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    Ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Lenksystems (10) in einem Fahrzeug, das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: DOLLAR A - Festlegen eines bestimmten Lenkwertes für die Richtung von mindestens einem Vorderrad (z. B. 26a), welches mindestens eine Vorderrad (z. B. 26a) sich in einer Anordnung der Vorderräder (26a, 26b) befindet; DOLLAR A - Senden eines Signals, das dem bestimmten Lenkwert entspricht, an das System der Vorderräder (26a, 26b), das mindestens ein Motor-Stellglied (24a, 24b) aufweist; DOLLAR A - Festlegen eines Drehmoment-Regelwertes für das Motor-Stellglied (24a, 24b) durch einen Regelalgorithmus; DOLLAR A - Festlegen eines Wertes für den Reibungsausgleich; DOLLAR A - Kompensieren des bestimmten Lenkwertes, der durch mechanische Reibung beeinträchtigt ist, mit dem Wert des Reibungsausgleichs und DOLLAR A - Betätigen der Vorderräder (26a, 26b) in Abhängigkeit von dem bestimmten Lenkwert.A method for operating an electronic steering system (10) in a vehicle, the method comprises the following steps: B. 26a) is in an arrangement of the front wheels (26a, 26b); DOLLAR A - sending a signal corresponding to the determined steering value to the front wheel system (26a, 26b) having at least one motor actuator (24a, 24b); DOLLAR A - Setting a torque control value for the motor actuator (24a, 24b) by a control algorithm; DOLLAR A - Set a value for the friction compensation; DOLLAR A - compensating for the determined steering value, which is impaired by mechanical friction, with the value of the friction compensation and DOLLAR A - actuating the front wheels (26a, 26b) depending on the determined steering value.
    公开号:DE102004001764A1
    申请号:DE200410001764
    申请日:2004-01-12
    公开日:2004-08-05
    发明作者:Behrouz Northville Ashrafi；Ann Hayes Southfield Larsen；Yixin Ann Arbor Yao
    申请人:Visteon Global Technologies Inc；
    IPC主号:B62D5-00
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung beziehtsich allgemein auf einen Reibungsausgleich in einem Lenksystem einesFahrzeuges und speziell auf den Reibungsausgleich in einem elektronischenLenksystem (steer-by-wire system), es werden modellgestützte undnicht modellgestützteMethoden zur Kompensation von Reibung eingesetzt.The present invention relatesgenerally relates to friction compensation in a steering systemVehicle and especially on the friction compensation in an electronicSteer-by-wire system, it will be model-based andnot model-basedMethods used to compensate for friction.
    [0002] Ein typisches Kraftfahrzeug wirddurch Betätigeneiner manuellen Lenkvorrichtung, wie z. B. einem Lenkrad, über einenLenkmechanismus, der die Richtung der Vorderräder bestimmt, gelenkt. Im Allgemeinen befindetsich die manuelle Lenkvorrichtung im Fahrgastraum des Fahrzeugsund sind die lenkbaren Vorderräderan der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet. Ein geeigneter Lenkmechanismusist notwendig, um die manuelle Lenkvorrichtung und die Vorderräder miteinanderzu verbinden.A typical automobileby pressinga manual steering device, such as. B. a steering wheel, over aSteering mechanism that determines the direction of the front wheels. Generally locatedthe manual steering device in the passenger compartment of the vehicleand are the steerable front wheelsarranged at the front of the vehicle. A suitable steering mechanismis necessary to connect the manual steering device and the front wheels togetherconnect to.
    [0003] Um die Beschränkungen in mechanischen Lenksystemenzu überwinden,ist vorgeschlagen worden, ein Lenksystem anzuwenden, in dem diemanuelle Lenkvorrichtung nicht mechanisch mit den Vorderrädern verbundenist und die Lenkbewegung durch einen Elektromotor erreicht wird,ein so genanntes elektronisches Lenksystem.To the restrictions in mechanical steering systemsto overcome,has been proposed to use a steering system in which themanual steering device not mechanically connected to the front wheelsand the steering movement is achieved by an electric motor,a so-called electronic steering system.
    [0004] In einem elektronischen Lenksystemarbeitet ein Motor-Stellglied, das mit den Vorderrädern verbundenist, und auf einen Regelbefehl reagiert, der von einem Regler derVorderrädererzeugt wird. Der Regler der Vorderräder empfängt verschiedene, gemesseneund bewertete, Signale wie: Winkel des Lenkrades, Winkel der Vorderräder undGeschwindigkeit des Fahrzeugs und sendet einen Regelbefehl an dasStellglied, um die Vorderräderdem Lenkbefehl folgen zu lassen. In einem elektronischen Lenksystemgibt es keine mechanische Verbindung zwischen dem Stellsystem derVorderräderund dem Lenkrad, obwohl beide Vorderräder mechanisch miteinanderverbunden sein können,um sich synchron zu bewegen.In an electronic steering systeman engine actuator works that connects to the front wheelsand reacts to a control command issued by a controller of thefront wheelsis produced. The front wheel controller receives various, measuredand rated, signals such as: angle of the steering wheel, angle of the front wheels andSpeed of the vehicle and sends a control command to theActuator to the front wheelsto follow the steering command. In an electronic steering systemthere is no mechanical connection between the control system of thefront wheelsand the steering wheel, although both front wheels are mechanically linkedcan be connectedto move in sync.
    [0005] Es ist ebenfalls vorgeschlagen worden,ein elektronisches Lenksystem anzuwenden, in dem die beiden Vorderräder unabhängig voneinandergelenkt werden. Bei dieser Art des elektronischen Lenksystems sind diebeiden Vorderrädernicht mechanisch miteinander verbunden. Stattdessen bewegen zweiunabhängige Stellgliederdie beiden Vorderräderunabhängig.It has also been suggestedto apply an electronic steering system in which the two front wheels are independent of each otherbe directed. With this type of electronic steering system, they aretwo front wheelsnot mechanically linked. Instead, move twoindependent actuatorsthe two front wheelsindependently.
    [0006] Der Lenkmechanismus der Vorderräder eineselektronischen Lenksystems ist ein elektromechanisches System, erwird angetrieben von Elektromotoren und unterliegt dem Einflussvon Reibung, in der Form einer Kraft oder eines Drehmoments. Eintypisches elektronisches Lenksystem umfasst zum Beispiel zwei Vorderräder, jedeswird übereine Kugelumlaufspindel von einem bürstenlosen DC Motor angetrieben.In einem solchen System gibt es viele Reibungsquellen, einschließlich: derLager der Kugelumlaufspindel, der Schnittstelle zwischen der Spindelund einer Spurstange sowie der Belastung und der seitlichen Belastungdurch die Vorderräder.Die gesamte Reibung, die das elektronische Lenksystem erfährt, istdie Summe der jeweiligen Reibungen, die im System vorhanden sind.Die resultierende Reibung ist in hohem Maß nicht-linear und kann dieLeistungsfähigkeitdes Regel-Lenksystems negativ beeinflussen, was zu bleibender Regelabweichung, Grenzzyklenund ruckendem Gleiten führt.Daraus ergibt sich, dass die Vorderräder nicht exakt dem gefordertenBefehl des Lenkrades folgen können.The steering mechanism of the front wheelselectronic steering system is an electromechanical system, heis driven by electric motors and is subject to influenceof friction, in the form of a force or a torque. OnTypical electronic steering system includes, for example, two front wheels, eachis abouta ball screw driven by a brushless DC motor.There are many sources of friction in such a system, including: theBearing of the ball screw, the interface between the spindleand a tie rod as well as the load and the side loadthrough the front wheels.The total friction that the electronic steering system is experiencing isthe sum of the respective frictions that exist in the system.The resulting friction is highly non-linear and cancapacityof the control system influence negatively, resulting in permanent control deviation, limit cyclesand jerky sliding.It follows that the front wheels are not exactly the requiredCan follow the command of the steering wheel.
    [0007] Die Reibung muss deshalb ausgeglichenwerden, um sicher zu stellen, dass die Vorderräder dem Eingangs-Befehl vomLenkrad folgen, speziell bei Eingängen mit langsamem Lenkverhältnis. Obwohldie Reibung, die am Motor-Stellglied wirkt, durch verbesserte Gestaltungder Mechanik verringert werden kann, gibt es jedoch bei dieser Lösung EinschränkungenbezüglichKosten und verfügbarembzw. beanspruchtem Raum.The friction must therefore be balancedto ensure that the front wheels comply with the input command fromFollow the steering wheel, especially for inputs with a slow steering ratio. Even thoughthe friction that acts on the motor actuator through improved designmechanics can be reduced, there are limitations with this solutionin terms ofCost and availableor occupied space.
    [0008] Demgemäß wendet die gegenwärtige ErfindungMethodenlehren fürdas Regelsystem an, um die Reibungseffekte, die in einem elektronischenLenksystem vorhanden sind, zu kompensieren. Im Speziellen wendetdie gegenwärtigeErfindung System-Modellierung, Abschätzung und Methodenlehren derRegelung an, um die Reibungseffekte in einem elektronischen Lenksystemzu auszugleichen.Accordingly, the present invention appliesMethodology forthe control system to the friction effects that occur in an electronicSteering system are available to compensate. In particular turnsthe currentInvention system modeling, assessment and methodology of theScheme to address the friction effects in an electronic steering systemto balance.
    [0009] In einem elektronischen Lenksystemerzeugt ein Kompensator der Reibung ein Drehmoment zum Reibungsausgleich,in gleicher Größe und entgegengesetztdem unmittelbaren Reibmoment. Dieses Drehmoment zum Reibungsausgleichwird zu dem Regelsignal des Systems addiert, um die Reibungseffekte,die im System vorhanden sind, auszugleichen. Der Reibungskompensatorerzeugt das Drehmoment zum Reibungsausgleich nach (einem von) zweiVerfahren: modellgestütztoder nicht modellgestützt.Das modellgestützte Verfahrenbasiert auf einem geeigneten Reibungsmodell, welches das Verhaltender Reibung erfasst, um das Reibmoment auszugleichen. Das nichtmodellgestützteVerfahren arbeitet von Reibungsmodellen unabhängig, um das Reibmoment auszugleichen.In an electronic steering systema compensator for friction generates a torque for friction compensation,in the same size and oppositethe immediate moment of friction. This torque for friction compensationis added to the control signal of the system to determine the friction effects,which are present in the system. The friction compensatorgenerates the torque for friction compensation after (one of) twoProcedure: model-basedor not model-based.The model-based processis based on a suitable friction model, which is the behaviorof the friction is recorded in order to compensate for the frictional torque. Not that onemodel-basedThe process works independently of friction models to compensate for the friction torque.
    [0010] In der gegenwärtigen Erfindung werden mehreremodellgestützteund nicht modellgestützteVerfahren zum Ausgleich der Reibung beschrieben. Das modellgestützte Verfahrenumfasst eine Anzahl verschiedener Methoden, einschließlich: einemstandardmäßigen, modellgestütztem Verfahren,einem Verfahren der Regelung des Störmoments durch Beobachtung(DTO) und einem Verfahren zum adaptiven Reibungsausgleich, odernach Verfahren der adaptiven Regelung mit Referenzmodell (MRCA).Das nicht modellbasierende Verfahren schließt ein Verfahren der Fuzzy-Logikein.In the present invention, severalmodel-basedand not model-basedProcedure for compensating the friction described. The model-based processincludes a number of different methods, including: onestandard, model-based procedure,a method of controlling the disturbance torque by observation(DTO) and a method for adaptive friction compensation, orusing the adaptive control method with reference model (MRCA).The non-model-based method includes a fuzzy logic methodon.
    [0011] Obwohl die vorliegende Erfindungden Reibungsausgleich in einem elektronischen Lenksystem mit zweiunabhängigen,von Stellgliedern angetriebenen, Vorderrädern beschreibt, ist sie nichtauf ein solches Lenksystem beschränkt. Die gegenwärtige Erfindungkann auf jedes elektronische oder elektromechanische Lenksystemangepasst werden.Although the present invention involves friction compensation in an electronic steering system describes two independent front wheels driven by actuators, it is not limited to such a steering system. The present invention can be adapted to any electronic or electromechanical steering system.
    [0012] In der Zeichnung zeigenShow in the drawing
    [0013] 1 eineschematische Darstellung eines elektronischen Lenksystems gemäß der gegenwärtigen Erfindung, 1 1 shows a schematic illustration of an electronic steering system according to the present invention,
    [0014] 2 eineschematische Darstellung des Mechanismus des Vorderrades, einschließlich einesStellgliedes mit Kugelumlaufspindel, und seine Anordnung in einemelektronischen Lenksystem, gemäß der gegenwärtigen Erfindung, 2 1 shows a schematic representation of the mechanism of the front wheel, including an actuator with a ball screw, and its arrangement in an electronic steering system according to the present invention,
    [0015] 3 einDiagramm fürden Zusammenhang zwischen der Stromaufnahme des Motors und der Bewegungdes Stellgliedes des Vorderrades, ohne Reibungsausgleich und Regelung, 3 a diagram for the relationship between the current consumption of the motor and the movement of the actuator of the front wheel, without friction compensation and control,
    [0016] 4 einDiagramm füreine typische statische Reibung, mit Coulomb-Reibung und viskoser Reibung, 4 a diagram for a typical static friction, with Coulomb friction and viscous friction,
    [0017] 5 einBlockdiagramm einer Regelstrecke des Vorderrades mit nichtlinearerDarstellung der Reibung, 5 1 shows a block diagram of a controlled system of the front wheel with a non-linear representation of the friction,
    [0018] 6 einBlockdiagramm eines Regelsystems des Vorderrades mit einem standardmäßigen modellgestützten Verfahrendes Reibungsausgleichs, 6 1 shows a block diagram of a control system of the front wheel with a standard model-based method of friction compensation,
    [0019] 7 einBlockdiagramm eines Regelsystems des Vorderrades mit einem Verfahrendes Reibungsausgleichs durch Regelung des Störmoments durch Beobachtung(DTO), 7 1 shows a block diagram of a control system of the front wheel with a method of friction compensation by regulating the disturbing torque by observation (DTO),
    [0020] 8 einBlockdiagramm eines Regelsystems des Vorderrades mit einem Verfahrendes adaptiven Reibungsausgleichs, 8th 1 shows a block diagram of a control system of the front wheel with a method of adaptive friction compensation,
    [0021] 9 einBlockdiagramm eines Regelsystems des Vorderrades mit einem Verfahrendes Reibungsausgleichs durch adaptive Regelung mit Referenzmodell(MRCA), 9 1 shows a block diagram of a control system of the front wheel with a method of friction compensation by means of adaptive control using a reference model (MRCA),
    [0022] 10 einBlockdiagramm eines Regelsystems des Vorderrades mit einem Verfahrendes Reibungsausgleichs durch Fuzzy-Logik, und 10 a block diagram of a control system of the front wheel with a method of friction compensation by fuzzy logic, and
    [0023] 11 einFlussdiagramm fürein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Lenksystems in einem Fahrzeug. 11 a flowchart for a method for operating an electronic steering system in a vehicle.
    [0024] Das elektronische Lenksystem 10 dergegenwärtigenErfindung setzt sich, gemäß seinerbevurzugten Realisierung, wie sie in 1 dargestelltist, aus einem Regelsystem 11 des Lenkrades und einem Regelsystem 19 derVorderräderzusammen. Das Regelsystem 11 des Lenkrades weist ein Lenkrad 12 auf,das an einer Lenksäule 13 drehbarangeordnet ist. Ein Winkelsensor 14 und ein Motor-Stellglied 16 desLenkrades sind auf der Lenksäule 13 montiertund elektrisch mit einer Regeleinheit 18 des Lenkradesverbunden. Ein Verstärker 17 desLenkradmotors dient zum Ansteuern des Motor-Stellgliedes 16.The electronic steering system 10 The present invention continues in accordance with its preferred implementation as set forth in 1 is shown from a control system 11 the steering wheel and a control system 19 the front wheels together. The control system 11 of the steering wheel has a steering wheel 12 on that on a steering column 13 is rotatably arranged. An angle sensor 14 and a motor actuator 16 of the steering wheel are on the steering column 13 assembled and electrical with a control unit 18 connected to the steering wheel. An amplifier 17 The steering wheel motor is used to control the motor actuator 16 ,
    [0025] Das Regelsystem 19 der Vorderräder weistzwei Vorderräder 26a, 26b auf,die mechanisch überdie Spurstangen 25a, 25b mit den (voneinander)unabhängigenStellgliedern 24a, 24b der Vorderräder 26a, 26b verbundensind. Das Regelsystem der Vorderräder 26a, 26b umfasstebenfalls, zur Messung des Lenkwinkels der jeweiligen Vorderräder 26a, 26b,zwei Winkelsensoren 22a, 22b. Die Stellglieder 24a, 24b derVorderräder unddie Winkelsensoren 22a, 22b der Vorderräder sindelektrisch mit einer Regeleinheit 20 der Vorderräder verbunden.Zwei Verstärker 23a, 23b treibendie Motor-Stellglieder 24a, 24b.The control system 19 the front wheel has two front wheels 26a . 26b on that mechanically over the tie rods 25a . 25b with the (independent) actuators 24a . 24b the front wheels 26a . 26b are connected. The control system of the front wheels 26a . 26b also includes, for measuring the steering angle of the respective front wheels 26a . 26b , two angle sensors 22a . 22b , The actuators 24a . 24b the front wheels and the angle sensors 22a . 22b the front wheels are electric with a control unit 20 the front wheels connected. Two amplifiers 23a . 23b drive the motor actuators 24a . 24b ,
    [0026] Das elektronische Lenksystem 10 arbeitetdurch abgestimmte Regelung der Regeleinheit 18 des Lenkrades 18 undder Regeleinheit der Vorderräder 20.Die Regeleinheit des Lenkrades empfängt Signale vom Winkelsensor 14 desLenkrades, die den Winkelpositionen des Lenkrades 12 entsprechen,und Signale von der Regeleinheit 20 der Vorderräder, diezumindest die entsprechenden Winkelpositionen und Fahrmomente derVorderräder 26a, 26b wiedergeben.Die Regeleinheit 18 des Lenkrades 12 verarbeitetdie Eingangsdaten, basierend auf einem geeigneten Regel-Algorithmusdes Lenkrades, und erzeugt ein Ausgangssignal für das Stellglied 16 desLenkrades, um das Reaktions-Drehmoment am Lenkrad 12 zuregeln.The electronic steering system 10 works by coordinated regulation of the control unit 18 the steering wheel 18 and the control unit of the front wheels 20 , The control unit of the steering wheel receives signals from the angle sensor 14 of the steering wheel, which is the angular positions of the steering wheel 12 correspond, and signals from the control unit 20 of the front wheels, the at least the corresponding angular positions and driving torques of the front wheels 26a . 26b play. The control unit 18 the steering wheel 12 processes the input data based on a suitable control algorithm of the steering wheel and generates an output signal for the actuator 16 of the steering wheel to the reaction torque on the steering wheel 12 to regulate.
    [0027] Die Regeleinheit 20 derVorderräderempfängtein Signal von der Regeleinheit 18 des Lenkrades, das einemgeforderten Winkel des Lenkrades zugeordnet ist, sowie Signale,die mindestens den Winkelposition der Vorderräder 26a und 26b,durch die Winkelsensoren der Vorderräder 22a und 22b, entsprechen.Die Regeleinheit 20 der Vorderräder verarbeitet die Eingangsdaten,basierend auf einem geeigneten Regel-Algorithmus der Vorderräder, underzeugt Ausgangssignale an die (voneinander) unabhängigen Stellglieder 24a und 24b derVorderräder,um die Abweichung der Vorderräder 26a und 26b zuregeln.The control unit 20 the front wheels receive a signal from the control unit 18 the steering wheel, which is assigned to a required angle of the steering wheel, and signals, which are at least the angular position of the front wheels 26a and 26b , through the angle sensors of the front wheels 22a and 22b , correspond. The control unit 20 The front wheel processes the input data based on a suitable control algorithm of the front wheels and generates output signals to the (mutually) independent actuators 24a and 24b of the front wheels to the deviation of the front wheels 26a and 26b to regulate.
    [0028] Die Hauptaufgaben des Regelsystems 11 desLenkrades sind, einen Winkelbefehl der Lenkrichtung zur Verfügung zustellen und ein vertrautes Lenkgefühl, durch Regelung des Reaktions-Drehmomentsam Lenkrad 12, zu erzeugen. Die Hauptaufgabe des Regelsystems 19 derVorderräderist es, sicher zu stellen, dass die Winkelposition der Vorderräder in Gleichlaufmit dem Winkelbefehl der Richtung, wie sie vom Regelsystem des Lenkrades 11 erzeugtwird, ist. Das Regelsystem 11 des Lenkrades und das Regelsystem 19 der Vorderräder sinddurch die Regeleinheit 18 des Lenkrades und die Regeleinheit 20 derVorderräderzu einem elektronischen Lenksystem 10 integriert.The main tasks of the control system 11 of the steering wheel are to provide an angle command of the steering direction and a familiar steering feel by regulating the reaction torque on the steering wheel 12 , to create. The main task of the control system 19 of the front wheels is to make sure that the angular position of the front wheels is in sync with the angular command of the direction as given by the steering wheel control system 11 is generated. The control system 11 of the steering wheel and the control system 19 the front wheels are through the control unit 18 of the steering wheel and the control unit 20 the front wheels to an electronic steering system 10 integrated.
    [0029] 2 zeigtschematisch den Mechanismus des Vorderrades als Teil des Regelsystems 19 derVorderräder.Der Mechanismus des Vorderrades umfasst eine Kugelumlaufspindelund ihre Anordnung als Stellorgan. Das Vorderrad 26 ist über dieSpurstange 25 mit der Kugelumlaufspindel 32 verbunden.Die Bewegung der Kugelumlaufspindel 32 wird durch einenSatz Stützlager 30 erleichtertund durch eine Mutter 28 bestimmt. Das Stellglied des Vorderrades 24 bewegtdie Kugelumlaufspindel 32 lateral, wodurch das Vorderrad 26, über dieSpurstange 25, gedreht wird. In einer bevorzugten Realisierungist das Stellglied des Vorderrades 24 ein bürstenloserGleichspannungsmotor. Der Mechanismus der Kugelumlaufspindel 32 undder Satz Stützlager 30 wandelndie Drehung des bürstenlosenMotors in die seitliche Bewegung des Vorderrades um. 2 shows schematically the mechanism of the front wheel as part of the control system 19 the front wheels. The mechanism of the front wheel includes a ball screw and its arrangement as a actuator gan. The front wheel 26 is over the tie rod 25 with the ball screw 32 connected. The movement of the ball screw 32 is supported by a set of support bearings 30 relieved and by a mother 28 certainly. The front wheel actuator 24 moves the ball screw 32 lateral, causing the front wheel 26 , over the tie rod 25 , is rotated. In a preferred implementation, the actuator is the front wheel 24 a brushless DC motor. The mechanism of the ball screw 32 and the set of support bearings 30 convert the rotation of the brushless motor into the lateral movement of the front wheel.
    [0030] Wie dargestellt, empfängt dasStellglied 24 des Vorderrades Regelsignale von der Regeleinheit 20 der Vorderräder. 3 zeigt die Beziehung zwischendem aufgenommenen Motorstrom, gemessen in Ampere, und der Abweichungdes Vorderrades, gemessen in Millimetern, ohne jeden Reibungsausgleichund ohne Regelung der Winkelposition des Vorderrades. Dies ist dasexperimentelle Ergebnis des typischen ruckenden Gleitens des Vorderrad-Mechanismus, dargestelltin 2. Es ist offensichtlich,dass die Beziehung zwischen dem aufgenommenen Motorstrom und derAbweichung des Vorderrades in hohem Maß nicht-linear ist. Diese Nicht-Linearität wird hauptsächlich durchdie mechanische Reibung im Lenkmechanismus 32 (in der Kugelumlaufspindel 32)des Vorderräder-Regelsystems 19 verursacht,wie in 2 dargestellt.In einem typischen Mechanismus der Vorderräder kann das Reibmoment biszu 30% des nominalen Betätigungs-Drehmomentserreichen.As shown, the actuator receives 24 of the front wheel control signals from the control unit 20 the front wheels. 3 shows the relationship between the absorbed motor current, measured in amperes, and the deviation of the front wheel, measured in millimeters, without any friction compensation and without regulating the angular position of the front wheel. This is the experimental result of the typical jerky sliding of the front wheel mechanism shown in 2 , It is apparent that the relationship between the motor current drawn and the front wheel deviation is highly non-linear. This non-linearity is mainly due to the mechanical friction in the steering mechanism 32 (in the ball screw 32 ) of the front wheel control system 19 caused as in 2 shown. In a typical front wheel mechanism, the friction torque can reach up to 30% of the nominal actuation torque.
    [0031] Um die Betätigung der Vorderräder im elektronischenLenksystem nach 1 zurealisieren, wird ein Regelsystem, welches die Signale der Winkelpositionenvon den Winkelsensoren 22a und 22b der Vorderräder alsRückkopplungverwendet, benutzt, um die Vorderräder in Gleichlauf mit dem Eingangsbefehldes Lenkrades zu bringen. Die in dem System vorhandene Reibung kannjedoch unerwartete bleibende Regelabweichungen, ruckelndes Gleiten,Grenzzyklen und insgesamt schlechte Leistungsfähigkeit des Systems verursachen.Obwohl es möglichist, die mechanischen Komponenten entsprechend umzugestalten, umdas Reibmoment, das an den Stellgliedern der Vorderräder 24a, 24b wirkt,zu verringern, wird dieser Ansatz in einer Kostenzunahme und größeren Beschränkung des(verfügbaren)Raums führen.To control the operation of the front wheels in the electronic steering system 1 To implement, is a control system that receives the signals of the angular positions from the angle sensors 22a and 22b the front wheels used as feedback, used to bring the front wheels in sync with the steering wheel input command. However, the friction present in the system can cause unexpected permanent control deviations, jerky sliding, limit cycles and poor overall system performance. Although it is possible to redesign the mechanical components to match the frictional torque that is applied to the actuators of the front wheels 24a . 24b acts to reduce, this approach will result in an increase in costs and greater limitation of the (available) space.
    [0032] Die gegenwärtige Erfindung überwindetdie voraus genannten Beschränkungenbeim Ausgleich der Reibung durch modellgestützte und nicht modellgestützte Methodenlehrendes Reibungsausgleichs. Das Prinzip des modellgestützten Reibungsausgleichsist es, eine Kraft oder ein Moment von gleicher Größe und entgegengesetztder unmittelbaren Reibkraft oder dem unmittelbaren Reibmoment anzulegen.Um dies zu erreichen, wird deshalb ein genaues Reibungsmodell benötigt. DieLeistungsfähigkeitdes modellgestützenReibungsausgleichs wird in der Tat letztlich durch die Fähigkeitdes Modells bestimmt, die Dynamik der physikalischen Regelstrecke,einschließlichdes Mechanismus der Vorderrädermit der Reibung, zu beschreiben.The present invention overcomesthe aforementioned restrictionswhen compensating for friction through model-based and non-model-based methodologiesof friction compensation. The principle of model-based friction compensationis a force or moment of the same size and oppositethe immediate frictional force or the immediate frictional moment.To achieve this, an exact friction model is therefore required. Thecapacityof the model-basedIn fact, friction compensation is ultimately through abilityof the model determines the dynamics of the physical controlled system,includingthe mechanism of the front wheelswith the friction to describe.
    [0033] Im Allgemeinen kann die Reibung durchstatische oder dynamische Modelle beschrieben werden. 4 ist eine grafische Darstellungeines bevorzugten Reibungsmodells, das eine statische Reibung, pluseiner Coulomb-Reibung (Trockenreibung), und eine viskose Reibungumfasst. Das Reibungsmodell wird durch die folgende Gleichung beschrieben:
    [0034] Die Coulomb-Reibung (Truckenreibung)ist die Reibung, die sich der Bewegung widersetzt und nicht vonGeschwindigkeit und Kontaktflächeabhängigist. Das viskose Reibmoment wird durch die Viskosität des Schmiermittelsverursacht. Diese beiden Reibmomente werden in der ersten Reiheder Gleichung (1) beschrieben, wobei: Tcl =Tcsgn(ω)die Coulomb-Reibung und Tv = bω die viskoseReibung darstellt. Die statische Reibung ist die Reibung bei derGeschwindigkeit 0 und ist eine Funktion der externen Kraft. Siewird in Gleichung (1) beschrieben als: Te für |Te| < Ts und Ts sgnTe für|Te| ≥ Ts wenn die Geschwindigkeit v = 0 ist,wobei Te die von außen angelegte Kraft und Ts eine statische Reibkraft (Losbrechkraft)ist.Coulomb friction (truck friction) is the friction that opposes the movement and is not dependent on the speed and contact area. The viscous friction torque is caused by the viscosity of the lubricant. These two moments of friction are described in the first row of equation (1), where: T cl = T c sgn (ω) the Coulomb friction and T v = bω represents the viscous friction. The static friction is the friction at speed 0 and is a function of the external force. It is described in equation (1) as: T e for | T e | <T s and T s sgnT e for | T e | ≥ T s when the speed v = 0, where T e is the externally applied force and T s is a static friction force (breakaway force).
    [0035] 5 zeigtein Blockdiagramm einer Regelstrecke 44 des Vorderradesmit nicht-linearer Darstellung der Reibung. 5 zeigt als Blockdiagramm die Beschreibungder Regelstrecke des Vorderrades, einschließlich der Basiskomponentendes Vorderrad-Mechanismus, im elektronischen Lenksystem 10.Ein Verstärker (für das Motor-Stellglied) 36 empfängt dasRegelsignal uc und steuert das Motor-Stellgliedan, um das Drehmoment te zu erzeugen. DasMotor-Stellglied und seine Komponenten 38 erzeugen am Ausgang,unter der Einwirkung des Eingangsmoments τe unddes Reibmoments τf, die Winkelgeschwindigkeit ω und dieAbweichung Θ.Der Integrator 40 stellt die Beziehung zwischen der Winkelgeschwindigkeitund der Abweichung dar und wandelt die Winkelgeschwindigkeit w indie Winkelabweichung Θ um.Die Reibung wird dargestellt als eine Rückkopplungs-Einheit 42,gemäß dem mathematischenModell, beschrieben in Gleichung (1). Ist das Reibmoment τf =0, wird das Eingangsmoment τe durch das Reibmoment nicht beeinflusstund wird, für dasMotor-Stellglied der Regelstrecke des Vorderrades, vollständig zumeffektiven Drehmoment, wie in 5 dargestellt. 5 shows a block diagram of a controlled system 44 of the front wheel with non-linear representation of the friction. 5 shows as a block diagram the description of the controlled system of the front wheel, including the basic components of the front wheel mechanism, in the electronic steering system 10 , An amplifier (for the motor actuator) 36 receives the control signal u c and controls the motor actuator to rotate to generate moment t e . The motor actuator and its components 38 generate the angular velocity ω and the deviation under the influence of the input torque τ e and the friction torque τ f Θ , The integrator 40 represents the relationship between the angular velocity and the deviation and converts the angular velocity w into the angular deviation Θ. The friction is represented as a feedback unit 42 , according to the mathematical model described in equation (1). If the friction torque τ f = 0, the input torque τ e is not influenced by the friction torque and, for the motor actuator of the controlled system of the front wheel, becomes completely the effective torque, as in 5 shown.
    [0036] Dynamische Modelle der Reibung, diein der Regelstrecke der Vorderrädervorhanden ist, könnenin der Absicht entwickelt werden, die Reibungs-Phänomenebei niedrigen Geschwindigkeiten besser vorher zu sagen. Die dynamischenModelle werden oft als zustandsvariable Modelle bezeichnet. DieIdee ist, zusätzliche Zustandsvariable(oder innere Zustände)einzuführen,die den Grad der Reibung, zusätzlichzur Geschwindigkeit, bestimmen. Die zeitliche Änderung und Entwicklung derZustandsvariablen wird durch einen Satz Differentialgleichungenbestimmt. Das Reibungsmodell nach LuGre, als ein Beispiel einesdynamischen Modells, versucht, das Reibungsphänomen des ruckenden Gleitensbei niedrigen Geschwindigkeiten zu erfassen. Dieses dynamische Modellzeigt die Möglichkeit,die Effekte bei niedriger Geschwindigkeit zu erfassen.Dynamic models of friction thatin the controlled system of the front wheelscan existwith the intention of developing the friction phenomenabetter predict at low speeds. The dynamicModels are often referred to as variable-state models. TheIdea is additional state variable(or internal states)introduce,which the degree of friction, in additionto determine the speed. The temporal change and development of theState variables are represented by a set of differential equationscertainly. The LuGre friction model as an example of onedynamic model, tried the friction phenomenon of jerky slidingto capture at low speeds. This dynamic modelshows the possibilityto capture the effects at low speed.
    [0037] Die Reibung ist theoretisch einekontinuierliche Funktion der Zeit. Die Modelle der Zustandsvariablen, wiedas LuGre-Modell, werden im Allgemeinen die Reibung in Systemen,die bei einer sehr niedrigen Geschwindigkeit, oder bei 0, arbeiten,genauer ausgleichen. In der Praxis ist eines der Hauptprobleme beidiesen Modellen, dass die Zuständenicht messbar sind. Als eine Konsequenz basiert der Reibungsausgleichauf diskontinuierlichen und statischen Modellen.Theoretically, friction is onecontinuous function of time. The models of the state variables, such asthe LuGre model, generally the friction in systems,working at a very low speed, or at 0,balance more precisely. In practice, one of the main problems is withthese models that statesare not measurable. As a consequence, the friction compensation is basedon discontinuous and static models.
    [0038] 6 istein Blockdiagramm eines Regelsystems des Vorderrades mit einem standardmäßigen modellgestützten Verfahrendes Reibungsausgleichs. Es basiert auf einem genau bekannten nicht-linearenReibungsmodell, dargestellt in Gleichung (1) und der Rückkopplungs-Einheit 42 aus 5. Die aktuelle Reibung τf kanndurch Anlegen eines äquivalentenmodellgestütztenReibmoments τfe ausgeglichen werden. Das aktuelle modellgestützte Reibmoment τfe istdas Ausgangsmoment des bekannten Reibungsmodells (1) undist dem Reibmoment τf entgegengesetzt. In 6 wird das Reibmoment τf durchVerwenden eines Prädiktors 50 undeiner Verstärkerfunktion 52 abgeschätzt, die(wiederum) die Reibung durch Verwenden der verfügbaren Messwerte und einembekannten Reibungsmodell abschätzen.Die abgeschätzteReibung τfe wird dann zu dem Regelsignal uc addiert, um das Reibmoment τf auszugleichen. 6 Figure 3 is a block diagram of a front wheel control system using a standard model-based method of friction compensation. It is based on a well-known non-linear friction model, shown in equation (1) and the feedback unit 42 out 5 , The current friction τ f can be compensated for by applying an equivalent model-based friction torque τ fe . The current model-based friction torque τ fe is the starting torque of the known friction model ( 1 ) and is opposite to the friction torque τ f . In 6 becomes the friction torque τ f by using a predictor 50 and an amplifier function 52 that estimate (again) the friction by using the available measurement values and a known friction model. The estimated friction τ fe is then added to the control signal u c in order to compensate for the friction torque τ f .
    [0039] 6 stelltebenfalls das Blockdiagramm einer vollständigen Rückkopplungs-Regelung des Lenksystemsdar. Das Ziel ist die Regelung des Lenkwinkels des Vorderräder durchVerwenden der Rückkopplungen vonWinkelposition und Geschwindigkeit des Vorderrades. Das Regelsystemin 6 setzt sich zusammen ausder Rückkopplungder Winkelposition eines Vorderrades und der Rückkopplung der Winkelgeschwindigkeiteines Vorderrades. Die Rückkopplungs-Schleifeder Winkelposition setzt sich zusammen aus der Regelstrecke desVorderrades 44, vom Eingang uc biszum Winkel des Vorderrades Θ,und dem Positionsregler C(s) 46, mit der negativen Rückkopplungdes Vorderrad-Winkels. Die Rückkopplungs-Schleife der Winkelgeschwindigkeitsetzt sich zusammen aus der Regelstrecke des Vorderrades 44,vom Eingang uc bis zur Winkelgeschwindigkeit ω des Vorderrades,und dem Kompensator der Rückkopplungs-Schleifeder Geschwindigkeit Cr(s) 48, mitder negativen Rückkopplungder Winkelgeschwindigkeit des Vorderrades. Der Positionsregler C(s) 46 undder Kompensator Cr(s) 48 sind entsprechendgestaltet, basierend auf den Anforderungen des Regelsystems nachStabilitätund Leistungsfähigkeit,wie Gleichlauffehler des Vorderrad-Winkels, Reaktionszeit und Dämpfung. 6 also shows the block diagram of a complete feedback control of the steering system. The goal is to control the steering angle of the front wheel by using the feedback of the angular position and speed of the front wheel. The control system in 6 is composed of the feedback of the angular position of a front wheel and the feedback of the angular velocity of a front wheel. The feedback loop of the angular position is made up of the controlled system of the front wheel 44 , from the input u c to the angle of the front wheel Θ, and the position controller C (s) 46 , with the negative feedback of the front wheel angle. The feedback loop of the angular velocity is made up of the controlled system of the front wheel 44 , from the input u c to the angular velocity ω of the front wheel, and the compensator of the feedback loop of the velocity C r (s) 48 , with the negative feedback of the angular velocity of the front wheel. The position controller C (s) 46 and the compensator C r (s) 48 are designed accordingly, based on the requirements of the control system for stability and performance, such as misalignment of the front wheel angle, response time and damping.
    [0040] Die Regelschleife des Reibungsausgleichs,von der Winkelgeschwindigkeit des Vorderrades ω bis zu einem abgeschätzten Reibungswert τfe,wird zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des elektronischenLenksystems 10 eingeführt.In der Regelschleife des Reibungsausgleichs wird die Winkelgeschwindigkeitdes Vorderrades an einen Prädiktorder Reibung 50 und eine Verstärkungsfunktion 52 gesendet.Der Reibungs-Prädiktor 50 basiertauf dem bekannten Reibungsmodell aus Gleichung (1), mit der Annahmeder Verwendung des statischen Reibungsmodells. Das Ausgangsmomentdes Prädiktorsder Reibung 50 und der Verstärkerfunktion 52 istdie abgeschätzteReibung τfe, die dann zu dem Regelsignal uc addiert wird, um das Reibmoment τf,das in der Regelstrecke 44 vorhanden ist, auszugleichen.The control loop of the friction compensation, from the angular velocity of the front wheel ω to an estimated friction value τ fe , is used to improve the performance of the electronic steering system 10 introduced. In the control loop of the friction compensation, the angular velocity of the front wheel is a predictor of friction 50 and an amplification function 52 Posted. The friction predictor 50 is based on the known friction model from equation (1), assuming the use of the static friction model. The output moment of the predictor of friction 50 and the amplifier function 52 is the estimated friction τ fe , which is then added to the control signal u c by the friction torque τ f that is in the controlled system 44 is present to compensate.
    [0041] Der Prädiktor der Reibung 50 in 6 kann alternativ, durchVerwenden der nicht-linearen Reibung, wie statische und coulombscheReibung, die Reibung im System ausgleichen. In diesem Fall können dielinearen Anteile der Reibung, wie die viskose Dämpfung, durch den Kompensatorder Regelschleife der Geschwindigkeit Cr(s) 48 ausgeglichenwerden.The predictor of friction 50 in 6 Alternatively, by using non-linear friction, such as static and coulombic friction, can balance the friction in the system. In this case, the linear components of the friction, such as the viscous damping, can be adjusted by the compensator of the control loop of the speed C r (s) 48 be balanced.
    [0042] Ein anderes Beispiel der Methodenlehreeines modellgestütztenReibungsausgleichs, die am elekeronischen Lenksystem 10 anwendbarist, ist ein Verfahren zum Reibungsausgleich durch Beobachtung derStörung.In dieser Methode kann das Reibmoment als Störmoment betrachtet werden.Dieses Ausgleichsverfahren verwendet einen Beobachter', um das Störmomentzu bewerten. Das bewertete Störmomentwird dann zum Ausgleich der Reibung verwendet.Another example of the methodology of model-based friction compensation, that of the electronic steering system 10 is applicable is a method for friction compensation by observing the disturbance. In this method, the friction torque can be viewed as a disturbance torque. This compensation method uses an observer 'to evaluate the disturbance torque. The evaluated disturbance torque is then used to compensate for the friction.
    [0043] 7 zeigtein Blockdiagramm eines Regelsystems des Vorderrades mit einem Verfahrendes Reibungsausgleichs durch Regelung des Störmoments durch Beobachtung(DTO). Der Beobachter der Störung istausgelegt, ein unbekanntes Drehmoment durch Verwenden einer Invertierungdes dynamischen Modells des Vorderrades und eines Tiefpasses zubewerten. Wie in 7 dargestellt,besteht die DTO aus einem inversen nominalen Modell 1/G(s) 58 derRegelstrecke des Vorderrades 44 und einem Tiefpass Q(s)60. Der Ausgang τfo dieser DTO ist eine Bewertung des störenden Reibmoments τf.Dieses bewertete Moment wird zum Regelsignal uc addiert,um die nicht-lineare Reibung τf auszugleichen. 7 shows a block diagram of a control system of the front wheel with a method of friction compensation by controlling the disturbing torque by observation (DTO). The observer of the disturbance is designed to evaluate an unknown torque by using an inversion of the front wheel dynamic model and a low pass. As in 7 shown, the DTO consists of an inverse nominal model 1 / G (s) 58 the controlled system of the front wheel 44 and a low pass Q (s) 60. The output τ fo of this DTO is an assessment of the disturbing friction torque τ f . This weighted moment is added to the control signal u c in order to compensate for the non-linear friction τ f .
    [0044] Wie oben erwähnt, sind der Regler der Positions-RegelschleifeC(s) 54 und der Kompensator der Geschwindigkeits-RegelschleifeCr(s) 56, dargestellt in 7,entsprechend gestaltet, basierend auf den Anforderungen des Regelsystemsan Stabilitätund Leistungsfähigkeit.Der nicht-lineare Reibungsausgleich kann durch Verwenden der Beobachtungdes Störmomentsdie Reibungseffekte überwinden,um die geforderten Ziele der Leistungsfähigkeit des Regelsystems zuerreichen.As mentioned above, the controller of the position control loop is C (s) 54 and the compensator of the speed control loop Cr (s) 56 , shown in 7 , designed accordingly, based on the requirements of the control system regarding stability and performance. Nonlinear friction compensation can overcome the frictional effects by using the disturbance torque observation to achieve the required performance goals of the control system.
    [0045] Eine andere modellgestützte Methodenlehrezum Reibungsausgleich wendet adaptive Regeltechniken an. Die Methodeder adaptiven Regelung ist besonders geeignet bei zeitveränderlichenProzessen, was ein typischer Fall bei Reibungsmodellen ist, derenParameter sich mit der Zeit ändern.Die Reibung im Mechanismus des Vorderrades 32, dargestelltin 2, ist abhängig von:dem Arbeitspunkt, der Last, dem Schmiermittel, der Abnutzung undder Temperatur. Der vorher beschriebene, modellgestützte Reibungsausgleichmit festen Parametern des Ausgleichs kann die erfolgreiche Behandlungdieses Problems einschränken.Experimente mit einem Regelsystem der Vorderräder haben gezeigt, dass dieParameter zum Reibungsausgleich in einem Kompensator mit festenReibungsparametern empfindlich gegenüber den Betriebsbedingungensind. Die Anpassung der Parameter im Verfahren zum Reibungsausgleichist ebenfalls ziemlich kritisch, weil ungenaue Reibungsparameterzu einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Systems führen können. Das untenbeschriebene Verfahren des adaptiven Reibungsausgleichs kann angewandtwerden, um dieses Problem zu lösen.Another model-based methodology for friction compensation uses adaptive control techniques. The adaptive control method is particularly suitable for time-varying processes, which is a typical case for friction models whose parameters change over time. Friction in the mechanism of the front wheel 32 , shown in 2 , depends on: the operating point, the load, the lubricant, the wear and the temperature. The previously described, model-based friction compensation with fixed compensation parameters can limit the successful treatment of this problem. Experiments with a control system of the front wheels have shown that the parameters for friction compensation in a compensator with fixed friction parameters are sensitive to the operating conditions. Adjusting the parameters in the friction compensation procedure is also quite critical because inaccurate friction parameters can lead to a deterioration in the performance of the system. The adaptive friction compensation method described below can be used to solve this problem.
    [0046] 8 zeigtein Blockdiagramm eines Regelsystems des Vorderrades mit einem Verfahrendes adaptiven Reibungsausgleichs. Wie in 8 dargestellt, umfasst die Regelung desadaptiven Reibungsausgleichs eine rekursive Kleistquadrat (recursive-least-square)(RLS) Schätzfunktion 66,die eine Abschätzungdes Reibmomentes τfe zur Verfügung stellt, das dann zu demRegelsignal uc addiert wird, um die nicht-lineareReibung τf, die in der Regelstrecke 44 vorhandenist, auszugleichen. Wie oben erwähntund wie in 8 dargestellt, sindder Regler der Positions-Regelschleife C(s) 62 und derKompensator der Geschwindigkeits-Regelschleife Cr(s) 64 denAnforderungen an Stabilitätund Leistungsfähigkeitdes Regelsystems entsprechend gestaltet. 8th shows a block diagram of a control system of the front wheel with a method of adaptive friction compensation. As in 8th shown, the regulation of the adaptive friction compensation comprises a recursive least square (RLS) estimator 66 , which provides an estimate of the friction torque τ fe , which is then added to the control signal u c by the non-linear friction τ f , which in the controlled system 44 is present to compensate. As mentioned above and as in 8th shown, the controller of the position control loop C (s) 62 and the compensator of the speed control loop C r (s) 64 designed to meet the requirements for stability and performance of the control system.
    [0047] Diese adaptive Methodenlehre kannauch erweitert werden, um der Variation in anderen Parametern derRegelstrecke 44 gerecht zu werden und gibt deshalb einbesseres Reibungsmodell wieder. Weiterhin kann der Regler der Positions-RegelschleifeC(s) 62 durch Anwenden von adaptiver Regelstruktur undMethodenlehre gestaltet werden. In diesem Fall ist es notwendig,das Modell der Regelstrecke zu erweitern und zusätzliche Modell-Parameter abzuschätzen. Wirddie adaptive Regelung fürdie Regelstrecke der Vorderrädermit Reibung verwendet, sollten einige wichtige Probleme (Ergebnisse)sorgfältigberücksichtigtwerden, einschließlichder Stabilitätsprobleme,anhaltende permanente Erregung der Eingänge zur Abschätzung derParameter, Wiederholrate (der Parameter) und die Wahl der geeignetenIdentifizierungs-Verfahren.This adaptive methodology can also be expanded to include the variation in other parameters of the controlled system 44 and therefore represents a better friction model. Furthermore, the controller of the position control loop C (s) 62 be designed by applying adaptive rule structure and methodology. In this case, it is necessary to expand the model of the controlled system and to estimate additional model parameters. When using the adaptive control for the controlled system of the front wheels with friction, some important problems (results) should be carefully considered, including the stability problems, persistent permanent excitation of the inputs to estimate the parameters, repetition rate (the parameters) and the choice of the appropriate identification Method.
    [0048] Als ein weiteres Beispiel kann imRegelsystem der Vorderräderebenfalls ein Verfahren des Reibungsausgleichs durch adaptive Regelungmit Referenzmodell (MRAC) verwendet werden. Die MRAC ist eine Art derMethodenlehre der adaptiven Regelung, in der die geforderte Leistungsfähigkeitin den Bedingungen eines Referenzmodells ausgedrückt wird. Der Ausgang einesReferenzmodells stellt die geforderte Reaktion des aktuellen Systemszur Verfügung.Das Verfahren nach MRAC zwingt das System, dem Referenzmodell, trotzgeringen Wissens überdie Modell-Parameterdes Systems, zu folgen.As another example, inControl system of the front wheelsalso a method of friction compensation through adaptive controlcan be used with reference model (MRAC). The MRAC is a type ofMethodology of adaptive control, in which the required performanceis expressed in the conditions of a reference model. The exit of oneReference model represents the required response of the current systemto disposal.The procedure according to MRAC forces the system, despite the reference modellittle knowledge ofthe model parametersof the system to follow.
    [0049] 9 zeigtein Blockdiagramm eines Regelsystems des Vorderrades mit einem Verfahrenzum Reibungsausgleich durch adaptive Regelung mit Referenzmodell(nach MRAC). Die Hauptkomponenten des MRAC-Verfahrens umfassen einReferenzmodell M(s) 70, das den geforderten Ausgang desgeregelten Systems spezifiziert, eine gewöhnliche Rückkopplungs-Schleife der Winkelpositiondes Vorderrades mit dem Regler C(s) 68 und der Regelstrecke 44.Eine andere Rückkopplungs-Schleifemit einer Schätzfunktion 72 aktualisiertund gleicht die Parameter des Reglers C(s) 68, auf derBasis der Rückkopplungeiner Fehlergröße e, ab, wobeider Fehler die Differenz zwischen dem Ausgangswinkel des Vorderrades Θ und demAusgang des Referenzmodells 70 ist. Als ein Ergebnis wirdder Ausgangswinkel des Vorderrades Θ dem Ausgang des Referenzmodellsfolgen und die Auswirkung des Reibmoments τf wirdverringert. 9 shows a block diagram of a control system of the front wheel with a method for friction compensation by adaptive control with reference model (according to MRAC). The main components of the MRAC method include a reference model M (s) 70 , which specifies the required output of the controlled system, an ordinary feedback loop of the angular position of the front wheel with the controller C (s) 68 and the controlled system 44 , Another feedback loop with an estimator 72 updates and adjusts the parameters of controller C (s) 68 , based on the feedback of an error quantity e, from, the error being the difference between the output angle of the front wheel Θ and the output of the reference model 70 is. As a result, the output angle of the front wheel Θ will follow the output of the reference model and the effect of the friction torque τ f will be reduced.
    [0050] Obgleich eine typische MRAC in derLage ist, den geregelten Ausgang in Gleichlauf mit dem gefordertenModellausgang zu zwingen, muss besonders auf die charakteristische,nicht lineare, Dynamik der Reibung geachtet werden, welche die Bewegungim Wechsel zwischen Haften und Gleiten beherrscht. In einem aktuellenRegelsystem des Vorderrades kann es notwendig werden, einen nicht-linearenKompensator der positiven Rückkopplunghinzu zu fügen,um die Grenzzyklen, von der nicht-linearen Reibung erzeugt, auszuschalten.Although a typical MRAC in theIs able to synchronize the regulated output with the requiredForcing the model to exit must be based on the characteristicnon-linear, dynamics of friction are respected which affect the movementin the alternation between sticking and sliding. In a currentControl system of the front wheel may require a non-linearPositive feedback compensatorto addto switch off the limit cycles generated by the non-linear friction.
    [0051] In den oben erwähnten modellgestützten Verfahrendes Reibungsausgleichs wird ein genaues Reibungsmodell benötigt, umzufrieden stellende Ergebnisse des Reibungsausgleichs zu erhalten.Die Leistungsfähigkeitder modellgestütztenRegelung des Reibungsausgleichs ist deshalb letztlich auf die Fähigkeitdes Modells beschränkt,die Dynamik des Modells der Regelstrecke, einschließlich derReibung, genau zu beschreiben. Wird ein nicht modellgestützter Reibungsausgleichverwendet, ist es nicht notwendig, die Reibung in ein Modell zubringen oder die Änderungder Parameter des Modells der Regelstrecke mathematisch zu berücksichtigen.In the model-based methods mentioned aboveof the friction compensation, an exact friction model is needed toto obtain satisfactory results of the friction compensation.The efficiencythe model-basedRegulation of friction compensation is therefore ultimately based on abilitylimited to the model,the dynamics of the controlled system model, including theFriction to describe exactly. Becomes a non-model-based friction compensationused, it is not necessary to add friction to a modelbring or the changemathematically consider the parameters of the model of the controlled system.
    [0052] Im Regelsystem eines elektronischenLenksystems der Vorderrädersind nicht-lineare und unregelmäßige Reibungs-Charakteristikenbei niedrigen Geschwindigkeiten offensichtlich. Modellgestützte Verfahren zumReibungsausgleich könnennicht robust genug sein, um diese Unregelmäßigkeiten hinreichend auszugleichen.Dementsprechend sind nicht modellgestützte Verfahren zum Reibungsausgleich,die mit hoch nichtlinearen Modellen umgehen können, für den Reibungsausgleich ineinem Regelsystem der Vorderrädergeeignet. Im Speziellen kann ein Verfahren der Regelung mit Fuzzy-Logik,in Verbindung mit einem klassischen Verfahren der Rückkopplungs-Regelung,zum Reibungsausgleich im Regelsystem der Vorderräder verwendet werden.In the control system of an electronicSteering system of the front wheelsare non-linear and irregular friction characteristicsobvious at low speeds. Model-based procedures forCan compensate for frictionnot be robust enough to adequately compensate for these irregularities.Accordingly, non-model-based methods for friction compensation,who can handle highly nonlinear models for friction compensation ina control system of the front wheelssuitable. In particular, a method of control with fuzzy logic,in connection with a classic method of feedback control,to compensate for friction in the control system of the front wheels.
    [0053] 10 zeigtein Blockdiagramm des Regelsystems des Vorderrades mit einem nichtmodellgestützten Reibungsausgleichin Verbindung mit einen Reibungsausgleich auf der Basis von Fuzzy-Logik.Die Methodenlehre der Fuzzy-Logik ermöglicht das direkte Verwendenvon experimentellen Ergebnissen bei der Gestaltung eines komplexennicht-linearen Reibungsausgleichs und löst Gestaltungsprobleme derRegelstrecke und der Reibung. 10 shows a block diagram of the control system of the front wheel with a non-model-based friction compensation in connection with a friction compensation based on fuzzy logic. The methodology of fuzzy logic enables the direct use of experimental results in the design of a complex non-linear friction compensation and solves design problems of the controlled system and the friction.
    [0054] Wie in 10 dargestellt,umfasst das nicht modellgestützteVerfahren des Reibungsausgleichs eine Schätzfunktion 76 derReibung, basierend auf Fuzzy-Logik, um die aktuelle Reibung abzuschätzen, dieauf der Winkelgeschwindigkeit des Vorderrades und dem Fehler zwischendem aktuellen Vorderradwinkel Θ unddem Referenzwinkel des Vorderrades Θref basiert.Die abgeschätzteReibung wird in einem Filter 78 verarbeitet, der das Ausgleichsmoment τfe erzeugt,um das aktuelle Reibmoment τf, in der Regelstrecke 44 vorhanden,auszugleichen. Das Verfahren der Rückkopplungs-Regelung der Winkelpositiondes Vorderrades mit dem Regler 74 ist mit dem Verfahrender Fuzzy-Reglung verbunden und gleicht die restliche Reibung aus.As in 10 shown, the non-model-based method of friction compensation includes an estimation function 76 the friction based on fuzzy logic to estimate the current friction based on the angular velocity of the front wheel and the error between the current front wheel angle Θ and the reference angle of the front wheel Θ ref . The estimated friction is in a filter 78 processed, which generates the compensation torque τ fe , the current friction torque τ f , in the controlled system 44 available to balance. The procedure of feedback control of the angular position of the front wheel with the controller 74 is connected to the fuzzy control method and compensates for the remaining friction.
    [0055] Die gegenwärtige Erfindung kann weiterhinbeschrieben werden mit Verweis auf eine Methodenlehre zum Reibungsausgleichin einem elektronischen Lenksystem. 11 istein Flussdiagramm eines Betriebsverfahrens eines elektronischenLenksystems, einschließlichder Schritte des Reibungsausgleichs.The present invention can be further described with reference to a methodology for friction compensation in an electronic steering system. 11 FIG. 10 is a flowchart of an operating method of an electronic steering system, including the steps of friction compensation.
    [0056] Wie in 11 dargestellt,wird in Schritt S 100, zu Beginn des Betriebsverfahrens eines elektronischen Lenksystems,ein bestimmter Lenkwert durch das Regelsystem des Lenkrades festgelegt.Dieser bestimmte Lenkwert bezieht sich im Allgemeinen auf einenWinkel bei der Drehung des Lenkrades und seine Festlegung wird vomRegelsystem des Lenkrades 11 durchgeführt. Dieser bestimmte Lenkwinkelwird an das Regelsystem der Vorderräder übertragen. Der bestimmte Lenkwinkelwird in der Weise als Referenzwinkel der Vorderräder verwendet, dass die aktuellenWinkel der Vorderräderdiesem Referenzwinkel folgen können,wie in Schritt S 102 dargestellt.As in 11 shown, in step S 100, at the beginning of the operating method of an electronic steering system, a certain steering value is determined by the control system of the steering wheel. This particular steering value generally refers to an angle when the steering wheel rotates and its determination is determined by the steering wheel control system 11 carried out. This specific steering angle is transmitted to the control system of the front wheels. The determined steering angle is used as the reference angle of the front wheels in such a way that the current angles of the front wheels can follow this reference angle, as shown in step S 102.
    [0057] In Schritt S 103 wird ein Regelwertfür dasMotor-Drehmoment (der Motor-Stellglieder)durch den Regel-Algorithmus in der Weise festgelegt, dass die aktuellenWinkel der Vorderräderim Gleichlauf mit den Referenzwinkeln der Vorderräder sind.Dieser Regelwert wird im Allgemeinen durch den Regler der Rückkopplungder Winkelposition C(s) erzeugt, der in jedem Regelverfahren, von 6 bis 10, dargestellt ist.In step S 103, a control value for the engine torque (the engine actuators) is determined by the control algorithm in such a way that the current angles of the front wheels are in synchronization with the reference angles of the front wheels. This control value is generally generated by the controller of the feedback of the angular position C (s), which in each control method, of 6 to 10 , is shown.
    [0058] In Schritt S 104 wird ein Wert für den Reibungsausgleichfestgelegt, um die mechanische Reibung, die im elektronischen Lenksystem 10 vorhandenist, auszugleichen und um die gesamte Leistungsfähigkeit des Systems zu verbessern.Der Wert des Reibungsausgleichs kann festgelegt werden durch: einVerfahren durch DTO (Disturbance Torque Observer-Based Scheme) beobachterbasiertesSchema des Störmoments,ein Verfahren des adaptiven Reibungsausgleichs, ein Verfahren durchMRAC (Model Reference Adaptive Control), einem standardmäßigen modellgestützten Verfahrenoder einem nicht modellgestütztenVerfahren.In step S 104, a value for the friction compensation is set to the mechanical friction that occurs in the electronic steering system 10 is present to compensate and to improve the overall performance of the system. The value of the friction compensation can be determined by: a method by DTO (Disturbance Torque Observer-Based Scheme) observer-based scheme of the disturbance torque, a method by adaptive friction compensation, a method by MRAC (Model Reference Adaptive Control), a standard model-based method or not model-based processes.
    [0059] In Schritt S 104 werden der Regelwertdes Motor-Drehmoments und der Wert des Reibungsausgleichs zu einemRegelsignal summiert, um den Mechanismus der Vorderräder mitder nicht-linearen Reibung zu regeln.In step S 104 the control valueof the engine torque and the value of the friction compensation at oneControl signal summed up with the mechanism of the front wheelsto regulate the non-linear friction.
    [0060] In Schritt S 106 wird die aktuelleReibung durch den Wert des Reibungsausgleichs ausgeglichen. Das effektiveRegelsignal wird dann verwendet, um die Vorderräder in der Weise zu bewegen,dass sie in Gleichlauf mit dem bestimmten Lenkwert sind, wie inSchritt S 108 dargestellt.In step S 106 the currentFriction compensated by the value of the friction compensation. The effective oneControl signal is then used to move the front wheels in such a waythat they are in sync with the determined steering value, as inStep S 108 shown.
    [0061] Die Methodenlehre der gegenwärtigen Erfindungwird durch das Hinzufügendes Schrittes S 112 weiter verbessert, der das Erzeugen eines Reibungsmodellserfordert, das die aktuellen Reibmomente im elektronischen Lenksystem 10 darstellt.In Schritt S 110 wird ein mathematisches Modell der Reibung im elektronischen Lenksystem 10 verwendet,um sich der aktuellen Reibung anzunähern. Diese Modelle werdenin den Verfahren des modellgestütztenReibungsausgleichs verwendet, um die Werte für den Reibungsausgleich zuerzeugen.The methodology of the present invention is further improved by the addition of step S 112, which requires the generation of a friction model that reflects the current friction moments in the electronic steering system 10 represents. In step S 110 a mathematical model of the friction in the electronic steering system 10 used to approximate the current friction. These models are used in the model-based friction compensation procedures to generate the friction compensation values.
    [0062] Die vorangegangene Diskussion zeigtund beschreibt eine bevorzugte Realisierung der Erfindung. Ein Fachmannwird aus dieser Diskussion, aus der begleitenden Zeichnung und denAnsprüchenleicht erkennen, dass Änderungenund Modifikationen der Erfindung möglich sind, ohne sich vom Bereichder Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen festgelegt ist, zu entfernen.Die Erfindung ist in einer illustrativen Art und Weise beschriebenworden und es ist selbstverständlich,dass die verwendete Terminologie beabsichtigt, eher in der Naturder Worte der Beschreibung zu sein als in ihrer Beschränkung.The preceding discussion shows and describes a preferred implementation of the invention. On Those skilled in the art will readily appreciate from this discussion, the accompanying drawings and the claims that changes and modifications to the invention are possible without departing from the scope of the invention as defined in the following claims. The invention has been described in an illustrative manner and it is to be understood that the terminology used is intended to be in the nature of the words of the description rather than in its limitation.
    权利要求:
    Claims (9)
    [1]
    Ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischenLenksystems (10) in einem Fahrzeug, das Verfahren weistdie folgenden Schritte auf: – Festlegen eines bestimmtenLenkwertes fürdie Richtung von mindestens einem Vorderrad (z.B. 26a),welches mindestens eine Vorderrad (z.B. 26a) sich in einerAnordnung der Vorderräder(26a, 26b) befindet; – Senden eines Signals, dasdem bestimmten Lenkwert entspricht, an das System der Vorderräder (26a, 26b), dasmindestens ein Motor-Stellglied(24a, 24b) aufweist; – Festlegen eines Drehmoment-Regelwertesfür dasMotor-Stellglied (24a, 24b) durch einen Regelalgorithmus; – Festlegeneines Wertes fürden Reibungsausgleich; – Kompensierendes bestimmten Lenkwertes, der durch mechanische Reibung beeinträchtigt ist,mit dem Wert des Reibungsausgleichs; und – Betätigen der Vorderräder (26a, 26b)in Abhängigkeitvon dem bestimmten Lenkwert.A method of operating an electronic steering system ( 10 ) in a vehicle, the method has the following steps: - Setting a specific steering value for the direction of at least one front wheel (e.g. 26a ), which has at least one front wheel (e.g. 26a ) in an arrangement of the front wheels ( 26a . 26b ) is located; - sending a signal corresponding to the determined steering value to the system of the front wheels ( 26a . 26b ) that has at least one motor actuator ( 24a . 24b ) having; - Setting a torque control value for the motor actuator ( 24a . 24b ) by a control algorithm; - Setting a value for the friction compensation; - Compensation of the determined steering value, which is impaired by mechanical friction, with the value of the friction compensation; and - operating the front wheels ( 26a . 26b ) depending on the determined steering value.
    [2]
    Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass es den Schritt aufweist, ein Reibungsmodell zu erzeugen.The method according to claim 1, characterized inthat it has the step of creating a friction model.
    [3]
    Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Wert des Reibungsausgleichs gemäß einem standardmäßigen, modellgestützten Verfahrenfestgelegt wird.The method according to claim 1, characterized inthat the value of the friction compensation according to a standard, model-based procedureis set.
    [4]
    Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Wert des Reibungsausgleichs gemäß einem Verfahren mit Regelungdes Störmomentsdurch Beobachtung festgelegt wird.The method according to claim 1, characterized inthat the value of the friction compensation according to a method with regulationof the disturbance torqueis determined by observation.
    [5]
    Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Wert des Reibungsausgleichs gemäß einem Verfahren des adaptivenReibungsausgleichs festgelegt wird.The method according to claim 1, characterized inthat the value of the friction compensation according to an adaptive methodFriction compensation is set.
    [6]
    Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Wert des Reibungsausgleichs gemäß einem Verfahren der adaptivenRegelung mit Referenzmodell festgelegt wird.The method according to claim 1, characterized inthat the value of the friction compensation according to a method of adaptiveRegulation with reference model is determined.
    [7]
    Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Wert des Reibungsausgleichs gemäß einem nicht modellgestützten Verfahrenfestgelegt wird.The method according to claim 1, characterized inthat the value of the friction compensation according to a non-model-based methodis set.
    [8]
    Das Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass das nicht modellgestützteVerfahren eine Schätzfunktionder Reibung mit Fuzzy-Logik einschließt.The method according to claim 7, characterized inthat that's not model-basedProcedure an estimatorthat includes friction with fuzzy logic.
    [9]
    Ein elektronisches Lenksystem für ein Fahrzeug mit – einemLenkrad (12), das mit einem Lenkrad-Winkelsensor (14)und einem Lenkrad-Stellglied (16) verbunden ist; – einemersten Vorderrad (z.B. 26a), das mit einer schwenkbarenVorrichtung verbunden ist, um Änderungen desLenkwinkels zu ermöglichen,und das mit einem Vorderrad-Winkelsensor (22a, 22b)und einem Vorderrad-Stellglied (24) verbunden ist; und – einemRegler (18), der mit dem Lenkrad-Winkelsensor (14),mit dem Lenkrad-Stellglied (16), mit dem Vorderrad-Winkelsensor(z.B. 22a) und dem Vorderrad-Stellglied (24) verbundenist, und der den Regelwert des Betätigungs-Drehmoments des Vorderrades(z.B. 26a) vorgibt, um das Vorderrad-Stellglied (24)zu betätigen unddas Vorderrad (z.B. 26a) zu drehen, wodurch eine Winkelbewegungdes Vorderrades (z.B. 26a) erzeugt wird, und der weiterhinden Regelwert des Betätigungs-Drehmomentsdes Lenkrades (12) vorgibt, um das Lenkrad-Stellglied (16)zu betätigenund die Lenksäule(13) zu drehen, wodurch ein Reaktions-Drehmoment am Lenkrad(12) erzeugt wird; – wobei der Lenkrad-Winkelsensor(14) eine Winkelposition des Lenkrades (12) erfasstund – wobeiweiterhin der Vorderrad-Winkelsensor(z.B. 22a) den Winkel des Vorderrades (z.B. 26a)erfasst; und – wobeider Regler (18) weiterhin einen Wert des Reibungsausgleichserzeugt und zudem die mechanische Reibung durch den Wert des Reibungsausgleichskompensiert.An electronic steering system for a vehicle with - a steering wheel ( 12 ) with a steering wheel angle sensor ( 14 ) and a steering wheel actuator ( 16 ) connected is; - a first front wheel (e.g. 26a ), which is connected to a pivotable device to allow changes in the steering angle, and with a front wheel angle sensor ( 22a . 22b ) and a front wheel actuator ( 24 ) connected is; and - a controller ( 18 ) with the steering wheel angle sensor ( 14 ), with the steering wheel actuator ( 16 ), with the front wheel angle sensor (e.g. 22a ) and the front wheel actuator ( 24 ) is connected, and the control value of the actuating torque of the front wheel (e.g. 26a ) pretends to the front wheel actuator ( 24 ) and the front wheel (e.g. 26a ) to rotate, causing an angular movement of the front wheel (e.g. 26a ) is generated, and which continues to control the actuating torque of the steering wheel ( 12 ) specifies the steering wheel actuator ( 16 ) and the steering column ( 13 ) to turn, causing a reaction torque on the steering wheel ( 12 ) is produced; - where the steering wheel angle sensor ( 14 ) an angular position of the steering wheel ( 12 ) recorded and - whereby the front wheel angle sensor (e.g. 22a ) the angle of the front wheel (e.g. 26a ) detected; and - where the controller ( 18 ) continues to generate a value of the friction compensation and also compensates the mechanical friction by the value of the friction compensation.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US6901320B2|2005-05-31|
    DE102004001764B4|2008-07-17|
    US20040138797A1|2004-07-15|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-08-05| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
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