CN112601691B - 线控转向式机动车辆转向系统的转向齿条力优化的转向感 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于适配转向扭矩以控制线控转向式机动车辆转向系统的反馈致动器(4)的方法，该方法具有以下步骤：*提供基本转向扭矩(T_b)；*提供基于转向齿条力的转向扭矩(T_r)；*计算基本转向扭矩(T_b)与基于转向齿条力的转向扭矩(T_r)之间的差，*并且如果该差超过预定限制值，则将基本转向扭矩(T_b)与基于转向齿条力的转向扭矩(T_r)进行适配，并且传递所得到的转向扭矩以控制反馈致动器(4)，*并且如果该差保持在预定限制值以下，则传递基本转向扭矩(T_b)以控制反馈致动器。

Description

线控转向式机动车辆转向系统的转向齿条力优化的转向感

技术领域

本发明涉及用于适配转向扭矩以控制线控转向式机动车辆转向系统的反馈致动器的方法，并且涉及用于控制线控转向式转向系统的方法，以及线控转向式转向系统。

背景技术

在线控转向式转向系统中，转向轮的位置不直接联接至转向输入装置，例如方向盘。借助于电信号在方向盘与转向轮之间存在连接。由转向角传感器拾取驾驶员转向需求，并且以取决于驾驶员转向需求的方式借助于转向致动器来控制转向轮的位置。未提供与轮的机械连接，并且因此，在方向盘的致动之后，未将直接的力反馈发送给驾驶员。然而，例如在停车期间或在直向前行进期间提供相应地适配的反馈，在该情况下，期望适配于车辆反应并且根据车辆制造商而不同的转向扭矩作为力反馈。在转弯期间，反作用力作为横向力作用在转向机构上，反馈致动器以与转向方向相反的扭矩的形式复制该反作用力。驾驶员体验到因此可预限定的转向感。在线控转向式转向系统的情况下，为了模拟道路对方向盘的反作用效果，必须在方向盘或转向柱处设置反馈致动器(FBA)，所述反馈致动器以取决于期望的反作用效果的方式将转向感赋予转向手柄。

通常，在电动伺服转向系统(EPS)的情况下，转向系统的反馈特性通过由拉杆施加在齿条上的齿条力来确定，拉杆经由传动机构附接至轮。齿条力主要受当前转弯力的影响。因此，当前齿条力的主要部分对应于横向加速度。然而，齿条力不仅通过在围绕拐角行进时产生的横向力来确定，而且更确切的情况是，当前驾驶状况的多个另外的变量对齿条力有影响。当前驾驶状况的多个另外的变量的一个示例是道路条件(不平坦度、车道凹槽、摩擦系数)。

当前主齿条力可以借助于布置在齿条上的扭矩传感器来确定，或者通过借助于基于转向系统的模型的“观测器”进行的估计来确定。这样的方法例如在公开说明书DE 103320 23 A1中被公开。在该文献中，为了确定用于车辆的EPS转向系统的转向扭矩，以取决于发生在转向轮处的横向力的方式或以取决于实际转向扭矩的方式来确定转向扭矩。已知的方法规定，横向力借助于传感器或基于车辆的转向系统的模型以取决于横向加速度、转向角度和车辆速度的变量中的至少一个的方式来估计或建模。

该模型被证明是不利的，因为它没有考虑另外的干扰影响，例如道路条件，并且因此不具有期望的准确性。

在线控转向式转向系统中，人工产生的转向扭矩当前用于激活反馈致动器。在这种情况下，在行驶动力学方面的限制范围内和在限制范围外再现道路反馈和转向感是非常复杂的。

发明内容

因此，本发明的目的是指定用于适配转向扭矩以控制线控转向式机动车辆转向系统的反馈致动器的方法以及用于控制用于机动车辆的线控转向式转向系统的方法，所述方法允许更准确地再现真实的转向感。此外，还旨在指定允许改进转向特性的线控转向式转向系统。

通过具有本发明的用于适配转向扭矩以控制线控转向式机动车辆转向系统的反馈致动器的方法、通过本发明的用于控制用于机动车辆的线控转向式转向系统的方法、以及用于机动车辆的线控转向式转向系统来实现该目的。

因此，提供了一种用于适配转向扭矩以控制线控转向式机动车辆转向系统的反馈致动器的方法，该方法具有以下步骤：

·提供基本转向扭矩；

·提供基于齿条力的转向扭矩；

·形成基本转向扭矩与基于齿条力的转向扭矩之间的差；

·如果该差超过预定限制值，则将基本转向扭矩与基于齿条力的转向扭矩进行适配，并且发送所得到的转向扭矩以控制反馈致动器；

·如果该差保持在预定限制值以下，则发送基本转向扭矩以控制反馈致动器。

借助于在过度偏差的情况下对基本转向扭矩的适配，所得到的转向感变得非常真实，而基本转向感的优点没有损失。

优选地，通过在基于齿条力的转向扭矩周围形成不确定性带来形成限制值。如果不确定性带相对于基于齿条力的转向扭矩的值对称，则在此处是有利的。不确定性带以距基本转向扭矩的规则距离向上和向下拉伸。所述固定地限定的不确定性带以围绕基本转向扭矩的壳的方式来形成。

在有利的实施方式中，不确定性带具有基于齿条力的转向扭矩的值的125％的带上限以及基于齿条力的转向扭矩的值的75％的带下限。然而，也可以规定，带上限是基于齿条力的转向扭矩的值的115％，并且带下限是基于齿条力的转向扭矩的值的85％。

优选地，不确定性带的两个带限之间的带距离是基于齿条力的转向扭矩的值的至少20％和至多60％。

基本转向扭矩优选地根据车辆速度和在方向盘处存在的转向角度产生，并且此处被配置成用于高摩擦系数道路。因此，可以将与机电转向系统相对应的经优化的转向感传递给驾驶员。为了产生基本转向扭矩，优选地可以包括另外的参数，例如方向盘速度、齿条位置或齿条速度。

优选地借助于估计齿条力、车辆速度和测量的齿条位置来确定基于齿条力的转向扭矩。优选地通过基于转向机构模型的估计来确定齿条力。这优选地包括非线性转向机构模型。基于转向机构模型的估计基于齿条信息(例如，齿条位置和扭矩查询)，并且独立于行车道信息。基于转向机构模型的估计还可以通过基于车辆模型的估计来扩展，以改善从道路到驾驶员的反馈的质量，并且因此改善转向感。在一个单元中确定基于转向机构模型的估计的齿条力，并且在另外的单元中确定基于车辆模型的估计的线性齿条力，在该车辆模型中实现了行车道信息。将两个齿条力的值相互比较，在必要时与确定的基于车辆模型的齿条力进行适配，并且由此确定所得到的齿条力。随后将确定的或经适配的所得到的齿条力转换成基于齿条力的转向扭矩。如先前所述，通过基本转向扭矩与基于齿条力的转向扭矩之间的比较，进行转向扭矩的进一步适配。

该适配优选地包括使差缩放，然后将该差作为偏移赋予基本转向扭矩。优选地，在驾驶员正在进行过度转向或转向不足的状态下执行缩放。

此外，提供了一种用于控制机动车辆的线控转向式转向系统的方法，该线控转向式转向系统包括：

-电子可控转向致动器，该电子可控转向致动器作用在转向轮上；

-激活单元；

-反馈致动器，该反馈致动器可以具有驾驶员通过转向输入装置施加到其上的针对转向角度的驾驶员需求，并且该反馈致动器响应于驾驶员需求和机动车辆的驾驶状态，向转向输入装置输出反馈信号；

-信号发送装置，该信号发送装置将驾驶员需求发送至激活单元，

-其中，激活单元激活转向致动器，以将驾驶员需求转变成转向轮的偏转，

-其中，反馈信号以取决于转向扭矩的方式来实现，并且转向扭矩是借助于如上所述的方法来确定的。

此外，提供了一种用于机动车辆的线控转向式转向系统，该线控转向式转向系统包括：

-电子可控转向致动器，该电子可控转向致动器作用在转向轮上；

-激活单元；

-反馈致动器，该反馈致动器能够具有驾驶员通过转向输入装置施加到其上的针对转向角度的驾驶员需求，并且该反馈致动器响应于驾驶员需求和机动车辆的驾驶状态，向转向输入装置输出反馈信号；

-用于信号发送的设备，该设备将驾驶员需求发送至激活单元，

其中，激活单元激活转向致动器，以将驾驶员需求转换成转向轮的偏转，并且其中，线控转向式转向系统被配置成执行如上所述的方法。特别地，具有评估单元的激活单元执行该方法。

附图说明

下面将参照附图更详细地说明本发明的优选实施方式。在附图中相同或作用相同的部件由相同的附图标记表示，在附图中：

图1示出了线控转向式转向系统的示意图；

图2示出了线控转向式转向系统的控制器的框图；

图3示出了用于适配转向扭矩的模块的框图；

图4示出了基本转向扭矩、根据齿条力计算的转向扭矩和所得到的转向扭矩的时间曲线；以及

图5示出了用于适配转向扭矩的模块的另外的框图，该模块通过车辆模型来扩展。

具体实施方式

图1示出了线控转向式转向系统1。附接至转向轴2的是转动角度传感器(未示出)，该转动角度传感器检测由转向输入装置3的转动所赋予的驾驶员转向角度，该转向输入装置在该示例中呈方向盘的形式。然而，附加地还可以检测到转向扭矩。操纵杆可以用作转向输入装置。同样附接至转向轴2的是反馈致动器4，该反馈致动器用于模拟行车道70对方向盘3的反作用效果，并且因此用于为驾驶员提供关于车辆的转向特性和驾驶特性的反馈。驾驶员转向需求借助于由转动角度传感器测量的转向轴2的转动角度α经由信号线被发送至反馈致动器监测单元10，如图2所示。反馈致动器监测单元10将驾驶员转向需求发送至激活单元60。反馈致动器监测单元10优选地还执行反馈致动器4的致动。反馈致动器监测单元10也可以与激活单元60一体地形成。激活单元60以取决于转动角度传感器的信号和另外的输入变量的方式激活控制转向轮7的位置的电动转向致动器6。转向致动器6经由转向齿条型转向机构8(例如，齿条型转向机构)并且经由拉杆9和其他部件间接地作用在转向轮7上。

图2示出了反馈致动器4的控制器。反馈致动器4经由信号线50接收尤其来自转动角度传感器的信号，该转动角度传感器测量并存储转向角度α、转向角加速度和转向角速度。反馈致动器4与控制反馈致动器4的反馈致动器监测单元10通信。反馈致动器监测单元10从转向致动器6的激活单元60接收激活单元60已经确定的转向轮7的实际轮转向角β和另外的变量。在齿条12处测量的齿条位置120和另外的行车道信息13被发送至激活单元60。激活单元60具有用于确定齿条力的模块14。用于确定齿条力的模块14使用齿条力F_r,estrack，该齿条力F_r,estrack基于转向机构模型并且使用测量的齿条位置120和由驾驶员引入的转向扭矩来估计。所确定的齿条力14在评估单元140中用于适配基本转向扭矩。根据所得到的转向扭矩来激活反馈致动器4，因此产生转向感。此外，激活单元60从驾驶员接收转向指令51，例如转向角度状态。

图3详细示出了评估单元140。在单元30中根据车辆速度v_,veh以及在方向盘处存在的转向角度或方向盘速度产生基本转向扭矩T_b，并且基本转向扭矩T_b被配置成用于高摩擦系数道路，即，假设行车道的摩擦系数具有高摩擦系数，以由此复制机电转向系统。例如在干沥青上产生高摩擦系数，而在下雪的情况下产生中等摩擦系数，并且在结冰的情况下产生低摩擦系数。

由基本转向扭矩T_b产生的转向感没有任何不连续性，并且因此对于驾驶员而言是非常令人愉快的。然而，在此处，要再现道路反馈(摩擦系数等)是非常复杂的。

除了基本转向扭矩T_b之外，还提供了基于齿条力的转向扭矩T_r。在单元32中，通过估计基于转向机构模型的齿条力F_r,estrack、车辆速度v_,veh和测量的齿条位置s_r,meas以及可选地另外的参数来确定所述基于齿条力的转向扭矩T_r。

为了使得道路反馈(车道凹槽、不平坦度、道路摩擦系数等)也能够包括在转向感中，根据本发明将基本转向扭矩T_b与基于齿条力的转向扭矩T_r进行比较，并且如果必要的话，进行缩放，特别是在存在过度转向或转向不足的情况下。

在第一步骤中，通过微分计算15来比较基本转向扭矩T_b与基于齿条力的转向扭矩T_r。两个值之间的差ΔT被包括在缩放16中。由于基于齿条力的转向扭矩T_r引起某些不确定性，因此围绕基于齿条力的转向扭矩T_r放置动态产生的不确定性带。使基于齿条力的转向扭矩T_r的相应值减小(带下限)或增大(带上限)+/-25％，优选地+/-15％。因此，除了微分值ΔT之外，关于不确定性17和基于齿条力的转向扭矩T_r的信息也被包括在缩放16中。在缩放16中，针对基本转向扭矩T_b，根据微分扭矩ΔT和基于齿条力的转向扭矩T_r来确定缩放的差T_diff,scaled，所述差作为偏移18被施加至基本扭矩，其中所得到的转向扭矩T_res用于控制线控转向式转向系统。

图4示出了基本转向扭矩T_b、相关联的基于齿条力的转向扭矩T_r和所得到的转向扭矩T_res的时间曲线。在此处按如下进行缩放：

如果基本转向扭矩T_b处于基于齿条力的转向扭矩T_r的不确定性带的带上限19和带下限20内，则基本转向扭矩T_b不被适配，并且所得到的转向扭矩T_res对应于基本转向扭矩T_b。相比之下，如果基本转向扭矩T_b处于不确定性带之外，则将所述基本转向扭矩与基于齿条力的转向扭矩T_r进行适配。根据驾驶状况，优选地通过缩放基于齿条力的转向扭矩T_r与微分扭矩ΔT之间的差并且随后将该差作为偏移加到基本转向扭矩T_b来进行适配，即，借助于不确定性带上的死区区域进行适配。在转向不足或过度转向的情况下，加上完全的差，并且因此转向感专门对应于经建模的基于齿条力的转向扭矩T_r。在具有低摩擦系数的行车道的情况下或者在限制范围内的驾驶操纵的情况下，相应地对基本转向扭矩T_b进行大的修改，以产生真实的转向感。

所得到的转向扭矩T_res被包括在反馈致动器控制器中。因此，所得到的转向扭矩T_res是计算的转向扭矩，其作为反作用扭矩旨在抵消由驾驶员引入方向盘的转向扭矩。

图5示出了评估单元140的替选设计，其通过其中实现行车道信息的线性车辆模型来扩展。在这种情况下，如图3中那样，在单元30中根据车辆速度v_,veh以及在方向盘处存在的转向角度或方向盘速度产生基本转向扭矩T_b，并且基本转向扭矩T_b被配置成用于高摩擦系数道路。

除了基本转向扭矩T_b之外，还提供了基于齿条力的转向扭矩T_r。此处，基于齿条力的转向扭矩T_r由齿条力组成，该齿条力是根据齿条力F_r,estvehrack的基于线性车辆模型的估计以及基于转向模型的齿条力F_r,estrack产生的。在单元28中确定基于车辆模型的齿条力，并且在单元29中根据车辆速度v_,veh和测量的齿条位置s_r,meas确定基于转向机构模型的齿条力。在单元31中，比较所确定的齿条力，并且估计的齿条力由这两个值形成。此外，在单元31中根据估计的齿条力形成基于齿条力的转向扭矩T_r。

如图3所述的那样确定所得到的转向扭矩T_res。

Claims (10)

1.一种用于适配转向扭矩以控制线控转向式机动车辆转向系统的反馈致动器(4)的方法，所述方法具有以下步骤：

·提供基本转向扭矩(T_b)，所述基本转向扭矩(T_b)是根据车辆速度(v_,veh)和在方向盘处存在的转向角度(α)产生的；

·提供基于齿条力的转向扭矩(T_r)，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

·形成所述基本转向扭矩(T_b)与所述基于齿条力的转向扭矩(T_r)之间的差；

·如果所述差超过预定限制值，则将所述基本转向扭矩(T_b)与所述基于齿条力的转向扭矩(T_r)进行适配而得到适配后的转向扭矩，并且发送所述适配后的转向扭矩以控制所述反馈致动器(4)；

·如果所述差保持在所述预定限制值以下，则发送所述基本转向扭矩(T_b)以控制所述反馈致动器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在所述基于齿条力的转向扭矩(T_r)周围形成不确定性带来形成所述限制值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述不确定性带关于所述基于齿条力的转向扭矩(T_r)对称。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述不确定性带具有所述基于齿条力的转向扭矩(T_r)的值的125％的带上限以及所述基于齿条力的转向扭矩(T_r)的值的75％的带下限。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述带上限是所述基于齿条力的转向扭矩(T_r)的值的115％，并且所述带下限是所述基于齿条力的转向扭矩(T_r)的值的85％。

6.根据权利要求2至4中的一项所述的方法，其特征在于，所述不确定性带的两个带限之间的带距离是所述基于齿条力的转向扭矩(T_r)的值的至少20％和至多60％。

7.根据前述权利要求1-4中的一项所述的方法，其特征在于，所述基本转向扭矩(T_b)被配置成用于高摩擦系数道路。

8.根据前述权利要求1-4中的一项所述的方法，其特征在于，所述基于齿条力的转向扭矩(T_r)是借助于估计的齿条力(F_r,estrack)、所述车辆速度(v_,veh)和测量的齿条位置(s_r,meas)来确定的。

9.一种用于控制机动车辆的线控转向式转向系统的方法，所述线控转向式转向系统包括：

-电子可控转向致动器(6)，所述电子可控转向致动器作用在转向轮(7)上；

-激活单元(60)；

-反馈致动器(4)，所述反馈致动器能够具有驾驶员通过转向输入装置(3)施加至所述反馈致动器的针对转向角度(α)的驾驶员需求，并且所述反馈致动器响应于所述驾驶员需求和所述机动车辆的驾驶状态，向所述转向输入装置(3)输出反馈信号；

-信号发送装置，所述信号发送装置将所述驾驶员需求发送至所述激活单元(60)，

-其中，所述激活单元(60)激活所述转向致动器(6)，以将所述驾驶员需求转换成所述转向轮(7)的偏转，

-并且其中，所述反馈信号以取决于转向扭矩的方式来实现，其特征在于，所述转向扭矩是借助于根据权利要求1至8中的一项所述的方法来确定的。

10.一种用于机动车辆的线控转向式转向系统(1)，所述线控转向式转向系统包括：

-电子可控转向致动器(6)，所述电子可控转向致动器作用在转向轮(7)上；

-激活单元(60)；

-反馈致动器(4)，所述反馈致动器能够具有驾驶员通过转向输入装置(3)施加至所述反馈致动器的针对转向角度的驾驶员需求，并且所述反馈致动器响应于所述驾驶员需求和所述机动车辆的驾驶状态，向所述转向输入装置输出反馈信号；

-用于信号发送的设备，所述用于信号发送的设备将所述驾驶员需求发送至所述激活单元(60)，

其中，所述激活单元(60)激活所述转向致动器(6)，以将所述驾驶员需求转换成所述转向轮(7)的偏转，其特征在于，所述线控转向式转向系统(1)被配置成执行根据权利要求1至9中的一项所述的方法。

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