DE69928991T2 - Verfahren zur Steuerung eines elektro-hydraulischen Servolenksystems - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines elektrohydraulischen Servounterstützungs-Lenksystems durch Regelung einer Elektromotor-Drehzahl auf Grundlage von Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeuglenkwinkel und Fahrzeuglenkrad-Drehgeschwindigkeit. In herkömmlichen Servounterstützungs-Lenksystemen wird zur Unterstützung der Lenkfunktion verwendete Hydraulikflüssigkeit direkt durch den Motor angetrieben, was typischerweise in einem Wirkungsgradverlust von 2% bis 4% resultiert, weil ein wesentlicher Energiebetrag von dem Motor benutzt wird um Hydraulikflüssigkeit in dem Servounterstützungs-Lenksystem umzupumpen, wenn keine Lenkungsunterstützung benötigt wird. Typischerweise ist der Prozentsatz der Zeit sehr gering, während der ein Fahrzeugführer tatsächlich das Lenkrad in einer Art und Weise dreht, welche Servounterstützung erfordert. Weil in bestimmten Situationen jedoch ein wesentlicher Kraftbetrag für die Lenkungsunterstützung benötigt wird, wird allgemein eine hohe Basispumprate beibehalten, um – wenn nötig – für schnelles Hochfahren der Lenkungsunterstützung zu sorgen. Diese hohe Basispumprate resultiert in den bedeutenden Wirkungsgradverlusten.
- Die Verwendung von Elektromotoren im Antrieb der Servounterstützungs-Hydraulikflüssigkeit hat in einer Verbesserung im Wirkungsgrad resultiert. Es ist jedoch weiterhin wünschenswert, unter einer Vielzahl von Fahrzeug-Betriebsbedingungen optimale Servolenkungs-Unterstützung bereitzustellen, während man für optimalen Wirkungsgrad im Wesentlichen eine niedrige Basis- Pumpendrehzahl beibehält. Bevorzugt wird die Pumpe – wenn nicht benötigt – bei einer sehr niedrigen Drehzahl arbeiten; während sie die Fähigkeit besitzt – wenn benötigt – schnell auf eine gewünschte Drehzahl hochzufahren. Das System muß robust sein, was erreicht werden kann indem man die Anzahl verwendeter Sensoren beschränkt, und muß außerdem ökonomisch und unanfällig für Versagen sein.
- Bekannte Systeme der bisherigen Technik stellen Elektromotoren bereit, welche nur zwei Drehzahlen – hoch und niedrig – aufweisen, was aus Gründen des Lärms und des Wirkungsgrades unerwünscht ist. Ein in U.S.-Patent Nr. 5,508,919, an Suzuki et al., beschriebenes System der bisherigen Technik stellt verbesserte Regelsysteme bereit, vertraut für die Durchflußregelung jedoch auf Druckregelung anstatt die Motordrehzahl zu regeln, und erfordert daher noch immer die Einstellbarkeit eines Meßventils. Ein derartiges System wird nur geringfügige Wirkungsgradverbesserungen bereitstellen. Weil ein derartiges System bei einem konstanten Pumpendurchfluß arbeiten würde, muß die gesamte Systemabstimmung durch komplizierte Modifikationen am Meßventil erzielt werden, was während den verschiedenen Lenkmodi in einem Kompromiß zwischen den Leistungen resultiert.
- Außerdem ist es aus U.S.-Patent Nummer 4,549,627 – welches dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht – bekannt, einen Servolenkungs-Apparat bereitzustellen, in welchem eine Ölpumpe zur Betätigung des Servolenkungs-Apparats durch eine Regelvorrichtung im Einklang mir der Geschwindigkeit des Motorfahrzeugs geregelt wird, um eine Unterstützung hauptsächlich während Betrieb des Motorfahrzeugs bei niedriger Geschwindigkeit bereitzustellen. Die Regelvorrichtung treibt die Pumpe nur an, wenn die Geschwindigkeit des Motorfahrzeugs niedriger ist als eine vorherbestimmte Geschwindigkeit, und hält die Pumpe an wenn die Geschwindigkeit oberhalb der vorherbestimmten Geschwindigkeit liegt oder wenn das Motorfahrzeug stationär ist.
- Eine solche Vorrichtung hat den Nachteil, daß die Servounterstützung nur während eines vorherbestimmten Geschwindigkeitsbereichs und nicht während allen Betriebsbedingungen bereitgestellt wird.
- Es ist daher wünschenswert ein Servounterstützungs-Lenkungsregelsystem bereitzustellen, in welchem der Wirkungsgrad wesentlich verbessert wird, während unter einer Vielfalt von Fahrzeug-Handhabungsbedingungen optimale Servolenkungs-Unterstützung bereitgestellt wird.
- Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Regelung eines elektrohydraulischen Servounterstützungs-Lenksystems bereit, das einen drehzahlvariablen Elektromotor einschließt um Hydraulikflüssigkeit in dem System umzupumpen; wobei das Verfahren umfaßt die Fahrzeuggeschwindigkeit zu überwachen, den Fahrzeuglenkradwinkel zu überwachen, und auf Grundlage dieser überwachten Fahrzeuggeschwindigkeit einen Park- oder Fahrmodus auszuwählen; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren es weiterhin umfaßt eine Fahrzeuglenkrad-Drehgeschwindigkeit zu überwachen, und daß die Drehzahl des drehzahlvariablen Elektromotors auf Grundlage dieser überwachten Fahrzeuglenkrad-Drehgeschwindigkeit geregelt wird, wenn dieser Parkmodus ausgewählt ist; und daß die Drehzahl des drehzahlvariablen Elektromotors auf dieser überwachten Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Fahrzeug-Lenkradwinkel und dieser Fahrzeuglenkrad-Drehgeschwindigkeit basiert, wenn dieser Fahrmodus augewählt ist.
- Dieser Schritt der Auswahl eines Parkmodus oder eines Fahrmodus kann es umfassen den Parkmodus auszuwählen, wenn diese überwachte Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger ist als ungefähr 6,5 km/h (4 mph); und den Fahrmodus auszuwählen, wenn diese überwachte Fahrzeuggeschwindigkeit höher ist als ungefähr 6,5 km/h (4 mph).
- Dieser Schritt der Regelung der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektromotors auf Grundlage dieser überwachten Fahrzeuglenkrad-Drehgeschwindigkeit, wenn dieser Parkmodus ausgewählt ist, kann es umfassen eine Basis-Motordrehzahl zu schaffen und die Motordrehzahl im Verhältnis zu dieser überwachten Lenkrad-Drehgeschwindigkeit zu erhöhen. Dieser Schritt der Erhöhung der Motordrehzahl kann es weiterhin umfassen diese überwachte Lenkrad-Drehgeschwindigkeit zu kalibrieren.
- Dieser Schritt der Regelung der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektromotors auf Grundlage dieser überwachten Fahrzeuggeschwindigkeit, des Fahrzeuglenkradwinkels und der Fahrzeuglenkrad-Drehgeschwindigkeit kann es umfassen eine Basis-Motordrehzahl zu schaffen; diese geschaffene Motordrehzahl im Verhältnis zu dieser überwachten Lenkrad-Drehgeschwindigkeit zu erhöhen, um Fahrzeug-Ausweichmanövern Rechnung zu tragen; die Motordrehzahl für verbessertes Mittellagen-Lenkgefühl bei hohen Geschwindigkeiten im Verhältnis zu dieser überwachten Fahrzeuggeschwindigkeit zu senken; und die Motordrehzahl im Verhältnis zum Produkt dieser überwachten Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Absolutwerts dieses überwachten Fahrzeuglenkradwinkels anzupassen. Jeder dieser Erhöhungs-, Senkungs- und Anpassungsschritte kann es weiterhin umfassen die jeweils überwachte Geschwindigkeit, Drehzahl oder den Winkel zu kalibrieren.
- Das Verfahren kann es weiterhin umfassen abzutasten, wenn das Fahrzeuglenkrad einen Endanschlag erreicht, und danach die Drehzahl des drehzahlvariablen Elektromotors zu beschränken, wenn das Lenkrad den Endanschlag erreicht. Die Abtastung, daß das Fahrzeuglenkrad einen Endanschlag erreicht, kann es umfassen das Lastdrehmoment des drehzahlvariablen Elektromotors abzutasten.
- Der obige Gegenstand und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden genauen Beschreibung des besten Ausführungsmodus der Erfindung leicht ersichtlich, wenn in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet.
- Die Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems im Einklang mit der vorliegenden Erfindung zeigt. - Das in
1 im Einklang mit der vorliegenden Erfindung gezeigte Regelsystem10 ist Teil eines elektrohydraulischen Servounterstützungs-Lenksystems, welches einen Elektromotor12 einsetzt um eine Hydraulikpumpe anzutreiben, welche wiederum den Systemdruck erzeugt, der benutzt wird um das Lenkgestänge zu bewegen. Der Pumpendurchfluß wird durch Regelung der Drehzahl des Elektromotors fortwährend – vorzugsweise jede Millisekunde – variiert. Diese Regeltechnik stellt den Minimalbetrag an Durchfluß bereit, der benötigt wird um gutes Lenkgefühl beizubehalten, ohne Energie zu verschwenden. Dieses Verfahren der Regelung stellt eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrads gegenüber anderen elektrohydraulischen und herkömmlichen Servolenksystemen bereit, da beide während den meisten Lenkbedingungen allgemein einen übermäßigen Pumpendurchfluß bereitstellen. - Variablen Durchfluß und eine verbesserte Strategie zu verwenden erlaubt – unabhängig voneinander – die Optimierung jedes Lenkmodus durch geeignete Regelung des Pumpendurchflusses. Weiterhin kann die Reaktion des Lenksystems in Software in weitem Rahmen umkonfiguriert werden, was viele neue Alternativen für die Personalisierung des Lenkgefühls bietet.
- Dieser Algorithmus verwendet die Fahrzeuggeschwindigkeit (MV), die relative Lenkradstellung (θSWA) und die Lenkrad-Drehgeschwindigkeit (ωSW) als die Regeleingaben. Aus diesen Informationen können drei Fahrbedingungen und eine Parkbedingung identifiziert und kann ihnen Rechnung getragen werden. Die drei Fahrbedingungen sind: Mittellage, Ausweichmanöver, und Kurvenfahrt mit konstantem Radius. Jede der Fahrbedingungen hat eine unabhängige Strategie mit einem einzigartigen Satz von Kalibrierparametern für die spezielle Bedingung. Jeder Modus wird dann für optimale Leistung mit einem Minimum an Wechselwirkung mit den anderen Lenkmodi abgestimmt. Diese Kalibrierparameter erlauben einen weiten Bereich der Systemabstimmung, welche verschiedene Konfigurationen für verschiedene Fahrzeugserien, Fahrzeugmodelle, individuelle Fahrervorzüge und individuelle Märkte bereitstellen kann, alles ohne irgendwelche Hardwareänderungen; dadurch reduzieren sie die Komplexität der Hardware.
-
1 zeigt das Blockdiagramm des elektrohydraulische Servounterstützungs- Lenkungsregelsystem der vorliegenden Erfindung. Das System10 ist in zwei Modi aufgeteilt, einen Parkregelmodus und einen Fahrregelmodus, jeder mit einer unabhängigen Strategie. Die Auswahl zwischen den Modi basiert auf der Fahrzeuggeschwindigkeit MV. Die Auswahl ist bei Block14 veranschaulicht. Der Auswahlprozeß wird benutzt um einen Schalter16 zu regeln. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als ungefähr 6,5 km/h (4 mph), so wird der Parkmodus ausgewählt, und der Fahrmodus wird ausgewählt wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit MV höher ist als ungefähr 6,5 km/h (4 mph). - In dem Parkregelmodus ist die Haupteingabe das Lenkrad-Drehgeschwindigkeits-Signal ωSW. In diesem Parkmodus wird eine Basis-Parkgeschwindigkeit geschaffen, wie bei Block
17 veranschaulicht, und wird im Verhältnis zu der überwachten Lenkrad-Drehgeschwindigkeit ωSW erhöht. Die überwachte Lenkrad-Drehgeschwindigkeit ωSW tritt in einen Tiefpaßfilter18 ein, und bei Block20 wird die Anpassung berechnet, und die gewünschte Motordrehzahl wird bei dem Summierblock22 um das Produkt von KSW2·ϖSW erhöht. Die Werte „K" in dieser Beschreibung sind Kalibrierkonstanten. In dieser Art und Weise wird ein Motordrehzahl-Befehl für den Motordrehzahl-Regler24 erzeugt. - Wird das Lenkrad zum Bewegungsende an den Endanschlag gedreht, so können sich in einer Elektrohydraulik, ebenso wie in einem herkömmlichen Lenksystem, hohe Drücke aufbauen. Mit dieser verbesserten Strategie wird der Endanschlag durch Überwachung der Motordrehmoment-Belastung τL abgetastet, wie bei Block
26 dargestellt. Dies wird erreicht indem man nach einer bestimmten Drehmomentbelastungs-Signatur (τL) schaut, welche dafür bezeichnend ist daß der Endanschlag erreicht ist. Wird eine derartige Signatur wiederholt, so wird angenommen daß das Lenkrad am Endanschlag gehalten wird. Während weiterer Versuche, das Gestänge am Endanschlag zu halten, wird das System den Leistungsverbrauch auf ein niedriges Niveau begrenzen, indem es den Befehl der gewünschten Motordrehzahl begrenzt, wie durch Begrenzerblock28 dargestellt. Die Parkregelstrategie-Funktionen (17 ,20 ,26 ) werden unter Verwendung von Konstanten (KBDS, KTIME, KSW2, τL) kalibriert, um die Leistung während des Betriebs zu optimieren. - Befindet sich der Schalter
16 im Fahrregelmodus, so ist jede der drei Komponenten der gewünschten Motordrehzahl konstruiert um unabhängig zu funktionieren und unabhängig abstimmbar zu sein. Es wird eines Basis-Motordrehzahl geschaffen, wie durch Block30 dargestellt. Die Basis-Pumpenantriebsdrehzahl wird derart auf ein niedriges Niveau eingestellt, daß durch den Basis-Motordrehzahlblock30 nur ein geringer Betrag an Durchfluß geliefert wird, während das Fahrzeug geradeaus fährt. Während Bedingungen, die eine schnelle Lenksystem-Reaktion erfordern, erhöht der Manöver-Ausgleichsblock32 den Motordrehzahl-Befehl schnell im Verhältnis zu der Lenkrad-Drehgeschwindigkeit ωSW, um es dem Lenksystem zu erlauben eine schnelle Reaktion bereitzustellen. - Während die Fahrzeuggeschwindigkeit MSV steigt, wird der Durchfluß proportional gesenkt, um ein gutes, festes Mittellagen-Lenkgefühl beizubehalten, wie durch Block
34 dargestellt. Während starker Lenkmanöver bei hoher Geschwindigkeit würden sich am Lenkrad große Kräfte aufbauen; der künstliche Gierblock36 verhindert diese Situation jedoch, indem er die Motordrehzahl proportional anpaßt, um diesen Gierkräften entgegenzuwirken. Diese Anpassung kann eine positive oder negative Anpassung sein, abhängig von der speziellen Fahrzeugkonstruktion, oder in einem vom Fahrer einstellbare Parameter aufweisenden System kann sie auf Grundlage der Wünsche des Fahrers angepaßt werden. Zusammen behalten die verschiedenen Unterstrategien30 ,32 ,34 ,36 über den gesamten Bereich von Fahrsituationen hinweg ein konsistentes Lenkgefühl bei, indem sie den Motordrehzahl-Befehl bei dem Summierblock40 fortwährend anpassen. - Es wird geschätzt, daß das System das Potential für Verbesserungen der Kraftstoffersparnis von 1% bis 3% besitzt.
Claims (8)
- Ein Verfahren zur Regelung eines elektrohydraulischen Servounterstützungs-Lenksystems (
10 ), das einen drehzahlvariablen Elektromotor (12 ) einschließt um Hydraulikflüssigkeit in dem System umzupumpen; wobei das Verfahren umfaßt die Fahrzeuggeschwindigkeit (MV) zu überwachen, den Fahrzeuglenkradwinkel (θSW, θSWA) zu überwachen, und auf Grundlage dieser überwachten Fahrzeuggeschwindigkeit einen Park- oder Fahrmodus auszuwählen; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren es weiterhin umfaßt eine Fahrzeuglenkrad-Drehgeschwindigkeit (ωSW) zu überwachen, und daß die Drehzahl des drehzahlvariablen Elektromotors (12 ) auf Grundlage dieser überwachten Fahrzeuglenkrad-Drehgeschwindigkeit (ωSW) geregelt wird, wenn dieser Parkmodus ausgewählt ist; und daß die Drehzahl des drehzahlvariablen Elektromotors (12 ) auf dieser überwachten Fahrzeuggeschwindigkeit (MV), dem Fahrzeug-Lenkradwinkel (θSW,θSWA) und dieser Fahrzeuglenkrad-Drehgeschwindigkeit (ωSW) basiert, wenn dieser Fahrmodus augewählt ist. - Ein Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem dieser Schritt der Auswahl eines Parkmodus oder eines Fahrmodus es umfaßt den Parkmodus auszuwählen, wenn diese überwachte Fahrzeuggeschwindigkeit (MV) niedriger ist als ungefähr 6,5 km/h (4 mph); und den Fahrmodus auszuwählen, wenn diese überwachte Fahrzeuggeschwindigkeit höher ist als ungefähr 6,5 km/h (4 mph).
- Ein Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem dieser Schritt der Regelung der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektromotors (
12 ) auf Grundlage dieser überwachten Fahrzeuglenkrad-Drehgeschwindigkeit (ωSW), wenn dieser Parkmodus ausgewählt ist, es umfaßt eine Basis-Motordrehzahl zu schaffen und die Motordrehzahl im Verhältnis zu dieser überwachten Lenkrad-Drehgeschwindigkeit (ωSW) zu erhöhen. - Ein Verfahren wie in Anspruch 3 beansprucht, in dem dieser Schritt der Erhöhung der Motordrehzahl es weiterhin umfaßt diese überwachte Lenkrad-Drehgeschwindigkeit (ωSW) zu kalibrieren.
- Ein Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem dieser Schritt der Regelung der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektromotors (
12 ) auf Grundlage dieser überwachten Fahrzeuggeschwindigkeit (MV), dem Fahrzeuglenkradwinkel (θSW, θSWA) und der Fahrzeuglenkrad-Drehgeschwindigkeit (ωSW) es umfaßt eine Basis-Motordrehzahl zu schaffen; diese geschaffene Basis-Motordrehzahl im Verhältnis zu dieser überwachten Lenkrad-Drehgeschwindigkeit (ωSW) zu erhöhen, um Fahrzeug-Ausweichmanövern Rechnung zu tragen; die Motordrehzahl für verbessertes Mittellagen-Lenkgefühl bei hohen Geschwindigkeiten im Verhältnis zu dieser überwachten Fahrzeuggeschwindigkeit (MV) zu senken; und die Motordrehzahl im Verhältnis zu dem Produkt dieser überwachten Fahrzeuggeschwindigkeit (MV) und eines Absolutwerts dieses überwachten Fahrzeuglenkradwinkels (θSWA) anzupassen. - Ein Verfahren wie in Anspruch 5 beansprucht, in dem jeder dieser Erhöhungs-, Senkungs- und Anpassungsschritte es weiterhin umfaßt die jeweils überwachte Geschwindigkeit, Drehzahl (MV) oder den Winkel (θSW, θSWA) zu kalibrieren.
- Ein Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, das es weiterhin umfaßt abzutasten, daß das Fahrzeuglenkrad einen Endanschlag erreicht, und danach die Drehzahl des Drehzahlvariablen Motors (
12 ) zu beschränken, wenn das Lenkrad den Endanschlag erreicht. - Ein Verfahren wie in Anspruch 7 beansprucht, in dem die Abtastung, daß das Fahrzeuglenkrad einen Endanschlag erreicht, es umfaßt das Lastdrehmoment (τL) des drehzahlvariablen Elektromotors (
12 ) abzutasten.
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