CN111655565B - 用于在达到转向调节器的最大可用功率时控制线控转向系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制机动车辆的线控转向系统(1)的方法，该线控转向系统(1)包括：转向分流器(5)，其作用于转向轮(6)，根据驾驶员的转向输入被电子地控制并且引起转向齿条(8)的平移运动以使轮(6)转向；以及反馈致动器(4)，其以转向响应的形式将道路(60)的反馈作用传送至方向盘(3)，其中，在信号处理单元(10)中基于方向盘转向角(α)确定转向齿条(8)的设定点位置(Xd)，并将所述设定点位置(Xd)与作为当前值(X)的转向齿条(8)的当前位置或与测量的轮转向角(β)传送至控制单元(13)，控制单元(13)基于此计算转向调节器(5)的电动马达(11)的设定点扭矩(T1)，其中，针对控制还提供以下方法步骤：监测达到经确定的设定点位置(Xd)所需的电动马达(11)的功率；如果所需的功率超过电动马达(11)的最大功率，则使电动马达(11)以最大功率运行并增加存在于方向盘(3)处的扭矩。

Description

用于在达到转向调节器的最大可用功率时控制线控转向系统 的方法
本发明涉及用于控制线控转向系统的方法，并且涉及线控转向系统。
在线控转向系统中，转向轮的位置不直接耦接至转向输入装置例如方向盘。存在方向盘与转向轮之间借助于电信号的连接。通过转向角传感器获取驾驶员的转向请求，并根据驾驶员的转向请求借助于转向致动器控制转向轮的位置。没有提供至轮的机械连接，因此在方向盘被启用之后没有立即向驾驶员传达力反馈。为了在线控转向系统中模拟道路对方向盘的反作用，必须在方向盘或转向柱上提供反馈致动器(FBA)，该反馈致动器根据转向手柄的预期反作用来施加转向感。
优选地，对线控转向系统的控制算法或控制方法进行配置，使得电动转向致动器的位置或转向齿条的位置以尽可能较短的延迟且无谐波的方式跟随预设的设定值。此外，期望位置控制具有对内部干扰变量和外部干扰变量不敏感的鲁棒控制行为。
在线控转向操作期间，电动转向致动器的功率可能不足以快速且准确地设定预期轮转向角。在这种情况下，通过转向致动器沿纵向方向移位的转向齿条不能跟随预期转向齿条位置或预期方向盘旋转角。特别是在停车过程期间，由于在这种情况下功率需求最大，因此出现该问题。如果转向致动器无法提供计算的扭矩，则在转向齿条的设定点位置与实际位置之间会出现偏移。这导致以下情况：即使驾驶员已经结束转向过程，但是齿轮继续转向直至达到设定点位置。对于驾驶员而言，转向致动器在没有转向输入的情况下的参与非常烦人，并且因此是不可接受的。
因此，本发明的目的是提供一种用于控制线控转向系统的改进方法，在该线控转向系统中，驾驶员不会感觉到转向致动器的动力不足，或者仅在显著的程度上感觉到转向致动器的动力不足。
该目的借助于本发明的用于控制机动车辆的线控转向系统的方法以及本发明的机动车辆的线控转向系统来实现。
因此，提供了一种用于控制机动车辆的线控转向系统的方法，该线控转向系统包括：转向致动器，其作用于转向轮，根据驾驶员的转向请求被电子地控制并引起转向齿条的平移运动以使轮转向；以及反馈致动器，其以回正扭矩的形式将道路的反作用传送至方向盘，其中，在信号处理单元中基于方向盘转向角确定转向齿条的设定点位置，并且将所述设定点位置以及作为实际值的转向齿条的实际位置或测量的轮转向角传送至控制单元，该控制单元由此计算转向致动器的电动马达的设定点扭矩，其中针对控制还提供以下方法步骤：
·监测达到所确定的设定点位置所需的电动马达的功率；
·如果所需的功率超过电动马达的最大功率，则使电动马达以最大功率运行并增加存在于方向盘上且阻碍进一步旋转的回正扭矩。
作为结果，可以防止机动车辆的驾驶员在转向过程期间感觉到转向致动器的动力不足。
这里，优选地，借助于反馈致动器来执行存在于方向盘上的扭矩的增加，该反馈致动器将与转向命令相反的反抗扭矩施加到与方向盘连接的转向轴中。优选地，确定存在于方向盘上的扭矩的增加的大小，使得可以减小方向盘转向角与轮转向角之间的偏移，尤其优选地，甚至可以防止方向盘转向角与轮转向角之间的偏移。
此外，提供了一种用于控制机动车辆的线控转向系统的方法，该线控转向系统包括：转向致动器，其作用于转向轮，根据驾驶员的转向请求被电子地控制并引起转向齿条的平移运动以使轮转向；以及反馈致动器，其以回正扭矩的形式将道路的反作用传送至方向盘，其中，在信号处理单元中基于方向盘转向角确定转向齿条的设定点位置，并且将所述设定点位置以及作为实际值的转向齿条的实际位置或测量的轮转向角传送至控制单元，该控制单元由此计算转向致动器的电动马达的设定点扭矩，其中针对控制还提供以下方法步骤：
·监测达到所确定的设定点位置所需的电动马达的功率水平；
·如果所需的功率超过电动马达的最大功率，则使电动马达以最大功率运行，并减小转向齿条的设定点位置随时间的变化，具体地，使得在方向盘的中立位置处，转向齿条的实际位置对应于转向齿条的设定点位置。
作为结果，可以防止转向齿条相对于设定点位置滞后，并且驾驶员几乎注意不到或根本不会注意到转向致动器的动力不足。
在这个背景下，优选地，控制单元具有限制装置，该限制装置限制设定点位置随时间的变化，使得在转向的情况下在转向齿条的设定点位置与实际位置之间出现的偏移在转回的情况下被再次校正。
另外，在所需的功率超过电动马达的最大功率的情况下可以提出增加存在于方向盘上并且阻碍方向盘旋转的扭矩。优选地，借助于反馈致动器来执行存在于方向盘上的扭矩的增加，该反馈致动器将与转向命令相反的反抗扭矩施加到连接至方向盘的转向轴中。
此外，提供了一种机动车辆的线控转向系统，其中，该转向系统包括：电子可控转向致动器，其借助于转向齿轮作用于转向轮；信号处理单元；反馈致动器，驾驶员可以经由方向盘将驾驶员对转向角的请求施加至反馈致动器，并且反馈致动器响应于驾驶员的请求和机动车辆的行驶状态将反馈信号输出至方向盘；用于传送信号的装置，其将驾驶员的请求传送至信号处理单元，其中，信号处理单元确定转向齿轮的设定点位置，并将转向齿轮的设定点位置以及作为实际值的转向齿条的实际位置或测量的轮转向角传送至控制单元，该控制单元致动转向致动器以将驾驶员的请求转换为转向轮的偏转。线控转向系统被配置成执行以上描述的方法。
下面参照附图更详细地说明本发明的两个优选实施方式。在附图中，相同或作用相同的部件具有相同的附图标记。在附图中：
图1：示出了线控转向系统的示意图，
图2：示出了在转弯期间机动车辆的平面图，
图3：示出了线控转向系统的控制器的框图，
图4：示出了线控转向系统的方向盘转向角和轮转向角的示意图，
图5：示出了在转向运动期间转向致动器的实际扭矩和设定点扭矩的时间分布的图，以及
图6：示出了在转向运动期间实际转向齿条位置和设定转向齿条位置以及在根据本发明的校正的情况下的实际转向齿条位置的时间分布的图。
图1示出了线控转向系统1。在转向轴上安装旋转角传感器(未示出)，该旋转角传感器感测通过使在本示例中实现为方向盘的转向输入装置3旋转而施加的方向盘转向角α。然而，旋转角传感器另外还可以感测转向扭矩。此外，反馈致动器4附接至转向轴2，所述反馈致动器4用于模拟道路60对方向盘3的反作用，并且从而向驾驶员提供关于车辆的转向行为和行驶行为的反馈。电动转向致动器5控制转向轮6的位置。转向致动器5经由转向齿条转向齿轮7例如带齿的转向齿条转向齿轮起作用，其中，转向齿条8经由球窝接头(未示出)与横拉杆9和其他部件间接作用于转向轮6。在也可以被称为信号处理单元10的控制单元中，根据测量的方向盘转向角α确定转向齿条的设定点位置Xd以及转向致动器的电动马达11的达到设定点位置所需的致动。
在图2中，示出了方向盘转向角α和轮转向角β。方向盘转向角α是由驾驶员施加至方向盘3的转向角。在正前方位置中，该角度为零度。相比之下，轮转向角β是车轮6偏转或枢转的角度。轮转向角β位于机动车辆的纵轴12与轮6的横轴之间，轮6的横轴相对于轮的旋转轴垂直。
图3示出了转向致动器5的控制操作。转向齿条8的设定点位置Xd是在信号处理单元10中根据在方向盘3处测量的方向盘转向角α确定。转向齿条8的确定的设定点位置Xd以及作为实际值X的转向齿条8的实际位置或者轮的枢转角(轮转向角)β的实际位置被传送至控制单元13。在示例中，提供车速V和/或被施加至方向盘的扭矩TTS和/或其他测量或计算的变量，作为可能的其他输入变量。控制单元13确定转向致动器5的电动马达11的致动扭矩T1作为设定变量。然后，基于该致动扭矩T1以在电驱动方面已知的方式确定被馈送至施加扭矩的电动马达11的相应的设定电流I。
与被控系统并行地设置有适应装置14，该适应装置14在闭环控制所需的转向功率超过转向致动器的最大功率的情况下影响致动扭矩T1。
在适应装置14中监测转向致动器5所需的功率。如果转向过程所需的功率超过可用的最大功率，则使转向致动器5以最大功率运行。在这种情况下，由于需要与可用功率相比较高的功率水平来达到设定点位置Xd，因此转向致动器5无法跟随转向齿条8的设定点位置Xd。反馈致动器4向转向轴2并且因此向方向盘3输出与旋转相反地定向的并且模拟驾驶员的转向系统的已知行为的反抗扭矩。在下文中，反抗扭矩也被简单地称为存在于方向盘处的扭矩。
提出用于在超过转向致动器5的最大功率时执行线控转向系统的闭环控制的两种方法。
第一方法提供了在方向盘3处的扭矩的增加以便达到转向致动器5的最大可用功率水平。出于该目的，适应装置14与反馈致动器4进行通信并且向反馈致动器4传递已经超过了转向致动器5的最大可用功率水平。反馈致动器4将与转向命令相反的增加的反抗扭矩施加到转向轴2中。因此，抑制驾驶员的转向运动使得可以防止转向齿条位置X与方向盘转向角α之间的偏移。
在第二方法中，在达到转向致动器的最大可用功率水平时，减小转向齿条8的设定点位置Xd随时间的变化。因此，使得转向齿条8的设定点位置Xd与实际位置X之间的偏差被允许。然而，在设定点位置与实际位置之间不会发生相移，即，转向齿条8不会滞后于设定点位置Xd。这被理解为意指在直向前行驶或方向盘3的中立位置中的情况下，转向齿条8的实际位置对应于转向齿条8的设定点位置Xd。特别地，当达到转向齿条位置的时间分布中的局部或全局最大值和最小值和/或拐点时，转向齿条8的实际位置也对应于转向齿条8的设定点位置Xd。因此可以防止转向齿条8的滞后。在这种情况下，驾驶员不会感觉到设定点位置与实际位置之间的偏差。为了限制设定点位置Xd随时间的变化，适应装置14具有智能的限制装置15。在这种情况下，优选地不适应反馈致动器4的转向感觉。限制装置15限制设定点位置Xd随时间的变化，使得在转向的情况下在转向齿条的设定点位置与实际位置之间出现的偏移在转回的情况下被再次校正。在最简单的情况下，在这个背景下，将请求的轮转向角与设定的轮转向角β之间的差相对于由驾驶员输入的方向盘转向角α进行比例转换，使得在车辆直向前行驶的情况下，这两个角度取值0。
图4示出了线控转向系统1的示意图，线控转向系统1具有方向盘3、反馈致动器4、作用于转向齿条8的转向致动器5和经由横拉杆连接至转向齿条8的可转向轮6。转向致动器5引起转向齿条8的平移运动。此处，转向齿条位置X随时间变化dX。转向齿条8的运动引起轮6枢转轮转向角β。
图5示出了以Nm为单位的转向致动器5的扭矩的时间分布。第一曲线16示出了针对转向致动器请求的扭矩(设定点扭矩T1)。第二曲线17示出了由转向致动器实际施加的扭矩(实际扭矩)。从转向致动器的最大功率水平开始，转向致动器不可以再使请求的设定点扭矩T1可用。因此，实际扭矩明显保持在设定点扭矩T1之后。
图6示出了转向齿条位置的时间分布。第一曲线18示出设定转向齿条位置Xd。第二曲线19示出实际转向齿条位置X。在方向盘的第二偏转处，转向致动器的电动马达无法施加达到设定点位置所需的功率水平。方向盘处的转向速度过高。只能在延迟的情况下达到设定转向齿条位置Xd。因此，转向齿条滞后于设定点位置。由于转向齿条的滞后被驾驶员感觉为破坏性的，因此这种状态是不期望的。因此，即使不再发生在方向盘处的转向运动，也会使轮例如进一步偏转。第三曲线20示出了在启用限制装置的情况下的实际转向齿条位置。第二偏转的最大值或转向齿条位置的最大值以及方向盘处的随后的中立位置将由设定转向齿条位置和适应的实际转向齿条位置同时达到。在最大值处，在此在设定点位置与实际位置之间存在偏移，该偏移在发生转回时再次被校正，使得两个曲线18、20在中立位置处具有其零相交。
同时应用第一方法和第二方法——即，既借助于反馈致动器作用在方向盘上，又借助于智能限制装置避免转向齿条的滞后——也可以是有利的。

Claims (8)

1.一种用于控制机动车辆的线控转向系统(1)的方法，所述线控转向系统(1)包括：转向致动器(5)，所述转向致动器(5)作用于转向轮(6)，根据驾驶员的转向请求被电子地控制并引起转向齿条(8)的平移运动以使所述转向轮(6)转向；以及反馈致动器(4)，所述反馈致动器(4)以回正扭矩的形式将道路(60)的反作用传送至方向盘(3)，其中，在信号处理单元(10)中基于方向盘转向角(α)确定所述转向齿条(8)的设定点位置(Xd)，并且将所述设定点位置(Xd)以及实际值(X)传送至控制单元(13)，所述转向齿条(8)的实际位置或测量的轮转向角(β)作为所述实际值(X)，所述控制单元(13)由此计算所述转向致动器(5)的电动马达(11)的设定点扭矩(T1)，其特征在于，所述方法还提供以下方法步骤：
·监测达到所确定的设定点位置(Xd)所需的所述电动马达(11)的功率；
·如果所需的功率超过所述电动马达(11)的最大功率，则使所述电动马达(11)以所述最大功率运行，并增加存在于所述方向盘(3)处且阻碍进一步旋转的回正扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于所述反馈致动器(4)来执行存在于所述方向盘(3)处的扭矩的增加，所述反馈致动器(4)将与转向命令相反的反抗扭矩施加到与所述方向盘(3)连接的转向轴(2)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定存在于所述方向盘(3)处的扭矩的增加的大小，使得能够减小所述方向盘转向角(α)与所述轮转向角(β)之间的偏移。
4.一种用于控制机动车辆的线控转向系统(1)的方法，所述线控转向系统(1)包括：转向致动器(5)，所述转向致动器(5)作用于转向轮(6)，根据驾驶员的转向请求被电子地控制并引起转向齿条(8)的平移运动以使所述转向轮(6)转向；以及反馈致动器(4)，所述反馈致动器(4)以回正扭矩的形式将道路(60)的反作用传送至方向盘(3)，其中，在信号处理单元(10)中基于方向盘转向角(α)确定所述转向齿条(8)的设定点位置(Xd)，并且将所述设定点位置(Xd)以及实际值(X)传送至控制单元(13)，所述转向齿条(8)的实际位置或测量的轮转向角(β)作为所述实际值(X)，所述控制单元(13)由此计算所述转向致动器(5)的电动马达(11)的设定点扭矩(T1)，其特征在于，所述方法还提供以下方法步骤：
·监测达到所确定的设定点位置(Xd)所需的所述电动马达(11)的功率水平；
·如果所需的功率水平超过所述电动马达(11)的最大功率，则使所述电动马达(11)以所述最大功率运行，并减小所述转向齿条(8)的设定点位置(Xd)随时间的变化，使得在所述方向盘(3)的中立位置处，所述转向齿条(8)的实际位置对应于所述转向齿条(8)的设定点位置(Xd)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制单元(13)具有限制装置(15)，所述限制装置(15)限制所述设定点位置(Xd)随时间的变化，使得在转向的情况下在所述转向齿条(8)的设定点位置与实际位置之间出现的偏移在转回的情况下被再次校正。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述方法还提供以下方法步骤：
如果所需的功率超过所述电动马达(11)的最大功率，则增加存在于所述方向盘(3)处且阻碍进一步旋转的回正扭矩。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，借助于所述反馈致动器(4)来执行存在于所述方向盘(3)处的扭矩的增加，所述反馈致动器(4)将与转向命令相反的反抗扭矩施加到与所述方向盘(3)连接的转向轴(2)。
8.一种机动车辆的线控转向系统(1)，包括：
-电子可控转向致动器(5)，其借助于转向齿条作用于转向轮(6)，
-信号处理单元(10)，
-反馈致动器(4)，驾驶员能够经由方向盘(3)将驾驶员对转向角的请求施加至所述反馈致动器(4)，并且所述反馈致动器(4)响应于所述驾驶员的请求和所述机动车辆的行驶状态将反馈信号输出至所述方向盘(3)，
-用于传送信号的装置，其将所述驾驶员的请求传送至所述信号处理单元(10)，
-其中，所述信号处理单元(10)确定所述转向齿条(8)的设定点位置(Xd)，并将所述转向齿条(8)的设定点位置(Xd)以及实际值(X)传送至控制单元(13)，所述转向齿条(8)的实际位置或测量的轮转向角(β)作为所述实际值(X)，所述控制单元(13)致动所述转向致动器(5)以将所述驾驶员的请求转换为所述转向轮(6)的偏转，其特征在于，所述线控转向系统(1)被配置成执行根据权利要求1至7中的一项所述的方法。
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