System and method for controlling motor vehicle steer-by-wire assemblies with adjustable steering fe

专利摘要:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Steuerung einer Steer-By-Wire-Baugruppe (10) zur Erzeugung eines einstellbaren Lenkgefühls für einen Fahrzeugführer durch Bereitstellung der Regelung des Reaktionsmoments am Lenkrad (44) des Fahrzeugs. Das Verfahren beinhaltet eine quantitative Beschreibung des Lenkgefühls, die durch Etablierung einer Beziehung von Lenkrad-Reaktionsmoment und Lenkradwinkel, Radmoment und Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten wird. Das System und Verfahren schließt Steer-By-Wire-Baugruppen-Kreislauf-Rückkopplungssteuerungen mit innerer Momentschleife, Lenkrad-Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife und Lenkrad-Winkelpositions-Rückkopplungsschleife ein, um die Bereitstellung des Lenkgefühls, des aktiven Lenkradrücklaufs mit verschiedenen Rotationsgeschwindigkeiten, des Lenkradstops gemäß der Radwinkelposition beim Parken und die Generierung des Richtungs-Referenzwinkels zu den Rädern zu implementieren.The present invention relates to a system and method for controlling a steer-by-wire assembly (10) for generating an adjustable steering feel for a vehicle driver by providing the regulation of the reaction torque on the steering wheel (44) of the vehicle. The method includes a quantitative description of the steering feel, which is obtained by establishing a relationship between steering wheel reaction torque and steering wheel angle, wheel torque and vehicle speed. The system and method includes steer-by-wire assembly loop feedback controls with internal torque loop, steering wheel speed feedback loop, and steering wheel angular position feedback loop to provide steering feel, active steering wheel return at various rotational speeds, and steering wheel stop according to Implement wheel angle position when parking and the generation of the direction reference angle to the wheels.
公开号:DE102004005348A1
申请号:DE200410005348
申请日:2004-02-03
公开日:2004-08-19
发明作者:Gregory J. Ann Arbor Stout；Yixin Ann Arbor Yao
申请人:Visteon Global Technologies Inc；
IPC主号:B62D6-00

专利说明:
[0001] Die vorliegende Erfindung beziehtsich auf ein System und Verfahren zur Steuerung von Kraftfahrzeug-Steer-By-Wire-Baugruppen,um ein einstellbares Lenkgefühlfür denFahrer des Kraftfahrzeugs zu erzeugen.The present invention relatesrelates to a system and method for controlling motor vehicle steer-by-wire assemblies,for an adjustable steering feelfor theGenerate driver of the motor vehicle.
[0002] Die in der vorliegenden ErfindungberücksichtigtenSteer-By-Wire-Baugruppenersetzen mechanische Verbindungen zwischen dem Lenkrad und den Vorderrädern durchelektrische Leitungen und elektronische Bauteile. Weiterhin wirddie mechanische Verbindung zwischen den Vorderrädern überflüssig. Zwei unabhängige Aktuatorenwerden stattdessen im Fahrzeug installiert, wobei jeder Aktuatorunabhängigeines der Vorderräderbewegt. Hierdurch wird die voneinander unabhängige Bewegung (Lenkung) derbeiden Vorderräder voneinanderermöglicht.Eine Steer-By-Wire-Baugruppe,wie sie in der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, kann alsein zweigeteiltes System aufgefasst werden: Eine Lenkrad-Unterbaugruppeund eine Rad-Unterbaugruppe. Die elektrischen Signale werden über Kabel übertragen,um die Lenkrad-Unterbaugruppe mit der Rad-Unterbaugruppe mit zweiunabhängigenVorderrädernzu verbinden.Those in the present inventionconsideredSteer-by-wire assembliesreplace mechanical connections between the steering wheel and the front wheelselectrical cables and electronic components. Will continuethe mechanical connection between the front wheels is superfluous. Two independent actuatorsare installed in the vehicle instead, with each actuatorindependentlyone of the front wheelsemotional. As a result, the independent movement (steering) of thetwo front wheels from each otherallows.A steer-by-wire assembly,as described in the present invention can be asa two-part system can be understood: a steering wheel sub-assemblyand a wheel sub-assembly. The electrical signals are transmitted over cables,around the steering wheel sub-assembly with the wheel sub-assembly with twoindependentfront wheelsconnect to.
[0003] Von Steer-By-Wire-Baugruppen mitzwei unabhängigenVorderrädernwird erwartet, das sie eine flexiblere Anwendungsumgebung bieten,um unterschiedliche Winkelanforderungen des linken und rechten Radeszu realisieren, so das Fahrzeugdynamik und Sicherheit verbessertwerden können.Die erwarteten Lenkfunktionen, einschließlich unterschiedlicher Winkelanforderungendes linken und rechten Rades, könnenunter Verwendung des Steuerungssystemdesigns realisiert werden.From steer-by-wire assemblies withtwo independentfront wheelsare expected to offer a more flexible application environment,around different angle requirements of the left and right wheelto realize, which improves vehicle dynamics and safetycan be.The expected steering functions, including different angle requirementsleft and right wheelcan be realized using the control system design.
[0004] Der Steuerungssystemdesigner einersolchen Steer-By-Wire-Baugruppe sieht sich einigen schweren Herausforderungengegenüber.Eine dieser Herausforderungen ist es, dem Fahrzeugführer nichtnur ein gewohntes Lenkgefühlzu vermitteln, wie das einer konventionellen Lenkungsbaugruppe mitmechanischer Kopplung, sondern auch variabel einstellbare Lenkgefühle zu vermitteln.Das Lenkgefühlliefert Informationen über dieKraft (oder das Moment) des Rad(Lauffläche)-Straßen(Oberfläche)-Kontaktes. Diese Kraftinformationsollte an das Lenkrad zurückvermitteltwerden, um ein vom FahrzeugführerfühlbaresLenkraddrehmoment zu erzeugen. Der Fahrzeugführer verlässt sich auf das Lenkgefühl, um dieKraft des Rad-Straßen-Kontakteswahrzunehmen und die Beherrschung über die Fahrt-Richtung desFahrzeugs zu behalten. Das Lenkgefühl ist daher eine der wichtigstenFahrzeugeigenschaften, um die Fahrzeug-Richtungssteuerung zu gewährleistenund die Fahrzeugstabilitätzu erhalten.The control system designer onesuch steer-by-wire assembly faces some tough challengesacross from.One of these challenges is not the driverjust a familiar steering feelingto convey how that with a conventional steering assemblymechanical coupling, but also to convey variably adjustable steering feelings.The steering feelingprovides information about theForce (or moment) of wheel (tread) road (surface) contact. This power informationshould be referred back to the steering wheelbe one by the drivertactileTo generate steering wheel torque. The driver relies on the steering feel to get thePower of wheel-road contactperceive and mastery of the direction of travelVehicle. The steering feel is therefore one of the most importantVehicle properties to ensure vehicle directional controland vehicle stabilityto obtain.
[0005] Das Lenkgefühl wird durch das Reaktionsmomentdes Lenkrades erzeugt. Bei einer konventionellen Lenkungsbaugruppemit mechanischer Kopplung kann der das Lenkrad haltende Fahrzeugführer direktdas Reaktionsmoment überdie Lenkspindel erfahren, um Informationen über die Kontaktbedingungenzwischen den Rädernund der Straßenoberfläche zu erhalten.Bei Steer-By-Wire-Baugruppen ohne mechanische Verbindung wird einElektromotor verwendet, um das Reaktionsmoment zu erzeugen. Um diegeforderten gewohnten und stellbaren Lenkgefühle zu erzeugen, muss das Moment desElektromotors geregelt werden. Die Lenkrad-Unterbaugruppe in derSteer-By-Wire-Baugruppe ist ein solches auf einem Elektromotor basierendes Regelsystem,um die Reaktionsmomentregelung umzusetzen. Es ist daher eine weitereHerausforderung für denSteuerungssystemdesigner zu ermitteln, wie das Reaktionsmoment quantitativals Steuerungsdesignspezifikation zu beschreiben ist, und wie dasauf der Steer-By-Wire-Baugruppe basierende einstellbare Reaktionsmomentzu erhalten ist.The steering feeling is due to the reaction momentof the steering wheel. With a conventional steering assemblywith mechanical coupling, the driver holding the steering wheel can directlythe reaction moment aboutLearn the steering spindle for information about the contact conditionsbetween the wheelsand maintain the road surface.For steer-by-wire assemblies without a mechanical connection, aElectric motor used to generate the reaction moment. To theTo generate the required customary and adjustable steering feelings, the moment ofElectric motor are regulated. The steering wheel subassembly in theSteer-by-wire assembly is such a control system based on an electric motor,to implement the reaction torque control. It is therefore anotherChallenge for theControl system designers determine how the reaction moment is quantitativeis to be described as a control design specification and how thatadjustable reaction torque based on the steer-by-wire assemblycan be obtained.
[0006] Weiterhin wird vom Lenkrad erwartet,das es mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in die Mittelpositionzurückkehrt,wenn die Händedes Fahrzeugführersdas Lenkrad des Fahrzeugs loslassen, wenn das Fahrzeug mit einerbestimmten Geschwindigkeit fährt.Es wird ebenso vom Lenkrad erwartet, in einem bestimmten Winkelzu verbleiben, wenn die Händedes Fahrzeugführersdas Lenkrad loslassen, wenn das Fahrzeug steht, zum Beispiel beimParken. Es ist ebenso erforderlich, einen Rad-Richtungsbefehl indie Lenkrad-Unterbaugruppe zu implementieren. Alle erforderlichenLenkfunktionen, eingeschlossen des Lenkgefühls, der Lenkradrückkehr unddes Lenkradstops, und des Rad-Richtungsbefehls sollten unter Verwendungdes Lenkrad-Unterbaugruppe-Steuerungsdesigns erfüllt werden. Dies ist Aufgabeder vorliegenden Erfindung. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einVerfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.Furthermore, the steering wheel is expectedthat it moves to the middle position at different speedsreturnsif the handsthe driverrelease the steering wheel of the vehicle if the vehicle is with acertain speed.It is also expected from the steering wheel, at a certain angleto stay when the handsthe driverrelease the steering wheel when the vehicle is stationary, for example whenPark. It is also necessary to have a wheel direction command inimplement the steering wheel sub-assembly. All necessarySteering functions, including steering feel, steering wheel return andof the steering wheel stop, and the wheel direction command should be usedof the steering wheel sub-assembly control design. This is the jobof the present invention. According to the invention, the object is achieved by aMethod with the features of claim 1 solved.
[0007] Die vorliegende Erfindung beinhaltetdemnach allgemein ein System und ein Verfahren zur Steuerung einerSteer-By-Wire-Baugruppe, um ein Lenkgefühl für den Fahrzeugführer zuerzeugen, wobei das System ebenso den aktiven Lenkradrücklauf undden Lenkradrichtungsreferenzwinkel zur Rad-Unterbaugruppe beinhaltet.The present invention includesaccordingly generally a system and a method for controlling aSteer-by-wire assembly to provide a steering feel for the drivergenerate, the system also the active steering wheel return andincludes the steering wheel direction reference angle to the wheel sub-assembly.
[0008] Die Steer-By-Wire-Baugruppe in Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung kann als ein zweigeteiltes Systemaufgefasst werden: Eine Lenkrad-Unterbaugruppeund eine Rad-Unterbaugruppe mit zwei unabhängigen Vorderrädern. ElektrischeSignale werden überelektrische Leitungen übertra gen,um die Lenkrad-Unterbaugruppe mit der Rad-Unterbaugruppe zu verbinden.Die Hauptfunktionen der Lenkrad-Unterbaugruppe sind, einen Lenkrichtungsreferenzwinkelund aktiven Lenkradrücklaufzur Verfügungzu stellen, und ein angemessenes Lenkgefühl für den Fahrzeugführer zuerzeugen. Die Hauptfunktion der Rad-Unterbaugruppe ist das Abgleichenzwischen dem Rad(lenk)winkel und einer von der Lenkrad-Unterbaugruppegelieferten Referenzlenkradwinkeleingabe. Diese beiden Unterbaugruppensind in die Steer-By-Wire-Baugruppe integriert, um die Ausrichtungzwischen dem Lenkrad und den Räderndes Fahrzeugs aufrecht zu erhalten und um Fahrzeuglenkfunktionenzu gewährleisten.The steer-by-wire assembly in accordance with the present invention can be thought of as a two-part system: a steering wheel sub-assembly and a wheel sub-assembly with two independent front wheels. Electrical signals are transmitted over electrical lines to connect the steering wheel sub-assembly to the wheel sub-assembly. The main functions of the steering wheel subassembly are to provide a steering direction reference angle and active steering wheel return, and to create an appropriate steering feel for the driver. The main function of the wheel sub-assembly is to balance between the wheel (steering angle) and a Re supplied by the steering wheel sub-assembly Conference steering wheel angle input. These two subassemblies are integrated into the steer-by-wire assembly to maintain alignment between the steering wheel and the wheels of the vehicle and to ensure vehicle steering functions.
[0009] Ein Steuerungssystemgrundgerüst der Lenkrad-Unterbaugruppewird eingeführt,um alle geforderten Lenkfunktionen einschließlich des Lenkgefühls, deraktiven Lenkradrücklaufgeschwindigkeitund dem Lenkstop, und Lenkradrichtungsreferenzwinkel zur Rad-Unterbaugruppezu ermöglichen.Dieses Lenkradsteuerungssystem beinhaltet drei Rückkopplungsschleifen: die innereMomentschleife, die Lenkradgeschwindigkeits-Rückkopplungsschleife und dieLenkradpositions-Rückkopplungsschleife.In der vorliegenden Erfindung wird die Aktion des Fahrers, das Lenkradzu drehen, als ein äquivalentesexternes Störlastdrehmomentam Lenkradsteuerungsuntersystem angesehen. Das Lenkradsteuerungsuntersystemmit Moment-, Geschwindigkeits- und Positions-Rückkopplungsschleifen ist ausgelegt,um die Systemstabilitätund Performanceanforderungen zu erreichen. Durch die automatischeAnpassung von mit Fahrzeugvariablen in Verbindung stehenden Parameterndes Lenkradsteuerungsuntersystems, wie z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, ändert sichdas Reaktionsmoment mit den Fahrzeugvariablen und den Rückkopplungsvariableneinschließlichdes Lenkradwinkels, der Lenkradgeschwindigkeit und dem Rad-Moment.Daraus resultierend kann das Lenkradsteuerungsuntersystem ein variablesLenkgefühldurch Generierung des erforderlichen variablen Reaktionsmomentsals Rückkopplungfür denFahrzeugführererzeugen. Gleichzeitig kann das Lenkradsteuerungsuntersystem den Lenkradrücklauf miteinstellbarer Geschwindigkeit und Lenkradrichtungsreferenzwinkelliefern.A control system framework of the steering wheel sub-assemblyis introducedto all required steering functions including the steering feel, theactive steering wheel return speedand the steering stop, and steering wheel direction reference angle to the wheel subassemblyto enable.This steering wheel control system includes three feedback loops: the inner oneTorque loop, the steering wheel speed feedback loop and theSteering wheel position feedback loop.In the present invention, the driver's action, the steering wheelto rotate as an equivalentexternal interference load torqueviewed on the steering wheel control subsystem. The steering wheel control subsystemwith torque, speed and position feedback loops is designedabout system stabilityand achieve performance requirements. By automaticAdjustment of parameters related to vehicle variablesthe steering wheel control subsystem, e.g. the vehicle speed changesthe reaction torque with the vehicle variables and the feedback variablesincludingthe steering wheel angle, the steering wheel speed and the wheel torque.As a result, the steering wheel control subsystem can be a variable onesteering feelby generating the required variable reaction torqueas feedbackfor thedriverproduce. At the same time, the steering wheel control subsystem can use the steering wheel returnadjustable speed and steering wheel direction reference angledeliver.
[0010] Bei der vorliegenden Erfindung sinddie Lenkfunktionsanforderungen fürdas Lenkgefühl,der Lenkradrücklaufund der Rad-Richtungsbefehl in das Lenkradsteuerungsuntersystem-Designeinbezogen. Das Lenkrad-Reaktionsmoment wird in Übereinstimmung mit dem Lenkgefühl quantitativbeschrieben, um das Lenkradsteuerungsuntersystem auszubilden unddem geforderten einstellbaren Lenkgefühl gerecht zu werden. Das erwarteteLenkrad-Reaktionsmoment,basierend auf den Lenkradsteuerungsuntersystem-Variablen, die mit dem Lenkradwinkel,dem Rad-Moment und der Fahrzeuggeschwindigkeit in Verbindung stehen,kann unter Verwendung der quantitativen Beschreibung des Lenkrad-Reaktionsmomenterhalten und bestimmt werden. Das Lenkgefühl kann daher als eine Steuerungssystemperformancespezifikationbetrachtet werden, die im Lenkradsteuerungsuntersystem-Design genutzt werdenkann.In the present inventionthe steering function requirements forthe steering feeling,the steering wheel returnand the wheel direction command in the steering wheel control subsystem designincluded. The steering wheel reaction torque becomes quantitative in accordance with the steering feelingto form the steering wheel control subsystem andto meet the required adjustable steering feel. The expectedSteering wheel reaction torque,based on the steering wheel control subsystem variables related to the steering wheel angle,the wheel moment and the vehicle speed are related,can using the quantitative description of the steering wheel reaction torquepreserved and determined. The steering feel can therefore be used as a control system performance specificationconsidered that are used in the steering wheel control subsystem designcan.
[0011] Das Lenkradsteuerungsuntersystemerhältgemessene und geschätzteVariablen einschließlichdes linken und rechten Rad-Winkels, des Rad-Moments, des Lenkradwinkelsund der Fahrzeuggeschwindigkeit. Diese Variablen werden in der Lenkrad-Steuereinheitverarbeitet, um ein Reaktionsmoment für das Lenkrad zu ermitteln.Es ist festzuhalten, dass kein Erfordernis existiert, das Lenkradmomentam Lenkrad zu messen, um das Lenkgefühl zu erzeugen.The steering wheel control subsystemreceivesmeasured and estimatedVariables includingof the left and right wheel angle, the wheel torque, the steering wheel angleand the vehicle speed. These variables are in the steering wheel control unitprocessed to determine a reaction torque for the steering wheel.It should be noted that there is no requirement, the steering wheel torquemeasure on the steering wheel to create the steering feel.
[0012] Bei der vorliegenden Erfindung kanndas erwartete einstellbare Lenkgefühl, wie z.B. das Lenkgefühl einesSportwagens oder eines Luxuswagens, in einem Fahrzeug mit der Steer-By-Wire-Baugruppeerzeugt werden. Der aktive Lenkradrücklauf mit verschiedenen Rotationsgeschwindigkeitenund Lenkradstop beim Parken und die Richtungsreferenzwinkelgenerierungzur Rad-Unterbaugruppewerden ebenso unter Verwendung des Steuerungssystem designs in derSteer-By-Wire-Baugruppe implementiert.In the present inventionthe expected adjustable steering feel, e.g. the steering feeling of aSports car or a luxury car, in a vehicle with the steer-by-wire assemblybe generated. The active steering wheel return with different rotation speedsand steering wheel stop when parking and the direction reference angle generationto the wheel sub-assemblyare also used using the control system designs in theSteer-by-wire assembly implemented.
[0013] Weitere Aspekte, Charakteristikaund Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Berücksichtigungder folgenden Beschreibung und der Ansprüche in Verbindung mit den begleitendenZeichnungen ersichtlich werden. Es zeigen:Other aspects, characteristicsand advantages of the present invention will be consideredthe following description and the claims in conjunction with the accompanying onesDrawings can be seen. Show it:
[0014] 1:eine schematische Darstellung einer Steer-By-Wire-Baugruppe einesFahrzeugs in Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung; 1 : A schematic representation of a steer-by-wire assembly of a vehicle in accordance with the present invention;
[0015] 2:ein Blockschaltbild eines Steer-By-Wire-Steuerungssystems mit einemRad-Steuerungs-Untersystem und dem Lenkrad-Steuerungs-Untersystem; 2 : a block diagram of a steer-by-wire control system with a wheel control subsystem and the steering wheel control subsystem;
[0016] 3:ein Blockschaltbild fürdas Rad-Steuerungs-Untersystem fürdie in 2 gezeigte Steer-By-Wire-Baugruppe; 3 : a block diagram for the wheel control subsystem for the in 2 steer-by-wire assembly shown;
[0017] 4:ein Blockschaltbild einer multivariablen Rad-Rückkopplungssteuerung einschließlich eines multivariablenControllers und dem in 3 dargestelltengesteuerten Rad-Steuerungs-Untersystem; 4 : a block diagram of a multivariable wheel feedback control including a multivariable controller and the in 3 controlled wheel steering subsystem shown;
[0018] 5:ein Blockschaltbild eines allgemeinen multivariablen Rückopplungs-Systems, das in Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; 5 : a block diagram of a general multivariable feedback system that can be used in accordance with the present invention;
[0019] 6:ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Referenzsignal-Gebers(Generators) der Rad-Unterbaugruppe der Steer-By-Wire-Baugruppenach 1; 6 : a block diagram of an example of a reference signal transmitter (generator) of the wheel sub-assembly of the steer-by-wire assembly according to 1 ;
[0020] 7:ein Flussdiagramm eines allgemeinen Verfahrens zur unabhängigen Steuerungdes rechten und linken Rades des Fahrzeugs in Überein stimmung mit der vorliegendenErfindung; 7 : a flowchart of a general method for independently controlling the right and left wheel of the vehicle in accordance with the present invention;
[0021] 8:ein vereinfachtes Blockschaltbild des Steer-By-Wire-Steuerungssystemsnach 2; und 8th : a simplified block diagram of the steer-by-wire control system according to 2 ; and
[0022] 9:ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung von Steer-By-Wire-Baugruppen zurErzeugung eines einstellbaren Lenkgefühls für den Fahrer in Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung. 9 : A flowchart of a method for controlling steer-by-wire assemblies to create an adjustable steering feel for the driver in accordance with the present invention.
[0023] 1 zeigteine Steer-By-Wire-Baugruppe 10 eines Fahrzeugs in Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt besitzt die Steer-By-Wire-Baugruppe 10 desFahrzeugs links und rechts unabhängigeVorderräder 18, 20.Wie in 1 dargestelltbesteht die Steer-By-Wire-Baugruppe 10 auseiner Rad-Unterbaugruppe 15 und einer Lenkrad-Unterbaugruppe 16.Die Steer-By-Wire-Baugruppe umfasst ein Steer-By-Wire-Steuerungsmodul 12 miteinem Rad-Controller 13 der Rad-Unterbaugruppe 15 und einem Lenkrad-Controller 14 derLenkrad-Unterbaugruppe 16.Das Steer-By-Wire-Steuerungsmodul 12 verbindet die Rad-Unterbaugruppe 15 unddie Lenkrad-Unterbaugruppe 16. 1 shows a steer-by-wire assembly 10 of a vehicle in accordance with the present invention. As shown, the steer-by-wire assembly has 10 of the vehicle left and right independent front wheels 18 . 20 , As in 1 shown is the steer-by-wire assembly 10 from one Wheel subassembly 15 and a steering wheel sub-assembly 16 , The steer-by-wire assembly includes a steer-by-wire control module 12 with a wheel controller 13 the wheel sub-assembly 15 and a steering wheel controller 14 the steering wheel sub-assembly 16 , The steer-by-wire control module 12 connects the wheel sub-assembly 15 and the steering wheel subassembly 16 ,
[0024] Wie in 1 dargestelltumfasst die Rad-Unterbaugruppe 15 das linke Rad 18,verbunden mit einer linken Spurstange 19 und das rechteRad 20, verbunden mit einer rechten Spurstange 21.Die Rad-Unterbaugruppe 15 weist weiterhin einen linkenund einen rechten Radaktuator 40, 42 in elektrischerVerbindung mit den entsprechenden linken und rechten Motorendstufen 36, 38 auf.Die linke und rechte Motorendstufe 36, 38 empfangenSteuersignale vom Rad-Controller 13. Die Radaktuatoren 40, 42 erhaltenStromsignale von den jeweiligen Motorendstufen 36, 38,um Momente am jeweiligen linken und rechten Rad 18 und 20 zuerzeugen. Ein linker Radwinkelsensor 32 ist am linken Radaktuator 40 zumAbnehmen eines linken Radwinkels angeordnet. Ein rechter Radwinkelsensor 34 istam rechten Radaktuator 42 zum Abnehmen eines rechten Radwinkels angeordnet.Der Abnehmen eines rechten Radwinkels angeordnet. Der linke undrechte Radwinkelsensor 32, 34 stehen in elektrischerVerbindung mit dem Rad-Controller 13,um den linken und rechten Radwinkel kennzeichnende Signale zur Weiterberechnungzum Rad-Controller 13 zu senden. Der Rad-Controller 13 erhält eineMehrzahl von Eingangssignalen, um Radsteuersignale zur Steuerungdes linken und rechten Rades 18, 20 unter Verwendungder jeweiligen Radaktuatoren 40, 42 zu erzeugen.As in 1 shown includes the wheel sub-assembly 15 the left wheel 18 , connected with a left tie rod 19 and the right wheel 20 , connected with a right tie rod 21 , The wheel sub-assembly 15 also has a left and a right wheel actuator 40 . 42 in electrical connection with the corresponding left and right motor output stages 36 . 38 on. The left and right motor power stage 36 . 38 receive control signals from the wheel controller 13 , The wheel actuators 40 . 42 receive current signals from the respective motor output stages 36 . 38 to moments on the respective left and right wheel 18 and 20 to create. A left wheel angle sensor 32 is on the left wheel actuator 40 arranged to remove a left wheel angle. A right wheel angle sensor 34 is on the right wheel actuator 42 arranged to remove a right wheel angle. The removal of a right wheel angle arranged. The left and right wheel angle sensors 32 . 34 are in electrical connection with the wheel controller 13 to the left and right wheel angle signals for further calculation to the wheel controller 13 to send. The wheel controller 13 receives a plurality of input signals to wheel control signals for controlling the left and right wheel 18 . 20 using the respective wheel actuators 40 . 42 to create.
[0025] Bei einer konventionellen Lenkungsbaugruppeeines Fahrzeugs mit typischen mechanischen Kopplungen erhält das Raddirekte Lenkradeingaben vom Lenkrad des Fahrzeugs. Weiterhin folgendie Radwinkel mechanisch dem Lenkradwinkel. Bei der Steer-By-Wire-Baugruppeder vorliegenden Erfindung mit der oben genannten Rad-Unterbaugruppe 15 (ohnemechanische Kopplung) kann ein Lenkwinkelsignal unter Verwendungvon elektrischen Leitungen elektrisch zur Rad-Unterbaugruppe 15 übertragenwerden. Eine Funktion der Rad-Unterbaugruppe 15 ist daher,die Verfolgung des Radwinkels füreinen Lenkradreferenzwinkel zu verwirklichen. Weiterhin sollte jederRadwinkel unabhängigdem Lenkradreferenzwinkel folgen und die beiden Radwinkel solleneinander nicht beeinflussen. Diese Nachführfunktion kann durch Verwendungeines im Rad-Controller 13 der oben genanten Rad-Unterbaugruppe 15 implementiertenSteuerungssystemdesignverfahrens realisiert werden.In a conventional steering assembly of a vehicle with typical mechanical couplings, the wheel receives direct steering wheel inputs from the steering wheel of the vehicle. Furthermore, the wheel angles mechanically follow the steering wheel angle. In the steer-by-wire assembly of the present invention having the above wheel sub-assembly 15 (Without mechanical coupling), a steering angle signal can be made using electrical leads electrically to the wheel sub-assembly 15 be transmitted. A function of the wheel subassembly 15 is therefore to track the wheel angle for a steering wheel reference angle. Furthermore, each wheel angle should independently follow the steering wheel reference angle and the two wheel angles should not influence each other. This tracking function can be done by using one in the wheel controller 13 the wheel subassembly mentioned above 15 implemented control system design method can be realized.
[0026] Das Rad-Steuerungssystemdesign sollteden Radwinkel-Rückkopplungseffekt,Radbaugruppen-Unbestimmtheit und Nichtlinearität berücksichtigen. Der Rad-Controller 13 derRad-Unterbaugruppe 15 steuert, wie weiter unten ausführlicherbeschrieben, jedes Rad 18, 20 unabhängig undeinzeln, um die Radwinkelnachführfunktionzu implementieren, um den Lenkwinkel durch Verwendung eines multivariablenSteuerungsdesignverfahrens zu verfolgen.The wheel control system design should take into account the wheel angle feedback effect, wheel assembly uncertainty, and non-linearity. The wheel controller 13 the wheel sub-assembly 15 controls each wheel as described in more detail below 18 . 20 independently and individually to implement the wheel angle tracking function to track the steering angle using a multivariable control design method.
[0027] Die Lenkrad-Unterbaugruppe 16 beinhaltetein auf einer Lenkwelle 46 montiertes Lenkrad 44.Bei diesem Ausführungsbeispielist ein Lenkradsensor 48 an der Lenkwelle 46 oderan einem Lenkradaktuator 52 angeordnet, um den Lenkwinkelaufzunehmen. Der Lenkradsensor 48 steht in elektrischerKommunikation mit dem Lenkrad-Controller 14, der vom Lenkradsensor 48 denLenkradwinkel kennzeichnende Signale erhält. Die Lenkrad-Unterbaugruppe 16 weistweiterhin eine Lenkradmotorendstufe 50 auf, die in elektrischerKommunikation mit dem Lenkrad-Controller 14 zum Empfangeines Steuersignals und zur Bereitstellung eines Stromsignals zumLenkradaktuator 52 steht. Der Lenkradaktuator 52 stehtin elektrischer Kommunikation mit der Lenkradmotorendstufe 50 umStrom von der Lenkradmotorendstufe 50 zu erhalten, undist an der Lenkwelle 46 befestigt, um ein Reaktionsmomentam Lenkrad 44 zu erzeugen. Der Lenkrad-Controller 14 erhält ein Lenkradwinkelsignal,Radwinkelsignale, Radmomentsignale und Fahrzeugsignale (nicht dargestellt)und erzeugt ein Lenkradsteuerungssignal.The steering wheel sub-assembly 16 includes one on a steering shaft 46 mounted steering wheel 44 , In this embodiment, a steering wheel sensor 48 on the steering shaft 46 or on a steering wheel actuator 52 arranged to accommodate the steering angle. The steering wheel sensor 48 is in electrical communication with the steering wheel controller 14 from the steering wheel sensor 48 receives signals characterizing the steering wheel angle. The steering wheel sub-assembly 16 also has a steering wheel motor output stage 50 on that in electrical communication with the steering wheel controller 14 for receiving a control signal and for providing a current signal to the steering wheel actuator 52 stands. The steering wheel actuator 52 is in electrical communication with the steering wheel motor output stage 50 for current from the steering wheel motor output stage 50 to get, and is on the steering shaft 46 attached to a reaction torque on the steering wheel 44 to create. The steering wheel controller 14 receives a steering wheel angle signal, wheel angle signals, wheel torque signals and vehicle signals (not shown) and generates a steering wheel control signal.
[0028] Bei einer konventionellen Lenkungsbaugruppemit mechanischen Kopplungen steuert ein Fahrzeugführer durchDrehen des Lenkrads direkt die Richtung des Fahrzeugs und erhält ein Lenkgefühl durchein resultierendes Moment an der Lenkwelle. Das Lenkgefühl liefertInformationen bezüglichder Kontaktoberflächen zwischenden Räderndes Fahrzeugs und dem Untergrund. Das Lenkgefühl kann für die Richtungskontrolle undFahrzeugfahrsicherheit fürden Fahrer entscheidend sein. Bei einer Steer-By-Wire-Baugruppe ohne mechanischeKopplung zwischen dem Lenkrad 44 und den Rädern 18, 20,kann gemäß der vorliegendenErfindung ein gewohntes Lenkgefühldurch ein Lenkradsteuerungsuntersystem mit Rückkopplungssteuerungsstrukturerzeugt werden. Hauptaufgaben der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 sind daher,ein realistisches Lenkgefühlfür denFahrer des Fahrzeugs und ein Lenkradwinkelreferenzsignal für die Rad-Unterbaugruppe 15 zu erzeugen.In a conventional steering assembly with mechanical couplings, a vehicle driver directly controls the direction of the vehicle by turning the steering wheel and receives a steering feeling through a resulting torque on the steering shaft. The steering feel provides information regarding the contact surfaces between the wheels of the vehicle and the ground. The steering feel can be critical to direction control and vehicle driving safety for the driver. In a steer-by-wire assembly without mechanical coupling between the steering wheel 44 and the wheels 18 . 20 According to the present invention, a familiar steering feeling can be generated by a steering wheel control subsystem with a feedback control structure. Main tasks of the steering wheel sub-assembly 16 are, therefore, a realistic steering feel for the driver of the vehicle and a steering wheel angle reference signal for the wheel sub-assembly 15 to create.
[0029] Weiterhin sollte die Lenkrad-Unterbaugruppe 16 eineaktive Lenkradrücklauffunktionmit verschiedenen Rücklaufgeschwindigkeitenbereitstellen, wenn der Fahrer das Lenkrad 44 loslässt, während sichdas Fahrzeug in Bewegung befindet. Das Lenkrad 44 ist dahernicht darauf beschränkt,den Rädern 18, 20 zufolgen, wie es bei konventionellen Lenkbaugruppen der Fall ist.Als ein besonderer Fall der aktiven Lenkradrücklaufanforderung sollte dasLenkrad 44 in einer bestimmten Winkelposition verbleiben,wenn der Fahrer das Lenkrad 44 loslässt, während sich das Fahrzeug inRuhe befindet. Diese Funktionen können durch Verwendung des Steuerungssystemdesignverfahrensim Lenkrad-Controller 14 der oben genannten Lenkrad-Unterbaugruppe 16 implementiertwerden.The steering wheel subassembly should also 16 provide an active steering wheel return function with different return speeds when the driver turns the steering wheel 44 releases while the vehicle is in motion. The steering wheel 44 is therefore not limited to the wheels 18 . 20 to follow, as is the case with conventional steering assemblies. As a special case of the active steering wheel return request, the steering wheel should 44 stay in a certain angular position when the driver turns the steering wheel 44 releases while the vehicle is at rest. These functions can be accomplished using the steering system design method in the steering wheel controller 14 the above steering wheel sub module 16 be implemented.
[0030] Die Lenkrad-Unterbaugruppe 16 liefertein Lenkgefühl,einen aktive Lenkradrücklaufmit verschiedenen Rücklaufgeschwindigkeitenund eine Lenkradstopfunktion durch das Steuerungssystemdesign. Beidiesem Ausführungsbeispielsollte das Steuerungssystemdesign berücksichtigen, wie alle Funktionenin einem Steuerungssystem-Grundgerüst zu erfüllen sind und dabei Anforderungenwie Stabilitätund Performance der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 entsprechen.Es ist festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung sich auf einvariables Lenkgefühlunter Verwendung eines Lenkradrückkopplungssteuerungssystemskonzentriert. Der Lenkrad-Controller 14 der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 implementiert,wie weiter unten beschrieben, die Steuerung des Lenkrad-Reaktionsmoments,das mit dem Lenkgefühlverknüpftist bzw. mit diesem in Beziehung steht.The steering wheel sub-assembly 16 provides steering feel, active steering wheel return at various return speeds and a steering wheel stop function through the control system design. In this exemplary embodiment, the control system design should take into account how all functions in a control system basic structure are to be fulfilled and requirements such as stability and performance of the steering wheel subassembly 16 correspond. It should be noted that the present invention focuses on variable steering feel using a steering wheel feedback control system. The steering wheel controller 14 the steering wheel sub-assembly 16 implements, as described below, control of the steering wheel reaction torque associated with or related to the steering feel.
[0031] Wie in 1 dargestelltsteht der Lenkrad-Controller 14 in elektrischer Kommunikationmit dem Rad-Controller 13. Die Controller 13 und 14 sindin ein Steer-By-Wire-Steuerungsmodul 12 integriert, umdie oben genannten Lenkfunktionen zu implementieren. Weiterhin empfängt dasSteer-By-Wire-Steuerungsmodul 12 weitereFahrzeugsignale, wie z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Gierrate undQuerbeschleunigung. Dieses kann durch Implementie rung von Fahrzeuggeschwindigkeits-,Gierraten- und Querbeschleunigungssensoren im Fahrzeug erreichtwerden.As in 1 the steering wheel controller is shown 14 in electrical communication with the wheel controller 13 , The controllers 13 and 14 are in a steer-by-wire control module 12 integrated to implement the steering functions mentioned above. The steer-by-wire control module also receives 12 other vehicle signals such as vehicle speed, yaw rate and lateral acceleration. This can be achieved by implementing vehicle speed, yaw rate and lateral acceleration sensors in the vehicle.
[0032] 2 zeigtein Blockschaltbild des Steer-By-Wire-Steuerungssystems 11 mitder Rad-Unterbaugruppe 15 und der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 nachmit der vorliegenden Erfindung. Die in 2 dargestellte Steuerungssystemstruktur,die auf der in 1 dargestelltenSteuerungssystembaugruppe beruht, beschreibt Komponenten mit Blöcken undvariable Beziehungen zwischen Steuerungsvariablen, Eingangs- undAusgabevariablen und Referenzvariablen. 2 shows a block diagram of the steer-by-wire control system 11 with the wheel sub-assembly 15 and the steering wheel subassembly 16 according to the present invention. In the 2 control system structure shown on the in 1 shown control system assembly, describes components with blocks and variable relationships between control variables, input and output variables and reference variables.
[0033] Wie in 2 dargestellt,beinhaltet die Rad-Unterbaugruppe 15 einen Referenzbefehlsgenerator 110, derein Lenkwinkelsignal θ_s und Fahrzeugsignale erhält. Diese Fahrzeugsignale können Fahrzeuggeschwindigkeit,Gierrate und Querbeschleunigung beinhalten. Der Referenzbefehlsgenerator 110 bestimmteinen linken und einen rechten Radreferenzwinkel θ_refl, θ_refr, wobei der Referenzbefehlsgenerator 110 einenAlgorithmus basierend auf dem Lenkradwinkelsignal und den Fahrzeugsignalenverwendet. Der linke Radreferenzwinkel θ_refl istkennzeichnend füreine linke Soll-Radwinkelposition und der rechte Radreferenzwinkel θ_refr ist kennzeichnend für eine rechte Soll-Radwinkelposition.Die Radreferenzwinkel θ_refl und θ_refr könnengleich sein oder unterschiedliche Werte aufweisen. As in 2 shown includes the wheel sub-assembly 15 a reference command generator 110 that receives a steering angle signal θ _s and vehicle signals. These vehicle signals can include vehicle speed, yaw rate, and lateral acceleration. The reference command generator 110 determines left and right wheel reference angles θ _refl , θ _refr , where the reference _{command generator} 110 uses an algorithm based on the steering wheel angle signal and the vehicle signals. The left wheel reference angle θ _refl is characteristic of a left target wheel angle position and the right wheel reference angle θ _refr is characteristic of a right target wheel angle position. The wheel reference angles θ _refl and θ _refr can be the same or have different values.
[0034] Die vorliegende Erfindung setzt eineRadservorückkopplungssteuerungein, um die Nachführfunktion destatsächlichenRadwinkels zu dem Soll-Radreferenzwinkel θ_refl und θ_refr zu implementieren. Ein Grund für die Verwendungder Radservorückkopplungssteuerungist es, hinreichend Drehmomentsteifheit zu erhalten, um die Räder 18, 20 zubewegen (lenken) und die erforderliche Radwinkelnachführgenauigkeitmit einem minimalen Nachführfehlerzu realisieren. Die Radwinkel könnendem Radreferenzwinkel folgen und den Effekt eines externen Störmomentsverhindern, wenn das ex terne Störmomentgeringer als die Momentträgheitdes Servosystems ist. Die üblichenStörmomenteumfassen Rad/Lauffläche/Straßenreibung,Straßenoberflächenstörung undWindböen.Daher wird das Steer-By-Wire-Radsteuerungs-systemdesignzu einem Servosteuerungssystemdesign. Da das Radsteuerungsuntersystemzwei Eingaben (linken und rechten Radreferenzwinkel θ_refl, θ_refr), zwei Ausgaben (den tatsächlich gemessenenlinken Radwinkel θ_rl und den tatsächlich gemessenen rechten Radwinkel θ_rr) mit einem variierenden Grad der Radwinkelkopplungaufweist, wird die multivariable Vorsteuerung für die Rad-Unterbaugruppe angewandt.The present invention employs wheel _{servo feedback control} to implement the actual wheel angle tracking function to the target wheel reference angle θ _refl and θ _refr . One reason for using the wheel servo feedback control is to get sufficient torque stiffness around the wheels 18 . 20 to move (steer) and to implement the required wheel angle tracking accuracy with a minimal tracking error. The wheel angles can follow the wheel reference angle and prevent the effect of an external interference torque if the external interference torque is less than the moment inertia of the servo system. The usual disturbance torques include wheel / tread / road friction, road surface disturbance and wind gusts. Therefore, the steer-by-wire wheel control system design becomes a servo control system design. Since the wheel control subsystem has two inputs (left and right wheel reference angles θ _refl , θ _refr ), two outputs (the actually measured left wheel angle θ _rl and the actually measured right wheel angle θ _rr ) with a varying degree of wheel angle coupling, the multivariable feedforward control for Wheel subassembly applied.
[0035] Wie in 2 dargestelltbeinhaltet die multivariable Servorückkopplungssteuerung der Rad-Unterbaugruppe 15 weiterhineine Radwinkelpositionsrückkopplungsschleifeund eine innere Rad-Geschwindigkeitsrückkopp-lungsschleife.Die Radwinkelpositionsrückkopplungsschleifeist aus dem Rad-Controller 120 und der Radsteuerungsanlage 124 basierendauf den Radwinkelpositionsrückkopplungssignalen θ_rl und θ_rr aufgebaut. Die Rad-Geschwindigkeitsrückkopplungsschleifeist aus der Steuerungsanlage 124 und dem Radgeschwindigkeitsrückkopplungskompensator 140 basierendauf den Radwinkel-Geschwindigkeitsrückkopplungssignalen ω_rl, und ω_rr aufgebaut.As in 2 shown includes the multivariable servo feedback control of the wheel sub-assembly 15 further a wheel angle position feedback loop and an inner wheel speed feedback loop. The wheel angle position feedback loop is from the wheel controller 120 and the wheel control system 124 based on the wheel angle position feedback signals θ _rl and θ _rr . The wheel speed feedback loop is from the control system 124 and the wheel speed feedback compensator 140 based on the wheel angle speed feedback signals ω _rl , and ω _rr .
[0036] Die Rad-Steuerungsanlage 124 wird,wie in 2 dargestellt,der Radsystembaugruppe in der Rad-Unterbaugruppe 15 zwischenden Eingangssteuerungssignalen u_cl, u_cr der Motorantriebe 15a, 15b und denAusgangssignalen θ_rl , θ_rr des Radwinkel zugeordnet. Die Raduntersystembaugruppebeinhaltet die in 1 dargestelltenKomponenten, die einschließlichaber nicht ausschließlichdie Räder 18, 20,die Motorendstufen 36, 38, die Aktuatoren 40, 42,die Radwinkelsensoren und die Spurstangen 19, 21 umfassen.The wheel control system 124 will, as in 2 shown, the wheel system assembly in the wheel sub-assembly 15 between the input control signals u _cl , u _{cr of} the motor drives 15a . 15b and assigned to the output signals θ _rl , θ _{rr of} the wheel angle. The wheel subsystem assembly includes the in 1 components shown, including but not limited to the wheels 18 . 20 , the engine output stages 36 . 38 who have favourited Actuators 40 . 42 , the wheel angle sensors and the tie rods 19 . 21 include.
[0037] Wie in 2 dargestelltbeinhaltet die Rad-Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife die Steuerungsanlage 124,einen Derivator 145 zur Generie rung der Radwinkel-Geschwindigkeiten über dieRadwinkel und den Rad-Geschwindigkeits-Rückkopplungskompensator 140.Die Rad-Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleifemit dem Rad-Geschwindigkeits-Rückkopplungskompensator 140 nutztdie Radwinkel-Geschwindigkeitsrückkopplungssignale ω_rl, ω_rr als Rückkopplungssignale.Die Radwinkel-Geschwindigkeitsrückkopplungssignale ω_rl, ω_rr werden durch Derivatisierung aus dem linkenund rechten Radwinkel θ_rl , θ_rr ermittelt. Sie können ebenso durch direkte Messungunter Verwendung der Radwinkel-Geschwindigkeitssensoren ermitteltwerden. Als ein Bestandteil der Rad-Servosteuerung verbessert dieRad-Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleifedie Rad-Unterbaugruppen-Dämpfungseigenschaften.Genauer gesagt wird dieses durch den Rad-Geschwindigkeits-Rückkopplungskompensator 140 erreicht.Die Rad-Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleifekann als Bestandteil der Radsteueranlage 124 in 2 angesehen werden, wennman das Design fürdie Positionsschleife des multivariablen Rad-Controllers 120 berücksichtigt.As in 2 shown, the wheel-speed feedback loop includes the control system 124 , a derivative 145 for the generation of the wheel angle speeds via the wheel angles and the wheel speed feedback compensator 140 , The wheel-speed feedback loop with the wheel-speed feedback compensator 140 uses the wheel angle speed feedback signals ω _rl , ω _rr as feedback signals. The wheel angle-speed feedback signals ω _rl , ω _rr are determined by derivatization from the left and right wheel angles θ _rl , θ _rr . They can also be determined by direct measurement using the wheel angle speed sensors. As part of the wheel servo control, the wheel speed feedback loop improves that Wheel subassemblies-damping properties. More specifically, this is done by the wheel speed feedback compensator 140 reached. The wheel speed feedback loop can be part of the wheel steering system 124 in 2 be considered when looking at the design for the position loop of the multivariable wheel controller 120 considered.
[0038] 3 zeigtein schematisches Blockschaltbild der Rad-Unterbaugruppe 15 in 2. Wie dargestellt umfasstdie Rad-Unterbaugruppe 15 einen Referenzbefehlgenerator 110 undein multivariables Servo-Rückkopplungssystem,das aus dem multivariablen Rad-Controller 120 und der Rad-Steuerungsanlage 124,basierend auf den Radwinkelpositions-Rückkopplungssignalen θ_rl und θ_rr, besteht. In dieser gezeigten Darstellung derRad-Unterbaugruppe 15 ist die Rad-Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife in dieRad-Steueranlage 124 aufgenommen (integriert) worden. 3 shows a schematic block diagram of the wheel sub-assembly 15 in 2 , As shown, the wheel subassembly includes 15 a reference command generator 110 and a multivariable servo feedback system that consists of the multivariable wheel controller 120 and the wheel control system 124 , based on the wheel angle position feedback signals θ _rl and θ _rr . The wheel sub-assembly shown in this illustration 15 is the wheel speed feedback loop in the wheel control system 124 been included (integrated).
[0039] Wie in den 2 und 3 dargestellt,werden die Signale des linken Radwinkels θ_rl unddes rechten Radwinkels θ_rr zu den Addierern 114, 116 zurückgeführt, umvon den jeweiligen linken und rechen Rad-Referenzwinkel θ_refl, θ_refr subtrahiert zu werden. Der linke Radwinkel-Addierer 114 bestimmteinen linken Radwinkel-Fehler e_l zwischendem linken Rad-Referenzwinkel θ_refl und dem linken Radwinkel θ_rl, wobei der linke Rad-Referenzwinkel θ_refl vom Referenzbefehlgenerator 110 bestimmtwird. Der rechte Radwinkel-Addierer 116 bestimmteinen rechten Radwinkel-Fehler er zwischen dem rechten Rad-Referenzwinkel θ_refr und dem tatsächlichen rechten Radwinkel θ_rr, wobei der rechte Rad-Referenzwinkel θ_refr vom Referenzbefehlgenerator 110 bestimmtwird.As in the 2 and 3 shown, the signals of the left wheel angle θ _rl and the right wheel angle θ _{rr are added} to the adders 114 . 116 is returned to be subtracted from the respective left and right wheel reference _angles θ _refl , θ _refr . The left wheel angle adder 114 determines a left wheel angle error e _l between the left wheel reference angle θ _refl and the left wheel angle θ _rl , the left wheel reference angle θ _refl from the reference _{command generator} 110 is determined. The right wheel angle adder 116 determines a right wheel angle error between the right wheel reference angle θ _refr and the actual right wheel angle θ _rr , the right wheel reference angle θ _refr from the reference _{command generator} 110 is determined.
[0040] Wie in den 2 und 3 dargestelltempfängtder multivariable Rad-Controller 120 linkeund rechte Radwinkel-Fehlersignale e_l, ervon den linken und rechten Addierern 114, 116 underzeugt jeweils ein linkes und ein rechtes Rad-Steuersignal u_l, u_r. Der multivariableRad-Controller 120 verwendet ein MIMO (Multi-Input Multi-Output)-Entkopplungs-Steuerungs-Verfahren, so dassjede Eingabevariable der Rad-Unterbaugruppe 15 aus 2 und 3, z.B. der linke Rad-Referenzwinkel θ_refl und der rechte Rad-Referenzwinkel θ_refr,jeweils unabhängigeine korrespondierende Ausgangsvariable, z.B. den linken Radwinkel θ_rl und den rechten Radwinkel θ_rl, beeinflusst. Die Entkopplungssteuerungwird weiter unten ausführlicherbeschrieben.As in the 2 and 3 shown the multivariable wheel controller receives 120 left and right wheel angle error signals e _l , he from the left and right adders 114 . 116 and generates a left and a right wheel control signal u _l , u _r . The multivariable wheel controller 120 uses a MIMO (Multi-Input Multi-Output) decoupling control method so that each input variable of the wheel sub-assembly 15 out 2 and 3 , for example the left wheel reference angle θ _refl and the right wheel reference angle θ _refr , each independently influences a corresponding output variable, for example the left wheel angle θ _rl and the right wheel angle θ _rl . Decoupling control is described in more detail below.
[0041] Genauer gesagt ist der multivariableRad-Controller 120 implementiert, um ein linkes Rad-Steuerungssignalu_l und ein rechtes Rad-Steuerungssignalu_r zu erzeugen. Wie weiter unten genauerim Design des multivariablen Rad-Controllers 120 beschriebenwird, wird das linke Rad-Steuerungssignal u_l basierendauf dem linken Radwinkel-Fehler e_l und demrechten Radwinkel-Fehlere_r erzeugt. In gleicher Weise wird das rechte Rad-Steuerungssignalu_r basierend auf dem rechten Radwinkel-Fehlere_r und dem linken Radwinkel-Fehler e_l erzeugt.More specifically, the multivariable wheel controller 120 implemented to generate a left wheel control signal u _l and a right wheel control signal u _r . As detailed below in the design of the multivariable wheel controller 120 is described, the left wheel control signal u _{l is} generated based on the left wheel angle error e _l and the right wheel angle error e _r . In the same way, the right wheel control signal u _{r is} generated based on the right wheel angle error e _r and the left wheel angle error e _l .
[0042] Wie in 3 dargestelltwird das linke Rad-Steuerungssignal u_l vommultivariablen Rad-Controller 120 zur Rad-Steuerungsanlage 124 zumRegeln des linken Radwinkels θ_rl und des rechten Radwinkels θ_rr gesendet, so dass der tatsächlichelinke Radwinkel θ_rl unabhängigdem linken Rad-Referenzwinkel θ_refl folgt. In gleicher Weise wird das rechteRad-Steuerungssignal u_r vom multivariablenRad-Controller 120 zur Rad-Steueranlage 124 zum Regelndes rechten tatsächlichenRadwinkels θ_rr und des linken Radwinkels θ_rl gesendet, so dass der tatsächlicherechte Radwinkel θ_rr unabhängigdem rechten Rad-Referenzwinkel θ_refr folgt.As in 3 the left wheel control signal u _{l is shown} by the multivariable wheel controller 120 to the wheel control system 124 for controlling the left wheel angle θ _rl and the right wheel angle θ _rr , so that the actual left wheel angle θ _rl independently follows the left wheel reference angle θ _refl . In the same way, the right wheel control signal u _r from the multivariable wheel controller 120 is sent to the wheel controller 124 for controlling the right actual wheel angle θ _rr and the left wheel angle θ _rl so that the actual right wheel angle θ _rr independently follows the right wheel reference angle θ _refr .
[0043] Wie in 2 dargestellt,werden die linken und rechten Rad-Steuerungssignale u_l,u_r mit den jeweiligen Rad-Geschwindigkeits-Rückkopplungs-Steuerungssignalenu_lf, u_lr, die vomjeweiligen Geschwindigkeits-Rückkopplungs-Kompensatorin den jeweiligen Addierern 148, 150 erzeugt wurden,verrechnet. Ein linkes Rad-Momentsteuerungssignal u_cl wirdbasierend auf dem linken Rad-Steuerungssignal u_l unddem Geschwindigkeits-Rückkopplungs-Steuerungssignalu_lf im Addierer 148 bestimmt. Einrechtes Rad-Momentsteuerungssignalu_cr wird basierend auf dem rechten Rad-Steuerungssignalu_r und dem Geschwindigkeits-Rückkopplungs-Steuerungssignalu_rf im Addierer 150 bestimmt. Beidiesem Ausführungsbeispielwerden, wie dargestellt, die linken und rechten Rad-Geschwindigkeits-Rückkopplungs-Steuerungssignaleu_lf, u_rf negativin einer Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleifezu den entsprechenden Addierern 148, 150 rückgekoppelt.As in 2 shown, the left and right wheel control _signals u _l , u _r with the respective wheel speed feedback control _signals u _lf , u _lr , from the respective speed feedback compensator in the respective adders 148 . 150 were generated, offset. A left wheel torque control signal u _cl is based on the left wheel control signal u _l and the speed feedback control _signal u _lf in the adder 148 certainly. A right wheel torque control signal u _cr is based on the right wheel control signal u _r and the speed feedback control signal u _rf in the adder 150 certainly. In this embodiment, as shown, the left and right wheel speed feedback control _signals u _lf , u _{rf become} negative in a speed feedback loop to the corresponding adders 148 . 150 fed back.
[0044] Wie in 2 dargestellt,ist die Rad-Steuerungsanlage 124 in der Rad-Unterbaugruppe 15 einenlinken und einen rechten Motorantrieb 156, 158 aufweisendbeschrieben. Der linke und rechte Motorantrieb 156, 158 erhaltenein entsprechendes linkes und rechtes Rad-Moment-Steuerungssignalu_cl, u_cr zur Bestimmungeines linken Rad-Motorantriebs-Ausgangsmoments τ_ul undeines rechten Rad-Motorantriebs-Ausgangsmoments τ_ur.As in 2 shown is the wheel control system 124 in the wheel sub-assembly 15 a left and a right motor drive 156 . 158 having described. The left and right motor drive 156 . 158 receive a corresponding left and right wheel torque control signal u _cl , u _cr for determining a left wheel motor drive output torque τ _ul and a right wheel motor drive output torque τ _ur .
[0045] Bei der vorliegenden Erfindung werdenexterne Störfaktorenauf die Räder 18, 20 durch äquivalente Störmomente τ_dl, τ_dr in 2 repräsentiert. Wie dargestellt,werden äquivalentelinke und rechte Rad-Störmomente τ_dl und τ_dr inder Rad-Steuerungsanlage 124 in den Addierern 160, 162 eingesetzt.Das linke Rad-Störmoment τ_dl repräsentiertden Einfluss aller Störfaktorenin der Rad-Unterbaugruppe 15 auf das linke Rad-Motorantrieb-Ausgangsmoment τ_ul durchAddition von τ_dl in Addierer 160. Ein effektivesMoment-Steuerungssignal τ_cl für das linkeRad 18 wird in der Ausgabe des Addierers 160 erzeugt.Das rechte Rad-Störmoment τ_dr repräsentiertden Einfluss aller Störfaktorenin der Rad-Unterbaugruppe 15 auf das rechte Rad-Motorantrieb-Ausgangsmoment τ_ur durchAddition von τ_dr in Addierer 162. Ein effektivesMoment-Steuerungssignal τ_cr fürdas rechte Rad 20 wird in der Ausgabe des Addierers 162 erzeugt.In the present invention, external interference factors are applied to the wheels 18 . 20 by equivalent disturbance torques τ _dl , τ _dr in 2 represents. As shown, equivalent left and right wheel disturbance torques τ _dl and τ _{dr become} in the wheel control system 124 in the adders 160 . 162 used. The left wheel disturbance torque τ _dl represents the influence of all disturbance factors in the wheel subassembly 15 to the left wheel motor drive output torque τ _ul by adding τ _dl into adder 160 , An effective torque control signal τ _cl for the left wheel 18 is in the output of the adder 160 generated. The right wheel disturbance torque τ _dr represents the influence of all disturbance factors in the wheel subassembly 15 to the right wheel motor drive output torque τ _ur by adding τ _dr into adder 162 , An effective torque control signal τ _cr for the right wheel 20 is in the output of the adder 162 generated.
[0046] Wie in 2 dargestellt,wird das effektive Moment-Steuerungssignal τ_cl amlinken Rad 18 in einen linken Radmotor 164 eingespeist,der ein korrespondierend großesMoment an der Last 168 erzeugt, um eine Winkeländerungdes linken und rechten Rades 18, 20 herbeizuführen. Wiedargestellt wird das effektive Moment-Steuerungssignal τ_cr amrechten Rad 20 in einen rechten Radmotor 166 eingespeist,der ein korrespondierend großesMoment an der Last 168 erzeugt, um eine Winkeländerungdes linken und rechten Rades 18, 20 herbeizuführen. DieLast 168 repräsentiertdie Räder 18, 20 undderen Baugruppe, Radsensoren und Einflüsse der Fahrzeugdynamik.As in 2 is shown, the effective torque control signal τ _cl on the left wheel 18 in a left wheel motor 164 fed, which is a correspondingly large moment at the load 168 generated to change the angle of the left and right wheels 18 . 20 bring about. As shown, the effective torque control signal τ _cr on the right wheel 20 in a right wheel motor 166 fed, which is a correspondingly large moment at the load 168 generated to change the angle of the left and right wheels 18 . 20 bring about. Weight 168 represents the wheels 18 . 20 and their assembly, wheel sensors and influences of vehicle dynamics.
[0047] 2 zeigtweiterhin die Lenkrad-Unterbaugruppe 16, die den Lenkrad-Referenzwinkel θ_s fürdie Rad-Unterbaugruppe bereitstellt und ein angemessenes Lenkgefühl für den Fahrzeugführer erzeugt.Diese Lenkfunktionen der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 können durcheine Rückkopplungs-Steuerungs-Strukturder Rad-Unterbaugruppe 16, dargestellt in 2, realisiert werden. Die Rad-Unterbaugruppe 16 besitzt,wie dargestellt, drei Rückkopplungsschleifen,die innere Momentschleife, die Lenkrad-Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife und dieLenkrad-Positions-Rückkopplungsschleife,basierend auf den entsprechenden äquivalenten Rad-Moment-Signalenu_rt den Lenkrad-Geschwindigkeits-Signal ω_s und dem Lenkrad-Winkel-Signal θ_s. 2 still shows the steering wheel sub-assembly 16 that provides the steering wheel reference angle θ _s for the wheel sub-assembly and creates an appropriate steering feel for the vehicle operator. This steering functions of the steering wheel sub-assembly 16 can by a feedback control structure of the wheel subassembly 16 , shown in 2 , will be realized. The wheel sub-assembly 16 has, as shown, three feedback loops, the internal torque loop steering wheel velocity feedback loop, and the steering wheel position feedback loop, based on the respective equivalent wheel torque signals u _rt the wheel-speed signal ω _s and the steering wheel Angle signal θ _s .
[0048] Bei der vorliegenden Erfindung wirddie Handlung des Fahrers, das Lenkrad 44 zu drehen, als äquivalentzu einem externen Störmoment τ_d inder Lenkrad-Unterbaugruppe 16 angesehen. Die Lenkrad-Unterbaugruppe 16 mitMoment-, Geschwindigkeits- und Positionsrückkopplung ist mit einer Störmomentrückweisungsfunktionunter den Anforderungen der Systemstabilität und Performance designed.Wird ein externes Störmoment τ_d,das eine Lenkbewegung des Fahrers repräsentiert, an ein solches Rückkopplungs-Steuerungssystemgeleitet, erzeugt die Lenkrad-Unterbaugruppe 16 ein Reaktionsmoment τ_c,um das äquivalente Störmomentzurückzuweisenbzw. zu kompensieren. Ein das Lenkrad 44 des Fahrzeugshaltender Fahrer spürtdaher beim Drehen des Lenkrades 44 die Reaktionsmomentänderung.Durch die automatische Anpassung der Lenkrad-Rückkopplungssteuerung in derLenkrad-Unterbaugruppe 16, verknüpft mit Fahrzeugvariablen,wie z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, ändert sich das Reaktionsmomentmit den Fahrzeugvariablen und den Lenk-Rückkopplungsvariablen (der Lenkradwinkel,die Lenkradgeschwindigkeit und das Rad-Moment). Als Ergebnis hierauskann die Lenkrad-Unterbaugruppe 16 ein variables Lenkgefühl durchGenerierung des erforderlichen Reaktionsmoments als Rückkopplungauf eine Aktion des Fahrers erzeugen.In the present invention, the driver's action is the steering wheel 44 to rotate as equivalent to an external disturbance torque τ _d in the steering wheel subassembly 16 considered. The steering wheel sub-assembly 16 with torque, speed and position feedback is designed with an interference torque rejection function under the requirements of system stability and performance. If an external disturbance torque τ _d , which represents a steering movement of the driver, is directed to such a feedback control system, the steering wheel subassembly is generated 16 a reaction torque τ _c in order to reject or compensate for the equivalent disturbance torque. A the steering wheel 44 the driver holding the vehicle therefore feels when turning the steering wheel 44 the change in reaction torque. By automatically adjusting the steering wheel feedback control in the steering wheel sub-assembly 16 , linked to vehicle variables such as the vehicle speed, the reaction torque changes with the vehicle variables and the steering feedback variables (the steering wheel angle, the steering wheel speed and the wheel torque). As a result, the steering wheel subassembly 16 generate a variable steering feel by generating the required reaction torque as feedback on an action by the driver.
[0049] Das Moment-Rückkopplungssignal in der innerenMomentschleife der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 beruht aufdem geschätztenRad-Moment-Signal. Wie in 2 dargestellt,werden das linke und rechte Rad-Steuerungssignal u_l,u_r in der Rad-Unterbaugruppe 15 verwendet,um ein äquivalentesRad-Moment-Signal u_rt am Ausgang der Rad-Verstärkungssteuerung 170 zuerzeugen. Mit anderen Worten kann das äquivalente Rad-Moment-Signalu_rt aus den Steuerungssignalen des Rad-Rückkopplungs-Steuerungssystemserhalten werden. Das äquivalenteRad-Moment-Signal u_rt ist den Rad-Steuerungssignalenproportional. Das äquivalenteRad-Moment-Signal u_rt kann sich gemäß den Betriebsbedingungender Rad-Unterbaugruppe 15, externer Störfaktoren und den Straßenbedingungenverändern.Dieses Signal bietet ein kostengünstiges, rauscharmesund qualitativ hochwertiges Rad-Moment-Signalohne die Notwendigkeit einer direkten Rad-Moment-Sensormessung.The torque feedback signal in the steering wheel subassembly inner torque loop 16 is based on the estimated wheel torque signal. As in 2 are shown, the left and right wheel control signal u _l , u _r in the wheel sub-assembly 15 used an equivalent wheel torque signal u at the output of _rt-wheel gain controller 170 to create. In other words, the equivalent wheel torque signal u _{rt can be obtained} from the control signals of the wheel feedback control system. The equivalent wheel torque signal u _rt is proportional to the wheel control signals. The equivalent wheel torque signal u _rt may vary according to the operating conditions of the wheel sub-assembly 15 , external disruptive factors and road conditions. This signal provides a low cost, low noise, high quality wheel torque signal without the need for direct wheel torque sensor measurement.
[0050] Wie in 2 dargestellt,wird das äquivalenteRad-Moment-Signal u_rt zum Addierer 172 inder Lenkrad-Unterbaugruppe 16 rückgekoppelt, der ein Lenkmotorantrieb-Steuerungssignalu_s bestimmt. Der Lenkrad-Motorantrieb 174 empfängt, wiedargestellt, das Lenkmotorantrieb-Steuerungssignal u_s underzeugt ein Reaktionsmoment τ_c unter Verwendung des mit dem Lenkrad 44 verbundenenLenkmotors 178. Das Reaktionsmoment τ_c istproportional zu dem äquivalentenStörmoment τ_d desFahrers. Diese Beziehung wird in Addierer 176 mit der Ausgabeeines effektiven Momentsignals τ_m repräsentiert.Das effektive Momentsignal τ_m repräsentiertdie Differenz zwischen dem äquivalentenStörmoment τ_d durchden Fahrer und dem Reaktionsmoment τ_c. Esist festzuhalten, dass das Lenkrad 44 gedreht wird, wenn τ_m einennegativen oder positiven Wert besitzt, und das Lenkrad 44 inRuhe verbleibt, wenn τ_m den Wert 0 besitzt. Das effektive Momentsignal τ_m beeinflusstebenfalls die Lenkradwinkeländerung,wenn sich das äquivalenteStörmoment τ_d durchden Fahrer ändert.As in 2 shown, the equivalent wheel torque signal u _rt to the adder 172 in the steering wheel sub-assembly 16 fed back, which determines a steering motor drive control signal u _s . The steering wheel motor drive 174 receives the steering motor drive control signal u _s as shown and generates a reaction torque τ _c using that with the steering wheel 44 connected steering motor 178 , The reaction torque τ _c is proportional to the equivalent disturbance torque τ _{d of} the driver. This relationship is in adder 176 represented with the output of an effective torque signal τ _m . The effective torque signal τ _m represents the difference between the equivalent disturbance torque τ _d by the driver and the reaction torque τ _c . It should be noted that the steering wheel 44 is turned when τ _{m has} a negative or positive value, and the steering wheel 44 remains at rest when τ _{m has} the value 0. The effective torque signal τ _{m also} influences the steering wheel angle change when the equivalent disturbance torque τ _d changes by the driver.
[0051] Das Lenkrad-Geschwindigkeits-Signal ω_s wird aus einer Derivatisierungsoperationdes Lenkradwinkels θ_S in Kasten 196 erhalten und wirdvon einem Geschwindigkeits-Rückkopplungs-Kompensator 171 empfangen.Das Ausgangs-Steuerungssignal des Geschwindigkeits-Rückkopplungs-Kompensators 171 wirdnegativ zu Addierer 190 zurückgekoppelt. Ein Steuerungssignalu_cf wird von Addierer 190 bestimmt,der die Differenz zwischen einem Lenkrad-Moment-Steuerungssignalu_c vom Positionsschleifen-Kompensator 184 und einemRückkopplungs-Steuerungssignalu_sf vom Geschwindigkeits-Rückkopplungs-Kompensator 171 berechnet.Ein verstärktesSteuerungssignal u_ct im Ausgang der Schleifenverstärkung 192 wirdgenutzt, um ein Motorantrieb-Steuerungssignal u_s amAddierer 172 basierend auf dem äqui valenten Moment-Rückkopplungs-Signalu_rt zu erhalten. Die Funktion der Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleifeist es, eine verstellbare Lenkrad-Rücklaufgeschwindigkeitdurch Zusammenarbeit mit der inneren Moment-Rückkopplungsschleifeund der Lenkrad-Winkelpositions-Rückkopplungsschleife zu erzeugen.Lässt derFahrer das Lenkrad los, kehrt das Lenkrad in die zentrale Positionoder zu einem bestimmten Winkel mit einer verstellbaren Geschwindigkeitzurück.The steering wheel speed signal ω _s is derived from a derivation operation of the steering wheel angle θ _S in box 196 obtained and is from a speed feedback compensator 171 receive. The output control signal of the speed feedback compensator 171 becomes negative to adder 190 fed back. A control _signal u _cf is from adder 190 which determines the difference between a steering wheel torque control signal u _c from the position loop compensator 184 and a feedback control signal u _sf from the speed feedback compensator 171 calculated. An amplified control signal u _ct in the output of the loop gain 192 is used to generate a motor drive control signal u _s at the adder 172 based on the equivalent torque feedback signal u _rt . The function of the speed feedback loop is to create an adjustable steering wheel return speed by working in conjunction with the inner torque feedback loop and the steering wheel angular position feedback loop. When the driver lets go of the steering wheel, the steering wheel turns to the central position or to a certain angle at an adjustable speed back.
[0052] Weiterhin zeigt 2, dass ein Lenkrad-Referenzwinkel θ_sr durch die Verstärkung von R2S, basierend aufdem linken und rechten Radwinkel θ_rl , θ_rr, bestimmt wird. Ein Lenkradpositions-Fehlersignales wird, wie dargestellt, basierend auf dem Lenkrad-Referenzwinkel θ_sr und einem Lenkradwinkel θ_s durch den Addierer 182 erhalten.Der Positionsschleifen-Kompensator 184 empfängt dasLenkradpositions-Fehlersignal es und bestimmt das Lenkrad-Steuerungssignalu_c. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Lenkradwinkel θ_s zum Addierer 182 zurückgekoppelt,um die Positions-Rückkopplungsschleifezu bilden.Furthermore shows 2 that a steering wheel reference angle θ _{sr is} determined by the gain of R2S based on the left and right wheel angles θ _rl , θ _rr . A steering wheel position error signal is, as shown, based on the steering wheel reference angle θ _sr and a steering wheel angle θ _s by the adder 182 receive. The position loop compensator 184 the steering wheel position error signal receives it and determines the steering wheel control signal u _c . In this embodiment, the steering wheel angle θ _s becomes the adder 182 fed back to form the position feedback loop.
[0053] Das Reaktionsmoment τ_c kanndurch Veränderungvon Parametern des Positionsschleifen-Kompensators 184,der Schleifenverstärkung 192 undder Verstärkungder Rad-Verstärkungssteuerung 170 eingestellt werden.Im Fall einer Parameteränderungim Kompensator und den Verstärkungenerfährtder Fahrer eine Lenkgefühländerunginfolge der Änderungdes Reaktionsmoments τ_c. Um die automatische Parameteranpassungin der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 zuimplementieren, so dass das variable Lenkgefühl basierend auf der Änderungdes Reaktionsmoments τ_c erhalten wird, werden in Beziehung zumLenkgefühlstehende Fahrzeugsignale, wie z.B. die Fahrzeuggeschwindigkeit,als Rückmeldungssignaleeingeführt,um die Parameter automatisch anzupassen.The reaction torque τ _c can be changed by changing parameters of the position loop compensator 184 , the loop reinforcement 192 and the gain of the wheel gain control 170 can be set. In the event of a parameter change in the compensator and the reinforcements, the driver experiences a change in steering feel as a result of the change in the reaction torque τ _c . The automatic parameter adjustment in the steering wheel subassembly 16 To implement so that the variable steering feeling is obtained based on the change in the reaction torque τ _c , vehicle signals related to the steering feeling, such as the vehicle speed, are introduced as feedback signals to automatically adjust the parameters.
[0054] 4 zeigtein Blockschaltbild eines multivariablen Rad-Servo-Rück kopplungs-Steuerungssystems mitdem multivariablen Rad-Controller 120 und der Rad-Steuerungsanlage 124,dargestellt in 3. Die Rad-Steuerungsanlage 124 istunter Verwendung von Blöckenund Übertragungsfunktionendargestellt, die mathematisch ein System zwischen Ausgabevariablenund Eingabevariablen in einer komplexen Fläche s, beschreiben. Ein Kopplungseffektzwischen Ausgabe- und Eingabevariablen kann anhand 4 deutlich beschrieben werden. Die Eingabevariablender Rad-Steuerungsanlage 124 in 4 sind zwei Steuerungssignale u_l, u_r. Die Ausgabevariablensind zwei tatsächlicheRadwinkel-Signale θ_rl, θ_rr. 4 shows a block diagram of a multivariable wheel servo feedback control system with the multivariable wheel controller 120 and the wheel control system 124 , shown in 3 , The wheel control system 124 is shown using blocks and transfer functions that mathematically describe a system between output variables and input variables in a complex area s. A coupling effect between output and input variables can be based on 4 be clearly described. The input variables of the wheel control system 124 in 4 are two control signals u _l , u _r . The output variables are two actual wheel angle signals θ _rl , θ _rr .
[0055] Ein nominelles Modell zwischen Eingabevariablenu_l, u_r und Ausgabevariablen θ_rl, θ_rr der Rad-Steueranlage 124 kannunter Verwendung der Übertragungsfunktion-Matrizenbeschreibungwie folgt gegeben werden:
[0056] Gemäß dem nominellen Modell derRad-Steuerungsanlage 124, dargestellt in Gleichung (1),kann jede Veränderungin jeder der Eingabevariablen Änderungenin jeder der Ausgabevariablen infolge eines Kopplungseinflussesverursachen, wenn die Rad-Steuerungsanlage 124 nicht mittelseines multivariablen Rad-Controllers 120 gesteuert wird.Gleichung (1) kann auch in der folgenden Form geschrieben werden: θ_rl = G_ll(s)u_l + G_rl(s)u_r und θ_rr = G_lr(s)u_l + G_rr(s)u_r. According to the nominal model of the wheel control system 124 , represented in equation (1), any change in each of the input variables can cause changes in each of the output variables due to a coupling influence when the wheel control system 124 not with a multivariable wheel controller 120 is controlled. Equation (1) can also be written in the following form: θ _rl = G _ll (S) u _l + G _rl (S) u _r and θ _rr = G _lr (S) u _l + G _rr (S) u _r ,
[0057] Es ist festzuhalten, dass sich θ_rl und θ_rr verändern,wenn sich u_l verändert und wenn u_r konstantbleibt. Weiterhin verändernsich θ_rl und θ_rr, wenn sich u_r verändert undwenn u_l konstant bleibt. Die ÜbertragungsfunktionenG_lr und G_rl repräsentierenden Kopplungseinfluss.It should be noted that θ _rl and θ _rr change when u _l changes and when u _r remains constant. Furthermore, θ _rl and θ _{rr change} if u _r changes and if u _l remains constant. The transfer functions G _lr and G _rl represent the coupling influence.
[0058] Unvermeidbare unbestimmte Störungen werdendurch Variationen der Straßenbedingungen,der Fahrzeugdynamik und der Rad-Unterbaugruppe 15 verursacht.Ein realistisches Modell der multivariablen Rad-Steuerungsanlage 124 berücksichtigtStörungen,die überdas in Gleichung (1) beschriebene nominelle Modell hinausgehen.Daher wird eine Übertragungsfunktionsmatrizefür dietatsächlicheRad-Steuerungsanlage 124 durch G(s)= G₀(s)(I + ΔG(s))beschrieben, wobeiG₀(s) die nominelle Übertragungsfunktion aus Gleichung(1), ΔG(s)eine beschränkte Funktionder Ürbestimmtheitund I eine Identitätsmatrixdarstellt. Das tatsächlichenicht-lineare Modell der Rad-Steuerungsanlage 124 kannin verschiedenen Operationszuständenrepräsentiertwerden, so dass mehrere nominelle Modelle in Form der Gleichung(1) determiniert werden können.Unavoidable undetermined disruptions are caused by variations in road conditions, vehicle dynamics and the wheel sub-assembly 15 caused. A realistic model of the multivariable wheel control system 124 takes into account disturbances that go beyond the nominal model described in equation (1). Therefore, a transfer function matrix for the actual wheel control system 124 by G (s) = G ₀ (s) (I + ΔG (s)) described, where G ₀ (s) represents the nominal transfer function from equation (1), ΔG (s) a limited function of the uncertainty and I an identity matrix. The actual non-linear model of the wheel steering system 124 can be represented in different operating states, so that several nominal models can be determined in the form of equation (1).
[0059] Der multivariable Rad-Controller 120 istdesigned, die Radwinkel-Nachführfunktion(oben beschrieben) zu implementieren. Ein multivariabler Entkopplungsalgorithmuskann angewandt werden, um Effekte von Schleifeninteraktionen zu „entkoppeln" oder zu eliminieren,die in vielfach abhängigenAusgabevariablen in der Rad-Steuerungsanlage 124 resultieren.Der multivariable Rad-Controller 120 kann das multivariableRad-Servo-Steuerungssystem in eine Reihe unabhängiger Einzelschleifen-Untersystemezerlegen, so dass jeder Radwinkel θ_rl oder θ_rr unabhängigjedem entsprechenden Rad-Referenzwinkel θ_refl oder θ_refr folgt.The multivariable wheel controller 120 is designed to implement the wheel angle tracking function (described above). A multivariable decoupling algorithm can be used to "decouple" or eliminate effects of loop interactions that result in multiple dependent output variables in the wheel control system 124 result. The multivariable wheel controller 120 can disassemble the multivariable wheel servo control system into a series of independent single loop subsystems so that each wheel angle θ _rl or θ _rr independently follows each corresponding wheel reference angle θ _refl or θ _refr .
[0060] Wie in 4 dargestelltsind die Eingabevariablen des multivariablen Rad-Controllers 120 linkes und rechtesRadwinkel-Fehlersignal e_l, e_r.Die Ausgabevariablen sind das linke und rechte Steuerungssignalu_l, u_r. Die Beziehungzwischen den Eingaben und Ausgaben kann unter Verwendung der folgenden Übertragungsfunktionmatrizebeschrieben werden:
[0061] Jedes Element des multivariablerRad-Controllers 120 in Gleichung (2) wird wie folgt gegeben:C_ll ist eine Übertragungsfunktion zwischender linken Rad-Moment-Steuerungssignal-Ausgabeu_l und dem linken Rad-Fehlersignal e_l, C_rl ist eine Übertragungsfunktionzwischen der linken Rad-Moment-Steuerungssignal-Ausgabe u_l und dem rechten Rad-Fehlersignal e_r, C_lr ist eine Übertragungsfunktionzwischen der rechten Rad-Moment-Steuerungssignal-Ausgabe u_r unddem linken Rad-Fehlersignal e_l und C_rr ist eine Übertragungsfunktion zwischender rechten Rad-Moment-Steuerungssignal-Ausgabe u_r unddem rechten Rad-Fehlersignal e_r.Every element of the multivariable wheel controller 120 in equation (2) is given as follows: C _ll is a transfer function between the left wheel torque control signal output u _l and the left wheel error signal e _l , C _rl is a transfer function between the left wheel torque control signal output Output u _l and the right wheel error signal e _r , C _lr is a transfer function between the right wheel torque control signal output u _r and the left wheel error signal e _l and C _rr is a transfer function between the right wheel torque Control signal output u _r and the right wheel error signal e _r .
[0062] Gemäß dem in Gleichung (2) beschriebenenmultivariablen Rad-Controller 120 verursacht jede Änderungin einer der Eingabevariablen Änderungenin jeder der Ausgabevariablen, um das Ziel zu erreichen, den Kopplungseinflussin der Rad-Steuerungsanlage 124 zu entkoppeln. Ferner kanndie Glei chung (2) wie folgt umgeformt werden: u_l = C_ll(s)e_l + C_rl(s)e_r und u_r =C_lr(s)e_l + C_rr(s)e_r. According to the multivariable wheel controller described in equation (2) 120 Every change in one of the input variables causes changes in each of the output variables to achieve the goal of the coupling influence in the wheel control system 124 to decouple. Equation (2) can also be transformed as follows: u _l = C _ll (S) e _l + C _rl (S) e _r and u _r = C _lr (S) e _l + C _rr (S) e _r ,
[0063] Es ist festzuhalten, dass sich u_l und u_r ändern, wennsich e_l verändert und e_r konstantbleibt und sich u_l und u_r ebenfalls ändern, wennsich e_r verändert und e_l konstantbleibt. Die ÜbertragungsfunktionenC_lr und C_rl repräsentiereneinen Entkopplungsterm und reduzieren oder eliminieren wiederumden Kopplungseinfluss der Kopplung die durch G_lr undG_rl in Gleichung (1) beschrieben ist.It is noted that u _l and u _r change if e _l e changed and remains constant _r and u _l and u _r also change if e _r e changed and remains constant _l. The transfer functions C _lr and C _rl represent a decoupling term and in turn reduce or eliminate the coupling influence of the coupling described by G _lr and G _rl in equation (1).
[0064] Das multivariable Rad-Steuerungssystem-Designkann in einem Standard-Problem-Bezugssystem beschriebenwerden. Das Standard-Problem-Block-Diagramm für das Multivariables Rad-Steuerungssystem-Designist in 5 dargestellt,wobei P(s) eine erweiterte Anlage einschließlich einer nominellen gesteuertenAnlage und Wichtungsfunktion eines Steuerungssystems ist. K(s) istein angepasster Controller. Die Signale werden wie folgt beschrieben:u ist eine Steuerungsvariable, y ist eine Messvariable, w ist einexogenes Signal und z ist ein Steuerungsrichtwert. Das Standardproblemin 5 kann wie folgtbeschrieben werden:
[0065] Eine geschlossene Übertragungsfunktionsmatrizevon w zu z kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden: F_wz(s)= P₁₁(s) + P₁₂(s)K(s)(I – P₂₂(s)K(s))^–1P₂₁(s) (5) A closed transfer function matrix from w to z can be described by the following equation: F _wz (s) = P ₁₁ (s) + P ₁₂ (s) K (s) (I - P ₂₂ (S) K (s)) ^-1 P ₂₁ (s) (5)
[0066] Als ein Beispiel des multivariablenRad-Steuerungssystems in Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung wird eine multivariable H_∞ Steuerungs applikationbeschrieben. Die H_∞ Steuerung berücksichtigteinen Effekt im ungünstigstenFall einer Modellunbestimmtheit und kann ein multivariables Servo-Steuerungssystemmit der Variablenentkopplung implementieren, das gegenüber Modellunbestimmtheitenund Störungen robustist. Es kann angewandt werden, um das Design-Problem des multivariablenServo-Steuerungssystems mit Variabelenentkopplung zu lösen. Daim vorliegenden Fall die Zielsetzungen die Rad-Referenzwinkel-Verfolgungund Stabilitäts-Robustheit-Steuerungunter Unbestimmtheit sind, ist der Controller K(s) unter Minimierungeiner Norm einer gewichteten Kombination von Sensitivität und komplementärer Sensitivitätsübertragungsfunktion(wie unten beschrieben) konfiguriert.As an example of the multivariable wheel control system in accordance with the present Invention, a multivariable H _∞ control application is described. The H _∞ control takes into account an effect in the worst case of a model uncertainty and can implement a multivariable servo control system with the variable decoupling that is robust against model uncertainties and disturbances. It can be used to solve the design problem of the multivariable servo control system with variable decoupling. In the present case, since the objectives of wheel reference angle tracking and stability-robustness control are undetermined, the controller K (s) is configured minimizing a norm of a weighted combination of sensitivity and complementary sensitivity transfer function (as described below).
[0067] Unter Berücksichtigung des in 4 dargestellten Rad-Servo-Steuerungssystemskann die Sensitivitätund komplementäreSensitivitäts-Übertragungsfunktionsmatrizewie folgt definiert werden: S(s) = (I + G(s)K(s))^–1. (6)T(s) = G(s)K(s)(I + G(s)K(s))^–1 =(I – S(s)) (7) Taking into account the in 4 illustrated wheel servo control system, the sensitivity and complementary sensitivity transfer function matrix can be defined as follows: S (s) = (I + G (s) K (s)) ^-1 , (6) T (s) = G (s) K (s) (I + G (s) K (s)) ^-1 = (I - S (s)) (7)
[0068] Die Einzelwerte σ(S)der SensitivitätsfunktionsmatrizeS(s) bestimmen die Störungsdämpfungsperformancebasierend auf σ(S) ≤ σ(W₁^–1) , wobei W₁^–1 der Soll-Störungsdämpfungsfaktorist. Die Einzelwerte σ(T) derkomplementärenSensitivitätsübertragungsfunktionsmatrizeT(s) sind die Messungen der Robustheitsstabilität des multivariablen Rad-Rückkopplungssystemsbasierend auf σ(S) ≤ σW₂^–1, wobei W₂^–1 diegrößte voraussichtlichemultiplikative Anlagenstörungist. Die Anforderungen der Steuerungssystemperformance und der Steuerungssystem-Robustheitsstabilität einschließlich dervariablen Entkopplung könnendurch die Wichtungsfunktionen W₁(s) undW₂(s) innerhalb eines Bezugssystems desin 6 dargestellten Standardproblemsspezifiziert werden. Die geschlossene Übertragungsfunktionsmatrizevon w zu z, die solche Anforderungen berücksichtigt, kann daher wiefolgt beschrieben werden:
[0069] Gleichung (8) ist eine spezifischereForm der Gleichung (5). Ein Standard H_∞ – Steuerungsproblem kannangegeben werden, um K(s) zu finden und ||F_zw(s)||_∞ ≤ 1 (9)unter derBedingung, dass das geschlossene System stabil ist zu gewährleisten,wobei ||F_zw(s)|| die H_∞ Norm derMatrix F_zw(s) kennzeichnet. Durch die geeigneteWahl der Wichtungsfuntktionen W₁(s) undW₂(s), kann der H_∞-Controller designedwerden, das Kriterium (9) zu erfüllen, so das das Rad-Servo-Steuerungssystemrobust stabil bei den geforderten Leistungen ist.Equation (8) is a more specific form of Equation (5). A standard H _∞ control problem can be given to find K (s) and || F _tw (S) || _∞ ≤ 1 (9) on the condition that the closed system is stable, where || F _zw (s) || characterizes the H _∞ norm of the matrix F _zw (s). By choosing the appropriate weighting functions W ₁ (s) and W ₂ (s), the H _∞ controller can be designed to meet the criterion ( 9 ) so that the wheel servo control system is robust and stable with the required performance.
[0070] Wie schon oben erwähnt ändert sichdie Dynamik der Rad-Steuerungsanlage 124 mit den Straßenbedingungen,der Fahrzeugdynamik und der Rad-Unterbaugruppe 15 selbst.Weiterhin ändertsich die Verstärkungder Rad-Steuerungsanlagen-Dynamik wesentlich mit der Fahrzeuggeschwindigkeit.Daher arbeitet die Rad-Steuerungsanlage 124 nicht-linear.Die Verstärkungs-Koordinierungs-Strategieist ein effektives Verfahren von Steuerungssystemen, deren Dynamikmit den Arbeitsbedingungen wechselt. Diese Strategie wird üblicherweiseverwandt, um nicht-lineare Anlagen zu regeln, bei denen eine Beziehungzwischen Anlagendynamik und Arbeitsbedingungen bekannt ist. Beider vorliegenden Erfindung ist eine Verstärkungs-Koordinierungs-Steuerungsstrategieimplementiert, um die Nachführ-und Entkopplungsperformance des Rad-Servo-Steuerungssystems zu erfüllen.As already mentioned above, the dynamics of the wheel control system change 124 with road conditions, vehicle dynamics and wheel sub-assembly 15 itself. Furthermore, the gain of the wheel control system dynamics changes significantly with the vehicle speed. Therefore the wheel control system works 124 non-linear. The reinforcement coordination strategy is an effective process of control systems, the dynamics of which change with the working conditions. This strategy is commonly used to regulate non-linear plants, where a relationship between plant dynamics and working conditions is known. In the present invention, a gain coordination control strategy is implemented to meet the tracking and decoupling performance of the wheel servo control system.
[0071] Um eine Verstärkungs-Koordinierungs-Steuerunganzuwenden, müssendie zahlreichen nominellen Modelle der in 4 und Gleichung (1) dargestellten Rad-Steuerungsanlage 124 beiverschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten bestimmt werden. Die Änderungder Verstärkungder Rad-Steuerungsanlage 124 wird daher quantitativ unterVerwendung der nominellen Modelle an verschiedenen Arbeitspunktenbeschrieben. Jeder korrespondierende multivariable Rad-Controller 120 aneinem verschiedenen Arbeitspunkt kann unter Verwendung des obengenannten Verfahrens basierend auf jedem nominellen Modell designedwerden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ändert sichdie Verstärkungdes multivariablen Rad-Controllers 120 automatisch mitder Fahrzeuggeschwindigkeit, um genau die Verstärkungsänderung der Rad-Steuerungsanlage 124 zu kompensieren.To apply gain coordination control, the numerous nominal models of the in 4 and equation (1) shown wheel control system 124 can be determined at different vehicle speeds. The change in the gain of the wheel control system 124 is therefore described quantitatively using the nominal models at various working points. Any corresponding multivariable bike controller 120 at a different working point can be designed using the above method based on each nominal model. In this embodiment, the gain of the multivariable wheel controller changes 120 automatically with the vehicle speed to accurately change the gain of the wheel control system 124 to compensate.
[0072] 6 zeigtein Blockschaltbild des Referenzbefehlgenerators 110, wieer in den 2 und 3 dargestellt ist. Der Generator 110 weisteine Eingabe, den Lenkradwinkel θ_s und zwei Ausgaben, den linken und den rechtenRad-Referenzwinkel θ_refl, θ_refr, auf. Es existieren, wie in 6 dargestellt, zwei Stufenzum Erzeugen von Ausgaben, den linken und den rechten Rad-Referenzwinkel θ_refl, θ_refr, aus der Eingabe des Lenkradwinkel θ_s. In einer ersten Stufe erzeugt der Referenzbefehlgenerator 110 einenlinken und einen rechten Radwinkel θ_srl, θ_srr aus dem Lenkradwinkelsignal θ_s. Dieses kann unter Verwendung der Lenkverhältnisverstärkungs-Blöcke 111, 112 für jedenkorrespondierenden Radwinkel erreicht werden. Ein proportionalerWert zwischen dem Lenkradwinkel und jedem Radwinkel kann als Lenkverhältnis bezeichnetwerden. Die linke und rechte Lenkverhältnisverstärkung L und R in 6 können in verschiedenen Verstärkungsblöcken 111 und 112 für dieselbeLenkradwinkel-Eingabe θ_s gemäß der Fahrzeughandhabungs-Leistungsanforderungeneingerichtet werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Ausgabendes linken und rechten Radwinkels θ_srl, θ_srr verschieden, da verschiedene LenkverhältnisverstärkungenL und R fürdenselben Eingabelenkradwinkel θ_s existieren. 6 shows a block diagram of the reference command generator 110 as he in the 2 and 3 is shown. The generator 110 has one input, the steering wheel angle θ _s and two outputs, the left and right wheel reference _angles θ _refl , θ _refr . They exist as in 6 shown, two stages for generating outputs, the left and right wheel reference _angles θ _refl , θ _refr , from the input of the steering wheel angle θ _s . In a first stage, the reference command generator generates 110 left and right wheel angles θ _srl , θ _srr from the steering wheel angle _signal θ _s . This can be done using the steering ratio gain blocks 111 . 112 can be achieved for each corresponding wheel angle. A proportional value between the steering wheel angle and each wheel angle can be referred to as the steering ratio. The left and right steering ratio gains L and R in 6 can be in different reinforcement blocks 111 and 112 for the same steering wheel angle input θ _s according to the vehicle handling performance requirements. In this embodiment, the outputs of the left and right wheel angles θ _srl , θ _{srr are} different because different steering _{ratio gains} L and R exist for the same input steering wheel angle θ _s .
[0073] Um die Lenkperformance zu verbessern,kann ein variables Lenkverhältnisunter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit als Richtsignal implementiertwerden, um die LenkverhältnisverstärkungenL und R, dargestellt in 6,zu verändern. Üblicherweiseist das Lenkverhältnisgrößer beihohen Geschwindigkeiten (40–90mph) und kleiner bei geringeren Geschwindigkeiten (von ca. 0–40 mph).Jedes Lenkverhältniskann jedoch bei niedrigen und hohen Geschwindigkeiten verwandt werdenohne die Idee oder den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindungzu verlassen.In order to improve the steering performance, a variable steering ratio can be implemented using the vehicle speed as a directional signal to increase the steering ratio gains L and R shown in FIG 6 , to change. Usually the steering ratio is higher at high speeds (40–90 mph) and smaller at lower speeds (from approx. 0–40 mph). However, any steering ratio can be used at low and high speeds without departing from the idea or scope of the present invention.
[0074] In einer zweiten Stufe implementiertder Referenzbefehlgenerator 110 weiterhin eine Kalibrationfür denlinken und rechten Radwinkel θ_srl, θ_srr in einer Kalibrationseinheit 113.Diese wird gemäß der Fahrzeuggeometrieund den Lenkperformanceanforderungen durchgeführt. Wie dargestellt, sinddie Ausgangssignale der Kalibrationseinheit 113 der linkeund rechte Rad-Referenzwinkel θ_refl, θ_refr. Ein Ackerman-Winkel oder eine Ackerman-Geometriekönnenbeispielsweise implementiert werden, um den erforderlichen linkenund rechten Rad-Referenzwinkel θ_refl, θ_refr in der Kalibrationseinheit 113 zuerzeugen. In diesem Ausführungsbeispielwird der Ackermann-Winkel als Durchschnittswinkel der Vorderräder 18, 20 desFahrzeugs bezeichnet. Eine optimierte Ackermann-Geometrie der Radwinkelwährenddes Lenkens kann signifikant den Reifenverschleiß der Vorderräder verringern.Weiterhin sind die richtigen Radwinkel ebenso mit der Fahrzeugdynamikverknüpft,um die Handhabungsperformance des Fahrzeugs zu verbessern. Der linkeund rechte Rad-Referenzwinkel θ_refl, θ_refr könnendaher in Echtzeit unter Verwendung von Fahrzeugvariablen, wie z.B.Fahrzeuggeschwindigkeit, Gierrate und Querbeschleunigung, in derKalibrationseinheit 113 erhalten werden. Weiterhin können diese Rad-Referenzwinkel θ_refl, θ_refr vollständig von den tatsächlichenRadwinkeln θ_rl, θ_rr verfolgt werden, da das Rad-Rückkopplungs-Steuerungsuntersystemin 3 als ein Servo-Steuerungssystemmit der oben beschriebenen Referenz-Eingangssignal-Nachführungsfunktiondesigned worden ist.In a second stage, the reference command generator implements 110 furthermore a calibration for the left and right wheel angle θ _srl , θ _srr in a calibration unit 113 , This is carried out according to the vehicle geometry and the steering performance requirements. As shown, the output signals from the calibration unit 113 the left and right wheel reference _angles θ _refl , θ _refr . An Ackerman angle or an Ackerman geometry can be implemented, for example, around the required left and right wheel reference _angles θ _refl , θ _refr in the calibration unit 113 to create. In this embodiment, the Ackermann angle is the average angle of the front wheels 18 . 20 of the vehicle. An optimized Ackermann geometry of the wheel angle during steering can significantly reduce tire wear on the front wheels. Furthermore, the correct wheel angles are also linked to the vehicle dynamics in order to improve the handling performance of the vehicle. The left and right wheel reference _angles θ _refl , θ _refr can therefore in real time using vehicle _variables , such as vehicle _speed , yaw rate and lateral acceleration, in the calibration unit 113 be preserved. Furthermore, these wheel reference _angles θ _refl , θ _{refr can be} fully _tracked by the actual wheel angles θ _rl , θ _rr because the wheel feedback control subsystem in FIG 3 has been designed as a servo control system with the reference input signal tracking function described above.
[0075] In diesem Ausführungsbeispiel sind einigeFunktionen des Referenzbefehlgenerators 110, einen Lenkradwinkelund einige andere Fahrzeugdaten von der in 3 dargestellten Lenkrad-Unterbaugruppe 16 und demFahrzeug zu erhalten, um getrennte linke und rechte Rad-Referenzwinkelzu erzeugen. Im Referenzbefehlgenerator 110 werden zweiRadwinkel-Referenzsignale ü berden Lenkradwinkel in Echtzeit gemäß den Lenkverhältnis-Verstärkungsblöcken 111, 112 undder Kalibrationseinheit 113 erzielt. Dieses wird unterVerwendung von Fahrzeugvariablen, wie z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit,Gierrate und Querbeschleunigung, die mit jedwedem dem Stand derTechnik bekanntem Mittel gemessen werden können, erreicht.In this embodiment, some functions are of the reference command generator 110 , a steering wheel angle and some other vehicle data from the in 3 shown steering wheel sub-assembly 16 and the vehicle to generate separate left and right wheel reference angles. In the reference command generator 110 are two wheel angle reference signals about the steering wheel angle in real time according to the steering ratio gain blocks 111 . 112 and the calibration unit 113 achieved. This is accomplished using vehicle variables such as vehicle speed, yaw rate, and lateral acceleration, which can be measured by any means known in the art.
[0076] 7 zeigtein allgemeines Verfahren 210 beschreibendes Flussdiagrammeiner Raduntersystem-Steuerung in der vorliegenden Erfindung. DasVerfahren 210 zeigt eine allgemeine Routineprozedur, die während desBetriebs des Steer-By-Wire-Rad-Unterbaugruppe 15 in 2 durchgeführt abgearbeitetwerden muss. Verfahren 210 wird, wie dargestellt, durchgeführt, umSteuerungsvariablen u_l, u_r zurunabhängigenSteuerung des linken und rechten Radwinkels θ_rl und θ_rr zu erzeugen, um die Rad-Referenzwinkel θ_refl, θ_refr zu verfolgen. 7 shows a general procedure 210 Descriptive flow chart of wheel subsystem control in the present invention. The procedure 210 Figure 4 shows a general routine procedure during the operation of the steer-by-wire wheel sub-assembly 15 in 2 must be processed. method 210 is performed, as shown, to generate control variables u _l , u _r for independently controlling the left and right wheel angles θ _rl and θ _rr to track the wheel reference _angles θ _refl , θ _refr .
[0077] Schritt 212: Das Verfahren (210)beinhaltet die Messung eines Lenkradwinkels und einer Fahrzeugvariablen.Step 212: the procedure ( 210 ) includes the measurement of a steering wheel angle and a vehicle variable.
[0078] Schritt 214: Bestimmung eines linkenund rechten Rad-Referenzwinkels basierend auf dem Lenkradwinkelund der Fahrzeugvariablen.Step 214: determine a leftand right wheel reference angle based on the steering wheel angleand the vehicle variables.
[0079] Schritt 216: Bestimmung eines linkenund rechten Radfehlers zwischen dem linken und rechten Rad-Referenzwinkelund einem entsprechenden tatsächlichenlinken und rechten Radwinkel.Step 216: determine a leftand right wheel error between the left and right wheel reference anglesand a corresponding actualleft and right wheel angles.
[0080] Schritt 220: Das Verfahren (210)beinhaltet weiterhin die Bestimmung eines linken und rechten Rad-Steuerungssignals.Step 220: the process ( 210 ) also includes determining a left and right wheel control signal.
[0081] Schritt 224: Das linke und rechteSteuerungssignal basieren auf dem linken und rechten Radfehler und werdendurch den multivariablen Servo-Steuerungsalgorithmusmit Entkopplungsfunktion bestimmt. Das Verfahren (210)umfasst weiterhin die Ausgabe eines linken und rechten Steuerungssignalsan die Rad-Steuerungsanlage 124.Step 224: The left and right control signals are based on the left and right wheel errors and are determined by the multivariable servo control algorithm with decoupling function. The procedure ( 210 ) also includes the output of a left and right control signal to the wheel control system 124 ,
[0082] Das in 2 dargestellteSteer-By-Wire-Steuerungssystem 11 der vorliegenden Erfindungliefert ein realistisches Lenkgefühl für den Fahrer. Wie oben erwähnt, wirddieses durch die Verwendung der Rückkopplungssteuerung für die Lenkrad-Unterbaugruppe 16 miteiner Mehrzahl von Schleifen wie in 2 dargestellt erreicht.Die Anforderung das geforderte Lenkgefühl zu erhalten, ist gleichzeitigdie Anforderung an das Design des Steer-By-Wire-Steuerungssystem 11. Umdas Steer-By-Wire-Steuerungssystem 11 mit dem geforderten Lenkgefühl zu gewährleisten,ist es wichtig, das Lenkgefühlals eine Spezifikation im Steuerungssystem zu beschreiben. Die quantitativeBeschreibung des Lenkgefühlsbasierend auf dem in 2 dargestellten Steer-By-Wire-Steuerungssystem 11 wirddaher in der vorliegenden Erfindung realisiert und nachfolgend beschrieben.This in 2 Steer-by-wire control system shown 11 The present invention provides a realistic steering feel for the driver. As mentioned above, this is accomplished through the use of feedback control for the steering wheel subassembly 16 with a plurality of loops as in 2 shown reached. The requirement to maintain the required steering feel is at the same time the requirement for the design of the steer-by-wire control system 11 , To the steer-by-wire control system 11 To ensure with the required steering feel, it is important to describe the steering feel as a specification in the control system. The quantitative description of the steering feel based on the in 2 shown Steer-by-wire control system 11 is therefore realized in the present invention and described below.
[0083] Das Lenkgefühl variiert normalerweise mitdem Lenkradwinkel, dem Rad-Momentund der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die quantitative Beschreibung desLenkgefühlskann daher durch die Etablierung einer Beziehung des Lenkrad-Reaktionsmomentsund des Lenkradwinkels, des Rad-Moments und der Fahrzeuggeschwindigkeiterhalten werden. Zur Etablierung einer solchen Beziehung ist in 8 ein Block-Diagramm des Steer-By-Wire-Steuerungssystems 11 einschließlich Lenkrad-Unterbaugruppe 16 undRad-Unterbaugruppe 15 erneutdargestellt. Es ist festzuhalten, dass die Rad-Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife in 2 als Bestandteil der Rad-Steuerungsanlage 124 angesehenwird, die unter Verwendung der Übertragungsfunktion G_s(s) repräsentiertwird. Das Rad-Steuerungsuntersystem mit der Servo-Rückkopplungwird als Block mit der ÜbertragungsfunktionsbeschreibungH_r(s) repräsentiert. In 8 stellt τ_d ein äquivalentesStörmoment,ausgeübtvom Fahrzeugführer,dar und τ_c stellt ein Reaktionsmoment vom Lenkrad-Steuerungsuntersystemdar. Das Reaktionsmoment τ_c wird am Lenkrad 44 in einer Richtungentgegengesetzt dem äquivalentenStörmoment τ_d angewandt,wobei fürden Fahrer ein gewohntes Lenkradgefühl erzeugt wird. Weiterhinrepräsentiertein effektives Moment τ_m eine Differenz zwischen dem Reaktionsmoment τ_c unddem äquivalentenStörmoment τ_d.Dieses kann wie folgt beschrieben werden: τ_m = τ_d – τ_c (10) The steering feel usually varies with the steering wheel angle, the wheel moment and the vehicle speed. The quantitative description of the steering feel can therefore be obtained by establishing a relationship between the steering wheel reaction torque and the steering wheel angle, the wheel torque and the vehicle speed. To establish such a relationship is in 8th a block diagram of the steer-by-wire control system 11 including steering wheel sub-assembly 16 and wheel sub-assembly 15 shown again. Note that the wheel-speed feedback loop in 2 as part of the wheel control system 124 is considered, which is represented using the transfer function G _s (s). The wheel control subsystem with the servo feedback is represented as a block with the transfer function description H _r (s). In 8th τ _{d represents} an equivalent disturbance torque exerted by the driver, and τ _c represents a reaction torque from the steering wheel control subsystem. The reaction torque τ _c is at the steering wheel 44 applied in a direction opposite to the equivalent disturbance torque τ _d , whereby a familiar steering wheel feeling is generated for the driver. Furthermore, an effective moment τ _{m represents} a difference between the reaction moment τ _c and the equivalent disturbance moment τ _d . This can be described as follows: τ _m = τ _d - τ _c (10)
[0084] Wie in 8 dargestelltwird der Winkelpositions-Kompensator in 2 durch die Verwendung einer konstantenVerstärkungK_c und einer Funktion f(u_i(t),v_c) 171, die mit den Eingabevariablen u_i(t) und der Fahrzeuggeschwindigkeit V_s in Beziehung steht, repräsentiert.Die Rad-Momentschätzfunktionin 2 wird durch dieVerwendung einer konstanten Verstärkung K_d undeiner Funktion f(u_r(t), v_c)193 die die mit den Eingabevariablen u_d(t)und der Fahrzeuggeschwindigkeit V_s in Beziehungsteht, repräsentiert.Die Steuerungsvariable u_s(t) ist proportionalzum Reaktionsmoment τ_c mit der linearen Verstärkung Ka. Daher kann u_s(t) als eine äquivalente Reaktionsmomentvariableangenommen werden, die von der Eingabevariable u_i(t)der Funktion 193 und der Eingabevariable u_r(t)der Funktion 171 beeinflusst wird. Es wird angenommen,dass die Radwinkel proportional zum Lenkradwinkel θ_s mit einem festen oder variablen Lenkradverhältnis sind.Wie in 8 dargestellt,ist die Eingabevariable u_i(t) der Funktion 193 proportionalzum Lenkradwinkel θ_s. Die Eingabevariable u_r(t)der Funktion 171 ist proportional zum äquivalenten Rad-Moment τ_d.Die unten dargestellte Tabelle 1 listet die Variablen in der Lenkrad-Steuerungseinheitund der Steer-By-Wire-Steuerungseinheit 11 auf.As in 8th the angular position compensator is shown in 2 by using a constant gain K _c and a function f (u _i (t), v _c ) 171, which is related to the input variables u _i (t) and the vehicle speed V _s . The wheel torque estimator in 2 is represented by the use of a constant gain K _d and a function f (u _r (t), v _c ) 193 which is related to the input variables u _d (t) and the vehicle speed V _s . The control variable u _s (t) is proportional to the reaction torque τ _c with the linear gain Ka. Therefore, u _s (t) can be assumed to be an equivalent reaction torque variable that is derived from the input variable u _i (t) of the function 193 and the input variable u _r (t) of the function 171 being affected. It is assumed that the wheel angles are proportional to the steering wheel angle θ _s with a fixed or variable steering wheel ratio. As in 8th is shown, the input variable u _i (t) of the function 193 proportional to the steering wheel angle θ _s . The input variable u _r (t) of the function 171 is proportional to the equivalent wheel torque τ _d . Table 1 below lists the variables in the steering wheel control unit and the steer-by-wire control unit 11 on.
[0085] Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindungist es, eine quantitative Beschreibung für das Reaktionsmoment τ_c(t)basierend auf dem Lenkradwinkel θ_s, dem Radwinkel τ_r undder Fahrzeuggeschwindigkeit V_s zu erhalten.Von den variablen Beziehungen zwischen der Steer-By-Wire-Baugruppeund der Lenkrad-Steuerungs-Einheit können die Lenkrad-Steuerungs-Einheitvariablenu_s(t), u_i(t) undu_r(t) verwendet werden, um die Steer-By-Wire-Baugruppenvariablen,einschließlichdes Reaktionsmoments τ_c(t), des Lenkradwinkels θ_s und desRadmoments τ_r, wie in Tabelle 1 dargestellt, zu beschreiben.An object of the present invention is to obtain a quantitative description for the reaction torque τ _c (t) based on the steering wheel angle θ _s , the wheel angle τ _r and the vehicle speed V _s . Of the variable relationships between the steer-by-wire assembly and the steering wheel control unit, the steering wheel control unit variables u _s (t), u _i (t) and u _r (t) can be used to control the steer -By-wire assembly variables, including the reaction torque τ _c (t), the steering wheel angle θ _s and the wheel torque τ _r , as shown in Table 1.
[0086] Eine nicht-lineare Gleichung wirdvon der in 8 dargestelltenLenkrad-Steuerungseinheitabgeleitet, um eine Beschreibung des äquivalenten Reaktionsmomentsu_s(t) wie folgt zur Verfügung zu stellen: u_s(t)= f(u_i(t), v_c)u_i + f(u_r(t), v_c)u_r (11) A non-linear equation is given by the in 8th shown steering wheel control unit to provide a description of the equivalent reaction torque u _s (t) as follows: u _s (t) = f (u _i (t), v _c ) u _i + f (u _r (t), v _c ) u _r (11)
[0087] Gleichung (11) besitzt zwei Terme:Der erste Term beschreibt die Beziehung von u_s(t)und u_i(t) mit der Funktion f(u_i(t),v_c), der zweite Term beschreibt die Beziehungvon u_s(t) und u_r(t)mit der Funktion f(u_r(t), v_c). JedeFunktion von f(u_i(t), v_c)und f(u_r(t), v_c)ist eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit Ve. Jede von beiden kanneine lineare oder nicht-lineare Funktion der Eingabevariablen u_i(t), u_r(t) und derFahrzeuggeschwindigkeit sein. Durch Anpassung der Parameter derbeiden Funktionen f(u_i(t), v_c)und f(u_r(t), v_c) ändert sichdas äquivalenteReaktionsmoment u_s(t) mit den Variablenu_i(t) und u_r(t). Die Veränderungder Fahrzeuggeschwindigkeit V_c passt automatisch dieParameter der Funktionen f(u_i(t), v_c) und f(u_r(t), v_c) an, um die Veränderung von Funktionswertenzu veranlassen, so dass das äquivalenteReaktionsmoment u_s(t) die relative Änderungerzeugt.Equation (11) has two terms: the first term describes the relationship of u _s (t) and u _i (t) with the function f (u _i (t), v _c ), the second term describes the relationship of u _s (t) and u _r (t) with the function f (u _r (t), v _c ). Each function of f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) is a function of the vehicle speed Ve. Each of the two can be a linear or non-linear function of the input variables u _i (t), u _r (t) and the vehicle speed. By adjusting the parameters of the two functions f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ), the equivalent reaction moment u _s (t) changes with the variables u _i (t) and u _r (t). The change in vehicle speed V _c automatically adjusts the parameters of the functions f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) to cause the change in function values so that the equivalent reaction moment u _s (t ) produces the relative change.
[0088] Gleichung (11) stellt eine analytischeBeschreibung des äquivalentenReaktionsmoments u_s(t) dar. Sind f(u_i(t), v_c) und f(u_r(t), v_c) lineareFunktionen, ändertsich das äquivalenteReaktionsmoment u_s(t) mit den Eingabevariablenu_i(t), u_r(t) undder Fahrzeuggeschwindigkeit V_c linear. Sindf(u_i(t), v_c) undf(u_r(t), v_c) nicht-lineareFunktionen, ändertsich das äquivalenteReaktionsmoment u_s(t) mit den Eingabevariablenu_i(t), u_r(t) und derFahrzeuggeschwindigkeit V_c nicht-linear.Die Funktionen f(u_i(t), v_c)und f(u_r(t), v_c)bestimmen das äquivalenteReaktionsmoment u_s(t).Equation (11) provides an analytical description of the equivalent reaction moment u _s (t). If f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) are linear functions, the equivalent reaction moment changes u _s (t) with the input variables u _i (t), u _r (t) and the vehicle speed V _c linear. If f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) are non-linear functions, the equivalent reaction moment u _s (t) changes with the input variables u _i (t), u _r (t) and the vehicle speed V _c non-linear. The functions f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) determine the equivalent reaction moment u _s (t).
[0089] Als ein spezielles Beispiel können dieFunktionen f(u_i(t), v_c)und f(u_r(t), v_c)geschwindigkeitsunabhängigeKonstanten sein und könnenals Ki und Kr beschrieben werden. In diesem Fall ist Gleichung (11)zur Beschreibug des äquivalentenReaktionsmoments gegeben als u_s(t) = K_cu_i + K_ru_r. Dieses ist eine lineare Funktion, diedas sich mit den Eingangsvariablen linear ändernde äquivalente Reaktionsmomentu_s(t) beschreibt.As a specific example, the functions f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) can be speed independent constants and can be described as Ki and Kr. In this case, equation (11) for describing the equivalent reaction torque is given as u _s (t) = K _c u _i + K _r u _r . This is a linear function that describes the equivalent reaction torque u _s (t) that changes linearly with the input variables.
[0090] Gemäß den in Tabelle 1 dargestelltenvariablen Beziehungen zwischen der Lenkrad-Steuerungseinheit unddem Lenkrad-Steuerungssystem kann weiterhin eine verwandte nicht-lineareGleichung zur Beschreibung des Reaktionsmoments τ_c gegebenwerden: τ_c =k₁f(u_i(t), v_c(t))θ_s + k₂f(u_r(t), v_c)τ_r (12)wobei k₁ die Proportionalitätskonstante zwischen u_i und dem Lenkradwinkel θ_s,und k₂ entsprechend die Proportionalitätskonstantezwischen u_r und dem Radmoment τ_r ist.Gleichung (12) gibt eine quantitative Beschreibung des Reaktionsmoments τ_c(t)basierend auf dem Lenkradwinkel θ_s, dem Radmoment τ_r undder Fahrzeuggeschwindigkeit V_s.According to the variable relationships between the steering wheel control unit and the steering wheel control system shown in Table 1, a related non-linear equation can also be given to describe the reaction torque τ _c : τ _c = k ₁ f (u _i (t), v _c (T)) θ _s + k ₂ f (u _r (t), v _c ) τ _r (12) where k _{1 is} the proportionality constant between u _i and the steering wheel angle θ _s , and k ₂ is the proportionality constant between u _r and the wheel torque τ _r . Equation (12) gives a quantitative description of the reaction torque τ _c (t) based on the steering wheel angle θ _s , the wheel torque τ _r and the vehicle speed V _s .
[0091] In diesem Ausführungsbeispiel können f(u_i(t), v_c) und f(u_r(t), v_c) in denGleichungen (11) und (12) analytisch durch das Soll-Reaktionsmomentim Lenkrad-Steuerungssystem-Design determiniert werden. Das Lenkgefühl wird üblicherweisemit Kennlinien des Lenkradmoments gegen den Lenkradwinkel oder mitKennlinien des Lenkradmoments gegen das Radmoment evaluiert. DiesegeschätztenKennlinien könnenunter Verwendung der analytischen Funktion f(u_i(t),v_c) und f(u_r(t),v_c) in den Gleichungen (11) und (12) mitdem Lenkrad-Steuerungssystem-Design bestimmt werden. Hieraus resultierendgeneriert die Steer-By-Wire-Baugruppe 10 das Soll-Lenkgefühl, da dasSoll-Reaktionsmoment als eine Steuerungssystem-Perfomancespezifikation aufder Stufe des Steuerungssystem-Designs berücksichtigt wurde.In this embodiment, f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) in equations (11) and (12) can be determined analytically by the target reaction torque in the steering wheel control system design become. The steering feel is usually evaluated with characteristic curves of the steering wheel torque against the steering wheel angle or with characteristic curves of the steering wheel torque against the wheel torque. These estimated characteristics can be determined using the analytical functions f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) in equations (11) and (12) with the steering wheel control system design become. As a result, the steer-by-wire assembly generates 10 the target steering feel since the target reaction torque was considered as a control system performance specification at the control system design stage.
[0092] In diesem Ausführungsbeispiel kann das Lenkgefühl durchdie Veränderungder Parameter der Funktionen f(u_i(t), v_c) und f(u_r(t), v_c) eingestellt und gesteuert werden. Darausresultierend kann das Steer-By-Wire-Steuerungssystem 11 eineinstellbares Lenkgefühldurch quantitative Erzeugung eines Reaktionsmoments zur Verfügung stellen.In this exemplary embodiment, the steering feel can be set and controlled by changing the parameters of the functions f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ). As a result, the steer-by-wire control system 11 provide an adjustable steering feel through quantitative generation of a reaction torque.
[0093] Die oben gegebenen Gleichungen (11)und (12) könnenerweitert werden, um weitere Variablen und tatsächliche Nicht-Linearität, wie z.B.Reibung, in der Lenkrad-Unterbaugruppe 16 zu berücksichtigen.Equations (11) and (12) given above can be expanded to include additional variables and actual non-linearity, such as friction, in the steering wheel subassembly 16 to consider.
[0094] Ein allgemeines Verfahren der vorliegendenErfindung ist in 9 beschrieben.Wie dargestellt beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren 310 zurSteuerung der Steer-By-Wire-Baugruppe 10, um ein einstellbaresLenkgefühlfür denFahrzeugführerdurch die Bereitstellung der Regelung des Reaktionsmoments am Lenkrad 44 zuerzeugen. Die Steer-By-Wire- Baugruppe 10 weistdie Lenkrad-Unterbaugruppe 16 einschließlich des Lenkrad-Controllers 14 zurSteuerung des Reaktionsmoments am Lenkrad 44 auf. Die Steer-By-Wire-Baugruppe 10 beinhaltetweiterhin die Rad-Steuerungs-Unterbaugruppe 15 einschließlich des Rad-Controllers 13 zurSteuerung der Radwinkel, um dem Lenkradbefehl zu folgen und um ein äquivalentes Rad-Momentbereitzustellen, um ein Lenkgefühlin der Lenkrad-Unterbaugruppe 16,wie oben beschrieben, zu erzeugen.A general method of the present invention is in 9 described. As shown, the present invention includes a method 310 to control the steer-by-wire assembly 10 to provide an adjustable steering feel for the driver by providing the regulation of the reaction torque on the steering wheel 44 to create. The steer-by-wire assembly 10 has the steering wheel subassembly 16 including the steering wheel controller 14 to control the reaction torque on the steering wheel 44 on. The steer-by-wire assembly 10 also includes the wheel control subassembly 15 including the wheel controller 13 to control the wheel angles to follow the steering wheel command and to provide an equivalent wheel torque to provide steering feel in the steering wheel sub-assembly 16 as described above.
[0095] Das Verfahren 310 weistdie folgenden Verfahrensschritte auf: Der Verfahrensschritt312 umfasst den Erhalt eines äquivalentenRadmomentsignals basierend auf einem Radsteuerungssignal, einemLenkrad-Geschwindigkeitssignalund einem Lenkrad-Winkelsignal.The procedure 310 has the following process steps: Method step 312 includes obtaining an equivalent wheel torque signal based on a wheel control signal, a steering wheel speed signal, and a steering wheel angle signal.
[0096] Der Verfahrensschritt 314 umfasstweiterhin den Empfang des Lenkrad-Referenzwinkels basierend auf dem Radwinkelsignalund den Empfang des Fahrzeuggeschwindigkeits-Signals.Method step 314 comprisescontinue to receive the steering wheel reference angle based on the wheel angle signaland receiving the vehicle speed signal.
[0097] Der Verfahrensschritt 316 beinhaltetdie Bereitstellung eines Lenkrad-Rückkopplungs-Steuerungssystemsmit den folgenden Schleifen: Eine Lenkrad-Winkelpositions-Rückkopplungsschleife, eine Lenkrad-Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife und eineMoment- Rückkopplungsschleife.Method step 316 includesthe provision of a steering wheel feedback control systemwith the following loops: a steering wheel angular position feedback loop, a steering wheel speed feedback loop, and oneTorque feedback loop.
[0098] Der Verfahrensschritt 318 umfasstweiterhin die Erzeugung der Lenkrad-Reaktionsmoment-Steuerungsvariablendurch Anwendung des Lenkrad-Rückkopplungs-Steuerungssystem-Controllersmit einstellbaren Parametern.Method step 318 comprisescontinue to generate steering wheel reaction torque control variablesby using the steering wheel feedback control system controllerwith adjustable parameters.
[0099] Der Verfahrensschritt 320 umfasstweiterhin die Beschreibung des durch den Fahrzeugführer erzeugtenAktions-Moments als ein Störmomentfür dasLenkrad-Rückkopplungs-Steuerungssystem.Method step 320 includescontinue the description of what is generated by the driverAction moments as a disturbance momentfor theSteering feedback control system.
[0100] Beim Verfahrensschritt 322 drehtder Fahrzeugführerdas Lenkrad 44, wird ein Reaktionsmoment am Lenkrad 44 erzeugt,das der Fahrzeugführerwahrnimmt.At step 322, the vehicle operator turns the steering wheel 44 , becomes a reaction torque on the steering wheel 44 generated that the driver perceives.
[0101] Der Verfahrensschritt 324 nimmt derFahrzeugführerdie Händevom Lenkrad 44, kehrt das Lenkrad 44 in die Mittelpositionmit einer einstellbaren Lenkgeschwindigkeit (Rücklaufgeschwindigkeit) zurück oderhält gemäß dem Radwinkelin einem bestimmten Winkel, wenn das Fahrzeug in Ruhe ist (z.B.parkt). In diesem Ausführungsbeispielbestimmt die Lenkradunterbaugruppe 16 mit dem Rückkopplungs-Controllerdas Reaktionsmoment basierend auf dem Lenkradwinkel, dem äquivalentenRadmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei einem anderen Ausführungsbeispielkönnendie Parameter des Lenkrad-Controllers 14 automatisch angepasstwerden, um ein einstellbares Lenkgefühl für den Fahrer zu erzeugen. Ineinem weiteren Beispiel kann das Lenkrad-Reaktionsmoment zur Repräsentationdes Lenkgefühlsquantitativ beschrieben werden.Method step 324 takes the driver's hands off the steering wheel 44 , the steering wheel returns 44 back to the middle position with an adjustable steering speed (return speed) or stops according to the wheel angle at a certain angle when the vehicle is at rest (eg parking). In this embodiment, the steering wheel subassembly determines 16 with the feedback controller, the reaction torque based on the steering wheel angle, the equivalent wheel torque and the vehicle speed. In another embodiment, the parameters of the steering wheel controller 14 can be automatically adjusted to create an adjustable steering feel for the driver. In another example, the steering wheel reaction torque to represent the steering feel can be described quantitatively.
[0102] Weitere Aspekte, Charakteristikaund Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Berücksichtigungder Beschreibung und der anhängendenAnsprüchein Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden.Other aspects, characteristicsand advantages of the present invention will be consideredthe description and the attachedExpectationscan be seen in conjunction with the accompanying drawings.

权利要求:
Claims (9)
[1]
Verfahren zur Steuerung einer Steer-By-Wire-Baugruppe(10) zur Erzeugung eines einstellbaren Lenkgefühls für einenFahrzeugführerdurch Bereitstellung der Regelung eines Reaktionsmoments am Lenkrad(44) eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet dassdas Verfahren umfasst: – Bereitstellungeiner Lenkrad-Unterbaugruppe-Steuerung (16), um ein Lenkgefühl für einenFahrzeugführer zuerzeugen, um den aktiven Lenkradrücklauf mit unterschiedlichenRotationsgeschwindigkeiten zur Verfügung zu stellen, um den Lenkradstopgemäß der Rad-Winkelpositionim Stillstand zur Verfügungzu stellen, und um den Richtungs-Referenzwinkel zu den Rädern (18, 20)zu erzeugen; – Bereitstellungeiner Rad-Steuerungs-Untereinheit (15) zur Verfolgung desRad-Richtungs-Referenzwinkels innerhalb einer Servo-Steuerungssystem-Strukturmit einer Rad-Winkelpositions-Rückkopplungund einer Rad-Winkelgeschwindigkeits-Rückkopplung. – Verwendendes äquivalentenRadmoments, der Lenkrad-Geschwindigkeitund des Lenkradwinkels als Rückkopplungssignalzur Einrichtung eines geschlossenen Steuerungssystems für die Lenkrad-Unterbaugruppe (16),einschließenddie innere Momentschleife, die Lenkrad-Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife und die Lenkrad-Winkelpositions-Rückkopplungsschleife, mit demLenkrad-Controller (14) zur Implementierung der Lenkfunktionendes Lenkgefühls,des aktiven Lenkradrücklaufs,des Lenkradstops gemäß der Rad-Winkelposition undder Erzeugung des Richtungs-Referenzwinkels; – Beschreibungdes durch den Fahrzeugführerbeim Drehen des Lenkrades (44) erzeugten Aktions-Moments alsStörmomentfür dasLenkrad-Kreislauf-Steuerungs-System; – Empfang des Lenkrad-Aktions-Momentsvom Fahrzeugführerunter Verwendung des mit dem Lenkradmotor verbundenen Lenkrades(44); – Empfangdes Lenkwinkels von der Lenkrad-Steuerungs-Unterbaugruppe (16); – Empfangdes Lenkrad-Referenzwinkels basierend auf den Radwinkeln von derRad-Steuerungs-Unterbaugruppe (15); – Empfangder Lenkrad-Winkelgeschwindigkeit von der Lenkrad-Steuerungs-Unterbaugruppe(16); – Empfangdes äquivalentenRadmoments von der Rad-Steuerungs-Unterbaugruppe (15); – Empfangder Fahrzeuggeschwindigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor-Messungoder -abschätzung; – Berechnungdes Lenkradwinkel-Fehlers basierend auf dem Lenkradwinkel und denLenkrad-Referenzwinkeln; – Bestimmungeiner Lenkrad-Winkel-Steuerungsvariablen basierend auf dem Lenkradwinkel-Fehlerunter Verwendung des Lenkrad-Controllers(14); – Bestimmungeiner Lenkrad-Winkelgeschwindigkeit-Rückkopplungs-Steuerungsvariablenbasierend auf der Lenkrad-Winkelgeschwindigkeitunter Verwendung des Geschwindigkeits-Schleifen-Kompensators (171); – quantitativeBeschreibung eines Lenkrad-Reaktionsmoments basierend auf dem Lenkradwinkel,dem Radmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit; – Erzeugungder Lenkrad-Reaktionsmoment-Steuerungsvariablen über den Lenkrad-Controller(14) einschließendanpassbarer Controllerparameter basierend auf dem Lenkradwinkelund dem äquivalentenRadmoment; und – Anwendungder Moment-Steuerungsvariable des Lenkrad-Controllers (14) zur Steuerungdes durch den Lenkradmotor (178) erzeugten Reaktionsmoments,um ein einstellbares Lenkgefühlund weitere Lenkfunktionen zu erhalten.Steer-by-wire assembly control method ( 10 ) to create an adjustable steering feel for a vehicle driver by providing the regulation of a reaction torque on the steering wheel ( 44 ) a vehicle, characterized in that the method comprises: - providing a steering wheel sub-assembly control ( 16 ) to create a steering feel for a vehicle operator, to provide the active steering wheel return with different rotational speeds, to provide the steering wheel stop according to the wheel angular position at a standstill, and to provide the direction reference angle to the wheels ( 18 . 20 ) to create; - Provision of a wheel control subunit ( 15 ) to track the wheel direction reference angle within a servo control system structure with a wheel angular position feedback and a wheel angular velocity feedback. - Using the equivalent wheel torque, steering wheel speed, and steering wheel angle as a feedback signal to establish a closed control system for the steering wheel subassembly ( 16 ), including the inner torque loop, the steering wheel speed feedback loop and the steering wheel angular position feedback loop, with the steering wheel controller ( 14 ) to implement the steering functions of the steering feel, the active steering wheel return, the steering wheel stop according to the wheel angular position and the generation of the direction reference angle; - Description of what the driver does when turning the steering wheel ( 44 ) generated action moments as disturbing torque for the steering wheel circuit control system; - Receiving the steering wheel action moment from the driver using the steering wheel connected to the steering wheel motor ( 44 ); - Receiving the steering angle from the steering wheel control subassembly ( 16 ); - Receiving the steering wheel reference angle based on the wheel angles from the wheel control subassembly ( 15 ); - Receiving the steering wheel angular speed from the steering wheel control subassembly ( 16 ); - Receive equivalent wheel torque from the wheel control subassembly ( 15 ); - Receiving vehicle speed from the vehicle speed sensor measurement or estimate; - Calculation of the steering wheel angle error based on the steering wheel angle and the steering wheel reference angles; - Determining a steering wheel angle control variable based on the steering wheel angle error using the steering wheel controller ( 14 ); - Determine a steering wheel angular velocity feedback control variable based on the steering wheel angular velocity using the speed loop compensator ( 171 ); - quantitative description of a steering wheel reaction torque based on the steering wheel angle, the wheel torque and the vehicle speed; - Generation of the steering wheel reaction torque control variables via the steering wheel controller ( 14 ) including adjustable controller parameters based on the steering wheel angle and the equivalent wheel torque; and - application of the torque control variable of the steering wheel controller ( 14 ) to control the steering wheel motor ( 178 ) generated reaction torque to get an adjustable steering feel and other steering functions.
[2]
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Lenkrad-Reaktionsmoment, das das Lenkgefühl für den Fahrerrepräsentiert,quantitativ basierend auf den variablen Beziehungen zwischen der Steer-By-Wire-Baugruppe(10) und der Lenkrad-Steuerungseinheit(16) innerhalb der Steer-By-Wire-Baugruppe (10)beschrieben ist. A method according to claim 1, characterized in that the steering wheel reaction torque, which represents the steering feel for the driver, quantitatively based on the variable relationships between the steer-by-wire assembly ( 10 ) and the steering wheel control unit ( 16 ) within the steer-by-wire assembly ( 10 ) is described.
[3]
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Fahrzeugführerdas Lenkrad (44) zur Steuerung der Fahrzeug-Fahrtrichtung drehtund somit eine Aktion fürdie Lenkrad-Unterbaugruppe(16) mit geschlossenen Rückkopplungs-Steuerungen erzeugt.A method according to claim 1, characterized in that the vehicle driver controls the steering wheel ( 44 ) to control the vehicle's direction of travel and thus an action for the steering wheel sub-assembly ( 16 ) with closed feedback controls.
[4]
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Berechnung des Lenkradwinkels Fehler einschließt, nämlich die Bestimmungdes Lenkradwinkel-Fehlers zwischen dem Lenkrad-Referenzwinkel und dem tatsächlich erhaltenenLenkradwinkel unter Verwendung der Lenkradwinkel-Negativ-Rückkopplung.A method according to claim 1, characterized inthat the calculation of the steering wheel angle includes errors, namely the determinationthe steering wheel angle error between the steering wheel reference angle and the actually obtained oneSteering wheel angle using negative steering wheel angle feedback.
[5]
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Erzeugung der Lenkrad-Reaktionsmoment-Steuerungsvariablenvom Lenkrad-Controller (14) einschließt: – Bestimmung der Lenkradwinkel-Steuerungsvariablenbasierend auf dem Lenkradwinkel-Fehler unter Verwendung des Lenkrad-Controllers (14)im Lenkrad-Kreislauf-Steuerungssystem; – Bestimmung des äquivalentenRadmoments basierend auf der Berechnung des tatsächlichen Radmoments; – Bestimmungder Lenkrad-Reaktionsmoment-Steuerungsvariableunter Verwendung des Lenkrad-Controllers (14) einschließend anpassbareControllerparameter basierend auf der Lenkradwinkel-Steuerungsvariableund dem äquivalentenRadmoment.A method according to claim 1, characterized in that the generation of the steering wheel reaction torque control variables from the steering wheel controller ( 14 ) includes: determining the steering wheel angle control variable based on the steering wheel angle error using the steering wheel controller ( 14 ) in the steering wheel circuit control system; - Determination of the equivalent wheel torque based on the calculation of the actual wheel torque; - Determine the steering wheel reaction torque control variable using the steering wheel controller ( 14 ) including adjustable controller parameters based on the steering wheel angle control variable and the equivalent wheel torque.
[6]
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das äquivalenteRadmomentsignal durch eine Bewertungsmethodik als Radmoment erhaltenwerden kann.A method according to claim 1, characterized inthat the equivalentWheel torque signal obtained by an evaluation methodology as the wheel torquecan be.
[7]
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass einige Lenkfunktionen durch die Anwendung des Lenkrad-Kreislauf-Steuerungs-Untersystemserzeugt werden, das die innere Momentschleife, die Lenkrad-Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife und dieLenkrad-Winkelpositions-Rückkopplungsschleife mitdem Lenkrad-Controller (14) einschließt, um die Lenkfunktionen zuimplementieren.A method according to claim 1, characterized in that some steering functions are generated by the use of the steering wheel circuit control subsystem, which the inner torque loop, the steering wheel speed feedback loop and the steering wheel angular position feedback loop with the steering wheel controller ( 14 ) to implement the steering functions.
[8]
Steer-By-Wire-Baugruppe (10) zur Erzeugungeines einstellbaren Lenkgefühlsfür denFahrzeugführer durchBereitstellung der Steuerung des Reaktionsmoments am Lenkrad (44),wobei die Baugruppe umfasst: – ein Lenkrad-Steuerungs-Untersystem(16) mit einer Lenkrad-Steuerungsanlage(124) und einem Lenkrad-Controller (14), der dasLenkgefühlfür denFahrzeugführer,den aktiven Lenkradrücklaufmit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten, den Lenkradstopgemäß der Rad-Winkelpositionim Stand und den Richtungs-Referenzwinkel zu den Rädern (18, 20)erzeugt; und – einRad-Steuerungs-Untersystem (15) zur Verfolgung des Radwinkelsfür denRad-Richtungsreferenzwinkel mit der Rad-Steuerungsanlage und dem Rad-Controller(13).Steer-by-wire assembly ( 10 ) to create an adjustable steering feel for the driver by providing control of the reaction torque on the steering wheel ( 44 ), the assembly comprising: - a steering wheel control subsystem ( 16 ) with a steering wheel control system ( 124 ) and a steering wheel controller ( 14 ), the steering feel for the driver, the active steering wheel return with different rotation speeds, the steering wheel stop according to the wheel angle position when stationary and the direction reference angle to the wheels ( 18 . 20 ) generated; and - a wheel control subsystem ( 15 ) to track the wheel angle for the wheel direction reference angle with the wheel control system and the wheel controller ( 13 ).
[9]
Die Baugruppe (10) nach Anspruch 8, dadurchgekennzeichnet, dass die Rad-Steuerungsanlage des Rad-Steuerungs-Untersystems(15) umfasst: – eineLenkwelle (46) und ein an der Lenkwelle (46) befestigtesLenkrad (44); – einenLenkrad-Positionssensor (48) angeordnet an der Lenkwelle(46) oder einem Lenkradmotor-Aktuator (52) zurMessung des Lenkradwinkels; – eine Lenkradmotorendstufe(50) in elektrischer Kommunikation mit dem Lenkrad-Controller(14); und – einemLenkmotoraktuator (52) zum Empfang einer Motormoment-Steuerungsvariablenvon der Lenkradmotorendstufe (50) zur Erzeugung eines Momentsam Lenkrad (44).The assembly ( 10 ) according to claim 8, characterized in that the wheel control system of the wheel control subsystem ( 15 ) includes: - a steering shaft ( 46 ) and one on the steering shaft ( 46 ) fixed steering wheel ( 44 ); - a steering wheel position sensor ( 48 ) arranged on the steering shaft ( 46 ) or a steering wheel motor actuator ( 52 ) for measuring the steering wheel angle; - a steering wheel motor output stage ( 50 ) in electrical communication with the steering wheel controller ( 14 ); and - a steering motor actuator ( 52 ) to receive an engine torque control variable from the steering wheel motor output stage ( 50 ) to generate a moment on the steering wheel ( 44 ).

类似技术:

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公开号 | 公开日 | 专利标题

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2004-08-19| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|

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2005-05-12| 8128| New person/name/address of the agent|Representative=s name: BAUER-VORBERG-KAYSER, 50968 KöLN |

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2005-05-12| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: VISTEON GLOBAL TECHNOLOGIES, INC., VAN BUREN TOWNS |

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2006-12-14| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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