RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 8294 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 2.01.08 08001421.0 (13) (1) T3 Int.Cl. B62D /04 (06.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 23.03.11 Europejski Biuletyn Patentowy 11/12 EP 8294 B1 (4) Tytuł wynalazku: Sposób generowania sygnału momentu obrotowego przywracającego () Pierwszeństwo: (43) Zgłoszenie ogłoszono: 29.07.09 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 09/31 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 31.08.11 Wiadomości Urzędu Patentowego 11/08 (73) Uprawniony z patentu: GM Global Technology Operations, Inc., Detroit, US (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP 8294 T3 BERTRAM MOELLER, Bodenheim, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Józef Własienko POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska 73 00-712 Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
- 2 - Opis 1 2 [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu generowania sygnału momentu obrotowego przywracającego w systemie wspomagania kierowania pojazdu, w szczególności w systemie elektrycznym. [0002] W pojazdach, które są wyposażone w system wspomagania kierowania, jak np. elektryczny wspomagany układ kierowniczy, na podstawie przyłożonego przez kierowcę do kierownicy momentu wspomagającego wytwarzany jest moment obrotowy, który zmniejsza siłę wymaganą do kierowania i tym samym zwiększa komfort jazdy. Na moment obrotowy wspomagający może zostać nałożony moment obrotowy przywracający, który służy do tego, aby wspomagać naturalny ruch przywracający kół w kierunku skierowanego na wprost położenia neutralnego i tym samym ułatwiać utrzymanie kierunku podczas jazdy. Wartość momentu obrotowego przywracającego jest zazwyczaj zadana przez sygnał momentu obrotowego przywracającego, który jest generowany przez urządzenie sterujące. W przypadku znanych systemów wspomagania kierowania sygnał momentu obrotowego przywracającego jest generowany przykładowo w zależności od aktualnego położenia kierownicy i aktualnej prędkości pojazdu. [0003] Określony w ten sposób moment obrotowy przywracający może być jednak w określonych sytuacjach jazdy niekorzystny. Gdy pojazd przykładowo przyspiesza podczas operacji przywracania, to naturalna siła przywracająca wzrasta i ruch kierownicy w kierunku położenia neutralnego może niekorzystnie szybko zwiększać się. Odwrotnie, przy niskich prędkościach moment obrotowy przywracający może być zbyt niski, aby utrzymać ruch
- 3-1 2 przywracający lub go rozpocząć. Poza tym przy niewielkich kątach skręcenia jest zazwyczaj konieczny duży moment obrotowy przywracający, ponieważ samoczynna siła przywracająca jest tu niewielka. Gdy kierowca przeprowadza w tym obszarze wokół położenia neutralnego manewr skręcania, to może wystąpić odczucie sztywnego kierowania lub niepożądanie wysoki ruch przywracający kierownicy. Dokument zgłoszeniowy US 02/006038A1 przedstawia sposób według części przedznamiennej zastrzeżenia 1. [0004] Celem wynalazku jest wygenerowanie lepiej dopasowanego sygnału momentu obrotowego przywracającego, aby zlikwidować wymienione wady. [000] Osiągnięcie tego calu następuje przez sposób generowania sygnału momentu obrotowego przywracającego o cechach zastrzeżenia 1. To znaczy jest określana aktualna prędkość obrotowa kierownicy, określany zależny od prędkości obrotowej współczynnik skalowania i sygnał momentu obrotowego przywracającego, przemnażany przez współczynnik skalowania, w celu otrzymania zmodyfikowanego sygnału momentu obrotowego przywracającego. [0006] Przez uwzględnienie prędkości obrotowej kierownicy przy generowaniu sygnału momentu obrotowego przywracającego może zostać rozwiązany konflikt między niewystarczającym przywracaniem przy niewielkich prędkościach kierownicy i zbyt mocnym przywracaniem przy wysokich prędkościach kierownicy. Dzięki temu możliwe jest wzięcie pod uwagę szczególnych wymagań różnych sytuacji jazdy i tym samym zwiększyć komfort jazdy. [0007] Możliwe warianty wynalazku są podane w zastrzeżeniach zależnych, na rysunku oraz w opisie. Współczynnik skalowania jest określany, niezgodnie z wynalazkiem, na podstawie zależności od prędkości obrotowej
- 4-1 2 kierownicy, która jest podana przez ciągłą i malejącą w sposób monotoniczny zależność funkcyjną. Sygnał momentu obrotowego przywracającego jest więc modyfikowany równomiernie przy zmieniającej się prędkości obrotowej kierownicy, aby zapewnić odczucie kierowania bez szarpania. Poza tym, w ten sposób określony współczynnik skalowania jest przy dużych prędkościach obrotowych kierownicy mniejszy niż przy małych prędkościach obrotowych kierownicy. Przy małych prędkościach obrotowych kierownicy jest tym samym wydawany konieczny do przywrócenia duży moment obrotowy przywracający, podczas gdy równocześnie zapobiega się niepożądanemu szybkiemu ruchowi przywracającemu przy wysokich prędkościach obrotowych kierownicy. [0008] Współczynnik skalowania jest określany, niezgodnie z wynalazkiem, na podstawie odcinków liniowej zależności od prędkości obrotowej kierownicy. Odcinki liniowej zależność mogą być w bardzo prosty i pewny sposób zaimplementowane w sterowaniu, gdyż nie są potrzebne żadne złożone obliczenia. [0009] W sposób korzystny współczynnik skalowania jest ustawiany na wartość stałą, gdy prędkość obrotowa kierownicy jest mniejsza niż pierwsza wartość progowa. W sposób szczególnie korzystny współczynnik skalowania jest ustalany w tym przypadku na wartość około 1. W przypadku prędkości obrotowych kierownicy, które są niewielkie w takim stopniu, że leżący u podstaw wynalazku problem niepożądanie wysokiej siły przywracającej nie może wystąpić, to rezygnuje się tym samym z niepotrzebnej modyfikacji sygnału momentu obrotowego przywracającego. W sposób korzystny współczynnik skalowania jest ustalany dla z góry określonej maksymalnej prędkości obrotowej kierownicy na poziomie około 0. Oznacza to, że od pewnej
- - 1 2 prędkości obrotowej kierownicy nie jest wytwarzany moment obrotowy przywracający i tym samym przykładowo moment obrotowy przywracający nie wywiera wpływu na ofensywny manewr podczas jazdy. [00] Zgodnie z wynalazkiem współczynnik skalowania jest określany na postawie pierwszej liniowej zależności od prędkości obrotowej kierownicy, gdy prędkość obrotowa kierownicy jest większa niż pierwsza wartość progowa i mniejsza niż druga wartość progowa. Między pierwszą i drugą wartością progową może leżeć przykładowo ten obszar, który jest szczególnie istotny dla dopasowania sygnału momentu obrotowego przywracającego. Wewnątrz tego obszaru występuje więc dopasowanie proporcjonalne. [0011] Zgodnie z wynalazkiem współczynnik skalowania jest określany na podstawie drugiej liniowej zależności, innej od pierwszej zależności, gdy prędkość obrotowa kierownicy jest większa niż druga wartość progowa. Zależna od prędkości modyfikacja momentu obrotowego przywracającego może być przez to dokładniej zestopniowana i tym samym dokładniej dopasowana. [0012] Zgodnie z wynalazkiem pierwsza zależność i druga zależność są określane w taki sposób, że pierwsza zależność jest znamienna przez większe nachylenie niż druga zależność. W obszarze wysokich prędkości obrotowych kierownicy, w którym i tak już jest wydawany tylko względnie niewielki moment obrotowy przywracający, może następować tym samym łagodniejsza modyfikacja. [0013] Korzystnie pierwsza wartość progowa jest zadana jako wielkość między 70 i 1 /s oraz druga wartość progowa jest zadana jako wielkość między 240 i 0 /s. Stopniowanie modyfikacji momentu obrotowego przywracającego na podstawie tego podziału zakresów okazało się szczególnie celowe.
- 6 - [0014] Osiągnięcie celu następuje poza tym przez system wspomagania kierowania, który jest przeznaczony do realizacji sposobu według wynalazku. [001] Wynalazek jest poniżej opisywany przykładowo, odwołując się do rysunków. Figury przedstawiają kolejno: Fig. 1 przedstawia schemat blokowy sterowania wspomaganiem kierowania, które realizuje sposób według wynalazku; oraz Fig. 2 przedstawia wykres, który pokazuje przykładową zależność współczynnika skalowania od prędkości obrotowej kierownicy. 1 2 [0016] Przedstawiony schematycznie na Fig. 1 sposób może być przykładowo wykonywany w urządzeniu sterującym jako elektryczny system wspomagania kierowania pojazdu mechanicznego, tak jak jest to znane ze stanu techniki. Elektryczne systemy wspomagania kierowania udostępniają moment kierujący za pomocą sprzęgniętego z drążkiem kierowniczym silnika elektrycznego lub innego elektrycznego elementu napędowego. Wartość momentu obrotowego jest określana na podstawia sygnałów momentu obrotowego, które są generowane przez urządzenie sterujące. Przykładowo może być generowany sygnał momentu obrotowego wspomagającego, sygnał momentu obrotowego tłumiącego oraz sygnał momentu obrotowego przywracającego, które są nakładane przez urządzenie sterujące, aby wygenerować całkowity sygnał wyjściowy momentu obrotowego, który jest przesyłany do silnika elektrycznego. [0017] Urządzenie sterujące odbiera różne sygnały od czujników pojazdu. W szczególności są to, nie przedstawione, czujniki pojazdu do pomiaru aktualnego
- 7-1 2 położenia kierownicy, aktualnej prędkości pojazdu jak i aktualnej prędkości obrotowej kierownicy. Prędkość obrotowa kierownicy może być określana przykładowo z czasowej zmiany położenia kierownicy lub kąta skręcenia. Dodatkowo urządzenie sterujące może odbierać kolejne sygnały wejściowe, jak np. przyłożony przez kierowcę do kierownicy moment obrotowy. [0018] Sygnał momentu obrotowego przywracającego jest generowany w zależności od położenia kierownicy i prędkości pojazdu. Wygenerowany sygnał momentu obrotowego przywracającego jest modyfikowany na podstawie zależnego od prędkości obrotowej kierownicy współczynnika skalowania lub mnożnika zgodnie z Fig. 1. Współczynnik skalowania jest określany na podstawie specjalnej zależności, która jest przykładowo przedstawiona na wykresie z Fig. 2. Na wykresie jest naniesiony współczynnik skalowania w zależności od prędkości obrotowej kierownicy. Można zauważyć, że zależność jest odcinkowo liniowa, przy czym jest wybierany tym mniejszy współczynnik skalowania, im większa jest aktualna prędkość obrotowa kierownicy. Zamiast przedstawionej odcinkowej liniowej zależności może być wybrana dowolna inna, korzystnie jednak ciągła i malejąca w sposób monotoniczny zależność funkcyjna. Na osi odciętych jest zdefiniowana pierwsza wartość progowa 1 i druga wartość progowa 17. Poza tym jest zdefiniowana maksymalna prędkość obrotowa 19 kierownicy, która może odpowiadać przykładowo górnej granicy zakresu pomiarowego czujnika. [0019] Po określeniu aktualnej prędkości obrotowej kierownicy ponownie sprawdza się sterowanie, czy prędkość obrotowa kierownicy jest mniejsza niż pierwsza wartość progowa 1. Gdy prędkość obrotowa kierownicy jest mniejsza niż pierwsza wartość progowa 1, współczynnik skalowania
- 8-1 2 jest ustawiany na stałą wartość 1. Następnie sprawdza się sterowanie, czy została osiągnięta maksymalna prędkość obrotowa 19 kierownicy. Jeśli ma to miejsce, współczynnik skalowania jest ustawiany na wartość 0. Gdy prędkość obrotowa kierownicy jest większa niż pierwsza wartość progowa 1, sterowanie sprawdza, czy prędkość obrotowa kierownicy jest mniejsza niż druga wartość progowa 17. Gdy ma to miejsce, współczynnik skalowania jest określany na podstawie pierwszej liniowej zależności od prędkości obrotowej kierownicy. Gdy prędkość obrotowa kierownicy jest większa niż druga wartość progowa 17, jednak mniejsza niż wartość maksymalna 19, współczynnik skalowania jest określany na podstawie drugiej liniowej zależności. Na Fig. 2 można zauważyć, że pierwsza liniowa zależność różni się od drugiej liniowej zależności. W szczególności obydwie zależności są zadawane w taki sposób, że pierwsza zależność jest znamienna przez większe nachylenie niż druga zależność. Gdy zastosowanie tego wymaga, współczynnik skalowania może być ustawiony już od drugiej wartości progowej 17 na 0. Można sobie również wyobrazić, że współczynnik skalowania przy osiągnięciu maksymalnej prędkości obrotowej 19 kierownicy nie jest ustawiany na 0, lecz na określoną wartość minimalną. Korzystna wartość dla pierwszej wartości progowej leży przy ok. 0 /s, podczas gdy korzystna wartość drugiej wartości progowej wynosi około 270 /s. Te wartości mogą być w dowolny sposób dopasowane do danych właściwości pojazdu lub wybranego trybu jazdy. [00] Przedstawiona odcinkami, liniowa zależność współczynnika skalowania od prędkości obrotowej kierownicy umożliwia szczególnie łatwą implementację jak i szybkie wykonanie. W szczególności zależność jest całkowicie
- 9-1 zdefiniowana przez jedynie cztery punkty lub węzły interpolacji. Te węzły interpolacji mogą być przykładowo odczytywane z tablicy do wyszukiwań, która może być łatwo aktualizowana przy pożądanych zmianach odnośnie zachowania kierowania. Gdyby w odniesieniu do konkretnego przypadku zastosowania miało by być to koniecznie, to jest możliwe w sposób bezproblemowy, poprawienie zależności i tym samym modyfikacji momentu obrotowego przywracającego w dowolny sposób, przykładowo przez kolejne odcinki do zdefiniowania lub w postaci funkcji ciągłej, przykładowo z przebiegiem sigmoidalnym. [0021] Ogólnie rzecz biorąc, wynalazek umożliwia polepszenie funkcji wspomagania przywracania systemów wspomagania kierowania, przy czym zapobiega się w szczególności odczuciu sztywnego kierowania i zbyt szybkiemu obrotowi przywracającemu kierownicy. Lista oznaczeń odsyłających [0022] 13 wartość stała 1 pierwsza wartość progowa 17 druga wartość progowa 19 maksymalna prędkość obrotowa kierownicy
- - Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób generowania sygnału momentu obrotowego przywracającego w systemie wspomagania kierowania pojazdu, w szczególności elektrycznym systemie, z etapami: 1 2 określania aktualnego położenia kierownicy; określania aktualnej prędkości pojazdu; oraz generowania sygnału momentu obrotowego przywracającego w zależności od położenia kierownicy i prędkości pojazdu; określania aktualnej prędkości obrotowej kierownicy; określania współczynnika skalowania zależnego od prędkości obrotowej kierownicy; oraz przemnażania sygnału momentu obrotowego przywracającego przez współczynnik skalowania, w celu otrzymania zmodyfikowanego sygnału momentu obrotowego przywracającego; znamienny tym, że współczynnik skalowania jest określany na podstawie pierwszej liniowej zależności od prędkości obrotowej kierownicy, gdy prędkość obrotowa kierownicy jest większa niż pierwsza wartość progowa (1) i mniejsza niż druga wartość progowa (17), że współczynnik skalowania jest określany na podstawie drugiej liniowej zależności, innej niż pierwsza zależność, gdy prędkość obrotowa kierownicy jest większa niż druga wartość progowa (17), oraz
- 11 - że pierwsza zależność i druga zależność są zadane tak, że pierwsza zależność jest znamienna przez większe nachylenie niż druga zależność. 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że współczynnik skalowania jest ustawiany na wartość stałą (13), gdy prędkość obrotowa kierownicy jest mniejsza niż pierwsza wartość progowa (1). 3. Sposób według zastrzeżenia 2, znamienny tym, że współczynnik skalowania jest ustawiany na około 1. 1 2 4. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że współczynnik skalowania dla z góry określonej maksymalnej prędkości obrotowej (19) kierownicy jest ustawiany na około 0.. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że pierwsza wartość progowa (1) jest zadana jako wielkość między 70 i 1 stopni na sekundę. 6. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że druga wartość progowa (17) jest zadana jako wielkość między 240 i 0 stopni na sekundę. 7. System wspomagania kierowania, który jest przeznaczony do tego, aby udostępnić moment obrotowy kierowania za
- 12-1 pomocą sprzęgniętego z drążkiem kierowniczym elementu napędowego, w szczególności za pomocą silnika elektrycznego, przy czym system wspomagania kierowania zawiera urządzenie sterujące, które jest przeznaczone do tego, aby generować całkowity sygnał wyjściowy momentu obrotowego, który jest wyprowadzany w celu udostępnienia momentu obrotowego kierowania do urządzenia napędowego oraz jest generowany z nałożeniem się sygnału momentu obrotowego wspomagającego, sygnału momentu obrotowego tłumiącego oraz sygnału momentu obrotowego przywracającego, przy czym urządzenie sterujące jest przeznaczone do generowania sygnału momentu obrotowego wspomagającego oraz sygnału momentu obrotowego tłumiącego i przy czym sygnał momentu obrotowego przywracającego jest generowany zgodnie ze sposobem według co najmniej jednego z poprzednich zastrzeżeń. GM Global Technology Operations, Inc. Pełnomocnik:
- 13 - POŁOŻENIE KIEROWNICY PREDKOŚĆ POJAZDU MOMENT OBROTOWY PRZYWRACAJĄCY ZMODYFIKOWANY MOMENT OBROTOWY PRZYWRACAJĄCY SYGNAŁ WYJŚCIOWY PRĘDKOŚĆ OBROTOWA KIEROWNICY WSPÓŁCZYNNIK SKALOWANIA
- 14 - WSPÓŁCZYNNIK SKALOWANIA PRĘDKOŚĆ OBROTOWA KIEROWNICY