DE60122036T2

DE60122036T2 - Elektrisches Servolenkungssytem für ein Fahrzeug und Verfahren auf Basis von Drehwinkel zur Drehmomentschätzung

Info

Publication number: DE60122036T2
Application number: DE60122036T
Authority: DE
Inventors: Rakan C. Farmington Hills Chabaan; Le Yi Novi Wang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2021-02-03
Also published as: EP1125822A1; EP1125822B1; DE60122036D1; US6293366B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fahrzeuglenksysteme und betrifft insbesondere ein elektrisches Servolenksystem und ein Verfahren zur Steuerung der elektromotorischen Lenkhilfskraft für ein lenkbares Fahrzeug.
Zur Bezugnahme wird auf die US-Patentschriften US-A-6 250 419 und US-A-6 425 454 verwiesen.
Die Lenkung eines Radfahrzeuges wird üblicherweise dadurch bewerkstelligt, daß ein Fahrzeugbetreiber (Fahrer) ein im Fahrgastraum des Fahrzeuges angeordnetes Lenkrad dreht, um so die lenkbaren Straßenlaufräder zu verschwenken. Herkömmliche Lenksysteme beinhalten in der Regel eine Zahnstangen-Lenkgetriebeeinheit, welche in Wirkverbindung mit den Straßenlaufrädern steht, sowie eine zwischen dem Lenkrad und der Zahnstangengetriebeeinheit eingekuppelte Lenksäule zur Wandlung der Winkeldrehbewegung des Lenkrades in eine Gleitbewegung der Zahnstange, um so die Lenkung der Straßenlaufräder durchzuführen. Zur Senkung des vom Fahrer aufzubringenden Kraftaufwandes (d.h. Drehmoments), der/das zum Drehen des Lenkrades erforderlich ist, beinhalten herkömmliche Lenksysteme typischerweise einen Servolenk-Stellantrieb, der den Fahrer beim Drehen des Lenkrades unterstützt, um Gegenkräfte wie z.B. Fahrbahnaufstandskräfte an den Straßenlaufrädern und Reibungskräfte in der Lenkeinheit zu überwinden. Die Höhe der Lenkhilfskraft variiert gewöhnlich in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Höhe der vom Fahrzeugführer am Lenkrad angelegten Kraft. Herkömmliche Servolenkanlagen verwenden typischerweise entweder hydraulische oder elektrische Hilfskraftantriebe. Im Gegensatz zu hydraulischen Hilfskraftsystemen bieten die elektrischen Hilfskraftsysteme die Möglichkeit einer variablen Lenkhilfskraft, besserer Energienutzung, geringeren mechanischen Aufwandes, erhöhter Zuverlässigkeit und reaktiver, bedarfsgerechter Lenkhilfskraft, sowie weitere Vorteile.
Das elektrische Servolenksystem (electric power assist steering – EPAS) verwendet einen Elektromotor zum Anlegen eines geregelten Drehmomentes an der Lenkeinheit zur Unterstützung des Fahrzeugführers beim Drehen des Lenkrades. Das herkömmliche elektrische Servolenksystem ist im allgemeinen mit einem Rückkopplungsregelsystem ausgelegt, das das vom Fahrer in das Lenksystem eingeleitete Lenkmoment elektrisch verstärkt, um so einen höheren Lenkkomfort und höhere Lenkleistung zu erzielen. Das elektrische Servolenksystem beinhaltet im typischen Fall ein drehbares Lenkrad, eine Lenksäule, eine Zahnstangengetriebeeinheit, eine Getriebeeinheit und einen Elektromotor. Das herkömmliche elektrische Servolenksystem benutzt außerdem einen Ritzeldrehmomentsensor sowie verschiedene andere Sensoren. Der Ritzeldrehmomentsensor ist im allgemeinen zwischen der Lenksäule und dem Zahnstangengetriebe angeordnet und erfaßt die Höhe des am Ritzel angelegten Drehmoments. Das gemessene Ritzeldrehmoment dient als Näherungswert für das vom Fahrzeugführer am Lenkrad angelegte Drehmoment und wird im allgemeinen dazu verwendet, die Höhe der vom Elektromotor zu stellenden Lenkhilfskraft zu bestimmen. Die Höhe der Lenkhilfskraft wird gewöhnlich aus einer einstellbaren, nichtlinearen Verstärkungskurve errechnet, aus der ein Steuerbefehls signal erzeugt wird, mit dem der Elektromotor so angesteuert wird, daß der gewünschte Wert an Lenkhilfskraft erreicht wird.
Zwar ist gewöhnlich der Einsatz eines Ritzeldrehmomensensors zur Messung des Ritzeldrehmoments zur Steuerung der Höhe der vom Elektromotor im stabilisierten Betrieb gelieferten Lenkhilfskraft akzeptierbar, herkömmliche Drehmomentsensoren sind jedoch relativ teuer und erhöhen somit die Gesamtkosten und den Aufwand des Lenksystems. Außerdem wandert die Ritzeldrehmomentmessung in Übergangssituationen gewöhnlich erheblich gegenüber dem tatsächlich vom Fahrer aufgebrachten Drehmoment aus, wenn die Höhe des vom Motor gelieferten Hilfsdrehmomentes signifikant ist, so daß keine optimale Lenkkraftunterstützung möglich ist.
Die DE-A-198 37 665 beschreibt ein Steuersystem für eine elektrische Servolenkanlage gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8, das einen Drehmomentschätzungsabschnitt zur Schätzung des am Lenkrad angelegten Lenkmoments nur von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkwinkel ausgehend aufweist.
Es ist daher wünschenswert, eine elektrische Servolenkanlage für ein Fahrzeug zu stellen, welche Lenkhilfsmoment für den Fahrzeugführer zu niedrigeren Kosten liefert. Insbesondere ist es wünschenswert, eine elektrische Servolenkanlage zur Regelung der Höhe der vom Elektromotor gelieferten Lenkhilfskraft zu stellen, ohne dazu einen Drehmomentsensor zu erfordern. Es ist weiterhin wünschenswert, eine optimale Lenkhilfsleistung mit einer elektrischen Servolenkanlage zu erzielen.
Einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein elektrisches Servolenksystem für ein Fahrzeug gestellt, welches eine Lenkeinheit mit einem mit einer Lenksäule verbundenen Lenkrad aufweist, einen Lenkwinkelsensor zur Erfassung der Winkelstellung der Lenkeinheit; einen Elektromotor, welcher funktional mit besagter Lenkeinheit zur Abgabe eines Lenkhilfsmomentes in Eingriff steht; Mittel zur Stellung eines Drehmomentsignals, welches das am Lenkrad angelegte Drehmoment anzeigt, und eine Steuerung zur Erzeugung eines Motorsteuersignals als Funktion des besagten Drehmomentschätzwertes zur Steuerung des Elektromotors; dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Stellung des Drehmomentsignals eine Drehmomentschätzschaltung sind, die derart wirkt, daß sie das am Lenkrad angelegte Drehmoment anhand der Winkelstellung der Lenkeinheit und des Motorsteuersignals schätzt, ohne eine Eingabe von einem Drehmomentsensor zu erhalten.
Einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Servolenksystems gestellt, wie es im folgenden in Anspruch 8 der anhängenden Patentansprüche offenbart ist.
Die vorliegende Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden, dabei zeigt:
1: eine diagrammartige Ansicht eines elektrischen Servolenksystems für ein Radfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung;
2: ein Blockdiagramm des Steuersystems zur Steuerung des elektrischen Servolenksystems;
3: ein Blockdiagramm, welches Funktionen der Drehmomentschätzschaltung zur Schätzung des Fahrer-Drehmoments und des Ritzeldrehmoments gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
4: ein Flußdiagramm, welches eine Verfahrensweise zur Steuerung des elektrischen Servolenksystems gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Es sei nun Bezug genommen auf die 1, wo ein elektrisches Servolenksystem (electric power assist steering – EPAS) 10 dargestellt ist, welches mit einem Steuersystem 30 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, und das für den Einsatz in einem Radfahrzeug wie z.B. einem Kraftfahrzeug bestimmt ist. Das Lenksystem 10 ist hier in Verbindung mit der Servolenkung eines Paares Straßenlaufräder 28 beschrieben, wie z.B. den Vorderrädern eines Kraftfahrzeuges, die ausgelegt sind, in Reibungskontakt mit dem Boden, z.B. einer Fahrbahn zu stehen. Es sei jedoch vermerkt, daß das Lenksystemn 10 der vorliegenden Erfindung auch dazu eingesetzt werden kann, eine Reihe Vorder- und/oder Hinterräder eines lenkbaren Fahrzeuges zu lenken.
Das elektrische Servolenksystem 10 weist eine Lenkeinheit auf, die ein drehbares Lenkrad 12 beinhaltet, welches allgemein im Fahrgastraum des Fahrzeuges untergebracht und von Hand durch den Fahrer des Fahrzeuges drehbar ist, so daß die Straßenlaufräder 28 gelenkt werden. Die Lenkeinheit beinhaltet auch eine Lenksäule 14, welche in Wirkverbindung mit dem Lenkrad 12 gekoppelt ist. Die Lenksäule 14 weist eine drehbare Welle 15 auf, die sich synchron mit dem Lenkrad 12 dreht. Die Welle 15 ist vorzugsweise direkt mit dem Lenkrad 12 verbunden. Die dargestellte Lenkeinheit verwendet eine Zwischenwelle 16 und eine Ritzelwelle 18, die beide in Wirkverbindung mit der Lenksäule 14 stehen. Die Lenksäule 14, die Zwischenwelle 16 und die Ritzelwelle 18 sind vorzugsweise über Kardangelenke miteinander verbunden, wie es im Bereich der Fahrzeuglenktechnik bekannt ist. Während in diesem Beispiel eine Lenksäule 14, eine Zwischenwelle 16 und eine Ritzelwelle 18 dargestellt sind, sei angemerkt, daß auch jede andere Zahl drehbarer Wellen und verschiedener mechanischer Einheiten mit dem Lenkrad 12 gekuppelt sein können, um die lenkbaren Vorderräder 28 in Reaktion auf die Betätigung des Lenkrades 12 zu betätigen.
Mit der Ritzelwelle 18 ist ein Elektromotor 20 gekoppelt, um eine Lenkmomentunterstützung an die Welle 18 zu liefern, so daß der Fahrzeugführer beim Drehen des Lenkrades 12 unterstützt wird. Elektromotor 20 liefert eine Hilfskraft (Drehmoment) zur Unterstützung der Lenkbewegung der Straßenlaufräder 28, um so die Höhe der vom Fahrer erforderlichen Kraft zu reduzieren. Die Servolenkunterstützung senkt die Auswirkungen der Reibung in der Lenkeinheit und der Aufstandskraft. Die Ritzelwelle 18 ist an einem Ende mit einer Zahnradgetriebeeinheit 28 gekoppelt, die die Winkeldrehung der Ritzelwelle 18 in eine Linearbewegung an einer Zahnstange 24 wandelt. Die Zahnstange 24 ist wiederum an jeweils gegenüberliegenden Enden mit Spurstangen 26 und Kuppelstangen 27 verbunden, die jeweils derart beweglich sind, daß sie die Verschwenkung der Straßenlaufräder 28 nach links und rechts erlauben. Es sei dabei angemerkt, daß das Lenkrad 12, die Lenksäule 14, die Wellen 16 und 18, das Zahnradgetriebe 22, die Zahnstange 24, die Spurstangen 26, Kuppelstangen 27 und Straßenlaufräder 28 eine herkömmliche Fahrzeuglenkanlage bilden können.
Das elektrische Servolenksystem 10 weist ein Steuersystem 30 auf, welches die Höhe des vom Elektromotor 20 erzeugten Drehmoments regelt. Das Steuersystem 30 beinhaltet vorzugsweise eine oder mehrere auf einem Mikroprozessor basierende Steuerung(en) mit einem derart programmierten Speicher, daß er Steuerroutinen betreibt, Eingangssignale verarbeitet, Drehmomentsignale schätzt und Steuersignale zur Steuerung des Elektromotors über das Steuerbefehlssignal U erzeugt, so daß die gewünschte Drehmomentunterstützung T_a gestellt wird. Das Steuersystem 30 ist vorzugsweise mit einer Rückkopplungsregelung und einer Modell- oder "Vorkopplungsregelung" ausgelegt, wie hierin noch beschrieben wird. Zwar verwendet das Steuersystem 30 eine oder mehrere programmierte Steuerung(en), es sei jedoch vermerkt, daß diverse Analog- und Digitalschaltungen ebenfalls eingesetzt werden könnten, eine Drehmomentschätzung zu liefern, und die vom Elektromotor gestellte Lenkhilfskraft zu regeln, ohne sich dadurch von den Lehren der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
Zusätzlich dazu beinhaltet das Lenksystem 10 auch einen Lenkwinkelsensor 32 zur Messung der Lenksäulenwinkelstellung θ_c. Lenkwinkelsensor 32 erfaßt die Winkel lage der drehbaren Welle 15 der Lenksäule 14. Die gemessene Lenksäulenwinkelstellung θ_c stellt ein Maß für die Winkellage des Lenkrades 12. Der gemessene Lenksäulenwinkel θ_c wird in das Steuersystem 30 eingegeben und wird gemäß einer Ausführungsform zur Schätzung von Drehmomentsignalen verwendet. Das Steuersystem 30 überwacht auch die Winkelgeschwindigkeit θ ·_m des Elektromotors 20. Die Geschwindigkeit θ ·_m des Elektromotors kann direkt über das Elektromotoreingangssignal U gemessen werden, oder sie kann separat über einen Winkelgeschwindigkeitssensor oder durch Differenzierung des Ausgangssignales eines Winkelstellungsgebers erfaßt werden.
Es sei nun Bezug genommen auf 2, wo das Steuersystem zur Steuerung des elektrischen Servolenksystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Das Steuersystem 30 besteht darstellungsgemäß aus verschiedenen Steuervorrichtungen, wovon jede mit Steuerroutinen programmiert ist, eine oder mehrere ihr zugeordnete Steuerfunktionen auszuführen, um eine gewünschte Drehmomentunterstützung durch den Elektromotor zu bewirken, mit welcher eine erhöhte Fahrzeuglenkleistung erreicht wird. Der Darstellung gemäß beinhaltet das Steuersystem 30 einen Funktionsblock 10, welcher das bereits erläuterte elektrische Servolenksystem darstellt und einen fahrerseitigen Eingang 32 aufweist, welcher das vom Fahrer angelegte Drehmoment ist. Das elektrische Servolenksystem 10 empfängt den fahrerseitigen Eingang 32 in Form eines am Lenkrad 12 angelegten Drehmoments. Zusätzlich empfängt das Lenksystem 10 ein Motoreingangsbefehlssignal U Weiterhin liefert das elektrische Servolenksystem 10 die erfaßte Lenkradwinkelstellung θ_c und die Drehgeschwindigkeit θ ·_m des Elektromotors.
Das Steuersystem 30 beinhaltet eine Nachschlagetabelle 34 nichtlinearer Verstärkungskurven, welche ein Fahrer-Drehmoment-Schätzwertsignal empfängt und ein Modellwert- oder "Vorkopplungssignal" erzeugt, das dem Rückkopplungssignal zugeschlagen wird, um das Motoreingangsbefehlssignal U zu erzeugen. Die Ver stärkungskurven-Nachschlagetabelle 34 beinhaltet vorzugsweise eine nichtlineare Verstärkungskurve, welche die Höhe des Motoreingangsbefehlssignals U über dem geschätzten fahrerseitigen Drehmoment T_dest bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten aufzeichnet. Die Verstärkungskurve spricht also auf eine (nicht dargestellte) erfaßte Fahrzeuggeschwindigkeit an.
Das Steuersystem 30 beinhaltet außerdem eine Drehmoment-Schätzungsschaltung 40 zur Schätzung des fahrerseitig am Lenkrad 12 angelegten Drehmomentes T_dest, und des weiteren zur Schätzung des Ritzeldrehmoments T_cest, das an der Ritzelwelle 18 angelegt wird. Als Eingänge empfängt die Drehmomentschätzschaltung die erfaßte Winkelstellung θ_c der Lenksäule und das Elektromotor-Eingangsbefehlssignal U. Dabei sei angemerkt, daß die Drehmomentschätzschaltung 40 durch die Abschätzung des vom Fahrer angelegten Drehmomentes T_dest und des Ritzeldrehmoments T_cest Drehmomentschätzwerte liefert, welche einen herkömmlichen Ritzeldrehmomentsensor überflüssig machen, so daß die Gesamtkosten und der Gesamtaufwand des Lenksystems 10 gesenkt werden.
Das Steuersystem 30 beinhaltet des weiteren eine in eine Rückkopplungsschleife 44 eingebundene Rückkopplungssteuerung 38. Als Eingänge empfängt die Steuerung 38 den Schätzwert des vom Fahrer angelegten Drehmomentes T_dest und des Ritzeldrehmomtes T_cest sowie die erfaßte Winkelstellung θ_c, die Motorwinkelgeschwindigkeit θ ·_m und das Soll-Drehmoment T_ades. In Reaktion auf diese Eingänge liefert die Rückkopplungssteuerung 38 ein Rückkopplungssignal für die Rückkopplungsschleife 44, das in der Summenschaltung 42 zu dem Modellwert- oder "Vorkopplungssignal" des Soll-Drehmoments T_ades addiert wird. Die Summenschaltung 42 summiert das Rückkopplungssignal in der Rückkopplungsschleife 44 zum Vorkopplungssignal in der Vorkopplungsschleife 46 und liefert so das Motoreingangsbefehlssignal U, mit welchem der Elektromotor 20 angetrieben wird.
Die Modell- oder Vorkopplungsschleife 46 beinhaltet einen Reibungsausgleichsfilter 36, der den Schätzwert des fahrerseitig angelegten Drehmoments T_dest empfängt und unerwünschte hochfrequente Signale herausfiltert, um Reibungskräfte wie z.B. Fahrbahnaufstandsreibung und Lenksäulenreibung auszugleichen. Der reibungskompensierte gefilterte Ausgang wird dann als Eingang der Verstärkungskurven-Nachschlagetabelle 34 zugeführt, die wiederum das Soll-Drehmomentsignal T_ades erzeugt. Dementsprechend beinhaltet das Steuersystem 30 sowohl eine Rückkopplungsschleife 44 als auch eine Vorkopplungsschleife 46. Es sei dabei angemerkt, daß die Rückkopplungsschleife 44 vorteilhaft eine robuste Stabilität des geschlossenen Regelsystems 30 ergibt und die Kompensation von Änderungen in den Komponenten ermöglicht, während die Vorkopplungsschleife 46 eine schnelle statische Reaktion und Reibungsdämpfung bietet. Wenn die Drehmomentschätzschaltung 40 nicht die beabsichtigten Operationen ausführen kann, bleibt das Steuersystem 30 also trotzdem stabil. Desgleichen bleibt das geschlossene Regelsystem, wenn die Rückkopplungsschleife 44 nicht arbeitet, ebenfalls stabil.
Mit besonderem Bezug auf 3 sind nun die von der Drehmomentschätzschaltung 40 nach einer Ausführungsform ausgeführten Drehmomentschätzfunktionen zur Bestimmung des geschätzten Fahrer-Drehmoments T_dest und des geschätzten Ritzeldrehmoments T_cest weiter im einzelnen dargestellt. Die Drehmomentschätzschaltung 40 beinhaltet eine Reihe von Funktionsblöcken, welche gemessene Transferfunktionen beinhalten, die jeweils G₂₁, G^–1 ₂₁, G₂₂, G^–1 ₂₂, G^–1 ₃₁ und G₃₂ enthalten. Die Transferfunktionen G₂₁, G^–1 ₂₁, G₂₂, G^–1 ₂₂, G^–1 ₃₁ und G₃₂ werden ausgehend von der dynamischen Relation der gewählten Lenksystemausgänge geteilt durch die gewählten Eingänge gemessen und sind wie folgt definiert. Die Transferfunktion G₃₁ ist die Relation des Lenkwinkelausganges θ_c geteilt durch den Fahrer-Drehmomenteingang T_d. Die Transferfunktion G₃₂ ist die Relation des Lenkwinkelausganges θ_c geteilt durch das Motoreingangsbefehlssignal U Transferfunktion G₂₂ ist die Relation des Ritzeldrehmomentausgangs T_c geteilt durch das Motoreingangsbefehlssignal U.
Die Drehmomentschätzschaltung 40 empfängt als Eingänge das Motoreingangsbefehlssignal U und das erfaßte Winkelstellungssignal θ_c. Das Motoreingangsbefehlssignal U wird in Funktionsblock 50 der Transferfunktion G₂₂ zugeführt und wird außerdem in Funktionsblock 52 in die Transferfunktion G₃₂ eingegeben. Der Ausgang des Funktionsblockes 50 wird einem negativen Eingang der Summenschaltung 54 und einem positiven Eingang der Summenschaltung 60 zugeführt, während der Ausgang von Funktionsblock 52 einem negativen Eingang der Summenschaltung 56 zugeführt wird. Die Summenschaltung 56 zieht den Ausgang des Funktionsblocks 52 von der gemessenen Lenksäulen-Winkelstellung θ_c ab und liefert das Subtraktionsergebnis als Eingang an den Funktionsblock 58. Funktionsblock 58 enthält eine Produkttransferfunktion G₂₁ und G^–1 ₃₁. G^–1 ₃₁ ist der Kehrwert der Transferfunktion G₃₁. Der Ausgang von Funktionsblock 58 wird einem positiven Eingang der Summenschaltung 60 zugeführt, während der andere positive Eingang der Summenschaltung 60 den Ausgang von Funktionsblock 50 empfängt. In der Summenschaltung 60 werden die beiden Eingänge addiert, um ein geschätztes Ritzeldrehmoment T_cest zu bestimmen, das einen der Eingänge der Drehmomentschätzungsschaltung 40 darstellt.
Das geschätzte Ritzeldrehmoment T_cest wird weiter einem positiven Eingang der Summenschaltung 54 eingegeben. Die Summenschaltung 54 zieht also den Ausgang des Funktionsblockes 50 von dem geschätzten Ritzeldrehmoment T_cest ab und erstellt ein Subtraktionsergebnis als Eingang für den Funktionsblock 62. Funktionsblock 62 enthält eine Transferfunktion G^–1 ₂₁, welche den Kehrwert der Transferfunktion G₂₁ darstellt, und erzeugt den Schätzwert des vom Fahrer angelegten Drehmomentes T_dest als zweiten Ausgang der Drehmomentschätzungsschaltung 40. Die Drehmomentschätzungsschaltung 40 erstellt somit Schätzwerte sowohl des Fahrer-Drehmoments T_dest als auch des Ritzeldrehmoments T_cest, welche dann zur Erzeugung des Motorsteuerbefehlssignals U zur Steuerung des elektrischen Servolenksystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Drehmomentschätzungsschaltung 40 ist dazu ausgelegt, Drehmomentschätzungen anhand der Drehmomentschätzfunktionen zu erstellen, die wie folgt dargestellt werden können: Tdest = [Tcest – G22U][G21]–1 (1) Tcest = G21[(G31)–1(θc – G32U)] + G22U (2)
Die resultierenden Drehmomentschätzungsgleichungen (1) und (2) werden aus einem Modell der dynamischen Relationen im Lenksystem abgeleitet, die ausgehend von den Newtonschen Bewegungssätzen gebildet werden. Das dynamische Modell des Lenksystems ist definiert durch die Meßwert-Transferfunktionen, wie sie oben beschrieben sind. Durch Messen des Motoreingangssteuersignals U und der Lenkwinkelstellung θ_c wird der Schätzwert des Fahrer-Drehmoments T_dest und der Schätzwert des Ritzeldrehmoments T_cest berechnet, ohne dafür eine direkte Messung des Drehmoments mit einem Drehmomentsensor zu erfordern.
Es sei nun Bezug genommen auf 4, wo ein Steuerverfahren 70 zur Steuerung des elektrischen Servolenksystems 10 mit dem Steuersystem 30 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist. Das Steuerverfahren 70 beinhaltet Schritt 72 der Bestimmung jeder der Transferfunktionen G₂₁, G^–1 ₂₁, G₂₂, G^–1 ₂₂, G^–1 ₃₁ und G₃₂. Die Transferfunktionen können vom Lenksystem getrennt ("offline") bestimmt werden, indem ein bekanntes fahrerseitiges Eingangsdrehmoment am Lenkrad angelegt wird, und ausgewählte Eingänge und Ausgänge gemessen und dann die Transferfunktionen berechnet werden, indem der gewählte Ausgang durch den gewählten Eingang für die entsprechende Transferfunktion geteilt wird. Sind dann die Transferfunktionen ermittelt, geht das Verfahren weiter zu Schritt 74 und mißt den Lenkeinschlagwinkel θ_c mit Hilfe des Lenkwinkelsensors 32. In Schritt 76 werden der Schätzwert des fahrerseitigen Drehmoments T_dest und das geschätzte Ritzeldrehmoment T_cest durch die Drehmomentschätzschaltung 40 bestimmt. In Schritt 78 wird das geschätzte Fahrer-Drehmoment T_dest im Reibungskompensationsfilter kompensiert. In Schritt 80 wird ausgehend von dem geschätzten Fahrer-Drehmoment T_dest und der Fahrzeug geschwindigkeit das Soll-Lenkhilfsmoment T_ades gemäß von der Verstärkungskurve gestellten Kennfelddaten erzeugt. Ein optionaler Schritt 82 ist vorgesehen, um anhand des geschätzten Fahrer-Drehmoments T_dest, des geschätzten Ritzel-Drehmoments T_cest, des Lenkwinkels θ_c, der Motordrehzahl θ ·_m und des Soll-Lenkhilfsmoments T_ades den Gleichgewichtspunkt zu berechnen. Es sei festgehalten, daß das vorliegende Rückkopplungssignal durch die Stellung eines Gleichgewichtspunktes das Fahrer-Drehmoment mit größerer Präzision bestimmt, indem es ein Mittelwertsignal stellt, das sanfte Übergänge in dynamischen Übergangssituationen im Fahrzeugbetrieb gewährleistet. Schließlich geht das Steuerverfahren 70 weiter zu Schritt 84 zur Berechnung des Motorsteuerbefehlssignals U zur Ansteuerung des Elektromotors derart, daß eine geregelte Höhe der Lenkhilfskraft erzielt wird. Es sei dabei angemerkt, daß das Motorsteuerbefehlssignal U in Schritt 86 am Motor angelegt wird.
Somit liefert das elektrische Servolenksystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft elektromotorische Lenkhilfskraft für ein Lenksystem eines Fahrzeuges durch Schätzung des vom Fahrer an dem Lenksystem angelegten Drehmomentes, ohne dazu einen herkömmlichen Ritzeldrehmomentsensor zu erfordern. Durch die Ausschaltung des Bedarfs eines herkömmlichen Drehmomentsensors senkt die vorliegende Erfindung vorteilhaft die Kosten und die Komplexität des Lenksystems. Gleichzeitig bietet die Drehmomentschätzung eine schnelle und stabile Steuerung, ohne dabei Lenkleistung zu opfern. Zwar ist hierin ein Beispiel einer Lenkeinheit beschrieben worden, es ist jedoch anzumerken, daß auch andere Lenkeinheiten in Verbindung mit dem hierin beschriebenen Steuersystem verwendet werden können, ohne dadurch den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Patentansprüchen festgelegt ist.

Claims

Elektrisches Servolenksystem für ein Fahrzeug, folgendes aufweisend: eine Lenkeinheit mit einem mit einer Lenksäule verbundenen Lenkrad (12); einen Lenkwinkelsensor (32) zur Erfassung einer Winkelstellung der Lenkeinheit; einen Elektromotor (20), welcher funktional mit besagter Lenkeinheit zur Abgabe eines Lenkhilfsmomentes in Eingriff steht; Mittel zur Stellung eines Drehmomentsignals, welches das am Lenkrad angelegte Drehmoment anzeigt; und eine Steuerung (30) zur Erzeugung eines Motorsteuersignales als Funktion des besagten Drehmomentschätzwertes zur Steuerung des Elektromotors; dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Stellung des Drehmomentsignals eine Drehmomentschätzschaltung (40) sind, die derart wirkt, daß sie das am Lenkrad angelegte Drehmoment anhand der Winkelstellung der Lenkeinheit und des Motorsteuersignals schätzt, ohne eine Eingabe von einem Drehmomentsensor zu erhalten.
System nach Anspruch 1, worin besagte Drehmomentschätzschaltung das Drehmoment-Schätzwertsignal des weiteren als Funktion einer oder mehrerer Lenksystem- Transferfunktionen bestimmt.
System nach Anspruch 1, worin besagte Drehmomentschätzschaltung ein Fahrer-Drehmomentsignal und ein Ritzel-Drehmomentsignal schätzt.
System nach Anspruch 1, worin besagte Steuerung einen Rückkopplungsregler und einen Optimalwertregler beinhaltet.
System nach Anspruch 4, des weiteren einen Reibungsausgleichsfilter beinhaltend, welcher an besagtem Optimalwertregler angeschlossen ist.
System nach Anspruch 1, worin besagte Lenkeinheit des weiteren eine Welle beinhaltet, welche funktional mit der Lenksäule gekoppelt ist und außerdem mit einer Zahnstangengetriebeeinheit verbunden ist, worin besagter Elektromotor mit besagter Welle gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, worin besagtes System nicht mit einem Ritzel-Drehmomentsensor ausgestattet ist.
Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Servolenksystems, welches eine Lenkeinheit mit einem mit einer Lenksäule für ein Fahrzeug verbundenen Lenkrad beinhaltet, und worin besagtes Lenksystem keinen Drehmomentsensor beinhaltet, welches Verfahren folgende Schritte aufweist: Erfassen einer Winkelstellung für die Lenkeinheit; Schätzen eines das am Lenkrad angelegte Drehmoment anzeigenden Drehmomentsignals als Funktion der besagten erfaßten Winkelstellung der Lenkeinheit; Erzeugen eines Motorsteuersignals als Funktion des besagten geschätzten Drehmoments zur Steuerung eines Elektromotors; und Anlegen des besagten Motorsteuersignals an einen Elektromotor zur Erzeugung eines in seiner Höhe geregelten Lenkhilfsdrehmomentes; gekennzeichnet durch die Schätzung des das am Lenkrad angelegte Drehmoment anzeigenden Drehmomentsignals als Funktion der besagten erfaßten Winkelstellung der Lenkeinheit und des Motorsteuersignals.