CN115071810A - 用于车辆转向角调节的调节装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于车辆转向角调节的调节装置和方法。对于车辆转向角调节的调节装置,其包括调节特性至少涉及集成部件的第一调节单元,预先设置叠加在第一调节单元上的、具有反馈路径和预过滤器的调节部,反馈路径基于被第一调节单元作为输出变量提供的实际转向角信息提供第一调整变量,而预过滤器基于理想转向角信息提供第二调整变量,叠加的调节部设置用于,基于第一和第二调整变量构成用于第一调节单元的输入信息,反馈路径有第一修正环节,其传输特性能基于至少一个控制变量调整,预过滤器有第二修正环节,其传输特性能基于至少一个控制变量调整,以及叠加的调节部的的设置方法是,至少第一调节单元的调节器增益能基于控制变量调整。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车辆转向角调节的调节装置以及方法。
背景技术
用于车辆的机电转向装置(也称为EPS:电动助力转向)原则上是已知的。在此,程控电动伺服电机通过将力传递到转向机构对驾驶员的转向运动进行支持和叠加。
此外还已知,机电转向装置具有调节装置,以减轻或抑制(在SAE-Level 2(自动驾驶层级2)或更高层级框架内)自动行驶时的干扰影响。这类调节装置具有集成的调节部件,以补偿累积的横向力。
已知的调节装置有接口,通过该接口可调整调节特性。由此,调节特性可针对行驶状况或各相应的行驶情形调整。
问题在于,如果调节装置没有这类接口或调节装置的结构是未知的,则不能实施对调节特性的所述影响,因此无法根据行驶情形对调节特性进行调整。例如,装载在转向角调节装置中的整合部件可能会导致不希望出现的车辆特性。
发明内容
因此本发明的目的是,给出一种调节装置,即使不存在预定施加这类影响的接口,所述调节装置也能影响转向角调节装置的调节特性。
该目的通过具有独立权利要求1所述特征的装置解决。优选实施方式是从属权利要求的主题。一种用于车辆转向角调节的方法是并列独立权利要求13的主题。
根据第一观点,本发明涉及一种用于调节车辆转向角的调节装置。所述调节装置包括第一调节单元,其调节特性涉及至少一个整合部件。该第一调节单元优选构成调节特性要被调整的基本转向角调节装置。所述装置包括提供操纵变量的调节部、接收操纵变量的伺服电机以及转向装置的机械部件。此外,还预先设置了叠加在第一调节单元上的调节部。该叠加的调节部设置用于,更改从属第一调节单元的调节特性。所述叠加的调节部具有反馈路径和预过滤器,所述反馈路径设置用于,基于第一调节单元作为输出变量来提供的实际转向角信息提供第一调整变量。所述预过滤器设置用于,基于理想转向角信息提供第二调整变量。此外,叠加的调节部配置用于,基于第一和第二调整变量构成用于第一调节单元的输入信息。在此,反馈路径有第一修正环节,其传输特性可基于至少一个控制变量调整。所述预过滤器有第二修正环节,其传输特性可基于至少一个控制变量调整。叠加的调节部的设置方法是,使第一调节单元的调节器增益至少可基于控制变量调整。在此公布的专利申请意义上,“至少可调整调节器增益”是指或仅通过以有理数形式更改第一调节单元的增益系数的方式,或通过应用复数滤波函数的方式更改传输特性。
根据本发明所述调节装置的技术优势在于,尽管不提供任何直接影响用于调整调节器增益或传输特性的可能性,但可通过基于控制变量的叠加的调节部实现对第一调节单元调节器增益或传输特性的调整。换句话说,通过影响馈送给第一调节单元的输入信息,可达到与第一调节单元本身的调节器增益或传输特性可直接由控制变量更改一样的结果。由此可改善调节特性,以此方式,尤其可避免振荡并减少集成的调节部件的干扰影响。
根据实施例,第一修正环节设置用于,将实际转向角信息乘以取决于控制变量的系数或乘以复数滤波函数。换句话说,由此第一修正环节接收被第一调节单元作为实际转向角信息来提供的输出信息,并且第一修正环节基于控制变量将输出信息修改为第一调整变量,基于第一调整变量来修改馈送给第一调节单元的输入信息。
根据一实施例,所述系数为(1-P(s)),其中,P(s)是取决于控制信号s的修正系数,其数值表示对第一调节单元调节器增益的调整,或其中,P(s)是取决于控制信号的复数滤波函数。通过使用该系数或这类函数,可在不直接影响第一调节单元本身的情况下,从外部调整第一调节单元的调节器增益或传输特性。
根据一实施例,第二修正环节设置用于,将理想转向角信息乘以取决于控制变量的系数或乘以复数滤波函数。换句话说,由此第二修正环节接收由上级控制单元,例如由驾驶辅助系统的控制单元提供的转向角信息,并基于控制变量将转向角信息修改为第二调整变量。所述调整变量反过来影响馈送给第一调节单元的输入信息。
根据一实施例,在第二修正环节中使用的系数为(1-P(s)),其中,P(s)是取决于控制信号s的修正系数,其数值表示对第一调节单元的调节器增益的调整,或其中,P(s)是取决于控制信号的复数滤波函数。由此,可在不直接影响第一调节单元本身的情况下,从外部调整第一调节单元的调节器增益或传输特性。
根据另一实施例,在第二修正环节中使用的系数为(P(s)),其中,P(s)是取决于控制信号s的修正系数,其数值表示对第一调节单元调节器增益的调整,或其中,P(s)是取决于控制信号的复数滤波函数。也通过使用该系数,可在不直接影响第一调节单元本身的情况下,从外部调整第一调节单元的调节器增益或传输特性。
根据一实施例,预先设置求和点,在该求和点,第一调整变量被加到理想转向角信息中,在该求和点,第二调整变量被从理想转向角信息中减去,其中,求和点的输出信息构成第一调节单元的输入变量。以此方式对理想转向角信息的调整,可从外部对第一调节单元的调节器增益进行间接的调整。
根据另一实施例,预先设置求和点,在该求和点,第一调整变量和第二调整变量相加,其中,求和点的输出信息构成第一调节单元的输入变量。通过以此方式对理想转向角信息的调整,作为另一替代选择,可从外部对第一调节单元的调节器增益进行间接的调整。
根据一实施例,第一和第二修正环节可基于相同的控制变量调整。因此,可实现简化的调节装置。
根据一实施例,第一调节单元是本身不具有可调整第一调节单元的调节器增益的外部接口的封闭式调节单元。换句话说,第一调节单元构成所谓的黑匣子,其调节特性无法从外部进行调整,从而无法根据情形改变调节特性。然而,作为下级调节单元叠加在第一调节单元上的调节部可通过外部调节回路对这类接口的缺失进行补偿。
根据一实施例,控制变量取决于以下所述至少一个项信息:
-车辆所处驾驶情形;
-驾驶员对方向盘施加的力矩;
-机电转向装置的摩擦值;
-机电转向装置的预测的振动参数;
-馈送给第一调节单元(2)的输入信息的信噪比。
由此使调节装置的调节特性可根据行驶状况或行驶情形调整。
根据一实施例,调节器增益通过控制变量可在0.2和3之间,尤其是在0.6和1.5之间的数值范围内调整。由此可以有益的方式实现对调节特性的预期影响。
根据另一观点,本发明涉及一种借助第一调节单元来调节车辆转向角的方法,该第一调节单元的调节特性涉及至少一个集成部件。预先设置叠加在第一调节单元上的调节部,调节部具有反馈路径和预过滤器。反馈路径基于由第一调节单元作为输出变量来提供的实际转向角信息提供第一调整变量。预过滤器基于理想转向角信息提供第二调整变量。叠加的调节部基于第一和第二调整变量向第一调节单元提供输入信息。反馈路径有传输特性基于至少一个控制变量来调整的第一修正环节。预过滤器有传输特性基于至少一个控制变量来调整的第二修正环节。借助叠加的调节部,第一调节单元的调节器增益至少基于控制变量调整。
根据所述方法一实施方式,第一调节单元是本身闭合的调节单元,其不具有可调整第一调节单元的调节器增益和/或传递函数的外部接口。第一调节单元的调节器增益和/或传递函数通过根据控制变量对理想转向角信息的调整以及对所反馈实际转向角信息的调整基于控制变量进行调设。由此,可从外部间接对第一调节单元的调节器增益和/或传递函数进行调整。
“叠加的调节部”是指影响下级调节单元(也就是说,在层级上看处于较低层级的调节结构)的输入信息的至少一部分控制回路。所述叠加的调节部尤其可使用下级调节单元的信号或信息,以便由此影响下级调节单元的调节特性。
在本发明意义中,术语“大约”、“基本上”或“大致”是指与各相应精确值的误差为+/-10%,优选为+/-5%和/或精确值误差对功能无关紧要的变化形式。
本发明的其他结构形式、优点和应用可能性也从以下实施例的说明和附图中得出。在此,所有描述和/或图示的特征以独立或任意组合形式构成本发明的基本标的,并与其在权利要求中的概要或其回顾说明无关。权利要求的内容也是相关说明的一部分。
附图说明
下面参照实施例的附图对本发明进行详细说明。其中:
图1示出作为车辆机电转向的转向角调节装置的第一调节单元的示意图示例;
图2示出作为车辆机电转向的转向角调节装置的所预期的、经更改的第一调节单元的示意图示例;
图3示出调节装置第一实施方式的示意图示例和示意,所述调节装置具有图1所示第一调节单元和可取决于控制变量对调节器增益进行调整的叠加的调节部,以及
图4示出调节装置第二实施方式的示意图示例和示意,所述调节装置具有图1所示的第一调节单元和可取决于控制变量对调节器增益进行调整的叠加的调节部。
具体实施方式
图1展示的是第一调节单元2的示意框图示例,所述调节装置用于调节具有机电驱动(EPS:电动助力转向)的转向装置。在这类转向装置中,程序控制的电机支持驾驶员的转向运动,或在自主或半自主驾驶情况下,至少部分实施自身的转向运动。
在框图中,标有R的方块代表转向角调节部,它为机电转向装置EPS提供操纵变量。在此,所述机电转向装置EPS既包括转向机构,也包括伺服电机。
之后,在第一调节单元2减法点(在该减法点处,由理想转向角和以下也称为实际转向角信息的实际转向角构成调节差)上,例如进行转向角调节R,转向角调节部从调节差提供例如理想调整力矩作为操纵变量。转向角调节部R例如可是PID调节部。转向角调节部R有集成部件。该集成部件可导致不希望的行驶特性,例如振荡的转向运动。这类振荡的转向运动导致不平稳的行驶特性,对驾驶员而言这是一种不自然的行驶特性,这通常会让驾驶员感到烦人。
第一调节单元2例如是本身封闭或被封装的调节单元,它没有可馈入能根据行驶状况、根据情形和/或根据驾驶人员的指令对调节特性施加影响的外部控制信号的接口。因此,第一调节单元2不存在直接补偿由集成部件等引起的干扰性调节特性的可能性。
图2展示的是图1所示第一调节单元2的修改方案。该经修改的第一调节单元2'是期望的转向角调节装置。所作修改包括,经修改的第一调节单元2'的调节特性可通过控制变量s调整。尤其是所述调节器增益P(s)可基于控制变量s调整。因此,根据情形,可对所述调节器增益P(s)调整的方法是,减少集成部件的影响。例如,这可在特定情形下通过控制信号s降低调节器增益P(s)加以实现。例如,在直线行驶时,可减少振荡的转向特性,从而提高行驶舒适性。另外,在组合定位行驶中,驾驶员对方向盘施加转向扭矩,通过控制信号s减小调节器增益P(s)是有益的,以减小对驾驶员转向扭矩起反作用的调节特性。
在其他行驶情形下,尤其在例如紧急规避等时间紧迫的操控中,可提高调节器增益P(s),以便能对各相应行驶情形做出更动态的反应。应指出的是,转向角调节在此应具有足够的动态特性,以避免调节特性中的不稳定性。
然而,由于上述第一调节单元2被设计成本身封闭或被封装的调节单元,因此不可能直接基于控制信号s来改变调节器增益P(s)。
图3展示的是调节装置1的第一实施例,所述调节装置设置用于,能在本身封闭的调节单元2中实施调节器增益P(s)的调整。
除了第一调节单元2外,调节装置1还包括叠加的调节部7,借助它可根据控制变量s调整调节器增益P(s)。叠加的调节部7有反馈路径3和预过滤器4。反馈路径3将提供实际转向角信息的第一调节单元2的输出接口与输出端和第一调节单元2输入接口相耦合的求和点5相连接。
在反馈路径3中预先设置第一修正环节3.1,其传输特性可通过控制变量s调整。例如,第一修正环节3.1的传递函数H可通过以下函数表征:
H=1-P(s)
预过滤器4有第二修正环节4.1,它的传输特性也同样可通过控制变量s调整。第二修正环节4.1的传递函数H例如可通过以下函数表征:
H=1-P(s)
在根据图3所述实施例中,在调节装置1的输入信号旁路中预先设置了预滤波器4,即除了理想转向角信息外,还附加向求和点5馈送了第一调整变量A1和第二调整变量A2,以便基于理想转向角信息和调整变量A1和A2在其输入接口处向第一调节单元2馈送经修改的输入信息。通过叠加的调节部7对输入信息的修改结果是,第一调节单元2有可基于控制变量s加以改变的调节器增益P(s)。换句话说,由此,图3中所示调节装置具有调节特性,该特性与根据图2修改的第一调节单元2'的调节特性相对应。
图4展示的是调节装置1的第二实施例,所述调节装置设置用于,能在本身封闭的调节单元2中实施调节器增益P(s)的调整。
除了第一调节单元2外,调节装置1还包括叠加的调节部7,借助它可根据控制变量s实施调节器增益P(s)的调整。叠加的调节部7有反馈路径3和预过滤器4。反馈路径3将提供实际转向角信息的第一调节单元2的输出接口连接到在输出端与第一调节单元2的输入接口相耦合的求和点6。
在反馈路径3中预先设置第一修正环节3.1,其传输特性可通过控制变量s调整。例如,第一修正环节3.1的传递函数H可通过以下函数表征:
H=1-P(s)
在此,P(s)是第一调节单元2要实现的调节器增益,s表示控制变量。反馈路径3提供第一调整变量A1,它被馈送到求和点6,并在那里被添加到经修改的理想转向角信息中。
预过滤器4有第二修正环节4.1,它的传输特性也同样可通过控制变量调整。第二修正环节4.1的传递函数H例如可通过以下函数表征:
H=P(s)
在此,P(s)是第一调节单元2要实现的调节器增益,s表示控制变量。预过滤器4提供第二调整变量A2,它作为经修改的理想转向角信息被馈送给求和点6。换句话说,第一和第二调整变量A1、A2在求和点6相加,由此所得的求和信息被提供给第一调节单元2作为输入信息。
通过叠加的调节部7对输入信息修改的结果是,第一调节单元2具有可基于控制变量加以更改的调节器增益P(s)。换句话说,图4中所示调节装置1由此具有与根据图2所述经修改的第一调节单元2'的调节特性相对应的调节特性。
以下所述一项或多项信息可用作控制变量s:
-驾驶人员施加在方向盘上的转向力矩。由此,例如调节器增益能随着驾驶人员转向力矩的提高而减小,以减少伺服电机对驾驶员启动的转向操控的不希望的反作用。
-有关例如所识别施工现场等特定行驶情形的信息。在此情况下,降低调节器增益来减少转向角调节对驾驶员启动的转向操控的反作用是有益的;
-随使用寿命变化的机电转向中预测的摩擦力。也就是说,如果摩擦力随着时间的推移而减小,就会得到转向系统阻尼较弱的结果。在此情况下,最初选择的调节器增益可能有太高或太低的相位储备。此外,摩擦会导致转向角以极限周期的形式连续振荡,其特征值、振荡幅度和振荡频率取决于摩擦大小和转向角调节的干扰传递函数的频率响应。因此,如果极限循环的特征值保持不变,经改变的摩擦参数需要针对转向角调节的频率响应进行调整;
-机电转向装置的转向角调节引起振荡的振幅和频率等预测的振荡参数;
-馈送给第一调节单元2的输入信息信噪比。
调节器增益P(s)可在P最小<P(s)<P最大的数值范围内变化。在此,P最小的值例如可是0.2,尤其是0.6,P最大的值可是3,尤其是1.5。
上面假定,由第一和第二修正环节改变的系数是调节器增益P(s),即是有理数,通过它可改变第一调节单元2增益系数。
与此不同的是,所述系数也可由复数滤波函数构成,借助该函数,第一调节单元2(即转向角调节装置)的传输特性,通过相应的外部预定参数改变。
尤其是如果要随后或有针对性地减少例如由相位储备不足引起的EPS转向角调节部的例如共振过冲,那么复数滤波函数就特别有用。由此,可有效影响方向盘振动的振幅,从而也可在车道导引期间有效影响车辆横向振动的特征值。适用于此的最简单滤波功能是如PD器件所示,具有高通特性的滤波器。在此,借助控制变量s,可改变PD器件的零点位置,从而改变振荡阻尼的程度。此外,PD器件的放大系数可更改,由此也同样可对振动阻尼的程度施加影响。
如果要根据行驶情形通过控制变量s的预定参数提高第一调节单元2的动态特性,由于稳定性原因,较高增益系数P的选择只能到特定自然上限。如果需要高于所述自然上限的环路增益,有益的做法是,使用复数滤波函数替代有理数形式的增益系数P(s),其极点和零点的选择要考虑到与调节技术相关的稳定性标准(例如奈奎斯特标准)。在大多数情况下,这需要设置滤波器零点,使开放的角调节回路的相位响应(Phasengang)在穿透频率(Durchtrittsfrequenz)范围内提高。在最简单情况下,滤波器功能通过有两个零位的传输部分表征,由于技术上的可行性,也用两个极点表征。临时实施较高转向角调节动态特性的应用情况例如是动态紧急规避操控,为执行这些操控,可能需要比第一调节单元2设置的预先设置更高的角度动态特性。
上面已根据实施例对本发明进行了描述。要指出的是,在不脱离专利权利要求所定义的保护范围情况下,可进行多项更改和变异。
附图标记列表:
1 调节装置
2 第一调节单元
2‘ 经修改的第一调节单元
3 反馈路径
3.1 第一修正环节
4 预过滤器
4.1 第二修正环节
5 求和点
6 求和点
7 叠加的调节部
A1 第一调整变量
A2 第二调整变量
EPS 机电转向装置
P(s) 调节器增益
R 转向角调节部
s 控制变量
Claims (15)
1.一种用于车辆转向角调节的调节装置,所述调节装置包括第一调节单元(2),其中,预先设置叠加在第一调节单元(2)上的、具有反馈路径(3)和预过滤器(4)的调节部(7),其中,反馈路径(3)基于被第一调节单元(2)作为输出变量来提供的实际转向角信息提供第一调整变量(A1),而预过滤器(4)基于理想转向角信息提供第二调整变量(A2),其中,所述叠加的调节部(7)设置用于,基于第一和第二调整变量(A1、A2)构成用于第一调节单元(2)的输入信息,其中,反馈路径(4)具有第一修正环节(4.1),所述第一修正环节的传输特性能基于至少一个控制变量(s)进行调整,其中,预过滤器(4)具有第二修正环节(4.1),所述第二修正环节的传输特性能基于至少一个控制变量(s)进行调整,所述叠加的调节部的(7)如下地设置,第一调节单元(2)的调节器增益(P(s))能至少基于控制变量(s)进行调整。
2.根据权利要求1所述的调节装置,其特征在于,调节器增益(P(s))是有理数或通过复数滤波函数构成。
4.根据权利要求3所述的调节装置,其特征在于,系数为(1-P(s)),其中,P(s)是取决于控制信号(s)的修正系数,所述修正系数的值表示对第一调节单元(2)的调节器增益(P(s))的调整,或其中,P(s)是取决于控制信号的复数滤波函数。
6.根据权利要求5所述的调节装置,其特征在于,系数是(1-P(s)),其中,P(s)是取决于控制信号(s)的修正系数,所述修正系数的值表示对第一调节单元(2)的调节器增益(P(s))的调整,或其中,P(s)是取决于控制信号的复数滤波函数。
7.根据权利要求5所述的调节装置,其特征在于,系数为P(s),其中,P(s)是取决于控制信号(s)的修正系数,所述修正系数的值表示对第一调节单元(2)的调节器增益(P(s))的调整,或其中,P(s)是取决于控制信号的复数滤波函数。
9.根据权利要求1至5或7中任一项所述的调节装置,其特征在于,预先设置求和点(6),在该求和点上,第一调整变量(A1)与第二调整变量(A2)相加,其中,求和点(6)的输出信息构成第一调节单元(2)的输入变量。
10.根据上述权利要求中任一项所述的调节装置,其特征在于,第一和第二修正环节(3.1、4.1)能基于相同的控制变量(s)进行调整。
11.根据上述权利要求中任一项所述的调节装置,其特征在于,第一调节单元(2)是本身闭合的调节单元,所述本身闭合的调节单元不具有外部接口,经由该外部接口能调整第一调节单元(2)的调节器增益(P(s))。
12.根据上述权利要求中任一项所述的调节装置,其特征在于,控制变量(s)至少取决于下述信息中的至少一个:
-车辆所处的驾驶情形;
-驾驶员对方向盘施加的力矩;
-机电转向装置的摩擦值;
-机电转向装置的预测的振动参数;
-馈送给第一调节单元(2)的输入信息的信噪比。
13.根据上述权利要求中任一项所述的调节装置,其特征在于,调节器增益(P(s))能在0.2和3之间的数值范围内通过控制变量(s)进行匹配。
14.一种用于车辆转向角调节的方法,车辆包括第一调节单元(2),其中,预先设置叠加在第一调节单元(2)上的、具有反馈路径(3)和预过滤器(4)的调节部(7),其中,反馈路径(4)基于被第一调节单元(2)作为输出变量来提供的实际转向角信息提供第一调整变量(A1),而预过滤器(4)基于理想转向角信息提供第二调整变量(A2),其中,叠加的调节部(7)基于第一和第二调整变量(A1、A2)提供用于第一调节单元(2)的输入信息,其中,反馈路径(3)具有第一修正环节(3.1),所述第一修正环节的传输特性能基于至少一个控制变量(s)进行调整,其中,预过滤器(4)具有第二修正环节(4.1),所述第二修正环节的传输特性基于至少一个控制变量(s)进行调整,第一调节单元(2)的调节器增益(P(s))借助叠加的调节部(7)至少基于控制变量(s)进行调整。
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