CN1492819A - 用于控制汽车的至少一个车轮的转向角或转向极限角的汽车转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车转向系统用以控制汽车的至少一个车轮的转向角或转向极限角，该汽车具有：一转向手柄，特别是一转向手轮；一探测装置用以检测转向手柄的操作力度；一在转向手柄与至少一个转向的车轮之间的机械的有效连接；一调节装置用以辅助调准转向角或转向极限角；一调节装置用的控制装置，其中由该控制装置根据汽车状态参数调准由司机为了控制汽车而实际施加的手动力矩或手动力；其特征在于，控制装置具有一状态调节器，它借助于汽车的状态参数产生一用于控制装置的调节参数T_req′，其中由司机施加的转向力是最小的，以便实现尽可能无力矩的转向系统，并且一参照参数接通为由司机施加的手动力矩T_driver，req产生一主导参数T_ref。

Description

用于控制汽车的至少一个车轮的转向角 或转向极限角的汽车转向系统

技术领域

本发明涉及一种汽车转向系统用以控制汽车的至少一个车轮的转向角或转向极限角，该汽车具有权利要求1的前序部分所述的特征。

背景技术

在液压助力转向系统中，一般一控制阀控制与方向盘的转动相适应的转向油缸中的油压。一弹性的转矩测量元件，例如一扭杆、螺旋弹簧或片簧，将作用在方向盘上的转矩转换为一控制位移。通过该控制位移移动构成为斜边或小平面的控制边缘并由此形成用于油流的相应的开口横截面。

在助力转向系统中，其中借助于作为调节装置的电动机产生辅助的力矩，一般同样将转矩测量元件用于测量由司机施加的手动力矩。

对于助力转向系统的操纵舒适性和汽车安全性的日益增长的要求已导致采用可参数化的助力转向系统。它例如根据速度工作，亦即根据电子转速表指示的行驶速度控制或影响由司机施加在方向盘或转向手柄上的操作力。一控制仪分析速度信号并确定调准的辅助力矩的大小，它对于调节装置为了转向角或转向极限角的辅助调准是必需的。由此转向特性的特殊设计可以导致在停车区内并且在就地转向时在方向盘上只须施加最小的力，同时随着渐增的车速减小辅助力或辅助力矩的大小。因此在高速时能够准确而对准目标地转向。

在已知的助力转向系统中不利的是，它测量作用在转向手柄或方向盘上的手动力矩并且只随着该力矩的加强才再传给调节装置。由此大多只达到不充分的操纵舒适性。在这些系统中一般必须实现有效的复位，亦即明显的借助于附加的调节将释放的方向盘恢复到中间的位置，因此系统的全部的调节/控制是复杂而易出故障的。同样它实现一有效的阻尼但在传统的系统中包含很大的费用并且只可不能令人满意地实现。此外在这些系统中不利的是，不能或只能不能令人满意地顾及摩擦补偿，亦即顾及在转向系统中存在的摩擦。由于实施上述选择方案使调节变得如此复杂，以致就一般而论它只能在很大费用的情况下加以优化。

发明内容

本发明的目的是，提供一种更便于优化的汽车转向系统，其中可预定和特别是可准确地调准由司机施加的手动力矩。

该目的按本发明通过具有权利要求1的特征的相似类型的汽车转向系统来达到。该汽车转向系统的其他一些按本发明的构造由诸从属权利要求的特征得出。

本发明的基本构想是，一状态调节器借助于汽车的状态参数产生一用于控制装置的调节参数T_req′，其中由司机施加的转向力是最小的，以便实现尽可能无力矩的转向系统。从无力矩转向系统出发，调节参数T_req′可容易加上一主导参数T_ref而不必在计算或确定由司机施加的手动力矩T_driver，req时考虑其他的要顾及的汽车状态。借此有利的是可以有效地预定司机力矩而不象在现有技术中那样，只加强测量的手动力矩来计算司机的支持。当调节参数T_req′乘以比例系数时得到用于接通一主导参数的另一解法，该比例系数本身具有不同的值，例如取决于汽车速度和传感器力矩。

这样，例如由司机施加的手动力矩T_driver，req可以有利地是下列参数的函数：方向盘转角、汽车速度、作用在汽车转向系统上的扰动量，例如转向横拉杆力和轮胎上的力或轮胎与公路间的反力以及汽车中存在的行驶系统的、特别是变速器和/或行驶动力学调节的各种行驶动力学信息。

当然，上述函数不一定考虑全部列举的参数。所有这些参数可以单个的或以不同的组合加以考虑。同样可能有利的是，汽车司机预定转向，他可以适于运动地、舒适地或省力地行驶。通过这样的预定，对于相应的行驶情况不同地算出并精确地预定有效给定的要求的手动力矩T_driver，req。

但是对于用于施加的手动力矩的函数考虑到至少几个列举的参数是具有优点的。

也可以通过摩擦力矩T_friction与一辅助比例系数k_assist的乘数算出有效预定的要求的手动力矩T_driver，req，其中k_assist例如可以是车速V_vehicle值和传感器力矩T_sensor的函数。

有利的是，按照本发明的转向系统的控制装置具有一探测器，它借助于汽车转向系统的一个数学模型算出汽车的未测量的和/或不能测量的状态参数。任何汽车中存在这样的仿真模型，从而可以有利地节省用于测定线路状态参数和扰动状态参数的不必要的传感器。

所谓线路状态参数其中理解为小齿轮方面的角速度Ω_pinion、方向盘方面与小齿轮方面之间的角度差Δ、方向盘方面与小齿轮方面之间的角速度差ΔΩ以及由调节装置发出的转矩T_motor。当然，对于按照本发明的转向系统同样可以考虑各当量的参数。

所谓扰动状态参数其中理解为由司机施加的转矩T_driver和作用在转向系统上的摩擦力矩T_friction。

为了达到无力矩的转向性能，需要用状态调节器来反馈或接通线路，即转向系统的线路状态和扰动状态。

线路状态按状态空间理论的构想是例如：

其中：Ω_pinion-小齿轮方面的角速度；

Δ-方向盘方面与小齿轮方面之间的角度差；

ΔΩ-方向盘方面与小齿轮方面之间的角速度差；

T_motor-由调节装置发出的转矩。

扰动状态被认为是例如：

${\underset{\‾}{x}}_d=\left[\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{driver}}\\ T_{\mathrm{friction}}\end{array}\right]$

其中：T_driver-由司机施加的转矩；

      T_friction-作用在转向系统上的摩擦力矩。

通过线路状态经由一适当的矩阵 K _p的反馈和扰动状态(摩擦补偿或扰动量补偿)经由一适当的矩阵 K _d的接通，其中 K _d通过一适当的状态调节器设计利用一关于一扰动模型扩大的线路模型算出，考虑将选出的目标参数，例如

${\underset{\‾}{y}}_{\mathrm{po}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{sensor}}\\ \mathrm{\Δ\Ω}\\ \mathrm{\Δ\α}\end{array}\right]$

通过由调节器产生的调节信号T_req′调到零。该目标参数可自由选择，但必须依赖于线路状态。在上述等式中目标参数T_senson用于实现无力矩调节，目标参数ΔΩ和Δα用于实现有效的振动阻尼。借此实现一“无力矩”的转向系统。

附图说明

以下借助于附图更详细地说明本发明的几个基本的关系。其中：

图1  实现无力矩的汽车转向系统的示意图；

图2  按照本发明的主导参数接通；

图3  按照本发明的状态探测器；

图4  按照本发明的调节方案的功能框图；

图5  用于产生所要求的司机力矩T_driver，req的另一解法；

图6  用于按照图3和5的主导参数接通的另一解法。

具体实施方式

图1示意地示出通过状态矢量反馈与扰动参数补偿实现无力矩的汽车转向系统。

由于实现了无力矩的转向系统，可以经由主导参数模型达到希望的转向感觉。所谓转向感觉在此理解为由司机感觉到的和施加的手动力矩。为此从由司机感觉到的手动力矩T_driver，req经由一主导参数与矩阵 K _r接通产生参数T_ref并加到调节参数T_req′上。

图2示出主导参数接通和参数T_req′与T_ref合成T_req，其中T_req是用于调节装置的控制装置的调节参数。

应加权的目标参数由此变为

${\underset{\‾}{y}}_w=\left[\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{senor}}-T_{\mathrm{driver},\mathrm{req}}\\ \mathrm{\Δ\Ω}\\ \mathrm{\Δ\α}\end{array}\right]$

T_driver，req为司机感觉到的力矩。与目标参数矢量 y _po相比在这里不是产生无力矩的转向(即T_sensor＝0)，而是调准一减去要求的司机力矩T_driver，req的值的传感器力矩。因此事先计划的无力矩的转向性能是转向感觉，即力矩T_driver，req，现在是一个可完全自由形成(与线路状态无关)的参数并且可以是上述诸参数的一个任意的函数。

由于通常不可能测量全部需要的状态参数，它们必须由现有的测量参数重构。这可以例如通过一微分的滤波器或上述的状态探测器来实现。

如图3所示，状态探测器具有一关于一扰动模型扩大的线路并行数学模型并且作为输入端参数收到由调节器产生的调节参数T_req和现有的测量参数，例如转矩T_senson和电动机转角_motor。

通过由算出测量值与实际的测量值之差值经由一适当的矩阵之反馈可以求得不足的状态参数。该矩阵的计算借助于适当的探测器设计来确定。

通过探测器和调节器的联合，人们得到一种调节，它考虑摩擦补偿、可自由形成的司机感觉以及有效的振动阻尼。

图4示出按照本发明的用于汽车转向系统的调节方案的功能框图。探测器测定对调节器需要的输入端参数。由于T_driver，req的主导参数的同时接通通过调节器调准与调准的手感或手动力矩相适应的调节参数T_req。

如上所述，T_req是用于调节装置的控制装置的调节参数。由于本发明的汽车转向系统或其调节方案的有利的模块性，可以无困难地将按照本发明的方案实施于任何汽车中。在这种情况下调节器设计构成为很简单的，因为一般用于各个汽车的数学模型是已知的。

由于首先实现了一种无力矩的转向系统，可以无困难地实现，一个为一汽车建立的用于由司机施加的转向感觉或手动力矩的函数可以为另一汽车引用。因此有可能使不同的汽车准确地配置同一转向感觉。

借助于附图示出的调节方案只是本发明的汽车转向系统的一个可能的实施方案。当然有可能在另一位置实现T_ref和T_req′的相加。这样，各个矩阵 K _r、 K _p和 K _d当然可以合并为一单独的矩阵而不偏离本发明的思想。

图5示出产生要求的司机力矩T_driver，req的另一方案，其中通过T_friction与比例系数k_assist之乘数得到要求的司机力矩T_driver，req。系数k_assist本身是各种参数例如车速V_vehicle和传感器力矩T_senson的函数。

同样按本发明的构想当参数T_req′乘以比例系数时是用于主导参数接通的另一方案。该比例系数可以是如图6中所示的k_assist。

Claims (16)

1.汽车转向系统用以控制汽车的至少一个车轮的转向角或转向极限角，该汽车具有：

一转向手柄，特别是一转向手轮；

一探测装置用以检测转向手柄的操作力度；

一在转向手柄与至少一个转向的车轮之间的机械的有效连接；

一调节装置用以辅助调准转向角或转向极限角；

一调节装置用的控制装置，其中由该控制装置根据汽车状态参数调准由司机为了控制汽车而实际施加的手动力矩或手动力；

其特征在于，控制装置具有一状态调节器，它借助于汽车的状态参数产生一用于控制装置的调节参数T_req′，其中由司机施加的转向力是最小的，以便实现尽可能无力矩的转向系统，并且一参照参数接通为由司机施加的手动力矩T_driver，req产生一主导参数T_ref。

2.按照权利要求1所述的汽车转向系统，其特征在于，参数T_friction与一可变化的比例系数k_assist之乘数得到由司机施加的手动力矩T_driver，req，其中T_friction表示作用在转向系统上的摩擦力矩。

3.汽车转向系统用以控制汽车的至少一个车轮的转向角或转向极限角，该汽车具有：

一转向手柄，特别是一转向手轮；

一探测装置用以检测转向手柄的操作力度；

一在转向手柄与至少一个转向的车轮之间的机械的有效连接；

一调节装置用以辅助调准转向角或转向极限角；

一调节装置用的控制装置，其中由该控制装置根据汽车状态参数调准由司机为了控制汽车而实际施加的手动力矩或手动力；

其特征在于，控制装置具有一状态调节器，它借助于汽车的状态参数产生一用于控制装置的调节参数T_req′，其中由司机施加的转向力是最小的，以便实现尽可能无力矩的转向系统。并且通过调节参数T_req′与比例系数k_assist之乘数得到主导参数T_ref。

4.按照权利要求3所述的汽车转向系统，其特征在于，比例系数k_assist是车速与传感器力矩T_sensor的函数。

5.按照上述权利要求之一项所述的汽车转向系统，其特征在于，控制装置具有一探测器，它借助于汽车转向系统的一个数学模型求得汽车的未测量的和/或不能测量的状态参数。

6.按照上述权利要求之一项所述的汽车转向系统，其特征在于，为了计算T_req′考虑线路状态参数和扰动状态参数。

7.按照权利要求6所述的汽车转向系统，其特征在于，线路状态参数是例如小齿轮方面的角速度Ω_pinion和/或方向盘方面与小齿轮方面之间的角度差Δ和/或方向盘方面与小齿轮方面之间的角速度差ΔΩ和/或由调节装置发出的转矩T_motor和/或各当量的参数。

8.按照权利要求6所述的汽车转向系统，其特征在于，扰动状态参数是由司机施加的转矩T_driver和/或作用在转向系统上的摩擦力矩T_friction。

9.按照权利要求6至8之一项所述的汽车转向系统，其特征在于，线路状态参数经由一适当的矩阵 K _p的反馈和扰动状态参数经由一适当的矩阵 K _d的接通产生调节参数T_req′。

10.按照上述权利要求之一项所述的汽车转向系统，其特征在于，经由一主导参数接通到一矩阵 K _r中将要求的手动力矩T_driver，req加到调节参数T_req′上。

11.按照权利要求10所述的汽车转向系统，其特征在于，要求的手动力矩T_driver，req是下列参数的函数：方向盘转角和/或汽车速度和/或作用在汽车转向系统上的扰动量例如转向横拉杆力和/或轮胎上的力和/或轮胎与公路间的反力。

12.按照权利要求10或11所述的汽车转向系统，其特征在于，通过汽车司机的预定可预定和可影响要求的手动力矩T_driver，req。

13.按照权利要求12所述的汽车转向系统，其特征在于，一种预定是调整行驶方式例如“节省的”和“适于运动的”。

14.按照权利要求10至13之一项所述的汽车转向系统，其特征在于，要求的手动力矩T_driver，req是汽车中存在的行驶系统的，特别是变速器和/或行驶动力学调节的各种行驶动力学信息的函数。

15.按照上述权利要求之一项所述的汽车转向系统，其特征在于，通过微分的滤波器或探测器求得汽车的未测量的状态参数。

16.按照上述权利要求之一项所述的汽车转向系统，其特征在于，状态调节器通过质量函数设计成使其实现有效的振动阻尼。

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