CN113661113A - 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对机动车辆的线控转向系统(1)进行控制的方法，在该方法中，布置在转向轴(2)上的转向轴传感器(3)对由驾驶员使用控制手柄(4)输入的转向角度

进行感测，并且控制单元(5)根据检测到的转向角度

来指定轮转向角度(Ψ)，该轮转向角度(Ψ)用于作用在至少一个转向轮(6)上的电子控制的转向致动器(7)，其中，控制单元(5)考虑可指定的校正角度(χ)来计算轮转向角度(Ψ)，并且本发明涉及一种用于执行该方法的线控转向系统(1)。

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

描述

本发明涉及用于对根据权利要求1的前序部分的线控转向系统进行控制的方法以及根据权利要求10的前序部分的用于机动车辆的线控转向系统。

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——转向控制元件——与转向轮之间不再有机械连接。相反，转向轮的位置通过电子控制的转向致动器进行调节，以便将车辆在所期望的路径上导引。为此目的，连接至转向轴的转向轴传感器提供了表示驾驶员的转向意图的标称位置信号。然后，转向致动器通过具有足够的电力和带宽的位置控制器以将转向轮调节到标称位置的扭矩请求信号的方式被致动。在这种情况下，能够期望的是以向驾驶员提供熟悉的转向感知的方式来执行转向系统的控制。

在传统转向系统的情况下，转向线具有一定的刚性。该转向线基本上由转向轴、扭杆和一些其他刚度件共同组成。然而，在线控转向系统中，出于技术原因，转向刚度是非常硬的，因为不存在大致导致刚度减小的机械元件。

US 2018/0079447 A1公开了对线控转向系统的控制，在该转向系统的控制的情况下，转向系统阻止驾驶员将方向盘移动超出虚拟的转向止动部。然而，对于驾驶员的感觉不利的是，该转向系统比传统的转向系统明显更快地响应于驾驶员的转向，因为不存在导致转向柱的刚度减小并由此损害驾驶员的转向期望至转向轮的传递的机械元件。

因此，本发明的目的是指出一种用于对线控转向系统进行控制的方法和一种用于机动车辆的线控转向系统，其改善了驾驶员的转向感知。

该目的通过具有权利要求1的特征的、用于对线控转向系统进行控制的方法并通过具有权利要求10的特征的线控转向系统来实现。有利的进一步的改进方案将从相应的从属权利要求中变得明显。

因此，指出一种用于对机动车辆的线控转向系统进行控制的方法，在该方法中，布置在转向轴上的转向轴传感器对由驾驶员通过转向控制元件输入的转向角度进行检测，并且控制单元根据检测到的转向角度来指定轮转向角度，该轮转向角度用于作用在至少一个转向轮上的电子控制的转向致动器。控制单元考虑可指定的校正角度来计算轮转向角度。

作为根据本发明的解决方案的结果，转向系统可以配备有可调节的虚拟转向刚度。优选地执行校正，使得至少一个转向轮滞后于转向控制元件的调节、例如方向盘的旋转。因此相比具有根据现有技术的线控转向系统的情况，方向盘在所述至少一个转向轮的相同位置的情况下进一步进行调节。因此，引入附加的角度偏移。因此，转向系统配备有虚拟转向刚度，这表明对驾驶员而言，转向链的灵活性如他或她从传统转向系统所熟悉的一样。

可指定的校正角度优选地理解为固定值或函数。值或函数进一步指定可指定的校正角度的术语，该可指定的校正角度可以用可以由驾驶员设定的参数进行参数化。因此，转向刚度可以选择成使得该转向刚度根据车辆类型例如跑车或豪华轿车而具有不同的值，或者该转向刚度能够通过不同的驾驶模式比如运动或舒适的驾驶模式而进行相应地调节。

在一个有利的进一步改进方案中，转向轴传感器附加地对引入到转向轴中的转向扭矩进行检测，并且根据该转向扭矩来计算校正角度。例如，转向扭矩可以通过操作性地连接至转向轴的扭矩传感器来确定。这种扭矩传感器从现有技术中已知并且可以具有例如电感或磁性测量设备。也可以想到并且可能的是使用霍尔传感器。这种适于使用的扭矩传感器的列表不限于上述列表。

校正角度优选地通过与转向扭矩的线性或非线性的功能关系来确定。

电子控制的转向致动器优选地作用在两个转向轮上。

检测到的转向角度优选地通过校正角度来改变，并且轮转向角分配给以这种方式获得的经校正的转向角度，该轮转向角被指定给转向致动器。然而，替代性地，检测到的转向角度也可以直接转换成分配的轮转向角度，该分配的轮转向角度然后通过校正角度而改变。

转向致动器可以优选地包括电动马达、特别优选地是同步机。

根据一个优选实施方式，校正角度根据接合在转向致动器上的负载来计算。在带齿齿条转向的情况下，负载以带齿齿条力的形式经由带齿齿条传递至转向致动器。然后带齿齿条力可以通过转向致动器的马达电流或通过单独的传感器来确定。校正角度优选地通过与负载的线性或非线性的功能关系来确定。在没有带齿齿条比如单轮转向的转向系统的情况下，接合在转向致动器上的负载可以是例如负载扭矩或负载力，基于该负载扭矩或负载力来计算校正角度。负载可以是例如轮枢转负载，该轮枢转负载沿轮转向角度方向作用在可转向轮上。

特别地，可以替代性地或附加地提供的是，转向扭矩或负载乘以可选择的刚度参数，以便计算校正角度。刚度参数优选地选择成使得校正角度与转向轴的弹簧刚度对应，其范围为0.5Nm每角度度数至4Nm每角度度数、特别优选为为1Nm每角度度数至3Nm每角度度数、并且非常特别优选为1.5Nm每角度度数至2.5Nm每角度度数。因此，产生转向系统的虚拟转向刚度，该虚拟转向刚度处于驾驶员从传统转向系统所熟悉的范围内。

例如，校正角度也可以、即替代性地或附接地根据机动车辆驾驶速度和/或根据检测到的转向角度和/或转向角速度和/或车道条件和/或驾驶模式来计算。因此，例如，在高驾驶速度的情况下，可以对转向系统设定更高的灵活性，而在低驾驶速度的情况下执行更直接的转向。因此，转向特性可以适应于相应的驾驶情况，比方说例如高速公路驾驶或停车。还可以想到的是，在计算校正角度时，考虑其他测量的或估计的或传递的参数、比方说例如车道条件。作为这些测量的结果，可以调节滞后惯性感知。

此外，可以设置的是将校正角度限制为可选择的角度区间。作为校正角度限制为角度区间的结果，可以在线控转向系统中对传统转向系统中存在的扭杆的过载保护的效果进行模拟。因此，可选择的角度区间优选地由与扭杆的最小扭转角度和最大扭转角度对应的最小校正角度和最大校正角度来限制。角度区间优选地关于零对称地选择。角度区间优选在±6角度度数与±18角度度数之间、特别优选地在±10角度度数与±15角度度数之间。

在线控转向系统的情况下，可能发生的是，转向致动器由于例如在曲折的道路上驾驶时大量的快速的方向变化而承受应变，使得转向致动器的温度发生不期望的增加，从而使转向致动器过热并在转向致动器功能方面受到损害。由于转向控制元件与至少一个转向轮之间不存在机械联接，驾驶员不能觉察到这种情况，或者仅当转向致动器无法执行转向致动器的任务时，驾驶员才觉察到这种情况。

由于根据本发明的解决方案，校正角度可以根据转向致动器的确定温度来调节，使得转向刚度根据温度如何高而进一步降低。优选地，这在温度超过特定阈值时执行。然后，校正角度特别优选地突然地改变，使得驾驶员也觉察到该改变，但是，使得他或她始终具有掌握机动车辆的感觉。替代性地或附加地，联接至转向轴的反馈致动器可以向驾驶员提供延迟的反馈，使得驾驶员觉察到该行为比在正常驾驶操作中更柔且更软(减小的转向刚度)。因此，这提醒驾驶员存在临界状态并且他或她可以安全地将机动车辆停机。进一步提供的是，如果转向致动器的温度超过固定的阈值，则警告驾驶员转向致动器过热的警告灯和/或警告声音被激活，并要求他或她将车辆停机。

在该装置方面，该目的通过用于机动车辆的线控转向系统来实现，该线控转向系统具有：布置在转向轴上的转向轴传感器；作用在至少一个转向轮上的电子可控转的转向致动器；以及控制单元，该控制单元配置成根据由转向轴传感器检测到的转向角度来指示用于转向致动器的轮转向角度，其中，转向系统配置成执行根据本发明的上述方法。

本发明的其他构型可以从以下描述和从属权利要求中推断。

下面基于附图中所示的示例性实施方式对本发明进行更详细地描述。

图1示意性地示出了根据本发明的线控转向系统的示例性实施方式，

图2以框图的形式示意性地示出了根据图1的示例性实施方式的转向系统和相关控制单元的结构，

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控制单元的计算单元的结构的示例，

图4示意性地示出了根据图3的计算单元的校正角度确定单元的结构的示例，

图5通过示例示出了根据图4的校正角度确定单元的特征曲线。

在附图(图)1中示意性地表示了根据本发明的第一示例性实施方式的用于机动车辆的线控转向系统1的结构。线控转向系统1具有呈方向盘形式的转向控制元件4，该转向控制元件4经由转向轴2连接至反馈致动器9。转向系统1还包括作用在两个转向轮6上的具有控制装置8的电子可控制的转向致动器7。转向致动器7经由转向传动装置10连接至带齿齿条12。转向传动装置10可以包括例如与带齿齿条12接合的小齿轮11。带齿齿条12的通过转向致动器7带来的平移经由拉杆13传递至转向轮6，以便调节轮转向角度Ψ。线控转向系统1最后包括控制单元5，该控制单元5获得转向轴2的通过转向轴传感器3检测的转向角度

作为输入变量，并向转向致动器7指定相关的轮转向角度Ψ作为输出变量。附加地，转向轴传感器3可以配置成对引入转向轴2中的转向扭矩LM进行检测。转向轴传感器3可以形成为单独的传感器或结合到反馈致动器9中。控制单元5还用于检测来自车道的反馈效果，该反馈效果作为例如呈带齿齿条力的形式的负载F接合在致动器7上，并且控制单元5用于根据这些负载F来致动反馈致动器9，使得驾驶员以熟悉的方式在转向控制元件4处感觉到来自车道的反馈效果。

图2以框图的形式示意性地示出了根据图1的线控转向系统1的结构。由驾驶员在转向控制元件4处输入的转向位置经由转向轴2传递至转向轴传感器3，该转向轴传感器3向控制单元5中的计算单元51提供测量的转向角度

和测量的转向扭矩LM。转向轴传感器3包括转向角度传感器和扭矩传感器，该转向角度传感器和扭矩传感器可以单独形成或形成为测量单元。计算单元51具有抵靠带齿齿条12的负载F、车辆速度v、以及表征车辆状态的其他状态变量Z作为其他输入变量。计算单元51通过这些输入变量来计算轮转向角度Ψ并将该轮转向角度Ψ输出至控制单元5的位置控制器52。执行轮转向角度Ψ的计算优选地考虑校正角度χ，执行该校正角度χ的计算优选地基于机动车辆的转向扭矩LM和/或负载F和/或驾驶速度v或其他参数比如车道条件等。这些变量可以被测量、估计或以其他方式确定或识别或传达。

设置位置控制器52以通过轮转向角度Ψ(标称值)和实际致动角度ξ来确定用于转向致动器7的扭矩请求信号T，该扭矩请求信号T适用于对转向轮6的轮转向角度Ψ进行调节。可以例如通过转向致动器7处的转子位置传感器来确定实际致动角度ξ。替代性地，可以设置单独的传感器以检测实际致动角度ξ，该实际致动角度ξ例如呈带齿齿条位置的形式。将扭矩请求信号T输出至转向致动器7的控制装置8，该控制装置8将扭矩请求信号T转换为相关的马达电流I，以便致动转向致动器7。

此外，设置位置控制器52以至少基于致动角度ξ和轮转向角度Ψ而将用于反馈致动致动件9的反馈信号输出。反馈信号可以优选地被指定为轮转向角度Ψ与致动角度ξ之间的当前位置偏差的函数、特别地与所述当前位置偏差成比例。此外，反馈信号还可以取决于负载F。

图3以框图通过示例示出了计算单元51的结构。通过转向轴传感器3测量的转向角度

在计算单元51中被提供至减法器55和转向扭矩确定单元53。转向扭矩确定单元53接收通过转向轴传感器3测量的转向扭矩LM、负载F、驾驶速度v、以及表征车辆状态的另一状态变量Z作为其他输入变量。基于这些输入变量，转向扭矩确定单元53计算虚拟的转向轴扭矩M，该虚拟的转向轴扭矩M被输出至校正角度确定单元54。校正角度确定单元54基于虚拟的转向轴扭矩M来计算提供给减法器55的校正角度χ。

在最简单的情况下，虚拟的转向轴扭矩M可以等于测量的转向扭矩LM。在其他实施方式中，测量的转向扭矩LM可以借助于转向扭矩确定单元53的其余输入变量来偏移，以达到适于驾驶情况的虚拟的转向轴扭矩M。在其他实施方式中，在不考虑测量的转向扭矩LM的情况下来计算虚拟的转向轴扭矩M。

减法器55通过转向角度

和校正角度χ来计算轮转向角度Ψ。例如，转向角度

与校正角度χ之间的差根据分配功能被分配为分配的轮转向角度Ψ。然而，替代性地，初步的轮转向角度还可以最初地分配给转向角度

然后通过从轮转向角度

中减去校正角度χ来校正该初步的轮转向角度。

图4以框图通过示例示出了具有校正角度确定单元54的详细表示的计算单元51的结构。图4示出了优选的实施方式，在该优选实施方式的情况下，虚拟的转向轴扭矩M基于负载F和/或车速v来确定，该虚拟的转向轴扭矩M借助于刚度参数k转换为初步的校正角度α。刚度参数k可以根据转向扭矩LM、转向角度

转向角速度、车辆速度来选择，例如通过将状态变量用作输入值的函数。取决于该实施方式，刚度参数k也可以在特征场中表示，或者作为具有扩增因子的状态的函数。为此，虚拟的转向轴扭矩M在校正角度确定单元54中于倍增器56中乘以刚度参数k。虚拟的转向轴扭矩M优选地与负载F成比例，使得在这种情况下，为了计算校正角度χ，负载F或转向扭矩LM乘以可选择的刚度参数k。刚度参数优选地选择成使得所得的虚拟转向刚度与转向轴2的弹簧刚度对应，其范围为0.5Nm每角度度数至4Nm每角度度数。这与真实扭杆的正常弹簧刚度对应。

在真实的扭杆布置的情况下，角度α将是扭转角度。在真实的扭杆布置的情况下，扭转角度由过载保护装置限制。因此，优选地设置过载保护装置以随后在限制器57中将初步校正角度α限制为可选择的角度区间。在初步校正角度α位于该区间内的情况下，校正角度χ等于初步校正角度α。在初步校正角度α位于角度区间以外的情况下，校正角度χ固定至最小校正角度χmin或最大校正角度χmax。以这种方式被限制的校正角度作为校正角度χ输出至减法器55。

关于图3的陈述以其他方式相应地适用。

图5示意性地示出了根据图4的校正角度确定单元54的特征曲线。在中央扭矩范围内，根据线性关系将校正角度χ分配给虚拟的转向轴扭矩M。刚度参数k在这种情况下形成比例常数。在虚拟扭矩M处于限制器57的角度区间以外的情况下，校正角度χ被限制为最小可允许校正角度χmin或最大可允许校正角度χmax。如图5中所示，角度区间优选地选择成关于零对称。

当计算校正角度χ时，相比图1至图5中所示的示例性实施方式，可以想到许多变型。例如，可以省去限制器57。此外，在一个简化的实施方式中，校正角度χ可以被指定为常数，或者仅被计算为与负载F或转向扭矩LM成比例的变量。最后，可以想到的是，虚拟的转向轴扭矩M根据负载F来计算，并且其余状态变量Z、驾驶速度v和/或转向角度

包括在适于驾驶情况的刚度参数k的计算中。最小可允许校正角度χmin和/或最大可允许校正角度χmax也可以指定为其余状态变量Z、驾驶速度v和/或转向角度

和/或转向扭矩LM的函数。最后，还可以基于各个状态变量Z、v、

来计算部分刚度，这些部分刚度在一起以产生总连接角度。

附图标记列表

1 线控转向系统

2 转向轴

3 转向轴传感器

4 转向控制元件

5 控制单元

6 转向轮

7 转向致动器

8 控制装置

9 反馈致动器

10 转向传动装置

11 小齿轮

12 带齿齿条

13 拉杆

51 计算单元

52 位置控制器

53 转向扭矩确定单元

54 校正角度确定单元

55 减法器

56 倍增器

57 限制器

转向角度

χ 校正角度

Ψ 轮转向角度

α 初步校正角度

χmin 最小校正角度

χmax 最大校正角度

ξ 实际致动角度

F 负载

M 虚拟的转向轴扭矩

v 驾驶速度

k 刚度参数

T 扭矩请求信号

I 马达电流

LM 转向扭矩

Z 状态变量。

Claims (10)

1.一种用于对机动车辆的线控转向系统(1)进行控制的方法，在所述方法中，布置在转向轴(2)上的转向轴传感器(3)对由驾驶员通过转向控制元件(4)输入的转向角度

进行检测，并且控制单元(5)根据检测到的所述转向角度

来指定轮转向角度(Ψ)，所述轮转向角度(Ψ)用于作用在至少一个转向轮(6)上的电子控制的转向致动器(7)，其特征在于，所述控制单元(5)考虑可指定的校正角度(χ)来计算所述轮转向角度(Ψ)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转向轴传感器(3)附加地对引入到所述转向轴(2)中的转向扭矩(LM)进行检测，并且根据所述转向扭矩(LM)来计算所述校正角度(χ)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述校正角度(χ)根据接合在所述转向致动器(7)上的负载(F)来计算。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述转向扭矩(LM)乘以可选择的刚度参数(k)，以便计算所述校正角度(χ)。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述负载(F)乘以可选择的刚度参数(k)，以便计算所述校正角度(χ)。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述刚度参数(k)选择成使得所述校正角度(χ)与所述转向轴(2)的弹簧刚度对应，其范围从0.5Nm每角度度数至4Nm每角度度数。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述校正角度(χ)根据所述机动车辆的驾驶速度(v)来计算。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其特征在于，所述校正角度(χ)根据检测的所述转向角度

来计算。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述校正角度(χ)被限制为可选择的角度区间。

10.一种用于机动车辆的线控转向系统，所述线控转向系统具有：转向轴传感器(3)，所述转向轴传感器(3)布置在转向轴(2)上；电子可控制的转向致动器(7)，所述转向致动器(7)作用在至少一个转向轮(6)上；以及控制单元(5)，所述控制单元(5)配置成根据由所述转向轴传感器(3)检测到的转向角度

来指定用于所述转向致动器(7)的轮转向角度(Ψ)，其特征在于，所述转向系统(1)配置成执行根据权利要求1至9中的任一项所述的方法。

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