用于确定转向装置的齿条力的方法和转向装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于确定用于车辆转向装置（2）的齿条力（FR）的方法（21），其中，根据表征实际车轮转向角（δRW）或车轮转向角（δRW）额定值的转向角参数确定齿条力（FR）。为了提出一种用于确定齿条力（FR）的方法（21），借助该齿条力可这样产生额定转向力矩，使得驾驶员可获得舒适的转向感觉并且该转向装置仍为驾驶员提供尽可能真实的关于车辆运动状态的反馈，建议，所述方法（21）包括：确定表征转向装置（2）的一个轴上的侧向力（Fyv）的参数；并且根据该侧向力确定齿条力（FR），其中，齿条力（FR）的确定包括借助具有比例-微分-传递特性的信号处理元件（35）的过滤。
【专利说明】用于确定转向装置的齿条力的方法和转向装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于确定车辆转向装置的齿条力的方法，在该方法中，根据表征实际车轮转向角或车轮转向角额定值的转向角参数确定齿条力。本发明还涉及一种用于这种转向装置的控制和/或调节装置以及相应的转向装置。
【背景技术】
[0002]在现代的转向装置中，例如在一种电助力转向系统(EPS)或一种线控转向系统(SbW)中确定额定转向力矩。根据额定转向力矩调节转向装置的转向器件、例如方向盘上的转向力矩，以便在车辆转向时支持由驾驶员施加的力，或者抵抗由驾驶员施加的力。已知根据齿条力来求得额定转向力矩。
[0003]由DE102009002706A1已知一种用于确定作用到转向传动机构上的力的方法。在该方法中，由于借助直接作用于转向传动机构上的力来直接确定所述力，所以该力可包含由所行驶车道的特性引起的干扰。例如车道的不平度、车辙或横向倾斜可引起这种干扰。如果借助包含干扰的力确定额定转向力矩，则在许多情况下产生使驾驶员感觉不舒适的转向感觉。
【发明内容】
[0004]本发明的任务在于提出一种用于确定齿条力的方法，借助该齿条力可确定额定转向力矩，使得驾驶员可获得舒适的转向感觉并且该转向装置仍为驾驶员提供尽可能真实的关于车辆运动状态的反馈。该任务通过根据权利要求1的方法、根据权利要求21的控制和/或调节装置和根据权利要求23的转向装置来解决。
[0005]根据一种优选的实施方式规定一种开头所提类型的用于确定齿条力的方法,该方法包括:确定表征转向装置的一个轴上的侧向力的参数，并且根据该侧向力确定齿条力，并且齿条力的确定包括借助具有比例-微分-传递特性的信号处理元件的过滤。侧向力是这样的参数，其包含关于车辆当前运动状态的信息，但仍在很小程度上包含由车道特性引起的上述干扰。借助信号处理元件进一步减少所述干扰。因此通过所述方法可确定齿条力，借助该齿条力可产生额定转向力矩，该额定转向力矩一方面可被感觉为舒适并且另一方面包含关于车辆行驶状态的重要反馈，从而驾驶员能够直观且快速地识别关键的行驶情况。
[0006]转向角参数优选为测得的转向装置的车轮转向角或可用于计算当前车轮转向角的测量参数。作为替换方案，转向角参数也可是驾驶员方向盘角度、既方向盘的旋转角度，优选可将驾驶员方向盘角度换算为相应的车轮转向角。也可想到，将车轮转向角额定值用作转向角参数，所述额定值例如可表征希望的车轮转向角，应根据其来调节转向装置。
[0007]优选信号处理元件是TOTl元件。TOTl元件可相对简单地实现并且能够相当精确和可靠地产生齿条力。
[0008]本发明可简单地实现，如将所述信号处理元件的传递函数的至少一个系数、优选所有系数和/或信号处理元件的脉冲响应规定为恒定值。[0009]该方法也可构造为自适应的，即至少一个系数在实施该方法期间变化。信号处理元件在此情况下用作自适应滤波器。
[0010]在此可想到，所述至少一个系数根据车辆速度或由其导出的参数来规定。
[0011]可规定，借助信号处理元件确定的中间参数与换算系数相乘。
[0012]在此特别优选根据车辆的横向加速度求出所述换算系数。车辆的横向加速度可以是模型化的横向加速度、其可在使用数学模型、如车辆模型的情况下被确定，或者可以是测得的横向加速度，其例如可由设置在车辆内或其上的加速度传感器检测到。在横向加速度增大时换算系数例如可减小。通过这种方式可确定更真实的齿条力值。
[0013]为了尤其是在特殊情况下(如过度转向、转向不足、μ分裂情况)可靠并且足够真实地确定齿条力，可规定，通过将偏差值与测得的车轮转向角相加改变测得的车轮转向角来校正齿条力。
[0014]有利的是，为了计算偏差值优选根据横摆角速度、车辆速度和自转梯度来确定模型化的转向角并且将其与测得的转向角比较。通过这种方式可识别特殊情况和/或基于该特殊情况校正齿条力。为了计算模型化的转向角例如可使用车辆模型的至少一个模型等式。
[0015]优选为了比较模型化的转向角与测得的转向角求出转向角差值。
[0016]特别优选在模型化的转向角或由其导出的参数与转向角差值具有不同符号时，识别车辆过度转向。一旦并且只要识别过度转向，就可校正齿条力，以便获得对于过度转向的特殊情况真实的齿条力值。
[0017]为了不仅为过度转向的特殊情况适配齿条力，而且也为μ分裂情况适配齿条力，可规定，根据模型化的转向角与测得的转向角的比较、优选根据转向角差值确定用于在车辆过度转向的情况下校正齿条力的第一校正值并且确定用于在μ分裂的情况下校正齿条力的第二校正值，并且将第一校正值和第二校正值之中的最大值用作偏差值。由此可为过度转向和μ分裂情况组合地适配齿条力。
[0018]优选当识别过度转向或偏差值至少等于规定的阈值时，产生不等于零的第一校正值。由此避免在过度转向的特殊情况下迅速停止时第一校正值迅速变化或跃变并且由此齿条力急剧改变其大小。更多地，在实际过度转向的特殊情况停止后对于过度转向的适配持续直到第一校正值减小到足够小的值。
[0019]可规定，当车辆速度至少等于速度最小值时，产生不等于零的偏差值。另外可规定，只有当未识别急弯行驶时才产生不等于零的第二校正值。
[0020]可规定，通过将另一偏差值与横向加速度或由横向加速度计算出的参数相加来改变所述横向加速度和/或参数。由此可特别精确和真实地计算例如用于转向不足的特殊情况的齿条力。
[0021]在此优选根据表示转向不足的特殊情况和/或转向不足的程度的信号、根据借助车辆模型计算出的横向加速度、根据计算出的横向加速度和测得的横向加速度的差值和/或根据检测到或求得的摩擦系数计算所述另一偏差值。
[0022]在本发明的另一种实施方式中规定，通过将齿条力乘以校正系数改变齿条力来校正齿条力。在此例如可在特殊情况下通过相应规定校正系数来减小齿条力的中间参数。
[0023]在此优选根据车辆的横向加速度来计算校正系数。通过这种方式可在转向不足的特殊情况下适配齿条力。在此可这样确定校正系数，其值随着转向不足的程度减小。
[0024]通过根据借助车辆模型求得的横向加速度和测得的横向加速度的横向加速度差值计算校正系数可实现齿条力的良好适配一其提供真实的齿条力值。
[0025]替换或补充地可规定，根据检测到或求得的摩擦系数计算校正系数。因为在摩擦系数减小时转向角和横向加速度之间的关系改变。转向角增加导致横向加速度增加直到从确定的转向角起达到饱和点，从该饱和点起转向角的进一步增加不会再导致横向加速度的进一步增加。当超过饱和点时，车辆转向不足。与在摩擦系数较大时相比，在摩擦系数相对小时饱和点对应较小的转向角。
[0026]根据本发明的另一种实施方式，设置用于车辆转向装置的控制和/或调节装置，所述控制和/或调节装置设立用于根据表征实际车轮转向角或车轮转向角额定值的转向角参数确定齿条力，其中，所述控制和/或调节装置设立用于确定表征转向装置的一个轴上的侧向力的参数，并且根据该侧向力确定齿条力，并且齿条力的确定包括借助具有比例-微分-传递特性的信号处理元件的过滤。
[0027]优选所述控制和/或调节装置构造、优选被编程用于实施根据本发明的方法。
[0028]可设置计算机可读的存储介质，其例如可以是控制和/或调节装置的一部分。在该存储介质上可存储程序，该程序被这样设计，使得当该程序在控制和/或调节装置的处理器上运行时，所述控制和/或调节装置实施根据本发明的方法，该方法的示例性实施方式在此被说明。
[0029]根据本发明的另一种实施方式设置一种车辆转向装置，其包括控制和/或调节装置，所述控制和/或调节装置设立用于根据表征实际车轮转向角或车轮转向角额定值的转向角参数确定齿条力，其中，所述控制和/或调节装置是根据本发明的控制和/或调节装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]本发明的其它特征和优点由下述借助附图详细说明本发明示例性实施方式的说明给出。附图如下:
[0031]图1为具有用于实施本发明方法的控制和/或调节装置的转向装置；
[0032]图2至8为用于确定齿条力的方法的框图。
【具体实施方式】
[0033]图1中示出被称为控制器I的控制和/或调节装置，该控制和/或调节装置配置给转向装置2。在控制器I中设置具有处理器3的计算机(例如微型计算机或微控制器)，处理器3经由数据导线4如总线系统连接到存储元件5。通过信号导线6控制器I与马达7连接，由此可通过控制器I控制和/或调节马达7，马达7例如构造为电动马达并且通过传动机构8作用于扭杆9。在扭杆9上设置转向器件10、如方向盘，通过驾驶员操作转向器件10可借助它向扭杆9施加扭矩。
[0034]转向装置2还包括一个转向传动机构11，该转向传动机构例如构造为齿条式转向传动机构。但转向传动机构11也可构造为球循环式传动机构或者说球螺母式传动机构。在下面的说明中主要从齿条转向系统出发，其中转向传动机构包括一个小齿轮12a和一个齿条12b。然而转向方式对于本发明而言并不重要。代替齿条转向系统，图1所示的转向装置2例如可构造为球循环式转向系统或单轮转向系统。
[0035]转向传动机构11通过小齿轮12a和齿条12b在车辆的每一侧上与转向拉杆13连接，该转向拉杆与车轮14共同作用。
[0036]转向装置2还包括扭矩传感器15用于检测通过转向轴作用于转向系统的转向力矩。根据图1中所示的实施例，为此借助扭矩传感器15来检测扭杆力矩tor_TB，该扭杆力矩相应于上述转向力矩。转向装置2还包括角度传感器16用于检测马达7的转子角度
转子角度Ssfes相应于扭杆9的转动角并且因此相应于车轮14的转向角，因为马达7通过传动机构8与扭杆9连接并且扭杆通过转向传动机构11和转向拉杆13与车轮14连接。借助传感器15和16检测到的值被输入控制器I。
[0037]图1中示出的转向装置2是许多适合于实施根据本发明方法的转向装置的可能的实施方式之一。在另一种实施方式中，转向传动机构例如构造为球螺母式传动机构。根据另一种实施方式，也可这样设置马达7，使得该马达与扭杆9 一起作用于设置在转向传动机构11中的小齿轮12a或直接-借助另一小齿轮-作用于齿条12b。
[0038]根据另一种实施方式，代替转子角度Sfcs确定另一描述转向装置2的当前位置的参数或者说将该参数用于实施根据本发明的方法。例如可借助设置在扭杆9上的角度传感器确定转向角。转向装置2的当前位置还可借助设置在齿条12b上的传感器来检测。原则上在此可确定或使用许多已知参数。然而使用转子角度Slfes有以下优点:该转子角度Slfes可极其精确地确定并且在现代转向装置中常常已被提供。
[0039]另外，安装有转向装置2的车辆具有速度传感器17，借助该速度传感器17可检测车辆速度V。控制器I可获取由速度传感器17确定的速度V。车辆还具有横摆角速度传感
器19用于检测横摆角速度Ψ Mes,控制器I可获取横摆角速度Ψ Mes。横摆角速度传感器19
`可以是转向装置2或车辆行驶动态控制装置的一部分。另外，在车辆内或其上设置加速度传感器20用于检测横向加速度ay，Mes。控制器I可读取由加速度传感器20检测到的横向加
速度ay，Me;s的值。
[0040]图2示出一种用于确定齿条力FR的方法21的框图。该访法I例如可由控制器I实施。也就是说，存储元件5存储有一个程序，其这样被设计，使得当存储于存储元件5中的程序被处理器3执行时，计算机3执行方法21。方法21包括根据车辆模型27构造的第一函数模块23。第一函数模块23用于根据车辆速度V、自转梯度EG和转向角δΜ计算模
型化的横向加速度ay，M()d和模型化的横摆角速度Ψ M()d。自转梯度EG例如可被规定为恒定
参数或根据例如汽车的运动状态变化。例如可根据车辆速度V和/或横向加速度ay规定自转梯度EG。
[0041]车辆模型27例如可涉及线性单辙模型，该模型基于概念“横摆角放大系数”。该车辆模型包括下述模型等式:
ψ ”
[0042]= -~
oRW If + EG.V
[0043]ay =Ψ*ν
【权利要求】
1.用于确定用于车辆转向装置(2)的齿条力(FR)的方法(21)，其中，根据表征实际车轮转向角(Skw)或车轮转向角(δΜ)额定值的转向角参数确定齿条力(FR)，其特征在于，所述方法(21)包括下述步骤:确定表征转向装置(2)的一个轴上的侧向力(Fyv)的参数；并且根据该侧向力确定齿条力(FR)，其中，齿条力(FR)的确定包括借助具有比例-微分-传递特性的信号处理元件(35)的过滤。
2.根据权利要求1的方法(21)，其特征在于，所述信号处理元件是TOTl元件(35)。
3.根据权利要求1或2的方法(21)，其特征在于，所述信号处理元件(35)的传递函数的至少一个系数(Κρ、Τν、!\)、优选所有系数(Kp、Tv、T1)被规定为恒定值。
4.根据上述权利要求之一的方法(21)，其特征在于，至少一个系数(Kp、Tv、T1)在实施该方法(21)期间变化。
5.根据权利要求4的方法(21)，其特征在于，所述至少一个系数(Kp、Tv、T1)根据车辆速度(V )或由车辆速度导出的参数来规定。
6.根据上述权利要求之一的方法(21),其特征在于,借助信号处理兀件(35)确定的中间参数被乘以(37)换算系数(F(ay))。
7.根据权利要求6的方法(21)，其特征在于，根据车辆的横向加速度(ay)求出所述换算系数(F(ay))。
8.根据上述权利要求之一的方法(21)，其特征在于，通过将偏差值(01、02)与测得的车轮转向角(Skw)相加(29)改变测得的车轮转向角(δκ1)来校正齿条力(FR)。
9.根据权利要求8的方法(21)，其特征在于，为了计算偏差值(01)，模型化的转向角(Ssfod)优选根据横摆角速度(ΨΜμ)、车辆速度(V)和自转梯度(EG)来确定(25)并且与测得的转向角(\s)比较。`
10.根据权利要求9的方法(21)，其特征在于，为了比较模型化的转向角(δΜ(κ1)与测得的转向角(Ssfes),求出(55)转向角差值。
11.根据权利要求10的方法(21)，其特征在于，在模型化的转向角(δΜ)或由其导出的参数与转向角差值具有不同符号时，识别出(57、59 )车辆的过度转向。
12.根据权利要求9至11之一的方法(21)，其特征在于，根据模型化的转向角(Ssfod)与测得的转向角(Ssfes)的比较(55)、优选根据转向角差值确定(65)用于在车辆过度转向的情况下校正齿条力的第一校正值，并且确定(65)用于在μ分裂的情况下校正齿条力的第二校正值，并且将第一校正值和第二校正值之中的最大值用作偏差值(01)。
13.根据权利要求12的方法(21)，其特征在于，只要识别出(57、59)过度转向或(61)偏差值(01)至少等于规定的阈值(75)，产生不等于零的第一校正值。
14.根据权利要求8至13之一的方法(21)，其特征在于，当车辆速度(V)至少等于速度最小值时，产生不等于零的偏差值(01)。
15.根据上述权利要求之一的方法(21)，其特征在于，通过将齿条力乘以(39)校正系数(Pred)改变齿条力来校正齿条力。
16.根据权利要求15的方法(21)，其特征在于，根据车辆的横向加速度(ay)来计算校正系数(P-)。
17.根据权利要求15的方法(21)，其特征在于，根据借助车辆模型确定的横向加速度(ay)和测得的横向加速度的横向加速度差值来计算校正系数(PMd)。
18.根据权利要求15至17之一的方法(21)，其特征在于，根据检测到或确定的摩擦系数计算校正系数(Pm)。
19.用于车辆转向装置(2)的控制和/或调节装置(I)，所述控制和/或调节装置设立用于根据表征实际车轮转向角(Skw)或车轮转向角(δΜ)额定值的转向角参数确定齿条力(FR)，其特征在于，所述控制和/或调节装置(I)设立用于:确定表征转向装置(2)的一个轴上的侧向力(Fyv)的参数；并且根据该侧向力确定齿条力(FR)，其中，齿条力(FR)的确定包括借助具有比例-微分-传递特性的信号处理元件(35)的过滤。
20.根据权利要求19的控制和/或调节装置(I)，其特征在于，所述控制和/或调节装置(I)设立用于实施根据权利要求1至18之一的方法(21)。
21.车辆转向装置(2)，其包括控制和/或调节装置(I)，所述控制和/或调节装置(I)设立用于根据表征实际车轮转向角(Skw)或车轮转向角(δΜ)额定值的转向角参数确定齿条力(FR)，其特征 在于，所述控制和/或调节装置(I)根据权利要求19或20构造。
【文档编号】B62D6/00GK103889824SQ201280051220
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年9月10日 优先权日:2011年11月15日
【发明者】R·格罗伊尔, T·沃纳, J·施特雷克尔 申请人:Zf操作系统有限公司