CN102452419A - 车辆动力转向系统以及限制动力转向系统施加扭矩的方法 - Google Patents

Abstract

一种车辆的动力转向系统(1)，包括用于限制动力转向系统(1)施加的扭矩的扭矩限制器(5)，其中限制基于预测的车辆反应。

Description

车辆动力转向系统以及限制动力转向系统施加扭矩的方法

技术领域

本发明涉及到车辆动力转向系统以及限制动力转向系统施加的扭矩的方法。

背景技术

现代转向系统不仅允许向驾驶员提供常规的动力辅助，还可以提供转向扭矩以形成可以提高舒适性和安全性的驾驶员辅助系统。更进一步的，可以施加转向扭矩以便减少可能由车辆或路况引起的破坏性扭矩的影响。

动力辅助在本说明书中被定义为放大驾驶员所施加扭矩的扭矩应用。该扭矩应用可以在后续在其他的舒适性辅助系统中被作类似地处理。然而更进一步地，所述的方法也可以应用于任何的个性化的功能。

方向盘是与驾驶员接触的触觉界面。在辅助系统中施加的扭矩不会导致危险情况的发生是先决条件，因而所施加的助力扭矩必须设定为在即使是失误(不期望地施加的扭矩)情况下车辆也能被驾驶员控制。安全需求意味着在设定施加扭矩的措施时必须考虑到在最坏可能的失误情况下施加的扭矩不会导致包括驾驶员，车辆和情况的整体系统的危险。

已知的途径通常为限制叠加于驾驶员施加的扭矩和动力辅助上的转向扭矩的幅度和力度。客户诊断和专家诊断被运用以确定可控制的阈值。由于评估的变化性，在此需要从最坏可能的情况开始，也就是说，在错误操作的情况下，限制必须适应最严重的情况或最严重的评估情况。

这就导致了额外功能的可能性能或施加扭矩的措施不能总是要求针对不同情况所合适的或需要的扭矩的情况。

发明内容

本发明是基于在机动车辆上改善可靠地施加辅助转向扭矩的可能性的目的，也就是，在这个意义上说，本发明限制了在异常情况下可能发生的不正确施加扭矩的影响。

此目的分别可由权利要求1和权利要求4中的特征达到。本发明其它有利改进由从属权利要求确定。

根据本发明的第一个方面，提供了一种车辆的动力转向系统，包括用于限制动力转向系统施加的扭矩的扭矩限制器，其中限制基于预测的车辆反应。

对不期望的扭矩应用的感知尤其取决于具体情况下的转向行为。对干涉的主观评估主要不是由方向盘处所产生的力/扭矩来确定，而是取决于源自与施加过程相关的方向盘角度改变所导致的横向动力学反应或者横摆率的程度。因而在设定限制时，输出的转向扭矩在很大程度上可以被忽略。

当评估不期望的扭矩应用的可控性时，驾驶员因此不会评估扭矩本身而是评估因此而导致的车辆的反应。横向动力学反应和/或横摆率的程度被估计，所述的估计直接与驾驶员对控制性的评估相关联，因此考虑到了驾驶员、车辆和/或情况的变化，并且使得能够取决于驾驶员、车辆和/或情况，并且允许相应功能的效益最大化而不侵害安全需求地施加扭矩。也就是说，仅在施加的扭矩提升了相应严重车辆反应或者驾驶员不希望的车辆反应时或仅在此范围内执行限制。严重的或者不希望的车辆反应可以在驾驶员/车辆/情况分组中确认。

由于根据本发明，以综合形式考虑了车辆可能的反应，动力转向系统一方面是非常可靠的，另一方面，施加扭矩的操作空间可以被最大化。

动力转向系统可以包括确认预测的车辆反应的传感器，其中传感器确认动力转向系统的反应。由于车辆的惯性，车辆仅在一定延迟之后做出反应。不期望的车辆横摆反应在此情况下只是由不期望的转向角引起。转向系统针对不正确的扭矩需求的反应也可以作为中间变量而被评估。可以通过可被直接测出的此变量而确保扭矩限制器的快速反应。

传感器可以检测转向角加速度、转向角速度和/或转向角。这些测量的值可以很容易且很可靠地被探测到或者根据微积分方法确认。可使用一个或者多个测得值。

根据本发明的第二方面，本发明涉及到限制动力转向系统施加扭矩的方法，其中限制是基于车辆预测的反应而作出。上述的优势和修改变形在此都可适用。对限制的计算和/或评估可以在控制器、扭矩限制器和/或动力转向系统中进行。

预测的车辆反应可以被转向系统确认。这个值可以作为中间步骤而毫无延迟地被确认。

转向系统反应可以通过转向角加速度、转向角速度和/或转向角确认。这些值可以很容易被确认然后被用于确定上述的限制。

转向角加速度、转向角速度和/或转向角的持续时间也可以被考虑。这些额外的信息可以被用于确认限制从而优化安全性、可靠性和驾驶员感受。

车辆速度也可以被考虑。这个额外输入可以允许改善安全性，因为车速可能对车辆的控制性有影响。例如，因而能够在从某些速度开始时使用较小的预测车辆反应作为限制的基础。

驾驶员的意图可以通过施加于方向盘的手动扭矩来确认。这个额外信息可以被用于确认驾驶员的请求并且可以被用作设定限制的进一步的参数。由于可避免或减少驾驶员不期望的施加过程，这一方面会增加安全性另一方面会帮助增加驾驶员的舒适性。更进一步地，这个信息可以被用于辅助驾驶员的需求。

在手动扭矩与施加的扭矩相反的情况下，施加扭矩的增幅可以被限制到一个绝对值以由此阻止或者限制驾驶员不愉悦的经历。此措施还保证驾驶员保持在任何时候对车辆的绝对控制。这个绝对值可以被永久地预先定义，或者是可以变化适应于不同情况。

在手动扭矩的可信性检查时可考虑车辆当前行驶状态。为此，可以使用一些值，例如转向角、车速、横向加速度和/或横摆率。通过这些值中的一个或者多个可以很令人满意地探测出车辆的状态，并且可以根据驾驶员、车辆和环境/情况而分配对转向角的影响行为。这个综合的情况分析允许了对扭矩的快速和精确的限制。

如果转向系统的反应至少部分由手动扭矩引起，那此反应可以被评估为合理的。因此显而易见转向系统的反应是驾驶员希望的并且不是由于外部影响或不正确的扭矩应用引起的。如果转向系统反应被定为合理的，则能够例如放松安全性阈值或限制值和/或启动某些舒适性的功能。

转向系统的反应和/或手动扭矩可以由探测器模式确定。现代转向系统可以以模型基础表现为多质点振动系统。通过相应的探测器模式，还可以区分出转向角加速度是被驾驶员外力、驾驶员的手动扭矩、还是由伺服马达的扭矩引起的。

驾驶员的抓握位置可以通过方向盘处质量惯性的变化被确定。所述抓握位置可以提供额外的关于驾驶员意图和/或对情况的认知的信息。例如，可以区分驾驶员放松的驾驶和预期复杂的状况。这些和进一步的区分或评估可以在限制扭矩、改善安全性和舒适性中被考虑。

车辆和地面之间的摩擦系数也可以被考虑。这个额外的信息也可以改善对状况的估计并允许更好地调节限制。

附图说明

本发明将在下面结合附图进行详述，其中：

图1是根据本发明的动力转向系统的示意图。

附图仅用于解释而不是限定本发明。附图及部件无需按比例绘制。相同的标号表示了相同或相似的部件。

具体实施方式

图1是机动车的动力转向系统1的示意图，方向盘2和相连的转向柱3被示意性地示出。

动力转向系统1包括了伺服马达4或类似设备，用于向转向柱3、方向盘2、或者连接至车轮转向系统的进一步的装置施加扭矩。

更进一步的，动力转向系统1包括限制即将施加的扭矩的扭矩限制器5。限制可从幅度，频率或者两方面进行。此限制由完全抑制扭矩应用向轻微的衰减延伸，并可以无限可变方式进行调节以适应不同情况。术语“限制”指的是例如减小危害方面的效果。如果显而易见(例如情况需要)的话，术语“限制”也可以在个别情况下包含对施加的扭矩的放大。

根据预测的车辆反应的函数来限制即将施加的扭矩。预测的车辆反应通过转向系统的反应(例如车轮转向角、方向盘2或转向柱3)而被间接确定。转向系统的反应通过传感器6而被感知。传感器6可以确定转向角加速度、转向角速度和/或转向角。也可以使用多个传感器，或者可以从已经具有一个或多个可用指示值的控制系统中传输这些值。也可以从可以计算上述值的控制系统等中传输该值。在车轮转向角不是车轮转向角的直接函数的转向系统中，传感器6被用于检测车轮侧转向角、速度和/或加速度。

除了转向角加速度、转向角速度和/或转向角的测得值，还可感应各自流程的持续时间。可在传感器6中直接执行、或者在与传感器6相连并获取测得值结果的扭矩限制器5中执行对持续时间的感知。

通过具体的测得值，扭矩限制器5可以估算出预测的车辆反应并且使用其作为伺服马达4施加的限制扭矩的基础。对预测反应的估算或者计算也可以在其他控制电脑(例如动力转向系统或者安全系统)中进行。

传感器6或者其它传感器系统可以确定转向柱的扭矩，其允许得到关于驾驶员的意图的结论。更进一步地，驾驶员的抓握位置可以从方向盘的质量惯性变化来确定。通过这些值，可以确定驾驶员的行为、对情况的估计以及意图，这些可以被用于限制施加的扭矩。

扭矩限制器5可以包含探测器模型7，通过这个模型可以确认或估计检查转向系统的反应、外力、和/或驾驶员向转向系统施加的手动扭矩，或者检查其合理性。

进一步的传感器系统可以与扭矩限制器5相连以便检测车辆和/或车辆的相应的情况。传感器8测量车辆的速度并将测得值输出到扭矩限制器5。进一步的传感器9向扭矩限制器5提供关于方向盘角度、横向加速度以及横摆率的数据。这些测得值也可以从合适的信息系统或电脑系统获取。

扭矩限制器5然后估算关于驾驶员、车辆和相关情况的信息以从而根据预测的车辆反应或者驾驶员需求来限制施加的扭矩。

通过测得值和/或单个或多个探测器模型7，可以区分转向角加速度是由驾驶员外力、驾驶员施加的手动扭矩、还是由于伺服电机4的扭矩引起，或者哪些部分正在进行。如果转向角加速度至少部分是由于驾驶员的手动扭矩引起，则其可以被假设为合理的和需要的。

由于仅在直行模式中手动扭矩绝对值为0，通过综合驾驶状态(由例如转向角，行驶速度，横向加速度，横摆率表征)来计算驾驶员的手动扭矩的补偿，从而检查转向角加速度的合理性会比较有帮助。这个补偿应当对应于驾驶员手动扭矩，其通常出现于此种没有扭矩叠加(superimposition)的驾驶状态中。

如果驾驶员的手动扭矩与即将施加的转向扭矩相反，则以在不期望的扭矩叠加的情况下驾驶员仍然可以安全地控制车辆的方式限制幅度。

根据转向扭矩叠加的类别，可先为尚未检查合理性的转向角加速度或者转向角速度确定多个限制值。例如由于干扰的叠加意图是为了保证所产生的外力不会对转向角或者驾驶员施加的扭矩带来变化，则限制值可以被设定得比较小。

对主要用于向驾驶员员提供信息的驾驶员辅助系统，可允许小到中等的转向角加速度。然而，绝对转向角速度必须在此被限制。

许多功能要求迅速建立转向角。然而，如果驾驶员没有检查其手动扭矩所导致的角度变化的合理性，可以达到的绝对角度在此必须被限制。

上面提到的转向角加速度、转向角速度、转向角和驾驶员相反的扭矩的限制值通过车辆具体参数(例如轴距)直接涉及横摆反应。因而可以通过车辆参数根据理论考虑或者在实际驾驶中确定这些限制值。

Claims (15)

1.一种车辆的动力转向系统，包括用于限制所述动力转向系统(1)施加的扭矩的扭矩限制器(5)，其中所述限制基于预测的所述车辆的反应。

2.根据权利要求1所述的动力转向系统，其中还包括确定所述预测的车辆反应的传感器(6)，其中所述传感器(6)确定转向系统的反应。

3.根据权利要求2的动力转向系统，其中所述传感器(6)探测转向角加速度、转向角速度和/或转向角。

4.一种限制由动力转向系统(1)施加的扭矩的方法，其中所述限制基于预测的所述车辆的反应。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述预测的车辆反应由转向系统的反应确定。

6.根据权利要求5的方法，其中转向系统反应通过转向角加速度、转向角速度和/或转向角被确定。

7.根据权利要求6的方法，其中考虑转向角加速度、转向角速度和/或转向角的时间段。

8.根据权利要求4到7中任意一项的方法，其中，车速会被考虑。

9.根据权利要求4到8中任意一项的方法，其中驾驶员的意图由施加于方向盘(2)的手动扭矩确定。

10.根据权利要求9的方法，其中，在手动扭矩与施加扭矩相反的情况下，施加扭矩的幅度被限制为一绝对值。

11.根据权利要求9或10的方法，其中，在检查手动扭矩的合理性时，考虑所述车辆当前的驾驶状态。

12.根据权利要求11所述的方法，其中如果所述转向系统反应至少部分是由所述手动扭矩引起的，则所述转向系统反应被评估为合理的。

13.根据权利要求5到12中任意一项的方法，其中，所述转向系统反应和/或所述手动扭矩由探测器模型(7)确定。

14.根据权利要求4到13中的任意一项的方法，其中，所述驾驶员的抓握位置由方向盘(2)质量惯性的变化确定。

15.根据权利要求4到14中的任意一项的方法，其中，考虑所述车辆和地面之间的摩擦力系数。

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