CN111819127A - 使用借助局部扭矩和/或力控制回路变透明的致动器的线控动力转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线控转向动力转向系统(1)，该系统包括下层机构(10)和上层机构(20)，下层机构(10)包括伺服电动机(11)和转向轮(12)，上层机构(20)包括方向盘(22)和辅助电动机(21)，下层机构(10)被以零力，通过下局部回路(30)进行闭合回路控制，下局部回路(30)包括反馈分支(32)，该反馈分支(32)测量或估计位于伺服电动机(11)下游以及转向轮(12)与接地(2)之间的触点(12C)上游的实际下游力(F10_actual)，以便使得伺服电动机(11)变透明，同时上层机构(20)以零扭矩，通过上局部回路(40)进行闭合回路控制，上局部回路(40)包括反馈分支(42)，该反馈分支(42)测量或估计位于辅助电动机(21)与方向盘(22)之间的实际驾驶员扭矩(T20_actual)，以便使得辅助电动机(21)变透明，下(30)和上(40)局部回路由单个整体控制器(50)控制。

Description

使用借助局部扭矩和/或力控制回路变透明的致动器的线控 动力转向系统

技术领域

本发明涉及用于车辆的动力转向系统的一般领域。

更具体地，本发明涉及所谓的“线控转向”动力转向系统，这些系统在一方面的包括转向轮的上层机构与另一方面的包括机械地作用在车辆的转向轮上，以改变转向轮的偏航方向(即转向角)的辅助电动机的下层机构之间没有任何机械传输装置。

背景技术

在这样的线控转向系统中，已知通过测量转向轮的角位置，然后借助与辅助电动机的电气链路限定并传送相应的设定点，来确保下层机构的位置方面的伺服控制，其中辅助电动机驱动所述下层机构，从而驱动转向轮以到达所需位置。

为了确保到转向轮的反馈，从而使驾驶员能够感知由转向操纵以及车轮与道路的接触在下层机构中引起的反作用力，在上层机构提供了第二电动机，该电动机被设计成可旋转地驱动转向轮。

尽管如此，已知的动力转向系统，特别是已知的线控转向系统，也往往具有一些缺点。

首先，一些机械现象尤其可能与下层机构或上层机构的惯性质量有关，或者与所述下层机构或上层机构内部的摩擦有关，可以使驾驶员在操纵过程中感到有些沉重。

然后，转向助力的存在可能使触觉驾驶感觉相对不真实，特别是没有如实地向驾驶员传送称为“道路感觉”的某些触觉信息，这种道路感觉直观地告知驾驶员有关车轮与地面之间的接触状态的信息，特别是有关道路涂层(沥青、碎石……)的性质以及车轮对地面的附着程度的信息。

在“线控转向”系统中，当转向轮和车轮之间没有机械联接时，这种感觉可能会特别不自然。

因此，本发明的目的旨在克服上述缺点，并提供一种新的动力转向系统，特别是结合轻巧的操纵性能和忠实的驾驶状况感受的新型线控转向系统。

发明内容

本发明的目的借助一种动力转向系统实现，所述动力转向系统包括称为“下层机构”的第一机构，所述第一机构包括辅助电动机以及转向轮，所述辅助电动机作用在所述转向轮上以在偏航中定向所述转向轮，所述下层机构因此限定下层运动链，所述下层运动链从所述辅助电动机一直延伸到称为接触部的所述转向轮的一部分，所述接触部旨在与地面接触，从而使所述辅助电动机产生的力和运动经由并沿着所述致动运动链传送到所述转向轮，所述动力转向系统还包括称为“上层机构”的第二机构，所述第二机构包括转向轮，并且与所述下层机构没有任何机械联接，以形成与所述致动运动链分开的上层运动链，或经由联接构件机械地联接到所述下层机构，以便从所述转向轮到所述联接构件形成辅助的上层运动链，所述上层运动链相对于所述致动运动链形成分叉，所述动力转向系统的特征在于，所述下层机构通过称为“下局部回路”的闭合回路被执行力方面的伺服控制，所述“下局部回路”包括称为“下回路输入分支”的输入分支，其允许限定称为“下回路输入力设定点”的输入力设定点；称为“下回路反馈分支”的反馈分支，其在位于所述致动运动链之上，所述控制运动链之外，所述辅助电动机的下游以及所述转向轮的所述接触部的上游的称为“下回路参考点”的参考点处测量或估计称为“实际下游力”的力，所述力在所述参考点处代表通过所述致动运动链在所述辅助电动机与所述转向轮之间传送的力，并且所述下回路反馈分支然后以反馈的形式将所述实际下游力施加到所述在下回路输入力设定点上，以形成下回路致动设定点，所述下回路致动设定点被应用于所述辅助电动机，以便使所述实际下游反馈力自动遵循所述下回路输入力设定点。

有利地，通过使用伺服控制局部回路，尤其是适合于以闭合回路和独立方式对下层机构进行伺服控制的下局部回路(当考虑从上游到下游的下层运动链时，包括能够在远离致动器的参考点(在此是指远离辅助电动机，因此距离车轮和地面之间的接触最近的参考点)处捕获信息(在这种情况下为力估计，优选地为力测量)的反馈分支)，允许所涉及的机构的致动器(在此是指驱动下层机构的辅助电动机)变透明，更一般地允许所述机构变透明。

本文中的透明性是指系统的能力，在此更具体地是指，当向所述系统施加很小的外力(或相应的外部扭矩)，所述系统因此通过所述外力的作用(相应地通过所述外部扭矩的作用)“脱离”，而不会受到任何实质阻力，从而以零力(或相应的零扭矩)对所述系统进行伺服控制时，由辅助电动机致动的下层机构开始运动的能力。

有利地，这样的透明系统因此能够以响应的方式操纵并且不产生沉重感。

具体地，诸如惯性现象或(干性和/或粘性)摩擦现象之类的现象可能会影响机构的操纵，但会“卡在回路中”，也就是说，它们会介入属于伺服控制闭合回路的致动链的一部分，该部分在此包括在辅助电动机(包含在内)与反馈分支收集力信息的参考点之间，因此上述现象具有影响，这些影响被回路的总体增益所分割，该总体增益具体包括反馈分支的增益，针对该增益，可以选择一个非常高的值。

因此，机构内部的所述惯性和摩擦现象被自动补偿，因此不会妨碍所述机构的操纵。

类似地，下层机构可以很好地感知外部负载，特别是车轮施加到道路上的外部负载，从而改善驾驶员恢复“道路感觉”的能力。

另外，力方面的伺服控制(或在适当的情况下，扭矩方面的伺服控制)的实施有利地赋予下层机构，以及更一般地赋予动力转向系统高灵敏度、准确性和响应性，其程度使得力方面的伺服控制监视，以及作用在力上，也就是说作用于运动的原因，而不是作用于作为所述运动的结果的位置。

此外，所建议的力方面的伺服控制允许忠实地捕获并重新传送到动力转向系统，尤其是将所有力变化(包括可能达到20Hz、25Hz、30Hz，甚至超过30Hz的快速变化，例如地面在车轮上施加的外力的变化，例如由于车辆在砾石型粗糙涂层上的循环而产生的这些变化)传送到转向轮。

因此，由转向系统获得和使用的实际下游力信号的这种丰富的频率内容使得驾驶员能够恢复特别精细和精确的道路感觉，这尤其使驾驶员能够很好地感知道路涂层的性质。

最后，本发明提供的布置有利地适合于管理线控转向型转向系统，在该转向系统中，如稍后将详细描述的，本发明允许一方面借助下局部回路单独地执行下层机构的力方面的独立伺服系统，另一方面借助远离下局部回路的上局部回路单独地执行上层机构(因此也包括转向轮)的扭矩方面的伺服控制，并且用能够通过产生两个输入设定点分量(分别为分别旨在用于下局部回路和上局部回路的力设定点分量和扭矩设定点分量)来创建所述局部回路之间的联接的全局控制器完成该架构。

因此，本发明允许创建线控转向系统，在该系统中，致动转向轮的上层机构(以及转向轮)和下层机构都以透明的方式起作用，从而赋予了操纵的轻便性和准确性，同时提供出色的驾驶感觉以及车轮与地面之间存在的非常好的接触交互感(道路感觉)。

附图说明

当阅读下面的描述以及使用出于说明性和非限制性的目的而提供的附图时，本发明的其他目的、特征和优点将更详细地呈现，其中：

图1根据示意图示出了以零力(或者通过等效地以零扭矩)进行局部回路伺服控制的机构的透明性的原理。

图2根据示意图示出了图1的透明机构在力(或在扭矩)方面的响应，以及因此在加速度方面的响应，以及在位移速度和位置方面的响应。

图3根据示意图示出了根据本发明的动力转向系统的示例。

具体实施方式

本发明涉及一种动力转向系统1。

所述动力转向系统1旨在用于车辆，特别是机动车辆，优选地是包括至少一个转向轮12的轮式机动车辆，转向轮12优选也可以是驱动轮。

以特别优选的方式，所述转向轮12是车辆的前轮。

如图3所示，所述动力转向系统1包括称为“下层机构”10的第一机构，其包括辅助电动机11以及转向轮12(更优选地为两个转向轮12，在这种情况下为一个左转向轮12L和一个右转向轮12R)，辅助电动机11作用在转向轮12上以在偏航中定向所述转向轮12。

因此，所述下层机构10允许将期望的转向角A12赋予转向轮12。

在这种情况下，优选地，下层机构因此形成动力机构，该动力机构旨在产生比驾驶员施加的手动力更大的力。

优选地，辅助电动机11是电动机，例如无刷电动机。

优选地，它由旋转电动机组成。

下层机构10限定了下层运动链L10，该下层运动链L10从辅助电动机11一直延伸到称为接触部12C的转向轮的一部分12C，所述接触部旨在与地面2接触，从而使辅助电动机11产生的力和运动经由并沿着所述下层运动链L10传送到转向轮12。

作为优选示例，下层机构10，并且更具体地是下层运动链L10，可以包括由辅助电动机11驱动的齿条13，并且齿条13的至少一个端部13L、13R联接到转向拉杆14，该转向拉杆又将力和位移传送到转向轮12。

优选地，齿条13在固定到车辆上的转向壳体3内安装并根据其纵轴平移地引导。

辅助电动机11可通过减速器15(或任何其他合适的机械联接构件，例如齿轮减速器15或滚珠丝杠减速器15)接合在所述齿条13上。

优选地，转向拉杆14将齿条13连接到可偏转的转向节16，转向节16又承载转向轮12。

根据一个可能的实施例，下层运动链L10因此可以从上游到下游包括，并且如图3所示：辅助电动机11、减速器15(或任何其他合适的机械联接构件)、齿条13(或位于减速器15与拉杆14之间的齿条13的至少一部分)、转向拉杆14、相应的转向节16，然后是由所述转向节16承载的转向轮12(至少是转向轮12的轮辋)。

通常，当沿着所述下层运动链L10远离致动器(这里是辅助电动机11)，以便接近与所考虑的机构10的外部环境相互作用的执行器(也就是说，在这里接近于转向轮12的接触部12C)时，下层运动链L10被认为是处于上升方向，从从上游到下游定向。

因此，辅助电动机11优选形成下层运动链L10的上游端，并且转向轮12的接触部12C形成所述下层运动链L10的下游端。

替代地，在不脱离本发明的范围的情况下，当然可以考虑较短的下层运动链L10，例如其中辅助电动机11可以经由减速器15直接作用在转向节16上，但不穿过齿条13，并且优选地既不通过齿条13也不通过转向拉杆14。

根据这样的变型，给定的辅助电动机11可以经由转向节16单独且直接地控制单个转向轮12的偏航定向。

仍然根据这种变型(但是该变型将包括(至少)两个转向轮12，通常是两个前转向轮)，可以将一个不同的辅助电动机11与所述转向轮12中每一个进行关联，也就是说，提供两个不同的辅助电动机11，这两个辅助电动机分别单独地控制有关转向轮12的偏航方向。

然而，为了便于描述，优选地参考动力转向系统1，其中下层机构10包括齿条13，该齿条13允许致动分别连接到所述齿条的端部13L、13R中的每一个的两个转向拉杆14，其中每个转向拉杆与转向节16和转向轮12相关联。

如图3所示，动力转向系统1还包括称为“上层机构”20的第二机构。

该上层机构20包括方向盘22。

方向盘22允许驾驶员能够操纵动力转向系统1并控制期望的转向角A12。

方向盘22还使驾驶员能够触摸地感觉到动力转向系统1的反应，并因此直观地推断出有关车辆的环境的信息(“道路感觉”)，更具体地，有关车辆循环所在地面2的性质的信息，以及有关转向轮12在地面2上的附着状况的信息。

当然，为了方便起见，参考“方向盘”22，同时要记住，出于相同的目的，可以使用除方向盘之外的任何合适的操纵装置，例如操纵杆。

因此，在此优选地，上层机构20对应于控制机构(与形成动力机构的下层机构相对照)。

根据一种可能的实现，上层机构20与下层机构10之间没有任何机械联接，从而形成与下层运动链L10分离的上层运动链L20。

在这方面，以特别优选的方式，动力转向系统1形成“线控转向”配置的动力转向系统，其在上层机构20与下层机构10之间没有任何机械联接。

在这样的线控转向系统中，方向盘22不接合在下层机构20上。

因此，方向盘22和转向轮12之间的联接，更一般地，上层机构20与下层机构10之间的功能联接，也就是说，允许将方向盘22的位置以及通过所述方向盘22恢复的触摸感觉与转向轮12的实际位置(下层机构10的位置)以及施加到所述转向轮12和下层机构10上的力进行关联的联接是通过电信号以虚拟方式(专有地)实现的。

替代地，上层机构20可以相反地经由联接构件4机械地联接到下层机构10，从而从方向盘22向上到所述联接构件4形成辅助的上层运动链L20，该上层运动链L20相对于下层运动链L10形成分叉L20B。

例如，联接构件4可以是小齿轮4的形式，该小齿轮啮合在齿条13上并且固定到由方向盘22驱动的转向柱5上。

根据一个可能的实施例，可以考虑使用离合器装置6，该离合器装置6选择性地允许将下层机构10机械地联接到上层机构20或与上层机构20机械地分离，从而能够选择以线控转向的方式(装置6处于脱离离合状态)或机械联接的方式(装置6处于离合状态)配置动力转向系统1。

特别地，可以提供一种动力转向系统1，该动力转向系统1被布置为以线控转向的方式正常地操作，但是尽管如此，其还具有被布置为在线控转向操作失败的情况下，再次将上层机构20机械地连接到下层机构10，更具体地说，再次将方向盘22连接到转向柱5，并且尤其是连接到齿条13的联接构件4作为备用装置。

相反，如上所述，可以提供完全没有任何联接构件4(以及完全没有接合在齿条13上的任何转向柱5)的“纯”线控转向动力转向系统1。

根据本发明，下层机构10通过称为“下局部回路”30的闭合回路进行力方面的伺服控制。

为了便于描述，可以将由下层机构10和操纵它的下局部回路30形成的集合称为“下层子系统”。

有利地，在力或以等效的扭矩方面的伺服控制的选择允许通过将期望的应力状态对准所述下层机构的参考点P10(也就是说，通过将借助下层运动链L10传送的力的大小对准所述参考点P10)来调节下层机构10的致动。

这种力方面的伺服控制允许检测和管理施加到下层机构10上的力，更具体地说，是地面2对转向轮12的反作用而产生并通过所述下层机构10沿着下层运动链L10传送的外力。

如上所述，通过具有基于力的伺服控制，即基于可以实时地立即感知到的下层机构10的运动而不是位移(位置变化)的原因(上述运动是施加力的结果，只有在以后才能察觉到，而且完成具有足够幅度的运动需要一定的延迟)，有利地获得具有特别迅速和准确的反作用力的伺服控制。

此外，这种伺服控制类型允许使下层机构10的致动器(即，辅助电动机11)变透明，更一般地说，使得下层机构10变透明，这将在后面详细描述。

下局部回路30包括称为“下回路输入分支”31的输入分支，其允许限定称为“下回路输入力设定点”F10_set的输入力设定点。

所述下局部回路30还包括称为“下回路反馈分支”的反馈分支32，其在称为“下回路参考点”P10的参考点处测量或估计称为“实际下游力”F10_actual的力。

实际下游力F10_actual在所述参考点P10代表通过下层运动链L10在辅助电动机11与转向轮12之间传送的力(或者相反，代表从转向轮12传送到辅助电动机11的力)。

实际上，该实际下游力F10_actual对应于在所考虑的时间处由下层机构10提供的力，以抵消(尤其是在维持给定转向角A12的情况下平衡，甚至在改变转向角A12的情况下，超过)由车辆的环境，尤其是由地面2施加到所述下层机构10上的称为“外力”F_ext的阻力。

实际上，所述外力F_ext基本上是由转向轮12的接触部12C与地面2之间的接触引起的，或者由所述转向轮12与存在于转向轮12的环境中的障碍物的接触引起的。

通常，实际下游力F10_actual可以对应于由相关的转向拉杆14施加到与所述拉杆14连接的齿条的端部13L、13R上的拉力或压缩力。

优选地，实际下游力F10_actual借助置于下回路参考点P10处的合适的力传感器17来测量。

例如，所述力传感器17可以包括应变仪，或者可以包括光弹性测量光学传感器。

优选地，如图3所示，可以使用两个力传感器17L、17R，即第一左侧力传感器17L，其允许测量由左转向拉杆14L(连接到左转向轮12L)施加到齿条13的左端13L上的力，以及第二右侧力传感器17R，其允许测量由相对的右转向拉杆14R(连接到右转向轮12R)施加到齿条13的相对的右端13R上的力。

在这种配置中，可以借助实际下游力计算单元70有利地根据同时在两个力传感器17L、17R中的每一个上执行的两次测量更准确地确定实际下游力F10_actual。

例如，实际下游力F10_actual可被视为由左侧力传感器17L测得的力F10_actual_L的值与由右侧力传感器17R测得的力F10_actual_R的值之和或差(取决于所捕获的信息的符号)。

应该注意，所述左F10_actual_L和右F10_actual_R力应该具有相反的符号，因为其中一根拉杆(动力转向系统1左转向时的左拉杆14L)处于压缩状态，而另一拉杆(左转向时的右拉杆)处于张紧状态。

根据本发明的实现的变型，代替由力传感器17执行实际下游力F10_actual的测量，可以使用由合适的算法提供的所述实际下游力F10_actual的估计，该算法被设计为在所考虑的参考点P10处提供对所述实际下游力的真实估计。

这样的算法允许根据已经在所述参考点10处执行的力测量之外的数据虚拟地估计下回路参考点P10处的力。因此，在适当的情况下，动力转向系统1可以在下回路参考点P10处不具有任何力传感器17。

例如，如果所使用的下回路参考点P10位于齿条13的端部13L处和/或转向拉杆14的高度，则此时可以使用拉杆处的力估计算法，如在申请人提交的申请WO-2016/005671中描述的。

这样，优选地通过使用力传感器17或几个力传感器17(优选地为两个力传感器17L、17R，齿条13的每一侧上具有一个传感器)来进行物理测量，而不是通过算法进行虚拟估计，以便获得根据本发明的系统的更好性能。

此外，无论实际下游力P10_actual是借助传感器17测量还是借助适当的算法评估的，下回路参考点P10都位于下层运动链L10上，以及位于上层运动链L20之外，辅助电动机11的下游以及转向轮12的接触部12C的上游。

实际上，应该选择参考点P10，使得在其中评估的实际下游力P10_set实际上代表通过下层运动链L10施加到转向轮12上的力。

在实践中，为了获得所述力的真实估计并提高下层机构10的透明性，优选地沿着下层运动链L10将下回路参考点P10放置在尽可能远的下游，距离致动器(辅助电动机11)最远，并且最靠近转向轮12，更具体地，最靠近接触区域12C，也就是说，最靠近区域，这里是指下层运动链L10的(下游)终端区域，其中车辆的外部环境对下层机构10施加外力F_ext。

因此，可以在下局部回路30中包括执行力设定点的执行器分支，这是下层运动链L10的尽可能长的一部分。

在这种情况下，下层运动链L10的一部分由此集成到下局部回路30上，也就是说“卡在回路中”，该部分从辅助电动机11延伸，辅助电动机11形成该层的上游输入点，在该层中，可以调节并向致动器(辅助电动机11)应用力设定点F10_set，F10_mot，直到形成回路的输出点的下游参考点P10，参考点P10位于辅助电动机的下游，以及位于由所述辅助电动机11驱动的执行器构件(具体是指齿条13)的一部分的下游。

在参考点P10层级上，通过辅助电动机11执行力设定点F10_set，F10_mot来监控在拉杆14和转向轮12上产生的实际效果。

更一般地，在参考点P10的层级上，监视由致动器(辅助电动机11)和系统1的环境的组合动作对下局部回路30外部的下层运动链L10的元件产生的影响，此时这些元件位于参考点P10的下游，超过包括在下局部回路30中的下层运动链L10的一部分。

优选并且具体地，如果下层运动链L10通过辅助电动机11与转向节16之间的中间构件，例如通过齿条13，则下回路参考点P10，并且更具体地为反馈分支32所使用的力传感器17不同于并且在物理上远离集成在辅助电动机11的轴上的可能的扭矩传感器。

类似地，下回路参考点P10，更具体地，由反馈分支32使用的力传感器17不同于并且在物理上远离将与方向盘22相关联的可能的方向盘扭矩传感器27，方向盘扭矩传感器27位于承载所述方向盘的转向柱上，其专门用于测量驾驶员施加到方向盘22上的扭矩T_driver。

根据本发明，下回路反馈分支32然后在下回路输入力设定点F10_set处以反馈的形式施加实际下游力F10_actual，从而形成下回路致动设定点F10_mot，该下回路致动设定点F10_mot被应用于辅助电动机11，因此实际的下游反馈力F10_actual自动遵循下回路输入力设定点F10_set。

因此，参考图3，优选地具有：

F10_mot＝F10_set-F10_actual

这里仅通过约定选择符号+(正)和-(负)以指示反馈分支32的校正效果。

如图3所示，下回路局部控制器33将下回路致动设定点F10_mot转换成应用于辅助电动机11的当前设定点。

优选地，此时下回路局部控制器33使用定律或映射图，该定律或映射图也可以取决于与车辆有关的参数，例如所述车辆的纵向速度、横向加速度、偏航速度等。

所述定律或映射图还可以取决于动力转向系统1特有的参数，尤其是下层子系统10、30特有的参数，例如辅助电动机11的转速、由辅助电动机11产生的扭矩、下层机构10的全部或部分组件的惯性质量等。

这些参数(与车辆和/或动力转向系统有关)在图3所示的动力转向系统1的相关输入上标记为“data”。

例如，所述参数“data”可以通过车载计算机网络，由车辆上的其他车载系统(例如电子稳定程序(ESP)或防抱死制动系统(ABS))提供给动力转向系统1。

优选地，根据可以独自构成本发明的特征，当考虑包括闭合的下局部回路30的动力转向系统1时，下局部回路30包括下回路输入分支31的子分支31A，所述子分支引入了表示具有零值的输入力设定点的下回路输入参考F10_ref，以便能够以零力对下局部回路30进行伺服控制：

F10_ref＝0

该具有零值(优选为常数)的输入参考F10_ref允许在下层机构10上，具体地说，在下局部回路30中捕获的下层运动链部分L10上赋予高透明性。

实际上，当下层机构10最初处于平衡状态时，改变作用在转向轮12上，更一般地作用在不包括在下局部回路30中的下层运动链L10的一部分上的外力F_ext，例如因为转向轮12撞到地面2上存在的障碍物，则所述外力F_ext的改变导致在参考点P10处改变实际下游力F10_actual的值，因此该值实际上在所考虑的时间偏离输入力设定点F10_set。

由于反馈分支32通过反映实际下游力F10_actual的变化来改变致动设定点F10_mot，因此通过下局部回路30以独立方式自动调节的辅助电动机11然后立即纠正其作用，这样，所述辅助电动机11，更一般地，包括在下局部回路30中的下层机构10中部分在外力F_ext的作用下脱离，不受任何阻力，以吸收所述外力F_exet的大小变化，从而使实际下游力F10_actual返回到期望的输入力设定点F10_set的值。

有利地，在下回路30的输入端31处缺乏另一(非零)力设定点分量的情况下，默认应用下回路输入参考F_ref，在此具有零值。

因此，在这种情况下，辅助电动机31被伺服控制，以将实际下游力F10_actual保持为零值或基本为零值。

因此，当外力F_ext趋于引起施加非零的实际下游力时，反馈分支32立即检测并传送实际下游力F10_actual的这种变化，以便产生致动设定点F_mot，当应用于辅助电动机11时，该致动设定点F_mot使后者能够作用在下层机构10上，以吸收外力F_ext的作用，从而使实际下游力F10_actual回到零。

因此，在实践中，辅助电动机11起反作用，以便不抵抗外力F_ext变化的任何阻力，相反，伴随外力F_ext的变化，以避免应力的产生，并且在这种情况下，避免出现或维持非零的实际下游力F10_actual。

因此，一旦将很小的外力F_ext施加到上面，下层机构10就在外力F_ext的作用下自发地沿着所需的方向移动。

除了具有零值的输入参考值F10_ref之外，当下回路输入设定点F10_set还借助输入分支31的第二子分支31B考虑称为“下回路力设定值动态分量”F10_dyn的力设定点的分量(一般允许反映驾驶员的操纵意图，更一般地，反映驾驶员对方向盘22的操作)时，适用相似的原理。

再次，当出现外力F_ext的变化(暂时使实际下游力F10_actual远离输入力设定点值F10_set，该值在平衡时等于动态分量F10_dyn(在所考虑的时间恒定)时，反馈分支32允许改变致动设定点F10_mot，使得辅助电动机11导致下层机构10脱离，并使实际下游力F10_actual返回到动态分量值F10_dyn。

因此，所述辅助电动机11不抵抗吸收外力F_ext的变化所必需且充足的下层机构10的位移的任何阻力，因此允许将实际下游力F10_actual与输入力设定点F10_set之差，即，此处的实际下游力F10_actual与力设定点动态分量F10_dyn之差保持为基本为零值。

在任何情况下，以零力进行伺服控制的下局部回路30因此允许以高响应性实时校正辅助电动机11的动作，使得所述辅助电动机11几乎对由外力F_ext的变化引起下层机构10的位移没有任何阻力，因此借助外力F_ext的变化促进所述下层机构10的脱离。

这种自我调节使下层机构10具有高透明性，特别是使所述下层机构10能够对外力F_ext的所有变化作出反应，从而对表征为“道路感觉”的转向轮12与地面之间的相互作用敏感，并以非常明显和可识别的方式恢复这种相互作用。

以零力执行的这种相同的自我调节还使驾驶员能够毫不费力地操纵动力转向系统1，尤其是不受下层机构的惯性或在下局部回路30中包括的下层机构10的一部分中出现的内部摩擦的干扰。。

为了便于表示，摩擦，具体是干性摩擦(库仑摩擦)F_dry、T_dry和粘性摩擦F_visc、T_visc(与所考虑的机构10的位移速度成比例，更具体地与齿条13的位移速度成比例)在图1和3中用摩擦垫表示。

应当注意，根据一种变型，可以将下回路输入参考F10_ref设置为非零偏移值，以便在下回路输入设定点F10_set中引入校正效果。

为了更好地理解本发明，将参考图1和2更详细地描述“透明性”的概念。

根据本发明，在图1和2中示出的所述透明性概念有利地应用于(或适用于)由辅助电动机11致动的下层机构10，或上层机构20，或者优选地，这两个机构10、20中的每一个。

为了方便起见，因此将参考所述机构10、20的组成元件。

图1示意了由表示为电动机11、21的致动器驱动的机构10、20。

所述机构10、20由称为“局部回路”30、40的闭合回路进行伺服控制。

伺服控制在力(用字母“F”标识)方面，或等效的扭矩(用字母“T”标识)方面执行。

为此，局部回路30、40包括用于限定输入设定点(力设定点或相应的扭矩设定点)的输入分支31、41，以及反馈分支32、42。

输入分支31、41在此允许限定代表零力(相应的零扭矩)的输入参考F10_ref、T20_ref，用于以零力(相应的零扭矩)执行伺服控制。

反馈分支32、42在机构10、20的参考点P10、P20处评估(例如，借助适当的算法)，或者优选地例如借助合适的力传感器17(相应的扭矩传感器27)测量实际力F10_actual(相应的实际扭矩T20_actual)。

由力传感器17(相应的扭矩传感器27)或评估算法施加的增益表示为“K”。

参考点P10、P20沿着运动链L10、L20位于致动器(电动机)11、21的下游，该运动链L10、L20将所述致动器11、21联接到执行器12、22，此处通常为转向轮12或方向盘22。

执行器12、22形成机构10、20与所述机构10、20的外部环境的(终端)接口，通过该接口，外部环境(此处通常为地面2或相应的车辆驾驶员)可以针对致动器(电动机)11、21将外力F_ext、相应的外扭矩T_ext施加到所述机构10、20上。

包括在局部回路30、40中的机构10、20的一部分，也就是说，从致动器(电动机)11、21一直延伸到参考点P10、P20的运动链L10、L20的上游部分的质量或等效的惯性矩表示为J1。

机构10、20的(剩余的)部分的质量或等效的惯性矩表示为J2，机构10、20的剩余部分位于局部回路30、40的外部，也就是说，位于运动链L10的下游部分，该下游部分从参考点P10、P20一直延伸到机构10、20与外部环境的(终端)接口，更具体地，一直延伸到与执行器12、22和外部环境(地面2，相应的驾驶员)的接触区域。

局部回路30、40的总增益表示为G_A。

为简单起见，所述总增益G_A在此以放置在反馈分支32、42上的唯一传递函数的形式表示。

当执行器12、22的运动是指旋转运动时，执行器12、22，这里更具体地为方向盘22的角位置、角速度和角加速度分别表示为为θ_J2、

和

类似地，关于平移运动，执行器12、22的线性位置、线性速度和线性加速度将分别表示为X_J2、

和

应当强调的是，在下层机构10包括齿条13的情况下，特别是在考虑齿条13以及将所述齿条13联接到转向节16的运动链部分L10的(相对)刚度的情况下，可以有利地将齿条13的位置、速度和加速度视为代表包括拉杆14、转向节16和转向轮12的下层机构10的下游部分的位置、速度和加速度。

施加到局部回路30、40中包括的机构10、20的(上游)部分上的粘性摩擦(与所考虑的机械构件的位移速度成比例)的力、相应的扭矩表示为F_visc、相应的T_visc。

施加到局部回路30、40中包括的机构10、20的(上游)部分上的干性摩擦的力或相应的扭矩表示为F_dry、相应的T_dry。

我们认为R₁＝T_visc+T_sec

《s》代表拉普拉斯变量。

参考图1的图，我们得到以下表达式：

如果选择足够高的总增益G_A或接近无穷大的总增益，则可以简化上面的表达式，从而在第一逼近时获得：

因此，机构10、20对施加外力F_ext、T_ext的反应，以及更具体地，位于局部回路30、40外部的机构10、20的(下游)部分的位移的反作用仅取决于局部回路30、40外部的所述下游部分的惯性J2。

从致动器(电动机)11、21一直延伸到参考点P10、P20的机构10、20的上游部分因此变得透明，因为它不会针对外力F_ext、T_ext的变化抵抗运动的任何阻力。

有利地，如图2所示，透明性使得机构10、20能够通过自发位移立即对外力F_ext、T_ext的施加做出反应。

特别地，外力阶跃F_ext、T_ext将无延迟地转换成加速阶跃，其与外力阶跃F_ext、T_ext成正比(根据惯性质量J2的乘积倒数)。

因此，将获得同样没有任何延迟的速度斜坡和位置修正二次曲线。

此外，以上给出的公式简化允许从等式中消除表达式R1，也就是说，自动补偿了局部回路30、40中包括的机构10、20的一部分内部的摩擦F_dry、T_dry、F_visc、T_visc的影响，因此使得所述摩擦不明显。

当考虑将此透明性原理应用于下局部回路30和由辅助电动机11致动的下层机构10时，我们获得：

其中：

X_rack是指齿条13的位置(此处为沿着转向壳体3平移的线性位置)；

J_rod表示位于参考点P10下游的下层机构10的一部分的惯性质量，更具体地，表示位于力传感器17下游的下层机构10的一部分的惯性质量。因此，J_rod可以表示由拉杆14、转向节16和转向轮12形成的子组件的惯性质量。

类似地，当考虑将透明性应用于通过闭合回路，对上层机构20进行扭矩方面的伺服控制的时，可以得到以下公式，其中除了方向盘22之外，上层机构20还包括辅助电动机21，该电动机被布置为致动上层机构20以将代表下层机构的反作用力的力恢复到方向盘22上：

其中：

θ_SW是指方向盘22的角位置；

T_driver是指驾驶员施加到方向盘22上的外部扭矩T_ext。

J_SW是指位于参考点P20下游的上层机构20的一部分的惯性矩，在这种情况下，该部分包括方向盘22，并且在适当情况下包括上面安装所述方向盘22的转向柱部分。

还应注意的是，不包括在局部回路30、40中的机构10、20的下游部分的惯性质量J2越小，机构10、20对运动的阻力就越小，因此，机构10、20对施加外力F_ext、T_ext的反应越好，也就是说，机构10、20的灵敏度越高，因此系统1恢复更好的道路感觉的能力就越强。

为了最小化所述惯性质量J2，如上所述，我们将寻求将机构10、20的最大可能部分包括在局部回路30、40中，从而将反馈分支32、42的参考点P10、P20放置在相应的运动链L10、L20的尽可能远的下游，以便在局部回路30、40中包括所述运动链L10、L20的最长的可能部分。

因此，我们将寻求正确地定位参考点P10、P20，更具体地说，正确地定位电动机11、21下游的力和/或扭矩传感器17、27。

因此，在下层机构10的情况下，我们将寻求将下回路参考点P10放置在辅助电动机11的下游，并且优选地，如果所述机构10包括用于联接到上层运动链L20、L20B的构件4，则沿着下层运动链L10放置在所述联接构件4的下游(下层运动链与上层运动链之间的分叉的下游)，最靠近转向轮12与地面2之间的接触区域12C。

因此，如果优选地，下层运动链L10包括由辅助电动机11驱动的齿条13，并且齿条13的至少一端13L、13R联接到转向拉杆14，转向拉杆14继而将力和位移传送到转向轮12，则用于测量或估计实际下游力F10_actual的下回路参考点P10优选地在所述转向轮12的方向上位于齿条13的下游，例如位于齿条的一端13L与转向拉杆14之间的接合处，位于转向拉杆14上，或者位于转向拉杆14的下游。

如上所述，如果选择了允许虚拟估计的算法，则所述下回路参考点P10在所述算法估计实际下游力F10_actual的层级上的一点处对应。

如果借助力传感器17物理地测量所述力，则所述参考点P10对应于所述力传感器17的物理位置。

顺便提及，无论下层机构10是否包括齿条13和/或一个(或几个)拉杆14，如果下层运动链L10包括承载转向轮12的转向节16，则用于测量或估计实际下游力F10_actual的下回路参考点P10可以有利地位于所述转向节16上。

转向节16具体化了所述转向轮12的定向轴，在此为偏航轴，据此可以改变所述转向轮12的转向角。

根据另一可能性，可以考虑将下回路参考点P10放置在转向轮12本身上，例如放置在转向轮的轮辋上，甚至放置在所述转向轮12的轮胎高度处，使其最靠近所述轮胎的滚动胎面，因此最靠近与地面2的接触区域12C。

根据可以独自构成本发明的优选特征，特别是根据下层机构10是否由如上所述通过闭合的下局部回路30进行伺服控制，除了方向盘22以外，上层机构20还包括辅助电动机21。

所述辅助电动机21不同于下层机构10的辅助电动机11。

特别地，这种分离允许创建专用于上层机构20的伺服控制回路40，该伺服控制回路40不同于下局部回路30，并且在适当的情况下，形成“线控转向”转向系统。

优选地，如图3所示，上层机构20可以通过称为“上局部回路”40的闭合回路来进行扭矩方面的伺服控制。

为了便于描述，可以将由上层机构2和操纵它的形成的集合称为“上层子系统”。

如上文具体地址参考下局部回路30所指示的，扭矩方面的伺服控制(就像力方面的伺服控制)允许赋予上层机构20响应性和透明性。

因此，方向盘22轻便且易于操控，因为它几乎不抵抗驾驶员施加的外部扭矩Text＝T_driver的“寄生”固有阻力(特别是没有与上层机构20的内部摩擦T_visc、T_dry或所述上层机构20的适当惯性质量相关的阻力)，同时能够将道路感觉精确而准确地传送给驾驶员。

上局部回路40包括称为“上回路输入分支”41的输入分支，其允许限定称为“上回路输入扭矩设定点”T20_set的输入扭矩设定点。

所述上局部回路40还包括称为“上回路反馈分支”42的反馈分支，其在位于辅助电机21与方向盘22之间(更具体地，位于辅助电动机21的下游与方向盘22的上游之间)的称为“上回路参考点”P20的参考点处测量或估计称为“实际驾驶员扭矩”T20_actual的扭矩，该扭矩在所述参考点P20处代表驾驶员经由方向盘22施加到上层机构20上的扭矩T_driver。

实际上，可以考虑T20_actual＝T_driver，并且T_driver为非零值，例如，当驾驶员主动作用在方向盘上以达到或保持所需的转向角时，或者考虑T_driver为零值，通常是在车辆沿直线行驶时。

优选地，上回路参考点P20紧邻方向盘22，例如位于承载所述方向盘22的转向柱部分上。

再次，可以考虑使用方向盘扭矩估计算法，根据其他参数虚拟地估计实际驾驶员扭矩T20_actual。

尽管如此，优选地，实际驾驶员扭矩T20_actual将由合适的扭矩传感器27测量，例如测量放置在转向柱上的扭杆的变形的扭矩电磁传感器。

所述扭矩传感器27的位置在物理上对应于上回路参考点P20。

应当强调的是，上回路参考点P20与下回路参考点P10是不同的，因此，在适当的情况下，在下局部回路30中使用的力传感器17不同于并且远离在上局部回路40中使用的扭矩传感器27。

因此，更一般地，上局部回路40和下局部回路30很好地分开，从而能够彼此独立地操作，尤其是能够以独立的方式各自独立地对其相应的致动器(电动机)11、21进行伺服控制。

有利地，在估计或测量了实际驾驶员扭矩T20_actual之后，上回路反馈分支42随后以反馈的形式将所述实际驾驶员扭矩T20_acutal施加到上回路输入力设定点T20_set上，以形成上回路致动设定点T20_mot，该上回路致动设定点T20_mot应用于辅助驱动器21，以便实际驾驶员扭矩T20_acutal(以及驾驶员扭矩T_driver)自动遵循上回路输入扭矩设定点T20_set。

应该强调的是，上局部回路40的特性、操作和优点可以有利地根据参考下局部回路30所描述的那些推断出，只是在细节上做出必要的修正。

实际上，我们在上局部回路40中发现了与下局部回路30相似的功能和优点。

因此，参考图3，优选地具有：

T20_mot＝T20_set-T20_actual

这里仅通过约定选择符号+(正)和-(负)以指示反馈分支42的校正效果。

如图3所示，优选地与下回路局部控制器33不同的上回路局部控制器43将上回路致动设定点T20_mot转换成应用于辅助电动机21的当前设定点。

优选地，此时上回路局部控制器43使用定律或映射图，该定律或映射图也可以取决于与车辆有关的参数“data”，例如纵向速度、横向加速度、偏航速度等和/或动力转向系统1特有的参数“data”，更具体地，上层子系统20、40特有的参数，例如辅助电动机21的转速、所述辅助电动机21产生的扭矩、上层机构20的全部或部分组件的惯性质量等。

优选地，上局部回路40包括上回路输入分支41的子分支41A，所述子分支引入了表示具有零值的输入扭矩设定点的上回路输入参考T20_ref，从而以零扭矩对上局部回路进行伺服控制。

因此，在这里，具有：T20_ref＝0。

如先前参考提供零力的伺服控制的下层机构10所指示的，上层机构20的零扭矩的伺服控制允许使所述上层机构20变透明，并提高其反应性和敏感性。

再次，零扭矩的伺服控制使得上层机构20不抵抗驾驶员对方向盘22的操纵的任何寄生阻力，同时忠实地在所述方向盘22中恢复道路和下层机构10的反作用。

应当强调的是，动力转向系统1的架构一方面包括下局部回路30，该局部回路用于对机械地作用于转向轮定向的下层机构10进行伺服控制，另一方面包括分离的上局部回路40，该局部回路用于对上层机构20进行伺服控制，该上层机构20允许驾驶员操纵并感受到车辆的操纵，该回路特别适于线控转向系统1。

优选地，如图3所示，动力转向系统1包括称为“全局控制器”50的控制器，其根据代表上层机构20的状况和下层机构20的状况的参数，单独地一方面产生应用于下局部回路30的下回路力设定点F10_dyn的动态分量，另一方面产生应用于上局部回路40的上回路扭矩设定点T20_dyn的动态分量。

实时地调整力设定点F10_dyn，相应的扭矩设定点T20_dyn的动态分量，以使动力转向系统1的反应适应所考虑的时间处的车辆使用寿命状况以及所考虑的时间处的驾驶员的动作(控制)，并因此根据预定的辅助定律管理转向辅助，该预定的辅助定律例如可以存储在全局控制器50内的图表中。

在线控转向型动力转向系统1的情况下，全局控制器有利地通过电信号确保关联到上层机构20的上局部回路40与关联到下层机构10的下局部回路30之间的虚拟联接。

在代表上层机构20的状况并且由全局控制器50使用的参数(特定于动力转向系统1)中，可以特别考虑方向盘22的角位置θ₂₂，和/或所述方向盘的角速度

在代表下层机构10的状况并且由全局控制器50使用的参数(特定于动力转向系统1)中，可以特别考虑辅助电动机11的轴的角位置θ₁₁和/或所述辅助电动机的角速度

此外，全局控制器50还可以考虑与车辆(以及动力转向系统1外部)有关的参数“data”，例如纵向速度、横向加速度、偏航速度等。

例如，全局控制器50可以根据这些不同参数的全部或部分确定基本设定点T_basic。

作为(非限制性)示例，全局控制器50可以使用计算定律确定基本设定点T_basic，该定律实际上对应于虚拟扭力杆：

其中：

Δθ＝θ₂₂-θ₁₁

k1是具有(扭转)弹性刚度的均匀增益，

k2是具有粘度的均匀增益，

这样，第一项k1*Δθ对应于扭转弹性变形扭矩分量，

而第二项

对应于耗散扭矩分量。

然而，不管用于计算基本设定点T_basic的定律如何，所述基本设定点T_basic均优选地分别通过第一子控制器51和第二子控制器52分别地转换成下回路力设定点动态分量F10_dyn和上回路扭矩设定点动态分量T20_dyn。

因此，全局控制器50形成公共核心，该公共核心在子控制器51、52的层级上分支，以便将动态设定点F10_dyn、T20_dyn分配给上局部回路40和下局部回路30中的每一个。

因此，总的来说，动力转向系统1，更具体地，线控转向系统1，优选地具有以下架构：该架构包括两个(闭合的)局部回路30、40(即专用于致动转向轮12的下层机构10的力伺服控制下局部回路30，以及专用于作用在方向盘22上的上层机构20的扭矩伺服控制上局部回路40)，所述局部回路30、40彼此联接，并且由(相同的)全局控制器50(其限定可分别由这些局部回路30、40中的每一个应用的扭矩T20_dyn和力F10_dyn动态设定点)控制。

有利地，根据本发明的动力转向系统1具体地允许通过以下方式实现线控转向：通过(优选地仅通过)全局控制器50将下层子系统10、30和上层子系统20、40进行关联，这些子系统彼此不同，并且每一个都能彼此独立地进行自我调节(相应的扭矩)。

更具体地，本发明涉及线控转向动力转向系统1，该系统包括：下层机构10和上层机构20，下层机构10包括辅助电动机11以及转向轮12，上层机构20包括方向盘22以及辅助电动机21，下层机构10通过下局部回路30在闭合回路上以零力进行伺服控制，下局部回路30包括反馈分支32，该反馈分支测量或估计位于辅助电动机11的下游以及转向轮12与地面2之间的接触12C的上游的实际下游力F10_actual，以使辅助电动机11变透明，而上层机构20通过上局部回路40在闭合回路上以零扭矩进行伺服控制，上局部回路40包括反馈分支42，该反馈分支测量或估计辅助电动机21与方向盘22之间的实际驾驶员扭矩T20_actual，以使辅助电动机21变透明，下局部回路30和上局部回路40优选地由同一全局控制器50控制。

优选地，如上所述，每个扭矩T20_dyn和力F10_dyn动态分量借助所考虑的局部回路30、40的第二输入子分支31B、41B完成由第一输入子分支31A、41A(不同于第二输入子分支31B、41B)提供的输入参考F10_ref、T20_ref。

因此，可以同时考虑零参考F10_ref、T20_ref(可实现零力/扭矩伺服控制)，以及反映转向系统1的主动操纵(通过驾驶员，或通过提供驾驶辅助的自动驾驶系统)的动态分量F10_dyn、T20_dyn。

因此，优选地，下回路输入力设定点F10_set源自代表零力的下回路输入参考F10_ref和来自全局控制器50、51的下回路力设定点F10_dyn的动态分量的代数和。

优选地，如图3所示，下回路输入力设定点F10_set源自代表零力的下回路输入参考F10_ref和来自全局控制器50、51的下回路力设定点F10_dyn的动态分量的代数和。

为此，可以借助求和块来组合第一输入子分支31A和第二输入子分支31B。

优选地，所述求和块还可以接收来自反馈分支32的实际下游力值F10_actual，该值将从输入力设定点F10_set中减去(根据所使用的符号约定)，以形成下回路致动设定点F10_mot。

应该注意，在缺乏下回路力设定点动态分量F10_dyn的情况下，或者如果所述动态分量F10_dyn为零，则下局部回路30将下层机构10伺服控制为输入参考值F10_ref，在此优选地为F10_ref＝0。

作为上述下回路输入力设定点F10_set的计算方式的替代或补充，上回路输入扭矩设定点T20_set优选地源自代表零扭矩的上回路输入参考T20_ref和来自全局控制器50、52的上回路扭矩设定点动态分量T20_dyn的组合。

更优选地，上回路输入扭矩设定点T20_set源自代表零扭矩的上回路输入参考T20_ref和来自全局控制器50、52的上回路扭矩设定点动态分量T20_dyn的代数和。

与已经关于下局部回路30所描述的类似，再次可以在上局部回路40的层级使用求和器来连接两个输入子分支41A、41B和反馈回路42。

根据本发明的优选可能性，在下局部回路30之外，还借助称为“前馈”60的功能，使用在下回路参考点P10处测量或估计实际下游力F10_act，作为确定上回路输入力设定点T20_set的分量和/或等效地作为确定或调整旨在应用于辅助电动机21的上回路致动设定点T20_mot的组件。

该“前馈”功能60不同于下回路反馈回路32和上回路反馈回路42，并且在图3中以虚线表示。

有利地，该前馈功能60允许将由施加到转向轮12和下层机构10上的外力F_ext的变化引起的道路感觉直接从下层机构10传送到上局部回路40，更具体地，传送到辅助电动机21，上述道路感觉在下回路参考点P10的层级被感知到，并且更具体地，被力传感器17感知到。

由此可以改善根据“前馈”功能60引起的设定点调整的影响，通过辅助电动机21的反应恢复的“道路感觉”。

根据可能的应用，前馈功能60可以被配置为不让预定频率范围通过，以加重落入该频率范围内的反应的感觉。

为此，例如可以使用在所述频率范围上具有放大增益的带通滤波器。

因此，假设认为由上层机构20、上局部回路40、下层机构10和下局部回路30形成的集合本质上不具有足够的动态性能来以令人满意的方式在给定的频率范围内恢复转向轮12与地面2之间的相互作用，则可以使用前馈功能60在该频率范围内放大由转向轮12与地面之间的相互作用产生的信号，以改善方向盘的感觉。

因此，前馈功能60允许更加精细地设置道路感觉。

根据另一可能的应用，作为先前内容的替代或补充，可以使用被配置为选择性地衰减或消除给定频率范围内的频率感觉的前馈功能60。

为此，通过前馈功能60，可以注入频率与应该中和的感知信号的频率相同，但是相对于所述感知的信号相位相反(相移180度)的信号。

作为示例，因此可以限制与转向轮12的平衡缺陷有关的不平衡现象的感知效应。

因此，在任何情况下，前馈功能60都有可能提供额外的精细设置。

这样，在由上层机构20、上局部回路40、下层机构10和下局部回路30形成的集合具有足够高的动力性的情况下，没必要使用前馈功能60。

此外，优选地，通过(从0Hz)延伸到至少达到20Hz，至少达到25Hz，至少达到30Hz，甚至超过30Hz的带宽，在下回路参考点P10处测量实际下游力F10_actual。

因此，力传感器17将产生具有极丰富的频率内容的有用信号，因此将包含很多有关外力F_ext的变化以及因此有关地面2与转向轮12之间的相互作用的状态的信息(特别准确)。

当然，下回路反馈分支32将能够以至少相等的带宽来传送所述信号，以便不丢失频率信息。

有利地，宽带宽赋予了动力转向系统1高触觉灵敏度，其程度使得，不管频率如何，即使频率很高，当道路涂层(地面2)作用在轮胎上(因此，作用在转向轮12和下层机构10上)时，其产生的外力F_ext也会引起干扰和变化，所述干扰和变化本身会立即引起注意，因此被再次传送到方向盘(通过全局控制器50和/或通过前馈功能60，然后通过上局部回路40和上层机构50)，这样为驾驶员提供了非常好的道路感觉；另外该程度使得对于在位置方面的伺服控制的情况下发生的状况，相反地滤除干扰，以保持稳定的转向位置。

当然，所有控制器50、51、52、33、43，以及更一般地，局部回路30、40的伺服控制结构，可以由任何合适的电子和/或计算机计算器来实现。

此外，本发明本身涵盖了配备有如前所述的动力转向系统1的车辆，尤其是机动车辆。

顺便提及，本发明不仅限于上述变型，本领域技术人员尤其能够自由地将前述特征之一隔离或组合在一起，或者用等同物替代它们。

Claims (12)

1.一种动力转向系统(1)，其包括称为“下层机构”(10)的第一机构，所述第一机构包括辅助电动机(11)以及转向轮(12)，所述辅助电动机(11)作用在所述转向轮上以在偏航中定向所述转向轮，所述下层机构(10)因此限定下层运动链(L10)，所述下层运动链从所述辅助电动机(11)一直延伸到称为“接触部”(12C)的所述转向轮的一部分，所述接触部旨在与地面(2)接触，从而使所述辅助电动机(11)产生的力和运动经由并沿着所述下层运动链(L10)传送到所述转向轮(12)，所述动力转向系统(1)还包括称为“上层机构”(20)的第二机构，所述第二机构包括方向盘(22)，并且与所述下层机构(10)没有任何机械联接，以形成与所述下层运动链(L10)分开的上层运动链(L20)，或经由联接构件(4)机械地联接到所述下层机构(10)，以便从所述方向盘(22)到所述联接构件形成辅助的上层运动链(L20)，所述辅助的上层运动链(L20)相对于所述下层运动链(L10)形成分叉(L20B)，所述动力转向系统(1)的特征在于，所述下层机构(10)通过称为“下局部回路”(30)的闭合回路被执行力的伺服控制，所述“下局部回路”(30)包括称为“下回路输入分支”(31)的输入分支，其允许限定称为“下回路输入力设定点”(F10_set)的输入力设定点；称为“下回路反馈分支”(32)的反馈分支，其在位于所述下层运动链(L10)之上、所述上层运动链(L20)之外、所述辅助电动机(11)的下游以及所述转向轮(12)的所述接触部(12C)的上游的称为“下回路参考点”(P10)的参考点处测量或估计称为“实际下游力”(F10_actual)的力，所述力在所述参考点(P10)处代表通过所述下层运动链(L10)在所述辅助电动机(11)与所述转向轮(12)之间传送的力，并且所述下回路反馈分支(32)然后以反馈的形式将所述实际下游力(F10_actual)施加到所述下回路输入力设定点(F10_set)上，以形成下回路致动设定点(F10_mot)，所述下回路致动设定点被应用于所述辅助电动机(11)，以便使实际下游反馈力(F10_actual)自动遵循所述下回路输入力设定点(F10_set)。

2.根据权利要求1所述的动力转向系统，其特征在于，所述下局部回路(30)包括所述下回路输入分支(31)的子分支(31A)，所述子分支引入了表示具有零值的输入力设定点的下回路输入参考(F10_ref)，以便能够以零力对所述下局部回路(30)进行伺服控制。

3.根据权利要求1或2所述的动力转向系统，其特征在于，所述下层运动链(L10)包括由所述辅助电动机(11)驱动的齿条(13)，并且所述齿条的至少一端(13L)与转向拉杆(14)相连，所述转向拉杆继而将力和位移传送到所述转向轮(12)，并且用于测量或估计所述实际下游力(F10_actual)的所述下回路参考点(P10)在所述转向轮(12)的方向上位于所述齿条(13)的下游，例如位于所述齿条的一端(13F)与所述转向拉杆(14)之间的接合处，位于所述转向拉杆(14)之上，或者位于所述转向拉杆(14)的下游。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的动力转向系统，其特征在于，所述下层运动链(L10)包括转向节(16)，所述转向节承载所述转向轮(12)并具体化所述转向轮的定向轴，并且用于测量或估计所述实际下游力(F10_actual)的所述下回路参考点(P10)位于所述转向节(16)上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的动力转向系统，其特征在于，它形成“线控转向”配置的动力转向系统，并且在所述上层机构(20)与所述下层机构(10)之间没有任何机械联接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的动力转向系统，其特征在于，除了所述方向盘(22)之外，所述上层机构(20)还包括与所述下层机构(10)的所述辅助电动机(11)不同的辅助电动机(21)，并且所述上层机构(20)通过称为“上局部回路”(40)的闭合回路被执行扭矩的伺服控制，所述上局部回路(40)包括称为“上回路输入分支”(41)的输入分支，其允许限定称为“上回路输入扭矩设定点”(T20_set)的输入扭矩设定点，以及称为“上回路反馈分支”(42)的反馈分支，其在位于所述辅助电动机(21)与所述方向盘(22)之间的称为“上回路参考点”(P20)的参考点处测量或估计称为“实际驾驶员扭矩”(T20_actual)的扭矩，所述扭矩在所述参考点处代表所述驾驶员经由所述方向盘(22)施加到所述上层机构(20)的扭矩(T_driver)，并且所述上回路反馈分支(42)然后以反馈的形式将所述实际驾驶员扭矩(T20_actual)施加到所述上回路输入力设定点(T20_set)上，以形成上回路致动设定点(T20_mot)，所述上回路致动设定点应用于所述辅助电动机(21)，以便使所述实际驾驶员扭矩(T20_actual)自动遵循所述上回路输入扭矩设定点(T20_set)。

7.根据权利要求6所述的动力转向系统，其特征在于，所述上局部回路(40)包括所述上回路输入分支的子分支(41A)，所述子分支引入了表示具有零值的输入扭矩设定点的上回路输入参考(T20_ref)，以便能够以零扭矩对所述上局部回路(40)进行伺服控制。

8.根据权利要求6或7所述的动力转向系统，其特征在于，包括称为“全局控制器”(50)的控制器，所述控制器根据代表所述上层机构(20)的状况和所述下层机构(10)的状况的参数，单独地一方面产生应用于下局部回路(30)的所述下回路力设定点(F10_dyn)的动态分量，另一方面产生应用于所述上局部回路(40)的所述上回路扭矩设定点(T20_dyn)的动态分量。

9.根据权利要求2和权利要求8所述的动力转向系统，其特征在于，所述下回路输入力设定点(F10_set)源自代表零力的所述下回路输入参考(F10_ref)和来自所述全局控制器(50)的所述下回路力设定点(F10_dyn)的动态分量的组合，优选地源自上述两者的代数和。

10.根据权利要求7和8所述的动力转向系统，其特征在于，所述上回路输入扭矩设定点(T20_set)源自代表零扭矩的所述上回路输入参考(T20_ref)和来自所述全局控制器(50)的所述上回路扭矩设定点(T20_dyn)的动态分量的组合，优选地源自上述两者的代数和。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的动力转向系统，其特征在于，在所述下局部回路(30)之外，还借助称为“前馈”(60)的功能使用在所述下回路参考点(P10)处测量或估计的所述实际下游力(F10_actual)，作为用于确定所述上回路输入力设定点(T20_set)的分量或作为用于确定或调整旨在应用于所述辅助电动机(21)的所述上回路致动设定点(T20_mot)的分量。

12.根据前述权利要求中任一项所述的动力转向系统，其特征在于，通过延伸到至少达到20Hz，至少达到25Hz，至少达到30Hz，甚至超过30Hz的带宽，在所述下回路参考点(P10)处测量所述实际下游力(F10_actual)。

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