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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
solche Vorrichtung hat den Nachteil, daß die Servounterstützung nur
während
eines vorherbestimmten Geschwindigkeitsbereichs und nicht während allen
Betriebsbedingungen bereitgestellt wird.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
in 1 im Einklang mit der vorliegenden Erfindung gezeigte
Regelsystem 10 ist Teil eines elektrohydraulischen Servounterstützungs-Lenksystems,
welches einen Elektromotor 12 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.
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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.
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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.
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1 zeigt
das Blockdiagramm des elektrohydraulische Servounterstützungs- Lenkungsregelsystem
der vorliegenden Erfindung. Das System 10 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 Block 14 veranschaulicht.
Der Auswahlprozeß wird
benutzt um einen Schalter 16 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).
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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 Tiefpaßfilter 18 ein, und
bei Block 20 wird die Anpassung berechnet, und die gewünschte Motordrehzahl wird
bei dem Summierblock 22 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-Regler 24 erzeugt.
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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 Begrenzerblock 28 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.
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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
Block 30 dargestellt. Die Basis-Pumpenantriebsdrehzahl
wird derart auf ein niedriges Niveau eingestellt, daß durch
den Basis-Motordrehzahlblock 30 nur ein geringer Betrag
an Durchfluß geliefert wird,
während
das Fahrzeug geradeaus fährt.
Während
Bedingungen, die eine schnelle Lenksystem-Reaktion erfordern, erhöht der Manöver-Ausgleichsblock 32 den
Motordrehzahl-Befehl
schnell im Verhältnis
zu der Lenkrad-Drehgeschwindigkeit ωSW, um
es dem Lenksystem zu erlauben eine schnelle Reaktion bereitzustellen.
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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
Gierblock 36 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 Unterstrategien 30, 32, 34, 36 über den
gesamten Bereich von Fahrsituationen hinweg ein konsistentes Lenkgefühl bei,
indem sie den Motordrehzahl-Befehl bei dem Summierblock 40 fortwährend anpassen.
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Es
wird geschätzt,
daß das
System das Potential für
Verbesserungen der Kraftstoffersparnis von 1% bis 3% besitzt.