CN112074449A - 用于控制车辆转向的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于控制车辆转向的方法和系统，其包括控制车辆转向系统(100)中与角度叠加促动器(140)串联的反馈扭矩促动器(130)，其中控制所述反馈扭矩促动器(130)使得实现目标反馈扭矩，且控制所述角度叠加促动器(140)使得实现目标叠加角度。反馈扭矩促动器(130)布置在所述角度叠加促动器(140)上面，即，朝向方向盘侧，且该方法包括如下步骤：控制所述角度叠加促动器(140)，使得提供可变转向比以及额外叠加角度；以及使用参考发生器来控制所述扭矩反馈促动器(130)，使得控制扭矩，使得实现目标转向感，导致在控制方向盘扭矩的同时控制角度叠加，由此实现目标叠加角度和良好的转向感。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序的特征的用于在转向系统中控制车辆转向的方法。
本发明还涉及一种具有权利要求15的第一部分的特征的用于控制车辆转向的系统。
背景技术
车辆转向由两个部分组成，即，分别为转向感控制(SFC)和转向位置控制(SPC)。对于转向感控制，主要内容是对驾驶员感觉的方向盘扭矩的控制，且在转向位置控制中，主要内容是对车轮角度的控制，且特别地对于前轮转向的车辆，是对前轴车轮角度的控制。
对于SPC，可能使用线控转向(SbW)或在方向盘角度与车轮角度之间某处引入δ角度(所谓的角度叠加促动器)。对于角度叠加促动器，两种构思(concept)主导硬件场景，即，行星齿轮和谐波传动装置。
对于SFC，液压动力辅助转向(HPAS)已广泛使用，且现在使用电动力辅助转向(EPAS)。为了在SFC中给驾驶员反馈，使用EPAS，且它在该文献中将被称为反馈扭矩促动器。
在例如DE102011003716(A1)中，角度叠加促动器安装在SFC促动器上面，即，朝向方向盘侧。对于那样做的一个原因是，角度叠加促动器然后在低扭矩侧(因为辅助在角度叠加促动器与车轮之间促动)。关于此类布置，有两个缺陷，即：
-因为角度叠加促动器中有惯性，使转向感变差，驾驶员将能够感觉到角度叠加促动器运动的结果。
-为了角度叠加促动器能够移动前车轮，方向盘需要握住不动或至少不能够随意移动。在车道保持辅助、自动驾驶或完全自主驱动的情况下，驾驶员不必握住方向盘，且因此车辆运动不能仅通过使用角度叠加促动器的控制来控制。
在例如US2010168964(A1)中，在角度叠加促动器下面有辅助促动器，且在角度叠加促动器上面有补偿扭矩促动器。使用该补偿扭矩促动器来减小角度叠加促动器的加速度的影响，且因此减小对使角度叠加促动器的部分加速的惯性影响的影响。然而，除那之外，补偿扭矩促动器不影响转向感。它仅减小角度叠加促动器的负面影响。
在US2010168964(A1)中，有两个促动器给驾驶员辅助，一个辅助促动器和一个补偿扭矩促动器。由于需要两个促动器来用于提供转向辅助，这是复杂的布置，其还导致昂贵的解决方案，另外其空间需求高。
用于SFC和SPC的当前技术水平的转向系统遭受上述问题。
发明内容
因此本发明的目标是提供通过其来克服上述问题和缺点中一个或多个的方法和系统。
因此，提供分别如最初提到的方法和系统，其具有相应独立权利要求的特性特征。
有利的实施例由相应的所附从属权利要求给出，且在随后的详细描述中描述。
特别地，为了解决具有良好反馈、良好响应和可控性(以用于例如可变传动比和主动安全功能)的问题，特别地基于以下原理，提出新的系统设计和新的控制：
-在反馈辅助促动器下面使用角度叠加促动器，以及
-给驾驶员无干扰的转向反馈，且因此没有来自道路或角度叠加促动器的干扰。
将了解的是，在不脱离如由所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，本发明的特征易于以任何组合来组合。
附图说明
在下文中将以非限制性的方式且参考附图来进一步描述本发明，在附图中：
图1示意性地示出根据第一示例性实施例的带有反馈扭矩促动器和角度叠加促动器的转向系统，
图2示意性地示出带有反馈扭矩促动器、角度叠加促动器和液压辅助促动器的转向系统的第二示例性实施例，且
图3示意性地示出用于反馈扭矩促动器和角度叠加促动器的控制的控制图。
具体实施方式
图1和图2示出根据本发明的示例性实施例的系统的构件。
出于本发明的目的，且为便于其理解，给出以下定义，在有利实施例的详细描述中将依赖该定义：
车辆转向由两个部分组成，即，分别为转向感控制(SFC)和转向位置控制(SPC)。对于转向感控制，主要内容是对驾驶员感觉的方向盘扭矩的控制，且在转向位置控制中，主要内容是对车轮角度的控制，且特别地对于前轮转向的车辆，是对前轴车轮角度的控制，这里被称为转向角(见下面的定义)。
转向角是转向系统中影响车辆横向加速度或曲率的角度，其在转向系统中某处测量，其中此类转向角可为：
-前轮角度，且在对于例如Ackermann转向的情况下，转向角限定为两个前轮的角度的平均值。
-铰接式车辆的铰接角度。
-在后轮转向车辆的情况下，后轮转向角。
-在全轮转向车辆的情况下，前轮角度和后轮角度的组合。
转向位置促动器是可用于SPC(即，影响转向促动器状态中的一个或多个，诸如后轮转向角、轮的各个转向角、轴制动扭矩或力、轮制动扭矩或力、各个轴上的传动扭矩或力、各个轮上的传动扭矩或力、每个轴上的外倾角或每个轮上的外倾角)的促动器。在前轮转向的情况下，转向位置促动器是可用来影响转向角的促动器。
特定类型的转向位置促动器是角度叠加促动器。角度叠加促动器是用来在转向柱中某处实现相对角度的促动器。两种硬件构思主导角度叠加促动器场景，即，行星齿轮(诸如在关于“前主动转向”的BMW构思中)和谐波传动装置(诸如在Audi可变转向传动比中)。
状态限定为平移或旋转位置、速度或加速度，或从这些前述状态得到的状态，诸如例如车辆滑移角，其为车辆局部x轴线与车辆速度矢量之间的角度。
对于SFC，液压动力辅助转向(HPAS)已广泛使用，且现在使用电动力辅助转向(EPAS)。为了在SFC中给驾驶员反馈，使用EPAS，且它在该文献中将被称为反馈扭矩促动器。
重型车辆和农业车辆(诸如例如拖拉机)需要高的转向辅助水平。因此，现今的辅助促动器主要是液压辅助传动的(因为液压具有高动力密度的事实)。那意味着，如果某人想要比标准液压辅助阀更高的可控性(导致)来用于诸如例如车道保持辅助(LKA)的功能，可能在HPAS促动器上面(即，朝向方向盘侧)添加EPAS促动器。因此，对于农业设备和重型车辆，现在出现HPAS和EPAS的组合，其中EPAS安装在HPAS系统的方向盘侧。使用HPAS促动器来实现扭矩减小、辅助，且因此被称为液压辅助促动器。
促动器是机械操作或由ECU操作的机构或系统，且将能源(典型为电流、液压流体压力或气动压力)转换为运动、力或扭矩。
可变传动比(VGR)或可变转向传动比是控制角度叠加促动器的功能，使得方向盘与车轮之间的比遵循速度相关的函数。通过以此类方式控制角度叠加促动器，可使转向响应是车辆速度相关的。
还有其它功能(诸如例如安全功能)可受益于角度叠加促动器。此类安全功能例如是转向过度的补偿(其中控制转向角，使得通过反向转向来减小转向过度)或转向不足的补偿(其中该功能控制转向角，使得以最佳方式使用轮胎对道路的摩擦，减小要不然过大的转向角)。通过转向角控制的这些示例，方向盘不必需要移动，因为角度叠加促动器在不移动方向盘角度的情况下添加移动转向角所必需的角度。
扭杆扭矩是通过使用对安装在转向柱中某处的特定扭杆的扭转敏感的传感器来测量的扭矩。
方向盘扭矩是由驾驶员施加到方向盘的扭矩。该方向盘扭矩通常通过扭杆扭矩来近似。
驾驶员扭矩等于方向盘扭矩。
信号总线是其上可读取和/或传输信号的传输路径。
输入信号例如可为在方向盘与轮之间某处测量的由驾驶员经由方向盘施加的扭矩的测量值，或从该量得到的信号。
ECU是电控单元，该电控单元用来读取模拟传感器信号和数字信号(其可经例如信号总线过来)，执行任何类型的计算，诸如例如执行控制任务和促动促动器(经由发送的模拟或数字信号，或通过从马达控制级直接控制例如电动马达)。
可控性描述外部输入在有限的时间间隔内使系统的内部状态(实际值)从任何初始状态移动到任意其它最终状态(目标值)的能力，从而最大限度地减小目标值与实际值之间的差(即，控制误差)。
横向加速度反馈扭矩是由驾驶员感觉到的与车辆的横向加速度对应的扭矩。
横向加速度扭矩根据车辆模型来计算，该车辆模型使用车辆速度和转向角作为输入，且给出横向加速度作为输出。横向加速度反馈是根据车辆模型计算的横向加速度的函数。
轮胎摩擦扭矩是轮胎与道路之间的摩擦或该摩擦的模型。
轮胎摩擦扭矩的数学模型是角度或角速度传动滞后的模型。轮胎的数学模型还包含松弛部分，使得在轮胎滚动时，滞后扭矩将具有松弛长度使得滞后扭矩随轮胎的滚动长度来减小。松弛优选地可为众所周知的半衰期指数衰减函数。轮胎摩擦的模型是滞后和松弛的组合，使得例如由于滞后扭矩造成的增加可在由于松弛造成的扭矩减小的同时发生。所得到的扭矩的模型是两个部分的总和。
转向系统摩擦或摩擦扭矩是转向系统的连杆的部分的摩擦或该摩擦的模型。
转向系统摩擦扭矩的数学模型是角度或角速度传动滞后的模型。滞后中的最大扭矩可通过函数来调整(shaped)，使得与偏离中心处相比，中心处的最大扭矩是不同的。
由于轮胎和转向系统的阻尼或该阻尼的模型，出现阻尼扭矩。
阻尼扭矩的数学模型由某一阻尼常数乘以角速度或平移速度(诸如例如在车轮与方向盘之间的连杆中某处测量的齿条速度)组成。阻尼常数可使得阻尼具有放泄(blow-off)，使得对于大的角速度或平移速度，阻尼常数减小。阻尼常数可为车辆速度相关的，以及对于向外转向与向内转向相比是不同的。阻尼常数还可为方向盘或扭杆扭矩的函数。
回正扭矩来自转向系统的几何形状或转向系统的模型。
回正扭矩是车辆速度相关且方向盘角度相关的扭矩。
这些扭矩作用都可为车辆速度相关的。扭矩作用还可经由数学模型来计算或经由车辆或转向系统中的传感器来感测。
补偿扭矩是上述轮胎摩擦扭矩、摩擦扭矩、阻尼扭矩和回正扭矩的总和。补偿扭矩的部分根据不同扭矩部分的数学模型来计算。
对于转向感的参考发生器构思是其中首先计算参考值或目标值且然后控制转向辅助来最大限度地减小目标值与对应测量值之间误差的闭环控制方法。对于转向的参考发生器构思可有两种，即，扭矩参考发生器构思和角度参考发生器构思。
扭矩参考发生器是其中在参考发生器中计算目标方向盘扭矩且然后(通过使用闭环控制)使用该参考方向盘扭矩来控制对该参考扭矩的反馈扭矩促动器的转向感控制构思。
目标方向盘扭矩是横向加速度反馈扭矩、上述轮胎摩擦扭矩、摩擦扭矩、阻尼扭矩和回正扭矩的总和。
角度参考发生器是其中在参考发生器中计算目标辅助促动器角度且然后使用该参考反馈扭矩促动器角度来控制对该参考角度的反馈扭矩促动器的转向感控制构思。
在角度参考发生器中，目标转向角基于目标方向盘扭矩的公式，其中目标方向盘扭矩是横向加速度反馈扭矩、上述轮胎摩擦扭矩、摩擦扭矩、阻尼扭矩和回正扭矩的总和。如果在该公式中目标方向盘扭矩改变成所感测或估计的驾驶员扭矩，转向角可从该转向角相关的公式得出。该得到的转向角是角度参考发生器的目标转向角。
目标方向盘扭矩的部分根据不同扭矩部分的数学模型来计算。
目标方向盘角度可根据转向感的公式(其中扭杆扭矩应等于如上面描述的目标方向盘扭矩)来计算。现在，根据该公式，可计算目标方向盘角度。
目标方向盘角度的部分根据不同扭矩部分的数学模型来计算。
车辆状态控制器限定为用于以受控方式在车辆中实现目标状态的动态函数。即，以受控方式最大限度地减小目标状态与实际状态之间的差(即，控制误差)。
PID控制器为比例-积分-微分控制器，其为在工业控制系统和需要连续调节控制的多种其它应用中广泛使用的控制环反馈机构。PID控制器连续计算误差值e(t)作为目标值与测量过程值之间的差，且基于比例项、积分项和微分项(分别表示为P、I和D)来施加校正，其使控制器以它们来命名。实际上，它自动对控制功能施加准确且响应的校正。日常的示例是道路车辆上的巡航控制；其中外部影响(诸如斜度)将引起速度改变，且驾驶员具有改变期望设定速度的能力。PID算法通过控制车辆发动机的动力输出来使实际速度以最佳方式(没有延迟或超调)恢复到期望速度。PID控制器(PID控制器的I部分)有时可遭受积分饱卷。
积分饱卷(也被称为积分器饱卷或复位饱卷)指的是在PID反馈控制器中的如下情况：其中目标值上出现大的改变(假定为正向改变)且积分项在上升(饱卷)期间积累显著的误差，因此超调且在该积累的误差去饱卷(由另一方向上的误差所抵消)时继续增加。特定的问题是过度的超调。
反饱卷是用于针对积分饱卷问题的成套解决方案的用语。该问题可通过下者来解决：
-将控制器积分初始化成期望值(例如，问题之前的值)。
-以合适的斜率增加目标值。
-停用积分函数，直到要控制的过程变量进入可控区域。
-防止积分项积累高于或低于预定界限。
-反算积分项以将过程输出限制在可行界限内。
车辆状态促动器是在促动时影响一个或若干个车辆状态的促动器。车辆状态促动器是制动器、发动机、可控四轮驱动离合器、可控差速器、主动阻尼器、电动或液压轮马达以及电动或液压从动轴。
目标值、参考值或请求是通过使用闭环控制器和/或前馈控制器来实现的对于促动器的设定点。
车辆模型是将车轮角度和车辆速度变换成多个车辆偏转和/或横向状态(即，车辆偏转率和加速度、车辆横向速度和加速度以及车身侧滑角)的数学模型。
变换限定为数学函数或查找表，其中使用一个输入值来产生一个输出值。那意味着可使用变换以其可调参数来产生输入值与输出值之间带有任意可调形状的关系。变换可具有时变的参数，该参数甚至取决于其它值(所谓的增益调度(scheduling))，使得变换是其中参数本身是函数的函数。此类变换的示例是车辆状态与驾驶员扭矩的关系，其中该关系是车辆速度相关的连续上升、下降形状的函数。
方向盘扭矩测量值是转向柱或方向盘中测量的扭矩，或转向齿条中测量的力乘以转向齿条与方向盘之间的扭矩比。
这里转向角指的是方向盘与车轮之间的任何角度乘以角度自由度与方向盘角度自由度之间的比。它还可为齿条位置乘以其在齿条平移自由度与方向盘角度自由度之间的比。
图1是转向系统100的示意图。前轴车轮127与角度叠加促动器140之间有连杆。连杆由带有相关联拉杆125的转向齿条124组成，转向齿条124经由小齿轮122连接到角度叠加促动器140。角度叠加促动器140由行星齿轮或谐波传动装置、叠加角度测量传感器和ECU组成。转向柱结合扭杆128，扭杆128带有扭矩传感器，该扭矩传感器用于测量反馈扭矩促动器130上面(即，朝向方向盘侧)的转向扭矩。反馈扭矩由反馈扭矩促动器130促动，反馈扭矩促动器130由辅助马达和ECU组成。驾驶员在方向盘120中施加驾驶员扭矩T D 。在反馈扭矩促动器130与角度叠加促动器140之间，有柱轴135。
图2是转向系统100'的备选实施例的示意图。前轴车轮127与角度叠加促动器140之间有连杆。连杆由带有相关联拉杆125的转向齿条124组成，转向齿条124经由小齿轮122连接到液压辅助促动器145，液压辅助促动器145由液压辅助转向齿条(或在拖拉机或构造设备中Orbitrol阀或基于Pitman臂的转向系统的情况下的类似物)组成。在液压辅助促动器145与反馈扭矩促动器130之间，有角度叠加促动器140。角度叠加促动器140由行星齿轮或谐波传动装置、叠加角度测量传感器和ECU组成。转向柱结合扭杆128，扭杆128带有扭矩传感器，该扭矩传感器用于测量反馈扭矩促动器130上面(即，朝向方向盘侧)的转向扭矩。反馈扭矩由反馈扭矩促动器130促动，反馈扭矩促动器130由辅助马达和ECU组成。驾驶员在方向盘120中施加驾驶员扭矩T D 。在反馈扭矩促动器130、角度叠加促动器140与液压辅助促动器145之间，有柱轴135。
图3是用于角度叠加促动器控制(路径A)和反馈扭矩促动器控制(路径B)的控制的控制图。车辆390(带有其若干子系统)每次具有多个状态，其中状态限定为平移或旋转位置、速度或加速度，或者力或扭矩。这些状态由虚线305示意性地表示。车辆390配备有用于直接或间接测量车辆状态的一系列传感器310。可使用若干传感器，诸如，扭杆扭矩传感器、方向盘角度传感器、车辆轮速度传感器、车辆偏转率传感器、车辆横向加速度传感器，或车辆速度和旋转速度的组。通过使用信号总线315将车辆状态305的感测或测量值传送到控制步骤，其中信号总线是其上可读取和/或传输信号的传输路径。对于车辆390的控制，有两个控制路径(A和B)，即，由310-320-330-340-345-350-360-390所指示的角度叠加促动器控制(路径A)和由310-320-370-380-390所指示的反馈扭矩促动器控制(路径B)。
本发明提供分别用于控制转向系统100中的反馈扭矩促动器130和角度叠加促动器140的系统和方法，其中这两个促动器布置成使得反馈扭矩促动器130最接近于方向盘以及角度叠加促动器140在反馈扭矩促动器与车轮之间某处，且它基于如下事实：它结合用于转向角控制的多个步骤和用于反馈扭矩控制的多个步骤。
在第一实施例中，角度叠加促动器的控制结合以下步骤：
1. 借助于传感器310来测量至少一个输入信号。优选地需要以下信号：
车辆速度根据通过使用标准轮速度传感器(所谓的ABS传感器)或传动轴速度传感器所实现的信息来计算。在轮速度传感器的情况下，车辆速度可根据非从动轴的轮速度作为平均值来计算，或在全轮驱动的情况下，需要更先进但为本领域技术人员众所周知的方法。在传动轴速度传感器的情况下，车辆速度简单地为传动轴速度乘以传动轴与轮速度之间的比。在使用比轮胎对道路的摩擦可得的更大的动力的情况下，此类基于传动轴速度的车辆速度应补偿轮的滑转。
为了计算角度叠加促动器上的角度以及角度叠加促动器下面或上面的角度中的一个，下面三个角度中的两个需要借助于传感器来测量。因为角度叠加促动器上的角度是上面的角度(即，方向盘角度)与下面的角度(即，转向角)之间的差，未测量的那一个可根据另两个来计算。
通过使用位于转向柱中某处的角度传感器在角度叠加促动器下面(即，在朝向车轮的方向上)某处测量转向角，或如果角度传感器位于转向系统中别处，应通过使用传感器位置与柱之间的比将它转化到转向柱坐标系。它还可通过使用转向齿条中的位置传感器乘以与转向柱的比来测量。
角度叠加促动器通过使用传感器来测量，该传感器定位成使得它可感测角度叠加促动器上的相对角度。
通过使用角度传感器在角度叠加促动器上面(即，在朝向方向盘的方向上)某处测量方向盘角度。
2. 通过使用前述传感器信号来计算320转向角或方向盘角度、叠加角度和车辆速度。
3. 计算方向盘与车轮330之间的目标比(所谓的可变传动比)。
4. 根据所述可变传动比，计算目标叠加角度340，使得用该叠加角度和当前的方向盘角度或转向角，实现目标传动比。
5. 通过使用控制器来控制实际叠加角度360，使得最大限度地减小目标叠加角度与实际叠加角度之间的偏差。
在关于角度叠加促动器的控制的第二变型中，从安全功能350(诸如例如转向过度的补偿或转向不足的补偿功能或可用于实现本发明范围外的额外叠加角度的任何其它安全功能)接收额外叠加角度。目标叠加角度然后为来自可变传动比的目标叠加角度和来自所述主动安全功能的额外叠加角度的总和345。且再者，应通过使用控制器来控制角度叠加促动器，使得最大限度地减小目标叠加角度与测量的叠加角度之间的偏差。
在该实施例中，反馈扭矩促动器的控制结合以下步骤：
1. 借助于传感器310来测量至少一个输入信号。优选地需要以下信号：
车辆速度(如上面描述的)。
转向角(如上面描述的)。
2. 通过使用前述传感器，计算320转向角和车辆速度。
3. 在本发明的该实施例中的第三步中，使用转向角和车辆速度来实现目标方向盘扭矩370。如该节中较早限定的目标方向盘扭矩使用数学模型来计算。
作为根据本发明的方法的示例，目标方向盘扭矩包括以下扭矩作用中的一个或多个：横向加速度反馈扭矩、转向系统摩擦扭矩、轮胎摩擦扭矩、阻尼扭矩和方向盘自对准扭矩。
4. 经由闭环电流控制来控制所提到的反馈扭矩促动器，以实现所述目标方向盘扭矩380。这里，首先将目标方向盘扭矩变换成目标马达电流，且将该目标马达电流与实际马达电流比较，其中两者之间的差将形成控制误差。然后使用控制器来最大限度地减小该控制误差，以实现目标电流且因此实现目标方向盘扭矩。
以该方式，在没有任何干扰的情况下实现目标方向盘扭矩，同时实现目标叠加角度。
轮胎摩擦扭矩考虑轮角度、轮角度历史、车辆位置和车辆速度，其在车辆速度低的情况下是重要的(由于轮胎接触比轮胎扭转在高速下改变得更快)。转向系统摩擦扭矩考虑如下事实：为了使驾驶员能够靠置，转向系统需要具有一定的摩擦，使得整个转向扭矩不必由驾驶员给出。还需要一定的滞后，使得不感觉车是“摇晃的”或“难控制的”。阻尼扭矩提供转向角的重要阻尼且从而提供车辆响应。直线向前驱动时和转弯时向外或向内的不同阻尼可为优选的，使得阻尼将匹配扭矩水平和斜度。方向盘自对准扭矩意味着方向盘以如此低以至于没有偏转和/或横向车辆状态反馈的速度还返回到直线向前的位置。方向盘自对准扭矩可为插值表或软件函数。
作为根据本发明的方法的示例，目标方向盘扭矩是以下变量中的一个或多个的函数：车辆速度、转向角、转向角速度和/或转向角加速度。
以该方式，目标方向盘扭矩中包括的参数可在车辆状态中有期望的改变的情况下评估。
在第三实施例中，在角度叠加促动器辅助促动器下面有液压动力辅助转向(HPAS)促动器。这之后是此类型的辅助促动器的列表：
-在Orbitrol阀的情况下，转向部件与方向盘之间没有直接的机械连接。
-在电促动或机械促动的液压阀的情况下，诸如例如4/3比例阀或3/3比例阀的组合。
-实现与上面描述的两个示例相同结果的其它阀组合。
液压动力辅助促动器的所有这些示例可与所有其它实施例组合来构建整套的组合实施例。
为了描述上述实施例的优点，需要解释(在一方面)以实现一定的辅助为目标的控制与实现给驾驶员一定的反馈的控制之间的差。首先，为保持平衡(忽略动态影响)，驾驶员扭矩和所有辅助扭矩应等于外部扭矩(其来自通过转向系统的轮力)。外部扭矩不能控制。因此，唯一要控制的事物是辅助的总水平。现在，可以以两个不同的控制目的或目标来控制辅助：
1. 以实现一定的辅助为目标的控制。通常，这通过使用所谓的增长曲线来完成，其中辅助简单地为外部扭矩的预先限定的、可调的部分。或在用于补偿角度叠加促动器的动态影响的补偿扭矩的情况下，控制辅助来降低(但由于有模型、传感器和控制误差等降低控制有效性的事实，从未达到理想水平)。在这两种情况下，控制目标是辅助扭矩。因此，反馈扭矩不被控制，而是变成它所变成的那样作为外部扭矩与辅助扭矩之间的差。
2. 以实现给驾驶员一定的反馈为目标的控制。这里辅助扭矩通过使用闭环控制以实现一定的反馈扭矩为目标来控制。然后，辅助水平将变成使得它减小角度叠加促动器的负面影响以及外部干扰且甚至减小转向系统中的缺陷。因此，反馈扭矩将根据目标，即，根据转向感目标。为了控制反馈扭矩，在所有其它辅助或角度叠加促动器上面必须有扭杆扭矩传感器。用该感测的扭矩，可能进行闭环控制，使得最大限度地减小目标反馈扭矩与感测的扭杆扭矩之间的差。
在上面的点2中，控制反馈扭矩促动器来实现一定的转向感。现在，转向感是反馈扭矩与车辆响应之间的关系。重要的是使该关系一致，以便对转向有信心，即，对于相同的转向输入，车辆表现相等，且反之亦然。因为转向感是车辆响应与反馈扭矩之间的关系，对于闭环控制的目标可具有两种，即，对于反馈扭矩(其根据车辆响应或对应于一定车辆响应的转向角来计算)的目标参考发生器(进一步见扭矩参考发生器的描述)或对于转向角(其根据方向盘扭矩来计算)的目标参考发生器(进一步见角度参考发生器的描述)。两种方法直接或间接地导致控制反馈扭矩的事实。
总之，出于成本、包装以及复杂性的原因，具有一个电动辅助促动器是有益的。此外，控制该辅助促动器来实现一定的反馈扭矩是有益的。因此，该促动器被称为反馈扭矩促动器。
对于重型车辆，辅助水平如此高以至于需要承担大部分辅助扭矩的液压辅助促动器。然而，在此类情况下，其中仅一个电控反馈扭矩促动器位于角度叠加促动器上面(加上必要的变更)仍是有益的。
作为促动器和传感器的可能布置的进一步概括，只要扭杆扭矩传感器放置在这两个或三个促动器上面，角度叠加促动器、反馈扭矩促动器以及可能还有液压辅助扭矩促动器的放置可任意。然后闭环反馈扭矩控制是可能的，且可控制转向感来实现该发明的积极益处。
在第四实施例中，转向角可以以若干方式计算，其中它们都共同具有：它们由转向系统中某处的角度组成，其可用来影响车辆的横向加速度或曲率。此类转向角可为：
-铰接式车辆的铰接角度。
-在后轮转向车辆的情况下，后轮转向角。
-在全轮转向车辆的情况下，前轮角度和后轮角度的组合。
-在实施例四中描述的辅助促动器的情况下，前轮角度。
转向角的所有这些示例可与其它实施例组合，构建整套的组合实施例。
在第五实施例中，使用驾驶员扭矩作为对参考发生器构思(角度参考发生器)的输入，使得使用转向感公式来实现目标转向角，因为目标方向盘扭矩是转向角等的函数，可能明确地得到目标转向角。目标叠加角度然后通过使用可变传动比和来自主动安全功能(诸如例如转向过度的补偿和/或转向不足的补偿)的额外叠加角度来计算，且以与先前实施例中相同的方式分别控制反馈促动器和角度叠加促动器以便实现目标值。
应特别注意的是，反馈扭矩促动器可使用任何形式的参考发生器构思(其中这里提到扭矩参考发生器构思和角度参考发生器构思)来控制。为了能够控制由驾驶员感觉到的反馈扭矩，扭矩反馈促动器在角度叠加促动器上面(即，朝向方向盘侧)是很重要的，且在额外液压促动器的情况下，它可安装在反馈扭矩促动器下面(即，朝向车轮侧)任何地方，但优选地在角度叠加促动器下面，以便减小要由角度叠加促动器处理的扭矩。
根据结合附图考虑的详细描述，本发明的还其它的目标和特征将显而易见。然而，要理解的是，图仅出于说明的目的来设计，且不作为本发明的限制的定义，对于本发明的限制，应对所附权利要求书和描述作为整体进行参考。还应理解的是，图不必按比例绘制，且除非另外指示，它仅意在概念性地示出本文中描述的结构和过程。
Claims (26)
1.一种用于控制车辆中的车辆转向的方法，所述车辆包括车辆转向系统(100；100')，所述车辆转向系统(100；100')包括与角度叠加促动器(140)串联布置的反馈扭矩促动器(130)，所述方法包括控制所述角度叠加促动器(140)使得实现目标叠加角度，
其特征在于
所述反馈扭矩促动器(130)布置在所述角度叠加促动器(140)上面，即，朝向方向盘侧，且其中所述方法包括如下步骤：
-控制所述角度叠加促动器(140)，使得提供可变转向比以及额外叠加角度，以及
-控制所述反馈扭矩促动器(130)，使得实现目标反馈扭矩且使得实现目标转向感，
导致在控制方向盘扭矩的同时控制所述角度叠加，由此实现目标叠加角度和良好的转向感。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述扭矩反馈促动器(130)的控制包括通过使用参考发生器来控制所述扭矩反馈促动器(130)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
所述反馈扭矩参考促动器(130)的控制包括控制反馈扭矩参考发生器来最大限度地减小转向感控制误差，使得实现所述目标转向感。
4.根据权利要求2-3中任一项所述的方法，
其特征在于
为了实现目标转向感、描述转向感的反馈扭矩与车辆响应的关系，所述参考发生器的控制包括闭环控制方法，所述闭环控制方法包括计算参考或目标叠加角度值；然后控制所述扭矩反馈促动器(130)的转向辅助来最大限度地减小所述目标叠加角度值与对应的测量叠加角度之间的误差，使得实现所述目标转向感，导致在控制所述方向盘扭矩的同时控制所述角度叠加，由此实现目标叠加角度和良好的转向感。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于
所述参考发生器是用于计算目标反馈扭矩的反馈扭矩参考发生器，且控制所述辅助扭矩使得最大限度地减小反馈扭矩误差。
6.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于
所述参考发生器是用于计算目标转向角的转向角参考发生器，且控制所述辅助扭矩来最大限度地减小转向角误差。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
控制所述角度叠加促动器(140)的步骤包括如下步骤：
-通过借助于至少一个传感器测量至少一个输入信号来确定实际转向角、车辆速度和叠加角度中的至少一个。
8.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于
-所述至少一个输入信号的测量包括使用轮速度传感器或传动轴速度传感器，且其中所述方法还包括如下步骤：
-使用所述至少一个输入信号来计算所述车辆速度。
9.根据权利要求7或8所述的方法，
其特征在于
它包括如下步骤：
-根据来自所述至少一个传感器的额外输入信号来确定所述转向角，所述转向角包括所述转向系统中的任何角度或齿条位置，所述至少一个传感器包括位于转向柱中或所述转向系统中别处的角度或位置传感器，所述转向角例如是感测的角度乘以所述传感器的传感器元件的旋转或平移与参考转向角处的旋转之间的比。
10.根据权利要求7、8或9所述的方法，
其特征在于
它包括如下步骤：
-直接经由输入信号或间接经由基于两个转向角的计算来确定所述角度叠加促动器角度，所述两个转向角一个在所述角度叠加促动器上面且一个在所述角度叠加促动器下面。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的方法，
其特征在于
它还包括如下步骤：
-计算可变传动比，所述可变传动比包括所述方向盘与所述车轮之间的目标比；
-使用所述可变传动比来计算目标叠加角度，因此根据所述目标叠加角度和当前的方向盘角度来提供目标传动比；
-借助于控制器控制所述叠加角度来最大限度地减小所述目标叠加角度与测量或计算的实际叠加角度之间的偏差。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
控制所述扭矩反馈促动器(130)的步骤包括如下步骤：
-通过使用借助于传感器提供的至少一个输入信号来确定实际转向角和车辆速度；
-使用所述实际转向角和所述车辆速度来计算目标方向盘扭矩；
-将所述目标方向盘扭矩变换成目标马达电流；
-将所述目标马达电流与测量的实际马达电流比较；
使用控制器来最大限度地减小所述目标马达电流与所述测量的实际马达电流之间的差。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
它包括两个促动器，所述反馈扭矩促动器(130)和所述角度叠加促动器(140)，且其中仅闭环控制所述反馈扭矩促动器(130)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
所述反馈扭矩促动器(130)提供所有转向辅助促动器功能。
15.一种车辆转向系统(100；100')，其包括：在前轴车轮(127)与角度叠加促动器(140)之间的连杆，所述连杆包括带有相关联拉杆(125)的转向齿条(124)，所述转向齿条(124)经由小齿轮(122)连接到所述角度叠加促动器(140)；柱轴(135)；反馈扭矩促动器(130)，所述反馈扭矩促动器(130)包括辅助马达和用于给驾驶员反馈的ECU；方向盘(120)，驾驶员施加的驾驶员扭矩T D 施加到所述方向盘(120)；以及扭杆(128)，所述扭杆(128)带有扭杆扭矩传感器，
其特征在于
所述反馈扭矩促动器(130)布置在所述角度叠加促动器(140)上面，即，朝向方向盘侧，且其中所述反馈扭矩促动器(130)适于控制使得实现目标反馈扭矩且由此实现目标转向感。
16.根据权利要求15所述的车辆转向系统，
其特征在于
所述角度叠加促动器(140)包括行星齿轮或谐波传动装置、叠加测量传感器和ECU。
17.根据权利要求15-16中任一项所述的车辆转向系统，
其特征在于
它包括用于控制所述角度叠加促动器(140)的器件，使得提供可变转向比以及额外叠加角度，以及用于通过使用参考发生器来控制所述扭矩反馈促动器(130)的器件，使得控制所述扭矩，使得实现目标转向感，导致在控制方向盘扭矩的同时控制所述角度叠加，由此实现目标叠加角度和良好的转向感。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的车辆转向系统，
其特征在于，
为了控制所述角度叠加促动器(140)，它包括至少一个传感器，所述至少一个传感器用于测量至少一个输入信号，以用于确定实际转向角、车辆速度和叠加角度中的至少一个。
19.根据权利要求18所述的车辆转向系统，
其特征在于
所述至少一个输入信号通过使用轮速度传感器或传动轴速度传感器来测量，且其中所述至少一个输入信号用于计算所述车辆速度。
20.根据权利要求18或19所述的车辆转向系统，
其特征在于
它包括位于转向柱中或所述转向系统中别处的角度传感器，且其中来自所述角度传感器的额外输入信号用于确定所述转向角。
21.根据权利要求18-20中任一项所述的车辆转向系统，
其特征在于
直接经由输入信号或间接经由基于两个转向角的计算来确定所述角度叠加促动器角度，所述两个转向角一个在所述角度叠加促动器上面且一个在所述角度叠加促动器下面。
22.根据权利要求18-21中任一项所述的车辆转向系统，
其特征在于
它包括用于计算可变传动比的器件，所述可变传动比包括所述方向盘与所述车轮之间的目标比，所述可变传动比用于计算目标叠加角度，因此根据所述目标叠加角度和所述当前的方向盘角度来提供目标传动比，且其中它还包括控制器，所述控制器用于控制所述叠加角度来最大限度地减小所述目标叠加角度与测量或计算的实际叠加角度之间的偏差。
23.根据权利要求15-22中任一项所述的车辆转向系统，
其特征在于，
为了控制所述扭矩反馈促动器(130)，所述传感器用于提供至少一个输入信号以用于确定实际转向角和车辆速度，所述确定的实际转向角和车辆速度用于计算目标方向盘扭矩，它包括用于将所述目标方向盘扭矩变换成目标马达电流的器件，以及用于将所述目标马达电流与测量的实际马达电流比较且借助于控制器来最大限度地减小所述目标马达电流与所述测量的实际马达电流之间的差的器件。
24.根据权利要求15-23中任一项所述的车辆转向系统，
其特征在于
它包括两个促动器，所述反馈扭矩促动器(130)和所述角度叠加促动器(140)，且其中仅闭环控制所述反馈扭矩促动器(130)。
25.根据权利要求15-24中任一项所述的车辆转向系统，
其特征在于
所述反馈扭矩促动器(130)提供所有转向辅助促动器功能。
26.根据权利要求15-23中任一项所述的车辆转向系统，
其特征在于
它还包括液压辅助促动器(145)，所述拉杆经由所述小齿轮(122)连接到所述液压辅助促动器(145)，使得所述角度叠加促动器(140)将设置在所述液压辅助促动器(145)与所述反馈扭矩促动器(130)之间，所述液压辅助促动器(145)例如包括液压辅助转向齿条。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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