用于運行用于機動車的電動助力轉向系統的方法與流程

本發明涉及一種按照權利要求1的前序部分的用于運行電動助力轉向系統的方法。

由現有技術已知用于產生用于伺服馬達的馬達力矩額定預設值的不同方法。

DE 101 15 018 A1公開一種車輛轉向系統，在該車輛轉向系統中狀態閉環控制器借助車輛的狀態變量產生用于控制裝置的受控變量，在該狀態閉環控制器中由駕駛員待施加的轉向力是最小的。以該無轉矩轉向系統為出發點可以使用參考變量。

DE 10 2009 002 703 A1公開一種用于根據預設的額定扭桿扭矩確定用于在電的車輛轉向系統中控制力矩調整器的受控變量的閉環控制結構，其中，測定實際扭桿扭矩，扭矩差由額定扭桿扭矩和實際扭桿扭矩形成并且受控變量借助輸出-反饋-閉環控制器與扭矩差相關地被確定。

本發明的任務在于，提出一種用于確定用于馬達力矩的額定預設值的方法，該方法相對于已知方法允許容易進行基本調整并且同時允許對轉向特性和賦予駕駛員的轉向感覺的全面的和精確的影響。

該任務通過各獨立權利要求的技術方案解決。

所述方法規定，額定預設值由至少兩個馬達力矩分量形成，并且更確切地說是一個形成開環受控部分的馬達力矩預控制分量和一個形成閉環受控部分的馬達力矩閉環控制器分量，其中，閉環控制變量是扭桿扭矩。

這兩個馬達力矩分量在此通過函數相互合并，以便由此確定用于伺服馬達的馬達力矩的額定預設值。

本發明有利的各擴展方案在各從屬權利要求中得出，這些從屬權利要求根據后續附圖說明被詳細解釋。

因此規定，為確定額定預設值，馬達力矩預控制分量至少根據扭桿扭矩(M_DS)被確定，其中，附加地可以考慮車速，并且馬達力矩閉環控制器分量根據在扭桿扭矩和基于齒條力的應用扭桿扭矩之間的閉環控制差被確定。

有利的是，馬達力矩預控制分量在應用助力特性曲線的情況下被確定，該助力特性曲線至少根據扭桿扭矩來確定預控制分量。附加地，助力特性曲線可以根據車速被參數化，其中，中間值被插補。

一個優選設計形式規定，馬達力矩預控制分量由閉環控制器確定。

在此優選使用范圍受限的(飽和)PID閉環控制器。

根據本發明規定，馬達力矩閉環控制器分量被限制到轉向系統特定的最大可實現的極限值(+/-M_RK,lim)。這優選根據車速實現。

此外規定，馬達力矩預控制分量在應用助力特性曲線的情況下被確定，車速作為另外的輸入變量被饋送給該助力特性曲線。

應用扭桿扭矩優選在利用確定出的齒條力的情況下和/或在利用另外的轉向系統特定的或行駛動力學的車輛變量的情況下和/或根據不同的轉向功能分量被確定。

各馬達力矩分量隨后通過函數相互合并，以便由此確定用于馬達力矩的額定預設值。

具有程序代碼塊的計算機程序也是本發明的主題，以便當該程序在計算機的微處理器中、尤其是在助力轉向系統或外力轉向系統的控制單元上運行時，用于實施按照本發明的方法。

用于運行助力轉向系統或外力轉向系統的對應的控制單元也是本發明的主題，該控制單元設置用于實施按本發明的方法或用于執行相應的計算機程序，并且助力轉向系統或外力轉向系統也是本發明的主題，該助力轉向系統或外力轉向系統裝備有相應的控制單元。

圖1示出一個結構圖，借助該結構圖解釋按本發明的方法的優選實施形式。

預控制模塊100根據在轉向柱上探測的扭桿扭矩M_DS確定第一分量，即馬達力矩預控制分量M_VSK。該分量代表馬達力矩的開環受控部分。

此外，預控制模塊100附加地利用車速v_FZG。模塊100包含助力特性曲線，該助力特性曲線根據扭桿扭矩M_DS和車速v_FZG確定馬達力矩預控制分量M_VSK。

此外，扭桿扭矩應用模塊200確定應用扭桿扭矩M_DS,Appl。該分量代表馬達力矩的閉環受控部分。

在圖3的視圖中詳細解釋對應用扭桿扭矩M_DS,Appl的值的確定。

該變量可以說代表接下來的閉環控制的參考變量并且對待賦予駕駛員的額定轉向感覺起決定作用。應用扭桿扭矩M_DS,Appl被用作“參考變量”，其中，借助閉環控制差確定元件102確定相對于扭桿扭矩M_DS的閉環控制差。借助在下游連接的閉環控制器、即扭桿扭轉閉環控制器模塊101來確定第二分量、即馬達力矩閉環受控分量M_RK。該分量代表馬達力矩的閉環受控部分。

閉環控制器優選設計為范圍有限的(飽和)PID閉環控制器。該PID控制器允許簡單和穩定的應用在相應的車輛上。

兩個分量借助合并元件103被合并以形成通過伺服馬達SM待輸出的馬達力矩M_SM的額定預設值yM_SM。在最簡單的情況下，這通過兩個值的相加實現。

額定預設值yM_SM被饋送到輸出級單元，該輸出級單元借助從屬的磁場定向的閉環控制級(FOR)產生相應的用于伺服馬達的相電流I_M。

馬達力矩預控制分量M_VSK至少根據扭桿扭矩M_DS被確定并且馬達力矩閉環控制器分量M_RK根據在扭桿扭矩M_DS和應用扭桿扭矩M_DS,Appl之間的閉環控制差被確定。扭桿扭矩在轉向柱的區域內借助合適的傳感器被測量。

在所示的實施例中，馬達力矩預控制分量M_VSK在利用助力特性曲線的情況下被確定，車速v_FZG作為另外的輸入變量被饋送給該助力特性曲線。

本方法的優點尤其是如下：可以借助預控制分量M_VSK來滿足在系統動態性方面的需求，其中，同時可以借助閉環受控部分M_RK疊加待賦予駕駛員的“額定”轉向感覺。因此，駕駛員的快速轉向運動能夠以具有高動態的轉向過程的形式被傳遞到轉向系統上，同時可以依照額定預設值將在其作用方面受限的、被閉環控制的影響施加到駕駛員轉向力矩上。

通過借助預控制模塊100引發的對馬達力矩yM_SM的預控制，尤其是對于需要高的助力力矩的情況，伺服馬達的“基礎助力”被外加到轉向系統中。該基礎助力被排除在閉環控制之外并且因而在功能上看起來對應于“基礎助力開環控制”。

預控制模塊100根據車速v_FZG和扭桿扭矩M_DS確定馬達力矩預控制分量M_VSK，相當于“基礎助力”。

預控制模塊100的特性在此是如此體現的，即，使得馬達力矩預控制分量M_VSK的值隨著車速的增大而減小并且隨著扭桿扭矩的增大而增大。

借助扭桿扭轉閉環控制器模塊101引發的對扭桿扭矩M_DS的閉環控制尤其是對于如下情況證明是非常有利的：即在“耦合區域”中、即在相對于轉向盤的直線行駛位置較近的區域內產生低的或非常小的助力轉矩。典型地，在此產生具有約為0.5Nm的數量級的相對較小的助力。

在此扭桿扭轉閉環控制器模塊101以扭桿扭矩應用模塊200的額定預設M_DS,Appl為基礎來執行“真正地”閉環控制扭桿扭矩M_DS的功能。

由于變速器的傳動比，這些小的助力轉矩相應地增強地影響轉向感覺。因此，對扭桿扭矩的閉環控制特別有效地影響賦予駕駛員的轉向感覺。

在此具有顯著的優點的是，扭桿扭轉閉環控制器模塊101、即包含用于閉環控制扭桿扭矩的閉環控制律的實際的閉環控制器設計為飽和的PID(比例-積分-微分)閉環控制器。這允許閉環控制器針對所有可設想的行駛狀況以相對小的費用進行適配。控制器的飽和范圍大約處于+/-0.5Nm的范圍內。在該范圍內對駕駛員轉向力矩的閉環控制的、自由影響是可能的。這導致，在直線行駛期間閉環受控部分處于支配地位，而在快速轉向運動時開環受控部分占優勢。

由于該原因，馬達力矩閉環控制器分量M_RK被限制到轉向系統特定的最大可實現的極限值+/-M_RK,lim上。對馬達力矩閉環控制器分量M_RK的限制在此根據車速v_FZG實現。

圖2示例性地示出產生應用扭桿扭矩M_DS,Appl的多種不同方法。這些方法可以單獨地或相互結合地被使用。扭桿扭矩應用模塊200包含齒條力確定模塊201，該齒條力確定模塊測定被計算的或被估計的齒條力(ZSK)。此外，模塊200包含塊242，該塊包含與轉向相關的或車輛特定的變量，例如瞬時轉向角、轉向角速度、當前行駛速率、伺服馬達的轉子轉速及其他行駛動態變量。

在所示的實施例中，確定以不同方式確定的兩個齒條力值：動態分量240(ZSK-D)和與舒適有關的分量241(ZSK-C)。ZSK-D值在此由轉向系統內在的變量確定，這些轉向系統內在的變量根據機械和/或電學方程描述了在轉向裝置內的力矩和力。ZSK-C值在使用描述了運動狀態的轉向系統外在的車輛變量的情況下基于物理運動關系被確定。

根據行駛條件，兩個齒條力變量可以相互合成或以任意比例相互混合成合齒條力。合齒條力隨后被傳遞到基礎轉向助力模塊202的各個功能單元或被傳遞到附加轉向功能模塊203。

基礎轉向助力模塊202的各個功能單元在此可以包含如下組成部分：在耦合區域210內的基礎轉向力矩；主動的后退功能211；中央感覺功能單元212；主動的減震功能213；以及摩擦和滯后補償單元214。

附加轉向功能模塊203的各工作單元可以包含如下組成部分：過度轉向輔助功能220和不足轉向輔助功能221。

此外，通過車輛制造商通過具有OEM功能230的接口提供上級的干預。自主的轉向干預(例如車道保持和后續引導或啟動避讓動作)屬于這些干預。

幾個功能單元202、203附加地需要或僅需要應用塊242的與轉向有關的變量。例如主動減震功能213可以僅僅基于伺服馬達的瞬時轉子速率確定應用扭桿扭矩的減震特定的分量。

因此，結合本發明的在圖1中所述的實施例規定，應用扭桿扭矩(M_DS,Appl)在使用所確定的齒條力(RFM-C、RFM-D)的情況下和/或借助轉向系統特定的和行駛動力學的車輛變量基于不同的轉向功能分量210、211、212、213、214、220、221、230被確定。

借助求和或加權點204合并被確定的全部功能分量以形成總應用扭桿扭矩M_DS,Appl。

在最簡單情況下所有分量借助相加點204被相加，以便確定總應用扭桿扭矩M_DS,Appl。

圖3以包絡線的形式示出對馬達力矩閉環控制器分量M_RK的最大允許分量的限制。

所述限制優選根據車速v_FZG實現。從靜止狀態出發直到速率為大約10至15km/h(點1)，閉環控制的分量為0Nm，從該速率出發直到第二速率(點2)，最大允許分量斜坡形地增加達到最大對稱值+/-M_RK,lim。該值約為0.3至0.5Nm。

附圖標記

100 預控制模塊

101 扭桿扭轉閉環控制器模塊

102 閉環控制差-確定單元

103 合并點

200 扭桿扭矩應用模塊

201 齒條力確定模塊

202 基礎轉向助力模塊

203 附加轉向功能模塊

204 求和點

205 扭桿扭轉閉環控制器模塊

210 在耦合區域中的基礎轉向力矩

211 主動的后退

212 中央感覺

213 主動的減震

214 滯后

220 過度轉向輔助

221 不足轉向輔助

230 外部轉向功能

240 齒條力、動力學分量(ZSK-D)

241 齒條力、舒適分量(ZSK-C)

242 與轉向有關的變量

M_DS 扭桿扭矩

SM 伺服馬達

I_M 伺服馬達電流

yM_SM 馬達力矩的額定預設

M_SM 馬達力矩

M_VSK 馬達力矩預控制分量

M_RK 馬達力矩閉環控制器分量

M_DS,Appl 應用扭桿扭矩

v_FZG 車速