CN110809547A - 用于产生触觉反馈的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于向车辆驾驶员产生触觉反馈的方法和装置，其中，借助致动器通过在车辆转向手柄上施加围绕平均总转向力矩交变的附加力矩产生触觉反馈。在此在识别到即将到来的触觉反馈时和/或同时在开始触觉反馈时，这样操控致动器，使得平均总转向力矩的值增加补偿力矩。

Description

用于产生触觉反馈的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的、用于向车辆的车辆驾驶员产生触觉反馈的方法。关于现有技术例如参考EP 2364896 B1和DE 102010014946 A1。

背景技术

车辆中的驾驶员辅助系统的一项任务是在行驶运行中警告驾驶员或车辆驾驶员可能的危险。这样的表达例如是车道偏离警告。这种车道偏离警告通过基于摄像头的传感器检测车道标记并在不期望地驶过这种车道标记时警告车辆驾驶员偏离车道。

在此为了总体上向驾驶员提供最佳可能的反馈或最佳可能的回馈和辅助功能，已知用于不同辅助系统的不同警告通道。这些警告通道之一例如是触觉反馈。这种向车辆驾驶员的触觉反馈或触觉回馈例如可通过方向盘或转向手柄上的振动来进行。因此例如通常向车辆驾驶员输出方向盘振动以警告车道偏离。

方向盘的振动在此可以不同方式产生。例如可将不平衡马达直接集成到方向盘系统中，其因此产生相同的振动。

此外，例如在DE 102010014946 A1中示出的那样，可借助转向系统的辅助马达产生用于车道偏离或车道保持辅助的振动。

辅助马达通过例如由液压系统(液压泵、液压控制装置、液压马达)或电动机增加驾驶员施加的用于转向的力来辅助驾驶员进行转向。为了产生方向盘的振动，在此施加交变马达力矩，通过该交变力矩，辅助马达使转向系统进行振动。该振动一直传递到方向盘中并在那里被驾驶员感知为振动。

在方向盘振动期间对转向系统的激励使转向系统中的自然阻尼或摩擦下降，该阻尼或摩擦通常始终反作用于驾驶员的转向任务。因而由此转向系的更多运动部件从静摩擦变为滑动摩擦。更高比例的滑动摩擦导致转向系统更小的总摩擦并且也因此导致转向任务另一必要的转向力矩。

摩擦或转向力矩的这种突降在此通常发生在方向盘振动开始的同时。就此而言，驾驶员可将这种摩擦突降感知为干扰的，因为与没有方向盘振动的转向相比振动期间的转向感知得明显更轻。基于这种轻便性，驾驶员例如可能会做出不期望的转向动作。

EP 2364896 B1描述了一种转向系统的摩擦补偿。在此提出一种可通过改变马达转速来平衡转向系统的内部摩擦的方法。

发明内容

因此，本发明的任务在于阐述用于向车辆驾驶员产生触觉反馈的方法和车辆的转向系统，其可解决上述问题并且可在不牺牲舒适性的情况下向车辆驾驶员传达触觉反馈。

通过具有权利要求1所述特征的用于向车辆驾驶员产生触觉反馈的方法来解决所述任务。有利的实施方式和扩展方案是从属权利要求的内容。

在此提出一种方法，其中，致动器通过在车辆的转向手柄上施加围绕平均总转向力矩交变的附加力矩产生触觉反馈。

如果转向系统记录或识别到即将到来的触觉反馈，则规定，使作用在转向手柄上的平均总力矩的值增加所谓的补偿力矩。致动器因此如同产生反作用于转向力矩的补偿力矩。进一步或可替代地规定，在转向手柄上的触觉反馈开始的同时增加或调整所述补偿力矩。

所述补偿力矩的施加或反向施加(entgegenschalten)使得在施加触觉反馈的那一刻与在时间上稍前于施加存在的平均总转向力矩的时刻没有差别。

本发明意义中的“平均总力矩”在此应理解为当前在驾驶时在转向手柄(尤其是方向盘)上没有进行触觉反馈或触觉回馈的情况下存在的(平均)力矩，其由致动器提供。

在此补偿力矩表示附加或叠加于平均总力矩地施加到转向手柄上的力矩。

通过根据本发明的方法可补偿或平衡或避免在触觉反馈期间由于增加的滑动摩擦产生的在方向盘上更轻的转向感觉的效果。因为通过(附加地)施加力矩(补偿力矩)到当前作用的平均总力矩上，可补偿车辆驾驶员感觉到的、转向手柄或方向盘的轻便性或更易转向性。

因此可有利地避免在任务部分中所描述的舒适性损失或不期望的转向波动。

在本发明的一种优选实施方式中，所述触觉反馈设计为振动、尤其是方向盘振动。为了产生方向盘的振动，在此在转向系统中或在转向手柄上施加交变的马达力矩或交变的扭转振动，辅助马达通过该交变的马达力矩或交变的扭转振动使转向系统进行振动。这些振动一直传递到方向盘并在那里被驾驶员感知为振动。

致动器在此优选是车辆的辅助马达或伺服马达，其除了产生触觉反馈的功能之外，也在转向任务中辅助驾驶员。

作为替代方案，为此其他的、例如单独的马达(如在现有技术中提到的不平衡马达)也可产生触觉反馈。

如已经提到的那样，触觉反馈在此优选设计为方向盘振动。尤其是通过转向系统的辅助马达施加的交变致动器力矩被触摸方向盘的车辆驾驶员或车辆乘员感知为振动。因此，可通过补偿力矩来提高方向盘振动期间的转向力矩水平，从而补偿或平衡振动开始时的阻尼突降。

因此优选规定，补偿力矩的方向和值使得在理想情况下完全、但至少部分补偿对于转向手柄保持者(即车辆驾驶员)的转向力矩或摩擦的突降。

该补偿力矩的值或方向或大小优选通过单独且适合的函数来确定。这种函数优选知道转向力矩的变化曲线、转向角度及其变化曲线以及在触觉反馈开始时摩擦力或力矩的变化。

然后可借助上述或其它函数变量优选计算或估计适合的补偿力矩。基于这些数据，函数优选可随时估计在振动或触觉反馈开始时转向力矩将以何值以及在哪个方向上突降。然后根据该估计或计算可在触觉反馈开始时或开始之前通过致动器、尤其是通过辅助马达来施加反方向的补偿力矩。

在本发明的一种优选实施方式中规定，补偿力矩至少部分地保持直到触觉反馈结束。这意味着，优选直到通过致动器引起的交变力矩结束，由致动器至少部分地、即至少以(大于零的)特定值施加补偿力矩。

这尤其是具有下述优点：可避免当在转向手柄上的触觉反馈期间突然中断补偿力矩时驾驶员可感觉到转向力矩突降。

但由于在转向手柄的触觉反馈或振动结束时，即使不施加补偿力矩，转向力矩通常也不再出现明显的跳动，因此优选还在触觉反馈结束之前或在触觉反馈结束的同时补偿力矩减小到零值。

在此进一步优选的是，补偿力矩减小直到在时间上触觉反馈结束或直到在值上达到(例如原始的)平均总力矩。补偿力矩的施加在触觉反馈的时间变化曲线中不一定必须保持恒定，而是优选可已经在触觉反馈期间或在振动期间逐渐减小。这种减小例如可以约2Nm/s至3Nm/s的水平进行。

上述的在转向手柄上的触觉反馈在此优选设计为驾驶员辅助系统并且特别优选设计为车道保持辅助系统。因此，在不期望的越过车道的情况下，辅助系统通过触觉反馈、尤其是通过转向手柄的振动来警告车辆驾驶员。

通过所描述的方法可借助适合的致动器(尤其是辅助马达)产生车辆转向手柄的振动或触觉反馈，且车辆驾驶员在触觉反馈开始时不会感觉到(平均)转向力矩的突变。因此车辆驾驶员在其转向工作中受到触觉反馈或触觉回馈的干扰较小，此时可为增加驾驶舒适性做出有利贡献。

此外，优选提出一种车辆、尤其是机动车或轿车的转向系统，其适合于实施根据本发明的方法。这种转向系统优选包括优选与转向手柄或方向盘连接的转向柱以及变速器，该变速器与转向柱连接并与齿条配合，以操作车辆的可转向轮。此外，该转向系统优选包括辅助马达或伺服马达，其与控制单元耦联。

此外，提出一种计算机程序或计算机程序产品，其构造用于在电子计算和/或控制单元上执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法。

这些特征和其它特征除了由权利要求书还从说明书以及附图给出，其中，各个特征可分别单独也可以以多个以子组合的形式在本发明的实施方式中实现并且可以构成有利的且本身可保护的实施方式，在此要求对其保护。

附图说明

下面参考实施例详细阐述本发明。附图如下：

图1在此以图表示出现有技术中的当前问题；

图2示出说明本发明方法的图表。

具体实施方式

在此所有详细描述的特征对于本发明而言是重要的。

图1的第一图表示出车辆方向盘上的力矩M关于时间t的变化曲线。在此示出这样一种情况，即在时刻t₁，在转向系统中通过辅助马达施加交变力矩M_X1并由此使方向盘振动。驾驶员将这种振动感知为方向盘上的振动。通过辅助马达的交变力矩M_X1引起的这种振动在技术上比较容易实现，以便在特定情况下向驾驶员产生触觉反馈并由此提供一种驾驶员辅助系统。

例如这样产生的在方向盘上的振动警告车辆驾驶员或使车辆驾驶员注意到不期望的或意外的偏离车道。

但在现有技术中已知的系统中(参见图1)，在通过由辅助马达产生的方向盘振动来警告车辆驾驶员的实施或方法中仍然存在缺点。这种缺点是在方向盘上的振动开始时转向力矩或摩擦的突降。下面参考图1的图表更详细地说明现有技术中的这个问题。然后在图2中说明根据本发明的方法。

在此在图1的图表中可以看出力矩M随时间t的变化曲线，车辆方向盘上的这种力矩可被车辆驾驶员感知为触觉反馈。根据行驶情况，辅助马达在此辅助驾驶员转向。

在此假设该实施例涉及所描述的车道保持辅助系统。

当车辆现在在时刻t₁越过车道时，则驾驶员辅助系统会通过触觉反馈警告车辆驾驶员。方向盘通过由辅助马达施加的交变力矩开始振动。

但在时刻t₁，即在振动开始时，可以看到输出转向力矩或原始平均总力矩M₀突降E到明显更低的平均力矩M_X1。转向力矩的突降E的原因在于整个转向系统中很小的摩擦，该很小的摩擦是源于振动开始时更大比例的滑动摩擦，而非静摩擦。因此，在振动期间(时间段t_hR)作用的平均力矩M_X1明显低于驾驶员习惯的平均总力矩M₀。

驾驶员将这种突降E感知为更轻或更轻便的转向感觉并且可能基于突然的变化而导致不期望的转向操纵。驾驶舒适性可由此受到不利影响。

在振动之后(即在时间段t_hR之后的时刻t₃)，转向感觉便再次与振动之前相同。

现在在图2的图表中示出的根据本发明的方法旨在消除图1中可以看到的并在之前描述的转向力矩或摩擦突降的问题。

在此在图2中与图1相同示出方向盘上的力矩M随时间t的变化曲线的图表。在此也再次示出用于警告车辆驾驶员车辆偏离车道的方向盘振动的情况。

在时刻t₁出现警告、即方向盘振动。但与现有技术中已知的方法(参见图1，时刻t₁)相反，在这种具体情况下，在振动开始的时刻t₁，由辅助马达施加补偿力矩M_FM。该补偿力矩M_FM因此平衡图1所示的在方向盘振动期间转向力矩的突降E。

因此，现在平均转向力矩M_X2在振动期间比没有施加补偿力矩M_FM的平均转向力矩M_X1(参见图1)更高并且对于驾驶员来说更习惯。

在这种具体情况下，在时刻t₁在方向盘振动开始的同时施加补偿力矩M_FM。

但作为替代方案，也可在方向盘振动开始之前(不久)就已经施加补偿力矩M_FM。

此外，如在图2中补偿力矩M_FM在时间段t_hR上的变化曲线可以看出，振动期间的补偿力矩M_FM首先保持恒定水平直至时刻t₂，随后它减小并在振动结束时、即在时刻t₃再次达到0值。在此情况下，补偿力矩M_FM的曲线或变化曲线k从时刻t₂起线性减小到零值(在时刻t₃)。

时刻t₂在此描述一个适当选择的时刻，在该时刻补偿力矩线性减小并且该时刻由上述电子控制单元确定。

由于驾驶员几乎不会再在转向感觉中察觉在振动或触觉反馈的时间变化曲线中的突降，因而补偿力矩M_FM的这种减小是有利的。

Claims (7)

1.用于向车辆的车辆驾驶员产生触觉反馈的方法，其中，借助致动器通过在车辆的转向手柄上施加围绕平均总转向力矩(M_x1)交变的附加力矩产生触觉反馈，其特征在于，在识别到即将到来的触觉反馈时和/或同时(t₁)在开始触觉反馈时，这样操控致动器，使得平均总转向力矩(M_x1)的值增加以补偿力矩(M_FM)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述补偿力矩(M_FM)至少部分地保持直到触觉反馈结束(t₃)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述补偿力矩(M_FM)至少直到触觉反馈结束(t₃)才减小到值0。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述触觉反馈警告驾驶员偏离车道。

5.用于执行根据前述权利要求1至4中任一项所述的方法的车辆的转向系统。

6.根据权利要求5所述的转向系统，其中，所述触觉反馈是转向手柄上的振动。

7.根据前述权利要求5或6中任一项所述的转向系统，其中，所述致动器是辅助马达和/或伺服马达。

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