Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine leistungsstarke Fahrzeug-Lenkvorrichtung, bei der ohne Beeinflussung durch den Zustand einer Straßenoberfläche und unabhängig von Änderungen mechanischer Charakteristiken aufgrund von Alterung, basierend auf dem Verdrehwinkel eines Torsionsstabs ein gewünschtes Steuermoment realisiert wird.The present invention relates to a powerful vehicle steering device in which a desired control torque is realized based on the twist angle of a torsion bar without being influenced by the condition of a road surface and regardless of changes in mechanical characteristics due to aging.
HintergrundtechnologieBackground technology
Eine elektrische Servolenkvorrichtung (EPS), bei der es sich um eine Art von Fahrzeug-Lenkvorrichtung handelt, verleiht dem Fahrzeug-Steuersystem durch die Drehkraft eines Motors eine Hilfskraft (Lenkhilfskraft), wobei die Antriebskraft des Motors, der durch eine von einem Inverter zugeführte elektrische Leistung gesteuert wird, durch eine ein Untersetzungsgetriebe beinhaltende Übertragungsstruktur einer Lenkwelle oder einer Kurbelwelle als Hilfskraft verliehen wird. Bei dieser herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtung (EPS) erfolgt eine rückgekoppelte Steuerung des Motorstroms, um die Hilfskraft präzise zu erzeugen. Bei der rückgekoppelten Steuerung wird eine Motorbeaufschlagungsspannung derart reguliert, dass sich die Differenz zwischen einem Lenkhilfe-Befehlswert (Strom-Befehlswert) und einem Motorstrom-Detektionswert verkleinert, wobei die Regulierung der Motorbeaufschlagungsspannung im Allgemeinen durch eine Regulierung der Tastung der PWM (Pulsweitenmodulation)-Steuerung erfolgt.An electric power steering device (EPS), which is a type of vehicle steering device, gives the vehicle control system by the rotating force of a motor an assisting force (steering assist force), the driving force of the motor being generated by an electric power supplied from an inverter Power is controlled, through a transmission structure including a reduction gear, is given to a steering shaft or a crankshaft as an auxiliary power. In this conventional electric power steering device (EPS), feedback control of the motor current takes place in order to precisely generate the auxiliary power. In the feedback control, a motor application voltage is regulated in such a way that the difference between a steering assistance command value (current command value) and a motor current detection value is reduced, the regulation of the motor application voltage generally by regulating the keying of the PWM (pulse width modulation) control he follows.
Zur Erläuterung des in 1 dargestellten allgemeinen Aufbaus einer elektrischen Servolenkvorrichtung ist eine Lenksäulenwelle (Lenkwelle, Lenkradwelle) 2 eines Lenkrads 1 über ein Untersetzungsgetriebe 3, Kardangelenke 4a und 4b, einen Zahnstangenmechanismus 5 und Spurstangen 6a, 6b, und ferner über Nabeneinheiten 7a, 7b mit gelenkten Fahrzeugrädern 8L, 8R verbunden. Ferner sind an der einen Torsionsstab aufweisenden Lenksäulenwelle 2 ein ein Steuermoment Ts des Lenkrads 1 detektierender Drehmomentsensor 10 und ein einen Lenkwinkel θh detektierender Lenkwinkelsensor 14 vorgesehen, und ein die Steuerkraft des Lenkrads 1 unterstützender Motor 20 ist über das Untersetzungsgetriebe 3 mit der Lenksäulenwelle 2 verbunden. In eine die elektrische Servolenkvorrichtung steuernde Steuereinheit (ECU) 30 wird von einer Batterie 13 elektrische Leistung zugeführt, und über einen Zündschlüssel 11 wird ein Zündschlüsselsignal eingegeben. Die Steuereinheit 30 führt basierend auf dem durch den Drehmomentsensor 10 detektierten Steuermoment Ts und der durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit Vs eine Berechnung des Strombefehlswertes für den Unterstützungs(Lenkhilfe)-Befehl durch, und steuert durch einen durch den Strombefehlswert kompensierten Spannungssteuerungsbefehlswert Vref den Strom, der dem EPS-Motor 20 zugeführt wird.To explain the in 1 The general structure of an electric power steering apparatus shown is a steering column shaft (steering shaft, steering wheel shaft) 2 of a steering wheel 1 via a reduction gear 3 , Cardan joints 4a and 4b , a rack and pinion mechanism 5 and tie rods 6a , 6b , and also about hub units 7a , 7b with steered vehicle wheels 8L , 8R connected. Furthermore, on the steering column shaft having a torsion bar 2 a a control moment Ts of the steering wheel 1 detecting torque sensor 10 and a steering angle sensor detecting a steering angle θh 14th provided, and one the steering force of the steering wheel 1 supporting engine 20th is about the reduction gear 3 with the steering column shaft 2 connected. Into a control unit (ECU) controlling the electric power steering device 30th is powered by a battery 13 electrical power supplied, and via an ignition key 11 an ignition key signal is input. The control unit 30th performs based on the by the torque sensor 10 detected control torque Ts and that by a vehicle speed sensor 12 detected vehicle speed Vs calculates the current command value for the assist (power steering) command, and controls the current supplied to the EPS motor by a voltage control command value Vref compensated by the current command value 20th is fed.
Die Steuereinheit 30 ist an einem CAN (Controller Area Network) 40 angeschlossen, durch den verschiedene Daten des Fahrzeugs ausgetauscht werden, wobei auch die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs von dem CAN 40 empfangen werden kann. Die Steuereinheit 30 ist ferner abgesehen von dem CAN 40 auch an einen Kommunikation, analoge/digitale Signale, Funk usw. austauschenden Nicht-CAN 41 anschließbar.The control unit 30th is on a CAN (Controller Area Network) 40 connected, through which various vehicle data are exchanged, including the vehicle speed Vs from the CAN 40 can be received. The control unit 30th is also apart from the CAN 40 also to a non-CAN that exchanges communication, analog / digital signals, radio, etc. 41 connectable.
Die Steuereinheit 30 besteht hauptsächlich aus einer CPU (einschließlich einer MCU, MPU usw.), wobei die in der CPU durch Programme ausgeführten allgemeinen Funktionen in 2 dargestellt sind.The control unit 30th consists mainly of a CPU (including an MCU, MPU, etc.), with general functions performed in the CPU by programs in 2 are shown.
Zur Erläuterung der Funktionen und der Arbeitsweise der Steuereinheit 30 anhand von 2, werden das durch den Drehmomentsensor 10 detektierte Steuermoment Ts und die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit Vs (oder diejenige vom CAN 40) in eine Strombefehlswert-Berechnungskomponente 31 eingegeben. Die Strombefehlswert-Berechnungskomponente 31 berechnet mittels eines Hilfs-Kennfeldes usw. aufgrund des eingegebenen Steuermoments Ts und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs einen Strombefehlswert Iref1, bei dem es sich um einen Steuerungs-Sollwert des Stroms handelt, der dem Motor 20 zugeführt wird. Der Strombefehlswert Iref1 wird über eine Addierkomponente 32A in eine Strombeschränkungskomponente 33 eingegeben, ein auf einen maximalen Strom beschränkter Strombefehlswert Irefm wird in eine Subtrahierkomponente 32B eingegeben, eine Abweichung I zu dem rückgekoppelten Motorstromwert Im (= Irefm - Im) wird berechnet, und diese Abweichung I in einen PI (Proportional-Integral)-Regler 35 zur Verbesserung der Charakteristik des Steuerungsbetriebs eingegeben. Ein Spannungssteuerung-Befehlswert Vref mit einer durch den Pl-Regler 35 verbesserten Charakteristik wird in eine PWM-Steuerung 36 eingegeben, und der Motor 20 wird über einen Inverter 37 als Antriebskomponente PWMangetrieben. Der Stromwert Im des Motors 20 wird durch einen Motorstromdetektor 38 detektiert und mit der Subtrahierkomponente 32B rückgekoppelt.To explain the functions and mode of operation of the control unit 30th based on 2 , this will be done by the torque sensor 10 detected control torque Ts and that by the vehicle speed sensor 12 detected vehicle speed Vs (or the one from CAN 40 ) into a current command value calculation component 31 entered. The current command value calculation component 31 calculated by means of an auxiliary map, etc. based on the entered control torque Ts and the vehicle speed Vs a current command value Iref1 , which is a control setpoint of the current supplied to the motor 20th is fed. The current command value Iref1 is via an adder component 32A into a current limiting component 33 is input, a current command value Irefm limited to a maximum current is put into a subtracting component 32B entered, a deviation I from the fed-back motor current value Im (= Irefm - Im) is calculated, and this deviation I into one PI (Proportional-integral) controller 35 entered to improve the characteristics of the control operation. A voltage control command value Vref with one by the PI regulator 35 improved characteristic is in a PWM control 36 entered, and the engine 20th is via an inverter 37 PWM-driven as a drive component. The current value Im of the motor 20th is by a motor current detector 38 detected and with the subtracting component 32B fed back.
In der Addierkomponente 32A wird ein Kompensationssignal CM von einer Kompensationssignal-Erzeugungskomponente 34 addiert, und durch die Addition des Kompensationssignals CM eine Kompensation der Charakteristik des Steuerungssystems durchgeführt, wodurch die Konvergenz und Trägheitscharakteristik verbessert werden. Bei der Kompensationssignal-Erzeugungskomponente 34 werden ein selbstausrichtendes Drehmoment (SAT) 343 und eine Trägheit 342 durch einen Addierer 344 addiert, zu dem Additionsergebnis wird ferner eine Konvergenz 341 durch einen Addierer 345 addiert, und das Additionsergebnis des Addierers 345 ergibt das Kompensationssignal CM.In the adding component 32A becomes a compensation signal CM from a compensation signal generation component 34 added, and by adding the compensation signal CM a compensation of the characteristics of the control system performed, whereby the Convergence and inertia characteristics can be improved. At the compensation signal generation component 34 become a self-aligning torque (SAT) 343 and an indolence 342 through an adder 344 added, a convergence also becomes the result of the addition 341 through an adder 345 added, and the addition result of the adder 345 gives the compensation signal CM .
Auf diese Weise wird das Steuermoment, das bei der Hilfssteuerung einer herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtung durch eine manuelle Eingabe des Fahrers zugesetzt wurde, als Verdrehmoment eines Torsionsstabs durch einen Drehmomentsensor detektiert und der Motorstrom hauptsächlich als diesem Drehmoment entsprechender Hilfsstrom gesteuert. Bei einer Steuerung durch dieses Verfahren kommt es jedoch vor, dass sich durch einen unterschiedlichen Zustand der Straßenoberfläche (z. B. eine Neigung) aufgrund des Lenkwinkels ein unterschiedliches Steuermoment ergibt. Auch durch Schwankungen der Motorausgabecharakteristik aufgrund einer Verwendung im Verlauf der Zeit kann das Steuermoment beeinflusst werden.In this way, the control torque added in the auxiliary control of a conventional electric power steering apparatus by a manual input of the driver is detected as a twisting torque of a torsion bar by a torque sensor, and the motor current is mainly controlled as the auxiliary current corresponding to this torque. When controlled by this method, however, it happens that a different control torque results due to a different state of the road surface (e.g. an incline) due to the steering angle. The control torque can also be influenced by fluctuations in the engine output characteristics due to use with the passage of time.
Um dieses Problem zu lösen, wurde z. B. die in dem Patent Nr. JP Patent Nr. 5208894 B2 (Patentdokument 1) dargestellte elektrische Servolenkvorrichtung vorgeschlagen. Bei der elektrischen Servolenkvorrichtung des Patentdokuments 1 wird ein auf taktilen Charakteristiken des Fahrers basierendes geeignetes Steuermoment zugeführt, sodass der Sollwert des Steuermoments basierend auf dem Verhältnis (Steuerreaktionskraft-Kennfeld) zwischen dem Lenkwinkel und dem Steuermoment, das basierend auf dem Verhältnis des Lenkwinkels oder des Steuermoments zu der Rückwirkungsgröße festgelegt wird, eingestellt wird.To solve this problem, e.g. B. the patent No. JP Patent No. 5208894 B2 (Patent Document 1) has proposed an electric power steering apparatus. In the electric power steering apparatus of Patent Document 1, an appropriate control torque based on tactile characteristics of the driver is supplied so that the target value of the control torque is based on the ratio (control reaction force map) between the steering angle and the control torque based on the ratio of the steering angle or the control torque is set to the amount of feedback.
Dokumente des Standes der TechnikPrior art documents
PatentdokumentePatent documents
Patentdokument 1: JP Patent Nr. 5208894 B2 Patent Document 1: JP Patent No. 5208894 B2
Kurzfassung der ErfindungSummary of the invention
Durch die Erfindung zu lösende AufgabeProblem to be solved by the invention
Da bei der elektrischen Servolenkvorrichtung des Patentdokuments 1 vorab ein Steuerreaktionskraft-Kennfeld ermittelt werden muss, und ferner eine Steuerung aufgrund der Abweichung zwischen dem Sollwert des Steuermoments und des detektierten Steuermoments erfolgt, ist zu befürchten, dass eine Beeinflussung des Steuermoments verbleibt.In the electric power steering apparatus of Patent Document 1, since a control reaction force map needs to be determined in advance and control is performed based on the deviation between the target value of the control torque and the detected control torque, it is feared that the control torque will remain influenced.
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der vorstehenden Problematik und beabsichtigt die Bereitstellung einer Fahrzeug-Lenkvorrichtung, bei der ohne Beeinflussung durch den Zustand einer Straßenoberfläche und unabhängig von Änderungen mechanischer Charakteristiken des Lenkungssteuerungssystems aufgrund von Alterung ein zu einem Lenkwinkel usw. äquivalentes Steuermoment leicht realisiert werden kann.The present invention has been made in view of the foregoing problems and aims to provide a vehicle steering apparatus in which a control torque equivalent to a steering angle, etc. can be easily realized without being influenced by the condition of a road surface and regardless of changes in mechanical characteristics of the steering control system due to aging.
Mittel zum Lösen der AufgabeMeans for solving the task
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung, die zumindest einen eine beliebige Federkonstante aufweisenden Torsionsstab und einen den Verdrehwinkel des Torsionsstabs detektierenden Sensor umfasst, und durch die Antriebssteuerung des Motors eine Hilfssteuerung des Lenkungssteuerungssystems ausführt, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung dadurch erfüllt wird, dass eine ein Soll-Steuermoment erzeugende Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente, eine das Soll-Steuermoment in einen Soll-Verdrehwinkel konvertierende Konversionskomponente und eine Verdrehwinkel-Steuerkomponente, die einen Motorstrombefehlswert derart berechnet, dass der Verdrehwinkel dem Soll-Verdrehwinkel folgt, umfasst sind, wobei die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente mit einem SAT-Datenkorrekturglied ausgestattet ist, die basierend auf einem selbstausrichtenden Drehmomentwert ein erstes Drehmomentsignal berechnet und das erste Drehmomentsignal als Soll-Steuermoment ausgibt, und das SAT-Datenkorrekturglied mit einem SAT-Schätzungsglied, das aufgrund des Steuermoments, der Winkelinformationen und des Motorstrombefehlswerts den selbstausrichtenden Drehmomentwert schätzt, und einer Filterkomponente ausgestattet ist, die das erste Drehmomentsignal durch eine Filterung bezüglich des selbstausrichtenden Drehmomentwerts berechnet, und der Motor basierend auf dem Motorstrombefehlswert antriebsgesteuert wird.The present invention relates to a vehicle steering device which comprises at least one torsion bar having an arbitrary spring constant and a sensor which detects the twist angle of the torsion bar, and executes auxiliary control of the steering control system through the drive control of the motor, and the object of the present invention is achieved in that a target control torque generating component that generates a target control torque, a conversion component that converts the target control torque into a target rotation angle, and a rotation angle control component that calculates a motor current command value such that the rotation angle follows the target rotation angle, the Target control torque generation component is equipped with a SAT data corrector, which calculates a first torque signal based on a self-aligning torque value and outputs the first torque signal as a target control torque, and the SAT data cor A rectifier is provided with a SAT estimator that estimates the self-aligning torque value based on the control torque, the angle information, and the motor current command value, and a filter component that calculates the first torque signal by filtering the self-aligning torque value, and the motor is drive-controlled based on the motor current command value .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann effektiver erfüllt werden, wenn die Filterkomponente aus einem oder einer Mehrzahl parallelgeschalteter Filter besteht, das SAT-Datenkorrekturglied ferner mit einem Steuermoment-Sensitivitätsverstärkungsglied ausgestattet ist, das das erste Drehmomentsignal mit einer Steuermoment-Sensitivitätsverstärkung multipliziert, die Steuermoment-Sensitivitätsverstärkung derart eingestellt ist, dass sie im Zentrum größer wird, das SAT-Datenkorrekturglied ferner mit einem Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkungsglied ausgestattet ist, das das erste Drehmomentsignal mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkung multipliziert, die Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkung derart eingestellt ist, dass sie bei einer hohen Geschwindigkeit größer wird, das SAT-Datenkorrekturglied ferner mit einem Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkungsglied ausgestattet ist, das das erste Drehmomentsignal mit einer Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkung multipliziert, das SAT-Datenkorrekturglied ferner mit einer Beschränkungskomponente ausgestattet ist, die das erste Drehmomentsignal durch einen oberen und unteren Grenzwert beschränkt, die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente mit einem Basis-Kennfeldglied, das mittels eines Basis-Kennfelds den Lenkwinkel und anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit ein zweites Drehmomentsignal ermittelt, einem Dämpfungsberechnungsglied, das mittels eines fahrzeuggeschwindigkeitssensitiven Dämpfungskennfeldes basierend auf Winkelgeschwindigkeitsdaten ein drittes Drehmomentsignal ermittelt, und ferner einem Hysteresekorrekturglied ausgestattet ist, das mittels des Steuerzustands und des Lenkwinkels eine Hysteresekorrektur durchführt und ein viertes Drehmomentsignal ermittelt, wobei zumindest durch ein Signal von dem zweiten Drehmomentsignal, dem dritten Drehmomentsignal und dem vierten Drehmomentsignal sowie durch das erste Drehmomentsignal das Soll-Steuermoment berechnet wird, die Charakteristik des Basis-Kennfeldes und des Hysteresekorrekturglieds fahrzeuggeschwindigkeitssensitiv ist, oder die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente ferner mit einem dem Basis-Kennfeldglied vor- oder nachgeschalteten eine Phasenkompensation durchführenden Phasenkompensationsglied ausgestattet ist, und über das Basis-Kennfeldglied und das Phasenkompensationsglied durch den Lenkwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit das zweite Drehmomentsignal ermittelt wird.The object of the present invention can be achieved more effectively if the filter component consists of one or a plurality of filters connected in parallel, the SAT data correction element is further equipped with a control torque sensitivity amplification element which multiplies the first torque signal by a control torque sensitivity amplification, the control torque sensitivity amplification is set to be larger at the center, the SAT data corrector is further provided with a vehicle speed sensitivity gain that multiplies the first torque signal by a vehicle speed sensitivity gain, the vehicle speed sensitivity gain is set to be larger at a high speed is, the SAT data corrector is further provided with a steering angle sensitivity gain member that the first torque signal with a steering angle sensitivity gain multiplied, the SAT data corrector is further equipped with a restriction component that limits the first torque signal by an upper and lower limit value, the target control torque generation component with a basic map element that uses a basic map, the steering angle and based on the vehicle speed second torque signal is determined, a damping calculation element which determines a third torque signal by means of a vehicle speed-sensitive damping map based on angular velocity data, and furthermore a hysteresis correction element is equipped which carries out a hysteresis correction by means of the control state and the steering angle and determines a fourth torque signal, with at least one signal from the second torque signal, the third torque signal and the fourth torque signal and by the first torque signal, the target control torque is calculated, the characteristic of the basic Map and the hysteresis correction element is vehicle speed sensitive, or the target control torque generation component is further equipped with a phase compensation element upstream or downstream of the basic map element, and the second torque via the basic map element and the phase compensation element through the steering angle and the vehicle speed is determined.
Wirkungen der ErfindungEffects of the invention
Durch die Fahrzeug-Lenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Steuerung bezüglich eines Soll-Verdrehwinkel, der basierend auf einem durch eine Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente erzeugten Soll-Steuermoment ermittelt wird, wobei der Verdrehwinkel dem Soll-Verdrehwinkel folgend agiert und ein gewünschtes Steuermoment realisiert wird, und ein auf der sensorischen Wahrnehmung der Steuerung durch den Fahrer basierendes geeignetes Steuermoment zugeführt werden kann.The vehicle steering device of the present invention controls a target angle of rotation that is determined based on a target control torque generated by a target control torque generating component, the angle of rotation acting following the target angle of rotation and realizing a desired control torque , and a suitable control torque based on the sensory perception of the control by the driver can be supplied.
Außerdem können durch die Verwendung eines selbstausrichtenden Drehmoment (SAT)-Wertes zum Erzeugen des Soll-Steuermoments Straßenoberflächeninformationen während der Fahrt als Steuerungsempfindung geeignet an den Fahrer übermittelt werden.In addition, by using a self-aligning torque (SAT) value to generate the target control torque, road surface information can be appropriately transmitted to the driver as a control sensation while driving.
FigurenlisteFigure list
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[1] 1 ist ein Strukturdiagramm, das eine Übersicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt.[ 1 ] 1 Fig. 13 is a structural diagram showing an outline of an electric power steering apparatus.
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[2] 2 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel des Inneren der Steuereinheit (ECU) einer elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt.[ 2 ] 2 Fig. 13 is a block diagram showing a structural example of the interior of the control unit (ECU) of an electric power steering apparatus.
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[3] 3 ist ein Konstruktionsbild, das ein Installationsbeispiel des EPS-Steuersystems und der verschiedenen Sensoren zeigt.[ 3 ] 3 Fig. 13 is a construction diagram showing an installation example of the EPS control system and various sensors.
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[4] 4 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel der vorliegenden Erfindung (erste Ausführungsform) zeigt.[ 4th ] 4th Fig. 13 is a block diagram showing a structural example of the present invention (first embodiment).
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[5] 5 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel einer Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente (erste Ausführungsform) zeigt.[ 5 ] 5 Fig. 13 is a block diagram showing a structural example of a target control torque generation component (first embodiment).
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[6] 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Charakteristiken eines Basis-Kennfeldes zeigt.[ 6th ] 6th Fig. 13 is a diagram showing an example of characteristics of a basic map.
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[7] 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Charakteristiken eines Dämpfungsverstärkungs-Kennfeldes zeigt.[ 7th ] 7th Fig. 13 is a diagram showing an example of characteristics of a damping gain map.
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[8] 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Charakteristiken eines Hysteresekorrekturglieds zeigt.[ 8th ] 8th Fig. 13 is a diagram showing an example of characteristics of a hysteresis corrector.
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[9] 9 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel eines SAT-Datenkorrekturglieds (erste Ausführungsform) zeigt.[ 9 ] 9 Fig. 13 is a block diagram showing a structural example of a SAT data corrector (first embodiment).
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[10] 10 ist eine Bilddarstellung, die den Zustand des in der Zeit von der Straßenoberfläche bis zum Lenkrad entstehenden Drehmoments zeigt.[ 10 ] 10 Fig. 13 is a pictorial view showing the state of torque developed in time from the road surface to the steering wheel.
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[11] 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Charakteristik einer Steuermoment-Sensitivitätsverstärkung zeigt.[ 11 ] 11 Fig. 13 is a diagram showing an example of the characteristic of control torque sensitivity gain.
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[12] 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Charakteristik einer Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkung zeigt.[ 12 ] 12 Fig. 13 is a diagram showing an example of the vehicle speed sensitivity gain characteristic.
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[13] 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Charakteristik einer Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkung zeigt.[ 13 ] 13 Fig. 13 is a diagram showing an example of the characteristic of steering angle sensitivity gain.
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[14] 14 ist ein Diagramm, das ein Einstellungsbeispiel des oberen und unteren Grenzwerts einer Beschränkungskomponente zeigt.[ 14th ] 14th Fig. 13 is a diagram showing a setting example of the upper and lower limit values of a restriction component.
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[15] 15 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel einer Verdrehwinkel-Steuerkomponente zeigt.[ 15th ] 15th Figure 13 is a block diagram showing a structural example of a twist angle control component.
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[16] 16 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der vorliegenden Erfindung (erste Ausführungsform) zeigt.[ 16 ] 16 Fig. 13 is a flow chart showing an operational example of the present invention (first embodiment).
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[17] 17 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente (erste Ausführungsform) zeigt.[ 17th ] 17th Fig. 13 is a flowchart showing an operation example of the target control torque generation component (first embodiment).
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[18] 18 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Verdrehwinkel-Steuerkomponente zeigt.[ 18th ] 18th Fig. 13 is a flow chart showing an operational example of the twist angle control component.
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[19] 19 ist eine Grafik, die bei einer Simulation, die die Wirkungen des SAT-Datenkorrekturglieds darstellt, die Veränderung der SAT-Werte und des Steuermoments ohne ein SAT-Datenkorrekturglied zeigt.[ 19th ] 19th Fig. 13 is a graph showing, in a simulation showing the effects of the SAT data corrector, the change in SAT values and the control torque without a SAT data corrector.
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[20] 20 ist eine Grafik, die bei einer Simulation, die die Wirkungen des SAT-Datenkorrekturglieds darstellt, die Veränderung der SAT-Werte, des Drehmomentsignals und des Steuermoments mit einem SAT-Datenkorrekturglied zeigt.[ 20th ] 20th Fig. 13 is a graph showing, in a simulation showing the effects of the SAT data corrector, the variation of the SAT values, torque signal and control torque with a SAT data corrector.
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[21] 21 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel einer Filterkomponente (zweite Ausführungsform) zeigt.[ 21st ] 21st Fig. 13 is a block diagram showing a structural example of a filter component (second embodiment).
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[22] 22 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel einer Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente (dritte Ausführungsform) zeigt.[ 22nd ] 22nd Fig. 13 is a block diagram showing a structural example of a target control torque generation component (third embodiment).
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[23] 23 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel der vorliegenden Erfindung (vierte Ausführungsform) zeigt.[ 23 ] 23 Fig. 13 is a block diagram showing a structural example of the present invention (fourth embodiment).
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[24] 24 ist ein Blockbild, das ein Einfügungsbeispiel eines Phasenkompensationsglieds zeigt.[ 24 ] 24 Fig. 13 is a block diagram showing an insertion example of a phase compensator.
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[25] 25 ist ein Strukturdiagramm, das eine Übersicht eines SBW-Systems zeigt.[ 25th ] 25th Fig. 13 is a structural diagram showing an outline of an SBW system.
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[26] 26 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel der vorliegenden Erfindung (fünfte Ausführungsform) zeigt.[ 26th ] 26th Fig. 13 is a block diagram showing a structural example of the present invention (fifth embodiment).
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[27] 27 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel einer Soll-Umlenkwinkel-Erzeugungskomponente zeigt.[ 27 ] 27 Fig. 13 is a block diagram showing a structural example of a target turning angle generating component.
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[28] 28 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel einer Umlenkwinkel-Steuerkomponente zeigt.[ 28 ] 28 Fig. 13 is a block diagram showing a structural example of a turning angle control component.
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[29] 29 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der vorliegenden Erfindung (fünfte Ausführungsform) zeigt.[ 29 ] 29 Fig. 13 is a flow chart showing an operational example of the present invention (fifth embodiment).
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die vorliegende Erfindung ist eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung zum Realisieren eines äquivalenten Steuermoments zu einem Lenkwinkel ohne Beeinflussung vom Zustand der Straßenoberfläche, wobei ein gewünschtes Steuermoment durch eine dem Lenkwinkel entsprechenden Wert folgende Steuerung realisiert wird.The present invention is a vehicle steering apparatus for realizing an equivalent steering torque to a steering angle without being influenced by the state of the road surface, wherein a desired steering torque is realized by a control following the steering angle value.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren erläutert.In the following, embodiments of the present invention are explained with reference to the figures.
Zunächst wird ein Einstellbeispiel der jeweiligen Sensoren erläutert, die Daten detektieren, die mit einer elektrischen Servolenkvorrichtung als eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang stehen. 3 ist eine Abbildung, die ein Installationsbeispiel des EPS-Steuersystems und der verschiedenen Sensoren zeigt, wobei die Lenksäulenwelle 2 einen Torsionsstab 2A umfasst. Auf die gelenkten Fahrzeugräder 8L, 8R wirken eine Straßenoberflächen-Gegenkraft Rr und Straßenoberflächendaten µ ein. Auf der Lenkradseite der den Torsionsstab 2A in die Mitte nehmenden Lenksäulenwelle 2 ist ein oberer Winkelsensor vorgesehen, auf der Seite der gelenkten Fahrzeugräder der den Torsionsstab 2A in die Mitte nehmenden Lenksäulenwelle 2 ist ein unterer Winkelsensor vorgesehen, wobei der obere Winkelsensor einen Lenkradwinkel θ1 detektiert, und der untere Winkelsensor einen Lenksäulenwinkel θ2 detektiert. Der Lenkwinkel θh wird durch einen oberhalb der Lenksäulenwelle 2 vorgesehenen Lenkwinkelsensor detektiert, und anhand der Abweichung zwischen dem Lenkradwinkel θ1 und dem Lenksäulenwinkel θ2 können durch die folgende Gleichung 1 und Gleichung 2 ein Verdrehwinkel Δθ des Torsionsstabs und ein Torsionsstab-Drehmoment Tt ermittelt werden. Dabei ist Kt die Federkonstante des Torsionsstabs 2A.
Das Torsionsstab-Drehmoment Tt kann z. B. mittels eines in der Veröffentlichung Nr. JP 2008 - 216172 A offenbarten Drehmomentsensors detektiert werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Torsionsstab-Drehmoment Tt auch als Steuermoment Ts behandelt.First, a setting example of the respective sensors that detect data related to an electric power steering apparatus as a vehicle steering apparatus according to the present invention will be explained. 3 Fig. 13 is a diagram showing an installation example of the EPS control system and various sensors, with the steering column shaft 2 a torsion bar 2A includes. On the steered vehicle wheels 8L , 8R A road surface counter force Rr and road surface data µ are applied. On the steering wheel side of the torsion bar 2A in the center of the steering column shaft 2 an upper angle sensor is provided on the side of the steered vehicle wheels of the torsion bar 2A in the center of the steering column shaft 2 a lower angle sensor is provided, the upper angle sensor indicating a steering wheel angle θ 1 detected, and the lower angle sensor a steering column angle θ 2 detected. The steering angle θh is by one above the steering column shaft 2 provided steering angle sensor detected, and based on the deviation between the steering wheel angle θ 1 and the steering column angle θ 2 For example, a twist angle Δθ of the torsion bar and a torsion bar torque Tt can be determined by the following equation 1 and equation 2. Here, Kt is the spring constant of the torsion bar 2A . The torsion bar torque Tt can e.g. B. by means of one in Publication No. JP 2008 - 216172 A disclosed torque sensor are detected. In the present embodiment, the torsion bar torque is Tt also as a control moment Ts treated.
Als Nächstes wird ein Strukturbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.Next, a structural example of the present invention will be explained.
4 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel der vorliegenden Erfindung (erste Ausführungsform) zeigt, wobei die Lenkradsteuerung eines Fahrers durch einen Motor im Inneren eines EPS-Steuersystems/Fahrzeugsystems 100 hilfsgesteuert wird. In eine das Soll-Steuermoment Tref ausgebende Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 wird abgesehen von dem Lenkwinkel θh und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, das Steuermoment Ts, ein Motorwinkel θm als Winkelinformation, ein von einer Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 ausgegebener Motorstrombefehlswert Imc und ein von einer Rechtseinschlag/Linkseinschlag-Beurteilungskomponente 400 ausgegebener Steuerzustand STs eines Rechtseinschlags oder Linkseinschlags eingegeben. Das Soll-Steuermoment Tref wird in einer Konversionskomponente 500 in einen Soll-Verdrehwinkel Δθref konvertiert, und der Soll-Verdrehwinkel Δθref wird zusammen mit dem Verdrehwinkel Δθ des Torsionsstabs 2A und einer Motorwinkelgeschwindigkeit ωm in die Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 eingegeben. Die Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 berechnet den Motorstrombefehlswert Imc derart, dass der Verdrehwinkel Δθ den Soll-Verdrehwinkel Δθref annimmt, und der Motor der EPS wird mittels des Motorstrombefehlswerts Imc angetrieben. 4th Fig. 13 is a block diagram showing a structural example of the present invention (first embodiment) in which steering wheel control of a driver is performed by a motor inside an EPS control system / vehicle system 100 is auxiliary controlled. Into a target control torque generation component which outputs the target control torque Tref 200 is apart from the steering angle θh and the vehicle speed Vs , the control moment Ts , a motor angle θm as angle information, one of a twist angle control component 300 output motor current command value Imc and one from a right-turn / left-turn judgment component 400 output control state STs of a right turn or left turn input. The target control torque Tref is used in a conversion component 500 converted into a target twist angle Δθref, and the target twist angle Δθref is converted together with the twist angle Δθ des Torsion bars 2A and a motor angular velocity ωm into the twist angle control component 300 entered. The twist angle control component 300 calculates the motor current command value Imc such that the twist angle Δθ becomes the target twist angle Δθref, and the motor of the EPS is driven by the motor current command value Imc.
Die Rechtseinschlag/Linkseinschlag-Beurteilungskomponente 400 beurteilt basierend auf der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm, ob es sich bei der Steuerung um einen Rechtseinschlag oder Linkseinschlag handelt, und gibt das Beurteilungsergebnis als Steuerzustand STs aus. Das heißt, bei einem positiven Wert der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm wird ein „Rechtseinschlag“ und bei einem negativen Wert ein „Linkseinschlag“ beurteilt. Anstelle der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm kann auch eine Geschwindigkeitsberechnung des Lenkwinkels θh, des Lenkradwinkels θ1 oder des Lenksäulenwinkels θ2 erfolgen und die berechnete Winkelgeschwindigkeit verwendet werden.The right turn / left turn assessment component 400 judges whether the control is a right-hand turn or a left-hand turn based on the motor angular velocity ωm, and outputs the judgment result as the control state STs out. This means that if the motor angular velocity ωm is positive, a “right turn” is assessed, and if the value is negative, a “left turn” is assessed. Instead of the motor angular speed ωm, it is also possible to calculate the speed of the steering angle θh , the steering wheel angle θ 1 or the steering column angle θ 2 and the calculated angular velocity used.
5 zeigt ein Strukturbeispiel der Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200, wobei die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 ein Basis-Kennfeldglied 210, ein Differenzierglied 220, ein Dämpfungsverstärkungsglied 230, ein Hysterese-Korrekturglied 240, ein SAT-Datenkorrekturglied 250, einen Multiplizierer 260 und Addierer 261, 262 und 263 umfasst, der Lenkwinkel θh in das Basis-Kennfeldglied 210, das Differenzierglied 220, das Hysteresekorrekturglied 240 und das SAT-Datenkorrekturglied 250 eingegeben wird, der von der Rechtseinschlag/Linkseinschlag-Beurteilungskomponente 400 ausgegebene Steuerzustand STs in das Hysteresekorrekturglied 240 eingegeben wird, das Steuermoment Ts, der Motorwinkel θm und der Motorstrombefehlswert Imc in das SAT-Datenkorrekturglied 250 eingegeben werden, und die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs in das Basis-Kennfeldglied 210, das Dämpfungsverstärkungsglied 230 und das SAT-Datenkorrekturglied 250 eingegeben wird. 5 Fig. 13 shows a structural example of the target control torque generation component 200 , wherein the target control torque generation component 200 a basic map element 210 , a differentiator 220 , an attenuation amplifier 230 , a hysteresis correction element 240 , a SAT data corrector 250 , a multiplier 260 and adder 261 , 262 and 263 includes, the steering angle θh into the basic map element 210 , the differentiator 220 , the hysteresis correction element 240 and the SAT data corrector 250 is inputted by the right-hand / left-hand judging component 400 output control status STs into the hysteresis correction element 240 is entered, the control torque Ts , the motor angle θm and the motor current command value Imc into the SAT data corrector 250 entered, and the vehicle speed Vs into the basic map element 210 , the attenuation gain link 230 and the SAT data corrector 250 is entered.
Das Basis-Kennfeldglied 210 weist ein Basis-Kennfeld auf, und gibt mittels des Kennfelds ein in 6 dargestelltes, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs parametrisierendes Drehmomentsignal (zweites Drehmomentsignal) Tref_a aus. Das heißt, das Drehmomentsignal Tref_a vergrößert sich mit der zunehmenden Größe des Lenkwinkels θh (Absolutwert) |θh| und vergrößert sich auch mit der zunehmenden Fahrzeuggeschwindigkeit Vs. Ein Markierungsglied 211 gibt eine Markierung (+1 oder -1) des Lenkwinkels θh an einen Multiplizierer 212 aus. Ausgehend von der Größe des Lenkwinkels θh wird mittels des Kennfeldes die Größe des Drehmomentsignals Tref_a ermittelt, diese mit der Markierung des Lenkwinkels θh multipliziert, und das Drehmomentsignal Tref_a berechnet. In 6 besteht das Basis-Kennfeldglied 210 aus dem sich auf die Größe |θh| des Lenkwinkels θh berufenden Kennfeld, einem Markierungsglied und einem Multiplizierer, es ist aber auch ein Aufbau als dem positiven/negativen Lenkwinkel θh entsprechendes Kennfeld möglich, wobei in diesem Fall der Zustand der Änderung bei einem positiven und einem negativen Lenkwinkel θh geändert werden kann. Ferner kann das in 6 gezeigte Basis-Kennfeld fahrzeuggeschwindigkeitssensitiv, oder auch nicht fahrzeuggeschwindigkeitssensitiv sein.The basic map element 210 has a basic map and inputs in by means of the map 6th shown, the vehicle speed Vs parameterizing torque signal (second torque signal) Tref_a out. That is, the torque signal Tref_a increases with the increasing size of the steering angle θh (Absolute value) | θh | and also increases with increasing vehicle speed Vs . A marker link 211 gives a mark (+1 or -1) of the steering angle θh to a multiplier 212 out. Based on the size of the steering angle θh the size of the torque signal is determined by means of the map Tref_a determined this with the marking of the steering angle θh multiplied, and the torque signal Tref_a calculated. In 6th consists of the basic map element 210 from which the quantity | θh | the steering angle θh referring map, a marker and a multiplier, but it is also a structure as the positive / negative steering angle θh A corresponding map is possible, in which case the state of the change for a positive and a negative steering angle θh can be changed. Furthermore, the in 6th The basic map shown may or may not be sensitive to the vehicle speed.
Das Differenzierglied 220 differenziert den Lenkwinkel θh und berechnet die Lenkwinkelgeschwindigkeit ωh als Winkelgeschwindigkeitsinformation, und die Winkelgeschwindigkeitsinformation ωh wird in den Multiplizierer 260 eingegeben.The differentiator 220 differentiates the steering angle θh and calculates the steering angular speed ωh as angular speed information, and the angular speed information ωh is input to the multiplier 260 entered.
Das Dämpfungsverstärkungsglied 230 gibt eine Dämpfungsverstärkung DG aus, die mit der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωh multipliziert wird. Die in dem Multiplizierer 260 mit der Dämpfungsverstärkung DG multiplizierte Lenkwinkelgeschwindigkeit ωh wird als Drehmomentsignal (drittes Drehmomentsignal) Tref_b in den Addierer 262 eingegeben. Die Dämpfungsverstärkung DG wird mittels eines fahrzeuggeschwindigkeitssensitiven Dämpfungsverstärkung-Kennfeldes, das das Dämpfungsverstärkungsglied 230 aufweist, entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs ermittelt. Das Dämpfungsverstärkung-Kennfeld weist z. B., wie in 7 dargestellt, eine mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit Vs allmählich größer werdende Charakteristik auf. Das Dämpfungsverstärkung-Kennfeld kann auch entsprechend dem Lenkwinkel θh veränderbar sein. Das Dämpfungsverstärkungsglied 230 und der Addierer 260 bilden eine Dämpfungsberechnungskomponente.The attenuation gain link 230 gives a damping gain D G off that with the steering angular speed ωh is multiplied. The ones in the multiplier 260 with the damping gain D G multiplied steering angle speed ωh is used as a torque signal (third torque signal) Tref_b into the adder 262 entered. The damping gain D G is by means of a vehicle speed-sensitive damping gain map, which the damping gain element 230 has, according to the vehicle speed Vs determined. The damping gain map has z. B., as in 7th shown, one with increasing vehicle speed Vs gradually increasing characteristic. The damping gain map can also correspond to the steering angle θh be changeable. The attenuation gain link 230 and the adder 260 form a damping calculation component.
Das Hysteresekorrekturglied 240 berechnet aufgrund des Lenkwinkels θh und des Steuerzustands STs mittels der folgenden Gleichung 3 ein Drehmomentsignal (viertes Drehmomentsignal) Tref_c. In Gleichung 3 ist x = θh, y = Tref_c, wobei a > 1, c > 0, und Ahys die Hysteresenmarge ist.
Bei einer Umstellung von einer Rechtseinschlag-Steuerung zu einer Linkseinschlag-Steuerung oder von einer Linkseinschlag-Steuerung zu einer Rechtseinschlag-Steuerung wird basierend auf dem Wert der Endkoordinaten (x1, y1) „b“ in Gleichung 3 nach der Umstellung durch die folgende Gleichung 4 substituiert. Dadurch wird die Kontinuität vor und nach der Umstellung bewahrt.
Gleichung 4 kann durch Substitution von x in Gleichung 3 durch x1 und von yR und yL durch y1 abgeleitet werden.The hysteresis correction element 240 calculated based on the steering angle θh and the control status STs a torque signal (fourth torque signal) Tref_c by means of the following equation 3. In equation 3, x = θh, y = Tref_c, where a> 1, c> 0, and A hys is the hysteresis margin . When changing over from right-hand turn control to left-hand turn control or from left-hand turn control to right-hand turn control, based on the value of the end coordinates (x1, y1) “b” in equation 3 after the changeover by the following equation 4 substituted. This maintains continuity before and after the changeover. Equation 4 can be derived by substituting x1 for x in Equation 3 and y1 for y R and y L.
Als „a“ kann eine beliebige ganze Zahl größer 1 verwendet werden, wobei sich z. B. bei der Verwendung der Napier-Zahl „e“ aus Gleichung 3 und Gleichung 4 die folgenden Gleichungen 5 und 6 ergeben.
In Gleichung 5 und 6 ist Ahys = 1 [Nm], c = 0,3 eingestellt, und ein Beispiel einer graphischen Darstellung des hysteresekorrigierten Drehmomentsignals Tref_c bei einer Steuerung von +50 [deg] , -50 [deg] beginnend von 0 [deg] ist in 8 gezeigt. Das heißt, das Drehmomentsignal Tref_c von dem Hysteresekorrekturglied 240 weist eine Hysteresecharakteristik wie bei Ursprung von 0 → L1 (dünne Linie) → L2 (gestrichelte Linie) → L3 (dicke Linie) auf.Any whole number greater than 1 can be used as “a”, where z. For example, when using the Napier number “e” from equation 3 and equation 4, the following equations 5 and 6 result. A hys = 1 [Nm], c = 0.3 is set in equations 5 and 6, and an example of a graphical representation of the hysteresis-corrected torque signal Tref_c with a control of +50 [deg], -50 [deg] starting from 0 [ deg] is in 8th shown. That is, the torque signal Tref_c from the hysteresis corrector 240 has a hysteresis characteristic as in the origin of 0 → L1 (thin line) → L2 (broken line) → L3 (thick line).
Ahys als Koeffizient, der die Ausgangsmarge der Hysteresecharakteristik darstellt, und c als Koeffizient, der die Rundung darstellt, können auch entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und/oder des Lenkwinkels θh geändert werden. A hys as the coefficient representing the output margin of the hysteresis characteristic and c as the coefficient representing the rounding can also be according to the vehicle speed Vs and / or the steering angle θh be changed.
Das SAT-Datenkorrekturglied 250 schätzt basierend auf dem Steuermoment Ts, dem Motorwinkel θm und dem Motorstrombefehlswert Imc ein selbstausrichtendes Drehmoment (SAT), führt ferner eine Filterung, eine Verstärkungs-Multiplikation und eine Steuerverarbeitung aus, und berechnet ein Drehmomentsignal (erstes Drehmomentsignal) Tref_d). 9 zeigt ein Strukturbeispiel des SAT-Datenkorrekturglieds 250, wobei das SAT-Datenkorrekturglied 250 ein SAT-Schätzungsglied 251, eine Filterkomponente 252, ein Steuermoment-Sensitivitätsverstärkungsglied 253, ein Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkungsglied 254, ein Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkungsglied 255 und eine Beschränkungskomponente 256 umfasst.The SAT data corrector 250 estimates based on the steering torque Ts , the motor angle θm and the motor current command value Imc, a self-aligning torque (SAT), further performs filtering, gain multiplication and control processing, and calculates a torque signal (first torque signal Tref_d). 9 Fig. 10 shows a structure example of the SAT data corrector 250 , where the SAT data corrector 250 a SAT estimator 251 , a filter component 252 , a control torque sensitivity enhancer 253 , a vehicle speed sensitivity enhancement term 254 , a steering angle sensitivity enhancement member 255 and a restriction component 256 includes.
Der Zustand des in der Zeit von der Straßenoberfläche bis zum Lenkrad entstehenden Drehmoments ist in 10 dargestellt und erläutert. Durch das Steuern des Lenkrads durch den Fahrer entsteht ein Steuermoment Ts, und dem Steuermoment Ts folgend erzeugt der Motor 20 ein Hilfsdrehmoment (Lenksäulenwellen-Konversionswert des Motordrehmoments) Tm. Dadurch werden die Fahrzeugräder umgelenkt und als Reaktionskraft entsteht SAT TSAT. Dabei entsteht durch eine Lenksäulenwellen-Konversionsträgheit (auf die Lenksäulenwelle wirkende Trägheit durch den (Rotor des) Motor(s), das Untersetzungsgetriebe usw.) J und eine Reibung (statische Reibung) Fr ein zum Widerstand der Lenkrad-Steuerung werdendes Drehmoment. Außerdem entsteht durch die Drehgeschwindigkeit des Motors 20 ein als Dämpfungsglied (Dämpfungskoeffizient DM) ausgedrücktes physikalisches Drehmoment (viskoses Drehmoment). Aufgrund des Gleichgewichts dieser Kräfte wird eine Bewegungsgleichung wie in der folgenden Gleichung 7 erhalten.
Wobei ωM und αM die lenksäulenwellenkonvertierte (Konversion in einen auf die Lenksäulenwelle bezogenen Wert) Motorwinkelgeschwindigkeit und Motorwinkelbeschleunigung sind. Wird dann Gleichung 7 nach SAT aufgelöst, erhält man die folgende Gleichung 8.
Wie aus Gleichung 8 ersichtlich, kann dadurch, dass die Lenksäulenwellen-Konversionsträgheit J, die statische Reibung Fr und der Dämpfungskoeffizient DM als Konstanten vorab ermittelt werden, mittels der Motorwinkelgeschwindigkeit ωM, der Motorwinkelbeschleunigung αM, dem Hilfsdrehmoment Tm und dem Steuermoment Ts der selbstausrichtende Drehmomentwert (SAT-Wert) TSAT geschätzt werden. Die Lenksäulenwellen-Konversionsträgheit J kann auch ein einfach mittels eines relationalen Ausdrucks der Motorträgheit und des Verzögerungsverhältnisses auf die Lenksäulenwelle konvertierter Wert sein.The state of the torque generated in the time from the road surface to the steering wheel is in 10 illustrated and explained. When the driver controls the steering wheel, a steering torque is generated Ts , and the steering torque Ts subsequently the engine generates 20th an auxiliary torque (steering column shaft conversion value of the motor torque) Tm. This deflects the vehicle wheels and the reaction force is SAT T SAT . A steering column shaft conversion inertia (inertia acting on the steering column shaft by the (rotor of the) motor (s), the reduction gear, etc.) J and friction (static friction) Fr result in a torque that becomes the resistance of the steering wheel control. It also arises from the rotational speed of the motor 20th a physical torque (viscous torque) expressed as an attenuator (damping coefficient DM). Due to the balance of these forces, an equation of motion as in Equation 7 below is obtained. In which ω M and α M the steering column shaft converted (conversion to a value related to the steering column shaft) motor angular velocity and motor angular acceleration. If equation 7 is then solved for SAT, the following equation 8 is obtained.
As can be seen from equation 8, the fact that the steering column shaft conversion inertia J, the static friction Fr and the damping coefficient D M are determined as constants in advance using the motor angular speed ω M , the motor angular acceleration α M , the auxiliary torque Tm and the control torque Ts the self-aligning torque value (SAT value) T SAT can be estimated. The steering column shaft conversion inertia J may also be a value simply converted to the steering column shaft by means of a relational expression of the motor inertia and the deceleration ratio.
Das SAT-Schätzungsglied 251, in die das Steuermoment Ts, der Motorwinkel θm und der Motorstrombefehlswert Imc eingegeben werden, schätzt basierend auf Gleichung 8 das selbstausrichtende Drehmoment (SAT-Wert) TSAT. Der Motorstrombefehlswert Imc wird in ein Konversionsglied 251A eingegeben, und durch Multiplikation mit einer voreingestellten Übersetzung und Drehmomentkonstante das lenksäulenwellenkonvertierte Hilfsdrehmoment Tm berechnet. Der Motorwinkel θm wird in ein Winkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 251B eingegeben, und durch eine Differentialrechnung und Division durch die Übersetzung eine lenksäulenwellenkonvertierte Motorwinkelgeschwindigkeit ωM berechnet. In einer Winkelbeschleunigung-Berechnungskomponente 251C wird durch eine Differentialrechnung mittels der Motorwinkelgeschwindigkeit ωM eine lenksäulenwellenkonvertierte Motorwinkelbeschleunigung αM berechnet. Dann wird mittels des eingegebenen Steuermoments Ts und des berechneten Hilfsdrehmoments Tm, der Motorwinkelgeschwindigkeit ωM und der Motorwinkelbeschleunigung αM basierend auf Gleichung 8 durch den in 9 gezeigten Aufbau der SAT-Wert TSAT berechnet. In 9 fungiert Block 251D als Markierungsfunktion und gibt eine Markierung eingegebener Daten aus, Block 251E multipliziert die eingegebenen Daten mit dem Dämpfungskoeffizienten DM und gibt sie aus, Block 251F multipliziert die eingegebenen Daten mit der statischen Reibung Fr und gibt sie aus, und Block 251G multipliziert die eingegebenen Daten mit der Lenksäulenwellenkonversionsträgheit J und gibt sie aus. Ist der Lenksäulenwinkel direkt detektierbar, kann auch anstelle des Motorwinkels θm der Lenksäulenwinkel als Winkelinformation verwendet werden. In diesem Fall ist keine Lenksäulenwellenkonversion erforderlich. Ferner kann auch statt des Motorwinkels θm ein lenksäulenwellenkonvertiertes Signal der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm des EPS-Steuersystems/Fahrzeugsystems 100 als Motorwinkelgeschwindigkeit ωM eingegeben und eine Differentialrechnung des Motorwinkels θm weggelassen werden. Außerdem kann der SAT-Wert TSAT auch mittels eines anderen Verfahrens geschätzt werden, oder statt eines Schätzwerts ein Messwert verwendet werden.The SAT estimator 251 into which the control torque Ts , the motor angle θm and the motor current command value Imc are input, estimates the self-aligning torque (SAT value) T SAT based on Equation 8. The motor current command value Imc becomes a conversion term 251A entered, and the steering column shaft-converted auxiliary torque Tm is calculated by multiplying it with a preset gear ratio and torque constant. The motor angle θm is put into an angular velocity calculator 251B input, and by a differential calculation and division by the translation a steering column shaft converted motor angular speed ω M calculated. In an angular acceleration calculation component 251C is determined by a differential calculation using the motor angular velocity ω M a steering column shaft converted engine angular acceleration α M calculated. Then by means of the entered control torque Ts and the calculated auxiliary torque Tm, the motor angular speed ω M and the motor angular acceleration αM based on equation 8 by the in 9 The structure shown, the SAT value T SAT is calculated. In 9 acts block 251D as a marker function and outputs a marker of entered data, block 251E multiplies the entered data by the damping coefficient D M and print it out, block 251F multiplies the inputted data by the static friction Fr and outputs it, and block 251G multiplies the entered data by the steering column shaft conversion inertia J and outputs it. If the steering column angle can be detected directly, the steering column angle can also be used as angle information instead of the motor angle θm. In this case, no steering column shaft conversion is required. Furthermore, instead of the motor angle θm, a steering column wave-converted signal of the motor angular velocity ωm of the EPS control system / vehicle system can also be used 100 as motor angular speed ω M and a differential calculation of the motor angle θm can be omitted. In addition, the SAT value T SAT can also be estimated using a different method, or a measured value can be used instead of an estimated value.
Um den in dem SAT-Schätzungsglied 251 geschätzten SAT-Wert TSAT praktisch zu verwenden und dem Fahrer angemessen als Steuergefühl zu übermitteln, wird mittels der Filterkomponente 252 die zu übermittelnde Information aus dem SAT-Wert TSAT extrahiert, die mittels des Steuermoment-Sensitivitätsverstärkungsglied 253, des Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkungsglieds 254 und des Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkungsglieds 255 zu übertragene Größe angepasst und außerdem mittels der Beschränkungskomponente 256 der obere und untere Grenzwert angepasst. Die Filterkomponente 252 führt z. B. mittels eines Bandpassfilters eine Filterung des SAT-Wertes TSAT durch und gibt SAT-Daten TST1 aus. Das Steuermoment-Sensitivitätsverstärkungsglied 253 multipliziert eine entsprechend dem Steuermoment Ts eingestellte Steuermoment-Sensitivitätsverstärkung mit den SAT-Daten TST1 und gibt SAT-Daten TST2 aus. Um die Sensitivität in der Umgebung des Zentrums, bei dem es sich um einen Geradeausfahrtzustand handelt, zu erhöhen, wird die Steuermoment-Sensitivitätsverstärkung z. B. wie in 11 gezeigt eingestellt. Das heißt, die Steuermoment-Sensitivitätsverstärkung wird bei einem Steuermoment Ts von kleiner oder gleich Ts1 (z. B. 2 Nm) auf 1,0 festgelegt, bei einem Steuermoment Ts von größer oder gleich Ts2 (> Ts1) (z. B. 4 Nm) auf einen Wert festgelegt, der kleiner als 1,0 ist, und bei einem Steuermoment Ts zwischen Ts1 und Ts2 derart eingestellt, dass er in einem bestimmten Verhältnis abnimmt. Das Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkungsglied 254 multipliziert eine entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkung mit den SAT-Daten TST2 und gibt SAT-Daten TST3 aus. Um die Sensitivität bei einer hohen Geschwindigkeit zu erhöhen, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkung z. B. wie in 12 gezeigt eingestellt. Das heißt, die Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkung wird bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit Vs von größer oder gleich Vs2 (z. B. 70 km/h) auf 1,0 festgelegt, bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit Vs von kleiner oder gleich Vs1 (< (Vs2) (z. B. 50 km/h) auf einen Wert festgelegt, der kleiner ist als 1,0, und bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit Vs zwischen Vs1 und Vs2 derart eingestellt, dass er in einem bestimmten Verhältnis zunimmt. Das Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkungsglied 255 multipliziert eine entsprechend dem Lenkwinkel θh eingestellte Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkung mit den SAT-Daten TST3 und gibt ein Drehmomentsignal Tref_d0 aus. Um mit der Wirkung ab einem bestimmten Lenkwinkel beginnend die Sensitivität bei einem großen Lenkwinkel zu erhöhen, wird die Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkung z. B. wie in 13 gezeigt eingestellt. Das heißt, die Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkung wird bei einem Lenkwinkel θh von kleiner oder gleich θh1 (z. B. 10 deg) durch einen bestimmten Verstärkungswert Gα, bei einem Lenkwinkel θh von größer oder gleich θh2 (z. B. 30 deg) durch 1,0 festgelegt, und bei einem Lenkwinkel θh zwischen θh1 und θh2 derart eingestellt, dass er in einem bestimmten Verhältnis zunimmt. Um bei einem großen Lenkwinkel die Sensitivität zu erhöhen eignet sich z. B. eine Einstellung von Gα in einem Bereich von 0 ≤ Gα < 1. Um bei einem kleinen Lenkwinkel die Sensitivität zu erhöhen eignet sich, ohne dass dies hier dargestellt ist, eine Einstellung von Gα in einem Bereich von 1 < Gα. Soll die Sensitivität nicht entsprechend dem Lenkwinkel geändert werden, eignet sich eine Einstellung von Gα = 1. Bei der Beschränkungskomponente 256 werden, wie in 14 gezeigt, ein dem Drehmomentsignal entsprechender oberer Grenzwert und unterer Grenzwert voreingestellt, und wenn das eingegebene Drehmomentsignal Tref_d0 größer oder gleich dem oberen Grenzwert ist, wird der obere Grenzwert, wenn es kleiner oder gleich dem unteren Grenzwert ist, der untere Grenzwert, und anderenfalls das Drehmomentsignal Tref_d0 als Drehmomentsignal Tref_d ausgegeben. Die Steuermoment-Sensitivitätsverstärkung, die Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkung und die Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkung können auch, wie in 11, 12 und 13 gezeigt, statt linearer Charakteristiken, kurvenförmige Charakteristiken sein, oder sie können dem Steuergefühl entsprechend geeignet eingestellt oder z. B. an den Maximalwert oder Minimalwert der jeweiligen Verstärkung angepasst werden. Ist eine Zunahme der Größe des Drehmomentsignals nicht zu befürchten, oder erfolgt die Kontrolle durch ein anderes Mittel, kann die Beschränkungskomponente 256 auch weggelassen werden. Das Steuermoment-Sensitivitätsverstärkungsglied 253, das Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkungsglied 254 und das Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkungsglied 255 können in geeigneter Weise auch weggelassen oder ihre Einsetzposition vertauscht werden. Die jeweiligen Verstärkungen können parallel ermittelt werden, oder durch einen Aufbau, bei dem an einer Stelle mit den SAT-Daten TST1 multipliziert wird.To that in the SAT estimator 251 practical use of the estimated SAT value T SAT and appropriately conveyed to the driver as a control feeling is by means of the filter component 252 the information to be transmitted is extracted from the SAT value T SAT , which is generated by means of the control torque sensitivity amplification element 253 , the vehicle speed sensitivity gain term 254 and the steering angle sensitivity enhancement member 255 to be transferred and also by means of the constraint component 256 the upper and lower limit value adjusted. The filter component 252 leads z. B. filtering the SAT value T SAT by means of a bandpass filter and outputs SAT data T ST 1. The control torque sensitivity enhancer 253 multiplies one according to the control torque Ts set control torque sensitivity gain with the SAT data T ST 1 and outputs SAT data T ST 2. In order to increase the sensitivity in the vicinity of the center, which is a straight-ahead driving state, the control torque sensitivity gain z. B. as in 11 shown set. That is, the control torque sensitivity gain becomes at a control torque Ts of less than or equal to Ts1 (e.g. 2 Nm) set to 1.0, with a control torque Ts of greater than or equal to Ts2 (> Ts1) (e.g. 4 Nm) set to a value that is less than 1.0, and at a control torque Ts set between Ts1 and Ts2 such that it decreases in a certain ratio. The vehicle speed sensitivity enhancement term 254 multiplies one according to the vehicle speed Vs Set vehicle speed sensitivity gain with the SAT data T ST 2 and outputs SAT data T ST 3. In order to increase the sensitivity at a high speed, the vehicle speed sensitivity gain is e.g. B. as in 12 shown set. That is, the vehicle speed sensitivity gain is set at a vehicle speed Vs of greater than or equal to Vs2 (e.g. 70 km / h) is set to 1.0 at a vehicle speed Vs is set from less than or equal to Vs1 (<(Vs2) (e.g. 50 km / h) to a value less than 1.0 and at a vehicle speed Vs between Vs1 and Vs2 adjusted so that it increases in a certain ratio. The steering angle sensitivity enhancement member 255 multiplies one according to the steering angle θh set steering angle sensitivity gain with the SAT data T ST 3 and gives a torque signal Tref_d0 out. In order to increase the sensitivity at a large steering angle starting with the effect from a certain steering angle, the steering angle sensitivity gain z. B. as in 13 shown set. That is, the steering angle sensitivity gain becomes at a steering angle θh of less than or equal to θh1 (e.g. 10 deg) by a specific gain value Gα, at a steering angle θh of greater than or equal to θh2 (e.g. 30 deg) is set by 1.0, and at a steering angle θh between θh1 and θh2 are set to increase by a certain ratio. To increase the sensitivity at a large steering angle, z. B. a setting of Gα in a range of 0 Gα <1. In order to increase the sensitivity with a small steering angle, a setting of is suitable, without this being shown here Gα in a range of 1 <Gα. If the sensitivity is not to be changed in accordance with the steering angle, a setting of Gα = 1 is suitable. For the restriction component 256 as in 14th shown, an upper limit value and a lower limit value corresponding to the torque signal are preset, and if the inputted torque signal Tref_d0 is greater than or equal to the upper limit value, the upper limit value, if it is less than or equal to the lower limit value, becomes the lower limit value, and otherwise the torque signal Tref_d0 as Torque signal Tref_d issued. The steering torque sensitivity gain, the vehicle speed sensitivity gain and the steering angle sensitivity gain can also be used, as in FIG 11 , 12 and 13 instead of linear characteristics, curved characteristics, or they can be suitably adjusted according to the control feeling or e.g. B. be adapted to the maximum value or minimum value of the respective gain. If an increase in the magnitude of the torque signal is not to be feared, or if the control is carried out by some other means, the restriction component 256 can also be omitted. The control torque sensitivity enhancer 253 , the vehicle speed sensitivity enhancement term 254 and the steering angle sensitivity enhancement member 255 can also be omitted in a suitable manner or their insertion position exchanged. The respective gains can be determined in parallel or by a structure in which the SAT data T ST 1 is multiplied at one point.
Die wie vorstehend beschrieben ermittelten Drehmomentsignale Tref_d, Tref_c, Tref_b und Tref_a werden durch die Addierer 263, 262 und 261 der Reihe nach addiert, und das endgültige Additionsergebnis wird als Soll-Steuermoment Tref ausgegeben.The torque signals determined as described above Tref_d , Tref_c , Tref_b and Tref_a are made by the adders 263 , 262 and 261 are added in turn, and the final addition result is output as the target control torque Tref.
Die Lenkwinkelgeschwindigkeit ωh wird durch eine Differentialrechnung bezüglich des Lenkwinkels θh ermittelt, wobei jedoch zur Reduzierung einer Beeinflussung durch Störungen in einem hohen Bereich eine angemessene Tiefpassfilterung (LPF) ausgeführt wird. Es kann ferner auch mittels eines Hochpassfilters (HPF) und der Verstärkung eine Differentialrechnung und LPF-Filterung ausgeführt werden. Die Lenkwinkelgeschwindigkeit ωh kann auch dadurch berechnet werden, dass die Differentialrechnung und LPF-Filterung nicht bezüglich des Lenkwinkels θh sondern bezüglich des durch den oberen Winkelsensor detektierten Lenkradwinkels θ1 oder des durch den unteren Winkelsensor detektierten Lenksäulenwinkels θ2 erfolgen. Anstelle der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωh kann auch die Motorwinkelgeschwindigkeit ωm als Winkelgeschwindigkeitsinformation verwendet werden, wobei in diesem Fall kein Differenzierglied 220 benötigt wird.The steering angle speed ωh is determined by a differential calculation with respect to the steering angle θh but appropriate low pass filtering (LPF) is performed to reduce the influence of interference in a high range. A differential calculation and LPF filtering can also be carried out by means of a high-pass filter (HPF) and the gain. The steering angle speed ωh can also be calculated in that the differential calculation and LPF filtering are not related to the steering angle θh but with regard to the steering wheel angle detected by the upper angle sensor θ 1 or the steering column angle detected by the lower angle sensor θ 2 respectively. Instead of the steering angle speed ωh The motor angular velocity ωm can also be used as angular velocity information, in which case no differentiating element 220 is needed.
Eine Konversionskomponente 500 weist die Charakteristik -1/Kt der invertierten Markierung des Kehrwerts der Federkonstante Kt des Torsionsstabs 2A auf, und konvertiert das Soll-Steuermoment Tref in den Soll-Verdrehwinkel Δθref.A conversion component 500 exhibits the characteristic -1 / Kt of the inverted marking of the reciprocal of the spring constant Kt of the torsion bar 2A and converts the target control torque Tref into the target rotation angle Δθref.
Die Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 berechnet basierend auf dem Soll-Verdrehwinkel Δθref, dem Verdrehwinkel Δθ und der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm den MotorStrombefehlswert Imc. 15 ist ein Blockbild, das ein Strukturbeispiel der Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 zeigt, wobei die Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 ein Verdrehwinkel-Feedback (FB)-Kompensationsglied 310, ein Verdrehwinkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 320, ein Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330, ein Stabilisierungskompensationsglied 340, ein Ausgabebeschränkungsglied 350, einen Subtrahierer 361 und einen Addierer 362 umfasst, eine Additionseingabe des von der Konversionskomponente 500 ausgegebenen Soll-Verdrehwinkels Δθref in den Subtrahierer 361 , eine Subtraktionseingabe des Verdrehwinkels Δθ in den Subtrahierer 361 und eine Eingabe in das Verdrehwinkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 320 , und eine Eingabe der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm in das Stabilisierungskompensationsglied 340 erfolgt.The twist angle control component 300 calculates the motor current command value Imc based on the target twist angle Δθref, the twist angle Δθ and the motor angular velocity ωm. 15th Fig. 13 is a block diagram showing a structural example of the twist angle control component 300 shows where the twist angle control component 300 a twist angle feedback (FB) compensation element 310 , a twisting angular velocity calculator 320 , a speed controller 330 , a stabilization compensation element 340 , an output restriction member 350 , a subtracter 361 and an adder 362 comprises, an addition input of the from the conversion component 500 output target rotation angle Δθref into the subtracter 361 , a subtract input of the twist angle Δθ to the subtracter 361 and an input to the twist angular velocity calculator 320 , and an input of the motor angular velocity ωm to the stabilization compensation term 340 he follows.
Das Verdrehwinkel-Feedback-Kompensationsglied 310 multipliziert die Abweichung Δθ0 zwischen dem durch den Subtrahierer 361 berechneten Soll-Verdrehwinkel Δθref und dem Verdrehwinkel Δθ mit einem Kompensationswert CFB (Übertragungsfunktion), und gibt eine Soll-Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωref aus, bei der der Verdrehwinkel Δθ dem Soll-Verdrehwinkel Δθref folgt. Der Kompensationswert CFB kann auch eine einfache Verstärkung Kpp oder ein allgemein verwendeter Kompensationswert, wie z. B. ein Kompensationswert der PI-Steuerung sein. Die Soll-Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωref wird in das Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330 eingegeben. Durch das Verdrehwinkel-FB-Kompensationsglied 310 und das Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330 kann ein gewünschtes Steuermoment realisiert werden, bei dem der Verdrehwinkel Δθ dem Soll-Verdrehwinkel Δθref folgt.The twist angle feedback compensation element 310 multiplies the deviation Δθ 0 between that by the subtracter 361 calculated target rotation angle Δθref and the rotation angle Δθ with a compensation value C FB (Transfer function), and outputs a set rotation angle speed ωref at which the rotation angle Δθ follows the set rotation angle Δθref. The compensation value C FB can also be a simple gain Kpp or a commonly used compensation value such as B. be a compensation value of the PI control. The target twist angular speed ωref is entered in the speed controller 330 entered. Through the twist angle FB compensation element 310 and the speed controller 330 a desired control torque can be realized at which the twisting angle Δθ follows the target twisting angle Δθref.
Das Verdrehwinkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 320 berechnet die Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt durch eine Differentialrechnung bezüglich des Verdrehwinkels Δθ und die Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt wird in das Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330 eingegeben. Als Differentialrechnung kann auch eine affine Differenzierung mittels HPF und Verstärkung durchgeführt werden. Ferner kann die Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt auch durch ein anderes Mittel oder einen anderen als den Verdrehwinkel Δθ berechnet und in das Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330 eingegeben werden.The twist angular velocity calculator 320 calculates the twisting angular velocity ωt through a differential calculation with respect to the twisting angle Δθ, and the twisting angular velocity ωt is entered in the speed controller 330 entered. An affine differentiation using HPF and reinforcement can also be carried out as a differential calculation. Furthermore, the twisting angular velocity ωt can also be calculated by a means other than the twisting angle Δθ and entered into the speed control member 330 can be entered.
Das Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330 berechnet durch eine I-P-Steuerung (Proportion antizipative PI-Steuerung) einen Motorstrombefehlswert Imca1, bei dem die Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt der Soll-Verdrehwinkelgeschwindigkeit wref folgt. Durch einen Subtrahierer 333 wird die Differenz (ωref - ωt) zwischen der Soll-Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωref und der Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt berechnet, diese Differenz wird in einem eine Verstärkung Kvi aufweisenden Integrator 331 integriert und eine Additionseingabe des Integrationsergebnisses in einen Subtrahierer 334 erfolgt. Die Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt wird auch in ein Proportionalisierungsglied 332 eingegeben, mittels der Verstärkung Kvp eine Proportionalisierung ausgeführt und es erfolgt eine Subtraktionseingabe in den Subtrahierer 334. Das Subtraktionsergebnis des Subtrahierers 334 wird als Motorstrombefehlswert Imca1 ausgegeben. Das Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330 kann den Motorstrombefehlswert Imca1 auch nicht durch eine I-P-Steuerung sondern durch ein allgemein verwendetes Steuerverfahren wie eine PI-Steuerung, P (Proportional)-Steuerung, PID (Proportional Integral Differenzierungs)-Steuerung, PI-D-Steuerung (Differential antizipative PID-Steuerung), Musterabgleichsteuerung oder Modellreferenzsteuerung berechnen.The speed controller 330 calculates a motor current command value Imca1, at which the angular rotation speed ωt follows the set angular rotation speed wref, by an IP control (proportion anticipatory PI control). Through a subtracter 333 the difference (ωref - ωt) between the target angular rotation speed ωref and the angular rotation speed ωt is calculated, this difference is calculated in an integrator having a gain Kvi 331 integrated and an addition input of the integration result to a subtracter 334 he follows. The angular rotation speed ωt is also converted into a proportionalizer 332 is entered, a proportionalization is carried out by means of the gain Kvp and a subtraction is input into the subtracter 334 . The subtraction result of the subtracter 334 is output as the motor current command value Imca1. The speed controller 330 The motor current command value Imca1 can also not be determined by an IP control but by a generally used control method such as PI control, P (proportional) control, PID (proportional integral differentiation) control, PI-D control (differential anticipatory PID control ), Pattern matching control, or model reference control.
Das Stabilisierungskompensationsglied 340 weist einen Kompensationswert Cs (Übertragungsfunktion) auf, und berechnet mittels der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm einen Motorstrombefehlswert Imca2. Wird zur Verbesserung der Nachführungs- und Störungscharakteristik die Verstärkung des Verdrehwinkel-FB-Kompensationsglieds 310 und des Geschwindigkeit-Steuerungsgliedes 330 erhöht, kommt es im hohen Frequenzwellenbereich zu einem steuerungsbedingten Oszillationsphänomen. Als Gegenmaßnahme wird in dem Stabilisierungskompensationsglied 340 die zur Stabilisierung erforderliche Übertragungsfunktion (Cs) für die Motorwinkelgeschwindigkeit ωm eingestellt. Dadurch kann eine Stabilisierung des gesamten EPS-Steuersystems realisiert werden. Als Übertragungsfunktion (Cs) des Stabilisierungskompensationsglieds 340 kann z. B. ein Filter erster Ordnung verwendet werden, das mittels einer den Aufbau eines HPF erster Ordnung verwendenden affinen Differenzierung und der Verstärkung eingestellt und durch die folgende Gleichung 9 ausgedrückt ist.
Dabei ist Ksta die Verstärkung und fc die Übergangsfrequenz, wobei als fc z. B. 150 [Hz] eingestellt ist. Als Übertragungsfunktion kann auch ein Filter zweiter Ordnung oder ein Filter vierter Ordnung verwendet werden.The stabilization compensation element 340 has a compensation value Cs (transfer function), and calculates a motor current command value Imca2 using the motor angular velocity ωm. Is used to improve the tracking and disturbance characteristics, the amplification of the angle of rotation compensation element 310 and the speed control member 330 increased, a control-related oscillation phenomenon occurs in the high frequency wave range. As a countermeasure, the stabilization compensation member 340 the transfer function (Cs) required for stabilization is set for the motor angular velocity ωm. As a result, the entire EPS control system can be stabilized. As the transfer function (Cs) of the stabilization compensation element 340 can e.g. For example, a first-order filter can be used which is set by means of affine differentiation using the construction of a first-order HPF and the gain and is expressed by Equation 9 below.
Here, K sta is the gain and fc is the transition frequency, where fc z. B. 150 [Hz] is set. A second-order filter or a fourth-order filter can also be used as the transfer function.
Der Motorstrombefehlswert Imca1 des Geschwindigkeit-Steuerungsgliedes 330 und der Motorstrombefehlswert Imca2 des Stabilisierungskompensationsglieds 340 werden in dem Addierer 362 addiert und als Motorstrombefehlswert Imcb ausgegeben.The motor current command value Imca1 of the speed control member 330 and the motor current command value Imca2 of the stabilization compensator 340 are in the adder 362 added and output as the motor current command value Imcb.
Das Ausgabebeschränkungsglied 350 beschränkt den oberen und unteren Grenzwert des Motorstrombefehlswerts Imcb und gibt den Motorstrombefehlswert Imc aus. Ebenso wie bei der Beschränkungskomponente 256 in dem SAT-Datenkorrekturglied 250 werden der obere Grenzwert und der untere Grenzwert für den Motorstrombefehlswert Imcb durch eine Voreinstellung beschränkt.The output constraint member 350 restricts the upper and lower limit values of the motor current command value Imcb and outputs the motor current command value Imc. As is the case with the restriction component 256 in the SAT data corrector 250 the upper limit value and the lower limit value for the motor current command value Imcb are restricted by a presetting.
Ein Betriebsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform mit diesem Aufbau wird anhand der Ablaufdiagramme in 16 bis 18 erläutert.An operational example of the present embodiment having this structure will be explained with reference to the flowcharts in FIG 16 to 18th explained.
Zu Beginn des Betriebs wird die Motorwinkelgeschwindigkeit ωm in die Rechtseinschlag/Linkseinschlag-Beurteilungskomponente 400 eingegeben, die basierend auf der Markierung der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm beurteilt, ob es sich bei der Steuerung um einen Rechtseinschlag oder Linkseinschlag handelt, und das Beurteilungsergebnis als Steuerzustand STs an die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 ausgibt (Schritt S10).At the start of the operation, the motor angular velocity ωm is included in the right hand / left hand judging component 400 which judges whether the control is a right-hand turn or a left-hand turn based on the flag of the motor angular velocity ωm, and the judgment result as the control state STs to the target control torque generation component 200 outputs (step S10 ).
Zusammen mit dem Steuerzustand STs werden der Lenkwinkel θh, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, das Steuermoment Ts, der Motorwinkel θm und der Motorstrombefehlswert Imc in die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 eingegeben, die das Soll-Steuermoment Tref erzeugt (Schritt S20). Ein Betriebsbeispiel der Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 wird anhand des Ablaufdiagramms in 17 erläutert.Along with the tax status STs become the steering angle θh , the vehicle speed Vs , the control moment Ts , the motor angle θm and the motor current command value Imc into the target control torque generation component 200 entered that the target control torque Meeting generated (step S20 ). An operational example of the target control torque generation component 200 is based on the flowchart in 17th explained.
Der in die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente eingegebene Lenkwinkel θh wird in das Basis-Kennfeldglied 210, das Differenzierglied 220, das Hysteresekorrekturglied 240 und das SAT-Datenkorrekturglied 250 eingegeben, der Steuerzustand STs wird in das Hysteresekorrekturglied 240 eingegeben, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs wird in das Basis-Kennfeldglied 210, das Dämpfungsverstärkungsglied 230 und das SAT-Datenkorrekturglied 250 eingegeben, und das Steuermoment Ts, der Motorwinkel θm und der Motorstrombefehlswert Imc werden in das SAT-Datenkorrekturglied 250 eingegeben (Schritt S21).The steering angle input into the target control torque generation component θh is in the basic map element 210 , the differentiator 220 , the hysteresis correction element 240 and the SAT data corrector 250 entered, the control state STs is in the hysteresis correction element 240 entered the vehicle speed Vs is in the basic map element 210 , the attenuation gain link 230 and the SAT data corrector 250 entered, and the control torque Ts , the motor angle θm and the motor current command value Imc are entered in the SAT data corrector 250 entered (step S21 ).
Das Basis-Kennfeldglied 210 erzeugt mittels des in 6 gezeigten Basis-Kennfeldes ein dem Lenkwinkel θh und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs entsprechendes Drehmomentsignal Tref_a und gibt es an den Addierer 261 aus (Schritt S22).The basic map element 210 generated using the in 6th basic map shown on the steering angle θh and the vehicle speed Vs corresponding torque signal Tref_a and gives it to the adder 261 off (step S22 ).
Das Differenzierglied 220 differenziert den Lenkwinkel θh und gibt die Lenkwinkelgeschwindigkeit ωh aus (Schritt S23), das Dämpfungsverstärkungsglied 230 gibt mittels des in 7 gezeigten Dämpfungsverstärkungs-Kennfeldes die der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs entsprechende Dämpfungsverstärkung DG aus (Schritt S24), der Multiplizierer 260 berechnet durch die Multiplikation der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωh mit der Dämpfungsverstärkung DG das Drehmomentsignal Tref_b und gibt es an den Addierer 262 aus (Schritt S25).The differentiator 220 differentiates the steering angle θh and gives the steering angular speed ωh off (step S23 ), the damping gain link 230 uses the in 7th The damping gain map shown is that of the vehicle speed Vs appropriate Damping reinforcement D G off (step S24 ), the multiplier 260 calculated by multiplying the steering angle speed ωh with the damping gain D G the torque signal Tref_b and gives it to the adder 262 off (step S25 ).
Das Hysteresekorrekturglied 240 führt bei dem Lenkwinkel θh durch Umstellung der Berechnung mittels der Gleichung 5 und Gleichung 6 entsprechend dem Steuerzustand STs eine Hysteresekorrektur aus (Schritt S26), erzeugt das Drehmomentsignal Tref_c und gibt es an den Addierer 263 aus (Schritt S27). Die Hysteresemarge Ahys, c, x1 und y1 in Gleichung 5 und Gleichung 6 sind voreingestellt und werden beibehalten, es ist jedoch auch möglich, mittels Gleichung 6b und b' vorab zu berechnen und anstelle von x1 und y1 b und b' beizubehalten.The hysteresis correction element 240 leads in the steering angle θh by rearranging the calculation using Equation 5 and Equation 6 according to the control status STs a hysteresis correction (step S26 ), generates the torque signal Tref_c and gives it to the adder 263 off (step S27 ). The hysteresis margin A hys , c, x1 and y1 in equation 5 and equation 6 are preset and are retained, but it is also possible to calculate in advance using equations 6b and b 'and to keep b and b' instead of x1 and y1.
Das SAT-Datenkorrekturglied 250 gibt jeweils den eingegebenen Motorstrombefehlswert Imc und den Motorwinkel θm in das SAT-Schätzungsglied 251, das Steuermoment Ts in das SAT-Schätzungsglied 251 und in das Steuermoment-Sensitivitätsverstärkungsglied 253, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs in das Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkungsglied 254, und den Lenkwinkel θh in das Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkungsglied 255 ein. Das SAT-Schätzungsglied 251 berechnet in dem Konversionsglied 251A anhand des Motorstrombefehlswerts Imc das Hilfs-Drehmoment Tm, in dem Winkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 251B anhand des Motorwinkels θm die Motorwinkelgeschwindigkeit ωM und ferner über ein Winkelbeschleunigung-Berechnungsglied 251C die Motorwinkelbeschleunigung αM , und berechnet mittels dieser und dem Steuermoment aufgrund von Gleichung 8 den SAT-Wert TSAT (Schritt S28). Der berechnete SAT-Wert TSAT wird in der Filterkomponente 252 gefiltert und als SAT-Daten TST1 an das Steuermoment-Sensitivitätsverstärkungsglied 253 ausgegeben (Schritt S29). Das Steuermoment-Sensitivitätsverstärkungsglied 253 bestimmt mittels der in 11 gezeigten Charakteristik eine dem eingegebenen Steuermoment Ts entsprechende Steuermoment-Sensitivitätsverstärkung, multipliziert diese mit den SAT-Daten TST1 und gibt dies als SAT-Daten TST2 an das Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkungsglied 254 aus (Schritt S30). Das Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkungsglied 254 bestimmt mittels der in 12 gezeigten Charakteristik eine der eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit Vs entsprechende Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkung, multipliziert diese mit den SAT-Daten TST2 und gibt dies als SAT-Daten TST3 an das Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkungsglied 255 aus (Schritt S31). Das Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkungsglied 255 bestimmt mittels der in 13 gezeigten Charakteristik eine dem eingegebenen Lenkwinkel θh entsprechende Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkung, multipliziert diese mit den SAT-Daten TST3 und gibt dies als Drehmomentsignal Tref_d0 an die Beschränkungskomponente 256 aus (Schritt S32). Die Beschränkungskomponente 256 beschränkt den oberen und unteren Grenzwert des Drehmomentsignals Tref_d0 mittels eines voreingestellten oberen Grenzwertes und unteren Grenzwertes und gibt dies als Drehmomentsignal Tref_d an den Addierer 263 aus (Schritt S33).The SAT data corrector 250 inputs the inputted motor current command value Imc and the motor angle θm, respectively, to the SAT estimator 251 , the control moment Ts into the SAT estimator 251 and into the control torque sensitivity enhancer 253 , the vehicle speed Vs into the vehicle speed sensitivity enhancement term 254 , and the steering angle θh into the steering angle sensitivity enhancement member 255 one. The SAT estimator 251 calculated in the conversion term 251A based on the motor current command value Imc, the auxiliary torque Tm in the angular velocity calculator 251B the motor angular velocity based on the motor angle θm ω M and further an angular acceleration calculator 251C the motor angular acceleration α M , and using this and the control torque calculates the SAT value T SAT based on equation 8 (step S28 ). The calculated SAT value T SAT is used in the filter component 252 filtered and as SAT data T ST 1 to the control torque sensitivity gain element 253 output (step S29 ). The control torque sensitivity enhancer 253 determined using the in 11 The characteristic shown corresponds to the inputted control torque Ts corresponding control torque sensitivity gain, multiplies this by the SAT data T ST 1 and sends this as SAT data T ST 2 to the vehicle speed sensitivity gain element 254 off (step S30 ). The vehicle speed sensitivity enhancement term 254 determined using the in 12 The characteristic shown is one of the entered vehicle speed Vs corresponding vehicle speed sensitivity gain, multiplies this with the SAT data T ST 2 and sends this as SAT data T ST 3 to the steering angle sensitivity gain element 255 off (step S31 ). The steering angle sensitivity enhancement member 255 determined using the in 13 The characteristic shown corresponds to the entered steering angle θh corresponding steering angle sensitivity gain, multiplies this with the SAT data T ST 3 and outputs this as a torque signal Tref_d0 to the restriction component 256 off (step S32 ). The restriction component 256 limits the upper and lower limit value of the torque signal Tref_d0 by means of a preset upper limit value and lower limit value and outputs this as a torque signal Tref_d to the adder 263 off (step S33 ).
Dann werden in dem Addierer 263 die Drehmomentsignale Tref_c und Tref_d addiert, zu dem Additionsergebnis wird in dem Addierer 262 das Drehmomentsignal Tref_b addiert, und außerdem zu diesem Additionsergebnis in dem Addierer 261 das Drehmomentsignal Tref_a addiert, und das Soll-Steuermoment Tref berechnet (Schritt S34).Then in the adder 263 the torque signals Tref_c and Tref_d is added to the addition result in the adder 262 the torque signal Tref_b added, and also to this addition result in the adder 261 the torque signal Tref_a added, and the target control torque Meeting calculated (step S34 ).
Das in der Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 erzeugte Soll-Steuermoment Tref wird in die Konversionskomponente 500 eingegeben und durch die Konversionskomponente 500 in den Soll-Verdrehwinkel Δθref konvertiert (Schritt S40). Der Soll-Verdrehwinkel Δθref wird in die Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 eingegeben.That in the target control torque generation component 200 generated target control torque Meeting becomes the conversion component 500 entered and through the conversion component 500 converted into the target rotation angle Δθref (step S40 ). The target twist angle Δθref is included in the twist angle control component 300 entered.
Zusammen mit dem Soll-Verdrehwinkel Δθref werden der Verdrehwinkel Δθ und die Motorwinkelgeschwindigkeit ωm in die Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 eingegeben, die den Motorstrombefehlswert Imc berechnet (Schritt S50). Ein Betriebsbeispiel der Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 wird anhand des Ablaufdiagramms in 18 erläutert.Together with the target angle of rotation Δθref, the angle of rotation Δθ and the motor angular velocity ωm are included in the angle of rotation control component 300 which calculates the motor current command value Imc (step S50 ). An example of operation of the twist angle control component 300 is based on the flowchart in 18th explained.
Der in die Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 eingegebene Soll-Verdrehwinkel Δθref wird in den Subtrahierer 361, der Verdrehwinkel Δθ in den Subtrahierer 361 und das Verdrehwinkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 320, und die Motorwinkelgeschwindigkeit ωm in das Stabilisierungskompensationsglied 340 jeweils eingegeben (Schritt S51).The one in the twist angle control component 300 input target rotation angle Δθref is entered into the subtracter 361 , the twist angle Δθ in the subtracter 361 and the twisting angular velocity calculating section 320 , and the motor angular velocity ωm into the stabilization compensation term 340 each entered (step S51 ).
In dem Subtrahierer 361 wird durch Subtraktion des Verdrehwinkels Δθ von dem Soll-Verdrehwinkel Δθref die Abweichung Aθ0 berechnet (Schritt S52). Die Abweichung Δθ0 wird in das Verdrehwinkel-FB-Kompensationsglied 310 eingegeben, und das Verdrehwinkel-FB-Kompensationsglied 310 kompensiert durch Multiplikation der Abweichung Δθ0 mit dem Kompensationswert CFB die Abweichung Δθ0 (Schritt S53), und gibt die Soll-Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωref an das Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330 aus.In the subtracter 361 is obtained by subtracting the angle of rotation Δθ the deviation from the target angle of rotation Δθref Aθ 0 calculated (step S52 ). The deviation Δθ0 is included in the angle of rotation FB compensation element 310 entered, and the angle of rotation FB compensation element 310 compensated by multiplying the deviation Δθ 0 with the compensation value C FB the deviation Δθ0 (Step S53 ), and outputs the target angular rotation speed ωref to the speed control member 330 out.
Das Verdrehwinkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 320, in die der Verdrehwinkel Δθ eingegeben wurde, berechnet durch eine Differentialrechnung bezüglich des Verdrehwinkels Δθ die Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt (Schritt S54) und gibt sie an das Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330 aus.The twist angular velocity calculator 320 into which the twist angle Δθ was entered, calculated by a differential calculation with respect to the angle of rotation Δθ the angular rotation speed ωt (step S54 ) and gives it to the speed controller 330 out.
In dem Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330 wird die Differenz zwischen der Soll-Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωref und der Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt durch den Subtrahierer 333 berechnet, diese Differenz durch den Integrator 331 (Kvi/s) integriert und es erfolgt eine Additionseingabe in den Subtrahierer 334 (Schritt S55). Außerdem wird die Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt durch das Proportionalisierungsglied 332 proportionalisiert (Kvp), und es erfolgt eine Subtraktionseingabe des Proportionalergebnisses in den Subtrahierer 334 (Schritt S56), und der Motorstrombefehlswert Imca1 als Subtraktionsergebnis des Subtrahierers 334 ausgegeben, und in den Addierer 362 eingegeben.In the speed controller 330 becomes the difference between the target angular rotation speed ωref and the angular rotation speed ωt through the subtracter 333 calculated this difference by the integrator 331 (Kvi / s) and there is an addition input into the subtracter 334 (Step S55 ). In addition, the angular rotation speed ωt is determined by the proportionalization element 332 proportionalized (Kvp), and the proportional result is subtracted into the subtractor 334 (Step P.56 ), and the motor current command value Imca1 as the subtraction result of the subtracter 334 output, and into the adder 362 entered.
Das Stabilisierungskompensationsglied 340 führt eine Stabilisierungskompensation der eingegebenen Motorwinkelgeschwindigkeit ωm mittels der in Gleichung 9 angegebenen Übertragungsfunktion Cs durch (Schritt S56), und der Motorstrombefehlswert Imca2 des Stabilisierungskompensationsglieds 340 wird in den Addierer 362 eingegeben.The stabilization compensation element 340 carries out a stabilization compensation of the entered motor angular velocity ωm by means of the transfer function Cs given in equation 9 (step P.56 ), and the motor current command value Imca2 of the stabilization compensation element 340 gets into the adder 362 entered.
In dem Addierer 362 erfolgt die Addition der Motorstrombefehlswerte Imca1 und Imca2 (Schritt S57), und der Motorstrombefehlswert Imcb, bei dem es sich um das Additionsergebnis handelt, wird in das Ausgabebeschränkungsglied 350 eingegeben. Das Ausgabebeschränkungsglied 350 beschränkt durch den voreingestellten oberen Grenzwert und unteren Grenzwert den oberen und unteren Grenzwert des Motorstrombefehlswerts Imcb (Schritt S58) und gibt dies als Motorstrombefehlswert Imc aus (Schritt S59).In the adder 362 the addition of the motor current command values Imca1 and Imca2 (step S57 ), and the motor current command value Imcb, which is the addition result, is put into the output restricting term 350 entered. The output constraint member 350 limits the upper and lower limit values of the motor current command value Imcb by the preset upper limit value and lower limit value (step S58 ) and outputs this as a motor current command value Imc (step S59 ).
Basierend auf dem von der Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 ausgegebenen Motorstrombefehlswert Imc wird der Motor angetrieben und die Stromsteuerung ausgeführt (Schritt S60).Based on that from the twist angle control component 300 When the motor current command value Imc is output, the motor is driven and the current control is carried out (step S60 ).
Die Reihenfolge der Dateneingaben und Berechnungen in 16 bis 18 kann in geeigneter Weise verändert werden.The order of data entry and calculations in 16 to 18th can be changed appropriately.
Die Wirkungen des SAT-Datenkorrekturglieds bei der vorliegenden Ausführungsform wird anhand von Simulationsergebnissen erläutert.The effects of the SAT data corrector in the present embodiment will be explained based on simulation results.
Zunächst wird das Simulationsergebnis ohne das Vorliegen eines SAT-Datenkorrekturglieds dargestellt. Wie in 19 (A) gezeigt, erstreckt sich der SAT-Wert bei einer Frequenz zwischen 1 Hz und 10 Hz über 10 Sekunden, und 19 (B) zeigt den Zustand der Veränderung des Steuermoments bei einer sinuskurvenförmigen Anregung mit einer Amplitude von 1 Nm. In 19 ist die x-Achse die Zeit [sec], und die y-Achse ist in 19 (A) der SAT-Wert [Nm] und in 19 (B) das Steuermoment [Nm]. Ferner ist der SAT-Wert ein lenksäulenwellenkonvertierter Wert, wobei der Lenkwinkel θh konstant 0 [deg] ist.First, the simulation result is shown without the presence of a SAT data correction element. As in 19 (A) shown, the SAT value extends over 10 seconds at a frequency between 1 Hz and 10 Hz, and 19 (B) shows the state of the change in the control torque with a sinusoidal excitation with an amplitude of 1 Nm. In 19th the x-axis is time [sec], and the y-axis is in 19 (A) the SAT value [Nm] and in 19 (B) the control torque [Nm]. Furthermore, the SAT value is a steering column shaft converted value, where the steering angle θh is constant 0 [deg].
In 19 (B) ist das Soll-Steuermoment mit einer dünnen Linie und das Steuermoment mit einer dicken Linie dargestellt, wobei beide im Wesentlichen überlappen. Erfolgt keine Korrektur durch das SAT-Datenkorrekturglied, wird das Soll-Steuermoment im Wesentlichen zu 0 Nm, und darauf basierend erfolgt keine Nachfolgesteuerung durch die Verdrehwinkel-Steuerkomponente, sodass schließlich auch das Steuermoment zu 0 Nm wird.In 19 (B) the target control torque is shown with a thin line and the control torque is shown with a thick line, both of which substantially overlap. If no correction is made by the SAT data correction element, the setpoint control torque essentially becomes 0 Nm, and based on this there is no follow-up control by the angle of rotation control component, so that the control torque ultimately also becomes 0 Nm.
Als Nächstes wird das Simulationsergebnis mit einem SAT-Datenkorrekturglied dargestellt. Als Filter der Filterkomponente wird ein Bandpassfilter zweiter Ordnung einer Mittenfrequenz von 5 Hz verwendet und der in der gleichen Weise wie in 19 (A) angeregte SAT-Wert gefiltert, die gefilterten SAT-Daten mit der Steuermoment-Sensitivitätsverstärkung, der Fahrzeuggeschwindigkeit-Sensitivitätsverstärkung und der Lenkwinkel-Sensitivitätsverstärkung multipliziert, und das ermittelte Drehmomentsignal Tref_d zusammen mit dem SAT-Wert in 20 (A) dargestellt (die dicke Linie ist das Drehmomentsignal Tref_d, und die dünne Linie der SAT-Wert), und der Zustand der Änderung des Soll-Steuermoments und des tatsächlichen Steuermoments in 20 (B) dargestellt ist. Die Parameter der x-Achse und der y-Achse in 20 sind die gleichen wie bei 19.Next, the simulation result is displayed with a SAT data corrector. As a filter of the filter component, a second-order band-pass filter having a center frequency of 5 Hz is used and it is used in the same manner as in FIG 19 (A) excited SAT value filtered, the filtered SAT data multiplied by the control torque sensitivity gain, the vehicle speed sensitivity gain and the steering angle sensitivity gain, and the determined torque signal Tref_d together with the SAT value in 20 (A) shown (the thick line is the torque signal Tref_d , and the thin line of the SAT value), and the state of change in the target steering torque and the actual steering torque in 20 (B) is shown. The parameters of the x-axis and the y-axis in 20th are the same as at 19th .
Auch in 20 (B) ist das Soll-Steuermoment mit einer dünnen Linie und das Steuermoment mit einer dicken Linie dargestellt, wobei beide im Wesentlichen überlappen. Wird der SAT-Wert (dünne Linie) in 20 (A) mit dem Steuermoment in 20 (B) verglichen, ist ersichtlich, dass das Steuermoment dem SAT-Wert als Ziel folgt. Das heißt, der SAT-Wert in der Nähe von 5 Hz (zeitlich in der Umgebung von 4 bis 5 Sekunden) kann als Steuermoment realisiert werden.Also in 20 (B) the target control torque is shown with a thin line and the control torque is shown with a thick line, both of which substantially overlap. If the SAT value (thin line) in 20 (A) with the control torque in 20 (B) compared, it can be seen that the control torque follows the SAT value as the target. This means that the SAT value in the vicinity of 5 Hz (temporally in the vicinity of 4 to 5 seconds) can be implemented as a control moment.
Bei der Simulation wurde als Filter der Filterkomponente ein Bandpassfilter zweiter Ordnung verwendet, wobei jedoch keine Beschränkung auf die zweite Ordnung besteht sondern auch ein Filter einer anderen Ordnung verwendet werden kann.In the simulation, a second-order bandpass filter was used as the filter of the filter component, although there is no restriction to the second order and a filter of a different order can also be used.
Bei der Filterkomponente 252 in dem SAT-Datenkorrekturglied 250 der ersten Ausführungsform erfolgt die Filterung mit einem Filter, wobei bei einer Mehrzahl von Daten, die dem Fahrer mitgeteilt werden sollen, und unterschiedlichen Bandbereichen, in denen diese Daten vorliegen, auch eine Filterung mit einer Mehrzahl von parallel verbundenen Filtern mit den jeweiligen Bandbereichen als Durchgangsbandbereich erfolgen kann. Sollen z. B. drei Daten übermittelt werden, kann die Filterkomponente, wie bei dem Strukturbeispiel in 21 (zweite Ausführungsform) aus drei parallel geschalteten Filtern bestehen. In diesem Fall werden in Filter 652A, 652B und 652C im Inneren der Filterkomponente 652 SAT-Daten TSAT eingegeben, die Ausgaben der jeweiligen Filter in dem Addierer 652D addiert und als SAT-Daten TST1 ausgegeben. Die Anzahl der angeschlossenen Filter ist angepasst an die Anzahl der zu übermittelnden Daten beliebig auswählbar.With the filter component 252 in the SAT data corrector 250 In the first embodiment, the filtering is carried out with a filter, with a plurality of data that are to be communicated to the driver and different band areas in which these data are present, also filtering with a plurality of filters connected in parallel with the respective band areas as a pass band area can be done. Should z. B. three data are transmitted, the filter component, as in the structural example in 21st (second embodiment) consist of three filters connected in parallel. In this case, filters are in 652A , 652B and 652C inside the filter component 652 SAT- Data T SAT input, the outputs of the respective filters in the adder 652D added and output as SAT data T ST 1. The number of connected filters can be selected as required, adapted to the number of data to be transmitted.
Die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 in der ersten Ausführungsform umfasst das Basis-Kennfeldglied 210, das Dämpfungsberechnungsglied (Dämpfungsverstärkungsglied 230 oder Multiplizierer 260), das Hysteresekorrekturglied 240 und das SAT-Datenkorrekturglied 250, wobei auch ein Aufbau nur mit einem auf eine SAT-bezogene Verarbeitung spezialisierten SAT-Datenkorrekturglied 250 möglich ist. 22 zeigt ein Strukturbeispiel einer Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente (dritte Ausführungsform) für diesen Fall. Durch eine Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 700 wird das von dem SAT-Datenkorrekturglied 250 ausgegebene Drehmomentsignal Tref_d als Soll-Steuermoment Tref ausgegeben. Die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente kann auch aus einer Kombination aus dem Basis-Kennfeldglied 210, zumindest entweder einem Dämpfungs-Berechnungsglied oder dem Hysteresekorrekturglied 240, und dem SAT-Datenkorrekturglied 250 bestehen.The target control torque generation component 200 in the first embodiment, the basic map element comprises 210 , the attenuation calculator (attenuation gain term 230 or multiplier 260 ), the hysteresis correction element 240 and the SAT data corrector 250 , whereby also a structure with only one SAT data correction element specialized in SAT-related processing 250 is possible. 22nd Fig. 13 shows a structural example of a target control torque generation component (third embodiment) in this case. By a target control torque generation component 700 this is done by the SAT data corrector 250 output torque signal Tref_d as the target control torque Meeting issued. The target control torque generation component can also consist of a combination of the basic map element 210 , at least either one attenuation calculator or the hysteresis corrector 240 , and the SAT data corrector 250 consist.
Es ist auch möglich, zu dem von der Verdrehwinkel-Steuerkomponente der ersten bis dritten Ausführungsform ausgegebenen Motorstrombefehlswert Imc einen basierend auf dem Steuermoment bei einer herkömmlichen EPS berechneten Strombefehlswert (im Folgenden „Hilfs-Strombefehlswert“), z. B. den von der in 2 gezeigten Strombefehlswert-Berechnungskomponente 31 ausgegebenen Strombefehlswert Iref1 oder einem Strombefehlswert Iref 2 aus der Addition des Strombefehlswerts Iref 1 und des Kompensationssignals CM zu addieren.It is also possible to add a current command value (hereinafter “auxiliary current command value”) calculated based on the control torque in a conventional EPS to the motor current command value Imc output by the twist angle control component of the first to third embodiments. B. from the in 2 current command value calculation component shown 31 output current command value Iref1 or a current command value Iref 2 from the addition of the current command value Iref 1 and the compensation signal CM to add up.
23 zeigt ein Strukturbeispiel der Anwendung des Vorstehenden auf die erste Ausführungsform (vierte Ausführungsform). Eine Hilfs-Steuerkomponente 800 besteht aus der Strombefehlswert-Berechnungskomponente 31, oder der Strombefehlswert-Berechnungskomponente 31, der Kompensationssignal-Erzeugungskomponente 34 und dem Addierer 32A. Die Stromsteuerung wird dadurch ausgeführt, dass der von der Hilfs-Steuerkomponente 800 ausgegebene Hilfs-Strombefehlswert lac (entsprechend dem Strombefehlswert Iref1 oder Iref2 in 2) und der von der Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 ausgegebene Motorstrombefehlswert Imc durch einen Addierer 810 addiert werden, der das Additionsergebnis darstellende Strombefehlswert Ic in eine Strombeschränkungskomponente 820 eingegeben, und der Motor basierend auf dem auf einen Maximalstrom beschränkten Strombefehlswert Icm angetrieben wird. In die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 wird nicht der Motorstrombefehlswert Imc sondern der Strombefehlswert Icm eingegeben und für die Schätzung des SAT-Werts TSAT des SAT-Schätzungsglieds 251 in dem SAT-Datenkorrekturglied 250 verwendet. Anstelle des Strombefehlswerts Icm kann auch ein Motorstromdetektionswert verwendet werden. 23 Fig. 13 shows a structural example of applying the above to the first embodiment (fourth embodiment). An auxiliary control component 800 consists of the current command value calculation component 31 , or the current command value calculation component 31 , the compensation signal generation component 34 and the adder 32A . The current control is carried out by the auxiliary control component 800 output auxiliary current command value lac (corresponding to the current command value Iref1 or Iref2 in 2 ) and that of the angle of rotation control component 300 output motor current command value Imc by an adder 810 are added, the current command value Ic representing the addition result into a current restriction component 820 is input, and the motor is driven based on the current command value Icm restricted to a maximum current. Into the target control torque generation component 200 instead of the motor current command value Imc, the current command value Icm is inputted and for the estimation of the SAT value T SAT of the SAT estimator 251 in the SAT data corrector 250 used. A motor current detection value can also be used in place of the current command value Icm.
Bei der das Basis-Kennfeldglied 210 umfassenden Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 in der ersten bis vierten Ausführungsform kann dem Basis-Kennfeldglied 210 vor- oder nachgeschaltet auch ein Phasenkompensationsglied 270 eingesetzt werden, das eine Phasenkompensation ausführt. Das heißt, die Struktur des in 5 mit einer gestrichelten Linie umgebene Bereich R kann auch die in 24 (A) oder (B) gezeigte Struktur haben. Wenn bei dem Phasenkompensationsglied 270 als Phasenkompensation eine Phasenvoreilkompensation eingestellt und z. B. mittels eines Filters erster Ordnung eine Phasenvoreilkompensation mit einer Grenzfrequenz des Nenners von 1,0 Hz und der Grenzfrequenz des Zählers von 1,3 Hz durchgeführt wird, kann ein Gefühl des Wohlbehagens realisiert werden. Bezüglich der Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente besteht keine Beschränkung auf den vorstehenden Aufbau, solange es sich um einen auf dem Lenkwinkel basierenden Aufbau handelt.The basic map element 210 comprehensive target control torque generation component 200 in the first to fourth embodiments, the basic map element 210 A phase compensation element is also connected upstream or downstream 270 be used, which carries out a phase compensation. That is, the structure of the in 5 Area R surrounded by a dashed line can also include the in 24 (A) or (B) have the structure shown. If at the phase compensation element 270 a phase lead compensation set as phase compensation and z. B. a phase lead compensation with a cutoff frequency of the denominator of 1.0 Hz and the cutoff frequency of the numerator of 1.3 Hz by means of a first-order filter, a feeling of well-being can be realized. The target control torque generation component is not limited to the above structure as long as it is a structure based on the steering angle.
Ferner kann bei einem stabilen EPS-Steuersystem auch das Stabilisierungskompensationsglied weggelassen werden. Auch die Ausgabebeschränkungskomponente kann weggelassen werden.Furthermore, the stabilization compensation element can also be omitted in a stable EPS control system. The output restriction component can also be omitted.
In 1 und 3 wird die vorliegende Erfindung bei einer Lenksäulen-EPS angewendet, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen Oberlauftyp, wie z. B. eine Lenksäule beschränkt, sondern auch auf einen Unterlauftyp, wie z. B. ein Zahnstangen-Ritzel anwendbar. Außerdem ist bei der Ausführung einer rückgekoppelten Steuerung basierend auf dem Soll-Verdrehwinkel auch eine Anwendung auf eine zumindest einen Torsionsstab (beliebige Federkonstante) und einen Sensor zur Verdrehwinkeldetektion umfassende Steering-by-wire (SBW) Reaktionskraftvorrichtung möglich. Eine Ausführungsform (fünfte Ausführungsform) unter Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine SBW-Reaktionskraftvorrichtung mit einem Torsionsstab wird nun erläutert.In 1 and 3 the present invention is applied to a steering column EPS, but the present invention is not applicable to an overflow type such as B. limited a steering column, but also on an underflow type, such. B. a rack and pinion applicable. In addition, when executing a feedback control based on the target rotation angle, it can also be applied to a steering-by-wire (SBW) reaction force device that includes at least one torsion bar (any spring constant) and a sensor for detecting the rotation angle. An embodiment (fifth embodiment) applying the present invention to an SBW reaction force device having a torsion bar will now be explained.
Zunächst wird das gesamte die SBW-Reaktionskraftvorrichtung beinhaltende SBW-System erläutert. 25 ist eine Ansicht, die ein Strukturbeispiel des SBW-Systems entsprechend dem in 1 dargestellten allgemeinen Aufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt. Gleiche Strukturen werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und deren Erläuterung ausgelassen.First, the whole SBW system including the SBW reaction force device will be explained. 25th FIG. 13 is a view showing a structural example of the SBW system corresponding to that in FIG 1 shows the general structure of an electric power steering apparatus shown. The same structures are given the same reference symbols and their explanations are omitted.
Bei dem SBW-System gibt es keine am Kardangelenk 4a mit der Lenksäulenwelle 2 mechanisch verbundene Zwischenwelle, sodass es sich um ein System handelt, bei dem die Bedienung des Lenkrads 1 mittels elektrischer Signale auf den Steuermechanismus aus den gelenkten Fahrzeugrädern 8L, 8R usw. übertragen wird. Wie in 25 dargestellt, umfasst das SBW-System eine Reaktionskraftvorrichtung 60 und eine Antriebsvorrichtung 70, und die Steuerung der beiden Vorrichtungen erfolgt durch eine Steuereinheit (ECU) 50. Die Reaktionskraftvorrichtung 60 führt mittels des Lenkwinkelsensors 14 eine Detektion des Lenkwinkels θh durch und überträgt gleichzeitig den von den gelenkten Fahrzeugrädern 8L, 8R übertragenen Fahrzustand des Fahrzeugs als Reaktionskraftmoment auf den Fahrer. Das Reaktionskraftmoment wird durch einen Reaktionskraftmotor 61 erzeugt. Es gibt unter den SBW-Systemen zwar auch solche ohne Torsionsstab in der Reaktionskraftvorrichtung, bei dem SBW-System, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, handelt es sich jedoch um ein SBW-System mit einem Torsionsstab, und das Steuermoment Ts wird mittels des Drehmomentsensors 10 detektiert. Ferner detektiert ein Winkelgeschwindigkeitssensor 74 den Motorwinkel θm des Reaktionskraftmotors 61. Die Antriebsvorrichtung 70 treibt angepasst an die Steuerung des Lenkrads 1 durch den Fahrer einen Antriebsmotor 71 an, diese Antriebskraft wird über ein Ritzel 72 an den Zahnstangenmechanismus 5 angelegt, und über Spurstangen 6a, 6b werden die gelenkten Fahrzeugräder 8L, 8R gesteuert. In der Nähe des Zahnstangenmechanismus 5 ist ein Winkelsensor 73 angeordnet und detektiert den Umlenkwinkel θt der gelenkten Fahrzeugräder 8L, 8R. Zur Harmonisierungssteuerung der Reaktionskraftvorrichtung 60 und der Antriebsvorrichtung 70 erzeugt die ECU 50 zusätzlich zu den Daten des Lenkwinkels θh und des Umlenkwinkels θt, die von den beiden Vorrichtungen ausgegeben werden, basierend auf der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 ausgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit Vs einen den Reaktionskraftmotor 61 antriebssteuernden Spannungssteuerbefehlswert Vref1 und einen den Antriebsmotor 71 antriebssteuernden Spannungssteuerbefehlswert Vref2.With the SBW system, there are none on the universal joint 4a with the steering column shaft 2 mechanically connected intermediate shaft, so that it is a system in which the operation of the steering wheel 1 by means of electrical signals to the steering mechanism from the steered vehicle wheels 8L , 8R etc. is transmitted. As in 25th As shown, the SBW system includes a reaction force device 60 and a drive device 70 , and the two devices are controlled by a control unit (ECU) 50 . The reaction force device 60 leads by means of the steering angle sensor 14th a detection of the steering angle θh and at the same time transmits the information from the steered vehicle wheels 8L , 8R transmitted driving state of the vehicle as a reaction force torque on the driver. The reaction force moment is generated by a reaction force motor 61 generated. Although there are SBW systems with no torsion bar in the reaction force device, the SBW system to which the present invention is applied is an SBW system with a torsion bar and the control torque Ts is by means of the torque sensor 10 detected. An angular velocity sensor also detects 74 the motor angle θm of the reaction force motor 61 . The drive device 70 drives adapted to the control of the steering wheel 1 by the driver a drive motor 71 on, this driving force is via a pinion 72 to the rack and pinion mechanism 5 applied, and about tie rods 6a , 6b are the steered vehicle wheels 8L , 8R controlled. Near the rack and pinion mechanism 5 is an angle sensor 73 arranged and detects the turning angle θt of the steered vehicle wheels 8L , 8R . For harmonization control of the reaction force device 60 and the drive device 70 generates the ECU 50 in addition to the data of the steering angle θh and the turning angle θt output from the two devices based on that from the vehicle speed sensor 12 output vehicle speed Vs one the reaction force motor 61 drive-controlling voltage control command value Vref1 and a drive motor 71 drive-controlling voltage control command value Vref2.
Der Aufbau der fünften Ausführungsform, bei der die vorliegende Erfindung auf das SBW-System angewendet ist, wird nun erläutert.The construction of the fifth embodiment in which the present invention is applied to the SBW system will now be explained.
26 ist ein Blockbild, das den Aufbau der fünften Ausführungsform zeigt. Bei der fünften Ausführungsform erfolgt eine Steuerung des Verdrehwinkels Δθ (im Folgenden „Verdrehwinkelsteuerung“) und eine Steuerung des Umlenkwinkels Δt (im Folgenden „Umlenkwinkelsteuerung“), wobei die Reaktionskraftvorrichtung durch die Verdrehwinkelsteuerung, und die Antriebsvorrichtung durch die Umlenkwinkelsteuerung gesteuert wird. Die Antriebsvorrichtung kann auch durch ein anderes Steuerungsverfahren gesteuert werden. 26th Fig. 13 is a block diagram showing the construction of the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the twist angle is controlled Δθ (hereinafter “twist angle control”) and a control of the deflection angle Δt (hereinafter “deflection angle control”), wherein the reaction force device is controlled by the twist angle controller and the drive device is controlled by the deflection angle controller. The drive device can also be controlled by another control method.
Bei der Verdrehwinkelsteuerung erfolgt durch einen äquivalenten Aufbau und Betrieb wie bei der ersten Ausführungsform eine den Verdrehwinkel Δθ einem mittels des Lenkwinkels θh über die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 und Konversionskomponente 500 berechneten Soll-Verdrehwinkel Δθref folgende Steuerung, wobei in die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 anstelle des durch die Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 berechneten Motorstrombefehlswerts Imc der durch eine Umlenkwinkel-Steuerkomponente 920 berechnete Motorstrombefehlswert Imct und anstelle des Motorwinkels θm der Umlenkwinkel θt eingegeben wird. Der Motorwinkel θm wird durch den Winkelsensor 74 detektiert, und die Motorwinkelgeschwindigkeit ωm wird durch Differenzieren des Motorwinkels θm von einem Winkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 951 berechnet. Der Umlenkwinkel θt wird durch den Winkelsensor 73 detektiert. Das SAT-Datenkorrekturglied 250 in der Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 kann auch dadurch, dass die Antriebsvorrichtung als eine Trägheit (oder Masse) erachtet wird, eine SAT-Schätzung vornehmen. Das heißt, da der Umlenkwinkel θt anstelle des Motorwinkels θm verwendet wird, die Lenksäulenwellenkonversionsträgheit J, die statische Reibung Fr und der Dämpfungskoeffizient DM als an die Antriebsvorrichtung angepasste Parameter gegeben sind, und in der Antriebsvorrichtung kein Torsionsstab vorliegt, kann das Steuermoment Ts als 0 betrachtet und SAT geschätzt werden. Bei der ersten Ausführungsform wurde dies zwar nicht als Verarbeitung im Inneren des EPS-Steuersystem/Fahrzeugsystems 100 detailliert erläutert, aber die Stromsteuerkomponente 130 führt mittels eines äquivalenten Aufbaus und Betriebs wie bei dem Subtrahierer 32B, der Pl-Steuerkomponente 35, der PWM-Steuerkomponente 36 und des Inverters 37, die in 2 dargestellt sind, durch einen Antrieb des Reaktionskraftmotors 61 basierend auf einem anhand des aus der Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 ausgegebenen Motorstrombefehlswerts Imc und des durch den Motorstromdetektor 140 detektierten Stromwerts Imr für den Reaktionskraftmotor 61 eine Stromsteuerung durch.In the twist angle control, the twist angle is performed by an equivalent structure and operation as in the first embodiment Δθ one by means of the steering angle θh via the target control torque generation component 200 and conversion component 500 calculated target rotation angle Δθref following control, wherein in the target control torque generation component 200 instead of that by the twist angle control component 300 calculated motor current command value Imc by a deflection angle control component 920 calculated motor current command value Imct and instead of the motor angle θm the deflection angle θt is input. The motor angle θm is determined by the angle sensor 74 is detected and the motor angular velocity ωm is determined by differentiating the motor angle θm by an angular velocity calculator 951 calculated. The deflection angle θt is determined by the angle sensor 73 detected. The SAT data corrector 250 in the target control torque generation component 200 can also make SAT estimation by considering the drive device to be inertia (or mass). That is, since the turning angle θt is used in place of the motor angle θm, the steering column shaft conversion inertia J, the static friction Fr, and the damping coefficient DM are given as parameters adapted to the drive device, and there is no torsion bar in the drive device, the control torque Ts regarded as 0 and estimated SAT. In the first embodiment, this was not done as processing inside the EPS control system / vehicle system 100 explained in detail, but the power control component 130 performs by means of an equivalent structure and operation as the subtracter 32B , the PI control component 35 , the PWM control component 36 and the inverter 37 , in the 2 are shown by a drive of the reaction force motor 61 based on a based on the from the twist angle control component 300 output motor current command value Imc and that by the motor current detector 140 detected current value Imr for the reaction force motor 61 a current control by.
Bei der Umlenksteuerung wird in der Soll-Umlenkwinkel-Erzeugungskomponente 910 basierend auf dem Lenkwinkel θh der Soll-Umlenkwinkel θtref erzeugt, der Soll-Umlenkwinkel θtref wird zusammen mit dem Umlenkwinkel θt in die Umlenkwinkel-Steuerkomponente 920 eingegeben, und in der Umlenkwinkel-Steuerkomponente 920 wird der Motorstrombefehlswert Imct berechnet, bei dem der Umlenkwinkel θt zum Soll-Umlenkwinkel θtref wird. Dann führt die Stromsteuerkomponente 930 basierend auf dem Motorstrombefehlswert Imct und dem durch den Motorstromdetektor 940 detektierten Stromwert Imd des Antriebsmotors 71 mittels eines äquivalenten Aufbaus und Betriebs wie bei der Stromsteuerkomponente 130 durch den Antrieb des Antriebsmotors 71 eine Stromsteuerung durch.In the case of the deflection control, the target deflection angle generation component 910 based on the steering angle θh the target deflection angle θtref is generated, the target deflection angle θtref is used together with the deflection angle θt in the deflection angle control component 920 entered, and in the deflection angle control component 920 the motor current command value Imct at which the turning angle θt becomes the target turning angle θtref is calculated. Then the electricity control component leads 930 based on the motor current command value Imct and that by the motor current detector 940 detected current value Imd of the drive motor 71 by means of an equivalent structure and operation as in the Electricity control component 130 by the drive of the drive motor 71 a current control by.
Ein Strukturbeispiel der Soll-Umlenkwinkel-Erzeugungskomponente 910 ist in 27 gezeigt. Die Soll-Umlenkwinkel-Erzeugungskomponente 910 umfasst eine Beschränkungskomponente 931, ein Ratenbeschränkungsglied 932 und ein Korrekturglied 933.A structural example of the target deflection angle generating component 910 is in 27 shown. The target deflection angle generation component 910 includes a restriction component 931 , a rate limiter 932 and a correction link 933 .
Die Beschränkungskomponente 931 beschränkt den oberen und unteren Grenzwert des Lenkwinkels θh und gibt den Lenkwinkel θh1 aus. Ebenso wie bei der Beschränkungskomponente 256 in dem SAT-Datenkorrekturglied 250 und bei dem Ausgabebeschränkungsglied 350 in der Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 werden der obere Grenzwert und der untere Grenzwert für den Lenkwinkel θh durch eine Voreinstellung beschränkt.The restriction component 931 limits the upper and lower limit value of the steering angle θh and gives the steering angle θh1 out. As is the case with the restriction component 256 in the SAT data corrector 250 and at the output restriction member 350 in the angle of rotation control component 300 become the upper limit value and the lower limit value for the steering angle θh limited by a preset.
Das Ratenbeschränkungsglied 932 beschränkt durch die Einstellung eines Beschränkungswerts die Änderungsgröße des Lenkwinkels θh1 und gibt einen Lenkwinkel θh2 aus, um eine plötzliche Änderung des Lenkwinkels zu vermeiden. Ist z. B. die Differenz zum Lenkwinkel θh1 des vorherigen Zyklus als Änderungsgröße gegeben, wird, wenn der Absolutwert dieser Änderungsgröße größer als ein bestimmter Wert (Beschränkungswert) ist, der Lenkwinkel θh1 addiert oder subtrahiert und als Lenkwinkel θh2 ausgegeben, sodass der Absolutwert der Änderungsmenge den Beschränkungswert annimmt, und ist er kleiner oder gleich dem Beschränkungswert, wird der Lenkwinkel θh1 unverändert als θh2 ausgegeben. Es ist auch möglich, nicht für den Absolutwert der Änderungsgröße einen Beschränkungswert einzustellen, sondern durch das Einstellen eines oberen Grenzwerts und unteren Grenzwerts die Änderungsgröße zu beschränken, oder nicht die Änderungsgröße sondern die Änderungsrate oder die Differenzrate zu beschränken.The rate limiter 932 restricts the amount of change in the steering angle by setting a restriction value θh1 and outputs a steering angle θh2 to avoid sudden change in the steering angle. Is z. B. the difference to the steering angle θh1 of the previous cycle given as the amount of change, when the absolute value of this amount of change is larger than a certain value (restriction value), the steering angle becomes θh1 added or subtracted and outputted as the steering angle θh2 so that the absolute value of the amount of change becomes the restriction value, and when it is less than or equal to the restriction value, the steering angle becomes θh1 output unchanged as θh2. It is also possible not to set a restriction value for the absolute value of the change amount, but to restrict the change amount by setting an upper limit value and lower limit value, or to restrict not the change amount but the change rate or the difference rate.
Das Korrekturglied 933 korrigiert den Lenkwinkel θh2 und gibt den Soll-Umlenkwinkel θtref aus. Beispielsweise wird, wie bei dem Basis-Kennfeldglied 210 in der Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200, mittels eines Kennfeldes, das die Charakteristik des Soll-Umlenkwinkels θtref zu der Größe |θh2| des Lenkwinkels θh2 definiert, durch den Lenkwinkel θh2 der Soll-Umlenkwinkel θtref ermittelt. Oder der Soll-Umlenkwinkel θtref kann auch einfach durch ein Multiplizieren des Lenkwinkels θh2 mit einer bestimmten Verstärkung ermittelt werden.The correction link 933 corrects the steering angle θh2 and outputs the target turning angle θtref. For example, as with the basic map element 210 in the target control torque generation component 200 , by means of a map which maps the characteristic of the target deflection angle θtref to the quantity | θh2 | the steering angle θh2 defined by the steering angle θh2 the target deflection angle θtref is determined. Or the target deflection angle θtref can also be determined simply by multiplying the steering angle θh2 can be determined with a certain gain.
28 zeigt ein Strukturbeispiel der Umlenkwinkel-Steuerkomponente 920. Die Umlenkwinkel-Steuerkomponente 920 hat abgesehen von dem Stabilisierungskompensationsglied 340 und dem Addierer 362 einen zu dem Strukturbeispiel der in 15 gezeigten Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 äquivalenten Aufbau, wobei anstelle des Soll-Verdrehwinkels Δθref und des Verdrehwinkels Δθ der Soll-Umlenkwinkel θtref und der Umlenkwinkel θt eingegeben werden, und durch ein Umlenkwinkel-Feedback (FB)-Kompensationsglied 921, ein Umlenkwinkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 922, ein Geschwindigkeit-Steuerungsglied 923, ein Ausgabebeschränkungsglied 926 und einen Subtrahierer 927 jeweils durch einen äquivalenten Aufbau wie bei dem Verdrehwinkel-FB-Kompensationsglied 310, dem Verdrehwinkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 320, dem Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330, dem Ausgabebeschränkungsglied 350 und dem Subtrahierer 361 ein äquivalenter Betrieb erfolgt. 28 Fig. 13 shows a structural example of the turning angle control component 920 . The deflection angle control component 920 has apart from the stabilization compensation element 340 and the adder 362 one to the structural example of the in 15th twist angle control component shown 300 equivalent structure, where instead of the target angle of rotation Δθref and the angle of rotation Δθ the target deflection angle θtref and the deflection angle θt are input, and through a deflection angle feedback (FB) compensation element 921 , a turning angular velocity calculator 922 , a speed controller 923 , an output restriction member 926 and a subtracter 927 each by an equivalent structure to that of the torsion angle FB compensation element 310 , the twist angular velocity calculator 320 , the speed controller 330 , the issue restriction member 350 and the subtracter 361 an equivalent operation takes place.
Ein Betriebsbeispiel der fünften Ausführungsform mit diesem Aufbau wird anhand des Ablaufdiagramms in 29 erläutert.An operational example of the fifth embodiment having this structure will be explained with reference to the flow chart in FIG 29 explained.
Bei Beginn des Betriebs detektiert der Winkelsensor 73 den Umlenkwinkel θt und der Winkelsensor 74 detektiert den Motorwinkel θm (Schritt S110), wobei jeweils der Umlenkwinkel θt in die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 und die Umlenkwinkel-Steuerkomponente 920, und der Motorwinkel θm in das Winkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 951 eingegeben wird.The angle sensor detects at the start of operation 73 the deflection angle θt and the angle sensor 74 detects the motor angle θm (step S110 ), where in each case the deflection angle θt in the target control torque generation component 200 and the turning angle control component 920 , and the motor angle θm in the angular velocity calculator 951 is entered.
Das Winkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 951 berechnet durch Differenzieren des Motorwinkels θm die Motorwinkelgeschwindigkeit ωm, und gibt diese an die Rechtseinschlag/Linkseinschlag-Beurteilungskomponente 400 und die Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 aus (Schritt S120).The angular velocity calculator 951 calculates the motor angular speed ωm by differentiating the motor angle θm, and outputs it to the right-hand turn / left-hand turn judgment component 400 and the twist angle control component 300 off (step S120 ).
Anschließend wird in der Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 mittels des Motorstrombefehlswerts Imct anstelle des Motorstrombefehlswerts Imc und des Umlenkwinkels θt anstelle des Motorwinkels θm ein äquivalenter Betrieb wie in den in 16 gezeigten Schritten S10 bis S60 ausgeführt, der Reaktionsmotor 61 betrieben und die Stromsteuerung ausgeführt (Schritte S130 bis S170).Then, in the target control torque generation component 200 by means of the motor current command value Imct in place of the motor current command value Imc and the deflection angle θt in place of the motor angle θm, an equivalent operation as in FIGS 16 steps shown S10 to S60 running the reaction engine 61 operated and current control carried out (steps S130 to S170 ).
Andererseits gibt bei der Umlenkwinkelsteuerung die Soll-Umlenkwinkel-Erzeugungskomponente 910 den Lenkwinkel θh ein und der Lenkwinkel θh wird in die Beschränkungskomponente 931 eingegeben. Die Beschränkungskomponente 931 beschränkt den oberen und unteren Grenzwert des Lenkwinkels θh mittels eines voreingestellten oberen Grenzwertes und unteren Grenzwertes (Schritt S180) und gibt dies als Lenkwinkel θh1 an das Ratenbeschränkungsglied 932 aus. Das Ratenbeschränkungsglied 932 beschränkt die Änderungsgröße des Lenkwinkels θh1 durch einen voreingestellten Grenzwert (Schritt S190) und gibt dies als Lenkwinkel θh2 an das Korrekturglied 933 aus. Das Korrekturglied 933 korrigiert den Lenkwinkel θh2, ermittelt den Soll-Umlenkwinkel θtref (Schritt S200) und gibt diesen an die Umlenkwinkel-Steuerkomponente 920 aus.On the other hand, in the turning angle control, there is the target turning angle generation component 910 the steering angle θh one and the steering angle θh becomes in the restriction component 931 entered. The restriction component 931 limits the upper and lower limit value of the steering angle θh using a preset upper limit value and lower limit value (step S180 ) and gives this as a steering angle θh1 to the rate limiting member 932 out. The rate limiter 932 restricts the amount of change in the steering angle θh1 by a preset limit value (step S190 ) and gives this as a steering angle θh2 to the correction link 933 out. The correction link 933 corrects the steering angle θh2 , determines the target Deflection angle θtref (step S200 ) and sends this to the deflection angle control component 920 out.
Die Umlenkwinkel-Steuerkomponente 920, in die der Umlenkwinkel θt und der Soll-Umlenkwinkel θtref eingegeben wurden, berechnet durch die Subtraktion des Umlenkwinkels θt von dem Soll-Umlenkwinkel θtref in dem Subtrahierer 927 die Abweichung Δθt0 (Schritt S210). Die Abweichung Δθ0 wird in das Umlenkwinkel-FB-Kompensationsglied 921 eingegeben, und das Umlenkwinkel-FB-Kompensationsglied 921 kompensiert durch Multiplikation der Abweichung Δθt0 mit dem Kompensationswert die Abweichung Δθt0 (Schritt S220), und gibt die Soll-Umlenkwinkelgeschwindigkeit ωtref an das Geschwindigkeit-Steuerungsglied 923 aus. Das Umlenkwinkelgeschwindigkeit-Berechnungsglied 922, in das der Umlenkwinkel θt eingegeben wurde, berechnet durch eine Differentialrechnung bezüglich des Umlenkwinkels θt die Umlenkwinkelgeschwindigkeit ωtt (Schritt S230) und gibt diese an das Geschwindigkeit-Steuerungsglied 923 aus. Das Geschwindigkeit-Steuerungsglied 923 berechnet äquivalent zu dem Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330 durch eine I-P-Steuerung den Motorstrombefehlswert Imcta (Schritt S240) und gibt diesen an das Ausgabebeschränkungsglied 926 aus. Die Ausgabebeschränkungsglied 926 beschränkt durch den voreingestellten oberen Grenzwert und unteren Grenzwert den oberen und unteren Grenzwert des Motorstrombefehlswerts Imcta (Schritt S250) und gibt dies als Motorstrombefehlswert Imct aus (Schritt S260).The deflection angle control component 920 , into which the turning angle θt and the target turning angle θtref have been input, calculated by subtracting the turning angle θt from the target turning angle θtref in the subtracter 927 the deviation Δθt 0 (step S210 ). The deviation Δθ 0 is in the deflection angle FB compensation element 921 entered, and the deflection angle FB compensation element 921 compensated for by multiplying the deviation Δθt 0 with the compensation value, the deviation Δθt 0 (step S220 ), and outputs the target deflection angular speed ωtref to the speed control element 923 out. The turning angular velocity calculator 922 , into which the turning angle θt has been input, calculates the turning angular velocity ωtt through a differential calculation with respect to the turning angle θt (step S230 ) and sends this to the speed control element 923 out. The speed controller 923 calculated equivalent to the speed controller 330 the motor current command value Imcta (step S240 ) and passes it on to the output restriction member 926 out. The output restriction member 926 limits the upper and lower limit values of the motor current command value Imcta by the preset upper limit value and lower limit value (step S250 ) and outputs this as a motor current command value Imct (step S260 ).
Der Motorstrombefehlswert Imct wird in die Soll-Steuermoment-Erzeugungskomponente 200 und in die Stromsteuerkomponente 930 eingegeben, und basierend auf dem Motorstrombefehlswert Imct und dem durch den Motorstromdetektor 940 detektierten Stromwert Imd des Antriebsmotors 71 treibt die Stromsteuerkomponente 930 den Antriebsmotor 71 an und führt die Stromsteuerung aus (Schritt S270).The motor current command value Imct is put into the target control torque generation component 200 and into the power control component 930 and based on the motor current command value Imct and that by the motor current detector 940 detected current value Imd of the drive motor 71 drives the electricity control component 930 the drive motor 71 and executes power control (step S270 ).
Die Reihenfolge der Dateneingaben und Berechnungen in 29 kann in geeigneter Weise verändert werden. Ferner kann das Geschwindigkeit-Steuerungsglied 923 in der Umlenkwinkel-Steuerkomponente 920 äquivalent zu dem Geschwindigkeit-Steuerungsglied 330 in der Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 keine I-P-Steuerung sondern eine PI-Steuerung, eine P-Steuerung, eine PID-Steuerung, eine PI-D-Steuerung usw. ausführen, wobei die Verwendung von einer Steuerung von P, I oder D genügt, und außerdem kann die Nachfolgesteuerung bei der Umlenkwinkel-Steuerkomponente 920 und der Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 auch durch eine allgemein verwendete Steuerstruktur durchgeführt werden.The order of data entry and calculations in 29 can be changed appropriately. Furthermore, the speed control member 923 in the deflection angle control component 920 equivalent to the speed controller 330 in the angle of rotation control component 300 do not execute IP control but PI control, P control, PID control, PI-D control, etc., using one control of P, I, or D suffice, and besides, the follow-up control can be performed at the deflection angle control component 920 and the twist angle control component 300 can also be performed by a commonly used control structure.
Bei der fünften Ausführungsform erfolgt, wie in 25 gezeigt, mit einer ECU 50 die Steuerung der Reaktionskraftvorrichtung 60 und der Antriebsvorrichtung 70, es kann aber auch jeweils eine ECU für die Reaktionskraftvorrichtung 60 und eine ECU für die Antriebsvorrichtung 70 vorgesehen sein. In diesem Fall erfolgt zwischen den ECUs mittels einer Übertragung ein Senden und Empfangen von Daten. Bei dem in 25 gezeigten SBW-System besteht zwischen der Reaktionskraftvorrichtung 60 und der Antriebsvorrichtung 70 keine mechanische Verbindung, die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf ein SBW-System anwendbar, das eine mechanische Drehmomentübertragungsstruktur umfasst, die beim Auftreten einer Abnormalität in dem System die Lenksäulenwelle 2 und die Umlenkstruktur durch eine Kupplung usw. mechanisch verbindet. Bei einem solchen SBW-System ist im Normalzustand des Systems die Kupplung ausgeschaltet und die mechanische Drehmomentübertragung in einem geöffneten Zustand, und bei einer Systemabnormalität wird die Kupplung eingeschaltet und die mechanische Drehmomentübertragung ermöglicht.In the fifth embodiment, as in FIG 25th shown with an ECU 50 the control of the reaction force device 60 and the drive device 70 , but there can also be one ECU for each reaction force device 60 and an ECU for the drive device 70 be provided. In this case, data is sent and received between the ECUs by means of a transmission. The in 25th SBW system shown exists between the reaction force device 60 and the drive device 70 not a mechanical connection, however, the present invention is also applicable to an SBW system that includes a mechanical torque transmission structure that drives the steering column shaft when an abnormality occurs in the system 2 and mechanically connects the deflection structure by a coupling, etc. In such an SBW system, in the normal state of the system, the clutch is switched off and the mechanical torque transmission is in an open state, and in the event of a system abnormality, the clutch is switched on and the mechanical torque transmission is enabled.
Die Verdrehwinkel-Steuerkomponente 300 bei der ersten bis fünften Ausführungsform und die Hilfs-Steuerkomponente 800 bei der vierten Ausführungsform berechnet den Motorstrombefehlswert Imc und den Hilfs-Strombefehlswert lac direkt, vor den jeweiligen Berechnungen kann jedoch auch zunächst das auszugebende Motordrehmoment (Soll-Drehmoment) berechnet und dann der Motorstrombefehlswert und der Hilfs-Strombefehlswert berechnet werden. In diesem Fall wird zum Ermitteln des Motorstrombefehlswerts und des Hilfs-Strombefehlswerts aus dem Motordrehmoment die allgemein verwendete Beziehung zwischen dem Motorstrom und dem Motordrehmoment verwendet.The twist angle control component 300 in the first to fifth embodiments and the auxiliary control component 800 In the fourth embodiment, it calculates the motor current command value Imc and the auxiliary current command value lac directly, but before the respective calculations, the motor torque to be output (target torque) can be calculated first and then the motor current command value and the auxiliary current command value can be calculated. In this case, for obtaining the motor current command value and the auxiliary current command value from the motor torque, the generally used relationship between the motor current and the motor torque is used.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
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11
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Lenkradsteering wheel
-
22
-
Lenksäulenwelle (Lenkwelle, Lenkradwelle)Steering column shaft (steering shaft, steering wheel shaft)
-
2A2A
-
TorsionsstabTorsion bar
-
33
-
UntersetzungsgetriebeReduction gear
-
1010
-
DrehmomentsensorTorque sensor
-
1212
-
FahrzeuggeschwindigkeitssensorVehicle speed sensor
-
1414th
-
LenkwinkelsensorSteering angle sensor
-
2020th
-
Motorengine
-
30, 5030, 50
-
Steuereinheit (ECU)Control unit (ECU)
-
3131
-
Strombefehlswert-BerechnungskomponenteCurrent command value calculation component
-
33, 82033, 820
-
StrombeschränkungskomponenteCurrent limiting component
-
3434
-
Kompensationssignal-ErzeugungskomponenteCompensation signal generation component
-
38, 140, 94038, 140, 940
-
MotorstromdetektorMotor current detector
-
6060
-
ReaktionskraftvorrichtungReaction force device
-
6161
-
ReaktionskraftmotorReaction force motor
-
7070
-
AntriebsvorrichtungDrive device
-
7171
-
AntriebsmotorDrive motor
-
7272
-
Ritzelpinion
-
73, 7473, 74
-
WinkelsensorAngle sensor
-
100100
-
EPS-Steuersystem/FahrzeugsystemEPS control system / vehicle system
-
130, 930130, 930
-
StromsteuerkomponenteElectricity control component
-
200,700200,700
-
Soll-Steuermoment-ErzeugungskomponenteTarget control torque generation component
-
210210
-
Basis-KennfeldgliedBasic map element
-
211211
-
MarkierungsgliedMarker member
-
230230
-
DämpfungsverstärkungsgliedAttenuation gain link
-
240240
-
HysteresekorrekturgliedHysteresis correction element
-
250250
-
SAT-DatenkorrekturgliedSAT data corrector
-
251251
-
SAT-SchätzungsgliedSAT estimator
-
251A251A
-
KonversionsgliedConversion link
-
251B, 951251B, 951
-
Winkelgeschwindigkeit-BerechnungsgliedAngular velocity calculator
-
251C251C
-
Winkelbeschleunigung-BerechnungsgliedAngular acceleration calculator
-
252, 652252, 652
-
FilterkomponenteFilter component
-
253253
-
Steuermoment-SensitivitätsverstärkungsgliedControl torque sensitivity enhancer
-
254254
-
Fahrzeuggeschwindigkeit-SensitivitätsverstärkungsgliedVehicle speed sensitivity gain term
-
255255
-
Lenkwinkel-SensitivitätsverstärkungsgliedSteering angle sensitivity gain element
-
256,931256.931
-
BeschränkungskomponenteConstraint Component
-
270270
-
PhasenkompensationsgliedPhase compensation element
-
300300
-
Verdrehwinkel-SteuerkomponenteTwist angle control component
-
310310
-
Verdrehwinkel-Feedback (FB)-KompensationsgliedAngle of rotation feedback (FB) compensation element
-
320320
-
Verdrehwinkelgeschwindigkeit-BerechnungsgliedTwist angular velocity calculator
-
330, 923330, 923
-
Geschwindigkeit-SteuerungsgliedSpeed control member
-
340340
-
StabilisierungskompensationsgliedStabilization compensation element
-
350,926350.926
-
AusgabebeschränkungsgliedOutput restriction member
-
400400
-
Rechtseinschlag/Linkseinschlag-BeurteilungsgliedRight-hand-hand / left-hand-hand judge
-
500500
-
KonversionskomponenteConversion component
-
800800
-
Hilfs-SteuerkomponenteAuxiliary control component
-
910910
-
Soll-Umlenkwinkel-ErzeugungskomponenteTarget deflection angle generating component
-
920920
-
Umlenkwinkel-SteuerkomponenteDeflection angle control component
-
921921
-
Umlenkwinkel-Feedback (FB)-KompensationsgliedDeflection angle feedback (FB) compensation element
-
922922
-
Umlenkwinkelgeschwindigkeit-BerechnungsgliedDeflection angular velocity calculator
-
932932
-
RatenbeschränkungsgliedRate Limiter
-
933933
-
KorrekturgliedCorrection link
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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JP 5208894 B2 [0009, 0010]JP 5208894 B2 [0009, 0010]
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JP 2008 [0019]JP 2008 [0019]
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JP 216172 A [0019]JP 216172 A [0019]