CN109747709B - 用于运行机动车功能的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于运行机动车功能的方法和装置，具体而言涉及一种用于基于在转向系统(2)中的方向盘组件(12)的固有频率和/或惯性力矩运行车辆功能的方法，带有如下步骤：‑预设(S2)电机式转向干预，以为了通过提供转向干预力或转向干预力矩使转向系统(2)运动；‑取决于通过电机式转向干预引起的方向盘组件(12)的反应，获取方向盘组件(12)的固有频率和/或惯性力矩；‑基于方向盘组件(12)的获取的固有频率和/或获取的惯性力矩，运行(S5)车辆功能。

Description

用于运行机动车功能的方法和装置
技术领域
本发明涉及机动车、尤其装备有自动驾驶功能的机动车。此外，本发明涉及一种用于获取转向系统的参数的方法，所述参数对于带有转向干预的自动驾驶功能的履行而言是必要的。
背景技术
显而易见地，在机动车中的驾驶员辅助功能主动地干预转向系统。转向干预的大部分虽然单纯地为了支持通过驾驶员进行的机动车的转向短暂地发生，然而在高度自动化的驾驶功能的情形中也可进行通过车辆功能完全接管机动车的转向。由此需要的是，还实现动态的转向干预，而驾驶员不必干预。
然而，通过电机式转向干预加载转向系统的齿条、转向轴(Lenkwelle)或其它的部件以为了实现期望的转向运动在没有通过由驾驶员握紧的方向盘引起的起缓冲作用的影响的情况下导致，在方向盘处可出现可明显看见的振动，所述振动可导致不稳定的驾驶特性且在最差的情况中导致机动车在驾驶期间跃起。决定性的是，由方向盘和转向轴组成的方向盘组件形成弹性振动器(Federschwinger)，该弹性振动器的阻尼决定性地取决于通过驾驶员的手对方向盘进行的操纵。
阻拦方向盘组件的跃起可通过用于操控电机式转向驱动器的位置调节的合适的设计来实现。然而，为了有效的振动抑制必须存在对方向盘组件的扭杆刚度和惯性力矩的了解，扭杆刚度和惯性力矩通常是车辆特定的，因为尤其相同的车辆类型可装备有不同的方向盘配置。
从出版文献DE 10 2006 038 692 A1中设置有一种用于在用于机动车的辅助力转向装置中的转向角修正的方法，其中修正转向力矩以相加的方式叠加于借助于电马达引起的辅助力矩且导入到转向系中以用于影响车轮转向角。修正转向力矩取决于位于转向系中的另外的构件的质量惯性力矩和摩擦特征值来获取。备选地，转向角修正可借助于一维或多维的特征线执行，所述特征线取决于质量惯性力矩和摩擦特征值。
同样从出版文献DE 10 2013 218 246 A1已知一种用于缓冲方向盘的转动振动的方法，其中缓冲可借助于控制信号来调整，所述控制信号尤其取决于方向盘的惯性力矩来选择。
在上面说明的现有技术中，由方向盘和/或转向轴组成的方向盘组件的惯性力矩作为恒定的参量预设且例如在机动车起动时根据经验来获取。通过由驾驶员对方向盘组件的加载的不同的可能性和还有驾驶员在自动驾驶运行中不握紧方向盘的可能性，可产生方向盘组件的明显变化的惯性力矩。因为用于转向系统的传统的位置调节仅考虑规定的惯性力矩，这在不适宜的情况中可导致转向干预的超调(Überschwingung)。
发明内容
本发明的任务是，提供一种确定由方向盘和转向轴组成的方向盘组件的惯性力矩且若有可能在转向位置调节时考虑该惯性力矩的可能性。
该任务通过用于基于在转向系统中的惯性力矩运行驾驶功能的方法以及通过装置和机动车系统解决。
根据第一方面，用于基于在转向系统中的方向盘组件的固有频率和/或惯性力矩运行车辆功能的方法，带有如下步骤：
- 预设电机式转向干预，以为了通过提供转向干预力或转向干预力矩使转向系统运动；
- 取决于由于电机式转向干预引起的方向盘组件的反应，获取方向盘组件的固有频率和/或惯性力矩；
- 基于方向盘组件的获取的固有频率和/或获取的惯性力矩，运行车辆功能。
为了执行干预机动车的转向装置的车辆功能，或为了实施对于预设的持续时间自主地接管机动车的转向的自动驾驶功能，必要的是，尽可能准确地实现转向角或转向力矩的预设。尤其在相应于转向角的调节的转向位置调节的情形中，在预设理论转向位置的情况下如此操控转向驱动器，即使得转向驱动器在注意到相应的边界条件的情况下尽可能快地占据或移向相关的转向位置。现在不可行的是，在预设的高的动态的情形中如此设计带有足够的调节质量的转向位置调节，即使得即使在惯性力矩变化的情形中也避免超调。尤其在驾驶员松开方向盘的情形中转向系统的方向盘组件的惯性力矩显著地减小，从而其在自动的转向干预的情形中倾向于超调。因此，为了执行上面提到的车辆功能必要的是，以适当的方式考虑方向盘组件的实际的惯性力矩以为了操控转向系统或为了执行通过车辆功能或自动驾驶功能引起的转向干预。
大多数车辆功能的干预限于短暂的转向建议，其通过在方向盘处的变化的手力矩以信号的方式通知驾驶员。通常，驾驶员在此在转向干预的整个持续时间上将手保持在方向盘处。通过所产生的方向盘组件的运动的缓冲，被握紧的方向盘组件不必还视作为能够振动的质量。与之相反设置成，在应独立地实施转向的自动驾驶功能的情形中驾驶员不将手保持在方向盘处，从而方向盘组件的阻尼明显更小。尤其在实施越来越动态的转向位置调节的发展的情形中，在方向盘组件自由振动的情形下产生未知的参量，这些参量必须在转向位置调节中考虑，因为否则转向位置调节可变得不稳定或不可实现期望的动态。因此，上面的方法实现了车辆特定地确定由方向盘和转向轴组成的转向组件的惯性力矩，以为了在转向位置调节中可考虑这些信息。
对此，上面的方法设置成，在预设的时间点(例如在机动车起动时)在更换转向轴和/或方向盘和类似物的情形中或在有规律的时间间隔中确定惯性力矩。对此，由转向系统的转向驱动器可将以干预力矩或干预力矩特征曲线的形式的电机式转向干预施加到转向装置中，该电机式转向干预导致转向系统的机械的调整。对此，确定参量转向驱动器的角速度和角加速度或转向系统的取决于其的参量以及通过由方向盘和转向轴组成的方向盘组件的质量惯性产生的转向力矩，该转向力矩可借助于在转向轴处的手转向力矩传感器测量。如此确定的质量惯性可在下面考虑以用于实施促使转向干预的车辆功能和自动转向功能。
以该方式可行的是，获取转向轴和方向盘的车辆特定的配置，从而所述配置可考虑用于车辆功能和自动转向功能。由此可避免尤其在车辆之外根据经验确定方向盘组件的惯性力矩(这种确定是高耗费的)，且另一方面可更准确地确定实际的惯性力矩。
此外，可基于一个或多个调节参数执行转向位置调节，其中所述一个或多个调节参数与获取的固有频率和惯性力矩关联或其中所述一个或多个调节参数基于固有频率和/或惯性力矩算出。
尤其，在转向位置调节中，方向盘组件的固有频率中的至少一个可尤其通过死区滤波器(Totbandfilter)减弱(ausblenden)。
可设置成，方向盘组件由于转向干预力或转向干预力矩引起的弹性的张紧被测量且尤其通过方向盘力矩的变化进程确定。
尤其，方向盘力矩的相应的变化进程可通过在方向盘组件处的手转向力矩传感器来测量。
根据一种实施方式，电机式转向干预可以转向干预力或转向干预力矩的跃变式变化进程的形式或作为转向干预力或转向干预力矩的周期性的振荡预设。
此外，固有频率可通过利用带有不同的激励频率的正弦形的转向干预引起的激励且通过选择这样的激励频率作为固有频率来确定，即在该激励频率中在方向盘处的运动幅度与在小齿轮处的运动幅度的比值最大。
可设置成，方向盘的惯性力矩基于通过转向干预引入的作用到方向盘组件上的力矩和引起的方向盘组件的角加速度来确定。
根据一种实施方式，为了获取固有频率和/或惯性力矩，可引入正弦激励或跃变激励作为转向干预。
可设置成，只有当方向盘组件未通过驾驶员的手加载时，才执行方向盘组件的固有频率和/或惯性力矩的获取。
尤其地，通过在方向盘组件处建立力矩平衡，可确定方向盘组件未通过驾驶员的手加载，其中当确定力矩差时识别出握紧的方向盘。
车辆功能可包括设置转向干预的驾驶员辅助功能或设置自主的转向的自动驾驶功能。
根据另一方面，设置一种用于基于在转向系统中的方向盘组件的固有频率或惯性力矩运行车辆功能的装置，带有如下步骤：
- 预设电机式转向干预，以为了通过提供转向干预力或转向干预力矩使转向系统运动；
- 取决于由于电机式转向干预引起的方向盘组件的反应，获取方向盘组件的固有频率和/或惯性力矩；
- 基于方向盘组件的获取的固有频率和/或获取的惯性力矩，运行车辆功能。
根据另一方面设置一种带有方向盘组件且带有上面的装置的转向系统。
附图说明
随后根据附图更详细地阐明实施方式。其中：
图1示出了带有转向系统的机动车的示意性视图；且
图2示出了用于解释用于执行车辆功能的方法的流程图。
参考符号列表
1 机动车
2 转向系统
3 齿条
4 联结传动机构
5 转向干预马达
6 联结器
7 转向轴
8 方向盘
9 手转向力矩传感器
10 转向控制器
11 转向角传感器
12 方向盘组件
15 车辆控制器
R 转向的车轮。
具体实施方式
图1示出了带有转向系统2的机动车1的示意性视图。转向系统2用于调整转向的车轮R的转向角。转向的车轮R可经由可包括齿条的转向机构3根据转向角取向以用于使机动车1转向。转向机构3可经由联结传动机构4与转向驱动器5联结，以便将转向干预力施加到转向机构3的齿条上。转向驱动器5可例如设置为电机式转向驱动器。
此外，转向机构3经由机械的转向轴联结器6(传动机构)与方向盘组件12联接。方向盘组件12包括转向轴7和布置在转向轴7的端部处的方向盘8，经由该方向盘8驾驶员可施加手转向力矩。手转向力矩可经由转向机构3作用到转向的轮2上转换成转向运动。转向驱动器5还可备选地经由相应的联结传动机构作用在转向轴7处且代替转向干预力提供转向干预力矩作为转向干预。
转向轴7可设有手转向力矩传感器9，以为了在常规的运行中探测在转向轴联结器6和方向盘8之间施加的转向力矩且将相应的说明提供到转向控制器10处。
转向干预的提供同样以合适的方式通过转向控制器10预设。此外，齿条位置可借助于齿条位置传感器11探测且相应的说明可提供到转向控制器10处。
此外，转向控制器10可与车辆控制器15相连接，在该车辆控制器中可实现车辆功能、如例如驾驶员辅助功能和/或自动驾驶功能。相应地，给转向控制器10提供用于转向位置调节的转向干预预设或理论预设。
在转向控制器10中通常执行转向位置调节，该转向位置调节例如可构造为PID调节。为了在转向控制器10中执行转向位置调节，尤其对于转向位置调节的提高的动态而言必要的是，了解转向系统2的固有频率和/或惯性力矩、尤其方向盘组件12和/或转向系统2的固有频率和由方向盘8和转向轴7构成的方向盘组件12的惯性力矩且相应地匹配转向位置调节的调节参数。调节参数如此确定，即使得在预设的转向位置调节和已知的惯性力矩的情形中，即使在大的实际/理论偏差的情况下也避免方向盘8的振动。例如，固有频率和/或惯性力矩可与调节参数关联，例如经由查找表。
在方向盘8由驾驶员握紧时，方向盘运动的阻尼通常如此高，即使得在转向位置调节中不是一定必须考虑方向盘组件12的变化的惯性。与之相反，这对于在方向盘8未由驾驶员的手加载期间干预机动车1的转向的车辆功能而言在转向位置调节的相应地动态的设计中是紧要的。在该情况中，由于显著降低的惯性力矩，在欠缺地考虑的惯性力矩的情形中出现过调，所述过调可导致机动车1的不稳定的转向特性。
由此需要的是，车辆特定地确定针对方向盘组件12的惯性力矩且以合适的方式为了通过车辆控制器15进行的转向干预或转向角预设考虑该惯性力矩或为了在转向控制器10中的转向位置调节考虑该惯性力矩。对此，实施在图2的流程图中解释的方法。
在步骤S1中借助于本身已知的方法首先检查，方向盘8是否被握紧(手放上)或未加载(手放下)、也就是说自由转动。为了识别出驾驶员是否握紧方向盘8，可执行手放上识别。对此借助于力矩平衡核查，力矩差是否已经作用在方向盘组件处。
力矩平衡从借助于手转向力矩传感器9测量的传感器力矩M传感器和未加载的方向盘组件12的惯性力矩
Figure DEST_PATH_IMAGE001
得出。基于角加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE002
获取，是否力矩差
Figure DEST_PATH_IMAGE003
不等于0。当确定力矩差
Figure DEST_PATH_IMAGE004
不等于0时，推断出通过驾驶员握紧方向盘8。
如果方向盘8未被加载(二选一：是)，则方法以步骤S2继续，否则(二选一：否)跳回至步骤S1。然后不执行惯性力矩确定，因为对于惯性力矩确定而言必须考虑方向盘组件12的这样的状态，在该状态中出现尽可能小的阻尼。
在步骤S2中预设电机式转向干预，以为了通过转向干预力或转向干预力矩使转向系统2运动。这可通过预设理论速度来预设针对转向驱动器5的力或力矩变化进展实现以为了针对在转向控制单元10中的转向位置调节调整转向系统2或预设理论位置。目的是，引起在转向系统2中的加速特性，通过该加速特性借助于转向驱动器5设定或调整方向盘组件12。
在步骤S3中，通过手转向力矩传感器9来测量方向盘力矩的相应的变化进展，该变化进展从步骤S2的转向干预产生。通过转向机构3的动态的位置改变，方向盘组件12弹性地张紧。由于方向盘组件12未被加载且相应地反作用力矩未作用，故而方向盘8也相应地加速且转向轴7卸载。方向盘组件12开始晃动或振动。
在步骤S4中，可根据通过手转向力矩传感器9引起的方向盘力矩的测量的变化进展获取固有频率和惯性力矩。
通过方向盘组件12假设为单质量振动器，可获取固有频率。在转向小齿轮假设为固定的情形中，方向盘8可与转向轴7一起视作为弹簧质量振动器。弹簧质量振动器为能够振动的系统，其旋转运动围绕转向轴线进行。
在形成针对单质量振动器的力平衡的情形中，得出如下微分方程。
Figure DEST_PATH_IMAGE005
从在d=0的情形中的微分方程的解答中得出固有角频率
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。这相应于
Figure DEST_PATH_IMAGE007
的固有频率，其中m相应于质量，d相应于阻尼常数，k相应于弹簧常数，x相应于移位(Auslenkung)，t相应于时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
相应于未缓冲的振动的固有角频率，且f相应于频率。
由此作为输入参量，J相应于方向盘组件12的惯性力矩，D相应于方向力矩(Direktionsmoment)，该方向力矩相应于扭杆的抗扭刚度，且
Figure DEST_PATH_IMAGE009
相应于移位(扭杆的扭转)。
如果形成针对结构的力矩平衡，得出如下微分方程。
Figure DEST_PATH_IMAGE010
在没有阻尼的情况下，在解答方程的情形下最终又获得项
Figure DEST_PATH_IMAGE011
。这相应于
Figure DEST_PATH_IMAGE012
的固有频率。
此外适用：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
其中J相应于方向盘组件12的惯性力矩，M相应于转矩且
Figure 219937DEST_PATH_IMAGE002
相应于角加速度。
由此，通过电机式转向干预引起的激励与方向盘组件12的在远离转向驱动器的联结点的部位处的当前的振动的比值使得获取转向系统2的固有频率成为可能。根据已知的转向轴刚度，可从固有频率中获取方向盘组件12的惯性力矩。
具体而言对此通过已知的传感器力矩和转向柱的扭杆的弹簧刚度确定在方向盘处的转向角和角速度。固有频率可通过带有正弦形的齿条运动的激励获取。尤其地，可通过相应的转向干预施加带有不同的激励频率的正弦形的齿条运动。在方向盘处的幅度与在小齿轮处的幅度的比值相互比较。在达到固有频率的情形中产生共振，且比值变得最大。由此，这样的激励频率(即在该激励频率的情形下出现最大的比值)假设为固有频率。如此获取的固有频率可利用上面提到的公式换算成惯性力矩。
方向盘8的惯性力矩可从其加速特性中获取。在齿条的任意的激励的情形中发生方向盘组件12的扭转。该扭转又将力矩施加到转向轴7和方向盘8上。力矩导致角加速度。在角加速度和力矩之间的比值通过公式
Figure DEST_PATH_IMAGE014
限定且由此实现惯性力矩的计算。
为了获取惯性力矩，任意的激励可为如例如齿条速度的不同的正弦激励或齿条速度/齿条加速度的几乎跃变的改变。在连续的激励的情形中，执行多个测量且确定针对惯性力矩的平均值是可行的。
如此获取的参数、即方向盘组件12的固有频率和惯性力矩现在可在步骤S5中在转向控制器10中使用以用于运行车辆功能。例如，可考虑获取的参数以用于转向位置调节。
该考虑可通过转向位置调节的调节参数与获取的固有频率和惯性力矩的关联进行或调节参数可基于固有频率和惯性力矩算出。
在针对齿条位置进行调节的情形中，方向盘8的临界的固有频率可减弱。对此理论位置可通过滤波如此改变，即使得方向盘8的临界的固有频率强烈地衰减(例如通过死区滤波器)。方向盘8的跃起由此在转向系统2中的强烈的加速的情形中被阻止。
此外，针对理论位置的转向位置调节可利用附加的预控制来执行，以为了平衡方向盘8的振动。在位置调节器中，识别出在理论参量中的制动和加速阶段。理论位置对此可在转向位置调节中设有附加的偏移。该偏移相应于角偏移，该角偏移是必要的，以为了借助于扭转力矩使方向盘8以之前计算的值加速。

Claims (15)

1.一种用于基于在转向系统(2)中的方向盘组件(12)的固有频率和/或惯性力矩运行车辆功能的方法，带有如下步骤：
- 检查(S1)所述方向盘组件(12)未通过驾驶员的手加载；- 预设(S2)电机式转向干预，以为了通过提供转向干预力或转向干预力矩使所述转向系统(2)运动；
- 取决于由于所述电机式转向干预引起的所述方向盘组件(12)的反应，获取(S4)所述方向盘组件(12)的固有频率和/或惯性力矩；
- 基于所述方向盘组件(12)的获取的固有频率和/或获取的惯性力矩，运行(S5)所述车辆功能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基于一个或多个调节参数执行转向位置调节，其中所述一个或多个调节参数与所述获取的固有频率和/或所述惯性力矩关联，或其中基于所述固有频率和/或所述惯性力矩获取所述一个或多个调节参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述转向位置调节中，所述方向盘组件(12)的固有频率中的至少一个减弱。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述方向盘组件(12)由于所述转向干预力或所述转向干预力矩引起的弹性张紧被测量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述方向盘组件(12)由于所述转向干预力或所述转向干预力矩引起的弹性张紧通过方向盘力矩的变化进程确定。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述方向盘力矩的相应的变化进程通过在所述方向盘组件(12)处的手转向力矩传感器(9)测量。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述电机式转向干预作为所述转向干预力或所述转向干预力矩的跃变式变化进程或作为所述转向干预力或所述转向干预力矩的周期性的振荡来预设。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述固有频率通过利用带有不同的激励频率的正弦形的转向干预引起的激励且通过选择这样的激励频率作为固有频率来确定，即在该激励频率中在方向盘处的运动幅度与在小齿轮处的运动幅度的比值最大。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述方向盘组件(12)的惯性力矩基于通过转向干预引入的作用到所述方向盘组件(12)上的力矩和引起的所述方向盘组件(12)的角加速度确定。
10.根据权利要求9所述的方法，其中为了获取所述固有频率和/或所述惯性力矩，正弦激励或跃变激励作为转向干预被引入。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中通过在所述方向盘组件(12)处建立力矩平衡，确定所述方向盘组件(12)未通过所述驾驶员的手加载，其中当确定力矩差(ΔM)时识别出未加载的方向盘(8)。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述车辆功能包括设置转向干预的驾驶员辅助功能或设置自主的转向的自动驾驶功能。
13.根据权利要求3所述的方法，其中在所述转向位置调节中，所述方向盘组件(12)的固有频率中的至少一个通过死区滤波器减弱。
14.一种用于基于在转向系统(2)中的方向盘组件(12)的固有频率和/或惯性力矩运行车辆功能的装置，带有如下步骤：
- 检查(S1)所述方向盘组件(12)未通过驾驶员的手加载；
- 预设(S2)电机式转向干预，以为了通过提供转向干预力或转向干预力矩使所述转向系统(2)运动；
- 取决于由于所述电机式转向干预引起的所述方向盘组件(12)的反应，获取(S4)所述方向盘组件(12)的固有频率和/或惯性力矩；
- 基于所述方向盘组件(12)的获取的固有频率和/或获取的惯性力矩，运行(S5)所述车辆功能。
15.一种转向系统，带有方向盘组件(12)且带有根据权利要求14所述的装置。
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