DE19615377A1 - Steuervorrichtung für elektrisches Lenkservosystem - Google Patents
Steuervorrichtung für elektrisches LenkservosystemInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung,
die in einem elektrischen Lenkservosystem verwendet wird.
Ein elektrisches Lenkservosystem eines Fahrzeugs wird dazu
verwendet, den vom Fahrer manuell vorgenommenen Lenkvorgang
durch folgende Schritte zu unterstützen: Erfassung eines
Lenkdrehmoments, welches an einer Lenkwelle durch die
Betätigung des Lenkrades erzeugt wird, und einer
Fahrzeuggeschwindigkeit; Bearbeitung eines Strombefehls, der
einen Sollwert für einen Motor darstellt, der mit einem
Lenksystem verbunden ist, entsprechend den erfaßten Werte für
das Drehmoment und die Fahrzeuggeschwindigkeit; Ermittlung
eines Stromsteuerwertes (Stromregelwertes) durch Berechnung
einer Differenz zwischen dem Strombefehlswert, der den
Steuer-Sollwert darstellt, und dem Wert des momentan
tatsächlich durch den Motor fließenden Stroms; und Steuern
oder Regeln des Motors unter Verwendung des im vorherigen
Schritt erhaltenen Stromsteuerwertes.
Im allgemeinen wird der Motor so gesteuert, daß bei niedriger
Fahrzeuggeschwindigkeit die Ausgangsleistung zur
Unterstützung des manuell vorgenommenen Lenkvorgangs erhöht
wird, um die Belastung bei diesem Vorgang zu verringern, und
andererseits bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit die
Ausgangsleistung verringert wird, damit die Belastung bei dem
Handhabungsvorgang höher ist.
Bei einem derartigen elektrischen Lenkservosystem wird die
Stabilität- des Steuer- oder Regelsystems durch eine
Phasenkompensationsschaltung gewährleistet, die in die
Endstufe eines Drehmomentsensors eingefügt ist.
Darüber hinaus verschlechtert sich bei einem derartigen
elektrischen Lenkservosystem die Reaktion der Steuer- oder
Regelvorrichtung infolge des Trägheitsmoments des mit dem
Lenksystem verbundenen Motors, wodurch sich das Gefühl beim
Lenkvorgang verschlechtert. Es ist allgemein bekannt, daß
Versuche unternommen wurden, das Reaktionsvermögen des
Steuer- oder Regelsystems dadurch zu verbessern, daß
Differenzwerte des Lenkdrehmoments zum Strombefehlswert
hinzuaddiert werden.
Darüber hinaus bildet ein derartiges elektrisches
Lenkservosystem ein Schwingungs- oder Resonanzsystem, welches
den Motor und eine Torsionsstange als Masse bzw.
Fehlerelemente aufweist. Wenn das Resonanzsystem Schwingungen
auslöst, verschlechtert sich das Gefühl beim Lenkvorgang. Aus
diesem Grund ist ein Bandsperrfilter in die Endstufe des in
dem Steuersystem verwendeten Drehmomentsensors eingefügt,
wobei dieses Filter zur Verringerung der Auswirkungen einer
Resonanzfrequenzkomponente verwendet wird, um die
Schwingungen des Resonanzsystems zu unterdrücken, wie wohl
bekannt ist. Dieses Verfahren zur Verbesserung des Gefüges
beim Lenkvorgang ist in dem offengelegten japanischen Patent
Nr. Hei-6-183355 beschrieben.
Die Stabilität und das Reaktionsvermögen des Steuer- oder
Regelsystems, welches bei dem voranstehend geschilderten
elektrischen Lenkservosystem verwendet wird, stellen jedoch
entgegengesetzte, einander widersprechende Eigenschaften dar.
Genauer gesagt wird, wenn die Stabilität verbessert wird, das
Reaktionsvermögen verschlechtert, und wenn andererseits das
Reaktionsvermögen verbessert wird, verschlechtert sich
unvermeidlich die Stabilität. Anders ausgedrückt ist es
schwierig, beide Eigenschaften gleichzeitig zu verbessern.
Darüber hinaus wird ein Bandsperrfilter zum Ausschalten einer
Resonanzfrequenzkomponente verwendet, die von einem
Resonanzsystem erzeugt wird, welches unter anderem den Motor
und die Torsionsstange umfaßt, die wie voranstehend
geschildert in dem elektrischen Lenkservosystem vorgesehen
sind. Nicht nur verschlechtert der Einsatz eines derartigen
Filters das Reaktionsvermögen für Frequenzen kleiner oder
gleich einer Zentrumsfrequenz, bei welcher die Komponente
ausgeschaltet wird, sondern ist es in einigen Fällen auch
schwierig, einen guten Schwingungsunterdrückungseffekt zu
erzielen, infolge von Variationen der Genauigkeit von
Bauteilen, welche das Filter und andere Elemente bilden.
Darüber hinaus ist es wünschenswert, eine nicht-lineare
Charakteristik eines Systems wie bei einem hydraulischen
Lenkservosystem zur Verfügung zu stellen, in Bezug auf den
Befehl, der die Lenkleistung zur Unterstützung des manuellen
Lenkvorgangs festlegt. Allerdings treten infolge der Tatsache
Schwierigkeiten auf, daß es bei einem hydraulischen
Lenkservosystem schwierig ist, ein Steuer- oder Regelsystem
unter Berücksichtigung der nicht-linearen Charakteristik zu
entwerfen, oder unter Berücksichtigung von Variationen der
Dynamikeigenschaften, die durch unterschiedliche
Betriebszustände hervorgerufen werden. Weiterhin ist es,
sobald ein Steuer- oder Regelsystem entworfen wurde,
ebenfalls schwierig, das entworfene Steuer- oder Regelsystem
durch eine Digitalschaltung zu verwirklichen, infolge der
erhöhten Komplexität des Steuer- oder Regelsystems.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung einer Steuer- oder Regelvorrichtung, welche
sowohl die Stabilität als auch das Reaktionsvermögen eines
Steuer- oder Regelsystems verbessert, das in einem
elektrischen Lenkservosystem für Fahrzeuge verwendet wird,
und zwar gleichzeitig.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung einer Steuer- oder Regelvorrichtung, welche
sowohl die Stabilität als auch das Reaktionsvermögen eines
Steuer- oder Regelsystems verbessert, das in einem
elektrischen Lenkservosystem für Fahrzeuge verwendet wird,
und zwar durch Entfernen eines Spitzenwertes bei der
Resonanzfrequenz, und Kompensieren einer Phasenverschiebung
an der Resonanzfrequenz eines Resonanzsystems, welches Feder- und
Trägheitselemente aufweist, wobei der Spitzenwert und die
Phasenverschiebung in einem erfaßten Drehmoment auftreten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des
Gesamtaufbaus eines elektrischen
Lenkservosystems;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer elektronischen
Steuer- oder Regelschaltung;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer
Motortreiberschaltung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der
Frequenzcharakteristik eines aktuellen Steuer- oder
Regelobjekts sowie ein Modell, welches
das aktuelle Objekt approximiert;
Fig. 5 schematisch die Eigenschaften eines
Lenkmechanismus, der gesteuert oder geregelt
werden soll, anhand von dessen
Übertragungsfunktion;
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung
einer ausreichenden Bedingung für die
Stabilisierung eines Steuer- oder
Regelsystems;
Fig. 7 eine schematische Erläuterung von Werten eines
Hilfsdrehmomentbefehls, der einen
Lenkvorgangshilfsleistung festlegt, wobei
diese Werte in einer
Eigenschaftskennlinienspeichereinheit
gespeichert sind;
Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung
einer ausreichenden Bedingung zur
Stabilisierung eines Steuer- oder
Regelsystems;
Fig. 9 eine schematische Darstellung der
Eigenschaften in einem Zustand, in welchem das
Steuer- oder Regelsystem stabilisiert wurde;
und
Fig. 10 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Funktion
eines Stabilisierungskompensators, wobei diese
Funktion durch eine CPU durchgeführt wird.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines elektrischen
Lenkservosystems, bei welchem die vorliegende Erfindung
eingesetzt wird. Wie aus der Figur hervorgeht, ist eine Welle
2 eines Lenkrades 1 mit einer Verbindungsstange 8 eines
Lenkrades über ein Reduziergetriebe 4, Universalgelenke 5a
und 5b, und einen Ritzel-Zahnstangenmechanismus 7 verbunden.
Auf der Welle 2 ist ein Drehmomentsensor 3 zur Erfassung
eines Lenkdrehmoments angeordnet. Weiterhin ist ein Motor 10
zur Unterstützung eines manuellen Lenkvorgangs mit der Welle
2 über eine Kupplung 9 und das Reduziergetriebe 4 verbunden.
Die Kupplung 9 wird durch eine elektronische Steuerschaltung
13 gesteuert, die nachstehend erläutert ist. Im normalen
Betriebszustand befindet sich die Kupplung 9 im Eingriff. Im
Falle eines Ausfalls, der von der elektronischen
Steuerschaltung 13 in dem Lenkservosystem festgestellt wird,
und dann, wenn die Stromversorgung abgeschaltet ist, befindet
sich die Kupplung 9 außer Eingriff (ist ausgerückt).
Elektrische Energie wird von einer Batterie 14 der
elektronischen Steuerschaltung 13 zum Steuern des
Lenkservosystems über einen Zündschlüsselschalter 11
zugeführt. Die elektronische Steuerschaltung 13 berechnet den
Wert eines Strombefehls aus einem Lenkdrehmoment, welches von
dem Drehmomentsensor 3 erfaßt wird, und einer
Fahrzeuggeschwindigkeit, die von einem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 erfaßt wird. Der von der
elektronischen Steuerschaltung 13 berechnete Wert des
Strombefehls wird in einem Rückkopplungssystem zum Steuern
oder Regeln eines den Motor 10 zugeführten Stroms verwendet.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, welches die elektronische
Steuer- oder Regelschaltung 13 zeigt, die durch die
vorliegende Ausführungsform zur Verfügung gestellt wird. Die
elektronische Steuerschaltung 13 wird durch einen
Mikrocomputer gebildet, der nachstehend einfach als CPU
bezeichnet wird. Wie aus der Figur hervorgeht, umfaßt die
elektronische Steuer- oder Regelschaltung 13 Funktionsblöcke,
die durch ein Programm in der CPU ausgeführt werden.
Die in Fig. 2 gezeigte elektronische Steuerschaltung 13
unterscheidet sich von einer elektronischen Steuerschaltung
zum Steuern eines konventionellen Lenkservosystems in der
Hinsicht, daß bei der elektronischen Steuer- oder
Regelschaltung 13 ein Stabilisierungskompensator 21, der
gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird,
in einer hinteren Stufe des Drehmomentsensors 3 zur Erfassung
eines Lenkdrehmoments vorgesehen ist. Von dem
Stabilisierungskompensator 21 wird eine Kompensation
durchgeführt, um die Stabilität und das Reaktionsvermögen des
Steuer- oder Regelsystems zu erhöhen, Schwingungen zu
unterdrücken, und daher ein gutes Gefühl beim Lenkvorgang zur
Verfügung zu stellen. Einzelheiten des
Stabilisierungskompensators 21 werden später beschrieben.
Zuerst werden der Betriebsablauf und der Aufbau der
elektronischen Steuer- oder Regelschaltung 13 geschildert.
Mit einem von dem Drehmomentsensor 3 empfangenen Signal,
welches das Lenkdrehmoment repräsentiert, wird ein
vorbestimmter Kompensationsvorgang in dem
Stabilisierungskompensator 21 durchgeführt, der nachstehend
noch genauer erläutert wird, bevor das Signal einem
Strombefehlsprozessor 22 zugeführt wird. Weiterhin wird auch
ein Signal, welches die Fahrzeuggeschwindigkeit
repräsentiert, und von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12
erfaßt wird, dem Strombefehlsprozessor 22 zugeführt.
Der Strombefehlsprozessor 22 berechnet den Wert I eines
Strombefehls, der einen dem Motor 10 zuzuführenden Sollwert
angibt, unter Verwendung vorbestimmter arithmetischer
Gleichungen auf der Grundlage eines Signals, welches das
Lenkdrehmoment repräsentiert, wobei dieses Signal den
vorbestimmten Kompensationsvorgang in dem
Stabilisationskompensator 21 durchlaufen hat, eines Signals,
welches die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert, und von
Werten eines Hilfsdrehmomentbefehls, die in einer
Eigenschaftskennlinienfeldspeichereinheit 28 gespeichert
sind.
Eine Schaltung, die einen Komparator 23 aufweist, einen
Differenzierkompensator 24, einen Proportionalprozessor 25,
einen Integrierprozessor 26 und einen Addierer 27, wird zur
Durchführung einer Rückkopplungsregelung verwendet, damit die
Größe i des tatsächlichen Motorstroms gleich dem Wert I des
Strombefehls wird.
Der Proportionalprozessor 25 gibt einen Proportionalwert
proportional zur Differenz zwischen dem Wert I des
Strombefehls und der Größe i des momentanen Motorstroms aus.
Um die Charakteristik des Rückkopplungsregelsystems zu
verbessern, wird das von dem Proportionalprozessor 25
ausgegebene Signal durch den Integrierprozessor 26
integriert, um so ein Signal zu erzeugen, welches
proportional zum integrierten Wert der Differenz ist.
Um die Reaktionsgeschwindigkeit der Größe i des Stroms zu
erhöhen, der tatsächlich durch den Motor 10 fließt, relativ
zum Wert I des Strombefehls, gibt der Differenzierkompensator
24 einen differenzierten Wert des Wertes I des Strombefehls
aus.
Der von dem Proportionalprozessor 25 ausgegebene
Proportionalwert, der proportional zur Differenz zwischen dem
Wert I des Strombefehls und der Größe i des momentanen
Motorstroms ist, der von dem Integrierprozessor 26
ausgegebene integrierte Wert, und der von dem
Differenzierkompensator 24 ausgegebene differenzierte Wert
werden von einem Addierer 27 aufsummiert. Ein Stromsteuer- oder
-regelwert E, der sich aus der Addition ergibt, wird von
dem Addierer 27 an eine Motortreiberschaltung 41 als ein
Motortreibersignal ausgegeben.
Ein typischer Aufbau der Motortreiberschaltung 41 ist in
Fig. 3 gezeigt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, weist die
Motortreiberschaltung 71 neben anderen Bauteilen eine
Wandlerschaltung 44 zum Umwandeln des von dem Addierer 27
empfangenen Stromregelwertes E in ein
Impulsbreitenmodulationssignal (PWM-Signal) und ein
Stromrichtungssignal und Trennung dieser beiden Signale
voneinander auf, eine Gatetreiberschaltung 45 zum Treiben des
Gates von FETs (Feldeffekttransistoren) 1 bis 4, welche eine
H-Brückenschaltung bilden, wobei die FETs 1 und 3 den ersten
Arm der H-Brückenschaltung bilden, und die FETs 2 und 4 deren
zweiten Arm. Es wird darauf hingewiesen, daß eine
Hochspannungsversorgung 46 die Hochspannungsseite der FETs 1
und 2 antreibt.
Das PWM-Signal weist eine Impulsbreite auf, der zur
Festlegung der Größe eines durch den Motor fließenden Stroms
verwendet wird, und zwar auf folgende Weise. Der Absolutwert
des Stromregelwertes E, der von dem Addierer 27 ausgegeben
wird, wird zur Festlegung des Tastzyklus des PWM-Signals
verwendet. Der Tastzyklus oder das Tastverhältnis wiederum
bestimmt ein Verhältnis der Einschaltperiode (ON) zur
Ausschaltperiode (OFF) eines FET. Die FETS 1 und 2 werden
ein- und ausgeschaltet, wenn ihre Gates auf hohem bzw.
niedrigem Pegel liegen, entsprechend dem Tastzyklus des PWM-Signals,
wodurch die Größe des durch den Motor fließenden
Stroms gesteuert oder geregelt wird.
Das Stromrichtungssignal ist ein Signal, welches die Richtung
des Stroms festlegt, der dem Motor zugeführt wird,
entsprechend dem Vorzeichen des Stromregelwertes E, also in
Abhängigkeit davon, ob der Stromregelwert E positiv oder
negativ ist. Die FETs 3 und 4 werden ein- bzw. ausgeschaltet,
wenn ihre Gates auf hohen bzw. niedrigen Pegeln eingestellt
werden, durch das Stromrichtungssignal, wodurch die Richtung
des zum Motor fließenden Stroms umgekehrt wird, und daher die
Drehrichtung des Motors 10. Es wird darauf hingewiesen, daß
dann, wenn der FET 3 eingeschaltet ist, der FET 4
ausgeschaltet ist und umgekehrt.
Wenn der FET 4 in einen durchgeschalteten Zustand versetzt
wird, fließt der Strom in den Motor 10 in positiver Richtung
über den FET 1, den Motor 10, den FET 4 und einen Widerstand
R1. Wenn andererseits der FET 3 in den durchgeschalteten
Zustand versetzt wird, fließt der Strom in den Motor 10 in
negativer Richtung durch den FET 2, den Motor 10, den FET 3
und einen Widerstand R2.
Die Motorstromerfassungsschaltung 42 erfaßt die Größe des
Stroms, der in der positiven Richtung fließt, aus einem
Spannungsabfall über den Klemmen des Widerstands R1.
Entsprechend erfaßt die Motorstromerfassungsschaltung 42 die
Größe des in der negativen Richtung fließenden Stroms aus
einem Spannungsabfall über den Klemmen des Widerstands R2.
Die erfaßte Größe i des tatsächlich durch den Motor 10
fließenden Stroms wird dem Komparator 23 als
Rückkopplungseingangssignal zugeführt, wie in Fig. 2 gezeigt
ist.
Als nächstes wird der Stabilisierungskompensator beschrieben,
der durch die vorliegende Erfindung zur Verfügung gestellt
wird. Die Eigenschaft einer offenen Schleife des
Rückkopplungsregelsystems, das voranstehend beschrieben
wurde, ist in Fig. 4 anhand der
Frequenzantwortcharakteristik dargestellt. Genauer gesagt
zeigt Fig. 4 die Frequenzantwort einer Übertragungsfunktion
der offenen Schleife eines Regelobjekts, wobei die
Übertragungsfunktion die Beziehung zwischen dem Wert I des
Strombefehls und einem erfaßten Drehmoment T des
Lenkmechanismus repräsentiert. Wie aus der Figur hervorgeht,
erreicht bei der Resonanzfrequenz des Lenkmechanismus die
Verstärkung einen Spitzenwert, und nimmt dann abrupt bei
Frequenzen oberhalb der Resonanzfrequenz ab. Die Vertikal- bzw.
Horizontalachse in der Figur bezeichnen die Verstärkung
bzw. die Frequenz des Lenkmechanismus. Eine Linie (a) stellt
die Übertragungsfunktion P(s) des tatsächlichen Regelobjekts
dar, wogegen eine Linie (b) die Übertragungsfunktion Pn(s)
eines Modells zeigt, welches das tatsächliche Regelobjekt
approximiert. Das Modell wird nachstehend auch als
Approximationsmodell bezeichnet.
Es wird darauf hingewiesen, daß das Regelobjekt, dessen
Übertragungsfunktion in Fig. 4 gezeigt ist, sich in einem
freien Zustand befindet, nämlich einem Zustand, in welchem
kein Lenkdrehmoment erzeugt wird, und daß sich die Reifen des
Fahrzeugs in einem Zustand befinden, in welchem sie nicht die
Oberfläche einer Straße berühren, und sich daher die Reifen
in einem Zustand befinden, in welchem sie keinen Widerstand
von der Oberfläche der Straße empfangen.
Der durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte
Stabilisationskompensator wird bei dem Versuch eingesetzt,
die durch die Linie (b) in Fig. 4 dargestellte
Übertragungsfunktion Pn(s) des Approximationsmodells zur
Darstellung des tatsächlichen Regelobjekts zu verwenden,
dessen Übertragungsfunktion P(s) tatsächlich durch die Linie
(a) in der Figur dargestellt wird. Der
Stabilisationskompensator wird so entworfen, daß Bedingungen
aufgefunden werden, bei denen nicht ein scharfer Spitzenwert
bei der Resonanzfrequenz des Approximationsmodells erzeugt
wird.
Im Falle eines Regelobjekts, welches eine
Frequenzabhängigkeit zeigt, die so wie in Fig. 4 dargestellt
aussieht, kann dessen Übertragungsfunktion bei
Regelbereichsfrequenzen (bei Frequenzen ωcont) durch eine
Funktion zweiter Ordnung approximiert werden. Wenn Pn(s) die
Übertragungsfunktion des Approximationsmodells darstellt,
kann die Übertragungsfunktion P(s) eines tatsächlichen
Regelobjekts wie nachstehend durch Gleichung (1) ausgedrückt
dargestellt werden:
P(s) = Pn(s) · (1+Δ₁(s)) (1)
wobei P(s) die Übertragungsfunktion des tatsächlichen
Regelobjekts ist, Pn(s) die Übertragungsfunktion des
Approximationsmodells ist, und Δ₁(s) eine Differenz zwischen
der Übertragungsfunktion von P(s) und Pn(s) ist, ein
multiplikativer Ausdruck.
Andererseits kann die Übertragungsfunktion P(s) des
tatsächlichen Regelobjekts, die durch Gleichung (1)
ausgedrückt wird, durch ein mathematisches Modell ersetzt
werden, typischerweise unter Verwendung einer
Systemidentifizierungseinrichtung. Dies führt dazu, daß die
Übertragungsfunktion P(s) durch die nachstehende Gleichung
(2) als Produkt von P₁(s) und Pn(s) ausgedrückt werden kann.
Mit anderen Worten läßt sich die Übertragungsfunktion P(s)
als ein System definieren, welches zwei Resonanzsysteme
umfaßt.
wobei P₁(s) eine Charakteristik höherer Ordnung des Modells
darstellt, welches das tatsächliche Regelobjekt approximiert,
dessen Charakteristik in der Übertragungsfunktion Pn(s) jenes
Modells vernächlässigt wird, welches das tatsächliche
Regelobjekt approximiert.
Die Therme P₁(s) und Pn(s) in Gleichung (2), welche die
Übertragungsfunktion P(s) ausdrücken, können jeweils in einen
Ausdruck mit einem Polynom zweiter Ordnung entwickelt werden,
der eine Frequenzcharakteristikkurve des tatsächlichen
Regelobjekts approximiert. Die Polynomausdrücke werden durch
Gleichung 3 bzw. 4 folgendermaßen ausgedrückt.
Es wird darauf hingewiesen, daß P₁(s) auch durch eine
Gleichung ausgedrückt werden kann, die nicht ein
Polynomausdruck ist.
Mit a1 und a2 in Gleichung (4) sind Koeffizienten bezeichnet,
die festgelegt werden, wenn Pn(s) in einen Polynomausdruck
entwickelt wird. Die Symbole d1 und d2 in Gleichung (3)
bezeichnen Koeffizienten, die durch das Dämpfungssystem und
die Resonanzfrequenz eines Resonanzsystems höherer Ordnung
der Übertragungsfunktion P₁(s) festgelegt werden. Kp ist ein
freiwählbarer Koeffizient, der auf einen solchen Wert gesetzt
wird, daß die Verstärkung der Übertragungsfunktion Pn(s) für
das Modell, welches das tatsächliche Regelobjekt
approximiert, gleich der Verstärkung der Übertragungsfunktion
P(s) des tatsächlichen Regelobjekts selbst wird. Mit s ist
der Laplace-Operator bezeichnet.
Die Differenz Δ₁(s) zwischen der Übertragungsfunktion P(s)
des tatsächlichen Regelobjekts und der Übertragungsfunktion
Pn(s) von dessen Approximationsmodell läßt sich aus den
Gleichungen (1) bis (4) gemäß nachstehender Gleichung (5)
erhalten:
Um die Untersuchungen zu vereinfachen, wird der als
Regelobjekt verwendete Lenkmechanismus unter Bezugnahme auf
Fig. 5 erklärt, die ein Blockschaltbild zeigt, welches eine
Übertragungsfunktion des Lenkmechanismus darstellt. Das
Bezugszeichen 51 bezeichnet einen Stabilisationskompensator,
der eine Charakteristik C(s) aufweist, und das Bezugszeichen
52 bezeichnet eine Charakteristikkennfeldspeichereinheit zum
Speichern der Verstärkung K eines Hilfsdrehmomentbefehls. Zur
weiteren Vereinfachung der Untersuchung wird angenommen, daß
es nur einen Wert für die Verstärkung K gibt. Das
Bezugszeichen 53 bezeichnet die Übertragungsfunktion P(s) des
tatsächlichen Regelobjekts. Die Bezugszeichen 53a und 53b
bezeichnen die Übertragungsfunktion Pn(s) des
Approximationsmodells bzw. die Differenz Δ₁(s). Weiterhin
wird darauf hingewiesen, daß die Bezugszeichen 50 und 54
jeweils einen Addierer bezeichnen.
Der durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte
Stabilisationskompensator 21 führt eine Nullstellen-Pol-Auslöschungsbearbeitung
durch, bei welcher ein Eingangswert
mit invertierter Charakteristik addiert wird, um den
Spitzenwert an der Resonanzfrequenz des Resonanzsystems
auszuschalten, welches die Übertragungsfunktion P(s) eines
tatsächlichen Regelobjekts zeigt. Das tatsächliche
Regelobjekt weist eine Frequenzcharakteristik auf, wie sie
durch die Linie (a) in Fig. 4 gezeigt ist.
Für die Übertragungsfunktion Pn(s) jenes Modells, welches das
tatsächliche Regelobjekt approximiert, gemäß Fig. 4, ist
daher die Charakteristik C(s) des Stabilisationskompensators
21 durch Gleichung (6) definiert. Wie aus Gleichung (6)
hervorgeht, weist der Zähler von Gleichung (6) dieselben
Terme auf wie der Nenner von Fig. 4, so daß der Spitzenwert
ausgeschaltet wird. Die Ordnung des Nenners von Gleichung (6)
ist auf 2 eingestellt, nämlich die minimale Ordnung zur
Aufrechterhaltung der Verläßlichkeit der Charakteristik C(s)
des Stabilisationskompensators 21. Mit b1 und b2 sind
Parameter bezeichnet, welche die Reaktionscharakteristik des
Regelsystems festlegen. Die Bestimmung der Parameter b1 und
b2 wird später erläutert.
Wenn die Differenz Δ₁(s) zwischen Übertragungsfunktion P(s)
des tatsächlichen Regelobjekts und der Übertragungsfunktion
Pn(s) von dessen Approximationsmodell vernachlässigt wird,
kann die Charakteristik GOPEN (offene Schleife) eines
Regelsystems, welche den in Fig. 5 gezeigten Lenkmechanismus
anhand einer Übertragungsfunktion repräsentiert, durch die
nachstehend angegebene Gleichung (7) neu definiert werden,
wodurch der Term ausgeschaltet wird, der die Resonanz des
Regelobjekts hervorruft. Gleichung (7), welche die
Charakteristik GOPEN (offene Schleife) des Regelsystems
ausdrückt, läßt sich daher aus den Gleichungen (4) und (6)
ableiten. Die Charakteristik GOPEN (offene Schleife) des
Regelsystems wird durch den Nenner von Gleichung (6)
festgelegt, der die Charakteristik C(s) des
Stabilisationskompensators 21 ausdrückt.
Es wird darauf hingewiesen, daß das in Gleichung (7)
verwendete Symbol K die Verstärkung des
Hilfsdrehmomentbefehls bezeichnet.
In diesem Fall kann die Charakteristik GCLOSE (geschlossene
Schleife) des Regelsystems durch die nachstehende Gleichung
(8) folgendermaßen ausgedrückt werden:
Beim Entwurf eines Regelsystems wird in Bezug auf die
Grenzfrequenz ωcont, die durch konstruktive Vorgaben in Bezug
auf den Regelfrequenzbereich festgelegt wird, der Parameter
b₂ so bestimmt, daß er die nachstehende Gleichung (9)
erfüllt. Zusätzlich wird in Bezug auf den Dämpfungsfaktor ξ₁,
der durch konstruktive Vorgaben des Dämpfungssystems
festgelegt wird, der Parameter b₁ so festgelegt, daß er die
nachstehend angegebene Gleichung (10) erfüllt. Auf diese
Weise kann eine Antwortcharakteristik erhalten werden, welche
die konstruktiven Vorgaben erfüllt.
Bei der voranstehend geschilderten Untersuchung wird die
Differenz Δ₁(s) zwischen der Übertragungsfunktion P(s) des
tatsächlichen Regelobjekts und der Übertragungsfunktion Pn(s)
von dessen Approximationsmodell vernachlässigt. Tatsächlich
muß jedoch in der Praxis die Differenz Δ₁(s) zwischen der
Übertragungsfunktion P(s) des tatsächlichen Regelobjekts und
der Übertragungsfunktion Pn(s) von dessen
Approximationsmodell berücksichtigt werden. Das Vorhandensein
der Differenz Δ₁(s) zwischen der Übertragungsfunktion P(s)
des tatsächlichen Regelobjekts und der Übertragungsfunktion
Pn(s) von dessen Approximationsmodell führt zu
Einschränkungen in Bezug auf den Dämpfungsfaktor ξ₁ und die
Grenzfrequenz ωcont, die erzielt werden können.
Wenn die Differenz Δ₁(s) zwischen der Übertragungsfunktion
P(s) des tatsächlichen Regelobjekts und der Transferfunktion
Pn(s) von dessen Approximationsmodell berücksichtigt wird,
ist eine hinreichende Bedingung für die Stabilisierung des
Regelsystems so wie nachstehend in Gleichung (11) angegeben,
auf der Grundlage des Kleinsignalverstärkungstheorems.
|| T(s) · Δ₁(s) || ∞ < 1 (11)
wobei mit T(s) eine komplementäre Empfindlichkeitsfunktion in
dem in Fig. 5 gezeigten Regelsystem bezeichnet ist, die
durch folgende Gleichung (12) ausgedrückt wird:
Weiterhin läßt sich Gleichung (11) folgendermaßen in
Gleichung (13) umschreiben:
|| T(s) · Δ₁(s) || ∞ ≦ || T(s) || ∞ || Δ₁(s) || ∞ < 1 (13)
Die hinreichende Bedingung für die Stabilisierung des
Regelsystems kann daher durch folgende Gleichung (14)
ausgedrückt werden:
|| T(s) || -1 < || Δ₁(s) || (14)
Fig. 6 ist ein Charakteristik- oder Eigenschaftsdiagramm, das
zur Erläuterung der hinreichenden Bedingung für die
Stabilisierung des Regelsystems verwendet wird, wobei diese
Bedingung durch Gleichung (14) ausgedrückt wird. Eine Linie
(a), die in der Figur dargestellt ist, stellt ||T(s)||-1 von
Gleichung (14) dar. Die Linie (a) wird nach oben verschoben,
wenn der Parameter b1 vergrößert wird, wie durch eine Linie
(b) dargestellt ist. Wenn andererseits der Parameter b₁
verringert wird, wird die Linie (a) nach unten verschoben.
Eine Linie (c) stellt ||Δ₁(s)|| von Gleichung (14) dar, wogegen
eine Linie (d) den Term ||T(s)|| repräsentiert, nämlich das
Inverse von ||T(s)||-1 von Fig. 14.
Wenn die in der Figur dargestellte Linie (a), welche ||T(s)||-1
repräsentiert, immer höher eingestellt wird als die Linie
(c), welche ||Δ₁(s)|| in Fig. 6 repräsentiert, so wird die
Stabilität des Regelsystems sichergestellt. In der Figur gibt
es einen Abschnitt, an welchem die in der Figur dargestellte
Linie (a), welche ||T(s)||-1 repräsentiert, die Linie (c)
kreuzt, welche ||Δ₁(s)|| repräsentiert. In einem derartigen
Fall besteht die Möglichkeit, daß das Regelsystem instabil
wird. Um die Stabilität des Regelsystems sicherzustellen,
wobei die Grenzfrequenz ωcont der konstruktiven Vorgaben für
den voranstehend geschilderten Regelfrequenzbereich
aufrechterhalten wird, ist es erforderlich, den Parameter b1
zu erhöhen, der die konstruktiven Vorgaben des
Dämpfungssystems betrifft, um so die Linie (a) nach oben zu
verschieben, wie durch die Linie (b) dargestellt ist.
Bei der voranstehend geschilderten Untersuchung wird die
Differenz Δ₁(s) zwischen der Übertragungsfunktion P(s) des
tatsächlichen Regelobjekts und der Übertragungsfunktion Pn(s)
von dessen Approximationsmodell berücksichtigt. Zusätzlich
müssen auch Parameteränderungen untersucht werden.
Die Parameteränderungen werden folgendermaßen untersucht.
Parameter, die sich ändern, sind die Verstärkung K des
Hilfsdrehmomentbefehls, und die Koeffizienten a1 und a2 der
Übertragungsfunktion Pn (s) des Approximationsmodells.
Die Verstärkung K des Hilfsdrehmomentbefehls, welche in der
Charakteristikkennfeldspeichereinheit gespeichert ist, wurde
bislang als eine bestimmte Verstärkung behandelt. In der
Realität ändert sich allerdings die Verstärkung K des
Hilfsdrehmomentbefehls nicht linear bei Änderungen der
Fahrzeuggeschwindigkeit V und des Lenkdrehmoment T, wie in
Fig. 7 gezeigt ist. Im einzelnen repräsentiert eine in der
Figur dargestellte Linie (a) einen einzigen Wert der
Verstärkung K des Hilfsdrehmomentbefehls. Linien (b) und (c)
repräsentieren Verstärkungen K des Hilfsdrehmomentbefehls im
Falle einer Fahrzeuggeschwindigkeit V im niedrigen bzw.
mittleren Geschwindigkeitsbereich. Eine Linie (d)
repräsentiert die Verstärkung K des Hilfsdrehmomentbefehls im
Falle einer Fahrzeuggeschwindigkeit V im
Hochgeschwindigkeitsbereich.
Da die Nichtlinearität der Verstärkung K des
Hilfsdrehmomentbefehls als Variationen der Verstärkung K
angesehen werden kann, kann die Verstärkung K des
Hilfsdrehmomentbefehls folgendermaßen durch nachstehende
Gleichung (15) ausgedrückt werden:
Kmin = Δ K₁ · K ≦ K ≦ Δ K₂ · K = Kmax (15)
wobei mit Δk1 und Δk2 eine Minimalrate der Änderung bzw.
eine Maximalrate der Änderung der Verstärkung des
Hilfsdrehmomentbefehls bezeichnet ist.
Δ₂(s) bezeichnet nunmehr einen Maximalwert von Variationen
der Verstärkung K des Hilfsdrehmomentbefehls. Δ₂(s) kann dann
folgendermaßen durch Gleichung (16) ausgedrückt werden:
Δ₂(s) = max (ΔK) = Δ K₂ (16)
Δ K₁ ≦ Δ K ≦ Δ K₂
Als nächstes werden die Koeffizienten a1 und a2 untersucht.
Bei der bislang beschriebenen Untersuchung wird von
charakteristischen Parametern des Modells, welches das
tatsächliche Regelobjekt approximiert, angenommen, daß sie
gleich charakteristischen Parametern des tatsächlichen
Regelobjekts selbst sind. In der Praxis können allerdings
Fälle auftreten, in welchem die charakteristischen Parameter
des Modells, welches das tatsächliche Regelobjekt
approximiert, nicht exakt gleich den charakteristischen
Parametern des tatsächlichen Regelobjekts sind. Sei Δ₃(s) ein
Fehler, der eine Differenz zwischen den charakteristischen
Parametern des Modells, welches das tatsächliche Regelobjekt
approximiert, und den charakteristischen Parametern des
tatsächlichen Regelobjekts selbst repräsentiert. Δ₃(s) kann
dann durch die nachstehende Gleichung (17) ausgedrückt
werden. Im allgemeinen repräsentiert Δ₃(s) Variationen, die
durch Änderungen im Benutzungszustand hervorgerufen werden.
Eine Variation der Steife des Lenksystems, die durch das
Ergreifen des Lenkrades durch die Hand des Fahrers
hervorgerufen wird, ist ein Beispiel für eine derartige
Änderung.
wobei mit a₁* und a₂* Parameter des tatsächlichen
Regelobjekts bezeichnet sind.
Der Fehler Δ₃(s), der von der Nullstellen-Pol-
Eliminierungsverarbeitung herrührt, die voranstehend
beschrieben wurde, kann als Diskrepanzen des Dämpfungsfaktors
und der Eckfrequenz der Charakteristik zwischen dem Modell,
welches das tatsächliche Regelobjekt approximiert, und dem
tatsächlichen Regelobjekt 11 interpretiert werden. Daher läßt
sich Gleichung (17) folgendermaßen in Gleichung (18)
umschreiben:
wobei ξ₁ der Dämpfungsfaktor des Modells ist, -₁ die
Eckfrequenz des Modells, ξ₁* der Dämpfungsfaktor des
tatsächlichen Regelobjekts, und ω₁* die Eckfrequenz des
tatsächlichen Regelobjekts.
Eine Vorgehensweise zur Sicherstellung der Stabilität in
einem Fall, in welchem eine Diskrepanz bezüglich der
Eckfrequenz zwischen dem tatsächlichen Regelobjekt und dessen
Approximationsmodell vorhanden ist, also in einem Fall, in
welchem ω₁* nicht gleich ω₁ ist, wird nachstehend
geschildert.
Hierbei sei der Dämpfungsfaktor ξ₁* des tatsächlichen
Regelobjekts, das in diesem Fall behandelt wird, erheblich
kleiner als Eins (ξ₁* « 1).
Es wird angenommen, daß ξ₁* gleich ξ₁ ist, wogegen ω₁* nicht
gleich ω₁ ist. Diese Annahme stimmt bei einem üblichen
elektrischen Lenkservomechanismus.
Die Differenz Δ(s) der Charakteristik zwischen dem das
tatsächliche Regelobjekt approximierende Modell und dem
tatsächlichen Regelobjekt selbst kann folgendermaßen durch
Gleichung (19) ausgedrückt werden:
|| Δ(s) || = || Δ₁(s) + Δ₂(s) + Δ₃(s) || (19)
Die hinreichende Bedingung für die Stabilisierung des
Regelsystems wurde bereits voranstehend durch Gleichung (14)
ausgedrückt. Ersetzt man ||Δ₁(s)|| von Gleichung (14) durch
||Δ(s)|| von Gleichung (19), so erhält man eine hinreichende
Bedingung für die Stabilisierung eines Regelsystems, bei
welcher die Änderung Δ₂(s) der Verstärkung K, die in der
Charakteristikkennfeldspeichereinheit gespeichert ist, und
der Fehler Δ₃(s) berücksichtigt sind. Wie voranstehend
geschildert repräsentiert der Fehler Δ₃(s) Differenzen von
charakteristischen Parametern zwischen dem das tatsächliche
Regelobjekt approximierende Modell und dem tatsächlichen
Regelobjekt selbst, wobei diese Differenzen aus der
Nullstellen-Pol-Eliminierungsbearbeitung herrühren.
Fig. 8 ist ein Charakteristikdiagramm
(Eigenschaftsdiagramm), das zur Erläuterung der hinreichenden
Bedingung für die Stabilisierung eines Regelsystems verwendet
wird. Aus der Figur wird deutlich, daß dann, wenn eine
Diskrepanz zwischen der Eckcharakteristik zwischen dem
tatsächlichen Regelobjekt und dem das tatsächliche
Regelobjekt approximierenden Modells besteht, also wenn ω₁*
nicht gleich ω₁ ist, die Verstärkung ||Δ(s)|| eine Resonanz bei
der Frequenz ω₁ zeigt, wie durch eine Linie (b) dargestellt
ist, was dazu führt, daß das Regelsystem schwingt oder
instabil wird. Ist andererseits ω₁* gleich ω₁, so wird die
Verstärkung ||Δ(s)|| durch eine Linie (c) repräsentiert, was
dazu führt, daß das Regelsystem stabil ist. Es wird darauf
hingewiesen, daß eine Linie (a) die Größe ||T(s)||-1 von
Gleichung (14) darstellt.
Die vorliegende Erfindung nimmt Abstand von einer strengen
Nullstellen-Pol-Eliminierungsbearbeitung, um ein schwingen
des Regelsystems infolge der Differenz (ω₁* - ω₁) zwischen ω₁*
und ω₁ zu verhindern, die als konstruktive Vorgaben in Bezug
auf den Regelfrequenzbereich vorhanden sind. Fig. 9 ist ein
Charakteristik-Diagramm, welches einen Zustand zeigt, in
welchem das Regelsystem stabilisiert wurde. Durch Einstellung
des Dämpfungsfaktors ξ₁ auf einen Wert, der eine ausreichende
Auswirkung auf die Dämpfung hat (ξ₁ » ξ₁*), wird bei der
Verstärkung ||Δ(s)|| bei der Frequenz ω₁ der Spitzenwert
unterdrückt, wie durch eine Linie (d) in der Figur gezeigt
ist, selbst wenn ω₁* nicht gleich ω₁ ist.
Die CharakteristikCharakteristik C(s) des durch die
vorliegende Erfindung bereitgestellten
Stabilisationskompensators 21 wurde wie voranstehend
geschildert festgelegt. Um die Charakteristik C(s) des
Stabilisationskompensators 21 mit digitalen Werten zu
verwirklichen, werden wohl bekannte, digitale mathematische
Verfahren eingesetzt, um die Charakteristik C(s)
auszudrücken, wie nachstehend in Gleichung (20) angegeben
ist:
wobei mit f1, f2, f3, e1 und e2 Koeffizienten bezeichnet
sind, die aus den Koeffizienten a1, a2, b1 und b2 des
Stabilisationskompensators 21 bestimmt werden, der durch die
Charakteristik C(s) repräsentiert wird, die dadurch bestimmt
wird, daß durch die Übertragungsfunktion Pn(s) des das
tatsächliche Regelobjekt approximierenden Modells die
Übertragungsfunktion P(s) des tatsächlichen Regelobjekts
selbst ersetzt, wie durch Gleichung (2) ausgedrückt wird, und
unter Verwendung von Δ(s) wie voranstehend beschrieben.
Mit z-1 ist ein Operator bezeichnet, der einen unmittelbar
vorhergehenden Proben- oder Abtastwert bezeichnet, wogegen
z-2 einen Operator bezeichnet, der eine Probe vor der Probe
z-1 bei der Datenabtastung bezeichnet.
Gleichung (20) legt eine Beziehung zwischen dem
Lenkdrehmoment T und dem Ausgangswert des
Stabilisationskompensators 21 fest. Nunmehr werde durch T(k)
ein analog/digital-gewandelter Wert des Lenkdrehmoments T
bezeichnet, und durch Tc(k) der Ausgangswert des
Stabilisationskompensators 21. Dann läßt sich die Beziehung
zwischen T(k) und Tc(k) folgendermaßen durch Gleichung (21)
ausdrücken:
Tc(k) = f₁ T(k) + f₂ Tk-1) + f₃ T(k-2)
- e₁ Tc(k-1) - e₂ Tc(k-2) (21)
- e₁ Tc(k-1) - e₂ Tc(k-2) (21)
wobei T(k) der analog/digital-gewandelte Wert des
Lenkdrehmoments T ist, das sich aus der Datenabtastung
ergibt, T(k-1) ein Wert der unmittelbar vorhergehenden Probe
(Abtastwert) des Lenkdrehmoments T(k) ist, T(k-2) ein Wert
des unmittelbar vorherigen Abtastwertes des Lenkdrehmoments
T(k-1) ist, Tc(k) ein Ausgangswert des
Stabilisationskompensators 21 ist, Tc(k-1) ein Wert des
unmittelbar vorhergehenden Abtastwertes des Ausgangswertes
Tc(k) ist, und Tc(k-2) ein Wert des unmittelbar
vorhergehenden Abtastwertes des Ausgangswertes Tc(k-1) ist.
Der Stabilisationskompensator 21 mit einer Charakteristik,
die durch die voranstehend geschilderte Charakteristik C(s)
ausgedrückt wird, hat eine Funktion in der in Fig. 2
gezeigten elektronischen Regelschaltung 13, wobei die
Funktion durch die Ausführung der Verarbeitung gemäß
Gleichung (21) mit Hilde einer CPU verwirklicht wird. Die von
der CPU durchgeführte Verarbeitung wird nachstehend unter
Bezugnahme auf das in Fig. 10 dargestellte Flußdiagramm
erläutert.
Zuerst wird der Ausgangswert T des Drehmomentsensors in einem
Schritt P1 abgetastet. Die Bearbeitung geht dann mit einem
Schritt P2 weiter, in welchem der Wert eines erfaßten
Lenkdrehmomentabtastwertes T(k) gelesen wird, der sich aus der
A/D-Wandlung (Analog/Digital-Wandlung) des Ausgangswertes T
ergibt. Dann geht es mit einem Schritt P3 weiter, in welchem
ein unmittelbar vorhergehender Abtastwert T(k-1) des vorher
bearbeiteten Lenkdrehmoments gelesen wird, ein vorhergehender
Abtastwert T(k-2) vor dem Abtastwert T(k-1), und Tc(k-1) und
Tc(k-2) des Stabilisationskompensators aus einer
Speichereinheit ausgegeben werden.
Dann geht es mit einem Schritt P4 weiter, in welchem die
Berechnung von Tc(k) auf der Grundlage von Fig. 21
durchgeführt wird. Dann geht es mit einem Schritt PS weiter,
bei welchem Tc(k), Tc(k-1), T(k) und T(k-1) in der
Speichereinheit gespeichert werden, statt Tc(k-1), Tc(k-2),
T(k-1) bzw. T(k-2).
Dann geht die Verarbeitung mit einem Schritt P6 weiter, bei
welchem das Berechnungsergebnis Tc(k) dem
Strombefehlsprozessor 22 als Ausgangswert des
Stabilisationskompensators 21 zugeführt wird.
Wie voranstehend erwähnt hat der durch die vorliegende
Erfindung zur Verfügung gestellte Stabilisationskompensator
eine Funktion, die jener eines konventionellen
Bandsperrfilters gleicht, das in eine der hinteren Stufen des
Drehmomentsensors eingefügt ist, um eine
Resonanzfrequenzkomponente aus einem Signal zu entfernen, das
von dem Drehmomentsensor ausgegeben wird. Das konventionelle
Bandsperrfilter soll dazu dienen, die
Verstärkungscharakteristik dadurch zu verbessern, daß die
Resonanzfrequenzkomponente beseitigt wird, die durch das
Federelement des Drehmomentsensors, das Trägheitsmoment des
Lenkrades und das Trägheitsmoment des Motors hervorgerufen
wird. Im Gegensatz zum konventionellen Bandsperrfilter führt
jedoch der durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte
Stabilisationskompensator eine Nullstellen-Pol-Eliminierungsverarbeitung
durch, bei welcher ein Eingangswert
mit invertierter Charakteristik addiert wird, um den
Spitzenwert an der Resonanzfrequenz des Resonanzsystems
auszuschalten, das in dem Regelobjekt verwendet wird, wie
voranstehend geschildert wurde. Daher weist der
Stabilisationskompensator einen vollständig unterschiedlichen
Aufbau und eine vollständig verschiedene Funktion auf, da er
nicht nur die Verstärkungscharakteristik der
Resonanzfrequenzkomponente verbessert, sondern auch eine
Kompensation durchführt, welche auch die Phasencharakteristik
abdeckt.
Darüber hinaus steuert oder regelt der
Stabilisationskompensator das Lenkgefühl mit Hilfe der
Abstimmung der Reaktion des Regelsystems, welche durch den
Nenner der Charakteristik C(s) des Stabilisationskompensators
festgelegt wird.
Wie voranstehend geschildert wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Stabilisationskompensator, der eine
Charakteristik aufweist, die durch die Charakteristik C(s)
ausgedrückt wird, in einer hinteren Stufe eines
Drehmomentsensors vorgesehen, der zur Erfassung eines
Lenkdrehmoments dient, um einen Spitzenwert an der
Resonanzfrequenz eines Resonanzsystems zu beseitigen, welches
Feder- und Trägheitselemente aufweist, wobei der Spitzenwert
in dem erfaßten Drehmoment liegt. Der
Stabilisationskompensator kompensiert ebenfalls eine
Phasenverschiebung an der Resonanzfrequenz, wobei diese
Phasenverschiebung die Stabilität und das Reaktionsvermögen
des Regelsystems stört. Dies führt dazu, daß die Stabilität
und das Reaktionsvermögen des Regelsystems, welches in dem
elektrischen Servolenksystem verwendet wird, durch eine
Steuer- oder Regelvorrichtung mit einfachem Aufbau verbessert
werden können.
Weiterhin wissen Fachleute auf diesem Gebiet, daß die
voranstehende Beschreibung eine bevorzugte Ausführungsform
der geschilderten Vorrichtung erläutert, und daß sich
verschiedene Änderungen und Modifikationen der vorliegenden
Erfindung vornehmen lassen, ohne von deren Umfang und Wesen
abzuweichen.
Claims (6)
1. Steuer- oder Regelvorrichtung, die in einem elektrischen
Lenkservosystem verwendet wird, um die Ausgangsleistung
eines Motors zu steuern oder zu regeln, der zur
Bereitstellung von Leistung dient, welche die auf einen
Lenkmechanismus ausgeübte Lenkkraft unterstützt,
entsprechend dem Wert eines Strombefehlssignals, das aus
der Größe eines erfaßten Motorstroms und dem Wert eines
Strombefehlssignals berechnet wird, das auf der
Grundlage zumindest des Lenkdrehmoments berechnet wird,
das an einer Lenkwelle erzeugt wird, mit:
einem Stabilisationskompensator zum Kompensieren der Stabilität der Steuer- oder Regelvorrichtung, der in einer hinteren Stufe eines Drehmomentsensors zur Erfassung des Lenkdrehmoments vorgesehen ist;
wobei der Stabilisationskompensator die Funktion des Ausschaltens eines Spitzenwerts an einer Resonanzfrequenz eines Resonanzsystems aufweist, welches Trägheits- und Federelemente umfaßt, die in dem elektrischen Lenkservosystem verwendet werden, und eine Charakteristik aufweist, die durch die folgende Charakteristik C(s) ausgedrückt wird, die so arbeitet, daß sie die Stabilität und das Reaktionsvermögen des Steuer- oder Regelsystems verbessert; C(s) = (s² + a₁s + a₂)/(s² + b₁s + b₂)wobei s den Laplace-Operator bezeichnet, und a₁, a₂, b₁ und b₂ Parameter bezeichnen, die durch die Resonanzfrequenz des Resonanzsystems festgelegt sind.
einem Stabilisationskompensator zum Kompensieren der Stabilität der Steuer- oder Regelvorrichtung, der in einer hinteren Stufe eines Drehmomentsensors zur Erfassung des Lenkdrehmoments vorgesehen ist;
wobei der Stabilisationskompensator die Funktion des Ausschaltens eines Spitzenwerts an einer Resonanzfrequenz eines Resonanzsystems aufweist, welches Trägheits- und Federelemente umfaßt, die in dem elektrischen Lenkservosystem verwendet werden, und eine Charakteristik aufweist, die durch die folgende Charakteristik C(s) ausgedrückt wird, die so arbeitet, daß sie die Stabilität und das Reaktionsvermögen des Steuer- oder Regelsystems verbessert; C(s) = (s² + a₁s + a₂)/(s² + b₁s + b₂)wobei s den Laplace-Operator bezeichnet, und a₁, a₂, b₁ und b₂ Parameter bezeichnen, die durch die Resonanzfrequenz des Resonanzsystems festgelegt sind.
2. Steuer- oder Regelvorrichtung, die in einem elektrischen
Lenkservosystem verwendet wird, nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- oder
Regelvorrichtung eine elektronische Steuer- oder
Regelschaltung auf Mikrocomputerbasis aufweist.
3. Steuer- oder Regelvorrichtung, die in einem elektrischen
Lenkservosystem verwendet wird, nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Stabilisationskompensator als funktionelle Einrichtung
dient, die durch Ausführung einer Verarbeitung auf der
Grundlage der Charakteristik C(s) durch den
Mikrocomputer verwirklicht wird, der in der
elektronischen Steuer- oder Regelschaltung eingesetzt
wird.
4. Steuer- oder Regelvorrichtung, die in einem elektrischen
Lenkservosystem verwendet wird, nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Charakteristik, die durch die Charakteristik C(s)
ausgedrückt wird, eine Charakteristik ist, die durch
Ausführung einer Bearbeitung verwirklicht wird, auf der
Grundlage des nachstehenden numerischen arithmetischen
Ausdrucks Tc(k), und zwar durch den in der
elektronischen Steuer- oder Regelschaltung eingesetzten
Mikrocomputer:
Tc(k) = f₁T(k) + f₂T(k-1) + f₃T(k-2) - e₁Tc(k-1) -
e₂Tc(k-2)wobei T(k) ein analog/digital-gewandelter Wert des
Lenkdrehmoments T ist, das durch Datenabtastung erhalten
wird, T(k-1) der Wert eines unmittelbar vorherigen
Abtastwertes des Lenkdrehmoments T(k) ist, T(k-2) ein
Wert des unmittelbar vorherigen Abtastwertes des
Lenkdrehmoments T(k-1) ist, Tc(k) ein Ausgangswert des
Stabilisationskompensators ist, Tc(k-1) ein Wert eines
unmittelbar vorherigen Abtastwertes des Ausgangswertes
Tc(k) ist, Tc(k-2) ein Wert des unmittelbar vorherigen
Abtastwertes des Ausgangswertes Tc(k-1) ist, und f₁, f₂,
f₃, e₁ und e₂ Parameter sind, die durch die
Resonanzfrequenz des Resonanzsystems festgelegt werden.
5. Steuer- oder Regelvorrichtung, die in einem elektrischen
Lenkservosystem verwendet wird, zum Steuern der
Ausgangsleistung eines Motors zur Bereitstellung einer
Leistung, welche eine Lenkkraft bei einem
Lenkmechanismus unterstützt, entsprechend dem Wert eines
Stromsteuersignals, welches aus der Größe eines erfaßten
Motorstroms berechnet wird, und auf der Grundlage eines
Strombefehlssignals, welches entsprechend zumindest
einem an einer Lenkwelle erzeugten Lenkdrehmoment
berechnet wird, mit:
einem Drehmomentsensor zur Erfassung des an der Lenkwelle erzeugten Lenkdrehmoments;
einer Motorstromerfassungsschaltung zur Erfassung eines zum Motor fließenden Stroms; und
einer elektronischen Steuer- oder Regelschaltung auf der Grundlage eines Mikrocomputers, zur Berechnung des Wertes des Stromsteuersignals aus dem erfaßten Motorstrom und des Wertes des Strombefehlssignals, welches entsprechend zumindest dem Lenkdrehmoment berechnet wird; wobei die elektronische Steuer- oder Regelschaltung einen Stabilisationskompensator aufweist, der eine Charakteristik hat, die durch die nachstehend angegebene Charakteristik C(s) ausgedrückt wird, zum Kompensieren der Stabilität der Steuer- oder Regelvorrichtung in Bezug auf das erfaßte Lenkdrehmoment: C(s) = (s² + a₁s + a₂)/(s² + b₁s + b₂)wobei s den Laplace-Operator bezeichnet, und a₁, a₂, b₁ und b₂ Parameter bezeichnen, die durch eine Resonanzfrequenz des Resonanzsystems festgelegt sind, das in dem elektrischen Lenkservosystem vorhanden ist.
einem Drehmomentsensor zur Erfassung des an der Lenkwelle erzeugten Lenkdrehmoments;
einer Motorstromerfassungsschaltung zur Erfassung eines zum Motor fließenden Stroms; und
einer elektronischen Steuer- oder Regelschaltung auf der Grundlage eines Mikrocomputers, zur Berechnung des Wertes des Stromsteuersignals aus dem erfaßten Motorstrom und des Wertes des Strombefehlssignals, welches entsprechend zumindest dem Lenkdrehmoment berechnet wird; wobei die elektronische Steuer- oder Regelschaltung einen Stabilisationskompensator aufweist, der eine Charakteristik hat, die durch die nachstehend angegebene Charakteristik C(s) ausgedrückt wird, zum Kompensieren der Stabilität der Steuer- oder Regelvorrichtung in Bezug auf das erfaßte Lenkdrehmoment: C(s) = (s² + a₁s + a₂)/(s² + b₁s + b₂)wobei s den Laplace-Operator bezeichnet, und a₁, a₂, b₁ und b₂ Parameter bezeichnen, die durch eine Resonanzfrequenz des Resonanzsystems festgelegt sind, das in dem elektrischen Lenkservosystem vorhanden ist.
6. Steuer- oder Regelvorrichtung, die in einem elektrischen
Lenkservosystem verwendet wird, nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Stabilisationskompensator so aufgebaut ist, daß er eine
Datenverarbeitung auf der Grundlage des nachstehend
angegebenen numerischen arithmetischen Ausdruck Tc(k)
mit Hilfe des in der elektronischen Steuer- oder
Regelschaltung verwendeten Mikrocomputers durchführt:
Tc(k) = f₁T(k) + f₂T(k-1) + f₃T(k-2) - e₁Tc(k-1) -
e₂Tc (k-2)wobei T(k) ein analog/digital-gewandelter Wert des
Lenkdrehmoments T ist, das durch Datenabtastung erhalten
wird, T(k-1) ein Wert eines unmittelbar vorherigen
Abtastwertes des Lenkdrehmoments T(k) ist, T(k-2) ein
Wert des unmittelbar vorherigen Abtastwertes des
Lenkdrehmoments T(k-1) ist, Tc(k) ein Ausgangswert des
Stabilisationskompensators ist, Tc(k-1) ein Wert eines
unmittelbar vorherigen Abtastwertes des Ausgangswertes
Tc(k) ist, Tc(k-2) ein Wert des unmittelbar vorherigen
Abtastwertes des Ausgangswertes Tc(k-1) ist, und f₁, f₂,
f₃, e₁ und e₂ Parameter sind, die durch die
Resonanzfrequenz des Resonanzsystems festgelegt werden.
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