CN1890147A - 用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在调节车辆转向轮上的额定转向角以稳定车辆时辅助车辆操作者的方法，在该方法中以根据额定转向角与瞬时转向角之间的偏差确定的附加转向力矩加载车辆的转向系。该方法的特征在于，估计作用在车辆的转向系上的负载力矩的值，并根据该负载力矩的估计值求得该附加转向力矩。本发明还涉及一种适合实施该方法的装置。

Description

用于在稳定车辆时辅助车辆操作者的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于在调节车辆转向轮上的额定(期望)转向角以稳定车辆时辅助车辆操作者的方法，在该方法中以根据额定转向角与瞬时转向角之间的偏差确定的附加转向力矩加载车辆的转向系。

本发明还涉及一种用于在调节至少一个车辆转向轮上的额定转向角时辅助车辆操作者的装置，该转置包括用于调节由控制单元根据额定转向角与车辆的瞬时转向角之间的偏差确定的附加转向力矩的装置。

背景技术

在车辆纵向左侧与车辆纵向右侧上具有不同摩擦系数的不均质路面上制动时可能产生不对称的制动力，这会导致使车辆绕其竖直轴线转动的横摆力矩。为了在此情况下防止车辆侧滑，驾驶员必须通过合适的转向动作建立补偿横摆力矩，该补偿横摆力矩抵抗由所述不对称的制动力造成的力矩。在此情况下还应在具有低摩擦系数的车辆一侧避免车轮的抱死，因为伴随车轮抱死而来的车轮的可传递的侧向导向力(Seitenführungskraft)强的减小会妨碍必需的补偿力矩的建立。所考察的状况由此提出了高的要求，这种高的要求尤其对于无经验的驾驶员来说通常是一种苛求。

在具有防抱死系统(ABS)的车辆中，通过控制器来防止车轮抱死。在所述类型的状况中，通常所使用的控制策略在此情况下一方面追求这样的目标，即通过具有较高摩擦系数的车辆一侧的车轮制动器中的尽可能高的制动压力有效地使车辆减速。另一方面，由于高或低摩擦系数侧不同的制动力而引起的横摆力矩对于驾驶员来说不应是苛求。因此，在所考察的状况中所述控制这样进行，即在车辆的前桥上仅缓慢地建立高摩擦系数侧与低摩擦系数侧的制动压力之间的差，以便赋予驾驶员足够的时间来实施起稳定作用的转向动作。此外，将后桥的两个车轮制动器上的制动压力限制到对于低摩擦系数侧允许的值(“选择低”)，由此可在后桥上建立足够的侧向导向力，以便通过转向干涉来稳定车辆。

所描述的措施允许驾驶员容易地操控车辆，但高摩擦系数侧的摩擦系数势并未被最佳地利用来使车辆减速。因此已经提出，将车辆转向轮的转向角考虑到行驶稳定性控制中，并且通过控制器及由该控制器致动的致动器来调节引起必要的补偿横摆力矩的转向角。由此可更快速且更可靠地稳定车辆，使得可选择“攻击性的”ABS控制策略，该控制策略可实现有效的制动干涉并且由此可实现车辆的迅速减速。另外避免了车辆由于驾驶员的不足够的或错误判断的转向干涉而引起的侧滑。

国际专利申请WO 02/074638 A1公开了对车辆的转向系加载附加转向力矩，该附加转向力矩从由驾驶员调节的转向角与转向角请求之间的偏差求得并且通过电子助力转向装置建立。由所估计的作用在车辆上的横摆力矩、车辆的横摆角速度以及从车辆的横向加速度求得该转向角请求。

由此不是直接地调节由控制单元确定的转向角，而是在调节转向角时通过附加转向力矩来辅助驾驶员。

但在这种控制中存在这样的问题，即，为了有效地辅助驾驶员，当该控制与高摩擦系数相匹配时，则在具有低摩擦系数的路面上制动时该附加转向力矩取过大的值，而当该控制与低摩擦系数相匹配时，则在具有高摩擦系数的路面上制动时该附加转向力矩取过小的值。这可导致驾驶员的错误的或不适当的转向干涉，并且驾驶员通常感觉这是不舒适的。

发明内容

因此，本发明的目的在于，这样地改善开始所述类型的方法，即，使得对于多种可能的行驶状况可更可靠地且更舒适地稳定车辆。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1的方法和权利要求10的装置来实现。

该方法的及该装置的适当的改进方案是从属权利要求的主题。

本发明提供了一种用于在调节车辆转向轮上的额定转向角以稳定车辆时辅助车辆操作者的方法，在该方法中以根据额定转向角与瞬时转向角之间的偏差确定的附加转向力矩加载车辆的转向系，该方法的特征在于，估计作用在该转向系上的负载力矩的值，并根据该负载力矩的估计值求得该附加转向力矩。

该负载力矩在此尤其是轮胎复位力矩，该轮胎复位力矩作用在车辆的转向系上并且由车辆转向轮的轮胎上的侧向导向力或横向力引起。

通过考虑该负载力矩还可实现在所述控制干涉中考虑瞬时路面状态。更具体地，对于不同的摩擦系数产生不同的负载力矩，由此可使该附加转向力矩的值与摩擦系数相匹配。如果存在不均质路面，则根据本发明的方法还可有利地考虑在总和上由处于不同摩擦系数的轮胎引起的负载力矩。

在本发明的一个有利的实施例中提出，该附加转向力矩由至少两个加法性的分量构成，其中，根据额定转向角与瞬时转向角之间的偏差确定第一分量，而根据负载力矩的估计值求得第二分量。

这允许彼此不相关地确定该附加转向力矩的由转向角偏差导出的控制分量与可被看作是干扰分量的由负载力矩求得的分量，从而可非常简单且可靠地设计所使用的转向角控制器。

在本发明的一个尤其适当的实施形式中通过干扰参量观测器估计该负载力矩。

在本发明的另一个有利的实施形式中提出，在后向车辆模型中根据干扰横摆力矩确定额定转向角的分量。

由此可这样确定额定转向角，使得该额定转向角补偿在不均质路面上制动时由于制动力的不同造成的干扰横摆力矩。

但已经证实，通过调节额定转向角的这一个分量不能总是可靠地稳定车辆。这可归因于例如在确定所述干扰横摆力矩时的误差。

因此，在本发明的一个有利的实施形式中，根据车辆的横摆角与该横摆角的预给定的值之间的偏差确定额定转向角的另一个分量。

通过额定转向角的这个分量可考虑车辆对转向角变化的反应，以便尤其有效地稳定车辆。借助于横摆角来描述车辆反应被证实是特别有利的。

尤其在不均匀路面转弯时的制动过程中，有利地提出额定转向角的分量为估计的行车方向角。

在本发明的另一个有利的实施形式中提出，该附加转向力矩的分量具有预给定的量。不依赖于该额定转向角的量来确定这个分量。

优选地，对于在不均质路面上制动过程开始后的预确定的持续时间设定该附加转向力矩的所述具有预给定的量的分量，然后撤销该分量。

附加转向力矩的这个分量可给车辆的驾驶员提供指示在不均质路面上存在制动状况的触觉的信号。为了允许驾驶员可借助于附加转向力矩的控制分量容易地调节额定转向角，撤销该信号。

此外，本发明还提供了一种用于实施根据本发明的方法的有利的装置。

该用于在调节至少一个车辆转向轮上的额定转向角以稳定车辆时辅助车辆操作者的装置包括用于调节由控制单元根据额定转向角与车辆的瞬时转向角之间的偏差确定的附加转向力矩的装置，其特征在于，包括用于基于安装在转向系中的传感器的信号估计作用在该转向系上的负载力矩的估计装置，该估计装置与由该估计装置中所求得的估计结果求得附加转向力矩的对于负载力矩的分量的另一个装置相连接，该附加转向力矩通过加法器加到通过控制单元求得的转向力矩上，并且该用于调节附加转向力矩的装置由该加法器的输出信号驱动。

所述传感器在本发明的一个适当的实施形式中至少是转向角传感器、用于测量代表驾驶员转向请求的手动转向力矩的传感器以及用于测量该附加转向力矩的传感器。

在本发明的一个特别有利的实施形式中，该用于估计负载力矩的估计装置被构造成干扰参量观测器。

在本发明的另一个有利的实施形式中，该用于调节附加转向力矩的装置是电动助力转向装置的伺服电机。

很多车辆上都已设置了这种伺服电机，由此可以以特别简单的方式在这些车辆上应用该装置。

在本发明的一个同样有利的实施形式中，该用于调节附加转向力矩的装置是液压助力转向装置。

在本发明的另一个有利的实施形式中，该用于调节附加转向力矩的装置是线控转向式转向装置。

在另一个有利的实施形式中，为了引入关于在不均质路面上存在制动状况的触觉信号，该装置包括先导控制装置(Vorsteuermittel)，该先导控制装置与所述加法器相连接，并且对于预确定的持续时间将具有预确定值的附加转向力矩传输给该加法器。

在一个同样优选的实施形式中，为了识别不均质路面上的制动过程并且为了启动驾驶员辅助系统，该装置具有用于识别行驶状态的识别装置，该识别装置根据所识别的行驶状态将启动信号传送给乘法器，该乘法器将该启动信号与所求得的附加转向力矩相乘。

当所述识别装置识别到不均质路面上的制动过程时，所述启动信号取值为1。

虽然本发明的适当的且有利的实施形式设置为在不均质路面上的制动期间辅助驾驶员，但是本发明并不被限制在这些应用中。本发明同样可有利地应用于这样的应用场合，即，在其它不稳定的行驶状况期间，例如在过度转向状况或不足转向状况期间施加附加转向力矩。

附图说明

本发明其它的优点及适当的改进方案由从属权利要求及下面借助于附图对优选实施例的说明中得到。附图中：

图1表示用于求得附加转向力矩的控制系统的示意图；

图2表示用于求得在不均质路面上的制动过程中的附加转向力矩的控制系统的简要的框图；

图3表示在图2中示出的框图中的用于确定额定转向角的块的构型；

图4表示在图2中示出的框图中的用于估计负载力矩的块的第一构型；

图5表示在图2中示出的框图中的用于估计负载力矩的块的第二构型；

图6表示转向角控制器的构型；

图7表示在图2中示出的框图中的用于先导力矩控制的块的第一构型；

图8表示描述对附加转向力矩加以限制的框图。

具体实施方式

本发明以转向轮设置在前桥上的双轴四轮机动车为出发点。该车辆的转向装置优选设计成齿轮齿条式转向装置，它装备有电动助力转向装置。在该助力转向装置的常规运行中，通过EPS(EPS＝Electric PowerSteering，电动助力转向)伺服电机以附加的转向力矩加载转向系，该附加的转向力矩使由驾驶员施加的转向力矩增强。在此借助于手动转向力矩MH求得驾驶员转向需求，借助于安装在转向系统的转向杆中的扭杆测量该手动转向力矩。

为了调节用于辅助驾驶员的附加转向力矩请求M_DSR(DSR＝DriverSteering Recommendation，驾驶员转向建议)使用了电动助力转向装置，在此由一个控制器例如通过到车辆的CAN总线的接口来控制该电动助力转向装置。EPS伺服电机在此用作致动器，该致动器将转向力矩M_DSR(DSR＝Driver Steering Recommendation，驾驶员转向建议)引入到转向系中。

但本发明也可以按类似的方式用于具有其它转向系统的车辆中，所述其它转向系统是例如具有液力助力转向装置或具有线控转向式转向装置的转向系统。

图1中以简图示出了用于求得转向力矩请求M_DSR的转向系控制系统120的原理结构。其功能包括：在块130及140中识别行驶状况，在块150及160中与行驶状况相匹配的控制，在块170中用于确定附加转向力矩ΔM的转向角控制，以及在块180中根据状况对该附加转向力矩ΔM加以限制。由被限制的附加转向力矩ΔM得到控制系统120的转向力矩请求M_DSR。通过EPS伺服电机对应于转向力矩请求M_DSR引入到转向系中的转向力矩在调节车辆转向轮上的额定转向角δ_Soll方面辅助驾驶员，通过该额定转向角可使不稳定的行驶状态中的车辆稳定。

为了识别行驶状况，在此访问由车辆的传感器测量的和所估计的行驶动力学参量以及制动参量，这些参量由行驶动态控制装置110提供，该行驶动态控制装置可以是横摆角速度控制装置ESP(电子稳定程序)和/或防抱死系统(ABS)。

块130设置成识别在不均质路面上的制动——也被称为μ-split制动，而块150相应于控制系统的用于确定附加转向力矩ΔM的控制部分，该附加转向力矩在此根据由制动干涉造成的干扰横摆力矩M_Z求得。对此可能的扩展在块140及160中示出并且涉及车辆不足转向或过度转向时的状况。可在块140中识别这些状况，并且控制系统的控制部分160在此可执行所述干涉的匹配的控制。从而可例如根据车辆的横摆角速度

与借助于车辆模型求得的基准横摆角速度之间的偏差确定该附加转向力矩。

图2中的框图示出了用于在μ-split制动中转向角控制的调节及控制系统的一个有利的实施例。该调节及控制系统具体包括用于识别μ-split制动的块210、包含有用于启动所述控制系统的逻辑电路的块220、用于确定额定转向角δ_Soll的块230、用于估计作用在转向系上的负载力矩M_L的块240、用于先导力矩控制的块250、转向角控制器260以及用于干扰参量前馈的块270。

在块210中形成一个μ-split标志位作为输出信号以便识别μ-split制动，当识别到μ-split制动时，该μ-split标志位取值1。否则，该μ-split标志位取值0。

用作块210的输入信号的尤其是：例如可通过横摆角速度传感器测量的车辆的横摆角速度

例如可通过横向加速度传感器测量的车辆的横向加速度a_y；以及车辆转向轮上存在的转向角δ_R。可由转向柱上的所测量的转向角δ_L和由EPS伺服电机的所测量的控制角δ_M借助于已知的传动比确定该转向角。

由这些输入信号求得车辆是处于直线行驶还是弯道行驶。例如当这些输入信号的值超过预给定的阈值时识别为弯道行驶，并可借助于这些信号的符号求得弯道是右弯道还是左弯道。相应地当所述输入信号的值小于预给定的阈值时识别为直线行驶。

在块210中借助于车辆的基准速度v_ref以及借助于右前轮(i＝vr)、左前轮(i＝vl)、右后轮(i＝hr)和左后轮(i＝hl)上的车轮速度v_Rad，i及车轮制动器中的制动压力p_Rad，i识别不均质路面上的制动。

尤其是可通过车轮速度v_Rad，i与车辆基准速度v_ref的比较求得车轮i的纵向滑移率，该纵向滑移率指示车轮趋于抱死的程度。执行行驶状况尤其是车辆的纵向滑移率的类似的识别以启动ABS控制，该ABS控制通过保持或降低制动压力p_Rad，I而防止车轮抱死。由此，可使用下面所述的规则识别μ-split状况尤其是确定μ-split标志位。这些规则以开始所描述的前桥上横摆力矩限制以及后桥上“选择低”这种ABS控制策略为基础。

如果满足下列条件之一，则在直线行驶期间将μ-split标志位由值0置为值1：

a)一个前轮对于预确定的持续时间处于ABS控制中，而另一个前轮不处于ABS控制中。

b)两个前轮都处于ABS控制中，并且前轮上的制动压力p_Rad，i的差超过预确定的阈值。

c)两个前轮都对于预确定的持续时间处于ABS控制中，至少一个前轮上的ABS-抱死压力超过预确定的阈值并且一个前轮上的ABS抱死压力取值为另一个前轮的抱死压力的预确定倍数。

如果满足下列条件之一，则在直线行驶期间将μ-split标志位由值1置为值0：

a)没有前轮处于ABS控制中。

b)两个前轮上的ABS抱死压力对于预确定的持续时间小于预确定的阈值。

c)一个前轮的ABS抱死压力取值小于另一个前轮的ABS抱死压力的预确定倍数。

如果满足下列条件之一，则在弯道行驶期间将μ-split标志位由值0置为值1：

a)弯道外侧的车轮先于弯道内侧的车轮进入ABS控制。

b)两个前轮对于预确定的持续时间处于ABS控制中并且至少一个前轮具有超过预确定的阈值的ABS抱死压力，并且弯道内侧的前轮上的ABS抱死压力取值至少为弯道外侧的前轮的ABS抱死压力的预确定的倍数。

如果满足下列条件之一，则在弯道行驶期间将μ-split标志位由值1置为值0：

a)没有前轮处于ABS控制中。

b)两个前轮的ABS抱死压力对于预确定的持续时间小于预确定的阈值。

c)弯道内侧的前轮上的ABS抱死压力小于弯道外侧的前轮上的ABS抱死压力的预确定的倍数。

μ-split标志位用作块220的输入信号，该块220包括用于所述控制系统的启动逻辑电路。

在点火重新开始时，代表块220的输出信号的μ-split有效标志位被置为值0。尤其当μ-split标志位取值1时(该μ-split有效标志位)变化到值1。

但为了使μ-split有效标志位取值1，优选地要求必须满足一个或多个附加的条件。例如在μ-split状况中通过ESP系统检验这样的条件以便启动ABS控制或横摆力矩补偿。

例如当附加地在ABS控制器中所估计的右侧及左侧车轮的摩擦系数之差超过预给定的阈值时和/或当转向角δ_R与所计算的额定转向角δ_Soll之间的偏差超过预给定的阈值时，μ-split标志位被置为值1。另外，可在启动逻辑电路中考虑在ABS系统和/或ESP系统中所执行的行驶状况识别的结果。

如果μ-split标志位取值0或者所考虑的其余条件中的一个或多个不再满足，则μ-split有效标志位从值1复位到值0。在以参量与阈值的比较为基础的条件下，优选使用不同于之前的启动时的阈值，由此通过滞后稳定了所述控制。

在块230中确定额定转向角δ_Soll，该块230的输入信号是车辆转向轮上的转向角δ_R、车轮制动器上的制动压力p_Rad，i以及车辆的基准速度v_ref、横摆角速度

和横向加速度a_y。图3中作为框图示出了这个块的优选的实施例。

在块310中估计由在μ-split状况中车辆的车轮上的不同的制动力F_x，i(i＝vr，vl，hr，hl)造成的干扰横摆力矩M_Z。

该干扰横摆力矩由绕车辆竖直轴线的转矩的平衡条件得到：

M_Z＝cos(δ_R)·{s_l·F_x，vl-s_r·F_x，vr}

      -sin(δ_R)·l_v·{F_x，hl-F_x，hr}+s_l·F_x，hl-s_r·F_x，hr    (1)

在此，s_l表示车辆重心与左侧的车轮支撑点之间在车辆横向方向上的距离，s_r表示车辆重心与右侧的车轮支撑点之间在车辆横向方向上的距离，l_v表示车辆重心与前桥之间在车辆纵向方向上的距离。

在本发明的一个有利的实施例中，通过ABS控制防止车辆的车轮的抱死。因此，假定车轮上的制动力F_x，i与车轮制动器中的制动压力p_Rad，i之间为线性关系，则可借助于下面的关系来确定制动力F_x，i：

          F_x，i＝K_pi·p_Rad，i(i＝vr，vl，hr，hl)             (2)

比例常数K_pi例如在行驶试验中确定并且存储在块310中。

借助于由块310传输给块320的干扰横摆力矩M_Z，在后向车辆模型中确定额定转向角δ_Soll的第一分量δ_Soll，1，其中优选以线性单轨模型为基础。在此情况下，对干扰横摆力矩M_Z与用于稳态的行驶状态的转向角之间的关系线性化。

因此，通过干扰横摆力矩M_Z与一个合适的放大因子K_M相乘来求得第一额定转向角分量δ_Soll，1：

                      δ_Soll，1＝K_M·M_Z                      (3)

已经证实，方程3中的关系具有车辆速度v_ref与制动压力p_Rad，i的依赖关系。因此，根据这些参量例如借助于在行驶试验中求得的特性曲线来确定放大因子K_M。

还已经证实，后桥的车轮制动器中的制动压力p_Rad，hr与p_Rad，hl仅具有小的影响。另外，可合并前桥的车轮制动器中的制动压力p_Rad，vr与p_Rad，vl。因此在块320的一个优选的实施例中，借助于下面形式的关系来确定额定转向角分量δ_Soll，1：

      δ_Soll，1＝K_M(v_ref，{p_Rad，vl+p_Rad，vr}/2)·M_Z    (4)

尤其是由于车辆制动器的变化的运行条件，如制动摩擦垫的变化的运行温度或渐进的磨损，或者由于确定车轮制动器中的制动压力p_Rad，i时的误差，如果仅考虑借助于方程4求得的额定转向角分量δ_Soll，1，可能导致额定转向角δ_Soll的有错误的计算。

因此本发明提出，确定第二额定转向角分量δ_Soll，2，在该第二额定转向角分量中考虑了车辆对驾驶员的转向动作的实际反应。已经证实，当由车辆的横摆角ψ与预给定的阈值δ_th之间的偏差求得该第二额定转向角分量δ_Soll，2时，可尤其有效地使车辆稳定。

在本发明的一个适当的实施例中通过所测量的横摆角速度

的积分确定横摆角δ，在车辆直线行驶的条件下进行该横摆角速度的测量。由此，该积分可以以横摆角δ的初始值δ₀＝0为基础。

在此情况下，在块320中通过在时刻t₀开始制动之前的持续时间ΔtVorgeschichte期间进行输入信号δ_R、a_y及

与相关阈值的持续不断的比较来检验车辆是否直线行驶。

在一个优选的假定计算循环的长度为Δt_Loop的实现方案中，本发明提出，如果对于在时刻t0开始制动之前的预确定数量n＝Δt_{Vorgeschichte}/Δt_Loop个计算循环，满足条件

|δ_R|＜δ₀，|a_y|＜a₀及 $\left|\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}\right|<{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}}_0$ ，则在初始值ψ₀＝0的情况下进行横摆角速度 的积分，其中δ₀、a₀及

是预给定的阈值。

在从制动开始的第k个计算循环中在块320中借助于关系

${\mathrm{\&delta;}}_{k+1}={\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}}_k{\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;t}}_{\mathrm{loop}}+{\mathrm{\&delta;}}_k---\left(5\right)$

计算横摆角δ。但也可使用本领域技术人员已知的其它积分方法。

如果借助于公式5求得的横摆角δ的量超过预给定的阈值δ_th，则优选考虑第二额定转向角分量δ_Soll，2。在本发明的一个有利的实施例中，该第二额定转向角分量由横摆角δ与阈值δ_th之间的偏差及例如在行驶试验中求得的适当选择的放大因子K_得到：

在直线行驶期间的μ-split制动中，额定转向角δ_Soll优选为两个额定转向角分量δ_Soll，1与δ_Soll，2的总和：

               δ_Soll＝δ_Soll，1+δ_Soll，2         (7)

在弯道行驶期间的μ-split制动中，本发明优选提出不考虑在直线行驶期间制动的条件下所确定的第二额定转向角分量δ_Soll，2。

此外，可将转向角即在弯道行驶期间的μ-split制动中驾驶员必须调节的额定转向角δ_Soll，Kurve划分成用于补偿干扰横摆力矩M_Z的第一分量及对应于实际行车方向角的第二分量δ_Kurs。

但该行车方向角不可在所考察的状况中测量，而是在车辆模型中求得。优选地，再次以所述线性单轨模型为基础，在该线性单轨模型中在稳态的弯道行驶中有下面的关系，其中EG表示自转梯度：

${\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{Kurs}}=(\frac{1}{v_{\mathrm{ref}}^2}+\mathrm{EG})a_y---\left(8\right)$

按照该方程在块320中由输入信号v_ref及a_y确定行车方向角δ_Kurs。

已经证实，在制动期间持续不断地计算行车方向角δ_Kurs可导致误差，这种误差尤其归因于横向加速度a_y受制动干涉的影响。

因此被证实有利的是，在确定额定转向角δ_Soll，Kurve时以在时刻t₀的制动开始时的行车方向角δ_Kurs(t₀)为基础。

但由此在弯道中仅可对于有限的持续时间执行转向角控制，在该持续时间中驾驶员所期望的行车方向角不会有显著变化。

作为用于补偿通过制动期间不同的制动力引起的干扰横摆力矩M_Z的额定转向角分量，对于弯道行驶期间的μ-split制动也可使用在块320中以上述方式求得的额定转向角分量δ_Soll，1。

在弯道行驶期间的制动过程中求得的额定转向角δ_Soll，Kurve加法性地由额定转向角分量δ_Soll，1及在时刻t₀时的行车方向角δ_Kurs组成：

         δ_Soll，Kurve＝δ_Kurs(t₀)+δ_Soll，1           (9)

在块230中以上述方式求得的与状况相关的额定转向角δ_Soll或δ_Soll，Kurve被传输给块220中的启动逻辑电路、用于先导力矩控制的块250以及转向角控制器260。

图2中的块240用于估计负载力矩M_L，该负载力矩抵抗车辆操作者的转向动作，通过该负载力矩考虑由轮胎上的侧向导向力及横向力引起的轮胎复位力矩。由此，借助于该负载力矩M_L可在所述控制系统中考虑当前的路面状况，更具体地，瞬时的公路路面。由此，例如在冰雪路面上制动时可调节比在沥青路面上制动时小的转向力矩M_DSR。

在图4中作为框图示出了块240的一个优选的构型。

在此由手动力矩M_H、EPS伺服电机的电机力矩M_M以及转向柱上的由驾驶员调节的转向角δ_L及其变化率

来确定负载力矩M_L。如上所述，在转向杆中测量手动转向力矩M_H。测量或者由电机的运行参量例如电机电流得出EPS伺服电机的电机力矩M_M。也可使用由EPS控制单元形成的额定电机力矩——如果能够保证由EPS系统足够精确地且动态地调节该参量。

为了将这些参量换算到转向系内的公共的基准点，使用转向柱上的转向角δ_L与转向轮上的转向角δ_R之间的传动比i_L＝δ_L/δ_R以及EPS伺服电机的轴的控制角δ_M与转向轮上的转向角δ_R之间的传动比i_M＝δ_M/δ_R。下面以关于转向柱的分析处理为基础。

负载力矩M_L的确定对应于通过所谓的干扰参量观测器进行求值。转向系的模型通过下面的方程来描述：

${\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\widehat{\mathrm{\&delta;}}}}_L=\frac{(M_M{\&CenterDot;i}_M/i_L+M_H-M_I-M_L)}{J}---\left(10\right)$

在此，

表示估计的转向角加速度，J表示转向系的转动惯量。

手动力矩M_H及EPS伺服电机的电机力矩M_M按照模型方程10朝相同的方向作用，而内转向力矩M_I及负载力矩M_L相对该手动力矩M_H及该电机力矩M_M相反地作用。

通过该内转向力矩M_I，考虑了由由于在被润滑的及干燥的接触面上滑动产生的转向系内部的粘性(斯托克斯)摩擦及库仑摩擦引起的力矩，以及伴随偏转而来的复位力矩(弹簧效应)，由此基于下面形式的表达式：

$M_I=K_S\&CenterDot;{\stackrel{\&CenterDot;}{\widehat{\mathrm{\&delta;}}}}_L+K_C\&CenterDot;\mathrm{sign}\left({\stackrel{\&CenterDot;}{\widehat{\mathrm{\&delta;}}}}_{\mathrm{LS}}\right)+K_F\&CenterDot;{\widehat{\mathrm{\&delta;}}}_L---\left(11\right)$

常数K_S、K_C及K_F在行驶试验中求得。

通过由所估计的转向角加速度 的积分确定所估计的转向角速度

以及所估计的转向角

${\stackrel{\&CenterDot;}{\widehat{\mathrm{\&delta;}}}}_L={\&Integral;\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\widehat{\mathrm{\&delta;}}}}_L\mathrm{dt}$ 及 ${\widehat{\mathrm{\&delta;}}}_L={\stackrel{\&CenterDot;}{\widehat{\mathrm{\&delta;}}}}_L\mathrm{dt}---\left(12\right)$

由所估计的转向角速度

与所测量的转向角速度

之间的差以及所估计的转向角

与所测量的转向角δ_L，之间的差得到被反馈给干扰参量观测器的输入端的负载力矩M_L的估计值：

$M_L=h_1\&CenterDot;({\stackrel{\&CenterDot;}{\widehat{\mathrm{\&delta;}}}}_L-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}}_L)+h_2\&CenterDot;({\widehat{\mathrm{\&delta;}}}_L-{\mathrm{\&delta;}}_L)---\left(13\right)$

在此，放大因子h₁，及h₂在行驶试验中确定，由此，所述系统是特别稳定的并且负载转向力矩M_L的值可被足够精确地确定。

图5中示出了用于负载力矩估计的块240的另一个优选构型。在此使用转向系线性模型，在该转向系线性模型中不考虑前述模型中涉及转向系内部的库仑摩擦的非线性项。

由此，在该模型中内转向力矩M_I具有以下形式：

$M_I=c_1{\widehat{\mathrm{\&delta;}}}_L+d_1{\stackrel{\&CenterDot;}{\widehat{\mathrm{\&delta;}}}}_L---\left(14\right)$

比例常数c₁，及d₁，也可在行驶试验中求得。

也在块240的该实施例中借助于模型方程10计算所估计的转向角加速度 在此以方程14中描述的内转向力矩M_I为基础。

由此通过第一积分得到转向角速度

的估计值

另一个积分由所估计的转向角速度

提供所估计的转向角

在图5中所示出的实施例中的干扰参量观测器中，所估计的负载力矩M_L的时间导数 由所估计的转向角 与所测量的转向角δ_L之间的差并且由所估计的转向角速度 与由转向角传感器的测量值得出的转向角速度

之间的差求得，通过放大矩阵L反馈给干扰参量观测器的输入端。因此有：

${\stackrel{\&CenterDot;}{M}}_L=L_{31}({\mathrm{\&delta;}}_L-{\widehat{\mathrm{\&delta;}}}_L)+L_{32}({\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}}_L-{\stackrel{\&CenterDot;}{\widehat{\mathrm{\&delta;}}}}_L)---\left(15\right)$

所估计的负载力矩M_L通过其时间导数

的积分得到。

通过放大矩阵L还可直接借助于所估计的参量 和

与相应的从测量信号求得的参量δ_L和

之间的偏差来匹配所估计的转向角加速度

及所估计的转向角速度

可使用控制理论的标准方法来设计放大矩阵L的放大系数L_ij。这些放大系数可通过极点配置(Polvorgabe)求得。

通过与一个因子i_L相乘可使在块240中最初与转向杆相关地确定的负载力矩M_L同车辆的转向轮相联系。

所估计的负载力矩M_L被传输给用于先导力矩控制的块250及用于干扰参量前馈的块270。

在块250中根据负载转向力矩M_L确定附加转向力矩的控制分量M_Steuer。该控制分量优选由“直接的”分量M_Steuer，0及另一个同由驾驶员在车辆转向轮上调节的转向角δ_R与额定转向角δ_Soll之间的偏差成比例的分量组成，其中在弯道行驶期间的μ-split制动中以额定转向角δ_Soll，Kurve为基础：

        M_Steuer＝M_Steuer，0·sgn(δ_Soll-δ_R)+m_Steuer·(δ_Soll-δ_R)    (16)

在此提出，在不均质路面上制动操作开始时调节先导控制力矩M_Steuer，以便通过可察觉的冲击引起驾驶员对当前的危险状况的注意并且同时给予他这样的指示，即他必须朝何方向转向来稳定车辆。在此情况下通过方程16中的因子sgn(δ_Soll-δ_R)保证先导控制力矩M_Steuer的直接的分量具有正确的符号。

在随着在时刻t₀开始制动而开始的预确定的持续时间Δt_Steuer之后，撤销附加转向力矩的控制分量M_Steuer，由此对于控制分量M_Steuer得到下面的在时间上的性质：

此外已经证实，如果因子M_Steuer，0及m_Steuer的值随着车辆速度v_ref的降低而减小并且随着负载力矩M_L的升高而增大，则对于驾驶员可特别舒适地借助于先导控制力矩M_Steuer进行干涉。这相应于先导控制力矩M_Steuer与行驶状况以及与路面的当前摩擦系数舒适地匹配。

因此，在本发明的一个优选实施例中，按下面的形式选择因子M_Steuer，0及m_Steuer：

   M_Steuer，0＝f(v_ref，M_L)＝K_M，0+K_M，1·(v_M，0-v_ref)+K_M，2·M_L    (16)

    m_Steuer＝f(v_ref，M_L)＝K_m，0+K_m，1·(v_m，0-v_ref)+K_m，2·M_L      (17)

常数K_i，j(i＝M，m；j＝1，2，3)以及速度值v_M，0和v_m，0例如在行驶试验中确定。

控制器260确定附加转向力矩ΔM的控制分量M_reg。图6中示出了有利的控制器260的框图。在控制器260的该实施例中，控制分量M_reg加法性地由第一分量与第二分量组成。

该第一分量通过借助于比例控制器用预确定的因子K₂对额定转向角δ_Soll与车辆转向轮上的瞬时存在的转向角δ_R之间的调节偏差进行放大来确定。

该第二分量由转向角速度

的调节偏差得到，并在设计成级联控制器的控制器260的支路中被确定。用于内部控制器的指令参量在此由所述转向角的调节偏差δ_Soll-δ_R与预确定的因子K₁相乘求得，并对应于额定转向角变化量。该调节偏差相应地由额定转向角变化量与所测量的转向角速度

之间的差

得到。

所述级联控制器的内部控制器优选设计成PD(比例微分)控制器，由此，如下得到附加转向力矩的控制分量M_reg的第二分量：

$K_{2,P}\&CenterDot;[K_1\&CenterDot;({\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{Soll}}-{\mathrm{\&delta;}}_R)-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}}_R]+K_{2,D}\&CenterDot;\frac{d}{\mathrm{dt}}{[K}_1\&CenterDot;({\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{Soll}}-{\mathrm{\&delta;}}_R)-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}}_R]---\left(18\right)$

如果额定转向角δ_Soll与瞬时转向角δ_R之间的差由于驾驶员的转向运动增大，则所述控制系统可借助于附加转向力矩的控制分量M_reg的这个第二分量非常快速和有效地进行干涉。放大系数K_2，F和K_2，D可在行驶试验中求得。

附加转向力矩ΔM的另一个分量M_Str由用因子K_S放大的估计的负荷转向力矩M_L得到，并在块270中确定，该块的优选实施例在图7中的框图中示出。

对分量M_Str的考虑在此相当于干扰参量前馈，该干扰参量前馈在此使得可对路面特征进行考虑，但可以以简单的方式不依赖于这种影响进行转向角控制。

为了确定附加转向力矩ΔM，将分量M_Steuer、M_reg与M_Str相加。该和还与通过块240中的启动逻辑电路确定的μ-split有效标志位相乘，由此，转向力矩请求M_DSR只有当该μ-split有效标志位具有值1时才存在。

为了确定转向力矩请求M_DSR，提出对附加转向力矩ΔM加以限制，与瞬时的行驶状态及瞬时的驾驶员行为相关的进行该限制。图8中示出了限制部件的框图。

在块810中执行与速度相关的限制，其中在低速度范围中对所述附加转向力矩ΔM进行比在中等速度范围中更强的限制。已经证实，车辆操作者认为这样的与速度相关的限制是特别舒适的。在高速度范围中对所述附加转向力矩ΔM进行加强的限制，因为在这些范围由于车辆操作者的错误行为引起的干涉可能导致严重的损害。

优选借助于特性曲线进行块810内的限制，该特性曲线例如在行驶试验中确定。

块820随控制干涉的持续时间变长而减小附加转向力矩ΔM。由此防止：由于确定输入参量—例如制动压力p_Rad，i时误差不断增大，或者由于估计误差不断增大—例如在行驶通过弯道期间的制动过程中对行车方向角进行估计时，有误差地进行所述控制干涉。通常，如果所述干涉持续一定时间之后警告车辆操作者存在危险状况并且引导其稳定车辆，则所述操作者能够完全接管转向控制任务。

另外还设想了考虑了车辆操作者的行为的限制。在此，在块830中从手动转向力矩M_H及转向角的瞬时的调节偏差δ_Soll-δ_R求得：该车辆操作者是否遵循该控制系统的指示，或者他是否违抗这些指示。在此情况下可通过对所述参量在时间上不断进行的观察及分析处理来形成这样一个参量，该参量是用于(衡量)驾驶员的所述违抗的尺度。如果这个参量超过预给定的阈值，则附加转向力矩ΔM通过块830降低到值0。

另外，在块840中进行动态特性限制，在所述动态特性限制中对附加转向力矩ΔM的增加或降低进行限制，以便避免该附加转向力矩快速地施加到方向盘上。如果没有这种限制，在EPS致动器的动态特性非常高的情况下，可能会由于附加转向力矩的突然引入(Einsteuern)而使方向盘从车辆操作者手中打脱。

作为图8中示出的限制部件的输出信号，得到被限制的附加转向力矩ΔM，该附加转向力矩代表传输给EPS伺服电机的转向力矩请求M_DSR。该EPS伺服电机控制将转向力矩M_DSR引入到转向系中，由此在μ-split状况中反向转向时辅助驾驶员。

由此，驾驶员可快速地稳定车辆，并且高摩擦系数侧的车轮制动器中的制动压力可快速地适应驾驶员的需求。

由此，通过所述控制系统在μ-split制动期间可更可靠地且更快速地稳定车辆。由此在这种状况中可缩短车辆的制动距离。

Claims (17)

1.一种用于在调节车辆转向轮上的额定转向角以稳定车辆时辅助车辆操作者的方法，在该方法中以根据额定转向角与瞬时转向角之间的偏差确定的附加转向力矩加载该车辆的转向系，其特征在于：估计作用在该车辆的转向系上的负载力矩的值；根据该负载力矩的估计值求得该附加转向力矩。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述附加转向力矩由至少两个加法性的分量构成，其中，根据所述额定转向角与所述瞬时转向角之间的偏差确定第一分量，根据所述负载力矩的估计值求得第二分量。

3.根据权利要求1和2中任一项的方法，其特征在于，通过干扰参量观测器估计所述负载力矩。

4.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，在后向车辆模型中根据干扰横摆力矩确定所述额定转向角的分量。

5.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，根据车辆的横摆角与该横摆角的预给定的值之间的偏差确定所述额定转向角的分量。

6.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述额定转向角的分量是估计的行车方向角。

7.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述附加转向力矩的分量具有预给定的量。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，对于在制动过程开始后的预确定的持续时间调节所述附加转向力矩的具有预给定的量的所述分量。

9.一种用于在调节至少一个车辆转向轮上的额定转向角以稳定车辆时辅助车辆操作者的装置，该转置包括用于调节由控制单元根据所述额定转向角与车辆的瞬时转向角之间的偏差确定的附加转向力矩的装置，其特征在于，包括用于基于安装在转向系中的传感器的信号估计作用在该转向系上的负载力矩的估计装置，该估计装置与由该估计装置中所求得的估计结果求得附加转向力矩的对于负载力矩的分量的另一个装置相连接，所述附加转向力矩通过加法器加到通过控制单元求得的转向力矩上，并且所述用于调节附加转向力矩的装置由所述加法器的输出信号驱动。

10.根据权利要求9的装置，其特征在于，所述传感器至少是转向角传感器、用于测量代表驾驶员转向请求的手动转向力矩的传感器以及用于测量所述附加转向力矩的传感器。

11.根据权利要求9和10中任一项的装置，其特征在于，所述用于估计负载力矩的估计装置被构造成干扰参量观测器。

12.根据权利要求9至11中任一项的装置，其特征在于，所述用于调节附加转向力矩的装置是电动助力转向装置的伺服电机。

13.根据权利要求9至12中任一项的装置，其特征在于，所述用于调节附加转向力矩的装置是液压助力转向装置。

14.根据权利要求9至13中任一项的装置，其特征在于，所述用于调节附加转向力矩的装置是线控转向式转向装置。

15.据权利要求9至14中任一项的装置，其特征在于，该装置包括先导控制装置，该先导控制装置与所述加法器相连接并对于预确定的持续时间将具有预确定的值的附加转向力矩传输给该加法器。

16.据权利要求9至15中任一项的装置，其特征在于，该装置包括用于识别行驶状态的识别装置，该识别装置根据所识别的行驶状态将启动信号传送给乘法器，该乘法器将该启动信号与所求得的附加转向力矩相乘。

17.据权利要求9至16中任一项的装置，其特征在于，当所述识别装置识别到在不均质路面上的制动过程时，所述启动信号取值1。

Images