CN104149850B

CN104149850B - 提高车辆方向稳定性的方法及相关的转向系统和车辆

Info

Publication number: CN104149850B
Application number: CN201410201895.5A
Authority: CN
Inventors: 索斯藤·威廉·海丝特迈尔; 鲁道夫·奎斯; 塞吉奥·特林博利
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2018-02-06
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: CN104149850A; US20140343790A1; US9221494B2; DE102014204461A1; DE102014204461B4

Abstract

一种用于改进车辆的方向稳定性的方法，该车辆具有带有主动动力转向辅助系统的转向系统，具有下列步骤：获取关于车辆动力学的数据；根据之前所获取的车辆的横向加速度提供扭矩值；由所获取的数据识别方向稳定状态，其中至少一个所获取数据的值或由此得出的值在预设时间周期或预设距离中处于阈值以下或以上；至少在车辆的方向稳定状态中测量存在于转向系统中的扭矩；由之前测量的扭矩减去被提供的扭矩值来计算扭矩分量；根据之前计算的扭矩分量来计算初始补偿扭矩；由之前计算的初始补偿扭矩和之前提供的扭矩值的总和来计算最终补偿扭矩；并且通过最终补偿扭矩驱动主动动力转向辅助系统以便反补偿存在于转向系统中并之前测量的扭矩。

Description

提高车辆方向稳定性的方法及相关的转向系统和车辆

技术领域

本发明涉及一种提高车辆方向稳定性的方法。本发明还涉及一种相关的车辆转向系统和配备该系统的车辆。

背景技术

用于车辆，尤其是机动车辆的转向装置的辅助系统是充分公开了的。其由事实上已经完全建立的动力转向系统延伸到独立运行的转向系统，例如在驻车的状况下。此外，此种系统同样越来越多地在行程中主动参与转向过程以增加车辆驾乘者的驾驶舒适性和安全性。

动力转向系统在其驱动的形式上有差别。惯常的液压操作动力转向系统(HPS＝”液压动力转向”)主要用于提供纯粹的动力辅助转向。其具有以传输扭矩的方式耦接到车辆发动机的液压泵。该液压泵通过液压缸提供了连续的容积流量，该液压缸带有活塞，该活塞具有施加到其两侧的压力。在方向稳定状态下，该活塞被实质上保持无压力。在转向锁定的情况下，该压力可以根据速度按照需要在一侧增加，从而便于转向装置在必要方向上的运动。

相比之下，新颖的系统具有带有电动驱动马达的动力转向系统(EPS＝“电动助力转向”)。通过省略在其他情况下需要的液压泵，这些系统提供相应的能量优势。另外，该系统的电动泵仅在需要时被启动，以使车辆发动机在其运行时不会有连续的功率损耗。

由于EPS系统的使用，存在结合进一步的辅助系统的可能性。以此方式，例如，向驾驶员发送到由辅助系统检测到的驱动状态的信号是可能的。此外，这样的系统同样能够被允许在转向过程中主动干预，以辅助驾驶员和/或减轻驾驶员压力。这样的系统同样在其驱动的类型上有所区别。除了电动液压操作(EHPS＝“电动液压动力转向”)，纯粹的电动机械实施方式同样是已知的(EPAS＝“电动动力辅助转向”)。EHPS系统在此保留了液压辅助转向系统。然而，相比简单的EPS系统，其具有独立于车辆发动机运行的电动操作的液压泵。相比之下，凭借具有直接耦接在转向系统上的电动马达,EPAS系统完全省略了液压系统。

专利文献DE 197 45 733 A1在这方面公开了一种用于车辆的转向装置。该转向装置具有方向盘和以平移方式驱动至少一条横拉杆的转向齿轮机构。所述转向齿轮机构通过驱动马达(EPAS)被辅助。此外，提供补偿装置来当主动动力转向系统的效果被完全获得时补偿关键的车辆偏移运动并增加车辆的灵活性。该补偿装置通过开环和/或闭环控制装置根据驱动马达的电流操纵变量来控制，其结果为补偿扭矩可以通过所述装置被传送到方向盘。该补偿装置可以被设置在转向杆的范围内或转向齿轮机构的动力辅助系统之中。其确保了操纵车辆的人员不会在方向盘上感觉到任何由附加转向角导致的转向扭矩。以此方式，该系统功能不会受到该操纵人员的不利影响。同时，所述人员同样以惯常方式获知车辆和道路之间的抓地状况。

专利文献FR 2801270 A1描述了一种用于自动修正车辆行驶方向的方法。其包括带有电动辅助马达的转向系统(EPAS)，以及用于消除由道路状况造成的干扰变量以便能够实施车轮的修正转向锁定的系统。此外，附加的系统被提供来消除修正转向锁定的检查造成的方向盘中的错误，其包括测量计算单元。后者用来依据转向锁定、车轮的角度修正以及车辆的速度测量车轮的转向角。此外，按照存储设置的映射，该计算单元依据车轮的转向角和速度执行转向扭矩的测量，以及通过考虑了转向系统来修正车轮的转向锁定从而执行转向扭矩中的变化的测量。地面的不平坦、道路的倾斜以及侧风或使车辆经历由于操纵人员一方的修正导致的意外偏移的非正常的需求，这些被作为要被修正的错误。

专利文献US 5 481 457 A公开了一种用于车辆的转向系统，其包括用于手动操纵车轮的方向盘以及用于向转向车轮施加转向扭矩的驱动装置(EPAS)。车辆的横向动态特性受到转向扭矩的影响，该转向扭矩可以通过驱动装置根据一数值来施加。该通过驱动装置施加的转向扭矩在此通过控制装置来监测以便控制与外部影响相比的车辆的横向动态特性。该横向动态特性包括至少一个偏航角速度和车辆的横向加速度。该通过驱动装置施加的转向扭矩可以通过数学函数产生，该函数包括第一项和第二项的总和。该第一项在此由横向动态特性的数值和第一系数的乘积组成。该第二项由方向盘的角速度和第二系数的乘积组成。

专利文献US 5,528,497 A同样公开了一种用于车辆的转向系统。所述转向系统包括动力转向系统以及产生第二驱动扭矩的主动装置(EPAS)的组合，该动力转向系统辅助操纵人员的转向动作并具有产生第一驱动扭矩的目的。所述装置通过检测横向运动的传感装置被驱动以便控制车辆的旋转运动。在行程中，转向系统通过第一和第二驱动扭矩的总和来调节。

专利文献US 5,774,819 A公开了按照车辆的实际横向动态从参考横向动态的偏差确定第二驱动扭矩。该参考的横向动态针对每个给定的转向锁定来计算。另外，提供装置以用于从此偏差感测转向不足状态，结果是，如果存在稳定的转向不足状态，第二驱动扭矩被抑制。而且，此系统同样为EPAS系统。

专利文献US 5,828,972 A描述了一种用于机动车辆的EPAS转向系统，其包括偏航传感器和横向加速传感器。后者用于检测机动车辆的偏航速度和横向加速度。被检测到的偏航加速度和横向加速度按照预先设定的函数来处理，以便限定接着被送至用于旋转方向盘的马达的控制信号。该转向车轮接着通过转向机构在一个方向上转向，这具有抑制由偏航速度和横向加速度导致的不正确的机动车辆动作的效果。

专利文献US 6,098,296 A以及专利文献EP 1 006 338 A2公开了一种用于校准车辆转向车轮的方法。该车辆为此目装配有线控转向系统。因此在方向盘和转向车轮之间存在纯粹的电气连接，已经消除了转向杆形式的机械连接。该方法包括测量车辆车轮的准确角位置和感测车轮角位置的步骤。此外，校准偏移的值被确定为测量的实际角位置和所需的车轮角位置之间的差值。进一步的方法步骤提供了依据校准偏移的值来设置车辆车轮的角位置。

专利文献US 5,864,493 A指向一种用于产生表示输入信号的估算平均值的输出信号的方法和系统。为此目的，传感器针对N输入信号样本提取输入信号并确定单个输入信号样本的当前双倍平均值。各自的双倍平均值与两个部分总和的一半相符合。该第一部分是前一个N/2输入信号样本的平均值的双倍，同时第二部分与后一N/2输入信号样本的平均值的两倍相符合。随后，传感器将当前的双倍平均值与在先的双倍平均值相比较。该传感器接着将当前的双倍平均值作为在先双倍平均值，增加基数2到数字N，提取针对随后的N/2输入样本的输入信号样本，确定被增加的第N个输入信号样本的当前双倍平均值并将当前的双倍平均值与在先的双倍平均值比较直到当前双倍平均值对于一系列所述数值来说重复处于在先双倍平均值的预设容差内。随后，传感器产生代表输入信号估算的平均值的输出信号。该估算的平均值相当于当前双倍平均值的一半。

从现有技术中已知并在上文被公开的方法和系统在所要施加的力方面缓解并辅助了驾驶员，同时在行程中监测以此方式装配的车辆。特别地，交替的外部影响继续制造此种系统的迫切需求以便于驾驶员一方的动作和反应以及所述的辅助系统之间允许完全适应的互补的相互作用。

具体地，在车辆带有EPAS系统的情况下，如果没有实施对牵引效应的自动修正或对漂移的补偿(PDC＝牵引漂移补偿)，则对于操纵车辆人员的要求较高的状况在正常的方向稳定状态下已经产生是可能的。该牵引效应在此被理解为在保持方向盘以能够维持方向稳定性方面的不可接受的作用力的等级。漂移意味着当双手离开来驾驶时车辆容易过于迅速地运动远离行驶的直线方向。特别是在侧面降低的凸形道路上，并且当存在道路总体上的严重倾斜时，该驾驶员因此被迫通过方向盘以相反转向的形式施加恒定的扭矩。为了减少其所需要的力，相应的PDC系统被包含成为现代EPAS系统的特性。

基本上，当扭矩不得不通过操纵人员或相应系统施加时，有必要在长期和短期修正之间做出区分。长期修正涉及车辆固有的、车辆的错误调整或变为错误的调整的无法避免的效应。这些效应来自于，例如，不同的胎压或转向几何结构的调整。短期修正通常由外部影响引起，诸如，举例来说，忽然出现的侧风或道路的弧形或倾斜。这些影响会以使车辆漂移的方式作用在车辆动力学上。

在此背景下，专利文献US 2003/0055543 A1公开了一种用于车辆系统的控制系统，其具有方向盘和用于提供动力转向辅助的电动马达。该系统是一种EPAS系统。该控制系统包括以下步骤：接收由施加在方向盘上的扭矩造成的信号，提供辅助扭矩的指令到电动马达以回应之前接收到的信号，感测使能信号，量化转向力状况以作为对之前接收和获取到的信号的回应，并且通过与定量的转向力状况相应的补偿来调整到马达的辅助扭矩的指令。

专利文献US 6,574,539 B1和GB 2 370 260 A描述了一种用于转向装置的纯粹的传感系统以便于标示对车辆的误调。其包括存储/逻辑电路和用于感测车辆的速度、方向盘扭矩、转向角度、横向加速度以及偏航角速度的多个传感器。通过传感器产生的信号被缓冲。如果与所期望的方向稳定状态相比的偏离被检测到，则执行检验以确定操纵车辆的人员是否启动了任何的应对措施。尽管方向稳定状态已经完成，如果相应的修正出现并且其超过了预先设定的阈值，则认定对车辆的误调。对应的人员随后会被告知该误调。

专利文献US 2005/0182542 A1公开了一种在带有电动机械转向系统(EPAS)的车辆中提供动力转向辅助的方法。在此，转向车轮被耦接到控制装置，其可以由操纵人员通过电动伺服马达来影响。该控制装置包括用于传感速度、转向角、转向角的速度以及马达动力辅助的传感器。该方法包括以下步骤：确定转向角和/或马达动力辅助，通过伺服马达获取辅助角和/或马达动力辅助，并通过用于长期修正的长期修正值和/或通过用于短期修正的短期修正值来形成辅助角和/或马达辅助。此外，该方法包括以下步骤：确定转向角和方向稳定状态之间的微分角度，而且依据微分角度确定相应的修正角度。长期修正和/或短期修正可以依据行驶状态开启或关闭，其中各自的行驶状态在计算单元中通过考虑转向角、转向角速度和/或车辆速度来确定。

专利文献US 6,250,421 B1公开了一种用于具有可转向前部充气轮胎车辆的动力转向系统。该系统同样为EPAS系统，该动力转向系统包括用于通过操纵人员手动输入控制车辆的惯常的转向元件。一系列部件传递转向元件和前部充气轮胎之间的力有关的信号。作为对通过转向元件的转向输入的回应，马达被驱动以便于辅助控制充气轮胎必要的转向力。此外，至少一个轮胎压力传感器被提供，其监测至少一个前部充气轮胎的轮胎压力。作为对检测气压的回应，控制系统确定并控制作用在可转向的前部充气轮胎上的相应的补偿转向力。其目标是减弱转向充气轮胎中产生的力的程度，该力因为压力状态被传递给转向部件并由此传递给驾驶员。

专利文献EP 0 822 130 A1公开了一种用于带有动力辅助系统的车辆的转向系统的设计，该动力辅助系统通过液压系统(HPS)进行操作。为了克服在方向盘中牵引效应的倾向和/或在正常的方向稳定状态中的车辆漂移，动力转向系统中的控制连杆被提出。

专利文献EP 1 247 723 A1公开了一种用于机动车辆的液压动力转向装置(HPS)，该装置包括用于抵消由于外部影响造成的侧面牵引的补偿装置。此外，一种用于补偿侧面牵引的方法被公开。该动力转向装置具有液压激励器，其安装在液压回路中并通过动力转向系统来控制。其特征为在液压回路中引起对抗液体流动的阻力，在流体流动方向上的所述阻力大于其反方向的阻力。结果，产生了用于补偿侧面牵引的力以及由此对牵引效应的修正。

专利文献US 6,073,065 A公开了一种用于限定运动中的车辆的倾斜角的方法。为此目的，首先提供与车辆的横向加速度相对应的第一信号。该第一信号被用来从其计算从属倾斜角估算。此外，与车辆的偏航角速度对应的第二信号被提供。根据第二信号，从属倾斜角的估算同样被计算。

另外，该第一和第二信号被用来由二者一起计算第三从属倾斜角估算。该已作出的第三倾斜角估算随后被用于倾斜角预加载估算的计算基础，其中最终倾斜角估算依据第三倾斜角估算和预加载的倾斜角估算来计算。

专利文献US 6,351,694 B1同样公开了一种用于限定运动中车辆的倾斜角的方法。按照此方法，如前所述的两个信号同样被需要并且在此对应于车辆的横向加速度和偏航角速度。所述信号被用于计算倾斜角的估算。第三倾斜角的估算同样依据两个已获得的信号来计算。动态补偿系数随后依据第一、第二和第三倾斜角的估算来计算。在此背景下，第三倾斜角估算被分解为多个通过倍增系数归约的第三倾斜角频率层。该倍增系数构成了动态补偿系数的函数以便于获取多个归约的第三倾斜角。最后，倾斜角估算的最终方位被计算，所述方位是根据归约的第三倾斜角的总和。

专利文献US 7,725,227 B2公开了一种用于改进必要的反转向补偿的方法。所述方法用于补偿在转向系统的方向盘中产生的转向牵引。该方法包括以此方式监测车辆，即，犹如该车辆在特定时间内处于沿基本线性路径的方向稳定状态中。在这种情况下，该方向盘扭矩被测量并作为扭矩信号被获取。结果，出现在方向盘上的转向牵引的程度被确定。此外，该方法同样包括产生辅助扭矩作为对所获取的扭矩信号的回应。为此目的，抵偿信号被计算以便于将在其他方式中所需的反转向减少到实质为零。

另外，该方法包括产生用于辅助扭矩的修正信号，该信号通过增加抵偿信号至扭矩信号来产生，并由此可以传递给车辆转向系统。

专利文献DE 10 2006 022 663 B4公开了一种用于改进车辆的方向稳定性的方法，该车辆具有带有主动动力转向辅助系统的转向系统。该系统可以为，例如，EPAS系统或者EHPS系统。各步骤包括获取关于车辆动力学的数据并由获取的数据识别方向稳定的状态。在此背景下，至少一个获取到的数据的值或来源于数据的值在预设时间周期或预设距离中落入预设阈值以下或者以上。此外，至少一个出现在转向系统中的扭矩在方向稳定状态下被测量，并且补偿扭矩自之前被测量的扭矩来计算。最后，接着利用计算的补偿扭矩驱动主动动力转向辅助系统，以便获取出现在转向系统中的被测量扭矩的反补偿。当所需要的补偿扭矩被计算时，摩擦力和/或回复力同样被考虑在内。其以此方式来完成，例如，将摩擦扭矩绝对值从在方向稳定状态下被测量的扭矩绝对值中减去并且恢复扭矩被增加。

被提供用于牵引效应的修正和漂移的补偿的PDC实施方式的缺点在实践中证明为所述实施方式没有能力在短时间内对突然改变的道路状况作出反应。其导致了不对称的转向感受，特别是在严重倾斜的道路上进行超车操作的情况下。

发明内容

在此背景下，本发明是基于如下目的，即改进车辆、尤其是机动车辆的转向装置的带有PDC系统的EPAS系统的控制方法，以达到使其对于对应影响中的变化的反应时间被缩短的效果。

此外，用于车辆的关联的转向系统和相应车辆都被公开，其具有改进的车辆动力学以及对于操纵车辆的人员的驾驶行为具有改进的接受程度。

通过具有以下技术特征的方法，该目标的方法部分被完成。目标的接受程度问题部分的解决方案可以在具有以下技术特征的转向系统以及具有以下技术特征的车辆中找到。

本发明的进一步特别有利的改进在以下公开。

应当注意在以下说明书中被分别说明的技术特征可以以所期望的技术上适当的任何方式相互结合并公开本发明的进一步的改进。特别是结合附图，该说明书附加地表征并详细说明了本发明。

按照本发明的用于改进方向稳定性或车道保持的方法涉及具有转向系统的车辆，该转向系统具有主动动力转向辅助系统。其可以为，例如，EPAS系统或者EHPS系统。该方法优选地以可以与电动机械动力转向系统(EHPS)相结合的方式配置，这是由于，因为其相对廉价的设计，这些系统是普遍的并且可以特别精确地被驱动。在按照本发明的方法中，车辆动力学数据被获取。该数据优选地描述了车辆的运动状态或荷载状态。

该数据甚至更优选地选自下列的群组中的单个或其结合：

偏航角速度、横向加速度、转向角度、车轮的旋转速度、车辆速度、扭力杆扭矩、方向盘设置角、转向齿条位移以及转向齿条速度。

最优选地，偏航角速度、偏航加速度和方向盘设置角被用作获取车辆动力学的数据以及用于随后方向稳定状态识别的数据。

该数据被尽可能瞬时地获取以使依据本发明的方法能够尽可能不经任何延迟地检测任何车辆动力学中的不希望的改变。

在此背景下，本领域技术人员的责任在于对于所针对的扭矩补偿相应调整数据采集的采样率。依据一个特别的改进，该感测以相对高的采样率来进行，例如，10ms到100ms，以便于例如在方向稳定状态中依次确定多个补偿扭矩。以此方式，如下所述的短期补偿被引发。

此外，本领域技术人员可以设置适合的采样率。当然，采样率的设定同样可以依据车辆的速度来进行。按照一个进一步的改进，该数据可以通过已知并通常出现在车辆中的设备来确定。举例来说，偏航角速度和横向加速度通过已经出现在车辆中并具有电子稳定程序ESP的系统来确定和输出，以便于通过依据本发明的方法来使用。这样的稳定程序也称为缩写ESC或DSC。

在依据本发明的方法中，该车辆的方向稳定性的状态自获取的数据被首先识别。该状态基于被获取的数据被识别，特别是在于所获取数据的至少一个数值或来源于数据的数值在预设时间周期或预设距离中落入预设阈值以下或者以上。举例来说，该时间周期或距离可以依据速度被预设。

在方向稳定的状态下，出现或要施加在转向系统上的扭矩被测量，所述扭矩通过操纵车辆的人员被实施以便维持车辆的方向稳定状态。相应的扭矩可以由此被测量，例如，在转向操作中的扭力杆上或在相关联的控制小齿轮中。

最终的补偿扭矩自被测量的扭矩来计算。利用最终补偿扭矩驱动主动动力转向辅助系统，以便反补偿出现在转向系统中并被预先测量的扭矩，以便辅助操纵人员维持方向稳定性。其确保了车辆动力学并且——如果适当的话——操纵车辆的人员主观的驾驶感受会被改善。该正面的驾驶感受本质上基于如下事实，即为了维持车辆的方向稳定状态，不需要操纵人员施加任何转向。此外，由于车辆按照操纵人员视觉上可察觉的预期来运转，所以其提升了行车安全。

按照本发明，为了改进方向稳定性，提供基于被感测的车辆的横向加速度的扭矩值。该值被用于计算扭矩分量，由于在通过操纵人员施加的被测量扭矩中减去该扭矩值。该发明在此背景下首先通过PDC系统提供了初始补偿扭矩的生成。其以此方式被计算：除了预先获取和测量的数据，该预先被计算的扭矩分量被用于此。

换句话说，按照本发明的构思，通过操纵人员施加的扭矩被线性过滤，同时从此扭矩中减去基于横向加速度获取的扭矩值。为此目的，已经存在的稳定性程序(ESP)被特别优选地使用，其感测横向加速度的分量更精确。该标准的PDC算法由此能够被用于补偿或修正车辆的错误设置并用于牵引/漂移的干扰。在此背景下，以此方式计算的该扭矩分量代表了要通过PDC系统来补偿或修正的干扰。

因此，通过操纵人员被施加并测量的扭矩并非直接输入到通过PDC系统进行的最终补偿扭矩的计算，而是首先从所述系统中移除基于横向加速度获取的扭矩值。输送至PDC系统的余下的扭矩分量在此仍旧包括要被修正或补偿的并由车辆的不正确位置和牵引以及漂移状态导致的这些分量。

该PDC系统由此基于预先计算的扭矩分量计算初始补偿扭矩。因此其由所施加的扭矩和从横向加速度被减去的施加扭矩值组成。接着为了获取最终的补偿扭矩，初始的补偿扭矩和自被测量的横向加速度获取的扭矩值被彼此相加。仅所述的最终补偿扭矩最终被用于驱动主动动力转向系统(EPAS或EHPS)以便于对出现在转向系统中并通过操纵人员施加的扭矩进行反补偿。

按照本发明的方案因此有利地使用来自被测量的车辆横向加速度的信号来区分长期牵引与例如由路面倾斜所导致的短期牵引。以此方式，因为系统可以对变化的情况实时作出反应，所以其反应时间显著增加。为了补偿被检测的PDC系统的缺点，本发明因此提供了一种车辆动力学和通过PDC系统计算的补偿扭矩之间的紧密联系。结果，在此意义上，动态牵引/漂移补偿或修正系统被建立(DPDC＝”动态牵引漂移补偿”)以便在稳定驾驶状态下应对道路状况的变化和车辆的误调。作为使用已经存在于车辆中的ESP系统的结果，或其中用于车辆横向加速度的传感器，该按照本发明的方案不需要任何附加的部件。

被提供的扭矩值优选地包括抑制因数。当车辆在超车道上进行超车时，其对于在凸形道路上的车道变换是必要的，以便于当并回到原来车道时避免转向行为中的不对称。

按照一个优选的实施例，该被获取的数据经受低通滤波以便消减高频干扰。

在一个进一步的实施例的范围中，规定了主动动力转向辅助系统不会被驱动直到被计算的补偿扭矩高于被设定的阈值和/或主动动力转向辅助系统的驱动被限制在极限值。在一个改进中提供该极限值，即，被计算的补偿扭矩的最大值，以便于防止过度补偿并因此造成转向几何结构的过度破坏。过度补偿会导致，例如，在转向行为中的过度不对称，造成对弯道中的转向行为的不利影响。按照一个进一步优选的实施例，规定了在被计算的补偿扭矩达到或超过了极限值的情况下，故障和/或听觉的和/或视觉的警告信息被输出。结果，操纵人员或例如维修人员可以在进行车辆维护时被警示。

按照本发明的方法的一个优选的实施例，规定了在计算补偿扭矩的步骤中将任何回复力考虑在内。结果，一方面，该车辆动力学系统和操作车辆的人员的主观驾驶行为可以被改善到特定的程度。另一方面，其因此确保该方法被大大加快和/或变得更加精确。被实际施加的补偿扭矩——即在无驾驶员干预的情况下引起车辆的方向稳定状态的补偿扭矩——因此以相对高的精确度被完成。另外，当补偿扭矩以多个步骤被确定时，例如在以下所描述的平均值的形成过程中，该方法被大大加快。以此方式，只需更少的步骤来获取实际要被施加的补偿扭矩，即所针对的补偿扭矩。

用于计算补偿扭矩的任何摩擦力在本发明的范围内依旧被忽略。

使用至少一个横向加速度传感器的横向加速度的感测因此在此被用来使PDC算法对于例如路面倾斜的突然改变较不敏感。结果，总体更稳定的驾驶行为变得可能，其中动力转向辅助以对于实时状况和影响的改进的方式来定向。观察模块在此被优选地提供，通过加速计获得的车辆的任何横向加速度值被信号传递到该模块。该观察模块被设计用于从这些值中导出随后可以被包括在动力转向辅助的计算中的相应的扭矩值。该观察模块可以使用作为计算基础的任何所需要的复杂度的横向加速度函数。按照其实施方式，该观察模块可以例如被实施为滤波器，尤其是作为FIR(有限脉冲响应)滤波器。

在一个实施例中，通过主动动力转向辅助系统施加的辅助扭矩和被考虑在内的任何回复扭矩都在以下进行描述。

在本实施例中要被施加在转向齿条上的补偿力F_δ依据以下公式来确定：

F_δ＝F_rd+F_a+F_rst

其中，F_a是通过主动动力转向辅助系统被施加的辅助力，F_rst是馈送进主动动力转向辅助系统中的力。

将其转换为相关联的扭矩，对应为：

T_δ＝T_rd+T_a+T_rst-T_alt (1)

相应地，补偿扭矩T_δ如下所述：

测量出现在转向机构——例如，在转向系统的转向齿条——中的力F_rd或可选地在扭力杆中出现的扭矩，并且出现在转向机构中的扭矩T_rd由此被估算。如下将要说明的，相应的扭矩可以可选地通过主动动力转向辅助系统和输出来测量；在此情况下，所指定的T_rd随后被选择并且其在上述公式(1)中的表述被相应地替换。此外，为维持方向稳定状态而通过主动动力转向辅助系统被施加的辅助扭矩T_a被确定。

在一个改进中，通过主动动力转向辅助系统施加的辅助扭矩T_a基于电动操作的主动动力转向辅助系统的马达中的当前存在来确定。在进一步的改进中，在不经过附加的扭矩测量的情况下，基于主动动力转向辅助系统的升压曲线，馈送进主动动力转向辅助系统中的扭矩T_a使用之前测量和估算的存在于转向机构——例如转向系统的转向齿条——中的扭矩T_rd以及车辆的瞬时速度被估算，并被增加到先前提到的T_rd中。另外，基于横向加速度的扭矩T_alt被减去，并且基于车轮的回复力的扭矩T_rst被增加。以此方式被获取的补偿扭矩T_δ在时间上顺序的计算中被馈送进入主动动力转向辅助系统，以便不受驾驶员干预地强制引起车辆的方向稳定状态。

回复力的值例如在车辆的行驶状态中被测量或自被测量值进行估算或可以由驾驶员固定预设。该回复力基于，例如，车轮悬架的机械构造以及轮胎的转动性能。

在按照本发明的方法的进一步地实施例中，该被计算的补偿扭矩被存储。举例来说，该存储的补偿扭矩可以在存储器中由更新的值覆盖。

例如同样有用于要重设的被计算的补偿扭矩的规定。如果欠佳的方向稳定性起因于车辆固有的故障，例如转向系统的错误调整，则在车辆方面的故障被纠正后重设补偿扭矩的存储值是有益的，该值可以被设置为零或一些其他的预设值。

在进一步优选的实施例中，多个补偿扭矩在多个方向稳定状态中或在方向稳定状态的多个时间上被平均，以便于获取平均的长期补偿扭矩。不同统计方法可以被用于平均值的形成。平均值的形成防止了临时的短期效应过于严重地影响补偿扭矩的计算。优选地形成滑动平均值。按照下列的公式形成平均值已特别证明其特别有利：

其中x_k为瞬时值(T_δ+旧的补偿值)，为前述的平均值，k为当前指数，k–1为在前的指数并且为获取到的新的平均值。

在进一步的实施例中，除了多个方向稳定状态中的各自的平均长期补偿扭矩，仅仅一种形式的补偿扭矩在一个方向稳定状态中被计算，所述用于瞬时补偿的的补偿扭矩如同被称为的短期补偿扭矩。其在方向稳定状态下通过使用短期补偿扭矩驱动主动动力转向辅助系统来额外地用于补偿短期的错误，特别是非车辆固有的错误。

例如此处在车辆上存在短期外部效应，诸如侧风、道路表面的弧形或倾斜。

在进一步的优选的改进中，短期补偿扭矩独立于长期补偿扭矩来计算，例如在中间步骤中，以使长期补偿独立于短期补偿进行。

在进一步优选的实施例中，在步骤计算最终补偿扭矩(T_a)或依据之前计算的扭矩分量(T_f)来计算初始补偿扭矩(T_pd)中增加的附加的中间步骤中，判定所确定的短期补偿扭矩如何和/或是否被包括在平均的长期补偿扭矩的计算中。例如，依据用于被测量扭矩的预设极限值或用于长期补偿的目前平均值和短期补偿之间的偏差的极限值，判定是否目前确定的值被包括在长期补偿中。

在进一步的实施例中，依据该偏差，确定被判定值的哪一部分包含在平均值的判定中，即，在长期补偿中，和确定哪一部分被用于附加短期补偿。这些测量确保在车道保持中的并非车辆固有的短期故障不会被包括在长期补偿扭矩的判定中。

在进一步优选的实施例中，被馈送进入动力转向辅助系统中的扭矩在主动动力转向辅助系统的驱动中以时间依赖的方式被增加到被计算的补偿扭矩中。其确保向驾驶员提供对于由补偿引起的驾驶感受的适应阶段。对于改变的转向性能驾驶员不会过于惊慌。扭矩到被计算的补偿扭矩的调整——即增加——的持续时间会以速度依赖的方式或依据之前的补偿扭矩和新计算的补偿扭矩之间的绝对值的差值来进行。在一个实施例中，该调整会在平均值的形成过程中进行，其凭借被确定的补偿扭矩乘以小于1的因子，其结果为补偿扭矩在平均值形成的进程中逐步增加。

本发明同样涉及一种用于实施该方法的转向系统，该方法用于依据在先所述的实施例之一改进车辆的方向稳定性，以及还涉及相关联的车辆。

该转向系统包括：

主动动力转向辅助系统；用于获取关于车辆动力学数据的装置；用于由被获取的数据识别方向稳定性状态的装置；用于至少在方向稳定状态下测量存在于转向系统中的扭矩的装置；用于在方向稳定状态下的平衡力的情况下通过测量的扭矩计算初始补偿扭矩或必须的最终补偿扭矩的装置；用于通过最终补偿扭矩驱动主动动力转向辅助系统以便于反补偿存在于转向系统中的被测量的扭矩的装置，以及用于存储和/或获取关于在补偿扭矩的计算中纳入考虑的转向系统的回复力的数据的装置。

附图说明

本发明进一步有利的细节和效果参考在下图中示出的示例性的实施例在下文中详细说明。

图1为在具体的实施例中依照本发明的方法的序列示意图。后者包括PDC系统1，其用于依据获取的和测量的输入信号和输入数据驱动主动动力转向辅助系统2。在此，主动动力转向辅助系统2为EPAS系统。

附图标记

1 PDC系统

2 主动动力转向辅助系统(EPAS系统)

3 观察模块

4 加速计

5 操纵人员(男性/女性驾驶员)

a_l 横向加速度

T_a 最终补偿扭矩

T_alt 扭矩值

T_bar 扭矩

T_f 扭矩分量

T_pd 初始补偿扭矩

具体实施方式

可以清楚地看到，仍然存在观察模块3，通过加速计4将车辆的横向加速度a_l的任何值以信号传递至该观察模块3。依据横向加速度a_l，扭矩值T_alt通过观察模块3被提供。

通过操纵车辆的人员5——更确切地说是男性或女性驾驶员——施加在方向盘上的力同样被记录。存在于转向系统中的产生的扭矩T_bar被测量并与被提供的扭矩值T_alt结合。为此目的，自扭矩T_bar减去扭矩值T_alt，由此计算计算扭矩分量T_f。该扭矩分量T_f被馈送到PDC系统1中。

依据扭矩分量T_f和任何进一步的输入信号或输入数据，初始的补偿扭矩T_pd通过PDC系统1来计算，然而，所述的初始的补偿扭矩T_pd尚未用于驱动动力转向辅助系统2(EPAS)。替代地，初始补偿扭矩T_pd与在先提供的扭矩值T_alt通过相加来结合，以形成最终补偿扭矩T_a。

仅此最终补偿扭矩T_a被用来驱动EPAS系统形式的主动动力转向辅助系统2。

以上所描述的用于改进具有转向系统的车辆的方向稳定性的本发明的方法和依据本发明的转向系统以及依据本发明的车辆并不限制为在此公开的方法和实施例，而是当然地还包括起类似作用的进一步的方法和实施例。

Claims

1.一种用于改进车辆的方向稳定性的方法，该车辆具有带有主动动力转向辅助系统(2)的转向系统，所述方法具有下列步骤：

a)获取关于车辆动力学的数据；

b)由所获取的数据识别方向稳定状态，其中至少一个所获取数据的值或由此得出的值在预设时间周期或预设距离中处于阈值以下或以上；

c)至少在车辆的方向稳定状态中测量存在于转向系统中的扭矩(T_bar)；

d)计算最终补偿扭矩(T_a)；

e)通过最终补偿扭矩(T_a)驱动主动动力转向辅助系统(2)，以便于反补偿存在于转向系统中并在步骤c)中被测量的扭矩(T_bar)，

其特征在于，所述方法至少包括下列步骤：

f)依据在步骤a)中获取的车辆的横向加速度(a_l)来提供扭矩值(T_alt)；

g)由在步骤c)中被测量的扭矩(T_bar)减去在步骤f)中提供的扭矩值(T_alt)计算扭矩分量(T_f)；

h)依据之前在步骤g)中计算的扭矩分量(T_f)来计算初始补偿扭矩(T_pd)；并且

i)由在步骤h)中计算的初始补偿扭矩(T_pd)和步骤f)中提供的扭矩值(T_alt)的总和来在步骤d)中计算最终的补偿扭矩(T_a)。

2.如权利要求1所述的用于改进车辆的方向稳定性的方法，其特征在于，

在步骤d)或h)中通过增加回复扭矩绝对值到在方向稳定期间测量的扭矩绝对值将回复力纳入考虑。

3.如权利要求2所述的用于改进车辆的方向稳定性的方法，其特征在于，

回复力在车辆的行驶状态下被测量或估算。

4.如权利要求1所述的用于改进车辆的方向稳定性的方法，其特征在于，在步骤d)或h)中将通过主动动力转向辅助系统(2)施加的辅助扭矩纳入考虑。

5.如权利要求1所述的用于改进车辆的方向稳定性的方法，其特征在于，在步骤d)中的最终的补偿扭矩(T_a)和/或在步骤h)中的初始补偿扭矩(T_pd)由在多个方向稳定状态中或在方向稳定期间多个时间被测量的扭矩来计算，并被平均以便获取平均的长期补偿扭矩。

6.如权利要求5所述的用于改进车辆的方向稳定性的方法，其特征在于，在步骤d)或h)中，除了平均的长期补偿扭矩以外，在每种情况下，补偿扭矩在方向稳定状态期间计算以便于获取短期补偿扭矩。

7.如权利要求6所述的用于改进车辆的方向稳定性的方法，其特征在于，在步骤d)或h)中，可以附加中间步骤：确定如何和/或是否将确定的短期补偿扭矩包括在平均的长期补偿扭矩的计算中。

8.如权利要求1所述的用于改进车辆的方向稳定性的方法，其特征在于，在步骤a)中，来自于由偏航角速度、横向加速度(a_l)、转向角、车轮旋转速度、车辆速度、扭力杆扭矩、方向盘设置角度、转向齿条位移以及转向齿条速度组成的群组中的数据被单独地或组合地选择。

9.如权利要求1所述的用于改进车辆的方向稳定性的方法，其特征在于，在步骤b)中，凭借获取的数据在预定时间周期或预定距离中处于预设阈值以下的事实来确定方向稳定状态。

10.如权利要求1所述的用于改进车辆的方向稳定性的方法，其特征在于，在步骤e)主动动力转向辅助系统(2)的驱动中，该驱动被逐步增加到对应计算的最终补偿扭矩(T_a)。

11.一种用于执行如上述任一项方法权利要求所述的用于改进车辆的方向稳定性的方法的转向系统，包括：主动动力转向辅助系统(2)；用于获取关于车辆动力学的数据的装置；用于由所获取的数据识别方向稳定状态的装置；用于测量存在于转向系统中的扭矩的装置；用于至少在方向稳定状态中存在的力平衡情况下通过被测量的扭矩来计算初始补偿扭矩(T_pd)或最终补偿扭矩(T_a)的装置；用于通过最终补偿扭矩(T_a)驱动主动动力转向辅助系统(2)以便于反补偿存在于转向系统中的被测量扭矩(T_bar)的装置，其特征在于，还包括用于估算和/或获取关于转向系统的回复力的数据的装置，该数据被考虑进最终补偿扭矩(T_a)的计算中。

12.一种具有如权利要求11所述的转向系统的车辆。