CN100445148C

CN100445148C - 用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的方法及装置

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Publication number: CN100445148C
Application number: CNB2004800357916A
Authority: CN
Inventors: F·加尔科夫斯基; T·贝托尔德; T·拉什特; U·鲍尔
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2024-12-03
Also published as: US8078361B2; JP4777257B2; JP4926715B2; KR101225936B1; KR101205251B1; CN1890146A; WO2005054040A1; DE112004002252B4; DE112004002251D2; CN1890147A; US20080040002A1; JP2007513008A; EP1807300B1; EP1692031A1; DE112004002251B4; US20070239333A1; KR20060117333A; WO2005054039A1; EP1807300A1; DE112004002252D2

Abstract

本发明涉及一种用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的方法，在该方法中以附加转向力矩加载该车辆的转向系。该方法的特征在于，根据该车辆的转向轮上的瞬时的转向角与额定转向角之间的转向角偏差确定该附加转向力矩的第一分量，其中根据该车辆的横摆角速度的瞬时值与基准横摆角速度的值之间的偏差确定该转向角偏差，并且其中在车辆模型中借助于至少一个由驾驶员预给定的参量的值求得该基准横摆角速度的值。此外，本发明还涉及一种适用于实施该方法的装置。

Description

用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的方法，在该方法中以附加转向力矩对该车辆的转向系加载。

此外，本发明还涉及一种用于辅助车辆操作者的装置，该装置包括用于以附加转向力矩对车辆的转向系加载的机构。

背景技术

许多现代车辆已经装备了横摆角速度控制装置(ESP)，该横摆角速度控制装置在临界行驶状况中稳定车辆。这种调节在此基于依各车轮而不同的制动干涉以及对发动机控制装置的干涉，当车辆性能偏离预给定的目标期望性能时执行这种干涉。这种控制干涉对于车辆操作者是可非常明显地察觉的并且由此是极不舒适的，因此，通常只有当已经确定了相对目标性能存在显著的偏差时才执行这种控制干涉。

另外还已知，在临界行驶状况中，通过对车辆转向装置的控制干涉与车辆操作者的转向指令(Lenkvorgabe)无关地调节使车辆的行驶状态稳定的转向角。驾驶员不会感觉这种干涉是显著的妨碍，并且由此即使在与目标性能的偏差较小时也可执行这种干涉。但为此必须给车辆装备合适的转向系统、例如叠加式转向装置或线控转向式转向装置。此外存在发生可显著妨碍车辆的稳定性的错误的控制干涉的危险。

因此希望的是，在不稳定的行驶性能开始时以及尤其在驾驶员保持航向操纵时才仅仅辅助车辆的驾驶员，而不直接调节例如车辆的转向角这些校正参量。

国际专利申请WO 02/062647 A1说明了一种用于车辆的转向系统，在该转向系统中，车辆操作者获得关于行驶状态的触觉信息。这里根据车辆的横摆角速度与基准横摆角速度之间的偏差通过电动机来调节转向力矩，通过该转向力矩使转向装置更易于或难于转动。

但驾驶员不能由此获得具体的指示，即当出现不稳定的行驶状态时应如何才能使车辆稳定。尤其是无经验的驾驶员例如在不足或过度转向状态中仍然不知道必须以怎样的方式反应来获得稳定的行驶状态。

发明内容

因此，本发明的目的在于，这样地改善开始所述类型的方法，即，使得在稳定车辆时可靠地辅助该车辆的驾驶员。

本发明提供了一种用于在稳定车辆时辅助驾驶员的方法，在该方法中用附加转向力矩加载该车辆的转向系，该方法的特征在于，根据该车辆转向轮上的瞬时转向角与额定(期望)转向角之间的转向角偏差确定该附加转向力矩的第一分量，其中根据该车辆的横摆角速度的瞬时值与基准横摆角速度的值之间的偏差确定该转向角偏差，并且其中在一个车辆模型/车型中借助于至少一个由驾驶员预给定的参量的值求得该基准横摆角速度的值，其中，根据轮胎复位力矩的估计值确定所述附加转向力矩的一第二分量，通过第一分量与第二分量相加求得所述附加转向力矩。

通过这样的方法，可以可靠地且很有效地在调节例如过度转向状况中使该车辆的行驶状态稳定的额定转向角时辅助驾驶员。

该基准横摆角速度在此优选根据由车辆操作者设置的转向角被求得并且由此考虑了该车辆的由驾驶员期望的行驶性能。

但这里已经证实，尤其在装备有用于控制横摆角速度偏差的ESP控制器的车辆中，由于施加该附加转向力矩可出现不稳定性。这可能是因为驾驶员基于所述借助于该附加转向力矩的辅助进行的转向运动影响了该基准横摆角速度。通过该附加转向力矩的值与该基准横摆角速度的值之间的相互影响在此会部分地导致以该横摆角速度振动，车辆由于这种振动而“摇动”。

为了避免这种问题，在本发明的一个有利的实施形式中提出，当车辆的瞬时横摆角速度的绝对值降到在不稳定的行驶状况的开始时刻求得的基准横摆角速度的值之下时，取消该附加转向力矩。

由此实现对车辆行驶状态的稳定控制。

在本发明的另一个有利的实施形式中提出，根据该车辆的横摆角速度的瞬时值与该基准横摆角速度的值之间的偏差确定该转向角偏差，该基准横摆角速度的值在不稳定的行驶状况的开始时刻求得。

由此还可避免该附加转向力矩的值与该基准横摆角速度的值之间的相互影响并且可获得稳定的控制。

优选通过一个启动逻辑单元确定不稳定行驶状况的开始时刻。这里合适的是，该启动逻辑单元可访问行驶状况识别装置的结果。

在本发明的另一个有利的实施例中提出，根据轮胎复位力矩的估计值确定该附加转向力矩的第二分量。

这里通过考虑该轮胎复位力矩，可考虑到调节干涉时瞬时的路面状态。在此情况下尤其得到对于不同的路面摩擦系数不同的轮胎复位力矩，由此该附加转向力矩的值可与所述摩擦系数相匹配。

优选通过干扰参量观察器估计该轮胎复位力矩。

在本发明的另一个优选的实施形式中，通过该第一分量与该第二分量相加求得该附加转向力矩。

这允许彼此不相关地确定从所述转向角偏差导出的该附加转向力矩的控制分量以及从所述轮胎复位力矩求得的、可被看作是干扰分量的分量，从而可非常简单且可靠地设计所使用的转向角控制器。

在本发明的另一个有利的实施形式中提出，对该附加转向力矩的量进行限制。

由此避免了这样的控制干涉，在这种控制干涉中，该附加转向力矩如此大，以至于驾驶员可能失去对车辆转向系统的控制。

此外，本发明还提供了一种用于实施根据本发明的方法的有利的装置。

用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的装置，包括用于根据附加转向力矩信号调节附加转向力矩的装置，其特征在于，用于确定基准横摆角速度的机构向转向角控制器传输基准横摆角速度信号，该转向角控制器根据该基准横摆角速度信号与所测量的横摆角速度信号之间的偏差确定第一附加转向力矩信号；用于根据所估计的轮胎复位力矩确定第二附加转向力矩信号的装置；用于从第一附加转向力矩信号和第二附加转向力矩信号求得附加转向力矩的加法器。

根据本发明一种有利的构型，该用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的装置具有至少一个可控制的用于存储所述基准横摆角速度信号的值的存储器装置，所述基准横摆角速度信号由用于确定基准横摆角速度的装置传输给该存储器装置。这些构型可如上所述地根据车辆瞬时的横摆角速度与该参考在不稳定的行驶状况的开始时刻求得的横摆角速度的值之间的比较确定控制干涉或者根据该基准横摆角速度的这个值执行转向角控制。可通过一启动装置致动所述存储器装置。

所述启动装置可在至少两个运行状态中运行，并且在从第一运行状态向第二运行状态过渡时对所述存储器装置进行致动。

可通过用于识别不稳定的行驶状况的装置来控制所述启动装置从第一运行状态到第二运行状态的过渡。

还可通过用于将存储在所述存储器装置中的基准横摆角速度信号的值与所测量的车辆横摆角速度的值进行比较的比较装置来控制所述启动装置从第二运行状态到第一运行状态的过渡。

这里，所述存储器装置将所存储的基准横摆角速度的值传输给所述转向角控制器。

上述这些构型可如上所述地根据车辆瞬时的横摆角速度与该参考在不稳定的行驶状况的开始时刻求得的横摆角速度的值之间的比较确定控制干涉或者根据该基准横摆角速度的这个值执行转向角控制。

根据本发明的一种构型，该用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的装置包括用于估计轮胎复位力矩的干扰参量观测器。这里尤其可借助于干扰参量前馈系统考虑轮胎复位力矩。

根据本发明有利的构型，所述用于调节附加转向力矩的装置是电动助力转向装置的伺服电机、液力助力转向装置或线控转向式转向装置。

附图说明

本发明其它的优点及适当的改进方案由从属权利要求及下面借助于附图对优选实施例的说明中得到。附图中

图1表示用于求得附加转向力矩的控制系统的示意图；

图2表示用于求得过度转向状况中的附加转向力矩的控制系统的简要框图；

图3表示在图2示出的框图中的用于识别行驶状况的块的构型；

图4表示在图2示出的框图中的包括一个启动逻辑单元的块的构型；

图5表示在图2示出的框图中的用于求得额定转向角的块的第一实施例；

图6表示在图2示出的框图中的用于求得额定转向角的块的第二实施例；

图7表示在图2示出的框图中的用于估计轮胎复位力矩的块的第一构型；

图8表示在图2示出的框图中的用于估计轮胎复位力矩的块的第二构型；

图9表示在图2示出的框图中的用于估计驾驶员转向力矩的块的构型；

图10表示转向角控制器的构型；

图11表示在图2示出的框图中的用于干扰参量前馈系统的块的构型；

图12表示对附加转向力矩加以限制的详细视图；

图13表示用于求得不足转向状况中的附加转向力矩的控制系统的简要框图；

图14表示在图13中示出的框图中的用于识别行驶状况的块的构型；

图15表示在图13中示出的框图中的包括启动逻辑单元的块的构型；

图16表示在图13中示出的框图中的用于求得额定转向角度的块的构型；

图17表示转向角控制器的实施例；以及

图18表示在图13中示出的框图中的用于对附加转向力矩加以限制的块的构型。

具体实施方式

这里以双轴四轮机动车为出发点，其转向轮设置在前桥上。该车辆的转向装置优选设计成齿轮齿条式转向装置，它装备有电动助力转向装置。在该助力转向装置的常规运行中，通过EPS(EPS＝Electric PowerSteering，电动助力转向)伺服电机以附加的转向力矩加载转向系，该附加的转向力矩使由驾驶员施加的转向力矩增强。在此借助于手动转向力矩M_H求得驾驶员转向需求，借助于安装在转向系统的转向杆中的扭杆测量该手动转向力矩。

为了调节用于辅助驾驶员的附加转向力矩请求M_DSR(DSR＝DriverSteering Recommendation，驾驶员转向建议)使用了电动助力转向装置，在此由一个控制器例如通过到车辆的CAN总线的接口来控制该电动助力转向装置。EPS伺服电机在此用作致动器，该致动器将转向力矩MDSR(DSR＝Driver Steering Recommendation，驾驶员转向建议)引入到转向系，该转向力矩对应于受限制的附加转向力矩ΔM。

但本发明也可以按类似的方式用于具有其它转向系统的车辆中，所述其它转向系统是例如具有液力助力转向装置或具有线控转向式转向装置的转向系统。

图1中以简图示出了用于求得转向力矩请求M_DSR的转向系控制系统120的原理结构。在块130及140中识别出现车辆的不稳定的行驶状态时的行驶状况。这些块在此尤其使用通过行驶动力学控制器110提供的信息。该车辆状态控制器110例如是ESP和/或ABS系统。车辆过度转向时的临界行驶状况的识别优选在块130中进行。在块140中识别车辆的不足转向。

按照识别到的不稳定的行驶状态，在该控制系统的一个控制部分中在块150及160中计算额定转向角δ_Soll，以与识别出的行驶状况相匹配的方式确定该额定转向角。

在识别到可通过弯道中的负荷变化或制动过程造成的过度转向时，在块150中计算尽可能快速地使行驶状态稳定的额定转向角δ_Soll。

车辆不足转向时的行驶状况通常可在车辆速度高时以及在具有低的摩擦系数的路面上、例如在被冰覆盖的路面上或者在滑水状况中出现。转向运动通常不会影响或仅非常小地影响车辆在这种状况中的横摆运动。但在由低的摩擦系数变化到高的摩擦系数时，驾驶员的转向运动导致车辆的不为驾驶员所期待的剧烈反应并导致侧滑。因此在不足转向中，调节目的在于保持在识别状况时存在的、在块160中确定的转向角。

在其中优选进行干扰参量前馈的转向角控制器170确定附加转向力矩ΔM，由该附加转向力矩确定辅助力矩M_DSR，借助于该辅助力矩，驾驶员可舒适地调节额定转向角δ_Soll。在不足转向状况中，附加转向力矩ΔM反作用于所述转向运动，以便辅助驾驶员保持瞬时转向角。在此情况下也可由块150及160传输控制器170的参数，例如放大系数或干扰参量，以便以合适的方式在不同的行驶状况中进行控制。

在块180中根据状况对附加转向力矩ΔM进行限制。由此，该附加转向力矩ΔM尤其被限制在允许驾驶员进行与控制系统120的预给定值不一致的转向运动的值。驾驶员由此随时都保持对车辆的完全控制。

控制系统120的在过度转向状况中实施调节的所述部分、即尤其是在图1的原理视图中包括块130、150、170及180的部分的一个优选构型在图2中以一个表示成框图的简图示出。

该分系统在此尤其包括用于识别过度转向状况的块210，还包括具有用于启动所述控制系统的逻辑电路的块220，用于估计例如特别是轮胎复位力矩M_R的及驾驶员转向力矩M_F的干扰参量的块230，用于确定额定转向角δ_Soll的块240，转向角控制器250，用于干扰参量前馈的块260，以及用于限制附加转向力矩ΔM的块270。被限制的附加转向力矩ΔM在此对应于EPS伺服电机上的转向力矩请求M_DSR。

用于识别过度转向状况的块210的有利构型在图3中示出。当车辆的基准速度v_ref大于一个预给定的阈值S_v以及当下面所述的其它条件中至少一个被满足时，过度转向状况在块210中被识别。阈值S_v在此例如在5km/h与20km/h之间，优选在10km/h。

当

a)转向轮上的转向角δ_R具有与所测量的横摆角速度

同在车辆基准模型中所计算的基准横摆角速度之间的差相同的符号，

b)该差

的大于一个预给定的阈值S_ψ，以及

c)SESP标志位具有值1，

时，用于识别过度转向状况的第一附加条件被满足。

在此通过所述条件的条件a)保证了不稳定的行驶状况是过度转向状况及其它形式的不稳定的行驶状态。根据条件b)评判瞬时的行驶状况是否存在临界行驶状态。阈值S_ψ优选与瞬时的车辆基准速度v_ref及瞬时的当前的摩擦系数相匹配，其中在此例如可以以在ESP系统中估计的摩擦系数为基础。优选借助于特性曲线或表格进行所述匹配。

SESP标志位由另一个行驶状况识别装置确定，如果检测到在直线行驶或弯道行驶期间部分制动或者在弯道行驶期间负荷变化，则该SESP标志位取值为1。否则，取值为0。

在此借助于车辆的转向轮上的转向角δ_R及该转向角的变化率

以及借助于车辆的所测量的横向加速度a_y并且在考虑ESP系统的识别结果的情况下来识别车辆是直线行驶还是在弯道中行驶。

此外，借助于车轮制动器中的制动压力以及制动压力在时间上的分布来识别车辆是否会由驾驶员的制动干涉而产生不稳定性。

此外，借助于所测量的车轮速度并且借助于发动机转矩及其在时间上的分布或借助于加速踏板位置及其在时间上的分布来识别是否会因驾驶员快速地减小发动机转矩而产生不稳定性。

另外，借助于过度转向趋势确定SESP标志位，该过度转向趋势借助于横摆角速度及其变化率来求得。此外，为了与ABS-控制干涉相协调，检验车辆的后轮是否处于ABS控制中。

当

a)侧滑角β的变化率大于预定的阈值S_β，以及

b)转向角δ_R的变化率

大于预定的阈值S_δ，

时，用于识别过度转向状况的第二附加条件被满足。

由此提早地识别了当驾驶员在弯道中加速时尤其在后置驱动的车辆中产生的过度转向状况。阈值S_β及S_δ在此在行驶试验中与对应的车型相协调。

如果借助于所述条件在块210中识别到过度转向状况，则代表该块210的输出信号的过度转向标志位被置为值1。如果所述条件不再被满足，则该过度转向标志位从值1复位到值0。但优选在此以较小的阈值为基础，使得通过滞后稳定所述控制。

该过度转向标志位用作块220的输入信号，该块包括用于所述控制的启动逻辑单元。这个块的有利构型在图4中示出。

点火重新开始时，代表着块220的输出信号的过度转向有效标志位被置为值0。如果该过度转向标志位取值为1，则进行到值1的变化。

在块220中，通过该过度转向有效标志位控制一个存储器410，该存储器优选构造成边缘控制的保持缓冲器。如果该过度转向有效标志位的值在时刻t_ein从0变化到1，则将基准横摆角速度

的值

存储在该存储器410中。基准横摆角速度

的这个值在此表示车辆在时刻t_ein进入所述控制时的稳定状态的特征，可通过控制干涉恢复该稳定状态。

如果该过度转向有效标志位具有值1，则当下面的条件中至少一个被满足时，该值复位到值0：

a)过度转向标志位具有值0(或者其值从1变化到0)，

b)转向角δ_R的符号与所测量的车辆横摆角速度

的符号不同(或者与横摆角速度

的符号相比该转向角δ_R的符号发生了改变)，

c)所测量的横摆角速度

的绝对值小于基准横摆角速度的值

(或者减小到基准横摆角速度的这个值之下)。

根据条件a)，如果不再存在过度转向状况，则停止(zurücknehmen)所述控制干涉。当驾驶员在所述控制期间非常剧烈地且过度地反应动作时，条件b)被满足。由此而出现的临界行驶状况在此引起ESP-控制干涉以使车辆稳定。为了在此避免所考查的转向角调节与ESP-控制干涉之间的协调问题，该过度转向标志位在此复位到值0。

根据条件c)，如果车辆已稳定，则取消转向角控制。在此以值

而不是以基准横摆角速度的瞬时值为基础来表征稳定的行驶状态，以便再次避免转向角控制与ESP控制的相互影响。

这种影响这样地产生，即基准横摆角速度

受驾驶员的转向运动影响，该驾驶员基于所述借助于附加转向力矩ΔM的辅助进行这种转向运动。由于附加转向力矩ΔM的值与基准横摆角速度

的值之间的相互影响会增强车辆的横摆角速度偏差，由此可导致基准横摆角速度以不断增大的振幅振动。通过转向角控制装置的及ESP系统相应的控制干涉，在此可导致车辆的“摇动”。

但通过中断条件c)可实现稳定的控制，在所述稳定的控制中可避免所述协调问题。

此外，在本发明的一个有利的实施例中，当所估计的由驾驶员所施加的驾驶员转向力矩小于阈值S_M时，过度转向标志位也复位到值0。在此借助于这个条件识别驾驶员不再握持方向盘时的状况。该识别在此必须以驾驶员转向力矩M_F的估计值

为基础，因为在转向系中所测量的手动力矩M_H也受EPS伺服电机执行的控制干涉的影响。在此情况下在块230中估计驾驶员转向力矩M_F。

为了确定额定转向角δ_Soll-在该额定转向角的调节中要通过所述控制辅助驾驶员，设置有块240。图5中示出了该块的一个优选的实施例，该优选的实施例以时间优化的控制为基础。

在这个实施例中，首先从所测量的车辆横摆角速度

与在时刻t_ein确定的基准横摆角速度

之间的偏差

求得额定附加转向角Δδ_R。额定转向角δ_Soll通过减法从下式得到：

δ_Soll＝δ_R-Δδ_R

通过一个存储器510提供基准横摆角速度，该存储器也优选地设计成边缘触发的保持缓冲器并且通过所述过度转向有效标志位控制/致动。

以一个过度转向的车辆模型为基础求得该附加转向角Δδ_R，在该模型中，横摆角速度偏差

随着附加转向角Δδ_R的增加而增加。尤其是这里选择具有下面的传递函数

G (s) = L {\dot{ψ} - {\dot{ψ}}_{ref} (t_{ein})} / L {Δ δ_{R}}

的模型，其中L{.}表示拉普拉斯变换：

G (s) = \frac{K}{s (1 + sT)}

基于这个模型由输入参量

e = {\dot{ψ}}_{ref} (t_{on}) - \dot{ψ}

与参量

之间的差确定控制参量u，在开关线(Schaltlinie)520中求得该参量

在此有：

S (\dot{e}) = - T \dot{e} + K δ_{\max} T \ln (1 + \frac{| \dot{e} |}{{Kδ}_{\max}}) sgn (\dot{e})

优选在此情况下使用开关线520的线性化的形式，其中有：

S (\dot{e}) \approx - 0.31 T \dot{e}

参数T例如可在行驶试验中匹配。

在块530中借助于三点特性曲线来实现附加转向角Δδ_R的确定。值δ_max在此确定附加转向角Δδ_R的最大允许量。此外，通过块530仅传输绝对值大于不灵敏度参数a的控制参量u。这个措施用于稳定所述控制。

用于确定额定转向角δ_Soll的块240的另一个优选的实施例在图6中示出。在此，额定附加转向角Δδ_R由借助于因子K_β放大的侧滑角速度

及借助于因子K_ψ放大的所测量的车辆横摆角速度

与基准横摆角速度

之间的偏差

而确定。在块610中在此进行仲裁(Arbitrierung)，该仲裁优选借助于对所述的块610的输入参量求和或者借助于形成最大值来实现。

额定转向角δ_Soll在这个实施例中也作为转向轮上的转向角δ_R与所求得的转向角变化量Δδ_R之间的差来确定。

图2中的块230的任务是，对作用在转向系上的轮胎复位力矩M_R以及由驾驶员施加的驾驶员手动转向力矩M_F进行估计，该轮胎复位力矩由轮胎的侧向导向力(Seitenführungskraft)及横向力引起并且对手动转向力矩M_H反向作用。为了进行这种估计，在此在本发明的一个优选的实施例中使用线性的干扰参量观察器。

图7中所示的用于估计轮胎复位力矩M_R的干扰参量观测器在此以转向系统下面的模型方程为基础：

{\overset{. .}{δ}}_{L} = \frac{1}{J} (\frac{i_{M}}{i_{L}} M_{M} + M_{H} - M_{IR} - M_{R}) - - - (1)

在此J表示转向系的转动惯量，M_M表示由EPS伺服电机施加的转向力矩，所述转向力矩例如可由该电机的输入电流求得，i_L＝δ_L/δ_R表示车辆的转向柱上的转向角δ_L与转向轮上的转向角δ_R之间的传动比，i_M＝δ_M/δ_R表示EPS伺服电机的控制角(Aussteuerungswinkel)δ_M与转向轮上的转向角δ_R之间的传动比。所述借助于方程1进行的分析处理与转向柱有关。通过方程1中的力矩M_IR考虑了转向系内部的与转向角速度

成比例的粘性摩擦以及转向系内部的与偏转相联系的复位力矩(弹簧效应)，所述粘性摩擦由于在被润滑的表面上的滑动而产生，所述复位力矩与转向角δ_L成比例。力矩M_IR由此具有下面的形式：

M_{IR} = c_{1} δ_{L} + d_{1} {\dot{δ}}_{L} - - - (2)

比例常数c₁及d₁也可如转动惯量J那样在行驶试验中求得。

借助于方程1，干扰参量观测器算出估计的转向角加速度

通过第一积分由此得到转向角速度

的一个估计的值

另一个积分由该估计的转向角速度

提供估计的转向角

在干扰参量观测器中由所估计的转向角

与所测量的转向角δ_L之间的偏差以及由所估计的转向角速度

与从转向角传感器的测量值导出的转向角速度之间的偏差求得轮胎复位力矩M_R的估计值

的时间导数

所述偏差通过放大矩阵L反馈给干扰参量观测器的输入端。因此有：

{\overset{\dot{^}}{M}}_{R} = L_{31} (δ_{L} - {\hat{δ}}_{L}) + L_{32} ({\dot{δ}}_{L} - {\overset{\dot{^}}{δ}}_{L})

通过放大矩阵L还可直接借助于所估计的量

和

与相应的从测量信号求得的量δ_L和

之间的偏差来匹配所估计的转向角加速度

及所估计的转向角速度

可使用控制理论的标准方法来设计放大矩阵L的放大系数L_ij。这些放大系数可通过极点配置(Polvorgabe)求得。

在本发明的另一个优选的实施例中提出，使用根据图8的非线性的干扰参量观测器来估计轮胎复位力矩M_R。

该估计在此以转向系的模型为基础，在该模型中除了上述模型中所使用的参量之外还考虑了在干燥的接触面上滑动时产生的库仑摩擦。通过摩擦形成的内部转向力矩在这个模型中采用下面的结构形式：

M_{IR} = K_{F} δ_{L} + K_{D} {\dot{δ}}_{L} + K_{C} sgn ({\dot{δ}}_{L}) - - - (3)

图8中所示的观测器又以模型方程1为基础，根据方程4的内转向力矩带入在该模型方程中。所估计的转向角速度

及所估计的转向角

在此也通过积分从所估计的转向角加速度

求得：

{\overset{\dot{^}}{δ}}_{L} = &Integral; {\overset{\overset{. .}{^}}{δ}}_{L} dt

及

{\hat{δ}}_{L}^{'} = &Integral; {\overset{\dot{^}}{δ}}_{L} dt

在此从所估计的转向角速度

与所测量的转向角速度之间的差以及从所估计的转向角

与所测量的转向角δ_L之间的差得到待估计的轮胎复位力矩

并将其反馈到干扰参量观测器的输入端：

{\hat{M}}_{R} = h_{1} \cdot ({\overset{\dot{^}}{δ}}_{L} - {\dot{δ}}_{L}) + h_{2} \cdot ({\hat{δ}}_{L} - δ_{L})

放大因子h₁及h₂在此适宜在行驶试验中确定，由此该系统特别稳定并且可足够精确地估计轮胎复位力矩的值M_R。

所估计的轮胎复位力矩对应于作用在转向系上的负载力矩M_Last。通过与一个因子i_L相乘可使与转向杆相关地确定的负载力矩M_Last同车辆的转向轮相联系。

优选以与轮胎复位力矩

的估计类似的方式借助于图9中所示的一个线性的干扰参量观测器进行驾驶员转向力矩M_F的估计。该干扰参量观测器在此以下面的方向盘转动性能的模型方程为基础，尤其是将由驾驶员施加的驾驶员转向力矩M_F与所测量的手动转向力矩M_H之间的差引入该模型方程中：

{\overset{. .}{δ}}_{L} = \frac{1}{J} (M_{F} - M_{H} - c_{2} δ_{L} - d_{2} {\dot{δ}}_{L}) - - - (4)

通过项

还考虑了粘性摩擦及弹簧效应。

为了借助于方程4计算所估计的驾驶员转向力矩又使用了所估计的转向角加速度

所估计的转向角速度

以及方向盘上的所估计的转向角

与图7中的所估计的轮胎复位力矩

的时间导数

类似，所估计的驾驶员转向力矩

的时间导数

在该干扰参量观测器中从所估计的转向角

与所测量的转向角δ_L之间的偏差以及从所估计的转向角速度

与从转向角传感器的测量值导出的转向角速度

之间的偏差求得，所述偏差通过放大矩阵l反馈给该干扰参量观测器的输入端。因此有：

{\overset{\dot{^}}{M}}_{F} = l_{31} (δ_{L} - {\hat{δ}}_{L}) + l_{32} ({\dot{δ}}_{L} - {\overset{\dot{^}}{δ}}_{L})

通过积分由此得到所估计的驾驶员转向力矩

如已经描述的那样，从所估计的驾驶员转向力矩

可获知，驾驶员在控制干涉期间是否松开了方向盘。

借助于块250中的转向角控制及借助于通过块260实施的干扰参量前馈求得附加转向力矩ΔM。

图10中示出了优选的控制器250的框图。附加转向力矩ΔM的控制分量M_Reg在此在所示的调节器250的实施形式中由第一分量与第二分量的和确定。

该第一分量通过借助于比例控制器用预确定的因子K₂对额定转向角δ_Soll与车辆转向轮上的瞬时存在的转向角δ_R之间的调节偏差进行放大来确定。

该第二分量由转向角速度

的调节偏差得到，并在设计成级联控制器的控制器250的支路中被确定。用于内部控制器的指令参量在此由所述转向角的调节偏差δ_Soll-δ_R与预确定的因子K_l相乘求得，并对应于额定转向角变化量。该调节偏差相应地由所求得的额定转向角变化量与由转向角传感器的测量值确定的转向角速度

之间的差

得到。

所述级联控制器的内部控制器优选设计成PD(比例微分)控制器，由此，如下得到附加转向力矩的控制分量M_reg的第二分量：

K_{2, P} [K_{1} \cdot (δ_{Soll} - δ_{R}) - {\dot{δ}}_{R}] + K_{2, D} \cdot \frac{d}{dt} [K_{1} \cdot (δ_{Soll} - δ_{R}) - {\dot{δ}}_{R}]

如果额定转向角δ_Soll与瞬时的转向角δ_R之间的差由于驾驶员的转向运动增大，则所述系统可借助于附加转向力矩的控制分量M_reg的这个第二分量非常快速和有效地进行干涉。

附加转向力矩ΔM的分量

由用因子K_S放大的估计的负荷转向力矩M_Last得到，并在块260中确定，该块在图11中的框图中示出。对分量的考虑在此相当于干扰参量前馈，该干扰参量前馈在此使得可对路面特征进行考虑，但可以以简单的方式不依赖于这种影响进行转向角控制。为了确定附加转向力矩ΔM，将分量M_reg与

相加。该和还与通过块220中的启动逻辑单元确定的过度转向有效标志位相乘，由此，该附加转向力矩只有当该过度转向有效标志位具有值1时才传输给EPS伺服电机。

另外，在块270中对该附加转向力矩加以限制。借助于图12明确说明这个块的有利的构型。

在此首先由附加转向力矩ΔM及转向角速度计算该控制干涉的功率

如果该功率的绝对值超过预给定的值P_ΔM，max，则通过EPS伺服电机向转向系加载的辅助力矩M_DSR被限制在下面的值：

M = \frac{P_{ΔM, \max}}{\max (1, | {\dot{δ}}_{R} |)} sgn (ΔM)

如果情况不是如此，则对EPS伺服电机的转向力矩请求M_DSR对应于附加转向力矩ΔM。

尤其是当取消了对否驾驶员是否已松开方向盘进行的识别时，所述限制是特别有意义的。

在图13中用框图表示的简图中示出了该控制系统的在不足转向状况中实施控制的部分的优选实施例。

该分系统在此尤其包括：用于识别不足转向状况的块1310、用于启动所述控制系统的逻辑电路的块1320、用于确定额定转向角δ_Soll的块1330、转向角控制器1340，以及用于限制附加转向力矩ΔM的块1350。

图14中示出了用于识别不足转向状况的块1310的有利的实施形式。当车辆的基准速度v_ref大于预给定的、在60km/h与120km/h之间、优选在80km/h的阈值S_v，以及当附加地下面所述的条件中至少一个被满足时，在块1310中识别到不足转向状况：

a)滑水标志位具有值1。

b)路面的瞬时存在的摩擦系数μ小于预给定的阈值S_μ。

如果ESP系统识别到滑水状况，则该滑水标志位优选由车辆的ESP系统置为值1。作为路面摩擦系数的瞬时的值μ，优选也采用由ESP系统估计的值。摩擦系数μ的阈值S_μ例如在0.05与0.2之间，优选在0.1。

如果在块1310中识别到不足转向状况，则代表块1310的输出信号的不足转向标志位被置为值1。如果借助于上述条件没有识别到不足转向状况，则不足转向标志位具有值0。

该不足转向标志位用作用于块1320的输入信号，该块包括用于所述调节的启动逻辑单元。图15中示出了块1320的一个优选的构型。

点火重新开始时，由所述块将不足转向有效标志位置为值0。如果该不足转向标志位取值为1，则进行到从值0到值1的变化。

当该不足转向标志位取值为0时，如果所述过度转向有效标志位具有值1，则该过度转向有效标志位复位到0。

在块1330中求得额定转向角δ_Soll，该额定转向角通过驾驶员的调节要借助于所述控制来辅助。图16中示出了块1330的优选的实施形式。

块1330在此包括存储器1610，该存储器优选设计成边缘触发的保持缓冲器，并通过所述过度转向有效标志位控制。如果该过度转向有效标志位在时刻t_ein从值0变化到值1，则车辆的转向轮上的转向角δ_R在时刻t_on存在的值δ_R(t_ein)被存储在该存储器1610中，并作为额定转向角δ_Soll由块1330输出。

通过控制分量M_reg与所述不足转向有效标志位相乘来确定附加转向力矩ΔM，并且由此当该不足转向有效标志位具有值1时，所述附加转向力矩取值M_reg。否则该附加转向力矩ΔM具有值0。

该附加转向力矩ΔM的控制分量M_reg由控制器1340确定。图17中示出了这个控制器的有利的实施例。

所述控制分量在这个实施例中由放大的偏差δ_Soll-δ_R与放大的转向角速度

之间的差确定。

在此借助于块1710及1720中的特性曲线u_p(δ_Soll-δ_R)及

求得放大系数。借助于微分环节1730确定转向角速度该微分环节通过合适的实际微分器来实现。优选该微分环节1730是DT₁环节。

此外还设置对附加转向力矩ΔM的限制，所述限制依赖于瞬时的行驶状态及瞬时的驾驶员行为进行。图18中示出了限制部件的框图。

在块1810中执行与速度相关的限制，其中在低速度范围中对所述附加转向力矩进行比在中等速度范围中更强的限制。已经证实，很多车辆操作者认为这样的与速度相关的限制是特别舒适的。在高速度范围中对所述附加转向力矩进行加强的限制，因为这里在发生车辆操作者的错误行为时，干涉可导致严重的损害。优选借助于特性曲线进行块1810内的限制，该特性曲线例如在行驶试验中确定。

块1820随控制干涉的持续时间变长而减小附加转向力矩。由此防止：由于确定输入参量-例如制动压力时误差不断增大，或者由于估计误差不断增大-例如在行驶通过弯道期间的制动过程中对行车方向角(Kurslenkwinkel)进行估计时，有误差地进行所述控制干涉。通常，如果所述干涉持续一定时间之后警告车辆操作者存在危险状况并且引导其稳定车辆，则所述操作者能够完全接管转向控制任务。

另外还设想了考虑了车辆操作者的行为的限制。在此，在块1830中从所测量的由驾驶员施加的手动转向力矩M_H及转向角的瞬时的调节偏差求得：该车辆操作者是否遵循该控制系统的指示，或者他是否违抗这些指示。在此情况下可通过对所述参量在时间上不断进行的观察及分析处理来形成这样一个参量，该参量是用于(衡量)驾驶员的所述违抗的尺度。如果这个参量超过预给定的阈值，则附加转向力矩通过块1830降低到值0。

另外，在块1840中进行动态特性限制，在所述动态特性限制中对附加转向力矩的增加或降低进行限制，以便避免附加转向力矩快速地施加到方向盘上。如果没有这种限制，在EPS伺服电机的动态特性非常高的情况下，可能会由于附加转向力矩的突然引入(Einsteuern)而将方向盘从车辆操作者手中打脱。

所述限制部件中的输出信号是对EPS伺服电机的转向力矩请求M_DSR。在不足转向状况中，转向力矩M_DSR辅助驾驶员避免突然的转向角变化，由此避免了车辆在变化到高摩擦系数时的侧滑。

Claims

1.一种用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的方法，在该方法中以附加转向力矩对车辆的转向系加载，其特征在于：根据车辆的转向轮上的瞬时转向角与额定转向角之间的转向角偏差确定所述附加转向力矩的第一分量，其中根据车辆的横摆角速度的瞬时值与基准横摆角速度的值之间的偏差确定所述转向角偏差，并且其中根据至少一个在一车辆模型中由驾驶员预给定的参量的值求得所述基准横摆角速度的值，其中，根据轮胎复位力矩的估计值确定所述附加转向力矩的一第二分量，通过第一分量与第二分量相加求得所述附加转向力矩。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，根据由车辆操作者调节的转向角求得所述基准横摆角速度。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，当车辆的瞬时横摆角速度的绝对值下降到所述基准横摆角速度的在不稳定的行驶状况的开始时刻求得的值之下时，取消所述附加转向力矩。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，根据车辆的瞬时横摆角速度与所述基准横摆角速度的值的偏差确定所述转向角偏差，所述基准横摆角速度的值是在不稳定的行驶状况的开始时刻求得的。

5.根据权利要求3或4的方法，其特征在于，通过启动逻辑单元确定不稳定的行驶状况的所述开始时刻。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述启动逻辑单元访问行驶状况识别装置的结果，以确定不稳定的行驶状况的开始。

7.根据权利要求1至4的任一项的方法，其特征在于，由干扰参量观测器估计所述轮胎复位力矩。

8.根据权利要求1至4的任一项的方法，其特征在于，对所述附加转向力矩的量加以限制。

9.一种用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的装置，该装置包括用于根据附加转向力矩信号调节附加转向力矩的装置，其特征在于，一用于确定基准横摆角速度的装置将基准横摆角速度信号传输给转向角控制器，该转向角控制器根据该基准横摆角速度信号与所测量的横摆角速度信号之间的偏差确定第一附加转向力矩信号；用于根据所估计的轮胎复位力矩确定第二附加转向力矩信号的装置；用于从第一附加转向力矩信号和第二附加转向力矩信号求得附加转向力矩的加法器。

10.根据权利要求9的装置，其特征在于，该用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的装置具有至少一个可控制的用于存储所述基准横摆角速度信号的值的存储器装置，所述基准横摆角速度信号由用于确定基准横摆角速度的装置传输给该存储器装置。

11.根据权利要求9或10的装置，其特征在于，通过一启动装置致动所述存储器装置。

12.根据权利要求11的装置，其特征在于，所述启动装置可在至少两个运行状态中运行，并且在从第一运行状态向第二运行状态过渡时对所述存储器装置进行致动。

13.根据权利要求12的装置，其特征在于，通过用于识别不稳定的行驶状况的装置来控制所述启动装置从第一运行状态到第二运行状态的过渡。

14.根据权利要求12的装置，其特征在于，通过用于将存储在所述存储器装置中的基准横摆角速度信号的值与所测量的车辆横摆角速度的值进行比较的比较装置来控制所述启动装置从第二运行状态到第一运行状态的过渡。

15.根据权利要求10的装置，其特征在于，所述存储器装置将所存储的基准横摆角速度的值传输给所述转向角控制器。

16.根据权利要求9或10的装置，其特征在于，该用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的装置包括用于估计轮胎复位力矩的干扰参量观测器。

17.根据权利要求9或10的装置，其特征在于，所述用于调节附加转向力矩的装置是电动助力转向装置的伺服电机。

18.根据权利要求9或10的装置，其特征在于，所述用于调节附加转向力矩的装置是液力助力转向装置。

19.根据权利要求9或10的装置，其特征在于，所述用于调节附加转向力矩的装置是线控转向式转向装置。