and that based on the filtered model deviation information (P δ ) and the estimated steering angle information (δ C ) the modified steering angle information (δ M ) is generated. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellabweichungsinformation (Dδ) dadurch erhalten wird, dass die geschätzte Lenkwinkelinformation (δP) mittels eines Verzögerungsgliedes (5) verzögert und von dem gemessenen Lenkwinkel (δC) der elektromechanischen Lenkung (3) subtrahiert wird.procedure after claim 3 , characterized in that the model deviation information (D δ ) is obtained in that the estimated steering angle information (δ P ) is delayed by means of a delay element (5) and is subtracted from the measured steering angle (δ C ) of the electromechanical steering system (3). Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (6), mittels der die Modellabweichungsinformation (Dδ) gefiltert wird, einen einstellbaren Verstärkungsfaktor aufweist, der abhängig von der Fahrsituation adaptiv einstellbar ist.procedure after claim 3 or 4 , characterized in that the filter unit (6), by means of which the model deviation information (D δ ) is filtered, has an adjustable amplification factor which can be set adaptively as a function of the driving situation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkelregler (2) eine Reglereinheit (7) mit einem Störungsschätzer (7.1) aufweist, wobei mittels dem Störungsschätzer (7.1) die Lenkstörgröße (TL) basierend auf einer Information, die die am Fahrzeug angreifende Lateralkraft (FLat) angibt, geschätzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the steering angle controller (2) has a controller unit (7) with a disturbance estimator (7.1), with the disturbance estimator (7.1) determining the steering disturbance variable (T L ) based on information which the am lateral force (F Lat ) acting on the vehicle is estimated. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Störungsschätzer (7.1) die Lenkstörgröße (TL) mittels eines Kalman-Filters schätzt.procedure after claim 6 , characterized in that the disturbance estimator (7.1) estimates the steering disturbance variable (T L ) by means of a Kalman filter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglereinheit (7) eine Funktionseinheit (7.2) aufweist, mittels der eine aus der Lenkwinkelvorgabe (δR) und der modifizierten Lenkwinkelinformation (δM) resultierende Regelabweichung (δE) in eine Momenteninformation (TP) überführt wird, wobei die Momenteninformation (TP) basierend auf der Lenkstörgröße (TL) oder einer davon abgeleiteten Information in eine störungskompensierte Momenteninformation (TP') überführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the controller unit (7) has a functional unit (7.2) by means of which a system deviation (δ E ) resulting from the steering angle specification (δ R ) and the modified steering angle information (δ M ) is converted into torque information (T P ) is converted, the moment information (T P ) based on the steering disturbance variable (T L ) or information derived therefrom being converted into disturbance-compensated moment information (T P '). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die störungskompensierte Momenteninformation (TP') mittels eines Begrenzers (7.3) in die Lenkdrehmomentinformation (TM) umgesetzt wird, wobei die Lenkdrehmomentinformation (TM) an die elektromechanische Lenkung (3) übertragen wird.procedure after claim 8 , characterized in that the disturbance-compensated torque information (T P ') is converted into the steering torque information (T M ) by means of a limiter (7.3), the steering torque information (T M ) being transmitted to the electromechanical steering system (3). System zur Querregelung eines Fahrzeugs, das einen Lenkwinkelregler (2) und eine elektromechanische Lenkung (3) umfasst, wobei in dem Lenkwinkelregler (2) ein Lenkdynamikmodell (4) der elektromechanischen Lenkung (3) implementiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkdynamikmodell (4) dazu ausgebildet ist, basierend auf einer Lenkdrehmomentinformation (TM) oder einer dazu proportionalen Größe eine geschätzte Lenkwinkelinformation (δP) bereitzustellen, wobei der Lenkwinkelregler (2) dazu ausgebildet ist, basierend auf der geschätzten Lenkwinkelinformation (δP) und dem gemessenen Lenkwinkel (δC) der elektromechanischen Lenkung (3) eine modifizierte Lenkwinkelinformation (δM) zu berechnen und wobei der Lenkwinkelregler (3) dazu ausgebildet ist, basierend auf der modifizierten Lenkwinkelinformation (δM) und einer Lenkwinkelvorgabe (δR) eine Regelabweichung (δE) zu berechnen.System for lateral control of a vehicle, which comprises a steering angle controller (2) and an electromechanical steering system (3), a steering dynamics model (4) of the electromechanical steering system (3) being implemented in the steering angle controller (2), characterized in that the steering dynamics model (4 ) is designed to provide estimated steering angle information (δ P ) based on steering torque information (T M ) or a variable proportional thereto, the steering angle controller (2) being designed to do this based on the estimated steering angle information (δ P ) and the measured steering angle (δ C ) of the electrome mechanical steering (3) to calculate modified steering angle information (δ M ) and wherein the steering angle controller (3) is designed to calculate a control deviation (δ E ) based on the modified steering angle information (δ M ) and a steering angle specification (δ R ). System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkdynamikmodell (4) dazu ausgebildet ist, basierend auf einer Lenkstörgröße (TL), die aus einer am Fahrzeug anliegenden Lateralkraft (FLat) resultiert, und der Lenkdrehmomentinformation (TM) oder einer dazu proportionalen Größe die geschätzte Lenkwinkelinformation (δP) zu berechnen.system after claim 10 , characterized in that the steering dynamics model (4) is designed to, based on a steering disturbance variable (T L ), which results from a lateral force (F Lat ) applied to the vehicle, and the steering torque information (T M ) or a variable proportional thereto, the estimated Calculate steering angle information (δ P ). System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkelregler (2) dazu ausgebildet ist, basierend auf der geschätzten Lenkwinkelinformation (δP) und dem gemessenen Lenkwinkel (δC) der elektromechanischen Lenkung (3) eine Modellabweichungsinformation (Dδ) zu berechnen, die Modellabweichungsinformation (Dδ) mittels einer Filtereinheit (6) zu filtern und basierend auf der gefilterten Modellabweichungsinformation (Fδ) und der geschätzten Lenkwinkelinformation (δP) die modifizierte Lenkwinkelinformation (δM) zu erzeugen.system after claim 10 or 11 , characterized in that the steering angle controller (2) is designed to calculate model deviation information (D δ ) based on the estimated steering angle information (δ P ) and the measured steering angle (δ C ) of the electromechanical steering (3), the model deviation information (D δ ) by means of a filter unit (6) and based on the filtered model deviation information (F δ ) and the estimated steering angle information (δ P ) to generate the modified steering angle information (δ M ). System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (6), mittels der die Modellabweichungsinformation Dδ gefiltert wird, einen einstellbaren Verstärkungsfaktor aufweist, der abhängig von der Fahrsituation adaptiv einstellbar ist.system after claim 12 , characterized in that the filter unit (6), by means of which the model deviation information D δ is filtered, has an adjustable amplification factor which can be set adaptively as a function of the driving situation. System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkelregler (2) eine Reglereinheit (7) mit einem Störungsschätzer (7.1) aufweist, wobei der Störungsschätzer (7.1) dazu ausgebildet ist, die Lenkstörgröße (TL) basierend auf einer Information, die die am Fahrzeug angreifende Lateralkraft (FLat) angibt, zu schätzen.system according to one of the Claims 10 until 13 , characterized in that the steering angle controller (2) has a controller unit (7) with a disturbance estimator (7.1), the disturbance estimator (7.1) being designed to calculate the steering disturbance variable (T L ) based on information about the lateral force acting on the vehicle (F Lat ) indicates to estimate. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Störungsschätzer (7.1) einen Kalman-Filter zur Schätzung der Lenkstörgröße (TL) aufweist.system after Claim 14 , characterized in that the disturbance estimator (7.1) has a Kalman filter for estimating the steering disturbance variable (T L ).
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