CN101443227A - 用于在转向辅助系统中改善行驶舒适性的方法和装置 - Google Patents

用于在转向辅助系统中改善行驶舒适性的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在使汽车转向时给驾驶员提供支持的方法，其中，产生一个伺服力矩(MU)以及一个附加的调整扭矩(MS)，该调整扭矩(MS)可以附加地施加到汽车的转向系统(2)上，用于促使驾驶员改变转向盘位置。由所述附加要求的调整扭矩(MS)引起的转向干预可以设计得显著更舒适，如果将所述调整扭矩(MS’)的梯度限制在一个最大值(Max1)上。

Description

用于在转向辅助系统中改善行驶舒适性的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1、4、6和8前序部分所述的用于在使汽车转向时给驾驶员提供支持的方法以及一种按权利要求11前序部分所述的相应的装置。
背景技术
现代现车通常配有在转向时给驾驶员提供支持的助力转向系统(伺服转向系统)。已知的助力转向系统包括调整装置比如电动机或液压泵，借助于该调整装置向转向系统施加支持力矩，该支持力矩降低了应该由驾驶员施加的转向力。所述支持力矩的大小取决于当前的行驶状况，尤其取决于转向角或者说转向盘角度及行驶速度。所述支持力矩通常由控制仪按照预先给定的转向特征来调节。
除了所述的在转向时减少力消耗的助力转向系统之外，从现有技术中也公开了这样的转向系统，这些转向系统在特殊的行驶状况中向所述转向系统施加附加的调整扭矩，用于促使驾驶员改变转向盘位置。这些系统也称为驾驶员转向辅助系统。比如LKS-系统(LKS：LaneKeeping Support(车道辅助保持))也属于这些系统，这种LKS-系统有助于驾驶员将汽车保持在行车道上。
LKS-系统通常包括环境传感装置，比如视频系统，利用该视频系统可以确定车道的走向以及汽车在车道中的相对位置或者可以识别可能存在的障碍。只要汽车的运动轨道大致相当于车道走向，这些系统在正常的行驶状态中就不激活。在这种情况下，仅仅向转向系统施加伺服力矩。但是如果汽车的运动轨道从由车道走向预先给定的最佳的运动轨道上偏离太多或者存在着其它危险状况，那么该系统就产生附加的调整扭矩，该调整扭矩可以被驾驶员通过触觉感知并且向其指出，他必须如何操纵转向系统以便将汽车保持在行车道中或者说使汽车具有拐弯机动性。在转向盘转动太小时，驾驶员比如感觉到转向力的下降，由此他自动地以更大的幅度使转向盘打弯。相反，在转向盘转动太大时，该系统则提高作用在转向盘上的转向力，由此驾驶员则继续将转向盘转入零位中，只要他想这样做。
在每次对所述驾驶员转向辅助系统进行转向干预时，转向系统的独特的转向性能都被改变，也就是说驾驶员在转向盘上突然感觉到一个不同的反作用力。该不同的转向感觉对驾驶员来说不习惯，并且尤其在驾驶员不想一同执行所建议的转向运动时可能起干扰作用。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种转向辅助系统，不过这种转向辅助系统的转向干预对驾驶员来说显著更加舒适并且由此显著改善了行驶舒适性。
该任务按本发明通过在权利要求1、4、6、8和11中所说明的特征得到解决。本发明的其它设计方案是从属权利要求的主题。
本发明的一个重要方面在于，如此对附加要求的调整扭矩进行调整，使得其在汽车转向时不会过度影响且尤其不会干扰驾驶员。为此，所要求的扭矩如下面所描述的一样优选在其绝对值和/或其动态性方面受到限制：
按照本发明的第一实施方式，将所述附加的调整扭矩的梯度限制在一个预先给定的最大值上。由此尤其避免可能对驾驶员来说不舒服的扭矩突变。由此可以显著改善转向舒适性。
所述最大值优选取决于所要求的调整扭矩的数值，其中最大的梯度在调整扭矩较大的情况下优选小于在调整扭矩较小时。也就是说，所述附加的调整扭矩越大，该调整扭矩上升或者说下降得越缓慢，用于向驾驶员提供对所述附加的扭矩进行补偿的可能性，如果他期望如此。梯度限制优选只有在所述梯度大于一个预先给定的阈值时才激活。
所述最大的梯度在所述调整扭矩的梯度为正和负时可以选择为不同的大小的。
按照本发明的第二实施方式，将在由驾驶员施加的驾驶员手动扭矩和附加的调整扭矩之间的差值限制在一个预先给定的最大值上。由此防止作用于转向盘的力太高，太高的力在驾驶员不想一同执行所建议的转向运动时会给其带来干扰。毕竟所述附加的调整扭矩仅仅应该引起驾驶员的反应并且使其加快作出反应，而不是给其造成干扰。所述调整扭矩的数值因此只有在驾驶员也一同执行所述转向运动时才允许增加。
上面提到的在所述驾驶员手动扭矩和调整扭矩之间的差值的限制优选仅仅在所述调整扭矩的数值超过一个预先给定的阈值时才被激活。在调整扭矩很小时对驾驶员的影响相当小。
按照本发明的第三实施方式，如果调整扭矩大于一个预先给定的阈值，所述驾驶员手动扭矩具有不同于所述调整扭矩的符号，所述驾驶员手动扭矩的数值超过预先给定的阈值并且所述驾驶员手动扭矩乘以其梯度所得到的乘积大于零，那么将所述调整扭矩限制在一个预先给定的最大值上。用这种方法，可以在驾驶员不想一同执行所建议的转向运动并且他要对所要求的调整扭矩作出反应时快速降低所要求的调整扭矩。
在前面提到的比如也借助于函数比如死区函数(Toten-Zone-Funktion)进行计算时可以降低所述驾驶员手动扭矩的梯度，用于避免突变。
按照本发明的第四实施方式，如果调整扭矩试图使转向盘沿一个特定的方向运动并且所述转向盘已沿着所述扭矩的方向超过一个预先给定的速度，那么降低所要求的调整扭矩。通过这种方式可以避免令人不舒服的或者说“无情的”转向运动。
此外，也可以将所述驾驶员手动扭矩的数值加上所述调整扭矩的数值后得到的总和限制在一个预先给定的最大值上。由此避免因太高的转向力使驾驶员过度疲劳并且在转向时丧失阻力感觉。
出于安全原因也优选将所述调整扭矩的最大值限制在一个预先给定的数值上。
附图说明
下面借助于附图示范性地对本发明进行详细解释。其中：
图1是汽车中的驾驶员辅助系统的主要部件的示意性框图；
图2是作用在转向盘上的力和力矩；
图3是按照本发明的第一实施方式的用于在转向干预时改善转向舒适性的主要方法步骤；
图4是按照本发明的第二实施方式的用于在转向干预时改善转向舒适性的主要方法步骤；
图5是按照本发明的第三实施方式的用于在转向干预时改善转向舒适性的主要方法步骤；
图6是按照本发明的第四实施方式的用于在转向干预时改善转向舒适性的主要方法步骤；
图7是按照本发明的第五实施方式的用于在转向干预时改善转向舒适性的主要方法步骤。
具体实施方式
图1示出了驾驶员转向辅助系统的主要部件的示意性框图，该驾驶员转向辅助系统在驾驶员使其汽车转向时向其提供支持。该转向辅助系统包括控制仪1，该控制仪1对用于监控当前行驶状态的传感装置5的不同的传感器信号进行处理。所述传感装置5可以比如包括车轮转速传感器、转向角度传感器、或者在使用LKS-系统的情况下也包括环境传感装置。此外，所述控制仪1与对由驾驶员施加的转向力进行测量的驾驶员手动扭矩传感器6相连接。
在正常行驶状态中，所述控制仪1产生伺服力矩MU，借助于转向调节器(Lenksteller)将该伺服力矩MU施加到汽车的转向系统2上(在此将转向调节器和转向系统合并在方块2中)。在特定的行驶状况中汽车比如从最佳的运动轨道上偏离太多，在这样的行驶状况中所述控制仪1或者外部的装置比如汽车调节器产生一个附加的调整扭矩MS(所要求的调整扭矩)。该调整扭矩MS而后与所述伺服力矩MU一起施加到所述转向系统2上。由此产生不自然的转向力，该转向力可以被驾驶员通过触觉所感知并且向驾驶员指出，他必须如何操纵转向系统以便将汽车保持在其行车道上或者说使汽车具有拐弯机动性。通常仅仅如此设计所述附加的转向力的尺度，使得其可以由驾驶员进行过量调节。
附加的调整扭矩MS的施加对驾驶员来说可能令人惊讶或者令人不舒服。因此，为了不致于过度影响转向性能，在此建议，借助于单独的装置7优选软件算法按大小和当前的行驶状况来限制所述附加的调整扭矩MS或者在其它方面对其进行调整。而后将经过调整的调整扭矩MS’在节点3上加到所述伺服力矩MU上。由此产生的伺服力矩用MU’来表示。
图2示出了作用在转向盘4上的力和力矩。一方面，转向盘阻力矩或者说复原力矩ML起作用，该转向盘阻力矩或复原力矩ML试图使所述转向盘4回到零位。这个力矩ML由所述转向系统2的机械的转向力和改动的伺服力矩MU’产生。另一方面，由驾驶员施加的这里用MF来表示的驾驶员手动扭矩在起作用。
所要求的调整扭矩MS原则上可以在其绝对值和/或其动态性方面受到限制。下面借助于图3到图7对用于限制所述调整扭矩MS的不同方法进行详细解释。用于对所要求的调整扭矩MS进行限制或者说调整的算法优选与所述要求调整扭矩MS的装置分开实现。
图3示出了一种方法的主要的方法步骤，利用该方法将所要求的调整扭矩MS的梯度限制在预先给定的最大值上。在此，在步骤10中首先检查，所述调整扭矩MS的梯度是否超过预先给定的阈值SW1。如果是，那就在步骤11中确定所要求的调整扭矩MS的数值。然后在步骤12中将所述调整扭矩MS的(上升的或下降的)梯度限制在最大值Max1上。
所述最大的梯度Max1优选取决于所述调整扭矩MS的数值，其中所述最大的梯度Max1在调整扭矩MS较大的情况下优选小于在调整扭矩MS较小时。由此与较小的调整扭矩MS相比原则上以较慢的速度(以在数值上较小的梯度)施加较大的调整扭矩MS。通过这种方式尤其避免驾驶员因转向干预而恼怒和受惊。此外，由此向驾驶员提供足够的时间用于对这种扭矩作出反应并且必要时对其进行补偿，如果他期望如此。
图4示出了一种方法的主要的方法步骤，利用该方法将在所述驾驶员手动扭矩MF和所要求的调整扭矩MS之间的差值限制在预先给定的阈值上。该功能只有在所要求的调整扭矩MS大于预先给定的阈值SW2时才起作用。
因此在步骤13中首先检查，所要求的调整扭矩MS的数值是否大于所述阈值SW2。如果是，那就在步骤14中询问，所述驾驶员手动扭矩MF(由驾驶员手动扭矩传感器6进行测量)和所述调整扭矩MS的差值是否超过一个阈值SW3。如果是，那就将所述调整扭矩MS限制在最大值Max2上。由此防止作用在所述转向盘4上的力太高，如果驾驶员不想一同执行所建议的转向运动，那么他就必须对所述太高的力进行补偿。毕竟所要求的调整扭矩MS仅仅应该引起驾驶员的反应并且使其加快作出反应，而不是给其造成干扰。
图5示出了一种方法的主要的方法步骤，利用该方法可以在驾驶员反向转向时快速降低所述调整扭矩MS。在这种情况下，首先在步骤16中检查，所要求的调整扭矩MS是否超过预先给定的阈值SW5。如果是，那就在步骤17中询问，所述驾驶员手动扭矩MF和所述调整扭矩MS是否具有不同的符号。在其它情况下则结束该方法。在符号不同时(也就是说驾驶员反向控制)则在步骤18中询问，所述驾驶员手动扭矩是否超过预先给定的阈值SW6。如果是，则在步骤19中在所述驾驶员手动扭矩MF及其梯度grad(MF)上形成乘积并且确定，这个乘积是否大于零。在其它情况下也结束该方法。如果在步骤19中的结果是肯定的(是)，则在步骤20中将所述调整扭矩MS限制在最大值Max3上。
图6示出了一种功能，利用该功能可以将所述调整扭矩MS限制在预先给定的最大值上，如果转向盘已经沿所要求的调整扭矩MS的方向进行运动。为此在步骤21中检查，转向角速度vL和调整扭矩MS是否指向相同的方向。如果是，那就在步骤22中询问，所述转向角速度vL是否超过预先给定的阈值SW8。如果是，那就将所述调整扭矩设置为确定的数值max4(步骤23)。
图7示出了一种方法，利用该方法可以将所述调整扭矩MS限制在预先给定的数值上，如果所述驾驶员手动扭矩和所述调整扭矩的总和超过预先给定的阈值。为此在步骤24中首先检查，所述驾驶员手动扭矩MF和所述调整扭矩MS的总和的数值是否超过预先给定的阈值SW9。如果是，那就在步骤25中将所述总和设置为预先给定的最大值max5。所述调整扭矩MS由此相应地得到降低。

Claims (12)

1.用于在使汽车转向时给驾驶员提供支持的方法，其中，产生伺服力矩(MU)和附加的调整扭矩(MS、MS’)，所述调整扭矩(MS、MS’)可以附加地施加到汽车的转向系统(2)上，用于促使驾驶员改变转向盘位置，其特征在于，将所述调整扭矩(MS’)的梯度限制在预先给定的最大值(Max1)上。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最大值(Max1)取决于所述调整扭矩(MS)的数值。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述最大值(Max1)对于正的和负的梯度来说具有不同的大小。
4.用于在使汽车转向时给驾驶员提供支持的方法，其中，产生伺服力矩(MU)和附加的调整扭矩(MS、MS’)，所述调整扭矩(MS、MS’)可以依赖于行驶状况附加地施加到汽车的转向系统(2)上，用于促使驾驶员改变转向盘位置，其特征在于，将在由驾驶员施加的驾驶员手动扭矩(MF)和所述调整扭矩(MS’)之间的差值限制在预先给定的最大值(Max2)上。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，只有在所述调整扭矩(MS)的数值超过预先给定的阈值(SW2)时才限制所述差值。
6.用于在使汽车转向时给驾驶员提供支持的方法，其中，产生伺服力矩(MU)和附加的调整扭矩(MS、MS’)，所述调整扭矩(MS、MS’)可以依赖于行驶状况附加地施加到汽车的转向系统(2)上，用于促使驾驶员改变转向盘位置，其特征在于，如果所要求的调整扭矩(MS)大于阈值(SW4)，所述驾驶员手动扭矩(MF)具有不同的符号，所述驾驶员手动扭矩(MF)的数值超过了预先给定的阈值(SW5)并且所述驾驶员手动扭矩(MF)和其梯度的乘积大于零，那么将施加到转向系统(2)上的调整扭矩(MS’)限制在预先给定的最大值(Max3)上。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，用死区函数来降低所述驾驶员手动扭矩(MF)的梯度。
8.用于在使汽车转向时给驾驶员提供支持的方法，其中，产生伺服力矩(MU)和附加的调整扭矩(MS、MS’)，所述调整扭矩(MS、MS’)可以依赖于行驶状况附加地施加到汽车的转向系统(2)上，用于促使驾驶员改变转向盘位置，其特征在于，如果所述调整扭矩(MS’)试图使转向盘(4)沿特定的方向运动并且所述转向盘(4)已沿着所述扭矩(MS)的方向超过预先给定的速度，那么降低所述调整扭矩(MS’)。
9.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对所述驾驶员手动扭矩(MF)加上所要求的调整扭矩(MS)的总和进行限制，如果所述总和的数值超过预先给定的阈值。
10.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将施加在转向系统上的调整扭矩(MS’)的最大数值限制在预先给定的数值上。
11.用于在使汽车转向时给驾驶员提供支持的装置，包括控制仪(1)，该控制仪(1)产生伺服力矩(MU)和附加的调整扭矩(MS、MS’)，所述调整扭矩(MS、MS’)可以依赖于行驶状况附加地施加到汽车的转向系统(2)上，用于促使驾驶员改变转向盘位置，其特征在于，所述控制仪(1)包括一种算法，该算法按照上面所要求保护的方法之一来限制或调整所要求的调整扭矩(MS)并且产生改动的调整扭矩(MS’)。
12.按权利要求11所述的装置，其特征在于，设置了驾驶员手动扭矩传感器(5)，利用其可以测量所述驾驶员手动扭矩(MF)。
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