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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/199,457, die am 31. Juli 2015 eingereicht wurde und die hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS) misst Signale, welche ein Torsionsstabdrehmoment und eine Motorgeschwindigkeit umfassen. Diese Signale können verwendet werden, um Steuerungsalgorithmen und eine Architektur zu entwickeln, die ein gewünschtes Lenkungsgefühl bereitstellen, während die Stabilität des Systems beibehalten wird. 1 veranschaulicht eine EPS-Steuerungsarchitektur 20, die aus zwei Steuerungskreisen besteht, einem Drehmomentkreis, der hauptsächlich auf einem gemessenen Drehmoment beruht, und einem Geschwindigkeitskreis, der hauptsächlich auf einer gemessenen Motorgeschwindigkeit beruht. Bei einer Anwendung in der Praxis können beide Kreise weitere EPS- und Fahrzeugsignale verwenden, etwa einen Unterstützungsbefehl, die Fahrzeuggeschwindigkeit usw. Ein Geschwindigkeitscontroller 22 steuert den Geschwindigkeitskreis und ein Drehmomentcontroller 24 steuert einen Drehmomentkreis. Der Geschwindigkeitscontroller 22 stellt einen Teil eines Motordrehmomentsignals für einen Motor des elektrischen Servolenkungssystems 30 bereit, und der Drehmomentcontroller 24 stellt ein Motordrehmomentsignal für den Motor bereit. Das Motorgeschwindigkeitssignal und das Motordrehmomentsignal werden bei einem Summiererblock 28 vereinigt und ein Summensignal wird für den Motor des elektrischen Servolenkungssystems 30 bereitgestellt. Der Motor repräsentiert eine Motorsteuerungsarchitektur sowie Elektromotordynamiken. Der Motor erzeugt einen Drehmomentbefehl, der auf Komponenten innerhalb des elektrischen Servolenkungssystems 30 einwirkt.
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Eine frequenzabhängige Dämpfung, eine Motorgeschwindigkeitsdämpfung und eine Trägheitskompensation sind Beispiele für die Funktionen, die hauptsächlich in dem Geschwindigkeitskreis wirken. Die Trägheitskompensation beispielsweise kann die Motorträgheit kompensieren, aber höhere Verstärkungen können zu einer Verringerung bei Stabilitätsreserven des Lenkungssystems führen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Steuerungssystem für ein Servolenkungssystem ein Motor, ein Steuerungsmodul in Kommunikation mit dem Motor, wobei das Steuerungsmodul einen kompensierten Geschwindigkeitskreisbefehl für den Motor bereitstellt, wobei das Steuerungsmodul ein Stabilitätskompensationsfiltermodul enthält, das eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Geschwindigkeitskreisbefehl empfängt, wobei das Stabilitätskompensationsfilter ein Filter zweiter Ordnung auf den Geschwindigkeitskreisbefehl anwendet, um den kompensierten Geschwindigkeitskreisbefehl zu erzeugen, der von dem Motor verwendet wird.
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In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Servolenkungssystems, das eine Fahrzeuggeschwindigkeit und ein Geschwindigkeitskreisbefehl empfangen werden, welcher eine Geschwindigkeit eines Motors anzeigt, dass der Geschwindigkeitskreisbefehl mit einem Filter zweiter Ordnung gefiltert wird, und dass ein kompensierter Geschwindigkeitskreisbefehl auf der Grundlage des gefilterten Geschwindigkeitskreisbefehls erzeugt wird, der von dem Motor verwendet wird.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Steuerungssystem für ein Servolenkungssystem einen Motor, ein Steuerungsmodul in Kommunikation mit dem Motor, wobei das Steuerungsmodul einen kompensierten Geschwindigkeitskreisbefehl für den Motor bereitstellt, wobei das Steuerungsmodul ein Stabilitätskompensationsfiltermodul enthält, das eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Geschwindigkeitskreisbefehl empfängt, wobei das Stabilitätskompensationsfilter ein Filter zweiter Ordnung auf den Geschwindigkeitskreisbefehl anwendet, um den kompensierten Geschwindigkeitskreisbefehl zu erzeugen, der von dem Motor verwendet wird.
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Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser offenbar werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Der Gegenstand, der als die Erfindung aufgefasst wird, wird speziell dargelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung klar beansprucht. Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen:
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1 ein Blockdiagramm einer Steuerungsarchitektur einer elektrischen Servolenkung ist;
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2 ein Blockdiagramm einer Steuerungsarchitektur einer elektrischen Servolenkung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung ist;
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3 ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems einer elektrischen Servolenkung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung ist;
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4A ein Datenflussdiagramm ist, das eine allgemeine Implementierung des Geschwindigkeitskreises des Steuerungssystems einer elektrischen Servolenkung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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4B ein Datenflussdiagramm ist, das eine spezielle Implementierung des Geschwindigkeitskreises des Steuerungssystems einer elektrischen Servolenkung in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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5 ein Blockdiagramm eines Stabilitätskompensationsfilters in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung ist; und
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6 ein Nyquist-Diagramm einer Geschwindigkeitssteuerung mit offenem Kreis in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug nun auf 2–6, bei denen die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wird, ohne diese einzuschränken, ist 2 ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems eines EPS-Systems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung. Die EPS-Steuerungsarchitektur 32 weist zwei Steuerungskreise auf, einen Drehmomentkreis, der ein gemessenes Drehmoment bereitstellt, und einen Geschwindigkeitskreis, der eine gemessene Motorgeschwindigkeit bereitstellt. Ein Geschwindigkeitscontroller 34 steuert den Geschwindigkeitskreis und ein Drehmomentcontroller 36 steuert einen Drehmomentkreis. Der Geschwindigkeitscontroller 34 empfängt ein Motorgeschwindigkeitssignal und stellt einen Geschwindigkeitskreisbefehl für ein Stabilitätskompensationsfilter 35 bereit. Das Stabilitätskompensationsfilter 35 stellt einen kompensierten Geschwindigkeitskreisbefehl für einen Motor des elektrischen Servolenkungssystems 39 bereit. Der Drehmomentcontroller 36 stellt ein Motordrehmomentsignal für den Motor des elektrischen Servolenkungssystems 39 bereit. Das Motorgeschwindigkeitssignal und das Motordrehmomentsignal werden am Summiererblock 40 vereinigt, wobei ein Summensignal, das einen endgültigen Motorbefehl repräsentiert, für den Motor bereitgestellt wird. Der Motor des elektrischen Servolenkungssystems 39 erzeugt einen Drehmomentbefehl, der innerhalb des elektrischen Servolenkungssystems 39 angewendet wird.
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3 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften elektrischen Servolenkungssystems 42, das einen endgültigen Motorbefehl 56 enthält. Das Servolenkungssystem 42 enthält einen Lenkungsmechanismus 44, einen Drehmomentsensor 46 und ein Steuerungsmodul 48. In einigen Ausführungsformen enthält der Lenkungsmechanismus 44 einen (nicht gezeigten) Motor. In der Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, steht das Steuerungsmodul 48 in Kommunikation mit dem Lenkungsmechanismus 44 und mit dem Drehmomentsensor 46. Der Motor kann ein Elektromotor sein, um eine Drehmomentunterstützung in dem Lenkungsmechanismus 44 bereitzustellen. Der Lenkungsmechanismus 44 kann ein Lenkrad 50 enthalten, das mit einer oberen Lenkwelle 52 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform kann das Servolenkungssystem 42 Teil eines (nicht gezeigten) Fahrzeugs sein, wobei der Drehmomentsensor 46 einen Drehmomentbetrag detektiert, der von einem Fahrer auf das Lenkrad 50 ausgeübt wird. Das Steuerungsmodul 48 kann eine Fahrzeuggeschwindigkeit 62 beispielsweise von einem Geschwindigkeitssensor 53 empfangen.
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Mit Bezug nun auf 4A mit fortgesetzter Bezugnahme auf 3 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm eine beispielhafte Ausführungsform eines Geschwindigkeitscontrollers 54, der in dem Steuerungsmodul 48 enthalten ist, das zum Steuern des Servolenkungssystems 42 verwendet wird. In 4A ist der Geschwindigkeitscontroller 54 eine Komponente des Steuerungsmoduls 48. Jedoch ist festzustellen, dass der Geschwindigkeitscontroller 54 eine von dem Steuerungsmodul 48 getrennte Komponente sein kann oder dass der Geschwindigkeitscontroller 54 andere Module als die Ausführungsform enthalten kann, die in 4A gezeigt ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen können das Steuerungsmodul 48 und der Geschwindigkeitscontroller 54 ein oder mehrere Teilmodule und Datenspeicher enthalten. Die Begriffe Modul und Teilmodul bezeichnen, so wie sie hier verwendet werden, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, oder eine kombinatorische Logikschaltung. Wie festzustellen ist, können die in 3, 4A und 4B gezeigten Teilmodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden. Eingänge in das Steuerungsmodul 48 und in den Geschwindigkeitscontroller 54 können von dem Motor 38, von dem Lenkungsmechanismus 44, von dem Drehmomentsensor 38, und von (nicht gezeigten) anderen Steuerungsmodulen erzeugt werden, sie können modelliert werden und/oder sie können vordefiniert sein.
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4A ist eine Implementierung eines Geschwindigkeitscontrollers 54 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung. Im Betrieb empfängt der Geschwindigkeitscontroller 54 die Motorgeschwindigkeit 58, mindestens ein internes EPS-Signal 60 und eine Fahrzeuggeschwindigkeit 62 als Eingänge. Das interne EPS-Signal kann ein oder mehrere Signale sein, welche ein Lenkraddrehmoment, einen Basisunterstützungsbefehl usw. umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Der Geschwindigkeitscontroller 54 verarbeitet diese Eingänge, um einen Geschwindigkeitskreisbefehl zu erzeugen. Der Geschwindigkeitskreisbefehl wird an ein Stabilitätskompensationsfilter 72 gesendet. Wie nachstehend in größerem Detail beschrieben wird, wird das Stabilitätskompensationsfilter 72 verwendet, um einen kompensierten Geschwindigkeitskreisbefehl 74 zu ermitteln, der schließlich an dem Motor des Lenkungsmechanismus 44 (3) geliefert wird.
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4B ist eine Ausführungsform des Geschwindigkeitscontrollers, die zur Trägheitskompensation angewendet wird. Mit fortgesetzter Bezugnahme auf
3 und
4B empfängt der Geschwindigkeitscontroller
154 als Eingänge ein Lenkraddrehmoment
156, eine Motorgeschwindigkeit
158, ein Basisunterstützungssignal
160, das innerhalb des Steuerungsmodul
48 erzeugt wird, und eine Fahrzeuggeschwindigkeit
162. Das Lenkraddrehmoment
156 kann von dem Drehmomentsensor
46 überwacht werden, der in
3 gezeigt ist. Die Motorgeschwindigkeit
158 beruht auf der Geschwindigkeit des Motors. Das Basisunterstützungssignal
160 kann das Lenkraddrehmoment multipliziert mit einer von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Unterstützungsverstärkung repräsentieren, die beispielsweise im
US-Patent mit der Nr. 8,996,250 beschrieben ist, welches durch Bezugnahme hierin mit aufgenommen ist. Der Geschwindigkeitscontroller
154 kann ein Fahrergeschwindigkeitsmodul
164, ein Modul mit frequenzabhängiger Dämpfung (FDD-Modul)
166, ein Filterkoeffizientenmodul
168 und ein Filtergeschwindigkeitsmodul
170 enthalten. In dieser Ausführungsform erzeugt das Filtergeschwindigkeitsmodul
170 einen Geschwindigkeitskreisbefehl
176. In dieser Ausführungsform kann der Geschwindigkeitskreisbefehl
176 einen Trägheitskompensationsbefehl repräsentieren, welcher eine Trägheit des Motors kompensiert, die beispielsweise in Beziehung zu Veränderungen bei der Bewegung des Lenkrads steht. Das Stabilitätskompensationsfiltermodul
172, welches ein Modul des Geschwindigkeitscontrollers
154 oder ein Modul, das von dem Geschwindigkeitscontroller
154 getrennt ist, sein kann, empfängt bei dieser Ausführungsform den Geschwindigkeitskreisbefehl
176. Es ist festzustellen, dass das Stabilitätskompensationsfilter
172 auf einen beliebigen Geschwindigkeitskreiscontroller oder Geschwindigkeitscontroller angewendet werden kann und nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt ist. Das Stabilitätskompensationsfilter
172 wird verwendet, um einen kompensierten Geschwindigkeitskreisbefehl
174 zu ermitteln, der schließlich an den Motor geliefert wird.
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In einer Ausführungsform empfängt das Stabilitätskompensationsfiltermodul
172 als Eingänge die Fahrzeuggeschwindigkeit
162 und den Geschwindigkeitskreisbefehl
176, der von dem Filtergeschwindigkeitsmodul
154 erzeugt wird. Das Stabilitätskompensationsfiltermodul
172 ermittelt auf der Grundlage dieser Eingänge einen kompensierten Geschwindigkeitskreisbefehl
174. Ein auf einem Drehmomentsignal beruhendes Motordrehmoment kann unter Verwendung eines Stabilitätsfilters in einem EPS-System kompensiert werden, etwa dem System, das im
US-Patent 5,668,722 im Detail beschrieben ist, welches hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist. Eine Abstimmung von auf der Motorgeschwindigkeit beruhenden Befehlsmodulen in einem Geschwindigkeitskreis des EPS-Systems (ohne die Verwendung eines beliebigen Stabilitätskompensationsfilters) kann eine Verringerung der Stabilitätsreserven verursachen. Das Stabilitätskompensationsfilter
172 kann EPS-Stabilitätsreserven aufrechterhalten, wobei das Lenkungsgefühl aufrechterhalten wird und eine Trägheit innerhalb des EPS-Systems kompensiert wird.
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Speziell ist 5 eine beispielhafte Veranschaulichung des Stabilitätskompensationsfiltermoduls 172. Ein Mischmodul 278 mit einer Faktormischtabelle setzt eine Fahrzeuggeschwindigkeit 262 in einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Mischwert 280 um. In einer Ausführungsform ist der Fahrzeuggeschwindigkeits-Mischwert 280 eine nicht lineare Repräsentation der Fahrzeuggeschwindigkeit 262 und er kann durch abgestimmte Werte ermittelt werden, die in einer Faktormischtabelle des Mischmoduls 278 vorhanden sind. In einer Ausführungsform liegt der Fahrzeuggeschwindigkeits-Mischwert 280 zwischen 0 und 1.
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Der Fahrzeuggeschwindigkeits-Mischwert 280 wird zu einem Subtraktionsblock 282 gesendet. Der Subtraktionsblock 282 empfängt als Eingang den Fahrzeuggeschwindigkeits-Mischwert 280. In einer Ausführungsform wird der Fahrzeuggeschwindigkeits-Mischwert 280 von einem konstanten Wert gleich 1 subtrahiert, um einen reduzierten Geschwindigkeits-Mischwert 284 zu bilden. Der reduzierte Geschwindigkeits-Mischwert 284 wird zu einem ersten Multiplikatorblock 286 gesendet. Der erste Multiplikatorblock 286 multipliziert den reduzierten Geschwindigkeits-Mischwert 284 mit dem Geschwindigkeitskreisbefehl 276. Die Ausgabe des ersten Multipliziererblocks 286 wird an den Summiererblock 296 gesendet.
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Ein Stabilitätsfilter
290 empfängt den Geschwindigkeitskreisbefehl
276 als Eingang und kompensiert den Geschwindigkeitskreisbefehl
276. Die Kompensation, die von dem Stabilitätsfilter
290 bereitgestellt wird, kann durch eine Gleichung zweiter Ordnung in einem diskreten Filter (z. B. einem Filter zweiter Ordnung) bereitgestellt sein. Die zeitkontinuierliche Transferfunktion für dieses Filter kann repräsentiert werden durch:
wie im
US-Patent 5,668,772 ”Electric Power Steering Control” im Detail beschrieben ist, welches durch Bezugnahme hier mit aufgenommen ist. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Filtertypen verwendet werden können. Die Kompensation erhöht Stabilitätsreserven eines Geschwindigkeitskreises, während das Lenkungsgefühl beibehalten wird. Wie nachstehend in größerem Detail beschrieben wird, stellt das Stabilitätsfilter
290 eine Trägheitskompensation bereit, während wünschenswerte Stabilitätsreserven des Geschwindigkeitskreises beibehalten werden.
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Eine Ausgabe des Stabilitätsfilters 290 wird mit dem Fahrzeuggeschwindigkeits-Mischwert 280 bei einem zweiten Multiplikatorblock 292 multipliziert. Die Ausgabe des zweiten Blocks 292 wird zu dem Summiererblock 296 gesendet, bei dem die Ausgabe des zweiten Blocks 292 mit dem reduzierten gefilterten Trägheitsbefehl 288 summiert wird, um den kompensierten Geschwindigkeitskreisbefehl 274 zu erzeugen.
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6 veranschaulicht ein Nyquist-Diagramm 397 eines offenen Geschwindigkeitskreises des EPS-Systems. Eine Grundlinien-Abstimmungseinstellung 398 veranschaulicht ein minimales Stabilitätsniveau, das von einem Geschwindigkeitskreis benötigt wird. Eine Abstimmungseinstellung 300 veranschaulicht eine Abstimmungseinstellung, bei der eine bestimmte Verstärkung auf die Abstimmungseinstellung 302 angewendet wurde, aber ohne dass eine Stabilitätskompensation angewendet wurde. Wie gezeigt veranschaulichen Werte, die sich auf der X-Achse einem Wert von –1 nähern, eine Abstimmungseinstellung mit geringerer Stabilitätsreserve. Folglich führt das Anwenden eines Verstärkungswerts auf den Befehl ohne jegliche Kompensation in diesem Beispiel zu einer verringerten Stabilitätsreserve. Eine gefilterte Abstimmungseinstellung 306 repräsentiert eine Aufzeichnung für einen offenen Geschwindigkeitskreis für eine Abstimmung, bei der ein Stabilitätskompensationsfiltermodul angewendet wurde. Speziell repräsentiert die gefilterte Abstimmungseinstellung 302 wie gezeigt eine erhöhte Stabilität des offenen Geschwindigkeitskreises im Vergleich zu der Option der Abstimmungseinstellung 300, wobei Werte für die Stabilitätsreserve beibehalten werden, die ähnlich wie die Grundlinien-Abstimmungseinstellung 398 sind.
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Obwohl die Erfindung im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich leicht, dass die Erfindung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist. Stattdessen kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier nicht zuvor beschrieben wurden, welche aber dem Geist und Umfang der Erfindung entsprechen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist außerdem zu verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Folglich darf die Erfindung nicht so aufgefasst werden, dass sie durch die vorstehende Beschreibung begrenzt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8996250 [0021]
- US 5668722 [0022]
- US 5668772 [0025]
