CN103770835B

CN103770835B - 用于控制车辆电动助力转向装置的方法及控制装置

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Publication number: CN103770835B
Application number: CN201310509359.7A
Authority: CN
Inventors: 托斯滕·克卢格
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2018-02-06
Anticipated expiration: 2033-10-25
Also published as: US9051000B2; DE102012219539B4; US20140121905A1; CN103770835A; DE102012219539A1

Abstract

本发明涉及一种用于控制车辆电动助力转向装置的方法，包含至少以下步骤：借助主动动态控制单元提供控制信息；将控制信息馈送给转向装置；借助定点信号值变送器提供定点值信息；借助转向装置提供实际值信息；将实际值信息馈送给定点信号值变送器；从定点值信息和实际值信息中形成差值信息；以及将差值信息馈送给控制单元。其中借助至少一个滤波器单元从提供的实际值信息和/或馈送到定点信号值变送器的实际值信息和/或定点值信息和/或差值信息中滤出能够被确定的信息分量。本发明同样涉及用于控制车辆电动助力转向装置的装置。

Description

用于控制车辆电动助力转向装置的方法及控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制车辆、尤其是机动车辆电动助力转向装置的方法，以及用于控制车辆电动助力转向装置的装置。

背景技术

电动助力转向装置、在此也称为EPAS(电动助力转向)系统在现有技术中是充分已知的。具有例如齿条和小齿轮转向齿轮机构的EPAS系统借助电动机提供动力转向力，该电动机向连接到齿条和小齿轮转向齿轮机构的转向小齿轮的转向轴施加旋转力，或者向转向齿条施加线性力。在这样的系统中，电动机通常至少根据由车辆驾驶员施加到方向盘的输入扭矩以及确定的车辆速度被控制。

关于上面的叙述，大体上已经构建了两种方法，其中一种确定由电动机借助静态增加曲线(static boosting curve)、也被称为稳态上升曲线施加的动力转向力。增加曲线定义由驾驶员施加的输入扭矩和由电动机产生的动力转向力或辅助扭矩之间的静态关系。为了转向装置的操作，增加曲线可以呈现为能够被计算的函数或者预先存储的特征曲线图表，该函数和图表都至少包含作为输入变量的上述参数。借助静态增加曲线的控制的主要优点是增加曲线或这一控制易于调整。然而，缺点是此类型的控制不能将转向装置的动态行为考虑在内，因为该控制本身是静态的并且不能动态地起作用。

借助增加曲线的静态控制的一个改进是形成动态调节EPAS系统，该系统在现有技术中也是已知的。在此借助主动动态控制单元、例如借助PID控制单元来调节电动助力转向装置，其中控制单元是定点值控制(setpoint-value-controlled)的并且控制装置通常包含定点信号值变送器。

例如在欧洲专利说明书EP1 431 160B1中，动力转向力的主动动态控制是已知的。所述文件描述了一种车辆电动助力转向装置，动力转向力或转向辅助扭矩借助电动机施加到该装置。具体地，公开了用于控制由驾驶员体验的转向特征和传输给驾驶员的来自道路的相反作用的绝对值的系统，在该系统中，独立于道路相反作用的传输控制地决定并控制转向特征。该系统包含用于计算由车辆驾驶员感知的定点方向盘扭矩的定点信号值变送器，以及第一控制单元及与第一控制单元平行起作用的第二控制单元。通过与第二控制单元协作，第一控制单元控制电动机控制单元，该电动机控制单元反过来控制电动机。第二控制单元阻抑不希望的来自道路的相反作用，因此所述相反作用不会传输给驾驶员。

尽管动态控制比借助增加曲线的静态控制具有显著进步，目前已知的动态控制EPAS系统仍然由借助转向装置传递给驾驶员的、关于车辆主要驾驶状态——例如来源于车辆转向车轮的脚轮(caster)或车辆侧向加速度的转向扭矩——的相对较差的反馈限定，因为由车辆底盘传输给转向装置的信息通常由控制装置解释为噪音或被抵消。这导致主动动态控制的EPAS系统的转向感常常被驾驶员感知为合成的。

通过欧洲专利申请EP2 397 390 A1公开的车辆电动助力转向装置的动态控制实现了这一方面的改进。将定点值馈送给转向装置控制单元的定点信号值变送器包含具有多个独立元件的转向装置的前向模型或结构映射，因此结构映射可以借助易懂的参数来描述，例如，摩擦、刚性、阻尼或道路特性反馈的绝对值，并且通过这种方式实际转向装置的行为可以适应结构映射的行为。

发明内容

针对该背景，本发明的目的是确定一种用于控制车辆、尤其是机动车辆电动助力转向装置的方法，以及用于控制车辆电动助力转向装置的装置，该方法和装置给驾驶员提供改进的转向感，特别地，该转向感在关于车辆主要驾驶状态的反馈方面更加真实。在本发明中车辆的主要驾驶状态尤其是应当理解为由车辆底盘传输给转向装置的信息，例如由转向车辆车轮的脚轮或车辆的侧向加速度引起的车辆驾驶特征，并且该车辆驾驶特征旨在向驾驶员传递期望的驾驶感或转向感。此外，该目的通过可能的最简单的方式实现。

这些目的通过具有以下特征的用于控制车辆电动助力转向装置的方法及具有以下特征的用于控制车辆电动助力转向装置的装置来实现。另外，以下还公开了本发明特别有利的改进。

应该注意的是，在下面的说明书中单独描述的特征能够以任何期望的技术上适当的方式彼此结合，并且显示出本发明的更多改进。该说明书另外特别结合附图限定并且具体描述了本发明。

用于控制车辆、尤其是机动车辆的电动助力转向装置的方法，至少具有以下步骤：

-由主动动态控制单元提供控制信息，

-向转向装置馈送控制信息，

-由定点信号值变送器提供定点值信息，

-由转向装置提供实际值信息，

-向定点信号值变送器馈送实际值信息，

-通过定点值信息和实际值信息形成差值信息，

-向控制单元馈送差值信息，以及

-借助至少一个过滤器单元从提供的实际值信息、和/或馈送到定点信号值变送器的实际值信息、和/或定点值信息、和/或差值信息中滤除可以确定的信息分量。

根据本发明，对提供的实际值信息、馈送到定点信号值变送器的实际值信息、定点值信息、差值信息的上述“和/或”组合进行配置，因此该方法能够仅通过任何特征来执行或通过这些特征彼此可能的任何组合来执行。

根据本发明的方法的显著进步是考虑到由滤波单元滤除的信息分量可以选择性地远离定点信号值变送器和/或控制单元这一事实。用这种方法，例如，借助于滤波器单元，通过例如确定特征频率范围和振幅范围来仅仅从馈送到定点信号值变送器的实际值信息中滤除期望的类型和数量的信息分量，从而能够阻止这些信息分量传递到定点信号值变送器，因此它们最终也不包括在定点值信息中。从定点值信息和实际值信息中形成差值的过程中，该差值信息继续精确包含从定点值信息中门输出(gated out)的那些信息分量，该实际值信息由转向装置提供并且包括全部初始信息分量。通过差值的形成从差值信息中删除在定点值信息和提供的实际值信息中相同的信息分量。因此，主动动态控制单元不接收任何关于从差值信息中门输出的信息分量的信息，其结果是这些分量不能由控制单元抵消或由控制单元解释为噪音。控制单元未抵消的信息分量能够以所期望的及能够由滤波器单元确定的方式和数量通过转向装置由驾驶员感知。因此驾驶员能接收关于车辆主要驾驶状态的真实反馈，尽管使用了用于控制电动助力转向装置的主动动态控制单元，因此由驾驶员感知的转向感明显改善。

如果滤波器单元和定点信号值变送器的顺序互换，也就是说，代替或除了馈送到定点信号值变送器的实际值信息，如果借助滤波器单元通过上面描述的方法过滤由定点值信号值变送器提供的定点值信息，也能够得到根据本发明的相似结果。

为了使由滤波器单元门输出的信息分量直接远离控制单元，也就是说不借助差值的形成，根据本发明，代替或除了实际值信息和/或馈送到定点信号值变送器的定点值信息，借助滤波器单元过滤差值信息或由转向装置提供的实际值信息同样是可能的。

一般地，根据本发明借助滤波器单元至少能够通过滞留(retention)评估期望的反馈。然而，如果需要所述反馈甚至能够被增大。例如，由于质量惯性，电动助力转向装置已经具有确定的、纯机械方面的低通行为(low-pass behavior)和摩擦。这同样能够由本发明抵消。

根据本发明的一个有利改进，将要由滤波器单元过滤的信息包含转向装置的至少一个转向角信息项和/或一个转向角速度信息项和/或一个转向角加速度信息项。在此背景下，借助于转向装置上的适宜的转向角传感器可以很方便地检测转向角。转向角速度和转向角加速度可以随后确定，例如，基于经确认的转向角通过计算随时间的一次或二次导数。

另外，用于形成差值信息的定点值信息和由转向装置提供的实际值信息包含至少一个转向装置的转向柱的定点扭矩信息项及转向柱的实际扭矩信息项，其中，例如，借助转向柱上的相应扭矩传感器可以检测实际扭矩信息项。因此，馈送到控制单元的差值信息构成至少实际扭矩从定点扭矩的偏离。在该偏离中，控制单元产生用于向转向装置提供助力的电动机的控制信息，例如用于由电动机输出的辅助扭矩的控制信号。

本发明的另一有利改进提供了信息由滤波器单元借助波特沃斯滤波器(Butterworth filter)、尤其是波特沃斯低通滤波器进行过滤。因此，实际值信息中相对高频的分量、例如通常来源于道路的相反作用的分量能够可靠而轻易地从例如馈送到定点信号值变送器的实际值信息中滤除。根据本发明，由车辆所行驶的路面施加于车辆转向装置并且因此由转向装置输入到转向装置的实际值信息中的任何影响都可以被理解为来自道路的相反作用。

为了确保滤波器参数最佳地匹配要过滤的特定信息项，根据本发明的一个更有利的改进，单独的滤波器单元用于不同情况下要过滤的一个信息项，例如转向角信息和/或转向角速度信息和/或转向角加速度信息。

为了转向装置的动态控制，本发明的一个更有利的改进提供了，由PID(比例微分积分)控制单元提供控制信息。

根据本发明的装置包含至少一个用于提供控制信息的主动动态控制单元以及用于提供定点值信息的定点信号值变送器，该装置用于控制车辆、尤其是机动车辆的电动助力转向装置，并且尤其具有上面所描述的方法。控制单元在此根据定点值信息和由转向装置提供的实际值信息接收差值信息。定点信号值变送器接收由转向装置提供的实际值信息。另外，配备至少一个滤波器单元，借助该滤波器单元能够将可以预设的信息分量从提供的实际值信息和/或由定点信号值变送器接收的实际值信息和/或定点值信息和/或差值信息中滤除。

对于根据本发明的装置，关于上面的“和/或”的组合，关于根据本发明的方法中已经提出的相同说明相似地适用。

通过例如滤波器单元的参数化，从信息中滤除的信息分量的类型和数量可以选择性地设置为特定频率范围和/或振幅范围。通过这种方式，从例如接收自定点信号值变送器的实际值信息中滤除的信息分量相应地不会传递到定点信号值变送器，因此它们最终也不包括在定点值信息中。来自定点值信息和实际值信息的差值的形成过程中，该差值信息继续精确包含那些从定点值信息中门输出的信息分量，该实际值信息由转向装置提供并且包括所有初始信息分量。通过差值的形成，在差值信息中删除定点值信息和提供的实际值信息中相同的信息分量。因此，主动动态控制单元不接收任何关于从差值信息门输出的信息分量的信息，因此这些分量不能够由控制单元抵消或者由控制单元解释为噪音。未被控制单元抵消的信息分量能够通过转向装置以期望的并且可以由滤波器单元确定的方式和数量由驾驶员感知。尽管使用了用于控制电动助力转向装置的主动动态控制装置，驾驶员相应地接收关于车辆主要驾驶状态的真实反馈，因此由驾驶员感知的转向感显著改善。

如果滤波器单元和定点信号值变送器的顺序互换，也就是说，代替或除了由定点信号值变送器接收的实际值信息，如果借助滤波器单元以上面描述的方式过滤由定点信号值变送器提供的定点值信息，根据本发明的相似结果同样可以实现。

为了使由滤波器单元门输出的信息分量直接远离控制装置，也就是说不经过差值的形成，根据本发明，代替或除了由定点信号值变送器接收的实际值信息或定点值信息，借助滤波器单元过滤差值信息或由转向装置提供的实际值信息同样是可能的。

根据本发明的一个有利改进，将要由滤波器单元过滤的信息包含转向装置的至少一个转向角信息项和/或一个转向角速度信息项和/或一个转向角加速度信息项。

本发明另一有利改进提供了，滤波器单元包含至少一个波特沃斯滤波器，尤其是波特沃斯低通滤波器，由这一滤波器可以滤除包含于信息中的尤其相对高频率的分量。有利的可能是，在不同情况下配备用于滤除要过滤的每一信息项的单独的滤波器单元，因此滤波器单元对要专门滤除的信息的适应性得到改善。

根据本发明的一个更有利的改进，提供控制信息的控制单元是PID(比例积分微分)控制单元。

附图说明

图1示出了根据现有技术用于控制车辆电动助力转向装置的装置的示意图。本发明的有利细节及效果在下面参照另一附图示出的示例性实施例中进行更加详细的解释。

图2示出了根据本发明用于控制车辆电动助力转向装置的装置的示意图。

附图标记列表

1 根据现有技术的控制装置

2 电动助力转向装置

3 控制单元

4 控制信息

5 定点信号值变送器

6 定点值信息

7 实际值信息

8 7的第一支路

9 7的第二支路

10减法点

11差值信息

12根据本发明的控制装置

13滤波器单元

具体实施方式

在不同的附图中，相同的部分通常赋予相同的附图标记，因此所述部分也通常只描述一次。

图1示出了根据现有技术用于控制车辆、尤其是机动车辆电动助力转向装置(EPAS)2的装置的示意图。装置1主要包含用于提供控制信息4的控制单元3以及用于提供定点值信息6的定点信号值变送器5。转向装置2提供实际值信息7，该实际信息通常包含转向装置2的转向柱(图1中未更详细地示出)的转向角信息、转向角速度信息、转向角加速度信息及实际扭矩信息。实际值可以在称为车辆总线、例如串行总线上传输，或者可以分别在独立的传输线上传输。借助例如位于转向装置2的转向柱上的相应的转向角传感器或扭矩传感器(图1中也未示出)检测转向角信息及扭矩信息。

实际值信息7在第一支路8馈送到定点信号值变送器5，并且在第二支路9传输到减法点(subtraction point)10。在减法点10，通过由定点值信息6及在支路9传输的实际值信息7形成差值来计算差值信息11，所述差值信息11随后馈送到控制单元3。具体地，定点值信息6包含转向装置2的转向柱的定点扭矩信息项，该扭矩信息项将由车辆驾驶员感知，并且在支路9中传输的实际值信息7包含至少一个转向柱的实际扭矩信息项，该扭矩信息项由驾驶员实际感知。馈送到控制单元3的差值信息11因此构成转向装置2的转向柱的至少实际扭矩从定点扭矩的偏离。例如可以是PID控制单元的控制单元2从这一偏离中为电动机(图1未示出)产生控制信息4，例如将由电动机输出的辅助扭矩的控制信号，该电动机为转向装置2提供助力。

至少部分实际值信息7在支路8中传输，并且馈送到定点信号值变送器5，该实际值信息包含转向角信息、转向角速度信息以及转向角加速信息。定点信号值变送器5在此产生馈送到减法点10的定点值信息6。就图1所示的根据现有技术的装置1，控制单元3将会抵消实际值信息7中的任何形式的反馈，不论这是关于车辆主要驾驶状态的反馈，或者是关于来自道路相反作用的反馈，并且将所述反馈解释为实际值信息的噪音。因此，装置1尤其不允许关于车辆主要驾驶状态的任何足够的反馈通过转向装置2传递给车辆驾驶员，因此驾驶员感知到转向装置2的转向感为合成的。

相反地，图2示出了装置12的示例性实施例的示意图，根据本发明，该装置用于控制车辆、尤其是机动车辆的电动助力转向装置(EPAS)2。与图1所示的装置1相比，装置12的显著不同由滤波器单元13形成，该滤波器单元与定点信号值变送器5的上游连接。由图2明显看出，在由滤波器单元以过滤形式传送到定点信号值变送器之前，在支路8中传输的实际值信息首先馈送到滤波器单元13。就图2所示的装置2的实施例而言，滤波器单元13包含用于要过滤的任何信息——例如转向角信息、转向角速度信息及转向角加速信息——的独立波特沃斯滤波器，滤波器单元13从实际值信息8中滤除期望信息分量的类型及数量，因此实际值信息就不再馈送到定点信号值变送器5，该期望信息分量的类型及数量由各自的波特沃斯滤波器的参数确定。在由定点值信息6及实际值信息9形成差值的过程中，该差值信息11继续精确包含那些从定点值信息6中门输出的信息分量，实际值信息9由转向装置2提供并且仍然包括所有原始信息分量。通过差值的形成从差值信息11中删除定点值信息6和提供的实际值信息9中相同的信息分量。因此，主动动态控制单元3不接收关于从差值信息11中门输出的信息分量的任何信息，其结果是，所述分量不能由控制单元3抵消或者由控制单元3解释为噪音。未由控制单元3抵消的信息分量能够通过转向装置2以希望的并且可以由滤波器单元13确定的类型和数量由驾驶员感知。与图1所示的装置1相比，装置12具有能够以非常真实的方式由驾驶员感知的转向感，尤其关于车辆的主要驾驶状态。另外，仅通过将滤波器单元13连接到定点信号值变送器5上游很容易实现这一改进。

根据本发明的上述用于控制车辆电动助力转向装置的方法，及上述用于控制车辆电动助力转向装置的装置并不限于在此公开的实施例，而是还包含其他以相同方式起作用的实施例。具体地，例如图2所示的滤波器单元13和定点信号值变送器5的顺序是可以互换的。另外，除了或代替图2所示的滤波器单元13，提供用于过滤馈送到控制单元3的差值信息11的滤波器单元是可能的。同样，可以在转向装置2的下游提供滤波器单元以过滤由转向装置2提供的实际值信息7，并且所述滤波器单元可以单独提供或者除前面提到的滤波器单元中的一个之外再提供。

另外，控制方法和控制装置并不局限于在此示出的电动助力转向装置上的应用。作为替代，该控制方法及控制装置通常可以应用到有类似之处的任何机电一体化力或扭矩反馈系统。例如，为了这一目的，图2中的转向装置2可以仅替换为各自的机电一体化力或扭矩反馈系统。

另外，滤波器单元不局限于在此描述的波特沃斯滤波器，而是依据期望的滤波器的特征还包含其他适合类型的低通、高通或带通滤波器，这些滤波器是本身已知的，由于这些滤波器可以从信息中滤出适当类型和数量的所期望的信息分量。在此背景下，通过不同滤波器参数，滤波器单元可以分离为转向装置和/或车辆的单独信息项，并且选择性地应用于任何信息项或全局性地应用，转向装置信息项例如转向角、转向角速度和/或转向角加速度，车辆信息项例如车辆速度、横摆角速度和/或侧向加速度。另外，可以提供用于过滤信息的多个滤波器单元，其中从信息中滤出的信息分量的类型和数量由各自的滤波器按照其参数化决定。

在一个优选实施例中，根据本发明的方法及根据本发明的装置均用于控制车辆、尤其是机动车辆的电动助力转向装置。

Claims

1.一种用于控制车辆电动助力转向装置(2)的方法，包含至少以下步骤：

借助主动动态控制单元(3)提供控制信息(4)，

将控制信息(4)馈送给转向装置(2)，

借助定点信号值变送器(5)提供定点值信息(6)，

借助转向装置(2)提供实际值信息(7，8，9)，

将实际值信息(7，8)馈送给定点信号值变送器(5)，

从定点值信息(6)和实际值信息(7，9)中形成差值信息(11)，以及将差值信息(11)馈送给控制单元(3)，

其特征在于，

借助至少一个滤波器单元(13)从提供的实际值信息(7)和/或馈送到定点信号值变送器(5)的实际值信息(8)和/或定点值信息(6)和/或差值信息(11)中滤除能够被确定的信息分量，所述差值信息(11)包含通过所述滤波器单元(13)过滤的信息分量。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

将由滤波器单元(13)过滤的信息包含转向装置(2)的至少一个转向角信息项和/或一个转向角速度信息项和/或一个转向角加速度信息项。

3.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

由滤波器单元(13)借助波特沃斯滤波器过滤信息。

4.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，

由滤波器单元(13)借助波特沃斯滤波器过滤信息。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，

其特征在于，

在各种情况下，单独的滤波器单元(13)用于一个信息项。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，

其特征在于，

由PID控制单元(3)提供控制信息(4)。

7.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，

由PID控制单元(3)提供控制信息(4)。

8.一种用于控制车辆电动助力转向装置(2)的装置，该装置尤其是具有上述权利要求其中一项所述的方法，包含至少一个用于提供控制信息(4)的主动动态控制单元(3)以及提供定点值信息(6)的定点信号值变送器(5)，其中控制单元(3)接收来自定点值信息(6)和由转向装置(2)提供的实际值信息(7，9)的差值信息(11)，并且定点信号值变送器(5)接收由转向装置(2)提供的实际值信息(7，8)，

其特征在于，

至少一个滤波器单元(13)，借助其能够从提供的实际值信息(7)和/或由定点信号值变送器(5)接收的实际值信息(8)和/或定点值信息(6)和/或差值信息(11)中滤除可以预设的信息分量，所述差值信息(11)包含通过所述滤波器单元(13)过滤的信息分量。

9.根据权利要求8所述的装置，

其特征在于，

滤波器单元(13)将要过滤的信息包含转向装置(2)的至少一个转向角信息项和/或一个转向角速度信息项和/或一个转向角加速度信息项。

10.根据权利要求8所述的装置，

其特征在于，

滤波器单元(13)包含至少一个波特沃斯滤波器。

11.根据权利要求9所述的装置，

其特征在于，

滤波器单元(13)包含至少一个波特沃斯滤波器。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的装置，

其特征在于，

在不同情况下，配备用于要过滤的一个信息项的单独的滤波器单元(13)。

13.根据权利要求8-11中任一项所述的装置，

其特征在于，

控制单元(3)是PID控制单元。

14.根据权利要求12所述的装置，

其特征在于，

控制单元(3)是PID控制单元。