DE102022200085A1

DE102022200085A1 - Drehmomentschätzvorrichtung und lenkunterstützungsvorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: DE102022200085A1
Application number: DE102022200085.4A
Authority: DE
Inventors: Donghoon Shin
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2021-01-06
Filing date: 2022-01-06
Publication date: 2022-07-07
Also published as: US11897553B2; KR20220099267A; US20220212713A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lenkvorrichtungen, insbesondere auf Vorrichtungen zum Schätzen eines Drehmoments, sowie auf Lenkunterstützungsvorrichtungen und -verfahren. Die Drehmomentschätzvorrichtung kann eine erste Schätzeinheit zum Schätzen einer exzentrischen Masse eines Lenkrads und eine zweite Schätzeinheit zum Schätzen eines exzentrischen Drehmoments des Lenkrads umfassen.

Description

VERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht den Prioritätsnutzen der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2021-0001298 , die am 06. Januar 2021 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereicht wurde und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme in vollem Umfang enthalten ist.
HINTERGRUND
Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Lenksysteme und insbesondere auf Vorrichtungen zur Drehmomentschätzung sowie auf Lenkunterstützungsvorrichtungen und -verfahren.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Lenksystem dient in der Regel zur Änderung des Lenkwinkels eines Fahrzeugrads auf der Grundlage einer Lenkkraft (z. B. einer Drehkraft), die von eine Bedienperson, wie einem Fahrer eines Fahrzeugs, auf ein Lenkrad ausgeübt wird. In jüngster Zeit wird die elektrische Servolenkung (EPS) in einem Fahrzeug eingesetzt, um die Lenkkraft des Lenkrads zu verringern und die Stabilität der Lenkung zu gewährleisten.
Darüber hinaus ist der Bedarf an Forschung und Entwicklung zur Einschätzung der Lenkabsicht eines Fahrers in Bezug auf das Fahrzeuglenksystem erheblich gestiegen.
ABRISS
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung bieten Drehmomentschätzvorrichtungen, die in der Lage sind, die Lenkabsicht eines Fahrers genau zu schätzen.
Darüber hinaus bieten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung Lenkunterstützungsvorrichtungen, die in der Lage sind, die Lenkabsicht eines Fahrers genau abzuschätzen.
Darüber hinaus bieten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung Lenkunterstützungsverfahren, die in der Lage sind, die Lenkabsicht eines Fahrers genau abzuschätzen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Drehmomentschätzvorrichtung vorgesehen, die eine erste Schätzeinheit, die in der Lage ist, eine Standardabweichung von Fahrerdrehmomenten zu berechnen und eine exzentrische Masse eines Lenkrads auf der Grundlage der Standardabweichung der Fahrerdrehmomente zu schätzen, und eine zweite Schätzeinheit umfasst, der in der Lage ist, ein exzentrisches Drehmoment des Lenkrads auf der Grundlage der exzentrischen Masse des Lenkrads unter Verwendung eines von einem Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels zu schätzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Lenkunterstützungsvorrichtung vorgesehen, die ein Sensormodul mit einem Lenkwinkelsensor zum Erfassen eines Lenkwinkels und ein Lenksteuermodul zum Steuern des Betriebs eines Lenkmotors durch Steuern einer Lenkmotor-Energieversorgung auf der Grundlage eines Lenkmotor-Steuersignals enthält, wobei das Lenksteuermodul eine Standardabweichung von Fahrerdrehmomenten berechnet, eine exzentrische Masse eines Lenkrads auf der Grundlage der Standardabweichung der Fahrerdrehmomente schätzt, ein exzentrisches Drehmoment des Lenkrads auf der Grundlage der exzentrischen Masse des Lenkrads unter Verwendung des vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels schätzt und das Lenkmotor-Steuersignal auf der Grundlage eines Fahrerdrehmoments erzeugt, das das exzentrische Drehmoment des Lenkrads widerspiegelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Lenkunterstützungsverfahren vorgesehen, das das Berechnen einer Standardabweichung von Fahrerdrehmomenten und das Schätzen einer exzentrischen Masse eines Lenkrads auf der Grundlage der Standardabweichung der Fahrerdrehmomente, das Schätzen eines exzentrischen Drehmoments des Lenkrads auf der Grundlage der exzentrischen Masse des Lenkrads unter Verwendung eines von einem Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels und das Erzeugen eines Lenkmotor-Steuersignals auf der Grundlage eines Fahrerdrehmoments, das das exzentrische Drehmoment des Lenkrads widerspiegelt, und das Steuern des Betriebs eines Lenkmotors durch Steuern einer Lenkmotor-Energieversorgung auf der Grundlage des Lenkmotor-Steuersignals umfasst.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, Drehmomentschätzvorrichtungen vorzusehen, die in der Lage sind, die Lenkabsicht eines Fahrers genau zu schätzen.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, Lenkunterstützungsvorrichtungen vorzusehen, die in der Lage sind, die Lenkabsicht eines Fahrers genau abzuschätzen.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, Lenkunterstützungsverfahren vorzusehen, die in der Lage sind, die Lenkabsicht eines Fahrers genau abzuschätzen.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen, die einbezogen werden, um ein besseres Verstehen der Offenbarung zu ermöglichen, und die in die Offenbarung aufgenommen sind und einen Teil davon bilden, stellen Aspekte der Offenbarung dar und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der Offenbarung zu erläutern. In den Zeichnungen ist bzw. sind:

1 eine Blockdarstellung eines Lenksystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
2 eine funktionelle Blockdarstellung eines Lenksteuermoduls des Lenksystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
3 und 4 Konfigurationen von Lenkvorrichtungen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
5 eine funktionelle Blockdarstellung einer Vorrichtung zum Schätzen des Drehmoments gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
6 eine funktionelle Blockdarstellung eines Lenksteuermoduls des Lenksystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
7 die Modellierung eines Lenkrads, das in einem Lenksystem gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung enthalten ist, dargestellt;
8 ein Beobachter gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung dargestellt;
9 eine Darstellung zur Erläuterung eines exzentrischen Drehmoments des Lenkrads, das in dem Lenksystem gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung enthalten ist;
10 ein Flussdiagramm, das ein Lenkunterstützungsverfahren gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
11 eine Blockdarstellung eines Computersystems für die Drehmomentschätzvorrichtung, eine Lenksteuervorrichtung, eine Lenkungsunterstützungsvorrichtung und das Lenksystem gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung von Beispielen oder Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur Veranschaulichung spezifische Beispiele oder Ausführungsbeispiele gezeigt werden, die umgesetzt werden können, und in denen dieselben Bezugsziffern und -zeichen verwendet werden können, um dieselben oder ähnliche Komponenten zu bezeichnen, auch wenn sie in unterschiedlichen beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Ferner wird in der folgenden Beschreibung von Beispielen oder Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung auf detaillierte Beschreibungen hierin eingebundener bekannter Funktionen und Komponenten verzichtet, wenn festgestellt wird, dass die Beschreibung den Gegenstand einiger Ausführungsbeispielen bzw. - beispiele der vorliegenden Offenbarung eher unklar machen könnte. Die Ausdrücke wie „umfassen“, „aufweisen“, „enthalten“, „bildend“ und „gebildet aus“ und „geformt aus“ die hierin verwendet werden, sollen im Allgemeinen die Hinzufügung anderer Komponenten zulassen, sofern die Ausdrücke nicht mit dem Ausdruck „nur“ verwendet werden. Wie hierin verwendet, sollen Singularformen Pluralformen einschließen, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt.
Ausdrücke wie „erste“, „zweite“, „A“, „B“, „(A)“ oder „(B)“ können hierin verwendet werden, um Elemente der Offenbarung zu beschreiben. Keiner dieser Begriffe wird verwendet, um eine Wichtigkeit, Reihenfolge, Abfolge oder Zahl von Elementen usw. zu definieren, sondern sie werden lediglich verwendet, um das entsprechende Element von anderen Elementen zu unterscheiden.
Wenn erwähnt wird, dass ein erstes Element mit einem zweiten Element „verbunden oder gekoppelt“ ist, dieses „berührt oder überlappt“, sollte dies so interpretiert werden, dass das erste Element mit dem zweiten Element „direkt verbunden oder gekoppelt“ sein kann oder dieses „direkt berühren oder überlappen“ kann, aber auch ein drittes Element „zwischen“ dem ersten und dem zweiten Element „angeordnet“ sein kann, oder dass das erste und das zweite Element über ein viertes Element miteinander „verbunden oder gekoppelt“ sein können, einander „berühren oder überlappen“ können usw. Hier kann das zweite Element mindestens eines von zwei oder mehr Elementen sein, die miteinander „verbunden oder gekoppelt sind“, sich „kontaktieren oder überlappen“ usw.
Wenn auf Zeit bezogene Begriffe, wie etwa „nach“, „danach kommend“, „als nächstes“, „vor“ und dergleichen verwendet werden, um Prozesse oder Betätigungen von Elementen oder Konfigurationen oder Abläufe oder Schritte von Betätigungs-, Verarbeitungs-, Herstellungsverfahren zu beschreiben, können diese Begriffe verwendet werden, um Prozesse oder Betätigungen zu beschreiben, die sich nicht aneinander anschließen oder nicht aufeinander folgen, solange nicht der Begriff „direkt“ oder „unmittelbar“ in Verbindung damit verwendet wird. Wenn numerische Werte für Elemente, die in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung enthalten sind, oder ihre zugehörigen Informationen (z. B. Pegel usw.) beschrieben werden, können die numerischen Werte oder die zugehörigen Informationen so interpretiert werden, dass sie eine Fehlerspanne enthalten, die durch verschiedene Faktoren verursacht werden kann (z. B. Faktoren im Prozess, interne oder externe Einflüsse, Rauschen usw.).
1 ist eine Blockdarstellung eines Lenksystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
Bezugnehmend auf 1 kann das Lenksystem 1 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung mindestens eine Lenkvorrichtung 100 und eine Lenkunterstützungsvorrichtung 200 umfassen. Die Lenkvorrichtung 100 und die Lenkunterstützungsvorrichtung 200 können durch mindestens eine elektrische, magnetische oder mechanische Verbindung miteinander verbunden sein.
In einigen Ausführungsbeispielen können eine oder mehrere Lenkvorrichtungen 100 verwendet werden. 0Die Lenkvorrichtung 100 kann den Lenkwinkel von mindestens einem Fahrzeugrad 150 auf der Grundlage einer auf ein Lenkrad 140 ausgeübten Lenkkraft (z. B. Drehkraft usw.) ändern. Die Lenkvorrichtung 100 kann mindestens einen eingangsseitigen Mechanismus 110, einen ausgangsseitigen Mechanismus 120 und einen Verbindungs-/Trennungsmechanismus 130 umfassen. Der eingangsseitige Mechanismus 110, der ausgangsseitige Mechanismus 120 und der Verbindungs-/Trennungsmechanismus 130 können durch elektrische, magnetische oder mechanische Verbindungen miteinander verbunden sein.
In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere eingangsseitige Mechanismen 110 verwendet werden. Der eingangsseitige Mechanismus 110 kann mit dem Lenkrad 140 verbunden sein. Der eingangsseitige Mechanismus 110 kann sich in einer Drehrichtung des Lenkrads 140 oder in einer der Drehrichtung des Lenkrads 140 entgegengesetzten Richtung drehen. Der eingangsseitige Mechanismus 110 kann eine Lenkwelle umfassen, die mit dem Lenkrad 140 verbunden ist; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. So können beispielsweise alle Mechanismen (oder Vorrichtungen), die sich in der Drehrichtung des Lenkrads oder in einer der Drehrichtung des Lenkrads entgegengesetzten Richtung drehen (oder bewegen) können, in den eingangsseitigen Mechanismus 110 einbezogen sein.
In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere ausgangsseitige Mechanismen 120 verwendet werden. Der ausgangsseitige Mechanismus 120 kann mit dem eingangsseitigen Mechanismus 110 durch mindestens eine elektrische oder mechanische Verbindung verbunden sein. Der ausgangsseitige Mechanismus 120 kann mit dem Fahrzeugrad 150 verbunden sein und einen Lenkwinkel (oder eine Bewegung usw.) des Fahrzeugrads 150 verändern. Der ausgangsseitige Mechanismus 120 kann mindestens eines der folgenden Elemente umfassen: ein Ritzel, eine Zahnstange, eine Spurstange und einen Achsschenkel; Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. So können beispielsweise alle Mechanismen (oder Vorrichtungen), die den Lenkwinkel (oder die Bewegung usw.) des Fahrzeugrads verändern können, in den ausgangsseitigen Mechanismus 120 einbezogen werden.
In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Verbindungs-/Trennungsmechanismen 130 verwendet werden. Der Verbindungs-/Trennungsmechanismus 130 kann mit dem eingangsseitigen Mechanismus 110 und dem ausgangsseitigen Mechanismus 120 verbunden sein. Der Verbindungs-/Trennungsmechanismus 130 kann den eingangsseitigen Mechanismus 110 und den ausgangsseitigen Mechanismus 120 mechanisch oder elektrisch verbinden oder trennen. Der Verbindungs-/Trennungsmechanismus 130 kann eine Kupplung umfassen; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können alle Mechanismen (oder Vorrichtungen), die in der Lage sind, den eingangsseitigen Mechanismus und den ausgangsseitigen Mechanismus mechanisch oder elektrisch zu verbinden oder zu trennen, in den Verbindungs-/Trennungsmechanismus 130 einbezogen werden.
Die Lenkvorrichtung 100 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann eine Art von Lenkvorrichtung umfassen, bei der der eingangsseitige Mechanismus und der ausgangsseitige Mechanismus mechanisch verbunden sind, eine Art von Lenkvorrichtung, bei der der eingangsseitige Mechanismus und der ausgangsseitige Mechanismus elektrisch verbunden sind (z.B. eine Steer-by-Wire (SbW) Lenkvorrichtung), und eine Art von Lenkvorrichtung, bei der der eingangsseitige Mechanismus und der ausgangsseitige Mechanismus über den Verbindungs-/Trennungsmechanismus verbunden sind (z.B. eine Steer-by-Wire (SbW) Lenkvorrichtung mit einer Kupplung).
In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Lenkräder 140 und ein oder mehrere Fahrzeugräder 150 verwendet werden. Das Lenkrad 140 und das Fahrzeugrad 150 können, wie in 1 dargestellt, separat vorgesehen sein; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. So können beispielsweise das Lenkrad 140 und das Fahrzeugrad 150 in die Lenkvorrichtung 100 integriert werden.
In einigen Ausführungsbeispielen können eine oder mehrere Lenkunterstützungsvorrichtungen 200 verwendet werden. Die Lenkunterstützungsvorrichtung 200 kann mit der Lenkvorrichtung 100 verbunden werden. Die Lenkunterstützungsvorrichtung 200 kann eine Lenkunterstützungskraft für die Lenkvorrichtung 100 liefern.
Die Lenkunterstützungsvorrichtung 200 gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann mindestens eines der folgenden Elemente umfassen: eine Eingangsenergieversorgung 210, ein Lenksteuermodul 220, einen Lenkstellantrieb 230 und ein Sensormodul 240. Die Eingangsenergieversorgung 210, das Lenksteuermodul 220, der Lenkstellantrieb 230 und das Sensormodul 240 können durch mindestens eine elektrische, magnetische oder mechanische Verbindung miteinander verbunden sein.
In einigen Ausführungsbeispiele können ein oder mehrere Eingangsenergieversorgungen 210 verwendet werden. Die Eingangsenergieversorgung 210 kann eine Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsversorgung und/oder eine Wechselstrom- bzw. Wechselspannungsversorgung umfassen. Die Gleichstromversorgung kann insbesondere eine Batterie oder ähnliches umfassen; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können alle Energieversorgungen, die Gleichstrom bzw. Gleichspannung liefern können, in die Gleichstromversorgung einbezogen werden.
In einigen Ausführungsbeispielen kann das Sensormodul 240 mindestens einen Sensor enthalten. Der Sensor kann einen Lenkdrehmomentsensor 241, einen Lenkwinkelsensor 242 und/oder einen Positionssensor 243e umfassen; Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Der Sensor kann beispielsweise alle Sensoren umfassen, die in der Lage sind, den Zustand eines Fahrzeugs und den Lenkzustand des Fahrzeugs zu messen.
In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Lenkdrehmomentsensoren 241 verwendet werden. Der Lenkdrehmomentsensor 241 kann ein Lenkdrehmoment des Lenkrads messen und Informationen über das Lenkdrehmoment des Lenkrads an das Lenksteuermodul 220 liefern. In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Lenkwinkelsensoren 242 verwendet werden. Der Lenkwinkelsensor 242 kann einen Lenkwinkel des Lenkrads messen und Informationen über den Lenkwinkel des Lenkrads an das Lenksteuermodul 220 liefern. In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Positionssensoren 243 verwendet werden. Der Positionssensor 243 kann mindestens eine Position des eingangsseitigen Mechanismus, eine Position des ausgangsseitigen Mechanismus und eine Position eines Lenkmotors messen und mindestens eine Information über die Position des eingangsseitigen Mechanismus, eine Information über die Position des ausgangsseitigen Mechanismus und eine Information über die Position des Lenkmotors an das Lenksteuermodul 220 liefern.
Der Lenkdrehmomentsensor 241, der Lenkwinkelsensor 242 und der Positionssensor 243 können, wie in 1 dargestellt, separat vorgesehen sein; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Lenkdrehmomentsensor 241, Lenkwinkelsensor 242 und/oder Positionssensor 243 in mindestens einem der folgenden Mechanismen enthalten sein: dem eingangsseitigen Mechanismus 110, dem ausgangsseitigen Mechanismus 120, dem Verbindungs-/Trennungsmechanismus 130, dem Lenkrad 140, dem Fahrzeugrad 150, der Eingangsenergieversorgung 210, dem Lenksteuermodul 220 und dem Lenkstellantrieb 230 (einem Lenkmotor 231 oder einem Untersetzungsgetriebe 232).
In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Lenksteuermodule 220 verwendet werden. Das Lenksteuermodul 220 kann mit der Eingangsenergieversorgung 210 verbunden sein. Das Lenksteuermodul 220 kann elektrische Energie von der Eingangsenergieversorgung 210 empfangen und das Rauschen der elektrischen Energie filtern.
Das Lenksteuermodul 220 kann ein Steuersignal für den Lenkmotor auf der Grundlage von Informationen (z. B. Informationen über das Lenkdrehmoment, den Lenkwinkel, die Position oder die Fahrzeuggeschwindigkeit) erzeugen, die von jeder Komponente des Lenksystems 1 geliefert werden.
Das Lenksteuermodul 220 kann aus der gefilterten elektrischen Energie entsprechend dem Steuersignal des Lenkmotors eine Unterstützungslenkkraft erzeugen und den Lenkstellantrieb 230 (oder den Lenkmotor 231) auf der Grundlage der Unterstützungslenkkraft steuern.
In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Lenkstellantriebe 230 verwendet werden. Der Lenkstellantrieb 230 kann mit dem Lenksteuermodul 220 verbunden sein. Der Lenkstellantrieb 230 kann die Lenkung der Lenkvorrichtung 100 unterstützen, indem er auf der Grundlage der vom Lenksteuermodul 220 gelieferten Unterstützungslenkkraft arbeitet.
Der Lenkstellantrieb 230 kann mindestens einen Lenkmotor 231 und ein Untersetzungsgetriebe 232 umfassen. In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Lenkmotoren 231 und ein oder mehrere Untersetzungsgetriebe 232 verwendet werden. Der Lenkmotor 231 und/oder das Untersetzungsgetriebe 232 können mit dem Lenksteuermodul 220 verbunden sein.
In einem Fall, in dem der Lenkstellantrieb 230 den Lenkmotor 231 umfasst, kann der Lenkmotor 231 die Lenkung der Lenkvorrichtung 100 unterstützen, indem er auf der Grundlage der vom Lenksteuermodul 220 gelieferten Unterstützungslenkkraft arbeitet.
In einem Fall, in dem der Lenkstellantrieb 230 den Lenkmotor 231 und das Untersetzungsgetriebe 232 umfasst, kann der Lenkmotor 231 auf der Grundlage der vom Lenksteuermodul 220 gelieferten Unterstützungslenkkraft arbeiten, und das Untersetzungsgetriebe 232 kann die Lenkung der Lenkvorrichtung 100 unterstützen, indem es entsprechend der Funktionsweise des Lenkmotors 231 arbeitet.
Der Lenkmotor 231 kann einen Lenkmotor mit einer einzigen Wicklung und/oder einen Lenkmotor mit zwei Wicklungen umfassen; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Als Lenkmotor 231 kann beispielsweise jeder Motor verwendet werden, der die Lenkung der Lenkvorrichtung unterstützen kann.
Der Lenkmotor 231 kann einen einphasigen Motor, einen dreiphasigen Motor und/oder einen fünfphasigen Motor umfassen; Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Als Lenkmotor 231 kann beispielsweise jeder Motor verwendet werden, der die Lenkung der Lenkvorrichtung unterstützen kann.
Der Lenkmotor 231 kann mindestens einen Gleichstrommotor oder einen Wechselstrommotor (z. B. einen Synchronmotor, einen Induktionsmotor und/oder dergleichen) umfassen; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Als Lenkmotor 231 kann beispielsweise jeder Motor verwendet werden, der die Lenkung der Lenkvorrichtung unterstützen kann.
2 ist eine funktionelle Blockdarstellung eines Lenksteuermoduls des Lenksystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
Bezugnehmend auf 2 kann das Lenksteuermodul 220 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung mindestens ein Filter 10, eine Energieversorgung 20 des Lenkmotors, einen Sensor 30, eine Kommunikationsvorrichtung 40, eine Steuereinheit 50, einen Steuereinheit-Monitor 60, einen Betriebsenergiewandler 70 und eine Energiepfad-Steuereinheit 80 umfassen. Das Filter 10, die Energieversorgung des Lenkmotors 20, der Sensor 30, die Kommunikationsvorrichtung 40, die Steuereinheit 50, der Monitor 60 der Steuereinheit, der Betriebsenergiewandler 70 und der Energiepfad-Steuereinheit 80 können durch mindestens eine elektrische, magnetische oder mechanische Verbindung verbunden sein.
In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Filter 10 verwendet werden. Das Filter 10 kann an die Eingangsenergieversorgung angeschlossen sein. Das Filter 10 kann das Rauschen der von der Eingangsenergieversorgung gelieferten elektrischen Energie filtern und die aus der Filterung resultierende elektrische Energie an die Energieversorgung 20 des Lenkmotors und den Betriebsenergiewandler 70 liefern.
In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Energieversorgungen 20 des Lenkmotors verwendet werden. Die Energieversorgung des Lenkmotors 20 kann mit dem Filter 10 verbunden sein und die gefilterte elektrische Energie aufnehmen. Die Energieversorgung des Lenkmotors 20 kann mit der Steuereinheit 50 verbunden sein und ein Steuersignal für den Lenkmotor empfangen. Die Energieversorgung 20 des Lenkmotors kann eine Unterstützungslenkkraft erzeugen, indem sie die gefilterte elektrische Energie auf der Grundlage des Steuersignals für den Lenkmotor umwandelt, und den Lenkmotor auf der Grundlage der Unterstützungslenkkraft steuern.
Die Energieversorgung für den Lenkmotor 20 kann mindestens einen Schaltelementtreiber 21 und einen Wechselrichter 22 umfassen. In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Schaltelementtreiber 21 und ein oder mehrere Wechselrichter 22 verwendet werden. Der Schaltelementtreiber 21 und der Wechselrichter 22 können durch mindestens eine elektrische, magnetische oder mechanische Verbindung miteinander verbunden sein.
Der Schaltelementtreiber 21 kann ein Steuersignal für den Lenkmotor von der Steuereinheit 50 empfangen und ein Steuersignal für das Schaltelement auf der Grundlage des Steuersignals für den Lenkmotor erzeugen und das erzeugte Signal an den Wechselrichter 22 weiterleiten. Der Wechselrichter 22 kann eine Unterstützungslenkkraft erzeugen, indem er die gefilterte elektrische Energie des Filters entsprechend dem Steuersignal des Schaltelements umwandelt.
Der Wechselrichter 22 kann einen Schalter, einen Transistor und/oder Ähnliches enthalten; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Der Wechselrichter 22 kann beispielsweise beliebige Elemente (oder Vorrichtungen) enthalten, die in der Lage sind, durch Umwandlung der elektrischen Energie entsprechend dem Steuersignal des Schaltelements eine Unterstützungslenkkraft zu erzeugen,
Wenn der Wechselrichter 22 einen Feldeffekttransistor (FET) enthält, kann der Schaltelementtreiber 21 ein Gate-Treiber sein. So kann der Gate-Treiber ein Steuersignal für den Lenkmotor von der Steuereinheit 50 empfangen, ein Gate-Steuersignal auf der Grundlage des Steuersignals für den Lenkmotor erzeugen und das erzeugte Signal an den Wechselrichter 22 liefern. Der Wechselrichter 22 kann eine Unterstützungslenkkraft erzeugen, indem er die gefilterte elektrische Energie vom Filter entsprechend dem Gate-Steuersignal umwandelt.
In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Energiepfad-Steuereinheiten 80 verwendet werden. Die Energiepfad-Steuereinheit 80 kann zwischen der Energieversorgung 20 des Lenkmotors (oder dem Wechselrichter 22) und dem Lenkstellantrieb 230 (oder dem Lenkmotor 231) angeordnet sein und kann die von der Energieversorgung 20 des Lenkmotors (oder dem Wechselrichter 22) gelieferte Unterstützungslenkkraft dem Lenkstellantrieb 230 (oder dem Lenkmotor 231) zuführen oder die Zufuhr der Unterstützungslenkkraft zu dem Lenkstellantrieb 230 (oder dem Lenkmotor 231) blockieren.
Die Energiepfad-Steuereinheit 80 kann mindestens eine Phasentrennvorrichtung (PCO) aufweisen. Die Phasentrennvorrichtung ist das Element oder die Schaltung, das/die in der Lage ist, eine Phase abzuschalten, und kann mindestens einen Schalter, einen Leistungsschalter, einen Trennschalter, eine Ein-Aus Steuerung und einen Transistor umfassen; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die Phasentrennvorrichtung kann zum Beispiel alle Elemente oder Schaltkreise umfassen, die eine Phase abschalten können.
Der Sensor 30 kann mindestens einen Temperatursensor 31, einen Stromsensor 32 und einen Motorpositionssensor 33 umfassen; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Der Sensor 30 kann z. B. alle Sensoren umfassen, die in der Lage sind, den Zustand des Lenksystems (oder des Lenksteuermoduls) zu messen. In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Energietemperatursensoren 31, ein oder mehrere Stromsensoren 32 und ein oder mehrere Motorpositionssensoren 33 verwendet werden. Der Temperatursensor 31, der Stromsensor 32 und der Motorpositionssensor 33 können durch mindestens eine elektrische, magnetische oder mechanische Verbindung miteinander verbunden sein.
Der Temperatursensor 31 kann die Temperatur des Lenksteuermoduls 220 messen und Informationen über die gemessene Temperatur an die Steuereinheit 50 weitergeben. Der Stromsensor 32 kann einen Hilfsstrom (oder eine Unterstützungslenkkraft) messen, der von der Energieversorgung des Lenkmotors 20 an den Lenkstellantrieb 230 (oder den Lenkmotor 231) geliefert wird, und Informationen über den gemessenen Hilfsstrom an die Steuereinheit 50 liefern. Außerdem kann der Motorpositionssensor 33 eine Position des Lenkmotors messen und Informationen über die Position des Lenkmotors an die Steuereinheit 50 liefern. Wie oben beschrieben, kann der Motorpositionssensor 33 in das Lenksteuermodul 220 integriert sein; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Der Motorpositionssensor 33 kann beispielsweise getrennt vom Lenksteuermodul 220 vorgesehen sein.
In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen 40 verwendet werden. Die Kommunikationsvorrichtung 40 kann mindestens eine interne und eine externe Kommunikationsvorrichtung umfassen. Wenn mehrere Lenksteuermodule verwendet werden, können die jeweiligen internen Kommunikationsvorrichtungen in den Lenksteuermodulen miteinander verbunden sein und Informationen empfangen oder weitergeben. Wenn eine externe Kommunikationsvorrichtung mit einem Fahrzeug verbunden ist, können Informationen über den Fahrzeugstatus (z. B. Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit usw.) vom Fahrzeug über die externe Kommunikationsvorrichtung abgerufen werden, oder es können Informationen über das Lenksystem an das Fahrzeug übermittelt werden. Diese internen und/oder externen Kommunikationsvorrichtungen können durch mindestens eine elektrische, magnetische oder mechanische Verbindung miteinander verbunden werden.
In einigen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Steuereinheiten 50 verwendet werden. Die Steuereinheit 50 kann mit jeder Komponente des Lenksteuermoduls 220 verbunden sein, um Informationen zu liefern oder zu empfangen und den Betrieb jeder Komponente des Lenksteuermoduls 220 auf der Grundlage der Informationen zu steuern.
Beispielsweise kann die Steuereinheit 50 auf der Grundlage von mindestens einer der Informationen des Lenkdrehmoments des Lenkrads, Lenkwinkelinformationen des Lenkrads, Temperaturinformationen, Hilfsstrominformationen, Positionsinformationen (z. B. Positionsinformationen des eingangsseitigen Mechanismus, Positionsinformationen des ausgangsseitigen Mechanismus und Positionsinformationen des Lenkmotors usw.), Fahrzeugstatusinformationen (z. B. Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen), Informationen über den Zustand der Eingangsenergie, Kurzschluss- (oder Überstrom-) Statusinformationen, Stromerfassungsinformationen des Filters und Informationen über den Zustand des Lenkmotors ein Lenkmotorsteuersignal erzeugen und das erzeugte Signal an die Energieversorgung 20 des Lenkmotors (oder den Schaltelementtreiber 21) liefern, oder ein Trenn-/Verbindungssteuersignal (z. B. ein Kupplungssteuersignal) erzeugen und das erzeugte Signal an den Verbindungs-/Trennmechanismus liefern.
Die Steuereinheit 50 kann einen Mikrocontroller enthalten; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die Steuereinheit 50 kann beispielsweise alle Arten von Vorrichtungen (oder Computern) umfassen, die in der Lage sind, Programme zu verarbeiten (oder auszuführen und zu berechnen).
Der Steuereinheit-Monitor 60 kann mit dem Steuereinheit 50 verbunden sein. Der Steuereinheit-Monitor 60 kann einen Betriebszustand der Steuereinheit 50 überwachen. Beispielsweise kann die Steuereinheit 50 ein Watchdog-Signal an den Steuereinheit-Monitor 60 liefern. Basierend auf dem von der Steuereinheit 50 gelieferten Watchdog-Signal kann der Steuereinheit-Monitor 60 gelöscht werden oder ein Reset-Signal erzeugen und das erzeugte Signal an die Steuereinheit 50 weiterleiten.
Der Steuereinheit-Monitor 60 kann einen Watchdog enthalten; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Der Steuereinheit-Monitor 60 kann beispielsweise alle Vorrichtungen umfassen, die die Steuereinheit überwachen können. Der Watchdog kann insbesondere einen Fenster-Watchdog mit einer Frist, d. h. mit einem Anfang und einem Ende, umfassen.
Der Betriebsenergiewandler 70 kann mit dem Filter 10 verbunden sein. Der Betriebsenergiewandler 70 kann durch Umwandlung der gefilterten elektrischen Energie des Filters 10 eine Betriebsspannung für jede Komponente des Lenksteuermoduls 220 erzeugen. Der Betriebsenergiewandler 70 kann mindestens einen Gleichspannungs(DC/DC)wandler oder einen Regler umfassen; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Der Betriebsenergiewandler 70 kann beispielsweise beliebige Vorrichtungen umfassen, die in der Lage sind, durch Umwandlung der gefilterten elektrischen Energie des Filters 10 eine Betriebsspannung für jede Komponente des Lenksteuermoduls 220 und/oder für eine oder mehrere Komponenten außerhalb des Lenksteuermoduls 220 zu erzeugen.
Das Lenksteuermodul 220 kann ein elektronisches Steuereinheit (ECU) enthalten; Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Das Lenksteuermodul 220 kann beispielsweise alle Vorrichtungen (oder Module, Systeme usw.) umfassen, die elektronisch gesteuert werden können.
3 und 4 stellen Konfigurationen von Lenkvorrichtungen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung dar.
Bezugnehmend auf 3 kann die Lenkvorrichtung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung einen eingangsseitigen Mechanismus 110, der mit dem Lenkrad 140 verbunden ist, und einen ausgangsseitigen Mechanismus 120, der mechanisch mit dem eingangsseitigen Mechanismus 110 und mit dem Fahrzeugrad 150 verbunden ist, und dergleichen umfassen.
Der eingangsseitige Mechanismus 110 kann sich in einer Drehrichtung des Lenkrads 140 oder in einer der Drehrichtung des Lenkrads 140 entgegengesetzten Richtung drehen und umfasst die mit dem Lenkrad 140 verbundene Lenkwelle 111 und ähnliches.
Der ausgangsseitige Mechanismus 120 kann einen Lenkwinkel (oder eine Bewegung usw.) des Fahrzeugrads 150 verändern und umfasst mindestens ein Kardangelenk 121, ein Ritzel 122, eine Zahnstange 123, eine Spurstange 124 und einen Achsschenkel 125 usw.
Der Lenkstellantrieb 230 kann an einem der beiden Mechanismen, dem eingangsseitigen Mechanismus 110 oder dem ausgangsseitigen Mechanismus 120, angebracht sein und diesen unterstützen. Wenn beispielsweise der Lenkstellantrieb 230 an einer Lenkwelle 111 des eingangsseitigen Mechanismus 110 angeordnet ist, kann das Lenksystem gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung ein C-EPS-Typ sein, und wenn der Lenkstellantrieb 230 am ausgangsseitigen Mechanismus 120 angeordnet ist, kann das Lenksystem gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung ein R-EPS-Typ sein. Wenn außerdem der Lenkstellantrieb 230 auf dem Ritzel 122 des ausgangsseitigen Mechanismus 120 angeordnet ist, kann das Lenksystem gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ein P-EPS-Typ sein.
Bezugnehmend auf 4 kann die Lenkvorrichtung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung einen eingangsseitigen Mechanismus 110, der mit dem Lenkrad 140 verbunden ist, und einen ausgangsseitigen Mechanismus 120, der mechanisch von dem eingangsseitigen Mechanismus 110 getrennt und mit dem Fahrzeugrad 150 verbunden ist, und dergleichen umfassen. Das heißt, die Lenkvorrichtung 100 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann eine Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung (SbW) sein.
Der eingangsseitige Mechanismus 110 kann sich in einer Drehrichtung des Lenkrads 140 oder in einer der Drehrichtung des Lenkrads 140 entgegengesetzten Richtung drehen und umfasst die mit dem Lenkrad 140 verbundene Lenkwelle 111 und ähnliches.
Der ausgangsseitige Mechanismus 120 kann einen Lenkwinkel (oder eine Bewegung usw.) des Fahrzeugrads 150 verändern und umfasst mindestens ein Ritzel 122, eine Zahnstange 123, eine Spurstange 124 und einen Achsschenkel 125 usw.
Die Lenkunterstützungsvorrichtung 200 kann eine eingangsseitige Lenkunterstützungsvorrichtung zur Unterstützung des eingangsseitigen Mechanismus 110 und eine ausgangsseitige Lenkunterstützungsvorrichtung zur Unterstützung des ausgangsseitigen Mechanismus 120 umfassen. Ferner können der eingangsseitige Mechanismus 110 und die eingangsseitige Lenkunterstützungsvorrichtung als Lenkungsrückkopplung-Stellantrieb (SFA) bezeichnet werden, und der ausgangsseitige Mechanismus 120 und die ausgangsseitige Lenkunterstützungsvorrichtung können als Straßenradstellantrieb (RWA) bezeichnet werden.
5 ist eine funktionelle Blockdarstellung einer Vorrichtung zum Schätzen des Drehmoments gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
Bezugnehmend auf 5 kann die Drehmomentschätzvorrichtung 300 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung mindestens eine erste Schätzeinheit 310, eine zweite Schätzeinheit 320, eine Aktualisierungseinheit 330 und eine dritte Schätzeinheit 340 umfassen. In einigen Ausführungsbeispielen können eine oder mehrere erste Schätzeinheiten 310, eine oder mehrere zweite Schätzeinheiten 320, eine oder mehrere Aktualisierungseinheiten 330 und eine oder mehrere dritte Schätzeinheiten 340 verwendet werden. Die erste Schätzeinheit 310, die zweite Schätzeinheit 320, die Aktualisierungseinheit 330 und die dritte Schätzeinheit 340 können durch elektrische, magnetische oder mechanische Verbindungen miteinander verbunden sein.
Beispielsweise kann die Drehmomentschätzvorrichtung 300 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung die erste Schätzeinheit 310 zum Schätzen einer exzentrischen Masse des Lenkrads und eine zweite Schätzeinheit 320 zum Schätzen eines exzentrischen Drehmoments des Lenkrads umfassen.
Insbesondere kann die erste Schätzeinheit 310 eine exzentrische Masse des Lenkrads auf der Grundlage eines von einem Fahrer gelieferten Drehmoments („Fahrerdrehmoment“) schätzen.
In diesem Fall kann sich das Fahrerdrehmoment auf eine Kraft beziehen, die der Fahrer auf das Lenkrad ausübt, wenn er das Lenkrad betätigt, und ein wesentliches Drehmoment sein, das die Lenkabsicht des Fahrers wiedergibt.
Insbesondere kann die erste Schätzeinheit 310 eine exzentrische Masse des Lenkrads auf der Grundlage des Fahrerdrehmoments durch einen maschinellen Lernalgorithmus schätzen.
Die erste Schätzeinheit 310 kann zum Beispiel eine Standardabweichung der Fahrerdrehmomente berechnen und eine exzentrische Masse des Lenkrads auf der Grundlage der Standardabweichung der Fahrerdrehmomente schätzen.
In diesem Fall kann die erste Schätzeinheit 310 die Standardabweichung der Fahrerdrehmomente berechnen, beispielsweise auf der Grundlage von Werten von Fahrerdrehmomenten und einem Mittelwert der Fahrerdrehmomentwerte.
Beispielsweise kann die erste Schätzeinheit 310 jede Abweichung der Fahrerdrehmomente anhand der Werte der Fahrerdrehmomente und eines Mittelwerts der Fahrerdrehmomentwerte berechnen und die Standardabweichung der Fahrerdrehmomente auf der Grundlage jeder Abweichung der Fahrerdrehmomente berechnen.
Das heißt, die erste Schätzeinheit 310 kann jede Abweichung der Fahrerdrehmomente berechnen, indem er einen Mittelwert der Fahrerdrehmomente von jedem Wert der Fahrerdrehmomente subtrahiert, und dann die Standardabweichung der Fahrerdrehmomente berechnen, indem die Quadratwurzel aus einem Mittelwert jedes Wertes gezogen wird, der sich aus der Quadrierung jeder Abweichung der Fahrerdrehmomente ergibt.
Der erste Schätzeinheit 310 kann eine exzentrische Masse des Lenkrads basierend auf einem aktuellen Standardabweichungswert und einem vorherigen Standardabweichungswert für die Fahrerdrehmomente schätzen.
Zum Beispiel kann die erste Schätzeinheit 310 die exzentrische Masse des Lenkrads schätzen, indem ein Differenzwert zwischen dem aktuellen Standardabweichungswert und dem vorherigen Standardabweichungswert für die Fahrerdrehmomente, ein Verstärkungswert für die exzentrische Masse des Lenkrads und ein aktueller Wert für die exzentrische Masse des Lenkrads multipliziert werden.
Der zweite Schätzeinheit 320 kann ein exzentrisches Drehmoment des Lenkrads auf der Grundlage der exzentrischen Masse des Lenkrads unter Verwendung eines vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels schätzen.
Beispielsweise kann die zweite Schätzeinheit 320 das exzentrische Drehmoment des Lenkrads, das durch die auf die exzentrische Masse des Lenkrads wirkende Schwerkraft verursacht wird, anhand des vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels schätzen.
Insbesondere kann die zweite Schätzeinheit 320 das exzentrische Drehmoment des Lenkrads schätzen, indem die exzentrische Masse des Lenkrads, die auf die exzentrische Masse des Lenkrads wirkende Schwerkraft, ein Abstand zwischen dem Drehzentrum des Lenkrads und dem Massenzentrum des Lenkrads und der vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkel mit einer Sinusbeispiel verwendet (z. B. multipliziert) werden.
Die Aktualisierungseinheit 330 kann die exzentrische Masse des Lenkrads aktualisieren. Die Aktualisierungseinheit 330 kann die aktualisierte exzentrische Masse des Lenkrads in einem Speicher ablegen.
Beispielsweise kann die Aktualisierungseinheit 330 die exzentrische Masse des Lenkrads mit Hilfe des Algorithmus für maschinelles Lernen bestimmen und aktualisieren. Insbesondere kann der Algorithmus für maschinelles Lernen eine Standardabweichung der Fahrerdrehmomente berechnen und eine exzentrische Masse des Lenkrads auf der Grundlage der Standardabweichung der Fahrerdrehmomente schätzen. Hier kann der Algorithmus für maschinelles Lernen mit typischen Algorithmen wie Deep Learning, Support Vector Machine (SVM), neuronalen Netzen und dergleichen implementiert werden, und es kann gelernt werden, eine exzentrische Masse des Lenkrads zu aktualisieren. Infolgedessen kann die Aktualisierungseinheit 330 ein exzentrisches Drehmoment des Lenkrads auf der Grundlage der aktualisierten exzentrischen Masse des Lenkrads unter Verwendung eines vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels schätzen.
Die dritte Schätzeinheit 340 kann einen Lenkwinkel des Lenkrads, eine Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und ein Fahrerdrehmoment auf der Grundlage eines vom Lenkdrehmomentsensor erfassten Lenkdrehmoments, eines vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels und eines exzentrischen Drehmoments des Lenkrads schätzen.
Beispielsweise kann die dritte Schätzeinheit 340 den Lenkwinkel des Lenkrads, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und das Fahrerdrehmoment als Zustandsvariablen bestimmen, eine Zustandsgleichung für das Lenkrad auf der Grundlage der Zustandsvariablen, des Lenkdrehmoments vom Lenkdrehmomentsensor, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads berechnen und die Zustandsvariablen (den Lenkwinkel des Lenkrads, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und das Fahrerdrehmoment) auf der Grundlage der Zustandsgleichung für das Lenkrad, der ersten bis dritten Proportionalverstärkungen, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des geschätzten Lenkwinkels des Lenkrads schätzen.
Die Aktualisierungseinheit 330 kann die erste bis dritte Proportionalverstärkung aktualisieren. So kann die dritte Schätzeinheit 340 den Lenkwinkel des Lenkrads, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und das Fahrerdrehmoment als Zustandsvariablen bestimmen, die Zustandsgleichung für das Lenkrad auf der Grundlage der Zustandsvariablen, des Lenkdrehmoments vom Lenkdrehmomentsensor, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads berechnen und die Zustandsvariablen (den Lenkwinkel des Lenkrads, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und das Fahrerdrehmoment) auf der Grundlage der Zustandsgleichung für das Lenkrad, der aktualisierten ersten bis dritten Proportionalverstärkungen, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des geschätzten Lenkwinkels des Lenkrads schätzen.
Die Aktualisierungseinheit 330 kann die erste bis dritte Proportionalverstärkung durch einen Kalman-Filter bestimmen und aktualisieren.
6 ist eine funktionelle Blockdarstellung eines Lenksteuermoduls des Lenksystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 6 dargestellt, kann das Lenksteuermodul 220 des Lenksystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ein Steuereinheit 50 umfassen. Die Steuereinheit 50 kann mindestens eine erste Schätzeinheit 51, eine zweite Schätzeinheit 52, eine Aktualisierungseinheit 53, eine dritte Schätzeinheit 54 und einen Steuersignalgenerator 55 umfassen. In einigen Ausführungsbeispielen können eine oder mehrere erste Schätzeinheiten 51, eine oder mehrere zweite Schätzeinheiten 52, eine oder mehrere Aktualisierungseinheiten 53, eine oder mehrere dritte Schätzeinheiten 54 und ein oder mehrere Steuersignalgeneratoren 55 verwendet werden. Die erste Schätzeinheit 51, die zweite Schätzeinheit 52, die Aktualisierungseinheit 3, die dritte Schätzeinheit 55 und der Steuersignalgenerator 55 können durch elektrische, magnetische oder mechanische Verbindungen miteinander verbunden sein.
Die erste Schätzeinheit 51, die zweite Schätzeinheit 52, die Aktualisierungseinheit 53 und die dritte Schätzeinheit 54 der Steuereinheit 50, wie in 6 dargestellt, können jeweils der ersten Schätzeinheit 310, der zweiten Schätzeinheit 320, der Aktualisierungseinheit 330 und der dritten Schätzeinheit 340 der oben unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Drehmomentschätzvorrichtung 300 entsprechen (z. B. im Wesentlichen gleich sein und im Wesentlichen gleiche Funktionen ausführen).
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 kann das Lenksystem gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung die Lenkvorrichtung 100 mit dem eingangsseitigen Mechanismus 110, der mit dem Lenkrad 140 verbunden ist, und dem ausgangsseitigen Mechanismus 120, der mit dem Fahrzeugrad 150 verbunden ist, sowie die Lenkunterstützungsvorrichtung 200 zur Unterstützung des eingangsseitigen Mechanismus 110 und/oder des ausgangsseitigen Mechanismus 120 umfassen.
Die Lenkunterstützungsvorrichtung 200 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann das Sensormodul 240, das mindestens einen Lenkwinkelsensor 242 zum Erfassen eines Lenkwinkels und den Lenkdrehmomentsensor 241 zum Erfassen eines Lenkdrehmoments enthält, und das Lenksteuermodul 220 zum Steuern des Betriebs des Lenkmotors 231 durch Steuern der Energieversorgung 20 des Lenkmotors auf der Grundlage eines Lenkmotorsteuersignals umfassen. In diesem Fall kann das Lenksteuermodul 220 eine exzentrische Masse des Lenkrads auf der Grundlage des Fahrerdrehmoments schätzen, ein exzentrisches Drehmoment des Lenkrads auf der Grundlage der exzentrischen Masse des Lenkrads unter Verwendung des vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels schätzen und das Lenkmotorsteuersignal auf der Grundlage eines Fahrerdrehmoments erzeugen, das das exzentrische Drehmoment des Lenkrads widerspiegelt.
Insbesondere kann das Lenksteuermodul 220 die erste Schätzeinheit 51 zum Schätzen einer exzentrischen Masse des Lenkrads auf der Grundlage des Fahrerdrehmoments, die zweite Schätzeinheit 52 zum Schätzen eines exzentrischen Drehmoments des Lenkrads auf der Grundlage der exzentrischen Masse des Lenkrads unter Verwendung eines vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels und den Steuersignalgenerator 55 zum Erzeugen eines Steuersignals für den Lenkmotor auf der Grundlage des Lenkwinkels des Lenkrads, einer Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und/oder des Fahrerdrehmoments umfassen.
Der Steuersignalgenerator 55 kann das Steuersignal für den Lenkmotor auf der Grundlage eines Fahrerdrehmoments erzeugen, in das das exzentrische Drehmoment des Lenkrads einfließt.
Da die erste Schätzeinheit 51, die zweite Schätzeinheit 52, die Aktualisierungseinheit 53 und die dritte Schätzeinheit 54, die in dem in 6 dargestellten Lenksteuermodul 220 enthalten sind, jeweils im Wesentlichen der ersten Schätzeinheit 310, der zweiten Schätzeinheit 320, der Aktualisierungseinheit 330 und der dritten Schätzeinheit 340 der oben unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Drehmomentschätzvorrichtung entsprechen können, wird aus Gründen der Einfachheit und Kürze der Beschreibung auf eine wiederholte Erörterung dieser Komponenten verzichtet.
Wie oben beschrieben, kann das Lenksteuermodul 220 entsprechende Funktionen unter Verwendung der ersten Schätzeinheit 51, der zweiten Schätzeinheit 52, der Aktualisierungseinheit 53, der dritten Schätzeinheit 54 und des Steuersignalgenerators 55 ausführen; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können solche Funktionen integral durch eine einzige Vorrichtung, beispielweise die Steuereinheit 50, ausgeführt werden.
7 zeigt die Modellierung des Lenkrads, das im Lenksystem gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung enthalten ist.
Wie in 7 dargestellt, können der Lenkdrehmomentsensor 241 und der Lenkwinkelsensor 242 am Lenkrad 140 angebracht sein. Der Lenkdrehmomentsensor 241 und der Lenkwinkelsensor 242 können einzeln vorgesehen sein; die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Der Lenkdrehmomentsensor 241 und der Lenkwinkelsensor 242 können beispielsweise in Form eines integrierten Drehmomentwinkelsensors (TAS) vorgesehen sein.
Der Lenkdrehmomentsensor 241 kann ein Lenkdrehmoment erfassen. Insbesondere kann das Lenkdrehmoment gleich einem Torsionsstabmoment sein.
Der Lenkwinkelsensor 242 kann einen Lenkwinkel erfassen.

Derweil können die Parameter und Variablen für das Lenksystem wie in Tabelle 1 dargestellt werden. [Tabelle 1]

Parameter
Kategorie	Symbol	Beschreibung	Einheit
Lenkrad	J_sw	Trägheit	kg·m²
Lenkrad	Bsw	Dämpfungskoeffizient	N·m·s/rad
Zustände und Eingangsvariable
Kategorie	Symbol	Beschreibung	Einheit
Lenkrad	τ_drv	Fahrerdrehmoment (unbekannt)	N·m
Lenkrad	τ_t	Drehmoment des Torsionsstab-Drehmoments (gemessen)	N·m
Exzentrizität	τ_e	Exzentrisches Drehmoment	N·m
	m	Exzentrische Masse	Kg
	g	Gravitationsbeschleunigung	m/s²
	R	Radius des Lenkrads

In der Lenkungsdynamik kann hier eine Eingabe des Lenksystems ein Torsionsstabmoment und ein Ausgabe des Lenksystems ein Lenkwinkel sein.
Eine Zustandsgleichung für das Lenkrad, d. h. die erweiterte Zustandsgleichung reduzierter Ordnung für das Lenkrad, kann durch Gleichung 1 ausgedrückt werden. Das heißt, der Lenkwinkel des Lenkrads, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und das Fahrerdrehmoment werden als Zustandsvariablen bestimmt, und die Zustandsgleichung des Lenkrads kann auf der Grundlage der Zustandsvariablen, eines vom Lenkdrehmomentsensor erfassten Torsionsstabmoments, eines vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels und eines Exzentermoments des Lenkrads berechnet werden. $\begin{array}{l} \begin{array}{l} z_{a =} A_{n e w} z_{a} + B_{n e w} (τ_{t} + τ_{e}) + B_{w} {\dot{τ}}_{d r v} \\ y = C_{n e w} z_{a} \\ z_{a} = {[τ_{d r v} θ_{s w} ω_{s w}]}^{T} \end{array} \\ A_{n e w} = [\begin{matrix} 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ \frac{1}{J_{s w}} & 0 & - \frac{B_{s w}}{J_{s w}} \end{matrix}] \cdot B_{n e w} = [\begin{matrix} 0 \\ 0 \\ - \frac{1}{J_{s w}} \end{matrix}], B_{w} = [\begin{matrix} 1 \\ 0 \\ 0 \end{matrix}], C_{n e w} = [0 1 0] \end{array}$
8 zeigt einen Beobachter gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf 8 kann die Vorrichtung 300 zur Schätzung des Drehmoments gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung als Beobachter von Vollständigkeit & Störung (full-states & disturbance observer) bezeichnet werden.
Bezugnehmend auf Block S3 der 8 können in Block S3 ein Fahrerdrehmoment, ein Lenkwinkel des Lenkrads und eine Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads auf der Grundlage eines vom Lenkdrehmomentsensor 241 erfassten Torsionsstabmoments und eines vom Lenkwinkelsensor 242 erfassten Lenkwinkels sowie eines exzentrischen Drehmoments des Lenkrads in Block S2 geschätzt werden.
Das heißt, in Block S3 können die Zustandsvariablen (das Fahrerdrehmoment, der Lenkwinkel des Lenkrads und die Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads) auf der Grundlage der in 7 berechneten Zustandsgleichung für das Lenkrad, der ersten bis dritten Proportionalverstärkungen (11 bis 13), des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des geschätzten Lenkwinkels des Lenkrads geschätzt werden.
Der Zustandsvariablenbeobachter in Block S3 kann durch Gleichung 2 ausgedrückt werden. $\begin{array}{l} {\dot{\hat{z}}}_{a} = A_{n e w} {\hat{z}}_{a} + B_{n e w} (τ_{t} + τ_{e}) + L (y - \hat{y}) \\ w o b e i L = [\begin{matrix} l_{1} \\ l_{2} \\ l_{3} \end{matrix}] die Verstarkung des Kalman - Filters ist . \end{array}$
Bezugnehmend auf Block S4 kann eine exzentrische Masse des Lenkrads auf der Grundlage des Algorithmus für maschinelles Lernen geschätzt werden.
Als erstes kann der maschinelle Lernalgorithmus für das Lernen der exzentrischen Masse des Lenkrads die folgenden Voraussetzungen erfordern.

① Kein Lastzustand (Es ist sicherzustellen, dass das Lenkrad frei ist.)
② Erregendes Drehmoment als Sinus-Sweep-Signal

Außerdem kann der Algorithmus für das maschinelle Lernen der exzentrischen Masse des Lenkrads eine Standardabweichung der Fahrerdrehmomente berechnen und die exzentrische Masse des Lenkrads auf der Grundlage der Standardabweichung der Fahrerdrehmomente schätzen.
Eine Gleichung zur Berechnung der Standardabweichung der Antriebsdrehmomente kann wie folgt ausgedrückt werden: Gleichung 3. $\begin{array}{l} {\hat{τ}}_{d r v} \approx (m - {\hat{m}}_{o l d}) g R s i n (θ_{s w}) \\ σ = \sqrt{E ({({\hat{τ}}_{d r v} - E ({\hat{τ}}_{d r v}))}^{2})} \end{array}$
wobei E der Mittelwert und σ die Standardabweichung ist.
Eine Gleichung zur Schätzung der exzentrischen Masse des Lenkrads auf der Grundlage der Standardabweichung der Fahrerdrehmomente kann wie folgt ausgedrückt werden: Gleichung 4. ${\hat{m}}_{n e w} = {\hat{m}}_{n o w} K_{s t e p} (σ_{n o w} - σ_{o l d})$
wobei K_step der Aktualisierungsgewinn des maschinellen Lernens ist.
In Block S1 können die Verstärkungen der Schätzeinheit, d. h. die ersten bis dritten Proportionalverstärkungen, und die exzentrische Masse des Lenkrads aktualisiert werden.
Insbesondere können die Verstärkungen der Schätzeinheit, d. h. die erste bis dritte Proportionalverstärkung, durch einen Kalman-Filter bestimmt werden. Die Gleichung des Kalman-Filters kann als Gleichung 5 ausgedrückt werden. $K = k a l m a n (A_{n e w} C_{n e w}, W, V)$
In Block S2 kann das exzentrische Drehmoment des Lenkrads berechnet werden (siehe Block S2).
Eine Gleichung zur Berechnung des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads kann wie folgt ausgedrückt werden: Gleichung 6. $\begin{array}{l} m ist die Masse des exzentrischen Drehmoments . \\ R ist der \ddot{a} quivalente Radius des Lenkrads . \\ g ist die Erdbeschleunigung . \end{array}$
9 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines exzentrischen Drehmoments des Lenkrads, das in dem Lenksystem gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung enthalten ist.
Wie in 9 dargestellt, kann sich der Schwerpunkt des Lenkrads bei einer Drehung des Lenkrads auf der Grundlage eines vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels θsw von Cm nach Cm' bewegen. Dementsprechend kann das exzentrische Drehmoment des Lenkrads 140 als die Multiplikation einer exzentrischen Masse (m) des Lenkrads, der auf die exzentrische Masse (m) des Lenkrads wirkenden Schwerkraft (g) und eines Abstands R zwischen dem Drehmittelpunkt (Cr) des Lenkrads und dem Massenmittelpunkt (Cm) des Lenkrads und einem vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkel (θsw) mit der Sinusform ausgedrückt werden.
Nachfolgend wird ein Lenkunterstützungsverfahren gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Das Lenkunterstützungsverfahren gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann durch die Drehmomentschätzvorrichtung, die Lenksteuervorrichtung, die Lenkunterstützungsvorrichtung und das Lenksystem durchgeführt werden. Daher werden Diskussionen über entsprechende Konfigurationen, die gleich oder im Wesentlichen gleich der Drehmomentschätzvorrichtung, der Lenksteuervorrichtung, der Lenkungsunterstützungsvorrichtung und des Lenksystems sind, die oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrieben wurden, aus Gründen der Kürze und der Einfachheit der Beschreibung ausgelassen.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Lenkunterstützungsverfahren gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Bezugnehmend auf 10 kann das Lenkunterstützungsverfahren gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung mindestens eines der folgenden Verfahren umfassen: ein Drehmomentschätzverfahren S100 und ein Lenkmotorsteuerverfahren S200.
Das Verfahren S100 zur Schätzung des Drehmoments gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann Schätzen einer exzentrischen Masse des Lenkrads in Schritt S110 und/oder Aktualisieren in Schritt S120 und/oder Schätzen eines exzentrischen Drehmoments des Lenkrads in Schritt S130 und Schätzen eines Fahrerdrehmoments in Schritt S140 umfassen.
Im Einzelnen kann die exzentrische Masse des Lenkrads in Schritt S110 auf der Grundlage des Fahrerdrehmoments geschätzt werden.
Insbesondere kann in Schritt S100 die exzentrische Masse des Lenkrads auf der Grundlage des Fahrerdrehmoments durch den Algorithmus für maschinelles Lernen geschätzt werden.
In Schritt S100 kann beispielsweise eine Standardabweichung der Fahrerdrehmomente berechnet werden, und eine exzentrische Masse des Lenkrads kann auf der Grundlage der Standardabweichung der Fahrerdrehmomente geschätzt werden.
In diesem Fall kann in Schritt S100 die Standardabweichung der Fahrerdrehmomente auf der Grundlage der Werte der Fahrerdrehmomente und eines Mittelwerts der Fahrerdrehmomentwerte berechnet werden.
Beispielsweise kann in Schritt S100 jede Abweichung der Fahrerdrehmomente unter Verwendung von Werten der Fahrerdrehmomente und einem Mittelwert der Fahrerdrehmomentwerte berechnet werden, und eine Standardabweichung der Fahrerdrehmomente kann auf der Grundlage jeder Abweichung der Fahrerdrehmomente berechnet werden.
Das heißt, in Schritt S100 kann jede Abweichung der Fahrerdrehmomente berechnet werden, indem ein Mittelwert der Fahrerdrehmomente von jedem Wert der Fahrerdrehmomente abgezogen wird, und dann kann die Standardabweichung der Fahrerdrehmomente berechnet werden, indem die Quadratwurzel eines Mittelwerts jedes Werts genommen wird, der sich aus der Quadrierung jeder Abweichung der Fahrerdrehmomente ergibt.
In Schritt S100 kann eine exzentrische Masse des Lenkrads auf der Grundlage eines aktuellen Standardabweichungswerts und eines vorherigen Standardabweichungswerts für Fahrerdrehmomente geschätzt werden.
Beispielsweise kann in Schritt S100 die exzentrische Masse des Lenkrads geschätzt werden, indem ein Differenzwert zwischen einem aktuellen Standardabweichungswert und einem vorherigen Standardabweichungswert für Fahrerdrehmomente, ein Verstärkungswert für die exzentrische Masse des Lenkrads und ein aktueller Wert für die exzentrische Masse des Lenkrads multipliziert werden.
Danach kann ein exzentrisches Drehmoment des Lenkrads auf der Grundlage der exzentrischen Masse des Lenkrads unter Verwendung eines vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels in Schritt S130 geschätzt werden.
In Schritt S130 kann das exzentrische Drehmoment des Lenkrads auf der Grundlage der exzentrischen Masse des Lenkrads unter Verwendung eines vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels geschätzt werden.
Beispielsweise kann in Schritt S130 das exzentrische Drehmoment des Lenkrads, das durch die auf die exzentrische Masse des Lenkrads wirkende Schwerkraft verursacht wird, anhand des vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels geschätzt werden.
Insbesondere kann in Schritt S130 das exzentrische Drehmoment des Lenkrads geschätzt werden, indem eine exzentrische Masse des Lenkrads, die auf die exzentrische Masse des Lenkrads wirkende Schwerkraft, ein Abstand zwischen dem Drehzentrum des Lenkrads und dem Massenzentrum des Lenkrads und ein vom Lenkwinkelsensor erfasster Lenkwinkel mit einer Sinusform verwendet (z. B. multipliziert) werden.
Danach kann ein Steuersignal für den Lenkmotor auf der Grundlage eines Fahrerdrehmoments erzeugt werden, in dem sich das exzentrische Drehmoment des Lenkrads widerspiegelt, und der Betrieb eines Lenkmotors kann gesteuert werden, indem die Energieversorgung des Lenkmotors auf der Grundlage des Steuersignals für den Lenkmotor gesteuert wird (Schritt S200).
Derweil kann in Schritt S120 nach Schritt S110 die exzentrische Masse des Lenkrads aktualisiert werden. In Schritt S120 kann die aktualisierte exzentrische Masse des Lenkrads in einem Speicher abgelegt werden.
So kann in Schritt S130 ein exzentrisches Drehmoment des Lenkrads auf der Grundlage der aktualisierten exzentrischen Masse des Lenkrads unter Verwendung des vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels geschätzt werden.
Nach Schritt S130 können in Schritt S140 ein Lenkwinkel des Lenkrads, eine Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und ein Fahrerdrehmoment auf der Grundlage eines vom Lenkdrehmomentsensor erfassten Lenkdrehmoments, des vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels und des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads geschätzt werden.
Beispielsweise können in Schritt S140 der Lenkwinkel des Lenkrads, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und das Fahrerdrehmoment als Zustandsvariablen bestimmt werden; eine Zustandsgleichung für das Lenkrad kann auf der Grundlage der Zustandsvariablen, des Lenkdrehmoments vom Lenkdrehmomentsensor, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads berechnet werden; und die Zustandsvariablen (der Lenkwinkel des Lenkrads, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und das Fahrerdrehmoment) können auf der Grundlage der Zustandsgleichung für das Lenkrad, der ersten bis dritten Proportionalverstärkungen, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des geschätzten Lenkwinkels des Lenkrads geschätzt werden.
Derweil kann in Schritt S120 nach Schritt S110 die erste bis dritte Proportionalverstärkung aktualisiert werden. So können in Schritt S140 der Lenkwinkel des Lenkrads, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und das Fahrerdrehmoment als Zustandsvariablen bestimmt werden; die Zustandsgleichung für das Lenkrad kann auf der Grundlage der Zustandsvariablen, des Lenkdrehmoments vom Lenkdrehmomentsensor, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads berechnet werden; und die Zustandsvariablen (der Lenkwinkel des Lenkrads, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und das Fahrerdrehmoment) können auf der Grundlage der Zustandsgleichung für das Lenkrad, der aktualisierten ersten bis dritten Proportionalverstärkungen, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des geschätzten Lenkwinkels des Lenkrads geschätzt werden.
In Schritt S120 können die erste bis dritte Proportionalverstärkung bestimmt und durch den Kalman-Filter aktualisiert werden.
Das herkömmliche Lenksystem, das eine Lenkabsicht eines Fahrers anhand von Informationen über ein vom Lenkdrehmomentsensor erfasstes Lenkdrehmoment schätzt, hat den Nachteil, dass die Genauigkeit der Lenksteuerung aufgrund einer ungenauen Schätzung der Lenkabsicht des Fahrers schlecht ist, weil ein durch die Exzentrizität des Lenkrads erzeugtes exzentrisches Drehmoment des Lenkrads nicht in den Lenkdrehmomentinformationen reflektiert wird; im Gegensatz dazu können die Drehmomentschätzvorrichtung, die Lenksteuervorrichtung, die Lenkunterstützungsvorrichtung, das Lenksystem und das Lenkunterstützungsverfahren gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung Vorteile bei der Verbesserung der Genauigkeit der Lenksteuerung bieten, weil die Lenkabsicht des Fahrers genauer geschätzt werden kann, indem das exzentrische Drehmoment des Lenkrads durch den Algorithmus für maschinelles Lernen geschätzt wird und dann Zustandsvariablen einschließlich eines Fahrerdrehmoments geschätzt werden, in dem sich das geschätzte exzentrische Drehmoment des Lenkrads widerspiegelt.
11 ist eine Blockdarstellung eines Computersystems für die Drehmomentschätzvorrichtung, die Lenksteuervorrichtung, die Lenkunterstützungsvorrichtung und das Lenksystem gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 11 dargestellt, können die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele im Computersystem implementiert werden, zum Beispiel in einem computerlesbaren Speichermedium. Wie in 13 gezeigt, kann das Computersystem 1000, das Funktionen der Drehmomentschätzvorrichtung, der Lenksteuervorrichtung, der Lenkunterstützungsvorrichtung, des Lenksystems und dergleichen implementiert, mindestens einen oder mehrere von einem oder mehreren Prozessoren 1010, einen oder mehrere Hauptspeicher 1020, einen oder mehrere Massenspeicher 1030 und einen oder mehrere Benutzerschnittstellen-Eingabeabschnitte 1040, einen oder mehrere Benutzerschnittstellen-Ausgabeabschnitte 1050 und dergleichen umfassen, die über Busse 1060 miteinander kommunizieren können. Ferner kann das Computersystem 1000 auch eine Netzwerkschnittstelle 1070 für den Zugriff auf ein Netzwerk enthalten. Der Prozessor 1010 kann eine CPU oder ein Halbleiterbauelement zur Ausführung von im Haupt- bzw. Arbeitsspeicher 1020 und/oder im Fest- bzw. Massenspeicher 1030 gespeicherten Verarbeitungsanweisungen sein. Der Hauptspeicher 1020 und der Massenspeicher 1030 können verschiedene Arten von flüchtigen/nichtflüchtigen Speichermedien enthalten. Beispielsweise kann der Speicher ein ROM 1024 und ein RAM 1025 einschließen.
Dementsprechend können die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele in einem computerimplementierten Verfahren oder mit einem oder mehreren nichtflüchtigen computerlesbaren Medien, in denen computerausführbare Anweisungen gespeichert sind, implementiert werden. Wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, können diese Anweisungen die mindestens ein Verfahren gemäß mindestens einem der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele durchführen.
Die obige Beschreibung wird vorgelegt, um einen Fachmann zu befähigen, den technischen Gedanken der vorliegenden Offenbarung umzusetzen und zu nutzen, und wird im Zusammenhang mit einer bestimmten Anwendung und ihren Anforderungen geliefert. Verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Substitutionen zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen werden für den Fachmann ohne Weiteres ersichtlich sein, und die hierin definierten allgemeinen Prinzipien können auf andere Ausführungsbeispiele und Anwendungen angewandt werden, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die obige Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen stellen ein Beispiel für die technische Idee der vorliegenden Offenbarung dar und dienen lediglich der Veranschaulichung. Das heißt, die beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen den Umfang der technischen Idee der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Daher ist der Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern hat den breitesten Umfang, der mit den Ansprüchen vereinbar ist. Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung ist auf der Grundlage der folgenden Ansprüche auszulegen und alle technischen Ideen innerhalb des Umfangs von Äquivalenten davon sind so auszulegen, dass diese im Umfang der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 1020210001298 [0001]

Claims

Drehmomentschätzvorrichtung, umfassend: eine erste Schätzeinheit (310), die in der Lage ist, eine Standardabweichung von Fahrerdrehmomenten zu berechnen und eine exzentrische Masse eines Lenkrads (140) basierend auf der Standardabweichung der Fahrerdrehmomente zu schätzen; und eine zweite Schätzeinheit (320), die in der Lage ist, ein exzentrisches Drehmoment des Lenkrads (140) auf der Grundlage der exzentrischen Masse des Lenkrads (140) unter Verwendung eines von einem Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels zu schätzen.
Drehmomentschätzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Schätzeinheit (310) jede Abweichung der Fahrerdrehmomente berechnet, indem ein Mittelwert der Fahrerdrehmomente von jedem Wert der Fahrerdrehmomente subtrahiert wird, und die Standardabweichung der Fahrerdrehmomente berechnet, indem die Quadratwurzel eines Mittelwerts jedes Werts genommen wird, der sich aus der Quadrierung jeder Abweichung der Fahrerdrehmomente ergibt.
Drehmomentschätzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Schätzeinheit (310) die exzentrische Masse des Lenkrads (140) auf der Grundlage eines aktuellen Standardabweichungswerts und eines vorherigen Standardabweichungswerts für die Fahrerdrehmomente schätzt.
Drehmomentschätzvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die erste Schätzeinheit (310) die exzentrische Masse des Lenkrads (140) schätzt, indem ein Differenzwert zwischen dem aktuellen Standardabweichungswert und dem vorherigen Standardabweichungswert für die Fahrerdrehmomente, ein Verstärkungswert für die exzentrische Masse des Lenkrads (140) und ein aktueller Wert der exzentrischen Masse des Lenkrads (140) multipliziert werden.
Drehmomentschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Schätzeinheit (320) das exzentrische Drehmoment des Lenkrads (140) schätzt, indem die exzentrische Masse des Lenkrads (140), die auf die exzentrische Masse des Lenkrads (140) wirkende Schwerkraft, ein Abstand zwischen einem Rotationszentrum des Lenkrads (140) und einem Massezentrum des Lenkrads (140) und ein vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkel mit einer Sinusform verwendet werden.
Drehmomentschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner eine dritte Schätzeinheit (340) umfasst, die in der Lage ist, einen Lenkwinkel des Lenkrads (140), eine Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads (140) und die Fahrerdrehmomente auf der Grundlage eines von einem Lenkdrehmomentsensor erfassten Lenkdrehmoments, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads (140) zu schätzen.
Drehmomentschätzvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die dritte Schätzeinheit (340) den Lenkwinkel des Lenkrads (140), die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads (140) und die Fahrerdrehmomente als Zustandsvariablen bestimmt, eine Zustandsgleichung für das Lenkrad (140) auf der Grundlage der Zustandsvariablen, des Lenkdrehmoments vom Lenkdrehmomentsensor, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads (140) berechnet und die Zustandsvariablen auf der Grundlage der Zustandsgleichung für das Lenkrad (140), der ersten bis dritten Proportionalverstärkungen, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des geschätzten Lenkwinkels des Lenkrads (140) schätzt.
Drehmomentschätzvorrichtung nach Anspruch 7, ferner eine Aktualisierungseinheit (330) umfassend, die in der Lage ist, die ersten bis dritten Proportionalverstärkungen zu aktualisieren, wobei die dritte Schätzeinheit (340) den Lenkwinkel des Lenkrads, die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads und die Fahrerdrehmomente als die Zustandsvariablen bestimmt, die Zustandsgleichung für das Lenkrad auf der Grundlage der Zustandsvariablen, des Lenkmoments vom Lenkdrehmomentsensor, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads berechnet und die Zustandsvariablen auf der Grundlage der Zustandsgleichung für das Lenkrad (140), der aktualisierten ersten bis dritten Proportionalverstärkungen, des Lenkwinkels vom Lenkwinkelsensor und des geschätzten Lenkwinkels des Lenkrads (140) schätzt.
Drehmomentschätzvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Aktualisierungseinheit (330) die ersten bis dritten Proportionalverstärkungen durch ein Kalman-Filter bestimmt und aktualisiert.
Drehmomentschätzvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Aktualisierungseinheit (330) die exzentrische Masse des Lenkrads (140) durch einen maschinellen Lernalgorithmus bestimmt und aktualisiert.
Lenkunterstützungsvorrichtung, die umfasst: ein Sensormodul (240) mit einem Lenkwinkelsensor zur Erfassung eines Lenkwinkels; und ein Lenksteuermodul (220) zum Steuern des Betriebs eines Lenkmotors durch Steuern einer Lenkmotor-Energieversorgung auf der Grundlage eines Lenkmotor-Steuersignals, wobei das Lenksteuermodul (220) eine Standardabweichung von Fahrerdrehmomenten berechnet, eine exzentrische Masse eines Lenkrads (140) auf der Grundlage der Standardabweichung der Fahrerdrehmomente schätzt, ein exzentrisches Drehmoment des Lenkrads (140) auf der Grundlage der exzentrischen Masse des Lenkrads (140) unter Verwendung des vom Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels schätzt und das Lenkmotorsteuersignal auf der Grundlage eines Fahrerdrehmoments erzeugt, das das exzentrische Drehmoment des Lenkrads (140) widerspiegelt.
Lenkunterstützungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Lenksteuermodul (220) jede Abweichung der Fahrerdrehmomente berechnet, indem es einen Mittelwert der Fahrerdrehmomente von jedem Wert der Fahrerdrehmomente subtrahiert, und die Standardabweichung der Fahrerdrehmomente berechnet, indem es die Quadratwurzel aus einem Mittelwert jedes Wertes zieht, der sich aus der Quadrierung jeder Abweichung der Fahrerdrehmomente ergibt.
Lenkunterstützungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Lenksteuermodul (220) die exzentrische Masse des Lenkrads (140) schätzt, indem es einen Differenzwert zwischen einem aktuellen Standardabweichungswert und einem vorherigen Standardabweichungswert für die Fahrerdrehmomente, einen Verstärkungswert für die exzentrische Masse des Lenkrads (140) und einen aktuellen Wert der exzentrischen Masse des Lenkrads (140) multipliziert.
Lenkunterstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Lenksteuermodul (220) das exzentrische Drehmoment des Lenkrads (140) unter Verwendung der exzentrischen Masse des Lenkrads (140), der auf die exzentrische Masse des Lenkrads (140) wirkenden Schwerkraft, eines Abstands zwischen einem Rotationszentrum des Lenkrads (140) und einem Massenzentrum des Lenkrads (140) und eines von dem Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels mit einer Sinusform schätzt.
Lenkunterstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Sensormodul ferner einen Lenkdrehmomentsensor (241) zur Erfassung eines Lenkdrehmoments umfasst, und wobei das Lenksteuermodul (220) ferner eine dritte Schätzeinheit (340) umfasst, die in der Lage ist, einen Lenkwinkel des Lenkrads (140), eine Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads (140) und die Fahrerdrehmomente auf der Grundlage des von dem Lenkdrehmomentsensor (241) erfassten Lenkdrehmoments, des Lenkwinkels von dem Lenkwinkelsensor (242) und des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads (140) zu schätzen.
Lenkunterstützungsverfahren, das umfasst: nach der Berechnung einer Standardabweichung der Fahrerdrehmomente Schätzen einer exzentrischen Masse eines Lenkrads (140) auf der Grundlage der Standardabweichung der Fahrerdrehmomente; Schätzen eines exzentrischen Drehmoments des Lenkrads (140) auf der Grundlage der exzentrischen Masse des Lenkrads (140) unter Verwendung eines von dem Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels; und nach dem Erzeugen eines Lenkmotorsteuersignals auf der Grundlage eines Fahrerdrehmoments, das das exzentrische Drehmoment des Lenkrads (140) widerspiegelt, Steuern des Betriebs eines Lenkmotors durch Steuern einer Lenkmotor-Energieversorgung auf der Grundlage des Lenkmotorsteuersignals.
Lenkunterstützungsverfahren nach Anspruch 16, wobei das Schätzen der exzentrischen Masse des Lenkrads (140) das Berechnen jeder Abweichung der Fahrerdrehmomente durch Subtrahieren eines Mittelwerts der Fahrerdrehmomente von jedem Wert der Fahrerdrehmomente und das Berechnen der Standardabweichung der Fahrerdrehmomente durch Ziehen der Quadratwurzel eines Mittelwerts jedes Werts, der sich aus der Quadrierung jeder Abweichung der Fahrerdrehmomente ergibt, umfasst.
Lenkunterstützungsverfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Schätzen der exzentrischen Masse des Lenkrads (140) durch Multiplizieren eines Differenzwerts zwischen einem aktuellen Standardabweichungswert und einem vorherigen Standardabweichungswert für die Fahrerdrehmomente, eines Verstärkungswerts für die exzentrische Masse des Lenkrads (140) und eines aktuellen Werts für die exzentrische Masse des Lenkrads (140) durchgeführt wird.
Lenkunterstützungsverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Schätzen des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads (140) unter Verwendung der exzentrischen Masse des Lenkrads (140), der auf die exzentrische Masse des Lenkrads (140) wirkenden Schwerkraft, eines Abstands zwischen einem Rotationszentrum des Lenkrads (140) und einem Massenzentrum des Lenkrads (140) und eines von dem Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels mit einer Sinusform durchgeführt wird.
Lenkunterstützungsverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, das ferner, nachdem das Schätzen des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads (140) durchgeführt wurde, das Schätzen eines Lenkwinkels des Lenkrads (140), einer Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads (140) und der Fahrerdrehmomente auf der Grundlage eines von einem Lenkdrehmomentsensor erfassten Lenkmoments, des Lenkwinkels von dem Lenkwinkelsensor und des exzentrischen Drehmoments des Lenkrads (140) umfasst.