CN113557188B - 控制线控转向的转向系统的方法和转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制用于机动车辆的线控转向的转向系统(1)的方法，线控转向的转向系统(1)包括：可电控转向控制器(2)，可电控转向控制器(2)作用于转向轮并且检测转向轮的实际转向角(α)；反馈致动器，反馈致动器检测利用方向盘设置的目标转向角(β)；以及致动单元(4)，致动单元(4)根据目标转向角(β)和实际转向角(α)、使用受限扭矩请求信号(PT_req)来致动转向控制器(2)；其中，信号限制装置(6)借助于参考控制器、至少基于目标转向角(α)和实际转向角(β)来确定参考扭矩信号，并且根据与参考扭矩信号的可选最大偏差来限定允许扭矩范围。

Description

控制线控转向的转向系统的方法和转向系统

技术领域

本发明涉及控制线控转向的转向系统的方法，并且涉及用于机动车辆的线控转向的转向系统。

背景技术

在用于机动车辆的线控转向的转向系统中，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。替代地，转向轮的位置通过电子控制的转向致动器被调整，以便将车辆引导在期望路径上。出于此目的，连接至转向柱的反馈致动器提供表示驾驶员的转向意图的期望位置信号。然后，经由具有足够功率和带宽的位置控制器、利用扭矩请求信号来启动转向致动器，使得转向轮被调整至期望位置。

这项安全关键的控制任务必须确保高水平的故障安全性，使得车辆尽管没有机械连接也能够即使在有缺陷的位置控制器的情况下保持可转向，并且驾驶员保持对车辆的控制。因此，开发针对转向致动器的控制电路的安全构思是重要的。

根据US 9598102 B2已知用于减弱控制车辆的动力转向系统的第一控制命令的不规则性的方法。该方法基于多个输入信号来生成指示命令值范围的范围信号，并且确定第一控制命令是否超出范围超过预定时间量。如果第一控制命令与要由动力转向系统提供的辅助扭矩有关，则可以基于车速和方向盘转向扭矩来确定该范围。该方法使第一控制命令受限于该范围并且响应于第一控制命令超出范围小于或等于预定时间量而将受限的第一控制命令发送至动力转向系统。基于所述多个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充分地考虑了机动车辆处于的行驶状况，并且因此所生成的范围信号必须同样适用于大量不同的行驶状况例如转弯和直行行驶。该普遍适用的范围必须被选择成相应地大，因此，不正确的控制命令由于大的不规则性只能够被较晚地识别。

发明内容

因此，本发明的目的是指定一种控制线控转向的转向系统的方法和用于机动车辆的线控转向的转向系统，借助于该方法和系统，提高了转向的安全性和可靠性。

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

这创建了对线控转向的转向系统的控制，所述控制确保了在错误情况下更快的错误检测以及对机动车辆的改进的可控性。根据本发明的控制方法提供了一种信号限制装置，所述信号限制装置除了位置控制器之外还包括作为安全模块的参考控制器。参考控制器使得能够在确定允许扭矩范围时考虑由转向致动器提供的实际转向角和由反馈致动器提供的期望转向角两者。

以这种方式，可以考虑在相应的行驶状况下作用于转向轮的外力以便确定安全参考扭矩，所述外力例如通过实际转向角与期望转向角之间的控制偏差而抵消了期望转向角的设置。该参考扭矩适用于在可容忍的控制偏差的情况下调整转向致动器的期望转向角。同时，参考扭矩从以下意义上说是安全的：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。从该参考扭矩开始，基于可指定的最大偏差确定安全的允许扭矩范围。根据本发明的方法使允许扭矩范围适配于在相应的行驶状况中预期的扭矩。因此，在正常运行的位置控制器中出现的偏差减小，使得减小的最大偏差足以将位置控制器的不正确信号与正确信号区分开。因此，可以更快地识别有缺陷的位置控制器。另外，在位置控制器故障的情况下，基于受限的扭矩请求信号，适配于行驶状况的允许扭矩范围引起对车辆的改进的可控性。

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(例如由于与路缘的接触)而改变的实际转向角做出反应。

参考扭矩信号优选地包括与期望转向角和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。因此，参考控制器可以被设计为PD控制器，这避免或至少减少了控制中的超调(overshoot)。特别地，可以规定，以优化的方式适配参考控制器以减小控制偏差。

可以根据车辆的行驶速度选择用于确定允许扭矩范围的最大偏差。因此，可以以速度调节的方式容许通过其他辅助系统——例如，主动转向的校正转向功能——的转向干预。

优选地，位置控制器的带宽比参考控制器的带宽高。由于位置控制器的较高带宽，线控转向的转向系统的控制也可以调节正常运行中的高频干扰。在这样的干扰或位置控制器的不正确操作导致控制部分由于请求的扭矩增加而不稳定的情况下，经由具有较低带宽的参考控制器的控制回退至具有可容许的控制偏差的稳健且可靠的控制。

可以从以下描述和具体实施方式中得出本发明的其他改进。

附图说明

下面参照附图所示的示例性实施方式更详细地说明本发明。

图1示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的线控转向的转向系统的结构；

图2示意性地示出了按照根据图1的示例性实施方式的启动单元的结构；

图3示意性地示出了按照根据图1和图2的示例性实施方式的信号限制装置的结构；

图4示意性地示出了根据第二实施方式的信号限制装置的结构；

图5通过示例的方式示出了根据控制偏差的允许扭矩范围的图。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的用于机动车辆的线控转向的转向系统的结构。线控转向的转向系统1具有：作用于转向轮并且检测转向轮的实际转向角α(参见图2)的可电控转向致动器2；以及检测经由方向盘设置的期望转向角β的反馈致动器3。此外，提供启动单元4，该启动单元4根据期望转向角β和实际转向角α，利用受限扭矩请求信号PT_req来启动转向致动器2。

反馈致动器3根据作为由驾驶员施加在方向盘上的输入变量的转向扭矩T_L来起作用。反馈致动器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引起的对方向盘的调整，并且将期望转向角β分配给所测量的角度。可替选地，反馈致动器可以测量转向扭矩T_L并且可以为其分配期望转向角β。期望转向角β作为反馈致动器3的输出信号被传送至启动单元4。启动单元4可以是作为集成控制装置的转向致动器2的一部分，或者它可以被设计为单独的控制装置。转向载荷F_load从转向轮作用于转向致动器2，并且抵消由转向致动器2对实际转向角α的调整以及/或者根据行驶情况使实际转向角α经受不同的故障。这样的外部转向载荷可以是例如由于转弯时直行位置的恢复力或由于侧风引起的力造成的。

将参照图2和图3中示意性示出的第一示例性实施方式更详细地说明根据本发明的结构和启动单元4的操作模式。启动单元4具有位置控制器5和信号限制装置6，信号限制装置6包括参考控制器7(参见图3)。

启动单元4执行以下方法来控制线控转向的转向系统1。

启动单元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。然后在启动单元4的信号限制装置6中限制扭矩请求信号T_req，使得由受限扭矩请求信号PT_req请求的扭矩被限制于允许扭矩范围R。出于此目的，信号限制装置6借助于参考控制器7、至少基于期望转向角β和实际转向角α来确定参考扭矩信号T_ref并且根据与参考扭矩信号T_ref的可选最大偏差A来限定允许扭矩范围R。最后，将受限扭矩请求信号PT_req传送至转向致动器2。

如图3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。通过在参考控制器7中考虑角速度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。这使得能够在计算参考扭矩信号T_ref时考虑对于改变实际设定角α的突然出现的干扰力的衰减所需的扭矩。

优选地，位置控制器5的带宽比参考控制器7的带宽高。在信号限制装置6经由参考控制器7干预控制的情况下，参考控制器7的较低带宽可能导致位置控制的精度降低以及陌生的转向感觉。然而，确保了调节位置保持在限定的安全公差内。然而，由于减小的带宽，也可以有利地减少所需的计算能力。因此，参考控制器的较低复杂性用于提高转向系统的安全性。

位置控制器5和参考控制器7的带宽之比优选地在从7:6至4:3的范围内。特别地，控制器5、控制器7的带宽可以在从5Hz至20Hz的范围内。优选地，位置控制器5的延迟可以比参考控制器7的延迟短。

如图3所示，优选地，在参考控制器7中将控制偏差e确定为期望转向角α与实际转向角β之间的差，然后优选地将控制偏差e线性放大并且与取决于角速度ω的信号分量相加以用于确定参考扭矩信号T_ref。因此，参考扭矩信号T_ref优选地包括与期望转向角β和实际转向角α之差成比例的一个分量以及取决于转向致动器2的角速度ω的一个分量。

参考控制器7可以以优化的方式被适配以减小控制偏差e。出于此目的，例如，可以将上述两个信号分量相对于彼此进行加权，以使得在某些行驶情况下出现的控制偏差e被最小化。

根据图3所示的第一示例性实施方式，信号限制装置6确定扭矩请求信号T_req与参考扭矩信号T_ref的偏差。然后，该偏差在限制器单元10中被限制于可选最大偏差A。信号限制装置6最终输出受限偏差与参考扭矩信号T_ref之和作为受限扭矩请求信号PT_req。

此处，可以根据车辆的行驶速度v来选择最大偏差A。在高速下，即使小的最大偏差A也足以例如能够容许侧风辅助或车道保持辅助在允许扭矩范围内的转向干预，而较大的最大偏差A对于容许在低速下进行干预的停车辅助可能是有利的。

图4示出了根据本发明的信号限制装置6的第二示例性实施方式，其可以用于根据图1和图2的线控转向的转向系统中。信号限制装置6与图3所示的示例性实施例的不同之处在于处理信号的方式。根据图4，提供了计算单元11，该计算单元11根据车辆速度指定最大偏差A。例如，可以使用计算模型或查找表进行计算。

然后，信号限制装置6通过将最大偏差A与由参考控制器7指定的参考扭矩信号T_ref相加或者从参考扭矩信号T_ref中减去最大偏差A来确定允许扭矩范围R的范围上限8和范围下限9。范围上限8和范围下限9以及扭矩请求信号T_req被馈送至限制器单元10，限制器单元10在扭矩请求信号T_req超过范围上限8或范围下限9的情况下使扭矩请求信号T_req受限于相应的范围上限8或范围下限9。输出受限信号作为受限扭矩请求信号PT_req。

另外，与第一示例性实施方式相关的陈述相应地适用于第二示例性实施方式。

图5通过示例的方式示出了根据控制偏差e的允许扭矩范围R的图。在所示示例中，参考扭矩信号T_ref与所确定的控制偏差e——即，期望转向角β与实际转向角α之间的差——成比例。通过将最大偏差A添加至参考扭矩信号T_ref来获得范围上限8。相应地，通过从参考扭矩信号T_ref中减去最大偏差A来获得范围下限9。允许扭矩范围R在两个范围限制8、9之间延伸。

可以根据例如由转向致动器测量的和/或由车辆提供的可靠信号来选择最大偏差A。如已经陈述的，最大偏差A可以取决于行驶速度v，使得对于不同的行驶速度v产生不同宽度的允许范围R。此外，最大偏差A还可以取决于控制偏差e，因为范围限制8、9不并行运行。特别地，最大偏差A还可以被选择为零。在这种情况下，转向致动器2仅基于参考扭矩信号T_ref被启动。

最后，下述情况可以是有利的：如果在信号限制继续时最大偏差A不断减小。由此可以实现：参考控制器7在位置控制器5的持续错误的情况下逐渐地接管控制并且输出参考扭矩信号T_ref作为受限扭矩请求信号PT_req。

附图标记列表

1    线控转向的转向系统

2    转向致动器

3    反馈致动器

4    启动单元

5    位置控制器

6    信号限制装置

7    参考控制器

8    范围上限

9    范围下限

10   限制器单元

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 受限扭矩请求信号

R    允许扭矩范围

A    最大偏差

T_L   转向扭矩

F_last 转向载荷。

Claims (9)

1.一种控制用于机动车辆的线控转向的转向系统(1)的方法，所述线控转向的转向系统(1)包括：可电控转向致动器(2)，所述可电控转向致动器(2)作用于转向轮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)检测经由方向盘设置的期望转向角(β)；以及启动单元(4)，所述启动单元(4)根据所述期望转向角(β)和所述实际转向角(α)，利用受限扭矩请求信号(PT_req)来启动所述可电控转向致动器(2)；

其中，所述方法包括以下步骤：

-由所述启动单元(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)，

-在所述启动单元(4)的信号限制装置(6)中限制所述扭矩请求信号(T_req)，使得由受限扭矩请求信号(PT_req)请求的扭矩被限制于允许扭矩范围(R)，

-将所述受限扭矩请求信号(PT_req)传送至所述可电控转向致动器(2)，

其特征在于，所述信号限制装置(6)借助于参考控制器(7)，至少基于所述期望转向角(α)和所述实际转向角(β)来确定参考扭矩信号(T_ref)，并且根据与所述参考扭矩信号(T_ref)的可选最大偏差(A)来限定所述允许扭矩范围(R)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述参考控制器(7)对所述参考扭矩信号(T_ref)的确定中考虑所述可电控转向致动器(2)的瞬时角速度(ω)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参考扭矩信号(T_ref)包括与所述期望转向角(β)和所述实际转向角(α)之差成比例的一个分量以及取决于所述可电控转向致动器(2)的角速度(ω)的一个分量。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考控制器(7)以优化的方式被适配以减小控制偏差。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述车辆的行驶速度(v)选择所述最大偏差(A)。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述位置控制器(5)的带宽比所述参考控制器(7)的带宽高。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述信号限制装置(6)确定所述扭矩请求信号(T_req)与所述参考扭矩信号(T_ref)的偏差，使所述所述扭矩请求信号(T_req)与参考扭矩信号(T_ref)的偏差受限于所述可选最大偏差(A)，并且输出受限偏差与所述参考扭矩信号(T_ref)之和作为受限扭矩请求信号(PT_req)。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述信号限制装置(6)通过将所述最大偏差(A)与所述参考扭矩信号(T_ref)相加或者从所述参考扭矩信号(T_ref)中减去所述最大偏差(A)来确定所述允许扭矩范围(R)的范围上限(8)和范围下限(9)，并且在超过所述范围上限(8)或所述范围下限(9)的情况下使所述扭矩请求信号(T_req)受限于相应的范围上限(8)或范围下限(9)。

9.一种用于机动车辆的线控转向的转向系统(1)，包括：

-可电控转向致动器(2)，其作用于转向轮，并且经由所述可电控转向致动器(2)能够检测所述转向轮的实际转向角(α)；

-反馈致动器(3)，利用所述反馈致动器(3)能够检测能够经由方向盘设置的期望转向角(β)；以及

-启动单元(4)，用于根据所述期望转向角(β)和所述实际转向角(α)，利用受限扭矩请求信号(PT_req)来启动所述可电控转向致动器(2)；

其中，所述启动单元(4)包括位置控制器(5)和信号限制装置(6)，其特征在于，所述信号限制装置(6)包括参考控制器(7)并且被设计成执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。

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