CN113242827A

CN113242827A - 用于确定线控转向系统的转向感的方法

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Publication number: CN113242827A
Application number: CN201980083927.7A
Authority: CN
Inventors: 莱昂纳德·拉皮斯; 马努埃尔·罗尔莫泽
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2039-12-17
Also published as: US11926380B2; WO2020127265A1; CN113242827B; US20220097759A1; EP3898383A1; DE102018132865A1

Abstract

本发明涉及用于控制机动车辆的线控转向系统的方法，该线控转向系统包括：电子可控转向致动器(6)，其作用在转向轮(7)上；致动单元(60)；以及反馈致动器(4)，驾驶员经由转向输入装置(3)向该反馈致动器(4)施加驾驶员对转向角的请求，并且该反馈致动器(4)向转向输入装置输出反馈信号作为对驾驶员的请求的反应并且输出机动车辆的驾驶状态；信号传输装置，其将驾驶员的请求传输至致动单元(60)；其中，致动单元(60)致动转向致动器(6)以将驾驶员的请求转换为转向轮(7)的偏转；确定至少一个前轮的车轮滑移；对至少一个前轮的车轮滑移信号的时间曲线进行频率分析；以及根据频率分析的结果确定反馈信号。

Description

用于确定线控转向系统的转向感的方法

本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的用于控制线控转向系统的方法，并且涉及具有权利要求9的前序部分的特征的线控转向系统。

在线控转向系统中，转向轮的位置不与转向输入装置(例如，方向盘)直接耦接。方向盘与转向轮之间经由电信号连接。驾驶员的转向意图由转向角传感器获得，并且根据驾驶员的转向请求，经由转向致动器控制转向轮的位置。不提供与车轮的机械连接，使得在致动方向盘之后不向驾驶员发送直接的力反馈。然而，例如在停车时或者在向前直行驾驶时相应调整反馈，其中，期望适应于车辆反作用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，该反作用力由反馈致动器以与转向方向相反的扭矩的形式再现。驾驶员体验到转向感，由此可以预设该转向感。为了在线控转向系统的情况下模拟方向盘上的来自道路的反馈，需要在方向盘或者转向柱上提供反馈致动器(FBA)，该反馈致动器根据期望反馈向转向操纵传递转向感觉。

转向系统的反馈特性通常由转向齿条力确定，转向齿条力从经由底盘连接至车轮的横拉杆作用在转向齿条上。转向齿条力受当前转弯力的显著影响。因此，当前转向齿条力的大部分对应于横向加速度。然而，转向齿条力不仅由在围绕转角行驶时产生的横向力确定，而且转向齿条力还受当前行驶状况的大量其他参数的影响。这样的参数的示例是道路状况(不规则性、轨道槽、摩擦系数)。

已知在电动助力转向(EPS)的情况下，借助于布置在转向齿条上的扭矩传感器或者通过借助于所谓观测器基于转向系统的模型的估计来确定存在的当前转向齿条力。公开文献DE 10 2015 216 040 A1公开了一种机电动力转向系统，其中确定转向齿条力并且研究其随时间的曲线(profile)并将其与参考值进行比较，以便随后例如以传递至方向盘的转向扭矩的形式向驾驶员提供触觉反馈。

本发明的目的是指定一种用于控制机动车辆的线控转向系统的方法，该方法允许改善转向感觉并且同时在中间范围内表现出低干扰行为。此外，指定一种允许改善转向行为的线控转向系统。

该目的通过具有权利要求1的特征的用于控制机动车辆的线控转向系统的方法以及通过具有权利要求9的特征的用于机动车辆的线控转向系统来实现。在从属权利要求中提及了本发明的有利的其他发展。

因此，一种用于控制机动车辆的线控转向系统的方法，该线控转向系统包括：

-电子可控转向致动器，其作用在转向轮上，

-控制单元，

-反馈致动器，由驾驶员经由转向输入装置向该反馈致动器施加驾驶员对转向角的请求，并且该反馈致动器向转向输入装置输出反馈信号作为对驾驶员的请求的反应，并且输出机动车辆的驾驶状况，

-信号传输装置，其将驾驶员的请求传输至控制单元，

-其中，控制单元控制转向致动器以将驾驶员的请求转换为转向轮的偏转，其中，该方法包括以下方法步骤：

-确定至少一个前轮的车轮滑移，

-对至少一个前轮的车轮滑移信号的随时间的曲线进行频率分析，

-根据频率分析的结果确定反馈信号。

反馈信号优选地可以通过以下步骤确定：

-根据车辆速度矢量以及根据在每种情况下左前轮的前轮速度矢量和右前轮的前轮速度矢量来生成传输模型，

-向反馈致动器输出转向扭矩，该反馈致动器将从道路向驾驶员的反馈传递给方向盘。

通过根据速度矢量确定反馈信号，可以向驾驶员发送关于道路状况的稳定信号，该稳定信号与由转向致动器的机械部件产生并且被以扭矩的形式传输至驾驶员的力无关，并且该力进而经由控制单元导致转向致动器的转向杆处的不期望的偏转。

在频率分析中，优选地确定通过预定义频率值进行分类的主频率。优选地在从2Hz至50Hz的频率范围内确定主频率，更优选地，在从8Hz至20Hz的频率范围内确定主频率。

优选地，根据分类将预定义反馈信号分配至主频率。

优选地，反馈信号包括转向扭矩和中心位置。

还优选地，至少一个前轮的车轮滑移s_,wF根据以下等式确定：

其中，v_,wF是至少一个前轮的前轮速度，并且v_,veh是车辆速度。

优选地分析两个前轮的车轮滑移。

还提供了一种用于机动车辆的线控转向系统，该线控转向系统包括：

-电子可控转向致动器，其作用在转向轮上；控制单元；反馈致动器，由驾驶员经由转向输入装置向该反馈致动器施加驾驶员对转向角的请求，并且该反馈致动器向转向输入装置输出反馈信号作为对驾驶员的请求的反应，并且输出机动车辆的驾驶状况，

-信号传输装置，其将驾驶员的请求发送至控制单元，

-其中，控制单元控制转向致动器以将驾驶员的请求转换为转向轮的偏转，其中，线控转向系统适于执行上文所描述的方法。

下文将参照附图更详细地说明本发明的优选实施方式。附图中将使用相同的附图标记表示相同类型的或具有相同作用的部件。在附图中：

图1：是线控转向系统的示意图，

图2：是具有用于确定转向扭矩的模块的线控转向系统的控制系统的框图，

图3：是用于确定转向扭矩的模块的框图，以及

图4：是用于确定转向扭矩的另一模块的框图。

图1示出了线控转向系统1。旋转角度传感器(未示出)安装在转向轴2上，该旋转角度传感器检测通过转动转向输入装置3而施加的驾驶员转向角，该转向输入装置3在示例中是方向盘的形式。然而，可以附加地检测转向扭矩。操纵杆可以用作转向输入装置。在转向轴2上还安装有反馈致动器4，该反馈致动器4用于模拟从道路70到方向盘3上的反馈，并且因此向驾驶员提供关于车辆的转向和驾驶行为的反馈。如图2中所示，驾驶员的转向请求经由由旋转角度传感器测量的转向轴2的旋转角度α经由信号线被发送至反馈致动器监控单元10。反馈致动器监控单元10将驾驶员的转向请求发送至控制单元60。反馈致动器监控单元10优选地还承担对反馈致动器4的控制。反馈致动器监控单元10也可以与控制单元60一体地形成。根据旋转角度传感器的信号和其他输入参数，控制单元60控制电动转向致动器6，该电动转向致动器6控制转向轮7的位置。转向致动器6经由诸如例如转向齿条转向机构的转向杆转向机构8并且经由横拉杆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的控制系统。反馈致动器4经由信号线50接收信号，尤其是来自旋转角度传感器的信号，该旋转角度传感器测量并且存储旋转角度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的反馈致动器监控单元10通信。反馈致动器监控单元10从转向致动器6的控制单元60接收转向轮7的实际车轮转向角β还有控制单元60已经确定的其他参数。将在转向齿条12处测量的转向齿条位置120和其他道路信息13传递至控制单元60。控制单元60还接收与驾驶员相关的转向命令51，例如转向角状态。反馈致动器监控单元10具有用于确定转向感觉的模块11。该模块产生控制反馈致动器4的信号并且产生生成转向感觉的转向扭矩T_,fb。另外，将用于方向盘的向前直行位置的转向扭矩T_,npos发送至反馈致动器4。

图3示出了用于确定转向感觉的模块11。在第一步骤111中，根据两个前轮的车轮速度矢量v _,wFL、v _,wFR和车辆速度矢量v _,veh，借助于频率分析或者经由传输模型(例如带通滤波器)来确定用于方向盘的向前直行位置的转向扭矩T_,npos，并且将转向扭矩T_,npos添加在所得到的转向扭矩T_,fb上并传输至反馈致动器4。通过使用车轮速度和车辆速度，可以向驾驶员反馈稳定的转向扭矩，该转向扭矩与作用在转向机构上的力无关，该作用在转向机构上的力由转向致动器的机械部件产生并且被以扭矩的形式传输至驾驶员，并且进而经由控制单元导致转向致动器的转向杆处的不期望的偏转。

图4示出了用于确定转向感觉11的另一模型。在第一步骤110中，借助于以下关系，根据两个前轮的车轮速度矢量v _,wFL、v _,wFR和车辆速度矢量v _,veh确定两个前轮的车轮滑移s_,wFL、s_,wFR：

基于两个前轮的车轮滑移s_,wFL、s_,wFR，可以确定车辆是在平坦/干燥的道路上行驶，还是例如在潮湿的道路或碎石道路上行驶。例如，如果车辆在碎石道路上行驶，则两个前轮的车轮滑移s_,wFL、s_,wFR会振荡，使得可以通过分析这些值来确定这些不规则性。因此，在下一步骤112中，执行两个前轮的车轮滑移s_,wFL、s_,wFR的频率分析。在频率分析中，优选地在大约从2Hz至50Hz的范围内，特别是在大约从8Hz至20Hz的范围内分析车轮滑移随时间的曲线的振荡，并且由此确定频率或主频率。在下一步骤113中，将所确定的主频率f_,dom与预定义频率值进行比较。由此，基于原因将所确定的主频率f_,dom分配至特定的频率范围，并且将所确定的主频率f_,dom作为被评估为期望的频率范围进行转发或者作为被认为是干扰的频率范围在反馈路径中被抑制或被至少强烈减弱。基于所转发的主频率，在下一步骤114中生成转向扭矩T_,fb的值，以向驾驶员提供基于道路信息尽可能真实的转向感觉。此外，将用于方向盘的向前直行位置的转向扭矩T_,npos传输至反馈致动器4。如此确定的转向扭矩具有低干扰性，因为它们仅取决于速度的测量并且因此与转向齿条力完全无关。

Claims

1.一种用于控制机动车辆的线控转向系统的方法，所述线控转向系统包括：

-电子可控转向致动器(6)，其作用在转向轮(7)上，

-控制单元(60)，

-反馈致动器(4)，由驾驶员经由转向输入装置(3)向所述反馈致动器(4)施加驾驶员对转向角的请求，并且所述反馈致动器(4)向所述转向输入装置输出反馈信号作为对所述驾驶员的请求的反应，并且输出所述机动车辆的驾驶状况，

-信号传输装置，其将所述驾驶员的请求传输至所述控制单元(60)，

-其中，所述控制单元(60)控制所述转向致动器(6)以将所述驾驶员的请求转换为所述转向轮(7)的偏转，

-其特征在于，所述方法包括以下方法步骤：

-确定至少一个前轮的车轮滑移，

-对所述至少一个前轮的车轮滑移信号的随时间的曲线进行频率分析，

-根据所述频率分析的结果确定所述反馈信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述频率分析中确定主频率，所述主频率通过预定义频率值进行分类。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述分类将预定义反馈信号分配至所述主频率。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述反馈信号包括转向扭矩和中心位置。

5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个前轮的车轮滑移(s_,wF)根据以下等式确定：

其中，v_,wF是所述至少一个前轮的前轮速度，并且v_,veh是车辆速度。

6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在从2Hz至50Hz的频率范围内确定所述主频率。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在从8Hz至20Hz的频率范围内确定所述主频率。

8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，分析两个前轮的车轮滑移。

9.一种用于机动车辆的线控转向系统(1)，包括：

-电子可控转向致动器(6)，其作用在转向轮(7)上，

-控制单元(60)，

-其中，所述控制单元(60)控制所述转向致动器(6)以将所述驾驶员的请求转换为所述转向轮(7)的偏转，其特征在于：

所述线控转向系统(1)适于执行根据权利要求1至8中的一项所述的方法。