DE10350392A1

DE10350392A1 - Fahrzeuglenkungs-Steuer- bzw.-Regelsystem und- verfahren vom Expertentyp

Info

Publication number: DE10350392A1
Application number: DE10350392A
Authority: DE
Inventors: Yixin Ann Arbor Yao
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: US20040088093A1; GB0324400D0; US6795763B2; DE10350392B4

Abstract

Das Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines elektronischen Fahrzeuglenksystems verwendet eine Fuzzylogik-Technologie vom Expertentyp. Ein Lenkrad-Fuzzylogik-Steuergerät steuert das Lenkraddrehmoment, um das variable und einstellbare Lenkgefühl, beruhend auf Änderungen im Lenkradwinkel, im Laufraddrehmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit, kontinuierlich zu erzeugen. Es werden aktuelle Werte für Lenkradwinkel, Laufradwinkel, Lauffraddrehmoment und Fahrzeuggeschwindigkeit empfangen. Diese aktuellen Eingangsvariablen werden in Werte in Fuzzymengen, beruhend auf ihren Mitgliedschafts-Funktionen, mit linguistischen Termlabels umgewandelt. Das Verfahren beinhaltet weiterhin Schlussfolgern einer Reaktionsdrehmoment-Steuer- bzw. -Laufvariablen unter Verwendung von Fuzzylogik-Inferenzregeln. Das Verfahren beinhaltet Umwandeln einer unbestimmten Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen in eine tatsächliche Reaktionsdrehmoment-Laufvariable.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines elektronischen Fahrzeuglenksystems ("vehicle steer-by-wire system"), um ein variables und einstellbares Lenkgefühl für einen Fahrer zu ergeben, wobei das System Fuzzylogik-Technologie vom Expertentyp verwendet, um die Fahrzeughandhabungsleistungsfähigkeit und -sicherheit zu verbessern.

Eine Fahrzeugeigenschaft, welche die Fahrzeughandhabungsleistungsfähigkeit und -sicherheit verbessern kann, ist ein Lenkgefühl bzw. -empfindung für den Fahrer. Lenkgefühl stellt eine allgemeine Beziehung zwischen dem Drehmoment bei dem Lenkrad und der Kraft an dem Laufradreifen-Strassenflächen- bzw. -Oberflächen-Kontakt dar. Die Kraft an dem Laufradreifen-Strassenflächen-Kontakt sollte zu dem Lenkrad rückgekoppelt werden, um ein Lenkraddrehmoment zu erzeugen, das von dem Fahrzeugfahrer gefühlt wird. Diese Lenkdrehmoment-Rückkopplung erlaubt es dem Fahrzeugfahrer, sich auf das Lenkgefühl zu verlassen, um die Steuerung der Richtung des Fahrzeuges zu fühlen und aufrechtzuerhalten. Wenn die Lenkdrehmoment-Rückkopplung nicht vorhanden und in geeigneter Weise für die Fahrzeuganwendung abgestimmt ist, dann kann der Fahrer Unbestimmtheit im Gefühl und Degradation bzw. Schlechterwerden in der Gesamt-Richtungs- bzw. -Spur- Kontrollierbarkeit bzw. -Beherrschbarkeit empfinden.

Ein übliches Lenksystem gegenwärtiger Produktion ist ein Servolenksystem mit mechanischen Verbindungen bzw. Kraftübertragungen. Derartige Systeme ergeben eine bestimmte Lenkraddrehmomentkurve beruhend auf ihrer mechanischen und hydraulischen Anordnung. In einem elektronischen Lenksystem, das sich nicht auf eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Laufrädern stützt, besteht die Anforderung, nicht nur die gleichen Lenkfunktionen und das gleiche Lenkgefühl wie ein herkömmliches, mechanisch verbundenes bzw. gekoppeltes Lenksystem, sondern ebenfalls weiterentwickelte bzw. verbesserte Lenkmerkmale einschließlich eines variablen und einstellbaren Lenkgefühls zu erzeugen. Folglich kann ein unterschiedliches Lenkgefühl in dem gleichen Fahrzeug auf Wahl des Fahrers beruhend erscheinen bzw. auftreten.

Elektronische Lenksysteme sind im Bereitstellen der, verbesserten Lenkmerkmale einschließlich eines variablen Lenkgefühls und eines einstellbaren, variablen Lenkgefühls gefordert worden. Derartige verbesserten Lenkmerkmale mit variablem und einstellbarem Lenkgefühl können durch Anwenden verbesserter Steuer- bzw. Regelstrategien und verbesserter Steuer- bzw. Regelsystemausgestaltung ausgeführt werden. Das elektronische Lenk-Steuersystem auf Elektromotorbasis ergibt eine flexible Anwendungsumgebung bzw. -milieu für Steuersystem-Konstrukteure bzw. -Entwickler, um höherentwickelte und verbesserte Steuer-Strategien zu verwenden, um die erwarteten Lenkmerkmale zu erhalten. Einige der Lenkmerkmale beinhalten das Vorsehen von Lenkgefühl, Lenkradbetätigungs-Winkel bzw. -Einschlag, aktive Lenkradrückkehr und Laufrad- Spurführung bzw. -Spurhalten für Lenkradbetätigung.

Die Verbesserung der Handhabungsleistungsfähigkeit und der Betriebssicherheit könnten aus der notwendigen Kenntnis und den notwendigen Erfahrungen des professionellen Fahrzeugfahrers Nutzen ziehen. Beruhend auf Kenntnis und Erfahrungen verlässt sich ein professioneller Fahrer auf das Lenkgefühl, um die Steuerung der Richtung des Fahrzeugs zu fühlen bzw. zu empfinden und aufrechtzuerhalten, während er Beurteilungen hinsichtlich konstanter Änderungen von Umgebungsverhältnissen und Vorhersagen hinsichtlich Fahrverhältnissen ausführt. Es ist eine Forderung, die Gefühle, Beurteilungen, Vorhersagen und den Eindruck eines professionellen Fahrers einem elektronischen Lenk-Steuersystem einzuverleiben, um das Ziel des variablen Lenkgefühls zu verwirklichen. Es ist schwierig, dieses Ziel durch Verwendung herkömmlicher Technologien für Steuersystemausgestaltung zu verwirklichen, welche sich mit genauen ("crisp") physikalischen Eingabe- und Ausgabevariablen beschäftigen und eine klare Beziehung unter allen physikalischen Variablen quantitativ benötigen, ebenso wie sie exakte mathematische Modelle des gesteuerten Systems benötigen. Darüber hinaus sind die herkömmlichen Steuerverfahren dazu unfähig, unmittelbar die Differenz oder die Verschiedenartigkeit in subjektiven Lenkgefühlerfordernissen unter individuellen Fahrzeugfahrern zu berücksichtigen.

Die vorliegende Erfindung schafft allgemein ein System und ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines elektronischen Fahrzeuglenksystems, um das variable Lenkgefühl für den Fahrer zu ergeben, wobei Fuzzylogik-Technologie vom Expertentyp verwendet wird. Unter Anwendung der Fuzzylogik-Beschreibung werden Gefühle, Beurteilungen, Vorhersagen und der Eindruck eines professionellen Fahrers unmittelbar einem elektronischen Lenk-Steuersystem einverleibt, um Ziele von variablen und einstellbaren Lenkgefühlen zu verwirklichen.

Das elektronische Lenksystem beinhaltet zwei unterschiedliche Teile entsprechend ihrer Funktion: ein Lenkrad-Steuer- bzw. Regelsystem und ein Laufrad-Steuer- bzw. Regelsystem. Das Lenkrad-Steuersystem ergibt Lenkgefühl für den Fahrer, Lenkradwinkel- bzw. -einschlagbefehl für Laufrad-Steuersystem und aktive Lenkradrückkehr. Das Laufrad-Steuersystem ergibt den aktuellen bzw. tatsächlichen Laufradwinkel bzw. -einschlag folgend dem Lenkradbetätigungswinkel bzw. -einschlag. Das Lenkrad-Steuersystem und das Laufrad-Steuersystem sind in elektrischer Verbindung miteinander. Das Lenkrad-Steuersystem weist ferner ein Fuzzylogik-Steuergerät auf, um ein Lenkradwinkel-Signal von dem Lenkradsystem, ein Laufradwinkel-Signal und ein Laufraddrehmoment-Signal von dem Laufrad-Steuersystem und ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Signal von dem Fahrzeug zu empfangen. Das Fuzzylogik-Steuergerät steuert das Lenkraddrehmoment, um das variable Lenkgefühl kontinuierlich beruhend auf Änderungen im Lenkradwinkel, im Laufraddrehmoment und in der Fahrzeuggeschwindigkeit durch Anwendung der Fuzzylogik-Steuer-Technologie zu erzeugen.

Bei einer Ausführungsform verleibt das Fuzzylogik-Steuergerät die Erfahrung und Kenntnis professioneller Fahrer in ein Lenkrad-Steuersystem vom Expertentyp ein, um auf ein erwünschtes Lenkgefühl zu schließen. Diese Erfahrung und Kenntnis können in Fuzzylogik-Inferenz-Regeln in dem Fuzzylogik-Steuergerät unter Verwendung der natürlichen Sprachbeschreibung ausgedrückt werden. Diese Fuzzylogik-Inferenz-Regeln ergeben Differenz und Verschiedenartigkeit für Lenkge fühle individueller Fahrer. Folglich erfordert die Ausbildung des Fuzzylogik-Steuergeräts keine mathematischen Modelle des gesteuerten Lenksystems, um prädiktive Beurteilungen unter Verwendung der Erfahrung und der Lenksystem-Abstimmungskenntnis professioneller Fahrer zu verwirklichen.

Diese Erfindung beschreibt das Lenkraddrehmoment-Steuerverfahren auf Fuzzylogik-Basis, welches in dem Fuzzylogik-Steuergerät ausgeführt wird. Die Lenkraddrehmoment-Steuerung auf Fuzzylogik-Basis arbeitet in drei Schritten: Fuzzifikation, Inferenz und Defuzzifikation. Alle genauen Eingabe- und Ausgabe-Variablen einschließlich Lenkradwinkelfehlersignal, Laufraddrehmomentsignal und Fahrzeuggeschwindigkeitssignal werden in Werte in den Fuzzymengen durch Definieren von Labels und Mitgliedschaftsfunktionen umgewandelt. Sodann wird unter Verwendung von Labels und Mitgliedschaftsfunktionen, wie in der Stufe der Fuzzifikation definiert, ein Satz bzw. Menge von Regeln für die Fuzzy-Inferenz-Stufe gegeben, um die erforderliche Lenkraddrehmoment-Ausgabe beruhend auf der Erfahrung und der Lenksystem-Abstimmungskenntnis professioneller Fahrer zu beschreiben. Das Lenkraddrehmoment in einer linguistischen Wertbeschreibung wird sodann zu einem genauen Wert in der Stufe der Defuzzifikation umgewandelt.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ebenfalls eine neue Entwicklung einer variablen Lenkdrehmoment-Steuerung mit einer einstellbaren, variablen Lenkdrehmoment-Steuerfunktion. Das Lenkgefühl wird sich nicht nur mit dem Lenkradwinkel, dem Laufraddrehmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit ändern, sondern es wird sich ebenfalls entsprechend der Art des Fahrens und der Umgebungs-Situation ändern. Die einstellbare, variable Drehmomentfunktion könnte durch den Fahrzeugfahrer eingestellt werden oder sie könnte beruhend auf der Art des Fahrens und den Umgebungs-Situationen automatisch eingestellt werden. Die Fahrzeugvariablen, welche die Lenkraddrehmoment-Einstellung verursachen, können unter Verwendung von Sensoren detektiert bzw. festgestellt werden und unter Verwendung anderer Variablen geschätzt bzw. veranschlagt bzw. berechnet werden. Dies ergibt automatisch und anpassbar entsprechend der prädiktiven Beurteilung des Fahrzeugfahrers für Fahrbedingungsänderungen ein einstellbares Lenkgefühl.

Weitere Gesichtspunkte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden unter Berücksichtigung der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche offensichtlich, wenn in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen.

1 ist eine schematische Darstellung eines elektronischen Fahrzeuglenksystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockschaltbild des elektronischen Lenk-Steuersystems, bei dem ein Fuzzylogik-Steuergerät in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
3 ist ein Blockschaltbild des Fuzzylogik-Steuergeräts, wobei der Fuzzylogik-Inferenzprozess in dem elektronischen Lenksystem nach 2 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist;
4 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild des Fuzzylogik-Steuergeräts, welches das variable Lenkgefühl in dem elektronischen Lenksystem nach 2 ausführt;
5 ist eine graphische Beschreibung der Lenkradwinkelfehler-Mitgliedschaftsfunktion mit Labels;
6 ist eine graphische Beschreibung der Fahrzeuggeschwindigkeits-Mitgliedschaftsfunktion mit Labels;
7 ist eine graphische Beschreibung der Zwischendrehmoment-Laufvariablen-Mitgliedschaftsfunktion mit Labels;
8 ist eine graphische Beschreibung der Drehmomentfehler-Mitgliedschaftsfunktion mit Labels;
9 ist eine graphische Beschreibung der Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen-Mitgliedschaftsfunktion mit Labels;
10 ist eine erste Regeltabelle, wobei die Lenkradwinkelfehler- und Fahrzeuggeschwindigkeits-Eingaben und die resultierende Zwischendrehmoment-Laufvariable-Ausgabe dargestellt sind;
11 ist eine zweite Regeltabelle, wobei die Drehmomentfehler- und Fahrzeuggeschwindigkeits-Eingaben und die resultierende Reaktionsdrehmoment-Laufvariable-Ausgabe dargestellt sind;
12 ist ein Flussdiagramm eines allgemeinen Verfahrens zum Steuern eines elektronischen Fahrzeuglenksystems, um das variable Lenkgefühl für den Fahrer unter Verwendung von Fuzzylogik-Steuer-Technologie zu ergeben;
13 ist ein anderes, vereinfachtes Blockschaltbild des Fuzzylogik-Steuergeräts, welches das einstellbare, variable Lenkgefühl in dem elektronischen Lenksystem nach 2 ausführt;
14 ist ein Blockschaltbild eines ersten Fuzzylogik-Steuergeräts mit einer einstellbaren Faktor- und Moduserzeugungseinheit; und
15 ist ein Blockschaltbild eines zweiten Fuzzylogik-Steuergeräts mit einer anderen einstellbaren Faktor- und Modus-Erzeugungseinheit.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einem elektronischen Lenksystem sind traditionelle Lenksystemkomponenten, zum Beispiel die Lenksäule, die Zwischenwelle, die Pumpe, beseitigt. Die mechanischen Verbindun gen zwischen den Antriebssteuerungen bzw. -regelungen und den Lenkmechanismen sind durch verschiedene elektromechanische Laufradaktuatoren, Kraftrückführungs-Lenkrad- oder -Steuerknüppel- bzw. -Joystick-Einrichtungen auf Motorbasis und ein verteiltes Netzwerk von elektronischen Steuermodulen ersetzt.
1 veranschaulicht ein elektronisches Lenksystem 10 eines Fahrzeugs mit einem elektronischen Lenk-Steuermodul 12. Wie in 1 gezeigt, ist das elektronische Lenk-Steuermodul 12 in elektrischer Verbindung mit einer Lenkrad-Baugruppeneinheit 20 und einer Laufrad-Baugruppeneinheit 23. Wie gezeigt, weist das Steuermodul 12 ein Lenkrad-Steuergerät 14 und ein Laufrad-Steuergerät 18 auf. Das Lenkrad-Steuergerät 14 ist in elektrischer Verbindung mit dem Laufrad-Steuergerät 18. Bei dieser Ausführungsform führt das Steuermodul 12 die Steuerung des elektronischen Lenksystems durch Steuern der Lenkrad-Baugruppeneinheit 20 und der Laufrad-Baugruppeneinheit 23 aus. Dies wird im allgemeinen unter Verwendung von Mikroprozessoren ausgeführt. Ein oder eine Mehrzahl von Mikroprozessoren können verwendet werden, ohne jenseits des Umfangs oder des Gedankens der vorliegenden Erfindung zu fallen.
Wie in 1 gezeigt, weist die Lenkrad-Baugruppeneinheit 20 ein Lenkrad 26 auf, das an einer Lenkradwelle 27 angebracht ist. Die Lenkrad-Baugruppeneinheit 20 weist ferner einen Lenkradsensor 28 auf, der an der Lenkradwelle 27 angebracht ist, um einen Lenkradwinkel bzw. -einschlag zu fühlen bzw. abzufühlen. Ein Lenkradwinkel ist ein Winkel relativ zu einer mittleren bzw. zentralen Position, von der aus das Lenkrad gedreht wird. Der Lenkradsensor 28 kann in elektrischer Verbindung mit dem Lenkrad-Steuergerät 14 sein, welches den Lenkradwinkel des Lenkrads anzeigende Signale empfangen kann.
Die Lenk-Baugruppeneinheit 20 kann weiterhin einen Lenkrad-Verstärker 29 aufweisen, welcher in elektrischer Verbindung mit dem Lenkrad-Steuergerät 14 ist. Die Lenkeinheit 20 kann weiterhin einen Lenkradmotor-Aktuator 30 aufweisen, welcher in elektrischer Verbindung mit dem Lenkrad-Verstärker 29 ist und an der Lenkwelle 27 angebracht ist, um Kraft bzw. Leistung von dem Lenkrad-Verstärker 29 zu empfangen und um Drehmoment an dem Lenkrad 26 zu erzeugen.
Wie in 1 gezeigt, weist die Laufrad-Baugruppeneinheit 23 Laufräder 31 und Spurstangen bzw. Lenkspurstangen 33 auf, wobei jedes Laufrad 31 mit einer der Lenkspurstangen 33 verbunden ist. Die Laufrad-Baugruppeneinheit 23 weist ferner eine Getriebe-Baugruppe 36 auf, an der jede Lenkspurstange 33 angebracht ist. Die Laufrad-Baugruppeneinheit 23 weist ferner einen Laufradsensor 41 auf, der an dem Motoraktuator 44 angebracht ist, um einen Laufradwinkel bzw. -einschlag zu fühlen bzw. abzufühlen. Diese kann einen oder eine Mehrzahl von Laufradsensoren enthalten. Alternativ kann der Sensor 41 an einem oder benachbart zu einem Laufrad angebracht sein, um den Laufradwinkel und das Drehmoment hieran während der Operation des Fahrzeuges zu fühlen bzw. abzufühlen. Wie gezeigt, kann der Sensor 41 in elektrischer Verbindung mit dem Laufrad-Steuergerät 18 sein, um die Laufradwinkel anzeigende Signale zu senden, die durch das Steuergerät 18 zu verarbeiten sind.
Die Laufrad-Baugruppeneinheit 23 kann ferner einen Laufrad-Verstärker 43 zum Empfangen von Steuersignalen von dem Laufrad-Steuergerät 18 aufweisen. Die Laufrad-Baugruppeneinheit 23 weist ferner einen Laufradmotor-Aktuator 44 in elektrischer Verbindung mit dem Laufrad-Verstärker 43 auf. Der Laufradmotor-Aktuator 44 kann laufende Steuersignale von dem Laufrad-Verstärker 43 empfangen, um Drehmoment auf die Laufräder 31 aufzubringen.
Bei dieser Ausführungsform weist die Laufradeinheit 23 wenigstens einen Sensor, Verstärker und Aktuator für jedes Rad oder beide Räder auf. Selbstverständlich kann irgendeine Anzahl von Sensoren, Verstärkern oder Aktuatoren für das Laufrad verwendet werden, ohne jenseits des Umfanges oder des Gedankens der vorliegenden Erfindung zu fallen.
Das in 1 gezeigte elektronische Lenksystem 10 kann als zwei Systeme entsprechend ihren unterschiedlichen Funktionen ausgestaltet sein: Lenkrad-Steuersystem und Laufrad-Steuersystem. Das Lenkrad-Steuersystem 16 besteht aus der Lenkrad-Baugruppeneinheit 20 und ihrem Steuergerät 14. Das Laufrad-Steuersystem 17 besteht aus der Laufrad-Baugruppeneinheit 23 und ihrem Steuergerät 18. Das Lenkrad-Steuersystem 16 ergibt Lenkgefühl für den Fahrer, Lenkradwinkel-Betätigung bzw. -Befehl und aktive Lenkradrückkehr. Das Laufrad-Steuersystem 17 erzeugt dem Lenkrad-Betätigungswinkel folgend aktuellen Laufradwinkel. Das Lenkrad-Steuersystem und das Laufrad-Steuersystem sind in elektrischer Verbindung miteinander. Das Lenkrad-Steuersystem 16 empfängt das gemessene Lenkradwinkelsignal, das Lenkradreferenzsignal von dem gemessenen Laufradwinkelsignal und das gemessene oder geschätzte Laufraddrehmomentsignal. Das Laufrad-Steuersystem 17 empfängt das Lenkradwinkel-Betätigungssignal. Beide Systeme empfangen die Fahrzeugsignale, zum Beispiel Fahrzeuggeschwindigkeit (in der Figur nicht gezeigt).
2 veranschaulicht ein Blockschaltbild des elektronischen Lenk-Steuersystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Dieses Blockschaltbild liefert eine Steuersystemstruktur für die Steuerung des in 1 gezeigten elektronischen Lenksystems. Das elektronische Lenk-Steuersystem in 2 wird angewendet, um die erforderlichen Lenkmerkmale einschließlich des variablen Lenkgefühls auszuführen. Wie in 2 gezeigt, ist das Lenkrad-Steuersystem 16 in Einzelheiten veranschaulicht und das Laufrad-Steuersystem 17 ist unter Verwendung nur eines einzelnen Blockes beschrieben. Zwei Steuersysteme sind als ein elektronisches Lenk-Steuersystem durch Signalverbindungen integriert. Das Lenkrad-Steuersystem 16 empfängt das gemessene Laufradwinkelsignal Θ_r, das gemessene oder geschätzte Laufraddrehmomentsignal τ_r und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v_s. Das Laufrad-Steuersystem 17 empfängt das Lenkradwinkelsignal Θ_s.
Das Lenkrad-Steuersystem 16 wird durch Anwendung der Fuzzylogik-Steuertechnologie gesteuert. Folglich ist das Lenkrad-Steuergerät 14 ein Fuzzylogik-Steuergerät. Wie in 2 gezeigt, empfängt das Fuzzylogik-Steuergerät 14 ein Lenkwinkelfehlersignal e_sr, ein gemessenes oder geschätztes Laufraddrehmomentsignal τ_r und ein gemessenes Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v_s. Das Lenkwinkelfehlersignal e_sr zeigt eine Winkeldifferenz zwischen dem Lenkrad-Referenzwinkel Θ_sr und dem Lenkradwinkel Θ_s an. Das Laufraddrehmomentsignal τ_r zeigt das Laufraddrehmoment an und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v_s zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit an. Das Fuz zylogik-Steuergerät 14 erzeugt das Ausgangssteuerbefehlssignal u_s beruhend auf diesen Eingangssignalen durch Anwendung eines Fuzzylogik-Steueralgorithmus. Das Ausgangssteuerbefehlsignal u_s zu einem auf das Lenkrad aufzubringenden Drehmoment proportional, das durch den Fahrzeugfahrer gefühlt wird. Das durch den Fahrer gefühlte Drehmoment wird als ein Lenkradreaktionsdrehmoment bezeichnet. Folglich wird u_s ferner als das Reaktionsdrehmomentsteuersignal oder -variable bezeichnet.
Es sind zwei Rückkopplungssteuerschleifen in dem Lenkrad-Steuersystem 16 vorhanden, das in 2 gezeigt ist. Das gemessene Lenkradwinkelsignal Θ_s wird negativ rückgekoppelt und wird von dem Lenkradreferenzwinkel Θ_sr in dem Summierer 76 subtrahiert, um die Stellungsrückkopplungsschleife zu bilden, welche das Lenkrad-Fuzzylogik-Steuergerät 14 und eine lenkradgesteuerte Anlage 20 enthält. Die gesteuerte Anlage 20 in 2 ist die Blockschaltbild-Beschreibung der Lenkrad-Baugruppeneinheit 20 in 1.
Das Lenkradwinkelgeschwindigkeitssignal ω wird dazu verwendet, um die Lenkradgeschwindigkeits-Rückkopplungsschleife zu bilden, welche den Geschwindigkeitsrückkopplungskompensator 66 und die lenkradgesteuerte Anlage 20 enthält. Das Lenkradwinkelgeschwindigkeitssignal ω wird von dem Lenkradwinkelsignal Θ_s unter Verwendung eines Derivators bzw. Differenziergeräts 63 mit der Berechnung ω = dΘ_s/dt erhalten. Das Lenkradwinkelgeschwindigkeitssignal wird als ein Eingangssignal des Geschwindigkeitsrückkopplungskompensators 66 verwendet. Das Ausgangssteuersignal u_r des Geschwindigkeitsrückkopplungskompensators 66 wird negativ rückgekoppelt und von dem Ausgangssteuerbefehlssignal u_s in dem Sum mierer 60 subtrahiert, um die Geschwindigkeitsrückkopplungsschleife zu bilden. Das Vorwärtswegsignal e_τ zwischen den Ausgangssteuerbefehlssignalen u_s und u_r wird zu der lenkradgesteuerten Anlage 20 weitergeleitet.
Bei dieser Ausführungsform bestehen die Hauptfunktionen der Lenkradgeschwindigkeitskompensationsschleife darin, die Dämpfung des Lenkrad-Steuersystems zu verbessern und die einstellbare Lenkradrückkehrgeschwindigkeit vorzusehen. Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal kann angewendet werden, um ein Planungssignal für das Geschwindigkeitsrückkopplungssteuergerät 66 zu sein, um variable Dämpfungs- und Lenkradrückkehrgeschwindigkeitsfunktionen zu verwirklichen.
In 2 stellt τ_ddas Stördrehmoment dar und τ_c stellt das Reaktionsdrehmoment dar. Eine Aktion bzw. Maßnahme eines Fahrers, um das Lenkrad zu drehen, kann als Vorsehen eines äquivalenten externen Stördrehmoments τ_d bei dem Lenkrad-Steuersystem bei dieser Erfindung bezeichnet werden. Wenn ein externes Stördrehmoment τ_d auf das Lenkrad-Steuersystem als ein typisches Rückkopplungssteuersystem aufgebracht wird, wird das Lenkrad-Steuersystem ein Reaktionsdrehmoment τ_c an bzw. bei dem Lenkrad erzeugen, um das Stördrehmoment τ_d zurückzuweisen. Das Reaktionsdrehmoment τ_c wird in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Stördrehmoment τ_d aufgebracht, was ein gewohntes bzw. vertrautes Lenkradgefühl für den Fahrer ergibt. Darüber hinaus stellt ein effektives Drehmoment τ_m eine Differenz zwischen dem Reaktionsdrehmoment τ_c und dem Stördrehmoment τ_ddar. Wenn der Fahrer hält und stoppt, das Lenkrad zu drehen, ist das Reaktionsdrehmoment τ_c gleich zu dem externen Stördrehmoment τ_d und das effektive Drehmoment τ_m wird zu Null.
Wie in 2 gezeigt, empfängt ein Aktuatormotorantrieb 30 das Steuersignal e_τ und bringt einen entsprechenden Betrag des Reaktionsdrehmoments τ_c auf das Lenkrad auf. Infolgedessen werden das effektive Drehmoment τ_m und der Lenkradwinkel Θ_s erzeugt. Wie gezeigt, empfängt das Laufrad-Steuersystem 18 ein Lenkradwinkelsignal von dem Lenkrad-Steuersystem 16. Ein Laufradstördrehmoment τ_f stellt alle externen und internen Störungen dar, die in dem Laufrad-Steuersystem 17 wirksam sind. Das Laufrad-Steuersystem 17 ist so ausgestaltet, um der Lenkradwinkelbetätigung mit dem akzeptierten bzw. angenommenen Spurfehler bzw. Nachfolgefehler unter dem Einfluss des Stördrehmoments τ_f zu folgen. Dies bestimmt und erzeugt seinerseits einen Laufradwinkel Θ_r und ein Laufraddrehmoment τ_r. Ein resultierendes Laufradwinkelsignal Θ_r und ein Laufraddrehmomentsignal τ_r werden zu dem Lenkrad-Steuersystem 16 rückgekoppelt.
Wie in 2 gezeigt, wird der Lenkradreferenzwinkel Θ_sr beruhend auf der Eingabe des Laufradwinkels Θ_r im Block 73 mit konstanter Verstärkung erzeugt. Das Lenkreferenzwinkelsignal Θ_sr wird von dem eingegebenen bzw. zugeführten Lenkradwinkel Θ_s in dem Summierer 76 subtrahiert, um den Lenkradwinkelfehler e_sr zu bilden. Folglich ist der Lenkradwinkelfehler e_sr die Differenz zwischen dem Lenkradwinkel Θ_s und dem Lenkreferenzwinkelsignal Θ_sr bei dieser Ausführungsform. Der Lenkwinkelfehler e_sr wird von dem Lenkrad-Fuzzylogik-Steuergerät 14 empfangen.
3 zeigt ein allgemeines Blockschaltbild des Fuzzylogik-Steuergeräts 14 und seiner Ausführungsschritte. Wie gezeigt, weist das Fuzzylogik-Steuergerät 14 drei Blöcke oder drei Ausführungsschritte wie folgt auf: einen Fuzzifikations-Block 80, einen Inferenz-Block 83 und einen Defuzzifikations-Block 86.
4 zeigt weiterhin ein Blockschaltbild des Fuzzylogik-Steuergeräts 14 mit einem ersten Fuzzylogik-Steuergerät FLC 90 und einem zweiten Fuzzylogik-Steuergerät FLC 93, wie in dem aktuellen elektronischen Lenk-Steuersystem ausgeführt. Im allgemeinen empfängt das erste Fuzzylogik-Steuergerät 90 einen Lenkwinkelfehler e_sr und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v_s. Das erste Fuzzylogik-Steuergerät 90 erzeugt ein Ausgangs-Zwischendrehmoment-Steuersignal u_sm beruhend auf dem Eingangs-Lenkwinkelfehler e_sr und dem Eingangs-Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v_s. Das Zwischendrehmoment-Steuersignal u_sm wird zu dem zweiten Fuzzylogik-Steuergerät geschickt, um ein Eingang bzw. Eingabe zu sein.
Wie in 4 gezeigt, wird ein Drehmomentfehlersignal e_tr beruhend auf dem Zwischendrehmoment-Steuersignal u_sm und dem aktuellen negativen, eingegebenen bzw. eingespeisten Laufraddrehmomentsignal τ_r im Summierer 91 bestimmt. Wie gezeigt, werden das Drehmomentfehlersignal e_tr und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v_s durch das zweite Fuzzylogik-Steuergerät 93 für Verarbeitung empfangen. Im allgemeinen erzeugt das zweite Fuzzylogik-Steuergerät 93 ein Ausgangs-Reaktionsdrehmoment-Steuersignal u_s beruhend auf dem Drehmomentfehlersignal e_tr und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v_s. Das Reaktionsdrehmoment-Steuersignal u_s ist zu dem Reaktionsdrehmoment τ_c proportional, das auf das Lenkrad aufzubringen ist, das durch den Fahrzeugfahrer gefühlt wird. Beide Fuzzylogik-Steuergeräte unter Einbeziehung des ersten Fuzzylogik-Steuergeräts 90 und des zweiten Fuzzylogik-Steuergeräts 93 führen den Fuzzylogik-Steueralgorithmus mit den in 3 gezeigten, drei Schritten aus.
In dem ersten Fuzzylogik-Steuergerät 90 sollen drei Schritte, welche eine Fuzzifikation 80, eine Inferenz 83 und eine Defuzzifikation 86, wie in 3 gezeigt, beinhalten, in Abstimmung ausgeführt werden. Als der erste Schritt, um die Fuzzylogik-Steuerung anzuwenden, wandelt das erste Fuzzylogik-Steuergerät 90 die exakten, genauen ("crisp") Werte des Eingangs-Lenkradwinkelfehlers e_sr und der Fahrzeuggeschwindigkeit v_s in Werte in den Fuzzymengen um, welche durch Mitgliedschafts-Funktionen und Labels repräsentiert sind. In dem Prozess der Fuzzifikation wird ein genauer Wert einer numerischen Eingangsvariablen mit einem linguistischen Term bzw. Ausdruck benannt und der entsprechende Grad der Mitgliedschaft für die Eingangsvariable wird bestimmt. Folglich werden zuerst die Labels und Mitgliedschafts-Funktionen für Eingangsvariable unter Einbeziehung des Lenkradwinkelfehlers e_sr und der Fahrzeuggeschwindigkeit v_s definiert. Das Label und die Mitgliedschafts-Funktion für die Ausgangs-Zwischendrehmoment-Laufvariable u_sm wird ebenfalls zu der gleichen Zeit beschrieben.
Eine Mitgliedschafts-Funktion ist eine Datenkurve, welche definiert, wie jeder Punkt in den genauen Eingangswerten relativ zu einem Mitgliedschaftswert (oder Grad der Mitgliedschaft) zwischen 0 und 1 abgebildet wird. Bei dieser Ausführungsform ist ein Grad der Mitgliedschaft eine reelle Zahl zwischen 0 und 1, derart, dass ein Übergang von Mitgliedschaft zu Nicht-Mitgliedschaft graduell bzw. allmählich anstatt abrupt ist. Der Grad der Mitgliedschaft für alle ihre Glieder beschreibt folglich eine Fuzzymenge. Je höher die Zahl zwischen 0 und 1 ist, umso höher ist der Grad der Mitgliedschaft. Bei dieser Ausführungsform ist ein Label zu einem genauen Wert einer numerischen Eingangs- oder Ausgangsvariablen ein linguistischer Term innerhalb einer Mitglied- schafts-Funktion, welcher dazu verwendet wird, um jede Mitgliedschaft zu identifizieren. Elemente einer Mitgliedschafts-Funktion werden aus einem Informationsbereich entnommen, welcher der gesamte mögliche Bereich für jede Variable ist. 5 bis 7 stellen Mitgliedschafts-Funktionen sowohl für den Eingangs-Lenkradwinkelfehler e_sr und die Fahrzeuggeschwindigkeit v_s als auch für die Ausgangs-Zwischendrehmoment-Laufvariable u_sm mit dreieckförmigen Kurven oder Gestalten bzw. Formen dar. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass Mitgliedschafts-Funktionen andere Gestalten aufweisen können, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf trapezförmige, Glockenkurven- und Rechteckstufen-Gestalten.
Bei dieser Ausführungsform, um einen genauen Wert zu einem Grad von Mitgliedschaft mit einem Label in der Fuzzymenge zu fuzzifizieren oder umzuwandeln, werden zuerst entsprechende Labels und Mitgliedschafts-Funktionen bestimmt. Folglich ist, wie in 5 gezeigt, eine Lenkradwinkelfehler-Mitgliedschafts-Funktion aufgezeichnet bzw. graphisch dargestellt worden, wobei eine Mehrzahl von Lenkwinkelfehler-Labels dargestellt ist. Wie gezeigt, sind neun dreieckförmig gestaltete Kurven definiert, um den erforderlichen Bereich eines Eingangswerts (Informationsbereich) abzudecken. In diesem Beispiel enthalten die Lenkradwinkelfehler-Labels Zwei-Buchstaben-Abkürzungen, von denen jede einen Bereich von genauen Lenkradwinkelfehlern repräsentiert. Hier stellt N negativ dar, P stellt positiv dar, ZE stellt annähernd Null dar, S stellt klein dar, M stellt mittel dar, L stellt groß dar und H stellt sehr groß dar.
In dem in 4 gezeigten Beispiel sind die Labels für den Lenkradwinkelfehler in der Mitgliedschafts-Funktion mit den vorbestimmten Lenkwinkelfehlerbereichen wie folgt vorgesehen:
Was Fahrzeugvariable in Bezug auf Fahrzeuggeschwindigkeiten anbetrifft, ist die Fahrzeuggeschwindigkeits-Mitgliedschafts-Funktion mit relativen Labels für jedes Glied in 6 gezeigt. Hier stellt ZE annähernd null Geschwindigkeit dar, S stellt geringe Geschwindigkeit dar, M stellt mittlere Geschwindigkeit dar, L stellt hohe Geschwindigkeit dar und H stellt sehr hohe Geschwindigkeit dar. Die Labels für die Fahrzeuggeschwindigkeit in der Mitgliedschafts-Funktion mit den vorbestimmten Geschwindigkeitsbereichen werden bei dieser Ausführungsform wie folgt verwendet:
Was die Ausgangsvariable anbetrifft, so ist die Zwischendrehmoment-Laufvariable u_sm-Mitgliedschafts-Funktion mit relativem Label für jedes Glied in 7 angegeben. Die Gestalten bzw. Formen der Mitgliedschaft und Labels sind die gleichen wie diejenigen des Lenkradwinkelfehlers e_sr. Die Labels für die Zwischendrehmoment-Laufvariable u_sm in der Mitgliedschafts-Funktion mit den vorbestimmten Bereichen werden bei dieser Ausführungsform wie folgt verwendet:
Wie in 5 und 6 gezeigt, wird in dem Fuzzifikationsblock 80 des ersten Fuzzylogik-Steuergeräts 90 ein Grad der Mitgliedschaft zwischen 0 und 1 für jeden genauen Eingangswert innerhalb einer entsprechenden Mitgliedschaft mit relativen Labels bestimmt. Jeder genaue Eingangswert fällt in wenigstens zwei durch relative Labels ausgedrückte Mitgliedschaften. Beispielsweise fällt ein genauer Lenkradwinkelfehler von –3° innerhalb NM mit einem Grad der Mitgliedschaft von 0,5 und innerhalb NS mit einem Grad der Mitgliedschaft von 0,5 in 5. Folglich wird der genaue Wert von –3° für den Lenkradwinkelfehler zu 0,5 in der Mitgliedschaft, die durch NM ausgedrückt ist, und zu 0,5 in der Mitgliedschaft, die durch NS ausgedrückt ist, umgewandelt. Bei dieser Ausführungsform gehört der Lenkradwinkelfehler von –3° zu der "negativ mittleren" Mitgliedschaft bei einem 50-Prozent-Pegel bzw. -Niveau und gehört zu der "negativ kleinen" Mitgliedschaft bei einem 50-Prozent-Pegel bzw. -Niveau. Als ein anderes Beispiel fällt eine genaue Fahrzeuggeschwindigkeit von 45 mph innerhalb L (hoch) mit einem Grad der Mitgliedschaft von 0,25 und innerhalb M (mittel) mit einem Grad der Mitgliedschaft von 0,75, wie in 6 gezeigt.
Beruhend auf dem Ergebnis der Fuzzifikation 80 folgert bzw. schlussfolgert die Inferenz 83 den unbestimmten ("fuzzy") Ausgangsvariablen-Wert durch Bestimmen des Grades der Mitgliedschafts-Funktion für die Zwischendrehmoment-Laufvariable in dem ersten Fuzzylogik-Steuergerät 90. Bei dieser Ausführungsform ist die Mitgliedschafts-Funktion mit relativem Label für jedes Glied der Zwischendrehmoment-Laufvariablen u_sm in 7 angegeben worden. Sein Grad der Mitgliedschaft wird durch weitere Anwendung der Fuzzylogik-Inferenz 83 beruhend auf beiden Graden der Mitgliedschaft für den Lenkradwinkelfehler und die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt.
Der Inferenzprozess wird unter Verwendung eines Satzes bzw. Menge von Regeln bzw. Vorschriften ausgeführt. Bei Verwendung der Eingangs- und Ausgangsvariablen-Mitgliedschafts-Funktionen, wie oben definiert, werden Regeln für die Fuzzy-Inferenz 83 geschrieben, welche eine Wissensbasis verkörpern bzw. darstellen, und werden unter Verwendung des Wissens und der Erfahrung professioneller Fahrer und Steuersystem-Entwickler bestimmt. Die Regeln können verschiedene Variablen sowohl in der Bedingung als auch im Schluss bzw. logischen Schluss der Regeln verwenden. Die Regeln werden in Englisch als "if-then" (wenn-dann)-Feststellungen repräsentiert. Zum Beispiel: WENN der Lenkradwinkelfehler negativ klein (NS) ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit mittel (M) ist, DANN ist die Zwischendrehmoment-Laufvariable negativ mittel (NM).
Die Regeln werden definiert, um verschiedene Situationen von der Lenkradwinkelfehlereingabe mit der unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeit bis zur Zwischendrehmoment-Steuerausgabe abzudecken. Die Gesamtheit solcher Regeln bildet eine Fuzzy-Inferenzeinheit für die Bestimmung des Zwischendrehmoment-Laufvariablen-Werts. Die vierundfünfzig Regeln werden entsprechend den möglichen Kombinationen des Lenkradwinkelfehlers und der Fahrzeuggeschwindigkeit gebildet. Eine Kurzschriftmethode zum Darstellen dieser Regeln ergibt sich aus in 10 gezeigten Tabelle 1. Bei dieser Ausführungsform werden diese Regeln in üblicher Weise durch Verwendung des Wissens und der Erfahrung professioneller Fahrer und Steuersystem-Entwickler abgeleitet, um einen erwünschten Zwischendrehmoment-Laufvariablen-Ausgang zu erhalten.
In dem Prozess der Inferenz unter Verwendung des Inferenzblocks 83 in 3 wird der gesamte, in 10 gezeigte Satz von Regeln bewertet bzw. ausgewertet und während dieses Prozesses können einige Regeln "entflammen (fire up)", was bedeutet, dass sie aktiv werden. Zum Beispiel werden besondere Fuzzylogik-Regeln in 10 entflammt, wenn der Lenkradwinkelfehler –3° ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit 45 mph ist.
Entsprechend den Mitgliedschafts-Funktionen für den Lenkradwinkelfehler und die Fahrzeuggeschwindigkeit in 5 und 6 und der Regeltabelle 1 in 10 werden diese Fuzzylogik-Regeln wie folgt angegeben:

1. Wenn (SWAerror ist MN) und (Vspeed ist M), dann (IntermOut ist MN)
2. Wenn (SWAerror ist SN) und (Vspeed ist M), dann (IntermOut ist SN)
3. Wenn (SWAerror ist MN) und (Vspeed ist L), dann (IntermOut ist MN)
4. Wenn (SWAerror ist SN) und (Vspeed ist L), dann (IntermOut ist MN),

Der Grad der Mitgliedschafts-Funktion für die Ausgangs-Zwischendrehmoment-Laufvariable erfordert es, entsprechend den Graden der Mitgliedschafts-Funktionen für Eingänge von Lenkradwinkelfehler und Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt zu werden. Da eine UND-Operation bzw. -Verknüpfung für jede Regel verwendet wird, soll das Minimalkriterium der Eingänge entsprechend den Fuzzylogik-Operationsregeln verwendet werden. Daher wird der geringere Grad der Mitgliedschaften für Eingänge von Lenkradwinkelfehler und Fahrzeuggeschwindigkeit gewählt, um der Grad der Mitgliedschaft für die Ausgangs-Zwischendrehmoment-Laufvariable zu sein.
Zum Beispiel kann mit einem genauen Lenkwinkelfehler von –3° und einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 45 mph, wie oben erwähnt, ein Grad der Mitgliedschaft für die Zwischendrehmoment-Laufvariable unter Verwendung des Minimalkriteriums bestimmt werden. Bei dieser Ausführungsform wird der Grad der Mitgliedschaft der Zwischendrehmoment-Laufvariablen wie folgt bestimmt:
Die obigen vier Ausgangsresultate werden überlappt und sodann in der Defuzzifikation 86 verarbeitet.
In einem Defuzzifikationsblock 86 muss der unbestimmte Wert zu einer genauen Zwischendrehmoment-Laufvariablen umgewandelt werden. Defuzzifikation ist ein Prozess, welcher einen unbestimmten Wert in einen genauen Wert umwandelt. Dies kann durch irgendwelche geeigneten Mittel einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf ein Mittel der Maximummethode, einer Maximierungsentscheidungsmethode und einer Schwerpunkts-Defuzzifikations (Schwerpunkt)-Methode ausgeführt werden.
Bei dieser Ausführungsform wird die Schwerpunkts-Defuzzifikations-Methode verwendet, und kann wie folgt vorgesehen sein:
Hier wird die genaue Ausgangs-Zwischendrehmoment-Laufvariable u_sm mittels des Schwerpunkts des Bereichs unter der Mitgliedschafts-Funktionskurve des unbestimmten Ausgangs bestimmt. Darüber hinaus ist n eine Gesamtzahl von Regeln, x_i ist ein laufender Punkt in einer diskreten Grundgesamtheit oder der Regelkonsequenz bzw. -folge der i-ten und u_sm(x_i) ist sein Mitgliedschaftswert der i-ten Regel. Folglich kann in dem obigen Beispiel unter Verwendung der Schwerpunktsmethode ein genauer Wert des Zwischendrehmoment-Laufvariablen-Werts von den vier Mitgliedschaftswerten der Zwischendrehmoment-Laufvariablen, 0,25 NM, zum Beispiel, 0,5 NM, 0,25 NS und 0,5 NM bestimmt werden. Das erste Fuzzylogik-Steuergerät 90 überträgt eine Zwischendrehmoment-Laufvariable.
In dem zweiten Fuzzylogik-Steuergerät 93 sollen drei Schritte, welche eine Fuzzifikation 80, eine Inferenz 83 und eine Defuzzifikation 86 beinhalten, wie in 3 gezeigt, in Abstimmung ausgeführt werden. Als der erste Schritt, um die Fuzzylogik-Steuerung anzuwenden, empfängt das zweite Fuzzylogik-Steuergerät 93 die genauen Werte des Eingangs-Drehmomentfehlersignals und der Fahrzeuggeschwindigkeit v_s und wandelt diese Werte um in Werte in den Fuzzymengen, welche durch relative Mitgliedschafts-Funktionen und Labels repräsentiert werden.
Wie oben erwähnt, werden, um einen genauen Wert zu fuzzifizieren oder diesen zu einem Wert in Fuzzymengen umzuwandeln, entsprechende Mitgliedschafts-Funktionen mit Labels für Eingangsvariable, welche den Drehmomentfehler und die Fahrzeuggeschwindigkeit enthalten, zuerst definiert. Folglich ist, wie in 8 gezeigt, eine Drehmomentfehler-Mitgliedschafts-Funktion graphisch dargestellt worden, wobei eine Mehrzahl von Drehmomentfehler-Labels gezeigt ist. Wie in dem obigen Beispiel enthalten in diesem Beispiel die Drehmomentfehler-Labels Zwei-Buchstaben-Abkürzungen, von denen jede einen Bereich von genauen Fehlern darstellt. Hier stellt N negativ dar, P stellt positiv dar, ZE stellt annähernd Null dar, S stellt klein dar, M stellt Mittel dar, L stellt groß dar und H stellt sehr groß dar.
In diesem Beispiel werden die Labels mit linguistischen Zwei-Buchstaben in der Mitgliedschafts-Funktion des Drehmomentfehlersignals und ihr vorbestimmter Bereich wie folgt angegeben:
Wie oben erwähnt und in 6 gezeigt, ist die Fahrzeuggeschwindigkeits-Mitgliedschafts-Funktion mit relativen Labels für jedes Glied angegeben worden.
Wie in 6 und 8 gezeigt, wird in dem Fuzzifikationsblock 80 des zweiten Fuzzylogik-Steuergeräts 93 ein Grad der Mitgliedschaft zwischen 0 und 1 für jeden genauen Eingangswert innerhalb einer entsprechenden Mitgliedschaft mit relativen Labels bestimmt. Jeder genaue Eingangswert fällt in wenigstens zwei Mitgliedschaften, die durch relative Labels ausgedrückt sind. Zum Beispiel fällt ein genauer Drehmomentfehler von –0,3 innerhalb des NM mit einem Grad der Mitgliedschaft von 0,5 und des NS mit einem Grad der Mitgliedschaft von 0,5 in 8. Folglich wird der genaue Wert von –0,3 für den Drehmomentfehler zu 0,5 in der mit NM ausgedrückten Mitgliedschaft und zu 0,5 in der mit NS ausgedrückten Mitgliedschaft umgewandelt.
Um das Fuzzylogik-Inferenz-Ergebnis in dem nächsten Schritt zu erhalten, wird die Mitgliedschafts-Funktion mit Labels für die Ausgangs-Reaktionsdrehmoment-Laufvariable ebenfalls in 9 definiert. Die Labels für die Reaktionsdrehmoment-Laufvariable in der Mitgliedschafts-Funktion und ihr Bereich sind wie folgt vorgesehen:
Beruhend auf dem Ergebnis der Fuzzifikation 80 schlussfolgert die Inferenz 83 den unbestimmten Ausgangs-Variablen-Wert durch Bestimmen des Grades der Mitgliedschafts-Funktion für die Reaktionsdrehmoment-Laufvariable in dem zweiten Fuzzylogik-Steuergerät 93. Bei dieser Ausführungsform ist die Mitgliedschafts-Funktion mit relativem La bel für jedes Glied der Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen in 9 angegeben worden. Sein Grad der Mitgliedschaft wird durch weitere Anwendung der Fuzzylogik-Inferenz 83 beruhend auf beiden Graden der Mitgliedschaft für den Lenkradwinkelfehler und die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt.
Unter Verwendung von Mitgliedschafts-Funktionen der Eingangs- und Ausgangsvariablen, wie oben definiert, werden Regeln für die Fuzzy-Inferenz 83 geschrieben, welche eine Wissensbasis verkörpern, und werden bestimmt durch Verwendung des Wissens und der Erfahrung professioneller Fahrer und Steuersystem-Entwickler. Die Regeln werden definiert, um die unterschiedlichen Situationen von dem Drehmomentfehlereingang mit der unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeit bis zu dem Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen-Ausgang abzudecken. Die Gesamtheit solcher Regeln bildet eine Fuzzy-Inferenz-Einheit für die Bestimmung des Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen-Werts. Die vierundfünfzig Regeln werden entsprechend den möglichen Kombinationen aus dem Drehmomentfehler und der Fahrzeuggeschwindigkeit gebildet. Eine Kurzschriftmethode zum Darstellen dieser Regeln befindet sich in der in 11 gezeigten Tabelle 2. Bei dieser Ausführungsform werden diese Regeln üblicherweise durch Verwendung des Wissens und der Erfahrung professioneller Fahrer und Steuersystem-Entwickler abgeleitet, um einen erwünschten Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen-Ausgang zu erlangen.
In dem Inferenzprozess unter Verwendung des Inferenzblocks 83 wird der gesamte Satz bzw. Menge von Regeln bewertet bzw. ausgewertet und während dieses Prozesses können einige Regeln "entflammen (fire up)", was bedeutet, dass sie aktiv werden. Beispielsweise werden besondere Fuzzylogik- Regeln in 13 "entflammt", wenn der Drehmomentfehler –0,3 ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit 45 mph ist. Entsprechend den Mitgliedschafts-Funktionen für den Drehmomentfehler und die Fahrzeuggeschwindigkeit in 8 und 6 und der Regeltabelle 2 in 11 werden diese Fuzzylogik-Regeln wie folgt angegeben:

21. Wenn (RWTerror ist MN) und (Vspeed ist M), dann (ETOut ist MN)
22. Wenn (RWTerror ist SN) und (Vspeed ist M), dann (ETOut ist SN)
30. Wenn (RWTerror ist MN) und (Vspeed ist L), dann (ETOut ist MN)
31. Wenn (RWTerror ist SN) und (Vspeed ist L), dann (ETOut ist MN),

Bei dieser Ausführungsform soll das Minimumkriterium der Eingänge entsprechend den Fuzzylogik-Operationsregeln verwendet werden, da eine UND-Operation für jede Regel verwendet wird. Daher wird der kleinere Grad der Mitgliedschaft für Eingänge von Drehmomentfehler und Fahrzeuggeschwindigkeit gewählt, um der Grad der Mitgliedschaft für die Ausgangs-Reaktionsdrehmoment-Laufvariable zu sein.
Zum Beispiel kann mit einem genauen "road"-Drehmomentfehler von –0,3° und einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 45 mph, wie oben erwähnt, ein Grad der Mitgliedschaft für die Reaktionsdrehmoment-Laufvariable unter Verwendung des Mi nimumkriteriums bestimmt werden. Bei dieser Ausführungsform wird der Grad der Mitgliedschaft der Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen wie folgt bestimmt:
Die obigen vier Ausgangsergebnisse werden überlappt und sodann in dem in 3 gezeigten Defuzzifikationsblock 86 verarbeitet.
In einem Defuzzifikationsblock 86 für das zweite Fuzzylogik-Steuergerät 93 werden die unbestimmten Werte, welche durch die Grade der Mitgliedschaften der Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen dargestellt sind, zu einer genauen Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen umgewandelt. Dies kann durch irgendwelche geeigneten Mittel ausgeführt werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf ein Mittel einer Maximummethode, einer Maximierungsentscheidungsmethode und einer Schwerpunkt-Defuzzifikations-(Schwerpunkt)-Methode.
Bei dieser Ausführungsform wird die Schwerpunkt-Defuzzifikations-Methode verwendet und kann wie folgt vorgesehen sein:
Hier wird u_s mit Hilfe eines Schwerpunkts des Bereichs unter der Mitgliedschafts-Funktionskurve des unbestimmten Ausgangs bestimmt. Darüber hinaus ist n eine Gesamtzahl der Regeln, x_i ist ein laufender Punkt in einer diskreten Grundgesamtheit oder der Regelkonsequenz der i-ten und u_m(x_i) ist sein Mitgliedschaftswert der i-ten Regel. Folglich kann in diesem Beispiel unter Verwendung der Schwerpunktsmethode ein genauer Wert der Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen bestimmt werden.
12 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 110 zum Steuern bzw. Regeln eines elektronischen Fahrzeuglenksystems, um das variable Lenkgefühl für den Fahrer zu ergeben, durch Verwendung der Fuzzylogik-Steuer- bzw. -Regel-Technologie. Das Verfahren 110 beinhaltet Empfangen eines Lenkradwinkelfehlers, eines Laufradwinkels, eines Laufraddrehmoments und einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit im Kasten 113. Das Verfahren 110 beinhaltet ferner Bestimmen einer Zwischendrehmoment-Steuer- bzw. -Laufvariablen beruhend auf einem Lenkradwinkelfehler und einer Fahrzeuggeschwindigkeit durch Anwendung eines Fuzzylogik-Inferenz-Prozesses unter Einbeziehung von Fuzzifikation, Inferenz und Defuzzifikation im Kasten 116. Das Verfahren 110 beinhaltet ferner Bestimmen eines Drehmomentfehlers beruhend auf der Zwischendrehmoment-Laufvariablen und dem aktuellen Laufraddrehmoment im Kasten 120. Das Verfahren 110 beinhaltet ferner Bestimmen einer Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen beruhend auf dem Drehmomentfehler und der Fahrzeuggeschwindigkeit durch Anwendung des Fuzzylogik-Inferenz-Prozesses unter Einbeziehung von Fuzzifikation, Inferenz und Defuzzifikation im Kasten 123. Das Verfahren 110 beinhaltet ferner Anwendung der Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen, um das Lenkrad-Reaktionsdrehmoment zu steuern, um ein variables Lenkgefühl für den Fahrer zu ergeben, im Kasten 126.
13 zeigt eine Ausführungsform des Fuzzylogik-Steuergeräts, um ein einstellbares, variables Lenkgefühl für den Fahrer zu ergeben, in dem in 2 gezeigten, elektronischen Lenk-Steuersystem. Dieses Fuzzylogik-Steuergerät liefert eine variable Lenkrad-Reaktionsdrehmoment-Laufvariable mit adaptiver bzw. anpassungsfähiger Fähigkeit bzw. Leistungsfähigkeit zum Fahren von Typen und für umgebungsbedingte Situationen. Wie in 13 gezeigt, wird eine moduserzeugende Einheit 281 bei dem Fuzzylogik-Steuergerät angewendet, um einen variablen Modusausgang m zu erzeugen und um die einstellbaren Faktoren in dem Fuzzylogik-Steuergerät zu variieren. 14 und 15 zeigen zwei Fuzzylogik-Steuergeräte 290 und 390, welche in dem Lenkrad-Fuzzylogik-Steuergerät in 13 mit einstellbaren Faktoren a₁ und a₂ mit Änderungsbereich 0 ~ 1 enthalten sind.
Bei dieser Ausführungsform enthält das erste Fuzzylogik-Steuergerät 290 eine Einheit 282 für einstellbaren Faktor, wobei diese Einheit 282 einen einstellbaren Faktor a₁ mit einem Änderungsbereich von 0 ~ 1 aufweist. Dieser einstellbare Faktor a₁ ist ein typischer Gewichtungs- bzw. Bewertungskoeffizient in dem Fuzzylogik-Algorithmus für den einstellbaren Faktor. Der einstellbare Faktor a₁ kann beruhend auf einem Antriebs- bzw. Fahrmodus bei dieser Erfindung eingestellt werden. Die Einheit 282 für den einstellbaren Faktor empfängt ein Modussignal m von einer moduserzeugenden Einheit 281 zum Einstellen des einstellbaren Faktors a₁, um sich auf eine Änderung in den Mitgliedschafts-Funktionen entsprechender Variablen proportional auszuwirken bzw. zu beein flussen. Wie in 14 gezeigt, ist ein variabler Modus m der Ausgang der moduserzeugenden Einheit. Infolgedessen wird der Ausgang des ersten Fuzzylogik-Steuergeräts, eine Zwischendrehmoment-Laufvariable, entsprechend der Modusausgangs- variablen m eingestellt. Das Modussignal m kann einen Fahrmodus beruhend auf einem Fahrstil und einer umgebungsbedingten Situation anzeigen.
Wie in 15 gezeigt, enthält analog zu dem ersten Fuzzylogik-Steuergerät 290 ein zweites Fuzzylogik-Steuergerät 390 ebenfalls eine Einheit 382 für einstellbaren Faktor, wobei diese Einheit 382 einen einstellbaren Faktor a₂ mit einem Änderungsbereich 0 ~ 1 aufweist. Dieser einstellbare Faktor a₂ ist ebenfalls ein typischer Gewichtungs- bzw. Bewertungskoeffizient in dem Fuzzylogik-Algorithmus für einstellbaren Faktor. Der einstellbare Faktor a₂ kann beruhend auf einem Fahrmodus eingestellt werden. Die Einheit 382 für einstellbaren Faktor empfängt ein Modussignal m von einer moduserzeugenden Einheit 281 zum Einstellen des einstellbaren Faktors a₂, um sich auf eine Änderung in den Mitgliedschafts-Funktionen entsprechender Fahrzeugvariablen proportional auszuwirken bzw. zu beeinflussen. Infolgedessen wird der Ausgang des zweiten Fuzzylogik-Steuergeräts, eine Reaktionsdrehmoment-Laufvariable, entsprechend der Modusausgangsvariablen m eingestellt, um das Ziel des einstellbaren Lenkrad-Reaktionsdrehmoments zu erreichen. Wie oben erwähnt, kann das Modussignal m einen Fahrmodus beruhend auf einem Fahrstil und einer umgebungsbedingten Situation anzeigen.
Der Fahrstil kann irgendein geeigneter Fahrstil sein, welcher Luxus, Sport, "Off-track", geneigtes, Stadt, Landstrasse und bergiges Terrain beinhaltet. Selbstverständ lich kann irgendein anderer geeigneter Fahrstil hierin miteinbezogen sein, ohne jenseits des Umfanges oder Gedankens der vorliegenden Erfindung zu fallen. Die umgebungsbedingte Situation kann irgendeine geeignete umgebungsbedingte Situation sein, welche trocken, nass, eisig, und starken Wind beinhaltet. Selbstverständlich kann irgendeine andere geeignete, umgebungsbedingte Situation hierin miteinbezogen sein, ohne jenseits des Umfanges oder des Gedankens der vorliegenden Erfindung zu fallen.
Entsprechend dem in 13 gezeigten Konzept kann das einstellbare, variable Lenkgefühl durch den Fahrzeugfahrer manuell oder automatisch unter Verwendung eines Anwenderinterface bzw. -schnittstelle innerhalb des Fahrzeuges eingestellt werden. Die Anwenderschnittstelle kann es einem Fahrer oder einem Insassen des Fahrzeugs erlauben, einige feststehende Fahrmoden mit dem determinierten bzw. bestimmten Modusausgang m auszuwählen oder in einem automatischen Fahrmuster bzw. -modell eine Einstellposition mit einem Modusausgang m entsprechend einem Fahrstil und einer umgebungsbedingten Situation auszuwählen. In dem Falle des manuellen Einstellens durch den Fahrzeugfahrer in der Anwenderschnittstelle, wird der variable Modus m zu einer feststehenden, konstanten Einheit geschaltet, derart, dass die einstellbaren Faktoren a₁ und a₂ sich im Wert nicht ändern. Folglich wird das Fuzzylogik-Steuergerät lediglich durch das feststehende, konstante Einstellen beeinflusst. In dem Falle eines automatischen Einstellens des Modus, wird sich der Modus m mit dem Fahrtyp und der umgebungsbedingten Situation ändern. Folglich können der Fahrtyp und die umgebungsbedingte Situation, welche durch den Fahrer oder durch automatisches Einstellen ausgewählt werden, innerhalb des elektronischen Lenksystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eingebracht bzw. einverleibt werden.
Die moduserzeugende Einheit 281 kann durch irgendwelche geeigneten Entwurftechnologien ausgeführt werden, um ein Modussignal zu erzeugen. In typischer Weise kann die moduserzeugende Einheit 281 durch Verwendung von Fuzzylogik-Technologien entworfen bzw. ausgebildet werden.
Während die vorliegende Erfindung in Hinsicht auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, so versteht es sich selbstverständlich, dass die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist, da Modifikationen bzw. Abwandlungen für den Fachmann ausführbar sind, insbesondere im Lichte der vorangehenden Lehren.

Claims

Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines elektronischen Fahrzeug-Lenksystems (10), um ein variables Lenkgefühl für den Fahrer zu ergeben, wobei das Verfahren aufweist: Empfangen eines aktuellen bzw. tatsächlichen Lenkradwinkelfehlers, eines aktuellen Laufraddrehmoments und einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit; Bestimmen eines Zwischendrehmoment-Steuer- bzw. -Laufvariablen-Werts unter Verwendung eines Fuzzylogik-Inferenzprozesses beruhend auf Lenkradwinkelfehler und Fahrzeuggeschwindigkeit; Berechnen eines Drehmomentfehlers beruhend auf der Zwischendrehmoment-Laufvariablen und des aktuellen Laufraddrehmoments; Bestimmen eines Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen-Werts unter Verwendung eines Fuzzylogik-Inferenzprozesses beruhend auf dem Drehmomentfehler und der Fahrzeuggeschwindigkeit; und Steuern bzw. Regeln des Reaktionsdrehmoments des Lenkrads (26), um ein variables Lenkgefühl für den Fahrer zu ergeben.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Empfangens aufweist: Fühlen bzw. Abfühlen eines aktuellen Lenkradwinkels, des aktuellen Laufradwinkels, des aktuellen Laufraddrehmoments und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit; und Bestimmen des Lenkradwinkelfehlers beruhend auf dem aktuellen Lenkradwinkel und dem aktuellen Laufradwinkel.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bestimmen des Zwischendrehmoment-Laufvariablen-Werts aufweist: Wandeln bzw. Umwandeln des Lenkwinkelfehlers in unbestimmte ("fuzzy") Werte beruhend auf einer Lenkradwinkelfehler-Mitgliedschafts-Funktion mit linguistischen Termlabels bzw. -kennzeichnungen und Bestimmen eines entsprechenden Grades der Mitgliedschaft des Lenkradwinkelfehlers; Umwandeln der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit in unbestimmte Werte beruhend auf einer Fahrzeuggeschwindigkeits-Mitgliedschafts-Funktion mit linguistischen Termlabels und Bestimmen eines entsprechenden Grades der Mitgliedschaft der Fahrzeuggeschwindigkeit; Bestimmen eines unbestimmten Zwischendrehmoment-Laufvariablen-Werts durch Bestimmen eines Grades der Zwischendrehmoment-Laufvariablen-Mitgliedschaft unter Verwendung von Fuzzy-Inferenzregeln bzw. -vorschriften bzw. -normen beruhend auf dem Grad der Mitgliedschaft des Lenkradwinkelfehlers und der Fahrzeuggeschwindigkeit; und Umwandeln der unbestimmten Zwischendrehmoment-Laufvariablen in den genauen ("crisp") Zwischendrehmoment-Laufvariablen-Wert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bestimmen der Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen aufweist: Umwandeln des Drehmomentfehlers in unbestimmte Werte beruhend auf einer Drehmomentfehler-Mitgliedschafts-Funktion mit linguistischen Termlabels und Bestimmen eines entsprechenden Grades der Mitgliedschaft des Drehmomentfehlers; Umwandeln der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit in unbestimmte Werte beruhend auf einer Fahrzeuggeschwindigkeits-Mitgliedschafts-Funktion mit linguistischen Termlabels und Bestimmen eines entsprechenden Grades der Mitgliedschaft der Fahrzeuggeschwindigkeit; Bestimmen eines unbestimmten Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen-Werts durch Bestimmen eines Grades der Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen-Mitgliedschaft unter Verwendung von Fuzzy-Inferenz-Regeln beruhend auf dem Grad der Mitgliedschaft des Drehmomentfehlers und der Fahrzeuggeschwindigkeit; Umwandeln der unbestimmten Reaktionsdrehmoment-Laufvariablen in eine genaue Reaktionsdrehmoment-Laufvariable.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der aktuelle Lenkradwinkelfehler auf dem aktuellen Lenkrad-Referenzwinkel und dem aktuellen Lenkradwinkel beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: Erzeugen des aktuellen Lenkrad-Referenzwinkels beruhend auf dem Abfühlen des Laufradwinkels; und Bestimmen des Lenkradwinkelfehlers beruhend auf dem Lenkrad-Referenzwinkel und dem Lenkradwinkel.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Bestimmen der Zwischendrehmoment-Laufvariablen beruhend auf dem Lenkradwinkelfehler und der Fahrzeuggeschwindigkeit aufweist: Lesen eines Satzes bzw. Menge von Fuzzylogik-Inferenz-Regeln unter Verwendung der Zwischendrehmoment-Laufvariablen als Schluss bzw. Schlussfolgerung und des Lenkradwinkelfehlers und der Fahrzeuggeschwindigkeit als Bedingungen; und Anwenden der Menge der Fuzzylogik-Inferenz-Regeln, um auf die Zwischendrehmoment-Laufvariable zu schließen bzw. schlussfolgern.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Umwandeln der Fahrzeuggeschwindigkeit aufweist: Definieren einer Fahrzeuggeschwindigkeits-Mitgliedschafts-Funktion mit linguistischen Termlabels; und Bestimmen eines entsprechenden Grades der Mitgliedschaft der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Umwandeln des Drehmomentfehlers aufweist: Definieren einer Drehmomentfehler-Mitgliedschafts-Funktion mit linguistischen Termlabels; und Bestimmen eines entsprechenden Grades der Mitgliedschaft des Drehmomentfehlers.