CN116710330A - 用于运行车辆的机电的转向辅助装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行车辆的机电的转向辅助装置的方法：‑所述转向辅助装置通过借助于发电机式运行的电机充电的蓄电池运行；以及‑预测性地检测：所述转向辅助装置在未来时刻(AP未来)具有比当前(AP当前)对于蓄电池的充电所要求的功率而更高的功率需求；‑并且紧接于所述检测，在未来时刻(AP未来)将更高的电压施加在蓄电池上，从而所述转向辅助装置在未来时刻(AP未来)运用所预测的更高的功率，‑仅仅当在预测性的查明中检测到：在未来时刻(AP未来)达到和/或超过所述转向辅助装置的设计极限(M手、v转向角)，才将更高的电压施加在蓄电池上。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于运行车辆的机电的转向辅助装置的方法以及一种根据并列的权利要求8的计算机程序产品。对于现有技术例如参阅文献DE 10 2015 2018 167A1。
背景技术
车辆中的车载电网包括电缆束、蓄能器、能源以及电气负载。原则上在此也可以应用多个蓄能器或能源。在传统的具有12V能量车载电网的车辆中使用发电机作为能源，而在混合动力或电动车辆中的供能由DC/DC转换器(直流/直流转换器)承担，所述DC/DC转换器又连接到具有高压蓄电池的高压车载电网上。该能源的峰值功率通常如此确定大小，即，可以覆盖在车辆中所有安装的系统的平均功率。不过在此所安装的系统的峰值功率可能比平均功率大许多倍。DC/DC转换器具有大的动态性，而在车辆中的发电机基于安装技术的原因在其动态性上是受限的。当前，出于能效原因总是有越来越多的行走机构组件在车辆中电气化，由此12V能量车载电网的负荷强烈地提高。电气伺服转向装置(也称为转向辅助)也通过12V能量车载电网供以电流和电压。
电气伺服转向装置作为动态的峰值功率负载具有比发电机更大的动态性。由此产生的问题在于，发电机在动态负荷的情况无法提供期望的电流，而电池或其他存储器作为蓄能器必须覆盖需求。由于电池的内阻，在电流输出的情况下附加地在电池端子上发生电压扰动。特别是动态峰值功率负载、如电气伺服转向装置由此可能导致剧烈的电压扰动。该问题也可能出现在车载电网中，在这些车载电网中将DC/DC转换器用作能源。不过，在车载电网存在动态负荷的情况下，仅仅当DC/DC转换器接近其功率极限时，电池才必须用作能量缓存器，即使DC/DC转换器的调节快于发电机的调节。
为了在转向功率密集的行驶情况下实现转向装置和特别是电气伺服转向装置的优化的性能，如今已经有基于软件的功能用于提升电压、例如借助于接通发电机。示例性的方法可从文献DE 10 2015 218 167A1得知。
一般地，由现有技术已知的措施区分为反应性措施和预测性措施。反应性措施基于当前的驾驶员输入、例如转向角、转向角速度或转向力矩来提升电压，或者利用转向装置的数据、例如当前能量消耗或者当前的机械和/或电气功率消耗。
而预测性措施(如这示例性地在文献DE 10 2015 218 167 A1中示出)引起：根据基于经验的使用实例识别转向功率密集的行驶情况。
反应性措施具有如下缺点，即，反应性措施在时间上看去太晚介入。基于运算时间、信号运行时间和物理惯性，电压提升在这样的系统中经常太晚地实现。车辆乘员于是在转向过程中感觉到在转向手柄上短时的变硬，一旦在12V能量车载电网中的电压被提升，那么该短时的变硬消失。这样的“变硬”对于车辆乘员可能感知为不舒适的。而预测性措施则及时提升电压，但是基于其不精确性也触发不必要的电压提升，这些不必要的电压提升非为转向系统所需要。预测性措施因此不利地影响二氧化碳排放、能量消耗以及电动车辆的可能的电气续航里程。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提出一种用于运行机电的转向辅助装置的方法，所述方法保证尽可能高的驾驶员舒适性并同时保证尽可能低的能量消耗。
该任务的解决方案通过一种具有权利要求1的特征的用于运行机电的转向辅助装置的方法以及一种按照并列的权利要求8的计算机程序产品得出。有利的构成方案和进一步改进方案是从属权利要求的内容。
在此提出一种用于运行机电的转向辅助装置的方法。
在此，这样的机电的转向辅助装置特别是可以构成为所谓的伺服电机或伺服转向装置。伺服转向装置用于减小如下力，该力在静止中、调车时或者在小的行驶速度时转向的情况下对于机动车的方向盘的操纵是必需的。伺服转向装置在转向的情况下辅助驾驶员，其方式为通过电机增强由驾驶员施加的用于转向的力。
所述转向辅助装置在此通过借助于发电机式运行的电机充电的蓄电池运行。
特别优选地，所述转向辅助装置通过能量车载电网供以电流和电压，所述能量车载电网由蓄电池或电池(特别是12V电池)以及发电机组成。
代替发电机也可以将所谓的DC/DC转换器连接在转向装置的电压等级与发电机式运行的电机的电压等级之间，该DC/DC转换器通过充电的蓄电池给转向辅助装置供以电流和电压。
所谓的能量车载电网——机电的转向辅助装置连接在其上——特别是优选地涉及所谓的12V能量车载电网。特别是所述方法适用于低压车载电网。所述方法然而同样可利用其他能量车载电网、例如24V或48V车载电网实施。
优选地规定，所述蓄电池的充电和放电以及由此产生的功率预定以及特别是在蓄电池上的电压预定借助于车辆的能量和功率管理系统设计。
通过功率管理系统预定的电压特别是与当前的行驶情况、在车辆中存在的电气负载的当前的能量和功率消耗的电池状态有关并且可变地设计。
基于在电池上所述可变的电压预定，如下电压可以出现在机电的转向辅助装置的端子上，该电压可以位于机电的转向辅助装置的设计电压之下。
因此此外规定，预测性地检测：所述转向辅助装置在未来时刻具有比当前对于蓄电池的充电、特别是通过能量和功率管理系统所要求的功率而更高的功率需求。
在此特别是检测和查明在转向辅助装置的端子上未来的电压需求。
所述预测性的功率需求查明或特别是电压需求查明在此例如借助于数学外插方法或者通过一个或多个神经网络或类似的预测或估计机制实现。
如果检测或计算出：所述转向辅助装置在未来时刻具有更高的功率需求或特别是更高的电压需求，那么在该时刻将更高的电压施加在蓄电池上。这优选地如此实现，即在检测到更高的电压需求的情况下由能量和功率管理系统要求相应更高的电压，从而该更高的电压在未来时刻存在。该电压提高在此仅仅短时地对于相应的情况存在，并且紧接着又被撤销，优选地当不再需要提高的电压时。
在此规定，所述在蓄电池上的电压提高或通过能量和功率管理系统对更高电压的优选的要求仅仅在如下条件下实现，即所述转向辅助装置在未来时刻达到或超过所述转向辅助装置的设计极限。
所述机电的转向辅助装置优选地根据关于齿条行程或转向角的转向角速度的曲线以及根据关于齿条行程或转向角的转向力矩(也称为所谓的手力矩)设计。
车辆中的转向单元因此优选地是所谓的齿条转向装置，其中通过例如通过转向轴与转向手柄连接的齿轮啮合到齿条中。通过由车辆乘员在转向手柄上的转动(以所谓的手力矩)使得齿条移动，并且齿条以确定的齿条行程来摆动转向的车轮。
所述转向辅助装置如此辅助驾驶员，其方式为借助于电机至少部分地为驾驶员施加用于使转向手柄运动的力，从而驾驶员仅仅还必须施加减小的手力矩。
手力矩在此描述如下力矩，车辆乘员必须施加该力矩到转向手柄上(例如到方向盘上)，以便引起车辆的转向。
所述齿条行程在此描述齿条的平移运动的路径，该路径有助于在车辆车轮上确定的转向角的表示。
所述转向辅助装置的设计极限因此优选地通过转向角速度特性曲线以及通过手力矩特性曲线预定。两个特性曲线关于转向单元的齿条行程(或转向角)的曲线描绘。亦即，按照特性曲线在确定的齿条行程处，对于最大的转向角速度总是预定最大的手力矩(并且反之亦然，对于最大的手力矩总是最大的转向角速度)。
因此按照转向角速度特性曲线如果驾驶员例如在确定的齿条行程处转向，那么手力矩不允许超过手力矩特性曲线。恰恰相反，对于驾驶员必须可能的是，如果驾驶员按照手力矩特性曲线施加手力矩，则按照转向角速度特性曲线达到最大转向角速度。在两种上述情况下，转向辅助装置的运行于是仍位于所述设计极限内。
仅仅当检测到：在未来时刻达到或超过两个特性曲线并且由此达到或超过转向辅助装置的设计极限，那么优选地引起或要求所述电压提高。
该附加的条件——电压提高与该条件有关——能实现避免不必要的电压提升。因为达到转向辅助装置的设计极限相比于外插或估计的数据更是对于车辆驾驶员的转向的所述开始“变硬”的实际出现的准确的度量。因为仅仅在实际达到或超过转向辅助装置的设计极限的情况下才实现电压提高。
同时，通过在未来时刻提高的功率需求的预测性的预测确保：仅仅当驾驶员如此快速或如此强烈地转向，即，驾驶员在没有电压提高的情况下将会感觉到变硬，才实现电压提升；以及提升足够早地实现，以便禁止这样的开始短时的变硬。
由此可以极大地减少或完全避免在现有技术中描述的过去的预测性措施对二氧化碳排放、能量消耗或电气续航里程不利的影响。
例如在以小的手力矩快速转向的情况下，转向辅助装置未强制碰到其设计极限。例如在位于上坡的具有无负荷的前轴的车辆的情况下，可以以小的转向力矩实现高的转向角速度。而且在具有高的转向力矩的缓慢转向的情况下，所述转向辅助装置也未强制碰到其设计极限。为此例如提及如下情况，即前轮的转向回转位于所谓的末端止挡部上，所述末端止挡部导致机械阻止且由此导致转向力矩的升高。
亦即，通过电压提升与转向辅助装置的设计极限的关系可以提高如下精度，即在未来时刻实际上是否需要转向辅助装置的更高的功率需求。由此可以避免在未来时刻不必要的电压提高。
再者存在的可能性在于，避免安装成本密集的多电压车载电网(400V、60V、48V、24V或12V)且此外应用低压车载电网。在此可以节省制造成本。在特别是低等级或中等级别的车辆中，存在的可能性还在于，安装具有较小的功率等级的转向装置，这此外促成成本降低。
在要求保护的方法的一种优选实施方案中，隔开时间间隔地重复地查明：转向辅助装置在另外的未来时刻是否具有比当前、特别是通过能量和功率管理系统对于蓄电池的充电所要求的功率而更高的功率需求。特别是隔开每1至15毫秒、特别优选地每10毫秒地进行查明。
通过如此高频率的检测过程可以确保：在几乎每个时间可以确定：在未来时刻是否应要求提高的功率需求。
在此，优选地如此选择用于查明转向辅助装置在未来时刻是否具有更高的功率需求的预测时间，使得在各自检测的未来时刻以提高的功率、特别是提高的电压运行转向辅助装置。预测时间因此是及时选择的，从而车辆驾驶员在转向的情况下未感觉到所谓的“变硬”。
优选地，所述预测时间位于大约100至2000毫秒的范围中、特别优选地在500至1500毫秒之间的范围中。
所述和其他的特征此外由权利要求书和说明书以及附图得知，其中，各个特征分别本身单独地或者多个以子组合的方式实现在发明的一个实施形式中且可以表示有利的以及本身可保护的实施方案，在此要求保护对于这些实施方案。
附图说明
在以下根据一个实施例进一步阐明本发明。对于本发明重要地在此可以是全部进一步描述的特征。
附图在此示出具有转向辅助装置的示例性设计极限的示意图。
具体实施方式
所述转向辅助装置的设计极限因此优选地通过转向角速度特性曲线v转向角以及通过手力矩特性曲线M手预定。两个特性曲线关于转向单元的齿条行程HubZGS的曲线描绘。该设计极限因此规定：按照特性曲线在确定的齿条行程处，对于最大的转向角速度总是预定最大的手力矩(且反之亦然对于最大的手力矩总是最大的转向角速度)。
例如可见的是，从达到前进的齿条行程HubZGS开始，手力矩M手大幅升高，而转向角速度降低。该情况例如在车辆的停车操纵中在接近静止的速度范围中是可能的，在所述速度范围中转向装置几乎位于其末端止挡部上并且在所述速度范围中转向角速度v转向角仅仅非常缓慢。
在第一步骤中，例如通过外插、估计方法或者诸如此类检测：转向辅助装置在未来时刻或在未来工作点AP未来具有比在转向辅助装置的当前工作点AP当前的情况下当前对于蓄电池的充电所要求的功率而更高的功率需求。
为此在当前时刻检测转向辅助装置的当前工作点AP当前，所述当前工作点位于设计极限之内，在所述情况下在两个特性曲线设计极限M手和v转向角之下。
紧接着在要求的预测时间中借助于例如外插预测未来工作点AP未来(虚线示出)。在该情况下，预测的工作点AP未来超出转向辅助装置的两个设计特性曲线(参见箭头)。通过在未来工作点AP未来中超过两个特性曲线M手和v转向角，触发电压提升。
在此通过由车辆的能量和功率管理系统对提高的电压的要求而将更高的电压施加在蓄电池上，从而转向辅助装置在预测的工作点AP未来处获得所预测的更高的电压。
然而触发仅仅在如下情况下实现，即如果在两个特性曲线M手和v转向角中存在超过或到达。
如果仅仅超过特性曲线M手和v转向角中之一，而没有超过其中另一，则不发生所谓的电压提升，因为未达到转向辅助装置的设计极限。
由此可以有利地避免在蓄电池上电压的不必要的提高并因此不必要的能量消耗。同时，如果实际上需要提高的电压，那么还能实现对于车辆驾驶员舒适的转向过程。
Claims (8)
1.用于运行车辆的机电的转向辅助装置的方法：
-所述转向辅助装置通过借助于发电机式运行的电机充电的蓄电池运行；以及
-预测性地检测：所述转向辅助装置在未来时刻(AP未来)具有比当前(AP当前)对于蓄电池的充电所要求的功率而更高的功率需求；
-并且紧接于所述检测，在未来时刻(AP未来)将更高的电压施加在蓄电池上，从而所述转向辅助装置在所预测的时刻(AP未来)运用所预测的更高的功率，
其特征在于，
仅仅当在预测性的查明中检测到：在未来时刻(AP未来)达到和/或超过所述转向辅助装置的设计极限(M手、v转向角)，才将更高的电压施加在蓄电池上。
2.根据权利要求1所述的方法，
-所述转向辅助装置的设计极限通过转向角速度特性曲线(v转向角)以及通过由车辆乘员施加到转向手柄上的手力矩(M手)的手力矩特性曲线(M手)来确定；
-所述转向角速度特性曲线(v转向角)根据车辆的转向装置的齿条行程(HubZGS)来预定车辆的至少一个车轮的极限转向角速度(v转向角)；并且
-所述手力矩特性曲线(M手)在操纵车辆的转向手柄的情况下根据齿条行程(HubZGS)来预定车辆乘员的极限手力矩(M手)；并且
-仅仅当在预测性的查明中检测到：在未来时刻(AP未来)不仅达到和/或超过所述转向辅助装置的转向角速度特性曲线(v转向角)而且达到和/或超过手力矩特性曲线(M手)，才将更高的电压施加在蓄电池上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，借助于12V蓄电池运行所述转向辅助装置。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，隔开时间间隔地重复地查明：所述转向辅助装置在未来时刻(AP未来)是否具有比当前对于蓄电池的充电所要求的功率而更高的功率需求。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，选择用于查明所述转向辅助装置在未来时刻(AP未来)是否具有更高的功率需求的预测时间，使得在所检测的未来时刻以提高的功率运行转向辅助装置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预测时间位于大约150至2000毫秒之间的范围中。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，通过外插的数学方法实现预测性地查明所述转向辅助装置的功率需求。
8.计算机程序产品，所述计算机程序产品在将其加载到具有处理器的计算机的存储器中的情况下执行根据权利要求1至7之一所述的方法。
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