WO2023061700A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer filterausgangsgrösse eines filters für eine filterung eines drehstabmoments eines steer-by-wire lenksystems für ein fahrzeug - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer filterausgangsgrösse eines filters für eine filterung eines drehstabmoments eines steer-by-wire lenksystems für ein fahrzeug Download PDF

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WO2023061700A1 PCT/EP2022/075951 EP2022075951W WO2023061700A1 WO 2023061700 A1 WO2023061700 A1 WO 2023061700A1 EP 2022075951 W EP2022075951 W EP 2022075951W WO 2023061700 A1 WO2023061700 A1 WO 2023061700A1
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WO
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filter
property
input variable
noise band
characteristic
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PCT/EP2022/075951
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English (en)
French (fr)
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Stefan Gruener
Yang Guo
Bartosz Kaepernick
Original Assignee
Robert Bosch 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
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications
    • 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
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback
    • B62D5/006—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback power actuated

Definitions

  • the invention is based on a method and a device for determining a filter output variable of a filter, in particular for filtering a torsion bar torque of a steer-by-wire steering system for a vehicle.
  • both a driver's directional specification and a steering feel for a driver of the vehicle are generated by a manual torque adjuster via a steering handle.
  • the manual torque adjuster includes a motor that delivers a corresponding torque to a rotor shaft, which is passed on to the steering handle via a gear and a steering column.
  • the engine is arranged relatively close to the driver, which leads to an acoustically and haptically noticeable behavior for the driver. This behavior increases to a disturbing and unacceptable level when the motor is driven by very noisy signals.
  • a common approach to dealing with noisy signals is to use low-pass filters to compensate for high-frequency noise components, but this introduces an additional phase shift into the steer-by-wire system.
  • the method provides that, in order to determine a filter output variable of a filter, in particular a filter for filtering a torsion bar torque of a stee-by-wire steering system of a vehicle, depending on a filter input variable to be filtered, a predetermined filter property of the filter is selected depending on an input signal characteristic of the filter input variable a plurality of predetermined filter properties is selected, the input signal characteristic being determined as a function of the filter input variable at a current point in time and at least one previous point in time, the filter output variable being determined by the filter having the filter characteristic.
  • the filter error is influenced by the different filter properties of the filter. This makes it possible for the filter error to be limited to a maximum value.
  • the filter works in an operating state that is favorable for the input signal, as a result of which a phase delay is reduced and properties of a control loop of the steer-by-wire steering system are improved.
  • the application parameter makes it possible, for example, to limit the filter error to a specific value or to adjust the individual filter properties. This allows the filter to be adjusted accordingly for different operating states or different types of steer-by-wire steering systems.
  • the at least one application parameter for the input signal characteristic of the filter input variable preferably characterizes a width of a noise band of the filter input variable, in particular in the form of a quantization noise of the filter input variable and/or a speed of a change in the filter input variable.
  • the filter input variable for the input signal characteristic remains within the width of the noise band, a first operating state of the filter is determined, the first filter property being determined for the filter; exhibits a tendency to go beyond the width of the noise band, determining a second operational state of the filter, determining the second filter characteristic for the filter; shows a tendency to enter the width of the noise band, a third operational state of the filter is determined, wherein the second filter characteristic is determined for the filter; is outside the width of the noise band and is continuously moving away from it, a fourth operational state of the filter is determined, wherein the third filter property is determined for the filter; is outside the width of the noise band and is beginning to approach the noise band, a fifth operational state of the filter is determined, wherein the second filter characteristic is determined for the filter.
  • the filter has these operating states and their defined operating ranges. This makes it possible to implement the filter efficiently and in a resource-saving manner in embedded software. This also has a positive impact on a runtime of the filter.
  • the torsion bar torque is measured, the filter input variable to be filtered is determined as a function of the measured torsion bar torque, and a motor torque for the steer-by-wire steering system is determined as a function of the filter output variable and a target torque for the torsion bar torque.
  • the torsion bar torque control of the steer-by-wire steering system is adapted to the situation and improved overall.
  • the device for determining a filter output variable of a filter in particular a filter for filtering a torsion bar torque of a steer-by-wire steering system of a vehicle, as a function of a filter input variable to be filtered, is designed to determine a predetermined filter property of the filter as a function of an input signal characteristic of the filter input variable to select a plurality of predetermined filter properties, to determine the input signal characteristic as a function of the filter input variable at a current point in time and at least one previous point in time, and to determine the filter output variable by the filter with the filter characteristic. Due to the different filter properties of the filter, it is possible to influence the filter error. This makes it possible to limit the filter error to a maximum value. In addition, it is possible for the filter to work in an operating state that is favorable for the input signal, as a result of which a phase delay is reduced and properties of a control loop of the steer-by-wire steering system are improved.
  • These filter properties make it possible to operate the filter in different operating states. This makes it possible to compensate for noise in certain scenarios, such as a stationary steering wheel. This leads to better acoustic and haptic properties of the steer-by-wire steering system.
  • the application parameter makes it possible, for example, to limit the filter error to a specific value or to adjust the individual filter properties. This allows the filter to be adjusted accordingly for different operating states or different types of steer-by-wire steering systems.
  • the at least one application parameter for the predefined filter property characterizes a low-pass filter coefficient and/or a maximum filter error.
  • the at least one application parameter for the input signal characteristic of the filter input variable characterizes a width of a noise band of the filter input variable, in particular in the form of a quantization noise of the filter input variable and/or a speed of a change in the filter input variable.
  • the filter has these operating states and their defined operating ranges. This makes it possible to implement the filter efficiently and in a resource-saving manner in embedded software. This also has a positive impact on a runtime of the filter.
  • the device can improve a steer-by-wire function in a vehicle.
  • the vehicle includes the device, the device being designed to measure the torsion bar torque, to determine the filter input variable to be filtered as a function of the measured torsion bar torque, and as a function of the filter output variable and a target torque for the torsion bar torque, to generate an engine torque for the steering to determine the by-wire steering system.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a state graph of the
  • Fig. 3 shows a flowchart of a method for determining a
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a vehicle
  • FIG. 1 shows a filter 100 in a schematic representation.
  • a filter input 102 is provided to the filter 100 .
  • the filter 100 determines a filter output variable 104 as a function of the filter input variable 102.
  • the filter input variable 102 is also supplied to an evaluation device 106.
  • the filter 100 comprises the evaluation device 106. Provision can be made for the evaluation device 106 to be arranged as a device external to the filter 100.
  • the filter 100 also has a plurality of filter properties 108 .
  • the plurality of filter properties 108 includes a first filter property 110, a second filter property 112 and a third filter property 114. It can be provided that the plurality of filter properties 108 includes a lower or higher number of filter properties.
  • the evaluation device 106 determines a filter characteristic from the plurality of filter properties 108 which is used for processing the filter input variable 102 by the filter 100 .
  • the filter output variable 104 is determined by the filter 100 as a function of the filter input variable 102 and the specific filter property of the filter 100 .
  • the input signal characteristic is determined by the evaluation device 106 as a function of the filter input variable 102 at a current point in time and at least one previous point in time.
  • the filter 100 operates with the first filter property 110 when the filter input 102 alternates about a mean value and between two quantization values.
  • the upper and lower quantization values are limits for a noise band and define a width of the noise band.
  • the first filter property 110 causes the filter output variable 104 to be set to the mean value of the noise band. With the first filter property 110 , the filter 100 therefore causes the filter output variable 104 to remain at a piecewise constant value and does not have the alternating behavior of the filter input variable 102 .
  • the filter 100 is operated with the second filter property 112 if the filter input variable 102 has a dynamic behavior.
  • the filter input variable 102 is still close to the mean value of the noise band, but shows a tendency to leave or enter the noise band enter the noise band.
  • the second filter property 112 causes the filter 100 to have a first-order low-pass behavior.
  • the filter 100 is operated with the third filter property 114 when the filter input variable 102 moves steadily away from the noise band and exhibits a strongly dynamic behavior.
  • the third filter property 114 causes the filter 100 to exhibit the behavior of a pass element.
  • the filter 100 causes the filter input variable 102 to be switched directly to the filter input variable 102.
  • FIG. 2 shows a state graph 200 for the filter 100 in a schematic representation.
  • the state graph includes operating states 202, 204, 206, 208 and 210.
  • the filter input signal 102 remains in the noise band and the filter 100 is operated with the first filter characteristic 110 .
  • the filter output variable 104 is accordingly placed at the mean value of the noise band.
  • the filter input signal 102 shows a tendency to leave the noise band and the filter 100 is operated with the second filter characteristic 112 .
  • the filter output variable 104 is therefore the low-pass filtered filter input variable 102.
  • the filter input signal 102 shows a tendency to enter the noise band and the filter 100 is operated with the second filter characteristic 112 .
  • the filter output variable 104 is therefore the low-pass filtered filter input variable 102.
  • the filter input 102 is outside of the noise band and steadily moving away from it, and the filter 100 is operated with the third filter characteristic 114.
  • FIG. The filter input signal 102 is accordingly switched directly to the filter output variable 104 and consequently no filtering takes place.
  • the filter input signal 102 no longer exhibits the dynamic behavior of the fourth operational state 206 and begins to approach the noise band and the filter 100 is operated with the second filter characteristic 112 .
  • the filter output variable 104 is therefore the low-pass filtered filter input variable 102.
  • the state graph 200 shows the following characteristics of the filter 100.
  • a filter error e in ⁇ out
  • which is calculated from the absolute value of the filter output variable 104 subtracted from the filter input variable 102, moves within the noise band.
  • the filter error e is defined in the first operating state 202 by the width of the noise band.
  • the first operating state 202 can only be reached starting from the third operating state 206 and the fifth operating state 210, in which the mean value of the noise band is updated to a current value of the filter output variable 104, as a result the input signal 102 in the first operating state 202 can be in remain in the middle of the noise band It can be provided that the width of the noise band is used as an application parameter of the filter 100 .
  • a deviation between the filter input variable 102 and the filter output variable 104 is also checked.
  • the filter output variable 104 is adapted to a defined maximum filter error e m .
  • e m By an appropriately chosen coefficient of Due to the low-pass filter property of the second filter property 112, it is possible for the filter error e to remain within the maximum filter error e m . In this case, the deviation check is not required.
  • a structure and algorithm of the filter 100 is shown below as an example. This structure is based on the state graph from FIG. 2 and the operational states 202 to 210 and shows, among other things, the transition conditions of the individual operational states 202 to 210 and an implementation of the filter properties 110 to 114.
  • the structure can be implemented in embedded software, for example.
  • u(k), u(k-1) the current or previous sample value of the filter input variable 102 to be filtered.
  • m(k), m(k-1) the current and previous mean values of the noise band, respectively.
  • the filter 100 is parameterized by the application parameters E, ß, a, e m and d.
  • the application parameters of the width of the noise band E and the application parameters ⁇ are used as parameters for determining the input signal characteristic of the filter input variable 102 .
  • the application parameter a is used as the coefficient of the low-pass filter property of the second filter property 112, whereby this filter property is parameterized.
  • the application parameter e m of the maximum filter error is also used as an application parameter of the second filter property 112 .
  • the application parameter d is used as a parameter of the third filter property 114 for updating the mean value of the noise band.
  • the filter 100 is adapted to different scenarios and areas of application by means of the application parameters.
  • FIG. 3 shows a flow chart 300 of a method for determining a filter output variable 104 of a filter 100. In a step 302, the filter input variable 102 is made available to the filter 100 and the input signal characteristic is determined.
  • the input signal characteristic is determined as a function of the filter input variable 102 at a current point in time and at least one previous point in time.
  • a predefined filter property of the filter 100 is selected from the plurality of predefined filter properties 108 depending on the input signal characteristic of the filter input variable 102 .
  • the plurality of filter properties 108 preferably includes the first filter property 110, the second filter property 112 and the third filter property 114, with the first filter property 110 of the filter 100 placing the filter output variable 104 at the midpoint, in particular at the midpoint of a noise band, of the filter input variable 102 .
  • the second filter property 112 operates the filter 100 as a low-pass filter.
  • the third filter property 114 operates the filter 100 as a pass element.
  • the predefined filter property of the filter 100 is preferably parameterized by at least one application parameter. Provision can be made for the at least one application parameter to be a low-pass filter coefficient and/or a maximum permissible filter error.
  • the fourth operational state 208 of the filter 100 is determined, wherein the filter with the third filter characteristic 114 is operated.
  • the fifth operational state 210 of the filter 100 is determined, wherein the filter 100 is operated with the second filter characteristic 112 .
  • the filter output variable 104 is determined by the filter 100 with the specified filter property.
  • Filter 100 is used, for example, in a steer-by-wire steering system for filtering a torsion bar torque as filter input variable 102 .
  • the filter 100 is designed as a torsion bar torque filter in the context of manual torque control of a steer-by-wire steering system.
  • the filter 100 is used, for example, to smooth or filter a quantization-noisy torsion bar torque.
  • FIG. 400 A vehicle 400 with a steer-by-wire steering system is shown in FIG.
  • the vehicle 400 includes two rear wheels 406 and two front wheels 408.
  • the rear wheels 406 are not steerable in the example.
  • the front wheels 408 can be steered by the steering 402 in the example.
  • the rear wheels 406 can also be steerable by steering the rear axle.
  • Manual torque adjuster 404 picks up directional specifications from a driver and generates a steering feel for the driver. To generate the steering feel, the manual torque adjuster 404 contains a motor 410 which delivers a corresponding motor torque to a rotor shaft 412 which is then forwarded to a steering handle 418 via a gear 414 and a torsion bar 416 .
  • a steering wheel is shown as an example of the steering handle 418 .
  • the acoustic and haptic behavior is significantly improved by the filter 100 and the filter method without significantly worsening the remaining control quality.
  • a control loop with a controller 502 and the filter 100 for controlling the manual torque controller 404 is shown in FIG.
  • a control with the controller 502 is based on an actual torque 504, in the example the torsion bar torque on the torsion bar 416, and a predetermined setpoint torque 506, in the example the desired torsion bar torque.
  • the controller 502 determines a suitable engine torque 508 in order to regulate the target torque 504 even in the presence of disturbances 510, e.g. an intervention by the driver or model deviations.
  • the filter input signal 102 is based on the actual moment 504 and is basically subject to noise 512 .
  • quantization noise is specifically considered. Higher-quality measuring technology may reduce the influence of noise, but it will never completely compensate for it.
  • the controller 502 could itself be designed to take the influence of the noise 512 into account. However, this typically means that the control properties related to other criteria, e.g Performance, can be negatively influenced, so that a conflict of objectives can arise.
  • a common approach to dealing with noisy signals is the use of appropriate filters.
  • a traditional filter has a low-pass characteristic to cancel out the high-frequency noise components, but introduces an additional phase shift into the system.
  • a further compromise must therefore be made with regard to noise filtering and phase delay so that the additional phase does not significantly impair the stability properties of the system.
  • filter output variable 104 is a feedback signal for controller 502. Controller 502 uses this feedback signal and setpoint torque 506 to determine engine torque 508.
  • the filter 100 is operated with a stationary steering wheel of the steer-by-wire steering system, i.e. when the torsion bar torque does not change significantly, with the first filter property 110 when the torsion bar torque, i.e. the filter input variable 102, is around an average value and between two quantization values alternates.
  • the filter properties are thus switched on the basis of the input signal characteristic, as described.
  • the filter output variable 104 is thereby adapted to the situation.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Filterausgangsgröße eines Filters, insbesondere eines Filters (100) für eine Filterung eines Drehstabmoments eines Steer-by-Wire Lenksystems eines Fahrzeugs, abhängig von einer zu filternden Filtereingangsgröße, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene Filtereigenschaft des Filters abhängig von einer Eingangssignalcharakteristik der Filtereingangsgröße aus einer Mehrzahl vorgegebener Filtereigenschaften ausgewählt wird, wobei die Eingangssignalcharakteristik abhängig von der Filtereingangsgröße zu einem aktuellen und wenigstens einem vorherigen Zeitpunkt bestimmt wird, wobei die Filterausgangsgröße durch den Filter mit der Filtereigenschaft bestimmt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Filterausgangsgröße eines Filters für eine Filterung eines Drehstabmoments eines Steer-by-Wire Lenksystems für ein Fahrzeug
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Filterausgangsgröße eines Filters, insbesondere für eine Filterung eines Drehstabmoments eines Steer-by-Wire Lenksystems für ein Fahrzeug.
Bei Steer-by-Wire Lenksystemen wird über eine Lenkhandhabe sowohl eine Richtungsvorgabe des Fahrers aufgenommen als auch ein Lenkgefühl für einen Fahrer des Fahrzeugs durch einen Handmomentensteller erzeugt. Zur Erzeugung des Lenkgefühls umfasst der Handmomentensteller einen Motor, der ein entsprechendes Moment auf eine Rotorwelle abgibt, das über ein Getriebe und einer Lenksäule an die Lenkhandhabe weitergeleitet wird. Der Motor ist relativ nahe am Fahrer angeordnet, was zu einem akustisch und haptisch auffälligen Verhalten für den Fahrer führt. Dieses Verhalten verstärkt sich auf ein störendes und nicht akzeptierbares Niveau, wenn der Motor mittels stark verrauschten Signalen angesteuert wird. Eine gängige Vorgehensweise zur Behandlung von verrauschten Signalen ist der Einsatz von Filtern mit Tiefpasscharakteristik, um hochfrequente Rauschanteile zu kompensiere, was jedoch eine zusätzliche Phasenverschiebung in das Steer-by-Wire Lenksystem bringt. Demnach muss ein Kompromiss eingegangen werden bezüglich Rauschfilterung und Phasenverzug, um durch den zusätzlichen Phasenverzug Stabilitätseigenschaften des Steer-by-Wire Lenksystems nicht zu verschlechtern. Deshalb ist ein Filter wünschenswert, der ein Rauschen reduziert ohne dabei einen großen Phasenverzug einzuführen, und der einen Filterfehler in einem definierten Bereich hält.
Offenbarung der Erfindung
Dies wird durch ein Verfahren und einer Vorrichtung gemäß der unabhängigen Ansprüche erreicht.
Im Verfahren ist vorgesehen, dass zur Bestimmung einer Filterausgangsgröße eines Filters, insbesondere eines Filters für eine Filterung eines Drehstabmoments eines Stee-by-Wire Lenksystems eines Fahrzeugs, abhängig von einer zu filternden Filtereingangsgröße, eine vorgegebene Filtereigenschaft des Filters abhängig von einer Eingangssignalcharakteristik der Filtereingangsgröße aus einer Mehrzahl vorgegebener Filtereigenschaften ausgewählt wird, wobei die Eingangssignalcharakteristik abhängig von der Filtereingangsgröße zu einem aktuellen und wenigstens einem vorherigen Zeitpunkt bestimmt wird, wobei die Filterausgangsgröße durch den Filter mit der Filtereigenschaft bestimmt wird. Durch die unterschiedlichen Filtereigenschaften des Filters wird der Filterfehler beeinflusst. Dadurch ist es möglich, dass der Filterfehler auf einen maximalen Wert beschränkt wird. Zudem arbeitet der Filter in einem für das Eingangssignal günstigen Operationszustand, wodurch ein Phasenverzug verringert wird und Eigenschaften einer Regelschleife des Steer- by-Wire Lenksystems verbessert werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Mehrzahl der Filtereigenschaften eine erste Filtereigenschaft, eine zweite Filtereigenschaft und eine dritte Filtereigenschaft umfasst, wobei durch: die erste Filtereigenschaft des Filters die Filterausgangsgröße auf einen Mittelpunkt, insbesondere auf einen Mittelpunkt eines Rauschbandes, der Filtereingangsgröße gelegt wird; die zweite Filtereigenschaft des Filters, der Filter als ein Tiefpassfilter betrieben wird; die dritte Filtereigenschaft des Filters, der Filter als ein Durchgangsglied betrieben wird. Durch diese Filtereigenschaften wird der Filter in unterschiedlichen Operationszuständen betrieben. Dadurch ist es möglich, in bestimmten Szenarien, wie beispielsweise einem ruhenden Lenkrad, ein Rauschen zu kompensieren. Dies führt zu besseren akustischen und haptischen Eigenschaften des Steer-by-Wire Lenksystems.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die vorgegebene Filtereigenschaft des Filters durch wenigstens einen Applikationsparameter parametrisiert wird. Durch den Applikationsparameter ist es beispielsweise möglich den Filterfehler auf einen bestimmten Wert zu beschränken oder die einzelnen Filtereigenschaften anzupassen. Dadurch kann der Filter für unterschiedliche Betriebszustände oder unterschiedliche Arten von Steer-by-Wire Lenksystemen entsprechend angepasst werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Applikationsparameter für die vorgegebene Filtereigenschaft einen Tiefpassfilterkoeffizienten und/oder einen maximal zulässigen Filterfehler charakterisiert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Eingangssignalcharakteristik abhängig von wenigstens einem Applikationsparameter bestimmt wird. Dadurch können Grenzen der Operationszustände und derer Betriebsbereiche angepasst werden, was eine Flexibilität des Filters verbessert.
Vorzugsweise charakterisiert der wenigstens eine Applikationsparameter für die Eingangssignalcharakteristik der Filtereingangsgröße eine Breite eines Rauschbands der Filtereingangsgröße, insbesondere in Form eines Quantisierungsrauschens der Filtereingangsgröße und/oder eine Geschwindigkeit einer Veränderung der Filtereingangsgröße.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass wenn die Filtereingangsgröße für die Eingangssignalcharakteristik: in der Breite des Rauschbands verbleibt, ein erster Operationszustand des Filters bestimmt wird, wobei die erste Filtereigenschaft für den Filter bestimmt wird; eine Tendenz zeigt, die Breite des Rauschbands zu verlassen, ein zweiter Operationszustand des Filters bestimmt wird, wobei die zweite Filtereigenschaft für den Filter bestimmt wird; eine Tendenz zeigt, die Breite des Rauschbands zu betreten, ein dritter Operationszustand bestimmt des Filters wird, wobei die zweite Filtereigenschaft für den Filter bestimmt wird; sich außerhalb der Breite des Rauschbandes befindet und sich kontinuierlich davon wegbewegt, ein vierter Operationszustand des Filters bestimmt wird, wobei die dritte Filtereigenschaft für den Filter bestimmt wird; sich außerhalb der Breite des Rauschbandes befindet und sich beginnt dem Rauschband zu nähern, ein fünfter Operationszustand des Filters bestimmt wird, wobei die zweite Filtereigenschaft für den Filter bestimmt wird. Dadurch weist der Filter diese Operationszustände und deren definierten Betriebsbereiche auf. Dies ermöglicht es, den Filter effizient und ressourcenschonend in einer eingebetteten Software zu implementieren. Dies hat auch einen positiven Einfluss auf eine Laufzeit des Filters hat.
In einem Fahrzeug kann vorgesehen sein, dass das Drehstabmoment gemessen wird, die zu filternden Filtereingangsgröße abhängig vom gemessenen Drehstabmoment bestimmt wird, und abhängig von der Filterausgangsgröße und einem Soll-Moment für das Drehstabmoment ein Motormoment für das Steer-by- Wire Lenksystem bestimmt wird. Dadurch wird die Drehstabmomentenregelung des Steer-by-Wire Lenksystems situativ angepasst und insgesamt verbessert.
Die Vorrichtung zur Bestimmung einer Filterausgangsgröße eines Filters, insbesondere eines Filters für eine Filterung eines Drehstabmoments eines Steer-by-Wire Lenksystems eines Fahrzeugs, abhängig von einer zu filternden Filtereingangsgröße, ist dazu ausgebildet, eine vorgegebene Filtereigenschaft des Filters abhängig von einer Eingangssignalcharakteristik der Filtereingangsgröße aus einer Mehrzahl vorgegebener Filtereigenschaften auszuwählen, die Eingangssignalcharakteristik abhängig von der Filtereingangsgröße zu einem aktuellen und wenigstens einem vorherigen Zeitpunkt zu bestimmen und die Filterausgangsgröße durch den Filter mit der Filtereigenschaft zu bestimmen. Durch die unterschiedlichen Filtereigenschaften des Filters ist es möglich, den Filterfehler zu beeinflussen. Dadurch ist es möglich, den Filterfehler auf einen maximalen Wert zu beschränken. Zudem ist es möglich, dass der Filter in einem für das Eingangssignal günstigen Operationszustand arbeitet, wodurch ein Phasenverzug verringert wird und Eigenschaften einer Regelschleife des Steer-by-Wire Lenksystems verbessert werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Mehrzahl an Filtereigenschaften eine erste Filtereigenschaft, eine zweite Filtereigenschaft und eine dritte Filtereigenschaft umfasst, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, mittels der ersten Filtereigenschaft des Filters die Filterausgangsgröße auf einen Mittelpunkt, insbesondere auf einen Mittelpunkt eines Rauschbandes, der Filtereingangsgröße zu legen, mittels der zweiten Filtereigenschaft des Filters, den Filter als ein Tiefpassfilter zu betreiben, mittels der dritten Filtereigenschaft, den Filter als ein Durchgangsglied zu betreiben. Durch diese Filtereigenschaften ist es möglich, den Filter in unterschiedlichen Operationszuständen zu betreiben. Dadurch ist es möglich, in bestimmten Szenarien, wie beispielsweise einem ruhenden Lenkrad, ein Rauschen zu kompensieren. Dies führt zu besseren akustischen und haptischen Eigenschaften des Steer-by-Wire Lenksystems.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die vorgegebene Filtereigenschaft des Filters abhängig von wenigstens einem Applikationsparameter zu parametrisieren. Durch den Applikationsparameter ist es beispielsweise möglich den Filterfehler auf einen bestimmten Wert zu beschränken oder die einzelnen Filtereigenschaften anzupassen. Dadurch kann der Filter für unterschiedliche Betriebszustände oder unterschiedliche Arten von Steer-by-Wire Lenksystemen entsprechend angepasst werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Applikationsparameter für die vorgegebene Filtereigenschaft einen Tiefpassfilterkoeffizienten und/oder einen maximalen Filterfehler charakterisiert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die Eingangssignalcharakteristik abhängig von wenigstens einem Applikationsparameter zu bestimmen. Dadurch ist es möglich Grenzen der Operationszustände und derer Betriebsbereiche anzupassen, was eine Flexibilität des Filters verbessert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Applikationsparameter für die Eingangssignalcharakteristik der Filtereingangsgröße eine Breite eines Rauschbands der Filtereingangsgröße, insbesondere in Form eines Quantisierungsrauschens der Filtereingangsgröße und/oder eine Geschwindigkeit einer Veränderung der Filtereingangsgröße charakterisiert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, wenn die Filtereingangsgröße für die Eingangssignalcharakteristik, in der Breite des Rauschbands verbleibt, einen ersten Operationszustand des Filters zu bestimmen, sowie die erste Filtereigenschaft für den Filter zu bestimmen, eine Tendenz zeigt, die Breite des Rauschbands zu verlassen, einen zweiten Operationszustand des Filters zu bestimmen, sowie die zweite Filtereigenschaft für den Filter zu bestimmen, eine Tendenz zeigt, die Breite des Rauschbands zu betreten, einen dritten Operationszustand des Filters zu bestimmen, sowie die zweite Filtereigenschaft für den Filter zu bestimmen, sich außerhalb der Breite des Rauschbandes befindet und sich kontinuierlich davon wegbewegt, einen vierten Operationszustand des Filters zu bestimmen, sowie die dritte Filtereigenschaft für den Filter zu bestimmen, sich außerhalb der Breite des Rauschbandes befindet und sich beginnt dem Rauschband zu nähern, einen fünften Operationszustand des Filters zu bestimmen, sowie die zweite Filtereigenschaft für den Filter zu bestimmen. Dadurch weist der Filter diese Operationszustände und deren definierten Betriebsbereiche auf. Dies ermöglicht es, den Filter effizient und ressourcenschonend in einer eingebetteten Software zu implementieren. Dies hat auch einen positiven Einfluss auf eine Laufzeit des Filters hat.
Die Vorrichtung kann eine Steer-by-Wire Funktion in einem Fahrzeug verbessern. Das Fahrzeug umfasst in diesem Fall die Vorrichtung, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, das Drehstabmoment zu messen, die zu filternden Filtereingangsgröße abhängig vom gemessenen Drehstabmoment zu bestimmen, und abhängig von der Filterausgangsgröße und einem Soll-Moment für das Drehstabmoment ein Motormoment für das Steer-by-Wire Lenksystem zu bestimmen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Filters,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Zustandsgraphen des
Filters,
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zu Bestimmung einer
Filterausgangsgröße des Filters,
Fig. 4 stellt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs dar,
Fig. 5 stellt eine Regelschleife dar. Figur 1 zeigt einen Filter 100 in einer schematischen Darstellung. Eine Filtereingangsgröße 102 wird dem Filter 100 bereitgestellt. Der Filter 100 bestimmt abhängig von der Filtereingangsgröße 102 eine Filterausgangsgröße 104. Die Filtereingangsgröße 102 wird zudem einer Auswerteeinrichtung 106 zugeführt. Der Filter 100 umfasst im Beispiel die Auswerteeinrichtung 106. Es kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung 106 als aus dem Filter 100 ausgelagerte Einrichtung angeordnet ist. Der Filter 100 weist des Weiteren eine Mehrzahl an Filtereigenschaften 108 auf. Die Mehrzahl an Filtereigenschaften 108 umfasst eine erste Filtereigenschaft 110, eine zweite Filtereigenschaft 112 und eine dritte Filtereigenschaft 114. Es kann vorgesehen sein, dass die Mehrzahl an Filtereigenschaften 108 eine niedrigere oder höhere Anzahl an Filtereigenschaften umfasst. Die Auswerteeinrichtung 106 bestimmt abhängig von einer Eingangssignalcharakteristik der Filtereingangsgröße 102 aus der Mehrzahl von Filtereigenschaften 108 eine Filtereigenschaft, die zum Verarbeiten der Filtereingangsgröße 102 durch den Filter 100 verwendet wird. Die Filterausgangsgröße 104 wird abhängig von der Filtereingangsgröße 102 und der bestimmten Filtereigenschaft des Filters 100 durch den Filter 100 bestimmt. Die Eingangssignalcharakteristik wird abhängig von der Filtereingangsgröße 102 zu einem aktuellen Zeitpunkt und wenigstens einem vorherigen Zeitpunkt durch die Auswerteeinrichtung 106 bestimmt.
Der Filter 100 wird mit der ersten Filtereigenschaft 110 betrieben, wenn die Filtereingangsgröße 102 um einen mittleren Wert und zwischen zwei Quantisierungswerten alterniert. Die oberen und unteren Quantisierungswerte sind Limits für ein Rauschband und definieren eine Breite des Rauschbands. Die erste Filtereigenschaft 110 bewirkt in dem Fall, dass die Filtereingangsgröße 102 innerhalb des Rauschbandes liegt, dass die Filterausgangsgröße 104 auf den mittleren Wert des Rauschbandes gelegt wird. Der Filter 100 bewirkt mit der ersten Filtereigenschaft 110 demnach, dass die Filterausgangsgröße 104 auf einem stückweisen konstanten Wert verbleibt und nicht das alternierende Verhalten der Filtereingangsgröße 102 aufweist.
Der Filter 100 wird mit der zweiten Filtereigenschaft 112 betrieben, wenn die Filtereingangsgröße 102 ein dynamisches Verhalten aufweist. Die Filtereingangsgröße 102 ist weiterhin nahe am mittleren Wert des Rauschbands, zeigt jedoch eine Tendenz, das Rauschband zu verlassen beziehungsweise in das Rauschband einzutreten. Die zweite Filtereigenschaft 112 bewirkt in diesem Fall, dass der Filter 100 ein Tiefpassverhalten erster Ordnung aufweist.
Der Filter 100 wird mit der dritten Filtereigenschaft 114 betrieben, wenn die Filtereingangsgröße 102 sich stetig von dem Rauschband wegbewegt und ein stark dynamisches Verhalten aufweist. Die dritte Filtereigenschaft 114 bewirkt in diesem Fall, dass der Filter 100 ein Verhalten eines Durchgangglieds aufweist. Der Filter 100 bewirkt mit der dritten Filtereigenschaft 114, dass die Filtereingangsgröße 102 direkt auf die Filtereingangsgröße 102 geschalten wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Mehrzahl an Filtereigenschaften 108 weitere Eigenschaften signalverarbeitender Strukturen oder Funktionen umfasst wie beispielsweise eine Bandpasseigenschaft, eine Invertereigenschaft oder unterschiedlich konfigurierte Filtereigenschaften derselben Kategorie.
Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Zustandsgraphen 200 für den Filter 100. Der Zustandsgraph umfasst Operationszustände 202, 204, 206, 208 und 210. Diese Operationszustände 202 bis 210 werden durch den Filter 100 und die Mehrzahl an Filtereigenschaften 108 abgebildet.
Im ersten Operationszustand 202 verbleibt das Filtereingangssignal 102 im Rauschband und der Filter 100 wird mit der ersten Filtereigenschaft 110 betrieben. Die Filterausgangsgröße 104 wird demnach auf den mittleren Wert des Rauschbandes gelegt.
Im zweiten Operationszustand 204 zeigt das Filtereingangssignal 102 eine Tendenz das Rauschband zu verlassen und der Filter 100 wird mit der zweiten Filtereigenschaft 112 betrieben. Die Filterausgangsgröße 104 ist demnach die tiefpassgefilterte Filtereingangsgröße 102.
Im dritten Operationszustand 206 zeigt das Filtereingangssignal 102 eine Tendenz in das Rauschband einzutreten und der Filter 100 wird mit der zweiten Filtereigenschaft 112 betrieben. Die Filterausgangsgröße 104 ist demnach die tiefpassgefilterte Filtereingangsgröße 102. lm vierten Operationszustand 208 befindet sich die Filtereingangsgröße 102 außerhalb des Rauschbandes und bewegt sich stetig davon weg und der Filter 100 wird mit der dritten Filtereigenschaft 114 betrieben. Das Filtereingangssignal 102 wird demnach direkt auf die Filterausgangsgröße 104 geschalten und es findet folglich keine Filterung statt.
Im fünften Operationszustand 210 weist das Filtereingangssignal 102 nicht länger das dynamische Verhalten des vierten Operationszustandes 206 auf und beginnt sich dem Rauschband zu nähern und der Filter 100 wird mit der zweiten Filtereigenschaft 112 betrieben. Die Filterausgangsgröße 104 ist demnach die tiefpassgefilterte Filtereingangsgröße 102.
Abhängig vom Operationszustand wird der mittlere Wert des Rauschbands entsprechend aktualisiert, folglich bewegt sich das Rauschband mit einem Signalverlauf der Filtereingangsgröße 102. Diese Aktualisierung findet in den Operationszuständen 206, 208 und 210 statt. Der Zustandsgraph 200 zeigt die folgenden Eigenschaften des Filters 100 auf. Im ersten Operationszustand 202 bewegt sich ein Filterfehler e = in - out |, der sich aus dem Betrag der Filterausgangsgröße 104 subtrahiert von der Filtereingangsgröße 102 berechnet, innerhalb des Rauschbandes. Der Filterfehler e ist im ersten Operationszustand 202 durch die Breite des Rauschbands definiert. Der erste Operationszustand 202 kann im Beispiel insbesondere nur vom dritten Operationszustand 206 und dem fünften Operationszustand 210 ausgehend erreicht werden, in denen der mittlere Wert des Rauschbands auf eine aktuelle Größe der Filterausgangsgröße 104 aktualisiert wird, dadurch kann das Eingangssignal 102 im ersten Operationszustand 202 möglichst in der Mitte des Rauschbands verbleiben Es kann vorgesehen sein, dass die Breite des Rauschbands als Applikationsparameter des Filters 100 benutzt wird. Im vierten Operationszustand 208 wird die Filtereingangsgröße 102 auf die Filterausgangsgröße 104 gelegt, demnach ist der Filterfehler e = 0. Im zweiten Operationszustand 204, im dritten Operationszustand 206 und im fünften Operationszustand 210 wird zusätzlich eine Prüfung einer Abweichung von Filtereingangsgröße 102 und Filterausgangsgröße 104 durchgeführt. Ist diese Abweichung größer als ein definierter maximaler Filterfehler em , so wird die Filterausgangsgröße 104 einem definierten maximalen Filterfehler em angepasst. Durch einen entsprechend gewählten Koeffizienten der Tiefpassfiltereigenschaft der zweiten Filtereigenschaft 112 ist es möglich, dass der Filterfehler e innerhalb des maximalen Filterfehlers em verbleibt. In diesem Fall ist die Prüfung der Abweichung nicht erforderlich.
Im Folgenden ist ein Aufbau und Algorithmus des Filters 100 exemplarisch dargestellt. Dieser Aufbau basiert auf dem Zustandsgraphen aus Figur 2 und den Operationszuständen 202 bis 210 und zeigt unter anderem die Übergangsbedingungen der einzelnen Operationszustände 202 bis 210 sowie eine Umsetzung der Filtereigenschaften 110 bis 114. Der Aufbau kann beispielsweise in einer eingebetteten Software realisiert werden.
Variablen und Parameter:
- Filtereingangsgröße 102:
1. u(k), u(k-1): der aktuelle beziehungsweise vorherige Abtastwert der zu filternden Filtereingangsgröße 102.
- Filterausgangsgröße 104:
1. y(k), y(k-1): der aktuelle beziehungsweise vorherige Abtastwert der Filterausgangsgröße 104.
- Interne festgelegte Applikationsparameter:
1. e : die Breite des Rauschbands
2. ß e (1,3) • Applikationsparameter für eine langsam variierende Filtereingangsgröße 102
3. a E (0,1) : 1 -Ordnung Tiefpassfilterkoeffizient
4. em : der zulässige maximale Filterfehler
5. d : Applikationsparameter, der größer als eine maximale Differenz der Filtereingangsgröße in einem Abtastschritt ist.
- Interne Variablen:
1. m(k), m(k-1): der aktuelle beziehungsweise vorherige mittlere Wert des Rauschbands.
2. D(k), D(k-1): der Abstand vom aktuellen beziehungsweise vorherigen Abtastwert der Filtereingangsgröße 102 zum vorherigen mittleren Wert des Rauschbands. Folglich gilt D(k) = u(k) - m(k-1) beziehungsweise D(k-1) = u(k-1) - m(k-1).
Die Übergangsbedingungen in die entsprechenden Operationszustände 202 bis 210 und die dementsprechend ausgelösten Ereignisse: - Operationszustand 202:
1. Bedingungen: |D(k-1)| < e und |D(k)| < e
2. Ereignisse: y(k) = y(k-1), anschließend m(k) = m(k-1)
- Operationszustand 204:
1. Bedingungen: (|D(k-1)| < e und |D(k)| > e) oder (|D(k)| > e und |D(k-1)| < ß*e und ||D(k)| - |D(k-1)|| < e)
2. Ereignisse: y(k) = o*u(k)+(1- a)*y(k-1)+sgn(y(k-1)-u(k))*rnin(em-(1- a)*|y(k-1)-u(k)|,0), wobei sgn(.) die Vorzeichenfunktion ist und min(.) den kleineren Wert der beiden Ausdrücke annimmt, anschließend m(k) = m(k-1)
- Operationszustand 206:
1. Bedingungen: |D(k-1)|> E und |D(k)|< e
2. Ereignisse: y(k) = a*u(k)+(1- a)*y(k-1)+sgn(y(k-1)-u(k))*rnin(em-(1- a)*|y(k-1)-u(k)|,0), anschließend m(k) = y(k)
- Operationszustand 208
1. Bedingungen: (|D(k-1)|<|D(k)| und |D(k-1)|> ß*e) oder (|D(k-1)|> e und |D(k)|-|D(k-1)|> e)
2. Ereignisse: y(k) = u(k), anschließend m(k) = u(k)-sgn(D(k))* d
- Operationszustand 210:
1. Bedingungen: (|D(k-1)|>|D(k)| und |D(k)|> und |D(k-1)|> ß*E) oder (|D(k-1)|-|D(k)|> e und |D(k)|> e)
2. Ereignisse: y(k) = a*u(k)+(1- a)*y(k-1)+sgn(y(k-1)-u(k))*rnin(em-(1- a)*|y(k-1)-u(k)|,0), anschließend m(k) = y(k).
Der Filter 100 wird durch die Applikationsparameter E, ß, a, em und d parametrisiert. Die Applikationsparameter der Breite des Rauschbandes E und der Applikationsparameter ß werden als Parameter für die Bestimmung der Eingangssignalcharakteristik der Filtereingangsgröße 102 benutzt. Der Applikationsparameter a wird als Koeffizient der Tiefpassfiltereigenschaft der zweiten Filtereigenschaft 112 verwendet, wodurch diese Filtereigenschaft parametrisiert wird. Der Applikationsparameter em des maximalen Filterfehlers wird ebenfalls als ein Applikationsparameter der zweiten Filtereigenschaft 112 verwendet. Der Applikationsparameter d wird als Parameter der dritten Filtereigenschaft 114 zur Aktualisierung des mittleren Werts des Rauschbands verwendet. Der Filter 100 wird mittels der Applikationsparameter an unterschiedliche Szenarien und Anwendungsgebiete angepasst. Figur 3 stellt ein Ablaufdiagramm 300 eines Verfahrens zur Bestimmung einer Filterausgangsgröße 104 eines Filters 100 dar. In einem Schritt 302 wird dem Filter 100 die Filtereingangsgröße 102 bereitgestellt und die Eingangssignalcharakteristik wird bestimmt.
Die Eingangssignalcharakteristik wird abhängig von der Filtereingangsgröße 102 zu einem aktuellen und wenigstens einem vorherigen Zeitpunkt bestimmt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Eingangssignalcharakteristik abhängig von wenigstens einem Applikationsparameter beispielweise der Breite des Rauschbands e und/oder einem Applikationsparameter für eine Geschwindigkeit einer Veränderung der Filtereingangsgröße 102 bestimmt wird.
In einem Schritt 304 wird abhängig von der Eingangssignalcharakteristik der Filtereingangsgröße 102 eine vorgegebene Filtereigenschaft des Filters 100 aus der Mehrzahl vorgegebener Filtereigenschaften 108 ausgewählt.
Vorzugsweise umfasst die Mehrzahl der Filtereigenschaften 108 die erste Filtereigenschaft 110, die zweite Filtereigenschaft 112 und die dritte Filtereigenschaft 114, wobei durch die erste Filtereigenschaft 110 des Filters 100 die Filterausgangsgröße 104 auf den Mittelpunkt, insbesondere auf den Mittelpunkt eines Rauschbandes, der Filtereingangsgröße 102 gelegt wird. Durch die zweite Filtereigenschaft 112 wird der Filter 100 als Tiefpassfilter betrieben. Durch die dritte Filtereigenschaft 114 wird der Filter 100 als Durchgangsglied betrieben.
Vorzugsweise wird die vorgegebene Filtereigenschaft des Filters 100 durch wenigstes einen Applikationsparameter parametrisiert. Es kann vorgesehen sein, dass der wenigstes eine Applikationsparameter ein Tiefpassfilterkoeffizient und/oder ein maximale zulässiger Filterfehler ist.
Es kann vorgesehen sein, dass wenn die Filtereingangsgröße 102 für die Eingangssignalcharakteristik in der Breite des Rauschbands verbleibt, der erste Operationszustand 202 des Filters 100 bestimmt wird, wobei der Filter 100 mit der ersten Filtereigenschaft 110 betrieben wird. Wenn die Filtereingangsgröße 102 für die Eingangssignalcharakteristik eine Tendenz zeigt, die Breite des Rauschbands zu verlassen, wird der zweite Operationszustand 204 des Filters 100 bestimmt, wobei der Filter mit der zweiten Filtereigenschaft 112 betrieben wird. Wenn die Filtereingangsgröße 102 für die Eingangssignalcharakteristik eine Tendenz zeigt, die Breite des Rauschbands zu betreten, wird der dritte Operationszustand 206 bestimmt des Filters 100, wobei der Filter mit der zweiten Filtereigenschaft 112 betrieben wird. Wenn die Filtereingangsgröße 102 sich für die Eingangssignalcharakteristik außerhalb der Breite des Rauschbandes befindet und sich kontinuierlich davon wegbewegt, wird der vierte Operationszustand 208 des Filters 100 bestimmt, wobei der Filter mit der dritten Filtereigenschaft 114 betrieben wird. Wenn die Filtereingangsgröße 102 sich für die Eingangssignalcharakteristik außerhalb der Breite des Rauschbandes befindet und sich beginnt dem Rauschband zu nähern, wird der fünfte Operationszustand 210 des Filters 100 bestimmt, wobei der Filter 100 mit der zweiten Filtereigenschaft 112 betrieben wird.
In einem Schritt 306 wird die Filterausgangsgröße 104 durch den Filter 100 mit der vorgegebenen Filtereigenschaft bestimmt.
Das Filter 100 wird beispielsweise bei einem Steer-by-Wire Lenksystem zum Filtern eines Drehstabmoments als Filtereingangsgröße 102 eingesetzt.
Das Filter 100 ist in diesem Beispiel als Drehstabmoment-Filter im Kontext einer Handmomentenregelung eines Steer-by-Wire Lenksystems ausgebildet. Das Filter 100 wird z.B. zur Glättung oder Filterung eines quantisierungsverrauschten Drehstabmoments eingesetzt.
In Figur 4 ist ein Fahrzeug 400 mit einem Steer-by-Wire Lenksystem dargestellt, das eine Lenkung 402 und einen Handmomentensteller 404 umfasst.
Im Beispiel umfasst das Fahrzeug 400 zwei Hinterräder 406 und zwei Vorderräder 408. Die Hinterräder 406 sind im Beispiel nicht lenkbar. Die Vorderräder 408 sind im Beispiel durch die Lenkung 402 lenkbar.
Es können auch zusätzlich zu den Vorderrädern 408 oder statt der Vorderräder 408 die Hinterräder 406 durch eine Lenkung der Hinterachse lenkbar sein. Der Handmomentensteller 404 nimmt Richtungsvorgaben eines Fahrers auf und erzeugt ein Lenkgefühl für den Fahrer. Zur Erzeugung des Lenkgefühls enthält der Handmomentensteller 404 einen Motor 410 der ein entsprechendes Motormoment auf eine Rotorwelle 412 abgibt das dann über ein Getriebe 414 und einen Drehstab 416 an eine Lenkhandhabe 418 weitergeleitet wird. Als Lenkhandhabe 418 ist beispielhaft ein Lenkrad dargestellt.
Aufgrund der Tatsache, dass der Motor 410 relativ nah am Fahrer ist, kann dies zu einem akustisch und haptisch auffälligen Verhalten für den Fahrer führen. Dieses Verhalten kann sich sogar zu einem störenden und nicht akzeptierten Niveau verstärken, wenn der Motor 410 mittels stark verrauschter Signale angesteuert wird.
Durch das Filter 100 und das Filterverfahren, wird das akustische und haptische Verhalten deutlich verbessert ohne die restliche Regelgüte signifikant zu verschlechtern.
In Figur 5 ist eine Regelschleife mit einem Regler 502 und dem Filter 100 zur Regelung des Handmomentenstellers 404 dargestellt. Eine Regelung mit dem Regler 502 basiert auf einem Ist-Moment 504, im Beispiel dem Drehstabmoment am Drehstab 416, und einem vorgegebenen Soll-Moment 506, im Beispiel dem gewünschten Drehstabmoment.
Der Regler 502 bestimmt ein geeignetes Motormoment 508, um das Soll- Moment 504 auch bei Anwesenheit von Störungen 510, z.B. einem Eingriff vom Fahrer oder Modellabweichungen, einzuregeln. Wie in Figur 5 dargestellt, basiert das Filtereingangssignal 102 auf dem Ist-Moment 504 und ist grundsätzlich mit Rauschen 512 rauschbehaftet.
Im Beispiel wird konkret Quantisierungsrauschen betrachtet. Eine höherwertige Messtechnik mag den Rauscheinfluss zwar verringern, jedoch niemals vollständig kompensieren. Der Regler 502 könnte selbst so gestaltet sein, dass er den Einfluss des Rauschens 512 berücksichtigt. Typischerweise bedeutet dies jedoch, dass die Regeleigenschaften bezogen auf andere Kriterien, z.B. Performance, negativ beeinflusst werden, so dass ein Zielkonflikt entstehen kann.
Eine gängige Vorgehensweise zur Behandlung von verrauschten Signalen ist der Einsatz von entsprechenden Filtern. Ein herkömmliches Filter weist eine Tiefpasscharakteristik auf, um die hochfrequenten Rauschanteile zu kompensieren, bringt jedoch eine zusätzliche Phasenverschiebung in das System. Damit muss ein weiterer Kompromiss eingegangen werden bzgl. Rauschfilterung und Phasenverzug, um durch die zusätzliche Phase die Stabilitätseigenschaften des Systems nicht signifikant zu verschlechtern.
Um das Quantisierungsrauschen maßgeblich zu reduzieren ohne dabei einen großen Phasenverzug einzuführen, und auch einen Filterfehler in einem definierten Bereich zu begrenzen, wird der fallabhängige Filter 100 eingesetzt. Die Filterausgangsgröße 104 ist im Beispiel ein Rückführsignal für den Regler 502. Der Regler 502 verwendet dieses Rückführsignal und das Soll-Moment 506 zur Bestimmung des Motormoments 508.
Typischerweise wird das Filter 100 bei einem ruhenden Lenkrad des Steer-by- Wire Lenksystems, d.h. wenn sich das Drehstabmoment nicht stark ändert, mit der ersten Filtereigenschaft 110 betrieben, wenn das Drehstabmoment, d.h. die Filtereingangsgröße 102, um einen mittleren Wert und zwischen zwei Quantisierungswerten alterniert. Bei einer Änderung der Charakteristik des Drehstabmoments ändert sich auch die Eingangscharakteristik am Filter 100. Damit werden die Filtereigenschaften auf Basis der Eingangssignalcharakteristik wie beschrieben umgeschaltet. Die Filterausgangsgröße 104 wird dadurch situativ angepasst.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (300) zur Bestimmung einer Filterausgangsgröße (104) eines Filters (100), insbesondere eines Filters (100) für eine Filterung eines Drehstabmoments eines Steer-by-Wire Lenksystems eines Fahrzeugs, abhängig von einer zu filternden Filtereingangsgröße (102), dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene Filtereigenschaft des Filters (100) abhängig von einer Eingangssignalcharakteristik der Filtereingangsgröße (102) aus einer Mehrzahl vorgegebener Filtereigenschaften (108) ausgewählt wird (304), wobei die Eingangssignalcharakteristik abhängig von der Filtereingangsgröße (102) zu einem aktuellen und wenigstens einem vorherigen Zeitpunkt bestimmt wird (302), wobei die Filterausgangsgröße (104) durch den Filter (100) mit der Filtereigenschaft bestimmt wird (306).
2. Verfahren (300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Filtereigenschaften (108) eine erste Filtereigenschaft (110), eine zweite Filtereigenschaft (112) und eine dritte Filtereigenschaft (114) umfasst, wobei durch: die erste Filtereigenschaft (110) des Filters (100) die Filterausgangsgröße (104) auf einen Mittelpunkt, insbesondere auf einen Mittelpunkt eines Rauschbandes, der Filtereingangsgröße (102) gelegt wird; die zweite Filtereigenschaft (112) des Filters (100), der Filter (100) als ein Tiefpassfilter betrieben wird; die dritte Filtereigenschaft (114) des Filters (100), der Filter (100) als ein Durchgangsglied betrieben wird.
3. Verfahren (300) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Filtereigenschaft des Filters (100) abhängig von wenigstens einem Applikationsparameter parametrisiert wird.
4. Verfahren (300) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Applikationsparameter für die vorgegebene Filtereigenschaft ein Tiefpassfilterkoeffizient und/oder ein maximal zulässiger Filterfehler charakterisiert.
5. Verfahren (300) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangssignalcharakteristik abhängig von wenigstens einem Applikationsparameter bestimmt wird.
6. Verfahren (300) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikationsparameter für die Eingangssignalcharakteristik der Filtereingangsgröße (102) eine Breite eines Rauschbands der Filtereingangsgröße (102), insbesondere in Form eines Quantisierungsrauschens der Filtereingangsgröße (102) und/oder eine Geschwindigkeit einer Veränderung der Filtereingangsgröße (102) charakterisiert.
7. Verfahren (300) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Filtereingangsgröße (102) für die Eingangssignalcharakteristik: in der Breite des Rauschbands verbleibt, ein erster Operationszustand (202) des Filters (100) bestimmt wird, wobei die erste Filtereigenschaft (110) für den Filter (100) bestimmt wird; eine Tendenz zeigt, die Breite des Rauschbands zu verlassen, ein zweiter Operationszustand (204) des Filters (100) bestimmt wird, wobei die zweite Filtereigenschaft (112) für den Filter (100) bestimmt wird; eine Tendenz zeigt, die Breite des Rauschbands zu betreten, ein dritter Operationszustand (206) bestimmt des Filters (100) wird, wobei die zweite Filtereigenschaft (112) für den Filter (100) bestimmt wird; - 18 - sich außerhalb der Breite des Rauschbandes befindet und sich kontinuierlich davon wegbewegt, ein vierter Operationszustand (208) des Filters (100) bestimmt wird, wobei die dritte Filtereigenschaft (114) für den Filter (100) bestimmt wird; sich außerhalb der Breite des Rauschbandes befindet und sich beginnt dem Rauschband zu nähern, ein fünfter Operationszustand (210) des Filters (100) bestimmt wird, wobei die zweite Filtereigenschaft (112) für den Filter (100) bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehstabmoment (504) gemessen wird, die zu filternden Filtereingangsgröße (102) abhängig vom gemessenen Drehstabmoment (504) bestimmt wird, und abhängig von der Filterausgangsgröße (104) und einem Soll-Moment (506) für das Drehstabmoment ein Motormoment (508) für das Steer-by-Wire Lenksystem bestimmt wird.
9. Vorrichtung zur Bestimmung einer Filterausgangsgröße (104) eines Filters (100), insbesondere eines Filters für eine Filterung eines Drehstabmoments eines Steer-by-Wire Lenksystems eines Fahrzeugs, abhängig von einer zu filternden Filtereingangsgröße (102), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist: eine vorgegebene Filtereigenschaft des Filters abhängig von einer Eingangssignalcharakteristik der Filtereingangsgröße (102) aus einer Mehrzahl vorgegebener Filtereigenschaften (108) auszuwählen; die Eingangssignalcharakteristik abhängig von der Filtereingangsgröße (102) zu einem aktuellen und wenigstens einem vorherigen Zeitpunkt zu bestimmen; die Filterausgangsgröße (104) durch den Filter (104) mit der Filtereigenschaft zu bestimmen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Filtereigenschaften (108) eine erste Filtereigenschaft (110), eine zweite - 19 -
Filtereigenschaft (112) und eine dritte Filtereigenschaft (114) umfasst, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist: mittels der ersten Filtereigenschaft (110) des Filters (100) die Filterausgangsgröße (104) auf einen Mittelpunkt, insbesondere auf einen Mittelpunkt eines Rauschbandes, der Filtereingangsgröße (102) zu legen; mittels der zweiten Filtereigenschaft (112) des Filters (100), den Filter (100) als ein Tiefpassfilter zu betreiben; mittels der dritten Filtereigenschaft (114), den Filter (100) als ein Durchgangsglied zu betreiben. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die vorgegebene Filtereigenschaft des Filters (100) abhängig von wenigstens einem Applikationsparameter zu parametrisieren. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Applikationsparameter für die vorgegebene Filtereigenschaft einen Tiefpassfilterkoeffizienten und/oder einen maximalen Filterfehler charakterisiert. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die Eingangssignalcharakteristik abhängig von wenigstens einem Applikationsparameter zu bestimmen. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Applikationsparameter für die Eingangssignalcharakteristik der Filtereingangsgröße (102) eine Breite eines Rauschbands der Filtereingangsgröße (102), insbesondere in Form eines Quantisierungsrauschens der Filtereingangsgröße (102) und/oder eine Geschwindigkeit einer Veränderung der Filtereingangsgröße (102) charakterisiert. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, wenn die Filtereingangsgröße (102) für die Eingangssignalcharakteristik: - 20 - in der Breite des Rauschbands verbleibt, einen ersten Operationszustand (202) des Filters (100) zu bestimmen, sowie die erste Filtereigenschaft (110) für den Filter (100) zu bestimmen; eine Tendenz zeigt, die Breite des Rauschbands zu verlassen, einen zweiten Operationszustand (204) des Filters (100) zu bestimmen, sowie die zweite Filtereigenschaft (112) für den Filter (100) zu bestimmen; eine Tendenz zeigt, die Breite des Rauschbands zu betreten, einen dritten Operationszustand (206) des Filters (100) zu bestimmen, sowie die zweite Filtereigenschaft (112) für den Filter (100) zu bestimmen; sich außerhalb der Breite des Rauschbandes befindet und sich kontinuierlich davon wegbewegt, einen vierten Operationszustand (208) des Filters (100) zu bestimmen, sowie die dritte Filtereigenschaft (114) für den Filter (100) zu bestimmen; sich außerhalb der Breite des Rauschbandes befindet und sich beginnt dem Rauschband zu nähern, einen fünften Operationszustand (210) des Filters (100) zu bestimmen, sowie die zweite Filtereigenschaft (112) für den Filter (100) zu bestimmen. Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15 umfasst, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, das Drehstabmoment (504) zu messen, die zu filternden Filtereingangsgröße (102) abhängig vom gemessenen Drehstabmoment (504) zu bestimmen, und abhängig von der Filterausgangsgröße (104) und einem Soll-Moment (506) für das Drehstabmoment (504) ein Motormoment (508) für das Steer-by-Wire Lenksystem zu bestimmen.
PCT/EP2022/075951 2021-10-11 2022-09-19 Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer filterausgangsgrösse eines filters für eine filterung eines drehstabmoments eines steer-by-wire lenksystems für ein fahrzeug WO2023061700A1 (de)

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