CN109715475B - 用于运行机动车的伺服转向系统的方法和装置、伺服转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行机动车的伺服转向系统（1）的方法，所述伺服转向系统具有转向把手（9）和用于向所述机动车的至少一个能转向的车轮（2）加载转向力矩的电动马达（10），其中根据在所述转向把手（9）上所施加的手动转向力矩（M_H）来为所述电动马达（10）预先给定辅助的目标‑马达转向力矩（M_M）。在此规定，对所述手动转向力矩（M_H）进行监控并且根据所述手动转向力矩（M_H）来如此设定所述目标‑马达转向力矩（M_M），使得所述手动转向力矩（M_H）在正常运行中不超过能预先给定的边界值（M_HG），其中将所述目标‑马达转向力矩（M_M）限制到能预先给定的最大值（M_{M_max}）。

Description

用于运行机动车的伺服转向系统的方法和装置、伺服转向 系统

技术领域

本发明涉及一种用于运行机动车的伺服转向系统的方法，所述伺服转向系统具有转向把手和用于向所述机动车的至少一个能转向的车轮加载转向力矩的电动马达，其中根据施加到所述转向把手上的手动转向力矩来为所述电动马达预先给定辅助的马达转向力矩。

此外，本发明涉及一种用于运行这样的伺服转向系统的装置以及一种这样的伺服转向系统。

背景技术

开头所提到的类型的方法、装置和伺服转向系统从现有技术中得到了公开。为了在转向时辅助机动车的驾驶员，已知附加于由驾驶员所施加的手动转向力矩来产生辅助转向力矩，以便对驾驶员来说使所述车辆的转向变得容易。由此尤其实现这一点，即：驾驶员仅仅必须花费较小的力，以便以所期望的转向角为幅度来调移所述机动车的一个或多个能转向的车轮或者使其枢转。很长时间里为了产生所述辅助转向力矩而通常使用液压系统，所述液压系统通过液压压力在转向时辅助驾驶员。现在，随着机动车的电气化程度的增加，也开发并且使用电动的辅助机构，所述电动的辅助机构以电动的方式产生辅助转向力矩。相对于液压的系统，所述电动马达的使用具有电缆敷设得到简化并且运行可靠性得到提高的优点。但是，运行可靠性在高的程度上也取决于对于所述电动马达的操控或者相应的软件编程，所述软件编程也应该避免转向辅助的失灵。尤其应该避免这种情况，即：在电动的辅助机构突然失灵时驾驶员要面对转向把手上的突然出现的反作用力矩。

发明内容

根据本发明的方法具有以下优点，即：克服前面所描述的缺点并且提高机动车的行车安全性。在用于运行机动车的伺服转向系统的方法中，所述伺服转向系统具有转向把手和用于向所述机动车的至少一个能转向的车轮加载转向力矩的电动马达，其中根据在所述转向把手上所施加的手动转向力矩（M_H）来为所述电动马达预先给定辅助的目标-马达转向力矩（M_M），其特征在于，对所述手动转向力矩（M_H）进行监控并且根据所述手动转向力矩（M_H）来如此设定所述目标-马达转向力矩（M_M），使得所述手动转向力矩（M_H）在正常运行中不超过能预先给定的边界值（M_HG），其中将所述目标-马达转向力矩（M_M）限制到能预先给定的最大值（M_{M_max}）。尤其实现这一点，即：驾驶员不会惊讶于所述电动的辅助的突然的失灵。根据本发明，为此规定，如此对所述手动转向力矩进行监控并且根据所述手动转向力矩如此对目标-马达转向力矩进行设定，使得所述手动转向力矩不超过能预先给定的边界值，其中将所述目标-马达转向力矩限制到能预先给定的最大值。由此实现这一点，即：如果所述手动转向力矩超过预先给定的边界值或者面临超过所述所述预先给定的边界值的情况，那就设定辅助的马达转向力矩。直至达到所述边界值没有提供目标-马达转向力矩，因为在这种情况下在所述电动的辅助系统中不存在故障行为（Fehlverhalten）并且转向力矩能够由驾驶员良好地掌控。在超过驾驶员手动力矩的边界值时提供目标-马达转向力矩，如果所述电动的辅助系统的已经提供的马达力矩小于比如2 Nm的最大值，在存在所述电动的辅助系统的故障行为时就是这种情况，在正常运行中不出现这种情况。如此提供所述目标-马达力矩，从而不会显著地超过驾驶员手动力矩的边界值。如此选择所述驾驶员手动力矩的边界值，使得驾驶员还能够良好地掌控这种力矩。将所述目标-马达转向力矩限制到能预先给定的数值，因为所述功能应该尽可能仅仅在故障情况中提供所述目标-马达转矩力矩并且在正常运行中对于转向感觉的影响是不受欢迎的。此外，用将所述目标-马达转向力矩限制到比如所述最大的马达力矩的1/3这种方式，所述车辆在速度大于0km/h时在每种情况中还能够得到掌控。尤其规定，作为用于所述手动转向力矩的边界值预先给定5Nm到15Nm、尤其是8Nm。用这种功能在比如由于软件错误引起的辅助失灵时防止大于8Nm的驾驶员手动力矩，由此在故障之后突然重又开始的辅助过程也能够由驾驶员来掌控，因为而后所述驾驶员手动力矩仅仅从8Nm朝比如3Nm变化，而在没有本发明的有利的设计方案的情况下短时间的由软件引起的辅助失灵则会突然地首先引起很高的、大于30Nm的手动力矩，突然开始的辅助过程可能意味着驾驶员手动力矩突然从30Nm降低到3Nm，这两种情况都难以由驾驶员来掌控。

根据本发明的一种优选的改进方案来规定，作为用于所述目标-马达转向力矩的最大值而预先给定0.5Nm到4Nm、尤其是1.5Nm。由此如此限制了所述目标-马达转向力矩，使得这个力矩足以便在行驶期间在每种行驶情况中用小于比如8Nm的驾驶员手动力矩来控制车辆。

根据本发明的一种有利的改进方案，优选规定，在达到能转向的车轮的最大的转向角时降低所述目标-马达转向力矩。由此防止这一点，即：在所述车轮的端部止挡区域中没有超过或者转向越过（überlenken）真正的端部止挡。由此比如保护所述转向系统免受损坏。

此外优选规定，在达到最大的转向角时以能预先给定的梯度来降低所述马达转向力矩。这引起以下结果，即：随着达到最大的转向角的，驾驶员感觉到提高的反作用力矩或者必须提高所述手动转向力矩。由此，以简单的方式方法通知驾驶员达到了或者很快达到最大的转向角。如果驾驶员要从所述最大的转向角通过相应的手动转向力矩的施加使车轮复位，则优选通过预先给定的/能预先给定的梯度来提高所述目标-马达转向力矩。

此外，优选规定，在达到所述最大的转向角之前开始降低所述马达转向力矩。由此保证，提早地使驾驶员注意到将要达到所述最大的转向角。

根据本发明的一种优选的改进方案，此外规定，如果所述手动转向力矩低于所述边界值、尤其是低于另一个比其中一个边界值低的边界值，那就操控所述电动马达，以便产生阻尼力矩。由此在低的手动转向力矩的范围内提供阻尼力矩，所述阻尼力矩对于驾驶员来说也以低的手动转向力矩允许所述转向系统的舒适的运行。由此，尤其也以低于预先给定的边界值的手动转向力矩来操控所述电动马达，以便提供辅助的、在这种情况下阻尼的马达转向力矩。优选将所提供的阻尼力矩设定得低于所述辅助的马达转向力矩。如果由于相应高的手动转向力矩而本来就已经操控所述电动马达，那就适宜地不产生额外的阻尼力矩，以便不影响所期望的转向性能。

根据本发明的装置的突出之处在于一种专门安排的控制器，该控制器构造用于在根据规定使用时执行根据本发明的方法。在此产生已经提到的优点。为了检测所述手动转向力矩，所述装置尤其具有转矩传感器、尤其是转向系统的转矩传感器，以便检测所述手动转向力矩。在用于运行机动车的伺服转向系统的装置中，所述伺服转向系统具有转向把手和用于向所述机动车的能转向的车轮加载转向力矩的电动马达，其特征在于包括一种专门安排的控制器，该控制器构造用于在根据规定地使用时执行根据本发明的方法。

根据本发明的转向系统的突出之处在于根据本发明的装置。在用于机动车的伺服转向系统中，其具有转向把手和用于向所述机动车的至少一个能转向的车轮加载转向力矩的电动马达，其特征在于包括根据本发明的装置。由此产生已经提到的优点。

附图说明

另外的优点和优选的特征和特征组合尤其从前面所作的描述中并且从权利要求中得出。下面要借助于实施例对本发明进行详细解释。为此示出：

图1以简化的图示示出了机动车的一种转向系统；

图2以简化的图示示出了一种用于运行机动车的方法；并且

图3以流程图示出了所述有利的方法。

具体实施方式

图1以简化的图示示出了一种用于在这里未详细示出的机动车的车轴的两个能转向的车轮2的伺服转向系统1。所述车轮2分别通过车轮悬架3以能够枢转的方式在所述机动车上得到了支承。通过相应的连杆4，每个车轮此外与转向传动机构5相连接。所述转向传动机构5具有齿条6，该齿条在其两个端部上分别与所述连杆4之一相耦合。小齿轮7与所述齿条6处于嵌合之中，所述小齿轮抗扭转地与转向杆8相连接，所述转向杆此外拥有呈能够由驾驶员使用的方向盘的形式的转向把手9。一旦驾驶员如通过双箭头所示出的那样将手动转向力矩M_H施加到所述转向把手9上，驾驶员就以足够高的手动转向力矩将所述转向杆8转动角度α并且由此转动所述小齿轮7，由此移位所述转向传动机构5的齿条6并且使所述车轮2枢转与传动比相对应的转向角β。

所述伺服转向系统1构造为电动的伺服转向系统1并且为此具有作为执行器A的电动马达10，所述电动马达的转子与所述转向杆8直接地或者间接地作用连接。所述电动马达10具有功率电子器件11，该功率电子器件通过用于运行所述电动马达10的控制器12来操控。所述控制器12在此此外检测比如配属于所述转向杆8的转矩传感器13的数据，以便检测由驾驶员施加到方向盘上的手动转向力矩M_H。根据所检测到的手动转向力矩M_H，所述控制器12通过所述功率电子器件11为所述电动马达10预先给定目标-马达转向力矩M_M，该目标-马达转向力矩由所述电动马达10产生并且直接或者通过传动机构来传递到所述转向杆8上并且由此与所述手动转向力矩叠加。由所述控制器12来执行的方法由此使驾驶员容易驾驶具有伺服转向系统1的机动车。此外，所述控制器12检测传感器机构14的输出信号，所述传感器机构用于检测所述电动马达10的转子R的旋转角，其中将所述旋转角用于操控并且调节所述电动马达10。

所述伺服转向系统1的在这里所介绍的构造应该纯示范性地来理解。当然，所述传感器以及所述电动马达也能够布置在所述伺服转向系统1的其它位置上。

根据当前的实施例，所述控制器12执行在图2中示出的方法。这种根据图2的方法比如作为转向辅助算法中的系统性的软件错误的保险措施与真正的转向辅助算法并行地得到执行。所述方法在步骤S1中以所述伺服转向系统1的启动来开始。借助于由所述转矩传感器13所检测到的数据，所述控制器12对施加到所述转向把手9上的手动转向力矩M_H进行监控并且在步骤S2中将其与能预先给定的边界值M_HG进行比较。如果所述手动转向力矩M_H接近于所述预先给定的、在此M_HG=8Nm的边界值M_HG，那么所述控制器12就在紧随此后的步骤S3中操控所述电动马达10，以便产生辅助的目标-马达转向力矩M_M，使得所述手动转向力矩M_H不超过所述预先给定的边界值M_HG。在此此外监控，由转向辅助和额外的目标-马达转向力矩M_M构成的总和是否超过能预先给定的最大值M_{M_max}。在此，作为最大值而预先给定M_{M_max}=2Nm的最大值。随后在步骤S4中继续所述方法，在所述步骤S4中对所述能转向的车轮2的当前的转向角β进行监控。在此将所述当前的转向角β与最大的转向止动角（Lenkwinkelanschlag）β_max进行比较。如果所设定的转向角β达到所述转向止动角β_max，那就在紧随此后的步骤S5中降低所述目标-马达转向力矩M_M，其中所述降低过程优选不是猛然地进行，而是带有梯度地进行，并且其中所述降低过程尤其在达到最大的转向角之前就已经开始，因而驾驶员通过所述转向把手9上的提高的反作用力矩而提早地得到用于对此所传递的、快要达到最大的转向角β_max的感觉。

如果在步骤S3中超过允许的、用于所述目标-马达转向力矩M_M的最大值M_{M_max}，那就有利地在所述步骤S6中输出报警消息，所述报警消息使驾驶员注意到存在故障情况、像比如所述车轮2之一朝路边石（Bordstein）枢转。在此认为，在所述机动车的或者所述伺服转向系统1的正常运行中不需要比1.5Nm大的辅助转向力矩或者马达转向力矩。但是，如果所述马达转向力矩M_M超过所述预先给定的最大值M_{M_max}，那就断定，必定存在例外情况，要使驾驶员注意到所述例外情况。

所述方法因而规定，在行驶运行中通过所述伺服转向系统1借助于对于所述电动马达10的操控来主动地防止手动转向力矩M_H超过所述预先给定的边界值M_HG，方法是：沿着辅助方向产生额外的马达转向力矩M_M。所述手动转向力矩尤其通过PID调节器来调整。在端部止挡范围内、也就是在最大的转向角β_max的范围内降低关于所述转向角β的调节参量、也就是所述目标-马达转向力矩M_M，以便实现不能转向越过的端部止挡。尤其通过总降低因数来降低所述调节参量，以便在系统启动或者系统停止时能够进行出坡和入坡（Aus- undEinrampen）。为此，优选对所述调节参量信号执行梯度监控。由此实现这一点，即：对于所述电动的辅助的、比如由于系统性的软件错误而突然失灵的情况来说对行驶运行来说没有产生危险，因为而后尤其能够由驾驶员没有问题地克服可能出现的反作用力矩。

不允许大于8Nm的手动转向力矩M_H，由此此外所述电动的辅助的突然的激活不再危急。对于相应高的手动转向力矩来说，所述电动马达的突然的接通没有引起危及安全的效应，驾驶员能够容易地对额外的辅助力矩进行补偿。除此以外，通过阻尼转向力矩的设置以低的手动转向力矩来保证舒适的运行，其中，如果检测到高的手动转向力矩并且本来为了产生马达转向力矩而操控所述电动马达10，那就省去额外的阻尼力矩，以便不影响所期望的转向特性。由此，在操控中存在差错时通过伺服转向系统来反作用于阻尼作用的损失。

图3在另一张流程图中示出了将所述有利的方法整合到伺服转向系统的传统的操控结构中的情况。在第一步骤A1中检测所述手动转向力矩M_H以及所述转向把手9的调节角α以及可能另外的输入信号X并且对其进行分析，以便确定所述目标-马达转向力矩M_M。通常将所述目标-马达转向力矩直接提供给马达控制机构B，所述马达控制机构根据所述目标-马达转向力矩M_M来操控所述电动马达10。

为了实现所述有利的方法，设置了额外的安全控制器C，该安全控制器同样接收通过转向控制器A确定的目标-马达转向力矩M_M以及所述手动转向力矩M_H。所述安全控制器代表着所述控制器12，所述安全控制器执行前面所描述的方法并且根据所述手动转向力矩M_M来如此设定所述目标-马达转向力矩M_M，使得所述手动转向力矩M_H在正常运行中不超过所述能预先给定的边界值M_HG，并且如前面已经描述的那样将所述目标-马达转向力矩M_M限制到所述能预先给定的最大值M_{M_max}。只有在所述转向控制器A的输出力矩小于所述安全控制器的所计算的输出力矩时才输出所述安全控制器C的输出力矩，由此保证，所述安全控制器在正常情况中不进行干预，而只有在比如在所述转向控制器A中存在系统性的软件错误时才进行干预。将所述安全控制器的输出力矩添加至所述转向控制器的输出力矩。

Claims (12)

1.用于运行机动车的伺服转向系统（1）的方法，所述伺服转向系统具有转向把手（9）和用于向所述机动车的至少一个能转向的车轮（2）加载转向力矩的电动马达（10），其中根据在所述转向把手（9）上所施加的手动转向力矩（M_H）来为所述电动马达（10）预先给定辅助的目标-马达转向力矩（M_M），其特征在于，对所述手动转向力矩（M_H）进行监控并且根据所述手动转向力矩（M_H）来如此设定所述目标-马达转向力矩（M_M），使得所述手动转向力矩（M_H）在正常运行中不超过能预先给定的边界值（M_HG），其中将所述目标-马达转向力矩（M_M）限制到能预先给定的最大值（M_{M_max}），并且如果超过用于所述目标-马达转向力矩（M_M）的最大值（M_{M_max}），那就输出报警消息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为用于所述手动转向力矩（M_H）的边界值（M_HG）而预先给定5到15Nm的边界值（M_HG）。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为用于所述目标-马达转向力矩（M_M）的最大值（M_{M_max}）而预先给定0.5到4Nm的数值（M_{M_max}）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在达到最大的转向角（β_max）时降低所述目标-马达转向力矩（M_M）。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在达到所述最大的转向角（β_max）时以能预先给定的梯度降低所述目标-马达转向力矩（M_M）。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在达到所述最大的转向角（β_max）之前开始降低所述目标-马达转向力矩（M_M）。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，如果所述手动转向力矩（M_H）低于所述边界值（M_HG），那就操控所述电动马达（10），以便产生阻尼力矩（M_MD）。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为用于所述手动转向力矩（M_H）的边界值（M_HG）而预先给定8Nm的边界值（M_HG）。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为用于所述目标-马达转向力矩（M_M）的最大值（M_{M_max}）而预先给定1.5Nm的数值（M_{M_max}）。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，如果所述手动转向力矩（M_H）低于另一个比其中一个边界值（M_HG）低的边界值，那就操控所述电动马达（10），以便产生阻尼力矩（M_MD）。

11.用于运行机动车的伺服转向系统（1）的装置，所述伺服转向系统具有转向把手（9）和用于向所述机动车的能转向的车轮（2）加载转向力矩的电动马达（10），其特征在于包括一种专门安排的控制器（12），该控制器构造用于在根据规定地使用时执行根据权利要求1到10中任一项所述的方法。

12.用于机动车的伺服转向系统（1），其具有转向把手（9）和用于向所述机动车的至少一个能转向的车轮（2）加载转向力矩的电动马达（10），其特征在于包括根据权利要求11所述的装置。

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