DE102004041616B4

DE102004041616B4 - Method for steering assistance in a vehicle

Info

Publication number: DE102004041616B4
Application number: DE200410041616
Authority: DE
Inventors: Robert Herb
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2024-08-28
Also published as: DE102004041616A1; WO2006021487A1

Abstract

Verfahren zur Lenkunterstützung in einem Fahrzeug mit einem Lenkrad (1), einer Lenkwelle (2) und einem Lenkgetriebe (3), wobei ein auf das Lenkgetriebe (3) wirkender Motor (9) in Abhängigkeit eines von einem Lenkmomentsensor (4) gemessenen Lenkmoments (Ms) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das gemessene Lenkmoment (Ms) um eine aus einem Trägheitsmoment (Jl) und einer Drehbeschleunigung (bs) des Lenkrades (1) gebildeten Korrekturgröße (K) vermindert wird.method for steering assistance in a vehicle with a steering wheel (1), a steering shaft (2) and a steering gear (3), one acting on the steering gear (3) Motor (9) depending a steering torque (Ms) measured by a steering torque sensor (4) is characterized in that the measured steering torque (Ms) one from a moment of inertia (Jl) and a rotational acceleration (bs) of the steering wheel (1) formed Correction size (K) reduced becomes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lenkunterstützung in einem Fahrzeug mit einem Lenkrad, einer Lenkwelle und einem Lenkgetriebe, wobei ein auf das Lenkgetriebe wirkender Motor in Abhängigkeit eines von einem Lenkmomentsensor gemessenen Lenkmoments gesteuert wird.The The invention relates to a method for steering assistance in a vehicle with a steering wheel, a steering shaft and a steering gear, with an on the steering gear acting engine in response to one of a steering torque sensor measured steering torque is controlled.

Elektrische Lenkunterstützungssysteme – auch Lenkhilfe genannt – enthalten in der Regel einen an der Lenkwelle angebrachten Lenkmomentsensor, der das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment detektieren soll. Ferner ist ein Motor mit dem Lenkgetriebe verbunden, der das Unterstützungsmoment aufbringt.electrical Steering support systems - also power steering called - included usually a mounted on the steering shaft steering torque sensor, which should detect the steering torque applied by the driver. Further is a motor connected to the steering gear, which is the assist torque applies.

Um dem Fahrer das Gefühl einer nicht unterstützten Lenkung zu geben, insbesondere bei schnellen Bewegungen des Lenkrades, sind verschiedene Vorschläge gemacht worden. So ist beispielsweise der gattungsbildenden US 6,360,151 B1 die Kompensation des Trägheitsmoments des Elektromotors beschrieben. Ferner wurde in DE 102 01 704 A1 ein elektrisches Motorsteuergerät für ein Servo-Lenkgerät beschrieben, das eine passende Lenkkraft an ein Lenkrad gemäß den Fahrbedingungen abgeben kann. Dabei wird auch die Winkelgeschwindigkeit des Lenkrades berücksichtigt.In order to give the driver the feeling of unsupported steering, especially with rapid movements of the steering wheel, various proposals have been made. For example, the generic US 6,360,151 B1 the compensation of the moment of inertia of the electric motor described. Further, in DE 102 01 704 A1 an electric motor control apparatus for a power steering apparatus is described, which can deliver an appropriate steering force to a steering wheel according to the driving conditions. In this case, the angular velocity of the steering wheel is taken into account.

Das vom Lenkmomentsensor ermittelte Moment ist nicht ausschließlich das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment, sondern eine Überlagerung aus diesem und dem Moment, das aus der Beschleunigung des Lenkrades herrührt.The torque determined by the steering torque sensor is not exclusive to that from the driver applied steering torque, but a superposition this and the moment that comes from the acceleration of the steering wheel arises.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es für viele Lenkfunktionen besser ist, das reine Lenkmoment, das der Fahrer aufbringt, zur Steuerung der Lenkhilfe zu verwenden.It However, it has turned out to be better for many steering functions is the pure steering torque that the driver applies to the control to use the power steering.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das gemessene Lenkmoment um eine aus dem Trägheitsmoment und der Drehbeschleunigung des Lenkrades gebildeten Korrekturgröße vermindert wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Korrekturgröße durch Multiplikation einer Eingangsgröße mit einem gespeicherten Trägheitsmoment des Lenkrades gebildet wird.These The object is achieved in the method according to the invention in that the measured steering torque by one of the moment of inertia and the spin the steering wheel formed correction variable is reduced. Preferably is provided that the correction value by multiplying a Input size with a stored moment of inertia of the steering wheel is formed.

Die Bildung und Anwendung der Korrekturgröße – in der Regelungstechnik auch Beobachter genannt – ermöglichen eine exaktere Lenkunterstützung und damit auch eine exaktere Lenkung. Die Drehbeschleunigung des Lenkrades wird im Folgenden auch Lenkwinkelbeschleunigung genannt.The Formation and application of the correction quantity - in control engineering as well Observers called - allow a more exact steering assistance and therefore a more precise steering. The spin of the Steering wheel is also called steering angle acceleration below.

Sofern ein Sensor für die Lenkradbeschleunigung vorhanden ist oder ein Wert dafür bereits von anderen Systemen im Fahrzeug abgeleitet ist, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Eingangsgröße die Lenkradbeschleunigung ist.Provided a sensor for the steering wheel acceleration is present or a value for it already derived from other systems in the vehicle can, in the method according to the invention be provided that the input variable the steering wheel acceleration is.

Zur Verwendung eines Lenkwinkelsensors kann das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet sein, dass die Eingangsgröße aus dem Lenkwinkel durch zweifache Ableitung gebildet wird. Die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Rechenfunktionen werden vorzugsweise mit Hilfe eines geeigneten Prozessors durchgeführt. Eine Ableitung kann dann in einfacher Weise durch Differenzbildung zweier aufeinander folgender Werte der Eingangsgröße erfolgen – vorausgesetzt es liegt ein Lenkwinkelsensor mit ausreichender Auflösung und Dynamik vor.to Using a steering angle sensor, the inventive method be configured such that the input from the steering angle by two-fold derivative is formed. The for the inventive method required arithmetic functions are preferably using a suitable processor. A derivative can then easily by subtraction two successive values of the input variable - provided There is a steering angle sensor with sufficient resolution and dynamics in front.

Steht ein Sensor zur Messung der Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle zur Verfügung, so kann das erfindungsgemäße Verfahren auch derart ausgebildet sein, dass die Eingangsgröße durch Ableitung aus der Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle gebildet wird.Stands a sensor for measuring the rotational speed of the steering shaft to available so can the inventive method Also be designed such that the input through Derivative from the rotational speed of the steering shaft is formed.

Zur Steuerung des Motors sind häufig ohnehin Sensoren erforderlich, beispielsweise Drehwinkelsensoren. Diese können für das erfindungsgemäße Verfahren dadurch verwendet werden, dass die Eingangsgröße aus dem Drehwinkel des Motors durch zweifa che Ableitung gebildet wird und dass in die Korrekturgröße multiplikativ das Untersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes eingeht.to Control of the engine are common anyway sensors required, such as rotation angle sensors. these can for the inventive method be used by that the input from the rotation angle of the motor through twice derivative is formed and that in the correction quantity multiplicatively the reduction ratio the steering gear is received.

In ähnlicher Weise kann auch ein Drehzahlsensor des Motors dadurch verwendet werden, dass die Eingangsgröße durch Ableitung der Drehzahl des Motors gebildet wird und dass in die Korrekturgröße multiplikativ das Untersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes eingeht.In similar Way can also be used by a speed sensor of the engine be that input size through Derivation of the speed of the engine is formed and that in the Correction size multiplicative the reduction ratio of Steering gear is received.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:embodiments The invention are illustrated in the drawing with reference to several figures and explained in more detail in the following description. It shows:

1 eine schematische Darstellung einer bekannten Lenkhilfe, 1 a schematic representation of a known power steering,

2 eine schematische Darstellung einer Lenkhilfe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, 2 a schematic representation of a steering aid according to the inventive method,

3 bis 7 Blockschaltbilder von Beobachtern für das erfindungsgemäße Verfahren, die an verschiedene Sensoren angepasst sind. 3 to 7 Block diagrams of observers for the inventive method, which are adapted to different sensors.

Die 1 und 2 zeigen jeweils ein Lenkrad 1 mit einer Lenkwelle 2, welche die Drehung des Lenkrades 1 auf ein Lenkgetriebe 3 überträgt. An der Lenkwelle 2 befindet sich ein Lenkmomentsensor 4, der aus der Torsion der Lenkwelle 2 eine dem Lenkmoment entsprechende Größe Ms ableitet. Diese wird über die Komponenten EPS-Basisunterstützung 5 und EPS-Lenkfunktion 6 sowie über einen Addierer 7 einer Motorsteuereinrichtung 8 zugeführt, an deren Ausgang ein Motor 9 ange angeschlossen ist, der auf das Lenkgetriebe 3 wirkt. Außerdem verfügt der Motor 9 über einen Motorpositionssensor 10 (Drehwinkelsensor), der die jeweilige Motorposition an die Motorsteuereinrichtung 8 meldet. Dies ist beispielsweise bei kollektorlosen Gleichstrommotoren erforderlich. Die EPS-Basisunterstützung 5 (EPS = Electronic Power Steering) beinhaltet die Grundfunktionen, während die EPS-Lenkfunktion 6 weitere Funktionen enthält, die von Fahrzeug zu Fahrzeug bzw. von Fahrzeug- zu Fahrzeug-Hersteller verschieden sein können.The 1 and 2 each show a steering wheel 1 with a steering shaft 2 indicating the rotation of the steering wheel 1 on a steering gear 3 transfers. At the steering shaft 2 there is a steering torque sensor 4 . the from the torsion of the steering shaft 2 derives a size corresponding to the steering torque Ms. This is done via the components EPS Basic Support 5 and EPS steering function 6 as well as an adder 7 a motor control device 8th fed to the output of a motor 9 It is connected to the steering gear 3 acts. In addition, the engine has 9 via a motor position sensor 10 (Angle of rotation sensor), the respective engine position to the engine control unit 8th reports. This is required, for example, in brushless DC motors. The EPS basic support 5 (EPS = Electronic Power Steering) includes the basic functions while the EPS steering function 6 contains additional functions that may vary from vehicle to vehicle or from vehicle to vehicle manufacturer.

Bei der in 2 dargestellten Lenkhilfe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zwischen dem Lenkmomentsensor 4 und den Eingängen der Einrichtungen 5, 6 ein Beobachter 11 eingefügt. Dieser erhält vom Motorpositionssensor 10 die jeweilige Motorposition, aus welcher eine Korrekturgröße K abgeleitet wird. Die Ableitung der Korrekturgröße im Beobachter 11 wird für dieses Ausführungsbeispiel später anhand von 6 näher erläutert. Die Ausgangsgröße ist dann das Lenkmoment Mf, das vom Fahrer aufgebracht wird.At the in 2 shown power steering according to the inventive method is between the steering torque sensor 4 and the entrances of the facilities 5 . 6 an observer 11 inserted. This receives from the engine position sensor 10 the respective motor position, from which a correction quantity K is derived. The derivative of the correction quantity in the observer 11 is for this embodiment later with reference to 6 explained in more detail. The output is then the steering torque Mf, which is applied by the driver.

Das Fahrer-Lenkmoment Mf errechnet sich wie folgt aus der Anwendung des Drallsatzes: Jl·bl = Mf + Ms,dabei ist
Jl das Trägheitsmoment des Lenkrades,
bl die Lenkwinkelbeschleunigung,
Mf das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment und
Ms das vom Lenkmomentsensor gemessene Moment.The driver steering torque Mf is calculated as follows from the application of the twist set: Jl · bl = Mf + Ms, is there
Jl the moment of inertia of the steering wheel,
bl the steering angular acceleration,
Mf the torque applied by the driver and
Ms the torque measured by the steering torque sensor.

Stellt man diese Gleichung nach Mf um, so erhält man folgende Gleichung, wie sie für den Beobachter zu implementieren ist: Mf = Jl·bl – Ms. If one converts this equation to Mf, one obtains the following equation, as it is to be implemented for the observer: Mf = Jl · bl - Ms.

3 zeigt einen Beobachter 11.1, der einen Subtrahierer 12 und einen Multiplizierer 13 enthält. Vom Lenkmomentsensor 4 wird das Moment Ms zugeführt, während von einem Sensor 14 die Lenkwinkelbeschleunigung bs zugeführt wird. Durch Multiplikation der Lenkwinkelbeschleunigung bs mit dem aus einem Speicher 15 ausgelesenen Trägheitsmoment Jl des Lenkrades bei 13 entsteht eine Korrekturgröße, die dem Subtrahierer 12 zugeführt wird. Daraus geht das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment Mf hervor. Dies wird über den Ausgang 16 den weiteren Komponenten des Lenkhilfesystems nach 2 zugeführt. 3 shows an observer 11.1 who is a subtractor 12 and a multiplier 13 contains. From the steering torque sensor 4 the moment Ms is fed while from a sensor 14 the steering angular acceleration bs is supplied. By multiplying the steering angular acceleration bs with that from a memory 15 read out moment of inertia Jl of the steering wheel at 13 creates a correction value that the subtractor 12 is supplied. This results in the steering torque Mf applied by the driver. This will be over the output 16 the other components of the power steering system 2 fed.

Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Beobachters 11.2 ist ein Lenkwinkelsensor 17 vorgesehen, dessen Ausgangsgröße ws zweimal nach der Zeit abgeleitet wird, um zur Lenkwinkelbeschleunigung zu gelangen. Dazu wird im Beobachter 11.2 die abzuleitende Größe bei 18 bis 21 jeweils um ein Zeitelement Z-1 verzögert und von der unverzögerten Größe subtrahiert, was jeweils eine zeitliche Ableitung ergibt.At the in 4 illustrated embodiment of an observer 11.2 is a steering angle sensor 17 whose output ws is derived twice after the time to arrive at the steering angular acceleration. This is done in the observer 11.2 the size to be deduced 18 to 21 each delayed by a time element Z-1 and subtracted from the instantaneous magnitude, each resulting in a time derivative.

Dem Beobachter 11.3 nach 5 wird von einem Sensor 22 die Lenkwinkelgeschwindigkeit vs zugeführt und bei 20 und 21 einmal abgeleitet, so dass die Lenkwinkelbeschleunigung bl entsteht.The observer 11.3 to 5 is from a sensor 22 the steering angle velocity vs is supplied and at 20 and 21 once derived, so that the steering angular acceleration bl arises.

Das Ausführungsbeispiel eines Beobachters 11.4 nach 6 erhält Informationen über die Lenkwinkelbeschleunigung vom Motorwinkelsensor 10, dessen Größe wm bei 18 bis 21 zweimal abgeleitet wird, worauf die Winkelbeschleunigung bm des Motors entsteht. Da jedoch die Korrekturgröße K mit der Lenkwinkelbeschleunigung gebildet werden soll, wird bei dem Beobachter 11.4 aus einem Speicher 23 das Untersetzungsverhältnis 1:x ausgelesen. Damit wird das Trägheitsmoment Jl des Lenkrades bei 24 multipliziert. Das Ergebnis wird dann wie bei den anderen Beobachtern mit dem Multiplizierer 13 mit der Lenkwinkelbeschleunigung bs multipliziert.The embodiment of an observer 11.4 to 6 receives information about the steering angle acceleration from the motor angle sensor 10 whose size is wm at 18 to 21 is derived twice, whereupon the angular acceleration bm of the engine arises. However, since the correction quantity K is to be formed with the steering angular acceleration, the observer becomes 11.4 from a store 23 the reduction ratio 1: x read out. Thus, the moment of inertia Jl of the steering wheel becomes 24 multiplied. The result then becomes like the other observers with the multiplier 13 multiplied by the steering angular acceleration bs.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach 7 erhält der Beobachter 11.5 von einem Sensor 25 die Drehzahl des Motors dm, aus der durch Ableitung bei 20, 21 die Beschleunigung bm des Motors abgeleitet wird. Das Untersetzungsverhältnis des Getriebes wird wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 berücksichtigt.According to the embodiment 7 the observer gets 11.5 from a sensor 25 the speed of the engine dm, from the by at 20 . 21 the acceleration bm of the engine is derived. The reduction ratio of the transmission is as in the embodiment after 6 considered.

11: Lenkradsteering wheel
22: Lenkwellesteering shaft
33: Lenkgetriebesteering gear
44: LenkmomentsensorSteering torque sensor
55: EPS-BasisunterstützungEPS basic support
66: EPS-LenkfunktionEPS steering function
77: Addiereradder
88th: MotorsteuereinrichtungMotor controller
99: Motorengine
1010: MotorpositionssensorMotor position sensor
1111: Beobachterobserver
1212: Subtrahierersubtractor
1313: Multiplizierermultipliers
1414: Sensorsensor
1515: SpeicherStorage
1616: Ausgangoutput
1717: LenkwinkelsensorSteering angle sensor
1818: Verzögerungdelay
1919: Subtrahierersubtractor
2020: Verzögerungdelay
2121: Subtrahierersubtractor
2222: Sensorsensor
2323: SpeicherStorage
2424: Multiplizierermultipliers
2525: Sensorsensor

Claims

Method for steering assistance in a vehicle with a steering wheel ( 1 ), a steering shaft ( 2 ) and a steering gear ( 3 ), one on the steering gear ( 3 ) acting engine ( 9 ) in response to a steering torque sensor ( 4 ) measured steering torque (Ms), characterized in that the measured steering torque (Ms) to one of an inertia (Jl) and a rotational acceleration (bs) of the steering wheel ( 1 ) Correction size (K) is reduced.

A method according to claim 1, characterized in that the correction quantity (K) by multiplying an input variable with a stored moment of inertia (Jl) of the steering wheel ( 1 ) is formed.

Method according to claim 2, characterized in that that the input quantity is the steering wheel acceleration (bs) is.

Method according to claim 2, characterized in that that the input from a Steering angle is formed by two-fold derivative.

A method according to claim 2, characterized in that the input variable by derivation from a rotational speed (vs) of the steering shaft ( 2 ) is formed.

A method according to claim 2, characterized in that the input variable from a rotation angle (wm) of the motor ( 9 ) is gebil det by two-fold derivative and that in the correction value (K) multiplicatively a reduction ratio of the steering gear ( 3 ) received.

A method according to claim 2, characterized in that the input variable by derivation of a rotational speed (dm) of the engine ( 9 ) is formed and that in the correction value (K) multiplicatively the reduction ratio of the steering gear ( 3 ) received.