DE112018005821T5

DE112018005821T5 - Verfahren zur Reibungskompensation in einem Servolenkungssystem und zugehöriges Schätzverfahren

Info

Publication number: DE112018005821T5
Application number: DE112018005821.2T
Authority: DE
Inventors: Alain Guilemond; Sébastien BOURDREZ; Tahar SLAMA; Pascal Moulaire; Nicolas Baudouin
Original assignee: JTEKT Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2020-07-30
Also published as: US20200370979A1; CN111344699B; BR112020009382A2; CN111344699A; FR3073638B1; US11656137B2; FR3073638A1; WO2019092341A1; JP7160914B2; JP2021502294A

Abstract

Es ist Aufgabe der Erfindung, einige oder alle der genannten Nachteile zu überwinden. Dafür wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem eine kontinuierliche Schätzung der mittleren Reibungsrate durchgeführt wird, wodurch die Integration des Verfahrens in ein allgemeines Reibungskompensationsverfahren ermöglicht wird, um das Gefühl am Lenkrad, insbesondere für Geschwindigkeiten unter einem bestimmten Schwellenwert, kontinuierlich zu verbessern. Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Reibungskompensation in einem elektrischen Servolenkungssystem, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kompensationsverfahren eine kontinuierliche Schätzung der mittleren Reibungsrate berücksichtigt, die durch das erfindungsgemäße Schätzverfahren erhalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der elektrischen Servolenkungssysteme und insbesondere das Gefühl des Fahrers am Lenkrad.
Es gibt verschiedene Arten von Servolenkungssystemen, und die Erfindung betrifft die elektrischen Servolenkungssysteme mit der Bezeichnung «D.A.E.», die einen Elektromotor zum Unterstützen des Fahrers beim Lenken seines Fahrzeugs zu verwenden.
Die erste Aufgabe der elektrischen Servolenkung ist die Unterstützung, d. h. die Reduzierung des Lenkrad-/Fahrerdrehmoments bei einer festgelegten Bewegung. Deshalb ist ein Lenkrad-/Fahrerdrehmomentsensor konfiguriert, das vom Fahrer auf die Lenksäule aufgebrachte Drehmoment zu messen, und ein Computer ermittelt die zugehörige Unterstützung und treibt den Elektromotor der elektrischen Servolenkung in Abhängigkeit vom gemessenen Drehmoment und den Fahrbedingungen an, um ein zusätzliches Drehmoment auf das Ritzel der Zahnstange bereitzustellen, das einerseits über die Lenksäule mit dem Lenkrad und andererseits mittels Lenkstangen mit den Rädern verbunden ist. Die zweite Aufgabe der elektrischen Servolenkung besteht darin, dem Fahrer ein gutes Gefühl am Lenkrad zu vermitteln, was als «Lenkgefühl» bezeichnet wird.
Das Versagen dieser ersten «Unterstützungsgesetze», die nur auf dem Lenkrad-/Fahrerdrehmoment basieren, besteht darin, dass der Fahrer einen Großteil der mechanischen Reibung der Lenkung spürt, was als ungenau angesehen wird. In der Tat wird bei kleinen Bewegungen, insbesondere nahe Null, wenn bei einer Bewegung in eine Richtung ein sehr geringes Drehmoment vorhanden ist, das Drehmoment freigegeben, die Unterstützung hört auf und der Fahrer hat das Gefühl, an der Reibung der Lenkung zu haften, das heißt, dass die mechanische Reibung der elektrischen Servolenkung die Zahnstangenbewegungen unter geringer Belastung des Kraftaufwands des Fahrers verringert oder sogar aufhebt, was die Fahrgenauigkeit durch Aufdrängen starker und nicht-linearer Drehmomentschwankungen für den Fahrer zum Erreichen feiner Bewegungskorrekturen verschlechtert. Außerdem ist eine Hysterese zu berücksichtigen: das heißt, das Lenkrad-/Fahrerdrehmoment in einer Richtung unterscheidet sich vom Lenkrad-/Fahrerdrehmoment in der anderen Richtung. Zum Verbessern des Gefühls ist eine Reduzierung dieser Hysterese erforderlich, indem die mechanische Reibung der Lenkung, auch bei geringen Fahrerbelastungen und somit sehr niedrigen Winkelgeschwindigkeiten, kontinuierlich kompensiert wird.
Wenn die Drehgeschwindigkeit eindeutig bestimmt ist, wenn diese z. B. mehr als 20°/s beträgt, ist es dank der Messungen des Motor-Drehgeschwindigkeitssensors der elektrischen Servolenkung ziemlich einfach, die Reibung zu kompensieren. In der Tat kann die Bewegungsrichtung erfasst und die Reibung kompensiert werden, da die dynamische Reibung physikalisch einen bestimmten Wert aufweist, welcher der Bewegung entgegengesetzt ist.
Eine Reibungskompensationsfunktion im Haftbereich, d. h. bei Winkelgeschwindigkeiten von unter etwa 2 % als Absolutwert, setzt jedoch das Wissen voraus, wie man eine mittlere Reibungsrate von weniger als 1 als Absolutwert fein und damit in Echtzeit schätzen kann. Diese Anforderung ist daher viel restriktiver als die Notwendigkeit, die anderen Reibungskompensationsfunktionen entspricht, die ausschließlich auf einem Drehgeschwindigkeitssignal des Motors der elektrischen Servolenkung basieren, und ist daher für Absolutwerte der Motordrehgeschwindigkeit unterhalb eines Schwellenwerts unwirksam, um durch das Sensorrauschen notwendigerweise induzierte Schwingungsphänomene zu unterbinden.
Es gibt keinen physikalischen Sensor, mit dem die mittlere Reibungsrate gemessen werden kann. Diese mittlere Reibungsrate kann jedoch durch ein mathematisches Modell geschätzt werden. Es gibt viele Modelle, welche die Reibung schätzen, die jedoch bei Zyklen mit geringer Amplitude Diskontinuitätsprobleme aufwerfen und daher Gefühlsmängel am Lenkrad hervorrufen, wenn sie mit Reibungskompensationsfunktionen verbunden sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, alle oder einen Teil der oben genannten Nachteile zu überwinden, indem ein Verfahren zur kontinuierlichen Schätzung der mittleren Reibungsrate vorgeschlagen wird, das dessen Integration in ein globales Reibungskompensationsverfahren mittels eines Hilfsmotors ermöglicht, um das Gefühl am Lenkrad, und insbesondere für Winkelgeschwindigkeiten unter einem bestimmten Schwellenwert kontinuierlich zu verbessern, wobei der Schwellenwert im Wesentlichen zwischen 0,5°/s und 3°/s als Absolutwert, vorzugsweise im Wesentlichen zwischen 1,5°/s und 2,5°/s als Absolutwert, und noch bevorzugter bei 2°/s liegt.
Die Erfindung bezieht sich daher auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Schätzung der mittleren Reibungsrate, insbesondere für Winkelgeschwindigkeiten unter einem bestimmten Schwellenwert, in einer elektrischen Servolenkung eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzverfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Messung einer ersten Geschwindigkeit, wobei diese Messung von einem Drehgeschwindigkeitssensor durchgeführt wird, der zum Messen der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors der elektrischen Servolenkung konfiguriert ist;
b) Ermittlung einer zweiten Geschwindigkeit aus einer Messung des Lenkrad-/Fahrerdrehmoments, wobei die Drehmomentmessung durch einen Drehmomentsensor durchgeführt wird, der zum Messen des Drehmoments zwischen dem Lenkrad und der Zahnstange der elektrischen Servolenkung konfiguriert ist;
c) Summieren der ersten Geschwindigkeit und der zweiten Geschwindigkeit, wobei die Summe als Lenkraddrehgeschwindigkeit bezeichnet wird;
d) Anwendung des LuGre-Modells auf die im Schritt (c) ermittelte Summe, die als Eingabe des Modells verwendet wird;
e) Erhalten einer kontinuierlichen Schätzung der mittleren Reibungsrate (w).

Die Ermittlung einer dem Lenkrad-/Fahrerdrehmoment entsprechenden zweiten Geschwindigkeit durch das erfindungsgemäße Schätzverfahren ermöglicht die Berücksichtigung sehr geringer Belastungen des Fahrers am Lenkrad. Bei sehr geringen Belastungen des Fahrers verhindert die Reibung zwischen dem Lenkrad und dem Elektromotor, der mit den diversen Teilen und mechanischen Eingriffsteilen der Servolenkung verbunden ist, tatsächlich eine Belastung des Elektromotors. Daher ist die erste Geschwindigkeit Null.
Die Ermittlung einer zweiten Geschwindigkeit ermöglicht folglich, die Reibung der Servolenkung bei geringen Belastungen des Fahrers am Lenkrad zu berücksichtigen und somit effektiv zu kompensieren.
Die Summe der ersten Geschwindigkeit und der zweiten Geschwindigkeit ermöglicht es, sowohl die geringen Belastungen des Fahrers am Lenkrad, über die zweite Geschwindigkeit, als auch die geringen Belastungen, die von der Lauffläche herrühren und die Zahnstange direkt beaufschlagen, über die erste Geschwindigkeit, zu berücksichtigen.
Das erfindungsgemäße Schätzverfahren verwendet vorzugsweise ein LuGre-Modell, das kein Diskontinuitätsproblem aufweist. Das LuGre-Modell verwendet ein Integrationsprinzip und weist Eigenschaften zur Darstellung der Reibungszyklen auf, wobei eine gewisse Kontinuität bei mittleren Reibungsraten ermöglicht wird.
Das verwendete LuGre-Modell wird herkömmlicherweise beschrieben durch: $\frac{d z}{d t} = v - σ_{0} \frac{| v |}{g (v)} z = v - h (v) z$
$F = σ_{0} z + σ_{1} z + \dot{f} (v)$
wobei v die Geschwindigkeit zwischen zwei Kontaktflächen ist, z der Zustand der inneren Reibung ist und F eine ermittelte Reibungskraft ist. Im Vergleich zum Dahl-Modell weist das LuGre-Modell eine von der Geschwindigkeit abhängige Funktion g(v) anstelle einer Konstanten, eine zusätzliche Dämpfung σ1, die einer Mikroverschiebung zugeordnet ist, und eine allgemeine Form f(v) für den abhängigen Term und ohne Speicher auf. Der Zustand z, der dem im Dahl-Modell beschriebenen Kraftaufwand ähnelt, kann als mittlere Abweichung interpretiert werden. Das LuGre-Modell reproduziert ein Rücklaufverhalten für die kleinen Bewegungen, wobei der Parameter σ0 die Steifheit ist, σ1 die Mikrodämpfung ist, und f(v) die viskose Reibung, typischerweise f(v) = σ2v, darstellt. Für eine konstante Geschwindigkeit ist der stabile Zustand der Reibungskraft Fss gegeben durch: $F_{s s} (v) = g (v) s g n (v) + f (v)$
wobei g(v) vom Coulomb'schen Reibungsgesetz und dem Stribeck-Effekt abhängt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung läuft das Anwenden des erfindungsgemäßen LuGre darauf hinaus, das System durch eine einzelne Masse zu modellieren, deren Geschwindigkeit durch die Eingabe des LuGre-Modells dargestellt wird.
Vorteilhafterweise gibt das LuGre-Modell nicht direkt die mittlere Reibungsrate an, sondern schätzt den Reibungskoeffizienten µ des Systems.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die kontinuierliche Schätzung des Reibungskoeffizienten µ des Systems durch die folgende Gleichung dargestellt werden: $μ = \underset{a *}{s a t} (σ_{0} (V_{v e h i c l e}^{s p e e d}, T_{d y n a m i c}^{0}) . z + σ_{1} (V_{v e h i c l e}^{s p e e d}, T_{d y n a m i c}^{0}) . \dot{z})$
wobei

V der Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht,
T der Lenkungstemperatur entspricht,
a* dem auf einem Prüfstand gemessenen dynamischen Reibungskoeffizienten des Systems entspricht,
σ1 der Mikrodämpfung entspricht,
z dem Zustand der inneren Reibung entspricht.

Der Reibungskoeffizient µ variiert zwischen +/- des auf dem Prüfstand identifizierten theoretischen Werts a*. Somit ist der erhaltene Reibungskoeffizient µ so konfiguriert, dass er zwischen +a* und -a* variiert.
Die Division dieses Koeffizienten µ durch den theoretischen Wert a* ermöglicht, die mittlere Reibungsrate w zu erhalten, die zwischen -1 und +1 variiert.
Somit und gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Ermittlung der mittleren Reibungsrate w gemäß der folgenden Gleichung durchgeführt: $w = μ /a *$
Folglich ist die erhaltene mittlere Reibungsrate so konfiguriert, dass sie zwischen -1 und +1 variiert.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Bestimmung der zweiten Geschwindigkeit des Schritts (b) gemäß den folgenden Teilschritten durchgeführt:

(s1) Messung des Lenkrad-/Fahrerdrehmoments, wobei ein Drehmomentsensor zum Messen des Drehmoments zwischen dem Lenkrad und der Zahnstange der elektrischen Servolenkung konfiguriert ist,
(s2) Zeitableitung der Drehmomentmessung,
(s3) Anwendung der im Teilschritt s2 erhaltenen Ableitung auf eine ermittelte Steifigkeit k,
(s4) Erhalten einer zweiten Geschwindigkeit, die als Drehmoment-Drehgeschwindigkeit bezeichnet wird.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Kompensieren der Reibung einer elektrischen Servolenkung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kompensationsverfahren eine kontinuierliche Schätzung der mittleren Reibungsrate berücksichtigt, die durch das erfindungsgemäße kontinuierliche Schätzverfahren erhalten wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfasst das Kompensationsverfahren zumindest die folgenden Schritte:

E1 - Implementierung des kontinuierlichen Schätzverfahrens der mittleren Reibungsrate gemäß Anspruch 1, wobei zumindest eine kontinuierliche Schätzung der mittleren Reibungsrate (w) und zumindest eine geschätzte dynamische Reibungsamplitude, und Modulation der Reibungsschätzung (FRI) durch die kontinuierliche Schätzung der mittleren Reibungsrate (w) erhalten wird,
E2- Erhalten der Amplitude einer ermittelten Reibung, die einer gewünschten Reibung $τ_{F R C}^{t a r g e t}$
der elektrischen Servolenkung entspricht,
E3 - Differenz bilden zwischen der geschätzten dynamischen Reibungsamplitude und der gewünschten dynamischen Reibungsamplitude,
E4 - Produkt bilden des Ergebnisses der in Schritt E3 erhaltenen Differenz mit der kontinuierlichen Schätzung der mittleren Reibungsrate (w) zum Erhalten eines zu kompensierenden Reibungsbetrags (X),
E5 - Differenz bilden zwischen dem in Schritt E4 erhaltenen Wert X mit der ermittelten Schätzung des Satzes von Kräften, die der Bewegung (RFE) entgegenwirken (zum Kompensieren von RFE),
E6 - Kompensation für die Servolenkung durch Überwachung des Fahrerdrehmoments durch eine Steuerung (CPU) in Abhängigkeit vom Soll-Fahrerdrehmoment und dem gemessenen Fahrerdrehmoment.

Die Berücksichtigung der kontinuierlichen Schätzung der Zwischenreibungsrate bei der Kompensationsmethode ermöglicht das Verändern der Hysterese der Zahnstangenkraft-Schätzeinrichtung, sodass die Hysterese an die gewünschte Reibung angepasst wird. Dieses Kompensationsverfahren ermöglicht somit eine größere Genauigkeit des Lenkradgefühls, d. h. das Hysterese-Gefühl ist genau auf dem gewünschten Niveau. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren eine Robustheitsfunktion, d. h. das Verfahren passt sich je nach der tatsächlichen Reibung der Lenkung selbsttätig an.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Schritt E2 mittels eines Diagramms oder einer vorab festgelegten Datenbank oder einer bestimmten Dateneingabe erhalten werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Überwachung des Fahrermoments in einem geschlossenen Regelkreis durchgeführt.
Die Erfindung wird dank der nachfolgenden Beschreibung besser verständlich, die sich auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht, die anhand nicht einschränkender Beispiele aufgeführt und mit Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert wird, wobei:

- 1 eine Darstellung zeigt, die für das erfindungsgemäße Schätzverfahren repräsentativ ist.
- 2 eine Darstellung zeigt, die eine Architektur der Steuerung der elektrischen Servolenkung veranschaulicht, die das Kompensationsverfahren der Erfindung implementiert,
- 3 eine Darstellung zeigt, die das erfindungsgemäße Kompensationsverfahren veranschaulicht,
- 4 eine schematische Ansicht einer Lenkvorrichtung zeigt, auf die sich die Erfindung bezieht,
- 5 eine Grafik zeigt, die zwei Hysteresekurven mit und ohne Reibungskompensation veranschaulicht.

Wie in 1 dargestellt, umfasst das Verfahren zur kontinuierlichen Schätzung einer mittleren Reibungsrate einen Schritt (a) zum Messen einer ersten Geschwindigkeit mittels eines Drehgeschwindigkeitssensors des Elektromotors des Fahrzeugs. Diese erste Geschwindigkeit ist durch die Referenz θ̇̇_pinion dargestellt. Das Schätzverfahren umfasst einen Schritt (b) zur Ermittlung einer zweiten Geschwindigkeit, der einen Teilschritt s1 zum Messen des durch die Referenz $τ_{t o r s i o n}^{b a r}$
dargestellten Lenkrad-/Fahrerdrehmoments, und einen Teilschritt s2 zur zeitlichen Ableitung der Messung des Lenkraddrehmoments umfasst, und bei dem eine Verstärkung auf die Ableitung angewendet wird. Das Schätzverfahren umfasst einen Schritt (c) des Summierens der ersten und zweiten Geschwindigkeiten, dargestellt durch den mit Σ bezeichneten Kasten, wobei eine Geschwindigkeit, die Lenkradgeschwindigkeit genannt wird, als $θ_{s t e e r i n g}^{w h e e l}$
erhalten wird. Ein Schritt (d) des Schätzverfahrens ist durch den Kasten LuGre dargestellt, der aus der Simulation eines vereinfachten eindimensionalen Lenkmodells (einer Masse) und einer LuGre-Reibung zusammengesetzt ist, dessen einzige Eingangsgeschwindigkeit die im vorherigen Schritt (c) erhaltene Summe ist. Abschließend wird eine kontinuierliche Schätzung der mittleren Reibungsrate der elektrischen Servolenkung, dargestellt durch die Referenz w, erhalten.
In 2 ist eine Darstellung der Steuerung CPU der elektrischen Servolenkung eines Fahrzeugs veranschaulicht
Wie in 3 dargestellt, umfasst das Kompensationsverfahren einen Schritt E1 zum Implementieren des kontinuierlichen Schätzverfahrens; dieses Schätzverfahren ist in 1 detailliert dargestellt und wird auch im Reibungskompensationsverfahren berücksichtigt.
In 3 stellt der mit FRI bezeichnete Kasten die Reibungsschätzung dar und umfasst zumindest eine Komponente, welche die kontinuierliche Schätzung der mittleren Reibungsrate w ist, die durch das in 1 veranschaulichte Verfahren erhalten wird, und eine weitere Komponente, welche die geschätzte dynamische Reibungsamplitude ist. Darüber hinaus wird mittels eines Diagramms oder einer vorher festgelegten Datenbank, wie z. B. einem abstimmbaren Kennfeld, die Amplitude der für die elektrische Servolenkung gewünschten dynamischen Reibung ermittelt: dies ist ein Schritt E2 des Kompensationsverfahrens, der in 3 im mit FRC bezeichneten Kasten dargestellt ist. In einem Schritt E3 des Kompensationsverfahrens wird die Differenz zwischen der geschätzten dynamischen Reibungsamplitude und der gewünschten dynamischen Reibungsamplitude gebildet, und in einem Schritt E4 wird das Produkt aus dem Ergebnis der Differenz mit der kontinuierlichen Schätzung der mittleren Reibungsrate w gebildet, wodurch ein Wert X erhalten werden kann, der dem zu kompensierenden Reibungsbetrag tcomp entspricht. In einem Schritt E5 wird die Differenz zwischen dem in Schritt E3 erhaltenen Wert X und der ermittelten Schätzung des der Bewegung entgegengesetzten Satzes von Kräften gebildet, die durch die den mit RFE bezeichneten Kasten dargestellt ist und als Zahnstangenkraft- bezeichnet wird. Dank dieser Kompensation weist die Hysterese der Zahnstangenkraft-Schätzeinrichtung eine überwachte und gewünschte Hysterese auf, die sich auch auf die Hysterese bei der Erzeugung des Soll-Drehmoments auswirkt. In einem Schritt E6 werden das Soll-Fahrerdrehmoment und das gemessene Fahrerdrehmoment für die Überwachung des Drehmoments mit geschlossenem Regelkreis durch die in 2 dargestellte Steuerung CPU berücksichtigt. In einem Schritt E6 bedeutet der Vorgang «berücksichtigen» «vergleichen und überwachen im geschlossenen Regelkreis».
Falls die elektrische Servolenkung z. B. eine Reibung von 400 N aufweist und ein Gefühl von 300 N erwünscht ist, erkennt die Reibungsschätzeinrichtung FRI, dass sich die Lenkung bei 400 N befindet und der gewünschte eingegebene Reibungswert 300 N beträgt. Folglich beträgt die Differenz 100 N, die ermittelte Schätzung des der Bewegung entgegengesetzten Satzes von Kräften beträgt 400 N, und 100 N werden subtrahiert, sodass die Reibung dem gewünschten Wert von 300 N entspricht.
In 5 ist eine Grafik mit zwei Kurven dargestellt, die das Lenkraddrehmoment des Fahrers in Nm (Ordinate) als Funktion des Lenkradwinkels in Grad (Abszisse) veranschaulichen. Die erste Kurve in durchgezogener Linie zeigt die Hysterese zwischen dem Lenkraddrehmoment des Fahrers und dem Lenkradwinkel ohne Reibungskompensation. Die zweite Kurve in gestrichelter Linie zeigt die Hysterese mit einer Reibungskompensation dank des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zum erwünschten Reduzieren dieser Hysterese wurde der Umkehrbereich, beim Umkehren der Bewegung des Lenkrads, kontinuierlich und graduell auf + oder - 15° angepasst, wie dies in der zweiten diskontinuierlichen Kurve dargestellt ist.
In 4 ist eine Lenkvorrichtung mit einer Servolenkung dargestellt, die das Implementieren des erfindungsgemäßen Schätzverfahrens sowie des erfindungsgemäßen Kompensationsverfahrens ermöglicht. In einer per se bekannten Weise und wie in 4 dargestellt, umfasst die Servolenkvorrichtung 1 ein Lenkrad 3, das einem Fahrer das Betätigen der Servolenkvorrichtung 1 durch Ausüben einer Kraft, die als «Lenkraddrehmoment» T3 bezeichnet wird, auf das Lenkrad 3 ermöglicht. Das Lenkrad 3 ist vorzugsweise an einer Lenksäule 4 montiert, die am Fahrzeug 2 drehbar geführt ist, und die mittels eines Lenkritzels 5 mit einer Zahnstange 6 in Eingriff steht, die selbst in einem am Fahrzeug 2 befestigten Lenkgehäuse 7 translatorisch geführt ist.
Die Enden der Zahnstange 6 sind vorzugsweise jeweils mit einer Lenkstange 8, 9 verbunden, die mit der Achsschenkelachse eines gelenkten Rads 10, 11 (jeweils eines linken Rads 10 und eines rechten Rads 11) verbunden sind, sodass die Längsverschiebung in Translation der Zahnstange 6 eine Änderung des Lenkwinkels (Gierwinkels) der gelenkten Räder ermöglicht. Darüber hinaus können die gelenkten Räder 10, 11 vorzugsweise auch Antriebsräder sein.
Die Servolenkvorrichtung 1 umfasst zudem einen Motor 12, der zum Unterstützen der Betätigung der Servolenkvorrichtung 1 konfiguriert ist. Der Motor ist vorzugsweise ein Elektromotor, der in beide Richtungen arbeitet, und vorzugsweise ein rotierender bürstenloser Elektromotor.
Die Servolenkvorrichtung 1 umfasst ferner einen Lenkrad-Drehmomentsensor 14, der insbesondere im Innern der Servolenkvorrichtung 1, wie z. B. an der Lenksäule 4, zum Messen des Lenkraddrehmoments T3 angeordnet ist, und den hauptsächlichen, ja sogar den ausschließlichen Zweck aufweist, eine Messung des Lenkraddrehmoments T3 unabhängig von der vom Lenkrad-Drehmomentsensor 14 verwendeten Messtechnik bereitzustellen. Darüber hinaus umfasst die Servolenkvorrichtung 1 einen Motor-Drehgeschwindigkeitssensor 24 zum Messen der Drehgeschwindigkeit des Motors 12.
Schlussendlich umfasst die Servolenkvorrichtung 1 auch eine Berechnungs- und Steuereinheit 20, die zum Implementieren des Schätzverfahrens und des Kompensationsverfahrens aus den Sensordaten 14, 24 konfiguriert ist.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die in den beigefügten Figuren beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Ausgestaltung der diversen Elemente oder durch Substitution technischer Äquivalente, bleiben möglich, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Schätzung der mittleren Reibungsrate, insbesondere für Winkelgeschwindigkeiten unter einem bestimmten Schwellenwert, in einer elektrischen Servolenkung eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzverfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Messung einer ersten Geschwindigkeit, wobei diese Messung von einem Drehgeschwindigkeitssensor durchgeführt wird, der zum Messen der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors der elektrischen Servolenkung konfiguriert ist; b) Ermittlung einer zweiten Geschwindigkeit aus einer Messung des Lenkrad-/Fahrerdrehmoments, wobei die Drehmomentmessung durch einen Drehmomentsensor durchgeführt wird, der zum Messen des Drehmoments zwischen dem Lenkrad und der Zahnstange der elektrischen Servolenkung konfiguriert ist, wobei die Ermittlung der zweiten Geschwindigkeit gemäß den folgenden Teilschritten durchgeführt wird: (s1) Messung des Lenkrad-/Fahrerdrehmoments, wobei ein Drehmomentsensor zum Messen des Drehmoments zwischen dem Lenkrad und der Zahnstange der elektrischen Servolenkung konfiguriert ist, (s2) Zeitableitung der Drehmomentmessung, (s3) Anwendung der im Teilschritt s2 erhaltenen Ableitung auf eine ermittelte Steifigkeit k, (s4) Erhalten einer zweiten Geschwindigkeit, die als Drehmoment-Drehgeschwindigkeit bezeichnet wird, c) Summieren der ersten Geschwindigkeit und der zweiten Geschwindigkeit, wobei die Summe als Lenkraddrehgeschwindigkeit bezeichnet wird; d) Anwendung des LuGre-Modells auf die im Schritt (c) ermittelte Summe, die als Eingabe des Modells verwendet wird; e) Erhalten einer kontinuierlichen Schätzung der mittleren Reibungsrate (w), wobei die kontinuierliche Schätzung eines Reibungskoeffizienten µ des Systems durch die folgende Gleichung darstellbar ist: $μ = \underset{a *}{s a t} (σ_{0} (V_{v e h i c l e}^{s p e e d}, T_{d y n a m i c}^{0}) . z + σ_{1} (V_{v e h i c l e}^{s p e e d}, T_{d y n a m i c}^{0}) . \dot{z})$
und wobei die Ermittlung der mittleren Reibungsrate w gemäß der folgenden Gleichung ausgeführt wird: $w = μ / a *$
wobei V der Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht, T der Lenkungstemperatur entspricht, a* dem auf einem Prüfstand gemessenen dynamischen Reibungskoeffizienten des Systems entspricht, σ1 der Mikrodämpfung entspricht, und z dem Zustand der inneren Reibung entspricht.
Verfahren zum Kompensieren der Reibung einer elektrischen Servolenkung, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsverfahren eine kontinuierliche Schätzung der mittleren Reibungsrate berücksichtigt, die durch das kontinuierliche Schätzverfahren gemäß Anspruch 1 erhalten wird.
Kompensationsverfahren nach Anspruch 2, das zumindest die folgenden Schritte umfasst: E1 - Implementierung des kontinuierlichen Schätzverfahrens der mittleren Reibungsrate gemäß Anspruch 1, wobei zumindest eine kontinuierliche Schätzung der mittleren Reibungsrate (w), und zumindest eine geschätzte dynamische Reibungsamplitude und eine Modulation der Schätzung der Reibung (FRI) durch die kontinuierliche Schätzung der mittleren Reibungsrate (w) erhalten wird, E2- Erhalten der Amplitude einer ermittelten Reibung, die einer gewünschten Reibung $τ_{F R C}^{t a r g e t}$
der elektrischen Servolenkung entspricht, E3 - Differenz bilden zwischen der geschätzten dynamischen Reibungsamplitude und der gewünschten dynamischen Reibungsamplitude, E4 - Produkt bilden des Ergebnisses der in Schritt E3 erhaltenen Differenz mit der kontinuierlichen Schätzung der mittleren Reibungsrate (w) zum Erhalten eines zu kompensierenden Reibungsbetrags (X), E5 - Differenz bilden zwischen dem in Schritt E4 erhaltenen Wert X mit der ermittelten Schätzung des Satzes von Kräften, die der Bewegung (RFE) entgegenwirken (zum Kompensieren von RFE), E6 - Kompensation für die Servolenkung durch Überwachung des Fahrerdrehmoments durch eine Steuerung (CPU) in Abhängigkeit vom Soll-Fahrerdrehmoment und dem gemessenen Fahrerdrehmoment.
Kompensationsverfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt E2 mittels eines Diagramms oder einer vorgefertigten Datenbank oder einer ermittelten Dateneingabe erhalten werden kann.
Kompensationsverfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Überwachung des Fahrermoments in einem geschlossenen Regelkreis durchgeführt wird.