CN111094110B - 用于对具有电转向辅助机构的转向系统进行操控的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于对转向系统（100）进行操控的一种方法和一种装置以及一种具有电转向辅助机构（102）的转向系统（100），其中通过转向调节器（104）来预设用于所述转向辅助机构（102）的额定参量（T _Mot ），根据所述额定参量（T _Mot ）来操控所述转向系统（100），以基于模型的方式确定用于对通过所述转向系统（100）来转向的轴（106）的动力学特性进行补偿的补偿值，根据所述补偿值来确定额定参量（T _Mot ）。本发明也涉及用于对转向的轴（106）的动力学进行仿真的一种方法和一种装置。

Description

用于对具有电转向辅助机构的转向系统进行操控的方法

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的、一种用于对具有电转向辅助机构的转向系统进行操控的方法和一种转向系统。

背景技术

通过转向调节器进行的电转向辅助机构用于将额定-辅助力矩加入到转向系统的转向传动机构中。这样的电转向辅助机构广为人知。

然而，对于当前的具有电转向辅助机构的转向系统来说，不考虑轴的动力学特性、也被称为前轴动力学。对于具有齿条的转向传动机构来说，所述前轴动力学是指前轴对齿条移动的力响应。视车辆而定，这种前轴动力学可能导致不稳定性或转向感受的丧失。

因此，必须如此对所述转向调节器进行参数设定，使得其凭借假设为未知的前轴动力学而稳定。

发明内容

本发明的任务是提供一种得到改良的转向调节。

这通过根据独立权利要求所述的、一种用于进行操控的方法和一种转向系统来实现。

关于用于对具有电转向辅助机构的转向系统进行操控的方法而规定，通过转向调节器来预设用于转向辅助机构的额定参量，根据所述额定参量来操控所述转向系统，以基于模型的方式确定用于对通过所述转向系统来转向的轴的动力学特性进行补偿的补偿值，并且根据所述补偿值来确定所述额定参量。由此，对所述前轴动力学进行主动的、基于模型的补偿，这改善了调节。此外，避免了成本较高的解决方案、例如前轴的滚珠丝杠传动机构的更刚性的连接，以便实现更稳健的调节系统。

所述补偿值有利地表征作用在转向系统的齿条上的齿条力。由此，对引起齿条的偏移的齿条力进行补偿。这种对于额定参量的影响能够实现所述调节对干扰的特别快速的反应。

有利地，根据关于齿条行程的信息来确定所述补偿值，所述齿条行程表明所述转向系统的齿条的、相对于该齿条的参考位置的偏移。对齿条上的前轴动力学的干扰进行直接检测，这允许使用基于传统传感器的线性模型。

有利地，根据至少一个测量值来确定所述关于齿条行程的信息，其中所述测量值表征关于所述转向辅助机构的电驱动装置的、相对于参考位置的转子位置的信息，或者其中所述测量值表征关于扭杆上的转矩的信息，其中所述扭杆将所述转向系统的方向盘与所述电转向系统的电驱动装置连接起来，或者其中所述测量值表征关于方向盘的角位置的信息或者关于驱动所述齿条的轴的、相对于参考角位置的角位置的信息。这能够通过角位置传感器或者转矩传感器来简单地检测测量值。能够规定借助卡尔曼滤波器进行传感器融合（Sensorfusion）。

有利地将所述补偿值确定为

其中

c

，

L 由转向辅助机构的电驱动装置的马达力矩到扭杆上的转矩（T _Tb ）的传递特性，

R 由齿条行程（s _Ra ）到齿条力（F _Ra ）的传递特性。

这能够实现通过预控制来消除前轴的影响。

有利地确定马达额定力矩，其中根据所述补偿值和所述马达额定力矩作为额定参量来确定所补偿的马达额定力矩。这能够借助于额定-辅助力矩来容易地集成到传统的调节中。

关于所述转向系统而规定，所述转向调节器构造用于预设用于转向辅助机构的额定参量，其中根据所述额定参量来操控所述转向系统，所述转向调节器构造用于以基于模型的方式确定用于对通过转向系统来转向的轴的动力学特性进行补偿的补偿值，其中根据所述补偿值来确定所述额定参量。通过所述转向调节器对动力学特性进行的补偿改良了调节。

所述转向系统有利地包括齿条，其中所述补偿值表征作用在齿条上的齿条力。这种对齿条操控的影响能够实现对于动力学的特别好的影响。

所述转向调节器有利地构造用于根据关于齿条行程的信息来确定所述补偿值，所述齿条行程表明所述转向系统的齿条的、相对于该齿条的参考位置的偏移。这能够实现特别容易地考虑到动力学。

有利地，所述转向调节器构造用于根据至少一个测量值来确定关于所述齿条行程的信息，其中所述转向系统包括如下角位置传感器，该角位置传感器构造用于作为关于所述转向辅助机构的电驱动装置的、相对于参考位置的转子位置的信息来检测所述测量值，或者其中所述转向系统包括如下转矩传感器，该转矩传感器构造用于检测关于扭杆上的转矩的信息，其中所述扭杆将转向系统的方向盘与电转向系统的电驱动装置连接起来，或者其中所述转向系统包括如下角位置传感器，该角位置传感器构造用于检测关于方向盘的相对于参考角位置的角位置的信息，或者其中所述转向系统包括如下角位置传感器，该角位置传感器构造用于检测关于驱动所述齿条的轴的、相对于参考角位置的角位置的信息。借助于角位置传感器或者转矩传感器进行的测量值检测能够在传统的转向系统中特别好地来实现。

有利地，所述转向调节器构造用于将所述补偿值确定为

，

其中

c

，

L 由转向辅助机构的电驱动装置的马达力矩到扭杆上的转矩（T _Tb ）的传递特性，

R 由齿条行程（s _Ra ）到齿条力（F _Ra ）的传递特性。

这能够实现容易地作为预控制来集成到传统的调节系统中。

所述转向调节器有利地构造用于确定马达额定力矩，其中根据所述补偿值和马达额定转矩作为额定参量来确定所补偿的马达额定力矩。这种调节可以特别容易地集成到传统的调节中。

根据本发明的另一个尤其能够本身单独地或者有利地附加于本发明的前面所提到的方面来实现的方面，提出一种用于对机动车的通过转向系统来转向的轴的动力学进行仿真的方法，其中所述转向系统包括齿条，其中以基于模型的方式确定用于对通过所述转向系统来转向的轴的动力学特性进行补偿的补偿值。此外，有利地根据关于齿条行程的信息来确定所述补偿值，所述齿条行程尤其表明所述转向系统的齿条的、相对于该齿条的参考位置的偏移。在此有利地根据至少一个测量值来确定关于齿条行程的信息，其中所述测量值优选表征关于所述转向辅助机构的电驱动装置的、相对于参考位置的转子位置的信息，或者其中所述测量值表征关于方向盘的角位置的信息或关于驱动所述齿条的轴的、相对于参考角位置的角位置的信息。由此尤其能够实现前面已经提到的优点。尤其由此对前轴动力学进行主动的、基于模型的补偿，所述补偿改善了调节。此外，避免了成本较高的解决方案、例如前轴的滚珠丝杠传动机构的更刚性的连接，以便实现更稳健的调节系统。

根据本发明的另一个尤其能够本身单独地或者有利地附加于本发明的前面所提到的方面来实现的方面，提出一种用于对机动车的通过转向系统来转向的轴的动力学进行仿真的装置，其中所述转向系统包括齿条，其中所述装置构造用于以基于模型的方式确定用于对通过所述转向系统来转向的轴的动力学特性进行补偿的补偿值。此外，有利地根据关于齿条行程的信息来确定所述补偿值，所述齿条行程尤其表明所述转向系统的齿条的、相对于该齿条的参考位置的偏移。在此有利地根据至少一个测量值来确定关于齿条行程的信息，其中所述测量值优选表征关于所述转向辅助机构的电驱动装置的、相对于参考位置的转子位置的信息，或者其中所述测量值表征关于方向盘的角位置的信息或关于驱动所述齿条的轴的、相对于参考角位置的角位置的信息。由此尤其能够实现前面已经提到的优点。尤其由此对前轴动力学进行主动的、基于模型的补偿，这种补偿改善了调节。此外，避免了成本较高的解决方案、例如前轴的滚珠丝杠传动机构的更刚性的连接，以便实现更稳健的调节系统。

附图说明

其他有利的实施方式由以下说明和附图得出。在附图中示出：

图1示意性地示出了转向系统，

图2示意性示出了角位置，

图3示意性地示出了调节回路的部件。

具体实施方式

图1示意性地示出了具有电转向辅助机构102的转向系统100。

转向调节器104构造用于预设用于转向辅助机构102的额定参量

。根据所述额定参量

来操控所述转向系统100。所述转向系统100包括能够通过齿条108来运动的轴106。所述额定参量

在示例中是用于转向辅助机构102的额定力矩。通过前轴动力学来产生作用到齿条108上的齿条力F _Ra 。所述齿条108被移动达齿条行程s _Ra 的幅度，所述齿条行程s _Ra 表明所述转向系统100的齿条108的、相对于该齿条108的参考位置110的偏移。在该示例中，正的齿条力F _Ra 沿着图1中的箭头方向、也就是沿着齿条108的具有正的齿条行程s _Ra 的偏移的方向起作用。在该示例中，负的齿条力F _Ra 反向于箭头方向、也就是沿着齿条108的具有负的齿条行程s _Ra 的偏移的方向起作用。这种定义是示范性的并且也能够不同地加以选择。

所述转向调节器104构造用于根据至少一个测量值来确定关于齿条行程s _Ra 的信息。所述转向系统100例如包括角位置传感器118，该角位置传感器构造用于作为关于所述转向辅助机构102的电驱动装置112的、相对于参考位置204的转子位置202的信息来检测测量值。

在该示例中，所述转向系统100包括如下转矩传感器116，该转矩传感器构造用于检测关于扭杆114上的转矩T _Tb 的信息，其中所述扭杆114将转向系统100的方向盘116与电转向系统100的电动驱动装置112连接起来。

作为补充方案或替代方案，所述转向系统100也能够包括如下角位置传感器122，该角位置传感器构造用于检测关于方向盘116的、相对于参考角位置ω _Ref 的角位置ω _L 的信息。也能够规定，所述角位置传感器118构造用于检测关于驱动齿条的轴124的、相对于参考角位置ω _Ref 的角位置ω _Ra 的信息。

图2示意性地示出了在转向系统100中运动时可能产生的角位置。

所述转向调节器104构造用于以基于模型的方式确定用于对通过转向系统100来转向的轴106的动力学特性进行补偿的补偿值。根据所述补偿值来确定额定参量

。

在第一种示例中，所述转向调节器104构造用于根据关于齿条行程s _Ra 的信息来确定所述补偿值。

更准确地说，所述转向调节器104构造用于确定马达额定力矩T _Mot ，其中根据所述补偿值和所述马达额定力矩T _Mot 作为额定参量

来确定所补偿的马达额定力矩

。

例如为优选所有处于行驶试验中的车辆测量前轴动力学。此外，能够使用前轴动力学的、比如借助于设计工具在早期辨识阶段中可用的模型。

因此，在第一种示例中产生前轴动力学的线性模型。

作为前轴动力学的线性模型的输入参量来使用齿条行程s _Ra ，所述齿条行程根据已经在传统的转向系统中可用的传感器数据、例如转子位置202、扭杆114上的转矩T _Tb 或其他电子动力转向传感器数据，借助于传感器融合、例如通过卡尔曼滤波器来求取。作为输出值，例如将齿条力F _Ra 计算为干扰力。从中确定额定参量

，以便生成马达力矩，该马达力矩抵消所述干扰力。

除了前轴动力学的补偿之外，能够使用所计算的、在这里被称为补偿值的参量，以用于仿真前轴的特定的特性。一种应用情况例如是线控转向系统。

为此，比如能够补偿车辆内部的前轴动力学并且叠加另一轴动力学。

作为替代方案，能够取代所测量的前轴动力学而使用弹簧-质量-缓冲器振荡器并且根据轮胎安装（Bereifung）和轴设计对虚拟的轴进行参数设定。这在不存在轴时有助于对调节系进行参数设定。

在第二种示例中，对所述模型进行简化。由此能够放弃对于齿条行程s _Ra 的求取。

除了已经运用的、用于转向辅助机构的调节器-方法论和参数设定之外，还添加一个组件，该组件抵消前轴动力学并且补偿了其影响。

这样的具有作为干扰量的前轴动力学的转向系统100可以描述如下：

其中

G 转向系统100的传递特性，

K 由马达额定力矩T _Mot 到扭杆114上的转矩T _Tb 的传递特性K，

L 由转向辅助机构的电驱动装置的马达力矩T _Mot 到扭杆上的转矩T _Tb 的传递特性，

M 由马达力矩T _Mot 到齿条行程s _Ra 的传递特性，

N 由齿条力F _Ra 到齿条行程s _Ra 的传递特性，

R 由齿条行程s _Ra 到齿条力F _Ra 的传递特性。

在此，R代表着由于前轴动力学引起的干扰。通过简化s _Ra = cT _Tb （其中c

）并且在假设转向系统中的转向传动机构的线性的扭杆刚度和恒定的传动比的情况下，这种MIMO系统可以转换成SISO系统并且描述如下：

。

为了消除前轴动力学的影响，预控制被确定为如下方程式：

。

在图3中部分地示出的调节回路包括传统的调节机构，其用于作为马达额定力矩T _Mot 来确定额定-辅助力矩。首先通过与补偿值

的相乘来将所述马达额定力矩T _Mot 改为额定参量

。此外，在图3中示出了由马达额定力矩T _Mot 到扭杆114上的转矩T _Tb 的传递特性K。此外，通过将项

以相加的方式反向耦合到所述额定参量

上这种方式来考虑到图3中的转向系统的其他传递特性。

在这种示例中，所述转向调节器104构造用于作为

来确定所述补偿值

。

优选使用函数L和R，通过其的相乘没有缩短传递函数的零点或者极点。不假设前轴动力学完全得到补偿。通过不同的轮辋尺寸和负载级所引起的模型偏差能够如以往那样通过转向调节器来得到补偿。因为这些前轴动力学具有类似的变化曲线，所以即使在轮胎安装和地面不同的情况下也能够实现调节特性的改善。

Claims (6)

1.用于对具有转向辅助机构（102）的转向系统（100）进行操控的方法，其中

通过转向调节器（104）来预设用于所述转向辅助机构（102）的额定力矩（

），

根据所述额定力矩（

）来操控所述转向系统（100），

以基于模型的方式确定用于对通过所述转向系统（100）来转向的轴（106）的动力学特性进行补偿的补偿值，

通过与补偿值（

）的相乘来将马达额定力矩（T _Mot ）改为额定力矩（

），其特征在于， 所述补偿值（

）被确定为

其中

c

，

L 由转向辅助机构的电驱动装置的马达力矩到扭杆上的转矩（T _Tb ）的传递特性，

R 由齿条行程（s _Ra ）到齿条力（F _Ra ）的传递特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿值表征作用在所述转向系统（100）的齿条（108）上的齿条力（F _Ra ）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定马达额定力矩（T _Mot ），其中根据所述补偿值和所述马达额定力矩（T _Mot ）作为额定力矩（

）来确定所补偿的马达额定力矩。

4.具有转向辅助机构（102）的转向系统（100），其中转向调节器（104）构造用于预设用于所述转向辅助机构（102）的额定力矩（

），其中根据所述额定力矩（

）来操控所述转向系统（100），

所述转向调节器（104）构造用于以基于模型的方式来确定用于对通过所述转向系统 （100）来转向的轴（106）的动力学特性进行补偿的补偿值，其中通过与补偿值（

）的相乘来 将马达额定力矩（T _Mot ）改为额定力矩（

），其特征在于，所述转向调节器（104）被构造为 将所述补偿值（

）确定为

其中

c

，

L 由转向辅助机构的电驱动装置的马达力矩到扭杆上的转矩（T _Tb ）的传递特性，

R 由齿条行程（s _Ra ）到齿条力（F _Ra ）的传递特性。

5.根据权利要求4所述的转向系统（100），其特征在于，所述转向系统（100）包括齿条（108），其中所述补偿值表征作用在所述齿条（108）上的齿条力（F _Ra ）。

6.根据权利要求4或5所述的转向系统（100），其特征在于，所述转向调节器（104）构造用于确定马达额定力矩（T _Mot ），其中根据所述补偿值（

）和所述马达额定力矩（T _Mot ）作为额定力矩（

）来确定所补偿的马达额定力矩。

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