WO2013104500A1 - Verfahren und vorrichtung zur kompensation von störungen in einem elektrischen lenksystem - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur kompensation von störungen in einem elektrischen lenksystem Download PDF

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WO2013104500A1
WO2013104500A1 PCT/EP2012/076080 EP2012076080W WO2013104500A1 WO 2013104500 A1 WO2013104500 A1 WO 2013104500A1 EP 2012076080 W EP2012076080 W EP 2012076080W WO 2013104500 A1 WO2013104500 A1 WO 2013104500A1
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torque
signal
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PCT/EP2012/076080
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Inventor
Thomas Nierobisch
Stefan Grüner
Tomas Hrycej
Original Assignee
Zf Lenksysteme Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B62D5/0472—Controlling the motor for damping vibrations

Definitions

  • the invention relates to a method for the simultaneous compensation of a plurality of occurring during the operation of an electric steering system periodic, in particular sinusoidal disturbances, wherein the electrical
  • Steering system comprising a torque controller and wherein depending on a torque of the torque actuator characterizing signal and a current torsion bar characterizing signal using a model of the steering system at least one compensation signal to be compensated corresponding compensation signal is determined.
  • the invention further relates to a device for the simultaneous compensation of a plurality of occurring during operation of an electric steering system periodic, in particular sinusoidal disturbances, wherein the electric steering system comprises a torque controller and wherein a function of a torque of the torque actuator characterizing signal and a current torsion bar torque characterizing signal below
  • a method and a device for detecting and compensating steering wheel torsional vibrations in an EPS steering system are known.
  • a frequency-variable disturbance and state quantity calculator is provided for the compensation of the steering wheel torsional vibrations. If the presence of a disturbance frequency is detected, the frequency-variable disturbance and state-size calculator is activated. This calculates a function of the previously determined dominant interference frequency, a filtered by a frequency-variable bandpass torque rod torque and, if necessary, other measures, a
  • Compensating a single sinusoidal noise frequency is not sufficient. For example, occur due to the brake disc geometry at a
  • Compensation signal is decisive) are mapped. This problem is exacerbated when determining the interference to be compensated for a particular structure or a sine wave signal. Without the use of an input-side bandpass all input-side interference and the
  • Modeling error of the controlled system act in the form of an offset to the determined by the disturbance calculator compensation signal, which in turn the driver on the steering wheel as a constant offset torque or holding torque
  • the present invention is therefore based on the object, a
  • Periodic disturbances should thus also include such signals in which the amplitude of the oscillation and its frequency (in particular by a temporal change in the delay) can change over time. Also disorders that represent a super
  • the invention is initially based on a system which is suitable for compensating for a single periodic (for example, sinusoidal) disturbance occurring during the operation of an electric steering system, and in which a control torque of a torque adjuster is dependent on one
  • a moment of torsion bar should be understood to mean any moment which corresponds to a torsion bar moment with sufficient accuracy and which corresponds to the moment applied by the driver and acting between the driver on the one hand and the pinion of the steering system on the other hand.
  • the torsion bar torque need not necessarily be detected by means of a torque sensor arranged on the torsion bar but can be detected and / or calculated by means of other sensors, for example as a function of a current engine torque.
  • a possible output system of the invention is, for example, the previously described and known from DE 10 2009 028 448 A1 system, with which a simultaneous compensation of several disorders or higher-order disturbances, however, for the reasons mentioned above is not possible.
  • the reconstruction of the interference signal or the determination of the compensation signal takes place there in a functional unit, which represents a disturbance and state quantity calculator.
  • Disturbances or the compensation signals generated, imaged in a size which can thus be understood as additional unstructured interference with low dynamics.
  • the known disturbance and state calculators are not suitable for the compensation of periodic oscillations (disturbances) of a higher order and the compensation of a periodic oscillation oscillator A plurality of concurrent perturbations.
  • Another problem is that existing modeling errors or
  • Perturbations can be mapped together with the model errors in a common size in the form of an additional unstructured disturbance. This ensures that of the total interference occurring only the sinusoidal interference to be compensated for the determination of the compensation signals
  • Compensation signals are not taken into account, the unstructured fault or an error in the model of the controlled system can not adversely affect the compensation of the interference.
  • the additional unstructured disturbance is realized as a prediction filter, which determines the deviations or the difference between the predicted system states which are based on the prediction filter
  • the steering system has a torque adjuster, which can be controlled, for example, by a steering controller of the steering system and that the disturbance and state calculator with additional unstructured disturbance as an input variable directly supplied by the steering controller size is supplied.
  • the disturbance and state calculator with additional unstructured disturbance thus receives the quantity generated by the steering controller directly, that is to say without preprocessing, for example the bandpass filtering provided in the methods known from DE 10 2009 028 448 A1. Since the pre-processing, in particular the filtering, can be omitted, the process can be realized with little effort.
  • the adjusting torque may be, for example, a moment that the torque adjuster to a
  • Torsion bar of the steering system exercises.
  • Steering wheel torsional vibration will be compensated as brake judder. Due to the geometry of the brake discs, in the case of cold brakes, predominantly sinusoidal vibrations of the first and second order may occur (so-called cold brake judder). With overheated brakes even sinusoidal vibrations can be higher Order, in particular the fifth to the tenth order (so-called hot brake judder) occur.
  • Device according to the invention can now be compensated in particular all types of brake judder.
  • the disturbance observer can simultaneously generate associated periodic disturbance signals for all sinusoidal oscillations.
  • other types of steering wheel torsional vibrations for example those resulting from an imbalance in a wheel (shimmy), can be compensated.
  • the periodic, in particular sinusoidal, disturbances occurring in the steering system can be caused by a wheel rotation frequency of the steering system
  • the Rohmlauffrequenz the fundamental frequency (first order) correspond to the above-described sine waves.
  • a fundamental frequency for example, a rotational frequency of a wheel axle and / or a wheel of the steering device or one of the
  • Rotational frequency derived frequency can be determined.
  • disturbances can also be generated by components of the steering system itself, for example, by the electric motor (and there in particular by the rotor), the
  • Solution proposal can be compensated in principle even such engine orders.
  • the device according to the invention may be, for example, a control and / or regulating device of the steering system.
  • the device is set up to carry out the method according to the invention.
  • the device has a computer, preferably with a microprocessor and a memory element, wherein in the
  • Computer preferably stored in the memory element, a computer program is and the computer program is programmed so that the device executes the inventive method when the computer program runs on the computer.
  • Figure 1 is a schematic representation of a steering system of a vehicle
  • FIG. 2 shows a block diagram of a control system with an inventively formed disturbance and state calculator with additionally unstructured disturbance according to a possible embodiment of the invention
  • Figure 3 is a differential equation to illustrate a possible
  • FIG. 4 shows a plurality of signal curves of a non-compensated signal as well as of signals compensated by various methods, which exemplarily represent possible control signals of the torque controller.
  • FIG. 1 shows a steering system 1 which comprises a steering device 2 and a control unit 3.
  • a microprocessor 4 is arranged, via a data line, such as a bus system, with a
  • Memory element 5 is connected.
  • memory areas are formed in which functional means for carrying out the method according to the invention, for example in the form of a computer program, are stored.
  • memory element 5 maps can also be stored.
  • the control unit 3 is connected to a torque actuator 7, which is formed for example as an electric motor, so that a
  • Electric motor acts via a gear 8 on a torsion bar 9, so he a
  • Actuation torque can exert on the torsion bar.
  • a steering means such as a steering wheel 10 is arranged.
  • the steering device further comprises a steering gear 1 1, which as
  • the steering gear 1 1 is connected via a pinion 12a and a rack 12b on each side of the vehicle with a steering linkage 13, which cooperates in each case by a wheel.
  • the torque adjuster 7 has a rotor 15. It can be provided that by means of a rotor position sensor 16, the current rotor position can be detected. This is supplied to the control unit 3 via a data line 17. From the rotor position
  • the steering system 1 may comprise a rotor speed sensor, not shown.
  • a speed sensor 18 By means of a speed sensor 18, a wheel speed can be detected and transmitted to the control unit 3 via a data line 19a.
  • Torque sensor 20 a current torsion bar torque can be detected and transmitted via a data line 19 b to the control unit 3.
  • the data lines 6, 17, 19a and 19b can be designed in a variety of known ways.
  • a bus system is used for communication between the control unit 3 and the sensors or actuators.
  • FIG. 2 shows a block diagram with the aid of which a possible embodiment of the invention is shown below, which shows the compensation of disturbances, in particular of steering wheel torsional vibrations 1 occurring in the steering system 1. and / or 2nd order. In addition, even steering wheel vibrations of any order, which occur for example in hot brake judder can be compensated.
  • Figure 2 illustrates in particular the operation of a variable frequency and / or frequency-static Störetzn- and state calculator according to the invention with additional unstructured disorder and its interaction with the steering controller for the power assistance, externally applied disorders and the controlled system or the actual steering.
  • a steering controller 21 is shown, which is implemented in a separate unit, but preferably in the control unit 3, by appropriate programming, and the function of measured and / or calculated input variables calculates a signal M servo , the control of the
  • the signal M servo is fed to an adder 23 and it is an adjusting moment M vo formed.
  • the actuating torque M ' serV o serves as input for a
  • Calculation unit which is preferably designed as a disturbance and state calculator with additional unstructured disorder 25.
  • This frequency-variable and / or frequency-static disturbance and state calculator with additionally unstructured disturbance 25 is also referred to below as disturbance observer 25 or as "SZB + ⁇ S" 25. All estimates or reconstructions of externally applied disturbances as well as all calculated internal disturbances
  • the actuating torque M ' serV o formed from the signal M se rvo is supplied as an input to the SZB + ⁇ S 25, without the signal M servo being used for this purpose by means of an additional disturbance Mstoer
  • Signal processing method such as filtering
  • the disturbance variable and state quantity calculator according to the invention with additional unstructured disturbance 25 is designed as a control-related observer in such a way that both frequency-variable and frequency-stable
  • the frequency f 0 (fundamental frequency) exemplifies a first-order oscillation
  • the method according to the invention can accordingly be used for compensating different sinusoidal perturbations of different orders.
  • the calculated compensation signals M (f 0 ), M (f 2 o), M (W are multiplied by a factor via separate scaling elements 27 and then fed to the first adder 23.
  • the value -1 can be chosen so that the first adders 23, the compensation signals M (f-io), Mfeo). M (fno) superimposed on the signal M servo , whereby the adjusting torque M ' servo is formed.
  • M servo is formed by way of example in Figure 2 by an adder 29.
  • the disturbances can be recorded on the output side as well, ie together with the measured torsion bar torque (MTB mess ).
  • FIG. 2 furthermore shows a schematic steering device 31 in the form of a
  • the steering device 31 can be used as a
  • Transmission function G rea i (s) are considered, by means of which, depending on the signal applied to the input signal M " servo , for example by means of
  • Torque sensor 20 measurable torsion bar torque MTB mess is formed.
  • a transfer function referred to as Gnom (s) represents a model of the steering device 31 and thus of the actual transfer function G rea i (s).
  • This model Gnom (s) is based on the ZSB + zS 25. The model and thus the nominal transfer function G n0 m (s) differ from the actual one
  • Such deviations arise, for example, due to inaccuracies, errors and abstractions in the modeling and in particular due to series variations.
  • deviations between the actual controlled system and the modeled route can arise due to the fact that during operation of the
  • the total so-called model errors existing between the actual controlled system and the model are shown in FIG. 2 as A (s).
  • this relationship is shown schematically in that the actual transfer function G rea i (s) as a combination of the model G n0 m (s) and the model error A (s) or by a superposition of each formed
  • the torsion bar torque MTB mess measured in the steering device 2 or at the output of the function block 31 representing the steering device 2 is fed to the disturbance and state calculator with additional unstructured disturbance 25 as a signal.
  • the nominal distance model G n0 m (s) and in Depending on the control torque M ' servo and the measured torsion bar torque MTB mess compensation signals M (f-io), M (f2o), ⁇ M (fo) are determined.
  • the compensation signals M (f 0 ), M (f 2o ), M (fo) which have already been determined and added to the signal M servo (compare adder 23 in FIG.
  • the SZB + ⁇ S 25 calculates the interference signal Mstoer, which characterizes both the externally occurring unstructured interference Mstoer and errors in the system model Gnom (s).
  • the state variable MTBmess represents a reconstruction of the torsion bar torque MTB ssS s, which is measured on the steering device 2 or at the output of the steering device shown as a function block 31 in FIG.
  • State calculator with additional unstructured interference 25 reproduced in the form of a differential equation.
  • Each line of the differential equation corresponds to a state variable of the SZB + ⁇ S 25.
  • Those state variables which describe an internal system state of the steering device 2, 31 form a vector x.
  • State variables which correspond to disturbance variables form a vector x d .
  • the vector x thus has three components in this example.
  • the lower five lines correspond to the disturbance variables, with the bottom line serving to determine the state variable Mstoer.
  • the upper seven lines 39 thus form part of the SZB + ⁇ S 25, which reconstructs the periodic interference signals or determines the compensation signals M (fi o), Mfeo), M (f 0 ).
  • areas 40 of the left in Figure 3 shown Matrix of the reconstruction of the periodic, in particular sinusoidal, disturbances M (f-io), M (f 2o ), ⁇ M (fno) and thus the formation of the compensation signals M (f-io),
  • the bottom line implements a prediction filter 41.
  • the prediction filter 41 forms a deviation between the system states predicted in the part 39 on the basis of the route model G n0 m (s) with knowledge of the measured variable MTB mess and the currently estimated periodic interference signals and thus the
  • the signal Mstoer thus formed thus contains all non-modeled disturbances, in particular the unstructured disturbances Mstoer actually occurring in the steering system or from the outside, as well as deviations that arise from inaccuracies of the model.
  • the SNAB uS + 25 performs a measure of tracking (see the first column 42 of the matrix shown in Figure 3 to the left) by that, _ the compensation signals M (f-io) M (f2o), M (f no) _beschschreibt.
  • the unstructured disturbance Mstoer which is uncorrelated with the periodic noise signals M (f-io), M (f2o), M (fno), are not applied to the
  • FIG. 4 illustrates the advantageous mode of operation of the method according to the invention (lower diagram in FIG. 4) in comparison with other conceivable solution approaches.
  • the diagrams shown in FIG. 4 show on a common time axis t the course of various signals, which have been partially calculated by means of a simulator.
  • the first (upper) diagram shows a signal, for example, a torsion moment MTB mess , as in a
  • Steering device 2 may typically occur.
  • This signal designated by the reference numeral 45, is shown in the first diagram without compensation for disturbances.
  • the 1 Hz sine wave represents the low-dynamic steering behavior of a driver and the jump shows the change in the signal curve caused by an action of the driver, which corresponds, for example, to a steer or dodge.
  • the second diagram shows a compensated signal 47, which was determined by means of the method known from DE 1 0 2009 028 448 A1, but extended by an order detection.
  • the third diagram shows another compensated signal 49 using a disturbance and state calculator that is not designed to calculate the non-periodic disturbance signal, that is, has no unstructured disturbance state variable (s). It can be seen that the signal 49 has an offset which is noticeable to the user of the steering system 1 at a constant moment on the torsion bar 9 or on the steering wheel 10, so that the driver would have to apply a counter-torque here.
  • the lower diagram shows a signal 51 compensated by means of a method according to the invention. It can be seen that this signal hardly the
  • a preferred application is the compensation of cold brake judder and hot brake judder.
  • the method can be easily adapted to the properties of the steering system 1 used specifically and to predetermined requirements for the control of the steering system 1.
  • the method can be carried out with relatively little computational effort. And the fact that model errors are estimated together with the possibly occurring un structured disturbances in a size Mstoer, the inventive method is overall reliable and robust.

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Abstract

In einer elektrischen Lenkvorrichtung (31) können eine Mehrzahl von periodischen Störungen (M(f1o), M(f2o),... M(fno)) auftreten, die kompensiert werden sollen, wohingegen darüber hinaus auftretende, insbesondere nichtperiodische Störungen (M stoer) nicht kompensiert werden sollen. Um basierend auf einem Modell (Gnom(s)) der Lenkvorrichtung (31) ein gleichzeitiges Kompensieren einer Mehrzahl solcher periodischen Störungen zu ermöglichen wird vorgeschlagen, dass die zusätzlich zu den zu kompensierenden Störungen (M(f-1o), M(f2o), M(fno)) auftretenden weiteren Störungen (Mstoer) gemeinsam mit Ungenauigkeiten bzw. Modellfehlern (Δs) des Modells (Gnom(s)) in Form einer unstrukturierten Störung (M stoer) abgebildet werden.

Description

Titel: Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation von Störungen in einem elektrischen Lenksystem Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Kompensation von einer Mehrzahl von während des Betriebs eines elektrischen Lenksystems auftretenden periodischen, insbesondere sinusförmigen Störungen, wobei das elektrische
Lenksystem einen Momentensteller umfasst und wobei in Abhängigkeit von einem ein Stellmoment des Momentenstellers charakterisierenden Signals und einem ein aktuelles Drehstabmoment charakterisierenden Signals unter Verwendung eines Modells des Lenksystems mindestens ein die zu kompensierenden Störungen entsprechendes Kompensationssignal bestimmt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Kompensation von einer Mehrzahl von während des Betriebs eines elektrischen Lenksystems auftretenden periodischen, insbesondere sinusförmigen Störungen, wobei das elektrische Lenksystem einen Momentensteller umfasst und wobei in Abhängigkeit von einem ein Stellmoment des Momentenstellers charakterisierenden Signals und einem ein aktuelles Drehstabmoment charakterisierenden Signals unter
Verwendung eines Modells des Lenksystems mindestens ein die zu
kompensierenden Störungen entsprechendes Kompensationssignal bestimmbar ist.
Aus der DE 10 2009 028 448 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen und Kompensieren von Lenkraddrehschwingungen in einem EPS- Lenksystem bekannt. Für die Kompensation der Lenkraddrehschwingungen ist ein frequenzvariabler Stör- und Zustandsgroßenberechner vorgesehen. Wird das Vorliegen einer Störungsfrequenz erkannt, so wird der frequenzvariabler Stör- und Zustandsgroßenberechner aktiviert. Dieser berechnet in Abhängigkeit von der zuvor ermittelten dominanten Störungsfrequenz, einem durch einen frequenzvariablen Bandpaß gefilterten Drehstabmoment und ggfs. weiteren Meßgrößen, ein
zusätzliches Motormoment, das in seiner Amplitude, Frequenz und Phasenlage geeignet ist, die erkannte dominante Störfrequenz zu kompensieren. Der Bandpass ist erforderlich, weil das im Stör- und Zustandsgroßenberechner implementierte Modell einer zur beobachtenden Strecke nicht hinreichend genau über einen großen Frequenzbereich bestimmbar ist.
Zwar ist mit dem bekannten Verfahren eine für viele Anwendungen ausreichend gute Kompensation von Lenkraddrehschwingungen verursacht durch sinusförmige Störfrequenzen möglich, jedoch benötigt die Realisierung des Verfahrens u.a.
aufgrund der aufwendigen Filterung des Eingangssignals eine relativ hohe
Rechenleistung. Des Weiteren kann mit dem bekannten Verfahren nur eine einzige sinusförmige Störung kompensiert werden. Es gibt aber auch Situationen, in denen das
Kompensieren einer einzelnen sinusförmigen Störfrequenz nicht ausreichend ist. Beispielsweise treten aufgrund der Bremsscheibengeometrie bei einem
sogenannten Cold Brake Judder periodische Schwingungen der 1 . und 2. Ordnung, bei sogenannten Hot Brake Judder sogar Schwingungsformen der 5. bis 1 0
Ordnung auf. Eine gleichzeitige Kompensation mehrerer periodischer Störsignale ist jedoch keine triviale Aufgabe. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine
Erweiterung eines Stör- und Zustandsgrößenberechners bei dem Vorliegen von zwei periodischen Störsignalen, die jeweils entsprechend bandpaßgefiltert werden, aufgrund entstehender unterschiedlicher Laufzeiten bzw. Phasen der Signale zu instabil wird und durch das Entstehen von ungewollten Wechselwirkungen eine Kompensation der Störsignale nicht mehr möglich ist.
Des weiteren besteht bei Störgrößenberechnern das grundsätzliche Problem, dass Modellierungsfehler bzw. Ungenauigkeiten in dem Modell der Regelstrecke, das ein Bestandteil des Störgrößenberechners ist, in der mittels des Störgrößenberechners ermittelten bzw. rekonstruierten Störgröße (die wiederum für die Bildung des
Kompensationssignals maßgeblich ist) abgebildet werden. Dieses Problem verstärkt sich noch bei der Festlegung der zu kompensierenden Störung auf eine bestimmte Struktur bzw. auf ein Sinussignal. Ohne die Verwendung eines eingangsseitigen Bandpasses würden alle eingangsseitig wirkenden Störungen sowie die
Modellierungsfehler der Regelstrecke in Form eines Offset auf das mittels des Störgrößenberechners ermittelte Kompensationssignal wirken, was wiederum durch den Fahrer am Lenkrad als konstantes Offsetmoment bzw. Haltemoment
wahrgenommen werden würde.
Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine
Möglichkeit zur Kompensation von Störungen in einem elektrischen Lenksystem zu schaffen, das eine Kompensation mehrerer, gleichzeitig auftretender, periodischer Störungen ermöglicht. Insbesondere soll eine Kompensation von durch cold brake judder und hot brake judder erzeugte Störung ermöglicht werden. Unter
periodischen und insbesondere unter sinusförmigen Störungen sollen also nicht nur Signale der Form y(t) = A■ sin(2^■ f - t) verstanden werden, sondern beispielsweise auch Signale der Form y(t) = A(t)■ ήη(2π■ f (t)■ t) , bei welcher sich die Amplitude A(t) und die Frequenz f(t) über die Zeit ändern, und insbesondere auch Signale der Form y(t) = Al (t)■ ύη(2π■ L (t) - t) + A2 (t) · ύη(2π■ f2 (t) · t) , wobei fi(t) und f2(t) unterschiedlicher Ordnung sind (beispielsweise ist f2(t) die zweite Ordnung von f^t)). Periodische Störungen sollen also auch solche Signale umfassen, bei welchen sich die Amplitude der Schwingung sowie deren Frequenz (insbesondere durch eine zeitliche Veränderung der Verzögerung) zeitlich ändern können. Auch Störungen, die eine Überlagerung von zwei oder mehreren Frequenzen darstellen
(insbesondere wenn eine zweite Frequenz eine höhere Ordnung der ersten
Frequenz darstellt), werden vorliegend unter dem Begriff „periodische Störung" verstanden.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich anhand der in den jeweiligen Unteransprüchen angegebenen Merkmale sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung geht zunächst von einem System aus, das zur Kompensation einer einzigen während des Betriebs eines elektrischen Lenksystems auftretenden periodischen (beispielsweise sinusförmigen) Störung geeignet ist, und bei welchem in Abhängigkeit von einem ein Stellmoment eines Momentenstellers
charakterisierenden Signal und einem ein aktuelles Drehstabmoment
charakterisierenden Signal und unter Verwendung eines Modells des Lenksystems ein Kompensationssignal gebildet wird, das der zu kompensierenden periodischen Störung entspricht. Unter einem Drehstabmoment soll vorliegend jedes Moment verstanden werden, dass einem Drehstabmoment hinreichend genau entspricht und das dem vom Fahrer aufgebrachten und zwischen dem Fahrer einerseits und dem Ritzel des Lenksystems andererseits wirkenden Moment entspricht. Insbesondere braucht das Drehstabmoment nicht zwingend mittels eines an dem Drehstab angeordneten Momentensensors erfasst werden sondern kann mittels anderer Sensoren erfasst und/oder berechnet werden, beispielsweise in Abhängigkeit von einem aktuellen Motormoment.
Ein mögliches Ausgangssystem der Erfindung ist beispielsweise das zuvor beschriebene und aus der DE 10 2009 028 448 A1 bekannte System, mit welchem eine gleichzeitige Kompensation von mehreren Störungen bzw. von Störungen höherer Ordnung jedoch aus den oben genannten Gründen nicht möglich ist. Die Rekonstruktion des Störsignals bzw. die Bestimmung des Kompensationssignals erfolgt dort in einer Funktionseinheit, die einen Stör- und Zustandsgrößenberechner darstellt.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass zusätzlich auftretende Störungen, also insbesondere unstrukturierte Störungen, sowie Modellfehler bzw.
Ungenauigkeiten zwischen dem Modell des Lenksystems und dem tatsächlichen Lenksystem gemeinsam in Form einer unstrukturierten Störung abgebildet werden. Damit wird verhindert, dass sowohl die Modellfehler bzw. die Abweichungen der modellierten Strecke von der tatsächlichen Regelstrecke, also dem tatsächlichen Lenksystem, als auch unstrukturierte Störungen, die nicht den zu kompensierenden Störungen entsprechen, das Kompensationssignal und damit das in Abhängigkeit von dem Kompensationssignal erzeugte und dem Momentensteller zugeführte Stellmoment störend beeinflussen. Erfindungsgemäß werden also alle Signalanteile, die weder dem (rekonstruierten) Drehstabmoment noch den rekonstruierten
Störungen bzw. den erzeugten Kompensationssignalen entsprechen, in einer Größe abgebildet, die somit als zusätzliche unstrukturierte Störung mit niedriger Dynamik aufgefasst werden kann. Grundsätzlich haben sich für die Ermittlung von Lenkraddrehschwingungen auch als „Beobachter" bezeichnete Stör- und Zustandsberechner bewährt. Wie oben bereits dargestellt, eignen sich die bekannten Stör- und Zustandsberechner jedoch nicht für die Kompensation von periodischen Schwingungen (Störungen) höherer Ordnung sowie der Kompensation einer Mehrzahl von gleichzeitig auftretenden Störungen. Ein weiteres Problem liegt darin, dass vorhandene Modellierungsfehler bzw.
Ungenauigkeiten in dem Modell der Regelstrecke (beispielsweise aufgrund von Serienstreuungen) in der geschätzten Störung, die wiederum Grundlage für die Bildung der Kompensationssignale ist, abgebildet werden. Ohne eine Verwendung des oben bereits genannten Bandpasses werden deshalb alle auftretenden
Störungen sowie die Modellfehler auf die strukturierte Störung abgebildet, was zu einem Offset bei dem gebildeten Kompensationssignal führt, was wiederum am Lenkrad als konstantes Offsetmoment bzw. Haltemoment wahrgenommen wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt deshalb die
Bestimmung der zusätzlichen unstrukturierten Störung in einer im folgenden als Stör- und Zustandsberechner mit zusätzlicher unstrukturierter Störung („SZB+uS") bezeichneten Funktionseinheit, in welcher die auftretenden unstrukturierten
Störungen zusammen mit den Modellfehlern in einer gemeinsamen Größe in Form einer zusätzlichen unstrukturierten Störung abgebildet werden. Damit wird erreicht, dass von den insgesamt auftretenden Störsignalen nur die zu kompensierenden sinusförmigen Störungen für die Ermittlung der Kompensationssignale
herangezogen werden. Da die weiteren Störungen für die Bildung der
Kompensationssignale nicht berücksichtigt werden, kann die unstrukturierte Störung beziehungsweise ein Fehler im Modell der Regelstrecke die Kompensation der Störungen nicht negativ beeinflussen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird die zusätzliche unstrukturierte Störung als Prädiktionsfilter realisiert, welches die Abweichungen bzw. die Differenz zwischen den prädizierten Systemzuständen, die auf der Basis des
Streckenmodells ermittelt werden, und des prädizierten Systemzustands, der unter Verwendung der Messgröße und der aktuell geschätzten Störgrößen ermittelt wird, auf die unstrukturierte Störung abbildet. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Lenksystem einen Momentensteller aufweist, der beispielsweise von einem Lenkungsregler des Lenksystems ansteuerbar ist und dass dem Stör- und Zustandsberechner mit zusätzlicher unstrukturierter Störung als Eingangsgröße direkt eine von dem Lenkungsregler erzeugte Größe zugeführt wird. Der Stör- und Zustandsberechner mit zusätzlicher unstrukturierter Störung erhält die von dem Lenkungsregler erzeugte Größe also direkt, das heißt ohne eine Vorverarbeitung wie beispielsweise die in den aus der DE 10 2009 028 448 A1 bekannten Verfahren vorgesehene Bandpassfilterung. Da die Vorverarbeitung, insbesondere das Filtern, entfallen kann, lässt sich das Verfahren mit geringem Aufwand realisieren. Bei dem Stellmoment kann es sich beispielsweise um ein Moment handeln, das der Momentensteller auf einen
Drehstab des Lenksystems ausübt.
Grundsätzlich können mit erfindungsgemäß modifizierten Stellmomenten Störungen in dem Drehstabmoment kompensiert und somit der Drehstab bezüglich der ausgewählten Frequenzen beruhigt werden, was zu einer zusätzlichen Schwingung des Rotors bzw. des Rotorlagesignals bei den entsprechenden Frequenzen führen kann. Erfindungsgemäß ist es also nun möglich, Störsignale zu rekonstruieren und damit Kompensationssignale zu erzeugen, die periodischen Störungen unterschiedlicher Ordnungen entsprechen. Hierdurch wird eine gleichzeitige Kompensation mehrerer periodischer, beispielsweise sinusförmiger Störungen erreicht. Zu jeder Störung kann ein entsprechendes periodisches Störsignal bzw. Kompensationssignal ermittelt werden. Anhand der ermittelten periodischen Störsignale bzw.
Kompensationssignale können die einzelnen periodischen Störungen kompensiert werden.
Aufgrund von Dickenschwankungen einer Bremsscheibe herrührende
Lenkraddrehschwingung werden als brake judder kompensiert werden. Bedingt durch die Geometrie von Bremsscheiben können bei kalten Bremsen überwiegend Sinusschwingungen der ersten und zweiten Ordnung auftreten (sog. cold brake judder). Bei heißgelaufenen Bremsen können sogar Sinusschwingungen höherer Ordnung, insbesondere der fünften bis zur zehnten Ordnung (sog. hot brake judder) auftreten. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der
erfindungsgemäßen Vorrichtung können nun insbesondere auch alle Arten von brake judder kompensiert werden.
Auch wenn die Eingangsgröße ungefiltert, beispielsweise ohne Bandpassfilterung, dem Störgrößenbeobachter zugeführt wird, kann der Störgrößenbeobachter gleichzeitig zu allen Sinusschwingungen jeweils zugehörige periodische Störsignale erzeugen. Darüber hinaus können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren andere Arten von Lenkraddrehschwingungen, beispielsweise diejenigen, die aus einer Unwucht in einem Rad (shimmy) herrühren, kompensiert werden.
Die in dem Lenksystem auftretenden periodischen, insbesondere sinusförmigen, Störungen können von einer Radumlauffrequenz des Lenksystems
beziehungsweise eines Rads des Fahrzeugs, in das das Lenksystem eingebaut ist, abhängen. Beispielsweise kann die Radumlauffrequenz der Grundfrequenz (erste Ordnung) der oben beschriebenen Sinusschwingungen entsprechen.
Dementsprechend kann als Grundfrequenz beispielsweise eine Drehfrequenz einer Radachse und/oder eines Rads der Lenkvorrichtung oder eine aus der
Drehfrequenz abgeleitete Frequenz ermittelt werden. Störungen können jedoch auch von Komponenten des Lenksystems selbst erzeugt werden, beispielsweise von dem Elektromotor (und dort insbesondere von dem Rotor), der das
Motormoment für die Servounterstützung erzeugt. Mittels des vorgestellten
Lösungsvorschlags können grundsätzlich auch solche Motorordnungen kompensiert werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung des Lenksystems handeln. Die Vorrichtung ist zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen Rechner, vorzugsweise mit einem Mikroprozessor und einem Speicherelement, aufweist, wobei in dem
Rechner, vorzugsweise in dem Speicherelement, ein Computerprogramm abgelegt ist und das Computerprogramm so programmiert ist, dass die Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner abläuft.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen und in den Zeichnungen angegeben, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems eines Fahrzeugs;
Figur 2 ein Blockdiagramm eines Regelsystems mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Störgrößen- und Zustandsberechner mit zusätzlich unstrukturierter Störung gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung;
Figur 3 eine Differenzialgleichung zur Verdeutlichung einer möglichen
mathematische Beschreibung eines erfindungsgemäßen Störgrößen- und Zustandsberechners mit zusätzlich unstrukturierter Störung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Figur 4 mehrere Signalverläufe eines nicht kompensierten Signals sowie von mittels verschiedener Verfahren kompensierter Signale, die mögliche Ansteuersignale des Momentenstellers exemplarisch darstellen.
In Figur 1 ist ein Lenksystem 1 dargestellt, das eine Lenkvorrichtung 2 und ein Steuergerät 3 umfasst. In dem Steuergerät 3 ist ein Mikroprozessor 4 angeordnet, der über eine Datenleitung, beispielsweise ein Bussystem, mit einem
Speicherelement 5, verbunden ist. In dem Speicherelement 5 sind Speicherbereiche ausgebildet, in denen Funktionsmittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise in Form eines Computerprogramms, abgespeichert sind. In dem Speicherelement 5 können ferner Kennfelder abgelegt sein. Über eine Signalleitung 6 ist das Steuergerät 3 mit einem Momentensteller 7 verbunden, der beispielsweise als Elektromotor ausgebildet ist, so dass eine
Steuerung des Elektromotors durch das Steuergerät 3 ermöglicht wird. Der
Elektromotor wirkt über ein Getriebe 8 auf einen Drehstab 9, sodass er ein
Stellmoment auf den Drehstab ausüben kann. An dem Drehstab 9 ist ein Lenkmittel, beispielsweise ein Lenkrad 10, angeordnet.
Die Lenkvorrichtung weist ferner ein Lenkgetriebe 1 1 auf, das als
Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 1 1 ist über ein Ritzel 12a und eine Zahnstange 12b auf jeder Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 13, das jeweils von einem Rad zusammenwirkt, verbunden.
Der Momentensteller 7 weist einen Rotor 15 auf. Es kann vorgesehen sein, dass mittels eines Rotorlagesensors 16 die aktuelle Rotorlage erfassbar ist. Diese wird über eine Datenleitung 17 dem Steuergerät 3 zugeführt. Aus der Rotorlage
Alternativ oder ergänzend kann das das Lenksystem 1 einen nicht dargestellten Rotorgeschwindigkeitssensor aufweisen. Mittels eines Drehzahlsensors 18 kann eine Raddrehzahl erfasst und über eine Datenleitung 19a an das Steuergerät 3 übermittelt werden. Mittels eines
Drehmomentsensors 20 kann ein aktuelles Drehstabmoment erfasst werden und über eine Datenleitung 19b an das Steuergerät 3 übermittelt werden. Die Datenleitungen 6, 17, 19a und 19b können in vielfältig bekannter Weise ausgeführt sein. Vorzugsweise wird ein Bussystem zur Kommunikation zwischen dem Steuergerät 3 und den Sensoren bzw. Aktoren eingesetzt.
Durch geeignete Programmierung des Steuergeräts 3 ist auf dem in Figur 1 dargestellten Lenksystem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar.
In Figur 2 ist ein Blockdiagramm gezeigt, anhand dessen im folgenden eine mögliche Ausführungsform der Erfindung gezeigt wird, welche die Kompensation von Störungen, insbesondere von in dem Lenksystem 1 auftretenden Lenkraddrehschwingungen 1 . und/oder 2. Ordnung ermöglicht. Darüberhinaus können sogar Lenkraddrehschwingungen beliebiger Ordnung, die beispielsweise bei hot brake judder auftreten, kompensiert werden. Figur 2 veranschaulicht insbesondere die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen frequenzvariablen und/oder frequenzstatischen Störgrößen- und Zustandsberechners mit zusätzlich unstrukturierter Störung und dessen Wirkzusammenhang mit dem Lenkungsregler für die Servounterstützung, extern anliegenden Störungen sowie der Regelstrecke bzw. der eigentlichen Lenkung.
In Figur 2 ist ein Lenkungsregler 21 gezeigt, der in einer separaten Einheit, vorzugsweise jedoch in dem Steuergerät 3, durch geeignete Programmierung realisiert ist, und der in Abhängigkeit von gemessenen und/oder berechneten Eingangsgrößen ein Signal Mservo berechnet, das einer Ansteuerung des
Momentenstellers 7 bzw des Elektormotors zugrundegelegt wird.
Das Signal Mservo wird einem Addierer 23 zugeleitet und es wird ein Stellmoment M vo gebildet. Das Stellmoment M'serVo dient als Eingangsgröße für eine
Berechnungseinheit, die vorzugsweise als Störgrößen- und Zustandsberechner mit zusätzlich unstrukturierter Störung 25 ausgebildet ist. Dieser frequenzvariable und/oder frequenzstatische Störgrößen- und Zustandsberechner mit zusätzlich unstrukturierter Störung 25 wird im folgenden auch als Störgrößenbeobachter 25 oder als„SZB+uS" 25 bezeichnet. Sämtliche Schätzungen bzw. Rekonstruktionen von extern anliegenden Störungen sowie sämtliche berechnete interne
Lenkungszustände sind in Figur 2 durch einen Unterstrich dargestellt.
Mittels des Störgrößenbeobachters 25 werden die tatsächlich anliegenden sinusförmigen Störungen M(f10), M(f2o), M(fno) rekonstruiert bzw. es werden die entsprechenden Kompensationssignale M(f-|0), Mfeo). M(fno) gebildet. Außerdem wird ein gemessenes Drehstabmoment MTBmess rekonstruiert und es werden in einer weiteren Größe, die als zusätzliche Störung Mstoer bezeichnet wird, sämtliche unstrukturierten Größen gemeinsam mit den vorhandenen Modellfehlern abgebildet. In der in Figur 2 gezeigten vorteilhaften Ausführungsform wird das aus dem Signal Mservo gebildete Stellmoment M'serVo als Eingangsgröße dem SZB+uS 25 zugeführt, ohne dass das Signal Mservo hierzu mittels eines zusätzlichen
Signalverarbeitungsverfahrens, beispielsweise einer Filterung, vorverarbeitet wird.
Der erfindungsgemäße Störgrößen- und Zustandsgrößenberechner mit zusätzlicher unstrukturierter Störung 25 ist als regelungstechnischer Beobachter derart ausgebildet, dass damit sowohl frequenzvariable als auch frequenzstabile
Störsignale beziehungsweise entsprechende Störungen M(f 0), M(f2o), M(fno) unterschiedlicher Ordnung kompensiert werden können. Dazu werden die
sinusförmigen Störsignale M(f-|0), M(f2o), M(fno) in Form von
Kompensationssignalen M(f 0), M(f2o), M(W rekonstruiert. Die Frequenz f 0 (Grundfrequenz) repräsentiert beispielhaft eine Schwingung erster Ordnung
(Grundschwingung), die Frequenz f2oeine Schwingung zweiter Ordnung, und die Frequenz fno eine Schwingung n-ter Ordnung (Oberschwingungen). Das
erfindungsgemäße Verfahren kann dementsprechend zum Kompensieren unterschiedlicher sinusförmiger Störungen unterschiedlicher Ordnungen eingesetzt werden Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch geeignet, lediglich eine sinusförmige Störung M(f10) erster Ordnung (n = 1 ) durch Erzeugen und Aufaddieren eines entsprechenden Kompensationssignals M(f 0) zu
kompensieren.
Die berechneten Kompensationssignale M(f 0), M(f2o) , M(W werden über gesonderte Skalierelemente 27 mit einem Faktor multipliziert und danach dem ersten Addierer 23 zugeleitet. Als Faktor kann beispielsweise der Wert -1 gewählt werden, so dass der erste Addierer 23 die Kompensationssignale M(f-io), Mfeo) . M(fno) dem Signal Mservo überlagert, wodurch das Stellmoment M'servo gebildet wird.
Treten nun in dem in Figur 2 beispielhaft dargestellten Regelungssystem
Lenkraddrehschwingungen bzw. periodische Störungen MLDS erster Ordnung M(f-|0), zweiter Ordnung M(f2o) und/oder höherer Ordnung M(fno) auf, die beispielsweise von einer Unwucht in einem Rad 14 (shimmy) oder durch Dickenschwankungen in einer Bremsscheibe (brake judder) herrühren, so beeinflussen dies Störungen das Stellmoment M'servo, wodurch ein Signal M"servo gebildet wird. Dies ist in Figur 2 beispielhaft durch einen Addierer 29 dargestellt ist. Selbstverständlich können die Störungen genausogut ausgangsseitig, also zusammen mit dem gemessenen Drehstabmoment (MTBmess) aufgenommen werden.
In Figur 2 ist ferner eine schematisierte Lenkvorrichtung 31 in Form eines
Funktionsblocks dargestellt. Die Lenkvorrichtung 31 kann als eine
Übertragungsfunktion Greai(s) betrachtet werden, mittels derer in Abhängigkeit von dem am Eingang anliegenden Signal M"servo ein beispielsweise mittels des
Drehmomentsensors 20 messbares Drehstabmoment MTBmess gebildet wird. Eine als Gnom(s) bezeichnete Übertragungsfunktion stellt ein Modell der Lenkvorrichtung 31 und damit der tatsächlichen Übertragungsfunktion Greai(s) dar. Dieses Modell Gnom(s) liegt dem ZSB+zS 25 zugrunde. Das Modell und damit die nominelle Übertragungsfunktion Gn0m(s) weichen jedoch von der tatsächlichen
Lenkvorrichtung 31 und damit der durch die Lenkvorrichtung 31 tatsächlich realisierten Übertragungsfunktion Greai(s) ab. Solche Abweichungen entstehen beispielsweise durch Ungenauigkeiten, Fehler und Abstrahierungen bei der Modellerstellung und insbesondere aufgrund von Serienstreuungen. Au ßerdem können Abweichungen zwischen der tatsächlichen Regelstrecke und der modellierten Strecke dadurch entstehen, dass während des Betriebs der
Lenkvorrichtung 2, 31 innerhalb der Lenkvorrichtung Störungen auftreten, beispielsweise (Stör-)Schwingungen, die in dem Momentensteller 7 entstehen. Die insgesamt zwischen der tatsächlichen Regelstrecke und dem Modell bestehenden sogenannten Modellfehler sind in Figur 2 als A(s) dargestellt. In der Lenkvorrichtung 31 ist dieser Zusammenhang schematisch dadurch gezeigt, dass die tatsächliche Übertragungsfunktion Greai(s) als eine Kombination des Modells Gn0m(s) und des Modellfehlers A(s) bzw. durch eine Überlagerung der jeweils gebildeten
Ausgangsignale dargestellt ist. Das in der Lenkvorrichtung 2 bzw. am Ausgang des die Lenkvorrichtung 2 repräsentierenden Funktionsblocks 31 gemessene Drehstabmoment MTBmess wird dem Störgrößen- und Zustandsberechner mit zusätzlicher unstrukturierter Störung 25 als Signal zugeführt. Anhand des nominalen Streckenmodells Gn0m(s) und in Abhängigkeit von dem Stellmoment M'servo sowie dem gemessenen Drehstabmoment MTBmess werden Kompensationssignale M(f-io), M(f2o),■ M(fo) ermittelt. Hierbei werden die zuvor bereits ermittelten und auf das Signal Mservo aufaddierten (vgl. Addierer 23 in Figur 2) Kompensationssignale M(f 0), M (f2o), M(fo) berücksichtigt. Durch diese quasi interne Rückführung wird die Kompensation der Störgrößen M(f-io), M o). M(fno) aufrechterhalten, auch wenn diese Störgrößen aufgrund der erfolgten Kompensation in dem gemessenen Drehstabmoment MTBmess nicht mehr vorliegen. Der SZB+uS 25 berechnet das Störsignal Mstoer, welches sowohl die von au ßen auftretenden unstrukturierten Störungen Mstoer sowie Fehler in dem Streckenmodell Gnom(s) charakterisiert. Die Zustandsgröße MTBmess stellt eine Rekonstruktion des Drehstabmoments MTBmeSs dar, das an der Lenkvorrichtung 2 bzw. am Ausgang der als Funktionsblock 31 in Figur 2 dargestellten Lenkvorrichtung gemessenen wird.
In Figur 3 ist eine mögliche Ausführungsform des Störgrößen- und
Zustandsberechners mit zusätzlicher unstrukturierter Störung 25 in Form einer Differenzialgleichung wiedergegeben. Jede Zeile der Differenzialgleichung entspricht einer Zustandsgröße des SZB+uS 25. Diejenigen Zustandsgrößen, die einen internen Systemzustand der Lenkvorrichtung 2, 31 beschreiben, bilden einen Vektor x . Zustandsgrößen, die Störgrößen entsprechen, bilden einen Vektor xd .
Beide Vektoren zusammen bilden einen Zustandsvektor [x, xd ]' des SZB+uS 25. In dem in Figur 3 gezeigten exemplarischen SZB+uS 25 entsprechen die oberen drei Zeilen den internen Zuständen der Regelstrecke gemäß einem
Lenkungsmodell. Der Vektor x hat in diesem Beispiel also drei Komponenten. Die unteren fünf Zeilen entsprechen den Störgrößen, wobei die unterste Zeile der Bestimmung der Zustandsgröße Mstoer dient.
Die oberen sieben Zeilen 39 bilden somit einen Teil des SZB+uS 25, der die periodischen Störsignale rekonstruiert bzw. die Kompensationssignale M(f-i o) , Mfeo), M(f0) ermittelt. Hierbei dienen Bereiche 40 der in Figur 3 links dargestellten Matrix der Rekonstruktion der periodischen, insbesondere sinusförmigen, Störungen M(f-io), M(f2o),■■■ M(fno) und damit der Bildung der Kompensationssignale M(f-io),
Figure imgf000016_0001
Die unterste Zeile realisiert ein Prädiktionsfilter 41 . Das Prädiktionsfilter 41 bildet eine Abweichung zwischen den im Teil 39 prädizierten Systemzuständen auf der Grundlage des Streckenmodells Gn0m(s) unter Kenntnis der Messgröße MTBmess und der aktuell geschätzten periodischen Störsignale und damit der
Kompensationssignale M(fio),_M(f2o), · · ·, M(fnn) auf das nicht periodische Störsignal Mstoer ab. Das so gebildete Signal Mstoer beinhaltet also sämtliche nicht modellierten Störungen, insbesondere die tatsächlich in dem Lenksystem bzw. von außen auftretenden un strukturierten Störungen Mstoer, sowie Abweichungen, die aus Ungenauigkeiten des Modells entstehen. Der SZB+uS 25 führt eine Messgrößenverfolgung (siehe erste Spalte 42 der in Figur 3 links dargestellten Matrix) durch, die die Kompensationssignale M(f-io),_M(f2o), M(fno)_berücksichtigt. Die un strukturierte Störung Mstoer, die mit den periodischen Störsignalen M(f-io), M(f2o), M(fno) unkorreliert ist, werden nicht auf die
periodischen Kompensationssignale M(f 0),_M(f2o), M( , sondern auf das nicht periodische Störsignal Mstoer abgebildet. Anders als bei dem aus der DE 10 2009 028 448 A1 bekannten Verfahren benötigt der SZB+uS 25 keine Vorverarbeitung und insbesondere keine Filterung der Eingangsgröße Mservo.
Der SZB+uS 25, insbesondere die in den Matrizen in der Gleichung von Figur 3 angegebenen Koeffizienten, können an Eigenschaften des konkret in Verbindung mit dem Verfahren verwendeten Lenksystems 1 angepasst werden. Hierbei kann vorgesehen werden, dass die Dynamik des SZB+uS 25 für die einzelnen Zustände (Messgrößenverfolgung; periodische, insbesondere sinusförmige Störungen;
un strukturierte Störung) entsprechend der gewünschten Eigenschaften des
Lenksystems 1 beziehungsweise dessen Regelung gezielt appliziert wird.
Insbesondere kann die Dynamik an eine Anregungsfrequenz angepasst werden, so dass bei niedrigen Frequenzen nur eine geringe Dynamik vorliegt. Anhand von Figur 4 ist die vorteilhafte Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens (unteres Diagramm in Figur 4) im Vergleich mit anderen vorstellbaren Lösungsansätzen verdeutlicht. Die in Figur 4 dargestellten Diagramme zeigen auf einer gemeinsamen Zeitachse t den Verlauf verschiedener Signale, die teilweise mittels eines Simulators berechnet worden sind. Das erste (obere) Diagramm zeigt ein Signal, beispielsweise ein Drehstabmoment MTBmess, wie es in einer
Lenkvorrichtung 2 typischerweise auftreten kann. Dieses mit dem Bezugszeichen 45 versehene Signal ist in dem ersten Diagramm ohne eine Kompensation von Störgrößen dargestellt. Das Signal 45 weist die Charakteristik eines brake-judder- Signals erster und zweiter Ordnung in einem Frequenzbereich von 25 Hz bis 1 Hz auf. Ferner sind in dem Signal 45 eine Sinusschwingung mit 1 Hz sowie ein Sprung ungefähr zu einem Zeitpunkt t0 = 5 s vorhanden. Die 1 Hz Sinusschwingung repräsentiert das niederdynamische Lenkverhalten eines Fahrers und der Sprung zeigt die durch eine Aktion des Fahrers verursachte Änderung des Signalverlaufs, was beispielsweise einem Anlenken oder einem Ausweichen entspricht.
Das zweite Diagramm zeigt ein kompensiertes Signal 47, das mittels des aus der DE 1 0 2009 028 448 A1 bekannten, jedoch um eine Ordnungsdetektion erweiterten Verfahrens ermittelt wurde.
Das dritte Diagramm zeigt ein weiteres kompensiertes Signal 49, bei dem ein Stör- und Zustandsberechner verwendet worden ist, der nicht zum Berechnen des nicht periodischen Störsignals ausgebildet ist, das hei ßt keine Zustandsgröße für die un strukturierte Störung beziehungsweise für Fehler im Streckenmodell aufweist. Man erkennt, dass das Signal 49 einen Offset aufweist, der sich für den Benutzer des Lenksystems 1 in einem konstanten Moment am Drehstab 9 beziehungsweise am Lenkrad 10 bemerkbar macht, so dass der Fahrer hier ein Gegenmoment aufbringen müsste. Das untere Diagramm zeigt ein mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens kompensiertes Signal 51 . Man erkennt, dass dieses Signal kaum noch die
Störsignale aufweist, sondern lediglich den Sprung zum Zeitpunkt t0 sowie die Sinusschwingung mit 1 Hz, die einem simulierten Verlauf eines störungsfreien Drehstabmoments (das hei ßt eines Drehstabsmoments, das allenfalls geringe Lenkraddrehschwingungen aufweist) entsprechen.
Insgesamt erlaubt das hier beschriebene Verfahren die Kompensation von
Störgrößen, ohne das Auftreten eines beispielsweise durch
Modellierungsungenauigkeiten verursachten Offset, wie beispielhaft im dritten Diagramm in Figur 4 mit dem Signalverlauf 49 gezeigt. Au ßerdem ermöglicht es die vorliegende Erfindung erstmals, eine Mehrzahl von parallel auftretenden
sinusförmigen Störungen und insbesondere Störungen beliebiger Ordnungen und Frequenzgemische mit der oben beschriebenen Güte zu kompensieren. Eine bevorzugte Anwendungsmöglichkeit ist die Kompensation von cold brake judder und hot brake judder. Zudem lässt sich das Verfahren leicht an die Eigenschaften des konkret verwendeten Lenksystems 1 sowie an vorgegebene Anforderungen an die Regelung des Lenksystems 1 anpassen. Da für das erfindungsgemäße
Verfahren ein Bandpassfilter nicht erforderlich ist, lässt sich das Verfahren mit verhältnismäßig geringem Rechenaufwand durchführen. Und dadurch, dass Modellfehler zusammen mit den eventuell auftretenden un strukturierten Störungen in einer Größe Mstoer abgeschätzt werden, ist das erfindungsgemäße Verfahren insgesamt zuverlässig und robust.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur gleichzeitigen Kompensation einer Mehrzahl von während des Betriebs einer elektrischen Lenkvorrichtung (2; 31 ) auftretenden periodischen Störungen (M(f 0), M(f2o), M(fno)), wobei die elektrische Lenkvorrichtung (2; 31 ) einen Momentensteller (7) umfasst und wobei in Abhängigkeit von einem ein
Stellmoment des Momentenstellers (7) charakterisierenden Signal (Mservo) und einem ein aktuelles Drehstabmoment charakterisierenden Signal (MTBmess) unter Verwendung eines Modells (Gn0m(s)) der Lenkvorrichtung (2; 31 ) mindestens ein die zu kompensierenden Störungen (M(f 0), M(f2o), M(fno)) entsprechendes
Kompensationssignal (M(fio), M o), ■ M(fno)) bestimmt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den zu kompensierenden Störungen (M(f-|0), M(f2o),■ M(fno)) auftretende weitere Störungen Mstoer zusammen mit Modellfehlern (As) des Modells (Gn0m(s)) gemeinsam in Form einer unstrukturierten Störung (Mstoer) abgebildet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des mindestens einen Kompensationssignals (M(f-io), M o), MiW) mittels eines Stör- und Zustandsberechners mit zusätzlicher unstrukturierter Störung„SZB+uS" (25) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unstrukturierte Störung mittels eines Prädiktionsfilters (41 ) ermittelt wird, wobei Abweichungen zwischen prädizierten Systemzuständen, die auf der Basis des Modells Gnom(s) der Lenkvorrichtung (2; 31 ) ermittelt werden, und eines prädizierten Systemzustands, der in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße (MTBmess) und von aktuell geschätzten Werten für die Störgrößen (M(f10), M(f2o), M(fno)) gebildet wird, auf die unstrukturierte Störung (Mstoer) abgebildet wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Stellmoments (Mservo) ohne Veränderung durch einen zusätzlichen Filter, insbesondere einen Bandfilter, für die Bestimmung des Kompensationssignals (M(f-io), Mfeo), MiW) herangezogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stör- und Zustandsberechner mit zusätzlicher unstrukturierter Störung „SZB+uS" (25) eine Komponente (42) zur Realisierung einer Messgrößenverfolgung umfasst.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stör- und Zustandsberechner mit zusätzlicher unstrukturierter Störung „SZB+uS" (25) mindestens eine Komponente (40) für eine Modellierung der periodischen Störungen (M(f-|0), M(f2o), M(fno)) umfasst und das Ergebnis der Modellierung zur Bildung des jeweiligen Kompensationssignals (M(fio), M o), M(fno)) herangezogen wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass für jedes der auftretenden periodischen Störungen (M(f-|0), M(f2o), M(fno)) ein Kompensationssignal (M (fi0), M(f2o), M(fno)) gebildet wird.
8. Vorrichtung zur gleichzeitigen Kompensation einer Mehrzahl von während des Betriebs einer elektrischen Lenkvorrichtung (2; 31 ) auftretenden periodischen Störungen (M(f-|0), M(f2o), M(fno)), wobei die elektrische Lenkvorrichtung (2; 31 ) einen Momentensteller (7) umfasst und wobei in Abhängigkeit von einem ein Stellmoment des Momentenstellers (7) charakterisierenden Signal (Mservo) und einem ein aktuelles Drehstabmoment charakterisierenden Signal (MTBmess) unter Verwendung eines Modells (Gn0m(s)) der Lenkvorrichtung (2; 31 ) mindestens ein die zu kompensierenden Störungen (M(f 0), M(f2o), M(fno)) entsprechendes
Kompensationssignal (M(fio), M(f2o),■ MiW) bestimmbar ist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Berechnungseinheit (25) zur
Bestimmung des mindestens einen Kompensationssignals (M(fio), M(f2o),■ M(fno)) umfasst, wobei die Berechnungseinheit (25) derart ausgebildet ist, dass zusätzlich zu den zu kompensierenden Störungen (M(f 0), M(f2o),■ M(fno)) auftretende weitere Störungen Mstoer und Modellfehler (As) des Modells (Gn0m(s)) gemeinsam in Form einer unstrukturierten Störung (Mstoer) abgebildet werden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
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