WO2019063176A1 - Verfahren zur ansteuerung eines lenksystems mit einer elektrischen lenkunterstützung - Google Patents

Verfahren zur ansteuerung eines lenksystems mit einer elektrischen lenkunterstützung Download PDF

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Paul Milbaier
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    • H02P23/0004—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P23/0022—Model reference adaptation, e.g. MRAS or MRAC, useful for control or parameter estimation

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a steering system with an electric steering assistance and a steering system according to the preamble of the independent claims.
  • An electric steering assist by a steering regulator is used to introduce a desired assist torque in a steering gear of a steering system.
  • Such electrical steering assistance is well known.
  • front axle dynamics In current steering systems with electric steering assistance, the dynamic behavior of the axle, also called front axle dynamics, but not taken into account.
  • front axle dynamics a rack and pinion steering gear is a force response of the front axle to a rack displacement. Depending on the vehicle, this front axle dynamics can lead to instability or loss of steering feel.
  • the steering controller must therefore be parameterized so that it is stable with the assumed as unknown front axle dynamics.
  • the object of the invention is to provide an improved steering control.
  • the compensation value characterizes a rack force acting on a rack of the steering system. This compensates for the rack force that causes the rack to deflect. This influencing of the target size enables a particularly fast reaction of the control to disturbances.
  • the compensation value is determined depending on information about a rack travel that indicates a deflection of the rack of the steering system relative to a reference position of the rack.
  • Direct detection of the front axle dynamics disturbance on the rack enables the use of a linear model based on conventional sensors.
  • the information about the rack travel is determined as a function of at least one measured value, wherein the measured value characterizes information about a rotor position of an electric drive of the steering assistance with respect to a reference position, or wherein the measured value characterizes information about a torque on a torsion bar, wherein the torsion bar is a steering wheel of the Steering system with the electric drive of the electric steering system connects, or wherein the measured value information about an angular position of a steering wheel or information about an angular position of a rack driving shaft with respect to a reference angular position characterizes.
  • a sensor fusion using Kalman filter can be provided.
  • a motor setpoint torque is determined, wherein a compensated setpoint motor torque is determined as the setpoint variable depending on the compensation value and the motor setpoint torque.
  • the steering controller is configured to specify the target size for the steering assistance, wherein the steering system is controlled depending on the target size, the steering controller is formed a
  • the compensation of the dynamic behavior by the steering controller improves the control.
  • the steering system comprises a rack, wherein the
  • Kompenstions value characterizes a rack force that acts on the rack. This influence on the control of the rack allows a particularly good influence on the dynamics.
  • the steering controller is configured to determine the compensation value depending on information about a rack path, which is a deflection of the rack of the steering system relative to a reference position of the Rack indicates. This allows a particularly simple consideration of the dynamics.
  • the steering controller is configured to determine the information about the rack path depending on at least one measured value
  • the steering system comprises an angular position sensor which is adapted to detect the measured value as information about a rotor position of an electric drive of the steering assistance relative to a reference position
  • a steering system comprises a torque sensor which is adapted to detect information about a torque on a torsion bar, wherein the torsion bar connects a steering wheel of the steering system with the electric drive of the electric steering system, or wherein the steering system comprises an angular position sensor, which is formed information about an angular position of the steering wheel with respect to a reference angular position, or wherein the steering system comprises an angular position sensor which is adapted to information about an angular position of a rack driving shaft with respect to a
  • the measured value acquisition by means of angular position sensor or torque transmitter is particularly well represented in conventional steering systems.
  • the steering controller is designed to determine the compensation value as
  • the steering controller is designed to determine a motor nominal torque, wherein a compensated engine nominal torque depends on the compensation Value and the engine torque as the target size is determined.
  • This regulation is particularly easy to integrate into conventional regulations.
  • Steering system includes a rack, with a compensation value to
  • Compensation of a dynamic behavior of the steered by the steering system axis is determined model-based.
  • the compensation value is advantageously determined depending on information about a rack path, which indicates in particular a deflection of the rack of the steering system relative to a reference position of the rack.
  • the information about the rack path is advantageously determined depending on at least one measured value, wherein the measured value
  • Lenkeinstützung characterized with respect to a reference position, or wherein the measured value information about an angular position of a steering wheel or information about an angular position of a rack driving shaft with respect to a
  • Steering system comprises a rack, wherein the device is formed, a
  • Compensation value to compensate for a dynamic behavior of the steered by the steering system axis model based to determine.
  • the compensation value is determined as a function of information about a toothed rack path, which in particular indicates a deflection of the rack of the steering system relative to a reference position of the rack.
  • the information about the Rack path is advantageously determined depending on at least one measured value, wherein the measured value preferably characterizes information about a rotor position of an electric drive of the steering assistance with respect to a reference position, or wherein the measured value information about an angular position of a steering wheel or information about an angular position of the rack driving shaft with respect characterized a reference angular position.
  • Fig. 3 shows schematically parts of a control loop.
  • Figure 1 shows schematically a steering system 100 with an electrical
  • a steering controller 104 is formed, a target size f Mot for the
  • the steering system 100 is controlled depending on the target size T Mot .
  • the steering system 100 includes an axle 106 that is movable by a rack 108.
  • the target size T Mot is in the example a target torque for the steering assistance 102.
  • the front axle dynamics creates a
  • Rack force F Ra which acts on the rack 108.
  • the rack 108 is moved about a rack stroke s Ra , which indicates a deflection of the rack 108 of the steering system 100 with respect to a reference position 1 10 of the rack 108.
  • a positive rack-and-pinion force F Ra acts in the direction of the arrow in FIG. 1, in the direction of a deflection of the rack 108 with a positive rack-and-pinion path s Ra .
  • a negative rack force F Ra acts in the direction of the arrow, in the direction of a deflection of the rack 108 with a negative rack stroke s Ra .
  • This definition is exemplary and can be chosen differently.
  • the steering controller 104 is configured to determine information about the rack travel s Ra as a function of at least one measured value.
  • the steering system 100 includes, for example, an angular position sensor 1 18, which is designed to detect the measured value as information about a rotor position 202 of an electric drive 1 12 of the steering support 102 with respect to a reference position 204.
  • the steering system 100 comprises a torque transmitter 16, which is designed to detect information about a torque T Tb on a torsion bar 14, wherein the torsion bar 14 is a steering wheel 16 of the steering system 100 with the electric drive 12 of the electric steering system 100 combines.
  • the steering system 100 may also additionally or alternatively include an angular position sensor 122 which is designed to detect information about an angular position a> L of the steering wheel 16 with respect to a reference angular position ⁇ ⁇ (/ / Es.) It can also be provided that the angular position sensor 1 18 is adapted to detect information about an angular position ⁇ ⁇ a rack driving shaft 124 with respect to a reference angular position i Re f.
  • Fig. 2 shows schematically angular positions that may arise during movements in the steering system 100.
  • the steering controller 104 is configured to model-based a compensation value for compensating a dynamic behavior of an axle 106 steered by the steering system 100.
  • the target size T Mot will depend on the
  • the steering controller 104 is configured in a first example to determine the compensation value depending on information about the rack travel s Ra . More specifically, the steering controller 104 is configured to determine a target engine torque T Mot , wherein a compensated engine target torque f Mot depends on
  • Compensation value and the engine target torque T Mot is determined as the target size T Mot .
  • Vorderachsdynamik is measured, for example, preferably for all in-road test vehicles.
  • models of the front axle dynamics which are available for example by means of a design tool in an early acquisition phase, can be used.
  • the input quantity of the linear model of the front axle dynamics is the
  • Zahnstangenweg s Ra uses the sensor data already available in conventional steering systems, for example, the rotor position 202, the torque T Tb on the torsion bar 1 14 or other electronic power steering sensor data, using sensor fusion, for example via a Kalman filter determined.
  • the rack-and-pinion force F Ra is calculated as a disturbing force.
  • the target quantity T Mot is determined from this in order to generate an engine torque which counteracts the disturbing force.
  • the calculated size here referred to as the compensation value
  • the compensation value can be used to emulate a specific behavior of the front axle.
  • One application would be, for example, steer-by-wire systems.
  • an in-vehicle front axle dynamics can be compensated and a different axle dynamics can be superimposed.
  • a spring-mass damper can use oscillators and parameterize a virtual axis depending on tires and axle design. This is useful if there is no axis to parameterize the control system.
  • simplifications of the model are made.
  • Front axle dynamics works and compensates their influence.
  • Such a steering system 100 with front axle dynamics as a fault can be represented as follows:
  • R represents the disturbance by the front axle dynamics.
  • the control loop which is partially illustrated in FIG. 3, includes a conventional control for determining a target assist torque as the engine target torque T Mot . This is first changed by multiplication with the compensation value G to the target size f Mot .
  • FIG. 3 also shows the transmission behavior K of the engine nominal torque T Mot to the torque T Tb on the torsion bar 14.
  • further transmission behavior of the steering system in FIG. 3 is taken into account by additive feedback of the term c LR to the desired magnitude ⁇ M, et ⁇
  • the steering controller 104 is configured in this example to determine the compensation value G as
  • functions L and R are used, the multiplication of which does not shorten the zero or pole positions of the transfer function. It is not assumed that the front axle dynamics are completely compensated.
  • Model deviations due to different rim sizes and load levels can be compensated as before by the steering controller. This one
  • Front axle dynamics have a similar course, an improvement of the control behavior is also possible with different tires and ground.

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Lenksystems (100) und Lenksystem (100) mit einer elektrischen Lenkunterstützung (102), wobei eine Soll-Größe (T Mot ) für die Lenkunterstützung (102) durch einen Lenkungsregler (104) vorgegeben wird, das Lenksystem (100) abhängig von der Soll-Größe (T Mot ) angesteuert wird, ein Kompensations-Wert zur Kompensation eines dynamischen Verhaltens einer durch das Lenksystem (100) gelenkten Achse (106) modellbasiert bestimmt wird, die Soll- Größe (T Mot ) abhängig von dem Kompensations-Wertbestimmt wird. Verfahren und Vorrichtung zur Emulation eine Dynamik der gelenkten Achse (106).

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Ansteuerung eines Lenksystems mit einer elektrischen
Lenkunterstützung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Lenksystems mit einer elektrischen Lenkunterstützung und ein Lenksystem nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Eine elektrische Lenkunterstützung durch einen Lenkungsregler dient der Einbringung eines Soll-Unterstützungsmoments in ein Lenkgetriebe eines Lenksystems. Eine derartige elektrische Lenkunterstützung ist allgemein bekannt.
Bei aktuellen Lenksystemen mit elektrischer Lenkunterstützung wird das dynamische Verhalten der Achse, auch Vorderachsdynamik genannt, jedoch nicht berücksichtigt. Bei der Vorderachsdynamik handelt es sich bei einem Lenkgetriebe mit Zahnstange um eine Kraftantwort der Vorderachse auf eine Zahnstangenverschiebung. Je nach Fahrzeug kann diese Vorderachsdynamik zu Instabilitäten oder zum Verlust an Lenkgefühl führen.
Der Lenkungsregler muss daher so parametriert werden, dass er mit der als unbekannt angenommenen Vorderachsdynamik stabil ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Lenkungsregelung bereitzustellen.
Dies wird durch das Verfahren zur Ansteuerung und das Lenksystem nach den unabhängigen Ansprüchen erreicht. Bezüglich des Verfahrens zur Ansteuerung eines Lenksystems mit einer elektrischen Lenkunterstützung ist vorgesehen, dass eine Soll-Größe für die Lenkunterstützung durch einen Lenkungsregler vorgegeben wird, das Lenksystem abhängig von der Soll- Größe angesteuert wird, ein Kompensations-Wert zur Kompensation eines
dynamischen Verhaltens einer durch das Lenksystem gelenkten Achse modellbasiert bestimmt wird, und die Soll-Größe abhängig von dem Kompensations-Wert bestimmt wird. Dadurch wird eine aktive, modellbasierte Kompensation der Vorderachsdynamik vorgenommen, die die Regelung verbessert. Des Weiteren werden kostenintensivere Lösungen, z.B. steifere Anbindung eines Kugelgewindetriebs der Vorderachse, um ein robusteres Regelsystem zu erzielen, vermieden.
Vorteilhafterweise charakterisiert der Kompensations-Wert eine Zahnstangenkraft, die an einer Zahnstange des Lenksystems angreift. Dadurch wird die Zahnstangenkraft kompensiert, die die Auslenkung der Zahnstange bewirkt. Diese Beeinflussung der Soll-Größe, ermöglicht eine besonders schnelle Reaktion der Regelung auf Störungen.
Vorteilhafterweise wird der Kompensations-Wert abhängig von Information über einen Zahnstangenweg bestimmt, der eine Auslenkung der Zahnstange des Lenksystems bezüglich einer Referenzlage der Zahnstange angibt. Eine direkte Erfassung der Störung der Vorderachsdynamik an der Zahnstange ermöglicht die Verwendung eines linearen Modells basierend auf herkömmlichen Sensoren.
Vorteilhafterweise wird die Information über den Zahnstangenweg abhängig von wenigstens einem Messwert bestimmt, wobei der Messwert Information über eine Rotorposition eines elektrischen Antriebs der Lenkunterstützung bezüglich einer Referenzposition charakterisiert, oder wobei der Messwert Information über ein Drehmoment an einem Drehstab charakterisiert, wobei der Drehstab ein Lenkrad des Lenksystems mit dem elektrischen Antrieb des elektrischen Lenksystems verbindet, oder wobei der Messwert Information über eine Winkellage eines Lenkrads oder Information über eine Winkellage einer die Zahnstange antreibenden Welle bezüglich einer Referenzwinkellage charakterisiert. Dies ermögliche die einfache Erfassung der Messwerte über Winkellagegeber oder Drehmomentgeber. Eine Sensorfusion mittels Kaimanfilter kann vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise wird der Kompensations-Wert bestimmt als G = 1 - c L R, mit
c e K,
L Übertragungsverhalten von Motormoment des elektrischen Antriebs der
Lenkunterstützung zu dem Drehmoment (TTb) am Drehstab,
R Übertragungsverhalten von Zahnstangenweg (%a) nach der Zahnstangenkraft
Dies ermöglicht es den Einfluss der Vorderachse durch eine Vorsteuerung zu eliminieren.
Vorteilhafterweise wird ein Motorsollmoment bestimmt, wobei ein kompensiertes Motorsollmoment abhängig vom Kompensations-Wert und dem Motorsollmoment als die Soll-Größe bestimmt wird. Dies ermöglicht eine einfache Integration in die herkömmliche Regelung mittels Soll-Unterstützungsmoments.
Bezüglich des Lenksystems ist vorgesehen, dass der Lenkungsregler ausgebildet ist, die Soll-Größe für die Lenkunterstützung vorzugeben, wobei das Lenksystem abhängig von der Soll-Größe angesteuert wird, der Lenkungsregler ausgebildet ist, ein
Kompensations-Wert zur Kompensation eines dynamischen Verhaltens einer durch das Lenksystem gelenkten Achse modellbasiert zu bestimmen, wobei die Soll-Größe abhängig von dem Kompensations-Wert bestimmt wird. Die Kompensation des dynamischen Verhaltens durch den Lenkungsregler verbessert die Regelung.
Vorteilhafterweise umfasst das Lenksystem eine Zahnstange, wobei der
Kompenstions-Wert eine Zahnstangenkraft charakterisiert, die an der Zahnstange angreift. Diese Einflussnahme auf die Ansteuerung der Zahnstange ermöglicht eine besonders gute Beeinflussung der Dynamik.
Vorteilhafterweise ist der Lenkungsregler ausgebildet, den Kompensations-Wert abhängig von Information über einen Zahnstangenweg zu bestimmen, der eine Auslenkung der Zahnstange des Lenksystems bezüglich einer Referenzlage der Zahnstange angibt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Berücksichtigung der Dynamik.
Vorteilhafterweise ist der Lenkungsregler ausgebildet, die Information über den Zahnstangenweg abhängig von wenigstens einem Messwert zu bestimmen, wobei das Lenksystem einen Winkellagegeber umfasst, der ausgebildet ist den Messwert als Information über eine Rotorposition eines elektrischen Antriebs der Lenkunterstützung bezüglich einer Referenzposition zu erfassen, oder wobei das Lenksystem einen Drehmomentgeber umfasst, der ausgebildet ist Information über ein Drehmoment an einem Drehstab zu erfassen, wobei der Drehstab ein Lenkrad des Lenksystems mit dem elektrischen Antrieb des elektrischen Lenksystems verbindet, oder wobei das Lenksystem einen Winkellagegeber umfasst, der ausgebildet ist, Information über eine Winkellage des Lenkrads bezüglich einer Referenzwinkellage zu erfassen, oder wobei das Lenksystem einen Winkellagegeber umfasst, der ausgebildet ist, Information über eine Winkellage einer die Zahnstange antreibenden Welle bezüglich einer
Referenzwinkellage zu erfassen. Die Messwerterfassung mittels Winkellagegeber oder Drehmomentgeber ist besonders gut in herkömmlichen Lenksystemen darstellbar.
Vorteilhafterweise ist der Lenkungsregler ausgebildet, den Kompensations-Wert zu bestimmen als
G = 1 - c L R, mit
c e K,
L Übertragungsverhalten von Motormoment des elektrischen Antriebs der
Lenkunterstützung zu dem Drehmoment (TTb) am Drehstab,
R Übertragungsverhalten von Zahnstangenweg (sRa ) nach der Zahnstangenkraft
Figure imgf000005_0001
Dies ermöglicht eine einfache Integration als Vorsteuerung in herkömmliche
Regelsysteme.
Vorteilhafterweise ist der Lenkungsregler ausgebildet, ein Motorsollmoment zu bestimmen, wobei ein kompensiertes Motorsollmoment abhängig vom Kompensations- Wert und dem Motorsollmoment als die Soll-Größe bestimmt wird. Diese Regelung lässt sich besonders leicht in herkömmliche Regelungen integrieren.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung, welcher insbesondere für sich allein oder vorteilhaft zusätzlich zu den zuvor genannten Aspekten der Erfindung realisiert werden kann, wird ein Verfahren zur Emulation einer Dynamik einer durch ein
Lenksystem gelenkten Achse eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei das
Lenksystem eine Zahnstange umfasst, wobei ein Kompensations-Wert zur
Kompensation eines dynamischen Verhaltens der durch das Lenksystem gelenkten Achse modellbasiert bestimmt wird. Zudem wird der Kompensations-Wert vorteilhaft abhängig von Information über einen Zahnstangenweg bestimmt, der insbesondere eine Auslenkung der Zahnstange des Lenksystems bezüglich einer Referenzlage der Zahnstange angibt. Die Information über den Zahnstangenweg wird dabei vorteilhaft abhängig von wenigstens einem Messwert bestimmt, wobei der Messwert
vorzugsweise Information über eine Rotorposition eines elektrischen Antriebs der
Lenkunterstützung bezüglich einer Referenzposition charakterisiert, oder wobei der Messwert Information über eine Winkellage eines Lenkrads oder Information über eine Winkellage einer die Zahnstange antreibenden Welle bezüglich einer
Referenzwinkellage charakterisiert. Hierdurch können insbesondere die bereits zuvor genannten Vorteile erreicht werden. Insbesondere wird dadurch eine aktive, modellbasierte Kompensation der Vorderachsdynamik vorgenommen, die die
Regelung verbessert. Des Weiteren werden kostenintensivere Lösungen, z.B. steifere Anbindung eines Kugelgewindetriebs der Vorderachse, um ein robusteres
Regelsystem zu erzielen, vermieden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung, welcher insbesondere für sich allein oder vorteilhaft zusätzlich zu den zuvor genannten Aspekten der Erfindung realisiert werden kann, wird eine Vorrichtung zur Emulation einer Dynamik einer durch ein Lenksystem gelenkten Achse eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei das
Lenksystem eine Zahnstange umfasst, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, einen
Kompensations-Wert zur Kompensation eines dynamischen Verhaltens der durch das Lenksystem gelenkten Achse modellbasiert zu bestimmen. Zudem wird der
Kompensations-Wert vorteilhaft abhängig von Information über einen Zahnstangenweg bestimmt, der insbesondere eine Auslenkung der Zahnstange des Lenksystems bezüglich einer Referenzlage der Zahnstange angibt. Die Information über den Zahnstangenweg wird dabei vorteilhaft abhängig von wenigstens einem Messwert bestimmt, wobei der Messwert vorzugsweise Information über eine Rotorposition eines elektrischen Antriebs der Lenkunterstützung bezüglich einer Referenzposition charakterisiert, oder wobei der Messwert Information über eine Winkellage eines Lenkrads oder Information über eine Winkellage einer die Zahnstange antreibenden Welle bezüglich einer Referenzwinkellage charakterisiert. Hierdurch können insbesondere die bereits zuvor genannten Vorteile erreicht werden. Insbesondere wird dadurch eine aktive, modellbasierte Kompensation der Vorderachsdynamik
vorgenommen, die die Regelung verbessert. Des Weiteren werden kostenintensivere Lösungen, z.B. steifere Anbindung eines Kugelgewindetriebs der Vorderachse, um ein robusteres Regelsystem zu erzielen, vermieden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 schematisch eine Lenksystem,
Fig. 2 schematisch Winkellagen,
Fig. 3 schematisch Teile eines Regelkreises.
Figur 1 zeigt schematisch eine Lenksystem 100 mit einer elektrischen
Lenkunterstützung 102.
Ein Lenkungsregler 104 ist ausgebildet, eine Soll-Größe fMot für die
Lenkunterstützung 102 vorzugeben. Das Lenksystem 100 wird abhängig von der Soll- Größe TMot angesteuert. Das Lenksystem 100 umfasst eine Achse 106, die durch eine Zahnstange 108 bewegbar ist. Die die Soll-Größe TMot ist im Beispiel ein Soll-Moment für die Lenkunterstützung 102. Durch die Vorderachsdynamik entsteht eine
Zahnstangenkraft FRa , die auf die Zahnstange 108 wirkt. Die Zahnstange 108 wird um einen Zahnstangenweg sRa bewegt, der eine Auslenkung der Zahnstange 108 des Lenksystems 100 bezüglich einer Referenzlage 1 10 der Zahnstange 108 angibt. Im Beispiel wirkt eine positive Zahnstangenkraft FRa in Pfeilrichtung in Figur 1 , in Richtung einer Auslenkung der Zahnstange 108 mit positivem Zahnstangenweg sRa. Im Beispiel wirkt eine negative Zahnstangenkraft FRa entgegen der Pfeilrichtung, in Richtung einer Auslenkung der Zahnstange 108 mit negativem Zahnstangenweg sRa. Diese Definition ist beispielhaft und kann auch anders gewählt werden.
Der Lenkungsregler 104 ist ausgebildet, Information über den Zahnstangenweg sRa abhängig von wenigstens einem Messwert zu bestimmen. Das Lenksystem 100 umfasst beispielsweise einen Winkellagegeber 1 18, der ausgebildet ist den Messwert als Information über eine Rotorposition 202 eines elektrischen Antriebs 1 12 der Lenkunterstützung 102 bezüglich einer Referenzposition 204 zu erfassen.
Das Lenksystem 100 umfasst im Beispiel einen Drehmomentgeber 1 16, der ausgebildet ist Information über ein Drehmoment TTb an einem Drehstab 1 14 zu erfassen, wobei der Drehstab 1 14 ein Lenkrad 1 16 des Lenksystems 100 mit dem elektrischen Antrieb 1 12 des elektrischen Lenksystems 100 verbindet.
Das Lenksystem 100 kann auch zusätzlich oder alternativ einen Winkellagegeber 122 umfassen, der ausgebildet ist, Information über eine Winkellage a>L des Lenkrads 1 16 bezüglich einer Referenzwinkellage ωΛ(?/. zu erfassen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Winkellagegeber 1 18 ausgebildet ist, Information über eine Winkellage ωΚα einer die Zahnstange antreibenden Welle 124 bezüglich einer Referenzwinkellage iRef zu erfassen.
Fig. 2 zeigt schematisch Winkellagen, die bei Bewegungen im Lenksystem 100 entstehen können.
Der Lenkungsregler 104 ist ausgebildet, einen Kompensations-Wert zur Kompensation eines dynamischen Verhaltens einer durch das Lenksystem 100 gelenkten Achse 106 modellbasiert zu bestimmen. Die Soll-Größe TMot wird abhängig von dem
Kompensations-Wert bestimmt.
Der Lenkungsregler 104 ist in einem ersten Beispiel ausgebildet, den Kompensations- Wert abhängig von Information über den Zahnstangenweg sRa zu bestimmen. Genauer ist der Lenkungsregler 104 ausgebildet, ein Motorsollmoment TMot zu bestimmen, wobei ein kompensiertes Motorsollmoment fMot abhängig vom
Kompensations-Wert und dem Motorsollmoment TMot als die Soll-Größe TMot bestimmt wird.
Die Vorderachsdynamik wird beispielsweise für vorzugsweise alle sich im Fahrversuch befindlichen Fahrzeuge vermessen. Darüber können Modelle der Vorderachsdynamik, die beispielsweise mittels eines Auslegungstools in einer frühen Akquisephase verfügbar sind, verwendet.
Damit wird in dem ersten Beispiel ein lineares Modell der Vorderachsdynamik erzeugt.
Als Eingangsgröße des linearen Models der Vorderachsdynamik wird der
Zahnstangenweg sRa verwendet, der aus bereits in herkömmlichen Lenksystemen verfügbaren Sensordaten, beispielsweise der Rotorposition 202, dem Drehmoment TTb am Drehstab 1 14 oder anderen Elektronic Power Steering Sensordaten, mittels Sensorfusion beispielsweise über einen Kaimanfilter ermittelt. Als Ausgang wird beispielsweise die Zahnstangenkraft FRa als störenden Kraft berechnet. Die Soll-Größe TMot wird daraus bestimmt, um ein Motormoment zu generieren das der störenden Kraft entgegenwirkt.
Neben der Kompensation der Vorderachsdynamik, kann die berechntete, hier als Kompensations-Wert bezeichnete Größe verwendet werden, um ein bestimmtes Verhalten der Vorderachse zu emulieren. Ein Anwendungsfall wären beispielsweise Steer-By-Wire-Systeme.
Dazu kann beispielsweise eine fahrzeuginterne Vorderachsdynamik kompensiert werden und eine andere Achsdynamik überlagert werden.
Als Alternative kann anstatt der gemessenen Vorderachsdynamik ein Feder-Masse- Dämpfer Schwinger verwenden und abhängig von Bereifung und Achsdesign eine virtuelle Achse parametrieren. Dies ist hilfreich, wenn keine Achse vorliegt, um das Regelsystem zu parametieren. In einem zweiten Beispiel werden Vereinfachungen des Modells vorgenommen.
Dadurch kann auf die Ermittlung des Zahnstangenweges sRa verzichtet werden.
Zusätzlich zu bereits angewandter Regler-Methodik und Parametrierung für die Lenkunterstützung wird eine Komponente hinzugefügt, die entgegen der
Vorderachsdynamik wirkt und deren Einfluss kompensiert.
Ein derartiges Lenksystem 100 mit Vorderachsdynamik als Störung lässt sich folgendermaßen darstellen:
Figure imgf000010_0001
F Ra — R sRa
mit
G Übertragungsverhalten des Lenksystems 100,
K Übertragungsverhalten K von Motorsollmoment TMot nach Drehmoment TTb am Drehstab 1 14,
L Übertragungsverhalten von Motormoment TMot des elektrischen Antriebs der
Lenkunterstützung zu dem Drehmoment TTb am Drehstab,
M Übertragungsverhalten von Motormoment TMot nach Zahnstangenweg sRa, N Übertragungsverhalten von Zahnstangenkraft FRa nach Zahnstangenweg sRa, R Übertragungsverhalten von Zahnstangenweg sRa nach der Zahnstangenkraft
Dabei stellt R die Störung durch die Vorderachsdynamik dar. Durch die Vereinfachung sRa = c TTb mit c e l und unter Annahme eine linearen Drehstabsteifigkeit und konstanter Übersetzung eines Lenkgetriebes im Lenksystem, lässt sich dieses MIMO- System in ein SISO-System überführen und folgendermaßen darstellen: ff
Tftfot— K G TMot Um den Einfluss der Vorderachsdynamik zu eliminieren wird die Vorsteuerung bestimmt zu:
Der Regelkreis, der in Figur 3 teilweise dargestellt ist, beinhaltet eine herkömmliche Regelung zur Bestimmung eines Soll-Unterstützungsmoments als Motorsollmoment TMot. Dieses wird zunächst durch Multiplikation mit dem Kompensations-Wert G zur Soll-Größe fMot verändert. In Figur 3 ist zudem das Übertragungsverhalten K von Motorsollmoment TMot nach Drehmoment TTb am Drehstab 1 14 dargestellt. Außerdem wird weiteres Übertragungsverhalten des Lenkungssystems in Figur 3 berücksichtigt durch additive Rückkopplung des Terms c L R auf die Soll-Größe Γ M, et■
Der Lenkungsregler 104 ist in diesem Beispiel ausgebildet, den Kompensations-Wert G zu bestimmen als
G = 1 - c L R.
Vorzugsweise werden Funktionen L und R verwendet, durch deren Multiplikation die Null- bzw. Polstellen der Übertragungsfunktion nicht gekürzt werden. Es wird nicht vorausgesetzt, dass die Vorderachsdynamik komplett kompensiert wird.
Modellabweichungen durch verschieden Felgengrößen und Beladungsstufen können wie bisher durch den Lenkungsregler kompensiert werden. Da diese
Vorderachsdynamiken einen ähnlichen Verlauf haben, wird auch bei unterschiedlicher Bereifung und Untergrund eine Verbesserung des Regelverhaltens ermöglicht.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Ansteuerung eines Lenksystems (100) mit einer elektrischen
Lenkunterstützung (102), wobei
eine Soll-Größe (TMot ) für die Lenkunterstützung (102) durch einen Lenkungsregler (104) vorgegeben wird,
das Lenksystem (100) abhängig von der Soll-Größe (fMot) angesteuert wird, ein Kompensations-Wert zur Kompensation eines dynamischen Verhaltens einer durch das Lenksystem (100) gelenkten Achse (106) modellbasiert bestimmt wird, die Soll-Größe ( Mot ) abhängig von dem Kompensations-Wert bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensations- Wert eine Zahnstangenkraft (FRa) charakterisiert, die an einer Zahnstange (108) des Lenksystems (100) angreift.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensations- Wert (G) abhängig von Information über einen Zahnstangenweg (sRa) bestimmt wird, der eine Auslenkung der Zahnstange (108) des Lenksystems (100) bezüglich einer Referenzlage (1 10) der Zahnstange (108) angibt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Information über den Zahnstangenweg (sRa ) abhängig von wenigstens einem Messwert bestimmt wird, wobei der Messwert Information über eine Rotorposition (202) eines elektrischen Antriebs (1 12) der Lenkunterstützung (102) bezüglich einer Referenzposition (204) charakterisiert, oder wobei der Messwert Information über ein Drehmoment (TTb) an einem Drehstab (1 14) charakterisiert, wobei der Drehstab (1 14) ein Lenkrad (1 16) des Lenksystems (100) mit dem elektrischen Antrieb (1 12) des elektrischen Lenksystems (100) verbindet, oder wobei der Messwert Information über eine Winkellage (o>L ) eines Lenkrads (1 16) oder Information über eine Winkellage (ωΚα ) einer die Zahnstange antreibenden Welle (124) bezüglich einer Referenzwinkellage (ω^ ) charakterisiert.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensations- Wert (G) bestimmt wird als
G = 1 - c L R, mit
c e K,
L Übertragungsverhalten von Motormoment des elektrischen Antriebs der
Lenkunterstützung zu dem Drehmoment (TTb) am Drehstab,
R Übertragungsverhalten von Zahnstangenweg (%a) nach der Zahnstangenkraft
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motorsollmoment (TMot ) bestimmt wird, wobei ein kompensiertes Motorsollmoment (TMot ) abhängig vom Kompensations-Wert und dem Motorsollmoment (TMot ) als die Soll-Größe (TMot ) bestimmt wird.
7. Lenksystem (100) mit einer elektrischen Lenkunterstützung (102), wobei
eine Lenkungsregler (104) ausgebildet ist, eine Soll-Größe (fMot ) für die
Lenkunterstützung (102) vorzugeben, wobei das Lenksystem (100) abhängig von der Soll-Größe (fMot ) angesteuert wird,
der Lenkungsregler (104) ausgebildet ist, ein Kompensations-Wert zur Kompensation eines dynamischen Verhaltens einer durch das Lenksystem (100) gelenkten Achse (106) modellbasiert zu bestimmen, wobei die Soll-Größe (TMot ) abhängig von dem Kompensations-Wert bestimmt wird.
8. Lenksystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (100) eine Zahnstange (108) umfasst, wobei der Kompensations-Wert eine
Zahnstangenkraft {FRa) charakterisiert, die an der Zahnstange (108) angreift.
9. Lenksystem (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Lenkungsregler (104) ausgebildet ist, den Kompensations-Wert (G ) abhängig von Information über einen Zahnstangenweg (sRa) zu bestimmen, der eine Auslenkung der Zahnstange (108) des Lenksystems (100) bezüglich einer Referenzlage (1 10) der Zahnstange (108) angibt.
10. Lenksystem (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der
Lenkungsregler (104) ausgebildet ist, die Information über den Zahnstangenweg (sRa ) abhängig von wenigstens einem Messwert zu bestimmen, wobei das Lenksystem (100) einen Winkellagegeber (1 18) umfasst, der ausgebildet ist den Messwert als Information über eine Rotorposition (202) eines elektrischen Antriebs (1 12) der Lenkunterstützung (102) bezüglich einer Referenzposition (204) zu erfassen, oder wobei das Lenksystem (100) einen Drehmomentgeber (1 16) umfasst, der ausgebildet ist Information über ein Drehmoment (TTb) an einem Drehstab (1 14) zu erfassen, wobei der Drehstab (1 14) ein Lenkrad (1 16) des Lenksystems (100) mit dem elektrischen Antrieb (1 12) des elektrischen Lenksystems (100) verbindet, oder wobei das Lenksystem (100) einen Winkellagegeber (122) umfasst, der ausgebildet ist, Information über eine Winkellage (ω£) des Lenkrads (1 16) bezüglich einer Referenzwinkellage (ωββ^· ) zu erfassen, oder wobei das Lenksystem (100) einen Winkellagegeber (1 18) umfasst, der ausgebildet ist, Information über eine Winkellage (ωΛα) einer die Zahnstange antreibenden Welle (124) bezüglich einer Referenzwinkellage (ωΛβ^ ) zu erfassen.
1 1 . Lenksystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Lenkungsregler (104) ausgebildet ist, den Kompensations-Wert (G) zu bestimmen als
G = 1 - c L R, mit
c e K,
L Übertragungsverhalten von Motormoment des elektrischen Antriebs der
Lenkunterstützung zu dem Drehmoment (TTb) am Drehstab,
R Übertragungsverhalten von Zahnstangenweg (sRa ) nach der Zahnstangenkraft
(PRO)-
12. Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkungsregler (104) ausgebildet ist, ein Motorsollmoment (TMot ) zu bestimmen, wobei ein kompensiertes Motorsollmoment (TMot ) abhängig vom
Kompensations-Wert (G) und dem Motorsollmoment (TMot ) als die Soll-Größe (fMot ) bestimmt wird.
13. Verfahren zur Emulation einer Dynamik einer durch ein Lenksystem (100) gelenkten Achse (106) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Lenksystem (100) eine Zahnstange (108) umfasst, wobei ein Kompensations-Wert (G) zur Kompensation eines dynamischen Verhaltens der durch das Lenksystem (100) gelenkten Achse (106) modellbasiert bestimmt wird, wobei der Kompensations-Wert (G) abhängig von
Information über einen Zahnstangenweg (sRa) bestimmt wird, der eine Auslenkung der Zahnstange (108) des Lenksystems (100) bezüglich einer Referenzlage (1 10) der Zahnstange (108) angibt, wobei die Information über den Zahnstangenweg (sRa ) abhängig von wenigstens einem Messwert bestimmt wird, wobei der Messwert Information über eine Rotorposition (202) eines elektrischen Antriebs (1 12) der Lenkunterstützung (102) bezüglich einer Referenzposition (204) charakterisiert, oder wobei der Messwert Information über eine Winkellage (e ) eines Lenkrads (1 16) oder Information über eine Winkellage (ωΛα) einer die Zahnstange antreibenden Welle (124) bezüglich einer Referenzwinkellage (ωΛβ^ ) charakterisiert.
14. Vorrichtung zur Emulation einer Dynamik einer durch ein Lenksystem (100) gelenkten Achse (106) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Lenksystem (100) eine Zahnstange (108) umfasst, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, einen
Kompensations-Wert (G) zur Kompensation eines dynamischen Verhaltens der durch das Lenksystem (100) gelenkten Achse (106) modellbasiert zu bestimmen, wobei der Kompensations-Wert (G) abhängig von Information über einen Zahnstangenweg (sRa) bestimmt wird, der eine Auslenkung der Zahnstange (108) des Lenksystems (100) bezüglich einer Referenzlage (1 10) der Zahnstange (108) angibt, wobei die Information über den Zahnstangenweg (sRa) abhängig von wenigstens einem Messwert bestimmt wird, wobei der Messwert Information über eine Rotorposition (202) eines elektrischen Antriebs (1 12) der Lenkunterstützung (102) bezüglich einer Referenzposition (204) charakterisiert, oder wobei der Messwert Information über eine Winkellage (&it ) eines Lenkrads (1 16) oder Information über eine Winkellage (ωΚα) einer die Zahnstange antreibenden Welle (124) bezüglich einer Referenzwinkellage (ωΛ£,^ ) charakterisiert.
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