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The control of the driver’s hand torque of an electric power steering system has been state of the art for years. However, due to nonlinear spring characteristics, gear ratios, and degrees of freedom which are unconsidered in the design model for the controller or observer design, the challenge still lies in the robust implementation of this control approach. In this paper, the results of a systematic model and system analysis are used to develop an approach that solves the current stability and robustness problems existing in the serial development of steering systems while maintaining the same control quality. For this, a modified optimal control design is applied which uses an augmented design model.

Hardware-in-the-Loop (HiL) tests are common practice in the development process of “Electric Power Steering – EPS” systems. The HiL tests are carried out on power pack test benches, which emulate the real environment, that an EPS motor is exposed to in a real vehicle.

The control of the driver’s steering torque of electromechanical power steering systems is state of the art. However, due to nonlinear characteristics and degrees of freedom of the plant which are unconsidered in the control design, the challenge still is the robust implementation of this control approach. Therefore, a new control approach was presented in previous papers that solves this robustness problems. In this paper, the control approach is analyzed in an augmented simulation environment. It is demonstrated that this control approach ensures a high robustness even when simulating critical driving situations. In addition, the control approach allows a nearly unconstrained design of the steering feel.

The control of the driver’s hand torque of an electric power steering system has been state of the art for years. However, due to nonlinear spring characteristics, gear ratios and degrees of freedom that are unconsidered in the design model for the controller resp. observer design, the challenge still lies in the robust implementation of this control approach.

This paper describes a control concept for an electrohydraulic brake system for electric vehicles. The concept offers the possibility of generating any brake pedal feedback to the driver, so that the driver’s perception of the brake pedal can be influenced and adapted to actual driving conditions. With this brake system, disturbances from the hydraulic part acting on the brake pedal are rejected by the control and do not affect the brake pedal feel. Such disturbances occur, for example, when the anti-lock system is active or, in electric and hybrid vehicles, when changing between recuperative braking and friction-based braking. Two examples are presented to show how different brake pedal feedback characteristics can be implemented. The developed control concept is analysed in simulations with a detailed non-linear model of the brake system in an electric vehicle environment. The simulation results show a very good performance for recuperative braking together with friction-based braking and for anti-lock system braking without affecting the pedal feedback negatively.

Conventional test benches with real steering mechanisms often have non-negligible parasitic properties and multiple control systems to apply stimuli. As a consequence the EPS motor and ECU interact with a system that has a different dynamic behavior than the steering mechanism in the vehicle. Depending on the actual test scenario, this might reduce quality of testing results significantly.

Bild 2.1 zeigt die Eigenkonstruktion des mit den drei Grundachsen Hochachse, Schulter und Ellbogen augestatteten KnickarnroboterVersuchsstandes, der die Grundlage der Arbeit darstellt. Jede Achse enthalt einen nach gleichem Muster aufgebauten Antriebszweig bestehend aus einem Gleichstrom-Scheibenlaufermotor mit Harmonic-Drive (HD) Getriebe, der im IR-Bereich einen gewissen Standard darstellt. Gerade diese Antriebskonfiguration wirft wegen der besonders im HD Getriebe vorhandenen unterschiedlichen Reibungsmechanismen /Henrichfreise 1984/, der Lose und einer ausgepragten Elastizitat einige regelungstechnische Schwierigkeiten auf /Luh u.a. 1983a, Kuntze u.a. 1985/ und ist daher besonders interessant. Die zugrunde liegenden Motor- und Getriebedaten sowie eine Skizze des Hochachs- und Ellbogenantriebes sind im Anhang A zu finden. Zur Ansteuerung der einzelnen Motoren werden Transistor-Servoverstarker mit integrierter analoger Stromregelung und -begrenzung verwendet, die zusammen mit den elektrischen Eigenschaften der Scheibenlaufer eine hohe Bandbreite (> 500 Hz) im Ubertragungsverhalten zu den Motormomenten aufweisen.

Nach Abhandlung der Antriebsnichtlinearitaten in Abschnitt 3.2 wird zur Synthese einer Regelung fur das Gesamtsystem ein mathematisches Modell des kompletten Versuchsstandes aus Abschnitt 2.1 benotigt. Um ein Modell fur alle Betriebspunkte zu erhalten und spater leicht Veranderungen und Erweiterungen vornehmen zu konnen, erfolgt eine symbolische Modellbeschreibung mit physikalischen Parametern.

Da wie in Kapitel 2.1 beschrieben jeder Antriebszweig nach gleichem Muster aufgebaut ist, wird im folgenden stellvertretend die Hochachse betrachtet. Fur diesen Antriebszweig (bestehend aus einem GleichstromScheibenlaufermotor mit Tachogenerator und einem Harmonic-Drive (HD) Getriebe) wurde bereits in /Henrichfreise 1984, 1985/ eine ausfuhrliche Modellbildung und Identifizierung der linearen und nichtlinearen Systemeigenschaf ten durchgefuhrt. Bild 3.1 zeigt das dort zugrunde gelegte physikalische Ersatzmodell der Hochachse (Technische Zeichnung siehe Anhang A, Bild Al). In dieser ersten Stufe des Versuchsaufbaues war am Abtrieb der Hochachse anstelle des Schultergelenkes (vgl. Bild 2.1) als Last ein elastischer massebehafteter Positionierarm mit Endmasse angebracht. Das mathematische Ersatzmodell zu Bild 3.1 wird hier nicht angegeben, da fur den Zweck der Beobachtung und Kompensation von Antriebsnichtlinearitaten, wie spater deutlich wird, mit einem vereinfachten Modell gearbeitet werden kann. Jedoch sollen am Beispiel des genauen Modells die nichtlinearen Eigenschaften des Antriebes, die Antriebsfreiheitsgrade und ihre Wirkung auf das Bewegungsverhalten diskutiert und Auswirkungen fur den spateren Beobachter- und Reglerentwurf sowie Vereinfachungsmoglichkeiten des Antriebsmodells aufgezeigt werden.

Zur Realisierung der in Abschnitt 5.4.2 entworfenen linearen Mehrgrosenregelung und zu ihrer Erprobung im Laborversuch wird die in Bild 6.1 angegebene Hardware verwendet, die sich entsprechend den gestellten Anforderungen an die Rechengeschwindigkeiten in drei Ebenen unterteilt.