System and method of a steer-by-wire control for vehicles by using a multiple decoupling control

专利摘要:
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren einer Regelung einer drahtgebundenen Lenkung (steer-by-wire) eines Fahrzeugs mit zwei unabhängigen Vorderrädern (18, 20); das Verfahren weist auf: DOLLAR A - Vorsehen eines Regel-Subsystems (16) des Lenkrades (44), um Referenzwinkel für die Vorderräder (18, 20) zu erhalten, DOLLAR A - Vorsehen eines Regel-Subsystems (13) der Vorderräder (18, 20), einschließlich einer Regelstrecke (124) der Vorderräder (18, 20) und eines Mehrfach-Reglers (120) der Vorderräder (18, 20), zur Regelung der aktuellen Winkel der Vorderräder (18, 20) im Gleichlauf mit den Referenzwinkeln der Vorderräder (18, 20) und DOLLAR A - Verwenden der Winkel und der Winkel-Verhältnisse der Vorderräder (18, 20) als Rückkopplungs-Signale, um ein Servo-Regelungssystem mit der Regelstrecke und dem Mehrfach-Regler (120) der Vorderräder (18, 20) so zu konstruieren, dass der Gleichlauf des Winkels des linken und rechten Vorderrades (18, 20) mit dem Referenzwinkel des linken und rechten Vorderrades (18, 20) implementiert wird.The invention relates to a method of regulating a steer - by - wire of a vehicle with two independent front wheels (18, 20); the method comprises: DOLLAR A - providing a control subsystem (16) of the steering wheel (44) in order to obtain reference angles for the front wheels (18, 20), DOLLAR A - providing a control subsystem (13) of the front wheels (18 , 20), including a controlled system (124) of the front wheels (18, 20) and a multiple controller (120) of the front wheels (18, 20), for regulating the current angles of the front wheels (18, 20) in synchronism with the reference angles of the front wheels (18, 20) and DOLLAR A - using the angles and the angular ratios of the front wheels (18, 20) as feedback signals to create a servo control system with the controlled system and the multiple controller (120) of the front wheels ( 18, 20) so that the synchronization of the angle of the left and right front wheels (18, 20) with the reference angle of the left and right front wheels (18, 20) is implemented.
公开号:DE102004001319A1
申请号:DE200410001319
申请日:2004-01-07
公开日:2004-08-05
发明作者:Gregory J. Ann Arbor Stout；Yixin Ann Arbor Yao
申请人:Visteon Global Technologies Inc；
IPC主号:B62D5-04

专利说明:
[0001] Die gegenwärtige Erfindung bezieht sichauf ein System und ein Verfahren einer Steer-By-Wire-Regelung für Fahrzeuge.The present invention relatesto a system and a method of a steer-by-wire regulation for vehicles.
[0002] Steer-By-Wire-Systeme ersetzen diemechanischen Verbindungen zwischen dem Lenkrad und den Vorderrädern einesFahrzeugs durch elektrische Leitungen und elektronische Komponenten.Weiterhin werden durch Steer-By-WireSysteme die mechanischen Verbindungen zwischen den beiden Vorderrädern ersetzt.Stattdessen werden zwei unabhängigeStellglieder installiert, wobei jedes der Stellglieder unabhängig einesder Vorderräderbewegt. Dies erlaubt den Vorderrädern,voneinander unabhängigzu drehen. Folglich kann ein Steer-By-Wire-System aus zwei Komponentenbestehen: einem Subsystem des Lenkrades und einem Subsystem derVorderräder.Die elektrischen Signale werden überelektrische Leitungen übertragen,um das Subsystem des Lenkrades mit dem Subsystem der Vorderräder, mitden beiden unabhängigenVorderrädern,zu verbinden.Steer-by-wire systems replace themmechanical connections between the steering wheel and the front wheels oneVehicle through electrical lines and electronic components.Furthermore, through steer-by-wireSystems that replace the mechanical connections between the two front wheels.Instead, two become independentActuators installed, each of the actuators independently onethe front wheelsemotional. This allows the front wheelsindependent of each otherto turn. Consequently, a steer-by-wire system can consist of two componentsconsist: a subsystem of the steering wheel and a subsystem of theFront wheels.The electrical signals are overtransmit electrical lines,around the subsystem of the steering wheel with the subsystem of the front wheels, withthe two independentFront wheelsconnect to.
[0003] Es besteht ein Bedarf für eine flexiblereAnwendungs-Umgebung innerhalb des Steer-By-Wire-Systems mit denbeiden unabhängigenVorderrädern,um verschiedene Winkelanforderungen des linken und rechten Vorderradsin der Weise zu realisieren, dass die Sicherheit und die Dynamikdes Fahrzeugs verbessert werden kann. Lenkfunktionen, einschließlich unterschiedlicherWinkelanforderungen des linken und rechten Vorderrads, müssen durchAusnutzen der Gestaltung des Kontrollsystems realisiert werden.There is a need for a more flexible oneApplication environment within the steer-by-wire system with thetwo independentFront wheelsaround different angular requirements of the left and right front wheelsin the way of realizing that security and dynamismof the vehicle can be improved. Steering functions, including different onesAngle requirements of the left and right front wheels must pass throughExploiting the design of the control system can be realized.
[0004] Entwickler solcher Steer-By-Wire-Systemesind mit mehreren Herausforderungen konfrontiert. Zuerst wird eineVerbindung zwischen den Winkeln des linken und rechten Vorderradserfasst und ein veränderliches Maß der Verbindung,bei Änderungder Straßenbedingungenund der Dynamik des Fahrzeugs, erzeugt. Eine Änderung einer Variablen derEingangsregelung am Stellglied eines Vorderrades wird sich mehrals wahrscheinlich in einer proportionalen Änderung der Richtungswinkelvon beiden Vorderrädern,dem linken und dem rechten, auswirken. Unterschiedliche Referenzwinkeldes linken und des rechten Vorderrads können deshalb bei VerwendungunabhängigerRegler, ohne Berücksichtigungder Kopplung der Winkel der Vorderräder, nicht erreicht werden.Es ist eine Herausforderung fürdie Entwickler des Steer-By-Wire-Systems,den Winkel jedes Vorderrades des Fahrzeugs getrennt und unabhängig, unterdem Einfluss der Kopplung der Winkel der Vorderräder, zu regeln.Developer of such steer-by-wire systemsface several challenges. First oneConnection between the angles of the left and right front wheelsrecorded and a variable degree of connection,on changethe road conditionsand the dynamics of the vehicle. A change in a variable ofInput control on the actuator of a front wheel is becoming morethan likely in a proportional change in the directional anglefrom both front wheels,the left and the right. Different reference anglesleft and right front wheels can therefore be usedindependentRegulator, without considerationthe coupling of the angles of the front wheels cannot be achieved.It is a challenge forthe developers of the steer-by-wire system,the angle of each front wheel of the vehicle separately and independently, underthe influence of coupling of angles of front wheels to regulate.
[0005] Andere Herausforderungen für die Entwicklerdes Regelsystems umfassen die Beachtung von unsicheren Abweichungenund schwerwiegenden nichtlinearen Charakteristiken der Fahrzeugdynamikund des, auf einem Stellglied basierenden, Systems. Die Fahrzeugdynamik ändert sichtypisch mit den Straßenbedingungen,der Beladung des Fahrzeugs und externen Umständen. Es besteht, wegen desEinflusses der Fahrzeugdynamik, ein nicht-linearer Zusammenhangzwischen dem Regeleingang des Stellgliedes des Vorderrades und denVariablen des Ausgangs-Winkel des Vorderrades.Other challenges for developersof the control system include the consideration of uncertain deviationsand serious non-linear characteristics of vehicle dynamicsand the actuator based system. The vehicle dynamics changetypically with the road conditions,the loading of the vehicle and external circumstances. It exists because of theInfluence of vehicle dynamics, a non-linear relationshipbetween the control input of the front wheel actuator and theVariables of the exit angle of the front wheel.
[0006] Die Dynamik des Fahrzeugs, mit unsicherenAbweichungen und schwerwiegenden nicht-linearen Charakteristiken,kann auf die Stabilitätund Leistungsfähigkeiteines Steer-By-Wire-Systems des Fahrzeugs einen bedeutenden Einflussausüben.Weiterhin kann die Sorgfalt der Gestaltung des geregelten Steer-By-Wire-Systemsnicht ausreichend sein, um die spezifizierte Leistungsfähigkeitder Regelung, wegen dieser Unsicherheiten und nicht-linearen Charakteristiken,zu erreichen.The dynamics of the vehicle, with uncertainDeviations and serious non-linear characteristics,can on stabilityand performanceof a steer-by-wire system of the vehicle has a significant impactexercise.Furthermore, the care of the design of the regulated steer-by-wire systemnot be sufficient to the specified performanceregulation, because of these uncertainties and non-linear characteristics,to reach.
[0007] Die gegenwärtige Erfindung bezieht sichallgemein auf ein System und ein Verfahren eines Steer-By-Wire-Regelsystemseines Fahrzeugs mit zwei, voneinander unabhängigen, Vorderrädern. Das Steer-By-Wire-Systemgemäß der gegenwärtigen Erfindungkann zwei Teile aufweisend betrachtet werden: ein Subsystems desLenkrades und ein Subsystem der Vorderräder, mit zwei voneinander unabhängigen Vorderrädern. ElektrischeSignale werden überelektrische Leitungen übertragen,um das Subsystem des Lenkrades mit dem Subsystem der Vorderräder zu verbinden.Die Hauptaufgaben des Subsystems des Lenkrades sind, einen Referenzwinkelder Lenkrichtung zur Verfügungzu stellen und fürden Fahrer des Fahrzeugs ein entsprechendes Lenkgefühl zu erzeugen.Die Hauptaufgaben des Subsystems der Vorderräder sind, den Gleichlauf zwischenden Winkeln der Vorderräderund einem Eingangs-Referenzwinkel des Lenkrades, der vom Subsystemdes Lenkrades zur Verfügunggestellt wird, herzustellen. Diese beiden Subsysteme sind im Steer-By-Wire-Systemintegriert, um die Ausrichtung zwischen dem Lenkrad und den Vorderrädern desFahrzeugs sicherzustellen und um Lenkfunktionen des Fahrzeugs zuimplementieren.The present invention relatesgenerally to a system and method of a steer-by-wire control systema vehicle with two independent front wheels. The steer-by-wire systemaccording to the present inventioncan be considered to have two parts: a subsystem of theSteering wheel and a subsystem of the front wheels, with two independent front wheels. electricalSignals are overtransmit electrical lines,to connect the steering wheel subsystem to the front wheel subsystem.The main tasks of the steering wheel subsystem are a reference anglethe steering direction availableto ask and forto provide the driver of the vehicle with a corresponding steering feel.The main tasks of the front wheel subsystem are to keep the synchronism betweenthe angles of the front wheelsand an input reference angle of the steering wheel from the subsystemof the steering wheelis made to manufacture. These two subsystems are in the steer-by-wire systemintegrated to the alignment between the steering wheel and the front wheels of theEnsure vehicle and steering functions of the vehicle tooto implement.
[0008] In der Gestaltung des Steer-By-Wire-Regelsystemswird, gemäß der gegenwärtigen Erfindung,eine Rückkopplungs-Servoregelungvorgestellt und in das Steer-By-Wire-System implementiert. Dieserlaubt den Gleichlauf jedes Winkels der Vorderräder mit einem entsprechendenEingangs-Referenzwinkeljedes Vorderrades, mit einem Minimum an Gleichlauf-Fehler.In the design of the steer-by-wire control systemaccording to the present invention,a feedback servo controlpresented and implemented in the steer-by-wire system. Thisallows each angle of the front wheels to synchronize with a corresponding oneInput reference angleof each front wheel, with a minimum of tracking errors.
[0009] Die Steifheit der Stelleinrichtungder Vorderräderlässt dasFahrzeug Störungen,wie Windböen,abweisen.The rigidity of the actuatorthe front wheelsleaves thatVehicle malfunctions,like gusts of wind,Reject.
[0010] Um ein geregeltes System der Vorderräder mitder Wechselwirkung der Winkel der beiden Vorderräder zu gestalten, wird dieModellbeschreibung eines Vielfach-Eingang/Vielfach-Ausgangs bzw.Multiple-Input/Multiple-Output(MIMO) angewendet, um eine inhärenteKopplungs-Charakteristik zwischen den Eingangs-Kontrollvariablender Stellglieder und Ausgangsvariablen der Winkels der Vorderräder darzustellen.In order to design a regulated system of the front wheels with the interaction of the angles of the two front wheels, the model description of a multiple input / multiple output or multiple input / multiple output (MIMO) is used to establish an inherent coupling characteristic between the input Kon to represent troll variables of the actuators and output variables of the angle of the front wheels.
[0011] Die Mehrfach-Regelung durch einenMehrfach-Regler wird in der Gestaltung des Servoregelungs-Systemsder Vorderrädervorgestellt und in dem Subsystem der Vorderräder des Steer-By-Wire-Systemsimplementiert. Der Mehrfach-Regler mit Entkopplungs-Charakteristikverringert die Auswirkungen der Wechselwirkungen der Winkel-Regelschleifenan den Vorderrädern.Mit anderen Worten 'entkoppelt' die gegenwärtige Erfindungdie abhängigenWinkelvariablen der Vorderräderund erlaubt die, voneinander unabhängige, Kontrolle jedes Vorderradesdurch Verwenden eines Mehrfach-Reglers. Das Steer-By-Wire-Systemerlaubt, dass eine Eingangs-Variable eines Winkels für ein entsprechendesVorderrad nur Auswirkung auf die Ausgangs-Variable des Winkels desentsprechenden Vorderrads hat, anstatt Auswirkungen auf die Winkelder beiden Vorderräder, deslinken und des rechten, zu haben.The multiple regulation by oneMultiple controllers are used in the design of the servo control systemthe front wheelspresented and in the subsystem of the front wheels of the steer-by-wire systemimplemented. The multiple controller with decoupling characteristicsreduces the effects of the interactions of the angle control loopson the front wheels.In other words, the present invention 'decouples'the dependentFront wheel angle variablesand allows independent control of each front wheelby using a multiple controller. The steer-by-wire systemallows an input variable of an angle for a corresponding oneFront wheel only affects the output variable of the angle of thecorresponding front wheel, instead of affecting the angleof the two front wheels, theleft and right, to have.
[0012] Durch Verwenden einer robusten Regelstrategiebei der Mehrfach-Regelung der Vorderräder kann der Effekt der Unsicherheitund der Störungverringert und die Stabilitätsowie die Leistung könnenverbessert werden. Durch Verwenden einer Regelstrategie der zeitabhängigen bzw.gesteuerten Verstärkung(gain scheduling) bei der Mehrfach-Regelung der Vorderräder ändert sichdie Verstärkungdes Reglers automatisch mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, umdie Änderungder Verstärkungdes Regelsystems der Vorderräderauszugleichen. Dadurch kann der Effekt der Nicht-Linearität verringertund der Gleichlauf verbessert werden.By using a robust control strategyin the case of multiple regulation of the front wheels, the effect of uncertainty canand the disorderdecreased and stabilityas well as performancebe improved. By using a control strategy of time-dependent orcontrolled gain(gain scheduling) changes with the multiple control of the front wheelsthe reinforcementof the controller automatically at the speed of the vehiclethe changeof reinforcementof the control system of the front wheelscompensate. This can reduce the effect of non-linearityand the synchronism can be improved.
[0013] In einer Realisierung der gegenwärtigen Erfindungist eine Mehrfach-RegelungH_∞,als ein Beispiel eines Mehrfach-Regelsystems der Vorderräder, implementiert.Die Gestaltung der Mehrfach-Regelung H_∞ berücksichtigtdie unsicheren Abweichungen und äußeren Störungen,die im Subsystem der Vorderrädervorhanden sind. Dies stellt eine robuste Mehrfach-Regelung zur Kontrolledes Subsystems der Vorderräderzur Verfügung.Die Gestaltung der Mehrfach-Regelung H_∞ kanndie Kopplung der Regelstrecke berücksichtigen und die Auswirkungender Interaktionen der Winkel der Vorderräder durch geeignetes Entkoppelnvermindern.In an implementation of the present invention, a multiple control H _∞ , as an example of a multiple control system of the front wheels, is implemented. The design of the multiple control H _∞ takes into account the uncertain deviations and external disturbances that are present in the subsystem of the front wheels. This provides a robust multiple control to control the front wheel subsystem. The design of the multiple control H _∞ can take into account the coupling of the controlled system and reduce the effects of the interactions of the angles of the front wheels by suitable decoupling.
[0014] Um die unterschiedlichen linken undrechten Referenzwinkel der Vorderräder zu erhalten, ist der Referenzbefehl-Generatorin das Subsystem der Antriebsräderdes Steer-By-Wire-Systems implementiert. Der Referenzbefehl-Generatorempfängteinen Winkel des Lenkrades und einige Fahrzeug-Variablen und erzeugt getrennte,linke und rechte, Referenzwinkel der Vorderräder. Die variablen Lenkverhältnissewerden durch Verwenden der Geschwindigkeit des Fahrzeugs als einzeitabhängigesSignal implementiert, um die unterschiedlichen, linken und rechten,Referenzwinkel der Vorderräderzu erhalten. Eine Kalibrierung der linken und rechten Winkel derVorderräderwird entsprechend der Fahrzeuggeometrie und den Erfordernissen derLenkleistung, durch Verwenden der Fahrzeug-Variablen, durchgeführt.To the different left andTo get the right reference angle of the front wheels is the reference command generatorinto the subsystem of the drive wheelsof the steer-by-wire system implemented. The reference command generatorreceivesan angle of the steering wheel and some vehicle variables and creates separate,left and right, reference angle of the front wheels. The variable steering ratiosare made by using the speed of the vehicle as atime-dependentSignal implemented to the different, left and right,Reference angle of the front wheelsto obtain. A calibration of the left and right angles of thefront wheelsis according to the vehicle geometry and the requirements of theSteering performance by using the vehicle variables.
[0015] Das oben erwähnte Steer-By-Wire-System mitzwei unabhängigenVorderrädernstellt eine flexiblere Anwendungs-Umgebung zur Verfügung, umunterschiedliche Winkelanforderungen an das linke und rechte Vorderradzu realisieren und um die Fahrzeug-Dynamik zu verbessern. Die Regel-Algorithmenwerden in einem Softwareprogramm eines Steer-By-Wire- Regelmoduls auf Mikroprozessor-Basisimplementiert.The above-mentioned steer-by-wire system withtwo independentfront wheelsprovides a more flexible application environment todifferent angle requirements for the left and right front wheelto realize and to improve the vehicle dynamics. The rule algorithmsare in a software program of a steer-by-wire control module based on a microprocessorimplemented.
[0016] Weitere Aspekte, Eigenschaften undVorteile der Erfindung werden durch die Betrachtung der folgendenBeschreibung und den anhängendenAnsprüchenoffensichtlich, wenn sie in Verbindung mit der begleitenden Zeichnunggebracht werden.Other aspects, properties andAdvantages of the invention will become apparent by considering the followingDescription and the attachedclaimsobviously when combined with the accompanying drawingto be brought.
[0017] In der Zeichnung zeigenShow in the drawing
[0018] 1 eineschematische Darstellung einer Steer-By-Wire-Systemanordnung einesFahrzeugs, in Übereinstimmungmit der gegenwärtigenErfindung; 1 a schematic representation of a steer-by-wire system arrangement of a vehicle, in accordance with the present invention;
[0019] 2 einBlockdiagramm des Steer-By-Wire-Regelsystems mit dem Regel-Subsystem der Vorderräder unddem Regel-Subsystem des Lenkrades; 2 a block diagram of the steer-by-wire control system with the control subsystem of the front wheels and the control subsystem of the steering wheel;
[0020] 3 einBlockdiagramm des Subsystems der Vorderräder für das Steer-By-Wire-System, dargestellt in 2; 3 a block diagram of the front wheel subsystem for the steer-by-wire system shown in FIG 2 ;
[0021] 4 einBlockdiagramm einer Mehrfach-Rückkopplungs-Regelungder Vorderräder,einschließlich desMehrfach-Reglers und der Regelstrecke der Vorderräder, dargestelltin 3; 4 a block diagram of a multiple feedback control of the front wheels, including the multiple controller and the controlled system of the front wheels, shown in FIG 3 ;
[0022] 5 einBlockdiagramm einer allgemeinen Mehrfach-Rückkopplungs-Regelung, die entsprechend der gegenwärtigen Erfindungverwendet werden kann; 5 a block diagram of a general multiple feedback control that can be used according to the present invention;
[0023] 6 einBlockdiagramm fürein Beispiel eines Referenzbefehl-Generators des Subsystems derVorderräderdes Steer-By-Wire-Systems in 1; 6 a block diagram for an example of a reference command generator of the front wheel subsystem of the steer-by-wire system in FIG 1 ;
[0024] 7 einFlussdiagramm eines allgemeinen Verfahrens der unabhängigen Regelungdes linken und rechten Vorderrades des Fahrzeugs, gemäß der gegenwärtigen Erfindung;und 7 a flowchart of a general method of independent control of the left and right front wheels of the vehicle, according to the present invention; and
[0025] 8 einvereinfachtes Blockdiagramm des Steer-By-Wire-Regelsystems in 2. 8th a simplified block diagram of the steer-by-wire control system in 2 ,
[0026] 1 veranschaulichtein Steer-By-Wire-System 10 eines Fahrzeugs, gemäß der gegenwärtigen Erfindung.Wie dargestellt, hat das Steer-By-Wire-System 10 abhängige Vorderräder, einlinkes 18 und ein rechtes 20. Wie in 1 dargestellt, setzt sichdas Steer-By-Wire-System 10 aus einem Subsystem 15 derVorderräderund einem Subsystem 16 des Lenkrades zusammen. Das Steer-By-Wire-System 10 umfasstdas Steer-By-Wire-Regelmodul 12 mit dem Regler 13 derVorderräderdes Subsystems 15 der Vorderräder und einem Regler 14 desLenkrades des Subsystems des Lenkrades 16. Das Steer-By-Wire-Regelmodul 12 verbindetdas Subsystem 15 der Vorderräder und das Subsystem 16 desLenkrades. 1 illustrates a steer-by-wire system 10 of a vehicle according to the present invention. As shown, the steer-by-wire system 10 dependent front wheels, one left 18 and a right one 20 , As in 1 shown, the steer-by-wire system 10 from a subsystem 15 the front wheels and a subsystem 16 of the steering wheel together. The steer-by-wire system 10 includes the steer-by-wire control module 12 with the controller 13 the front wheels of the subsystem 15 the front wheels and a regulator 14 the steering wheel of the steering wheel subsystem 16 , The steer-by-wire control module 12 connects the subsystem 15 the front wheels and the subsystem 16 the steering wheel.
[0027] Wie in 1 dargestellt,weist das Subsystem 15 der Vorderräder das linke Vorderrad 18,verbunden mit einer linken Spurstange 19, und das rechteVorderrad 20 auf, das mit einer rechten Spurstange 21 verbundenist. Das Subsystem 15 der Vorderräder hat weiterhin das linkeund das rechte Stellglied 40, 42, in elektrischemKontakt mit dem jeweiligen Motorverstärker 36, 38.Der linke und der rechte Motorverstärker 36, 38 empfangenRegelsignale vom Regler 13 der Vorderräder. Die Stellglieder 40, 42 erhaltenStromsignale von den jeweiligen Verstärkern 36, 38,um Drehmoment an dem jeweiligen Vorderrad 18 und 20 zuerzeugen. Der Winkelsensor 32 des linken Vorderrades istmit dem Stellglied 40 des linken Vorderrades verbunden,um den Winkel des linken Vorderrades zu messen. Der Winkelsensor 34 desrechten Vorderrades ist mit dem Stellglied 42 des rechtenVorderrades verbunden, um den Winkel des rechten Vorderrades zumessen. Die Sensoren 32, 34 des linken und rechtenVorderrads sind im elektrischen Kontakt mit dem Regler 13 derVorderräder,um die Signale, die den Winkel des linken und des rechten Vorderradesbezeichnen, an den Regler 13 zu senden, wo sie verarbeitetwerden. Der Regler 13 der Vorderräder empfängt eine Vielzahl von Eingangs-Signalen,um Kontrollsignale, zur Kontrolle des linken und rechten Vorderrades 18, 20 durchdie jeweiligen Stellglieder 40, 42, zu erzeugen.As in 1 shown, the subsystem 15 the left front wheel 18 , connected with a left tie rod 19 , and the right front wheel 20 on that with a right tie rod 21 connected is. The subsystem 15 the front wheels still have the left and right actuators 40 . 42 , in electrical contact with the respective motor amplifier 36 . 38 , The left and right motor amplifiers 36 . 38 receive control signals from the controller 13 the front wheels. The actuators 40 . 42 receive current signals from the respective amplifiers 36 . 38 to torque on the respective front wheel 18 and 20 to create. The angle sensor 32 the left front wheel is with the actuator 40 left front wheel to measure the angle of the left front wheel. The angle sensor 34 the right front wheel is with the actuator 42 of the right front wheel to measure the angle of the right front wheel. The sensors 32 . 34 the left and right front wheels are in electrical contact with the controller 13 of the front wheels to the signals indicating the angle of the left and right front wheels to the controller 13 send where they are processed. The regulator 13 the front wheel receives a variety of input signals to control signals to control the left and right front wheels 18 . 20 by the respective actuators 40 . 42 , to create.
[0028] In einem herkömmlichen Lenksystem eines Fahrzeugs,mit typisch mechanischen Verbindungen, wird ein Vorderrad direktEingangssignale vom Lenkrad des Fahrzeugs erhalten. Weiterhin sinddie Winkel der Vorderräderin mechanischem Gleichlauf mit dem Winkel des Lenkrades. In demSteer-By-Wire-System der gegenwärtigenErfindung mit dem obigen Subsystem 15 der Vorderräder (ohnemechanische Verbindung) kann ein Signal des Lenkwinkels an das Subsystemder Vorderräderdurch elektrische Leitungen übertragenwerden. Eine Aufgabe des Subsystems 15 der Vorderräder istdeshalb, den Gleichlauf der Winkel der Vorderräder (jedes Vorderrades) miteinem Referenzwinkel des Lenkrades zu erreichen. Weiterhin solltejeder Winkel des Vorderrades unabhängig mit dem Referenzwinkeldes Lenkrades im Gleichlauf sein und die beiden Winkel der Vorderräder sichnicht gegenseitig beeinflussen. Diese Gleichlauf-Funktion kann durchAnwenden einer (speziellen) Gestaltung des Regelsystems erreichtwerden, die in den Regler 13 der Vorderräder desoben erwähntenSubsystems 15 der Vorderräder implementiert wird.In a conventional vehicle steering system, with typical mechanical connections, a front wheel receives direct input signals from the vehicle steering wheel. Furthermore, the angles of the front wheels are in mechanical synchronization with the angle of the steering wheel. In the steer-by-wire system of the present invention with the above subsystem 15 of the front wheels (without mechanical connection), a signal of the steering angle can be transmitted to the subsystem of the front wheels through electrical cables. A task of the subsystem 15 the front wheels is therefore to achieve the synchronization of the angles of the front wheels (each front wheel) with a reference angle of the steering wheel. Furthermore, each angle of the front wheel should be in synchronization with the reference angle of the steering wheel and the two angles of the front wheels should not influence each other. This synchronization function can be achieved by applying a (special) design of the control system, which is included in the controller 13 the front wheels of the subsystem mentioned above 15 the front wheels are implemented.
[0029] Die Gestaltung des Kontrollsystemsder Vorderrädersollte den Koppeleffekt der Winkel der Vorderräder, Unsicherheiten des Vorderradsystemsund Nicht-Linearitätberücksichtigen.Wie weiter unten genauer beschrieben, regelt der Regler 13 derVorderräderdes Subsystems 15 der Vorderräder jedes Vorderrad unabhängig undgetrennt (vom anderen), um die Gleichlauf-Funktion des Winkels des Vorderradesim Gleichlauf mit dem Winkel des Lenkrades, durch Anwenden der Verfahrender Mehrfach-Regelung, zu implementieren.The design of the control system of the front wheels should take into account the coupling effect of the angles of the front wheels, uncertainties of the front wheel system and non-linearity. As described in more detail below, the controller regulates 13 the front wheels of the subsystem 15 the front wheels each front wheel independently and separately (from the other) to implement the synchronism function of the angle of the front wheel in synchronization with the angle of the steering wheel by applying the multiple control methods.
[0030] Das Subsystem 16 des Lenkradesweist das Lenkrad 44, montiert auf der Lenksäule 46,auf. In dieser Realisierung ist der Sensor 48 des Lenkradesmit der Lenksäule 46 oderdem Stellglied 52 des Lenkrades verbunden, um einen Winkeldes Lenkrades zu erfassen. Der Sensor 48 des Lenkradesist in elektrischem Kontakt mit dem Regler 14 des Lenkrades,der vom Sensor 48 Signale, die den Winkel des Lenkradesbezeichnen, erhält.Das Subsystem 16 des Lenkrades hat weiterhin den Motorverstärker 50 desLenkrades, in elektrischem Kontakt mit dem Regler 14 desLenkrades, um Regelsignale zu empfangen und um ein Stromsignal für das Stellglied 52 desLenkrades zur Verfügungzu stellen. Das Stellglied 52 des Lenkrades ist in elektrischemKontakt mit dem Motorverstärker 50,um Strom vom Verstärker 50 zuerhalten und (mechanisch) an der Lenksäule 46 befestigt,um ein Reaktions-Drehmomentam Lenkrad 44 zu erzeugen. Der Regler 14 des Lenkradesempfängtein Winkelsignal des Lenkrades, Winkelsignale der Vorderräder, Drehmoment-Signaleder Vorderräder undFahrzeugsignale (nicht dargestellt) und erzeugt ein Regelsignaldes Lenkrades.The subsystem 16 of the steering wheel has the steering wheel 44 , mounted on the steering column 46 , on. The sensor is in this implementation 48 the steering wheel with the steering column 46 or the actuator 52 connected to the steering wheel to detect an angle of the steering wheel. The sensor 48 the steering wheel is in electrical contact with the controller 14 the steering wheel from the sensor 48 Receives signals that indicate the angle of the steering wheel. The subsystem 16 the steering wheel still has the motor amplifier 50 the steering wheel, in electrical contact with the controller 14 the steering wheel to receive control signals and a current signal for the actuator 52 to provide the steering wheel. The actuator 52 the steering wheel is in electrical contact with the motor amplifier 50 to power from the amplifier 50 to get and (mechanically) on the steering column 46 attached to a reaction torque on the steering wheel 44 to create. The regulator 14 of the steering wheel receives an angle signal of the steering wheel, angle signals of the front wheels, torque signals of the front wheels and vehicle signals (not shown) and generates a control signal of the steering wheel.
[0031] In einem herkömmlichen Lenksystem mit mechanischenVerbindungen steuert ein Fahrer des Fahrzeugs durch Drehen des Lenkradesdirekt die Richtung des Fahrzeugs und erhält ein Lenkgefühl aus einem resultierendenDrehmoment in der Lenksäule.Das Lenkgefühlstellt Informationen bezüglichder Kontaktflächender Antriebsräderdes Fahrzeugs mit der Straßezur Verfügung.Das Lenkgefühlkann fürden Fahrer des Fahrzeugs, zur Kontrolle der Richtung und der Fahrsicherheitdes Fahrzeugs, bedeutend sein. In einem Steer-By-Wire-System ohnemechanische Verbindung des Lenkrades mit den Vorderrädern, gemäß der gegenwärtigen Erfindung,kann ein vertrautes Lenkgefühldurch das Subsystem des Lenkrades, mit einer Struktur der selbsttätigen Regelung,erzeugt werden. Die Hauptaufgaben des Subsystems 16 desLenkrads sind deshalb, ein realistisches Lenkgefühl für den Fahrer des Fahrzeugssowie ein Referenz- Signaldes Winkels des Lenkrades fürdas Subsystem 15 der Vorderräder zur Verfügung zustellen.In a conventional steering system with mechanical connections, a driver of the vehicle directly controls the direction of the vehicle by turning the steering wheel and receives a steering feeling from a resultant torque in the steering column. The steering feel provides information regarding the contact areas of the drive wheels of the vehicle with the road. The steering feel can be important for the driver of the vehicle to control the direction and driving safety of the vehicle. In a steer-by-wire system without mechanical connection of the steering wheel to the front wheels, according to the present invention, a familiar steering feeling can be generated by the steering wheel subsystem with a structure of the automatic control. The main tasks of the subsystem 16 of the steering wheel are therefore a realistic steering feel for the driver of the vehicle and a reference signal of the angle of the steering wheel for the subsystem 15 of the front wheels.
[0032] Das Subsystem 16 des Lenkradessollte weiterhin eine Funktion des aktiven Zurückstellens des Lenkrades inunterschiedlicher Stärkezur Verfügungstellen, wenn der Fahrer, währendsich das Fahrzeug in Bewegung befindet, das Lenkrad loslässt. DasLenkrad ist deshalb nicht darauf beschränkt, den Vorderrädern zu folgen,wie es in einem herkömmlichenLenksystem angewendet wird. In einem speziellen Fall der Forderung desaktiven Zurückstellensdes Lenkrades sollte das Lenkrad in einem bestimmten Winkel stehenbleiben, wenn der Fahrer das Lenkrad, (zum Beispiel) wenn das Fahrzeugparkt, loslässt.Diese Funktionen können durchAnwenden von Designverfahren des Regelsystems, implementiert inden Regler 14 des Lenkrades des oben erwähnten Subsystems 16 desLenkrades, realisiert werden.The subsystem 16 of the steering wheel should also provide a function of actively resetting the steering wheel in different strengths when the driver releases the steering wheel while the vehicle is in motion. The steering wheel is therefore not limited to following the front wheels as used in a conventional steering system. In a special case of actively resetting the steering wheel, the steering wheel should stop at a certain angle when the driver releases the steering wheel (for example) when the vehicle is parked. These functions can be implemented by applying control system design techniques implemented in the controller 14 the steering wheel of the subsystem mentioned above 16 the steering wheel.
[0033] Das Subsystem 16 des Lenkradesstellt, durch die Gestaltung des Regelsystems, ein Lenkgefühl, ein aktivesZurückstellendes Lenkrades in unterschiedlicher Stärke und eine Haltefunktiondes Lenkrades zur Verfügung.In dieser Realisierung sollte die Gestaltung des Regelsystems berücksichtigen,wie alle Funktionen in einem Framework des Regelsystems, mit denAnforderungen von Stabilitätund Leistung an das Subsystem 16 des Lenkrades, erfüllt werdenkönnen.Es muss beachtet werden, dass die gegenwärtige Erfindung auf ein variablesLenkgefühldurch Verwenden eines Regelkreises des Lenkrades zielt. Wie untendargestellt wird, implementiert der Regler 14 des Lenkradesdes Subsystems 16 des Lenkrades die Regelung des Reaktions-Drehmomentsdes Lenkrades, das mit dem Lenkgefühl verbunden ist.The subsystem 16 of the steering wheel creates a steering feel through the design of the control system active resetting of the steering wheel in different strengths and a holding function of the steering wheel available. In this implementation, the design of the control system should take into account, like all functions in a framework of the control system, with the requirements of stability and performance on the subsystem 16 of the steering wheel can be met. It should be noted that the present invention aims at a variable steering feel by using a control loop of the steering wheel. As shown below, the controller implements 14 the steering wheel of the subsystem 16 the steering wheel, the regulation of the reaction torque of the steering wheel, which is associated with the steering feel.
[0034] Wie in 1 dargestellt,ist der Regler 14 des Lenkrades in elektrischem Kontaktmit dem Regler 13 der Vorderräder. Die Regler 13 und 14 sindin einem Steer-By-Wire-Regelmodul 12 integriert, um dieoben erwähntenLenkfunktionen zu implementieren. Das Steer-By-Wire-Regelmodul 12 erhält weiterhinzusätzliche Signaledes Fahrzeugs, zum Beispiel: Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Neigungs-bzw. Gierrate und laterale Beschleunigung. Diese können durchden Einbau von Sensoren fürdie Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Neigungsrate und die lateraleBeschleunigung erhalten werden.As in 1 shown is the controller 14 the steering wheel in electrical contact with the controller 13 the front wheels. 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 12 also receives additional signals from the vehicle, for example: speed of the vehicle, rate of inclination or yaw and lateral acceleration. These can be obtained by installing sensors for the speed of the vehicle, the rate of inclination and the lateral acceleration.
[0035] 2 verdeutlichtein Blockdiagramm des Steer-By-Wire-Regelsystems mit dem Subsystem 15 der Vorderräder unddem Subsystem 16 des Lenkrades, gemäß der gegenwärtigen Erfindung.Die in 2 dargestellteStruktur des Regelsystems, das auf der Anordnung des Lenksystemsin 1 basiert, beschreibt Komponentenmit Blöckenund das Maß derVariablen, Kontroll-Variable,Eingangs- und Ausgangs-Variable und Referenz-Variable. 2 illustrates a block diagram of the steer-by-wire control system with the subsystem 15 the front wheels and the subsystem 16 of the steering wheel, according to the present invention. In the 2 shown structure of the control system based on the arrangement of the steering system in 1 based, describes components with blocks and the size of the variable, control variable, input and output variable and reference variable.
[0036] Wie in 2 dargestellt,weist das Subsystem der Vorderräder 15 einenReferenzbefehl-Generator 110 auf, der einen Winkel desLenkrades Θ_s und Fahrzeugsignale empfängt. SolcheFahrzeugsignale können dieGeschwindigkeit des Fahrzeugs, die Neigungsrate und die lateraleBeschleunigung einschließen.Der Referenzbefehl-Generator 110 bestimmt die Referenzwinkeldes linken und rechten Vorderrades Θ_refl und Θ_refr, wobei der Generator 110 einenAlgorithmus, basierend auf dem Winkelsignal des Lenkrades und denFahrzeugsignalen, verwendet. Der Referenzwinkel des linken Vorderrades Θ_refl ist bezeichnend für eine geforderte Winkelpositiondes linken Vorderrades und der Referenzwinkel des rechten Vorderrades Θ_refr ist bezeichnend für eine geforderte Winkelpositiondes rechten Vorderrades. Die Referenzwinkel der Vorderräder Θ_refl und Θ_refr könnengleiche oder unterschiedliche Werte haben.As in 2 shown, has the subsystem of the front wheels 15 a reference command generator 110 on, which receives an angle of the steering wheel Θ _s and vehicle signals. Such vehicle signals can include the speed of the vehicle, the rate of incline, and the lateral acceleration. The reference command generator 110 determines the reference _{angles of} the left and right front _wheels Θ _refl and Θ _refr , using the generator 110 uses an algorithm based on the angle signal of the steering wheel and the vehicle signals. The reference angle of the left front wheel Θ _refl is indicative of a required angular position of the left front wheel and the reference angle of the right front wheel Θ _refr is indicative of a required angular position of the right front wheel. The reference _{angles of} the front wheels Θ _refl and Θ _refr can have the same or different values.
[0037] Die gegenwärtige Erfindung stellt eineRückkopplungs-Servoregelungder Vorderrädervor, welche die Gleichlauf-Funktion der aktuellen Winkel der Vorderräder zu dengeforderten Referenzwinkeln der Vorderräder Θ_refl und Θ_refr implementiert. Ein Grund für die Anwendungder Rückkopplungs-Servoregelung ist,genug Steifheit des Drehmoments zu erhalten, um die Vorderräder zu bewegenund um die geforderte Genauigkeit des Winkelgleichlaufs der Vorderräder, miteinem Minimum an Gleichlauf-Fehler,zu realisieren. Die Winkel der Vorderräder können im Gleichlauf mit denReferenzwinkeln der Vorderrädersein und schließenden Effekt von äußeren Sör-Drehmomentenaus, wenn die äußeren Stör-Drehmomentekleiner als die Steifheit des Drehmoments der Servoregelung ist.Die üblichenStör-Drehmomenteumfassen: die Reibung der Vorderräder auf der Straße, Störungen derStraßenoberfläche undWindböen.Die Gestaltung des Steer-By-Wire-Regelsystems wird deshalb die Gestaltungeines Servoregel-Systems.Weil das Subsystem der Vorderräderzwei Eingänge (denReferenzwinkel des linken Vorderrades Θ_refl undden Referenzwinkel des rechten Vorderrades Θ_refr)und zwei Ausgänge(der aktuell gemessene Winkel des linken Vorderrads Θ_rl und der aktuell gemessene Winkel des rechtenVorderrades Θ_rr) mit einem veränderlichen Grad an Gleichlaufder Winkel der Vorderräderhat, wird die Mehrfach-Servoregelung für das Subsystem der Vorderräder verwendet.The present invention introduces a feedback servo control of the front wheels, which implements the synchronization function of the current angles of the front wheels with the required reference angles of the front wheels Θ _refl and Θ _refr . One reason for using the feedback servo control is to get enough stiffness of the torque to move the front wheels and to achieve the required accuracy of the angular tracking of the front wheels with a minimum of tracking errors. The angles of the front wheels can be in sync with the reference angles of the front wheels and exclude the effect of external torques if the external torques are less than the stiffness of the torque of the servo control. Common disturbance torques include: front wheel friction on the road, road surface disturbances and wind gusts. The design of the steer-by-wire control system is therefore the design of a servo control system. Because the front wheel subsystem has two inputs (the reference angle of the left front wheel Θ _refl and the reference angle of the right front wheel Θ _refr ) and two outputs (the currently measured angle of the left front wheel Θ _rl and the currently measured angle of the right front wheel Θ _rr ) with one variable degree of synchronism the angle of the front wheels, the multiple servo control is used for the subsystem of the front wheels.
[0038] Wie in 2 dargestellt,weist deshalb die rückgekoppelteMehrfach-Servoregelungdes Subsystems 15 der Vorderräder weiterhin eine Rückkopplungsschleifeder Winkelposition der Vorderräderund eine Rückkopplungsschleifeder Rate des inneren Rades auf. Die Rückkopplungsschleife der Winkelpositionder Vorderrädersetzt sich zusammen aus dem (Mehrfach-) Regler der Vorderräder 120 undder Regelstrecke 124 der Vorderräder, basierend auf den Rückkopplungssignalender Winkelposition der Vorderräder Θ_rl und Θ_rr. Die Rückkopplungsschleifedes Verhältnissesder Vorderrädersetzt sich zusammen aus der Regelstrecke 124 und dem Rückkopplungs-Kompensator 140 desVerhältnissesder Vorderräder,basierend auf den Rückkopplungssignalender Winkelverhältnisseder Vorderräder ω_rl und ω_rr.As in 2 shown, therefore shows the feedback multiple servo control of the subsystem 15 of the front wheels further has a feedback loop of the angular position of the front wheels and a feedback loop of the rate of the inner wheel. The feedback loop of the angular position of the front wheels is made up of the (multiple) controller of the front wheels 120 and the controlled system 124 of the front wheels based on the feedback signals of the angular position of the front wheels Θ _rl and Θ _rr . The feedback loop of the ratio of the front wheels is made up of the controlled system 124 and the feedback compensator 140 the ratio of the front wheels based on the feedback signals of the angular relationships of the front wheels ω _rl and ω _rr .
[0039] Die Regelstrecke der Vorderräder 124 sitztim Subsystem der Vorderräder,zwischen den Eingangs-Regelsignalen u_cl undu_cr der Motorantriebe 15a, 15b (nach 2 sind dies 156 und 158)und den Ausgangs-Signalen Θ_rl und Θ_rr der Winkel der Vorderräder, dargestellt in 2. Die Anordnung des Subsystems derVorderräderumfasst die Komponenten, dargestellt in 1, die einschließen, aber nicht beschränkt sind auf:die Vorderräder,die Motorverstärker,die Stellglieder, die Sensoren fürdie Winkel der Vorderräderund die Spurstangen.The controlled system of the front wheels 124 sits in the subsystem of the front wheels, between the input control signals u _cl and u _{cr of} the motor drives 15a . 15b (to 2 are these 156 and 158 ) and the output signals Θ _rl and Θ _rr the angle of the front wheels, shown in 2 , The arrangement of the front wheel subsystem includes the components shown in 1 , which include, but are not limited to: the front wheels, the motor amplifiers, the actuators, the sensors for the angles of the front wheels and the tie rods.
[0040] Wie in 2 dargestellt,weist die Rückkopplungsschleifedes Verhältnissesder Vorderräderdie Regelstrecke 124, den Differenzierer 145,um von den Winkeln der VorderräderWinkelverhältnisseder Vorderräderzu erzeugen, und den Kompensator 140 des Rückkopplungs-Verhältnissesder Vorderräderauf. Die Rückkopplungs-Schleifedes Verhältnissesder Vorderrädermit dem Kompensator des Verhältnissesder Vorderräder 140 erzeugtaus den Signalen des Winkelverhältnissesder Vorderräder ω_rl und ω_rr Rückkopplungs-Signale.Die Signale des Winkelverhältnissesder Vorderräder ω_rl und ω_rr werden in einem Differenzierer 145 aus demWinkel des linken Vorderrades Θ_rl und dem Winkel des rechten Vorderrades Θ_rr erhalten. Sie können ebenfalls durch direkteMessung, durch Verwenden von Sensoren für das Winkelverhältnis derVorderräder, erhaltenwerden. Als ein Teil der Servoregelung der Vorderräder verbessertdie Rückkopplungs-Schleife des Winkelverhältnissesder Vorderräderdie Dämpfungs-Leistungsfähigkeitdes Subsystems der Vorderräder. Dieswird speziell mit dem Rückkopplungs-Kompensatordes Verhältnissesder Vorderrädererreicht. Die Rückkopplungs-Schleifedes Verhältnissesder Vorderräderkann als Teil der Regelstrecke der Vorderräder 124 in 2 erhalten werden, wennman die Gestaltung des Mehrfach-Reglers 120 der Vorderräder für die Positionsschleifebetrachtet.As in 2 shown, the feedback loop of the ratio of the front wheels has the controlled system 124 , the differentiator 145 to generate angular ratios of the front wheels from the angles of the front wheels and the compensator 140 of the feedback ratio of the front wheels. The feedback loop of the ratio of the front wheels with the compensator of the ratio of the front wheels 140 generates feedback signals from the signals of the angular ratio of the front wheels ω _rl and ω _rr le. The signals of the angular ratio of the front wheels ω _rl and ω _rr are in a differentiator 145 obtained from the angle of the left front wheel Θ _rl and the angle of the right front wheel Θ _rr . They can also be obtained by direct measurement using sensors for the angular ratio of the front wheels. As part of the front wheel servo control, the feedback loop of the front wheel angle ratio improves the damping performance of the front wheel subsystem. This is achieved specifically with the front wheel ratio feedback compensator. The feedback loop of the ratio of the front wheels can be part of the controlled system of the front wheels 124 in 2 can be obtained by designing the multiple controller 120 considered the front wheels for the position loop.
[0041] 3 zeigtein schematisches Blockdiagramm des Subsystems der Vorderräder 15 aus 2. Wie dargestellt, umfasstdas Subsystem der Vorderräder 15 einenReferenzbefehl-Generator 110 und eine rückgekoppelte Mehrfach-Servoregelung,die sich aus einem Mehrfach-Regler 120 der Vorderräder undeiner Regelstrecke der Vorderräder 124,basierend auf den Rückkopplungs-Signalender Winkelposition der Vorderräder Θ_rl und Θ_rr, zusammensetzt. Die Rückkopplungs-Schleife des Verhältnissesder Vorderräderist in dieser schematischen Abbildung des Subsystems der Vorderräder 15 zueinem Teil der Regelstrecke der Vorderräder 124 geworden. 3 shows a schematic block diagram of the front wheel subsystem 15 out 2 , As shown, the subsystem includes the front wheels 15 a reference command generator 110 and a feedback multiple servo control, which consists of a multiple controller 120 the front wheels and a controlled system of the front wheels 124 , based on the feedback signals of the angular position of the front wheels Θ _rl and Θ _rr . The feedback loop of the relationship of the front wheels is in this schematic illustration of the subsystem of the front wheels 15 part of the controlled system of the front wheels 124 become.
[0042] Wie in den 2 und 3 dargestellt,werden das Winkelsignal des linken Vorderrades Θ_rl unddas Winkelsignal des rechten Vorderrades Θ_rr indie Summierer 114, 116 nach Subtrahieren mit demjeweiligen Referenzwinkel des linken und des rechten Vorderrades Θ_refl und Θ_refr rückgespeist.Der Winkelsummierer 114 des linken Vorderrades bestimmteinen Winkelfehler des linken Vorderrades e_l zwischendem Referenzwinkel des linken Vorderrades Θ_refl unddem Winkel des linken Vorderrades Θ_rl,wobei der Referenzwinkel des linken Vorderrades Θ_refl durchden Referenzbefehl-Generator 110 bestimmtwird. Der Winkelsummierer 116 des rechten Vorderrades bestimmteinen Winkelfehler des rechten Vorderrades e_r zwischendem Referenzwinkel des rechten Vorderrades Θ_refr undeinem aktuellen Winkel des rechten Vorderrades Θ_rr,wobei der Referenzwinkel des rechten Vorderrades Θ_refr durch den Referenzbefehl-Generator 110 bestimmtwird.As in the 2 and 3 shown, the angle signal of the left front wheel Θ _rl and the angle signal of the right front wheel Θ _rr in the totalizer 114 . 116 of the left and right front wheels and Θ Θ _{refl refr} fed back after subtracting the respective reference angle. The angle summer 114 of the left front wheel determines an angle error of the left front wheel e _l between the reference angle of the left front wheel Θ _refl and the angle of the left front wheel Θ _rl , the reference angle of the left front wheel Θ _refl by the reference _command generator 110 is determined. The angle summer 116 of the right front wheel determines an angle error of the right front wheel e _r between the reference angle of the right front wheel Θ _refr and a current angle of the right front wheel Θ _rr , wherein the reference angle of the right front wheel _{durch refr} by the reference _command generator 110 is determined.
[0043] Wie in den 2 und 3 dargestellt,empfängtder Mehrfach-Regler 120 der Vorderräder vom linken und rechtenSummierer 114, 116 die Fehlersignale vom linkenund rechten Vorderrad e_l, e_r underzeugt jeweilige Regelsignale fürdas linke und rechte Vorderrad u_l und u_r. Der Mehrfach-Regler 120 der Vorderräder istso gestaltet, dass er ein Entkopplungs-Regelverfahren mit Multiple-Input/Multiple-Output(MIMO) verwendet, so dass jede Eingangsvariable des Subsystems derVorderräderin 2 und 3, d.h.der Referenzwinkel des linken Vorderrades Θ_refl undder Referenzwinkel des rechten Vorderrades Θ_refr,unabhängigvoneinander eine Ausgangsvariable beeinflusst, d.h. den Winkel deslinken Vorderrades h_rl und den Winkel desrechten Vorderrades Θ_rr. Die Entkopplungs-Regelung wird weiterunten ausführlicherbeschrieben.As in the 2 and 3 shown, the multiple controller receives 120 the front wheels from the left and right totalizers 114 . 116 the error signals from the left and right front wheels e _l , e _r and generates respective control signals for the left and right front wheels u _l and u _r . The multiple controller 120 The front wheels are designed to use a decoupling control method with multiple input / multiple output (MIMO) so that each input variable of the front wheel subsystem in 2 and 3 . d .H. the reference angle of the left front wheel Θ _refl and the reference angle of the right front wheel Θ _refr , independently of one another, influences an output variable, ie the angle of the left front wheel h _rl and the angle of the right front wheel Θ _rr . The decoupling control is described in more detail below.
[0044] Der Mehrfach-Regler 120 derVorderräderwird im Besonderen eingesetzt, um ein Regelsignal für das linkeVorderrad u_l und ein Regelsignal für das rechteVorderrad u_r zu erzeugen. Wie weiter untenausführlicher zurGestaltung des Mehrfach-Reglers 120 der Vorderräder beschrieben,wird das Regelsignal u_l für das linke Vorderradauf der Basis des Fehlersignals des linken Vorderrades e_l und des Fehlersignals des rechten Vorderradeser gebildet. Ebenso wird das Regelsignal für das rechte Vorderrad u_r auf der Basis des Fehlersignals des rechtenVorderrades er und des Fehlersignals des linken Vorderrades e_l gebildet.The multiple controller 120 the front wheel is used in particular to generate a control signal for the left front wheel u _l and a control signal for the right front wheel u _r . As detailed below for the design of the multiple controller 120 of the front wheels, the control signal u _l for the left front wheel is formed on the basis of the error signal of the left front wheel e _l and the error signal of the right front wheel. Likewise, the control signal for the right front wheel u _{r is formed} on the basis of the error signal of the right front wheel er and the error signal of the left front wheel e _l .
[0045] Wie in 3 dargestellt,wird dann das Regelsignal des linken Vorderrades u_l vomMehrfach-Regler 120 der Vorderräder an die Regelstrecke 124 gesendet,um den Winkel des linken Vorderrades Θ_rl undden Winkel des rechten Vorderrades Θ_rr inder Weise zu regeln, dass der aktuelle Winkel des linken Vorderrades Θ_rl unabhängigdem Referenzwinkel des linken Vorderrades Θ_refl folgt.Ebenso wird das Regelsignal fürdas rechte Vorderrad u_r vom Mehrfachreglerder Vorderräder 120 andie Regelstrecke 124 gesendet, um den aktuellen Winkeldes rechten Vorderrades h_rr und den Winkeldes linken Vorderrades Θ_rl in der Weise zu regeln, dass der aktuelleWinkel des rechten Vorderrades Θ_rr unabhängigdem Referenzwinkel des rechten Vorderrades Θ_refr folgt.As in 3 is shown, the control signal of the left front wheel u _l from the multiple controller 120 the front wheels to the controlled system 124 sent by the angle Θ of the left front wheel _rl and the angle of the right front wheel Θ _rr to regulate in such a manner that the actual angle of the left front Θ _rl independently follows the reference angle of the left front Θ _refl. Likewise, the control signal for the right front wheel u _r from the multiple controller of the front wheels 120 to the controlled system 124 sent to regulate the current angle of the right front wheel h _rr and the angle of the left front wheel Θ _rl in such a way that the current angle of the right front wheel Θ _rr follows the reference angle of the right front wheel Θ _{refr independently} .
[0046] Wie in 2 dargestellt,werden die Regelsignale fürdas linke und rechte Vorderrad u_l, u_r mit den rückgekoppelten Regelsignalender Vorderräderu_lf, u_rf, erzeugtvom Kompensator der Rückkopplungs-Rate,in den jeweiligen Summierern 148, 150 summiert.Im Summierer 148 wird ein Drehmoment-Regelsignal des linken Vorderrades u_cl festgelegt, basierend auf dem Regelsignaldes linken Vorderrades u_cl und dem rückgekoppeltenRegelsignal des Verhältnissesu_lf. Im Summierer 150 wird einDrehmoment-Regelsignal des rechten Vorderrades u_cr festgelegt,basierend auf dem Regelsignal des rechten Vorderrades u_r unddem rückgekoppelten Regelsignaldes Verhältnissesu_rf. In dieser Realisierung, wie dargestellt,werden die rückgekoppeltenRegelsignale des Verhältnissesdes linken und rechten Vorderrades u_lf,u_rf in einer Rückkopplungs-Schleife des Verhältnissesin die jeweiligen Summierer 148, 150 negativ zurück gespeist.As in 2 shown, the control signals for the left and right front wheels u _l , u _r with the feedback control signals of the front wheels u _lf , u _rf , generated by the compensator of the feedback rate, in the respective summers 148 . 150 summed. In the summer 148 a torque control signal of the left front wheel u _{cl is} determined based on the control signal of the left front wheel u _cl and the feedback control signal of the ratio u _lf . In the summer 150 a torque control signal of the right front wheel u _{cr is} determined based on the control signal of the right front wheel u _r and the feedback control signal of the ratio u _rf . In this implementation, as shown, the feedback control signals of the ratio of the left and right front _wheels u _lf , u _{rf are} in a feedback loop of the ratio into the respective summers 148 . 150 fed back negatively.
[0047] Wie in 2 dargestellt,ist die Regelstrecke 124 der Vorderräder im Subsystem 15 derVorderräder beschriebenund umfasst den linken und rechten Motorantrieb 156, 158.Der linke und der rechte Motorantrieb 156, 158 empfangenjeweils Drehmoment-Regelsignale für das linke und rechte Vorderradu_cl, u_cr, um einAusgangs-Drehmoment des Motorantriebs für das linke Vorderrad τ_ul undein Ausgangs-Drehmoment des Motorantriebs für das rechte Vorderrad τ_ur zubestimmen.As in 2 shown is the controlled system 124 of the front wheels in the subsystem 15 of the front wheels and includes the left and right motor drives 156 . 158 , The left and right motor drives 156 . 158 receive torque control signals for the left and right front wheels u _cl , u _cr , respectively, about an output torque of the motor drive for the left front wheel τ _ul and an output torque of the motor to determine the drive for the right front wheel τ _ur .
[0048] In dieser Erfindung werden in 2 die äußeren Störungen an den Vorderrädern durchvergleichbare Stör-Drehmomente τ_dl und τ_dr repräsentiert.Wie dargestellt, werden die vergleichbaren Stör-Drehmomente des linken undrechten Vorderrades τ_dl und τ_dr an den Summierern 160, 162 derRegelstrecke der Vorderräder 124 angelegt.Das Stör-Drehmomentdes linken Vorderrades τ_dl repräsentiertden Einfluss aller Störungen,im Subsystem der Vorderräder,auf das Ausgangs-Drehmoment des Motorantriebs des linken Vorderrades τ_ul durch Hinzufügen von τ_dl amSummierer 160. Am Ausgang des Summierers 160 wirdein Regelsignal für daseffektive Drehmoment fürdas linke Vorderrad τ_cl erzeugt. Das Stör-Drehmoment des rechten Vorderrades τ_dr repräsentiertden Einfluss aller Störungen,im Subsystem der Vorderräder,auf das Ausgangs-Drehmoment des Motorantriebs des rechten Vorderrades τ_ur durchHinzufügenvon τ_dr am Summierer 162. Am Ausgangdes Summierers 162 wird ein Regelsignal für das effektiveDrehmoment fürdas rechte Vorderrad τ_cr erzeugt.In this invention, in 2 represents the external disturbances on the front wheels by comparable disturbing torques τ _dl and τ _dr . As shown, the comparable disturbance torques of the left and right front wheels τ _dl and τ _dr at the summers 160 . 162 the controlled system of the front wheels 124 created. The disturbance torque of the left front wheel τ _dl represents the influence of all disturbances, in the subsystem of the front wheels, on the output torque of the motor drive of the left front wheel τ _ul by adding τ _{dl to} the totalizer 160 , At the exit of the summer 160 a control signal for the effective torque for the left front wheel τ _{cl is} generated. The disturbance torque of the right front wheel τ _dr represents the influence of all disturbances, in the subsystem of the front wheels, on the output torque of the motor drive of the right front wheel τ _ur by adding τ _{dr to} the totalizer 162 , At the exit of the summer 162 a control signal for the effective torque for the right front wheel τ _{cr is} generated.
[0049] Wie in 2 dargestellt,wird das Regelsignal des effektiven Drehmoments für das linkeVorderrad τ_cl in den Motor für das linke Vorderrad 164 geleitet,der ein entsprechendes Drehmoment an der Last 168 erzeugt,um eine Winkeländerungam linken und rechten Vorderrad zu bewirken. Wie dargestellt, wirddas Regelsignal des effektive Drehmoments für das rechte Vorderrad τ_cr inden Motor fürdas rechte Vorderrad 166 geleitet, der ein entsprechendesDrehmoment an der Last 168 erzeugt, um eine Winkeländerungam rechten und linken Vorderrad zu bewirken. Die Last 168 repräsentiertdie Vorderräderund die Anordnung davon, Sensoren der Vorderräder, und beeinflusst die Dynamikdes Fahrzeugs.As in 2 shown, the control signal of the effective torque for the left front wheel τ _cl in the motor for the left front wheel 164 passed the corresponding torque to the load 168 generated to cause an angle change on the left and right front wheels. As shown, the control signal of the effective torque for the right front wheel τ _cr into the motor for the right front wheel 166 passed the corresponding torque to the load 168 generated to cause an angle change on the right and left front wheels. Weight 168 represents the front wheels and the arrangement thereof, sensors of the front wheels, and influences the dynamics of the vehicle.
[0050] 2 verdeutlichtweiterhin das Subsystem des Lenkrades 16, das den Referenzwinkeldes Lenkrades Θ_s an das Subsystem der Vorderräder zurVerfügungstellt und ein geeignetes Lenkgefühl für den Fahrer des Fahrzeugszur Verfügungstellt. Diese Lenkfunktionen des Subsystems des Lenkrades können durchVerwenden der Struktur der Rückkopplungs-Regelungin 16 erreicht werden, dargestellt in 2. Wie dargestellt, gibt es drei Rückkopplungs-Schleifenim Subsystem des Lenkrades 16, einschließlich: derSchleife des inneren Drehmoments, der Rückkopplungs-Schleife des Lenkrad-Verhältnissesund der Rückkopplungs-Schleife derLenkrad-Position,basierend auf dem jeweils äquivalenten:Drehmoment-Signal der Vorderräderu_rt, Signal des Lenkrad-Verhältnisses ω_s und Winkelsignal des Lenkrades Θ_s. 2 further clarifies the steering wheel subsystem 16 , which provides the reference angle of the steering wheel Θ _s to the subsystem of the front wheels and provides a suitable steering feel for the driver of the vehicle. These steering functions of the steering wheel subsystem can be achieved by using the structure of the feedback control in 16 can be achieved, shown in 2 , As shown, there are three feedback loops in the steering wheel subsystem 16 , including: the inner torque loop, the steering wheel ratio feedback loop and the steering wheel position feedback loop, based on the equivalent: front wheel torque signal u _rt , steering wheel ratio signal ω _s and angle signal the steering wheel Θ _s .
[0051] In dieser Erfindung wird das Drehendes Lenkrades durch einen Fahrer als ein äquivalentes Stördrehmoment τ_d imSubsystem des Lenkrades 16 betrachtet. Das Subsystem desLenkrades 16 mit Rückkopplungenfür: dasDrehmoment, die Rate und die Position ist mit einer Funktion desZurückweisensdes Stördrehmoments,unter der Forderung nach Systemstabilität und -Leistungsfähigkeit,ausgestattet. Wird ein äußeres Stördrehmoment τ_d,das die Lenkbewegung des Fahrers darstellt, auf solch eine selbsttätige Regelungausgeübt,wird das Subsystem des Lenkrades 16 ein Reaktions-Drehmoment τ_c erzeugen,welches das äquivalente Stördrehmoment τ_d zurückweist.Deshalb wird ein Fahrer, der das Lenkrad des Fahrzeugs hält, beimDrehen des Lenkrads die Änderungdes Reaktions-Drehmomentsfühlen.Durch automatische Einstellparameter des Rückkopplungs-Reglers des Lenkradesim Subsystem des Lenkrades 16, verbunden mit Fahrzeugvariablen, zumBeispiel der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, wird sich das Reaktions-Drehmomentmit den Fahrzeugvariablen und den rückgekoppelten Lenkvariablen(der Winkelstellung des Lenkrades, der Rate des Lenkrades und demDrehmoment der Vorderräder) ändern. AlsErgebnis kann das Subsystem des Lenkrades 16 ein variablesLenkgefühl,durch Erzeugen des erforderlichen variablen Reaktions-Drehmoments,als Rückkopplung aufdie Handlung des Fahrers, erzeugen.In this invention, the turning of the steering wheel by a driver is considered an equivalent disturbance torque τ _d in the steering wheel subsystem 16 considered. The steering wheel subsystem 16 with feedback for: the torque, the rate and the position is equipped with a function of rejecting the disturbing torque, with the requirement for system stability and performance. If an external disturbing torque τ _d , which represents the steering movement of the driver, is exerted on such an automatic control, the subsystem of the steering wheel becomes 16 generate a reaction torque τ _c , which rejects the equivalent disturbing torque τ _d . Therefore, a driver holding the steering wheel of the vehicle will feel the change in the reaction torque when turning the steering wheel. Through automatic setting parameters of the feedback controller of the steering wheel in the subsystem of the steering wheel 16 Coupled with vehicle variables, such as vehicle speed, the reaction torque will change with the vehicle variables and the feedback steering variables (the angular position of the steering wheel, the rate of the steering wheel and the torque of the front wheels). As a result, the steering wheel subsystem 16 generate a variable steering feel by generating the required variable reaction torque as feedback on the driver's action.
[0052] Das Rückkopplungs-Signal des Drehmomentsin der inneren Drehmoment-Schleifedes Subsystems des Lenkrades kommt vom Bewertungssignal für das Drehmomentder Vorderräder.Wie in 2 dargestellt, werdendie Regelsignale des linken und rechten Vorderrades u_l,u_r im Subsystem 15 der Vorderräder verwendet,um ein äquivalentesDrehmoment-Signal der Vorderräderu_rt am Ausgang des Regelverstärkers 170 der Vorderräder zu erzeugen.Mit anderen Worten kann das Bewertungssignal des Drehmoments derVorderräder u_rt von den Regelsignalen des rückgekoppeltenRegelsystems der Vorderrädererhalten werden. Das äquivalenteDrehmoment-Signal der Vorderräderu_rt ist den Regelsignalen der Vorderräder proportional.Das äquivalenteDrehmoment-Signal der Vorderräderu_rt kann sich entsprechend den Betriebsbedingungendes Vorderradsystems, äußeren Störungen undden Straßenbedingungen ändern. DiesesSignal stellt ein Drehmoment-Signal der Vorderräder zu niedrigen Kosten, mitniedrigem Rauschen und in hoher Qualität zur Verfügung, ohne die Notwendigkeitfür einedirekte Sensormessung des Drehmoments der Vorderräder.The feedback signal of the torque in the inner torque loop of the steering wheel subsystem comes from the evaluation signal for the torque of the front wheels. As in 2 shown, the control signals of the left and right front wheel u _l , u _r in the subsystem 15 of the front wheels used to an equivalent torque signal of the front wheels _rt u at the output of the control amplifier 170 of the front wheels. In other words, the evaluation signal of the torque of the front wheels u _{rt can be obtained} from the control signals of the feedback control system of the front wheels. The equivalent torque signal of the front wheels u _rt is proportional to the control signals of the front wheels. The equivalent torque signal of the front wheels u _rt can change depending on the operating conditions of the front wheel system, external disturbances and the road conditions. This signal provides a front wheel torque signal at a low cost, with low noise and in high quality, without the need for a direct sensor measurement of the torque of the front wheels.
[0053] Wie in 2 dargestellt,wird das äquivalenteDrehmoment-Signal der Vorderräderu_rt in den Summierer 172 des Subsystemsdes Lenkrades gespeist, der das Regelsignal für den Motorantrieb der Lenkungu_s festlegt.As in 2 is shown, the equivalent torque signal of the front wheels u _rt in the summer 172 the subsystem of the steering wheel, which determines the control signal for the motor drive of the steering u _s .
[0054] Wie dargestellt, empfängt derMotorantrieb 174 des Lenkrades das Regelsignal für den Motorantrieb derLenkung u_s und erzeugt das Reaktions-Drehmoment τ_c durchVerwenden des Lenkradmotors 178, der mit dem Lenkrad verbundenist. Das Reaktions-Drehmoment τ_c ist proportional dem äquivalenten Stör-Drehmomentdes Fahrers τ_d. Die Beziehung ist an Summierer 176,mit der Ausgabe des effektiven Drehmoments τ_m, dargestellt.Das effektive Drehmoment τ_m stellt die Differenz zwischen dem äquivalentenStör-Drehmomentdes Fahrers τ_d und dem Reaktions-Drehmoment τ_c dar.Hat τ_m einen positiven oder negativen Wert, wirddas Lenkrad gedreht und hat τ_m den Wert Null, dreht sich das Lenkrad nicht.Das effektive Drehmoment τ_m hat ebenfalls Auswirkung auf die Winkeländerungdes Lenkrades, wenn sich das äquivalenteStördrehmoment τ_d durchden Fahrer ändert.As shown, the motor drive receives 174 of the steering wheel, the control signal for the motor drive of the steering u _s and generates the reaction torque τ _c by using the steering wheel motor 178 , which is connected to the steering wheel. The reaction torque τ _c is proportional to the equivalent disturbing torque of the driver τ _d . The relationship is at summers 176 , with the output of the effective torque τ _m . The effective torque τ _m represents the difference between the equivalent disturbing torque of the driver τ _d and the reaction torque τ _c . If τ _{m has} a positive or negative value, the steering becomes wheel turned and has τ _m the value zero, the steering wheel does not turn. The effective torque τ _m also has an effect on the change in angle of the steering wheel when the equivalent disturbing torque τ _d changes by the driver.
[0055] Das Rate-Signal des Lenkrades ω_s wird durch eine Differenzier-Operationdes Lenkradwinkels Θ_s in Block 196 erhalten und wirdvom Kompensator der Rückkopplungs-Rate 171 empfangen.Das Regelsignal am Ausgang des Kompensators der Rückkopplungs-Rate 171 wirdnegativ in den Summierer 190 gespeist, um die Rückkopplungs-Schleifeder Rate zu bilden. Ein Regelsignal u_cf wirdim Summierer 190 erhalten, der die Differenz berechnet zwischeneinem Regelsignal des Drehmoments des Lenkrades u_c,vom Kompensator der Positionsschleife 184 und einem rückgekoppeltenRegelsignal u_sf, vom Rückkopplungs-Kompensator derRate 171. Ein verstärktesRegelsignal u_ct am Ausgang der Schleifenverstärkung 192 wirdverwendet, um das Regelsignal fürden Motorantrieb u_s am Summierer 172 zuerhalten, basierend auf dem äquivalentenRückkopplungs-Signaldes Drehmoments u_rt. Die Aufgabe der Rückkopplungs-Schleifeder Rate ist, eine einstellbare Rückstellrate des Lenkrades,durch Zusammenarbeit mit der Rückkopplungs-Schleifedes inneren Drehmoments und der Rückkopplungs-Schleife der Winkelposition des Lenkrades,zu erzeugen. Lässtder Fahrer das Lenkrad los, wird es sich in Mittelstellung zurückstellen,oder bei einem bestimmten Winkel, mit einer einstellbaren Rate,stehen bleiben.The rate signal of the steering wheel ω _s is blocked by a differentiating operation of the steering wheel angle Θ _s 196 obtained and is from the compensator of the feedback rate 171 receive. The control signal at the output of the compensator of the feedback rate 171 becomes negative in the totalizer 190 fed to form the rate feedback loop. A control signal u _cf is in the summer 190 obtained, which calculates the difference between a control signal of the torque of the steering wheel u _c , from the compensator of the position loop 184 and a feedback control signal u _sf from the rate feedback compensator 171 , An amplified control signal u _ct at the output of the loop gain 192 is used to control the control signal for the motor drive u _s at the totalizer 172 to get based on the equivalent feedback signal of the torque u _rt . The task of the rate feedback loop is to create an adjustable steering wheel return rate by working in conjunction with the internal torque feedback loop and the steering wheel angular position feedback loop. If the driver releases the steering wheel, it will return to the center position or stop at a certain angle at an adjustable rate.
[0056] 2 verdeutlichtweiterhin, dass ein Referenzwinkel des Lenkrades Θ_sr durch die Verstärkung R2S bestimmt wird, basierendauf den Winkeln des linken und rechten Vorderrades Θ_rl und Θ_rr. Wie dargestellt, wird ein Fehlersignalder Lenkrad-Position es im Summierer 182 erhalten, basierendauf dem Referenzwinkel des Lenkrades h_sr undeinem Winkel des Lenkrades h_s. Der Kompensatorder Positions-Schleife 184 empfängt den Positionsfehler desLenkrades es und bestimmt das Regelsignal des Lenkrades u_c. In dieser Realisierung wird der Winkeldes Lenkrades Θ_s in den Summierer 182 gespeist,um die Rückkopplungs-Schleifeder Position zu bilden. 2 further clarifies that a reference angle of the steering wheel Θ _{sr is} determined by the gain R2S, based on the angles of the left and right front wheels Θ _rl and Θ _rr . As shown, a steering wheel position error signal becomes it in the summer 182 obtained based on the reference angle of the steering wheel h _sr and an angle of the steering wheel h _s . The position loop compensator 184 receives the position error of the steering wheel and determines the control signal of the steering wheel u _c . In this implementation, the angle of the steering wheel Θ _s in the summer 182 fed to form the position feedback loop.
[0057] Das Reaktions-Drehmoment τ_c kanndurch Verändernder Parameter von: dem Kompensator der Positions-Schleife 184,der Schleifenverstärkung 192 undder Verstärkungdes Regelsignals der Vorderräder 170 eingestelltwerden. In einer Situation, wo sich die Parameter im Kompensatorund den Verstärkungen ändern, wirdder Fahrer des Fahrzeugs, wegen der Änderung des Reaktions-Drehmoments τ_c,eine Änderungim Lenkgefühlfeststellen. Um die Parameter der automatischen Justierung in dasSubsystem des Lenkrades in der Weise zu implementieren, dass daseinstellbare Lenkgefühl aufder Basis der Änderungdes Reaktions-Drehmoments τ_c erhalten werden kann, werden die Signaledes Fahrzeugs, wie die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, als Zeitplan-Signalevorgestellt, um die Parameter automatisch einzustellen.The reaction torque τ _c can be changed by changing the parameters of: the compensator of the position loop 184 , the loop reinforcement 192 and the amplification of the control signal of the front wheels 170 can be set. In a situation where the parameters in the compensator and the gains change, the driver of the vehicle will notice a change in the steering feel due to the change in the reaction torque τ _c . In order to implement the parameters of the automatic adjustment in the steering wheel subsystem in such a way that the adjustable steering feel can be obtained on the basis of the change in the reaction torque τ _c , the signals of the vehicle, such as the speed of the vehicle, are used as a schedule - Signals presented to set the parameters automatically.
[0058] 4 zeigtein Blockdiagramm einer rückgekoppeltenMehrfach-Servoregelungder Vorderrädermit dem Mehrfach-Regler 120 der Vorderräder und der Regelstrecke 124 derVorderräder,dargestellt in 3. 4 shows a block diagram of a feedback multiple servo control of the front wheels with the multiple controller 120 the front wheels and the controlled system 124 of the front wheels, shown in 3 ,
[0059] Die Regelstrecke 124 derVorderräderist durch die Verwendung von Blöckenund Transferfunktionen beschrieben worden, was mathematisch einSystem zwischen Ausgangs-Variablen und Eingangs-Variablen auf einerkomplexen Ebene beschreibt. Ein Koppeleffekt zwischen Ausgangs-Variablenund Eingangs-Variablen kann durch Verwenden von 4 klar beschrieben werden. Die Eingangs-Variablender Regelstrecke 124 in 4 sinddie beiden Regelsignale u_l, u_r.Die Ausgangs-Variablen sind die beiden aktuellen Winkelsignale derVorderräder Θ_rl, Θ_rr.The controlled system 124 the front wheel has been described through the use of blocks and transfer functions, which mathematically describes a system between output variables and input variables on a complex level. A coupling effect between output variables and input variables can be achieved by using 4 be clearly described. The input variables of the controlled system 124 in 4 are the two control signals u _l , u _r . The output variables are the two current angle signals of the front wheels Θ _rl , Θ _rr .
[0060] Ein nominales Model der Regelstreckeder Vorderräder 124 zwischenEingangs-Variablen u_l, ur und den Ausgangs-Variablen Θ_rl, Θ_rr kann durch Verwenden der Matrixbeschreibungder Übertragungsfunktionwie folgt gegeben werden:
[0061] Gemäß dem nominalen Modell derRegelstrecke der Vorderräderin Gleichung (1), kann jede Änderungin einer der Eingangs-Variablen, wegen eines Kopplungs-Einflusses, Änderungenin einer der Ausgangs-Variablen verursachen, wenn die Regelstreckenicht von einem (durch einen) Mehrfach-Regler 120 der Vorderräder geregeltwird. Die Gleichung (1) kann umgeformt werden zu: 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 front wheel system in equation (1), any change in one of the input variables due to a coupling influence can cause changes in one of the output variables if the system is not one (by one) multiple Controllers 120 the Front wheels is regulated. Equation (1) can be transformed into: Θ _rl = G _ll (s) u _l + G _{r l} (s) u _r and Θ _rr = G _lr (s) u _l + G _rr (s) u _r .
[0062] Es muss beachtet werden, dass sich Θ_rl und Θ_rr ändern,wenn sich u_l ändert und u_r konstantbleibt. Weiterhin werden sich Θ_rl und Θ_rr ändern,wenn sich u_r ändert und u_l konstantbleibt. Die ÜbertragungsfunktionenG_lr und G_rl stellenden Koppeleinfluss dar.It should be noted that Θ _rl and Θ _rr change when u _l changes and u _r remains constant. Furthermore, Θ _rl and Θ _{rr will} change if u _r changes and u _l remains constant. The transfer functions G _lr and G _rl represent the coupling influence.
[0063] Unvermeidliche unsichere Abweichungenwerden verursacht durch Änderungender Straßenbedingungen,der Fahrzeugdynamik und der Anordnung des Subsystems der Vorderräder. Einrealistisches Modell der Regelstrecke wird Abweichungen, verbundenmit dem nominalen Modell aus Gleichung (1), berücksichtigen. Eine Matrix der Übertragungsfunktionfür dieaktuelle Regelstrecke 124 der Vorderräder kann daher beschriebenwerden durch: G(s) = G₀(s)(I + DG(s)), wobeiG₀(s) die nominale Übertragungsfunktion in Gleichung (1),DG(s) eine gebundene Funktion der Unsicherheiten und I eine Identitätsmatrixdarstellt. Das aktuelle nichtlineare Modell der Regelstrecke 124 derVorderräderkann in verschiedenen Arbeitspunkten in der Weise dargestellt werden,dass mehrere nominale Modelle in der Form von Gleichung (1) bestimmtwerden können.Unavoidable uncertainties are caused by changes in road conditions, vehicle dynamics and the arrangement of the front wheel subsystem. A realistic model of the controlled system will take deviations into account, combined with the nominal model from equation (1). A matrix of the transfer function for the current controlled system 124 the front wheels can therefore be described by: G (s) = G ₀ (s) (I + DG (s)), where G ₀ (s) is the nominal transfer function in equation (1), DG (s) is a bound function of Uncertainties and I represents an identity matrix. The current non-linear model of the controlled system 124 The front wheels can be represented in various operating points in such a way that several nominal models can be determined in the form of equation (1).
[0064] Der Mehrfach-Regler der Vorderräder 120 istgestaltet, um die Gleichlauf-Funktionder Winkel der Vorderräderzu implementieren. Multivariable Entkopplungs-Algorithmen zum 'Entkoppeln' oder Ausschaltender Wechselwirkungen der Regelschleifen, die in mehrfach-abhängigen Ausgangs-Variablenin der Regelstrecke der Vorderräder 124 resultieren,könnenangewendet werden. Der Mehrfach-Regler 120 der Vorderräder kann dasMehrfach-Servoregelungssystem in eine Reihe von unabhängigen einschleifigenSubsystemen in der Weise zerlegen, dass der Winkel jedes Vorderrades Θ_rl oder Θ_rr im Gleichlauf mit dem jeweiligen Referenzwinkel jedesVorderrades Θ_refl oder Θ_refr ist.The multiple regulator of the front wheels 120 is designed to implement the synchronism function of the angles of the front wheels. Multivariable decoupling algorithms for 'decoupling' or switching off the interactions of the control loops, which are in multiple-dependent output variables in the control system of the front wheels 124 result, can be applied. The multiple controller 120 of the front wheels, the multiple servo control system can be broken down into a number of independent _{single loop} subsystems such that the angle of each front wheel is Θ _rl or Θ _rr in synchronization with the respective reference angle of each front wheel Θ _refl or Θ _refr .
[0065] Wie in 4 dargestellt,sind die Eingangs-Variablen des Mehrfach-Reglers 120 derVorderräderdie Fehlersignale des linken und rechten Vorderrades e_l,e_r. Die Ausgangs-Variablen sind das linkeund das rechte Regelsignal u_l, u_r. Die Beziehung zwischen den Eingängen undAusgängenkann durch Anwenden einer Matrix der Übertragungsfunktion wie folgtbeschrieben werden:
[0066] Gemäß dem Mehrfach-Regler der Vorderräder in Gleichung(2), kann jede Änderungin einer der Variablen der Eingangsfehler Änderungen in einer der Ausgangs-Variablenverursachen, um das Ziel des Entkoppelns der Kopplungseinflüsse in derRegelstrecke 124 zu erreichen. Die Gleichung (2) kann weiterhinumgeformt werden nach: 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 multiple controller of the front wheels in equation (2), any change in one of the variables of the input errors can cause changes in one of the output variables to achieve the goal of decoupling the coupling influences in the controlled system 124 to reach. Equation (2) can also be transformed into: 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 .
[0067] Es muss beachtet werden, dass sichu_l und u_r ändern, wennsich e_l ändertund e_r konstant bleibt, und sich u_l und u_r ebenfalls ändern, wennsich er ändertund e_l konstant bleibt. Die ÜbertragungsfunktionenC_lr und C_rl repräsentiereneinen Entkopplungs-Term und verringern oder beseitigen umgekehrtden Koppeleinfluss der Kopplung, die durch G_lr undG_rl in Gleichung (1) beschrieben ist.It should be noted that u _l and u _r change when e _l changes and e _r remains constant, and u _l and u _r also change when it changes and e _l remains constant. The transfer functions C _lr and C _rl represent a decoupling term and conversely reduce or eliminate the coupling influence of the coupling described by G _lr and G _rl in equation (1).
[0068] Die Gestaltung des Mehrfach-Regelungssystemsder Vorderräderkann in einem Standard-Problem-Framework beschrieben werden. DasBlockdiagramm des Standard-Problems für die Gestaltung des Mehrfach-Regelungssystemsistin 5 gezeigt, wobeiP(s) eine erweiterte Regelstrecke, einschließlich einer nominell geregeltenRegelstrecke und Wichtungsfunktionen eines Regelsystems ist. K(s)ist ein Regler, der (bereits) gestaltet ist. Die Signale werdenwie folgt beschrieben: u ist eine Regelvariable, y ist eine gemessene Variable,w ist ein von außenverursachtes Signal und z ist ein Regelziel. Das Standard-Problemin 5 kann wie folgtbeschrieben werden:
[0069] Die Matrix der Übertragungsfunktion eines Regelkreisesvon w nach z kann gegeben sein durch: F_wz(s) = P₁₁(s)+ P₁₂(s)K(s)(I – P₂₂(s)K(s))^–1 P₂₁(s). (5) The matrix of the transfer function of a control loop from w to z can be given by: F _wz (s) = P ₁₁ (s) + P ₁₂ (s) K (s) (I - P ₂₂ (S) K (s)) ^-1 P ₂₁ (S). (5)
[0070] Als ein Beispiel des Mehrfach-Regelungssystemsder Vorderräder,entsprechend der gegenwärtigen Erfindung,ist eine Mehrfach-Regelung H_∞ beschrieben. Die RegelungH_∞ nimmteinen Worst-Case-Effekt, also den schlechtestmöglichen Fall, in einem Unsicherheits-Modellin die Betrachtungen auf und kann die Gestaltung eines Mehrfach-Rückkopplungs-Systems implementieren,das gegenüberUnsicherheiten und Störungen robustist. Es kann verwendet werden, um das Gestaltungsproblem des Mehrfach-Servoregelungs-Systems mitder variablen Entkopplung zu lösen.Dadurch, dass hier die Ziele der Gleichlauf der Referenzwinkel der Vorderräder unddie Regelung der Stabilitätder Robustheit unter Unsicherheiten sind, wird der Regler K(s) durchMinimieren einer Größe einergewichteten Kombination aus Empfindlichkeit und komplementärer Übertragungsfunktionder Empfindlichkeiten künstlicherzeugt, weiter unten diskutiert.As an example of the multiple control system of the front wheels according to the present invention, a multiple control H _{∞ is} described. The regulation H _∞ takes a worst case effect, i.e. the worst case, into consideration in an uncertainty model and can implement the design of a multiple feedback system that is robust against uncertainties and disturbances. It can be used to solve the design problem of the multiple servo control system with variable decoupling. Since the goals here are the synchronization of the reference angles of the front wheels and the regulation of the stability of the robustness under uncertainties, the controller K (s) is artificially generated by minimizing a size of a weighted combination of sensitivity and complementary transfer function of the sensitivities, discussed below ,
[0071] Bei der Betrachtung des Servoregelungs-Systems, dargestellt in 4,könnendie Matrizen der Übertragungsfunktionder Empfindlichkeit und der Übertragungsfunktionder komplementärenEmpfindlichkeit wie 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) When considering the servo control system, shown in 4 , the matrices of the transfer function of sensitivity and the transfer function of complementary sensitivity 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)
[0072] Die Einzelwerte (singular-values) σ(S) der Matrix der EmpfindlichkeitsfunktionS(s) bestimmen das Dämpfungsvermögen, basierendauf σ(S) ≤ σ(W₁^–1) , wobei W_l^–1 der geforderte Dämpfungsfaktorder Störung ist.Die Singular-Values σ(T) derMatrix der Übertragungsfunktionder komplementärenEmpfindlichkeit T(s) ist die Messung der robusten Stabilität des Mehrfach-Rückkopplungssystemsder Vorderräder, basierend auf σ(S) ≤ σ(W₂^–1) , wobei W₂^–1 die größte erwartetemultiplikative Abweichung der Regelstrecke ist. Die Anforderungenan die Leistungsfähigkeitund die robuste Stabilitätdes Regelsystems, einschließlichder Entkopplung der Variablen, kann durch die WichtungsfunktionenW₁(s) und W₂(s),innerhalb eines Standard-Problem-Framework spezifiziert werden,dargestellt in 6. DieMatrix der Übertragungsfunktiondes Regelkreises von w nach z kann daher, solche Anforderungen berücksichtigend,wie folgt beschrieben werden:
[0073] Die Gleichung (8) ist eine speziellerForm der Gleichung (5). Ein Standard-Regelproblem H_∞ kann durchFinden von K(s) angegeben werden, um die Bedingung: ∥F_zw(S)∥_∞ ≤ 1 (9)unter derBedingung zu erfüllen,dass das Regelsystem stabil ist, wobei die Norm H_∞ derMatrix F_zw(s) bezeichnet. Durch die geeigneteWahl der Wichtungsfunktionen W₁(s) und W₂(s) kann der Regler H_∞ gestaltetwerden, um das Kriterium (9) in der Art zu erfüllen, dassdas Servo-Regelungssystem mit der geforderten Leistungsfähigkeitrobust stabil ist.Equation (8) is a special form of equation (5). A standard control problem H _∞ can be given by finding K (s) to satisfy the condition: ∥F _tw (S) ∥ _∞ ≤ 1 (9) under the condition that the control system is stable, the standard H _∞ denoting the matrix F _zw (s). By choosing the appropriate weighting functions W ₁ (s) and W ₂ (s), the controller H _{∞ can be} designed to meet the criterion ( 9 ) in such a way that the servo control system with the required performance is robust and stable.
[0074] Wie bereits oben erwähnt, ändert sichdie Dynamik der Regelstrecke 124 der Vorderräder mitden Straßenbedingungen,der Fahrzeugdynamik und der Systemanordnung der Vorderräder selbst.Weiterhin ändert sichdie Verstärkungs-Dynamikder Regelstrecke 124 der Vorderräder beträchtlich mit der Geschwindigkeitdes Fahrzeugs. Aus diesem Grund ist die Regelstrecke der Vorderräder nicht-linear.Die Strategie des Gain Scheduling ist ein wirksamer Weg der Kontrollevon Systemen, deren Dynamik sich mit den Betriebsbedingungen ändert. DieseStrategie wird typisch verwendet, um nicht-lineare Regelstrecken,wo eine Beziehung zwischen der Dynamik der Regelstrecke und Betriebsbedingungenbekannt ist, zu regeln. In dieser Erfindung ist eine Regelstrategiedes Gain Scheduling implementiert, um die Leistungsfähigkeitvon Gleichlauf und Entkopplung des Servoregelungs-Systems der Vorderräder zu erfüllen.As already mentioned above, the dynamics of the controlled system change 124 of the front wheels with the road conditions, the vehicle dynamics and the system arrangement of the front wheels themselves. Furthermore, the gain dynamics of the controlled system change 124 of the front wheels considerably at the speed of the vehicle. For this reason, the controlled system of the front wheels is non-linear. The Gain Scheduling strategy is an effective way of controlling systems whose dynamics change with operating conditions. This strategy is typically used to control non-linear systems where a relationship between the dynamics of the system and operating conditions is known. In this invention, a control strategy of gain scheduling is implemented to meet the performance of synchronism and decoupling of the front wheel servo control system.
[0075] Um die Regelung des Gain Schedulinganzuwenden, müssenmehrere nominale Modelle der Regelstrecke 124 der Vorderräder, dargestelltin 4 und Gleichung (1),an verschiedenen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs bestimmt werden.Die Änderungdes Gain der Regelstrecke der Vorderräder 124 ist durchVerwenden nominaler Modelle an den verschiedenen Arbeitspunktenquantitativ beschrieben. Jeder entsprechende Mehrfachregler derVorderräderim verschiedenen Arbeitspunkt kann, durch Verwenden des oben erwähnten Verfahrens,basierend auf jedem nominalen Modell, gestaltet werden. In dieserRealisierung ändertsich das Gain des Mehrfachreglers 120 automatisch mit derGeschwindigkeit des Fahrzeugs, um eine Änderung des Gain der Regelstreckeder Vorderräder 124 ingeeigneter Weise auszugleichen.To apply the Gain Scheduling scheme, several nominal models of the controlled system must be used 124 of the front wheels, shown in 4 and equation (1) can be determined at different speeds of the vehicle. The change in the gain of the controlled system of the front wheels 124 is quantitatively described using nominal models at the various working points. Each corresponding multiple regulator of the front wheels at different operating points can be designed using the above-mentioned method based on each nominal model. This changes in this realization Gain of the multiple controller 120 automatically with the speed of the vehicle to change the gain of the controlled system of the front wheels 124 compensate in an appropriate manner.
[0076] 6 zeigtein Blockdiagramm des Referenzbefehl-Generators, dargestellt in 2 und 3. Der Generator hat einen Eingang, denWinkel des Lenkrades Θ_s und zwei Ausgänge, die Referenzwinkel deslinken und rechten Vorderrades Θ_refl, Θ_refr. Wie in 6 dargestellt,gibt es zwei Stufen, um den Ausgang des Referenzwinkels des linkenund rechten Vorderrades Θ_refl, Θ_refr aus dem Eingang des Winkels des Lenkrades Θ_s zu erzeugen. In einer ersten Stufe erzeugtder Referenzbefehl-Generator 110 aus dem Winkelsignal des Lenkrades Θ_s die Winkel des linken und rechten Vorderrades Θ_srl, Θ_srr. Dies wird durch Verwenden der Gainblöcke 111, 112 für jedenentsprechenden Winkel des Vorderrades erreicht. Ein proportionalerWert zwischen dem Winkel des Lenkrades und jedem Winkel des Vorderradeskann als Lenkverhältnisbezeichnet werden. Die Gains des linken und rechten LenkverhältnissesL und R in 6 können, entsprechendden Leistungsanforderungen an die Handhabung des Fahrzeugs, in denGainblocks 111 und 112 für den gleichen Eingangswinkeldes Lenkrades Θ_s unterschiedlich gesetzt werden. In dieserRealisierung sind die Ausgängeder Winkel des linken und rechten Vorderrades, wegen der unterschiedlichenGains der LenkverhältnisseL und R fürden selben Eingangswinkel des Lenkrades Θ_s,unterschiedlich. 6 FIG. 4 shows a block diagram of the reference command generator shown in FIG 2 and 3 , The generator has one input, the angle of the steering wheel Θ _s and two outputs, the reference angle of the left and right front wheel Θ _refl , Θ _refr . As in 6 shown, there are two stages to generate the output of the reference angle of the left and right front wheel Θ _refl , Θ _refr from the input of the angle of the steering wheel Θ _s . In a first stage, the reference command generator generates 110 from the angle signal of the steering wheel Θ _s the angle of the left and right front wheel Θ _srl , Θ _srr . This is done by using the gain blocks 111 . 112 reached for each corresponding angle of the front wheel. A proportional value between the angle of the steering wheel and each angle of the front wheel can be referred to as the steering ratio. The left and right steering ratio gains L and R in 6 can, in accordance with the performance requirements for handling the vehicle, in the gain blocks 111 and 112 can be set differently for the same input angle of the steering wheel Θ _s . In this implementation, the outputs of the angles of the left and right front wheels are different because of the different gains of the steering ratios L and R for the same input angle of the steering wheel Θ _s .
[0077] Zur Verbesserung der Leistungsfähigkeitder Lenkung kann ein variables Lenkverhältnis, durch Verwenden derGeschwindigkeit des Fahrzeugs als Zeitplan-Signal implementiertwerden, um die Gains des Lenkverhältnisses L und R zu ändern, dargestelltin 6. Das Lenkverhältnis isttypisch größer beihohen Geschwindigkeiten (etwa 70 bis 150 km/h) und kleiner bei niedrigerenGeschwindigkeiten (0 bis 70 km/h). Jedes Lenkverhältnis kannjedoch bei niedrigen und hohen Geschwindigkeiten verwendet werden,ohne den Geltungsbereich oder Sinn der gegenwärtigen Erfindung zu verlassen.To improve the performance of the steering, a variable steering ratio can be implemented by using the speed of the vehicle as a schedule signal to change the gains of the steering ratio L and R shown in FIG 6 , The steering ratio is typically larger at high speeds (approximately 70 to 150 km / h) and smaller at lower speeds (0 to 70 km / h). However, any steering ratio can be used at low and high speeds without departing from the scope or spirit of the present invention.
[0078] In einer zweiten Stufe implementiertder Referenzbefehl-Generator 110 weiterhin in einer Kalibriereinheit 113 einKalibrieren des linken und rechten Winkels der Vorderräder Θ_srl, Θ_srr. Dies wird entsprechend der Fahrzeuggeometrieund der Anforderung an die Leistungsfähigkeit der Lenkung durchgeführt. Wiedargestellt, sind die Ausgangssignale der Kalibriereinheit 113 dieReferenzwinkel des linken und rechten Vorderrades Θ_refl, Θ_refr. Als ein Beispiel kann ein Ackermann-Winkeloder kann eine Ackermann-Geometrie implementiert werden, um in derKalibriereinheit 113 die geforderten Referenzwinkel deslinken und rechten Vorderrades Θ_refl, Θ_refr zu erzeugen. In dieser Realisierungweist der Ackermann-Winkel auf einen Durchschnittswinkel der Vorderräder hin.Eine optimierte Ackermannn-Geometriein den Winkeln der Vorderräderkann währenddes Drehens die Abnutzung der Vorderräder erheblich verringern. Weiterhinsind die richtigen Winkel der Vorderräder auch mit der Dynamik desFahrzeugs verbunden, um die Leistungsfähigkeit der Handhabung desFahrzeugs zu verbessern. Aus diesem Grund können die Referenzwinkel deslinken und rechten Vorderrades Θ_refl, Θ_refr, durch Verwenden der Fahrzeugvariablenwie: der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, dem Maß der seitlichen Abweichungund der lateralen Beschleunigung, in Echtzeit aus Kalibriereinheit 113 erhaltenwerden. Weiterhin könnendiese Referenzwinkel der Vorderräder Θ_refl, Θ_refr im völligenGleichlauf mit den aktuellen Winkeln der Vorderräder Θ_rl, Θ_rr sein, weil das Subsystem der selbsttätigen Regelungin 3 als Servoregelungs-System gestaltetist, mit der oben diskutierten Gleichlauf-Funktion des Referenz-Eingangssignals.In a second stage, the reference command generator implements 110 still in a calibration unit 113 calibrating the left and right _{angles of} the front wheels Θ _srl , Θ _srr . This is done according to the vehicle geometry and the requirements for the performance of the steering. As shown, the output signals are from the calibration unit 113 the reference _{angles of} the left and right front _wheels Θ _refl , Θ _refr . As an example, an Ackermann angle or an Ackermann geometry can be implemented in the calibration unit 113 to generate the required reference _{angles of} the left and right front wheel Θ _refl , Θ _refr . In this implementation, the Ackermann angle indicates an average angle of the front wheels. An optimized Ackermannn geometry in the angles of the front wheels can significantly reduce wear on the front wheels while turning. Furthermore, the correct angles of the front wheels are also linked to the dynamics of the vehicle in order to improve the performance of the handling of the vehicle. For this reason, the reference _{angles of} the left and right front _wheels Θ _refl , Θ _refr , by using the vehicle _variables such as: the speed of the vehicle, the degree of lateral deviation and the lateral acceleration, in real time from the calibration unit 113 be preserved. Furthermore, these reference angles of the front wheels Θ _refl , Θ _{refr can be} in complete synchronization with the current angles of the front wheels Θ _rl , Θ _rr , because the subsystem of the automatic control in 3 is designed as a servo control system, with the synchronization function of the reference input signal discussed above.
[0079] In dieser Realisierung sind einigeAufgaben des Referenzbefehl-Generators 110, einen Winkeldes Lenkrades und einige Fahrzeugvariable vom Subsystem 16 desLenkrades, dargestellt in 3,zu erhalten und das Fahrzeug bzw. das System zu veranlassen, getrennteReferenzwinkel des linken und rechten Vorderrades zu erzeugen. Innerhalbdes Referenzbefehl-Generators 110 werdenaus dem Winkel des Lenkrades in Echtzeit zwei Winkel-Referenzsignaleder Vorderrädererhalten, entsprechend den Gainblöcken des Lenkverhältnisses 111, 112 undder Kalibriereinheit 113. Dies wird durch Verwenden derFahrzeugvariablen wie: der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, dem Maß der seitlichenAbweichung und der lateralen Beschleunigung, die durch, in der Technikbekannte, geeignete Mittel erfasst werden können, erreicht.In this implementation there are some tasks of the reference command generator 110 , an angle of the steering wheel and some vehicle variables from the subsystem 16 of the steering wheel, shown in 3 , and to cause the vehicle or system to generate separate reference angles of the left and right front wheels. Within the reference command generator 110 two angle reference signals of the front wheels are obtained in real time from the angle of the steering wheel, corresponding to the gain blocks of the steering ratio 111 . 112 and the calibration unit 113 , This is accomplished by using the vehicle variables such as: the speed of the vehicle, the amount of lateral deviation and the lateral acceleration, which can be detected by suitable means known in the art.
[0080] 7 istein Flussdiagramm und verdeutlicht ein allgemeines Verfahren 210 derRegelung im Subsystem, gemäß der gegenwärtigen Erfindung.Das Verfahren 210 zeigt eine allgemeine Routine, die während des Betriebsdes Subsystems 15 des Steer-By-Wire-Regelsystems in 2 ausgeführt wird. Wie dargestellt,wird das Verfahren 210 durchgeführt, um Regelvariablen u_l, u_r zur unabhängigen Regelungder Winkel des linken und rechten Vorderrades Θ_rl und Θ_rr zu erzeugen, um mit den Referenzwinkelnder Vorderräder Θ_refl und Θ_refr in Gleichlauf zu sein. 7 Fig. 3 is a flowchart illustrating a general procedure 210 regulation in the subsystem according to the present invention. The procedure 210 shows a general routine during the operation of the subsystem 15 of the steer-by-wire control system in 2 is performed. As shown, the procedure 210 performed to generate control variables u _l , u _r for independently controlling the angles of the left and right front wheels Θ _rl and Θ _rr in order to be in synchronization with the reference _{angles of} the front wheels Θ _refl and Θ _refr .
[0081] Das Verfahren weist das Erfasseneines Winkels des Lenkrades und einer Fahrzeugvariablen in Kasten 212,Bestimmen der Referenzwinkel des linken und rechten Vorderrades,basierend auf dem Winkel des Lenkrades und der Fahrzeugvariablen,in Kasten 214 und Bestimmen der Fehler des linken und rechtenVorderrades, zwischen den Referenzwinkeln des linken und rechtenVorderrades und den aktuellen Winkels des linken und rechten Vorderrades,in Kasten 216 auf. Das Verfahren weist weiterhin das Bestimmender Regelsignale fürdas linke und rechte Vorderrad in Kasten 220 auf. Die Regelsignalefür daslinke und rechte Vorderrad basieren auf den Fehlern des linken undrechten Vorderrades und werden durch den Regelalgorithmus mit derEntkopplungsmerkmal in der Mehrfach-Servoregelung bestimmt. Das Verfahrenumfasst weiterhin die Ausgabe des linken und rechten Regelsignalsan die Regelstrecke der Vorderräderin Kasten 224.The method includes detecting an angle of the steering wheel and a vehicle variable in the box 212 , Determine the reference angles of the left and right front wheels based on the angle of the steering wheel and the vehicle variables in box 214 and determining the errors of the left and right front wheels, between the reference angles of the left and right front wheels and the current angles of the left and right front wheels, in box 216 on. The method further includes determining the control signals for the left and right front wheels in the box 220 on. The control signals for the left and right front wheels are based on the errors of the left and right front wheels and are determined by the control algorithm with the decoupling feature in the multiple servo control. The method also includes the output of the left and right control signals to the controlled system of the front wheels in the box 224 ,
[0082] Das Steer-By-Wire-Regelsystem 11 dergegenwärtigenErfindung, dargestellt in 2,stellt fürden Fahrer ein Lenkgefühlzur Verfügung.Wie oben erwähnt,wird dies durch Verwenden der Rückkopplungs-Regelungdes Subsystems der Lenkung, mit einer Vielzahl von Regelschleifen,wie in 2 dargestellt,erreicht. Die Forderung, ein erforderliches Lenkgefühl zu erhalten,wird deshalb die Anforderung an die Gestaltung des Steer-By-Wire-Regelsystems. Umdas Steer-By-Wire-Regelsystem mit dem geforderten Lenkgefühl gestalten zukönnen,ist die Beschreibung des Lenkgefühls,als eine Anforderung an das Regelsystem, wichtig. Die quantitativeBeschreibung des Lenkgefühls,basierend auf dem Steer-By-Wire-Regelsystem,dargestellt in 2, wirddeshalb in dieser Erfindung entwickelt und im Folgenden beschrieben.The steer-by-wire control system 11 of the present invention shown in 2 , provides the driver with a steering feel. As mentioned above, this is done by using the feedback control of the steering subsystem, with a variety of control loops as in 2 shown, reached. The requirement to obtain a necessary steering feel therefore becomes the requirement for the design of the steer-by-wire control system. In order to be able to design the steer-by-wire control system with the required steering feel, the description of the steering feel, as a requirement of the control system, is important. The quantitative description of the steering feel, based on the steer-by-wire control system, shown in 2 is therefore developed in this invention and described below.
[0083] Das Lenkgefühl ändert sich normalerweise mitdem Winkel der Lenkräder,dem Drehmoment der Vorderräderund der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Die quantitative Beschreibungdes Lenkgefühlskann deshalb durch Einführender Beziehung zwischen dem Lenkgefühl und dem Reaktions-Drehmoment des Lenkrades,dem Drehmoment der Vorderräderund der Geschwindigkeit des Fahrzeugs erhalten werden. Um eine solcheBeziehung einzuführen,wird ein Blockdiagramm des Steer-By-Wire-Regelsystems 11,einschließlichdes Subsystems des Lenkrades 16 und des Subsystems derVorderräder 15 in 2, in 8 erneut dargestellt. Zu beachten ist,dass die Rückkopplungsschleifeder Rate des Lenkrades in 2 alsein Teil der Regelstrecke des Lenkrades zu betrachten ist, die durchVerwenden der ÜbertragungsfunktionG_s(s) dargestellt ist. Das Subsystem derVorderrädermit der Servo-Rückkopplungwird als ein Kasten, mit der Beschreibung der Übertragungsfunktion H_r(s) dargestellt. Die Größe τ_d in 8 stellt ein äquivalentesStör-Drehmoment,durch den Fahrer ausgeübt,dar und die Größe τ_c stelltein Reaktions-Drehmoment des Subsystems des Lenkrades dar. Das Reaktions-Drehmoment τ_c wirdin einer Richtung auf das Lenkrad ausgeübt, die der Richtung des äquivalenten Stör-Drehmoments τ_d entgegengesetztist und erzeugt ein gewohntes Lenkgefühl für den Fahrer. Weiterhin stelltein effektives Drehmoment τ_m den Unterschied zwischen dem Reaktions-Drehmoment τ_c unddem äquivalentenStör-Drehmoment τ_d dar.Die kann wie folgt beschrieben werden: τ_m = τ_d – τ_c (10) The steering feel usually changes with the angle of the steering wheels, the torque of the front wheels and the speed of the vehicle. The quantitative description of the steering feel can therefore be obtained by introducing the relationship between the steering feel and the reaction torque of the steering wheel, the torque of the front wheels and the speed of the vehicle. To establish such a relationship, a block diagram of the steer-by-wire control system is provided 11 , including the steering wheel subsystem 16 and the front wheel subsystem 15 in 2 , in 8th shown again. Note that the feedback loop rate of the steering wheel in 2 is to be regarded as part of the control path of the steering wheel, which is represented by using the transfer function G _s (s). The sub-system of the front wheels with the servo feedback is represented as a box with the description of the transfer function H _r (s). The size τ _d in 8th represents an equivalent interference torque exerted by the driver and the quantity τ _c represents a reaction torque of the steering wheel subsystem. The reaction torque τ _c is exerted on the steering wheel in a direction which is the direction of the equivalent interference -Torque τ _{d is} opposite and creates a familiar steering feel for the driver. Furthermore, an effective torque τ _{m represents} the difference between the reaction torque τ _c and the equivalent disturbance torque τ _d . This can be described as follows: τ _m = τ _d - τ _c (10)
[0084] Wie in 8 dargestellt,wird der Kompensator der Winkelposition in 2 durch Verwenden einer konstanten Verstärkung K_c und einer Funktion f (u_i(t),v_c) 171 dargestellt, die mit seinerEingangsvariablen u_i(t) und der Geschwindigkeitdes Fahrzeugs V_S in Beziehung steht. DerBewerter des Drehmoments der Vorderräder in 2 wird durch Verwenden einer konstantenVerstärkungK_d und einer Funktion f(u_r(t),v_c) 193 dargestellt und steht mitseiner Eingangsvariablen u_d(t) und der Geschwindigkeitdes Fahrzeugs in Beziehung. Die Regelvariable u_s(t)ist, mit der linearen Verstärkung,dem Reaktions-Drehmoment τ_c proportional. Die Kontrollvariable u_s(t) kann deshalb als eine äquivalenteVariable des Reaktions-Drehmoments betrachtet werden, die durchdie Eingangs-Variable u_i(t) der Funktion 193 unddie Eingangs-Variable u_r(t) der Funktion 171 beeinflusst wird.Der Winkel der Vorderräderzum Winkel des Lenkrades Θ_s, mit festem oder variablem Lenkrad-Verhältnis, wirdals proportional angenommen. Wie in 8 dargestellt,ist die Eingangs-Variable u_i(t) der Funktion 193 proportionaldem Winkel des Lenkrades Θ_s. Die Eingangs-Variable u_r(t)der Funktion 171 ist dem äquivalenten Drehmoment derVorderräder τ_d proportional.As in 8th shown, the compensator of the angular position is shown in 2 by using a constant gain K _c and a function f (u _i (t), v _c ) 171 shown, which is related to its input variable u _i (t) and the speed of the vehicle V _S. The front wheel torque evaluator in 2 is obtained by using a constant gain K _d and a function f (u _r (t), v _c ) 193 shown and is related to its input variable u _d (t) and the speed of the vehicle. The control variable u _s (t) is proportional to the reaction torque τ _c with the linear gain. The control variable u _s (t) can therefore be regarded as an equivalent variable of the reaction torque, which is determined by the input variable u _i (t) of the function 193 and the input variable u _r (t) of the function 171 being affected. The angle of the front wheels to the angle of the steering wheel Θ _s , with a fixed or variable steering wheel ratio, is assumed to be proportional. As in 8th is shown, the input variable u _i (t) of the function 193 proportional to the angle of the steering wheel Θ _s . The input variable u _r (t) of the function 171 is proportional to the equivalent torque of the front wheels τ _d .
[0085] Die Tabelle 1, unten dargestellt,listet die Variablen innerhalb der Regeleinheit des Lenkrades unddes Steer-By-Wire-Regelsystems. Tabelle1 Beziehung der Variablen Regeleinheitdes Lenkrades Steer-By-Wire-Regelsystem u_s(t) Reaktions-Drehmoment τ_c(t) u_i(t) Winkeldes Lenkrades Θ_su_r(t) Drehmomentder Vorderräder τ_rc Table 1, shown below, lists the variables within the control unit of the steering wheel and the steer-by-wire control system. Table 1 Relationship of variables Control unit of the steering wheel Steer-by-wire control system u _s (t) Reaction torque τ _c (t) u _i (t) Steering wheel angle Θ _s u _r (t) Front wheel torque τ _rc
[0086] In der gegenwärtigen Erfindung ist es einVorschlag, eine quantitative Beschreibung des Reaktions-Drehmoments τ_c(t),basierend auf dem Winkel des Lenkrades Θ_s,dem Drehmoment der Vorderräderr_r und der Geschwindigkeit des FahrzeugsV_S, zu erhalten. Wie in Tabelle 1 dargestellt,könnenvon der variablen Beziehung zwischen dem Steer-By-Wire-Regelsystem und derRegeleinheit des Lenkrades die Variablen des Lenkrades u_s(t), u_i(t) und u_r(t) verwendet werden, um die Variablen desSteer-By-Wire-Regelsystems, einschließlich des Reaktions-Drehmoments τ_c(t),Winkel des Lenkrades Θ_s und Drehmoment der Vorderräder τ_r zubeschreiben.In the present invention, it is a proposal to obtain a quantitative description of the reaction torque τ _c (t) based on the angle of the steering wheel Θ _s , the torque of the front wheels r _r and the speed of the vehicle V _S. As shown in Table 1, from the variable relationship between the steer-by-wire control system and the steering wheel control unit, the steering wheel variables u _s (t), u _i (t) and u _r (t) can be used to describe the variables of the steer-by-wire control system, including the reaction torque τ _c (t), the angle of the steering wheel Θ _s and the torque of the front wheels τ _r .
[0087] Aus der Regeleinheit des Lenkrades,dargestellt in 8, wirdeine nichtlineare Gleichung abgeleitet, um eine Beschreibung des äquivalentenReaktions-Drehmoments u_s(t) wie folgt zurVerfügungzu stellen: u_s(t) = f(u_i(t), v_c)u_i + f(u_r(t), v_c)u_r (11) From the control unit of the steering wheel, shown in 8th , a nonlinear equation is derived 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)
[0088] Die beiden Größen in (11): die erste Größe gibtdie Beziehung zwischen u_s(t) und u_i(t) durch Verwenden der Funktion f(u_i(t), v_c) wieder,die zweite Größe gibtdie Beziehung zwischen u_s(t) und u_r(t) durch Verwenden der Funktion f(u_r(t), v_c) wieder.Jede der Funktionen von f(u_i(t), v_c) und f(u_r(t), v_c) ist eine Funktion der Geschwindigkeitdes Fahrzeugs v_c bzw. v_c.Beide könnenlineare oder nicht-lineare Funktionen der Eingangs-Variablen u_i(t), u_r(t) und derGeschwindigkeit des Fahrzeugs sein. Durch Justieren der Parameterder beiden Funktionen f(u_i(t), v_c) und f(u_r(t), v_c) wird sich das ägivalente Reaktions-Drehmomentu_s(t) mit den Variablen u_i(t) undu_r(t) ändern.Die Änderungder Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird automatisch die Parameterder Funktionen f(u_i(t), v_c)und f(u_r(t), v_c)einstellen und eine Änderungder Funktionswerte in der Weise verursachen, dass das äquivalenteReaktions-Drehmoment u_s(t) die relativen Änderungenerzeugt.The two quantities in (11): the first quantity represents the relationship between u _s (t) and u _i (t) by using the function f (u _i (t), v _c ), the second quantity represents the relationship between u _s (t) and u _r (t) again by using the function f (u _r (t), v _c ). Each of the functions of f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) is a function of the speed of the vehicle v _c and v _c, respectively. Both can be linear or non-linear functions of the input variables u _i (t), u _r (t) and the speed of the vehicle. By adjusting the parameters of the two functions f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ), the equivalent reaction torque u _s (t) with the variables u _i (t) and change u _r (t). The change in the speed of the vehicle will automatically set the parameters of the functions f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) and cause a change in the function values in such a way that the equivalent response Torque u _s (t) produces the relative changes.
[0089] Die Gleichung (11) ist eine analytischeBeschreibung des äquivalentenReaktions-Drehmoments u_s(t). Wenn f(u_i(t), v_c) und f(u_r(t), v_c) lineareFunktionen sind, wird sich das Reaktions-Drehmoment u_s(t)mit den Eingangs-Variablen u_i(t), u_r(t) und der Geschwindigkeit des Fahrzeugsv_c linear ändern. Sind f(u_i(t),v_c) und f(u_r(t), v_c) nicht-lineare Funktionen, ändern sichdie Eingangs-Variablen u_i(t), u_r(t)und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs v_c nicht-linear.Die Funktionen f(u_i(t), v_c)und f(u_r(t), v_c)bestimmen das äquivalenteReaktions-Drehmoment.Equation (11) is an analytical description of the equivalent reaction torque u _s (t). If f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) are linear functions, the reaction torque u _s (t) with the input variables u _i (t), u _r (t) and the speed of the vehicle v _c change linearly. If f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) are non-linear functions, the input variables u _i (t), u _r (t) and the speed of the Vehicle v _c non-linear. The functions f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) determine the equivalent reaction torque.
[0090] Als ein spezielles Beispiel können dieFunktionen f(u_i(t), v_c)und f(u_r(t), v_c)geschwindigkeits-unabhängigeKonstanten sein, als K_i und K_r bezeichnet.Die Gleichung (11), um das äquivalenteReaktions-Drehmoment zu beschreiben, ist dann gegeben als: u_s(t) = K_cu_i + K_ru_r.Dies ist eine lineare Funktion, die die Änderung des äquivalentenReaktions-Drehmoments u_s(t) linear mit denEingangs-Variablen u_i(t) und u_r(t)anzeigt.As a specific example, the functions f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) may be velocity independent constants, referred to as K _i and K _r . Equation (11) to describe the equivalent reaction torque is then given as: u _s (t) = K _c u _i + K _r u _r . This is a linear function that shows the change in the equivalent reaction torque u _s (t) linearly with the input variables u _i (t) and u _r (t).
[0091] Entsprechend der variablen Beziehungenzwischen der Regeleinheit des Lenkrades und dem Steer-By-Wire-Regelsystem,dargestellt in Tabelle 1, kann weiterhin eine darauf bezogene nicht-lineareGleichung, um das Reaktions-Drehmoment τ_c zubeschreiben, wie folgt zur Verfügunggestellt werden: τ_c =k₁f(u_i(t), v_c(t))Θ_s + k₂f(u_r(t), v_c)τ_r (12),wobei:k₁ die porortionale Konstante zwischen u_i und dem Winkel des Lenkrades Θ_s ist und k₂ dieproportionale Konstante zwischen u_r unddem Drehmoment der entsprechenden Vorderräder τ_r ist.Die Gleichung (12) gibt die quantitave Beschreibung des Reaktions-Drehmoments τ_c(t),basierend auf dem Winkel des Lenkrades Θ_s, demDrehmoment der Vorderräder τ_r undder Geschwindigkeit des Fahrzeugs v_c.Corresponding to the variable relationships between the control unit of the steering wheel and the steer-by-wire control system, shown in Table 1, a nonlinear equation related to this in order to describe the reaction torque τ _c can furthermore be provided as follows : 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 proportional constant between u _i and the angle of the steering wheel Θ _s and k _{2 is} the proportional constant between u _r and the torque of the corresponding front wheels τ _r . Equation (12) gives the quantitative description of the reaction torque τ _c (t) based on the angle of the steering wheel Θ _s , the torque of the front wheels τ _r and the speed of the vehicle v _c .
[0092] In dieser Realisierung können (dieFunktionen) f(u_i(t), v_c)und f(u_r(t), v_c)in den Gleichungen (11) und (12) für das erforderliche Reaktions-Drehmomentbei der Gestaltung des Regelsystems des Lenkrades analytisch bestimmtwerden. Das Lenkgefühlwird typisch an Hand von Kurven beurteilt, die für das Drehmoment des Lenkradesgegen den Winkel des Lenkrades oder für das Drehmoment des Lenkradesgegen das Drehmoment der Vorderräderaufgetragen sind. Diese erwarteten Kurven können durch Verwenden der analytischenFunktionen f(u_i(t), v_c)und f(u_r(t), v_c)in Gleichungen (11) und (12), bei der Gestaltung des Regelsystems desLenkrades, bestimmt werden. Als Ergebnis erzeugt das Steer-By-Wire-Regelsystemdas geforderte Lenkgefühl,weil das geforderte Reaktions-Drehmoment, als eine Spezifikationder Leistungsfähigkeitdes Regelsystems, (bereits) im Stadium der Gestaltung des Regelsystemsberücksichtigtwurde.In this implementation, the functions f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) in the equations ( 11 ) and (12) for the required reaction torque in the design of the control system of the steering wheel can be determined analytically. The steering feel is typically assessed on the basis of curves plotted for the torque of the steering wheel against the angle of the steering wheel or for the torque of the steering wheel against the torque of the front wheels. These expected curves can be calculated by using the analytical functions f (u _i (t), v _c ) and f (u _r (t), v _c ) in equations ( 11 ) and (12), in the design of the control system of the steering wheel. As a result, the steer-by-wire control system creates the required steering feel because the required reaction torque, as a specification of the performance of the control system, has (already) been taken into account in the design stage of the control system.
[0093] In dieser Realisierung kann das Lenkgefühl durchVeränderungder Parameter der Funktionen f(u_i(t), v_c) und f(u_r(t), v_c) justiert und geregelt werden. Als Ergebniskann das Steer-By-Wire-Regelsystem einstellbares Lenkgefühl, durchErzeugen von quantitativem Reaktions-Drehmoment τ_r, zurVerfügungstellen.In this implementation, the steering feel can be adjusted and regulated 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 can provide adjustable steering feel by generating quantitative reaction torque τ _r .
[0094] Weitere Aspekte, Eigenschaften undVorteile der Erfindung werden durch Berücksichtigung der folgendenBeschreibung und der beigefügtenAnsprüche,zusammen mit den begleitenden Zeichnungen, deutlich.Other aspects, properties andAdvantages of the invention will become apparent by considering the followingDescription and the attachedExpectations,together with the accompanying drawings, clearly.

权利要求:
Claims (9)
[1]
Ein Verfahren einer Steer-By-Wire-Regelung einesFahrzeuges mit zwei unabhängigenVorderrädern (18, 20)durch Anwenden der Mehrfach-Entkopplungs-Regelung,das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf: – Zur Verfügung stelleneines Regel-Subsystems (16) des Lenkrades (44),um Referenzwinkel fürdie Vorderräder(18, 20) und Lenkgefühl für einen Fahrer des Fahrzeugszu erzeugen; – ZurVerfügungstellen eines Regel-Subsystems (13) der Vorderräder (18, 20),einschließlicheiner Regelstrecke (124) der Vorderräder (18, 20)und eines Mehrfach-Reglers (120) der Vorderräder (18, 20),zur Regelung der aktuellen Winkel der Vorderräder (18, 20)im Gleichlauf mit Referenzwinkeln der Vorderräder (18, 20); – Verwendender Winkel und der Winkelverhältnisseder Vorderräder(18, 20) als Rückkopplungs-Signalefür dasRegel-Subsystem (13) der Vorderräder (18, 20),das den Mehrfachregler (120) mit einer Entkopplungs-Regelungder Winkel der Vorderräder(18, 20) aufweist, um den Gleichlauf des Winkelsdes linken und rechten Vorderrades (18, 20) mitdem jeweiligen Referenzwinkel des linken und rechten Vorderrades(18, 20) zu implementieren; – Empfangendes Referenzwinkels des linken und rechten Vorderrades (18, 20),basierend auf dem Winkelbefehl des Lenkrades (44) vom Regel-Subsystem (16)des Lenkrades (44); – Empfangen des Winkels deslinken und rechten Vorderrades (18, 20) von derRegelstrecke (124) der Vorderräder (18, 20); – Berechnendes Winkelfehlers des linken und rechten Vorderrades (18, 20),basierend auf dem Winkel des linken und rechten Vorderrades (18, 20)und einem Referenzwinkel des linken und rechten Vorderrades (18, 20); – Empfangendes Winkelfehlers des linken Vorderrades (18), basierendauf dem Referenzwinkel und dem aktuellen Winkel des linken Vorderrades(18); – Empfangendes Winkelfehlers des rechten Vorderrades (20), basierendauf dem Referenzwinkel und dem aktuellen Winkel des rechten Vorderrades(20); – Bestimmeneiner Drehmoment-Regelvariablen für das linke Vorderrad, basierendauf dem Winkelfehler des linken und rechten Vorderrades (18, 20); – Bestimmeneiner Drehmoment-Regelvariablen für das rechte Vorderrad, basierendauf dem Winkelfehler des linken und rechten Vorderrades (18, 20); – Verwendender Drehmoment-Regelvariablen des Mehrfach-Reglers (120)der Vorderräder(18, 20) in der Regelstrecke (124) derVorderräder(18, 20), um den Gleichlauf des Winkels des linkenund rechten Vorderrades (18, 20) mit dem jeweiligenReferenzwinkel des linken und rechten Vorderrades (18, 20)zu regeln; und – Entkoppelnder Winkel des linken und rechten Vorderrades (18, 20)mit dem Mehrfach-Regler im Regelsystem der Vorderräder (18, 20),wenn die Drehmoment-Regelvariablen des linken und rechten Vorderrades(18, 20) durch Verwenden einer Mehrfach-Entkopplungs-Regelung,die zu Realisierung einer unabhängigenRegelung des Winkel des linken und rechten Vorderrades (18, 20)in das Steer-By-Wire-Mehrfachregelsystem der Vorderräder (18, 20)implementiert ist, bestimmt sind, – wobei der Mehrfach-Regler(120) der Vorderräder(18, 20) den Winkel des linken Vorderrades (18),nur auf der Basis des Referenzwinkels des linken Vorderrades (18)und unabhängigdem Referenzwinkel des rechten Vorderrades (20) regeltund – wobeider Mehrfachregler (120) der Vorderräder (18, 20)den Winkel des rechten Vorderrades (20), nur auf der Basisdes Referenzwinkels des rechten Vorderrades (20) und unabhängig demReferenzwinkel des linken Vorderrades (18) regelt.A method of steer-by-wire control of a vehicle with two independent front wheels ( 18 . 20 ) by using the multiple decoupling control, the method has the following method steps: - Providing a control subsystem ( 16 ) of the steering wheel ( 44 ) to reference angles for the front wheels ( 18 . 20 ) and generate steering feel for a driver of the vehicle; - Providing a rule subsystem ( 13 ) the front wheels ( 18 . 20 ), including a controlled system ( 124 ) the front wheels ( 18 . 20 ) and a multiple controller ( 120 ) the front wheels ( 18 . 20 ), to regulate the current angle of the front wheels ( 18 . 20 ) in synchronism with reference angles of the front wheels ( 18 . 20 ); - using the angles and the angular relationships of the front wheels ( 18 . 20 ) as feedback signals for the control subsystem ( 13 ) the front wheels ( 18 . 20 ), the multiple controller ( 120 ) with a decoupling control of the angle of the front wheels ( 18 . 20 ) has the synchronism of the angle of the left and right front wheel ( 18 . 20 ) with the respective reference angle of the left and right front wheel ( 18 . 20 ) to implement; - receiving the reference angle of the left and right front wheels ( 18 . 20 ), based on the Winkelbe steering wheel missing ( 44 ) from the control subsystem ( 16 ) of the steering wheel ( 44 ); - receiving the angle of the left and right front wheels ( 18 . 20 ) from the controlled system ( 124 ) the front wheels ( 18 . 20 ); - Calculate the angular error of the left and right front wheel ( 18 . 20 ), based on the angle of the left and right front wheels ( 18 . 20 ) and a reference angle of the left and right front wheel ( 18 . 20 ); - receiving the angular error of the left front wheel ( 18 ), based on the reference angle and the current angle of the left front wheel ( 18 ); - receiving the right front wheel angular error ( 20 ), based on the reference angle and the current angle of the right front wheel ( 20 ); - Determining a torque control variable for the left front wheel based on the angular error of the left and right front wheel ( 18 . 20 ); - Determining a torque control variable for the right front wheel based on the angular error of the left and right front wheel ( 18 . 20 ); - Use the torque control variables of the multiple controller ( 120 ) the front wheels ( 18 . 20 ) in the controlled system ( 124 ) the front wheels ( 18 . 20 ) to keep the angle of the left and right front wheels in sync ( 18 . 20 ) with the respective reference angle of the left and right front wheel ( 18 . 20 ) to regulate; and - decoupling the angles of the left and right front wheels ( 18 . 20 ) with the multiple controller in the control system of the front wheels ( 18 . 20 ) when the torque control variables of the left and right front wheels ( 18 . 20 ) by using a multiple decoupling control, which is used to implement independent control of the angle of the left and right front wheels ( 18 . 20 ) in the steer-by-wire multiple control system of the front wheels ( 18 . 20 ) is implemented, are determined - the multiple controller ( 120 ) the front wheels ( 18 . 20 ) the angle of the left front wheel ( 18 ), only based on the reference angle of the left front wheel ( 18 ) and regardless of the reference angle of the right front wheel ( 20 ) regulates and - whereby the multiple regulator ( 120 ) the front wheels ( 18 . 20 ) the angle of the right front wheel ( 20 ), only based on the reference angle of the right front wheel ( 20 ) and regardless of the reference angle of the left front wheel ( 18 ) regulates.
[2]
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Regel-Subsystem (15) der Vorderräder (18, 20),einschließlichder Regelstrecke (124) der Vorderräder (18, 20)und des Mehrfach-Reglers der Vorderräder (18, 20),eine Servo-Regelstruktur mit Rückkopplungs-Schleifender Winkelposition und dem Winkelverhältnis der Vorderräder (18, 20)hat.The method according to claim 1, characterized in that the control subsystem ( 15 ) the front wheels ( 18 . 20 ), including the controlled system ( 124 ) the front wheels ( 18 . 20 ) and the multiple controller of the front wheels ( 18 . 20 ), a servo control structure with feedback loops of the angular position and the angular ratio of the front wheels ( 18 . 20 ) Has.
[3]
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Berechnung des Winkelfehlers des linken und rechten Vorderrades(18, 20) folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bestimmendes Winkelfehlers des linken Vorderrades (18) aus dem Referenzwinkelund dem aktuell empfangenen Winkel des linken Vorderrades (18),durch Verwenden der negativen Rückkopplungdes Winkels des linken Vorderrades (18); und – Bestimmendes Winkelfehlers des rechten Vorderrades (20) aus demReferenzwinkel und dem aktuell empfangenen Winkel des rechten Vorderrades(20), durch Verwenden der negativen Rückkopplung des Winkels desrechten Vorderrades (20).The method according to claim 1, characterized in that the calculation of the angular error of the left and right front wheel ( 18 . 20 ) has the following procedural steps: - determining the angular error of the left front wheel ( 18 ) from the reference angle and the currently received angle of the left front wheel ( 18 ), by using the negative feedback of the angle of the left front wheel ( 18 ); and - determining the angular error of the right front wheel ( 20 ) from the reference angle and the currently received angle of the right front wheel ( 20 ), by using the negative feedback of the angle of the right front wheel ( 20 ).
[4]
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Bestimmen der Drehmoment-Regelvariablen für das linkeund rechte Vorderrad (18, 20) folgende Verfahrensschritteaufweist: – Bestimmender Drehmoment-Regelvariablen fürdas linke Vorderrad (18), basierend auf dem Winkelfehler deslinken und rechten Vorderrades (18, 20), durchVerwenden des Mehrfachreglers (120) im Servo-Regelsystemder Vorderräder(18, 20); und – Bestimmen der Drehmoment-Regelvariablenfür dasrechte Vorderrad (20), basierend auf dem Winkelfehler desrechten und linken Vorderrades (18, 20), durchVerwenden des Mehrfach-Reglers (120) im Servo-Regelsystemder Vorderräder(18, 20).The method of claim 1, characterized in that determining the torque control variables for the left and right front wheels ( 18 . 20 ) has the following process steps: - Determination of the torque control variables for the left front wheel ( 18 ), based on the angular error of the left and right front wheels ( 18 . 20 ), by using the multiple controller ( 120 ) in the servo control system of the front wheels ( 18 . 20 ); and - determining the torque control variables for the right front wheel ( 20 ), based on the angular error of the right and left front wheels ( 18 . 20 ), by using the multiple controller ( 120 ) in the servo control system of the front wheels ( 18 . 20 ).
[5]
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass es weiterhin aufweist: – Anlegen von Betätigungs-Drehmomentan das linke Vorderrad (18), basierend auf der Drehmoment-Regelvariablendes linken Vorderrades (18) im Servo-Regelsystem der Vorderräder (18, 20),um den aktuellen Winkel des linken Vorderrades (18) unabhängig zuregeln und um Gleichlauf mit dem Referenzwinkel des linken Vorderrades(18) zu erreichen; und – Anlegen von Betätigungs-Drehmomentan das rechte Vorderrad (20), basierend auf der Drehmoment-Regelvariablendes rechten Vorderrades (20) im Servo-Regelsystem der Vorderräder (18, 20),um den aktuellen Winkel des rechten Vorderrades (20) unabhängig zuregeln und um Gleichlauf mit dem Referenzwinkel des rechten Vorderrades(20) zu erreichen.The method of claim 1, characterized in that it further comprises: applying operating torque to the left front wheel ( 18 ), based on the torque control variable of the left front wheel ( 18 ) in the servo control system of the front wheels ( 18 . 20 ) to the current angle of the left front wheel ( 18 ) to be regulated independently and in order to synchronize with the reference angle of the left front wheel ( 18 ) to reach; and - applying actuation torque to the right front wheel ( 20 ), based on the torque control variable of the right front wheel ( 20 ) in the servo control system of the front wheels ( 18 . 20 ) to the current angle of the right front wheel ( 20 ) to regulate independently and to synchronize with the reference angle of the right Front wheel ( 20 ) to reach.
[6]
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass es weiterhin folgende Verfahrensschritte aufweist: – Minimierendes Winkelfehlers des linken Vorderrades (18) zwischendem aktuellen Winkel und dem Referenzwinkel des linken Vorderrades(18); – Minimierendes Winkelfehlers des rechten Vorderrades (20), zwischendem aktuellen Winkel und dem Referenzwinkel des rechten Vorderrades(20); – Regelndes aktuellen Winkels des linken Vorderrades (18) durchAntwort in Echtzeit auf den Referenzwinkel des linken Vorderrades(18); – Regelndes aktuellen Winkels des rechten Vorderrades (20) durchAntwort in Echtzeit auf den Referenzwinkel des rechten Vorderrades(20); – ZurVerfügungstellen von maximaler Servo-Streifheit, um die äußeren Stör-Drehmomente am linken Vorderrad(18) zu überwinden;und – ZurVerfügungstellen von maximaler Servo-Steifheit, um die äußeren Stör-Drehmomente am rechten Vorderrad (20)zu überwinden.The method according to claim 1, characterized in that it further comprises the following method steps: - minimizing the angular error of the left front wheel ( 18 ) between the current angle and the reference angle of the left front wheel ( 18 ); - minimizing the angular error of the right front wheel ( 20 ), between the current angle and the reference angle of the right front wheel ( 20 ); - regulating the current angle of the left front wheel ( 18 ) by real-time response to the reference angle of the left front wheel ( 18 ); - regulating the current angle of the right front wheel ( 20 ) by real-time response to the reference angle of the right front wheel ( 20 ); - Providing maximum servo streaking to the external interference torques on the left front wheel ( 18 ) to overcome; and - Providing maximum servo stiffness to the external interference torques on the right front wheel ( 20 ) to overcome.
[7]
Das Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass die äußeren Stör-Drehmomenteein Stör-Drehmomentdurch Windböeneinschließen.The method according to claim 7, characterized inthat the external disturbance torquesan interference torquethrough gusts of windlock in.
[8]
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass eine robuste Regelung in den Mehrfach-Regler (120)der Vorderräder(18, 20) implementiert ist, um die Effekte vonUnsicherheiten und Störungen vomSteer-By-Wire-System, vom Fahrzeug und von der äußeren Umgebung zu überwinden.The method according to claim 1, characterized in that a robust control in the multiple controller ( 120 ) the front wheels ( 18 . 20 ) is implemented in order to overcome the effects of uncertainties and disturbances from the steer-by-wire system, from the vehicle and from the external environment.
[9]
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass ein Referenzwinkel-Generator der Vorderräder (18, 20)den Referenzwinkel des linken und rechten Vorderrades (18, 20)aus dem Winkel des Lenkrades (44), durch Verwenden desvariablen linken und rechten Lenkverhältnisses und durch Kalibrierverfahren für den Winkeldes Lenkrades (44), bestimmt.The method according to claim 1, characterized in that a reference angle generator of the front wheels ( 18 . 20 ) the reference angle of the left and right front wheel ( 18 . 20 ) from the angle of the steering wheel ( 44 ), by using the variable left and right steering ratio and by calibration procedures for the angle of the steering wheel ( 44 ), certainly.

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公开号 | 公开日

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DE102004001319B4|2008-06-26|

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US6691009B1|2004-02-10|

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法律状态:
2004-08-05| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|

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

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2008-12-24| 8364| No opposition during term of opposition|

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2013-03-07| R082| Change of representative|Representative=s name: GRUENECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & SCHWANHAEUS, DE Effective date: 20130110 Representative=s name: GRUENECKER PATENT- UND RECHTSANWAELTE PARTG MB, DE Effective date: 20130110 |

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优先权:

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