CN106828592A - 用于运行用于机动车的电动助力转向系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定用于机动车助力转向系统中的电伺服马达的马达力矩的额定预设值(yM_SM)的方法，其特征在于，所述额定预设值在利用形成开环受控部分的马达力矩预控制分量(M_VSK)和形成闭环受控部分的马达力矩闭环控制器分量(M_RK)的情况下确定，其中，闭环控制变量是扭杆扭矩(M_DS)，其中，这两个马达力矩分量通过函数相互合并，以便由此确定用于伺服马达(SM)的马达力矩(M_SM)的额定预设值(yM_SM)。

Description

用于运行用于机动车的电动助力转向系统的方法

本申请是申请日为2013年08月01日、申请号为201380042390.2、国际申请号为PCT/EP2013/066152、发明名称为“用于运行用于机动车的电动助力转向系统的方法”的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的用于运行电动助力转向系统的方法。

由现有技术已知用于产生用于伺服马达的马达力矩额定预设值的不同方法。

DE 101 15 018 A1公开一种车辆转向系统，在该车辆转向系统中状态闭环控制器借助车辆的状态变量产生用于控制装置的受控变量，在该状态闭环控制器中由驾驶员待施加的转向力是最小的。以该无转矩转向系统为出发点可以使用参考变量。

DE 10 2009 002 703 A1公开一种用于根据预设的额定扭杆扭矩确定用于在电的车辆转向系统中控制力矩调整器的受控变量的闭环控制结构，其中，测定实际扭杆扭矩，扭矩差由额定扭杆扭矩和实际扭杆扭矩形成并且受控变量借助输出-反馈-闭环控制器与扭矩差相关地被确定。

本发明的任务在于，提出一种用于确定用于马达力矩的额定预设值的方法，该方法相对于已知方法允许容易进行基本调整并且同时允许对转向特性和赋予驾驶员的转向感觉的全面的和精确的影响。

该任务通过各独立权利要求的技术方案解决。

所述方法规定，额定预设值由至少两个马达力矩分量形成，并且更确切地说是一个形成开环受控部分的马达力矩预控制分量和一个形成闭环受控部分的马达力矩闭环控制器分量，其中，闭环控制变量是扭杆扭矩。

这两个马达力矩分量在此通过函数相互合并，以便由此确定用于伺服马达的马达力矩的额定预设值。

本发明有利的各扩展方案在各从属权利要求中得出，这些从属权利要求根据后续附图说明被详细解释。

因此规定，为确定额定预设值，马达力矩预控制分量至少根据扭杆扭矩(M_DS)被确定，其中，附加地可以考虑车速，并且马达力矩闭环控制器分量根据在扭杆扭矩和基于齿条力的应用扭杆扭矩之间的闭环控制差被确定。

有利的是，马达力矩预控制分量在应用助力特性曲线的情况下被确定，该助力特性曲线至少根据扭杆扭矩来确定预控制分量。附加地，助力特性曲线可以根据车速被参数化，其中，中间值被插补。

一个优选设计形式规定，马达力矩预控制分量由闭环控制器确定。

在此优选使用范围受限的(饱和)PID闭环控制器。

根据本发明规定，马达力矩闭环控制器分量被限制到转向系统特定的最大可实现的极限值(+/-M_RK,lim)。这优选根据车速实现。

此外规定，马达力矩预控制分量在应用助力特性曲线的情况下被确定，车速作为另外的输入变量被馈送给该助力特性曲线。

应用扭杆扭矩优选在利用确定出的齿条力的情况下和/或在利用另外的转向系统特定的或行驶动力学的车辆变量的情况下和/或根据不同的转向功能分量被确定。

各马达力矩分量随后通过函数相互合并，以便由此确定用于马达力矩的额定预设值。

具有程序代码块的计算机程序也是本发明的主题，以便当该程序在计算机的微处理器中、尤其是在助力转向系统或外力转向系统的控制单元上运行时，用于实施按照本发明的方法。

用于运行助力转向系统或外力转向系统的对应的控制单元也是本发明的主题，该控制单元设置用于实施按本发明的方法或用于执行相应的计算机程序，并且助力转向系统或外力转向系统也是本发明的主题，该助力转向系统或外力转向系统装备有相应的控制单元。

图1示出一个结构图，借助该结构图解释按本发明的方法的优选实施形式。

预控制模块100根据在转向柱上探测的扭杆扭矩M_DS确定第一分量，即马达力矩预控制分量M_VSK。该分量代表马达力矩的开环受控部分。

此外，预控制模块100附加地利用车速v_FZG。模块100包含助力特性曲线，该助力特性曲线根据扭杆扭矩M_DS和车速v_FZG确定马达力矩预控制分量M_VSK。

此外，扭杆扭矩应用模块200确定应用扭杆扭矩M_DS,Appl。该分量代表马达力矩的闭环受控部分。

在图3的视图中详细解释对应用扭杆扭矩M_DS,Appl的值的确定。

该变量可以说代表接下来的闭环控制的参考变量并且对待赋予驾驶员的额定转向感觉起决定作用。应用扭杆扭矩M_DS,Appl被用作“参考变量”，其中，借助闭环控制差确定元件102确定相对于扭杆扭矩M_DS的闭环控制差。借助在下游连接的闭环控制器、即扭杆扭转闭环控制器模块101来确定第二分量、即马达力矩闭环受控分量M_RK。该分量代表马达力矩的闭环受控部分。

闭环控制器优选设计为范围有限的(饱和)PID闭环控制器。该PID控制器允许简单和稳定的应用在相应的车辆上。

两个分量借助合并元件103被合并以形成通过伺服马达SM待输出的马达力矩M_SM的额定预设值yM_SM。在最简单的情况下，这通过两个值的相加实现。

额定预设值yM_SM被馈送到输出级单元，该输出级单元借助从属的磁场定向的闭环控制级(FOR)产生相应的用于伺服马达的相电流I_M。

马达力矩预控制分量M_VSK至少根据扭杆扭矩M_DS被确定并且马达力矩闭环控制器分量M_RK根据在扭杆扭矩M_DS和应用扭杆扭矩M_DS,Appl之间的闭环控制差被确定。扭杆扭矩在转向柱的区域内借助合适的传感器被测量。

在所示的实施例中，马达力矩预控制分量M_VSK在利用助力特性曲线的情况下被确定，车速v_FZG作为另外的输入变量被馈送给该助力特性曲线。

本方法的优点尤其是如下：可以借助预控制分量M_VSK来满足在系统动态性方面的需求，其中，同时可以借助闭环受控部分M_RK叠加待赋予驾驶员的“额定”转向感觉。因此，驾驶员的快速转向运动能够以具有高动态的转向过程的形式被传递到转向系统上，同时可以依照额定预设值将在其作用方面受限的、被闭环控制的影响施加到驾驶员转向力矩上。

通过借助预控制模块100引发的对马达力矩yM_SM的预控制，尤其是对于需要高的助力力矩的情况，伺服马达的“基础助力”被外加到转向系统中。该基础助力被排除在闭环控制之外并且因而在功能上看起来对应于“基础助力开环控制”。

预控制模块100根据车速v_FZG和扭杆扭矩M_DS确定马达力矩预控制分量M_VSK，相当于“基础助力”。

预控制模块100的特性在此是如此体现的，即，使得马达力矩预控制分量M_VSK的值随着车速的增大而减小并且随着扭杆扭矩的增大而增大。

借助扭杆扭转闭环控制器模块101引发的对扭杆扭矩M_DS的闭环控制尤其是对于如下情况证明是非常有利的：即在“耦合区域”中、即在相对于转向盘的直线行驶位置较近的区域内产生低的或非常小的助力转矩。典型地，在此产生具有约为0.5Nm的数量级的相对较小的助力。

在此扭杆扭转闭环控制器模块101以扭杆扭矩应用模块200的额定预设M_DS,Appl为基础来执行“真正地”闭环控制扭杆扭矩M_DS的功能。

由于变速器的传动比，这些小的助力转矩相应地增强地影响转向感觉。因此，对扭杆扭矩的闭环控制特别有效地影响赋予驾驶员的转向感觉。

在此具有显著的优点的是，扭杆扭转闭环控制器模块101、即包含用于闭环控制扭杆扭矩的闭环控制律的实际的闭环控制器设计为饱和的PID(比例-积分-微分)闭环控制器。这允许闭环控制器针对所有可设想的行驶状况以相对小的费用进行适配。控制器的饱和范围大约处于+/-0.5Nm的范围内。在该范围内对驾驶员转向力矩的闭环控制的、自由影响是可能的。这导致，在直线行驶期间闭环受控部分处于支配地位，而在快速转向运动时开环受控部分占优势。

由于该原因，马达力矩闭环控制器分量M_RK被限制到转向系统特定的最大可实现的极限值+/-M_RK,lim上。对马达力矩闭环控制器分量M_RK的限制在此根据车速v_FZG实现。

图2示例性地示出产生应用扭杆扭矩M_DS,Appl的多种不同方法。这些方法可以单独地或相互结合地被使用。扭杆扭矩应用模块200包含齿条力确定模块201，该齿条力确定模块测定被计算的或被估计的齿条力(ZSK)。此外，模块200包含块242，该块包含与转向相关的或车辆特定的变量，例如瞬时转向角、转向角速度、当前行驶速率、伺服马达的转子转速及其他行驶动态变量。

在所示的实施例中，确定以不同方式确定的两个齿条力值：动态分量240(ZSK-D)和与舒适有关的分量241(ZSK-C)。ZSK-D值在此由转向系统内在的变量确定，这些转向系统内在的变量根据机械和/或电学方程描述了在转向装置内的力矩和力。ZSK-C值在使用描述了运动状态的转向系统外在的车辆变量的情况下基于物理运动关系被确定。

根据行驶条件，两个齿条力变量可以相互合成或以任意比例相互混合成合齿条力。合齿条力随后被传递到基础转向助力模块202的各个功能单元或被传递到附加转向功能模块203。

基础转向助力模块202的各个功能单元在此可以包含如下组成部分：在耦合区域210内的基础转向力矩；主动的后退功能211；中央感觉功能单元212；主动的减震功能213；以及摩擦和滞后补偿单元214。

附加转向功能模块203的各工作单元可以包含如下组成部分：过度转向辅助功能220和不足转向辅助功能221。

此外，通过车辆制造商通过具有OEM功能230的接口提供上级的干预。自主的转向干预(例如车道保持和后续引导或启动避让动作)属于这些干预。

几个功能单元202、203附加地需要或仅需要应用块242的与转向有关的变量。例如主动减震功能213可以仅仅基于伺服马达的瞬时转子速率确定应用扭杆扭矩的减震特定的分量。

因此，结合本发明的在图1中所述的实施例规定，应用扭杆扭矩(M_DS,Appl)在使用所确定的齿条力(RFM-C、RFM-D)的情况下和/或借助转向系统特定的和行驶动力学的车辆变量基于不同的转向功能分量210、211、212、213、214、220、221、230被确定。

借助求和或加权点204合并被确定的全部功能分量以形成总应用扭杆扭矩M_DS,Appl。

在最简单情况下所有分量借助相加点204被相加，以便确定总应用扭杆扭矩M_DS,Appl。

图3以包络线的形式示出对马达力矩闭环控制器分量M_RK的最大允许分量的限制。

所述限制优选根据车速v_FZG实现。从静止状态出发直到速率为大约10至15km/h(点1)，闭环控制的分量为0Nm，从该速率出发直到第二速率(点2)，最大允许分量斜坡形地增加达到最大对称值+/-M_RK,lim。该值约为0.3至0.5Nm。

附图标记

100 预控制模块

101 扭杆扭转闭环控制器模块

102 闭环控制差-确定单元

103 合并点

200 扭杆扭矩应用模块

201 齿条力确定模块

202 基础转向助力模块

203 附加转向功能模块

204 求和点

205 扭杆扭转闭环控制器模块

210 在耦合区域中的基础转向力矩

211 主动的后退

212 中央感觉

213 主动的减震

214 滞后

220 过度转向辅助

221 不足转向辅助

230 外部转向功能

240 齿条力、动力学分量(ZSK-D)

241 齿条力、舒适分量(ZSK-C)

242 与转向有关的变量

M_DS 扭杆扭矩

SM 伺服马达

I_M 伺服马达电流

yM_SM 马达力矩的额定预设

M_SM 马达力矩

M_VSK 马达力矩预控制分量

M_RK 马达力矩闭环控制器分量

M_DS,Appl 应用扭杆扭矩

v_FZG 车速

Claims (9)

1.用于确定用于机动车助力转向系统中的电伺服马达的马达力矩的额定预设值(yM_SM)的方法，其特征在于，所述额定预设值在利用形成开环受控部分的马达力矩预控制分量(M_VSK)和形成闭环受控部分的马达力矩闭环控制器分量(M_RK)的情况下确定，其中，闭环控制变量是扭杆扭矩(M_DS)，其中，这两个马达力矩分量通过函数相互合并，以便由此确定用于伺服马达(SM)的马达力矩(M_SM)的额定预设值(yM_SM)，所述马达力矩闭环控制器分量(M_RK)由闭环控制器(101)确定，将所述马达力矩闭环控制器分量(M_RK)限制到转向系统特定的最大可实现的极限值(+/-M_RK,lim)，并且对所述马达力矩闭环控制器分量(M_RK)的限制根据车速(v_FZG)实现。

2.按照权利要求1所述的用于确定额定预设值(yM_SM)的方法，其特征在于，所述马达力矩预控制分量(M_VSK)至少根据扭杆扭矩(M_DS)被确定，并且所述马达力矩闭环控制器分量(M_RK)根据在扭杆扭矩(M_DS)和应用扭杆扭矩(M_DS，Appl)之间的闭环控制差被确定。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述闭环控制器(101)设计为范围受限的PID闭环控制器。

4.按照权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述马达力矩预控制分量(M_VSK)在利用助力特性曲线的情况下被确定，车速(v_FZG)作为另外的输入变量被馈送给该助力特性曲线。

5.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述应用扭杆扭矩(M_DS,Appl)在利用确定出的齿条力(RFM-C、RFM-D)和/或另外的转向系统特定的或行驶动力学的车辆变量的情况下被确定。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述应用扭杆扭矩(M_DS，Appl)基于不同的转向功能分量被确定。

7.助力转向系统或外力转向系统的控制单元，设置用于实施按照权利要求1至4中任一项所述的方法。

8.助力转向系统或外力转向系统的控制单元，设置用于运行一种具有程序代码块的计算机程序，以便当该计算机程序在该助力转向系统或外力转向系统的控制单元上运行时，用于实施按照权利要求1至6中任一项所述的方法。

9.助力转向系统或外力转向系统，其包括具有按照权利要求7或8所述的控制单元。