DE10303861B4

DE10303861B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation des Betriebsstroms für ein elektrisches Lenksystem eines Kraftfahzeugs

Info

Publication number: DE10303861B4
Application number: DE10303861A
Authority: DE
Inventors: Bing Dublin Zheng; Zhao Dearborn Heights Zilai
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: FR2835231A1; GB2384762B; US6661191B2; US20030141835A1; GB0300449D0; GB2384762A; DE10303861A1

Abstract

Fahrzeug-Steuerungsregelsystem (10) mit einem elektrischen Motoraktuator (20), einem Motoransteuerungsschaltkreis (30) zur Erzeugung und Anlegung eines elektrischen Stromes an den Motoraktuator (20), und einem Stromsensor (28) zur Messung des elektrischen Stroms vom Motoransteuerungsschaltkreis (30) und zur Generierung eines Rückkopplungsstromsignals (34), wobei das Fahrzeugsteuerungsregelsystem (10) aufweist:
a) einen Lenkradwinkelsensor (13) zur Messung eines Lenkradwinkels und zur Erzeugung eines Lenkradwinkelsignals (15);
b) einen Straßenradwinkelsensor (22) eines Fahrzeugs zur Messung eines Straßenradwinkels und zur Erzeugung eines Straßenradwinkelsignals (24);
c) eine Steuereinheit (26) zum Setzen eines Offset-Strom-Signals und zur Aufbereitung des Rückkopplungsstromsignals (34), des Lenkradwinkelsignals (15) und des Straßenradwinkelsignals (24), um ein Steuersignal (36) für den Motoransteuerungsschaltkreis (30) zu erzeugen und eine Steuereinheit (26) zum Vergleich des Steuersignals (36) mit einem vorher festgesetzten Grenzwert und zum Subtrahieren des Offset-Strom-Signals vom elektrischen Strom (32), wenn das Steuersignal (36) größer als der vorher festgesetzte Grenzwert ist und
d) eine Steuereinheit (26) zum Vergleich...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Fahrzeuglenkkontrollsystem und im Besonderen einen Motoransteuerungsschaltkreis für ein elektrisches Lenkkontrollsystem.
Im Fall eines sogenannten „Steer-by-Wire-Systems" für ein Kraftfahrzeug wird ein elektrischer Motoraktuator bereitgestellt, um ein Drehmoment zu erzeugen und das erzeugte Drehmoment an einem Zahnstangenbauteil oder einem linearen Steuerungsbauteil anzulegen. Beim „Steer-by-Wire-System" existiert keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad des Benutzers und dem Motoraktuator. Der elektrische Motoraktuator entwickelt das erforderliche Drehmoment, um die Straßenräder des Fahrzeugs auszulenken. Jedoch befindet sich in einem elektrisch kraftunterstützten Lenksystem (bezeichnet als EPAS) eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Motoraktuator, wobei der Motoraktuator das vom Fahrer aufgebrachte Drehmoment unterstützt. Eine präzise Größe erzeugten elektrischen Stroms ist erforderlich, um dem Motoraktuator das Erzeugen einer angemessenen Drehmomentgröße entweder für ein „Steer-by-Wire-System" oder für ein elektrisch unterstützt angetriebenes Lenksystem zu ermöglichen. Die Größe und Richtung des vom Motoraktuator erzeugten Drehmoments ist eine Funktion einer Anzahl von Variablen einschließlich einer Lenkradwinkeleingabe, dem Straßenradwinkel des Fahrzeugs und einem elektrischen Motoraktuatorstromsignal, das von einem Motoransteuerungsschaltkreis errechnet wird. Obwohl im Allgemeinen nicht berücksichtigt, wird die angemessene Größe des angewandten Drehmoments auch von Faktoren wie Temperaturschwankungen, Bauteil-zu-Bauteil-Abweichungen, Abnutzung der Bauteile und anderen Faktoren beeinflusst. In dem Bemühen den Motorstrom angesichts der oben erwähnten Variablen noch präziser an das Soll-Drehmoment anzupassen, haben „Steer-by-Wire"-Systementwickler Vorrichtungen eingeführt, die die Menge des von der Motoransteuerung erzeugten elektrischen Stroms messen und den gemessenen Stromwert im Vergleich zu einem vorgegebenen Wert oder einem „offset" ausgleichen.
Jedoch ist beim oben erwähnten Stand der Technik der Lenksysteme kein Ausgleich beim angelegten Strom für Umweltfaktoren wie Temperatur oder andere Fehlerquellen, die im Laufe der Zeit wechseln können, vorgesehen. Die Genauigkeit des Stromausgleichs ist dadurch in diesen Systemen stark eingeschränkt. Der Kompensationsfehler verursacht eine an den Motoraktuator angelegte ungeeignete Stromstärke und daraus resultierend ein entweder zu großes oder zu kleines angewandtes Lenkdrehmoment. Es gibt daher einen Bedarf für ein Steuerungssystem, das Umweltfaktoren und andere Variablen, einschließlich zeitabhängiger Variablen während des Ausgleichens des auf den Motoraktuator für „Steer-by-Wire"- und EPAS-Systeme angelegten Stroms, berücksichtigt.

Bekannt ist beispielsweise ein Regelungssystem mit modellgestützter Si cherheitsüberwachung eines elektronisch geregelten Stellers im Kraftfahrzeug aus der DE 100 19 152 A1 . Das darin gezeigte Fahrzeug-Steuerungs-Regelungssystem weist einen elektrischen Motoraktuator, einen Motoransteuerungsschaltkreis zur Erzeugung und Anlegung eines elektrischen Stromes an dem Motoraktuator, einen Stromsensor zur Messung des elektrischen Stroms vom Motoransteuerungsschaltkreis und zur Generierung eines Rückkopplungsstromsignals auf. Das Fahrzeugsteuerungsregelsystem ist weiterhin ausgestattet mit einem Lenkradwinkelsensor zur Messung eines Lenkradwinkels und zur Erzeugung eines Lenkradwinkelsignals und einen Straßenradwinkelsensor eines Fahrzeugs zur Messung eines Straßenradwinkels und zur Erzeugung eines Straßenradwinkelsignals. Auch dieses System ist hinsichtlich der Genauigkeit des Stromausgleichs stark eingeschränkt, Umweltfaktoren und andere Variablen werden nicht berücksichtigt.

Allgemeiner Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Steuerungsregelsystem, in Bezug auf die oben genannten Probleme, bereitzustellen. Im Besonderen ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Steuerungsregelsystem bereitzustellen, das kontinuierlich ein Steuersignal und einen an den Motoraktuator angelegten elektrischen Strom überwacht, um die Qualität der Stromkompensation in einem „Steer-by-Wire"- oder EPAS-System zu verbessern. Dies ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Es soll sowohl eine Vorrichtung als auch ein Verfahren geschaffen werden, die die obengenannten Merkmale vermeiden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Steuerungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Um die oben genannten Ziele zu erreichen, wird also in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Steuerungsregelsystem für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Motoraktuator, einem Motoransteuerungsschaltkreis zur Erzeugung und Anlegung eines elektrischen Stroms von dem Motoransteuerungsschaltkreis und zur Erzeugung eines Rückkopplungsstromsignals bereitgestellt. Das Steuerungsregelsystem schließt einen Lenkradwinkelsensor zur Messung eines Lenkradwinkels und zur Erzeugung eines Lenkradwinkelsignals, einen Fahrzeugstraßenradwinkelsensor zur Messung eines Straßenradwinkels des Fahrzeugs und zur Erzeugung eines Fahrzeugstraßenradwinkelsignals, und eine Steuereinheit zur Einstellung eines Offset-Strom-Signals und zur Prozessierung des Rückkopplungsstromsignals ein. Das Lenkradwinkelsignal und das Straßenradwinkelsignal werden benutzt um ein Steuersignal für den Motoransteuerungsschaltkreis zu erzeugen. Die Steuereinheit vergleicht das Steuersignal mit einem vorher festgelegten Grenzwert und subtrahiert das Offset-Strom-Signal vom am Motoraktuator angelegten gemessenen elektrischen Strom, wenn das Steuersignal größer als der vorher festgelegte Grenzwert ist. Das Offset-Strom-Signal wird einem Eingangs-Offset-Wert gleichgesetzt, wenn das Steuersignal kleiner als der vorher festgelegte Grenzwert ist.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung empfängt die Steuereinheit das erzeugte Lenkradwinkelsignal, das Straßenradwinkelsignal und das Rückkopplungsstromsignal, um das Steuersignal zu erzeugen. Das Steuersignal wird am Motoransteuerungsschaltkreis angelegt und der Motoransteuerungsschaltkreis erzeugt einen am Motoraktuator angelegten elektrischen Strom. Der Stromsensor misst und erzeugt den Rückkopplungsstrom zur Steuereinheit. Die Steuereinheit überwacht kontinuierlich das Steuersignal und den elektrischen Strom, um eine ausreichende Kompensationsgröße für das Steuerungsregelsystem zu ermitteln. Auf diese Weise wird die Kompensation immer wieder aktualisiert, um Veränderungen im Steuerungssystem während des Betriebs wiederzuspiegeln.

Diese und andere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden aus den Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung und den folgenden Ansprüchen ersichtlich.
1: zeigt eine schematische Darstellung eines Steuerungssystems für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Es zeigen:
2: ein Flussdiagramm eines Kompensationsverfahrens, das gemäß der vorliegenden Erfindung von der Steuereinheit ausgeführt und im System benutzt wird.
Bezugnehmend auf 1, umfasst ein Steuerungsregelsystem 10 für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ein Lenkrad 12 verbunden mit einer Antriebswelle 14. Ein Ritzel 17 hat Ritzelzähne, die in die Ritzelzähne eines linearen Steuerungsteils oder einer Zahnstange 16 greifen. Der Zahnstangenteil 16 ist über ein Lenkgestänge in bekannter Weise mit Straßenrädern 18 eines Fahrzeugs gekoppelt. Das Ritzel 17 bildet mit der Zahnstange 16 ein Zahnstangengetriebe. Die Rotation des Ritzels 17 wird in eine seitliche Bewegung der Zahnstange 16 übersetzt, was zu einer Änderung des Steuerwinkels der Straßenräder 18 führt.
Wird das Lenkrad 12 gedreht, misst ein Lenkradwinkelsensor (Lenkwinkelsensor) 13 einen Lenkradwinkel (Lenkwinkel) des Lenkrads 12 und erzeugt ein Lenkradwinkelsignal (Lenkwinkelsignal) 15 für eine Steuereinheit 26. In der bevorzugten Ausführung ist der Lenkradwinkelsensor 13 ein absoluter Lenkradwinkelsensor, wobei das Lenkradwinkelsignal 15 ein analoges Signal ist, was bedeutet, dass ein Signal erzeugt wird, wenn das Lenkrad 12 gedreht wird, das die Steuerposition des Lenkrades 12 identifiziert. Eine zweite Ausführung des Lenkradwinkelsensors 13 ist ein relativer Lenkradwinkelsensor 13, wobei das Lenkradwinkelsignal 15 ein digitales Signal ist, erzeugt von einem Algorithmus, der die Änderung der Lenkradposition im Verhältnis zu einem genau angegebenen Referenzpunkt schätzt. Ein Straßenradwinkelsensor 22 ist mechanisch mit einem Motoraktuator 20 verbunden und generiert ein im Verhältnis zum Lenkwinkel der Straßenräder 18 stehendes Ausgabesignal. In der bevorzugten Ausführung ist der Straßenradwinkelsensor 22 entweder ein digitaler oder analoger Impulsgeber. Im Fall eines digitalen Impulsgebers erzeugt der Motoraktuator 20 elektrische Impulse, die an den digitalen Impulsgeber gegeben werden. Im Fall eines analogen Impulsgebers erzeugt der Motoraktuator 20 ein analoges Signal, das an den analogen Impulsgeber gegeben wird. Gleichzeitig mit der Drehung des Lenkrades 12 wird der Motoraktuator 20 eingeschaltet und ein Abtriebsritzel (nicht dargestellt) beginnt zu rotieren. Der Winkel und die Anzahl der Umdrehungen des Motoraktuators 20 korrespondieren direkt mit dem Auslenkwinkel der Straßenräder 18. Der Straßenradwinkelsensor 22 misst den Winkel und die Anzahl der Umdrehungen des Abtriebsritzels (nicht dargestellt) des Motoraktuators 20 und generiert ein Straßenrad-winkelsignal 24 für die Steuerung 26. Die Steuerung 26 prozessiert das Lenkradwinkelsignal 15, das Straßenradwinkelsignal 24 und ein Rückkopplungsstromsignal 34, um ein Steuersignal 36 zu erzeugen. Ein Stromsensor 28 erzeugt das Rückkopplungsstromsignal 34. Das Steuersignal 36 wird an den Motoransteuerungsschaltkreis 30 angelegt. Der Motoransteuerungsschaltkreis 30 erzeugt einen elektrischen Strom 32 für den Motoraktuator 20. Wenn der elektrische Strom 32 an den Motoransteuerungsschaltkreis 30 angelegt wird, misst der Stromsensor 28 kontinuierlich den elektrischen Strom 32. Der Stromsensor 28 generiert ein Rückkopplungsstromsignal 34, das an die Steuereinheit 26 gegeben wird. Gleichzeitig setzt das Zahnstangengetriebe die Rotationsbewegung des Lenkrades 12 in eine lineare Bewegung der Zahnstange 16 um. Wenn sich die Zahnstange 16 linear bewegt, schwenken die Straßenräder 18 um die zugehörigen Lenkachsen und das Fahrzeug wird gesteuert. Der Motoraktuator 20 ist mit der Zahnstange 16 in bekannter Weise verbunden. Der Motoraktuator 20, wenn eingeschaltet, stellt Drehmoment zur Verfügung, um dem Fahrzeugführer die Lenkung des Fahrzeugs zu ermöglichen.
In 2 ist ein Flussdiagramm eines Kompensationsverfahrens gezeigt, das von der Steuereinheit 26 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Die Steuereinheit in einer bevorzugten Ausführung besitzt permanente und temporäre Speichermöglichkeiten.
Schritt 38 ist der Einstiegspunkt für das Verfahren 37.
Beim nächsten Schritt 40 wird die Steuereinheit 26 mit einem vorher festgesetzten Grenzwert dauerhaft programmiert, der (empirisch) im Fahrzeugtest bestimmt wird.
Bei Schritt 42 wird die Steuereinheit 26 mit einem vorher festgesetzten Eingangs-Offset-Wert programmiert, der als Standardwert des Offsets im Steuerungsregelsystem 10 fungiert. Der Eingangs-Offset-Wert wird während des Systembetriebes automatisch vom elektrischen Strom 32 subtrahiert, wenn das Steuerungsregelsystem 10 noch keine adäquate Informationsmenge erhalten hat, um einen präzisen Kompensationswert zu ermitteln. Wenn das Fahrzeug zum Beispiel gestartet wird, sind das Lenkradwinkelsignal 15, das Straßenradwinkelsignal 24 und das Rückkopplungsstromsignal 34 noch nicht erzeugt worden, was zu einer O-Ausgabe für das Steuersignal 36 führt, wodurch die Bestimmung eines präzisen Kompensationswertes unmöglich gemacht wird.
Die Steuereinheit 26 zeichnet Beispielwerte des generierten Regelsignals durch Prozessierung des generierten Lenkradwinkelsignals 15, des Straßenradwinkelsignals 24 und des Rückkopplungsstromsignals 34 auf (Schritt 44). Dieser Schritt 44 erfolgt, wenn ein Fahrzeugführer das Lenkrad 12 dreht. Die Steuereinheit 26 vergleicht das Steuersignal 36 mit dem vorher festgesetzten Grenzwert (Schritt 46). Ist das Steuersignal 36 kleiner als der vorher festgesetzte Grenzwert, wird das aufgenommene Rückkopplungsstromsignal 34 im temporären Speicher gespeichert und in Schritt 48 als Offset-Strom-Signal gesetzt.
Das Offset-Strom-Signal wird vom elektrischen Strom 32, der vom Motoransteuerungsschaltkreis 30 für den Motoraktuator 20 erzeugt worden ist, subtrahiert (Schritt 50). In der bevorzugten Ausführung ist der elektrische Strom 32 pulsbreitenmoduliert. Ist das Steuersignal 36 größer als der vorher festgesetzte Grenzwert aus Vorgang 46, setzt die Steuereinheit 26 das Offset-Strom-Signal dem Eingangs-Offset-Wert gleich und subtrahiert den Eingangs-Offset-Wert vom elektrischen Strom 32 (Schritt 50), wodurch die Qualität der Stromkompensation verbessert wird. Anschließend springt das Verfahren zu Schritt 44 zurück.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf ein „Steer-By-Wire"-System beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein solches System beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann mit gleichem Nutzen in anderen Ausführungen genutzt werden und ist nicht auf die offengelegten Ausführungen beschränkt und Variationen und Modifikationen können gemacht werden, ohne den Anwendungsbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Fahrzeug-Steuerungsregelsystem (10) mit einem elektrischen Motoraktuator (20), einem Motoransteuerungsschaltkreis (30) zur Erzeugung und Anlegung eines elektrischen Stromes an den Motoraktuator (20), und einem Stromsensor (28) zur Messung des elektrischen Stroms vom Motoransteuerungsschaltkreis (30) und zur Generierung eines Rückkopplungsstromsignals (34), wobei das Fahrzeugsteuerungsregelsystem (10) aufweist: a) einen Lenkradwinkelsensor (13) zur Messung eines Lenkradwinkels und zur Erzeugung eines Lenkradwinkelsignals (15); b) einen Straßenradwinkelsensor (22) eines Fahrzeugs zur Messung eines Straßenradwinkels und zur Erzeugung eines Straßenradwinkelsignals (24); c) eine Steuereinheit (26) zum Setzen eines Offset-Strom-Signals und zur Aufbereitung des Rückkopplungsstromsignals (34), des Lenkradwinkelsignals (15) und des Straßenradwinkelsignals (24), um ein Steuersignal (36) für den Motoransteuerungsschaltkreis (30) zu erzeugen und eine Steuereinheit (26) zum Vergleich des Steuersignals (36) mit einem vorher festgesetzten Grenzwert und zum Subtrahieren des Offset-Strom-Signals vom elektrischen Strom (32), wenn das Steuersignal (36) größer als der vorher festgesetzte Grenzwert ist und d) eine Steuereinheit (26) zum Vergleich des Steuersignals (36) mit einem vorher festgesetzten Grenzwert und zum Gleichsetzen des Offset-Strom-Signals zu dem Eingangs-Offset-Wert, wenn das Steuersignal (36) kleiner als der vorher festgesetzte Grenzwert ist.
Fahrzeug-Steuerungsregelsystem (10) nach Anspruch 1, gekennzeich net durch eine Ausbildung als „Steer-By-Wire"-System.
Fahrzeug-Steuerungsregelsystem (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als elektrisches kraftunterstütztes Lenksystem (EPAS).
Fahrzeug-Steuerungsregelsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkradwinkelsensor (13) als ein absoluter Lenkradwinkelsensor (13) ausgebildet ist.
Fahrzeug-Steuerungsregelsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkradwinkelsensor (13) als relativer Lenkradwinkelsensor (13) ausgebildet ist.
Fahrzeug-Steuerungsregelsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Straßenradwinkelsensor (24) ein digitaler Impulsgeber ist, der den Winkel und die Anzahl der Umdrehungen eines Abtriebsritzel misst.
Fahrzeug-Steuerungsregelsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Straßenradwinkelsensor (24) ein analoger Impulsgeber ist, der den Winkel und die Anzahl der Umdrehungen eines Abtriebsritzel misst.
Fahrzeug-Steuerungsregelsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26) einen permanenten und einen temporären Speicher aufweist, wobei das Offset-Strom-Signal im temporären Speicher und der Eingangs-Offset-Wert und der vorher festgesetzte Grenzwert im permanenten Speicher gespeichert werden.
Verfahren zur Kompensation eines gemessenen Stromes in einem Fahrzeug-Steuerregelsystem (10) mit einem elektrischen Motoraktuator (20), einen Motoransteuerungsschaltkreis (30) zur Erzeugung und Anlegung eines elektrischen Stromes an den Motoraktuator (20) und einen Stromsensor (28) zur Messung des elektrischen Stromes vom Motoransteuerungsschaltkreis (30) und zur Generierung eines Rückkopplungsstromsignals (34), wobei das Verfahren die folgenden Arbeitsschritte beinhaltet: – Speicherung eines vorher festgesetzten Grenzwertes im permanenten Speicher; – Speicherung eines Eingangs-Offset-Werts als Standard-Offset-Größe und Speicherung des Eingangs-Offset-Werts im permanenten Speicher; – Erhalt von Beispielwerten eines Regelsignals (36) durch Aufbereitung eines erzeugten Lenkradwinkelsignals (15), Straßenradwinkelsignals (24) und Rückkopplungsstromsignals (34); und – Vergleich des Regelsignals (36) mit einem vorher festgesetzten Grenzwert und Subtrahieren des Offset-Strom-Signals vom elektrischen Strom (32), wenn das Steuersignal (36) größer als der vorher festgesetzte Grenzwert ist, und Vergleichen des Regelsignals (36) mit einem vorher festgesetzten Grenzwert und Gleichsetzen des Offset-Strom-Signals zu dem Eingangs-Offset-Wert, wenn das Steuersignal (36) kleiner als der vorher festgesetzte Grenzwert ist.