CN112714732B - 用于操作机动车辆的转向系统的方法以及转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于操作机动车辆的转向单元的方法，其中，根据施加到转向手柄的驾驶员侧手动扭矩，由反馈致动器引入到转向手柄的转向力支持或反扭矩产生转向感觉，其中，转向感觉借助于0特性曲线(1,2,3,4,5,6)来表示，在转向速度高于100°/s的情况下，根据转向速度

调整该特性曲线，使得与较慢转向速度(1,3,5)的情况下的特性曲线相比，经调整的特性曲线(2,4,6)的倾斜度的最大变化较小。

Description

用于操作机动车辆的转向系统的方法以及转向系统

技术领域

本发明涉及机动车辆的转向系统的方法，以及用于机动车辆的转向系统。

背景技术

在EPS(电动助力转向)系统或线控转向系统中，已知为了提高驾驶员的驾驶舒适性，转向性能和转向感觉会受到影响。本文中，确定施加在转向装置(例如方向盘)处的手动扭矩，以辅助驾驶员施加的力或抵消驾驶员施加的力。以该方式，能够给予驾驶员与当前驾驶情况对应的驾驶感觉。

在线控转向系统的情况下，借助于反馈致动器生成转向感觉。在EPS系统的情况下，在方向盘与要转向的车轮之间存在机械连接的情况下，已知以下调节构思，其使得可以调整与手动扭矩对应的转向扭矩，以在方向盘处生成期望的转向感觉。为此，致动或调整电动机或机电伺服单元，使得设置与期望的手动扭矩对应的转向扭矩。

在某些驾驶状态下并且/或者在一些驾驶情况下，可能发生未提供令人满意的转向感觉。因此，特别是在高转向速度的情况下，驾驶员能够辨别出在方向盘上存在的辅助或反扭矩的变化。这种显著的变化导致驾驶员的不确定性，因此是不期望的。

发明内容

本发明的目的是指定一种用于机动车辆的转向系统，该转向系统在高转向速度的情况下提供改进的且更一致的转向感觉。

所述目的通过本发明的机动车辆的转向系统的方法以及用于机动车辆的转向系统来实现。

相应地，提供了一种用于操作机动车辆的转向系统的方法，在该方法的情况下，由反馈致动器引入到转向手柄的转向力辅助或反扭矩以取决于施加到转向手柄的驾驶员侧手动扭矩的方式生成转向感觉，该转向感觉借助于特性曲线来表示，该特性曲线在转向速度在150°/s以上、特别地在200°/s以上并且特别优选地在200°/s至300°/s的范围内的情况下，以取决于转向速度的方式被适应性调整，使得与较低转向速度的情况下的特性曲线相比，经适应性调整的特性曲线的梯度的最大变化较小。

因此，在高转向速度的情况下，可以防止方向盘处的可辨别的扭矩的意外增加。因此显著改善了转向感觉。

在一个优选的实施方式中，对特性曲线的适应性调整包括重新缩放X轴，特别是在特性曲线的零交叉的区域中。

特性曲线优选地是基础函数。

在一个示例性实施方式中，转向系统是机电转向系统，并且特性曲线是基础扭矩曲线或转向柱扭矩控制曲线。

还可以提供的是，转向系统是线控转向系统，并且特性曲线再现由反馈致动器提供的转向扭矩与转向角度的相关性。

对特性曲线的适应性调整可以包括添加常数，该常数可以特别地取决于转向速度。

此外，提供了一种用于机动车辆的线控转向系统，该线控转向系统具有转向致动器和反馈致动器，该转向致动器作用在转向轮上，以取决于驾驶员的转向请求的方式被电子地调节，并且借助于齿轮齿条式转向器作用在转向轮上；该反馈致动器将道路的反馈效果传至方向盘，该反馈致动器借助于至少两条特性曲线以取决于转向角度的方式提供转向扭矩，并且针对高转向速度提供第一特性曲线并且针对较低转向速度提供第二特性曲线，与第二特性曲线相比，第一特性曲线的梯度的最大变化较小。如上面已经描述的，这会产生显著改善的转向感觉。

优选地借助于第二特性曲线来计算第一特性曲线。

对特性曲线的适应性调整包括添加常数，该常数可以特别地取决于转向速度。

此外，提供了一种用于机动车辆的机电转向系统，该机电转向系统具有转向小齿轮和至少一个用于转向力辅助的电动机，该转向小齿轮连接至下转向轴并且与安装在壳体中的齿条啮合，使得齿条能够沿着纵向轴线移位以实现车轮的转向；转向力辅助借助于至少两条特性曲线来限定，所述至少两条特性曲线是基础扭矩曲线或转向柱扭矩控制曲线，并且针对高转向速度提供第一特性曲线并且针对较低转向速度提供第二特性曲线，与第二特性曲线相比，第一特性曲线的梯度的最大变化较小。如上面已经描述的，这会产生显著改善的转向感觉。

优选地借助于第二特性曲线通过缩放X轴来计算第一特性曲线，优选的是，在使用基础扭矩曲线的情况下，X轴被拉伸，并且在使用转向柱扭矩控制曲线的情况下，X轴被压缩。

附图说明

基于附图在以下文本中将更详细地描述本发明的优选实施方式。相同或相同作用的部件在附图中由相同的标记表示，在附图中：

图1：示出了机电机动车辆转向系统的转向柱扭矩控制曲线的示意性图示，

图2：示出了机电机动车辆转向系统的基础扭矩曲线的示意性图示，以及

图3：示出了线控转向系统中以取决于转向角度的方式作用于方向盘处的反扭矩的轮廓的示意性图示。

具体实施方式

图1和图2示出了机电机动车辆转向系统的转向感觉的两种不同控制类型。这些是确保经典动力转向系统的适当转向辅助的基础函数，如根据液压转向系统所已知的。尽管轴承中有摩擦或转向系统的可移动部件有惯性，但图中未示出的附加功能部件确保路面的反馈效果作为可辨别的信息能够由驾驶员获得。这些装置尤其包括使方向盘返回到中央位置的主动返回控制装置和方向稳定性校正装置，以例如在倾斜的斜坡道的情况下利于驾驶员进行所需的反向转向。还可以想到另外的功能部件。

图1示出了转向扭矩T_STW与估计的齿条力T_负载的相关性。扭矩T_STW是要施加在方向盘上并且是为了达到齿条力T_负载所需的扭矩。该轮廓用作调节机电机动车辆转向系统中的电动机的辅助扭矩的转向柱扭矩控制算法的基础。

如上面已经描述的，基础功能可以具有例如依赖于车辆速度的附加的功能部件。对于低车辆速度，在整个齿条力范围内需要低转向扭矩。这使得转向系统例如在停车期间平稳运行。相比之下，在较高车辆速度的情况下，提供了更大的转向扭矩，以施加期望的齿条力。转向辅助较低。因此，这些转向运动是较刚性且更直接的。

根据本发明，凭借以取决于转向速度

的方式提供不同的转向感觉的事实来优化转向感觉。图1示出了常规轮廓1(实线)和针对高转向速度的适应性调整的转向感觉2(虚线)。转向速度

是转向角度的时间变化。高转向速度是在200°/s-300°/s范围中的转向速度。常规轮廓再现0-50°/s范围中的低转向速度的情况下的转向感觉。箭头指示朝向高转向速度的转向感觉的变化。

常规轮廓1类似于根函数；在小齿条力的情况下转向扭矩T_STW在1-5Nm的范围中急剧上升之后，该曲线大幅变平并且几乎是线性的。该上升取决于转向感觉轮廓，该转向感觉轮廓根据车辆而不同。在小齿条力的情况下，转向辅助低，并且在大齿条力的情况下，转向辅助大。

在高转向速度2的情况下，在小齿条力的区域中上升明显较平坦，并且在较高齿条力的情况下合并到针对较低转向速度的曲线中。换言之，在小齿条力的情况下，梯度明显较小，并且曲线的轮廓在相对大的范围内具有几乎恒定的梯度。因此，在高转向速度的情况下，避免了驾驶员注意到在小齿条力的情况下要施加的转向扭矩的急剧上升，并且因此引起烦恼。因此，特性曲线的梯度不超过预定义的限制值，其结果是特性曲线2明显比针对较低转向速度的特性曲线1平坦。

代替齿条力，基础转向扭矩还可以取决于表示轮胎的转弯力的另一变量。在此，例如，横向加速度是代替齿条力的合适的变量。另外，还可以根据其他变量(例如转向角度、方向盘角度或横摆率)来计算基础转向扭矩。

图2示出了基础扭矩曲线3(“助力曲线”)，其指示作为作用于方向盘处的转向扭矩T_STW的函数的基础辅助扭矩T_辅助。特性曲线3是同样可以通过其他功能部件延伸的基础。算法基于由驾驶员施加的转向扭矩T_STW，借助于基础扭矩曲线3来计算扭矩T_辅助，其中施加扭矩T_辅助以辅助转向运动。示出了基础扭矩曲线3(实线)的常规轮廓和针对高转向速度的适应性调整的转向感觉4(虚线)。箭头指示朝向高转向速度转向感觉的变化。在常规基础扭矩曲线3的情况下，在零附近的小转向扭矩的情况下的辅助非常低。辅助从0-1Nm的转向扭矩急剧上升，并且从3-4Nm的转向扭矩具有近似恒定的梯度。因此，针对高转向速度的特性曲线4提供了轮廓，在这种情况下，该轮廓的变化明显较小并且因此驾驶员无法辨别。特性曲线具有在0.5至1的范围内的梯度，并且在转向扭矩的范围内仅略微变化。换言之，梯度的最大变化是有限的。

图3示出了线控转向系统的转向感觉的特性曲线5。在线控转向系统的情况下，转向轮的位置未直接耦接至方向盘。在方向盘与转向轮之间经由电信号连接。通过转向角度传感器获得驾驶员的转向请求，并且经由转向致动器以取决于驾驶员的转向请求的方式调节转向轮的位置。未提供与车轮的机械连接，因此在对方向盘的致动之后缺失力反馈，例如在停车情况下的相应反馈，其中出于舒适原因期望施加较少力，或者在通常直行向前驾驶的情况下，其中期望与车辆反作用对应的较高转向扭矩。为了模拟在线控转向系统的情况下道路对方向盘的反馈效果，需要在方向盘或转向柱处设置反馈致动器(FBA)，该反馈致动器以取决于转向手柄的反馈效果的方式赋予转向感觉。

所示的特性曲线5示出了对于正常转向速度(实线)和高转向速度6(虚线)，相对于方向盘旋转角度

绘制的反馈致动器所预定的转向扭矩T_STW的基础轮廓。在正常转向速度和小方向盘旋转角度的情况下，反扭矩急剧上升。该曲线在较高方向盘旋转角度的情况下变平，并且合并成具有恒定梯度的近似线性曲线。

以类似于在机电机动车辆转向系统的情况下相对于转向柱扭矩控制曲线的方式，该曲线对于高转向速度变平，因此梯度不超过预定义值并且在整个转向角度范围内更均匀。换言之，梯度的最大变化是有限的。

通过重新缩放X轴(特别是拉伸X轴)，可以借助于针对低转向速度的原始特性曲线来获得经适应性调整的特性曲线。还可以提供的是，从针对低转向速度的特性曲线开始，根据以下式来计算针对高转向速度的特性曲线：

φ′_IN＝φ_IN+b0，

其中，

是在预定义反扭矩的情况下针对低转向速度的特性曲线上的转向角度，

是在相同预定义反扭矩的情况下针对高转向速度的特性曲线上的转向角度，并且b0是可以随转向速度增加的常数。还可以提供的是，b0是转向角度的函数：

针对高转向速度的特性曲线也可以根据下式来计算：

其中，

是在预定义反扭矩的情况下针对低转向速度的特性曲线上的转向角度，

是在相同预定义反扭矩的情况下针对高转向速度的特性曲线上的转向角度，k是常数，并且

是转向速度。

此处，低转向速度是范围在0-50°/sec内的转向速度。在一个优选的实施方式中，低转向速度是等于零的转向速度。

Claims (17)

1.一种用于操作机动车辆的转向系统的方法，在所述方法的情况下，由反馈致动器引入到转向手柄中的转向力辅助或反扭矩以取决于施加到所述转向手柄的驾驶员侧手动扭矩的方式生成转向感觉，所述转向感觉借助于特性曲线(1,2,3,4,5,6)来表示，特性曲线以取决于转向速度

的方式被适应性调整，所述方法的特征在于，特性曲线(1,3,5)在所述转向速度在150°/s以上的情况下被适应性调整，使得与较低转向速度情况下的特性曲线(1,3,5)相比，经适应性调整的特性曲线(2,4,6)的梯度的最大变化较小。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对特性曲线的适应性调整在所述转向速度在200°/s以上的情况下发生。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对特性曲线的适应性调整在所述转向速度在从200°/s至300°/s的范围中的情况下发生。

4.根据前述权利要求1-3中的一项所述的方法，其特征在于，对特性曲线的适应性调整包括重新缩放X轴。

5.根据前述权利要求4所述的方法，其特征在于，对特性曲线的适应性调整包括在特性曲线的零交叉的区域中重新缩放X轴。

6.根据前述权利要求1-3中的一项所述的方法，其特征在于，特性曲线(1,2,3,4,5,6)是基础函数。

7.根据前述权利要求1-3中的一项所述的方法，其特征在于，所述转向系统是机电转向系统，并且特性曲线是基础扭矩曲线(3,4)或转向柱扭矩控制曲线(1,2)。

8.根据前述权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述转向系统是线控转向系统，并且特性曲线(5,6)表示由所述反馈致动器提供的转向扭矩与转向角度的相关性。

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，对所述特性曲线的适应性调整包括添加常数。

10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，所述常数取决于所述转向速度

11.一种用于机动车辆的线控转向系统，所述线控转向系统具有转向致动器和反馈致动器，所述转向致动器作用在转向轮上并且以取决于驾驶员的转向请求的方式被电子地调节，并且所述转向致动器借助于齿轮齿条式转向器作用在所述转向轮上；所述反馈致动器将道路的反馈效果传至方向盘，所述反馈致动器借助于至少两条特性曲线以取决于转向角度的方式提供转向扭矩，所述线控转向系统的特征在于，针对高转向速度提供第一特性曲线(6)并且针对较低转向速度提供第二特性曲线(5)，并且与所述第二特性曲线(5)相比，所述第一特性曲线(6)的梯度的最大变化较小。

12.根据权利要求11所述的线控转向系统(1)，其特征在于，借助于所述第二特性曲线(5)来计算所述第一特性曲线(6)。

13.根据权利要求11或12所述的线控转向系统，其特征在于，对特性曲线的适应性调整包括添加常数。

14.根据权利要求13所述的线控转向系统，其特征在于，所述常数取决于转向速度

15.一种用于机动车辆的机电转向系统，所述机电转向系统具有转向小齿轮和用于转向力辅助的至少一个电动机，所述转向小齿轮连接至下转向轴并且与安装在壳体中的齿条啮合，使得所述齿条能够沿着纵向轴线移位以实现车轮的转向；所述转向力辅助借助于至少两条特性曲线(1,2,3,4)来限定，所述至少两条特性曲线是基础扭矩曲线(3,4)或转向柱扭矩控制曲线(1,2)，所述机电转向系统的特征在于，针对高转向速度提供第一特性曲线(2,4)并且针对较低转向速度提供第二特性曲线(1,3)，与所述第二特性曲线(1,3)相比，所述第一特性曲线(2,4)的梯度的最大变化较小。

16.根据权利要求15所述的机电转向系统，其特征在于，借助于所述第二特性曲线(1,3)通过缩放X轴来计算所述第一特性曲线(2,4)。

17.根据权利要求16所述的机电转向系统，其特征在于，在使用所述基础扭矩曲线(3)的情况下，所述X轴被拉伸，并且在使用转向柱扭矩控制曲线(1)的情况下，所述X轴被压缩。

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