NIEROBISCH, Thomas (Staufenstraße 5, Leinzell, 73575, DE)
GRÜNER, Stefan (Von-Droste-Hülshoff-Weg 6, Auenwald, 71549, DE)
NIEROBISCH, Thomas (Staufenstraße 5, Leinzell, 73575, DE)
| Patentansprüche 1 . Verfahren zur Kompensation von Lenkraddrehschwingungen während des Betriebs eines einen ansteuerbaren Momentensteller (7) umfassenden Lenksystems (1 ) in einem Fahrzeug, wobei ein aktuelles Drehstabmoment (MTB) ermittelt wird, in Abhängigkeit von dem aktuellen Drehstabmoment (MTB) ein Kompensationsmoment (MKomp) ermittelt wird und in Abhängigkeit von dem Kompensationsmoment (MKomp) eine Ansteuerung des Momentenstellers (7) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehstabmoment (MTB) oder eine in Abhängigkeit von dem Drehstabmoment (MTB) gebildete Größe einem frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechner (24) zugeführt wird und mittels des frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechners (24) das Kompensationsmoment ermittelt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels des frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechners (24) eine Amplitude und eine Phase der Lenkraddrehschwingung bei der Ermittlung des Kompensationsmoments berücksichtigt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein bereits kompensierter Anteil der Lenkraddrehschwingungen bei der Ermittlung des Kompensationsmoments berücksichtigt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmoment zu dem frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechner (24) rückgeführt wird. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der frequenzvariable Stör- und Zustandsgrößenberechner (24) ein Modell einer sinusförmigen Störung und ein Modell des Übertragungsverhaltens von einem Moment des Momentenstellers (7) auf das Drehstabmoment umfasst und dass die Störung und das Übertragungsverhalten bei der Ermittlung des Kompensationsmoments (IN/komp) berücksichtigt werden. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell das Übertragungsverhalten zumindest im für die Lenkraddrehschwingungen relevanten Frequenzbereich bezüglich des Amplitudengangs als auch bezüglich des Phasengangs beschreibt. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmoment (MKomp) nur ermittelt wird, wenn mittels eines Prüfverfahrens auf das Vorliegen einer Lenkraddrehschwingung geschlossen wird. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Vorliegen einer Lenkraddrehschwingung geschlossen wird, falls eine Fahrzeuggeschwindigkeit (v(t)), eine Raddrehzahl oder eine mit einer Raddrehzahl korrelierenden Größe innerhalb eines vorgebbaren Bereichs ist und das Lenksystem zumindest im wesentlichen in einer Geradeausstellung betrieben wird. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfverfahren die Auswertung einer aktuellen Amplitude des Drehstabmoments umfasst, wobei die Amplitude vorzugsweise mittels eines Schätzverfahrens ermittelt wird. 10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Drehstabmoment gefiltert wird und das gefilterte Drehstabmoment dem frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechner (24) für die Ermittlung des Kompensationsmoments (MKomp) zugeführt wird. 1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Filter ein variabler Bandpass (23) verwendet wird, in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit (v(t)), einer Raddrehzahl oder einer mit einer Raddrehzahl korrelierenden Größe eine Anregungsfrequenz (fo) gebildet wird und eine Mittenfrequenz des variablen Bandpasses (23) in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz (fo) gewählt wird. 12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der frequenzvariable Stör- und Zustandsgrößenberechner (24) bezüglich mindestens einer Größe parametriert ist und eine Adaption mindestens einer Funktion des frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechners (24) zur Kompensation von einer Serienstreuung und/oder zur Kompensation von einer Alterung des Lenksystems durch Veränderung des mindestens einen Parameters erfolgt. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Parameter in Abhängigkeit von einer ermittelten Kompensationsgüte verändert wird. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsgüte durch Auswerten einer Amplitude einer noch verbleibenden Restschwingung in dem Drehstabmoment bestimmbar ist. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption des frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechners (24) zumindest eine Adaption des Modells des Übertragungsverhaltens umfasst. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der frequenzvariable Stör- und Zustandsgrößenberechner (24) als ein untrennbares Modul ausgebildet ist, das in Abhängigkeit von dem Drehstabmoment (MTB) das Kompensationsmoment (MKomp) ermittelt, wobei der frequenzvariable Stör- und Zustandsgrößenberechner (24) insbesondere das Modell des Übertragungsverhaltens umfasst. 17. Vorrichtung zur Kompensation von Lenkraddrehschwingungen während des Betriebs eines Lenksystems (1 ) in einem Fahrzeug, wobei das Lenksystem (1 ) einen ansteuerbaren Momentensteller (7) und Mittel (15) zum Bestimmen eines aktuelles Drehstabmoments (MTB) aufweist und wobei die Vorrichtung Mittel zum Bestimmen eines Kompensationsmoments (MKomp) in Abhängigkeit von dem aktuellen Drehstabmoment (MTB) und Mittel zum Ansteuern des Momentenstellers (7) in Abhängigkeit von dem Kompensationsmoment (MKomp), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechner (24) umfasst, wobei der frequenzvariable Stör- und Zustandsgrößenberechner (24) zur Bestimmung des Kompensationsmoments (MKomp) in Abhängigkeit von dem Drehstabmoment (MTB) oder einer in Abhängigkeit von dem Drehstabmoment (MTB) gebildeten Größe ausgebildet ist. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist. |
Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation von Lenkraddrehschwingungen in einem Lenksystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von
Lenkraddrehschwingungen während des Betriebs eines Lenksystems in einem Fahrzeug, wobei das Lenksystem einen ansteuerbaren Momentensteller umfasst. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Kompensation von
Lenkraddrehschwingungen in einem Lenksystem, wobei das Lenksystem einen ansteuerbaren Momentensteller umfasst.
Bei einem Fahrzeug treten Lenkraddrehschwingungen insbesondere auf, wenn an den Rädern Unwuchten vorhanden sind. Lenkraddrehschwingungen werden auch als„Shimmy" oder„Smooth Road Shake" bezeichnet. Derartige
Lenkraddrehschwingungen werden üblicherweise mittels verschiedener
Maßnahmen gedämpft oder reduziert, da sie als störend empfunden werden.
Beispielsweise ist es bekannt, durch konstruktive Maßnahmen wie etwa den Einsatz von Dämpfungselementen die durch Unwuchten erzeugten Schwingungen teilweise zu kompensieren. Es ist ferner bekannt, zusätzliche elektronische Stellglieder und/oder Sensoren vorzusehen und durch eine entsprechende Ansteuerung der Stellglieder die Lenkraddrehschwingungen zu reduzieren. Elektrische Lenksysteme (EPS) weisen einen als EPS-Motor bezeichneten
Momentensteller auf. Um Lenkraddrehschwingungen zu reduzieren ist es bekannt, eine geeignete Ansteuerung des EPS-Motors vorzusehen. Beispielsweise wird mittels eines Drehmomentsensors das aktuelle Drehstabmoment erfasst.
Hochfrequente Anteile des Lenkmoments werden als Störung definiert und über eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkgeschwindigkeit sowie dem Drehmoment abhängigen Kennlinie gedämpft. Hier werden jedoch mitunter gewünschte Fahrbahnrückmeldungen fälschlicherweise als Störung erkannt und deshalb eliminiert oder zumindest reduziert. Dies hat negative Auswirkungen auf das Lenkgefühl und kann sicherheitsrelevante Nachteile mit sich bringen, da dem Fahrer möglicherweise wichtige Informationen über die Fahrbahn nicht mehr zur Verfügung stehen. Ein solches System ist beispielsweise aus der EP 1 839 998 A1 bekannt.
Ferner ist aus der EP 1 650 106 B1 ein Verfahren zur Reduzierung von
Lenkraddrehschwingungen bekannt, bei dem mittels eines elektrischen Motors an geeigneter Stelle Gegenschwingungen in das Lenksystem eingeleitet werden.
Hierdurch werden auftretende Drehschwingungen teilweise kompensiert. Bei dem bekannten Verfahren wird ein aktuelles Lenkrad-Drehmoment benötigt, welches in einem Zeitfenster geeigneter Größe auf das Vorhandensein periodischer
Schwingungen untersucht wird. Dieses Verfahren benötigt einen zusätzlichen Drehmomentsensor sowie eine zeitaufwändige Berechnung des
Kompensationsmoments mithilfe einer Auto- bzw. Kreuzkorrelationsfunktion.
Aus der US 2009/0000857 A1 ist ein Verfahren zur Unterdrückung einer Lenkrad- Drehschwingung bekannt. In dem bekannten Verfahren wird eine
Rotorlagegeschwindigkeit eines die Lenkung unterstützenden Elektromotors ermittelt. Mit dieser Größe wird mittels einer Frequenzschätzungseinheit, einer Phasenkorrektureinheit, sowie einer darauf aufsetzenden
Vibrationsunterdrückungseinheit, die die berechnete Frequenz und Phase als Eingangsgröße benötigt, ein Kompensationsstrom berechnet. Aufgrund der
Servoanbindung an die Lenkung ist die Rotorlagegeschwindigkeit allerdings nur bedingt als Messgröße geeignet. Insbesondere bei niedrigem Kraftniveau an der Zahnstange kann die Rotorlagegeschwindigkeit nicht ohne weiteres als ausreichend genaue Messgröße herangezogen werden.
Aus der JP 2004-161073 ist ein Verfahren zum Detektieren von
Lenkraddrehschwingungen anhand einer FFT (fast fourier transform) eines
Drehstabmoments bekannt. Wird bei diesem bekannten Verfahren eine
Lenkraddrehschwingung erkannt, so wird die Systemdämpfung insgesamt erhöht. Dies hat jedoch den Nachteil, dass das gesamte Lenkgefühl verschlechtert wird. Eine Verbesserung dieses Verfahrens ist aus der EP 1 975 040 81 bekannt, bei welchem die FFT effizienter dadurch ermittelt wird, dass diese nur in engen
Frequenzbändern in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird. Aus der US 2009/0125186 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Kompensation von Lenkraddrehschwingungen bekannt, bei welchem ein gefiltertes Drehstabmoment ermittelt wird und zur Kompensation eine dem gefilterten Drehstabmoment entsprechende jedoch um 180° phasenverschobene Kompensationsgröße auf geschaltet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ohne negative Auswirkungen auf das Lenkgefühl eine möglichst vollständige Kompensation von Lenkraddrehschwingungen ermöglichen. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche gelöst; weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den
Unteransprüchen genannt.
Erfindungsgemäß wird eine Regelung eines Momentenstellers, also beispielsweise eines EPS-Motors zur Verfügung gestellt, die eine Ansteuerung des
Momentenstellers derart ermöglicht, dass auftretende Lenkraddrehschwingungen vollständig, jedenfalls aber nahezu vollständig kompensiert werden können. Hierzu wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Drehstabmoment erfasst. Mittels eines frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechners wird in Abhängigkeit von dem erfassten Drehstabmoment ein Kompensationsmoment ermittelt. Dieses Kompensationsmoment bzw. ein dem Kompensationsmoment entsprechendes Signal wird dann bei einer Ansteuerung des Momentenstellers herangezogen. Erfindungsgemäß wird ein frequenzvariabler Stör- und Zustandsgrößenberechner herangezogen. Hierbei handelt es sich um einen für variable Frequenzen
einsetzbaren sogenannter„Disturbance Observer", der auch als DOFV bezeichnet wird. Disturbance Observer sind beispielsweise in "Katsuhiko Fuwa, Tatsuo Narikiyo and Hisashi Kandoh: A Construction of Disturbance Observer to Cope with
Frequency Variation and Its Application to Vibration Suppression Control System; Proceedings of the 17 th IFAC World Congress; Seoul, Korea, July 6-11 , 2008" beschrieben. Mithilfe der Disturbance Observer können Störungen mit bekannter und konstanter Frequenz reduziert werden. Bei Lenkraddrehschwingungen hängt die Störungsfrequenz von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise den aktuellen Radgeschwindigkeiten ab. Deshalb wird erfindungsgemäß ein DOFV eingesetzt, der auch bei sich verändernden Frequenzen zuverlässig arbeitet. Ein DOFV ist eine regelungstechnische Methode, mit dessen Hilfe aus der Kenntnis von einer sinusförmigen Störung mit variabler Frequenz, einer Stellgröße und
möglicherweise weiteren Messgrößen eine zusätzliche Stellgröße berechnet werden kann, die die sinusförmige Störung mit variabler Frequenz unterdrückt
beziehungsweise kompensiert. Ein DOFV ist beispielsweise beschrieben in "Tatsuo Narikiyo, Katsuhiko Fuwa and Takeshi Murano: Implementation of Disturbance Attenuation System Based on Frequency Estimation; Proceedings of the 17 th IFAC World Congress; Seoul, Korea, July 6-1 1 , 2008".
In dem frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechner ist ein identifiziertes Modell hinterlegt, das das Übertragungsverhalten von dem Moment des
Momentenstellers, also beispielsweise dem Motormoment des EPS-Motors, auf das Drehstabmoment beschreibt. Dieses Modell umfasst insbesondere das
Übertragungsverhalten bezüglich der Amplitude und Phase des jeweiligen Moments bzw. des jeweiligen Momentensignals. Aus Signalen, die einer Radgeschwindigkeit entsprechen, also beispielsweise aus der Radgeschwindigkeit selbst, einer
Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer Radwinkelgeschwindigkeit, kann die Frequenz einer aktuellen Störung ermittelt werden. Für die Ermittlung einer aktuellen
Störamplitude sowie der Phasenlage der Störung wird ein vorzugsweise gefiltertes Drehstabmoment dem frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechner zur Verfügung gestellt. Eine Filterung des Drehstabmoments erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mittels eines frequenzvariablen Bandpasses, wobei die Mittenfrequenz des frequenzvariablen Bandpasses entsprechend einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. Radgeschwindigkeit eingestellt wird. Um eine vollständige oder nahezu vollständige Kompensation der
Lenkraddrehschwingung zu erreichen, muss die Kompensation aufrechterhalten werden, auch wenn - aufgrund der Kompensation - in dem aktuell erfassten
Drehstabmoment das Störsignal gerade nicht mehr vorhanden ist. Ohne ein
Aufrechterhalten der Kompensation würde selbstverständlich zunächst kein
Kompensationsmoment ermittelt werden. Infolge davon würde jedoch in einem nächsten Berechnungsschritt wieder eine Lenkraddrehschwingung erfasst werden, was wiederum zur Erzeugung eines Kompensationssignals führen würde. Eine vollständige Kompensation wäre damit nicht möglich. Erfindungsgemäß wird nun das ermittelte Kompensationsmoment rückgeführt und bei einer erneuten Ermittlung eines Kompensationsmoments zusammen mit dem aktuellen Drehstabmoment berücksichtigt. Die Rückführung des Kompensationsmoments (des vorherigen Zeitschritts) erfolgt vorzugsweise vollständig innerhalb des frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechners. Durch diese interne Rückführung werden folglich bei der Berechnung der Störgröße ganzheitlich die bereits kompensierten Anteile berücksichtigt. Dies ermöglicht eine korrekte Berechnung des Störsignals, obwohl die Störung gerade durch das im vorausgegangenen Zeitschritt ermittelte
Kompensationsmoment im Messsignal, also im aktuell erfassten Drehstabmoment, nicht mehr sichtbar ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird überdies sowohl die Amplitude als auch die Phase des Störsignals bestimmt. Dies erfolgt mittels des das Übertragungsverhalten beschreibenden identifizierten und in dem frequenzvariablen Stör- und
Zustandsgrößenberechner abgelegten Modells. Das Modell des
Übertragungsverhaltens wird außerdem herangezogen, um das für die
Kompensation der Störgröße benötigte Motormoment zu bestimmen. Der
frequenzvariable Stör- und Zustandsgrößenberechner umfasst ferner ein Modell sinusförmiger Störungen. Durch die Verbindung des Filterung des
Drehstabmoments, beispielsweise mittels des frequenzvariablen Bandpasses und dem frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechner, in welchem das Modell sinusförmiger Störungen abgelegt ist, werden negative Auswirkungen auf das Lenkgefühl wirksam verhindert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das beispielsweise in einem Steuergerät des Lenksystems ausgebildete und als Modul implementierte Verfahren zur
Kompensation der Lenkraddrehschwingungen nicht permanent aktiv ist, da dies unnötig Rechenzeit benötigen würde. Vorteilhafterweise wird deshalb in
Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Lenkradwinkel sowie der Amplitude des aktuellen Störsignals auf das Vorhandensein von
Lenkraddrehschwingungen geschlossen. Da Lenkraddrehschwingungen nur in einem eng begrenzten Geschwindigkeitsband sowie bei Geradeausfahrt bzw.
nahezu Geradeausfahrt auftreten, ist eine Aktivierung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur innerhalb dieser Zeitfenster notwendig. Für die Ermittlung der Amplitude des Störsignals wird vorzugsweise ein Modell bzw. ein Beobachter herangezogen. Eine solche Art "geschätzter" Amplitude des Störsignals ist von vorliegend ausreichender Genauigkeit. Die so ermittelte Amplitude des Störsignals kann ferner für eine Adaption des innerhalb des frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechners abgelegten Modells des Übertragungsverhaltens bzw. auch weiterer in dem frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechner enthaltenen Funktionalitäten herangezogen werden. Für eine Adaption ist beispielsweise in dem Steuergerät des Lenksystems ein skalierter Parametersatz des frequenzvariablen Stör- und
Zustandsgrößenberechners hinterlegt, der an die Serienstreuung des jeweiligen Lenksystems angepasst wird. In Abhängigkeit von einer aktuellen
Kompensationsgüte bzw. in Abhängigkeit von der Amplitude der trotz Kompensation noch vorhandenen Lenkraddrehschwingungen wird der Skalierungsfaktor gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung angepasst und damit in der Berechnungseinheit adaptiert.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung umfassen also eine explizite
Modellierung des Übertragungsverhaltens "Motormoment auf Drehstabmoment" in dem für Lenkraddrehschwingungen relevanten Frequenzbereich sowohl im
Amplitudengang als auch im Phasengang, beispielsweise durch eine effiziente Offline-Parametrierung in Form einer Vermessung des Lenksystems auf einem Prüfstand und anschließender Berechnung diesbezüglicher Parameter. Damit wird erreicht, dass über alle relevanten Frequenzen bereits eine ca. 50%-ige
Kompensation der Lenkraddrehschwingungen möglich ist, ohne dass eine
Applikation im Fahrzeug selbst notwendig ist. Durch die modellbasierte Rückführung der bereits kompensierten Störinformation kann sogar nahezu eine 100%-ige Kompensation der Lenkraddrehschwingungen erreicht werden, zumindest in einer Kombination mit einer korrekten Phasenlage und Amplitude. Diese sehr hohe Kompensationsgüte wird weiter verbessert bzw. bleibt erhalten durch eine Online-Adaption des erfindungsgemäßen
frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechners zum Zwecke einer optimalen Anpassung an Serienstreuungen und insbesondere einer
Berücksichtigung der Alterung des Lenksystems. Hierzu wird insbesondere eine Adaption des Übertragungsmodells, das auch für die Rückführung des
Kompensationssignals verwendet wird, beispielsweise durch geeignete Skalierung eines skalierten Parametersatzes, durchgeführt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass eine üblicherweise bereits vorhandene Sensorik, die beispielsweise einen Sensor für die Erfassung eines aktuellen Drehstabmoments sowie einen Sensor für die Erfassung einer
Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer Radgeschwindigkeit umfasst, weiter verwendet werden kann. Dadurch, dass ein Großteil der Funktionalität innerhalb eines ganzheitlichen Moduls zur Störgrößenberechnung realisiert ist und der
frequenzvariable Stör- und Zustandsgrößenberechner sowohl die modellbasierte Rückführung als auch das Modell des Übertragungsverhaltens umfasst, kann eine sehr recheneffiziente Umsetzung des Stör- und Zustandsgrößenberechners erfolgen. Durch die Ausbildung eines derartigen untrennbaren Moduls zur
Berechnung des Kompensationsmoments nach Amplitude und Phase,
beispielsweise in Form eines einfachen Zustandsraummodells mit Additionen und Multiplikationen, kann eine sehr effiziente Online-Berechnung erreicht werden.
Weiterhin ermöglicht die Erfindung eine explizite Formulierung der Störgröße als Sinussignal, wodurch eine monofrequente, streng selektive Unterdrückung der Störung erreicht wird, ohne dass eine Beeinträchtigung des Lenkgefühls erfolgt. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der
Erfindung, die anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der
Erfindung und
Figur 3 einen beispielhaften Phasengang eines Lenksystems in einem für
Lenkraddrehschwingungen relevanten Frequenzbereich. In Figur 1 ist ein elektrisches Lenksystem 1 dargestellt, dass eine Lenkvorrichtung 2 und ein Steuergerät 3 umfasst. In dem Steuergerät 3 ist ein Mikroprozessor 4 angeordnet, der über eine Datenleitung, beispielsweise ein Bussystem, mit einem Speicherelement 5 verbunden ist. In dem Speicherelement 5 sind Speicherbereiche ausgebildet, in denen Funktionsmittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise in Form eines Computerprogramms, abgespeichert sind. In dem Speicherelement 5 können ferner Kernfelder und vorgegebene Parameter oder sonstige Werte abgelegt sein.
Über eine Signalleitung 6 ist das Steuergerät 3 mit einem Momentensteller 7 verbunden, der beispielsweise als Elektromotor ausgebildet ist, so dass eine
Steuerung des Elektromotors beziehungsweise des Momentenstellers 7 durch das Steuergerät 3 ermöglicht wird. Der Elektromotor wirkt über ein Getriebe 8 auf einen Drehstab 9. An dem Drehstab 9 ist ein Lenkmittel, beispielsweise ein Lenkrad 10, angeordnet.
Die Lenkvorrichtung weist ferner ein Lenkgetriebe 1 1 auf, das als
Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 11 ist über ein Ritzel 12a und eine Zahnstange 12b auf jeder Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 13, das jeweils von einem Rad zusammenwirkt, verbunden.
Mittels eines Sensors 15 ist ein Drehstabmoment MTB und mittels eines Sensors 16 ist ein Lenkwinkel angi_R erfassbar. Die Lenkvorrichtung weist ferner einen Sensor 17 auf, mittels dessen eine Fahrzeuggeschwindigkeit v oder eine einer
Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechende Größe wie beispielsweise eine
Raddrehzahl oder eine Radwinkelgeschwindigkeit erfassbar ist. Die über die Sensoren 15, 16 und 17 erfassten Werte werden über in Figur 1 nicht dargestellte Datenleitungen dem Steuergerät 3 zur Verfügung gestellt. Die
Datenleitungen können in vielfältig bekannter Weise ausgeführt sein. Vorzugsweise wird ein Bussystem zur Kommunikation zwischen dem Steuergerät 3 und Sensoren bzw. Aktoren eingesetzt.
Durch geeignete Programmierung des Steuergeräts 3 ist auf dem in Figur 1 dargestellten Lenksystem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar, wobei die Erfindung dann sowohl durch das Steuergerät 3 als auch durch ein entsprechendes Computerprogramm 18 realisiert ist. Das Steuergerät stellt dann die
erfindungsgemäße Vorrichtung dar und das Computerprogramm stellt ebenso die Erfindung dar wie das erfindungsgemäße Verfahren, zu dessen Ausführung das Computerprogramm programmiert ist.
Das in Figur 1 dargestellte Lenksystem 1 ist zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens hergerichtet. Hierzu ist beispielsweise das
Steuergerät 3 in entsprechender Weise programmiert. Mittels des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird gemäß einer möglichen Ausführungsform eine vollständige Kompensation von Lenkraddrehschwingungen in einem Kraftfahrzeug ermöglicht, wobei mittels des Momentenstellers 7, also beispielsweise des
Servomotors der EPS, geeignete Gegenschwingungen in die Lenkvorrichtung 2 eingeprägt werden, welche wiederum anhand eines aus dem Drehstab 9
extrahierten Störsignals berechnet werden. Hierzu ist vorzugsweise keine
Zusatzsensorik notwendig, so dass für die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Modifikation der vorhandenen Sensorik notwendig ist, was wiederum die Kosten senkt.
In Figur 2 ist eine mögliche Ausführungsform der Erfindung anhand eines
Blockdiagramms dargestellt. Zur Ansteuerung des Momentenstellers 7 ist in Figur 2 ein frequenzvariabler Stör- und Zustandsgrößenberechner 20 mit explizit definierter sinusförmiger Störgröße und interner Rückkopplung zur Berücksichtigung bereits kompensierter Anteile des Störsignals dargestellt, der beispielsweise als
Computerprogramm 18 in dem Steuergerät 3 abgespeichert ist. Mittels des frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechners 20 wird unter
Berücksichtigung des Phasen- und Amplitudengangs ein Kompensationsmoment ermittelt unter Verwendung eines skalierten Modells 21 des Übertragungsverhaltens zwischen Momentensteller 7 und Drehstab 9. Das skalierte Modell 21 wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform online, also während des Betriebs des
Lenksystems 1 , an eine Serienstreuung und Alterung des Lenksystems 1
angepasst, wodurch eine optimale Kompensation der Lenkraddrehschwingungen garantiert ist.
Von zentraler Bedeutung für die vorliegende Erfindung ist die Verwendung des frequenzvariablen Stör- und Zustandsberechners 20, in welchem das parametrierte Modell 21 des Übergangsverhaltens von Motormoment auf Drehstabmoment hinterlegt ist. In Abhängigkeit von einem zu einem bestimmten Zeitpunkt t ermittelten aktuellen Drehstabmoment MTB (t) wird mittels des frequenzvariablen Stör- und Zustandsberechners 20 ein Kompensationsmoment MKOMP (t) ermittelt, anhand dessen ein Signal für die Ansteuerung des Momentenstellers 7 erzeugt wird, was zu einer Kompensation vorhandener Lenkraddrehschwingungen führt. Das beispielsweise mittels des Sensors 15 ermittelte Drehstabmoment MjB (t) wird vorzugsweise mittels eines frequenzvariablen Bandpasses 22 gefiltert, um
beispielsweise einen für das vorliegende System störenden Einfluss hochfrequenter Störungen auszuschließen. Das solcherart gefilterte Drehstabmoment Mi b fiit (t) wird schließlich dem frequenzvariablen Stör- und Zustandsberechner 20 für die
Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt. Die Einstellung der Frequenz des frequenzvariablen Bandpasses 22 erfolgt mittels eines Anregungsfrequenzermittlers 23, der aus einer erfassten Geschwindigkeit v(t), beispielsweise einer Raddrehzahl bzw. einer Radgeschwindigkeit oder einer
Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Anregungsfrequenz fo (t) bestimmt. Die ermittelte Anregungsfrequenz fo (t) wird außerdem zur Einstellung der Frequenz des
frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechners 20 diesem zur Verfügung gestellt. Um ein Aufrechterhalten des Kompensationsmoments Μκοινιρ(ί) auch dann sicherzustellen, wenn eine Lenkraddrehschwingung aufgrund der erfindungsgemäß erfolgten Kompensation in dem Drehstabmoment MjB(t) nicht mehr feststellbar ist, wird das jeweils berechnete Kompensationsmoment ΜΚΟΜΡ(Μ ) für die Berechnung des Kompensationsmoments MKOMP (t) berücksichtigt durch eine vorzugsweise in dem frequenzvariablen Stör- und Zustandsgrößenberechner 20 integrierte
Rückführung des Kompensationsmoments MKOMP (t-1 ). Diese Rückführung erfolgt unter Berücksichtigung des Modells 21 , also des Übertragungsverhaltens bezüglich des Phasen- und Amplitudengangs zwischen dem Momentensteller 7 und dem Drehstab 9.
Gemäß der in Figur 2 dargestellten besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Adaption der Kompensation. Hierzu wird in einem
Adaptionsblock 25 ein skalierter Parametersatz 26 verändert, um eine Alterung des Lenksystems 1 bzw. eine Serienstreuung zu kompensieren und stets eine optimale Leistung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu garantieren. Der Parametersatz ist beispielsweise in dem Steuergerät 3 abgespeichert. Vorliegend sind insbesondere die Auswirkungen eines Alterns der Lenkung auf das Übertragungsverhalten
Motormoment - Drehstabmoment von Bedeutung. Deshalb wird mittels des skalierten Parametersatzes 26 insbesondere das Modell 21 adaptiert. Das
Erkennen einer Alterung des Lenksystems 1 erfolgt in dem Adaptionsblock 25 in Abhängigkeit von einer aktuellen Amplitude AMTB (t), die vorzugsweise mittels einer Amplitudenschätzungseinheit 27 aus einem konstruierten Moment MTBkonst (t) gebildet wird. M T Bkonst (t) stellt die Störgröße dar, die sich aus der Addition von M T Bfiit (t) und der sich durch Rückführung von MKOMP (t-1 ) berechneten, bereits
kompensierten Störanteile im Drehstabmoment ergibt. Ist die Kompensation nicht aktiv, entspricht das konstruierte Moment MTBkonst (t) dem gefilterten Drehstabmoment MTBfiit (t). Bei aktiver Kompensation hingegen muss das Störsignal rekonstruiert werden. In diesem Fall wird das konstruierte Moment MTBkonst (t) daher von der Rückführung dominiert, während das gefilterte Drehstabmoment MiBfiit (t) nur einen geringen Beitrag liefert. Die so ermittelte Amplitude AMTB (t) der
Restschwingung ist ein Maß für die Kompensationsgüte und gibt damit Auskunft, ob eine Anpassung an die Serienstreuung der Lenkung bzw. aufgrund eines Alterns des Lenksystems durchgeführt werden soll.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine
Lenkraddrehschwingungs-Erkennungseinheit 24 vorgesehen. Diese ermöglicht es, die Erzeugung eines Kompensationsmoments ΜΚΟΜΡ(Ϊ) zu aktivieren bzw. zu deaktivieren in Abhängigkeit davon, ob aktuell eine Lenkraddrehschwingung vorliegt. Lenkraddrehschwingungen liegen üblicherweise nur in einem eng begrenzten Geschwindigkeitsband sowie bei Geradeausfahrt vor, weshalb eine Aktivierung der Funktion zur Bestimmung des Kompensationsmoments nur in diesen Zeitfenstern notwendig ist. Die Lenkraddrehschwingungs-Erkennungseinheit 24 umfasst in der in Figur 2 beispielhaft dargestellten Ausführungsform ein Modul 28, in welchem ein beispielsweise mittels des Sensors 16 aktuell erfasster
Lenkradwinkel angi_R(t) daraufhin geprüft wird, ob der aktuelle Lenkwinkel innerhalb vorgegebener Grenzen ist. Damit kann festgestellt werden, ob das Fahrzeug aktuell in Geradeausfahrt bzw. nahezu in Geradeausfahrt bewegt wird. In einem Modul 29 wird die aktuelle Anregungsfrequenz fo(t) daraufhin überprüft, ob sich diese innerhalb vorgegebener Frequenzgrenzen befindet, woraus wiederum geschlossen werden kann, ob sich das Fahrzeug innerhalb eines bestimmten
Geschwindigkeitsbereiches bewegt.
In einem Modul 30 wird geprüft, ob die aktuelle Amplitude ΑΜΤΒ(Ϊ) sich innerhalb vorgegebener Grenzen befindet. Die mittels der Module 28, 29 und 30
durchgeführten Auswertungen werden einem Modul 31 zugeführt, das schließlich eine Aktivierung oder Deaktivierung des frequenzvariablen Stör- und
Zustandsgrößenberechners 20 veranlasst. Hierzu kann vorgesehen sein, dass in dem Modul 31 die mittels der Module 28, 29 und 30 bestimmten
Auswerteergebnisse mittels einer logischen UND-Operation kombiniert werden. Die Lenkraddrehschwingung-Erkennungseinheit 24 ermöglicht damit das Aktivieren der Bestimmung des Kompensationsmoments Μκοινιρ(ί) für den Fall, dass sich ein aktueller Lenkwinkel innerhalb vorgebbarer Lenkwinkelgrenzen bewegt, eine aktuelle Anregungsfrequenz innerhalb vorgegebener Frequenzgrenzen ist und eine aktuelle Amplitude des erfassten Drehstabmoments sich innerhalb vorgegebener Amplitudengrenzen befindet. Wenn diese drei Bedingungen vorliegen, wird auf das Vorliegen einer Lenkraddrehschwingung geschlossen und die Erzeugung des Kompensationsmoments aktiviert. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass bei der
Bestimmung des Kompensationsmoments Μκοινιρ(ί) dieses Moment sowohl hinsichtlich seiner Amplitude als auch des Phasengangs genau bestimmt wird.
Lediglich das Aufschalten eines Kompensationsmoments mit einer Phase von 180° kann nämlich nicht zu einer vollständigen Kompensation von
Lenkraddrehschwingungen führen, da festgestellt wurde, dass der Phasengang nicht konstant bei 180° ist.
In Figur 3 ist beispielhaft für ein mögliches Lenksystem 1 ein Zusammenhang zwischen der Anregungsfrequenz einerseits und der jeweiligen Phasenlage andererseits dargestellt. Hierbei ist in Figur 3 der Phasengang eines Lenksystems im für Lenkraddrehschwingungen relevanten Frequenzbereich von ca. 10 bis ca.
20Hz schematisch gezeigt. Bei diesem Beispiel ist erkennbar, dass der Phasengang bei einer Frequenz von ca. 10Hz bei 160° liegt und der Phasengang bei 20Hz ca.
195° beträgt. Die erfindungsgemäß explizite Berücksichtigung des Phasengangs bei der Bestimmung des Kompensationssignals sowie die modellbasierte Rückführung ermöglichen eine signifikante Verbesserung der Kompensationsgüte gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen.
Next Patent: WINDOW PANE AND METHOD FOR MOUNTING A WINDOW PANE ON A VEHICLE