CN107000782B - 转向装置以及用于控制转向装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明说明一种用于机动车的转向装置(10)，所述转向装置包括用于使机动车转向的转向元件(12)并且包括操纵元件(18)，利用所述操纵元件根据对转向元件(12)的操纵来调节机动车的车轮(20)。转向元件(12)配置有转向辅助单元(22)、尤其是用于使转向元件(12)主动回位的电子转向辅助单元，所述转向辅助单元包括马达(26)以及控制和调节单元(24)，所述控制和调节单元操控马达(26)以便产生辅助力矩。所述控制和调节单元(24)从直接检测操纵元件(18)的位置的第一传感器(28)接收数据并且根据操纵元件(18)的位置操控马达(26)。此外说明一种用于控制转向装置(10)的方法。

Description

转向装置以及用于控制转向装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的转向装置以及一种用于控制转向装置的方法。
背景技术
机动车的现代转向装置如今典型地是电子辅助的，从而由机动车驾驶员施加的转向力矩通过电子转向辅助单元加强。由此，驾驶员总体上感觉机动车的转向较舒适。转向辅助单元也可以产生反作用力矩，从而正是在速度较高时必须由驾驶员施加提高的转向力矩以便转向。这有利于运行安全。
典型地，电子转向辅助单元具有减速器以及电马达，所述减速器以及电马达导致转向装置的一定的摩擦以及惯性。尤其是不利地影响转向装置的自动的并且也期望的回正特性，该回正特性对于驾驶员来说由非电子辅助的转向装置已知。所述不利的影响是这样的：车轮虽然基于车辆在从转弯行驶过渡到直线行驶中时的轨迹而回位，然而驾驶员没有在转向元件上察觉到与车轮的回位相关联的力矩。
在现有技术中，回正特性由电子转向辅助单元通过产生相应的用于回位的辅助力矩来主动提供。为此，电子转向辅助单元具有控制和调节单元，所述控制和调节单元通过传感器检测转向角、转向角速度以及车辆速度并且相应地操控电马达，从而通过所产生的辅助力矩暗示驾驶员转向元件的自动回位。
然而在此已经被证实为不利的是，此外必须耗费地考虑和补偿针对相应的车辆拓扑结构的影响因素，因为检测在转向轴上的转向角和转向角速度，所述转向角和转向角速度按照车辆类型不同地传动至车轮。其它影响因素例如是主销内倾、主销后倾和转向轴几何结构的转向半径。
发明内容
本发明的任务是提供一种转向装置以及一种方法，利用所述转向装置以及所述方法能够实现转向装置的与车辆拓扑结构无关的主动回位。
本发明的任务通过一种用于机动车的转向装置来解决，该转向装置包括用于使机动车转向的转向元件并且包括操纵元件，利用所述操纵元件根据对转向元件的操纵来调节机动车的车轮，其中，所述转向元件配置有转向辅助单元、尤其是用于使转向元件主动回位的电子转向辅助单元，所述转向辅助单元包括马达以及控制和调节单元，所述控制和调节单元操控马达以便产生辅助力矩，其中，所述控制和调节单元从直接检测操纵元件的位置的第一传感器接收数据并且根据操纵元件的位置来操控马达。
本发明的任务此外通过一种用于控制转向装置、尤其是上述类型的转向装置的方法来解决，其中，控制和调节单元借助第一传感器检测操纵元件的位置，并且控制和调节单元根据操纵元件的位置来计算马达的用于使转向元件回位的辅助力矩。
本发明的基本构思是，所述控制和调节单元直接根据操纵元件的位置来操控马达，从而能够保持不考虑转向元件与操纵元件之间的传动比以及转向元件与操纵元件之间的弹性和制造公差。为了操控马达通常使用直接检测车轮位置的调节量，因为传感器探测直接与车轮耦联的操纵元件的位置。利用按照本发明的转向装置能够与车辆拓扑结构以及转向装置的布置结构无关地实现转向元件的主动回位。类似于转向装置的构造方案，通过所述方法能够与车辆拓扑结构无关地计算马达的用于使转向元件回位的辅助力矩，因为直接检测操纵元件的位置作为调节量。因此，按照本发明恰好不由传感器检测转向元件的转向角和/或转向角速度，以便计算马达的用于使转向元件回位的辅助力矩，如这在现有技术中发生的那样。也就是说，基于转向角和/或转向角速度的计算与车辆拓扑结构和转向装置的布置结构有关并且因此不通用。
本发明的另一方面规定，所述控制和调节单元从检测操纵元件的速度的第二传感器接收数据，其中，尤其是第一和第二传感器可以构成在一个传感器单元中。
就所述方法而言，操纵元件的速度由第二传感器检测，所述第二传感器将该值传输给控制和调节单元，所述控制和调节单元考虑所检测的值用于计算马达的辅助力矩。
通过第二传感器提供用于计算辅助力矩的数据，所述数据还更准确地检测当前的行驶工况，因为附加地在过渡到操纵元件的中间位置中时测量该操纵元件的速度。这些数据同样与车辆的构造或转向元件与操纵元件的传动比无关。因为两个传感器检测操纵元件的状态，所以这两个传感器能够以节省空间的方式构成在一个唯一的传感器单元中。
尤其是，所述控制和调节单元从检测机动车速度的第三传感器接收数据。
在所述方法中，将由第三传感器检测的车辆速度传输给控制和调节单元，所述控制和调节单元考虑所检测的值用于计算马达的辅助力矩。
机动车速度用作其它的调节量，因为驾驶员的感觉通常与车辆速度有关，所述车辆速度是与机动车的运行安全相关的重要参数。此外，机动车速度影响车轮从转弯行驶到其中间位置中的回位，因为速度影响沥青路与车轮之间的摩擦力并且因此影响车轮的回位力。
按照本发明的另一方面，所述控制和调节单元具有参考发生器，所述参考发生器尤其是根据所参与的传感器信号来计算操纵元件的参考速度。
在所述方法中，基于通过传感器检测的值在控制和调节单元的参考发生器中产生操纵元件的参考速度。
所述参考速度给出操纵元件应该以何种速度运动到其中间位置中，其中，操纵元件的实际速度和车辆速度另外在此参与。因此借助与相应的车辆拓扑结构无关的参数来计算操纵元件的参考速度。此外，控制和调节单元可以持续将操纵元件的当前速度与参考速度相比较并且相应地适配辅助力矩。
本发明的另一方面规定，所述控制和调节单元包括计算单元、限制单元以及缓冲单元，所述缓冲单元从在转向元件上的至少一个传感器接收数据。通过这些附加的单元通常能够确保可靠的行驶运行。
在所述方法中，在控制和调节单元的缓冲单元中可以尤其是根据转向元件的位置、速度和转矩来计算缓冲系数。所述缓冲系数因此与驾驶员的主动性有关并且根据当前的行驶工况来缓冲要由电子转向辅助单元的马达提供的辅助力矩，从而不会使驾驶员感到意外。
所述方法的另一方面规定，在控制和调节单元的限制单元中尤其是根据机动车速度和由缓冲单元确定的缓冲系数来计算马达的最大辅助力矩。由此确保所提供的辅助力矩总是处于保证车辆的可靠运行的范围中。
转向装置可以是电驱动的或电辅助的转向装置、尤其可以是“Steer-by-wire(线控转向)”转向装置。正是在这种转向装置中通常设有电子转向辅助单元。所述马达按照转向装置可以是也调节操纵元件的那个马达。
附图说明
本发明的其它优点和特性由以下的说明和所参考的附图得出。在所述附图中：
图1示出按照本发明的转向装置的示意图；以及
图2示出用于阐明按照本发明的用于控制转向装置的方法的示意图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出用于机动车的转向装置10，所述转向装置具有转向元件12以及操纵元件18，所述转向元件包括方向盘14和在该方向盘上设置的转向轴16，机动车的两个车轮20通过转向拉杆臂21直接耦联在所述操纵元件上。按照转向装置10的构造方案也还可以设有转向杆和转向节。
在转向元件12与操纵元件18之间设置有电子转向辅助单元22，所述电子转向辅助单元通常可以构成用于辅助所述转向装置10。这可以包括主动调节操纵元件18以及在转向元件12中产生力矩，以便在驾驶员方面建立改善的感觉。当车辆从转弯行驶过渡到直线行驶中时，电子转向辅助单元22此外可以使转向元件12主动回位。
在图1中仅示出电子转向辅助单元22的对于转向元件12主动回位到其中间位置中所需要的那些构件。
因此，电子转向辅助单元22具有控制和调节单元24，所述控制和调节单元作为转向辅助单元22的中央元件驱动电马达26，所述电马达使转向元件12主动回位到其中间位置中。
所述控制和调节单元24从检测操纵元件18的位置的第一传感器28以及从检测操纵元件18的速度的第二传感器30接收数据。所述两个传感器28、30在此可以在一个唯一的传感器单元32中实现，从而这两个传感器节省空间地构成。
此外，控制和调节单元24从检测车辆速度的第三传感器34接收数据。
附加地，控制和调节单元24可以从另外的传感器36检测数据，所述另外的传感器设置在转向元件12、尤其是在转向轴16上并且将数据、如转向轴角位置、转向轴转速和转向轴力矩传输给控制和调节单元24。
控制和调节单元24可以通过所述三个传感器28、30、34计算马达26的辅助力矩，所述辅助力矩作用到转向元件12上，以便暗示驾驶员转向元件12主动回位到中间位置中，这由非电子辅助的转向装置已知。
由所述另外的传感器36检测的数据此外用于精调马达26的辅助力矩。
借助图2来说明转向装置10的工作原理并且尤其是说明转向辅助单元22的控制。
在图2中示意性地示出：如何在电子转向辅助单元22的控制和调节单元24中处理从各个传感器28、30、34、36接收的数据，以便操控电子转向辅助单元22的马达26，从而由马达26产生确定的辅助力矩，基于所述辅助力矩使转向元件12主动回位。
控制和调节单元24为此具有分别从不同的传感器28、30、34、36接收数据的并且如以下说明的那样处理所述数据的参考发生器38、缓冲单元40、计算单元42以及限制单元44。
参考发生器38从前三个传感器28、30、34的传感器信号出发产生操纵元件18的参考速度，操纵元件18应该利用所述参考速度往回运动到其中间位置中。参考发生器38将该参考速度传输给计算单元42。
计算单元42此外直接从传感器28、30、34分别获得测量数据。因此，计算单元42接收操纵元件18的由参考发生器38产生的参考速度、由第三传感器34检测的车辆速度、操纵元件18的由第二传感器30检测的实际速度以及操纵元件18的由第一传感器28检测的位置。
此外，计算单元42接收缓冲系数，所述缓冲系数在缓冲单元40中根据由所述另外的传感器36检测的数据计算得出。缓冲系数在此是反推驾驶员的主动性的参量，因为由所述另外的传感器36检测的数据直接在由驾驶员操作的转向元件12上测量。借助所述缓冲系数，要由马达26产生的辅助力矩可以与驾驶员的主动性适配。
此时在计算单元42中，从上述数据出发计算马达26的暂时的辅助力矩。控制和调节单元24在此可以将由参考发生器38产生的参考速度与操纵元件18的实际速度相比较并且相应地适配马达26的暂时的辅助力矩。该方法步骤可以重复实施，其中，也能够实现在参考发生器38中计算的参考速度的适配。
最后，在计算单元42中计算的暂时的辅助力矩可以在限制单元44中被限制。为此，为限制单元44提供由缓冲单元40计算的缓冲系数、由第三传感器34检测的车辆速度以及由计算单元42计算的暂时的辅助力矩。
限制单元44借助所参与的参量计算暂时的辅助力矩的界限并且在一定的车辆工况下限制该辅助力矩，从而确保转向辅助单元22的由马达26产生的辅助力矩不会导致不安全的车辆工况。尤其是车辆速度和驾驶员行为在此参与。
电马达26可以是单独的马达，该电马达仅设置用于使转向元件12主动回位。备选地，马达26可以是也在转向过程期间调节操纵元件18的那个马达。这与转向装置10的类型有关。如果例如涉及不具有转向元件12与操纵元件18之间的机械连接的“Steer-by-wire(线控转向)”转向装置，则设置两个单独的马达。而如果转向装置是可以具有机械连接的电子辅助转向装置，则总体上可以仅设置一个马达。
利用按照本发明的转向装置10以及按照本发明的用于控制转向装置的方法确保电子转向辅助单元22的辅助力矩可以与车辆拓扑结构无关地确定，从而保证可靠的车辆运行以及转向元件12的主动回位。

Claims (16)

1.用于机动车的转向装置(10)，所述转向装置包括用于使机动车转向的转向元件(12)并且包括操纵元件(18)，利用所述操纵元件根据对转向元件(12)的操纵来调节机动车的车轮(20)，其中，转向元件(12)配置有转向辅助单元(22)，所述转向辅助单元包括马达(26)以及控制和调节单元(24)，所述控制和调节单元操控马达(26)以便产生辅助力矩，其中，所述控制和调节单元(24)从直接检测操纵元件(18)的位置的第一传感器(28)接收数据并且根据操纵元件(18)的位置操控马达(26)，其中，所述控制和调节单元(24)从直接检测操纵元件(18)的速度的第二传感器(30)接收数据。
2.按照权利要求1所述的转向装置(10)，其特征在于，第一传感器(28)和第二传感器(30)能构成在一个传感器单元(32)中。
3.按照权利要求1或2所述的转向装置(10)，其特征在于，所述控制和调节单元(24)从检测机动车速度的第三传感器(34)接收数据。
4.按照权利要求1或2所述的转向装置(10)，其特征在于，所述控制和调节单元(24)具有参考发生器(38)，所述参考发生器计算操纵元件(18)的参考速度。
5.按照权利要求1或2所述的转向装置(10)，其特征在于，所述控制和调节单元(24)包括计算单元(42)、限制单元(44)以及缓冲单元(40)，所述缓冲单元从转向元件(12)上的至少一个传感器(36)接收数据。
6.按照权利要求1或2所述的转向装置(10)，其特征在于，所述转向装置(10)是电驱动的或电辅助的转向装置。
7.按照权利要求1或2所述的转向装置(10)，其特征在于，转向辅助单元(22)是用于使转向元件(12)主动回位的电子转向辅助单元。
8.按照权利要求4所述的转向装置(10)，其特征在于，所述参考发生器根据所参与的传感器信号来计算操纵元件(18)的参考速度。
9.按照权利要求6所述的转向装置(10)，其特征在于，所述转向装置(10)是“线控”转向装置。
10.用于控制按照上述权利要求1至9之一所述的转向装置(10)的方法，其中：
a)控制和调节单元(24)借助第一传感器(28)检测操纵元件(18)的位置，并且
b)所述控制和调节单元(24)根据操纵元件(18)的位置计算马达(26)的用于使转向元件(12)回位的辅助力矩，其特征在于，
第二传感器(30)直接检测操纵元件(18)的速度并且将该值传输给所述控制和调节单元(24)，所述控制和调节单元考虑所检测的值用于计算马达(26)的辅助力矩。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，第三传感器(34)检测车辆速度并且将该值传输给所述控制和调节单元(24)，所述控制和调节单元考虑所检测的值用于计算马达(26)的辅助力矩。
12.按照权利要求10或11所述的方法，其特征在于，基于通过所述传感器(28，30，34)检测的值，在控制和调节单元(24)的参考发生器(38)中产生操纵元件(18)的参考速度。
13.按照权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在控制和调节单元(24)的缓冲单元(40)中计算缓冲系数。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，在控制和调节单元(24)的缓冲单元(40)中根据转向元件(12)的位置、速度和转矩来计算缓冲系数。
15.按照权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在控制和调节单元(24)的限制单元(44)中计算马达(26)的最大辅助力矩。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，在控制和调节单元(24)的限制单元(44)中根据机动车速度和由缓冲单元(40)确定的缓冲系数来计算马达(26)的最大辅助力矩。
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