DE102010046072B4

DE102010046072B4 - Verfahren zum Dämpfen eines Rüttelns auf ebener Straße in einem elektrischen Servolenksystem

Info

Publication number: DE102010046072B4
Application number: DE102010046072.9A
Authority: DE
Inventors: Kenneth L. Oblizajek; Derek K. Hogland; John D. Sopoci; Wen-Hou Ma
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: CN102019955A; DE102010046072A1; US20110071729A1; US8271163B2; CN102019955B

Abstract

Verfahren zum Dämpfen von Rütteln auf ebener Straße an einem Lenkrad (26) einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, das ein elektrisches Servolenksystem (100) mit einem Elektromotor (104) und einer Zahnstange aufweist, das die folgenden Schritte umfasst: a) Bestimmen eines Frequenzbereichs des Rüttelns auf ebener Straße während vorbestimmter Fahrbedingungen des Kraftfahrzeugs; b) mechanisches Abstimmen einer elektrischen Servolenkmotoranordnung des elektrischen Servolenksystems (100) des Kraftfahrzeugs auf eine vorbestimmte Frequenz, um dadurch einen abgestimmten Vibrationsabsorber (112) mit einer mechanisch abgestimmten Resonanzfrequenz zu schaffen (402); c) Bestimmen der Frequenz des Rüttelns auf ebener Straße bei einer Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs (406), die aus: 1) einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit und der Frequenz des Rüttelns auf ebener Straße und/oder 2) dem periodischen dynamischen Gehalt eines Drehmomentsignals des elektrischen Servolenksystems bestimmt wird; d) dynamisches Abstimmen der Trägheit des abgestimmten Vibrationsabsorbers (112) auf die Frequenz des Rüttelns auf ebener Straße bei der Geschwindigkeit in Ansprechen auf die Beziehung für alle Frequenzen des Frequenzbereichs außer der mechanisch abgestimmten Resonanzfrequenz (410); und e) Minimieren der Dämpfung des abgestimmten Vibrationsabsorbers (112) und Maximieren der Zahnstangensteifigkeit bei der Frequenz des Rüttelns auf ebener Straße, um dadurch das Rütteln auf ebener Straße am Lenkrad (26) zu minimieren (412); wobei die Schritte d) und e) das Steuern des Stroms im Elektromotor (104) des elektrischen Servolenksystems (100) umfassen, um ein Äquivalent einer Trägheit der elektrischen Servolenkanordnung bereitzustellen, die sich auf die dynamische Abstimmung des Schrittes d) auswirkt, und ein Drehmoment bereitzustellen, das sich auf die minimierte Dämpfung des Schrittes e) auswirkt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Servolenksysteme und insbesondere auf ein Verfahren zum dynamischen Dämpfen eines Rüttelns auf ebener Straße am Lenkrad, wie es beispielweise aus der US 2009/0125186 A1 bekannt geworden ist, in der vorgeschlagen wird, mit dem zur Lenkungsunterstützung vorgesehenen Servomotor ein Kompensationsdrehmoment auf die Lenksäule aufzubringen, welches gegenüber dem Lenkradrütteln um einen sog. Übertragungsfaktor skaliert ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine elektrische Servolenkung schafft eine Lenkunterstützung für einen Kraftfahrzeugfahrer, wenn der Fahrer das Lenkrad in einer Drehrichtung dreht. Der Elektromotor des elektrischen Servolenksystems (EPS-Systems), der zum Unterstützen der Lenkung durch den Fahrer dient, kann mit der Zahnstange des Lenksystems (ein REPS-System) verbunden sein oder mit der Lenksäule (ein CEPS-System) verbunden sein, die in 1A und 1B veranschaulicht sind.
1A stellt ein Beispiel eines CEPS-Systems dar. Ein Kraftfahrzeug 40 ist mit einem elektrischen Servolenksystem 24 versehen. Das elektrische Servolenksystem 24 kann einen herkömmlichen Zahnstangen-Lenkmechanismus 36 umfassen, der eine Zahnstange (nicht dargestellt) und ein Säulenritzel (nicht dargestellt) unter einem Zahnradgehäuse 52 umfasst. Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, dreht eine obere Lenkwelle 29 eine untere Welle 51 durch eine Drehverbindung 34; und die untere Lenkwelle 51 dreht das Säulenritzel. Die Drehung des Säulenritzels bewegt die Zahnstange, die Spurstangen 38 (nur eine gezeigt) bewegt, die Achsschenkel 39 (nur einer gezeigt) bewegen, um Reifen 42 (nur einer gezeigt) einzuschlagen.
Die elektrische Kraftunterstützung wird durch einen Controller 16 und einen Kraftunterstützungsaktuator mit einem Elektromotorantrieb 46 geschaffen. Der Controller 16 empfängt elektrische Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle 10 des Fahrzeugs über eine Leitung 12, ein Signal, das die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, auf der Leitung 14 und einen Säulenritzelwinkel von einem Säulendrehpositionssensor 32 auf der Leitung 20. Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das auf das Lenkrad 26 durch den Fahrzeugfahrer aufgebrachte Drehmoment und liefert ein Fahrerdrehmomentsignal zum Controller 16 auf der Leitung 18. In Ansprechen auf das empfangene Fahrzeuggeschwindigkeits-, Fahrerdrehmoment- und in einigen Fällen Säulenritzelwinkelsignal leitet der Controller 16 gewünschte Elektromotorströme ab und liefert derartige Ströme über einen Bus 22 zum Elektromotorantrieb 46, der eine Drehmomentunterstützung durch ein Schneckenrad 47 und ein Motorritzel 48 zur Lenkwelle 29 liefert. Die Details hiervon sind im US-Patent US 5,982,067 A , erteilt an Sebastian u. a. am 9. November 1999, beschrieben. Ein Beispiel einer Ausführungsform des Controllers 16 ist im US-Patent US 5,668,722 A , erteilt an Kaufmann u. a. am 16. September 1997, beschrieben.
1B stellt ein Beispiel eines REPS-Systems dar. Das elektrische Servolenksystem 60 umfasst einen herkömmlichen Zahnstangen-Lenkmechanismus 62, der eine Zahnstange 64 umfasst, die mit den Spurstangen (nicht dargestellt) zum Lenken des Einschlags der Reifen (nicht dargestellt) verbunden ist. Die Lenksäule weist eine untere Anordnung 66 mit einem Säulenritzel 68 auf, das mit den Zähnen 70 der Zahnstange 64 in Eingriff steht, so dass die Drehung der Lenksäule ein Drehmoment an der Zahnstange aufbringt, das dazu führt, dass sich sie Zahnstange in Abhängigkeit von der Richtung der Drehung der Lenksäule nach links oder rechts verlagert. Der Elektromotorantrieb 72 des elektrischen Servolenksystem ist mit der Zahnstange durch ein Motorritzel 74 verzahnt verbunden, wobei das Motorritzel beispielsweise durch eine Riemen- oder Zahnradschnittstelle über beispielsweise einen Kugelumlaufspindelmechanismus 76 mechanisch verbunden sein kann. Der elektrische Betrieb ist wie im Allgemeinen in Bezug auf 1A beschrieben, da sie an die Konfiguration von 1B angepasst ist.
Zusätzliche Sensoren für sowohl CEPS als auch REPS sind verfügbar und werden häufig implementiert, um eine Motorrotorposition zu erhalten, die die Differenzierung dieser Signale in Bezug auf die Zeit ermöglicht, was schließlich Abschätzungen der Rotorgeschwindigkeit und -beschleunigung bereitstellt. Die Verwendung dieser differenzierten Signale, um vorteilhafte elektrische Steuereigenschaften zu schaffen, wird in nachfolgenden Absätzen beschrieben und wird für den Leser ersichtlich. Im Fall von einigen bürstenlosen Motormechanisierungen wird ferner die Rotorposition auch zum magnetischen Verteilen von Leistung zu einem Rotor verwendet, dessen Position relativ zu einem stationären Element, z. B.: stationären Wicklungen, die mit einem drehbaren Permanentmagnetrotor zusammenwirken, bekannt sein muss. Mehrere Motorkonfigurationen sind zum Erreichen eines gewünschten mechanischen Drehmoments am Rotor möglich, wie z. B. Bürstenmotoren, induktive Motoren und Synchronmotoren als Beispiele. Diese Mechanisierungen und die Praktiken, die der Erzeugung von mechanischen Drehmomenten zwischen stationären und drehbaren Bauteilen von Motorelementen zugeordnet sind, sind dem Fachmann auf dem Gebiet von Elektromotoren nicht nur für Lenksysteme, sondern im Allgemeinen für die Erzeugung von mechanischen Drehmomenten durch Tätigkeiten von Elektromotoren in Geräten, Gebläsen, Schwungrädern und anderen Industriemaschinen unter Verwendung von drehbaren Antriebsaggregaten gut bekannt.
Ungleichmäßige Bedingungen des rotierenden Reifens, des Rades, des Bremsenrotors und der Lagernaben eines Kraftfahrzeugs können periodische Vibrationen isoliert von oder zusätzlich zu durch die Straße induzierten Vibrationen auf sogar äußerst ebenen Straßenoberflächen verursachen. Diese Vibrationen können ferner eine wiederkehrende, periodische Torsionsvibration am Lenkrad, die allgemein als ”Rütteln” bezeichnet wird, aufweisen, wobei dieses Rütteln mit zunehmender Geschwindigkeit ausgeprägter ist und bei Geschwindigkeiten von mehr als ungefähr 50 Meilen pro Stunde (mph) am deutlichsten ist. Diese ungleichmäßigen, periodischen Bedingungen verursachen, dass die Zahnstange des Lenksystems mit einer Periodizität in Bezug auf die Periodizität des Rüttelns vibriert, und ist im Allgemeinen zwischen etwa 10 und 20 Hz am deutlichsten. Das Rütteln kann durch den Fahrer am Lenkrad als periodische Drehvibration, die als ”Rütteln bei ebener Straße” (SRS) bekannt ist, gespürt werden, die im Allgemeinen zwischen etwa 10 und 20 Hz bei Geschwindigkeiten im Allgemeinen zwischen ungefähr 50 und 100 mph am deutlichsten ist. Bei 50 mph tritt das Rütteln auf ebener Straße bei ungefähr 10 Hz auf, dessen Frequenz eine näherungsweise lineare Funktion der Geschwindigkeit ist, so dass bei 100 mph das Rütteln auf ebener Straße bei ungefähr 20 Hz auftritt.
Auf dem Fachgebiet besteht daher ein Bedarf an einer gewissen Methode, die die Dämpfung des Rüttelns auf ebener Straße, insbesondere eine dynamische Dämpfung in Ansprechen auf verschiedene Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs, schafft.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Schaffen einer maximalen dynamischen Steifigkeit für die Zahnstange des elektrischen Servolenksystems (EPS-Systems), die abgestimmt ist, um das Rütteln auf ebener Straße (SRS) am Lenkrad zu dämpfen.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine verringerte Fahrzeugempfindlichkeit gegen Torsions-SRS am Lenkrad durch eine selektiv erhöhte rückwärts angesteuerte Translationsimpedanz des Lenksystems durch die strategische Erzeugung eines effektiven dynamisch abgestimmten Vibrationsabsorbers (TVA) geschaffen, bestehend aus der existierenden EPS-Motorträgheit, gestützt auf die Torsionssteifigkeit des Säulenritzels, von Verbindungswellen und Verbindungsdrehkopplungen mit der Zahnstange im Fall eines REPS-Systems oder der Säulenverzahnung, Verbindungswellen und Verbindungsdrehkopplungen im Fall eines CEPS-Systems, die gemeinsam als EPS-Motoranordnung bezeichnet werden. Die rückwärts angesteuerte Translationsimpedanz ist das Verhältnis der aufgebrachten Kraft zur Zahnstangenbewegung am Zahnstangenende in einer konzeptionellen Konfiguration des Lenksystems, die ansonsten zu jener der Konfiguration des Lenksystems im Fahrzeug identisch ist, außer dass die Spurstangen abgetrennt sind und eine Antriebskraft an der Zahnstange aufgebracht wird. In dieser Konfiguration bleibt das Lenkrad am Lenksystem mittels aller Bauteile, die normalerweise im Fahrzeug verwendet werden, befestigt, d. h. Lenksäule, Umhüllungen, Zwischenverbindungswellen, Gelenkverbindungen und dergleichen. Messungen dieser Impedanzen sind auch an Laborprüfständen erhältlich, wo das Lenkuntersystem am Stand verdoppelt wird und Kräfte an dem Zahnstangenende ausgeübt werden, die die Fahrzeugdynamikbedingungen simulieren, mit denen die hierin zitierten Effekte beobachtbar und quantifizierbar sind. Im Frequenzbereich ist die Impedanz die Zeigergröße des Verhältnisses der komplexen Größen der Kraft durch Translationsverlagerung für ein Translationssystem und des Drehmoments durch Drehverlagerung für ein Drehsystem. Der Begriff Zahnstangen-Translationssteifigkeit ist der Betrag der Translationsimpedanz und ist eine skalare Größe. Der Begriff Zahnstangen-Drehimpedanz kann verwendet werden, um den Beitrag eines Motorsystems, das an der Zahnstange (REPS) oder an der Lenkwelle (CEPS) befestigt ist, der durch das Verhältnis der Zeiger des Drehmoments an der Befestigung durch Winkelverlagerung an der Befestigung definiert ist, zu beschreiben. Der Begriff Zahnstangen-Drehsteifigkeit ist der Betrag der Drehimpedanz und ist eine skalare Größe. Für die REPS sind die Zahnstangen-Drehsteifigkeit und ihr Beitrag zur Zahnstangen-Translationssteifigkeit proportional und stehen mit dem Quadrat des effektiven Motorwellen-Zahnstangenritzel-Radius in Beziehung. Für die CEPS sind die Zahnstangen-Drehsteifigkeit und ihr Beitrag zur Zahnstangen-Translationssteifigkeit proportional und stehen mit dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses an den Lenk- und Motorantriebs-Verbindungswellen zum effektiven Ritzelradius an der Zahnstange in Beziehung. Diese äquivalenten Impedanzbeziehungen an den Translations- und Drehelementen der REPS- und CEPS-Systeme sind für viele direkte und in Kaskade geschaltete Verzahnungsmechanismen typisch und werden üblicherweise verwendet, um die Dynamik von vielen herkömmlichen verzahnten Konfigurationen für ähnliche Analysen zu charakterisieren. Alle diese Beschreibungen und Beziehungen ferner zwischen den dynamischen Kräften, Drehmomenten und Verlagerungen sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Dynamikanalyse gut bekannt und werden von ihm üblicherweise praktiziert. Der Begriff ”Zahnstangensteifigkeit” kann daher entweder für die ”Zahnstangen-Drehsteifigkeit” oder die ”Zahnstangen-Translationssteifigkeit” für die vorstehend genannten Beziehungen gelten.
Die Resonanzfrequenz des mechanisch abgestimmten TVA gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung liegt in der Nähe von Frequenzen, die üblicherweise für SRS angetroffen werden. Diese Resonanzfrequenz wird dann als weiterer Aspekt des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit dynamisch verändert, um den periodischen SRS-Gehalt vorteilhaft zu unterdrücken, z. B.: über die Verwendung von geschwindigkeitsempfindlicher ”Trägheitskompensation”, wobei sich der Begriff ”Trägheitskompensation” auf das Aufbringen eines Drehmoments durch selektives Modifizieren des Stroms im EPS-Motor in Ansprechen auf die gemessene oder berechnete Motorrotorbeschleunigung über die 2. Zeitableitung der Motorposition bezieht, was die scheinbare mechanische Gesamtträgheit des Motorrotors, einschließlich der kombinierten Effekte der mechanischen Trägheit und des aufgebrachten auf die Beschleunigung ansprechenden Motordrehmoments, entweder erhöhen oder verringern soll. Ein zusätzlicher Aspekt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfasst eine geschwindigkeitsempfindliche Kompensationsdämpfung, die die Eigenschaften der mechanischen Quelle(n) der Dämpfung widerspiegelt, nämlich: EPS-Motorrotor-Boden- oder Reihentorsionswellendämpfung, wobei die Reihentorsionswellendämpfung die Dämpfung der Verbindungswellen und Zahnradelemente umfasst, so dass die Dämpfung durch eine relative Bewegung der verbundenen Elemente, z. B. zwischen dem Motorrotor und dem Verbindungsritzel oder einer anderen drehbaren Verbindung, durch eine kleine, aber von null verschiedene relative Winkelbewegung dieser Verbindungselemente und nicht ihrer Gesamtbewegung relativ zum Gehäuse oder zur Stützstruktur (”Boden”), erhalten wird. Das Aufbringen dieser auf die Geschwindigkeit ansprechenden Drehmomente wird entweder durch tatsächliche Detektion der relativen Bewegung über Sensoren oder Folgerung durch die Verwendung einer teilweisen Detektion und Abhängigkeit von der vorherrschenden Dynamik, um relative Bewegungen abzuschätzen, gefolgt von den aufgebrachten Drehmomenten, die zu diesen Geschwindigkeitsbewegungen proportional sind, erreicht. Die aufgebrachten auf die Geschwindigkeit ansprechenden Motordrehmomente können eine Polarität aufweisen, um die scheinbare mechanische Dämpfung entweder zu erhöhen oder üblicher und konsistent mit den Lehren hierin zu verringern, was zu vorteilhaften mechanischen dynamischen Eigenschaften führt, wie im Folgenden beschrieben.
Das SRS-Dämpfungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: Schaffen eines mechanisch abgestimmten dynamischen Torsionssystems (TVA) mit der EPS-Motorträgheit, gestützt auf die Verbindungszahnräder und die Verbindungswelle mit entweder der Zahnstange (REPS-System) oder den Zahnrädern und der Welle der Lenksäule (CEPS-System); das mechanische Abstimmen des TVA in Bezug auf einen mittleren Bereich des Frequenzbandes des SRS, beispielsweise eine Frequenz von etwa 15 Hz für ein SRS-Frequenzband von ungefähr 10 Hz bis 20 Hz; das dynamische Verschieben der Abstimmfrequenz des TVA durch eine durch einen Controller gelenkte geschwindigkeitsempfindliche ”Trägheitskompensation” über die Steuerung des Stroms im EPS-Motor, was die effektive Resonanzfrequenz des TVA verschiebt, was zu einer scheinbaren TVA-Nettoresonanzfrequenz bei der SRS-Frequenz führt; und eine durch den Controller gelenkte Dämpfungssteuerung, auch über die Steuerung des Stroms im Motor, die die Kombination von vorher existierenden mechanischen Dämpfungscharakteristiken und der Controller-Dämpfungskompensation als Folge der zeitverzögerten Trägheitskompensation, die für die Mehrheit der kombinierten mechanischen und elektronisch verstärkten TVA-Frequenzverschiebungen verwendet wird, kompensiert.
Gemäß dem Verfahren vorliegenden Erfindung wird die dynamische Abstimmung des dynamisch abgestimmten Vibrationsabsorbers durch eine elektronische Steuerung der magnetischen Wechselwirkung innerhalb des EPS-Motors über die Steuerung des Stroms im EPS-Motor geschaffen, was effektiv eine simulierte Änderung der Trägheit des EPS-Motorrotors und dadurch eine daraus folgende Änderung der Resonanzfrequenz des TVA schafft.
Das Nettoergebnis der Implementierung des SRS-Dämpfungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine signifikante multiplikative Erhöhung der Zahnstangensteifigkeit bei der SRS-Frequenz, dass das Lenkgetriebe für die dynamischen Lasten sehr steif gemacht wird und die dynamische Bewegung der Zahnstange relativ zum Gehäuse bei und nahe nur der SRS-Frequenz verringert wird. Dies führt wiederum zu einem verringerten Lenkradrütteln (d. h. kleine Hin- und Her-Winkelvibrationen) bei der SRS-Frequenz, woraufhin der Fahrer das SRS nicht bemerkt. Die Frequenzselektivität der Lenkgetriebesteifigkeit ermöglicht auch die separat konstruierte und durch den Controller ergänzte erwünschte Dynamik für vorwärts angesteuerte Eigenschaften, die sich auf die bevorzugte Lenk- und Handhabungsleistung auswirkt, die üblicherweise bei niedrigeren Frequenzen auftritt.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verringern der Fahrzeugempfindlichkeit gegen Torsions-SRS am Lenkrad zu schaffen, was durch selektives Erhöhen einer rückwärts angesteuerten Impedanz des Lenksystems über die strategische Erzeugung eines effektiven dynamisch abgestimmten Vibrationsabsorbers (TVA) mit der existierenden EPS-Motor-Trägheit, gestützt auf die Torsionssteifigkeit des Motorritzels, der Verbindungswellen und Kopplungen mit der Zahnstange im Fall eines REPS-Systems oder mit der Lenksäule im Fall eines CEPS-Systems, geschaffen wird.
Diese und zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Patentbeschreibung einer bevorzugten Ausführungsform deutlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Säulenservolenksystems (CEPS-Systems) des Standes der Technik.
1B ist eine teilweise Schnittansicht eines elektrischen Zahnstangen-Servolenksystems (REPS-Systems) des Standes der Technik.
2 ist ein Beispiel eines elektrischen Servolenksystems mit einem dynamisch abgestimmten Vibrationsabsorber (TVA), der dazu ausgelegt ist, gemäß dem Verfahren zur Dämpfung von Rütteln auf ebener Straße (SRS) zu arbeiten, gemäß der vorliegenden Erfindung.
3A ist eine schematische Darstellung der effektiven, vereinfachten Dynamik eines dynamisch abgestimmten TVA, wie beispielsweise in 2 gezeigt, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
3B ist eine schematische Darstellung, einschließlich der Betrachtung der Verzahnung und verteilten Torsionsnachgiebigkeit, der effektiven Dynamik eines dynamisch abgestimmten TVA von 3A gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Algorithmus für eine Musterimplementierung des SRS-Dämpfungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Graph der rückwärts angesteuerten Zahnstangen-Translationssteifigkeit als Funktion der Frequenz, der Diagramme der Zahnstangen-Translationssteifigkeit für eine Lenkanordnung, die die vorliegende Erfindung nicht verwendet, und für eine Lenkanordnung unter Verwendung der vorliegenden Erfindung angibt, die verstärkte Mittenfrequenzspitzen für die SRS-Dämpfung zeigen.
6 veranschaulicht die Verwendung von Praktiken im Algorithmus 400 von 4, um die SRS-Frequenz zu bestimmen, gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 veranschaulicht die Verwendung von Praktiken im Algorithmus 400 von 4, um das EPS-Motor-Drehmoment zu bestimmen, gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 veranschaulicht die Verwendung von adaptiven Praktiken im Algorithmus 400 von 4, um Steuerparameter zu aktualisieren, gemäß der vorliegenden Erfindung.
9A ist ein erstes Diagramm, das eine erste und eine zweite vorbestimmte Amplitudengrenze, die in 8 verwendet werden, gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
9B ist ein zweites Diagramm, das eine erste und eine zweite vorbestimmte Phasenwinkelgrenze, die in 8 verwendet werden, gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug auf die Zeichnung stellen nun 2 bis 5 verschiedene Aspekte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar, um das Rütteln auf ebener Straße (SRS) am Lenkrad eines Kraftfahrzeugs dynamisch zu dämpfen.
2 stellt ein Beispiel eines CEPS-Systems dar, das dazu ausgelegt ist, gemäß dem SRS-Dämpfungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu arbeiten. Ein Kraftfahrzeug 40' ist mit einem elektrischen Servolenksystem 100 versehen. Das elektrische Servolenksystem 100 kann einen herkömmlichen Zahnstangen-Lenkmechanismus 36 umfassen, der eine Zahnstange (nicht dargestellt) und ein Säulenritzel (nicht dargestellt) unter einem Zahnradgehäuse 52 umfasst. Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, dreht eine obere Lenkwelle 29 eine untere Welle 51 durch eine Verbindung 34; und die untere Lenkwelle 51 dreht das Säulenritzel. Die Drehung des Säulenritzels bewegt die Zahnstange, die Spurstangen 38 (nur eine gezeigt) bewegt, die Achsschenkel 39 (nur einer gezeigt) bewegen, um Reifen 42 (nur einer gezeigt) einzuschlagen.
Die elektrische Kraftunterstützung wird durch einen Controller 16' und einen Kraftunterstützungsaktuator mit einem Elektromotorantrieb 104 geschaffen. Der Controller 16 empfängt elektrische Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle 10 des Fahrzeugs über eine Leitung 12, ein Signal, das die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, auf einer Leitung 14 und einen Säulenritzelwinkel von einem Säulendrehpositionssensor 32 auf einer Leitung 20. Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das auf das Lenkrad 26 durch den Fahrzeugfahrer aufgebrachte Drehmoment und liefert ein Fahrerdrehmomentsignal zum Controller 16' auf der Leitung 18.
In Ansprechen auf einen SRS-Abstimmcontroller 102, die empfangenen Fahrzeuggeschwindigkeits-, Fahrerdrehmoment-, Säulenritzelwinkel- und Rotorpositionssignale und in Verbindung mit dem SRS-Abstimmcontroller leitet der Controller 16' gewünschte Elektromotorströme ab und liefert derartige Ströme über einen Bus 22' zum Elektromotorantrieb 104, der eine Drehmomentunterstützung über ein Schneckenrad 106 und ein Motorritzel 108 zur Lenkwelle 29 liefert. Der SRS-Abstimmcontroller 102 empfängt elektrische Leistung (nicht dargestellt) von der elektrischen Leistungsquelle 10 des Fahrzeugs und kommuniziert über eine Leitung 110 bidirektional mit dem Controller 16. Der dynamisch abgestimmte Vibrationsabsorber (TVA) 112 besteht aus dem EPS-Motorantrieb 104, dem Schneckenrad 106 und dem Motorritzel 108, bestehend aus der existierenden EPS-Motor-Trägheit, gestützt auf die Torsionssteifigkeit des Säulenritzels, von Verbindungswellen und Kopplungen mit der Zahnstange in diesem CEPS-System oder des Säulenritzels, von Verbindungswellen und Drehkopplungen im Fall eines REPS-Systems, die gemeinsam als EPS-Motoranordnung bezeichnet werden.
3A ist eine schematische Darstellung 300 der effektiven, vereinfachten Dynamik eines dynamisch abgestimmten Vibrationsabsorbers (TVA), wie beispielsweise des TVA 112, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird auch erkennen, dass, obwohl das umfassendere Diagramm 300 von 3B vorbestimmte lineare Dämpfungselemente c₁ bis c₅ zeigt, irgendwelche oder alle Dämpfungselemente c₁ bis c₅ infolge der grundlegenden Art der Dämpfungsursprünge in einer speziellen Mechanisierung Coulomb-Reibungs- und Haftreibungselemente sein können.
3B ist eine schematische Darstellung 300', einschließlich der Betrachtung der Verzahnung und verteilten Torsionsnachgiebigkeit, der effektiven Dynamik eines dynamisch abgestimmten Vibrationsabsorbers (TVA), beispielsweise des TVA 112 von 3A, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung. 3B stellt die Trägheit I'_m des EPS-Motorrotors mit der Verzahnung mit dem Übersetzungsverhältnis N innerhalb des EPS-Motorantriebs 104, die effektive Torsionssteifigkeit k₁ bis k₅ an Verbindungswellen und Lagerabstützungen, die Trägheit I'_p des Motorritzels, effektive Dämpfungskoeffizienten c₁ bis c₅ aufgrund von EPS-Motorrotor-Lagerstütz- und Wellenkopplungen zwischen dem EPS-Motorrotor und dem Motorritzel 108 und Winkelbewegungsvariablen θ₁, θ₂, θ₃ und θ'_m, die Winkelverlagerungen darstellen, dar. Die Drehung des EPS-Motorrotors, der Welle des Zahnrades 106 und des Motorritzels 108 um die Achse A' kann im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn sein. Das durch den EPS-Motor aufgebrachte Drehmoment 314 und das Drehmoment 312 des Verbindungsgliedes am Ritzel sind auch gezeigt. Beide dieser Drehmomente können in zwei Richtungen existieren, daher werden sie als bipolare Drehmomente bezeichnet. Für ein spezielles Fahrzeugmodell werden I'_m, I'_p, k₁ bis k₅, c₁ bis c₅ und θ₁, θ₂, θ₃ und θ'_m durch auf dem Fachgebiet gut bekannte Verfahren gleichzeitig empirisch bestimmt, vorbestimmt oder berechnet, so dass der TVA 112 so abgestimmt wird, dass er bei einer vorbestimmten SRS-Frequenz, beispielsweise 15 Hz, mechanisch in Resonanz kommt.
Unter dynamischen Winkelbewegungen, die äußerst klein sind, reagieren ferner Elemente wie z. B. Buchsen und Lager häufig mit einer stückweisen Torsionselastizität und müssen so in der Gesamtleistung durch die effektive Steifigkeit k₁ bis k₅ in Verbindung mit linearen Dämpfungselementen c₁ bis c₅ eingeschlossen werden. Ebenso können Kopplungen und Zahnräder mit Spiel behaftete Eigenschaften (nicht dargestellt) aufweisen, die die dynamischen Reaktionen weiter kompliziert machen. Mit angemessener Berücksichtigung aller dieser Komplikationen und ohne irgendeinen Verlust an Spezifität oder Allgemeinheit und für die Zwecke der Erläuterung von vereinfachten Darstellungen der wesentlichen Dynamik und vorteilhaften Wirkungen davon beinhaltet jedoch 3A effektive Trägheiten und effektive Verbindungsimpedanzen.
Folglich zeigt 3A ein Modell mit äquivalenten idealen linearen Darstellungen, wie es typischerweise auf dem Fachgebiet dargestellt wird, der effektiven Trägheit I_m des EPS-Motorrotors mit der Verzahnung (nicht dargestellt) innerhalb des EPS-Motorantriebs 104, der effektiven Torsionssteifigkeit k der Welle des Schneckenrades 106, der Trägheit I_p des Motorritzels, des effektiven Dämpfungskoeffizienten c_m aufgrund der EPS-Motorotor-Lagerabstützung und des effektiven Dämpfungskoeffizienten c der Wellenkopplungen des Schneckenrades 106 zwischen dem EPS-Motorrotor und dem Motorritzel 108. Die Drehung des EPS-Motorrotors, der Welle des Schneckenrades 106 und des Motorritzels 108 um die Achse A kann im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn sein. Für ein spezielles Fahrzeugmodell werden I_m, I_p, k, θ_p und θ_m durch auf dem Fachgebiet gut bekannte Verfahren gleichzeitig empirisch bestimmt, vorbestimmt oder berechnet, während die Dämpfungskoeffizienten c und c_m derart empirisch bestimmt werden, dass der TVA 112 so abgestimmt wird, dass er bei einer vorbestimmten SRS-Frequenz, beispielsweise 15 Hz, mechanisch in Resonanz kommt.
Die Bewegungsgleichung des TVA 112 von 2 im Laplace-Transformationsbereich (s = Laplace-Variable) mit vereinfachten Controller-Ansprechdarstellungen 1. Ordnung, eine Praxis, die dem Fachmann gut bekannt ist, ist gegeben als:
wobei c, c_m und k vorher definiert wurden. θ_m und θ_p sind die Winkelbewegungsvariablen und stellen die Winkelverlagerung des EPS-Motorrotors bzw. des Motorritzels um die Welle des Schneckenrades 106 dar. γ_ic und γ_dc stellen Trägheits- bzw. Dämpfungskompensationsverstärkungen dar, um die erforderliche Menge an Drehmoment für die ”Trägheitskompensation” und ”Dämpfungskompensation” bei einer gegebenen SRS-Frequenz zu bestimmen. Die Werte für γ_ic werden für jede SRS-Frequenz und jedes Fahrzeugmodell berechnet und in eine erste Nachschlagetabelle gesetzt, während die Werte für γ_dc für jede SRS-Frequenz und jedes Fahrzeugmodell empirisch bestimmt werden und in eine zweite Nachschlagetabelle gesetzt werden. Die erste und die zweite Nachschlagetabelle befinden sich vorzugsweise innerhalb des SRS-Abstimmcontrollers 102. τ_ic und τ_dc stellen Zeitverzögerungen dar, die den entsprechenden Anwendungen der Trägheits- bzw. der Dämpfungskompensation zugeordnet sind, und werden empirisch bestimmt.
Entweder im REPS-System oder im CEPS-System kann die Zahnstangen-Drehimpedanz RS durch die Laplace-Transformation wie folgt ausgedrückt werden:
wobei
durch Auflösen der Gleichung (1) nach
erhalten wird.
In beiden Fällen impliziert idealerweise und praktisch unerreichbar, jedoch trotzdem aus Gründen der Vermittlung des Konzepts beschrieben, ein Betrag von Unendlich für die Zahnstangensteifigkeit, entweder Dreh- oder Translationssteifigkeit, bei einer gegebenen SRS-Frequenz eine lineare Verlagerung der Zahnstange von null, durch die die Lenkrad-Vibrationsaktivität bei dieser Frequenz null ist, woraufhin der Fahrer kein SRS bemerkt. Obwohl es mit praktischen Mechanisierungen und Controller-Eigenschaften unerreichbar ist, führt die Tendenz, eine Leistung zu erreichen, die näher an dieser idealen Abstraktion liegt, anstatt von dieser Bedingung mit einer nicht frequenzselektiven dynamischen Versteifung abzuweichen, beispielsweise zu einer verbesserten SRS-Leistung.
In Übereinstimmung mit der vorangehenden Beschreibung besteht das SRS-Dämpfungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung aus den folgenden Schritten, die mit Bezug auf 4 weiter spezifiziert werden sollen:

1. Mechanisches Abstimmen einer EPS-Motoranordnung durch auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren, damit sie bei einer vorbestimmten SRS-Frequenz in Resonanz kommt, beispielsweise einer mittleren SRS-Frequenz, wie beispielsweise 15 Hz, um einen mechanisch abgestimmten, dynamisch abgestimmten Vibrationsabsorber TVA, beispielsweise den TVA 112 von 2, bereitzustellen.
2. Dynamisches Abstimmen des TVA, beispielsweise des TVA 112 von 2, falls erforderlich, auf die SRS-Frequenz, die aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder dem periodischen dynamischen Gehalt, der im EPS-Drehmomentsensor gemessen wird, bestimmt wird, unter Verwendung einer ”Trägheitskompensation” über Steuern des Stroms für den EPS-Motor.
3. Minimieren der Dämpfung des TVA unter Verwendung einer ”Dämpfungskompensation” bei der bestimmten SRS-Frequenz durch Steuern des Stroms für den EPS-Motor, die die Kombination von vorher existierenden mechanischen Dämpfungscharakteristiken und der Controller-Dämpfungskompensation als Konsequenz der zeitverzögerten Trägheitskompensation, die für die Mehrheit von kombinierten mechanischen und elektronisch verstärkten TVA-Frequenzverschiebungen verwendet wird, kompensiert, um die Zahnstangensteifigkeit (Dreh- oder Translationssteifigkeit) bei der SRS-Frequenz zu maximieren, während die Vibrationsstabilität und die andere erwünschte Dynamik des TVA aufrechterhalten werden, und dadurch das Lenkradrütteln bei der SRS-Frequenz minimiert wird, wodurch der Fahrer das SRS am wenigsten bemerkt.

Um die Methode weiter zu erläutern und die konzeptionelle Vermittlung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ohne irgendeinen Verlust an Spezifität oder Allgemeinheit zu vereinfachen, können die Zeitverzögerungsterme τ_ic und τ_dc in Gleichung (1) beseitigt werden und I_p kann in 3 auf null gesetzt werden, wodurch die Dynamik verdeutlicht wird, die zu einer Übertragungsfunktion für die eingestellte Zahnstangen-Drehsteifigkeit im Laplace-Bereich führt, die gegeben ist als:
wobei T_p das am Motorritzel 108 aufgebrachte Drehmoment ist und Θ_p die Winkelverlagerung des Motorritzels um die Welle des Schneckenrades 106 darstellt.
Damit der Betrag von Gleichung (3) idealerweise unendlich ist, ist erforderlich, dass der Betrag des Nenners von Gleichung (3) null ist. Die Terme im Nenner von Gleichung (3) können in zwei Gruppen aufgeteilt werden: wobei die erste Gruppe aus den drei Termen [k + I_ms² + γ_ics²] besteht und die zweite Gruppe aus den drei Termen [cs + c_ms + γ_dcs] besteht.
Für eine gegebene SRS-Frequenz sind die Terme der ersten Gruppe real und die s²-Terme stellen die mechanische Winkelbeschleunigung des EPS-Motorrotors und den auf die Winkelbeschleunigung ansprechenden Beitrag des EPS-Controllers dar, der aus der Differenzierung der EPS-Motorrotor-Positionssignale und der Verstärkung des Controllers bestimmt wird. Die Menge an EPS-Motor-Drehmoment, die für die ”Trägheitskompensation” erforderlich ist, um den TVA dynamisch auf die SRS-Frequenz abzustimmen, die aus der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird, kann aus der Winkelbeschleunigung und den Parametern k, I_m, und γ_ic bestimmt werden, indem die Terme der ersten Gruppe gleich null gesetzt werden. Um die SRS-Frequenz dynamisch zu senken, wird die Menge des EPS-Motor-Drehmoments, die für die ”Trägheitskompensation” bestimmt wird, zu den mechanischen Trägheitseffekten, die durch die Zahnstange aufgebracht werden, addiert, um die resultierende effektive Trägheit zu erhöhen. Um die SRS-Frequenz dynamisch zu erhöhen, wird die Menge des EPS-Motor-Drehmoments, die für die ”Trägheitskompensation” bestimmt wird, von den mechanischen Trägheitseffekten, die durch die Zahnstange aufgebracht werden, subtrahiert, um die resultierende effektive Trägheit zu verringern. Dies wird als Strom für den EPS-Motor, der durch den Controller 16 in Verbindung mit dem SRS-Abstimmcontroller 102 geliefert wird, implementiert.
Für eine gegebene SRS-Frequenz sind die Terme der zweiten Gruppe imaginär und die 's'-Terme sprechen auf die Winkelgeschwindigkeit des EPS-Motorrotors an, die aus den EPS-Motorrotor-Positionssignalen bestimmt wird. Die Winkelgeschwindigkeit des EPS-Motorrotors erzeugt eine Dämpfung des TVA durch mechanische Wirkungen und die Menge des für die ideale ”Dämpfungskompensation” erforderlichen EPS-Motor-Drehmoments (d. h. Dämpfung von null oder unendliche Zahnstangen-Drehsteifigkeit) kann aus der Winkelgeschwindigkeit und den Parametern c, c_m und γ_dc bestimmt werden, indem die Terme der zweiten Gruppe gleich null gesetzt werden. Dies wird als Strom für den EPS-Motor, der durch den Controller 16' in Verbindung mit dem SRS-Abstimmcontroller 102 geliefert wird, implementiert, der die Kombination von vorher existierenden mechanischen Dämpfungscharakteristiken und der Controller-Dämpfungskompensation als Konsequenz der zeitverzögerten Trägheitskompensation, die für die Mehrheit der kombinierten mechanischen und elektronisch verstärkten TVA-Frequenzverschiebungen verwendet wird, kompensiert. Praktisch besteht jedoch eine minimale Dämpfungsgrenze oder maximale Zahnstangen-Drehsteifigkeit, die für jedes Fahrzeugmodell empirisch bestimmt werden, so dass beispielsweise der TVA hinsichtlich der Vibration instabil wird, wenn die Dämpfung unter diese minimale Dämpfungsgrenze verringert wird. Das dynamische Drehmomentsensorsignal kann nahe einer gegebenen SRS-Frequenz überwacht werden, um festzustellen, ob eine minimale Dämpfung erreicht wurde.
4 ist ein Algorithmus 400 zum Implementieren beispielsweise mit Bezug auf 2 des SRS-Dämpfungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im Block 402 wird der TVA 112 so abgestimmt, dass er bei einer vorbestimmten SRS-Frequenz, vorzugsweise der mittleren Frequenz des SRS, beispielsweise 15 Hz, mechanisch in Resonanz kommt, wie vorher beschrieben. Danach wird die Fahrzeuggeschwindigkeit im Block 404 erhalten und die SRS-Frequenz wird aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder dem periodischen dynamischen Gehalt, der im Drehmomentsensor gemessen wird, im Block 406 abgeschätzt. Wenn im Block 408 die SRS-Frequenz des Blocks 406 gleich der mechanischen Resonanzfrequenz des TVA 112 ist, geht die Steuerung zum Block 412 weiter. Ansonsten geht die Steuerung zum Block 410 weiter.
Im Block 410 können die EPS-Motorrotor-Positionssignale verwendet werden, um die EPS-Motorrotor-Winkelgeschwindigkeit und -Winkelbeschleunigung zu erhalten, durch die das erforderliche EPS-Motor-Drehmoment berechnet werden kann, um den TVA dynamisch auf die im Block 406 bestimmte SRS-Frequenz abzustimmen, wie vorher beschrieben, wobei der Strom für den EPS-Motor, der vom Controller 16' in Verbindung mit dem SRS-Abstimmcontroller 102 geliefert wird, sich auf die dynamische Frequenzabstimmung des TVA auf die SRS-Frequenz auswirkt, wobei diese dynamische Abstimmung zu einer zeitverzögerten Trägheit des TVA führen kann. In dieser Hinsicht wird dann, wenn die SRS-Frequenz des Blocks 406 größer ist als die mechanische Resonanzfrequenz des TVA 112, die äquivalente Trägheit bei der SRS-Frequenz von seiner Trägheit bei der mechanischen Resonanzfrequenz durch die zeitverzögerte Trägheit des TVA verringert und die äquivalente Dämpfung bei der SRS-Frequenz wird von seiner Dämpfung bei der mechanischen Resonanzfrequenz durch die Eigendämpfung aufgrund der Zeitverzögerung, die der zeitverzögerten Trägheit des TVA zugeordnet ist, verringert; wohingegen, wenn die SRS-Frequenz des Blocks 406 geringer ist als die mechanische Resonanzfrequenz des TVA 112, dann die äquivalente Trägheit bei der SRS-Frequenz von seiner Trägheit bei der mechanischen Resonanzfrequenz durch die zeitverzögerte Trägheit des TVA erhöht wird und die äquivalente Dämpfung bei der SRS-Frequenz von seiner Dämpfung bei der mechanischen Resonanzfrequenz durch die Eigendämpfung aufgrund der Zeitverzögerung, die der zeitverzögerten Trägheit des TVA zugeordnet ist, erhöht wird.
Im Block 412 wird das EPS-Motor-Drehmoment bestimmt, um die Dämpfung zu minimieren und die Zahnstangen-Drehsteifigkeit zu maximieren, während die Vibrationsstabilität des TVA für die im Block 406 bestimmte SRS-Frequenz, wie vorstehend beschrieben, aufrechterhalten wird. Danach geht die Steuerung zum Block 414 weiter.
Im Block 414 wird das im Block 412 bestimmte EPS-Motor-Drehmoment auf den TVA (d. h. die EPS-Motoranordnung) aufgebracht, um eine minimale Dämpfung und eine maximale Zahnstangen-Drehsteifigkeit bei der im Block 406 bestimmten SRS-Frequenz zu erreichen, wobei der Strom für den EPS-Motor, der vom Controller 16' in Verbindung mit dem SRS-Abstimmcontroller 102 geliefert wird, sich auf die Minimierung der Dämpfung bei der SRS-Frequenz auswirkt, was die Kombination der vorher existierenden mechanischen Dämpfungscharakteristiken und der Controller-Dämpfungskompensation als Konsequenz der zeitverzögerten Trägheitskompensation, die für die Mehrheit der kombinierten mechanischen und elektronisch verstärkten TVA-Frequenzverschiebungen verwendet wird, kompensiert. Die Steuerung geht dann zum Block 416 weiter, in dem das Drehmomentsensorsignal gemessen und analysiert wird. Danach geht die Steuerung zum Block 418 weiter.
Wenn im Block 418 die Analyse des Drehmomentsensorsignals im Block 416 auf eine angemessene Kompatibilität (siehe nachstehend) zwischen der Dynamik und der Kompensation hinweist und keine Aktualisierungen an den Kompensationseigenschaften oder -tabellen gerechtfertigt sind (siehe nachstehend), dann geht die Steuerung zum Block 404 weiter, in dem der Algorithmus 400 abgesehen vom Block 402 erneut beginnt. Ansonsten geht die Steuerung zum Block 420 weiter.
Wenn im Block 420 eine ausreichende Anzahl von Analysen stattgefunden haben, in denen Leistungsmetriken vorbestimmte Grenzen überschreiten, was auf Abweichungen von der erwarteten Leistung hinweist, so dass auf der Basis von vorbestimmten Erwägungen (siehe nachstehend) ein Bedarf besteht, Parameter für die Kompensationseigenschaften oder -tabellen zu aktualisieren, geht die Steuerung zum Block 422 weiter. In dieser Hinsicht umfassen Abweichungen von der erwarteten Leistung, die auf einen Bedarf an einer Aktualisierung von Parametern für die Kompensationseigenschaften oder -tabellen hinweisen, als nicht begrenzende Beispiele: Differenzen der detektierten gegenüber der erwarteten Frequenz des periodischen Gehalts im Drehmomentsensorsignal, eine scheinbare Dämpfung, die bei oder nahe der periodischen Frequenz beobachtbar ist, und die detektierte gegenüber der erwarteten Amplitude des periodischen Gehalts im Drehmomentsignal. Diese Abweichungen können ferner detektiert werden oder ihre Anwesenheit kann bestätigt werden, indem Steuerparameter geändert werden und die Konsequenzen der Änderungen im Drehmomentsensor gemessen werden. Wenn die Abweichungen groß genug sind oder ein Muster von Abweichungen (z. B.: Ereignisrate von Abweichungen bei isolierten Geschwindigkeiten) ersichtlich wird, existiert ein Bedarf, Kompensationseigenschaften oder -tabellen zu aktualisieren.
Im Block 422 werden die Parameter für die Kompensationseigenschaften und -tabellen aktualisiert. Danach geht die Steuerung zum Block 404 weiter, in dem der Algorithmus 400 abgesehen vom Block 402 erneut beginnt.
Der Fachmann auf dem Gebiet wird die Maßnahmen, die in den Blöcken 418, 420 und 422 ergriffen werden, als adaptiv erkennen, was impliziert, dass Änderungen an den Steuerparametern gerechtfertigt sind und für eine verbesserte dynamische Leistung implementiert werden. Solche Berichtigungen der Parameter können in Abhängigkeit von der Größe der in diesen adaptiven Blöcken implementierten inkrementalen Änderungen aggressiv oder dezent sein. Diese adaptiven Praktiken sind dem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt, wobei das Ausmaß der Parameteränderung über die Zeit, d. h. ihre aggressive oder dezente Art, durch die Schleifenzeiten des Prozesses und den Bruchteil der vorgeschlagenen Parameteränderung, die im Block 422 übernommen wird, bestimmt ist.
6 und 7 veranschaulichen die Verwendung von Praktiken im Algorithmus 400 von 4, die mit oder ohne adaptive Praktiken anwendbar sind; 8 bis 9B veranschaulichen die Verwendung von adaptiven Praktiken im Algorithmus 400.
6 zeigt die Verwendung von beispielhaften Praktiken im Algorithmus 400 von 4, um die SRS-Frequenz des Blocks 406 zu bestimmen, gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 veranschaulicht die Verwendung von Praktiken im Algorithmus 400 von 4, um das EPS-Motor-Drehmoment zu bestimmen, gemäß der vorliegenden Erfindung. In 7 werden die erste und die zweite Ableitung von gemessenen Werten von θ_m verwendet, um die Winkelgeschwindigkeit ω_m bzw. die Winkelbeschleunigung α_m zu bestimmen. Die Winkelgeschwindigkeit ω_m und die Winkelbeschleunigung α_m werden mit γ_dc bzw. γ_ic multipliziert, um das Dämpfungskompensationsdrehmoment auf der Leitung 702 und das Trägheitskompensationsdrehmoment auf der Leitung 704 zu erzeugen, die durch den Addierer 706 summiert und als erste Eingabe 708 in den Summierer 710 dargestellt werden. Die Werte von γ_dc und γ_ic können durch adaptive Praktiken, beispielsweise von 8, die später beschrieben werden sollen, dynamisch aktualisiert werden. Eine zweite Eingabe 712 in den Addierer 710 stellt existierende Motorbefehlsdrehmomente, beispielsweise Lenkunterstützung, aktive Rückführung zur Mitte, Straßenseitenstreifen-Kompensation usw., dar. Die Ausgabe 714 des Addierers 710 ist das EPS-Motor-Drehmoment.
8 veranschaulicht die Verwendung von adaptiven Praktiken im Algorithmus 400 von 4, um Steuerparameter zu aktualisieren, gemäß der vorliegenden Erfindung. 8 ist eine schematische Darstellung 800 von adaptiven Praktiken, die in den Blöcken 416 bis 422 verwendet werden, durch die vorbestimmte Parameter und Grenzen aktualisiert werden. Das zeitperiodische Drehmomentsensorsignal im Block 802 wird im Block 804 Fourier-transformiert, wodurch die Torsionsaktivität (d. h. Spektralamplitude und Phasenwinkel) um die Drehmomentsensor-SRS-Frequenz und die Drehmomentsensor-SRS-Frequenz am Ausgang 806 des Blocks 804 erhältlich sind. Die Ausgabe 806 des Blocks 804 ist eine erste Eingabe 806 in den Block 808, eine Eingabe 806'' in den Block 810 und eine Eingabe 806''' in den Block 812.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit im Block 814 wird in den Block 816 eingegeben, der die ”Frequenz-Nachschlagetabelle” enthält, um die abgebildete SRS-Frequenz 818 zu erhalten, die eine zweite Eingabe in den Block 808 ist. Im Block 808 wird, wenn die Drehmomentsensor-SRS-Frequenz von der ersten Eingabe 806' innerhalb einer vorbestimmten Grenze nicht gleich der abgebildeten Frequenz 818 ist, die ”Frequenz-Nachschlagetabelle” im Block 820 aktualisiert. Reifenverschleiß, Reifendruckveränderungen und neue Reifen sind einige Beispiele, durch die eine Änderung in der ”Frequenz-Nachschlagetabelle” auftreten kann, die Aktualisierungen an der ”Frequenz-Nachschlagetabelle” erfordert. Ansonsten fährt der Algorithmus 400 im Block 822 fort.
Die Abhängigkeit von der Geschwindigkeit als Indikator der SRS-Frequenz verringert die Rechenanforderung für die Detektion der tatsächlichen SRS-Frequenz. Der Fachmann auf dem Gebiet solcher Praktiken wird auch das Verfahren der Abhängigkeit von dem periodischen Gehalt der detektierten SRS-Frequenz als Alternative erkennen. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit aus zumindest dem vorher angeführten Grund verwendet wird, entsteht der Bedarf an interpolierten und extrapolierten Abschätzungen der Frequenz. Diese Interpolationen und Extrapolationen können unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von mathematischen Formen für die Abhängigkeit der SRS-Frequenz von der Fahrzeuggeschwindigkeit für den funktionalen Zusammenhang erreicht werden. Beispiele von mathematischen Formen umfassen lineare, stückweise lineare, quadratische, kubische und Polynomabhängigkeiten der SRS-Frequenz von der Fahrzeuggeschwindigkeit, die hauptsächlich durch die Charakteristiken der Reifeneigenschaften, die im detektierten Zusammenhang aufgezeigt sind, bestimmt sind. SRS-Frequenzen können auch durch die Kombination der Fahrzeuggeschwindigkeit und des periodischen Gehalts des gemessenen dynamischen Drehmoments in einer Weise abgeschätzt werden, in der die Fahrzeuggeschwindigkeit unverhältnismäßig verwendet wird und der gemessene periodische Gehalt des Drehmomentsignals nur gelegentlich für Bestätigungszwecke mit einer Regelmäßigkeit von beispielsweise Minuten, Stunden, Tagen oder eines äquivalenten inkrementalen Kilometerstandes detektiert wird. Dies ist ein bevorzugtes Verfahren für die Implementierung und ist ein Verfahren, das in 8 enthalten ist.
Wenn im Block 810 die Torsionsaktivität (d. h. Spektralamplitude und Phasenwinkel) von der Eingabe 806'' um die Drehmomentsensor-SRS-Frequenz darauf hinweist, dass die Dämpfung geringer ist als ein vorbestimmter Level1, wird die γ_dc-Tabelle im Block 824 aktualisiert. Ansonsten fährt der Algorithmus 400 im Block 826 fort.
Wenn im Block 812 die Torsionsaktivität (d. h. Spektralamplitude und Phasenwinkel) von der Eingabe 806''' um die Drehmomentsensor-SRS-Frequenz darauf hinweist, dass die Dämpfung größer ist als ein vorbestimmter Level2, wird die γ_dc-Tabelle im Block 828 aktualisiert. Ansonsten fährt der Algorithmus 400 im Block 830 fort.
9A ist ein erstes Diagramm 900, das eine erste und eine zweite vorbestimmte Amplitudengrenze, die in 8 verwendet werden, gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer SRS-Frequenz von 15 Hz als Beispiel veranschaulicht. Die Graphen 902 bis 914 stellen Diagramme der Spektralamplitude als Funktion der Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Spektralbandes um die SRS-Frequenz, die am Ausgang 806 des Blocks 804 erhältlich ist, mit Dämpfungskoeffizienten von 0,05, 0,25, 0,50, 1,00, 4,00 bzw. 8,00 Prozent dar. Das Verhältnis der Amplituden bei vorbestimmten Frequenzen innerhalb des vorbestimmten Spektralbandes um die SRS-Frequenz mit einem gegebenen Dämpfungskoeffizienten gibt die Menge an Dämpfung an, die nahe der SRS-Frequenz vorliegt, wobei gilt, je größer das Verhältnis ist, desto größer ist die Dämpfung, und kann verwendet werden, um Grenzen für niedrige Dämpfung und hohe Dämpfung festzulegen. Das Verhältnis von Amplituden bei 15 Hz und 15 ½ Hz für einen gegebenen Dämpfungskoeffizienten kann beispielsweise verwendet werden, um die niedrige Dämpfungsgrenze, Limit1 916, die im Block 810 von 8 verwendet wird, festzulegen oder die hohe Dämpfungsgrenze Limit2 918, die im Block 812 von 8 verwendet wird, festzulegen.
9B ist ein zweites Diagramm 900', das eine erste und eine zweite vorbestimmte Phasenwinkelgrenze, die in 8 verwendet werden, gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer SRS-Frequenz von 15 Hz als Beispiel veranschaulicht. Die Graphen 902' bis 914' stellen Diagramme des Phasenwinkels als Funktion der Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Spektralbandes um die SRS-Frequenz, die am Ausgang 806 des Blocks 804 erhältlich ist, mit Dämpfungskoeffizienten von 0,05, 0,25, 0,50, 1,00, 4,00 bzw. 8,00 Prozent dar. Das Verhältnis der Phasenwinkelsteigungen bei der SRS-Frequenz innerhalb des vorbestimmten Spektralbandes um die SRS-Frequenz mit verschiedenen Dämpfungskoeffizienten gibt die Menge an Dämpfung an, die bei der SRS-Frequenz vorhanden ist, wobei gilt, je größer das Verhältnis ist, desto niedriger ist die Dämpfung, und kann verwendet werden, um Grenzen für niedrige Dämpfung und hohe Dämpfung festzulegen. Das Verhältnis der Steigungen bei 15 Hz für die Dämpfungskoeffizienten 1,00 und 4,00 kann beispielsweise verwendet werden, um die niedrige Dämpfungsgrenze Limit1 916', die im Block 810 von 8 verwendet wird, festzulegen oder die hohe Dämpfungsgrenze Limit2 918', die im Block 812 von 8 verwendet wird, festzulegen.
Da γ_dc und γ_dc Funktionen der Geschwindigkeit sein können, umfassen die vorstehend genannten Praktiken des Erzeugens, Beibehaltens und Aktualisierens der Tabellen dieser Werte mehrere Werte über den ganzen Geschwindigkeitsbereich, so dass der Betrieb des Fahrzeug bei oder nahe einem Fahrzeuggeschwindigkeitseintrag Werte identifiziert, die für diese Geschwindigkeit geeignet sind. Die anwendbaren Bereiche von Geschwindigkeiten und die Anzahl von Tabelleneinträgen werden beispielsweise durch die nominalen Dämpfungs- und Trägheitskompensationswerte, die gewünschte SRS-Wirksamkeit, die Rechenanforderung und die Geschwindigkeitsauflösung vorbestimmt.
5 ist ein Graph 500 der Zahnstangen-Translationssteifigkeit als Funktion der SRS-Frequenz und gibt Diagramme der Zahnstangen-Translationssteifigkeit für eine Lenkanordnung, die die vorliegende Erfindung nicht verwendet, Diagramm 502, mit einer SRS-Mittenfrequenz von ungefähr 10 Hz, und für eine Lenkanordnung unter Verwendung der vorliegenden Erfindung, Diagramme 504 und 506, die SRS-Mittenfrequenzen der Dämpfung von ungefähr 8 Hz und 15 Hz zeigen, 508 bzw. 510, an. Die Mittenfrequenzen der Dämpfung, 508 und 510, geben eine große oder maximale Zahnstangen-Drehsteifigkeit oder eine kleine oder minimale Dämpfung bei den jeweiligen SRS-Frequenzen von ungefähr 8 Hz und 15 Hz gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung an, wodurch das Lenkradrütteln (d. h. kleine Hin- und Her-Winkelvibrationen) bei den jeweiligen SRS-Frequenzen von ungefähr 8 Hz und 15 Hz minimiert wird, woraufhin der Fahrer das SRS am wenigsten bemerkt. Die Abwesenheit einer scharfen Spitze bei 10 Hz des Diagramms 502 deutet auf eine nicht minimale Dämpfung oder eine nicht maximale Zahnstangen-Drehsteifigkeit hin, wobei bei der SRS-Frequenz von 10 Hz die Lenkrad-Vibrationsaktivität nicht minimiert wäre, woraufhin der Fahrer das SRS viel mehr bemerken würde als unter Verwendung der vorliegenden Erfindung.
Die effektive SRS-Dämpfung über verschiedene Geschwindigkeiten wird dadurch durch Manipulieren der Mittenfrequenz der Spitzen-Zahnstangen-Drehsteifigkeit in der Nähe der periodischen Erregung erreicht, so dass eine virtuelle Ausrichtung dieser Frequenzen besteht, wenn die Geschwindigkeit bei der Verwendung schwankt, indem entweder die Beziehung der periodischen Frequenz als Funktion der Geschwindigkeit durch die Rolleigenschaften des Reifens abgeschätzt wird und/oder die periodische Frequenz im Drehmomentsensor der EPS detektiert wird. Diese Ausrichtung von Frequenzen wird durch Ändern der scheinbaren Resonanzfrequenz des TVA erhalten, so dass sie mit den im Vorangehenden erläuterten Praktiken bei oder nahe jener der periodischen SRS-Erregungsfrequenz liegt.
Es sollte auch beachtet werden, dass die Trägheits- und Dämpfungskompensation wahlweise auf ein Frequenzband begrenzt sein können, so dass wünschenswerte Effekte, wie im Vorangehenden angeführt, nur nahe den periodischen Erregungsfrequenzen erreicht werden. Dies ist mit gefilterten Bandbegrenzungs-Implementierungen möglich, die entweder bei den detektierten Beschleunigungen und Geschwindigkeiten oder den Ausgangssteuersignalen, die schließlich den Motorantrieb bestimmen, wirksam sind. Zusätzliche Vorteile durch Vermeiden von Bedingungen wie z. B. Vibrationsinstabilität bei erhöhten Frequenzen (oberhalb der Tiefpass-Eckfrequenz des Durchlassbereichs) und Interferenzeffekten an vorwärts angesteuerten Eigenschaften bei niedrigeren Frequenzen (die unter der Hochpass-Eckfrequenz des Durchlassbereichs existieren), die für Lenkereignisse typisch sind, könnten durch diese bandbegrenzten Implementierungen erfahren werden. Filterimplementierungen sind dem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt und können für zumindest den vorstehend genannten Zweck praktiziert werden.

Die Tabelle I verwendet einen TVA, der so abgestimmt ist, dass er bei 15 Hz mechanisch in Resonanz kommt, und stellt lediglich als lehrreiche hypothetische, nicht begrenzende Beispiele eine Angabe von Werten dar, die im Verlauf der Ausführung des Algorithmus 400 von 4 gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden. Solche Systeme sind auf sowohl CEPS als auch REPS anwendbar. TABELLE I

		SRS-Frequenz (Hz)
Parameter	Einheiten	10	15	20
I'_m	kg·m²	250 × 10^–6	250 × 10^–6	250 × 10^–6
k₂	Nm/Grad	18,6	18,6	18,6
c₂	Nm·s/Grad	0,0103	0,0103	0,0103
k₄	Nm/Grad	34,9	34,9	34,9
c₄	Nm·s/Grad	0,0194	0,0194	0,0194
k₁ = k₃ = k₅	Nm/Grad	0	0	0
c₁ = c₅	Nms/Grad	3,49 × 10^–4	3,49 × 10^–4	3,49 × 10^–4
c₃	Nm·s/Grad	3,49 × 10^–3	3,49 × 10^–3	3,49 × 10^–3
I'_p	kg·m²	0	0	0
r_p	M	0,007	0,007	0,007
N	-	20	20	20
γ_dc	-	–3,6 × 10^–4	–3,6 × 10^–4	–3,0 × 10^–4
γ_ic	-	365 × 10^–6	0	–135 × 10^–6
τ_ic	s	0,003	0,003	0,003
τ_ic	s	0,003	0,003	0,003
Nominale Zahnstangen-Drehsteifigkeit des Standes der Technik	Nm/Grad	12,2	23,5	42,0
Zahnstangen-Drehsteifigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung	Nm/Grad	122	180	317

Claims

Verfahren zum Dämpfen von Rütteln auf ebener Straße an einem Lenkrad (26) einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, das ein elektrisches Servolenksystem (100) mit einem Elektromotor (104) und einer Zahnstange aufweist, das die folgenden Schritte umfasst: a) Bestimmen eines Frequenzbereichs des Rüttelns auf ebener Straße während vorbestimmter Fahrbedingungen des Kraftfahrzeugs; b) mechanisches Abstimmen einer elektrischen Servolenkmotoranordnung des elektrischen Servolenksystems (100) des Kraftfahrzeugs auf eine vorbestimmte Frequenz, um dadurch einen abgestimmten Vibrationsabsorber (112) mit einer mechanisch abgestimmten Resonanzfrequenz zu schaffen (402); c) Bestimmen der Frequenz des Rüttelns auf ebener Straße bei einer Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs (406), die aus: 1) einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit und der Frequenz des Rüttelns auf ebener Straße und/oder 2) dem periodischen dynamischen Gehalt eines Drehmomentsignals des elektrischen Servolenksystems bestimmt wird; d) dynamisches Abstimmen der Trägheit des abgestimmten Vibrationsabsorbers (112) auf die Frequenz des Rüttelns auf ebener Straße bei der Geschwindigkeit in Ansprechen auf die Beziehung für alle Frequenzen des Frequenzbereichs außer der mechanisch abgestimmten Resonanzfrequenz (410); und e) Minimieren der Dämpfung des abgestimmten Vibrationsabsorbers (112) und Maximieren der Zahnstangensteifigkeit bei der Frequenz des Rüttelns auf ebener Straße, um dadurch das Rütteln auf ebener Straße am Lenkrad (26) zu minimieren (412); wobei die Schritte d) und e) das Steuern des Stroms im Elektromotor (104) des elektrischen Servolenksystems (100) umfassen, um ein Äquivalent einer Trägheit der elektrischen Servolenkanordnung bereitzustellen, die sich auf die dynamische Abstimmung des Schrittes d) auswirkt, und ein Drehmoment bereitzustellen, das sich auf die minimierte Dämpfung des Schrittes e) auswirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die elektrische Servolenkmotoranordnung auf eine mittlere Frequenz des Frequenzbereichs mechanisch abgestimmt wird, um dadurch den abgestimmten Vibrationsabsorber (112) mit einer mechanisch abgestimmten Resonanzfrequenz zu schaffen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner in Schritt e) eine geschwindigkeitsempfindliche Kompensationsdämpfung des abgestimmten Vibrationsabsorbers (112) umfasst, um die durch Schritt d) eingeführte Trägheitszeitverzögerung beim Schaffen des Äquivalents einer Trägheit der elektrischen Servolenkanordnung zu minimieren.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner das periodische Wiederholen der Schritte c) bis e) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte c), d) und e) vorbestimmte mehrere Parameter des Kraftfahrzeugs verwenden, welches ferner das periodische Auswerten der mehreren Parameter auf eine Divergenz, die einen vorbestimmten Bereich überschreitet, umfasst, wobei, wenn die Divergenz den vorbestimmten Bereich überschreitet, dann die mehreren Parameter in Ansprechen auf die Divergenz aktualisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte d) und e) an einem elektrischen Servolenksystem (100), dessen Elektromotor (104) mit der Zahnstange antreibend über eine Schnittstelle gekoppelt ist, durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte d) und e) an einem elektrischen Servolenksystem (100), dessen Elektromotor (104) mit der Lenksäule antreibend über eine Schnittstelle gekoppelt ist, durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte c), d) und e) auf ein Frequenzband nahe periodischer Erregungsfrequenzen des Rüttelns auf ebener Straße begrenzt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte d) und e) an einem elektrischen Servolenksystem (100), dessen Elektromotor (104) mit der Zahnstange antreibend über eine Schnittstelle gekoppelt ist, durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte d) und e) an einem elektrischen Servolenksystem (100), dessen Elektromotor (104) mit der Lenksäule antreibend über eine Schnittstelle gekoppelt ist, durchgeführt werden.