CN101454189A - 带有转向建议的机电转向装置 - Google Patents

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Abstract

一种带有转向建议的机电转向装置，用于在严格要求稳定性的条件下保持车辆的稳定，该装置可以作为触觉转矩指示器安装在方向盘(2)上，该装置包括用来提供助力转矩(MU)的电机(5)，助力转矩为调整信号(SU)函数，该调整信号产生于转向命令信号(SH)。代表转向建议(ME)的信号(SE)直接接入到电机(6)的调整信号(SU)，转向建议由确定的车辆参数计算出。由此不依赖于电机(6)的转矩实现持续相同的动力。此外，实现了转向建议好的可感知性。再者在司机释放方向盘的情况下，同样防止方向盘的自转。

Description

带有转向建议的机电转向装置
本发明涉及一种带有转向建议的机电转向装置(EPS-电力转向控制系统)，用于在严格的稳定性条件下保持车辆的稳定，该装置可以作为触觉转矩指示器安装在方向盘上，该装置包括用于提供依赖于调整信号的助力转矩(
Figure A200780019209D0004140220QIETU
berstützungsmoment)的电机，该调整信号产生于转向命令信号。
在2004年3月11到12日慕尼黑举行的“Aktives Sicherheit durchFahrerassistenz”大会上，在Faust，M.，Folke，R的论文文献《Kopplungvon Bremssystemen und Elektrischer Servolenkung zur Darstellung vonFahrerassistenzsystemen(刹车系统和电动伺服转向装置的结合用于驾驶员辅助系统的描述)》中公开介绍了该类转向装置。通过转向建议，转向建议可以在方向盘上作为转矩为驾驶员所感知，驾驶员可以在诸如转弯穿越行驶或者在具有非均匀摩擦系数的车道(所谓的μ-Split刹车条件)上刹车的恶劣行驶条件下通过转向干预更快地平稳车辆。其中必须保证，司机可以持续过调转向建议而由此在每种行车条件下保持对事故的掌控。
由于ESP(ESP-电子稳定程序)系统对于方向盘的转向建议的提供就不需要额外的器件，其实一般情况下由于其它的原因这些器件在车辆上是存在的。相应地，上述配置包括具有控制装置、液压单元、偏航传感器、加速度传感器、转速传感器和转向角传感器的ESP系统，以及具有控制装置、伺服单元和转矩传感器的电动伺服装置。其中，对于有效的伺服转向而额外需要的软件应该在两个控制装置之一中运行。
在严格的稳定性行驶条件下能够产生的转向建议在可感知的转矩力度和大小上不应该对司机有过高要求，然而必须有足够明确的可感知性。例如相应的转向装置公开于DE 103 54 662 A1。其中在严格的稳定性条件下产生的转矩是如下进行测量的，那就是驾驶员可以过调该转矩。
开始所提的该装置的进一步的改型公开于DE 10 2004 041 413.0。在这种情况下，转向建议所需要的信号会以参考特性曲线的方式从ESP传送到转向装置。随后该信号在转向装置中转换成叠加转矩。为此转向建议信号首先同驾驶员发出的代表转向命令的信号中的一条叠加在一起。然后转借助于叠加后的信号根据助力特性曲线就可以确定电机的调整信号。
根据转向装置控制的设计，转向建议信号接入到转向控制回路中可以部分地得到补偿，以至于方向盘转向建议的可感制度有可能不够。
本发明的目的在于，着眼于可感知性和动态性对机电转向装置中转向建议的转换进行优化。
该任务通过基于权利要求1的带有转向建议的用于保持车辆稳定的机电转向装置来完成。该装置包括用于提供依赖于调整信号的助力转矩的电机，该调整信号产生于转向命令信号，而其特征在于，代表由所检测的车辆参数确定的转向建议的信号直接接入到电机的调整信号上。
其优点在于，通过电机产生的转向建议的补偿转矩不依赖于转向装置的助力特性曲线。依赖于手动转矩MH的助力转矩MU的函数可以理解为装置的助力特性曲线，通常手动转矩还额外依赖于车速。如DE 10 2004 041 413.0中所述，通过助力特性曲线，由驾驶员施加于方向盘用于产生一定转向回转的手动转矩就可以或高或低地设定。
代表转向建议的信号SE会以标准形式从ESP接收到。与DE 102004 041 413.0中建议的解决方式不同的是，这些信号直接接入到电机的设置信号。由此，除了不依赖于转向装置的调整外还能实现动态优点，以至转矩建议脉冲可以在电机上迅速转换而不是通过转向装置的控制来调整。由此突变式的转矩建议根据驾驶杆上的惯性不被转向装置助力所肯定，在转矩传感器的上方找到原因。
按照本发明的有利的改型，如果转向建议与方向盘上的转向命令抵触，会产生额外的补偿信号SO。补偿信号SO接入到转向命令SH的信号中。由补偿信号SO可以实现对当前手动转矩的匹配，转向建议对于驾驶员就具有更明确的感知性。由此可知，驾驶员是否已经针对转向建议向正确或者错误的方向转向。一旦驾驶员向正确的方向转向，方向盘上就不会产生相应的指示。
特别地这种辨识机制如下设计，如果当前的手动转矩MH与当前的转向建议ME抵触，只会产生补偿信号SO。如果驾驶员把方向盘释放在松手状态下(Hands-Off-Fall)，就不会存在手动转矩，由此也不会产生补偿信号SO。在该情况下从直接接入到电机中的信号SE中只会出现确定了的、不严重的转向角。
由此，转向建议信号SE可以例如如下设置，由此产生的电机助力转矩MU在直线行驶的情况下在车轮上产生最大可达正负3°的转角变化。
在进一步的有利的改型中，由转向命令信号中而来的补偿信号通过预先规定的相联规则，尤其是特性曲线来确定。由此就有可能使转向建议的强度与不同的转向装置相匹配，由此如同DE 10 2004 041413.0中所述，转向建议信号SE可以作为标准信号来提供。例如该标准信号可以通过CAN总线从ESP传送到EPS。然而如果可能该信号也可以在另外一个位置产生而通过适当的数据转换装置提供给转向装置。
出于方向辨识的目的设有例如比较器，该装置可以判断转向命令和转向建议的符号从而产生与补偿信号相乘的系数K，符号相同则该系数为0，反之为1。
此外还可以设有加法器，由驾驶员施加的转向命令信号SH和与系数K相乘后的补偿信号SO由输入侧接入到加法器，例如转向命令信号由施加的手动转矩得出。然后加法器的输出信号可以为产生调整信号而接入到装置中。
接着根据图中所示的设计实例对本发明进行进一步阐明。其中：
图1显示了按照本发明的机电转向装置的设计实例的示意图，且
图2显示了确定转向装置的助力转矩的示意图。
图1和2中所示的设计实例涉及到一种车辆机电转向装置。转向装置1包括方向盘2，借助于方向盘2由驾驶员施加的转向或者手动转矩MH可以通过驾驶杆3和转向传动4作用于汽车车轮。为了使司机的转向更容易，还设有电机5，通过该电机可以不依赖于转向转矩或者手动转矩MH而产生助力转矩MU。两个转矩在转向装置中都发生作用。因为助力是连续和持久进行的，这在方向盘2上是不可以感知的。
转向或者手动转矩可以用转矩传感器6采集到。该传感器比如安装在驾驶杆3上。借助于存放在转向装置控制仪上的相联规则，以下称作助力特性曲线8，可以为不同的手动转矩MH产生电机5的调整信号。通过助力特性曲线可以预先确定转向装置助力的大小，而如果可能的话该助力特性曲线又依赖于行车速度V。
此外，在这里没有进一步表示的控制回路执行在控制仪器7中，由此由驾驶员预先确定的转向矩在有关伺服助力和转向角方面进行调节。由此例如可以在驾驶杆3以及电机5上面设有相应的手动转矩传感器和角度传感器，其信号传送到控制仪器7中。
此外还设有用于产生转向建议的系统，其可以作为触觉转矩指示器安装在方向盘2上。在稳定性要求严格行车条件下它可以给驾驶员提供使车辆趋于稳定的转向提示。其中转向建议或者通过方向盘2上的电机5产生作用的转矩设计成，该转矩可以随时由驾驶员所否定。因此用转向建议不应该自动对可能需要的额外转角进行调整，而是在稳定性要求严格行车条件下向驾驶员给出正确操作的提示。对于转向建议的预设可以回顾DE 10 2004 041 413.0中所提的策略。
通过该种转向建议例如可以避免或者至少对减少防抱死系统和/或电子稳定程序的干预，由此就可以在刹车的过程中以较小的轮辙偏移量以及较短的制动距离而实现较高的行车稳定性。此外通过相应的转向建议可以更好地消除转向过量或者转向不足，如同单独采用电子稳定程序那样。除了由于较高的行车稳定性而产生的安全方面的好处，此外通过推迟、减弱、或者完全消除ESP的干扰而优化了行车的舒适度。
转向建议或者表示转向建议的信号SE在转向装置1外部根据所检测的车辆参数确定。特别是该信号的产生例如可以在车辆的制动控制仪器9或者另外的运算装置进行。其中对于稳定性要求严格行车条件的识别可以回顾电子稳定程序的识别和故障保险算法，其中排除了其它的车辆数据，像转角δF、偏转比率ω、车轮转数ni和行驶速度v。
转向装置1具有适用的接口10以用于转向建议信号SE的传送。该接口10特别设计为确保转向建议产生所需的数据以标准的方式从制动控制仪器9或者外部控制单元传送到转向装置1。由此转向装置1外面的变化保持在最小。事实上转向建议针对不同转向装置1的匹配在转向控制仪器7中实现，转向建议的手感可以针对各自不同的转向特性和行车条件进行匹配，如同以下根据图2要进一步阐述的一样。
图2表示的是电机5的调整信号SU的确定，由此产生不依赖于驾驶员施加的手动转矩MH的助力转矩MU。一旦通过转向装置1的电机5产生作为额外的转向建议的转矩，如果转矩偏移不能通过系统惯性或者转向装置的控制回路补偿，那么就可以感知到方向盘2上的转矩偏移。
为了避免后者并在严格的稳定性条件下使驾驶员获得有明确感知性的转向建议，为了保证不依赖于系统惯性等等的高动力，按照基于本发明的解决方案通过接口10接收的转向建议信号直接接入电机5。必要时转向装置1中的转向建议信号SE定标并过滤。
如图2所示，转向建议信号以及来自手动转矩MH并通过助力特性曲线修正过的信号SH在加法器11中相叠加且叠加后的信号输送到电机6。
由转向建议信号SE中产生的助力转矩ME选定得如此小，以至于不会影响到行车稳定性。一旦驾驶员在严格的稳定性条件下释放方向盘，如果可能会对行驶状态产生正面影响，因为转向装置同样干扰ESP。为此可以限制信号的持续时间而如果可能还可以对信号进行衰减。例如转向建议信号SE可以如此设置，由此产生的电机6助力转矩MU在直线行驶的情况下在车轮上会产生最大可达正负3°的转角变化。
此外为了产生不依赖于各个转向装置1以及行驶条件和转向条件、并为电机6所转换的转向建议分量，而产生偏移信号SO。
如果转向建议与方向盘2上的转向命令抵触，为此在转向控制仪器7中基于软件或者硬件技术执行只能产生偏移信号SO的功能。否则偏移信号SO设置为0。
还有对于转向命令不存在的情况下，也将偏移信号SO设置为0，以至于检测到松手状况而在该情况下转向建议以及电机5相应的控制就不会产生。
在所示的设计实例中，偏移信号SO接入到转向命令SH的信号中。由此在转向控制仪器7中设有加法器12，其输出信号用作助力特性曲线8的输入参数。
偏移信号SO由代表手动转矩MH的信号SH确定。为此首先探测到手动转矩MH而根据与预先确定的相联规则13相同的方式来确定偏移信号SO。通过相联规则13可以始终如下设置转向建议的大小，那就是相对于手动转矩有很清楚的感知性。
相联规则13可以如下设计，那就是在手动转矩错误的情况下信号SO为0。由此可以避免在电机5上产生对于相应的转向建议分量的转矩。
在所示的设计实例中，根据数值可以探测到手动转矩MH，而转向通过适当的装置15单独进行评估而作为系数+1或者-1作用到偏移信号SO中。
然后在这种情况下手动转矩MH的方向和转向建议ME的方向的对比就包括到偏移信号SO的确定中。由此如果驾驶员向错误的方向转向，就有可能在电机5上只产生转向建议分量。
由此在转向控制仪器7中设有比较装置14，该装置采用和装置15相同的符号协定评估转向命令和转向建议的符号而产生与偏移信号SO相乘的系数K，符号不同则该系数设为1，否则为0。系数K直接与由相联规则13接收到的偏移信号SO相乘。
上述例子中所讲述的车辆转向装置通过将转向建议信号直接接入到电机5中而避免了对非线性的助力特性曲线的依赖。由此可以一直实现相同的不依赖于伺服助力的动力。由此使转向建议具有好的可感知性。
此外对于驾驶员释放方向盘的情况，同样阻止明显的自转发生，因为在这种情况下无论信号SO还是SH都不能贡献给助力转矩MU的。
上述发明根据优化的设计实例进一步地阐述。然而并不限于此，而是包括所有的权利要求所定义了的设计实例。
附图标记清单：
1      机电转向装置
2      方向盘
3      驾驶杆
4      转向传动
5      执行器(例如电机)
6      转向阻力矩传感器(手动转矩传感器)
7      转向装置控制仪
8      助力特性曲线
9      制动控制仪
10     接口
11     加法器
12     加法器
13     补偿信号特性曲线
14     比较器
15     转向命令的方向识别
k      系数
ni     车轮转速
SE转向建议信号
SH手动转矩信号
SH *  调整后手动转矩信号
SO手动转矩补偿信号
SU调整信号
V    行车速度
ME   转向建议
MH   驾驶方手动转矩
MU   助力转矩
δF   转向角
ω    偏航率

Claims (8)

1.一种机电转向装置，其带有转向建议，以用于在严格要求稳定性的条件下保持车辆的稳定，该装置可以作为触觉转矩指示器安装在方向盘(2)上，所述装置包括：
用于提供依赖于调整信号(SU)的助力转矩(MU)的电机(5)，该调整信号(SU)产生于转向命令信号(SH)，
其特征在于，
由所检测的车辆参数确定的、代表转向建议(ME)的信号(SE)直接接入到所述电机(5)的调整信号(SU)上。
2.根据权利要求1所述的机电转向装置，其特征在于，如果所述转向建议(ME)与方向盘上的转向命令(MH)相抵触，会产生额外的补偿信号(SO)，该补偿信号(SO)接入到转向命令的信号(SH)中。
3.根据权利要求1或2所述的机电转向装置，其特征在于，所述转向命令信号(SH)代表施加在方向盘上的手动转矩(MH)。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的机电转向装置，其特征在于，来自所述转向命令信号(SH)的补偿信号(SO)通过预定的相联规则、特别是特性曲线来确定。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的机电转向装置，其特征在于，设有比较器(14)，其对转向命令和转向建议的符号进行评估，并产生与所述补偿信号(SO)相乘的系数(K)，符号不同则该系数(K)为1，反之为0。
6.根据权利要求5所述的机电转向装置，其特征在于，设有加法器(12)，转向命令信号(SH)和与所述系数(K)相乘后的补偿信号(SO)由输入侧接入到所述加法器(12)上，而其输出信号接入到用于产生调整信号(SU)的装置(8)中。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的机电转向装置，其特征在于，所述机电转向装置(1)与ESP共同作用，而转向建议产生于所述转向装置的外部，特别是产生于所述ESP中。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的机电转向装置，其特征在于，转向建议的信号(SE)作如下设置，即，所述电机由此产生的助力转矩MU在直线行驶的情况下在车轮上产生最大可达+/-3°的转向角度变化。
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