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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Lenkhilfesysteme für Fahrzeuge. Insbesondere bezieht sich die Offenbarung auf Systeme und Verfahren, die die auf das Lenksystem angewendeten Kräfte kompensieren, die die Richtungsstabilität des Fahrzeugs gefährden können.
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Fahrzeuge, wie z. B. Kraftfahrzeuge, können ein Lenksystem enthalten, das durch einen Fahrer des Fahrzeugs betätigbar ist, um die Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu ändern. Ein derartiges Lenksystem kann eine Servoeinheit enthalten, die konfiguriert ist, den Aufwand zu verringern, der durch den Fahrer auf eine Lenksteuerung (z. B. ein Lenkrad) angewendet werden muss, um eine Änderung der Richtung des Fahrzeugs zu erreichen. Verschiedene Bedingungen können die Richtungsstabilität des Fahrzeugs gefährden, können es erfordern, dass der Fahrer inkrementale oder konstante Korrekturen an der Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausführt, und/oder können eine Rückkopplung durch das Lenkrad verursachen. Die Abweichung von einem gewünschten Fahrweg kann als "Drift" bezeichnet werden, während eine unerwünschte Rückkopplung durch das Lenkrad als "Zug" bezeichnet werden kann. Mittig erhöhte Straßen oder starke Seitenwinde können z. B. vorübergehend eine Ablenkung von dem vorgesehenen Weg des Fahrzeugs verursachen. Zusätzlich können Falschausrichtungen der Fahrzeuglenkungs- und/oder Aufhängungskomponente, Variationen des Reifenluftdrucks von Seite zu Seite oder andere mechanische Faktoren verursachen, dass das Fahrzeug zu einer Seite zieht, selbst wenn der Fahrer beabsichtigt, einer geraden Fahrtrichtung zu folgen. Die Servolenkungssysteme können konfiguriert sein, eine Lenkunterstützungskraft anzuwenden, um die Drift und das Ziehen zu verringern (z. B. zu eliminieren).
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Die Richtungsinstabilität aufgrund von Faktoren, wie z. B. einer Straßenkrone und/oder Seitenwinden, kann sich aufgrund der Änderungen der Straßenoberfläche und der Umgebungsbedingungen schnell ändern, wobei sich die Richtungsinstabilität aufgrund der Faktoren, wie z. B. einer Chassis-Falschausrichtung oder eines inkonsistenten Reifenluftdrucks, im Allgemeinen nicht mit den Änderungen der Straßenoberfläche oder der Umgebungsbedingungen ändert. Es kann erwünscht sein, die Komponenten der Richtungsinstabilität aufgrund der Straßenoberfläche und der Umgebungsfaktoren von den Komponenten der Richtungsinstabilität aufgrund der Fahrzeugfaktoren zu trennen, um eine konsistentere Kompensation und ein konsistenteres Lenkgefühl zu ermöglichen.
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Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung ein Lenkhilfesystem für ein Fahrzeug bereit, das ein Lenkhilfemodul, das konfiguriert ist, eine Basisunterstützungskraft zu bestimmen, die auf ein Lenksystem des Fahrzeugs anzuwenden ist, und ein Kompensationsmodul für vorübergehende Störungen, das konfiguriert ist, eine vorübergehende Kompensationskraft zu bestimmen, um vorübergehende Bedingungen zu kompensieren, die das Fahrzeug drängen, von einem geraden Weg abzuweichen, umfasst, wobei die vorübergehende Kompensationskraft wenigstens teilweise auf der bestimmten Basisunterstützungskraft basiert. Das System umfasst ferner ein Kompensationsmodul für stationäre Störungen, das konfiguriert ist, eine stationäre Kompensationskraft zu bestimmen, um stationäre Bedingungen zu kompensieren, die das Fahrzeug drängen, von dem geraden Weg abzuweichen, wobei die stationäre Kompensationskraft wenigstens teilweise auf der bestimmten Basisunterstützungskraft basiert. Das System enthält ein Gesamtstörungskompensationsmodul, das konfiguriert ist, eine Gesamtstörungskompensationskraft, die zusätzlich zu der Basisunterstützungskraft auf das Lenksystem anzuwenden ist, basierend auf der vorübergehenden Kompensationskraft und der stationären Kompensationskraft zu bestimmen.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung außerdem ein Verfahren zum Steuern eines Lenksystems eines Fahrzeugs bereit, das, mit einem Controller, das Bestimmen einer Basislenkunterstützungskraft basierend auf Informationen von wenigstens einem Sensor, das Bestimmen einer vorübergehenden Kompensationskraft wenigstens teilweise basierend auf der bestimmten Basislenkunterstützungskraft, das Bestimmen einer stationären Kompensationskraft wenigstens teilweise basierend auf der bestimmten Basisunterstützungskraft, und, mit einer Lenkhilfevorrichtung, das Anwenden einer Gesamtunterstützungskraft auf das Lenksystem basierend auf der Basisunterstützungskraft, der vorübergehenden Kompensationskraft und der stationären Kompensationskraft umfasst.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung außerdem ein Verfahren zum Steuern eines Lenkhilfesystems bereit, das, mit einem Controller, das Bestimmen einer Basisunterstützungskraft, das Bestimmen einer vorübergehenden Störkraft wenigstens teilweise basierend auf der Basisunterstützungskraft, das Bestimmen einer stationären Störkraft wenigstens teilweise basierend auf der Basisunterstützungskraft und das Anwenden einer Unterstützungskraft auf ein Lenksystem basierend auf der Basisunterstützungskraft, der stationären Störkraft und der vorübergehenden Störkraft umfasst.
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Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu erklären.
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Wenigstens einige der Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der mit ihnen konsistenten Ausführungsformen offensichtlich, wobei die Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen betrachtet werden sollte, worin:
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1 eine schematische Ansicht eines Lenksystems eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung ist;
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2 eine schematische Ansicht eines Lenkaufwand-Kompensationssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung ist;
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3 eine schematische Ansicht eines Kompensationsmoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung ist;
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4 eine schematische Ansicht eines Lenkgefühlmoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung ist;
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5 ein Ablaufplan ist, der ein Verfahren zum Bereitstellen einer Lenkgefühlkompensation gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung zeigt.
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Lenkhilfesystem, das konfiguriert ist, den erforderlichen Lenkaufwand zu verringern, um unter Bedingungen, die die Richtungsstabilität des Fahrzeugs ungünstig beeinflussen können, eine Geradeausfahrposition aufrechtzuerhalten. Die Systeme der Offenbarung können z. B. konfiguriert sein, durch ein Lenkhilfesystem ein Gegendrehmoment auf das Lenksystem bereitzustellen, das den Lenkaufwand verringern kann, der erforderlich ist, um eine Geradeausfahrposition unter vorübergehenden Faktoren (die z. B. unter normalen Fahrbedingungen einer schnellen Änderung unterworfen sind), die die Richtungsstabilität des Fahrzeugs beeinflussen, wie z. B. eine überkronte Straße und/oder Seitenwinde, aufrechtzuerhalten. Zusätzlich können die Systeme der Offenbarung den Lenkaufwand verringern, der erforderlich ist, um eine Geradeausfahrposition unter stationären Faktoren (die z. B. unter normalen Fahrbedingungen keiner schnellen Änderung unterworfen sind), wie z. B. einer Falschausrichtung des Chassis (z. B. der Aufhängung und/oder der Lenkung), der Variationen des Reifenluftdrucks, des Reifenverschleißes, der Reifeneigenschaften usw., aufrechtzuerhalten.
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Die Systeme der Offenbarung können separate, parallele Kompensationsmodule mit einzelnen Kalibrierungen enthalten, die konfiguriert sind, die stationären Faktoren und die vorübergehenden Faktoren zu kompensieren. Die Systeme der Offenbarung können außerdem ein Lenkgefühlmodul enthalten, das konfiguriert ist, eine konsistente haptische Rückkopplung für den Fahrer des Fahrzeugs bereitzustellen. Das Lenkgefühlmodul kann z. B. die Rate und/oder den Betrag der dem Lenksystem bereitgestellten Lenkunterstützung begrenzen, um unerwartete Änderungen des Lenkaufwands (z. B. des Lenkgefühls) zu verringern (z. B. zu eliminieren). Zusätzlich kann das Lenkgefühlmodul konfiguriert sein, die Anwendung einer Lenkunterstützungskraft zu verhindern, wenn das Fahrzeug gewartet wird.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeuglenksystems 100 gezeigt. Das Lenksystem 100 kann eine Lenksteuerung enthalten, die durch einen Fahrer des Fahrzeugs betätigbar ist, wie z. B. ein Lenkrad 102. Das Lenkrad 102 kann durch eine Lenkwelle 104 und ein mechanisches Koppelgetriebe 106 mit den gelenkten Rädern 108 des Fahrzeugs verbunden sein, wobei die Betätigung des Lenkrads 102 die gelenkten Räder 108 um eine (nicht gezeigte) Lenkachse drehen kann, die durch die Geometrie des Lenksystems 100 und/oder eines (nicht gezeigten) Aufhängungssystems des Fahrzeugs definiert ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das mechanische Koppelgetriebe 106 eine Zahnstange und ein Ritzel enthalten, die über die Spurstangen mit den Achsschenkeln verbunden sind, an denen die gelenkten Räder 108 drehbar angebracht sind. In anderen Ausführungsformen kann das mechanische Koppelgetriebe 106 ohne Einschränkung ein Lenkgetriebe enthalten, das eine Schnecke und ein Zahnsegment, zugeordnete Komponenten, wie z. B. einen Lenkzwischenhebel, einen Lenkstockhebel, eine Lenkzwischenstange, Spurstangen usw., enthält.
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Das Lenksystem 100 kann eine Lenkunterstützungseinheit 110 enthalten, die konfiguriert ist, eine Unterstützungskraft (z. B. eine Ergänzungskraft) zu einer Krafteingabe durch einen Fahrer des Fahrzeugs in das Lenkrad 102 bereitzustellen. Die Lenkunterstützungseinheit 110 kann z. B. eine elektromechanische, eine hydraulische oder eine andere Vorrichtung enthalten, die konfiguriert ist, eine Unterstützungskraft, die mit einem durch den Fahrer auf das Lenkrad 102 angewendeten Lenkdrehmoment konsistent ist, bereitzustellen, um die gelenkten Räder 108 um die Lenkachse zu lenken. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Lenkunterstützungseinheit 110 z. B. eine elektronische Servolenkungseinheit (EPAS-Einheit) umfassen, die konfiguriert ist, eine Unterstützungskraft auf das Lenksystem 100 anzuwenden. Die Lenkunterstützungseinheit 110 kann z. B. ein Unterstützungsdrehmoment auf die Lenkwelle 104, eine Unterstützungskraft auf das mechanische Koppelgetriebe 106 usw. anwenden.
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Die äußeren Bedingungen, unter denen das Fahrzeug betrieben wird, können die Richtungsstabilität des Fahrzeugs gefährden, wobei sich derartige Bedingungen in einigen Situationen schnell ändern können. Wenn das Fahrzeug z. B. über einer Straßenoberfläche 112 betrieben wird, die eine Überhöhung α aufweist, kann das Fahrzeug eine Querkraft 113 aufgrund der Schwerkraft erfahren, die die Richtungsstabilität des Fahrzeugs gefährdet. Es kann erforderlich sein, dass der Fahrer des Fahrzeugs eine Korrekturdrehmomenteingabe in das Lenkrad 102 bereitstellt, um eine Geradeausrichtung des Fahrens aufrechtzuerhalten. Wenn das Fahrzeug die Straßenoberfläche 112 überquert, kann die Überhöhung α plötzlich zunehmen oder abnehmen, was die erforderliche Korrekturdrehmomenteingabe ändert, um eine Geradeausrichtung des Fahrens aufrechtzuerhalten. Andere vorübergehende (z. B. temporäre) Faktoren können es ähnlich erfordern, dass der Fahrer ein Korrekturdrehmoment auf das Lenkrad 102 anwendet, um eine Geradeausrichtung des Fahrens aufrechtzuerhalten. Die Seitenwinde 114 können z. B. die Richtungsstabilität des Fahrzeugs beeinflussen. Die Stärke und die Richtung der Seitenwinde 114 können sich außerdem schnell ändern und folglich eine schnelle Änderung des Korrekturdrehmoments erfordern. In extremen Fällen kann es dem Fahrer misslingen, das Korrekturdrehmoment schnell genug anzuwenden oder zu entfernen, um die Geradeausrichtung des Fahrens aufrechtzuerhalten, wobei die Steuerung des Fahrzeugs durch den Fahrer gefährdet sein kann. Die vorübergehenden Faktoren, die dazu neigen, die Geradeausrichtung des Fahrens zu gefährden, können als "vorübergehende Stör"-Faktoren charakterisiert werden.
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Andere Faktoren, die die Richtungsstabilität des Fahrzeugs gefährden, können nicht mit den Bedingungen in Beziehung stehen, unter denen das Fahrzeug betrieben wird, und können keinen schnellen Änderungen während des Betriebs des Fahrzeugs unterworfen sein. Derartige Faktoren können als "stationäre" Faktoren bezeichnet werden. Eine mechanische Falschausrichtung des Lenksystems 100 oder des Aufhängungssystems des Fahrzeugs, Reifen mit inkonsistenten Eigenschaften von Seite zu Seite, z. B. aufgrund von nicht zusammenpassenden Reifen, eines falschen Reifenluftdrucks oder der Herstellungstoleranzen, können es erfordern, dass der Fahrer ein Korrekturdrehmoment bereitstellt, um eine Geradeausrichtung des Fahrens aufrechtzuerhalten. Die stationären Faktoren, die die Geradeausrichtung des Fahrens gefährden, können als "stationäre Stör"-Faktoren charakterisiert werden.
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In 2 ist eine schematische graphische Darstellung eines Steuersystems 200 eines Lenkhilfesystems 102 (1) gezeigt. Das Steuersystem 200 kann aus einer oder mehreren elektronischen Steuereinheiten (ECUs) des Fahrzeugs bestehen oder eine oder mehrere elektronische Steuereinheiten (ECUs) des Fahrzeugs enthalten. Das Steuersystem 200 kann durch einen Bus, wie z. B. einen Controller-Bereichsnetz-Bus (CAN-Bus) oder ein anderes Kommunikationsprotokoll mit verschiedenen elektrischen Systemen des Fahrzeugs verbunden sein. Das Steuersystem 200 kann ein Basisunterstützungsmodul 202 enthalten, das konfiguriert ist, ein Basisunterstützungskraftsignal 203 zu berechnen, das durch eine Unterstützungseinheit 204 (z. B. die Unterstützungseinheit 110 (1)) bereitzustellen ist. Als ein Beispiel kann das Basisunterstützungskraftsignal 203 zu der Unterstützungseinheit 204 übertragen werden, wobei die Unterstützungseinheit 204 in Reaktion darauf eine Basisunterstützungskraft erzeugen kann, um die Lenkeingaben von dem Fahrer des Fahrzeugs zu erleichtern, um die Richtungsänderungen im Fahrweg des Fahrzeugs auszuführen. Das Basisunterstützungsmodul 202 kann Eingaben bezüglich der Fahrerbetätigung des Lenkrads 102 (1) empfangen. Das Basisunterstützungsmodul 202 kann z. B. eine Eingabe von einem Lenkraddrehmomentsensor 206 empfangen, der konfiguriert ist, ein durch den Fahrer auf das Lenkrad 102 angewendetes Drehmoment abzutasten. Das Basisunterstützungsmodul 202 kann außerdem Eingaben bezüglich verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeugs empfangen. Das Basisunterstützungsmodul 202 kann z. B. Eingaben von einem oder mehreren Fahrzeugsensoren 208 empfangen. Derartige Eingaben können Daten bezüglich des Lenkradwinkels und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Gierrate des Fahrzeugs und/oder der Querbeschleunigung und/oder anderer Betriebsparameter enthalten. Das Basisunterstützungsmodul 202 kann das Basisunterstützungskraftsignal 203 basierend auf den auf die Lenkeingaben des Fahrers bezogenen Eingaben und den Betriebsparametern des Fahrzeugs berechnen und kann irgendwelche Algorithmen, Routinen, Eingaben usw. verwenden, die herkömmlichen Lenkhilfesystemen zugeordnet sind.
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Das Steuersystem 200 kann ein oder mehrere Kompensationsmodule enthalten, die konfiguriert sind, eine Kraft zu bestimmen, die durch die Unterstützungseinheit 204 anzuwenden ist, um den Faktoren entgegenzuwirken, die die Richtungsstabilität des Fahrzeugs gefährden können. Mit anderen Worten, das eine oder die mehreren Kompensationsmodule können konfiguriert sein, der Unterstützungseinheit 204 ein Signal bereitzustellen, um eine Kompensationskraft auf das Lenksystem 100 (1) anzuwenden, die die Notwendigkeit verringert (z. B. eliminiert), dass der Fahrer ein Korrekturdrehmoment auf das Lenkrad 102 anwendet, um eine Geradeausrichtung des Fahrens des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten. Das Steuersystem 200 kann mehrere Kompensationsmodule enthalten, wobei jedes eine Kalibrierung aufweist, die konfiguriert ist, ein Kompensationssignal für eine andere Kategorie von Faktoren, die die Richtungsstabilität gefährden, bereitzustellen. Eine derartige Kalibrierung kann spezifische Randbedingungen, spezifische Anfangsbedingungen, eine spezifische Abtastrate oder eine andere Programmierung oder Steuerung eines Integratormoduls 230 des Kompensationsmoduls enthalten, wie Folgenden im Zusammenhang mit 3 beschrieben wird. Zusätzlich oder alternativ kann eine derartige Kalibrierung das Vorhandensein und die Konfiguration von Filtern, wie z. B. Hochpassfiltern, Tiefpassfiltern und Kombinationen daraus, enthalten.
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In 2 kann ein Kompensationsmodul 210 konfiguriert sein, der Unterstützungseinheit ein Signal bereitzustellen (z. B. zu erzeugen, zu bestimmen), um einen vorübergehenden Störfaktor, wie z. B. eine Störung, die sich aus einer Straßenkrone, einem Seitenwind, einer Turbulenz aufgrund anderer Fahrzeuge auf der Straße oder anderer temporärer (z. B. Umwelt-)Faktoren, die die Geradeausstabilität des Fahrzeugs beeinflussen, ergibt, zu kompensieren. Entsprechend kann das Kompensationsmodul 210 als ein Modul für vorübergehende Kompensationen charakterisiert werden. Das Modul 210 für vorübergehende Kompensationen kann Signale von dem einen oder den mehreren Fahrzeugsensoren 208 bezüglich der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Lenkradwinkels, der Gierrate, der Querbeschleunigung usw. empfangen. In einigen Ausführungsformen kann das Modul 210 für vorübergehende Kompensationen ein Signal 209 bezüglich des Basisunterstützungskraftsignals 203 von dem Basisunterstützungsmodul 202 empfangen. In einigen Ausführungsformen kann das Signal 203 als das Signal 209 direkt in das Modul 210 für vorübergehende Kompensationen eingespeist werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Kompensationsmodul 210 ein auf ein durch den Fahrer auf das Lenkrad 102 (1) angewendetes Drehmoment bezogenes Signal empfangen. Das Kompensationsmodul 210 kann z. B. ein Signal von dem Drehmomentsensor 206 empfangen, der ein auf das durch den Fahrer auf das Lenkrad 102 angewendete Drehmoment bezogenes Signal erzeugt. Wie im Folgenden im Zusammenhang mit 3 ausführlicher erörtert wird, kann das Kompensationsmodul 210 ein vorübergehendes Kompensationssignal 211 erzeugen. Das vorübergehende Kompensationssignal 211 kann schließlich zu der Unterstützungseinheit 204 übertragen werden, wobei eine durch die Unterstützungseinheit 204 in Reaktion auf das vorübergehende Kompensationssignal 211 angewendete Kraft die Notwendigkeit verringern (z. B. eliminieren) kann, dass der Fahrer ein Drehmoment auf das Lenkrad 102 anwendet, um eine Geradeausrichtung des Fahrens aufrechtzuerhalten.
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Kompensationsmodul 210 kalibriert sein, um vorübergehende Störfaktoren zu kompensieren, wobei es als ein Modul 210 für vorübergehende Kompensationen charakterisiert werden kann, während ein oder mehrere zusätzliche Kompensationsmodule, wie z. B. ein Kompensationsmodul 212, kalibriert sein können, um stationäre Störfaktoren zu kompensieren. Entsprechend kann das Kompensationsmodul 212 als ein Modul für stationäre Kompensationen charakterisiert werden. Das Modul 212 für stationäre Kompensationen kann die gleichen Eingaben wie das Kompensationsmodul 210 empfangen, z. B. die auf das durch den Fahrer auf das Lenkrad 102 (1) angewendete Drehmoment bezogenen Signale und/oder die auf das durch das Basisunterstützungsmodul 202 erzeugte Basisunterstützungssignal 203 bezogenen Signale. Das Kompensationsmodul 212 kann ein stationäres Kompensationssignal 213 erzeugen. Das stationäre Kompensationssignal 213 kann schließlich zu der Unterstützungseinheit 204 übertragen werden, wobei die Unterstützungseinheit 204 in Reaktion darauf eine Unterstützungskraft anwenden kann, die die Notwendigkeit verringert (z. B. eliminiert), dass der Fahrer ein Drehmoment auf das Lenkrad 102 anwendet, um eine Geradeausrichtung des Fahrens aufrechtzuerhalten.
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In einigen Ausführungsformen können mehrere Kompensationsmodule verwendet werden, um die vorübergehenden Störfaktoren und/oder die stationären Störfaktoren zu kompensieren. Es kann z. B. ein zusätzliches Kompensationsmodul 214 enthalten sein, wobei es ähnlich zum Modul 210 konfiguriert sein kann, vorübergehende Störfaktoren zu kompensieren. Alternativ kann das zusätzliche Kompensationsmodul 214 ähnlich zum Modul 212 konfiguriert sein, die stationären Störfaktoren zu kompensieren. Es kann irgendeine Anzahl von Kompensationsmodulen verwendet werden, um jeden der vorübergehenden Störfaktoren und der stationären Störfaktoren zu kompensieren. Während 2 nur das zusätzliche Kompensationsmodul 214 veranschaulicht, können z. B. mehrere zusätzliche Kompensationsmodule enthalten sein und so kalibriert sein, dass es mehrere Kompensationsmodule gibt, die kalibriert sind, um die vorübergehenden Störfaktoren zu kompensieren, und mehrere Kompensationsmodule gibt, die kalibriert sind, um die stationären Störfaktoren zu kompensieren.
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Das durch das Modul 210 für vorübergehende Kompensationen erzeugte vorübergehende Kompensationssignal 211 und das durch das Modul 212 für stationäre Kompensationen erzeugte stationäre Kompensationssignal 213 können an einem Summationsknoten 215 summiert werden und zu einem Unterstützungskraft-Modifiziermodul 216 übertragen werden. Das Unterstützungskraft-Modifiziermodul 216 kann konfiguriert sein, sicherzustellen, dass eine haptische Rückkopplung (z. B. ein Lenkgefühl), die durch das Lenkrad 102 (1) zu dem Fahrer übertragen wird, während des Betriebs des Fahrzeugs annehmbar konsistent (z. B. gleichmäßig) ist, wie im Folgenden im Zusammenhang mit 4 ausführlicher erörtert wird. Zusätzlich kann das Unterstützungskraft-Modifiziermodul 216 konfiguriert sein, das Anwenden einer Kompensations-Lenkunterstützungskraft unter den Bedingungen zu verhindern, unter denen eine derartige Kraft unnötig, unerwünscht oder unsicher sein kann, wie z. B. wenn das Fahrzeug langsam fährt oder gewartet wird.
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Ein Ausgangskompensationssignal 217 von dem Unterstützungskraft-Modifiziermodul 216 kann an einem Summationsknoten 220 mit dem Basisunterstützungskraftsignal 203 von dem Basisunterstützungsmodul 202 summiert werden. Ein kombiniertes Unterstützungskraftsignal 222 kann zu der Lenkunterstützungseinheit 204 (z. B. der Lenkunterstützungseinheit 110 (1)) übertragen werden, wobei die Lenkunterstützungseinheit 204 eine Unterstützungskraft auf das Lenksystem 100 (1) anwenden kann.
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In 3 sind die Inhalte des Moduls 210 für vorübergehende Kompensationen in einer schematischen Ansicht ausführlicher gezeigt. Während das Modul 210 für vorübergehende Kompensationen in 3 spezifisch gezeigt ist, können das Modul 212 für stationäre Kompensationen und irgendwelche anderen Kompensationsmodule (wie z. B. das zusätzliche Kompensationsmodul 214) ähnliche oder völlig gleiche Inhalte enthalten, wobei die Unterschiede der Funktionalität (z. B. die Erzeugung von Kompensationssignalen, um verschiedene Kategorien von Störfaktoren zu behandeln) durch verschiedene Kalibrierungen erzeugt werden können, wie im Folgenden erörtert wird.
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Das Kompensationsmodul 210 kann ein Richtungsvertrauensmodul 226 enthalten, das konfiguriert ist, eine Wahrscheinlichkeit zu berechnen, dass der Fahrer beabsichtigt, das Fahrzeug entlang einem geraden Weg zu lenken. Ein Wert von 0 kann z. B. keine Wahrscheinlichkeit angeben, dass der Fahrer beabsichtigt, dass das Fahrzeug einem geraden Weg folgt, während ein Wert von 1 eine Bestimmtheit repräsentieren kann, dass der Fahrer beabsichtigt, dass das Fahrzeug einem geraden Weg folgt. Das Richtungsvertrauensmodul 226 kann Signale von dem einen oder den mehreren Fahrzeugsensoren 208 einschließlich eines oder mehrerer eines Lenkradwinkelsensors, eines Querbeschleunigungssensors, eines Gierratensensors, eines Längsbeschleunigungssensor oder irgendeines anderen Sensors, der konfiguriert ist, Informationen bezüglich der Betriebsparameter des Fahrzeugs bereitzustellen, die als Indikatoren des beabsichtigten Weges des Fahrers dienen können, empfangen. Eine Wahrscheinlichkeit, dass der Fahrer beabsichtigt, das Fahrzeug entlang einem geraden Weg zu lenken, kann z. B. als eine Funktion eines oder mehrerer der Betriebsparameter ausgedrückt werden. Mit anderen Worten, die Wahrscheinlichkeit, dass der Fahrer beabsichtigt, das Fahrzeug entlang einem geraden Weg zu lenken, kann durch das Multiplizieren von Faktoren, die den einzelnen Betriebsparametern des Fahrzeugs zugeordnet sind, erzeugt (z. B. berechnet) werden. Eine Wahrscheinlichkeit P, dass der Fahrer beabsichtigt, das Fahrzeug entlang einem geraden Weg zu lenken, kann z. B. mit einer Funktion der folgenden allgemeinen Form in Gleichung 1 erzeugt werden: P = f1(Eingabe 1)·f2(Eingabe 2)·f3(Eingabe 3) ... fi(Eingabe i) (1)
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In Gleichung 1 ist P ein Wahrscheinlichkeitswert zwischen 0 und 1 und sind die f1 bis fi Funktionen der verschiedenen Eingaben 1 bis i, die einen Lenkradwinkel und/oder eine Querbeschleunigung und/oder eine Gierrate und/oder eine Längsbeschleunigung usw. enthalten können. Die Funktionen fi bis f1 werden multipliziert, um den Wahrscheinlichkeitswert P zu erzeugen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können die Funktionen f1 bis fi relative Gewichte, die den Eingaben 1 bis i zugeordnet sind, sein oder enthalten.
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Der Wahrscheinlichkeitswert P wird mit einem Signal 227 bezüglich eines durch den Fahrer auf das Lenkrad 102 (1) angewendeten Drehmoments (z. B. einem Signal von einem Lenkraddrehmomentsensor 206) multipliziert, um ein gewichtetes Fahrerdrehmomentsignal 228 zu erzeugen, das die Wahrscheinlichkeit enthält, dass ein durch den Fahrer angewendetes Drehmoment (und/oder ein durch das Basisunterstützungsmodul 202 erzeugtes zugeordnetes Unterstützungssignal) vorgesehen ist, einem Faktor entgegenzuwirken, der die Geradenstabilität des Fahrzeugs gefährdet. Mit anderen Worten, falls der Wahrscheinlichkeitswert P hoch ist (sich z. B. nah bei 1 befindet), ist das durch den Fahrer angewendete Drehmoment wahrscheinlich vorgesehen, um einer Störkraft entgegenzuwirken, wobei sich das gewichtete Fahrerdrehmomentsignal 228 nah bei dem Drehmomentsignal 227 befindet oder gleich dem Drehmomentsignal 227 ist. Falls umgekehrt der Wahrscheinlichkeitswert niedrig ist (sich z. B. nah bei 0 befindet), ist es wahrscheinlicher, dass das durch den Fahrer angewendete Drehmoment (und/oder das durch das Basisunterstützungsmodul 202 erzeugte zugeordnete Unterstützungssignal) vorgesehen ist, eine Änderung der Richtung des Fahrzeugs zu verursachen, wobei das gewichtete Fahrerdrehmomentsignal 228 signifikant kleiner als das Drehmomentsignal 227 ist.
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Das gewichtete Fahrerdrehmomentsignal 228 kann zu einem Integratormodul 230 übertragen werden. Das Integratormodul 230 kann ein Ausgangssignal 231 bereitstellen, das den Störfaktor repräsentiert (z. B. eine Schätzung, eine Messung usw. des Störfaktors ist), der durch das Kompensationsmodul 210 zu kompensieren ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Integratormodul 230 ein diskreter Zeitintegrator der Form sein, die in Gleichung 2 gezeigt ist: x(k + 1) = x(k) + b(k)·u(k) (2)
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In Gleichung 2 repräsentiert x(k) den Zustand des Integratormoduls 230 zu einem generischen Zeitpunkt k, repräsentiert u(k) das gewichtete Drehmomentsignal 228, repräsentiert b(k) einen durch das Integratorfaktormodul 232 berechneten Integratorfaktor und repräsentiert x(k + 1) den Zustand des Integratormoduls 230 zum Zeitpunkt k + 1. Das Integratorfaktormodul 232 kann den Integratorfaktor b(k) basierend auf einer oder mehreren Eingaben bezüglich des auf das Lenkrad angewendeten Drehmoments, des durch die Servoeinheit angewendeten Kompensationsdrehmoments und der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, wie z. B. des Lenkradwinkels, der Gierrate, der Querbeschleunigung, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Längsgeschwindigkeit usw., berechnen. Der Integratorfaktor b(k) kann das Niveau der Kompensation, das schließlich durch das Modul 210 für vorübergehende Kompensationen (oder das Modul 212 für stationäre Kompensationen) bereitgestellt wird, basierend auf den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, die als die Eingaben in das Integratorfaktormodul 232 bereitgestellt werden, einstellen. Mit anderen Worten, der Integratorfaktor b(k) kann berechnet werden, um ein geeignetes Niveau der Kompensationskraft in Anbetracht der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs bereitzustellen.
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Die Anfangsbedingungen für das Integratormodul 230 können durch ein Anfangsbedingungsmodul 234 festgelegt werden. Das Anfangsbedingungsmodul 234 kann die Anfangsbedingungen für die Eingabe in das Integratormodul 230 basierend auf wenigstes einem des auf das Lenkrad angewendeten Drehmoments und des berechneten Basisunterstützungsdrehmoments 203 und/oder eines Gesamtunterstützungsdrehmoments (d. h., des berechneten Basisdrehmoments und des berechneten Kompensationsdrehmoments von den Kompensationsmodulen 210 und 212) erzeugen (z. B. berechnen, schätzen). Die Anfangsbedingungen können einen Zustand x(k) des Integratormoduls 230 beim Fahrzeugstart, bei einem periodischen Rücksetzen des Integratormoduls 230 während des Betriebs des Fahrzeugs usw. repräsentieren.
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Eine Ausgabe 231 von dem Integrator 230 kann mit einer Ausgabe von einem sekundären Wahrscheinlichkeitsmodul 238 multipliziert werden. Das sekundäre Wahrscheinlichkeitsmodul 238 kann die Ausgabe von dem Integrator 230 basierend auf verschiedenen Eingaben bezüglich der Betriebsparameter des Fahrzeugs ähnlich zu dem oben beschriebenen Richtungsvertrauensniveau-Berechnungsmodul 226 gewichten. Das sekundäre Wahrscheinlichkeitsmodul 238 kann die Ausgabe 231 des Integrators basierend auf einer durch das sekundäre Wahrscheinlichkeitsmodul 238 berechneten Wahrscheinlichkeit, dass der Fahrer beabsichtigt, das Fahrzeug auf einem geraden Weg zu lenken, modifizieren. Falls der Wahrscheinlichkeitswert niedrig ist, was angibt, dass der Fahrer nicht beabsichtigt, einem geraden Weg zu folgen, ist folglich das angewendete Korrekturdrehmoment entsprechend kleiner.
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Ein oder mehrere Kalibrierungsaspekte des Integratormoduls 230, das dem Modul 210 für vorübergehende Kompensationen zugeordnet ist, können von den Kalibrierungsaspekten des Integratormoduls, das dem Modul 212 für stationäre Kompensationen zugeordnet ist, verschieden sein. Die Aspekte der Kalibrierung, die sich unterscheiden können, können z. B. eine Abtastrate des Integratormoduls 230 (d. h., das Zeitintervall zwischen den generischen Zeitpunkten k), die durch das Anfangsbedingungsmodul 234 zugeführten Anfangsbedingungen und andere Aspekte der Kalibrierung enthalten. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann ein relativ häufigerer Abtastzeitpunkt die vorübergehenden Störungsbedingungen auflösen, während ein relativ weniger häufiger Abtastzeitpunkt die stationären Störungsbedingungen isolieren kann. Zusätzlich können einige Aspekte der Berechnung der Wahrscheinlichkeit P in dem Richtungsvertrauensniveau-Berechnungsmodul 226, die sich zwischen dem Modul 210 für vorübergehende Kompensationen und dem Modul 212 für stationäre Kompensationen unterscheiden können, variieren. Die speziellen Eingaben in das Richtungsvertrauensniveau-Berechnungsmodul 226 können sich z. B. zwischen dem Modul 210 für vorübergehende Kompensationen und dem Modul 212 für stationäre Kompensationen unterscheiden. Zusätzlich oder alternativ können sich irgendeine oder irgendeine Kombination der Funktionen f1 bis fi zwischen dem Modul 210 für vorübergehende Kompensationen und dem Modul 212 für stationäre Kompensationen unterscheiden.
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Die Ausgabe 231 des Integrators 230 kann außerdem zu einem Speichermodul 236 übertragen werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Zustand x(k) des Integrators im Speichermodul 236 gespeichert sein, so dass der Zustand des Integrators 230 zu einem speziellen Zeitpunkt k für die spätere Verwendung wiedergewonnen werden kann. In einigen Ausführungsformen kann das Speichermodul 236 innerhalb des Moduls 210 für vorübergehende Kompensationen im Vergleich zu dem Modul 212 für stationäre Kompensationen unterschiedlich funktionieren. Der Integratorzustand x(k) zu einem Zeitpunkt k, wenn das Fahrzeug stillgelegt wird, kann z. B. innerhalb des Speichermoduls 236 des Moduls 212 für stationäre Kompensationen gespeichert werden. Der Integratorzustand x(k) kann beim nächsten Zündzyklus des Fahrzeugs wiedergewonnen werden. Eine derartige Funktionalität kann eine konsistente Kompensation stationärer Faktoren, wie z. B. mechanischer Falschausrichtungen und Inkonsistenzen des Reifenluftdrucks und/oder der Reifeneigenschaften, bereitstellen, die sich zwischen den Zyklen der Zündung nicht nennenswert ändern können und über einen Zeitraum relativ konstant bleiben können. In einigen Ausführungsformen können die Inhalte des Speichermoduls 236 durch einen Fahrzeugwartungstechniker bei Wartungsereignissen, wie z. B. einer Ausrichtung, einem Reifenwechsel usw., (z. B. durch das Trennen der Fahrzeugbatterie, durch das Verbinden eines Diagnosewerkzeugs mit dem Fahrzeugelektroniksystem usw.) rückgesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Speichermodul 236 die stationären Fahrzeugeigenschaften mit oder ohne ein Rücksetzen durch einen Techniker "erneut lernen".
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Im Gegensatz kann in einigen beispielhaften Ausführungsformen das Speichermodul 236 des Moduls 210 für vorübergehende Kompensationen konfiguriert sein, den letzten Integratorzustand x(k) beim Abschalten der Zündung löschen, da die vorübergehenden Bedingungen, wie z. B. eine Straßenüberhöhung und die Seitenwinde, beim Neustart des Fahrzeugs vorhanden sein können oder nicht. Alternativ kann der letzte Integratorzustand x(k) in dem Speicher gehalten werden und beim Start angewendet werden, wobei das Modul 210 für vorübergehende Kompensationen die vorhandenen Bedingungen während des Betriebs "erneut lernen" kann.
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Wie oben im Zusammenhang mit 2 beschrieben worden ist, können die Ausgaben aus der Einheit 210 für vorübergehende Kompensationen und der Einheit 212 für stationäre Kompensationen bei 215 summiert und zu einem Unterstützungskraft-Modifiziermodul 216 übertragen werden. In 4 kann das Unterstützungskraft-Modifiziermodul 216 ein Sicherheitssperrmodul 240 enthalten, das konfiguriert ist, das Anwenden einer Kompensationskraft durch das Lenkhilfesystem 204 zu verhindern, wenn das Anwenden einer derartigen Kraft eine Sicherheitsgefahr sein kann, z. B. wenn das Fahrzeug für die Wartung auf einer Hebevorrichtung hochgehoben wird. In einer Ausführungsform kann ein Signal von dem wenigstens einem Sensor 208 (2) zu dem Sicherheitssperrmodul 240 übertragen werden. Ein Signal, das die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert, kann z. B. zu dem Sicherheitssperrmodul 240 übertragen werden, wobei das Anwenden einer Kompensationskraft unter einer Fahrzeugschwellengeschwindigkeit verhindert werden kann, indem ein Signal von dem Sicherheitssperrmodul 240 mit dem Unterstützungssignal 215 multipliziert wird. Falls das Sicherheitssperrmodul 240 unsichere Bedingungen für das Anwenden eines Kompensationsdrehmoments angibt, kann das Unterstützungssignal 215 mit einem "Null"-Signal von dem Sicherheitssperrmodul 240 multipliziert werden, um das Anwenden der Kompensationskraft zu verhindern.
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Das Unterstützungskraftsignal, das durch das Sicherheitssperrmodul 240 modifiziert worden ist, kann zu einem Lenkgefühlmodul 242 übertragen werden. Das Lenkgefühlmodul 242 kann konfiguriert sein, sicherzustellen, dass die durch den Fahrer erfahrene haptische Rückkopplung (z. B. das "Lenkgefühl") vorhersagbar und konsistent ist. In einigen Ausführungsformen kann das Lenkgefühlmodul 242 z. B. einen Sättigungsbegrenzer und/oder einen Ratenbegrenzer enthalten. Der Sättigungsbegrenzer kann die auf das Lenksystem 100 (1) angewendete Gesamtunterstützungskraft auf ein spezielles vorgegebenes Niveau begrenzen. Der Ratenbegrenzer kann die Rate begrenzen, mit der die auf das Lenksystem 100 angewendete Gesamtunterstützungskraft zunimmt oder abnimmt, um das schnelle Anwenden oder Entfernung der Unterstützungskraft zu verlangsamen, was andernfalls unerwartete Änderungen des Lenkgefühls verursachen kann. Die Ausgabe 217 aus dem Unterstützungsmodifiziermodul 216 kann mit der Ausgabe 203 (2) von dem Basisunterstützungskraftmodul 202 (2) summiert und zu der Lenkunterstützungseinheit 204 (2) übertragen werden, die die durch das summierte Signal angegebene Unterstützungskraft anwenden kann, wie im Zusammenhang mit 2 erörtert worden ist. Die Ausgabe 217 von dem Unterstützungsmodifiziermodul 216 kann auf einer Summation des Basisunterstützungskraftsignals 203, des vorübergehenden Kompensationssignals 211 und des stationären Kompensationssignals 213 basieren, wobei die angewendete Unterstützungskraft zusätzlich zu der Basisunterstützungskraft eine Kompensation für irgendwelche vorübergehenden Störfaktoren und irgendwelche stationären Störfaktoren bereitstellen kann.
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5 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren 500 zum Steuern eines Lenksystems eines Fahrzeugs zeigt. Das Verfahren enthält das Bestimmen einer Basislenkunterstützungskraft basierend auf Informationen von wenigstens einem Sensor in dem Vorgang 502 mit einem Controller. In dem Vorgang 504 enthält das Verfahren das Bestimmen einer vorübergehenden Kompensationskraft wenigstens teilweise basierend auf der bestimmten Basislenkunterstützungskraft. In dem Vorgang 506 enthält das Verfahren das Bestimmen einer stationären Kompensationskraft wenigstens teilweise basierend auf der bestimmten Basisunterstützungskraft. In dem Vorgang 508 enthält das Verfahren das Anwenden einer Gesamtunterstützungskraft auf das Lenksystem basierend auf der Basisunterstützungskraft, der vorübergehenden Kompensationskraft und der stationären Kompensationskraft mit einer Lenkhilfevorrichtung.
