WO2006021487A1 - Verfahren zur lenkunterstützung in einem fahrzeug - Google Patents

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WO2006021487A1 PCT/EP2005/053798 EP2005053798W WO2006021487A1 WO 2006021487 A1 WO2006021487 A1 WO 2006021487A1 EP 2005053798 W EP2005053798 W EP 2005053798W WO 2006021487 A1 WO2006021487 A1 WO 2006021487A1
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input

Definitions

  • the invention relates to a method for steering assistance in a vehicle with a steering wheel, a steering shaft and a steering gear, wherein a force acting on the steering gear motor is controlled in response to a steering torque sensor measured by a steering torque sensor.
  • Electric steering assistance systems - also called power steering ⁇ called - usually contain a steering shaft on the steering ⁇ introduced steering torque sensor to detect the steering torque applied by the driver. Further, a motor is connected to the steering gear, which brings the support torque ⁇ .
  • the torque determined by the steering torque sensor is not only the steering torque applied by the driver, but a superimposition of this and the moment that results from the acceleration of the steering wheel.
  • this object is achieved by reducing the measured steering torque by a correction quantity formed from the moment of inertia and the rotational acceleration of the steering wheel.
  • the correction value is formed by multiplication of an input value with a stored moment of inertia of the steering wheel.
  • the formation and application of the correction variable - in Rege ⁇ development technique called observers - allow exak ⁇ direct steering support and thus a more precise steering.
  • the rotational acceleration of the steering wheel is also called steering angle acceleration in the following.
  • the input variable is the steering wheel acceleration.
  • the erfindungsge ⁇ Permitted method can be configured such that the input is large formed from the steering angle by two-fold derivative.
  • the required for the inventive method calculation functions are preferably performed by means of a geeigne ⁇ th processor. A derivation can then take place in a simple manner by subtraction of two successive values of the input variable - provided that there is a steering angle sensor with sufficient resolution and dynamics.
  • sensors are often required anyway, for example rotational angle sensors. These can be used for the method according to the invention in that the input variable from the angle of rotation of the motor is divided by two e derivative is formed and that in the correction factor multiplicatively received the reduction ratio of the steering gear.
  • a speed sensor of the motor can be used in that the input variable is formed by Ablei ⁇ tion of the speed of the motor and that multiplicatively enters the reduction ratio of the steering gear in the correction value.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a steering aid according to the inventive method
  • Block diagrams of observers for the inventive method which are adapted to different sensors.
  • Figures 1 and 2 each show a steering wheel 1 with a steering shaft 2, which transmits the rotation of the steering wheel 1 to a steering gear ⁇ 3.
  • a steering torque sensor 4 On the steering shaft 2 is a steering torque sensor 4, which derives from the torsion of the steering shaft 2 a steering torque corresponding size Ms.
  • EPS base support 5 and EPS steering function 6 As well as via an adder 7 to a motor control device 8, at the output of which an engine 9 is connected. conclude is that acts on the steering gear 3.
  • the engine 9 has an engine position sensor 10 (rotary angle sensor), which reports the respective engine position to the engine control device 8. This is required, for example, in brushless DC motors.
  • the EPS rotary angle sensor
  • an observer 11 is inserted between the steering torque sensor 4 and the inputs of the devices 5, 6. This obtains the JE stays awhile motor position from which a correction quantity K from ⁇ is conducted from the motor position sensor 10th The derivation of the correction variable in the observer 11 will be explained in more detail for this embodiment with reference to FIG. 6 later.
  • the output is then the steering torque Mf, which is applied by the driver.
  • FIG. 3 shows an observer 11. 1 containing a subtracter 12 and a multiplier 13. From the steering torque sensor 4 The torque Ms is supplied while the steering angular acceleration bs is supplied from a sensor 14. Multiplika ⁇ by the steering angular acceleration bs tion with the cher from a Spei ⁇ 15 read moment of inertia Jl of the steering wheel at 13 creates a correction quantity which is supplied to the subtractor 12 performs ⁇ . It follows that applied by the driver Lenkmo ⁇ ment Mf. This is supplied via the output 16 to the other components of the power steering system of FIG.
  • a steering angle sensor 17 is provided, the output of which ws is derived twice after the time to arrive at the steering angular acceleration.
  • the quantity to be derived is delayed at 18 to 21 in each case by one time element ZI and subtracted from the instantaneous magnitude, which in each case results in a time derivation.
  • the observer 11.3 according to FIG. 5 is fed by a sensor 22 with the steering angle velocity vs and diverted once at 20 and 21, so that the steering angular acceleration is bl ent.
  • the embodiment of an observer 11.4 of FIG. 6 receives information about the steering angular acceleration of the engine angle sensor 10, whose size wm is derived twice at 18 to 21, whereupon the angular acceleration bm of Mo ⁇ gate arises.
  • the correction amount K is to be formed with the steering angular acceleration ⁇ wherein Beob ⁇ eighth is 11.4 l of a memory 23, the reduction ratio: x read out.
  • the moment of inertia Jl of Lenkra ⁇ of multiplying at 24th The result is then multiplied by the multiplier 13 with the steering angular acceleration bs, as in the case of the other observers.
  • the observer 11.5 receives from a sensor 25 the rotational speed of the motor dm, from which the acceleration bm of the motor is derived by derivation at 20, 21.
  • the reduction ratio of the transmission is Untitled ⁇ into account as in the embodiment of Fig. 6.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Lenkunterstützung in einem Fahrzeug mit einem Lenkrad (1), einer Lenkwelle (2) und einem Lenkgetriebe (3), wobei ein auf das Lenkgetriebe (3) wirkender Motor (9) in Abhängigkeit eines von einem Lenkmomentsensor (4) gemessenen Lenkmoments gesteuert wird, wird das gemessene Lenkmoment um eine aus dem Trägheitsmoment und der Drehbeschleunigung des Lenkrades (1) gebildeten Korrekturgröße vermindert.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Lenkunterstützung in einem Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lenkunterstützung in einem Fahrzeug mit einem Lenkrad, einer Lenkwelle und einem Lenkgetriebe, wobei ein auf das Lenkgetriebe wirkender Motor in Abhängigkeit eines von einem Lenkmomentsensor gemessenen Lenkmoments gesteuert wird.
Elektrische Lenkunterstützungssysteme - auch Lenkhilfe ge¬ nannt - enthalten in der Regel einen an der Lenkwelle ange¬ brachten Lenkmomentsensor, der das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment detektieren soll. Ferner ist ein Motor mit dem Lenkgetriebe verbunden, der das Unterstützungsmoment auf¬ bringt.
Das vom Lenkmomentsensor ermittelte Moment ist nicht aus¬ schließlich das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment, sondern eine Überlagerung aus diesem und dem Moment, das aus der Be¬ schleunigung des Lenkrades herrührt.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es für viele Lenk¬ funktionen besser ist, das reine Lenkmoment, das der Fahrer aufbringt, zur Steuerung der Lenkhilfe zu verwenden.
Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren da¬ durch gelöst, dass das gemessene Lenkmoment um eine aus dem Trägheitsmoment und der Drehbeschleunigung des Lenkrades ge- bildeten Korrekturgröße vermindert wird. Vorzugsweise ist da¬ bei vorgesehen, dass die Korrekturgröße durch Multiplikation einer Eingangsgröße mit einem gespeicherten Trägheitsmoment des Lenkrades gebildet wird. Die Bildung und Anwendung der Korrekturgröße - in der Rege¬ lungstechnik auch Beobachter genannt - ermöglichen eine exak¬ tere Lenkunterstützung und damit auch eine exaktere Lenkung. Die Drehbeschleunigung des Lenkrades wird im Folgenden auch Lenkwinkelbeschleunigung genannt.
Sofern ein Sensor für die Lenkradbeschleunigung vorhanden ist oder ein Wert dafür bereits von anderen Systemen im Fahrzeug abgeleitet ist, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vor- gesehen sein, dass die Eingangsgröße die Lenkradbeschleuni¬ gung ist.
Zur Verwendung eines Lenkwinkelsensors kann das erfindungsge¬ mäße Verfahren derart ausgestaltet sein, dass die Eingangs- große aus dem Lenkwinkel durch zweifache Ableitung gebildet wird. Die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Rechenfunktionen werden vorzugsweise mit Hilfe eines geeigne¬ ten Prozessors durchgeführt. Eine Ableitung kann dann in ein¬ facher Weise durch Differenzbildung zweier aufeinander fol- gender Werte der Eingangsgröße erfolgen - vorausgesetzt es liegt ein Lenkwinkelsensor mit ausreichender Auflösung und Dynamik vor.
Steht ein Sensor zur Messung der Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle zur Verfügung, so kann das erfindungsgemäße Verfah¬ ren auch derart ausgebildet sein, dass die Eingangsgröße durch Ableitung aus der Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle ge¬ bildet wird.
Zur Steuerung des Motors sind häufig ohnehin Sensoren erfor¬ derlich, beispielsweise Drehwinkelsensoren. Diese können für das erfindungsgemäße Verfahren dadurch verwendet werden, dass die Eingangsgröße aus dem Drehwinkel des Motors durch zweifa- che Ableitung gebildet wird und dass in die Korrekturgröße multiplikativ das Untersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes eingeht.
In ähnlicher Weise kann auch ein Drehzahlsensor des Motors dadurch verwendet werden, dass die Eingangsgröße durch Ablei¬ tung der Drehzahl des Motors gebildet wird und dass in die Korrekturgröße multiplikativ das Untersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes eingeht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung an¬ hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Lenk¬ hilfe,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Lenkhilfe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 3 bis Fig. 7
Blockschaltbilder von Beobachtern für das erfin¬ dungsgemäße Verfahren, die an verschiedene Sensoren angepasst sind.
Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils ein Lenkrad 1 mit einer Lenkwelle 2, welche die Drehung des Lenkrades 1 auf ein Lenk¬ getriebe 3 überträgt. An der Lenkwelle 2 befindet sich ein Lenkmomentsensor 4, der aus der Torsion der Lenkwelle 2 eine dem Lenkmoment entsprechende Größe Ms ableitet. Diese wird über die Komponenten EPS-Basisunterstützung 5 und EPS-Lenk- funktion 6 sowie über einen Addierer 7 einer Motorsteuerein¬ richtung 8 zugeführt, an deren Ausgang ein Motor 9 ange- schlössen ist, der auf das Lenkgetriebe 3 wirkt. Außerdem verfügt der Motor 9 über einen Motorpositionssensor 10 (Dreh¬ winkelsensor) , der die jeweilige Motorposition an die Mo¬ torsteuereinrichtung 8 meldet. Dies ist beispielsweise bei kollektorlosen Gleichstrommotoren erforderlich. Die EPS-
Basisunterstützung 5 (EPS = Electronic Power Steering) bein¬ haltet die Grundfunktionen, während die EPS-Lenkfunktion 6 weitere Funktionen enthält, die von Fahrzeug zu Fahrzeug bzw. von Fahrzeug- zu Fahrzeug-Hersteller verschieden sein können.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Lenkhilfe nach dem erfin¬ dungsgemäßen Verfahren ist zwischen dem Lenkmomentsensor 4 und den Eingängen der Einrichtungen 5, 6 ein Beobachter 11 eingefügt. Dieser erhält vom Motorpositionssensor 10 die je- weilige Motorposition, aus welcher eine Korrekturgröße K ab¬ geleitet wird. Die Ableitung der Korrekturgröße im Beobachter 11 wird für dieses Ausführungsbeispiel später anhand von Fig. 6 näher erläutert. Die Ausgangsgröße ist dann das Lenkmoment Mf, das vom Fahrer aufgebracht wird.
Das Fahrer-Lenkmoment Mf errechnet sich wie folgt aus der An¬ wendung des Drallsatzes: Jl H bl = Mf + Ms, dabei ist Jl das Trägheitsmoment des Lenkrades, bl die Lenkwinkelbeschleunigung,
Mf das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment und
Ms das vom Lenkmomentsensor gemessene Moment.
Stellt man diese Gleichung nach Mf um, so erhält man folgende
Gleichung, wie sie für den Beobachter zu implementieren ist: Mf = Jl H bl - Ms.
Fig. 3 zeigt einen Beobachter 11.1, der einen Subtrahierer 12 und einen Multiplizierer 13 enthält. Vom Lenkmomentsensor 4 wird das Moment Ms zugeführt, während von einem Sensor 14 die Lenkwinkelbeschleunigung bs zugeführt wird. Durch Multiplika¬ tion der Lenkwinkelbeschleunigung bs mit dem aus einem Spei¬ cher 15 ausgelesenen Trägheitsmoment Jl des Lenkrades bei 13 entsteht eine Korrekturgröße, die dem Subtrahierer 12 zuge¬ führt wird. Daraus geht das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmo¬ ment Mf hervor. Dies wird über den Ausgang 16 den weiteren Komponenten des Lenkhilfesystems nach Fig. 2 zugeführt.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Be¬ obachters 11.2 ist ein Lenkwinkelsensor 17 vorgesehen, dessen Ausgangsgröße ws zweimal nach der Zeit abgeleitet wird, um zur Lenkwinkelbeschleunigung zu gelangen. Dazu wird im Beob¬ achter 11.2 die abzuleitende Größe bei 18 bis 21 jeweils um ein Zeitelement Z-I verzögert und von der unverzögerten Größe subtrahiert, was jeweils eine zeitliche Ableitung ergibt.
Dem Beobachter 11.3 nach Fig. 5 wird von einem Sensor 22 die Lenkwinkelgeschwindigkeit vs zugeführt und bei 20 und 21 ein- mal abgeleitet, so dass die Lenkwinkelbeschleunigung bl ent¬ steht.
Das Ausführungsbeispiel eines Beobachters 11.4 nach Fig. 6 erhält Informationen über die Lenkwinkelbeschleunigung vom Motorwinkelsensor 10, dessen Größe wm bei 18 bis 21 zweimal abgeleitet wird, worauf die Winkelbeschleunigung bm des Mo¬ tors entsteht. Da jedoch die Korrekturgröße K mit der Lenk¬ winkelbeschleunigung gebildet werden soll, wird bei dem Beob¬ achter 11.4 aus einem Speicher 23 das Untersetzungsverhältnis l:x ausgelesen. Damit wird das Trägheitsmoment Jl des Lenkra¬ des bei 24 multipliziert. Das Ergebnis wird dann wie bei den anderen Beobachtern mit dem Multiplizierer 13 mit der Lenk¬ winkelbeschleunigung bs multipliziert. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 erhält der Beobachter 11.5 von einem Sensor 25 die Drehzahl des Motors dm, aus der durch Ableitung bei 20, 21 die Beschleunigung bm des Motors abgeleitet wird. Das Untersetzungsverhältnis des Getriebes wird wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 berücksich¬ tigt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Lenkunterstützung in einem Fahrzeug mit ei¬ nem Lenkrad, einer Lenkwelle und einem Lenkgetriebe, wobei ein auf das Lenkgetriebe wirkender Motor in Abhängigkeit eines von einem Lenkmomentsensor gemessenen Lenkmoments gesteuert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass das gemessene Lenkmoment um eine aus dem Trägheitsmoment und der Drehbeschleunigung des Lenkrades gebildeten Korrekturgröße vermindert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Korrekturgröße durch Multipli¬ kation einer Eingangsgröße mit einem gespeicherten Träg- heitsmoment des Lenkrades gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Eingangsgröße die Lenkradbe¬ schleunigung ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Eingangsgröße aus dem Lenkwin¬ kel durch zweifache Ableitung gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Eingangsgröße durch Ableitung aus der Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass die Eingangsgröße aus dem Drehwin¬ kel des Motors durch zweifache Ableitung gebildet wird und dass in die Korrekturgröße multiplikativ das Unter¬ setzungsverhältnis des Lenkgetriebes eingeht.
7. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Eingangsgröße durch Ableitung der Drehzahl des Motors gebildet wird und dass in die Kor¬ rekturgröße multiplikativ das Untersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes eingeht.
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