DE60212500T2

DE60212500T2 - Dämpfung beim Ausschalten einer elektrischen Servolenkung

Info

Publication number: DE60212500T2
Application number: DE60212500T
Authority: DE
Inventors: Mark Saginaw Norman; Julie Ann Bay City Kleinau
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2002-05-01
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2022-05-02
Also published as: EP1262394A3; US20030188914A1; US6588541B2; JP2003081105A; JP4351184B2; US20020179362A1; JP3842172B2; JP2005200020A; EP1262394A2; EP1262394B1; DE60212500D1; US6745866B2

Description

HINTERGRUND
In einem mit einer elektrischen Servolenkung (EPS) ausgestatteten Fahrzeug kann das Lenkunterstützungsdrehmoment von einem mit einer Lenksäule oder Lenkwelle gekoppelten Elektromotor geliefert werden. Wenn bei einem solchen EPS-System ein Zustand entsteht, der ein sofortiges Abschalten erfordert, wird im Allgemeinen das von dem Motor gelieferte Unterstützungsdrehmoment sofort auf null gesteuert, den Transistoren, die den Motor ansteuern, die Leistung entzogen, und das System abgeschaltet. Ein sofortiges Abschalten kann beispielsweise dann ausgelöst werden, wenn der Drehmomentsensor ausgefallen ist oder sein Signal verloren gegangen ist.
Wenn ein EPS-System abgeschaltet wird, kehrt das Lenksystem im Allgemeinen zur manuellen Lenkung zurück. Falls das System abgeschaltet wird, während der EPS-Motor ein Unterstützungsdrehmoment geringer Stärke ausübt, muss das Abschalten für den Fahrer nicht wahrnehmbar sein. Falls jedoch das System abgeschaltet wird, während der EPS-Motor ein Drehmoment mittlerer oder hoher Stärke ausübt, kann der Fahrer infolge der plötzlichen Verringerung des Unterstützungsdrehmoments ein abrupt erhöhtes Gegendrehmoment am Lenkrad oder Handrad spüren. Das abrupt erhöhte Gegendrehmoment ergibt sich, wenn bei der unverzüglichen Wegnahme des Unterstützungsdrehmoments vom Motor die in den Reifen und dem Lenksystem gespeicherte Energie freigesetzt wird. Im Allgemeinen lässt die unverzügliche Wegnahme des Unterstützungsdrehmoments zu, dass die im System gespeicherte Energie den Motor für einen Moment bei mittlerer bis hoher Geschwindigkeit rückwärts antreibt. Der Fahrer spürt diese Bewegung als abrupt erhöhtes Gegendrehmoment am Lenkrad.
JP-A-62 181958 beschreibt ein System mit einer Lenkzustand-Erfassungsvorrichtung, die ein Lenkerfassungsmittel in einem Lenksystem und ein Lenkdrehungs-Erfassungsmittel umfasst. Außerdem sind eine Vorrichtung, die anhand eines Erfassungssignals ein Motorsteuersignal erzeugt, und ein Mittel, das anhand dieses Signals einen Motor ansteuert, enthalten. In dem System sind außerdem Fehlerdiagnosemittel und Schalter, ein Betriebsstopp-Erfassungsmittel und ein Kompensationsmittel, das ein Motorsteuersignal mit dem Erfassungssignal allmählich verkleinert, vorgesehen. Zu Zeiten, zu denen die Schalter offen sind, gibt das Fehlerdiagnosemittel ein Stoppsignal aus, erfasst das Betriebsstopp-Erfassungsmittel das Stoppsignal und verkleinert das Kompensationsmittel mit dem Erfassungssignal das Motorsteuersignal mit der Zeit, wodurch ein Elektromotor langsam gestoppt wird.
JP-A-02 262467 beschreibt ein System, bei dem zur Zeit des Startens des Betriebs eines Fahrzeugs durch Einschalten eines Zündschalters Lenkdrehmomentdaten in eine CPU eingegeben werden, indem die Ausgangsgröße eines Drehmomentsensors über einen Verstärker, eine Kompensationsschaltung mit PID-Regelung und eine A/D-Umsetzschaltung eingegeben wird. Eine Anomalie des Drehmoments wird durch Vergleichen der über den Verstärker eingegebenen Ausgangsgröße des Drehmomentsensors mit einem über die PID eingegebenen Lenkdrehmoment erfasst, wobei durch eine Sensoranomalie-Erfassungsschaltung anhand der Ausgangsgröße auch eine Anomalie des Drehmomentsensors erfasst wird. Gleichzeitig wird eine Steuerung ausgeführt, um bei einem definierten Reduktionskoeffizienten, der unter Bezugnahme auf eine Hysterese-Tabelle auf einem früheren Lenkdrehmoment basiert, ein Unterstützungsdrehmoment allmählich zu verkleinern.
Ähnlich beschreibt US-A-6041884 eine elektrische Servo-Lenkvorrichtung, die einen Motor, der ein Unterstützungsdrehmoment auf ein Lenksystem ausübt, einen Lenkdrehmomentsensor, der ein Lenkdrehmoment in dem Lenksystem erfasst, und eine Steuereinheit für die Antriebssteuerung des Motors auf Grundlage wenigstens eines Lenkdrehmomentsignals vom Lenkdrehmomentsensor umfasst. Die Steuereinheit umfasst eine Motorsteuereinheit und eine Fehlererfassungseinheit zum Erfassen eines Fehlers der Steuereinheit. Auf Grundlage eines Fehlererfassungssignals von der Fehlererfassungseinheit schaltet die Motorantriebssteuereinheit von einer Normalbetriebsart, in der kein Fehler in der Vorrichtung vorhanden ist, in ein erste Fehlerbetriebsart, in der ein bestimmter Fehler in der Vorrichtung vorkommt, um, wobei das Unterstützungsverhältnis auf etwa die Hälfte von jenem der Normalbetriebsart verändert wird. Obwohl eine solche Konfiguration für die gedachten Zwecke angemessen ist, richtet sie sich nicht auf die Dynamik des Motors, um eine unerwünschte Rückkopplung zu einem Fahrer zu verhindern.
Außerdem beschreibt EP-A-1228942 ein elektrisches Servo-Lenksystem, das einen Elektromotor umfasst, der über ein Getriebe verbunden ist, um auf einen Lenkmechanismus des Fahrzeugs einzuwirken. Der Elektromotor weist mehrere Phasenwicklungen in Sternschaltung und Umschaltmittel, die in wenigstens einer Phase des Motors vorgesehen sind, auf, wobei die Umschaltmittel zwischen einer geschlossenen Stellung, in der Strom in den Phasenwicklungen fließen kann, und einer geöffneten Stellung, die verhindert, dass Strom in einer betreffenden Phasenwicklung fließt, verstellbar sind. Das System enthält außerdem eine Sicherheitsschaltung, die wirksam wird, wenn ein Fehler entsteht, der den Übergang zwischen dem Vorhandensein und dem Fehlen einer Servounterstützung beim Unterstützen bzw. Nichtunterstützen ebnet, indem eine vorgeschriebene Periode gedämpften Betriebs als Teil einer Abschaltphase geschaffen wird. Wiederum bewirkt eine solche Konfiguration, obwohl sie für die gedachten Zwecke angemessen ist, eine feste Dämpfung und richtet sich nicht auf die Dynamik des Motors, um eine unerwünschte Rückkopplung zu einem Fahrer zu verhindern.
ZUSAMMENFASSUNG
Die oben beschriebenen und weiteren Merkmale werden durch die folgenden Figuren und die folgende Beschreibung veranschaulicht, wobei ein elektrisches Servo-Lenksystem offenbart wird, das einen Motor und eine Weichabschaltungs-Steuereinheit umfasst, die mit dem Motor in einem Signalaustausch steht, um das abrupt erhöhte Gegendrehmoment, das von einem Fahrer gespürt wird, wenn ein Unterstützungsdrehmoment abrupt weggenommen wird, zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Servo-Lenksystems, bei dem einem Motor befohlen wird, ein Unterstützungsdrehmoment zu liefern, und ein Weichabschaltungs-Dämpfungsdrehmoment in einem Signalaustausch mit dem Motor bereitgestellt wird, um bei Wegnahme des Unterstützungsdrehmoments ein erhöhtes Gegendrehmoment zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein elektrisches Servo-Lenksystem für ein Fahrzeug, das ein Lenkeingabeelement, einen mit dem Eingabeelement gekoppelten Elektromotor und eine elektronische Steuereinheit, die mit dem Motor in einem Signalaustausch steht, umfasst. Die elektronische Steuereinheit umfasst Mittel zum Liefern eines Unterstüt zungsdrehmoments, Mittel zum Sperren des Unterstützungsdrehmoments, Mittel für die Einnahme eines Weichabschaltzustands, Mittel zum zeitlichen Steuern der Dauer des Weichabschaltzustands, Mittel zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit des Motors, Mittel zum Berechnen einer Motordämpfung in Entsprechung mit der bestimmten Geschwindigkeit, Mittel zum Skalieren der berechneten Motordämpfung in Entsprechung mit der zeitlichen Steuerung, Mittel zum Begrenzen der skalierten Motordämpfung, um ein Steuersignal bereitzustellen, und Mittel zum Steuern des Motors in Entsprechung mit dem Steuersignal.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter den Figuren, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist:
1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Servo-Lenksystems mit einer Steuereinheit für Weichabschaltung;
2 ein Zustandsübergangsdiagramm für einen Teil der Steuereinheit von 1;
3 ein Ablaufplan für einen Teil der Steuereinheit von 1;
4 ein Blockdiagramm für einen Teil der Steuereinheit von 1; und
5 eine graphische Darstellung des Motordämpfungs-Skalierfaktors in Zeitabschnitten für einen Teil der Steuereinheit von 1.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Weichabschaltungs-Steuereinheit für ein elektrisches Servo-Lenksystem (EPS-System) führt unter Abschwächung des abrupt erhöhten Gegendrehmoments am Lenkrad ein gesteuertes Abschalten des Unterstützungsmotors aus.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein ein EPS-System für ein Kraftfahrzeug. Ein Lenkmechanismus 12 ist ein Zahnstangenmechanismus, der eine (nicht gezeigte) Zahnstange und ein (nicht gezeigtes) Ritzel, das sich unter einem Zahnradgehäuse 14 befindet, umfasst. Ein Lenkrad 16 ist mit einer oberen Lenkwelle 18 gekoppelt. Wenn das Lenkrad 16 gedreht wird, dreht die obere Lenkwelle 18, die durch ein Kreuzgelenk 22 mit einer unteren Lenkwelle 20 verbinden ist, das Ritzel. Die Drehung des Ritzels bewegt die Zahnstange, die Spurstangen 24 (wovon nur eine gezeigt ist) bewegt, die ihrerseits Achsschenkel 26 (wovon nur einer gezeigt ist) bewegen, die wiederum Räder 28 (wovon nur eines gezeigt ist) drehen.
Ein EPS-Unterstützungsdrehmoment wird durch eine allgemein mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnete Unterstützungseinheit bereitgestellt, die eine Weichabschaltungs-Steuereinheit 32 und einen Elektromotor 34 umfasst. Ein Motorpositionssensor 54 ist mit dem Motor 34 verbunden und erfasst die Drehposition des Motors 34. Der Motorpositionssensor 54 schickt ein Signal, das die Motorposition angibt, über eine Signalleitung 56 an die Weichabschaltungs-Steuereinheit 32. Die Steuereinheit 32 wird durch eine Fahrzeug-Stromversorgung 36 über eine Versorgungsleitung 38 gespeist. Die Steuereinheit 32 empfängt ein Signal, das die Fahrgeschwindigkeit angibt, auf einer Signalleitung 40. Der Lenkritzelwinkel wird durch einen Positionssensor 42 gemessen und über eine Leitung 44 zu der Steuereinheit 32 geführt. Der Positionssensor 42 kann ein Sensor mit optischer Codeumsetzung, ein Sensor mit veränderlichem Widerstand oder ein anderer Typ von Positionssensor sein, der geeignet ist, die Funktionen des Positionssensors 42 auszuüben.
Wenn das Lenkrad 16 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 43 das von einem Fahrzeugbediener auf das Lenkrad 16 ausgeübte Drehmoment. Der Drehmomentsensor 43 kann eine (nicht gezeigte) Drehstabfeder und einen (nicht gezeigten) Sensor mit veränderlichem Widerstand umfassen, der über eine Leitung 46 ein dem veränderlichen Widerstand entsprechendes Signal, das mit dem Maß der Verdrehung der Drehstabfeder zusammenhängt, ausgibt. In alternativen Ausführungsformen können andere geeignete Drehmoment-Erfassungsvorrichtungen, die zusammen mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet werden können, eingesetzt sein.
Als Reaktion auf die Eingaben auf den Leitungen 40, 44 und 46 sendet die Steuereinheit 32 ein Befehlssignal über eine Leitung 48 an den Elektromotor 34. Der Motor 34 wiederum liefert dem Lenksystem über eine Schnecke 50 und ein Schneckenrad 52 ein Unterstützungsdrehmoment, um dem Fahrzeuglenksystem zusätzlich zu einer durch den Fahrzeugbediener ausgeübten Lenkkraft eine Lenk-Drehmomenthilfe zu geben.
Wie in 2 gezeigt ist, besitzt das EPS-System 10 von 1 ein Zustandsübergangsdiagramm, das allgemein mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet ist. Das Zustandsübergangsdiagramm enthält einen Initialisierungszustand 112, einen Lauf-Hochfahrzustand 114, einen Laufzustand 116, einen Lauf-Herunterfahrzustand 118, einen Weichabschaltzustand 120, einen Lauf-Sperrzustand 122, einen Abschaltzustand 124 und einen Aus-Zustand 126. Der Initialisierungszustand 112 wird vom Aus-Zustand 126 aus eingenommen und führt zum Lauf-Hochfahrzustand 114 und zum Abschaltzustand 124. Der Lauf-Hochfahrzustand 114 wird vom Initi alisierungszustand 112, vom Lauf-Herunterfahrzustand 118 und vom Lauf-Sperrzustand 122 aus eingenommen und führt zum Laufzustand 116, zum Lauf-Herunterfahrzustand 118, zum Weichabschaltzustand 120 und zum Abschaltzustand 124. Der Laufzustand 116 wird vom Lauf-Hochfahrzustand 114 aus eingenommen und führt zum Lauf-Herunterfahrzustand 118, zum Weichabschaltzustand 120 und zum Abschaltzustand 124. Der Lauf-Herunterfahrzustand 118 wird vom Lauf-Hochfahrzustand 114 und vom Laufzustand 116 aus eingenommen und führt zum Lauf-Hochfahrzustand 114, zum Weichabschaltzustand 120, zum Lauf-Sperrzustand 122 und zum Abschaltzustand 124.
Der Weichabschaltzustand 120 wird vom Lauf-Hochfahrzustand 114, vom Laufzustand 116 und vom Lauf-Herunterfahrzustand 118 aus eingenommen und führt zum Abschaltzustand 124. Der Lauf-Sperrzustand 122 wird vom Lauf-Herunterfahrzustand 118 aus eingenommen und führt zum Lauf-Hochfahrzustand 114 und zum Abschaltzustand 124. Der Abschaltzustand 124 wird vom Initialisierungszustand 112, vom Lauf-Hochfahrzustand 114, vom Laufzustand 116, vom Lauf-Herunterfahrzustand 118, vom Weichabschaltzustand 120 und vom Lauf-Sperrzustand 122 aus eingenommen und führt zum Aus-Zustand 126. Der Aus-Zustand 126 wird vom Abschaltzustand 124 aus eingenommen und führt zum Initialisierungszustand 112.
Beispielsweise wird der Weichabschaltzustand 120 eingenommen, wenn ein Drehmomentsignal als ungültig bestimmt wird und das System momentan in einem Zustand, in dem die Ausgänge aktiv sind, d. h. im Zustand 114, 116 oder 118, ist. Der Zustand 120 wird verlassen, wenn während dieses Zustands ein Sofortabschaltungsfehler auftritt oder wenn die Weichabschaltung abgeschlossen ist.
Wie in 3 gezeigt ist, besitzt der Weichabschaltzustand 120 von 2 einen Ablaufplan 130. Der Ablaufplan 130 umfasst einen Schritt 132, der den Weichabschaltzustand 120 von 2 beginnt und zu einem Schritt 134 zum Einrichten eines Zeitgebers führt. Der Schritt 134 führt zu einem Entscheidungsblock 136, der prüft, ob der Zeitgeber größer oder gleich ZEIT1 ist. Falls wahr, verzweigt der Entscheidungsblock 136 zu einem weiteren Entscheidungsblock 146, während, falls falsch, der Entscheidungsblock 136 zu einem Schritt 138 führt. Der Schritt 138 berechnet die Motordämpfung mit einer ersten Grenzfrequenz und führt zu einem Schritt 140. Der Schritt 140 skaliert die Motordämpfung bei 100 % und führt zu einem Schritt 142. Der Schritt 142 begrenzt die skalierte Motordämpfung und führt zu einem Schritt 144. Der Schritt 144 gibt den resultierenden Befehl aus und verzweigt zurück zum Entscheidungsblock 136.
Der Entscheidungsblock 146 prüft, ob der Zeitgeber größer oder gleich ZEIT2 ist. Falls wahr, verzweigt der Entscheidungsblock 136 zu einem weiteren Entscheidungsblock 158, während, falls falsch, der Entscheidungsblock 146 zu einem Schritt 148 führt. Der Schritt 148 berechnet die Motordämpfung mit einer zweiten Grenzfrequenz und führt zu einem Schritt 150. Der Schritt 150 skaliert die Motordämpfung zwischen 100 % und einem kalibrierbaren Prozentsatz und führt zu einem Entscheidungsblock 152. Der Entscheidungsblock 152 prüft, ob der Absolutwert der Motorgeschwindigkeit kleiner oder gleich MOTOR_VELOCITY_THRESHOLD ist. Falls wahr, verzweigt der Entscheidungsblock 152 zu einem Schritt 170, während, falls falsch, der Entscheidungsblock 152 zu einem Schritt 154 führt. Der Schritt 154 begrenzt die skalierte Motordämpfung und führt zu einem Schritt 156. Der Schritt 156 gibt den resultierenden Befehl aus und verzweigt zurück zum Entscheidungsblock 146.
Der Entscheidungsblock 158 prüft, ob der Zeitgeber größer oder gleich ZEIT3 ist. Falls wahr, verzweigt der Entscheidungsblock 158 zum Schritt 170, während, falls falsch, der Entscheidungsblock 158 zu einem Schritt 160 führt. Der Schritt 160 berechnet die Motordämpfung mit der zweiten Grenzfrequenz und führt zu einem Schritt 162. Der Schritt 162 skaliert die Motordämpfung auf den kalibrierbaren Prozentsatz und führt zu einem Entscheidungsblock 164. Der Entscheidungsblock 164 prüft, ob der Absolutwert der Motorgeschwindigkeit kleiner oder gleich MOTOR_VELOCITY_THRESHOLD ist. Falls wahr, verzweigt der Entscheidungsblock 164 zum Schritt 170, während, falls falsch, der Entscheidungsblock 164 zu einem Schritt 166 führt. Der Schritt 166 begrenzt die skalierte Motordämpfung und führt zu einem Schritt 168. Der Schritt 168 gibt den resultierenden Befehl aus und verzweigt zurück zum Entscheidungsblock 158. Der Schritt 170 setzt einen Weichabschaltungabgeschlossen-Merker und führt zu einem Schritt 172. Der Schritt 172 verlässt den Weichabschaltzustand 120 von 2.
Im Betrieb wird ein frei laufender Zeitgeber eingerichtet, der sich mit der Zeit erhöht. Wenn der Zeitgeber kleiner als ZEIT1 ist, wird die Motordämpfung mit der ersten Grenzfrequenz berechnet, bei 100 % skaliert, auf einen Maximalwert begrenzt und als Motorbefehl auf den Motor angewandt. Während der Zeitgeber größer als ZEIT1, jedoch kleiner als ZEIT2 ist, wird die Motordämpfung mit der zweiten Grenzfrequenz berechnet. Falls der Absolutwert der Motorgeschwindigkeit größer als eine kalibrierbare Motorgeschwindigkeit ist, wird die Motordämpfung linear zwischen 100 % und einem kalibrierbaren Prozentsatz skaliert, auf einen Maximalwert begrenzt und als Motorbefehl auf den Motor angewandt. Falls der Absolutwert der Motorgeschwindigkeit kleiner oder gleich einer kalibrierbaren Motorgeschwindigkeit ist, wird der Weichabschaltzustand verlassen. Es sei angemerkt, dass in alternativen Ausführungsformen der Berechnungsblock 150 in Abhängigkeit von der Entwurfsentscheidung hinsichtlich der Rechnerausnutzung vor oder hinter dem Entscheidungsblock 152 liegen kann.
Wenn der Zeitgeber größer als ZEIT2 und kleiner als ZEIT3 ist, wird die Motordämpfung mit der zweiten Grenzfrequenz berechnet. Falls der Absolutwert der Motorgeschwindigkeit größer als eine kalibrierbare Motorgeschwindigkeit ist, wird die Motordämpfung um einen kalibrierbaren Prozentsatz skaliert bzw. herabgesetzt, auf einen Maximalwert begrenzt und als Motorbefehl auf den Motor angewandt. Falls der Absolutwert der Motorgeschwindigkeit kleiner oder gleich einer kalibrierbaren Motorgeschwindigkeit ist, wird der Weichabschaltzustand verlassen. Falls die Zeit größer oder gleich ZEIT3 ist, wird der Weichabschaltzustand ebenfalls verlassen.
Die skalierte Motordämpfung wird auf einen Maximalwert begrenzt, damit im Wesentlichen garantiert werden kann, dass die durch den Motorbefehl erzeugte Dämpfung kleiner als eine gewünschte Anzahl von Drehmoment-Newtonmetern ist. Die Motorgeschwindigkeit wird mit einer kalibrierbaren Motorgeschwindigkeit verglichen, damit der Weichabschaltzustand so schnell wie möglich verlassen werden kann, wenn die Motorgeschwindigkeit, nachdem die Zeit größer als ZEIT1 ist, unter eine kalibrierbare Motorgeschwindigkeit fällt. Das Warten bis nach ZEIT1 lässt dem Motor so viel Zeit, dass die Motorgeschwindigkeit über die kalibrierbare Motorgeschwindigkeit ansteigt, bevor geprüft wird, um zu sehen, ob die Motorgeschwindigkeit unter einen kalibrierbaren Wert gefallen ist. Eine geeignete ZEIT1 ist durch die physikalische Dynamik des EPS-Systems 10 definiert und kann experimentell bestimmt werden.
Die Motordämpfung wird als Funktion der Zeit skaliert. Eine mit der Zeit skalierte bzw. herabgesetzte Motordämpfung ermöglicht einen höheren anfänglichen Motorbefehl, der den rückwärts angetriebenen Motor schneller verzögert. Nach dem anfänglichen Motorbefehl wird der Motordämpfungs-Skalierfaktor mit der Zeit auf einen Minimalwert gesenkt. Dies unterstützt den Fahrer bei der Durchführung eines Ausweichmanövers, indem der Motorbefehl reduziert wird, und verhindert außerdem, dass der rückwärts angetriebene Motor zu sehr verzögert wird.
Wie in 4 gezeigt ist, empfängt die Dämpfungsfunktion 180 ein Signal, das die Motorposition angibt, an einer Differenzierschaltung 182, die die Motorposition differenziert, um eine unskalierte und ungefilterte Motorgeschwindigkeit zu erhalten, und die mit einer Skalier- bzw. Zählschaltung 184 verbunden ist. Die Skalierschaltung 184 skaliert die unskalierte und ungefilterte Motorgeschwindigkeit von der Differenzierschaltung 182 und ist mit einem Filter 186 verbunden. Das Filter 186 filtert die ungefilterte Motorgeschwindigkeit von der Skalierschaltung 184 und ist mit einem Multiplizierer 188 verbunden. Der Multiplizierer 188 multipliziert die Motorgeschwindigkeit vom Filter 186 mit einem Dämpfungsfaktor, um ein Signal zu erzeugen, das die gewünschte Motordämpfung repräsentiert.
Somit wird die Motorposition als Rückführsignal verwendet, um die Geschwindigkeit des rückwärts angetriebenen Motors während des Weichabschaltzustands zu begrenzen. Da das beispielhafte EPS-System kein Signal für die wahre Motorgeschwindigkeit enthält, wird die Motorgeschwindigkeit aus der Motorpositionseingabe berechnet. Die Motorpositionseingabe wird dann differenziert, skaliert und gefiltert, um die Motorgeschwindigkeit zu berechnen. In alternativen Ausführungsformen kann das Motorgeschwindigkeitssignal direkt gemessen und als Rückführsignal verwendet werden.
Die Motorgeschwindigkeit wird dann mit dem Dämpfungsfaktor multipliziert, um die Motordämpfung zu berechnen, die ihrerseits mit einem Skalierfaktor multipliziert wird, um eine skalierte Motordämpfung zu berechnen. Die skalierte Motordämpfung wird begrenzt und als Motorbefehl auf den Motor angewandt. Der Motorbefehl bewirkt, dass der Motor ein Drehmoment in einer Richtung anlegt, die zu jener, in der sich der Motor bewegt, entgegengesetzt ist. Dies begrenzt die Geschwindigkeit, mit der der Motor rückwärts angetrieben wird, und beseitigt oder minimiert das abrupt erhöhte Gegendrehmoment, das der Fahrer andernfalls spüren würde.
Wie in 5 gezeigt ist, wird bei der beispielhaften Ausführungsform die Motordämpfung skaliert, wie durch den allgemein mit dem Bezugszeichen 190 angegebenen Graphen gezeigt ist. Ab der Zeit null bis zu einer Zeit kleiner als ZEIT1 wird die Motordämpfung mit einem Skalierfaktor 192 von 100 % skaliert. Von ZEIT1 bis ZEIT2 wird die Motordämpfung linear zwischen 100 % und einem kalibrierbaren Skalierfaktorprozentsatz bei einem skalierten Motordämpfungswert 194 skaliert. Ab einer Zeit größer als ZEIT2 bis ZEIT3 wird die Motordämpfung entsprechend dem kalibrierbaren Skalierfaktorprozentsatz bei einem skalierten Motordämpfungswert 196 skaliert. Somit ist die mit Bezug auf die 3 und 4 beschriebene skalierte Motordämpfung eine diskretisierte, stückweise stetige Funktion der Zeit.
Infolge der relativ hohen Geschwindigkeit, mit der der Motor anfänglich rückwärts angetrieben wird, erfordert das Tiefpassfilter, das die Motorgeschwindigkeit berechnet, das Filter 186 von 4, eine relativ hohe Grenzfrequenz, um schnell auf das Signal, das die hohe Geschwindigkeit angibt, zu konvergieren. Wegen der niedrigen Auflösung auf das Motorpo sitionssignal und einer hohen Abtastrate erfordert das Umsetzen des Motorpositionssignals in eine Motorgeschwindigkeit eine hohe Verstärkung an der Skalierschaltung 184 von 4. Die Kombination aus einer hohen Grenzfrequenz und einer hohen Verstärkung führt zu einem Brumm, der an dem Handrad gespürt werden könnte. Um diesen Brumm zu beseitigen, besitzt das Tiefpassfilter 186 zwei Grenzfrequenzen, die zu verschiedenen Zeiten gewechselt werden. Ab einer Zeit kleiner als ZEIT1 wird eine relativ hohe Grenzfrequenz gewählt (die erste Grenzfrequenz oder "Grenzfrequenz 1"). Ab einer Zeit größer oder gleich ZEIT1 wird eine tiefere Grenzfrequenz gewählt (die zweite Grenzfrequenz oder "Grenzfrequenz 2"). Das Verwenden zweier Grenzfrequenzen ermöglicht die schnelle Reaktion, die zu Beginn erforderlich ist, und trägt außerdem dazu bei, den im Handrad gespürten Brumm abzuschwächen, sobald der Motor langsamer zu werden beginnt.
Der Weichabschaltzustand 120 von 2 wird für eine sehr kurze Zeitperiode eingenommen. Der Zustand wird lang genug eingenommen, um die Auswirkungen des abrupt erhöhten Gegendrehmoments abzuschwächen. Um die Zeitdauer, für die die Motordämpfung im Weichabschaltzustand 120 angewandt wird, zu bestimmen, müssen sowohl hinsichtlich des Effekts, dass der Motor rückwärts angetrieben wird, als auch des Effekts, dass die Dämpfung dem Motor hinzugefügt wird, verschiedenartige Fahrbedingungen analysiert werden. Der Motor wird mit der höchsten Geschwindigkeit rückwärts angetrieben, wenn er ein maximales Unterstützungsdrehmoment aufbringt und ein Sofortabschaltfehler auftritt. Ein maximales Unterstützungsdrehmoment wird unter ungünstigsten Lenklasten aufgebracht.
Die ungünstigsten Lenklasten treten im Allgemeinen jeweils gegen Ende des Lenk-Zahnstangenhubs auf; folglich wird der Motor im Allgemeinen gegen Ende des Lenk-Zahnstangenhubs am stärksten rückwärts angetrieben. Auf Grundlage von Versuchen tritt der Bereich, in dem ein Fahrer die hinzugefügte Dämpfung spüren kann, bei der Vornahme eines Fahrbahnwechsels beim Ausweichen während der Geradeausfahrt auf der Straße auf. Daher muss ein Kompromiss zwischen den Fällen, die das jeweilige Ende des Lenk-Zahnstangenhubs betreffen, und jenen, die ein Ausweichmanöver mit Fahrbahnwechsel betreffen, getroffen werden. Längere Zeitperioden sind erwünscht, um das abrupt erhöhte Gegendrehmoment am Ende des Hubs zu minimieren, während kürzere Zeitperioden erwünscht sind, um die Dämpfung während der Geradeausfahrt zu minimieren. Falls der Kompromiss zwischen dem Ende des Hubs und einem ausweichenden Fahrbahnwechsel gut abgestimmt ist, werden vom Fahrer weder das abrupt erhöhte Gegendrehmoment gegen Ende des Hubs noch die Dämpfung während eines ausweichenden Fahrbahnwechsels bemerkt. Somit bewirken Ausführungsformen der Weichabschaltungs-Steuereinheit einen gesteuerten Dämpfungspegel anstatt bloß eine plötzliche Wegnahme des Unterstützungsdrehmoments.
Eine weitere Eingabe, die verwendet werden könnte, um zu dem Kompromiss zwischen einem Ende des Hubs und einem ausweichenden Fahrbahnwechsel zu finden, ist die Fahrgeschwindigkeit. Da die Lenklasten bei Stillstand und bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten am höchsten sind, könnte die Zeitdauer, für die die Weichabschaltung läuft, auf eine Mindest-Zeitschwelle abgesenkt werden, wenn die Fahrgeschwindigkeit zunimmt. Die Hinzunahme der Fahrgeschwindigkeitseingabe könnte dazu beitragen, bei alternativen Ausführungsformen einen gut abgestimmten Kompromiss zu erzielen.
Auch wenn die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist einem gewöhnlichen Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet klar, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und die Element der Ausführungsformen durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zudem können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, um die Lehren der Offenbarung an eine bestimmte Aufgabe oder Situation anzupassen, ohne vom wesentlichen Umfang der Offenbarung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines elektrischen Servo-Lenksystems, bei dem einem Motor befohlen wird, ein Unterstützungsdrehmoment zu liefern, gekennzeichnet durch: Liefern eines Weichabschaltungs-Dämpfungsdrehmoments in einem Signalaustausch mit dem Motor, um bei Wegnahme des Unterstützungsdrehmoments ein erhöhtes Gegendrehmoment zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: Empfangen eines Signals, das die Motorgeschwindigkeit angibt; und Einstellen des Weichabschaltungs-Dämpfungsdrehmoments in Übereinstimmung mit dem empfangenen Signal.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch: zeitliches Steuern der Dauer des Weichabschaltungs-Dämpfungsdrehmoments; und Skalieren des Weichabschaltungs-Dämpfungsdrehmoments in diskretisierter, stückweise stetiger Übereinstimmung mit der zeitlichen Steuerung.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Steuern des Motors in Übereinstimmung mit dem skalierten Dämpfungsdrehmoment.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Empfangen eines Signals, das die Motorposition angibt, und Einstellen des Weichabschaltungs-Dämpfungsdrehmoments in Übereinstimmung mit dem empfangenen Signal.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen umfasst: Differenzieren des Signals, das die Motorposition angibt, um ein Signal, das die Motorgeschwindigkeit angibt, bereitzustellen; Skalieren des Signals, das die Motorgeschwindigkeit angibt; Filtern des skalierten Signals; und Multiplizieren des gefilterten Signals mit einem Dämpfungsfaktor, um ein Signal zu erzeugen, das die Motordämpfung angibt.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: Skalieren eines Signals, das die Motorgeschwindigkeit angibt; Begrenzen des skalierten Signals, das die Motordämpfung angibt, um ein Befehlssignal bereitzustellen; und Steuern des Motors in Übereinstimmung mit dem Befehlssignal.
Elektrisches Servo-Lenksystem (10) für ein Fahrzeug, das ein Lenkeingabeelement (16), einen mit dem Eingabeelement (16) gekoppelten Elektromotor (34) und eine mit dem Motor (34) in Signalaustausch stehende elektronische Steuereinheit (32), die ein Mittel zum Liefern eines Unterstützungsdrehmoments enthält, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (32) umfasst: Mittel zum Sperren des Unterstützungsdrehmoments; Mittel für die Einnahme eines Weichabschaltzustands (120); Mittel zum zeitlichen Steuern der Dauer des Weichabschaltzustands (120); Mittel zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit des Motors; Mittel zum Berechnen einer Motordämpfung in Entsprechung mit der bestimmten Geschwindigkeit; Mittel zum Skalieren der berechneten Motordämpfung in Entsprechung mit der zeitlichen Steuerung; Mittel zum Begrenzen der skalierten Motordämpfung, um ein Befehlssignal bereitzustellen; und Mittel zum Steuern des Motors (34) in Entsprechung mit dem Befehlssignal.
Elektrisches Servo-Lenksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit des Motors umfassen: Mittel zum Differenzieren eines Signals, das die Motorposition angibt, um ein Signal, das die Motorgeschwindigkeit angibt, bereitzustellen; Mittel zum Skalieren des Signals, das die Motorgeschwindigkeit angibt; Mittel zum Filtern des skalierten Signals; und Mittel zum Multiplizieren des gefilterten Signals mit einem Dämpfungsfaktor, um ein Signal zu erzeugen, das die Motordämpfung angibt.