专利名称：确定用于操控车辆转向系统中转矩调节器的调节值的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种确定用于操控电气的车辆转向系统中转矩调节器的调节值的方法，其中根据预定的额定扭杆转矩来确定调节值。本发明还涉及一种用于控制/调节车辆中转向系统的控制器，其中转向系统具有转矩调节器，并且控制器具有用于借助于调节信号来操控转矩调节器的装置和用于根据预定的额定扭杆转矩确定调节信号的装置。本发明还涉及一种计算机程序，其能在用于控制/调节转向系统的控制器上运行，尤其是能在控制器的微处理器上运行。
背景技术：
对于电气助力转向，由驾驶者在转向装置(例如方向盘)上施加操作力，以便改变或保持当前转向角度。借助于电动机产生辅助力或辅助转矩，该辅助力或辅助转矩导致驾驶者所施加的操作力放大。以其他措施使这样确定的辅助转矩稳定，例如以便防止出现不期望的转矩位移。操作力或操作转矩的放大尤其可以根据操作转矩来进行，从而例如在操作转矩特别高的情况下实现的放大比在操作转矩低的情况下的小，反之亦然。DE 101 15 018 Al公开了一种电气助力转向系统的操作方法，其中借助于状态调节器根据转向系统的当前系统状态确定用于操控电动机的调节信号，以便实现无转矩的转向。在这种情况下，在状态调节器前面连接状态观察器，状态观察器观察转向系统的状态量并且由此为状态调节器确定适当的输入量。考虑将主动小齿轮侧的角速度、方向盘与主动小齿轮侧之间的角度差、方向盘与主动小齿轮侧之间的角速度差以及电动机当前所产生的扭矩作为状态量。因此，这样确定的调节量使得能够实现无转矩的转向，但是没有考虑干扰量。为了还使得能够考虑干扰量，在已知的转向系统中设置用于确定干扰状态的干扰量观察器，其中由驾驶者施加的扭矩或者作用于转向系统上的摩擦扭矩被视为干扰状态。然后通过结合干扰量以及通过结合能预给定的额定扭杆转矩而根据使得能够实现无转矩转向的调节信号确定最终的调节信号。为了避免对转向系统的状态量的高成本测量，例如为了尽管如此仍然能够考虑不能测量的状态，使用转向系统的模型来估计不能测量的状态量。转向系统的所估计的状态量因此对应于转向系统的模型的行为特性。借助于已知系统所设置的实际扭杆转矩的精度因此决定性地取决于对系统状态量和干扰量的测量或估计。干扰量或根据干扰量观察器而确定的被结合用于确定调节量的转矩在这种情况下补偿实际转向系统相对于所假设的模型行为特性的偏差。对调节量的确定的精度因此取决于对实际转向系统相对于模型行为特性的偏差的补偿的质量。此外，该精度还取决于所选择的模型的质量。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于确定调节量的可能，其使得能够设置尽可能准确的额定扭杆转矩。该任务通过开头所提类型的一种方法通过以下方式来实现采集实际扭杆转矩， 由额定的扭杆转矩和实际的扭杆转矩求出差转矩，并且借助于输出反馈调节器根据差转矩确定调节量。输出反馈调节器使得能够在不了解转向系统的整个状态的情况下对转向系统进行调节。其实少量的测量量就已经足够了。在这种情况下首先特别有利的是只测量要调节的实际扭杆转矩。根据本发明的方法使得只根据所测得的实际扭杆转矩就已经能够通过以下方式实现要设置的扭杆转矩的特别高的精度，即基于额定扭杆转矩与实际扭杆转矩的比较实现对扭杆转矩的实际调节，而在已知方法中由于考虑干扰量，通过结合以及通过结合额定转矩只能实现对扭杆转矩的控制。与DE 101 15 018 Al中所公开的现有技术不同，根据本发明的方法还具有以下优点不需要对系统状态量或干扰量的明确估计或测量。此外， 根据本发明的方法能够在没有状态量赶岔气和干扰量观察器的情况下执行。在根据本发明的方法中，已经通过以下方式提高了精度，即在根据本发明的方法中，调准到额定扭杆转矩并且不需要迂回到无转矩的转向。根据本发明的方法还具有以下优点可以根据对封闭的调节回路的行为特性的要求来进行对输出反馈调节器的设计。因此可以对额定扭杆转矩和实际扭杆转矩之间的偏差的动态和静态行为特性提出直接要求并实现。在使用输出反馈调节器时不需要考虑转向系统的模型、对状态量和干扰量的采集或估计。因此，根据本发明的方法不仅使得能够提高所调准的实际扭杆转矩的精度，而且还减小了在实现用于确定用于操控电动机的调节量的系统时的开销。有利地，实际扭杆转矩被滤波，并且使用滤波后的实际扭杆转矩代替实际扭杆转矩用于生成差转矩。这使得能够实现干扰行为特性独特的可塑性。例如，可以忽略实际扭杆转矩的短时间出现的变化，从而这些干扰暂时不导致调节量的变化。还有利的是额定扭杆转矩被滤波，并且使用滤波后的额定扭杆转矩代替额定扭杆转矩用于生成差转矩。与实际扭杆转矩的滤波类似，通过对额定扭杆转矩的滤波可以实现导向行为特性独特的可塑性，而不需要对输出反馈调节器的各个参数进行干涉。根据另一有利实施方式，实际扭杆转矩和额定扭杆转矩被馈送给输出反馈调节器，并且在输出反馈调节器中生成差转矩。这使得能够特别紧凑地实现输出反馈调节器，因为不必外部地执行其他操作来提供必需的输入信号。还可以通过以下方式实现，即额定扭杆转矩和实际扭杆转矩可以相互无关地在输出反馈调节器中被考虑，由此进一步提高要生成的调节量的精度。根据本发明的方法的一有利实施方式，还根据调节量的当前值确定调节量。在这种情况下，调节量的当前值从外部馈送给调节器，或者可以内部地又作为输入量被反馈。这使得能够考虑调节量的外部限制。此外，这还使得能够考虑转矩调节器的可能的外来控制， 例如以便远离手动转矩传感器的测量范围地实现所期望的手动转矩。该任务还通过开头所提类型的控制器以如下方式来实现，即控制器具有用于由额定扭杆转矩和实际扭杆转矩求差转矩的装置，并且在控制器中构造有输出反馈调节器，借助于输出反馈调节器能根据差转矩确定调节量。根据本发明的控制器尤其还具有用于执行根据本发明的方法的装置。
以计算机程序的形式实现根据本发明的方法是特别有意义的，该计算机程序能在用于控制/调节车辆中转向系统的控制器上、尤其是在控制器的微处理器上运行，并且被编程用于执行根据本发明的方法。在该情形下，本发明还通过计算机程序来实现，从而该计算机程序以与该计算机程序被编程以执行的方法类似的方式表现本发明。计算机程序有利地可以存储在存储单元上。可以使用光学的、电气的或者磁的存储介质作为存储单元，例如数字多功能光盘(DVD)、硬盘、随机存取存储器、只读存储器或闪存。
由以下参考附图进行说明的对本发明实施例的介绍可以了解本发明的其他特征、 应用可能和优点。在附图中图1示出了具有控制器的车辆中电气转向系统的示意图；图2示出了根据本发明的输出反馈调节器的示意图；图3示出了已知的用于确定辅助转矩的方法的示意图。
具体实施例方式在图1中示出了分配给转向系统2的控制器1。在控制器1中设置有经由数据线 4 (例如总线系统)与存储单元5连接的微处理器3。控制器1经由信号线6与例如被构造为电动机的转矩调节器7连接，从而通过控制器1能够实现对转矩调节器7的控制。转矩调节器7经由传动机构8作用于扭杆9，转向装置(例如方向盘10)设置在扭杆9上。转向系统2还具有例如构造为齿杆转向传动机构的转向传动机构11。替换地，转向传动机构11也可以构造为循环球传动机构。在以下描述中，主要介绍齿杆转向装置，其中转向传动机构具有主动小齿轮1 和齿杆12b，从而扭杆9经由主动小齿轮12a、而齿杆 12b经由转向拉杆系统13与轮14协同工作。转向系统2还具有用于采集扭杆转矩Md的转矩传感器14和(未示出的)用于将当前扭杆转矩Md传送到控制器1的装置。图1中所示的转向系统2只代表适于执行根据本发明的方法的转向装置的多种可能实施形式中的一种。其他实施形式例如可以通过其他转向传动机构或者通过转矩调节器 7的其他布置或者通过其他转矩调节器(例如其他电动机)来实现。此外，传感器14可以设置在其他位置。在控制器1中构造有输出反馈调节器20，输出反馈调节器20例如以计算机程序的形式实现并且被存储在存储单元3中。在执行根据本发明的方法时，在微处理器3上运行实现输出反馈调节器20的计算机程序。输出反馈调节器20至少获得实际扭杆转矩Md以及额定扭杆转矩Md, ref作为输入。输出反馈调节器20根据输入量确定调节量Mm，该调节量经由数据线6传送到电动机7并且使得能够操控电动机7以便调节额定扭杆转矩MD,ref。在图2中示意性地示出了输出反馈调节器20的一种可能的实施方式。输出反馈调节器20满足以下形式的计算规定xrj k+1 = Axr,k+Bukyk = Cxrjk+Duk,其中yk是描述当前要求的调节量(即用于操控转矩调节器7的调节量)的向量。
Uk是描述输出反馈调节器20的当前内部状态的向量。显然，输出反馈调节器20 的内部状态不是转向系统2的状态或者在现有技术系统中用于确定干扰量的的转向系统替代模型。A、B、C和D是借助于已知的设计方法为输出反馈调节器确定的调节器矩阵。在确定调节器矩阵A、B、C和D时考虑只有某些量(例如只有实际扭杆转矩Md)供使用。向量Uk尤其还可以包括当前实现的调节量。这例如使得能够考虑调节量限制。在这种情况下，当前实现的调节量尤其还通过对该量的估计来确定，其中估计要考虑到限制和特殊功能。通过将当前实现的调节量与向量Uk—起作为输入信号提供给输出反馈调节器20，还可以考虑受系统约束的调节量限制。同样，由于外部要求可以考虑调节器控制的减少。此外，当前实现的调节量的反馈还使得能够实现对调节器的外来控制，以远离为手动转矩的采集而规定的传感器测量范围地实现所期望的手动转矩。在图3中示出了 DE 101 15 018 Al中所公开的用于确定辅助转矩Mm的系统的框图。该已知方法首先借助于状态调节器30确定对于生成无转矩的转向必需的转矩。借助于功能单元31以适当的方式放大额定扭杆转矩Md,&，并且借助于功能单元32以适当的方式放大干扰量。由功能单元31和32确定的值然后结合到无转矩的转向所必需的转矩。该已知方法还具有干扰观察器33和状态观察器34。该已知方法因此实现以下形式的方程式其中Uk表示当前测量信号。矩阵A11和B1描述状态观察器34的行为特性。矩阵 A22和4描述干扰量观察器33的行为特性。该方程式已经表示在现有技术的方法中不实现额定扭杆转矩和实际扭杆转矩之间的比较并且因此不进行对扭杆转矩的调节。因此，相对于已知方法，根据本发明的方法使得能够以更简单实现的方式确定调节量以设置手动转矩，其中尤其可能调节实现该手动转矩的扭杆转矩，从而可以特别准确地设置所需要的调节量。此外，根据本发明的方法不需要明确地规定所测量或估计的干扰量。尤其地，根据本发明的方法不依赖于转向系统的模型，而转向系统的模型在现有技术系统中例如必须用于估计各个量。
权利要求
1.一种根据预给定的额定扭杆转矩(MD,ref)确定用于操控电气的车辆转向系统O)中转矩调节器(7)的调节量的方法，其特征在于，采集实际扭杆转矩(MD)，由额定扭杆转矩 (MD,ref)和实际扭杆转矩(Md)求差转矩，并且借助于输出反馈调节器00)根据所述差转矩确定所述调节量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实际扭杆转矩(Md)被滤波，并且滤波后的实际扭杆转矩(Md)代替实际扭杆转矩(Md)用于求差转矩。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，额定扭杆转矩(MD,ref)被滤波，并且滤波后的额定扭杆转矩(Md, μ)代替额定扭杆转矩(MD,ref)用于求差转矩。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，实际扭杆转矩(Md)和额定扭杆转矩(Md,μ)被馈送给输出反馈调节器，并且在输出反馈调节器中生成差转矩。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，对所述调节量的确定还取决于当前的调节量而进行。
6.一种用于控制/调节车辆中转向系统O)的控制器(1)，所述转向系统(2)具有转矩调节器(7)，并且所述控制器(1)具有用于借助于调节信号操控转矩调节器(7)的装置和用于根据预给定的额定扭杆转矩(MD,ref)确定所述调节信号的装置，其特征在于，所述控制器具有用于由额定扭杆转矩(Md, μ)和实际扭杆转矩(Md)求差转矩的装置，并且在所述控制器(1)中构造有输出反馈调节器(20)，其中借助于输出反馈调节器00)能根据所述差转矩确定调节量。
7.根据权利要求6所述的控制器(1)，其特征在于，在所述控制器(1)中构造有用于对实际扭杆转矩(Md)进行滤波的滤波单元，并且所述控制器(1)具有用于使用滤波后的实际扭杆转矩(Md)代替实际扭杆转矩(Md)来求差转矩的装置。
8.根据权利要求6或7所述的控制器(1)，其特征在于，在所述控制器(1)中构造有用于对额定扭杆转矩(MD,ref)进行滤波的滤波单元，并且所述控制器(1)具有用于使用滤波后的额定扭杆转矩(Md,μ)代替额定扭杆转矩(MD,ref)来求差转矩的装置。
9.根据权利要求6至8之一所述的控制器(1)，其特征在于，输出反馈调节器OO)具有用于求差转矩的装置。
10.根据权利要求6至9之一所述的控制器(1)，其特征在于，能附加地根据当前的调节量来确定调节量。
11.一种计算机程序，所述计算机程序能在用于控制/调节转向系统⑵的控制器⑴ 上运行，尤其能在所述控制器(1)的微处理器(3)上运行，其特征在于，所述计算机程序被编程为用于执行根据权利要求1至5之一所述的方法。
12.根据权利要求11所述的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被存储在存储单元(5)上。
全文摘要
为了以高精度提供用于操控电气车辆转向系统(2)中转矩调节器(20)的调节量以及相对于已知方法和装置更小的花费来实现，建议采集实际扭杆转矩(MD)，由预给定的额定扭杆转矩(MD，ref)和实际扭杆转矩(MD)求差转矩，并且借助于输出反馈调节器根据差转矩确定调节量。
文档编号B62D5/04GK102414073SQ201080018721
公开日2012年4月11日 申请日期2010年2月25日 优先权日2009年4月29日
发明者S·格鲁内尔 申请人:Zf操作系统有限公司