DE102014205321A1 - Steering device and method for estimating a rack force - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung (1) in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Zahnstange (13) und mindestens eine Recheneinheit (8), wobei die Recheneinheit (8) mindestens ein Modul (10) zur Schätzung einer Zahnstangenkraft (FZ) aufweist, wobei in der mindestens einen Recheneinheit (8) oder einer weiteren Recheneinheit ein Achsmodel (9) des Kraftfahrzeugs abgelegt ist, wobei das Achsmodel (9) derart ausgebildet ist, dass dieses aus Daten des Antriebsstranges mindestens ein Antriebsmoment (MA) an mindestens einer Antriebswelle (3a, 3b) der Lenkvorrichtung (1) ermittelt und daraus eine Störkraft (FS) aufgrund von Torquesteer-Momenten ermittelt, wobei das Modul (10) zur Schätzung einer Zahnstangenkraft (FZ) derart ausgebildet ist, dass dieses die Zahnstangenkraft (FZ) unter Berücksichtigung der ermittelten Störkraft (FS) aufgrund von Torquesteer-Momenten schätzt, sowie ein Verfahren zur Schätzung einer Zahnstangenkraft (FZ).The invention relates to a steering device (1) in a motor vehicle, comprising at least one rack (13) and at least one arithmetic unit (8), wherein the arithmetic unit (8) has at least one module (10) for estimating a rack force (FZ), wherein the at least one arithmetic unit (8) or a further arithmetic unit an axle model (9) of the motor vehicle is stored, wherein the Achsmodel (9) is designed such that this data from the drive train at least one drive torque (MA) on at least one drive shaft (3a, 3b) of the steering device (1) and determined therefrom an interference force (FS) due Torquesteer moments, wherein the module (10) for estimating a rack force (FZ) is designed such that this the rack force (FZ) taking into account the determined Estimating disturbing force (FS) on the basis of Torquesteer moments, and a method of estimating a rack-and-pinion force (FZ).
Description
Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung und ein Verfahren zur Schätzung einer Zahnstangenkraft. The invention relates to a steering device and a method for estimating a rack force.
Bei modernen Lenkvorrichtungen, beispielsweise bei einer elektrischen Servolenkung (EPS) oder einem so genannten Steer-by-Wire (SbW) Lenksystem, wird ein Soll-Lenkmoment ermittelt, das an einem Lenkmittel, beispielsweise einem Lenkrad, angelegt wird, um die von dem Fahrer aufgebrachte Kraft zu unterstützen oder der von dem Fahrer aufgebrachten Kraft entgegenzuwirken. In modern steering devices, such as an electric power steering (EPS) or a so-called steer-by-wire (SbW) steering system, a target steering torque is determined, which is applied to a steering means, such as a steering wheel, to that of the driver To assist applied force or to counteract the force applied by the driver.
Aktuell eingesetzte EPS Lenksysteme generieren auf der Basis einer anliegenden Zahnstangenkraft ein EPS Motormoment, um dem Fahrer die entsprechende Lenkunterstützung bereitzustellen. Die Zahnstangenkraft wird maßgeblich von den aktuellen Seitenführungskräften beeinflusst. Damit entspricht ein wesentlicher Teil der aktuellen Zahnstangenkraft einer Querbeschleunigung. Die Zahnstangenkraft wird aber nicht nur durch die während des Durchfahrens einer Kurve auftretenden Seitenkräfte bestimmt, sondern es hat eine Vielzahl von weiteren Größen einer aktuellen Fahrsituation einen Einfluss auf die Zahnstangenkraft. Ein Beispiel hierfür ist die Fahrbahnbeschaffenheit (Unebenheiten, Spurrillen, Reibwert). EPS steering systems currently in use generate EPS engine torque on the basis of an adjacent rack-and-pinion force in order to provide the driver with the appropriate steering assistance. The rack power is significantly influenced by the current cornering staff. Thus, a substantial part of the current rack force corresponds to a lateral acceleration. However, the rack-and-pinion force is not only determined by the lateral forces occurring during the passage through a curve, but also has a large number of further variables of a current driving situation an influence on the rack-and-pinion force. An example of this is the road condition (unevenness, ruts, coefficient of friction).
Zusätzlich können weitere Funktionen an der Erzeugung des Soll-Lenkmoments beteiligt sein, um ein gewünschtes und angenehmes Lenkgefühl für den Fahrer zu erreichen, wobei einerseits unerwünschte Störungen keinen Einfluss auf das Soll-Lenkmoment haben sollen, andererseits aber insbesondere sicherheitsrelevante Informationen, beispielsweise über die aktuelle Beschaffenheit des Fahrbahnbelags, dem Fahrer über das Lenkmoment zur Kenntnis gebracht werden sollen. In addition, other functions may be involved in generating the desired steering torque to achieve a desired and comfortable steering feel for the driver, on the one hand unwanted interference should not affect the target steering torque, but on the other hand, in particular safety-related information, for example on the current Condition of the road surface, to the driver about the steering torque to be brought to the knowledge.
Es ist bekannt, die aktuell anliegende Zahnstangenkraft mittels eines an der Zahnstange angeordneten Sensors oder durch Schätzung mittels eines auf einem Modell des Lenksystems beruhenden sogenannten Beobachters zu ermitteln. Bei diesem Verfahren wird das Lenkmoment in Abhängigkeit von der an gelenkten Rädern auftretenden Seitenkraft bestimmt. Die so ermittelte Zahnstangenkraft gibt die tatsächlich an der Vorderachse des Fahrzeugs bzw. an der Zahnstange anliegenden Kraftverhältnisse wieder. It is known to determine the currently applied rack force by means of a sensor arranged on the rack or by estimation by means of a so-called observer based on a model of the steering system. In this method, the steering torque is determined in dependence on the lateral force occurring at steered wheels. The rack-and-pinion force thus determined reflects the force relationships actually applied to the front axle of the vehicle or to the rack.
Die Erzeugung eines Fahrerwunschlenkmoments auf Basis der anliegenden Zahnstangenkraft beinhaltet neben dem eigentlich benötigten Niveau diverse Störungen mit unterschiedlichen Ausprägungen. Diese sind beispielsweise abhängig von der Bauweise der Achse(n) bzw. dem generellen Aufbau des Fahrzeugs. Als Störungen können hier eine Vielzahl von Fahrbahngegebenheiten wie beispielsweise Unebenheiten, Spurrillen oder eine Querneigung verstanden werden. Weitere Störungen können aufgrund längsdynamischer Ereignisse an der gelenkten Vorderachse entstehen. Beispiele hierfür sind unterschiedliche Längen von Antriebswellen bei frontgetriebenen Fahrzeugen, aktive Antriebskomponenten wie beispielsweise ein Allradantrieb oder Komponenten zur variablen Verteilung eines Antriebsmoments auf die Vorderräder. Ein weiterer und gegebenenfalls als störend empfundener Einfluss kann sich durch die Beladung des Fahrzeugs ergeben und insbesondere generell aufgrund der Vorderachslast. Vereinfachend kann festgestellt werden, dass die auf die Lenkung wirkende Zahnstangenkraft mit einer höheren Belastung der Vorderachse zunimmt. Weitere Einflüsse auf die Zahnstangenkraft bzw. das Soll-Lenkmoment hat die Bereitung der Räder. The generation of a Fahrwunschlenkmoments based on the applied rack power includes in addition to the level actually required various disorders with different characteristics. These are, for example, dependent on the design of the axle (s) or the general structure of the vehicle. Disturbances here can be understood as meaning a multiplicity of road conditions, such as unevennesses, ruts or a bank. Further disturbances can arise due to longitudinal dynamic events on the steered front axle. Examples include different lengths of drive shafts in front-wheel drive vehicles, active drive components such as an all-wheel drive or components for the variable distribution of a drive torque to the front wheels. Another and possibly disturbing influence can result from the loading of the vehicle and in particular generally due to the front axle load. In a simplifying manner, it can be stated that the rack-and-pinion force acting on the steering increases with a higher load on the front axle. Further influences on the rack force or the desired steering torque has the preparation of the wheels.
Aus der
Aus der
- – Schätzen einer Ist-Zahnstangenkraft mittels eines Beobachtermodells der Lenkung,
- – Schätzen einer künstlichen Soll-Zahnstangenkraft mittels eines Beobachtermodells des Fahrzeugs,
- – Subtrahieren der geschätzten Ist-Zahnstangenkraft von der geschätzten künstlichen Soll-Zahnstangenkraft, sodass ein Gesamtlenkkraftfehler generiert wird, wobei in einem Entscheidungsblock zumindest ein erster Bruchteilsfaktor zumindest aus Fahrzeugsystem bekannten Signalen bestimmt wird, welcher dem Gesamtlenkkraftfehler überlagert wird, sodass eine Zahnstangenkompensationskraft generiert wird, welche der Hilfskraft überlagert wird.
- Estimating an actual rack force by means of an observer model of the steering,
- Estimating an artificial target rack force by means of an observer model of the vehicle,
- Subtracting the estimated actual rack force from the estimated desired artificial rack force such that a total steering error is generated, wherein in a decision block at least a first fractional factor is determined at least from signals known to vehicle system which is superimposed on the total steering error so as to generate a rack compensation force the assistant is superimposed.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Lenkvorrichtung mit einer verbesserten Schätzung der Zahnstangenkraft zu schaffen sowie ein verbessertes Verfahren zur Schätzung einer Zahnstangenkraft zur Verfügung zu stellen. The invention addresses the technical problem of providing a steering device with improved rack force estimation and an improved method of estimating rack force.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Lenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 3. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The solution of the technical problem results from the steering device with the features of claim 1 and the method with the features of claim 3. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Hierzu umfasst die Lenkvorrichtung in einem Kraftfahrzeug mindestens eine Zahnstange und mindestens eine Recheneinheit, wobei die Recheneinheit mindestens ein Modul zur Schätzung einer Zahnstangenkraft aufweist. Weiter weist die Lenkvorrichtung mindestens eine Recheneinheit auf, in der ein Achsmodel abgelegt ist. Die Recheneinheit kann dabei die Recheneinheit mit dem Modul zur Schätzung einer Zahnstangenkraft sein oder aber eine separate Recheneinheit sein. Das Achsmodel ist derart ausgebildet, dass dieses aus Daten des Antriebsstranges mindestens ein Antriebsmoment an mindestens einer Antriebswelle der Lenkvorrichtung ermittelt und daraus eine Störkraft aufgrund von Torquesteer-Momenten ermittelt, wobei das Modul zur Schätzung einer Zahnstangenkraft derart ausgebildet ist, dass dieses die Zahnstangenkraft unter Berücksichtigung der ermittelten Störkraft aufgrund von Torquesteer-Momenten schätzt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere bei Fahrzeugen mit unterschiedlich lang ausgelegten Antriebswellen es zu Torquesteer-Momenten kommt, d.h. Lenken durch unterschiedliche Beugungswinkel an den Antriebswellen. Dabei entsteht ein Lenkmoment, welches über die Achse auf die Zahnstange wirkt und den Algorithmus einer Zahnstangenkraftschätzung erheblich negativ beeinflussen. Erfindungsgemäß wird eine den Torquesteer-Momente zugeordnete Störkraft bestimmt und bei der Zahnstangenkraftschätzung berücksichtigt, sodass die Schätzung der Zahnstangenkraft erheblich verbessert wird. Vorzugsweise werden dabei die Antriebsmomente an beiden Antriebswellen einer Achse bestimmt. Dabei sei angemerkt, dass das Achsmodel und/oder das Modul zur Schätzung einer Zahnstangenkraft in Hardware und/oder Software ausgebildet sein können. For this purpose, the steering device in a motor vehicle comprises at least one rack and at least one arithmetic unit, wherein the arithmetic unit has at least one module for estimating a rack-and-pinion force. Furthermore, the steering device has at least one arithmetic unit in which an axle model is stored. The arithmetic unit can be the arithmetic unit with the module for estimating a rack-and-pinion force, or it can be a separate arithmetic unit. The axle model is designed in such a way that it determines at least one drive torque on at least one drive shaft of the steering device from data of the drive train and determines therefrom an interference force due to Torquesteer moments, wherein the module for estimating a rack force is designed in such a way that it takes into account the rack force estimates the detected disturbance force due to Torquesteer moments. This is based on the finding that Torquesteer moments occur, in particular in vehicles with drive shafts of different lengths. Steer through different diffraction angles on the drive shafts. This creates a steering torque which acts on the rack via the axle and significantly adversely affect the algorithm of a rack force estimation. According to the invention, an interfering force associated with the Torquesteer moments is determined and taken into account in the rack force estimation, so that the estimation of the rack force is considerably improved. Preferably, the drive torques are determined on both drive shafts of an axis. It should be noted that the axle model and / or the module for estimating a rack-pin force can be designed in hardware and / or software.
In einer Ausführungsform ist das Achsmodel derart ausgebildet, dass das Antriebsmoment an der Antriebswelle mindestens anhand eines aktuellen Motormoments, einer eingestellten Getriebeübersetzung sowie eines Wirkungsgrades des Getriebes ermittelt wird. Somit lässt sich das Antriebsmoment sehr einfach aus gut zugänglichen Größen ermitteln. Bei Allradfahrzeugen wird zusätzlich noch die Momentenverteilung auf die einzelnen Räder berücksichtigt. In one embodiment, the axle model is designed such that the drive torque at the drive shaft is determined at least on the basis of a current engine torque, a set transmission ratio and an efficiency of the transmission. Thus, the drive torque can be determined very easily from easily accessible sizes. In all-wheel drive vehicles, the torque distribution on the individual wheels is also taken into account.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Lenkvorrichtung. The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment. The single FIGURE shows a schematic representation of a steering device.
Die Lenkvorrichtung
Des Weiteren umfasst die Lenkvorrichtung
Um nun Torquesteer-Effekte aufgrund der unterschiedlich langen Antriebswellen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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