CN113544045B - 用于控制线控转向系统的方法和用于机动车辆的线控转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制用于机动车辆的线控转向系统(1)的方法，该线控转向系统(1)包括：可电子控制的转向控制器(2)，该转向控制器(2)作用在转向轮上并且检测转向轮的实际转向角(α)；反馈致动器(3)，该反馈致动器(3)检测经由方向盘调节的目标转向角(β)；以及致动单元(4)，该致动单元(4)以根据目标转向角(β)和实际转向角(α)的经检查的扭矩请求信号(PT_req)致动转向控制器(2)，其中，该方法包括以下步骤：通过致动单元(4)的位置控制器(5)至少基于目标转向角(β)和实际转向角(α)来确定扭矩请求信号(T_req)；使用致动单元(4)的检查装置(6)来检查位置控制器(5)是否处于错误状态；在尚未确立错误状态的情况下，使用检查装置(6)的选择装置将扭矩请求信号(T_req)选择为经检查的扭矩请求信号(PT_req)；在确立错误状态的情况下，使用检查装置(6)的选择装置将参考扭矩信号(T_ref)选择为经检查的扭矩请求信号(PT_req)；将经检查的扭矩请求信号(PT_req)传输至转向控制器(2)，其中，通过评估由检查装置(6)的计算单元计算为目标转向角(β)与实际转向角(α)之间的控制偏差的时间积分的累积偏差变量，检查装置(6)确立是否存在错误状态并通过参考控制器至少基于控制偏差确定参考扭矩信号(T_ref)。

Description

用于控制线控转向系统的方法和用于机动车辆的线控转向系统

技术领域

本发明涉及用于控制线控转向系统的方法，并且涉及用于机动车辆的线控转向系统。

背景技术

在用于机动车辆的线控转向系统中，在由驾驶员操作的方向盘与转向轮之间不再存在机械连接。取而代之的是，转向轮的位置由电子控制的转向致动器调节，以便将车辆引导在期望的路径上。为此，连接至转向柱的反馈致动器提供代表驾驶员的转向意图的期望的位置信号。然后通过具有足够功率和带宽的位置控制器以扭矩请求信号激活转向致动器，从而将转向轮调节到所需位置。

这种安全关键的控制任务必须确保高水平的故障安全性，以便车辆尽管没有机械连接，但即使在位置控制器有缺陷的情况下仍保持可转向，并且驾驶员保持对车辆的控制。因此，为转向致动器的控制回路开发安全概念非常重要。

从US 9 598 102 B2中已知一种用于减弱用于控制车辆的动力转向系统的第一控制命令中的不规则性的方法。该方法基于多重的输入信号生成指示命令值范围的范围信号并确定第一控制命令是否超出范围超过预定时间量。基于多重的输入信号的子集生成第二控制命令，并且响应于确定第一控制命令超出范围超过预定时间量而将第二控制命令发送至动力转向系统。不利的是，先前已知的方法仅不够充分地考虑了机动车辆所处的驾驶情况，并且因此所产生的范围信号必须等同地适用于大量不同的驾驶情况，比如转弯和直行。此外，在离开指定范围之前，没有考虑哪些车道偏差会导致错误的第一控制命令。这意味着由于重大违规行为导致的错误控制命令只能被较晚地识别。

US 8 660 754 B2描述了一种用于车辆的转向系统，其中基于方向盘速度信号和校正信号的总和来确定转向速度。校正信号取决于方向盘位置与转向元件的位置之间的角度误差，所述角度误差根据方向盘速度增加或减少。这确保了在某个阈值以下的方向盘速度不会导致任何角度误差的校正，并且在转向元件的位置传感器发生故障的情况下降低了危险情况的风险。不利的是，在方向盘位置不变的情况下，角度误差在任意时间长度内都无法得到校正，尤其是在直线行驶时。

因此，本发明的目的是提出一种用于控制线控转向系统的方法和一种用于机动车辆的线控转向系统，通过该方法和该系统提高转向的安全性和可靠性。

发明内容

该目的通过本发明的用于控制线控转向系统的方法以及用于机动车辆的线控转向系统来实现。

由此产生对线控转向系统的控制，从而能够在转向角偏差的情况下改进误差检测和误差校正。尤其是方向盘与转向轮之间的微小但持续的转向角偏差得到可靠校正。为此，根据本发明的方法提供了计算累积偏差变量作为位置控制器结合对位置控制器冗余设计的参考控制器的控制偏差的时间积分。根据累积偏差变量的值，由位置控制器指定的用于激活转向致动器的扭矩请求信号被由参考控制器确定的安全参考扭矩信号代替。参考扭矩适用于在可容忍的控制偏差下调节转向致动器的期望转向角。同时，参考扭矩是安全的，因为它不会引起车辆状态的任何突然或不可预见的变化并且车辆保持可控。根据本发明的方法还补偿轻微的系统转向角误差。因此，转向系统也特别适用于转向角误差不再能够由驾驶员手动补偿的至少部分自主的机动车辆。

累积偏差变量优选通过以车辆的行驶速度对位置调节器的控制偏差进行加权来计算。通过在时间积分中以行驶速度对控制偏差进行加权，可以在相应的驾驶情况中考虑控制偏差对机动车辆的车道的影响。由于在较高速度下进行加权，因此同样大的控制偏差导致增加的累积偏差变量。因此，参考控制器在较高速度下更早地进行干预，以限制产生的车道偏差。因此，用行驶速度进行加权可以实现连续的车道偏差监控。

位置控制器的错误状态可以通过累积偏差变量超过可选阈值的事实来确定。可以通过选择阈值来对误差监控的容忍度进行设置。例如，通过更高的阈值，也可以容忍其他辅助系统、比如主动转向系统的转向干预。特别地，可以根据车辆的行驶速度来选择阈值。结果，可以以速度调节的方式容忍主动转向的校正转向功能。

在确定参考扭矩信号时优选地考虑转向致动器的瞬时角速度。因此，参考控制器可以更快地对由于外部影响、比如与路缘的接触而改变的实际转向角做出反应。

参考扭矩信号优选地包含与期望转向角与实际转向角之间的控制偏差成比例的分量以及取决于转向致动器的角速度的分量。参考控制器因此可以设计为避免或至少减少控制中的超调的PD控制器。特别地，可以提供的是，参考控制器以优化的方式适配以减小控制偏差。

在切换操作期间，选择装置可以优选地将经检查的扭矩请求信号内插在参考扭矩信号与扭矩请求信号之间。这避免了由于参考控制器的干预而导致转向致动器扭矩的突然变化。

本发明的进一步改进可以从以下描述得出。

附图说明

下面参照附图中所示的示例性实施方式更详细地解释本发明。

图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的线控转向系统的结构，

图2示意性地示出了根据图1的示例性实施方式的激活单元的结构，

图3示意性地示出了根据图1和图2的示例性实施方式的检查装置的结构。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于机动车辆的线控转向系统的结构。线控转向系统1具有可电子控制的转向致动器2和反馈致动器3，该可电子控制的转向致动器2作用在转向轮上并检测转向轮的实际转向角α(参见图2)，该反馈致动器3检测经由方向盘设置的期望转向角β。此外，提供有激活单元4，该激活单元4根据期望转向角β和实际转向角α通过经检查的扭矩请求信号PT_req来激活转向致动器2。

驾驶员借助于施加在方向盘上的作为输入变量的转向扭矩T_L而作用在反馈致动器3上。反馈致动器3可以被设计成借助于旋转角度传感器测量由转向扭矩T_L引起的方向盘的调节并且将期望转向角β分配给所测量的角度。替代性地，反馈致动器可以测量转向扭矩T_L并且可以将期望转向角β分配至转向扭矩T_L。期望转向角β作为反馈致动器3的输出信号被传输到激活单元4。激活单元4可以是作为集成控制装置的转向致动器2的一部分，或者激活单元4可以被设计为单独的控制装置。来自转向轮的转向载荷F_load(F_last)作用在转向致动器2上并且抵消转向致动器2对实际转向角α的调节和/或根据驾驶情况使实际转向角α经受不同的失效。这种外部转向载荷可能是例如由转弯时直线前进位置的恢复力或由侧风引起的力引起的。

参照图2和图3更详细地解释了根据本发明的结构和激活单元4的操作模式。激活单元4具有位置控制器5和检查装置6，检查装置6包括参考控制器7、计算单元11和选择装置10(参见图3)。

激活单元4执行以下方法来控制线控转向系统1。

激活单元4的位置控制器5至少基于期望转向角β和实际转向角α确定扭矩请求信号T_req。扭矩请求信号T_req然后由激活单元4的检查装置6检查以确定位置控制器5是否处于错误状态。通过评估由检查装置6的计算单元11计算为期望转向角β与实际转向角α之间的控制偏差e的时间积分的累积偏差变量，检查装置6确定是否存在错误状态。如果尚未确定错误状态，则检查装置6的选择装置10选择扭矩请求信号T_req作为经检查的扭矩请求信号PT_req。另一方面，如果已确定错误状态，则检查装置6的选择装置10选择参考扭矩信号T_ref作为经检查的扭矩请求信号PT_req。参考扭矩信号T_ref由检查装置6借助于参考控制器7至少基于控制偏差e来确定。最后，经检查的扭矩请求信号PT_req被传输到转向致动器2。

如图2和图3中示意性地示出的，累积偏差变量可以通过控制偏差e与车辆的行驶速度v的加权来计算。这使得能够进行连续的车道偏差诊断，因为用瞬时行驶速度v加权的控制偏差e表示由控制偏差引起的车道偏差的度量。例如，可以基于简单的车辆模型计算累积偏差变量。可以设想将累积偏差变量用作控制偏差e乘以车辆速度v的积分。以这种方式，获得的累积偏差变量是与实际车道偏差相关的长度。基于车辆运动的车道偏差的速度相关计算使得可以仅基于控制偏差和行驶速度来计算车辆与期望车道的绝对距离。

累积偏差变量也可以优选地计算为对控制偏差e乘以车辆速度v的平方(或更高次幂)的积分。车辆速度v的这种更大的加权可以有利地确保在更高的车辆速度下的车道偏差通过控制器中的检查装置6的早期干预更快地得到校正。

然而，在确定累积偏差变量时，控制偏差e也可以被不同地加权，以便影响检查装置6的响应行为。在这种情况下，计算出的积分可以与实际车道偏差不同和/或可以与实际车道偏差具有非线性关系。

可以将时间积分的积分时间选择为任意长度。例如，可以在自选择设备10的先前切换以来的整个周期内累积偏差量。替代性地，可以使用具有可选持续时间的滑动积分区间。

当累积偏差变量超过可选择的阈值时，优选地确定位置控制器5的错误状态。阈值特别优选地根据车辆的行驶速度v来选择。因此，在不同的行驶速度下，可以在不同程度上容忍主动转向辅助。例如，在高速时，只能在一定时间内容忍车道保持助手的转向干预，而在低速时，即使容忍由停车助手引起的车道偏差也可能是有利的。

如图3中所示，在确定参考扭矩信号T_ref时优选地考虑转向致动器2的瞬时角速度ω。通过考虑参考控制器7中的角速度ω，可以在控制中包括阻尼项，所述阻尼项抵消实际设定角α的快速变化。这使得在计算参考扭矩信号T_ref时可以考虑改变实际设定角α的突然出现的干扰力的阻尼所需的扭矩。

位置控制器5优选地具有比参考控制器7更高的带宽。由于位置控制器5的更高带宽，线控转向系统的控制也可以在正常操作中调节较高频干扰。在位置控制器5的这种干扰或不正确操作导致控制部分由于车道偏差增加而不稳定的情况下，通过具有较低带宽的参考控制器7的控制会回落到具有可容忍的控制偏差e的鲁棒且可靠的控制。因此，使用性能低于位置控制器5的参考控制器7可能就足够了。

如图3中所示，参考控制器7中的控制偏差e被确定为期望转向角α与实际转向角β之间的差并且被供给至计算单元11。在参考控制器7内，控制偏差e进一步优选地是线性放大并与依赖于角速度ω的信号分量相加，以确定参考扭矩信号T_ref。因此，参考扭矩信号T_ref优选地包含一个与期望转向角β和实际转向角α之差成比例的分量和一个取决于转向致动器2的角速度ω的分量。

参考控制器7可以以优化的方式适配以减少控制偏差e。为此，例如可以将上述两个信号分量相互加权，使得在某些行驶情况下出现的控制偏差e被最小化。

在选择装置10已经将经检查的扭矩请求信号PT_req切换到由参考控制器7提供的参考扭矩信号T_ref之后，可以设置成使用参考扭矩信号T_ref直到操作阶段结束(即，例如，直到关闭点火)以激活转向致动器2。

替代性地，可以在晚些时间再次将经检查的扭矩请求信号PT_req切换回扭矩请求信号T_req。

例如，在已经检测到错误状态之后经过预定时间段之后，选择装置10可以从参考扭矩信号T_ref切换回扭矩请求信号T_req以作为经检查的扭矩请求信号PT_req。作为替代方案或除此之外，当参考扭矩信号T_ref和/或扭矩请求信号T_req降低到低于可预定的阈值时，选择装置10也可以从参考扭矩信号T_ref切换回扭矩请求信号T_req以作为经检查的扭矩请求信号PT_req。由于这种情况，仅在不施加转向扭矩或施加很小的转向扭矩时才发生切换，因此可以在转向扭矩没有突然变化的情况下进行特别安全的切换。

切换也可以取决于以下附加或替代条件：累积偏差变量降低到可预定的第二阈值以下。

此外，可以设置的是，选择装置10在切换操作期间将经检查的扭矩请求信号PT_req内插在参考扭矩信号T_ref与扭矩请求信号T_req之间。结果，在参考控制器7干预时和在切换回位置控制器5时都可以实现平稳过渡，因此转向干预可以在驾驶员不注意的情况下发生。

附图标记列表

1 线控转向系统

2 转向致动器

3 反馈致动器

4 激活单元

5 位置控制器

6 检查装置

7 参考控制器

10 选择装置

11 计算单元

α 实际转向角

β 期望转向角

ω 角速度

e 控制偏差

v 行驶速度

T_req 扭矩请求信号

T_ref 参考扭矩信号

PT_req 经检查的扭矩请求信号

T_L 转向扭矩

F_Load 转向载荷

Claims (10)

1.一种用于控制用于机动车辆的线控转向系统(1)的方法，所述线控转向系统(1)包括：可电子控制的转向致动器(2)，所述转向致动器(2)作用在转向轮上并且检测所述转向轮的实际转向角(α)；反馈致动器(3)，所述反馈致动器(3)检测经由方向盘设定的期望转向角(β)；以及激活单元(4)，所述激活单元(4)根据所述期望转向角(β)和所述实际转向角(α)以经检查的扭矩请求信号(PT_req)激活所述转向致动器(2)，

其中，所述方法包括以下步骤：

-通过所述激活单元(4)的位置控制器(5)至少基于所述期望转向角(β)和所述实际转向角(α)来确定扭矩请求信号(T_req)，

-通过所述激活单元(4)的检查装置(6)来检查是否存在所述位置控制器(5)的错误状态，

-在尚未确定所述错误状态的情况下，通过所述检查装置(6)的选择装置(10)将所述扭矩请求信号(T_req)选择为经检查的扭矩请求信号(PT_req)，

-在已经确定所述错误状态的情况下，通过所述检查装置(6)的选择装置(10)将参考扭矩信号(T_ref)选择为经检查的扭矩请求信号(PT_req)，

-将所述经检查的扭矩请求信号(PT_req)传输至所述转向致动器(2)，

其特征在于，通过评估由所述检查装置(6)的计算单元(11)计算的作为所述期望转向角(β)与所述实际转向角(α)之间的控制偏差(e)的时间积分的累积偏差变量，所述检查装置(6)确定是否存在所述错误状态并借助于参考控制器(7)至少基于所述控制偏差(e)确定所述参考扭矩信号(T_ref)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过用所述车辆的行驶速度(v)加权所述控制偏差(e)来计算所述累积偏差变量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述累积偏差变量超过可选择的阈值时，确定所述位置控制器(5)的所述错误状态。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述车辆的所述行驶速度(v)来选择所述阈值。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，在所述参考控制器(7)确定所述参考扭矩信号(T_ref)时考虑所述转向致动器(2)的瞬时角速度(ω)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述参考扭矩信号(T_ref)包含与所述控制偏差(e)成比例的分量和取决于所述转向致动器(2)的所述角速度(ω)的分量。

7.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，当在已经确定所述错误状态后经过预定时间段时，所述选择装置(10)从所述参考扭矩信号(T_ref)切换回所述扭矩请求信号(T_req)作为经检查的扭矩请求信号(PT_req)。

8.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，当所述参考扭矩信号(T_ref)和/或所述扭矩请求信号(T_req)降到可指定的阈值以下时，所述选择装置(10)从所述参考扭矩信号(T_ref)切换回所述扭矩请求信号(T_req)作为经检查的扭矩请求信号(PT_req)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在切换操作期间，所述选择装置(10)在所述参考扭矩信号(T_ref)和所述扭矩请求信号(T_req)之间切换，以作为所述经检查的扭矩请求信号(PT_req)。

10.一种用于机动车辆的线控转向系统(1)，包括：

-可电子控制的转向致动器(2)，所述转向致动器(2)作用在转向轮上，并且通过所述转向致动器(2)能够检测所述转向轮的实际转向角(α)，

-反馈致动器(3)，通过所述反馈致动器(3)能够检测经由方向盘设定的期望转向角(β)，以及

-激活单元(4)，所述激活单元(4)用于根据所述期望转向角(β)和所述实际转向角(α)借助于经检查的扭矩请求信号(PT_req)激活所述转向致动器(2)，

其中，所述激活单元(4)包含位置控制器(5)和具有选择装置(10)的检查装置(6)，其特征在于，所述检查装置(6)包含参考控制器(7)和计算单元(11)，并且所述检查装置(6)设计成用以执行根据权利要求1至9中的一项所述的方法。

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