專利名稱：確定用于操控車輛轉向系統中轉矩調節器的調節值的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種確定用于操控電氣的車輛轉向系統中轉矩調節器的調節值的方法，其中根據預定的額定扭桿轉矩來確定調節值。本發明還涉及一種用于控制/調節車輛中轉向系統的控制器，其中轉向系統具有轉矩調節器，并且控制器具有用于借助于調節信號來操控轉矩調節器的裝置和用于根據預定的額定扭桿轉矩確定調節信號的裝置。本發明還涉及一種計算機程序，其能在用于控制/調節轉向系統的控制器上運行，尤其是能在控制器的微處理器上運行。
背景技術：
對于電氣助力轉向，由駕駛者在轉向裝置(例如方向盤)上施加操作力，以便改變或保持當前轉向角度。借助于電動機產生輔助力或輔助轉矩，該輔助力或輔助轉矩導致駕駛者所施加的操作力放大。以其他措施使這樣確定的輔助轉矩穩定，例如以便防止出現不期望的轉矩位移。操作力或操作轉矩的放大尤其可以根據操作轉矩來進行，從而例如在操作轉矩特別高的情況下實現的放大比在操作轉矩低的情況下的小，反之亦然。DE 101 15 018 Al公開了一種電氣助力轉向系統的操作方法，其中借助于狀態調節器根據轉向系統的當前系統狀態確定用于操控電動機的調節信號，以便實現無轉矩的轉向。在這種情況下，在狀態調節器前面連接狀態觀察器，狀態觀察器觀察轉向系統的狀態量并且由此為狀態調節器確定適當的輸入量。考慮將主動小齒輪側的角速度、方向盤與主動小齒輪側之間的角度差、方向盤與主動小齒輪側之間的角速度差以及電動機當前所產生的扭矩作為狀態量。因此，這樣確定的調節量使得能夠實現無轉矩的轉向，但是沒有考慮干擾量。為了還使得能夠考慮干擾量，在已知的轉向系統中設置用于確定干擾狀態的干擾量觀察器，其中由駕駛者施加的扭矩或者作用于轉向系統上的摩擦扭矩被視為干擾狀態。然后通過結合干擾量以及通過結合能預給定的額定扭桿轉矩而根據使得能夠實現無轉矩轉向的調節信號確定最終的調節信號。為了避免對轉向系統的狀態量的高成本測量，例如為了盡管如此仍然能夠考慮不能測量的狀態，使用轉向系統的模型來估計不能測量的狀態量。轉向系統的所估計的狀態量因此對應于轉向系統的模型的行為特性。借助于已知系統所設置的實際扭桿轉矩的精度因此決定性地取決于對系統狀態量和干擾量的測量或估計。干擾量或根據干擾量觀察器而確定的被結合用于確定調節量的轉矩在這種情況下補償實際轉向系統相對于所假設的模型行為特性的偏差。對調節量的確定的精度因此取決于對實際轉向系統相對于模型行為特性的偏差的補償的質量。此外，該精度還取決于所選擇的模型的質量。
發明內容
本發明的任務是提供一種用于確定調節量的可能，其使得能夠設置盡可能準確的額定扭桿轉矩。該任務通過開頭所提類型的一種方法通過以下方式來實現采集實際扭桿轉矩， 由額定的扭桿轉矩和實際的扭桿轉矩求出差轉矩，并且借助于輸出反饋調節器根據差轉矩確定調節量。輸出反饋調節器使得能夠在不了解轉向系統的整個狀態的情況下對轉向系統進行調節。其實少量的測量量就已經足夠了。在這種情況下首先特別有利的是只測量要調節的實際扭桿轉矩。根據本發明的方法使得只根據所測得的實際扭桿轉矩就已經能夠通過以下方式實現要設置的扭桿轉矩的特別高的精度，即基于額定扭桿轉矩與實際扭桿轉矩的比較實現對扭桿轉矩的實際調節，而在已知方法中由于考慮干擾量，通過結合以及通過結合額定轉矩只能實現對扭桿轉矩的控制。與DE 101 15 018 Al中所公開的現有技術不同，根據本發明的方法還具有以下優點不需要對系統狀態量或干擾量的明確估計或測量。此外， 根據本發明的方法能夠在沒有狀態量趕岔氣和干擾量觀察器的情況下執行。在根據本發明的方法中，已經通過以下方式提高了精度，即在根據本發明的方法中，調準到額定扭桿轉矩并且不需要迂回到無轉矩的轉向。根據本發明的方法還具有以下優點可以根據對封閉的調節回路的行為特性的要求來進行對輸出反饋調節器的設計。因此可以對額定扭桿轉矩和實際扭桿轉矩之間的偏差的動態和靜態行為特性提出直接要求并實現。在使用輸出反饋調節器時不需要考慮轉向系統的模型、對狀態量和干擾量的采集或估計。因此，根據本發明的方法不僅使得能夠提高所調準的實際扭桿轉矩的精度，而且還減小了在實現用于確定用于操控電動機的調節量的系統時的開銷。有利地，實際扭桿轉矩被濾波，并且使用濾波后的實際扭桿轉矩代替實際扭桿轉矩用于生成差轉矩。這使得能夠實現干擾行為特性獨特的可塑性。例如，可以忽略實際扭桿轉矩的短時間出現的變化，從而這些干擾暫時不導致調節量的變化。還有利的是額定扭桿轉矩被濾波，并且使用濾波后的額定扭桿轉矩代替額定扭桿轉矩用于生成差轉矩。與實際扭桿轉矩的濾波類似，通過對額定扭桿轉矩的濾波可以實現導向行為特性獨特的可塑性，而不需要對輸出反饋調節器的各個參數進行干涉。根據另一有利實施方式，實際扭桿轉矩和額定扭桿轉矩被饋送給輸出反饋調節器，并且在輸出反饋調節器中生成差轉矩。這使得能夠特別緊湊地實現輸出反饋調節器，因為不必外部地執行其他操作來提供必需的輸入信號。還可以通過以下方式實現，即額定扭桿轉矩和實際扭桿轉矩可以相互無關地在輸出反饋調節器中被考慮，由此進一步提高要生成的調節量的精度。根據本發明的方法的一有利實施方式，還根據調節量的當前值確定調節量。在這種情況下，調節量的當前值從外部饋送給調節器，或者可以內部地又作為輸入量被反饋。這使得能夠考慮調節量的外部限制。此外，這還使得能夠考慮轉矩調節器的可能的外來控制， 例如以便遠離手動轉矩傳感器的測量范圍地實現所期望的手動轉矩。該任務還通過開頭所提類型的控制器以如下方式來實現，即控制器具有用于由額定扭桿轉矩和實際扭桿轉矩求差轉矩的裝置，并且在控制器中構造有輸出反饋調節器，借助于輸出反饋調節器能根據差轉矩確定調節量。根據本發明的控制器尤其還具有用于執行根據本發明的方法的裝置。
以計算機程序的形式實現根據本發明的方法是特別有意義的，該計算機程序能在用于控制/調節車輛中轉向系統的控制器上、尤其是在控制器的微處理器上運行，并且被編程用于執行根據本發明的方法。在該情形下，本發明還通過計算機程序來實現，從而該計算機程序以與該計算機程序被編程以執行的方法類似的方式表現本發明。計算機程序有利地可以存儲在存儲單元上。可以使用光學的、電氣的或者磁的存儲介質作為存儲單元，例如數字多功能光盤(DVD)、硬盤、隨機存取存儲器、只讀存儲器或閃存。
由以下參考附圖進行說明的對本發明實施例的介紹可以了解本發明的其他特征、 應用可能和優點。在附圖中圖1示出了具有控制器的車輛中電氣轉向系統的示意圖；圖2示出了根據本發明的輸出反饋調節器的示意圖；圖3示出了已知的用于確定輔助轉矩的方法的示意圖。
具體實施例方式在圖1中示出了分配給轉向系統2的控制器1。在控制器1中設置有經由數據線 4 (例如總線系統)與存儲單元5連接的微處理器3。控制器1經由信號線6與例如被構造為電動機的轉矩調節器7連接，從而通過控制器1能夠實現對轉矩調節器7的控制。轉矩調節器7經由傳動機構8作用于扭桿9，轉向裝置(例如方向盤10)設置在扭桿9上。轉向系統2還具有例如構造為齒桿轉向傳動機構的轉向傳動機構11。替換地，轉向傳動機構11也可以構造為循環球傳動機構。在以下描述中，主要介紹齒桿轉向裝置，其中轉向傳動機構具有主動小齒輪1 和齒桿12b，從而扭桿9經由主動小齒輪12a、而齒桿 12b經由轉向拉桿系統13與輪14協同工作。轉向系統2還具有用于采集扭桿轉矩Md的轉矩傳感器14和(未示出的)用于將當前扭桿轉矩Md傳送到控制器1的裝置。圖1中所示的轉向系統2只代表適于執行根據本發明的方法的轉向裝置的多種可能實施形式中的一種。其他實施形式例如可以通過其他轉向傳動機構或者通過轉矩調節器 7的其他布置或者通過其他轉矩調節器(例如其他電動機)來實現。此外，傳感器14可以設置在其他位置。在控制器1中構造有輸出反饋調節器20，輸出反饋調節器20例如以計算機程序的形式實現并且被存儲在存儲單元3中。在執行根據本發明的方法時，在微處理器3上運行實現輸出反饋調節器20的計算機程序。輸出反饋調節器20至少獲得實際扭桿轉矩Md以及額定扭桿轉矩Md, ref作為輸入。輸出反饋調節器20根據輸入量確定調節量Mm，該調節量經由數據線6傳送到電動機7并且使得能夠操控電動機7以便調節額定扭桿轉矩MD,ref。在圖2中示意性地示出了輸出反饋調節器20的一種可能的實施方式。輸出反饋調節器20滿足以下形式的計算規定xrj k+1 = Axr,k+Bukyk = Cxrjk+Duk,其中yk是描述當前要求的調節量(即用于操控轉矩調節器7的調節量)的向量。
Uk是描述輸出反饋調節器20的當前內部狀態的向量。顯然，輸出反饋調節器20 的內部狀態不是轉向系統2的狀態或者在現有技術系統中用于確定干擾量的的轉向系統替代模型。A、B、C和D是借助于已知的設計方法為輸出反饋調節器確定的調節器矩陣。在確定調節器矩陣A、B、C和D時考慮只有某些量(例如只有實際扭桿轉矩Md)供使用。向量Uk尤其還可以包括當前實現的調節量。這例如使得能夠考慮調節量限制。在這種情況下，當前實現的調節量尤其還通過對該量的估計來確定，其中估計要考慮到限制和特殊功能。通過將當前實現的調節量與向量Uk—起作為輸入信號提供給輸出反饋調節器20，還可以考慮受系統約束的調節量限制。同樣，由于外部要求可以考慮調節器控制的減少。此外，當前實現的調節量的反饋還使得能夠實現對調節器的外來控制，以遠離為手動轉矩的采集而規定的傳感器測量范圍地實現所期望的手動轉矩。在圖3中示出了 DE 101 15 018 Al中所公開的用于確定輔助轉矩Mm的系統的框圖。該已知方法首先借助于狀態調節器30確定對于生成無轉矩的轉向必需的轉矩。借助于功能單元31以適當的方式放大額定扭桿轉矩Md,&，并且借助于功能單元32以適當的方式放大干擾量。由功能單元31和32確定的值然后結合到無轉矩的轉向所必需的轉矩。該已知方法還具有干擾觀察器33和狀態觀察器34。該已知方法因此實現以下形式的方程式其中Uk表示當前測量信號。矩陣A11和B1描述狀態觀察器34的行為特性。矩陣 A22和4描述干擾量觀察器33的行為特性。該方程式已經表示在現有技術的方法中不實現額定扭桿轉矩和實際扭桿轉矩之間的比較并且因此不進行對扭桿轉矩的調節。因此，相對于已知方法，根據本發明的方法使得能夠以更簡單實現的方式確定調節量以設置手動轉矩，其中尤其可能調節實現該手動轉矩的扭桿轉矩，從而可以特別準確地設置所需要的調節量。此外，根據本發明的方法不需要明確地規定所測量或估計的干擾量。尤其地，根據本發明的方法不依賴于轉向系統的模型，而轉向系統的模型在現有技術系統中例如必須用于估計各個量。
權利要求
1.一種根據預給定的額定扭桿轉矩(MD,ref)確定用于操控電氣的車輛轉向系統O)中轉矩調節器(7)的調節量的方法，其特征在于，采集實際扭桿轉矩(MD)，由額定扭桿轉矩 (MD,ref)和實際扭桿轉矩(Md)求差轉矩，并且借助于輸出反饋調節器00)根據所述差轉矩確定所述調節量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，實際扭桿轉矩(Md)被濾波，并且濾波后的實際扭桿轉矩(Md)代替實際扭桿轉矩(Md)用于求差轉矩。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，額定扭桿轉矩(MD,ref)被濾波，并且濾波后的額定扭桿轉矩(Md, μ)代替額定扭桿轉矩(MD,ref)用于求差轉矩。
4.根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，實際扭桿轉矩(Md)和額定扭桿轉矩(Md,μ)被饋送給輸出反饋調節器，并且在輸出反饋調節器中生成差轉矩。
5.根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，對所述調節量的確定還取決于當前的調節量而進行。
6.一種用于控制/調節車輛中轉向系統O)的控制器(1)，所述轉向系統(2)具有轉矩調節器(7)，并且所述控制器(1)具有用于借助于調節信號操控轉矩調節器(7)的裝置和用于根據預給定的額定扭桿轉矩(MD,ref)確定所述調節信號的裝置，其特征在于，所述控制器具有用于由額定扭桿轉矩(Md, μ)和實際扭桿轉矩(Md)求差轉矩的裝置，并且在所述控制器(1)中構造有輸出反饋調節器(20)，其中借助于輸出反饋調節器00)能根據所述差轉矩確定調節量。
7.根據權利要求6所述的控制器(1)，其特征在于，在所述控制器(1)中構造有用于對實際扭桿轉矩(Md)進行濾波的濾波單元，并且所述控制器(1)具有用于使用濾波后的實際扭桿轉矩(Md)代替實際扭桿轉矩(Md)來求差轉矩的裝置。
8.根據權利要求6或7所述的控制器(1)，其特征在于，在所述控制器(1)中構造有用于對額定扭桿轉矩(MD,ref)進行濾波的濾波單元，并且所述控制器(1)具有用于使用濾波后的額定扭桿轉矩(Md,μ)代替額定扭桿轉矩(MD,ref)來求差轉矩的裝置。
9.根據權利要求6至8之一所述的控制器(1)，其特征在于，輸出反饋調節器OO)具有用于求差轉矩的裝置。
10.根據權利要求6至9之一所述的控制器(1)，其特征在于，能附加地根據當前的調節量來確定調節量。
11.一種計算機程序，所述計算機程序能在用于控制/調節轉向系統⑵的控制器⑴ 上運行，尤其能在所述控制器(1)的微處理器(3)上運行，其特征在于，所述計算機程序被編程為用于執行根據權利要求1至5之一所述的方法。
12.根據權利要求11所述的計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被存儲在存儲單元(5)上。
全文摘要
為了以高精度提供用于操控電氣車輛轉向系統(2)中轉矩調節器(20)的調節量以及相對于已知方法和裝置更小的花費來實現，建議采集實際扭桿轉矩(MD)，由預給定的額定扭桿轉矩(MD，ref)和實際扭桿轉矩(MD)求差轉矩，并且借助于輸出反饋調節器根據差轉矩確定調節量。
文檔編號B62D5/04GK102414073SQ201080018721
公開日2012年4月11日 申請日期2010年2月25日 優先權日2009年4月29日
發明者S·格魯內爾 申請人:Zf操作系統有限公司