CN112714731A - 确定线控转向系统的齿条力的方法、线控转向系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定线控转向系统(1)的齿条力的方法，其中，转向系统(1)包括：‑转向手柄(2)，利用转向手柄，可以作为转向手柄方位的函数来预设转向角；‑车轮致动器(11)，通过施加调节力(F)，车轮致动器被设定用于，通过转向系统(1)的与至少一个车轮耦合的齿条(9)的运动来调节转向角；‑反作用力致动器(5)，利用反作用力致动器，可以根据齿条力在转向手柄(2)上产生反作用力；并且其中，该方法包括：‑确定如下摩擦运行，在摩擦运行中，在转向手柄方位改变时没有发生齿条运动；并且当存在摩擦运行时：‑根据车轮致动器(11)的调节力(F)来确定齿条力。此外，本发明还涉及一种线控转向系统(1)和一种具有这种线控转向系统(1)的车辆。

Description

确定线控转向系统的齿条力的方法、线控转向系统和车辆

本发明涉及一种用于确定线控转向系统的齿条力的方法、一种线控转向系统和一种车辆。

线控转向系统的特征通常在于，与转向手柄连接的输入轴不再具有机械作用，例如至转换转向运动的与车轮耦合的齿条的机械作用。由此，从街道到转向装置到转向手柄的触觉反馈也丢失。因此已知的是，设置用于产生反作用力或相应的反馈力矩的致动器(例如电动机)，其此外根据调节的(车轮)转向角产生反力矩，并且因此在转向手柄上产生反力。在此通常根据齿条位置确定转向角。反作用力致动器此外经常用于，输出位置预设参量(齿条位置预设参量)，以便根据转向手柄操纵来运动齿条，并且由此调节至少一个车轮的转向角。

此外，为了可以为驾驶员提供尽可能切合实际的关于当前的驾驶或转向情况的反馈而已知的是，确定齿条力，根据齿条力设置转向手柄上的反作用力。这原则上可以通过齿条力的测量进行。然而，由于成本原因，优选的是，例如通过建模并且根据其他的可不太复杂地测量的信号、例如车速或转向手柄方位来确定齿条力。附加地或备选地，可以检测齿条运动和/或偏转率或横向加速度。

然而证实的是，不能在所有运行情况下都令人满意地确定齿条力，并且据此产生切合实际的反作用力。这尤其与转向系统内的仅难以考虑的摩擦效应相关联。

从WO 2009/133 534 A2已知了，检测在不同的运动状态中并且尤其在从空挡位置向外的第一次的运动情况下的手动转向力矩，并且据此确定静摩擦值。

DE 10 2008 021 848 A1公开了用于考虑转向系统中的静和动摩擦的方法和系统，为此建立与速度有关的摩擦模型。

DE 199 20 975 A1公开了通过评估例如转向转矩探测值来估计和补偿转向系统中的静摩擦。

本发明所要解决的技术问题在于，改善用于线控转向手柄的切合实际的反作用力的产生。

该技术问题利用根据权利要求1的方法、根据权利要求9的线控转向系统和根据权利要求10的车辆解决。要理解的是，在当前要求保护的解决方案中，也可以单独或以任意的组合设置开头提到的特征。

根据本发明识别的是，尤其当没有发生齿条运动时，发生产生切合实际的反作用力的有问题的情况，因为基于内部的(例如包括齿条的传动装置内的)系统摩擦，实际作用的齿条力没有转换为运动。在这种情况下，迄今为止不能够或至少不能够以令人满意的精度通过设置恰当的反作用力向驾驶员提供切合实际的反馈。

本发明的基本构思因此是，检测状态，在该状态中例如通过转向手柄的转向预设、然而还没有转换齿条运动。在该状态中，根据期望，由车轮致动器根据转向手柄偏转将调节力施加到齿条上，调节力然而基于内部的摩擦没有产生齿条运动。但是，在所述状态下相应于有效的齿条力的该力可以用于设置切合实际的反作用力。为此，例如可以考虑用于产生调节力的控制信号或其他的参量，从所述控制信号或其他的参量可以确定施加的调节力。

要理解的是，本发明主要涉及在实际的车辆运行中并且尤其在调度和/或行驶运行期间的反作用力产生。换言之，本发明并不设置用于测试运行或实验室运行，或至少不局限于这样的测试运行或实验室运行。

详细建议一种用于确定车辆和尤其机动车和优选轿车的线控转向系统的齿条力的方法。转向系统包括：

-转向手柄(尤其方向盘)，利用转向手柄，可以作为转向手柄方位的函数来预设(车轮)转向角；

-车轮致动器(尤其包括功率电子装置和/或伺服电机)，通过施加调节力，车轮致动器被设定用于，通过转向系统的与至少一个车轮耦合的齿条的运动来调节转向角；

-反作用力致动器(尤其电动机)，利用反作用力致动器，可以根据齿条力在转向手柄上产生反作用力；

并且其中，该方法包括：

-确定如下摩擦运行(尤其静或内部的摩擦运行)，在该摩擦运行中，在转向手柄方位改变时没有发生齿条运动；

并且当存在摩擦运行时：

-根据车轮致动器的调节力来确定齿条力。

转向手柄至少在转矩传输的意义中与齿条机械分离。然而，根据转向手柄方位(或其改变)，优选可以产生用于作用于齿条的车轮致动器的电子/数字控制信号。

车轮致动器通常可以设定用于例如借助被其包括在内的伺服电机来施加转矩，其中，在调节力的意义中，该转矩可以作用于齿条(例如由于传动装置中的变速或者说传动和/或借助伺服电机与齿条之间的机械耦合)。

优选不直接、而是例如通过与齿条至少间接共同作用的传感器测量齿条力。应变仪例如可以安装在与齿条耦合的转向横拉杆上，并且形成相应的用于确定齿条力的测量结果的差。替代地，优选例如根据转向系统的其他的参量间接确定或计算齿条力。这尤其涉及正常运行，在正常运行中实际上发生作为对转向手柄操纵的回应的期望的齿条运动。为了确定运动，尤其可以确定齿条位置或其改变，其中，可以借助车轮致动器的伺服电机的转子位置传感器计算出齿条位置。

反作用力尤其可以在摩擦运行中被调节，使得反作用力相应于齿条力，或相对于其具有预先确定的比(例如借助与速度有关的因子相对于齿条力被减弱或增强)。

此外，根据本发明，齿条力的确定或反作用力的基于齿条力的调节可以在摩擦运行期间并且尤其在整个摩擦运行期间的任意的时间点进行，即不仅在摩擦运行与齿条运动之间的过渡中进行。这能够实现在整个摩擦运行期间的切合实际的反作用力调节，其此外以当前存在的而不仅仅是提前确定的并且例如基于模型的情况为基础，因为考虑到当前存在的调节力。

优选地，在存在摩擦运行时，齿条力等于车轮致动器的调节力。换言之，车轮致动器的调节力在(尤其整个)摩擦运行期间优选被选择为齿条力，并且反作用力的产生以调节力为基础。一旦存在齿条力的运动，那么然而可以推断出摩擦运行的结束，并且根据已知的变型方案、尤其根据基于模型地确定齿条力来调节反作用力。

根据扩展方案，如提到的那样，在存在摩擦运行时，使齿条力等于车轮致动器的调节力。附加地或备选地，调节力可以通过(或作为)调节装置的调节参量被预设。调节装置可以是用于齿条的调节装置，尤其以便调节齿条位置，用于实现期望的转向角。调节装置可以被转向控制装置包括，或者实现为这种转向控制装置。调节装置可以产生调节参量，调节参量例如由车轮致动器转换为期望的调节力。

调节装置可以尤其关于齿条位置进行额定-实际比较。尤其可以规定，调节装置作为额定参量来考虑转向手柄方位或据此产生的参量，并且作为实际参量来考虑齿条位置或据此产生的参量。在此要理解的是，转向手柄方位或据此产生的参量给出期望的(额定)齿条位置，或可以换算为这种齿条位置。

附加地或备选地，调节参量可以是用于车轮致动器的功率电子装置的调节参量，功率电子装置被设定用于，根据调节参量来控制车轮致动器的(伺服)电机，以产生调节力。更准确的说，伺服电机可以产生转矩，转矩例如根据已知的传动比转换为相应的调节力。

在一种另外的实施方式中，当不存在摩擦运行时，考虑齿条位置值，特别是考虑其实际发生的改变，来确定齿条力，和/或优选在不考虑调节力的情况下确定齿条力。这与摩擦运行有所不同，在摩擦运行中，基于调节力确定齿条力，并且齿条位置值没有经历改变(并且优选地，在确定齿条力时也不被考虑)。

根据一种另外的变型方案，借助车轮致动器的转子位置传感器来确定齿条位置值。这例如可以在了解轴几何形状的情况下，并且尤其在已知的传动比的情况下进行，因此，车轮致动器的转子位置(或例如伺服电机的输出轴的角度值)可以被换算为齿条位置。

此外可以规定，间接根据车轮致动器的部件的运动来确定齿条运动，尤其用于确定摩擦运行。例如可以检测车轮致动器的伺服电机的转子位置的改变，并且据此推断出发生的齿条运动。备选地，也可以借助安置在齿条上的传感器检测或测量齿条运动。相反地，可以借助转向手柄的角度传感器和/或转矩传感器检测转向手柄方位(和特别是其改变)。

本发明此外还涉及一种线控转向系统，其具有：

转向手柄，利用转向手柄可以作为转向手柄方位的函数来预设转向角；

车轮致动器，通过施加调节力，所述车轮致动器被设定用于，通过转向系统的与至少一个车轮耦合的齿条的运动来调节转向角；

反作用力致动器，利用反作用力致动器，可以根据齿条力在转向手柄上产生反作用力；和

确定装置，其被设定用于：

-确定如下摩擦运行，在该摩擦运行中，在转向手柄方位改变时没有发生齿条运动；

并且当存在摩擦运行时：

-根据车轮致动器的调节力来确定齿条力。

所有之前的和随后的涉及措辞相同的方法特征的阐述、扩展方案和特征同样可以设置在转向系统中。转向系统尤其可以设定用于，实施根据每个前述的和随后的方面的方法。

确定装置可以包含在至少一个转向控制装置中，或实现为这种转向控制装置，或通过多个控制装置实现。确定装置尤其可以与车轮致动器的伺服电机的转子位置传感器连接，例如以便推断出齿条运动。此外，确定装置可以与转向手柄的传感器连接，尤其与角度和/或转矩传感器连接，例如以便确定转向手柄方位的改变。也可以仅间接根据可能的转矩信号的改变确定转向手柄方位的改变。

最后，本发明还涉及一种车辆，其包括根据前述方面中的一个的转向系统。

随后根据附图阐述本发明的实施方式。其中，

图1示出了根据本发明的实施例的转向系统的示意性的原理图；并且

图2示出了根据本发明的可利用图1的转向系统实施的方法的流程图。

图1作为示意性的原理图示出了一种根据本发明的实施例的(线控转向)转向系统1。转向系统1是仅虚线示出的车辆14的组成部分。

转向系统1包括形式为方向盘的转向手柄2，方向盘与输入轴3连接。用于检测驾驶员的手动力矩M_H的力矩传感器4布置在输入轴3上，并且用于在转向手柄2上产生反馈力矩M_FF的反作用力致动器5布置在输入轴3上，这相应于产生反作用力，或导致相应的反作用力，并且可以换算为反作用力。例如可以考虑到反馈执行器5、输入轴3和/或转向手柄2的尺寸比或杠杆来进行反馈力矩M_FF和反作用力的换算。

附加地，例如可以利用力矩传感器4或利用单独的传感器(未示出)、例如反作用力致动器5的转子位置传感器来确定转向手柄2的角位置(即方位)

根据角位置

和/或手动力矩M_H以及特别是其相应的改变，可以确定转向手柄2的方位是否改变。

线控转向系统1此外包括形式为转向控制装置6的控制装置和车轮致动器11，车轮致动器包括功率电子装置7和伺服电机8，伺服电机与齿条9例如通过未示出的球头或小齿轮传动装置连接。伺服电机8构造有转子位置传感器10，从转子位置传感器的转子角度信号

可以计算回齿条位置。

在转向控制装置6中，根据手动力矩M_H和另外的输入参量、例如车速以自身已知的方式确定转向角(或与之相关联的齿条位置)作为额定参量，转向角应该通过车轮致动器11或其伺服电机8通过齿条9被设置在车轮上。为此，转向控制装置6产生调节参量，或换言之，用于功率电子装置7的调节信号S。调节参量S也可以被称为齿条位置预设参量，其中，通过相应预设的齿条位置设置期望的转向角。转子角度信号

可以用作用于确定调节参量S的实际信号(例如通过换算为实际齿条位置)。转向控制装置6因此用作用于齿条位置和据此调节的(车轮)转向角的调节装置。

调节参量S此外可以换算为由伺服电机施加的转矩，并且(例如由于通过球头传动装置的传动)转换为作用到齿条9上的调节力F。该换算同样可以由转向控制装置6实施，并且在确定摩擦运行时用于调节反馈力矩M_FF。

通过优选由转向控制装置6包括的确定装置20确定摩擦运行的存在。为此，确定装置20评估输送的转子角度信号

和与转向手柄2相关联的转矩和/或角位置信号M_H、

尤其地，确定装置20检验这些信号相互间的关系，例如确定转矩和/或角位置信号M_H、

的改变(其指示转向手柄方位的改变)是否伴随着转子角度信号

的期望的改变。后者相应于齿条位置和进而齿条运动的改变。

然而，如果没有确定这样的相关联的改变，并且尤其在没有改变转子角度信号

的情况下进行转向手柄方位的改变，那么确定装置20确定摩擦运行的存在。在该情况下认为，由伺服电机8产生的调节力F由于内部摩擦而完全消耗，并且因此没有导致齿条运动。摩擦运行还包括以下场景，在该场景中，例如通过车轮的锁定(例如通过路边石)没有实现预设的转向运动，并且没有发生齿条运动。

本发明利用了这一点，即伺服电机8的在摩擦运行中产生的调节力F用于在转向手柄2上设置适当的反馈力矩M_FF。这是基于以下构思，即恰好这些调节力F在摩擦运行中相应于当前作用的齿条力。在没有发生齿条运动的情况下并且尤其在明显的内部摩擦的情况下，也可以在转向手柄上2为驾驶员提供切合实际的反馈。从驾驶员的角度来看，这改进了转向系统1的可操作性。

在正常运行中，基于当前的转子角度信号

和/或其改变通过转向控制装置6确定反馈力矩M_FF，所述正常运行的特征在于，不存在摩擦运行，并且转向手柄方位的改变产生齿条9的期望的运动。尤其可以以自身已知的方式借助建模推断出当前的齿条力，并且根据齿条力来确定反馈力矩M_FF的值。这然而在上述的摩擦运行中，利用迄今为止的解决方案是不可能的或仅不精确地可能的，例如因为尽管已经产生手动转向力矩M_H，但转子角度信号

仍然保持不变。换言之，与在摩擦运行中不同地确定在正常运行中的齿条力和/或反作用力。

在图2中示出了根据本发明的方法的流程图，该方法可以利用图1的转向系统1实施。在步骤S1中确定转向手柄方位的(可能的)改变。这例如可以基于前述的信号M_H、

进行。在步骤S2中确定(可能的)齿条运动。这例如可以基于转子角度信号

的改变被确定。

在步骤S3中，确定是否存在摩擦运行，为此，以上述方式比较在步骤S1和S2中确定的可能的改变或运动。如果没有确定摩擦运行(箭头N)，那么在步骤S4中，例如以基于模型确定的齿条力为基础继续对反馈力矩M_FF的常规的设置，其中，对伺服电机8的调节力F的考虑可以保持较小的强度，或者甚至不考虑。在该情况下，尤其不能够以在摩擦运行中认为的关系为出发点，因为例如另外的力分量、如反力在车轮偏转时出现，并且可以影响齿条力。

如果确定摩擦运行(箭头Y)，那么在步骤S5中基于当前存在的等于调节力F的齿条力确定反馈力矩M_FF。

附图标记清单

1 转向系统

2 转向手柄

3 输入轴

4 转矩传感器

5 反作用力致动器

6 转向控制装置/调节装置

7 功率电子装置

8 伺服电机

9 齿条

10 转子位置传感器

11 车轮致动器

14 车辆

20 确定装置

F 调节力

M_H 手动转向力矩

M_FF 反馈力矩

转子角度信号

角位置

Claims (10)

1.一种用于确定线控转向系统(1)的齿条力的方法，其中，所述转向系统(1)包括：

-转向手柄(2)，利用所述转向手柄，能够作为转向手柄方位的函数来预设转向角；

-车轮致动器(11)，通过施加调节力(F)，所述车轮致动器被设定用于，通过转向系统(1)的与至少一个车轮耦合的齿条(9)的运动，来调节转向角；

-反作用力致动器(5)，利用所述反作用力致动器，能够根据齿条力在所述转向手柄(2)上产生反作用力；

并且其中，所述方法包括：

-确定如下摩擦运行，在所述摩擦运行中，在所述转向手柄方位改变时没有发生齿条运动；

并且当存在所述摩擦运行时：

-根据所述车轮致动器(11)的所述调节力(F)来确定所述齿条力。

2.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在存在所述摩擦运行时，使所述齿条力等于所述车轮致动器(11)的所述调节力(F)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过调节装置(6)的调节参量(S)来预设所述调节力(F)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述调节装置(6)作为额定参量来考虑所述转向手柄方位或据此产生的参量，并且作为实际参量来考虑齿条位置或据此产生的参量。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述调节参量(S)是用于所述车轮致动器(11)的功率电子装置(7)的调节参量，所述功率电子装置被设定用于，根据所述调节参量(S)来控制所述车轮致动器(9)的电机(8)，以产生所述调节力(F)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当不存在所述摩擦运行时，在考虑齿条位置值的情况下来确定所述齿条力。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，借助所述车轮致动器(11)的转子位置传感器(10)来确定所述齿条位置值。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，间接根据所述车轮致动器(11)的部件的运动来确定所述齿条运动。

9.一种线控转向系统(1)，其具有：

转向手柄(2)，利用所述转向手柄，能够作为转向手柄方位的函数来预设转向角；

车轮致动器(11)，通过施加调节力(F)，所述车轮致动器被设定用于，通过所述转向系统(1)的与至少一个车轮耦合的齿条(9)的运动，来调节转向角；

反作用力致动器(5)，利用所述反作用力致动器，能够根据齿条力在所述转向手柄(2)上产生反作用力；和

确定装置(20)，所述确定装置被设定用于：

-当在转向手柄方位改变时没有发生齿条运动时，确定摩擦运行；

并且当存在所述摩擦运行时：

-根据所述车轮致动器(11)的所述调节力(F)来确定所述齿条力。

10.一种车辆(14)，其包括根据权利要求9所述的线控转向系统(1)。

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