EP1646547A1 - Verfahren zum ermitteln eines istwertes einer stellgrösse, insbesondere eines lenkwinkels - Google Patents
Verfahren zum ermitteln eines istwertes einer stellgrösse, insbesondere eines lenkwinkelsInfo
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- EP1646547A1 EP1646547A1 EP04766073A EP04766073A EP1646547A1 EP 1646547 A1 EP1646547 A1 EP 1646547A1 EP 04766073 A EP04766073 A EP 04766073A EP 04766073 A EP04766073 A EP 04766073A EP 1646547 A1 EP1646547 A1 EP 1646547A1
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- afs
- steering
- steering angle
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- B60T8/17551—Brake regulation specially adapted to control the stability of the vehicle, e.g. taking into account yaw rate or transverse acceleration in a curve determining control parameters related to vehicle stability used in the regulation, e.g. by calculations involving measured or detected parameters
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- B60W2710/207—Steering angle of wheels
Definitions
- the invention relates to a method for determining an actual value of a manipulated variable set by an actuator.
- a driving dynamics control for vehicles is usually based on a comparison of an actual behavior detected by different vehicle sensors with a target behavior determined in a vehicle model.
- driving dynamics control is described for example in German laid-open specification DE 195 15 058 AI.
- the target behavior of the vehicle is determined in particular as a function of a steering angle on the steerable wheels that represents a driver's desired direction on the basis of the vehicle model.
- the steering angle set by the driver by means of a steering device of the vehicle on the wheels is used as the steering angle representing the driver's desired direction.
- This steering angle can be measured by a steering angle sensor on the steering wheel or on the wheels.
- a steering angle on the steerable wheels of the vehicle is the sum of the steering angle commanded by the driver and one Additional steering angle, according to which the additional steering movement is carried out.
- German published patent application DE 197 51 227 discloses a yaw rate regulation in which the additional steering angle is determined as a function of a yaw movement of the vehicle.
- a very direct steering ratio is set in order to minimize the steering effort for the driver when maneuvering, while at high speeds a very indirect transmission ratio is set in order to reduce the steering nervousness.
- the additional steering angle is usually set by means of a planetary gear controlled by an actuator, the actuator typically being designed as an electric motor to which control signals containing a setpoint of the additional steering angle are transmitted.
- the invention now relates to the problem of determining the proportion of the steering angle set on the steerable wheels which corresponds to the driver's desired direction, if the steering angle set by means of the superimposed steering is composed of several parts which are transmitted to the actuator as target partial values.
- the different proportions of the set additional steering angle cannot be measured by sensors, but the additional steering angle becomes so if the actuator dynamics are sufficiently high quickly set that the target partial values Ott can be used as actual values.
- the dynamics of the actuator are limited in such a way that there is a considerable delay in setting the additional steering angle and the target partial values do not represent the respective actual partial values.
- the invention is therefore based on the object of providing a method which enables a reliable estimate of the partial actual values to be determined as quickly as possible even if the actuator exhibits an unknown actuating behavior.
- this object is achieved by a method according to claim 1.
- the invention provides that a method for determining an actual value of a manipulated variable set by an actuator in accordance with a setpoint value is carried out in such a way that a partial value of a setpoint in accordance with a A sum of existing setpoint values of setpoint values, the actual value set as a function of the setpoint value corresponding to the partial value, is estimated in an actuator model formed with at least one parameter, the value of the parameter being determined on the basis of a deviation between the total setpoint value and a detected actual value of the manipulated variable.
- the actuating behavior of the actuator is thus analyzed on the basis of a comparison between the target total value and the actual total value of the manipulated variable, and the partial value is simulated on the basis of the actuator model.
- a particular advantage of the method according to the invention consists in particular in that the actuating behavior can be determined “online” and thus the actuator behavior is used in each case when determining the estimated value for the actual partial value, which is present at the time when the actual partial value is requested.
- Preferred embodiments of the method are characterized in that the value of the parameter of the control deviation between the target sum value and the detected actual sum value is assigned to the manipulated variable on the basis of a characteristic curve, determined in a model of the actuator or determined by a parameter estimation method.
- the parameter estimation method should preferably be an online method.
- one advantageous embodiment of the method provides for the value for the parameter to be limited to a predetermined interval.
- the characteristic curve is a step function that assigns all values of the control deviation that are smaller than a predetermined threshold value to a value of the parameter corresponding to a normal dynamic range of the actuator and values of the control deviation that are larger than the threshold value assigns a value to the parameter , which corresponds to a reduced dynamics of the actuator.
- a step function with hysteresis can also be used.
- the characteristic curve preferably contains a further central range, for example with a linear association between the control deviation and the parameter.
- This actuator model preferably describes the dynamic transmission behavior of the actuator and shows the relationship between an input variable and an output variable.
- the target and actual values of the manipulated variable are expediently considered as input and output variables.
- a time constant is therefore determined as a parameter of the actuator model.
- the actuator switches to a steady state if the input signal does not change or does not change significantly over a longer period of time.
- the control deviation between the actual and the setpoint is very small, even with reduced actuator dynamics.
- An advantageous embodiment of the method is therefore characterized in that a certain value is retained for the parameter when the rate of change of the target total value and / or the actual total value is below a predetermined threshold value.
- the parameter value is recalculated in this
- This embodiment is particularly preferred if the dynamics and the availability of the actuator are to be inferred from the value of the parameter, since only a transient behavior during the transitional period is of interest for evaluating the dynamics of the actuator.
- the method according to the invention is particularly advantageously suitable for determining a reliable estimated value for the actual partial value of a steering angle set by an actuator of a superimposed steering system.
- the actual partial value of the additional steering angle is preferably determined, which corresponds to the portion for changing the steering ratio.
- FIG. 1 shows a block diagram to illustrate an embodiment of the method according to the invention, in which the value of the parameter is assigned on the basis of a characteristic curve
- FIG. 2 shows a block diagram to illustrate an embodiment of the method, in which the rate of change of the total setpoint is additionally taken into account
- FIG. 3 shows a block diagram to illustrate an embodiment of the method according to the invention, in which the value of the parameter is determined using a parameter estimation method
- FIG. 4 shows a block diagram to illustrate an embodiment of the method according to the invention, in which the value of the parameter is determined using an inverse model
- FIG. 5 shows a block diagram to illustrate a further embodiment of the method in which the value of the parameter is determined using a parameter estimation method.
- FIG. 6 shows a block diagram to illustrate a further embodiment of the method according to the invention which the value of the parameter is determined on the basis of a model
- FIG. 7 shows a block diagram to illustrate a still further embodiment of the method.
- the invention provides an advantageous method for determining an estimated value for an actual partial value of a manipulated variable.
- the method finds an advantageous application in the determination of an actual partial steering angle, which is set by a superimposed steering according to a target total steering angle consisting of a sum of target partial steering angles.
- VARI speed-dependent change in the steering ratio
- the target behavior can be determined using a vehicle reference model. This is done by a vehicle controller (ESP control unit 70) which in particular carries out an electronic stability program (ESP).
- ESP control unit 70 which in particular carries out an electronic stability program (ESP).
- the ESP includes, for example, a yaw rate control (GRR), in which an understeer or oversteer of a vehicle is detected by comparing a target yaw rate determined on the basis of the vehicle model and an actual yaw rate detected by a yaw rate sensor and by suitable brake, engine and / or Steering interventions are applied to the vehicle with a yaw moment that corrects the driving behavior.
- GRR yaw rate control
- the vehicle controller can also perform a yaw moment compensation (GMK), for example, in which a yaw moment is determined and adjusted, which counteracts a disturbing torque that arises, for example, as a result of different braking powers on different wheels of the vehicle.
- GMK yaw moment compensation
- the yaw moment can also be generated by steering intervention.
- the additional steering angle set by the superimposed steering on the wheels is the sum of the additional steering angle of the VARI, which together with the steering angle commanded by the driver as Input variable for the ESP control unit 70 is used, and the partial additional steering angles of the GRR and / or the GMK, which should not be included in the vehicle model.
- the individual partial additional steering angles are only available as target values, the sum of which is regulated by the superimposed steering, and the actual total steering angle actually set by the superimposed steering or the actuator of the superimposed steering cannot be divided into its proportions corresponding to the target partial values for the reasons mentioned at the beginning. While the nominal partial value can be used as the actual partial value in the vehicle model with normal dynamics of the actuator, this is not always possible with reduced dynamics.
- a vehicle in which the driver of the vehicle can set a steering angle Lenk LR , wh ⁇ on one or more steerable wheels of the vehicle by means of a steering wheel or another steering device.
- the steering system has a steering gear which has a steering pinion connected to the steering wheel, which engages in a toothed rack and thus conveys the steering movements of the driver to the steerable wheels.
- the steering gear provides a transmission ratio i L G between the steering angle L L R, wi on the wheels and the steering angle L L R, sz ⁇ _ on the steering wheel.
- the vehicle can be, for example, a two-axle, four-wheel vehicle with two steerable front wheels.
- Superimposed steering has a free assignment between the steering wheel angle LR , SZL and the steering angle on the wheels. This can be achieved, for example, by means of a planetary gear introduced into the steering train in front of the steering pinion, in which an electromechanical actuator engages in order to turn the steering pinion relative to the steering wheel.
- the superimposed steering thus allows both the steering ratio to be changed and the additional steering angle set, the steering angle on the steering pinion being the sum of the steering wheel angle translated by the transmission of the superimposed steering and the additional steering angle.
- the transmission of the superimposed steering is referred to below as the AFS transmission and provides a mechanical steering ratio i AFS .
- the control units for carrying out the GRR and the GMK each specify a desired partial additional steering angle ⁇ ä G RR, req or Aä G M ⁇ , req, which is set by the actuator of the superimposed steering.
- the control unit for VARI specifies the desired partial steering angle äv ⁇ Ri.req, which is determined as a function of the actual steering wheel angle ä LRS zL set by the driver and is transmitted to the actuator, which then sets the partial additional steering angle of the VARI.
- 3vAR I , req 3 R, SZL + "9vARI, req f
- ⁇ ä V ARi, r e q denotes the target additional steering angle of the VARI.
- the target steering angles specified by the control units relate to angles on the steerable wheels, but can be related to the steering pinion based on the known transmission behavior of the steering gear.
- the vehicle is equipped with a driving dynamics controller and in particular with an ESP control Unit 70 is equipped, for example, for carrying out the GRR, which determines the manipulated variables as a function of the deviation between a detected actual value of a driving state variable and a target value calculated on the basis of a vehicle reference model.
- the ESP control unit needs the actual value of the steering angle corresponding to the driver's request, which, as explained, is to be seen here as the actual partial steering angle vARI of the VARI.
- the block diagram in Figure 1 illustrates a possible implementation of the method according to the invention, the f for determining an estimated value ⁇ VART can be used for the actual value V ä ARi of the actual steering angle part.
- the actual steering wheel angle ä L R, sz on the steering wheel, the target partial steering angle ävARi-re of the VARI, based on the steerable wheels, the target partial additional angle ⁇ ä G RR, req of the GRR serve as input variables for the method the wheels, the target partial additional steering angle ⁇ ä GM ⁇ , req the GMK on the wheels and the actual total additional steering angle ⁇ ä ⁇ FS of the superimposed steering on the steering pinion.
- the steering angles ä V ARi, eq c Aä GRR ⁇ req and Aä G M ⁇ , e can be transmitted directly from the corresponding control units.
- the steering angle ⁇ ä A Fs can be the difference between the actual steering wheel angle related to the steering pinion IAFS "ä LR , SZ L and the actual total steering angle äsuM, which can be detected by an angle sensor.
- SSL is at the steering wheel for performing the method, first, as the basis of the block 10 is illustrated, in the actual steering wheel angle ä L R, Ri i z e t to the steering pinion transferred. This is done by simply multiplying ä ⁇ _R, sz with the known mechanical transmission ratio IAF S of the AFS transmission at the multiplication point 10.
- a further multiplication, illustrated in block 30 of LLR, now with the inverse of the steering gear ratio i LG delivers the actual steering wheel angle L L R, wi LR LR , Rizei "1 / ⁇ LG on the steerable wheels, taking into account the transmission behavior of the steering gear is as shown in block 20. This is done using the known transmission characteristic of the steering gear.
- the steering angles aAi, req-Ae GRR , req and Aa GM ⁇ , req are first added in block 80 so that the target total steering angle on the wheel is obtained.
- the target total steering angle ä SUM , re q can then be calculated on the steering pinion.
- the transmission behavior of the steering gear in particular the inverse transmission characteristic, must be taken into account.
- Forming the difference between SU SU M, re and LR LRR at the subtraction point 110 supplies the target total additional steering angle ⁇ ä A Fs, r e q of the superimposed steering on the steering pinion, which is compared with the actual additional steering angle Aä A Fs by the control deviation to determine ⁇ , A Fs for the total steering angle to be set by the superimposed steering. This is done by means of subtraction, as shown with reference to subtraction point 120.
- the control deviation ⁇ , AF s of the total additional steering angle determined in this way is used according to the invention to determine a time constant TAFS of a model of the actuator controlling the AFS transmission.
- the actuator is an electric motor, which typically has a PT 2 transmission behavior that is characteristic of retarding and oscillating actuators.
- the actuator of the AFS transmission must not overshoot when setting a predetermined additional steering angle, since otherwise fatal effects on driving behavior would be expected.
- an estimated value ⁇ VARI for the actual partial additional steering angle ⁇ ä V ARi of the VARI is determined using the PTi model on the basis of an estimated value T AFS for the time constant T AFS of the model.
- the input partial steering angle ⁇ ä VA Ri, req the VARI on the wheel serves as the input variable for block 50, which is obtained by subtracting the actual steering wheel angle ä L R, whi on the wheel from the desired partial steering angle ä V ARi, req on the wheel on the Subtraction point 40 is obtained.
- the steering angle ä VA Ri, re q related to the wheel can be used here as an input variable since only the actuating behavior of the actuator controlling the AFS transmission is modeled and not of the AFS transmission itself.
- target partial additional steering angles related to the steering pinion or the steering wheel could also be used as input variables for the block 50.
- the embodiment shown has the advantage, however, that the output variable ⁇ VARI , as well as the actual partial steering angle sought, VA R ⁇ . the VARI related to the bike. This avoids unnecessary conversions between different reference points.
- the steering angle VARI is an estimated value for the driver's steering request DRV, req, which is included in the vehicle reference model used by the ESP control unit 70 to determine the target vehicle behavior.
- a single-track model is preferably used by the ESP control unit 70.
- control unit 70 receives the estimated value T AFS for the time constant T AFS of the AFS actuator.
- calculates the control deviation ⁇ , A Fs formed at the subtraction point 120, as shown in block 130.
- the estimation of T AFS is carried out on the basis of a characteristic curve which corresponds to each filtered value
- the characteristic curve can be used as a step function, which for each value
- a hysteresis function can also be used in combination with the step function.
- the time constant T AFS determined in this way can serve on the one hand as an input variable of block 50 for calculating the steering angle ⁇ VARI , but it can also be supplied to a unit for monitoring the actuator dynamics.
- the control deviation similarly disappears almost completely, and a time constant T AFS is estimated that corresponds to the normal dynamic that may not even be present.
- T AFS is only redetermined if the rate of change ⁇ AFSrreq of the target additional steering angle ⁇ ä A Fs, req exceeds a predetermined threshold value ,
- the rate of change is calculated by a differentiator 160 and transferred to block 170. This provides an output signal with the value one if the value of ⁇ ä A Fs, r e q exceeds the threshold value; otherwise the output signal, which serves as an input signal for block 180, assumes the value zero.
- Block 180 is interposed between blocks 130 and 140 and transfers the currently calculated value
- the method according to the invention can be carried out quickly and reliably even with relatively little use of computing power. With a higher computing power, however, it is possible to carry out a more precise determination of the time constant T AFS using parameter estimation methods with greater complexity.
- a suitable parameter estimation method is carried out in block 200, which calculates an estimated value T AFS for the time constant T A FS depending on the input signals Aä_ AFs, req and ⁇ ä AF s.
- Limiter 210 limits the values of T AFS to a value range between a minimum value representing normal dynamics of the actuator and a maximum value representing reduced dynamics.
- block 210 may result in incorrect calculations of the value T AFS which may occur.
- the low-pass filter 220 downstream of the limiter 210 has the same function as the low-pass filter 140, namely to filter out unrealistic sudden changes in T AFS .
- a particularly suitable method for estimating the time constant is, in the case illustrated here by way of example, a model-based parameter estimation method which is based on the PTi Model of the AFS actuator is based, which is also the basis for the calculation of ⁇ VARI by block 50.
- the calculation is carried out using the differential equation describing the transmission behavior of the actuator (inverse model).
- T AFS can thus be determined analytically using the expression (*), as is provided for in the embodiment of the method according to the invention illustrated by the block diagram in FIG.
- T AFS The analytical calculation of T AFS is carried out within block 230.
- a new value T AFS is only determined and transferred to the limiter 210 when the amount ⁇ Betrag AFS exceeds the given threshold. Otherwise, the last determined value T AFS is transferred to the limiter 210.
- the estimated actual partial steering angle ⁇ V ⁇ RT of the VARI on the wheel is determined by adding the estimated actual partial additional steering angle ⁇ VARI and the actual steering wheel angle ⁇ , R, wt ⁇ i on the wheel.
- the input signals Aa A Fs and Aa A Fs, req are determined in the same way as was carried out in the embodiments of the method described above.
- the target partial total additional steering angle ⁇ ä ⁇ , req which is obtained at the summation point 260 as the sum of the target partial additional steering angle ⁇ ä G RR, req of the GRR and the target partial additional steering angle ⁇ ä G M ⁇ , re q of the GMK, serves as the input variable for block 50 becomes.
- the block 50 simulating the transmission behavior of the AFS actuator calculates an estimated value ⁇ ⁇ for the actual partial-sum additional steering angle ⁇ ä ⁇ on the basis of the value ⁇ ä ⁇ , re q.
- block 200 of the block diagram in FIG. 5 is replaced by block 230, by means of which the model-based parameter estimation method is carried out as described in connection with FIG.
- FIG. 7 A still further embodiment of the method according to the invention is shown in FIG. 7 using the block diagram.
- the circuit arrangement corresponds to the block diagram in FIG. 4 with the difference that the estimated value T AFS is not transferred to block 50, but to the ESP control unit 70.
- the estimated actual partial additional steering angle ⁇ VAR i is determined by the block 50 from the desired partial additional steering angle ⁇ ä V ARi, re q on the basis of the tuator model with the time constant T AFS representing the normal dynamics of the actuator.
- a possibly reduced dynamic of the actuator is taken into account within the ESP control unit 70 by a widening of the threshold in the control unit contained therein.
- the threshold value in the embodiment of the method according to the invention illustrated in FIG. 7 is adapted to the dynamics of the actuator.
- the threshold value is increased when an estimated value T AFS representing a reduced actuator dynamics results.
- the present invention provides an advantageous method which enables reliable driving dynamics control with interventions in the
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Abstract
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Ermitteln eines durch einen Aktuator nach Massgabe eines Sollwertes eingestellten Istwertes einer Stellgrösse bereit. Das Verfahren zeichnet sich dabei dadurch aus, dass ein Teilwert eines nach Massgabe eines aus einer Summe von Sollteilwerten bestehenden Sollsummenwertes eingestellten Istwertes in Abhängigkeit des dem Teilwert entsprechenden Sollteilwertes in einem mit wenigstens einem Parameter gebildeten Aktuatormodell ermittelt wird, wobei der Wert des Parameters anhand einer Abweichung zwischen dem Sollsummenwert und einem erfassten Istsummenwert der Stellgrösse bestimmt wird. Es eignet sich insbesondere zur Ermittlung eines Istwertes eines Lenkwinkels an lenkbaren Rädern eines Fahrzeugs, der in einem Fahrzeugreferenzmodell einer Fahrdynamikregelung verwendet werden kann.
Description
Verfahren zum Ermitteln eines Istwertes einer Stellgröße, insbesondere eines Lenkwinkels
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines durch einen Aktuator eingestellten Istwertes einer Stellgröße.
Sie eignet sich insbesondere zur Ermittlung eines Istwertes eines Lenkwinkels an lenkbaren Rädern eines Fahrzeugs, der innerhalb einer Fahrdynamikregelung verwendet werden kann .
Einer Fahrdynamikregelung für Fahrzeuge liegt üblicherweise ein Vergleich eines durch verschiedene Fahrzeugsensoren erfassten Istverhaltens mit einem in einem Fahrzeugmodell ermittelten Sollverhalten zugrunde. Eine derartige Fahrdynamikregelung ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 15 058 AI beschrieben.
Das Sollverhalten des Fahrzeugs wird insbesondere in Abhängigkeit eines einen Richtungswunsch eines Fahrers repräsentierenden Lenkwinkels an den lenkbaren Rädern anhand des Fahrzeugmo- dells ermittelt. Bei dem in der Offenlegungsschrift DE 195 15 058 AI beschriebenen Fahrzeugmodell wird dabei der durch den Fahrer mittels einer Lenkeinrichtung des Fahrzeugs an den Rädern eingestellten Lenkwinkel als der den Richtungswunsch des Fahrers repräsentierende Lenkwinkel zugrunde gelegt. Dieser Lenkwinkel kann durch einen Lenkwinkelsensor am Lenkrad oder an den Rädern gemessen werden.
Es ist jedoch bekannt, eine durch den Fahrer eines Fahrzeugs initiierte Lenkbewegung mit . einer zusätzlichen, durch einen Regler initiierten Lenkbewegung zu überlagern. Ein Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs ergibt sich dabei als Summe des durch den Fahrer kommandierten Lenkwinkels und eines
Zusatzlenkwinkels, nach dessen Maßgabe die zusätzliche Lenkbewegung ausgeführt wird.
Beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 51 227 geht diesbezüglich eine Gierratenregelung hervor, bei welcher der Zusatzlenkwinkel in Abhängigkeit einer Gierbewegung des Fahrzeugs bestimmt wird.
Ferner ist es bekannt, ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Lenkwinkel an einer Lenkeinrichtung des Fahrzeugs, beispielsweise an einem Lenkrad, und dem Lenkwinkel der lenkbaren Räder des Fahrzeugs durch ein Einstellen eines in Abhängigkeit einer Fahrzeugsgeschwindigkeit bestimmten Zusatzlenkwinkels geschwindigkeitsabhängig zu verändern.
Bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit wird dabei eine sehr direkte Lenkübersetzung eingestellt, um den Lenkaufwand für den Fahrer beim Manövrieren zu minimieren, während bei hohen Geschwindigkeiten ein sehr indirektes Übersetzungsverhältnis ein- gestellt wird, um die Lenknervosität zu reduzieren.
Der Zusatzlenkwinkel wird üblicherweise mittels eines durch einen Aktuator gesteuerten Planetengetriebes eingestellt, wobei der Aktuator typischerweise als Elektromotor ausgeführt ist, dem einen Sollwert des Zusatzlenkwinkels beinhaltende Steuersignale übermittelt werden .
Die Erfindung bezieht sich nun auf das Problem, den dem Richtungswunsch des Fahrers entsprechenden Anteil des an den lenk- baren Rädern eingestellten Lenkwinkels zu ermitteln, wenn sich der mittels der Überlagerungslenkung eingestellte Lenkwinkel aus mehreren Anteilen zusammensetzt, die dem Aktuator als Sollteilwerte übermittelt werden.
Die verschiedenen Anteile des eingestellten Zusatzlenkwinkels sind nicht durch Sensoren messbar, bei einer ausreichend hohen Dynamik des Aktuators wird der Zusatzlenkwinkel jedoch so
schnell eingestellt, dass die Sollteilwerte Ott als lstteiiwer- te verwendet werden können.
In manchen Situationen, z.B. insbesondere nach einem Starten des Fahrzeugs bei tiefen Temperaturen ist die Dynamik des Ak- tuators jedoch derart eingeschränkt, dass ein erheblicher zeitlicher Verzug beim Einstellen des Zusatzlenkwinkels auftritt und die Sollteilwerte nicht die jeweiligen Istteilwerte repräsentieren.
Es ist zwar denkbar, die Istteilwerte aus einem durch einen Lenkwinkelsensor erfassten Istsummenwert des Zusatzlenkwinkels entsprechend dem Verhältnis zwischen einem entsprechenden Sollteilwert und einem Sollsummmenwert oder auf andere Weise aus den Sollwerten zu berechnen, dies berücksichtigt jedoch nicht, dass die Istteilwerte bei reduzierter Dynamik des Aktuators maßgeblich auch durch die als Gradienten bezeichneten Änderungsraten der Sollteilwerte bestimmt werden.
Derartige, auf der Berechnung anhand der Sollwerte basierende, Verfahren gestatten somit bei reduzierter Aktuatordynamik keine zuverlässige Bestimmung der Istteilwerte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine möglichst schnelle Ermittlung eines zuverlässigen Schätzwertes für die Teilistwerte auch dann ermöglicht, wenn der Aktuator eine unbekanntes Stellverhalten zeigt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren .nach dem Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 10.
Die Erfindung sieht dabei insbesondere vor, dass ein Verfahren zum Ermitteln eines durch einen Aktuator nach Maßgabe eines Sollwertes eingestellten Istwertes einer Stellgröße so durchgeführt wird, dass ein Teilwert eines nach Maßgabe eines aus ei-
ner Summe von Sollteilwerten bestehenden Sollsummenwertes eingestellten Istwertes in Abhängigkeit des dem Teilwert entsprechenden Sollteilwertes in einem mit wenigstens einem Parameter gebildeten Aktuatormodell geschätzt wird, wobei der Wert des Parameters anhand einer Abweichung zwischen dem Summensollwert und einem erfassten Istsummenwert der Stellgröße bestimmt wird. Erfindungsgemäß wird das Stellverhalten des Aktuators somit anhand eines Vergleichs zwischen dem Sollsummenwert und dem Istsummenwert der Stellgröße analysiert und bezüglich des Teilwer- tes anhand des Aktuatormodells simuliert.
Dies erlaubt es, einen sehr zuverlässigen Schätzwert für den Istteilwert zu ermitteln.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dabei insbesondere darin, dass das Stellverhalten "online" bestimmt werden kann und somit jeweils das Aktuatorverhalten bei der Bestimmung des Schätzwertes für den Istteilwert zugrunde gelegt wird, welches zu dem Zeitpunkt einer Anforderung des Istteilwertes vorliegt.
Bevorzugte Durchführungsformen des Verfahrens zeichnen sich dadurch aus, dass der Wert des Parameters der Regelabweichung zwischen dem Sollsummenwert und dem erfassten Istsummenwert der Stellgröße anhand einer Kennlinie zugeordnet wird, in einem Modell des Aktuators bestimmt oder durch ein Parameterschätzverfahren ermittelt wird. Bei dem Parameterschätzverfahren sollte es sich dabei vorzugsweise um ein Online-Verfahren handeln.
Um mögliche Auswirkungen eines fehlerhaft ermittelten Schätzwertes aufgrund eines fehlerhaft bestimmten Parameters zu verringern und das Verfahren besonders sicher durchzuführen, ist es in einer vorteilhaften Durchführungsform des Verfahrens vor- gesehen, den Wert für den Parameter auf ein vorgegebenes Intervall zu begrenzen.
Die Kennlinie ist im einfachsten Fall eine Sprungfunktion, die allen Werten der Regelabweichung, die kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert sind, einen einer Normaldynamik des Aktuators entsprechenden Wert des Parameters zuweist und Werten der Regelabweichung, die größer sind als der Schwellenwert, einen Wert des Parameters zuweist, der einer reduzierten Dynamik des Aktuators entspricht. Es kann hierbei insbesondere auch eine Sprungfunktion mit Hysterese verwendet werden.
Vorzugsweise enthält die Kennlinie jedoch neben dem Bereich der Normaldynamik und dem Bereich der reduzierten Dynamik einen weiteren mittleren Bereich, mit beispielsweise einer linearen Zuordnung zwischen der Regelabweichung und dem Parameter.
Bei der Bestimmung des Wertes des Parameters anhand des Modells ist es zweckmäßig, das gleiche Aktuatormodell zu verwenden, das auch zur Ermittlung des Istteilwertes in Abhängigkeit des Sollteilwertes dient.
Dieses Aktuatormodell beschreibt vorzugsweise das dynamische Übertragungsverhalten des Aktuators und gibt den Zusammenhang zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangsgröße wieder. Als Eingangs- und Ausgangsgrößen werden dabei zweckmäßigerweise die Soll- und Istwerte der Stellgröße betrachtet.
In Modellen wird das Übertragungsverhalten eines Aktuators typischerweise insbesondere durch Zeitkonstanten beschrieben, welche die Verzögerung beim Einstellen des Istwertes charakterisieren.
In einer besonders bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher eine Zeitkonstante als Parameter des Aktuatormodells bestimmt .
Der Aktuator gelangt nach einer Übergangszeit in einen stationären Zustand, wenn sich das Eingangssignal während einer längeren Zeitspanne nicht oder nicht wesentlich ändert. Im statio-
nären Betrieb ist die Regelabweichung zwischen dem Ist- und dem Sollwert auch bei reduzierter Aktuatordynamik sehr klein.
Eine vorteilhafte Durchführungsform des Verfahrens zeichnet sich daher dadurch aus, dass ein bestimmter Wert für den Parameter beibehalten wird, wenn die Änderungsrate des Sollsummenwertes und/oder des Istsummenwertes unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
Eine Neuberechnung des Parameterwertes geschieht in dieser
Durchführungsform vorteilhafterweise nur dann, wenn die Änderungsrate des Sollsummenwertes und/oder des Istsummenwertes den Schwellenwert überschreitet.
Diese Durchführungsform ist insbesondere dann bevorzugt, wenn- aus dem Wert des Parameters auf die Dynamik und die Verfügbarkeit des Aktuators geschlossen werden soll, da zur Bewertung der Dynamik des Aktuators ausschließlich ein Übergangsverhalten während der Übergangszeit von Interesse ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere vorteilhaft zur Bestimmung eines zuverlässigen Schätzwertes für den Istteilwert eines durch ein Stellglied einer Überlagerungslenkung eingestellten Lenkwinkels.
Es ermöglicht dabei, den dem Richtungswunsch des Fahrers entsprechenden Lenkwinkel zuverlässig zu bestimmen, der als Eingangsgröße für einen Fahrdynamikregler dient.
In dem Fall, in dem sich der Summenwert des Zusatzlenkwinkels aus einem Anteil zur geschwindigkeitsabhängigen Veränderung der Lenkübersetzung und wenigstens einem weiteren Anteil zur Fahrdynamikregelung zusammensetzt, wird dabei vorzugsweise der Istteilwert des Zusatzlenkwinkels bestimmt, der dem Anteil zur Veränderung der Lenkübersetzung entspricht.
Durch eine Addition dieses Istteilwertes und des von dem Fahrer kommandierten Lenkwinkels ergibt sich ein geschwindigkeitsab-
hängiger Lenkwinkel, welcher als der dem Fahrerwunsch entsprechende Lenkwinkel zu interpretieren ist und welcher das Sollverhalten des Fahrzeugs bestimmt.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich anhand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren.
Von den Figuren zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Wert des Parameters anhand einer Kennlinie zu- geordnet wird,
Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Durchführungsform des Verfahrens, bei der zusätzlich die Änderungsrate des Summensollwerts berücksichtigt wird,
Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Wert des Parameters anhand eines Parameterschätzverfahrens ermittelt wird,
Fig. 4 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Wert des Parameters anhand eines inversen Modells ermittelt wird,
Fig. 5 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Durchführungsform des Verfahrens, bei welcher der Wert des Parameters anhand eines Parameterschätzverfahrens ermittelt wird,
Fig. 6 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei
welcher der Wert des Parameters anhand eines Modells ermittelt wird,
Fig. 7 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer noch wei- teren Durchführungsform des Verfahrens.
Die Erfindung stellt ein vorteilhaftes Verfahren zum Ermitteln eines Schätzwertes für einen Istteilwert einer Stellgröße bereit.
Eine vorteilhafte Anwendung findet das Verfahren bei der Ermittlung eines Ist-Teillenkwinkels, der durch eine Überlagerungslenkung nach Maßgabe eines aus einer Summe von Soll-Teillenkwinkeln bestehenden Soll-Summenlenkwinkels eingestellt wird.
Bei Fahrzeugen, bei denen eine geschwindigkeitsabhängige Änderung der Lenkübersetzung (VARI) anhand eines durch eine Überlagerungslenkung eingestellten Zusatzlenkwinkels vorgenommen wird, muss das Sollverhalten des Fahrzeugs aus dem Lenkwinkel an den Rädern bestimmt werden, der dem von dem Fahrer kommandierten Lenkwinkel in Verbindung mit der VARI entspricht.
Insbesondere auf der Grundlage dieses Lenkwinkels kann das Sollverhalten anhand eines Fahrzeugreferenzmodells ermittelt werden. Dies geschieht durch einen Fahrzeugregler (ESP- Steuereinheit 70) der insbesondere ein sog. elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) durchführt.
Das ESP umfasst beispielsweise eine Gierratenregelung (GRR) , bei der ein Unter- oder Übersteuern eines Fahrzeugs durch einen Vergleich einer anhand des Fahrzeugsmodells ermittelten Sollgierrate und einer durch einen Gierratensensor erfassten Istgierrate erkannt und durch geeignete Bremsen-, Motor- und/oder
Lenkeingriffe wird das Fahrzeug mit einem das Fahrverhalten korrigierenden Giermoment beaufschlagt.
Eine ESP-Steuereinheit und insbesondere das von diesem verwen- dete Fahrzeugreferenzmodell sind in der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 15 058 AI beschrieben. Der Inhalt dieser Offenlegungsschrift soll auch Bestandteil dieser Anmeldung sein.
Neben der GRR kann durch den Fahrzeugregler beispielsweise auch eine Giermomentkompensation (GMK) durchgeführt werden, bei der ein Giermoment ermittelt und eingeregelt wird, das einem beispielsweise infolge unterschiedlicher Bremsleistungen an verschiedenen Rädern des Fahrzeugs entstehenden Störmoment entgegenwirkt . Bei der GMK kann das Giermoment ebenfalls durch Len- keingriffe erzeugt werden.
Werden bei einem Fahrzeug eine GRR und/oder eine GMK und eine VARI mit Lenkeingriffen durchgeführt, so ergibt sich der durch die Überlagerungslenkung an den Rädern eingestellte Summenzu- satzlenkwinkel als Summe aus dem Teilzusatzlenkwinkel der VARI, der zusammen mit dem von dem Fahrer kommandierten Lenkwinkel als Eingangsgröße für die ESP-Steuereinheit 70 dient, und den Teilzusatzlenkwinkeln der GRR und/oder der GMK, die nicht in das Fahrzeugmodell einfließen sollen.
Die einzelnen Teilzusatzlenkwinkel liegen jedoch nur als Sollwerte vor, deren Summe von der Überlagerungslenkung eingeregelt wird, und der durch die Überlagerungslenkung bzw. den Aktuator der Überlagerungslenkung tatsächlich eingestellte Ist- Summenlenkwinkel kann aus den eingangs genannten Gründen nicht in seine den Sollteilwerten entsprechenden Anteile aufgeteilt werden .
Während bei Normaldynamik des Aktuators der Sollteilwert als Istteilwert in dem Fahrzeugmodell verwendet werden kann, ist dies bei reduzierter Dynamik nicht immer möglich.
Im Folgenden wird erläutert, wie der Ist-Teilzusatzlenkwinkel ÄävARi der VARI anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens geschätzt werden kann.
Es wird für dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung somit von einem Fahrzeug ausgegangen, bei dem der Fahrer des Fahrzeugs mittels eines Lenkrades oder einer anderen Lenkeinrichtung einen Lenkwinkel äLR,whι an einem oder mehreren lenkbaren Rädern des Fahrzeugs einstellen kann. Die Lenkung verfügt dabei über ein Lenkgetriebe, das ein mit dem Lenkrad verbundenes Lenkrit- zel aufweist, welches in eine Zahnstange eingreift und so die Lenkbewegungen des Fahrers an die lenkbaren Räder vermittelt. Das Lenkgetriebe stellt ein Übersetzungsverhältnis iLG zwischen dem Lenkwinkel äLR,wi an den Rädern und dem Lenkwinkel äLR,szι_ am Lenkrad zur Verfügung.
Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein zweiachsiges, vierrädriges Fahrzeug mit zwei lenkbaren Vorderrädern handeln.
Ferner wird davon ausgegangen, dass das Fahrzeug über eine
Überlagerungslenkung verfügt, die eine freie Zuordnung zwischen dem Lenkradwinkel äLR,SZL und dem Lenkwinkel an den Rädern ermöglicht. Dies lässt sich beispielsweise durch ein vor dem Lenkritzel in den Lenkstrang eingebrachtes Planetengetriebe reali- sieren, in das ein elektromechanischer Aktuator eingreift, um das Lenkritzel gegenüber dem Lenkrad zu verdrehen.
Die Überlagerungslenkung gestattet es damit, sowohl die Lenkübersetzung zu verändern, als auch Zusatzlenkwinkel zu
stellen, wobei sich der Lenkwinkel an dem Lenkritzel als Summe aus dem durch das Getriebe der Überlagerungslenkung übersetzten Lenkradwinkel und dem Zusatzlenkwinkel ergibt.
Das Getriebe der Überlagerungslenkung wird im Folgenden als AFS-Getriebe bezeichnet und stellt eine mechanische Lenkübersetzung iAFS zur Verfügung.
Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass für das Fahrzeug eine GRR und eine GMK anhand von Lenkeingriffen durchgeführt und eine VARI vorgenommen wird. Durch die Regeleinheiten zur Durchführung der GRR und der GMK wird dabei jeweils ein Soll- Teilzusatzlenkwinkel ÄäGRR,req bzw. AäGMκ,req vorgegeben, der durch den Aktuator der Überlagerungslenkung eingestellt wird. Die Steuereinheit zur VARI gibt den einzustellenden Soll-Teillenkwinkel ävΛRi.req vor, der in Abhängigkeit des von dem Fahrer eingestellten Ist-Lenkradwinkels äLRSzL bestimmt und an den Aktuator übermittelt wird, welcher daraufhin den Teilzusatzlenkwinkel der VARI einstellt. Es gilt dabei 3vARI, req = 3 R, SZL + "9vARI, req f wobei ÄäVARi,req den Soll-Teilzusatzlenkwinkel der VARI bezeichnet.
Die von den Regel- bzw. Steuereinheiten vorgegebenen Solllenk- winkel beziehen sich dabei auf Winkel an den lenkbaren Rädern, können jedoch anhand des bekannten Übertragungsverhaltens des Lenkgetriebes auf das Lenkritzel bezogen werden.
Der am Rad einzustellende Soll-Summenlenkwinkel ergibt sich als die Summe äsUM,req/ i: G = 3vARI, req + AäcRR- req + AäcMK, req r Wθbei äsüM, req den Soll-Summenlenkwinkel am Lenkritzel bezeichnet.
Es wird ebenfalls davon ausgegangen, dass das Fahrzeug mit einem Fahrdynamikregler und insbesondere mit einer ESP-Steuer-
einheit 70 beispielsweise zur Durchführung der GRR ausgerüstet ist, die Stellgrößen in Abhängigkeit der Abweichung zwischen einem erfassten Istwert einer Fahrzustandsgröße und einem anhand eines Fahrzeugsreferenzmodells berechneten Sollwert ermit- telt. Zur Berechnung des Sollwertes benötigt die ESP-Steuereinheit den Istwert des dem Fahrerwunsch entsprechenden Lenkwinkels, als welcher, wie erläutert, hier der Ist-Teillenkwinkel ävARi der VARI anzusehen ist.
Das Blockdiagramm in der Figur 1 veranschaulicht eine mögliche Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das zur Bestimmung eines Schätzwertes ∑VART fur den Istwert äVARi des Ist- Teillenkwinkels benutzt werden kann.
Als Eingangsgrößen für das Verfahren dienen der durch einen Lenkradwinkelsensor erfasste Ist-Lenkradwinkel äLR,sz am Lenkrad, der Soll-Teillenkwinkel ävARi-re der VARI, bezogen auf die lenkbaren Räder, der Soll-Teilzusatzwinkel ÄäGRR,req der GRR an den Rädern, der Soll-Teilzusatzlenkwinkel ÄäGMκ,req der GMK an den Rädern und der Ist-Summenzusatzlenkwinkel ÄäÄFS der Überlagerungslenkung am Lenkritzel.
Die Lenkwinkel äVARi,eqc AäGRR^req und AäGMκ, e können dabei direkt von den entsprechenden Steuergeräten übermittelt werden. Der Lenkwinkel ÄäAFs kann als Differenz zwischen dem auf das Lenkritzel bezogenen Ist-Lenkradwinkel
IAFS" äLR,SZL und dem durch einen Winkelsensor erfassbaren Ist-Summenlenkwinkel äsuM.Ritzei am Lenkritzel bestimmt werden oder er wird in der Recheneinheit der Überlagerungslenkung direkt aus dem Motorlage- winkelsensor der Überlagerungslenkung bestimmt.
Der Ist-Lenkradwinkel äLR,szL am Lenkrad wird zur Durchführung des Verfahrens zunächst, wie es anhand des Blocks 10 veranschaulicht ist, in den Ist-Lenkradwinkel äLR,Ritzei am Lenkritzel
überführt. Dies geschieht durch einfache Multiplikation von äι_R,sz mit dem bekannten mechanischen Übersetzungsverhältnis IAFS des AFS-Getriebes an der Multiplikationsstelle 10.
Eine weitere Multiplikation, veranschaulicht in Block 30 von äLR,itzei mit dem Inversen der Lenkgetriebeübersetzung iLG liefert den Ist-Lenkradwinkel äLR,wi = äLR,Rizei " 1/ΪLG an den lenkbaren Rädern, wobei das Übertragungsverhalten des Lenkgetriebes zu berücksichtigen ist, wie in Block 20 gezeigt. Dies geschieht an- hand der bekannten Übertragungskennlinie des Lenkgetriebes.
Die Lenkwinkel äAi,req- ÄäGRR,req und AäGMκ,req werden zunächst in dem Block 80 addiert, so dass der Soll-Summenlenkwinkel am Rad erhalten wird. Durch Multiplikation mit der Übersetzung iG des Lenkgetriebes, wie durch Block 100 dargestellt, lässt sich dann der Soll-Summenlenkwinkel äSUM,req am Lenkritzel berechnen. Dabei ist wiederum, wie anhand von Block 90 angedeutet, das Übertragungsverhalten des Lenkgetriebes, insbesondere die inverse Übertragungskennlinie, zu berücksichtigen.
Differenzbildung zwischen äSUM,re und äLRRitzei an der Subtraktionsstelle 110 liefert den Soll-Summenzusatzlenkwinkel ÄäAFs,req der Überlagerungslenkung am Lenkritzel, der mit dem Ist- Su menzusatzlenkwinkel AäAFs verglichen wird, um die Regelabwei- chung äδ,AFs für den durch die Überlagerungslenkung einzustellenden Summenlenkwinkel zu ermitteln. Dies geschieht mittels Subtraktion, wie es anhand der Subtraktionsstelle 120 dargestellt ist.
Die derart ermittelte Regelabweichung εδ,AFs des Summenzusatz- lenkwinkels wird erfindungsgemäß dazu genutzt, eine Zeitkonstante TAFS eines Modells des das AFS-Getriebe steuernden Aktuators zu ermitteln.
Bei dem Aktuator handelt es sich um einen Elektromotor, der typischerweise ein PT2-Übertragungsverhalten aufweist, das für verzögernde und schwingungsfähige Stellglieder charakteristisch ist.
Der Aktuator des AFS-Getriebes darf jedoch beim Einstellen eines vorgegebenen Summenzusatzlenkwinkels nicht überschwingen, da sonst fatale Auswirkungen auf das Fahrverhalten zu erwarten wären.
In einer sehr guten Näherung kann daher von einem PTx-Übertra- gungsverhalten des Aktuators ausgegangen werden, so dass sich seine Übertragungsfunktion als
angeben lässt, wobei hier ein Verstärkungsfaktor von k = 1 zugrunde gelegt werden kann .
Die Übergangsfunktion des Aktuators ist somit h (t) = 1 - e -t /T-,
Sie ist schematisch in Block 50 angegeben, durch den ein Schätzwert ΔΣVARI für den Ist-Teilzusatzlenkwinkel ÄäVARi der VARI anhand des PTi-Modells unter Zugrundelegung eines Schätzwertes TAFS für die Zeitkonstante TAFS des Modells ermittelt wird.
Als Eingangsgröße für den Block 50 dient dabei der Soll- Teilzusatzlenkwinkel ÄäVARi,req der VARI am Rad, der durch Subtraktion des Ist-Lenkradwinkels äLR,whi am Rad von dem Soll- Teillenkwinkel äVARi,req am Rad an der Subtraktionsstelle 40 erhalten wird.
Es kann hier der auf das Rad bezogene Lenkwinkel äVARi,req als Eingangsgröße verwendet werden, da lediglich eine Modellierung des Stellverhaltens des das AFS-Getriebe steuernden Aktuators und nicht des AFS-Getriebes selbst vorgenommen wird.
Es könnten jedoch ebenfalls auf das Lenkritzel oder das Lenkrad bezogene Soll-Teilzusatzlenkwinkel als Eingangsgrößen für den Block 50 genutzt werden. Die dargestellte Durchführungsform hat jedoch den Vorteil, dass die Ausgangsgröße ΔΣVARI , ebenso wie der gesuchte Ist-Teillenkwinkel äVARτ. der VARI, auf das Rad bezogen ist. Unnötige Umrechnungen zwischen verschiedenen Bezugspunkten werden somit vermieden.
Als Ausgangsgröße des gesamten Verfahrens ist ein Schätzwert ∑VARI fur den Ist-Teillenkwinkel äVARi der VARI zu ermitteln.
Dies geschieht durch Addition des durch den Block 50 berechneten geschätzten Ist-Teilzusatzlenkwinkel ΔΣVARI und des Ist- Lenkradwinkels äLR,whi am Rad an der Additionsstelle 60.
Der Lenkwinkel VARI ist ein Schätzwert für den Fahrerlenkwunsch äDRV, req, der in das von dem ESP-Steuergerät 70 zur Bestimmung des Fahrzeugsollverhaltens verwendete Fahrzeugreferenzmodell eingeht.
Von dem ESP-Steuergerät 70 wird dabei vorzugsweise ein Einspurmodell genutzt. Verschiedene Funktionen des Steuergerätes 70 sowie verschiedene Konzepte für eine Fahrdynamikregelung und insbesondere das Referenzmodell sind beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 15 058 AI näher beschrie- ben. Auf deren Inhalt wird an dieser Stelle vollumfänglich verwiesen.
Als maßgeblichen Eingangsparameter erhält der Block 50 den Schätzwert TAFS für die Zeitkonstante TAFS des AFS-Aktuators .
Dieser wird bei der in der Figur 1 dargestellten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritten bestimmt, die anhand der Blöcke 130, 140 und 150 veranschaulicht werden.
Dabei wird zunächst der Betrag |∑∑,AFS| der an der Subtraktions- stelle 120 gebildeten Regelabweichung äδ,AFs berechnet, wie es in Block 130 dargestellt ist.
Es ist festzustellen, dass sich die Dynamik des Aktuators nur relativ langsam in Abhängigkeit der die Dynamik beeinflussenden Größen - wie zum Beispiel die Temperatur - verändert.
Daher wird das Signal |∑∑,AFS| durch ein Tiefpassfilter 140 gefiltert, so dass sich bei sprunghaften Veränderungen des Wertes äs ,AFS aufgrund einer sprunghaft ansteigenden Zusatzlenkwinkelan- forderung keine ebenso sprunghafte und unrealistische Veränderung der geschätzten Zeitkonstanten TAFS ergibt.
Die Schätzung von TAFS wird bei der in der Figur 1 dargestellten Durchführungsform anhand einer Kennlinie durchgeführt, die jedem gefilterten Wert |∑∑rAFS| des Betrages |∑∑ΓAFS| einen Wert TAFS zuordnet, wie es durch Block 150 dargestellt wird.
Im einfachsten Fall kann die Kennlinie dabei als Stufenfunktion angesetzt werden, die jedem Wert |∑∑,AFS ■ der kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, einen die Normaldynamik des Aktuators repräsentierenden kleinen Wert TAFS und jedem oberhalb des Schwellenwertes liegenden Wert |∑∑,AFs| einen reduzierten Dynamik modellierenden großen Wert TAFS zuordnet. Insbesondere
kann hierbei in Kombination mit der Stufenfunktion auch eine Hysteresefunktion zum Einsatz kommen.
Bessere und insbesondere genauere Ergebnisse werden jedoch mit einer Kennlinie erreicht, die einen gewissen Bereich mit einem Übergangsverhalten zwischen normaler und reduzierter Dynamik aufweist. In dem Bereich kann beispielsweise eine Proportionalität zwischen TAFS und |∑∑rAFS| zugrunde gelegt werden, wie es bei der Kennlinie, die in dem Block 150 eingezeichnet ist, dar- gestellt wird.
Die derart bestimmte Zeitkonstante TAFS kann einerseits als Eingangsgröße des Blocks 50 zur Berechnung des Lenkwinkels Δ∑VARI dienen, sie kann jedoch auch einer Einheit zum Überwa- chen der Aktuatordynamik zugeführt werden.
Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn es vorgesehen ist, den Schätzwert ∑VARI lediglich bei reduzierter Aktuatordynamik als Eingangsgröße für das ESP-Steuergerät 70 zu verwenden und bei Normaldynamik auf den Sollwert äVARi,req zurückzugreifen.
Hierbei stellt sich jedoch das Problem, dass bei einem stationären Lenkverhalten des Fahrers keine Änderungen des durch den Aktuator einzustellenden Soll-Summenlenkwinkels äSUM,req eintre- ten und das Übertragungsverhalten des Aktuators ebenfalls stationär wird.
In diesem Fall verschwindet die Regelabweichung ää.AFs nahezu vollständig, und es wird eine Zeitkonstante TAFS geschätzt, die der unter Umständen gar nicht vorliegenden Normaldynamik entspricht .
In einer weiteren, anhand des Blockschaltbildes in der Figur 2 veranschaulichten, Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher vorgesehen, die Zeitkonstante TAFS nur dann neu zu bestimmen, wenn die Änderungsrate ΔΣAFSrreq des Soll- Summenzusatzlenkwinkels ÄäAFs,req einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Es wäre hier auch gleichfalls möglich, eine Änderungsrate ΔΣAFS des Ist-Summenzusatzlenkwinkels ÄäAFs mit einem Schwellenwert zu vergleichen und die Zeitkonstante TAFS nur dann neu zu bestimmen, wenn ΔΣAFS den Schwellenwert überschreitet.
Die Änderungsrate wird dabei durch ein Differenzierglied 160 berechnet und dem Block 170 übergeben. Dieser liefert ein Ausgangssignal mit dem Wert Eins, wenn der Wert von ÄäAFs,req den Schwellenwert überschreitet; sonst nimmt das Ausgangssignal, das dem Block 180 als Eingangssignal dient, den Wert Null an.
Der Block 180 ist den Blöcken 130 und 140 zwischengeschaltet und übergibt den aktuell berechneten Wert |∑∑,AFS| nur dann an das Tiefpassfilter 140, wenn sein Eingangssignal den Wert Eins hat. Andernfalls wird der im letzten Zyklus an das Filter 140 über- gebene Wert |∑∑,AFS| wiederum übergeben, der in dem Block 190 ge- speichert wird.
Auf diese Weise ist es möglich, jederzeit die zutreffende Zeitkonstante TAFS zu berechnen, wenn eine Anregung des Systems vorliegt. Ohne Systemanregung verharrt die Schätzung auf dem zuletzt ermittelten Wert.
In den voranstehend dargelegten Durchführungsformen lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei relativ geringer Nutzung von Rechenleistung schnell und zuverlässig durchführen.
Mit einer höheren Rechenleistung ist es jedoch möglich, eine genauere Bestimmung der Zeitkonstanten TAFS anhand von Parameterschätzverfahren mit größerer Komplexität vorzunehmen.
In der Figur 3 ist dies in einem weiteren Blockschaltbild dargestellt.
Ein geeignetes Parameterschätzverfahren wird dabei in dem Block 200 durchgeführt, der in Abhängigkeit der Eingangssignale Aä_ AFs,req und ÄäAFs einen Schätzwert TAFS für die Zeitkonstante TAFS berechnet .
Diese wird jedoch nicht direkt an den Block 50 zur Bestimmung von ΔΣVARI übergeben, sondern durch einen zwischengeschalteten Begrenzer 210 und ein Tiefpassfilter 220 bearbeitet.
Der Begrenzer 210 begrenzt die Werte von TAFS auf einen Wertebereich zwischen einem Normaldynamik des Aktuators repräsentie- renden Minimalwert und einem reduzierten Dynamik repräsentierenden Maximalwert .
Dadurch werden möglicherweise auftretende fehlerhafte Berechnungen des Wertes TAFS durch den Block 210 in ihrer Auswirkung begrenzt.
Das dem Begrenzer 210 nachgeschaltete Tiefpassfilter 220 hat dieselbe Funktion wie das Tiefpassfilter 140, nämlich unrealistische sprunghafte Veränderungen von TAFS herauszufiltern.
Ein besonders geeignetes Verfahren zum Schätzen der Zeitkonstante ist, in dem hier beispielhaft dargestellten Falle, ein modellbasiertes Parameterschätzverfahren, das auf dem PTi-
Modell des AFS-Aktuators basiert, welches auch der Berechnung von ΔΣVARI durch den Block 50 zugrunde liegt.
Die Berechnung wird dabei mit Hilfe der das Übertragungsverhal- ten des Aktuators beschreibenden Differenzialgleichung durchgeführt (inverses Modell) .
Unter der als gute Näherung anzusehenden Annahme, dass der AFS- Aktuator ein PTi-Übertragungsverhalten besitzt, lautet diese Differenzialgleichung
wobei hier der Verstärkungsfaktor k bereits zu Eins gesetzt wurde .
Aus dieser Gleichung ergibt sich für die Zeitkonstante TAFS der Ausdruck
T J-AFS - ~
wobei alle Größen rechts des ersten Gleichheitszeichens von links bekannt sind bzw. berechnet werden können.
Anhand des Ausdrucks (*) kann der Wert TAFS somit analytisch bestimmt werden, wie es bei der durch das Blockschaltbild in der Figur 4 veranschaulichten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist.
Die analytische Berechnung von TAFS wird dabei innerhalb des Blocks 230 durchgeführt.
Analog zu der anhand der Figur 2 dargestellten Durchführungs- form wird ein neuer Wert TAFS dabei nur dann ermittelt und an den Begrenzer 210 übergeben, wenn der Betrag ΔΣAFS einen vor-
gegebenen Schwellenwert überschreitet. Anderenfalls wird dem Begrenzer 210 der zuletzt ermittelte Wert TAFS übergeben.
In dieser Ausführungsform ist dabei ebenfalls der Vergleich von |Δ∑As,req| mit dem Schwellenwert möglich. Dies ist hier jedoch nicht bevorzugt, da die Änderungsrate ΔΣÄFS im Gegensatz zu der Änderungsrate ΔΣAFS>req zur Bestimmung von TAFS genutzt wird und daher ohnehin bestimmt werden muss.
Bei den voranstehend beschriebenen Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der geschätzte Ist-Teillenkwinkel ∑VΛRT der VARI am Rad durch Addition des geschätzten Ist-Teilzusatzlenkwinkels ΔΣVARI und des Ist-Lenkradwinkels äτ,R,wtιi am Rad ermittelt.
Es ist jedoch gleichfalls möglich, ihn durch Subtraktion eines geschätzten Ist-Teilsum enzusatzlenkwinkels ΔΣ∑ , welcher einem Schätzwert der Summe Ääό = AäGRR + AäGMK der Ist-Teilzusatzlenkwinkel AäGRR und AäGm der GRR und der GMK entspricht, von dem Ist-Summenlenkwinkel äSuM,whi an den Rädern zu erhalten: ΣVARI = ∑SÜM,whι - ΔΣΣ .
In der Figur 5 ist dies in einem weiteren Blockschaltbild dargestellt, wobei in dem Block 200 wiederum ein allgemeines Para- meterschätzverfahren zur Bestimmung von TAFS durchgeführt wird.
Die Eingangssignale AäAFs und AäAFs,req werden ebenso bestimmt, wie es bei den voranstehend beschriebenen Durchführungsformen des Verfahrens vorgenommen wurde.
Durch Addition des Ist-Lenkradwinkels äLR,Ritzei am Lenkritzel und des Ist-Summenzusatzlenkwinkels ÄäAFs an der Summationsstelle 240 wird der Ist-Summenlenkwinkel äSUM,Ritzei. am Lenkritzel ermittelt, der durch Multiplikation mit der inversen Lenkgetriebe-
Übersetzung iLG, wie anhand der Blöcke 20 und 30 in der Figur 5 veranschaulicht, in den Ist-Summenlenkwinkel äSu,whi an den Rädern überführt wird.
Als Eingangsgröße für den Block 50 dient hier der Soll-Teil- summenzusatzlenkwinkel Ää∑,req, der an der Summationsstelle 260 als Summe aus dem Sollteilzusatzlenkwinkel ÄäGRR,req der GRR und dem Soll-Teilzusatzlenkwinkel ÄäGMκ,req der GMK erhalten wird.
Durch den das Übertragungsverhalten des AFS-Aktuators simulierenden Block 50 wird anhand des Wertes Ää∑,req ein Schätzwert Δδ∑ für den Ist-Teilsummenzusatzlenkwinkel Ääό berechnet.
Dieser wird an der Subtraktionsstelle 250 von dem Ist- Summenlenkwinkel äSuM,whi abgezogen, so dass hinter der Subtraktionsstelle der gesuchte Schätzwert §VARI erhalten wird, der an das ESP-Steuergerät 70 übermittelt wird.
In dem Blockschaltbild in der Figur 6 ist der Block 200 des Blockschaltbildes in der Figur 5 durch den Block 230 ersetzt, durch den das modellbasierte Parameterschätzverfahren so durchgeführt wird, wie es im Zusammenhang der Figur 4 beschrieben wurde .
Eine noch weitere Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand des Blockschaltbildes in der Figur 7 dargestellt. In der Schaltungsanordnung entspricht es dem Blockschaltbild in der Figur 4 mit dem Unterschied, dass der Schätzwert TAFS nicht dem Block 50, sondern der ESP-Steuereinheit 70 übergeben wird.
Durch den Block 50 wird der geschätzte Ist-Teilzusatzlenkwinkel ΔδVARi aus dem Soll-Teilzusatzlenkwinkel ÄäVARi,req anhand des Ak-
tuatormodells mit der die Normaldynamik des Aktuators repräsentierenden Zeitkonstanten TAFS ermittelt.
Die Berücksichtigung einer unter Umständen reduzierten Dynamik des Aktuators geschieht innerhalb des ESP-Steuergerätes 70 durch eine SchwellenaufWeitung in der enthaltenen Regeleinheit.
Diese berechnet eine Stellgröße, wenn die Regelabweichung zwischen dem Sollwert der Fahrzustandsgröße und dem erfassten Ist- wert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
In Abhängigkeit des geschätzten Wertes TAFS für die Zeitkonstante TAFS wird der Schwellenwert bei der anhand der Figur 7 veranschaulichten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Ver- fahrens der Dynamik des Aktuators angepasst. Insbesondere wird dabei der Schwellenwert erhöht, wenn sich eine reduzierte Aktuatordynamik repräsentierender Schätzwert TAFS ergibt.
Somit werden fehlerhafte Regeleingriffe der ESP-Steuereinheit aufgrund reduzierter Aktuatordynamik auch in dieser Durchführungsform des Verfahrens wirkungsvoll verhindert.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die vorliegende Erfindung ein vorteilhaftes Verfahren schafft, das es ermöglicht, eine zuverlässige Fahrdynamikregelung mit Eingriffen in die
Lenkung des Fahrzeugs auch dann durchführen zu können, wenn die Dynamik des in die Lenkung eingreifenden Aktuators eingeschränkt ist, wie es beispielsweise bei sehr tiefen Temparatu- ren einige Minuten nach dem Starten des Fahrzeugs der Fall sein kann .
Bezugszeichenliste :
ävARi,req Soll-Teillenkwinkel der VARI, Bezugspunkt: Rad äARi Ist-Teillenkwinkel der VARI, Bezugspunkt: Rad
O JVVAIBRTI geschätzter Ist-Teillenkwinkel der VARI, Bezugspunkt: Rad ÄäVARi,req Soll-Teilzusatzlenkwinkel der VARI, Bezugspunkt: Rad ÄävAi Ist-Teilzusatzlenkwinkel der VARI, Bezugspunkt: Rad ΔδvARi geschätzter Ist-Teilzusatzlenkwinkel der VARI, Bezugspunkt: Rad ÄäGRR,req Soll-Teilzusatzlenkwinkel der GRR, Bezugspunkt: Rad ÄäGRR Ist-Teilzusatzlenkwinkel der GRR, Bezugspunkt: Rad ΔδGRR geschätzter Ist-Teilzusatzlenkwinkel der GRR, Bezugspunkt : Rad ÄäGMκ,eq Soll-Teilzusatzlenkwinkel der GMK, Bezugspunkt: Rad ÄäGMK Ist-Teilzusatzlenkwinkel der GMK, Bezugspunkt: Rad Δ§GMK geschätzter Ist-Teilzusatzlenkwinkel der GMK, Bezugspunkt: Rad äLR,szι_ Ist-Lenkradwinkel, Bezugspunkt: Lenkrad 3 R,Ritzel Ist-Lenkradwinkel, Bezugspunkt: Lenkritzel äLR,Whi Ist-Lenkradwinkel, Bezugspunkt: Rad äDRv,req Eingangsgröße für das ESP- bzw. DSC-Steuergerät, „Fahrerlenkwunsch,,, Bezugspunkt: Rad äsuM,req Soll-Summenlenkwinkel, Bezugspunkt: Lenkritzel äsuM,Ritzei Ist-Summenlenkwinkel, Bezugspunkt: Lenkritzel äsut.,whi Ist-Summenlenkwinkel, Bezugspunkt: Rad Ää∑,req Soll-Teilsummenzusatzlenkwinkel (Summe der Soll- Teilzusatzlenkwinkel der GRR und der GMK) , Bezugspunkt: Rad Ääό Ist-Teilsummenzusatzlenkwinkel (Summe der Ist- Teilzusatzlenkwinkel der GRR und der GMK) , Bezugspunkt : Rad
Δδ∑ geschätzter Ist-Teilsummenzusatzlenkwinkel (Summe der geschätzten Ist-Teilzusatzlenkwinkel der GRR und der GMK), Bezugspunkt: Rad
ÄäAFs,rβq Soll-Sum enzusatzlenkwinkel für das AFS-Getriebe, Bezugspunkt: Lenkritzel
AäAFs Ist-Summenzusatzlenkwinkel der durch das AFS-Getriebe eingestellt wurde, Bezugspunkt: Lenkritzel
ΔδAFS(req Soll-Summenzusatzlenkwinkelgradient für das AFS- Getriebe, Bezugspunkt: Lenkritzel
ΔSAFS Ist-Summenzusatzlenkwinkelgradient der durch das AFS- Getriebe eingestellt wurde, Bezugspunkt: Lenkritzel TÄFs Zeitkonstante des Aktuatormodells TAFS geschätzte Zeitkonstante des Aktuatormodells äδ,AFs Regelabweichung des Summenzusatzlenkwinkels für das AFS-Getriebe
|e δ,AFs| Betrag der Regelabweichung des Summenzusatzlenkwinkels für das AFS-Getriebe δ,As| gefilterter Betrag der Regelabweichung des Summenzusatzlenkwinkels für das AFS-Getriebe iAFs Lenkübersetzung des AFS-Getriebes iLG Mechanische Übersetzung des Lenkgetriebes
10 Multiplikationsstelle
20 Block mit dem Übertragungsverhalten des Lenkgetriebes
30 Multiplikationsstelle
40 Subtraktionsstelle
50 Block mit dem modellierten Übertragungsverhalten des Aktuators
60 Additionsstelle
70 ESP-Steuereinheit
80 Additionsstelle
90 Block mit dem Übertragungsverhalten des Lenkgetriebes
100 Multiplikationsstelle
110 Subtraktionsstelle
120 Subtraktionsstelle
130 Block zur Betragsbildung
140 Tiefpassfilter
150 Block zur Zuordnung zwischen Regelabweichung und Zeitkonstante anhand einer Kennlinie
160 Diffenzierglied
170 Logikeinheit zum Vergleichen der Regelabweichung mit einem Schwellenwert
180 Block zur Übergabe der Regelabweichung
190 Block zur Speicherung
200 Block zur Durchführung eines Parameterschätzverfahrens
210 Begrenzer
220 Tiefpfassfilter
230 Block zur Berechnung der Zeitkonstanten anhand eines Aktuatormodells
240 Additionsstelle
250 Subtraktionsstelle
260 Additionsstelle
Claims
1. Verfahren zum Ermitteln eines durch einen Aktuator nach Maßgabe eines Sollwertes eingestellten Istwertes einer Stellgröße , dadurch ge kenn z e i chne , dass ein Teilwert (ÄäVARi; Aäό) eines nach Maßgabe eines aus einer Summe von Sollteilwerten (ÄävAi,reqf ÄäGRR,req, ÄäGMK,req) bestehenden Sollsummenwertes (ÄäÄFs,req) eingestellten Istwertes (ÄäAFS) in Abhängigkeit des dem Teilwert (ÄävARi; Ääό) entsprechenden Sollteilwertes (ÄäVARi,req; Ääό.req) in einem mit wenigstens einem Parameter (TAFs) gebildeten Aktuatormodell ermittelt wird, wobei der Wert ( TÄFS ) des Parameters (TFÄS) anhand einer Abweichung (ää.AFs) zwischen dem Sollsummenwert (ÄäAFs,req) und einem erfassten Istsummenwert (ÄäAFS) der Stellgröße bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geken n z e i chne t, dass der Wert ( TAFS ) des Parameters (TAFs) dem Wert der Abweichung (äa.AFs) anhand einer Kennlinie zugeordnet wird.
3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadur ch geke nnz e i chne t, dass der Wert ( TAFS ) des Parameters (TAFs) anhand eines Aktuatormodells oder eines Parameterschätzverfahrens ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, d adur ch geke nn z e i chne t, dass der Wert (TAFS) des Parameters (TAFs) anhand desselben Aktuatormodells bestimmt wird, wie der Teilwert (ÄäVARi; Ääό) des Istwertes (ÄäAFs) der Stellgröße.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadur ch geke nn z e i chne t, dass ein Wert (TAFS) für den Parameter (TAFs) nur dann bestimmt wird, wenn die Änderungsrate (ΔSAFSreq) des Summensollwertes (ÄäAFs,req) und/oder die Änderungsrate (ΔδAFS) des Summenistwertes (ÄäAFs) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet .
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch geke nn ze i chne , dass ein Wert (TAFS) für den Parameter (TAs) beibehalten wird, wenn die Änderungsrate (ΔδAFS;req) des Summensollwertes (ÄäaFS,req) und/oder die Änderungsrate (ΔδAFS) des Summenistwertes (ÄäAFs) unterhalb des vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadur ch geke nn z e i chne t, dass der Wert (TAFS) des Parameters (TAFs) auf ein vorgegebenes Intervall begrenzt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadur ch geke nn z e i chne t, dass eine Zeitkonstante (TAFs) als Parameter eines ein Übertragungsverhalten des Aktuators beschreibenden Aktuatormodells bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadur ch geke nn z e i chne t, dass ein Schätzwert ( ΔδVARI ; Δδ∑ ) für einen Istteilwert (ÄäVARi; Aäό) eines durch einen Aktuator einer Überlagerungslenkung an lenkbaren Räder eines Fahrzeugs eingestellten Lenkwinkels (ÄäAFs) ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadur ch gekenn z e i chne t, dass ein Schätzwert (ΔδVARI) für einen ein Übersetzungsverhältnis einer Lenkung des Fahrzeugs geschwindigkeitsabhängig verändernden und mittels einer Überlagerungslenkung eingestellten Istteilwert (ÄäVARi) eines Lenkwinkels ermittelt wird.
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