CN109649486B - 机动车辆的转向系统的转向控制系统和用于运行其的方法 - Google Patents

机动车辆的转向系统的转向控制系统和用于运行其的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于根据转向干预预设(LV)通过提供转向干预参量(AS)来运行用于机动车辆的转向系统(1)的转向控制系统(10)，其包括：‑多个计算单元(11)，其被设计为用于根据预先规定的计算算法依据转向干预预设(LV)和一个或多个运行状态参量(B)来分别冗余地计算调节参量(S)；‑切换装置(12)，总是将计算单元(11)的调节参量(S)中的一个作为转向干预参量(AS)提供给转向系统；和‑监视装置(13)，其被设计为用于检查多个计算单元(11)的作用能力，其中依据检查结果来控制切换装置(12)。

Description

机动车辆的转向系统的转向控制系统和用于运行其的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆中的转向系统的转向控制系统，特别是在自动车辆运行的应用中用于控制转向干预的转向控制系统。
背景技术
机动车辆可以配备自动驾驶功能，自动驾驶功能可以实现机动车辆的自主行驶，而驾驶员无需通过方向盘操纵或者通过与推进有关的干预，例如操纵加速踏板或者制动踏板，来执行转向干预。在此，自动驾驶功能的主要部分是给转向控制系统预先规定转向干预参量，使得转向控制系统相应于预先规定的转向干预参量以正常的方式实施转向干预。
在自动车辆运行中出现故障时或者在要求停用自动车辆运行时，必须留出足够的时间以便驾驶员接管或者车辆必须能够自主地停靠在路边。因此，设计用于自动车辆运行的转向控制系统必须高度可靠地设计。
实施具有冗余的计算单元的转向控制设备是不足够的，因为在出现错误情况时，有错误的计算单元的作用机制必须被分离，以便不触发错误的转向干预。因此需要采取措施将发生错误的计算单元的作用机制退耦，例如通过断开电源。但是，该措施不允许退耦仅主观认为发生错误的计算单元，因为否则可能会将正确运行的计算单元错误地退耦。
文献DE 103 28 707 A1公开了一种机动车辆的制动系统中的错误沉默数据总线(Fail-Silent-Datenbus)，其中在两条并行的数据线上具有分别在两个或多个总线节点之间运行的数据通信并且针对每条数据线具有总线驱动器。控制装置控制总线访问。通过复制整个控制设备来实现传感器功能或者计算功能的冗余。
文献DE 10 2014 013 756 B3公开了一种具有至少部分的电气制动和转向装置的车辆的电气装备。通过尝试通过借助有针对性地制动单个车轮而产生偏转力矩来至少部分地代替所涉及的转向系统部件的不平常的转向效果，由此来改善在转向系统部件故障情况下的容错性。为了进一步地提高故障可靠性，组合的制动和转向装置的电源以另外的车辆电池的形式冗余地实施。
文献WO 2014/131645公开了一种制动装置，利用该制动装置来满足自动驾驶的安全要求。在出现错误时在没有驾驶员操纵制动踏板的情况下也可以进行制动。为此设置第一和第二控制和调节单元来控制自动驾驶功能。借助第三控制和调节单元可以控制第一和第二电子控制和调节单元的任务分配。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种转向控制系统，在该转向控制系统中，计算单元中的一个中的单个错误不会导致通过自动的转向功能错误地实施转向干预。特别地，应该以尽可能小的成本实施转向控制系统。
上述技术问题通过根据本发明的用于机动车辆的转向系统的转向控制系统以及通过根据本发明的转向系统、机动车辆以及用于运行转向系统的方法来解决。
本发明还给出另外的实施方式。
根据第一方面，设置用于根据转向干预预设通过提供转向干预参量来运行用于机动车辆的转向系统的转向控制系统，其包括：
-多个计算单元，其被设计为用于根据预先规定的计算算法依据转向干预预设和一个或多个运行状态参量来分别计算调节参量；和
-切换装置，总是将计算单元的调节参量中的一个作为转向干预参量提供给转向系统；和
-监视装置，其被设计为用于检查多个计算单元的作用能力，其中依据检查结果来控制切换装置。
此外，监视装置可以被设计为，提供对于作用能力的检查未出现错误的计算单元或者计算单元中的一个的调节参量作为转向干预参量。
上述转向控制系统的思路在于，以冗余的计算单元并行地处理自动驾驶功能的转向干预预设。这些计算单元为转向系统的转向驱动器提供相应的调节参量，以便实施由自动驾驶功能预先规定的转向干预。此外设置监视装置，其被设计为用于控制切换装置，以便总是将计算单元的调节参量中的一个作为相关的转向干预参量提供给转向系统，以实施用于自动驾驶功能的预先规定的转向干预。
监视装置检查多个计算单元的正常的功能并且总是选择计算单元中的一个或者已经确定没有错误情况的计算单元，以用于将相应的调节参量作为转向干预参量提供给转向系统。重要的是，监视装置只可以在多个计算单元之间切换，以便总是为转向系统提供计算单元的调节参量中的一个，从而不可能中断作用机制，即不可能禁止为转向系统提供所有的调节参量。
监视装置监视计算单元的明显计算错误，以便识别计算单元中的相应的错误。由于监视装置仅须检测计算单元中的计算错误，所以由此实现的监视功能可以以明显较低的复杂性来构建，从而仅两个有作用能力的计算单元冗余地实施自动驾驶功能是足够的。
利用这种结构，转向控制系统的部件(计算单元、监视装置、切换装置)中的一个中的简单的(单个的)错误情况并不会影响将转向干预预设正常地转换为转向系统中的转向干预参量。例如，如果计算单元中的一个中发生错误，则监视装置识别这一点并且接通切换装置，使得其余的或者其他计算单元中的一个提供调节参量作为转向干预参量以用于控制转向系统。
如果在监视装置中发生错误，则这仅会导致切换装置保持在或者切换到设置的切换位置，以便将计算单元中另一个(有作用能力的)计算单元的调节参量提供给转向系统。即使切换装置损坏并且不再对监视装置的控制作出反应，也将正常工作的计算单元的调节参量作为转向干预参量转发到转向系统，因为切换装置仅可以在计算单元的输出端之间切换而不能断开。总的来说，上述转向控制系统使得单个错误不会导致中断例如自动驾驶功能的转向干预预设的实施。
可以规定，计算单元的计算算法被多样地开发，使得计算算法以不同的软件代码实现，但是特别是实现相同的计算功能。
根据一种实施方式，监视装置可以被设计为，通过检查由计算单元计算的调节参量的可信性来检查多个计算单元的作用能力。
特别地，监视装置可以被设计为，通过检查调节参量是否超过预先规定的最大值或者是否处于允许范围之外来检查多个计算单元的作用能力，其中，最大值或者允许范围被固定地预先规定，或者依据一个或多个运行状态参量和/或转向干预预设来确定。
此外，监视装置可以具有比计算单元更小的硬件复杂性。
根据另一方面，设置转向系统，其具有用于提供转向干预参量的上述转向控制系统，并且具有用于依据所述转向干预参量产生转向干预力或者转向干预力矩的转向驱动器。
根据另一方面，设置一种用于运行用于转向系统的转向控制系统的方法，其中转向控制系统包括多个计算单元，所述多个计算单元被设计为用于根据预先规定的计算算法依据转向干预预设和一个或多个运行状态参量来分别计算调节参量，其中总是将调节参量中的恰好一个作为转向干预参量提供给转向系统的转向驱动器；具有如下步骤：
-检查多个计算单元的作用能力；
-依据检查结果，将计算单元的调节参量中的一个作为转向干预参量提供给转向系统。
附图说明
下面参考所附的附图更详细地解释实施方式。
附图中：
图1示出了具有转向控制系统的、用于机动车辆的转向系统；
图2示出了用于在转向系统中使用的转向控制系统的结构的更详细的图示；
图3示出了用于说明用于通过监视装置运行转向控制系统的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了机动车辆的转向系统1的示意图。所述转向系统1包括转向柱2，所述转向柱2与方向盘3耦合，使得由驾驶员在方向盘3上施加的转向运动作为手动力矩作用在转向柱2上。转向柱2将手动力矩传递到小齿轮4，所述小齿轮4与齿条5耦合。
齿条5布置在机动车辆的两个转向轮6之间。所述轮6被保持为使得其在齿条5的线性运动中围绕摆动轴摆动。
此外，转向柱2或者齿条5还与转向驱动器7耦合，以提供转向干预。转向干预可以对应于作用于转向柱2上的转向干预力矩，或者对应于作用于齿条5上的转向干预力。在此，在图1所示的实施例中，转向驱动器7作用在齿条5上。
此外还设置了转向控制系统10，所述转向控制系统10被设计为用于控制转向系统1并且用于实施转向干预预设LV。借助转向柱2上的转矩传感器8可以确定通过方向盘3施加在转向柱2上的手动力矩，以及可以将相应的手动力矩说明HM传输到转向控制系统10。相应地，转向柱2具有转向角度传感器9，所述转向角度传感器9采集转向柱2的转动角度，并且将相应的转向角度说明LW提供给转向控制系统10。替代或者附加于转向角度传感器9，可以设置位置角度传感器，所述位置角度传感器确定转向驱动器7的转向辅助电动机的精确的转子位置。
转向控制系统10实现多个转向功能，这些转向功能通过转向驱动器7的控制器对转向系统1和转向过程进行干预。此外，这种转向功能可以包括车道反馈优化、拉动(制动器)补偿、抱死识别(Blockiererkennung,)、过度转向/转向不足情况下的转向感觉的调整、取决于齿条力的转向辅助、辅助力调节和优化的主动重置。此外，转向控制系统10可以被设计为，例如从自动驾驶功能接收转向干预预设LV，并且相应于计算算法将转向干预预设LV转换为用于控制转向系统1的转向驱动器7的转向干预参量AS。
转向控制系统10具有如图2示意性示出的配置。图2的转向控制系统10例如具有两个相同的或者类似的计算单元11。还可以设置多于两个计算单元11。运行状态参量B和转向干预预设LV被输送到计算单元11，以确定调节参量，所述调节参量适合被用作转向干预参量AS来控制转向驱动器7。转向干预预设LV可以对应于自动转向功能的预先规定并且特别是对应于转向角度或者转向力矩。
用于计算调节参量S的运行状态参量B可以包括关于车道状况、齿条力、环境温度、车辆速度等的说明。
根据运行状态参量B和转向干预预设LV，计算单元11基本上通过并行的计算分别确定相应的调节参量S，这些调节参量S分别作为转向干预参量AS适用于控制转向系统1。用于转向系统1的转向干预参量AS通常对应于用于转向驱动器7的调节力矩，该调节力矩以合适的方式实施。在计算单元11中实现的转向功能可以是相同的或者优选地是多样地开发/编程的，以便尽量排除基于相同原因的系统错误。也就是，通过不同的软件代码实现相同的计算功能。
由计算单元11提供的调节参量S被施加在切换装置12的相应的输入端。此外，切换装置12还具有控制输入端，所述控制输入端由监视装置13控制。切换装置12被设计为，强制地将一个由计算单元11提供的调节参量S输出到切换装置12的输出端，作为针对转向系统1待使用的(用于控制转向驱动器7的)转向干预参量AS。
监视装置13被设计为用于监视计算单元11中的计算，并且在出现明显的错误时控制切换装置12，使得在其中已经确定没有错误计算的计算单元11或者计算单元11中的一个的调节参量S通过切换装置12作为转向干预参量AS被提供给转向系统1。
在计算单元11中实现的计算功能可以包括调节功能、适配功能等并且可以车辆单独地或者相应于车辆类型进行参数化。反之，在监视装置13中实现的监视功能仅用于监视由各个计算单元11提供的调节参量S的可信性。监视可以基于一个或多个提供给计算单元11的运行状态参量B和转向干预预设LV执行，以便当以关于输送的运行状态参量B和转向干预预设LV的相应的调节参量S形式的计算结果不可信时识别出错误。通过仅基于监视功能的可信性检查的错误识别，监视装置13可以以相比于计算单元11明显更低的复杂性来构建，使得除了计算单元11的冗余仅产生较小的附加的实现开销。
例如，这种监视功能可以包括检查计算单元11的调节参量S是否超过预先规定的最大值。所述最大值可以依据运行状态参量B和转向干预预设LV或者独立于这些进行设置。针对其调节参量S超过预先规定的最大值的计算单元11确定错误。此外，还可以关于由运行状态参量B和转向干预预设LV产生的允许范围来监视调节参量S。针对其调节参量S处于允许范围之外的计算单元11确定错误。
上述转向控制系统10从计算单元11的冗余的设置出发仅具有稍微过量的硬件开销，以实现相对于单个错误的容错。由此实现整个转向控制系统10的较高的故障可靠性。所使用的计算单元11的数量基本上是任意的，但是具有两个计算单元11的转向控制系统10对于在尽可能小的硬件开销情况下的单个错误已经提供了足够的可靠性。
图3详细示出了用于说明监视装置13的功能的流程图。在步骤S1中，计算单元11基本上并行地从预先规定的运行状态参量B和转向干预预设LV中计算调节参量S。
在步骤S2中检查由所有的计算单元11提供的调节参量S是否对应于监视功能的监视条件。如果对于计算单元11中的一个确定所提供的调节参量S不对应于监视条件(替换地：是)，则控制切换装置12，使得正常运行的计算单元11的调节参量S或者其余正常运行的计算单元11中的一个的调节参量S可以输出到切换装置12的输出端作为转向干预参量AS。否则(替换地：否)切换装置12的切换状态不改变并且跳回步骤S1。
利用转向控制系统10的上述结构，转向控制系统10的部件中的一个中的简单的(单个)错误情况不可能影响转向系统1中的转向干预预设LV的正常实施。例如，如果在计算单元11中的一个中出现错误，则监视装置13识别这一点并且切换装置12进行切换，使得其余的或者其他的计算单元中的一个提供调节参量S作为转向干预参量AS以用于控制转向系统1。如果在监视装置13中出现错误，则这仅导致切换装置12保持在或者切换到设置的切换位置，以便将计算单元11中的另一个(有作用能力的)计算单元11的调节参量S提供给转向系统1。即使切换装置12损坏并且不再对监视装置13的控制作出反应，也将正常工作的计算单元11的调节参量S作为转向干预参量AS转发到转向系统1，因为切换装置12仅可以在计算单元11的输出端之间切换而不能断开。总的来说，上述转向控制系统10使得单个错误不会导致中断例如自动驾驶功能的转向干预预设LV的实施。
附图标记列表
1 转向系统
2 转向柱
3 方向盘
4 小齿轮
5 齿条
6 转向轮
7 转向驱动器
8 转矩传感器
9 转向角度传感器
10 转向控制系统
11 计算单元
12 切换装置
13 监视装置
B 运行状态参量
AS 转向干预参量
LV 转向干预预设
HM 手动力矩说明

Claims (6)

1.一种用于根据转向干预预设(LV)通过提供转向干预参量(AS)来运行用于机动车辆的转向系统(1)的转向控制系统(10)，其包括：
-多个计算单元(11)，其被设计为用于根据预先规定的计算算法依据转向干预预设(LV)和一个或多个运行状态参量(B)来分别冗余地计算调节参量(S)；
-切换装置(12)，总是将计算单元(11)的调节参量(S)中的一个作为转向干预参量(AS)提供给转向系统；和
-监视装置(13)，其被设计为用于检查多个计算单元(11)的作用能力，其中依据检查结果来控制所述切换装置(12)，
其特征在于，
所述监视装置(13)被设计为，通过检查由计算单元(11)计算的调节参量(S)的可信性以及通过检查相应的调节参量(S)是否超过预先规定的最大值或者是否处于允许范围之外，来检查多个计算单元(11)的作用能力，其中最大值或者允许范围被固定地预先规定，或者依据一个或多个运行状态参量(B)和/或转向干预预设(LV)来确定，
其中，运行状态参量(B)和转向干预预设(LV)被输送到计算单元(11)，以确定调节参量，所述调节参量适合被用作转向干预参量(AS)来控制转向驱动器(7)，
其中，从自动驾驶功能接收转向干预预设(LV)，并且转向干预预设(LV)在转向角度或者转向力矩方面对应于自动转向功能的预先规定。
2.根据权利要求1所述的转向控制系统(10)，其中所述监视装置(13)被设计为，提供对于作用能力的检查未出现错误的计算单元或者计算单元中的一个的调节参量(S)作为转向干预参量(AS)。
3.根据权利要求1或2所述的转向控制系统(10)，其中计算单元(11)的计算算法被多样地开发，使得计算算法以不同的软件代码实现。
4.根据权利要求1或2所述的转向控制系统(10)，其中所述监视装置(13)具有比所述计算单元(11)更小的硬件复杂性。
5.一种转向系统(1)，具有根据权利要求1至4中任一项所述的用于提供转向干预参量(AS)的转向控制系统，并且具有用于依据所述转向干预参量(AS) 产生转向干预力或者转向干预力矩的转向驱动器(7)。
6.一种用于运行用于转向系统(1)的转向控制系统(10)的方法，其中所述转向控制系统(10)包括多个计算单元(11)，所述多个计算单元被设计为用于根据预先规定的计算算法依据转向干预预设(LV)和一个或多个运行状态参量(B)来分别冗余地计算调节参量(S)，其中总是将调节参量(S)中的恰好一个作为转向干预参量(AS)提供给转向系统(1)的转向驱动器(7)；具有如下步骤：
-检查多个计算单元(11)的作用能力；
-依据检查结果，将计算单元(11)的调节参量(S)中的一个作为转向干预参量(AS)提供给转向系统(1 )，
其特征在于，
通过检查由计算单元(11)计算的调节参量(S)的可信性以及通过检查相应的调节参量(S)是否超过预先规定的最大值或者是否处于允许范围之外，来检查多个计算单元(11)的作用能力，其中最大值或者允许范围被固定地预先规定，或者依据一个或多个运行状态参量(B)和/或转向干预预设(LV)来确定，
其中，运行状态参量(B)和转向干预预设(LV)被输送到计算单元(11)，以确定调节参量，所述调节参量适合被用作转向干预参量(AS)来控制转向驱动器(7)，
其中，从自动驾驶功能接收转向干预预设(LV)，并且转向干预预设(LV)在转向角度或者转向力矩方面对应于自动转向功能的预先规定。
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