根据方向盘转矩调整漂移增益以改善动力转向系统的感觉的制作方法

本发明涉及动力转向装置。

本发明特别涉及一种动力转向装置，该动力转向装置包括方向盘，驾驶员可以在该方向盘上施加称为“方向盘转矩”的操纵力，并且在该方向盘内控制器使用所述方向盘转矩作为调节幅度来执行转向机构的伺服控制。

背景技术：

这样的控制器越来越高效，并且特别允许提供与车辆的动态情况特别一致的方向盘转矩。

为此，所述控制器特别地包含越来越多且复杂的电子器件和软件功能。

然而，这种日益增加的复杂性使得所述控制器越来越难以配置，有时冒着在某些情况下这些控制器给驾驶员带来相当不自然驾驶(artificialdriving)感觉的风险，这可能是令人不愉快的，甚至是违反直觉的。

技术实现要素：

因此，分配给本发明的目的在于克服上述缺点，并提出一种新类型的控制器，该控制器在确保动力转向系统的稳定性、响应性和准确性的同时，一方面为驾驶员提供了极好的驾驶舒适性，另一方面，提供了对于所述动力转向系统行为的感觉，以及对于所述转向机构与道路的相互作用的感觉，这是可能承载的最自然和最有用的信息。

通过一种动力转向装置来实现分配给本发明的目的，该动力转向装置包括：方向盘，驾驶员可以在该方向盘上施加称为“方向盘转矩”的操纵力；以及由控制器控制的辅助电机，该控制器使用确保调节所述方向盘转矩的至少一种闭环控制法则，所述控制器包括至少一个称为“导数分支”的反馈分支，该反馈分支通过以下来计算称为“导数分量”的分量：测量或评估与实际方向盘转矩对应、或者与作为实际方向盘转矩的图像的幅度对应的实际力参数，该幅度的值和变化与所述实际方向盘转矩的值和变化相关；然后计算所述实际力参数的时间导数值；然后将所述时间导数值乘以导数增益，所述装置特征在于：控制器使用三维绘图，一方面根据实际力参数、另一方面根据车辆纵向速度来调整导数增益。

有利地，导数增益绘图的使用允许根据准确且完整表征车辆使用环境状况(lifesituation)的多个输入参数来优化导数增益的自动调整，所述导数增益绘图使用多个输入参数，这里至少两个输入参数，即实际力参数和纵向速度参数。

因此，可以针对车辆的每种使用环境状况准确地调整导数增益，从而利于最适合于所考虑的使用环境状况的动力转向系统的行为和感觉。

因此，本发明允许将导数增益与每种车辆使用环境状况相关联，在所考虑的状况下这对应不同稳定性、舒适性、准确性、响应性与感觉的质量要求之间的最佳可能折中，所述每种车辆使用环境状况由绘图的组成中使用的不同输入参数适时表征。

附图说明

通过阅读下面的描述以及使用附图，本发明的其他目的、特征和优点将更详细地呈现，附图仅以示例性和非限制性的方式提供，其中：

图1以示意图示出了根据本发明的动力转向装置。

图2示出了根据本发明的允许调整导数增益的绘图。

具体实施方式

本发明涉及一种动力转向装置1。

所述装置以本身已知的方式包括如图1所示的方向盘2，驾驶员可以在该方向盘2上施加称为“方向盘转矩”t2的操纵力。

所述装置1还包括由控制器4控制的辅助电机3。

辅助电机3优选是例如无刷类型的电动机。

控制器4使用至少一种闭环控制法则，其确保方向盘转矩t2的调节。

实践中，控制器4从允许表征在所考虑的时间车辆的动态状况的不同参数中确定方向盘转矩设定点t2_set，其对应于在所考虑的状况下驾驶员原则上应该在方向盘2中感觉到的转矩。

控制器4然后考虑所述转矩设定点t2_set和实际方向盘转矩t2_actual之间的偏差(差)δt2＝t2_set-t2_actual，然后通过适当的辅助法则从中推导出辅助设定点，所述控制器将该辅助设定点施加到辅助电机3，以便将实际方向盘转矩t2_actual收敛到方向盘转矩设定点t2_set。

当然，动力转向装置1可以以本身已知的方式包括转向机构，该转向机构允许改变转向轮的方向，或者优选地改变至少两个转向轮5、6的方向。

为此，转向机构可以包括齿条7，齿条7在转向壳体中平移地引导，并且齿条7的端部连接到转向杆8、9，转向杆8、9控制承载轮子5、6的短轴的横摆角方向。

方向盘2可以优选地通过承载驱动小齿轮11的转向柱10而被接合在齿条7上。

辅助电机3可以进而通过(优选经由齿轮减速器或滚珠丝杠类型的传动构件12)啮合在转向柱10上、或直接啮合在齿条7上来驱动转向机构，并且优选地齿条7。

控制器4包括至少一个反馈分支13，称为“导数分支”，其通过以下来计算称为“导数分量”cd的分量：测量或评估实际力参数，该实际力参数与实际方向盘转矩t2_actual对应，或者与作为实际方向盘转矩t2_actual的图像的幅度对应，所述幅度的值和变化分别与所述实际方向盘转矩t2_actual的值和变化相关；然后计算所述实际力参数的时间导数值：d(t2_actual)/dt；然后将所述时间导数值乘以导数增益kd：cd＝kd*d(t2_actual)/dt。

优选地，实际力参数将是实际方向盘转矩t2_actual。这样的选择将允许通过直接利用方向盘转矩参数t2而特别便于装置1的设置和调整，该方向盘转矩参数t2实际上对应于驾驶员通过方向盘2立即并直接感觉到的转矩。

实际方向盘转矩t2_actual可以例如由优选放置在转向柱10上的转矩传感器14来测量，或者甚至可以通过适当的估计算法从其他参数来估计。

为了便于描述，在下面实际力参数和实际方向盘转矩t2_actual在任何情况下可以是等同的。

然而，替代地，在导数分支13中可以使用任何幅度作为实际力参数，所述任何幅度将给出实际方向盘转矩t2_actual的真实图像，并且例如将通过良好识别的辅助法则与实际方向盘转矩t2_actual相关，使得所述实际力参数的值(在所考虑的时间)将表示实际方向盘转矩t2_actual的值，并且在给定时间间隔内所述实际力参数的值的变化将表示在相同时间间隔内实际方向盘转矩t2_actual的值的变化。

因此，例如，与齿条7施加在杆8、9上的拉伸/压缩力相对应的齿条力，或者由辅助电机3产生的转矩，或者由辅助法则根据实际方向盘转矩t2_actual确定的辅助设定点可以用作实际力参数t2_actual。

在此，时间导数将对应于一阶导数，该一阶导数等于实际力参数t2_actual的值的变化d(t2_actual)除以所考虑的时间间隔dt的商，使得在预定的时间间隔dt内观察到该变化。

所述使用的时间间隔dt将优选地对应于导数分支13的更新周期(迭代的持续时间)，并且更一般地对应于闭环控制法则的更新周期。

根据本发明，控制器4使用三维绘图15一方面根据实际力参数t2_actual(绘图的第一输入)、另一方面根据车辆纵向速度v_vehic(绘图的第二输入)来调整导数增益kd。

发明人确实已经发现，导数分量cd并因而导数增益kd对不同的现象产生了影响，特别包括：

-通过闭环控制法则进行的方向盘转矩伺服控制的稳定性，并且特别是相对于干扰、或者甚至相对于“方向盘脉动(ripple)”的稳定性，所述相对于“方向盘脉动”也就是说相对于特别是当驾驶员释放方向盘2时方向盘具有脉动(通常以20kz至40hz之间的频率)的倾向；

-响应于驾驶员的操纵的转向机构的操纵舒适性和机械行为感觉，特别包括摩擦的感觉、抓地力(viscosity)的感觉、转向机构的惯性的感觉、抬离的感觉(也就是说，驾驶员应克服以触发转向机构的移位的力阈值)，而且还包括驾驶精度、以及由驾驶员执行的操纵控制的驱动转矩t2的变化与车辆的相对应反应之间的“定相(phasing)”(也就是说可能的相位延迟)的感觉，这导致所述车辆的横摆角速度的实际变化和可感知变化；

-通过转向机构和方向盘2对于以下的感知：车辆外部环境和转向机构(并且特别是轮子5、6)与车辆环境之间的相互作用、特别是轮胎与道路之间的相互作用、并且特别是当方向盘旋转时对朝向中心的返回转矩的感觉、或者通过道路表面在轮子中引起的振动而对道路纹理的感觉。

根据车辆的使用环境状况，视情况调整导数增益kd，使得该使用环境状况由至少两个输入参数(这里至少实际力参数t2_actual和车辆速度v_vehic)表征，这有利地允许优化控制器4的行为，以便利于认为在所观察的使用环境状况下是最重要的并因此是最有用的一个或多个行为。

优选地，三维绘图15包括如图2所示的第一域d1，称为“驻车域”d1，其从零车辆纵向速度(v_vehic＝0)延伸到非零的预定纵向速度阈值v_thresh，以及第二域d2，称为“行驶域”d2，其延伸超过所述纵向速度阈值v_thresh。

在行驶域d2中，当实际力参数t2_actual增大时，导数增益kd减小，而在驻车域d1中，当实际力参数t2_actual增大时，导数增益kd增大。

除非另有说明，否则在本说明书中，术语“增大”表示绝对值的增大(即与零的偏差)，而术语“减小”表示绝对值的减小(即近似零)。

有利地，通过提供区分的域d1、d2，绘图15能够识别和管理不同类型的使用环境状况，并且能够根据每个所考虑的域来不同地调整导数增益kd。

更具体地，不管纵向速度v_vehic(大于阈值v_thresh)如何，导数增益kd将在给定的速度v_vehic下优选地根据实际力参数t2_actual的单调递减函数减小，并且更有选地根据实际方向盘转矩t2_actual的单调递减函数减小。

优选地，该递减函数将是连续的(也就是说，至少对应于连续性类函数c0)，以便利于在属于行驶域d2的不同使用环境状况之间的平缓演化。

类似地，在驻车域d1中，不管考虑的纵向速度v_vehic(低于阈值v_thresh)如何，导数增益kd将在给定速度v_vehic下优选地根据实际力参数t2_actual的单调且优选连续函数增大。

有利地，在驻车情况下，并因此在下列情况下：可能需要高的方向盘转矩来操纵轮子5、6，和/或特别是在起动车辆时，根据地面的性质(干燥，潮湿，结冰的地面……)，可能应对轮子5、6的各种抓地力条件，通过实际方向盘转矩t2_actual来增加导数增益kd的这种递增函数将促进动力转向系统1的稳定性。

这种函数还将在出现振动现象时促进辅助的放大，并因此将促进对方向盘脉动的限制。

当然，选择纵向速度阈值v_thresh，以便在实践中对应于以下两种情况之间的边界：一方面，在车辆静止、或在驻车操纵状况下缓慢前进的情况下；另一方面，在车辆行驶的情况下。

因此，标记驻车域d1和行驶域d2之间的边界的纵向速度阈值(v_thresh)优选(绝对值)等于或小于5km/h，优选等于或小于3km/h，或者甚至等于或小于2km/h。

在图2中，此处选择v_thresh＝2km/h。

优选地，为了避免动力转向系统1的不稳定性或颠簸的操作，该绘图提供了驻车域d1和行驶域d2之间的过渡的一定连续性，从而保证了在越过由纵向速度阈值v_thresh表示的边界时的平稳操作。

因此，在图形上，三维绘图15优选包括称为“反转点”p0的点，该点位于驻车域d1和行驶域d2之间的边界处(也就是说，其纵向速度坐标等于速度阈值v_thresh)，并且从该点，如果绘图15是沿着绝对值递增纵向速度v_vehic的方向并且沿着绝对值递减实际力参数t2_actual的方向描述的，则导数增益kd绝对值增大(图2中绘图表面上的矢量f1)，而如果绘图15是一直沿着绝对值递增纵向速度v_vehic的方向但是沿着绝对值递增实际力参数t2_actual的方向描述的，则导数增益kd绝对值减小(图2中绘图表面上的矢量f2)。

在图形上，对于等于速度阈值v_thresh的纵向速度v_vehic，并因此在由v_vehic＝v_thresh定义的投影平面中的垂直投影中，反转点p0对应于一方面在行驶域d2中根据实际方向盘转矩t2_actual管理导数增益kd的递减函数和另一方面在驻车域d1中根据该相同的实际方向盘转矩t2_actual管理导数增益kd的递减函数的交叉点。

相反，在位于相对于反转点p0的驻车域d1一侧的另一“斜坡”上，并从该相同的反转点p0开始，递减的纵向速度v_vehic和递减的实际方向盘转矩t2_actual导致递减的导数增益kd，而递减的速度v_vehic和递增的实际方向盘转矩t2_actual导致递增的导数增益kd。

优选地，如图2所示，行驶域d2包括几个子域，包括：

-第一子域，称为“直线的邻近子域”d2_1，其从实际力参数的零值(t2_actual＝0)延伸到第一预定力阈值(t2_actual＝t_thresh_low)，并且其中导数增益kd的绝对值保持大于称为“上限阈值”kd_high的第一增益阈值，

-第二子域，称为“转向子域”d2_2，其从第二预定力阈值t_thresh_high延伸并超过第二预定力阈值t_thresh_high，第二预定力阈值t_thresh_high(绝对值)大于第一力阈值t_thresh_low，并且其中导数增益kd绝对值保持小于称为“下限阈值”kd_low(绝对值严格低于上限阈值kd_high)的第二增益阈值，

-第三中间子域，称为“过渡子域”d2_3，其从第一力阈值t_thresh_low延伸到第二力阈值t_thresh_high，并且其中，当实际力参数t2_actual增大时，在给定的纵向速度v_vehic下，导数增益kd的绝对值从上限阈值

kd_high减小到下限阈值kd_low。

行驶域d2的子域d2_1、d2_2、d2_3优选地在幅度等于或大于60km/h、或者甚至90km/h的纵向速度v_vehic的范围内延伸。

优选地，所述子域d2_1、d2_2、d2_3可以至少在60km/h(或更小)的低(绝对)纵向速度v_vehicle与例如可以对应于最大车辆速度、和/或例如可至少为150km/h、或者甚至至少180km/h的高纵向速度之间延伸。

上面描述行驶域d2的子域d2_1、d2_2、d2_3的总体形状的一般原理可以优选在较大的纵向速度范围内保持，直到标记与驻车域d1的边界的速度阈值v_thresh，甚至如果出于连续性原因，当低于预定前边界阈值(例如，在kd_low的情况下为v2)的纵向速度v_vehic减小(绝对值)到接近速度阈值v_thresh时，导数增益kd的下限阈值kd_low和/或上限阈值kd_high可以调整，在该情况下为分别增大和减小，如图2所示。

直线的邻近子域d2_1或“中心”子域对应于以下情况：车辆沿直线或几乎沿直线行驶，并且其中方向盘2、且更一般地转向机构因此处于中央位置。

因此，驾驶员施加的方向盘转矩t2以及因此的实际力参数t2_actual相对较低，甚至基本为零。

然后将选择足够高的导数增益kd，在这种情况下大于上限阈值kd_high，以提高从中央位置开始的操纵的舒适度，并且特别是一方面限制驾驶员为了向左或向右移动转向机构而有必要实施的抬离力，和/或另一方面降低操纵期间由摩擦导致的不舒适感觉。因此，位置将朝向绘图15的顶部。

然而，导数增益kd也将选择为足够适中(足够低)，以免产生相位超前，也就是说在驾驶员刚刚开始致动方向盘2时，通过改变方向盘2的横摆角速度来防止车辆对航向变化反应过快。

转向子域d2_2或“偏离中心”子域对应于转向情况，在该转向情况中，车辆使用方向盘行驶，该方向盘具有明显的转向角(实际上为非零)以赋予所述车辆弯曲的轨迹。

在这种情况下，将提高“道路感觉”，也就是说，提高了对于道路纹理以及轮子5、6的轮胎与道路之间的相互作用(特别是抓地力)的感觉。

为此，将因此选择足够低的导数增益kd，在这种情况下小于或等于下限阈值kd_low，并且更一般地小于直线附近中使用的导数增益，以便避免增加过大的辅助，过大的辅助将会过度地校正方向盘转矩的快速变化(其频率通常在2hz至20hz、甚至30hz之间)，并因此将会过度衰减(过滤)这些变化所携带的信息，这将降低道路感觉。

然而，导数增益kd将保持足够高，从而避免对轮胎的“粘滑”现象产生敏感性，根据这种现象，在操纵开始时轮胎在相当突然抬离之前往往会紧紧抓在地面上。

考虑到纵向速度v_vehic低，这种粘滑现象更加敏感，当纵向速度v_vehic减小时，特别是当纵向速度v_vehic沿着纵向速度阈值v_thresh的方向(并因此当接近驻车域d1时)降到低于特定前边界阈值v2(大于纵向速度阈值v_thresh并在本文中记为v2，该前边界阈值v2例如在60km/h与30km/h之间)以下时，导数增益kd的下限阈值kd_low将优选增大，如图2所示。

通常，转向子域d2_2在绘图15中可以采用井的形状。

过渡子域d2_3进而将对应于过渡情况，其允许从直线情况转为转向情况，反之亦然。

因此，在该过渡子域d2_3中，导数增益kd将在下限阈值kd_low和上限阈值kd_high之间逐渐调整。

在“反向转向”情况下，其中驾驶员释放方向盘2以使其返回中心，或者其中驾驶员操纵所述方向盘2以导致所述方向盘2返回中心，将选择导数增益kd，以便有利于在返回中实施辅助转矩。

这样，可以特别地促进相对较高的导数增益kd。实际上，如果驾驶员释放方向盘2或相对于其初始转向操纵反转其操纵，以使方向盘居中，则方向盘转矩t2会快速、几乎立即降低，并因此实际力参数t2_actual会快速、几乎立即降低。

因此，时间导数dt2_actual/dt将特别高。

导数增益kd越高，在导数分量cd的计算中，越多的这种降低将被放大，并因此常规辅助将减少得越快，在此之前常规辅助往往维持或加重沿驾驶员期望的转向方向的转向角。

因此，通过应用增强的导数增益kd可以促进返回方向盘的中心，返回方向盘的中心应该沿着与该初始辅助作用的方向相反的方向发生，并因此在所述初始辅助持续的情况下将会受阻碍。

相反，在转向操纵情况下，驾驶员加重转向角以进行转向。

特别地，驾驶员可以快速转向，从而几乎实现了方向盘转矩t2、t2_actual的“阶跃输入”。

实践中，这种“阶跃输入”操纵可以由等于或大于在150deg/s和300deg/s之间的阈值的方向盘旋转的速度来表征，并且可以特别对应于避障的紧急操纵。

因此，在这种情况下，适当选择导数增益kd，该导数增益kd将提供足够的反应性，以及因此提供方向盘2的操纵与车辆执行的横摆角速度实际变化之间的适中相位延迟，而不会相反地引起可能使驾驶员感到惊讶的过早反应。

优选地，在这种转向操纵情况下，并且更特别地在“阶跃输入”情况下，还将根据车辆纵向速度v_vehic来调整导数增益kd，以使得在高速度下比在低速度下引起更不强烈的反应，从而防止转向助力促成意外偏轨驾驶。

优选地，并且特别是为了适当地管理直线的邻近域情况(子域d2_1)和/或“阶跃输入”情况(与子域d2_3对应的方向盘转向)，三维绘图15被设计成，使得产生的导数增益kd引起触发方向盘转矩t2、t2_actual的变化的驾驶员操纵与由所述操纵导致的车辆横摆角速度的实际变化之间的相位延迟，其在至少50ms、优选至少100ms与至多300ms、优选至多200ms之间。

低于100ms(典型的“运动”设置)，并且更不必说低于50ms，动力转向系统1可能以比预期快得多的反应使驾驶员5感到惊讶。

超过200ms(典型的“舒适”设置)，并且更不必说超过300ms，动力转向系统1可能会被感知为“柔和”，也就是说缺乏响应性和准确性，这特别是在避开障碍物时或者在进行一系列转向时(这些情况需要车辆的反应与驾驶员执行的方向盘2移动之间的良好同步)可能是不利的。

例如，可以通过测试活动和/或通过数值模拟经验地建立导数增益的绘图15。

当然，本发明不限于上述唯一的变型，本领域技术人员特别地能够将上述特征中的一个或另一个隔离或自由组合在一起。