本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分的用于運(yùn)行電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法。

由現(xiàn)有技術(shù)已知用于產(chǎn)生用于伺服馬達(dá)的馬達(dá)力矩額定預(yù)設(shè)值的不同方法。

DE 101 15 018 A1公開一種車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在該車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中狀態(tài)閉環(huán)控制器借助車輛的狀態(tài)變量產(chǎn)生用于控制裝置的受控變量，在該狀態(tài)閉環(huán)控制器中由駕駛員待施加的轉(zhuǎn)向力是最小的。以該無轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)可以使用參考變量。

DE 10 2009 002 703 A1公開一種用于根據(jù)預(yù)設(shè)的額定扭桿扭矩確定用于在電的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中控制力矩調(diào)整器的受控變量的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其中，測(cè)定實(shí)際扭桿扭矩，扭矩差由額定扭桿扭矩和實(shí)際扭桿扭矩形成并且受控變量借助輸出-反饋-閉環(huán)控制器與扭矩差相關(guān)地被確定。

本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種用于確定用于馬達(dá)力矩的額定預(yù)設(shè)值的方法，該方法相對(duì)于已知方法允許容易進(jìn)行基本調(diào)整并且同時(shí)允許對(duì)轉(zhuǎn)向特性和賦予駕駛員的轉(zhuǎn)向感覺的全面的和精確的影響。

該任務(wù)通過各獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)方案解決。

所述方法規(guī)定，額定預(yù)設(shè)值由至少兩個(gè)馬達(dá)力矩分量形成，并且更確切地說是一個(gè)形成開環(huán)受控部分的馬達(dá)力矩預(yù)控制分量和一個(gè)形成閉環(huán)受控部分的馬達(dá)力矩閉環(huán)控制器分量，其中，閉環(huán)控制變量是扭桿扭矩。

這兩個(gè)馬達(dá)力矩分量在此通過函數(shù)相互合并，以便由此確定用于伺服馬達(dá)的馬達(dá)力矩的額定預(yù)設(shè)值。

本發(fā)明有利的各擴(kuò)展方案在各從屬權(quán)利要求中得出，這些從屬權(quán)利要求根據(jù)后續(xù)附圖說明被詳細(xì)解釋。

因此規(guī)定，為確定額定預(yù)設(shè)值，馬達(dá)力矩預(yù)控制分量至少根據(jù)扭桿扭矩(M_DS)被確定，其中，附加地可以考慮車速，并且馬達(dá)力矩閉環(huán)控制器分量根據(jù)在扭桿扭矩和基于齒條力的應(yīng)用扭桿扭矩之間的閉環(huán)控制差被確定。

有利的是，馬達(dá)力矩預(yù)控制分量在應(yīng)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(jù)扭桿扭矩來確定預(yù)控制分量。附加地，助力特性曲線可以根據(jù)車速被參數(shù)化，其中，中間值被插補(bǔ)。

一個(gè)優(yōu)選設(shè)計(jì)形式規(guī)定，馬達(dá)力矩預(yù)控制分量由閉環(huán)控制器確定。

在此優(yōu)選使用范圍受限的(飽和)PID閉環(huán)控制器。

根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，馬達(dá)力矩閉環(huán)控制器分量被限制到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特定的最大可實(shí)現(xiàn)的極限值(+/-M_RK,lim)。這優(yōu)選根據(jù)車速實(shí)現(xiàn)。

此外規(guī)定，馬達(dá)力矩預(yù)控制分量在應(yīng)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(yīng)用扭桿扭矩優(yōu)選在利用確定出的齒條力的情況下和/或在利用另外的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特定的或行駛動(dòng)力學(xué)的車輛變量的情況下和/或根據(jù)不同的轉(zhuǎn)向功能分量被確定。

各馬達(dá)力矩分量隨后通過函數(shù)相互合并，以便由此確定用于馬達(dá)力矩的額定預(yù)設(shè)值。

具有程序代碼塊的計(jì)算機(jī)程序也是本發(fā)明的主題，以便當(dāng)該程序在計(jì)算機(jī)的微處理器中、尤其是在助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或外力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制單元上運(yùn)行時(shí)，用于實(shí)施按照本發(fā)明的方法。

用于運(yùn)行助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或外力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)的控制單元也是本發(fā)明的主題，該控制單元設(shè)置用于實(shí)施按本發(fā)明的方法或用于執(zhí)行相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序，并且助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或外力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也是本發(fā)明的主題，該助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或外力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝備有相應(yīng)的控制單元。

圖1示出一個(gè)結(jié)構(gòu)圖，借助該結(jié)構(gòu)圖解釋按本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施形式。

預(yù)控制模塊100根據(jù)在轉(zhuǎn)向柱上探測(cè)的扭桿扭矩M_DS確定第一分量，即馬達(dá)力矩預(yù)控制分量M_VSK。該分量代表馬達(dá)力矩的開環(huán)受控部分。

此外，預(yù)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(jù)扭桿扭矩M_DS和車速v_FZG確定馬達(dá)力矩預(yù)控制分量M_VSK。

此外，扭桿扭矩應(yīng)用模塊200確定應(yīng)用扭桿扭矩M_DS,Appl。該分量代表馬達(dá)力矩的閉環(huán)受控部分。

在圖3的視圖中詳細(xì)解釋對(duì)應(yīng)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(huán)控制的參考變量并且對(duì)待賦予駕駛員的額定轉(zhuǎn)向感覺起決定作用。應(yīng)用扭桿扭矩M_DS,Appl被用作“參考變量”，其中，借助閉環(huán)控制差確定元件102確定相對(duì)于扭桿扭矩M_DS的閉環(huán)控制差。借助在下游連接的閉環(huán)控制器、即扭桿扭轉(zhuǎn)閉環(huán)控制器模塊101來確定第二分量、即馬達(dá)力矩閉環(huán)受控分量M_RK。該分量代表馬達(dá)力矩的閉環(huán)受控部分。

閉環(huán)控制器優(yōu)選設(shè)計(jì)為范圍有限的(飽和)PID閉環(huán)控制器。該P(yáng)ID控制器允許簡(jiǎn)單和穩(wěn)定的應(yīng)用在相應(yīng)的車輛上。

兩個(gè)分量借助合并元件103被合并以形成通過伺服馬達(dá)SM待輸出的馬達(dá)力矩M_SM的額定預(yù)設(shè)值yM_SM。在最簡(jiǎn)單的情況下，這通過兩個(gè)值的相加實(shí)現(xiàn)。

額定預(yù)設(shè)值yM_SM被饋送到輸出級(jí)單元，該輸出級(jí)單元借助從屬的磁場(chǎng)定向的閉環(huán)控制級(jí)(FOR)產(chǎn)生相應(yīng)的用于伺服馬達(dá)的相電流I_M。

馬達(dá)力矩預(yù)控制分量M_VSK至少根據(jù)扭桿扭矩M_DS被確定并且馬達(dá)力矩閉環(huán)控制器分量M_RK根據(jù)在扭桿扭矩M_DS和應(yīng)用扭桿扭矩M_DS,Appl之間的閉環(huán)控制差被確定。扭桿扭矩在轉(zhuǎn)向柱的區(qū)域內(nèi)借助合適的傳感器被測(cè)量。

在所示的實(shí)施例中，馬達(dá)力矩預(yù)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(yōu)點(diǎn)尤其是如下：可以借助預(yù)控制分量M_VSK來滿足在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性方面的需求，其中，同時(shí)可以借助閉環(huán)受控部分M_RK疊加待賦予駕駛員的“額定”轉(zhuǎn)向感覺。因此，駕駛員的快速轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)能夠以具有高動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)向過程的形式被傳遞到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，同時(shí)可以依照額定預(yù)設(shè)值將在其作用方面受限的、被閉環(huán)控制的影響施加到駕駛員轉(zhuǎn)向力矩上。

通過借助預(yù)控制模塊100引發(fā)的對(duì)馬達(dá)力矩yM_SM的預(yù)控制，尤其是對(duì)于需要高的助力力矩的情況，伺服馬達(dá)的“基礎(chǔ)助力”被外加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中。該基礎(chǔ)助力被排除在閉環(huán)控制之外并且因而在功能上看起來對(duì)應(yīng)于“基礎(chǔ)助力開環(huán)控制”。

預(yù)控制模塊100根據(jù)車速v_FZG和扭桿扭矩M_DS確定馬達(dá)力矩預(yù)控制分量M_VSK，相當(dāng)于“基礎(chǔ)助力”。

預(yù)控制模塊100的特性在此是如此體現(xiàn)的，即，使得馬達(dá)力矩預(yù)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(zhuǎn)閉環(huán)控制器模塊101引發(fā)的對(duì)扭桿扭矩M_DS的閉環(huán)控制尤其是對(duì)于如下情況證明是非常有利的：即在“耦合區(qū)域”中、即在相對(duì)于轉(zhuǎn)向盤的直線行駛位置較近的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生低的或非常小的助力轉(zhuǎn)矩。典型地，在此產(chǎn)生具有約為0.5Nm的數(shù)量級(jí)的相對(duì)較小的助力。

在此扭桿扭轉(zhuǎn)閉環(huán)控制器模塊101以扭桿扭矩應(yīng)用模塊200的額定預(yù)設(shè)M_DS,Appl為基礎(chǔ)來執(zhí)行“真正地”閉環(huán)控制扭桿扭矩M_DS的功能。

由于變速器的傳動(dòng)比，這些小的助力轉(zhuǎn)矩相應(yīng)地增強(qiáng)地影響轉(zhuǎn)向感覺。因此，對(duì)扭桿扭矩的閉環(huán)控制特別有效地影響賦予駕駛員的轉(zhuǎn)向感覺。

在此具有顯著的優(yōu)點(diǎn)的是，扭桿扭轉(zhuǎn)閉環(huán)控制器模塊101、即包含用于閉環(huán)控制扭桿扭矩的閉環(huán)控制律的實(shí)際的閉環(huán)控制器設(shè)計(jì)為飽和的PID(比例-積分-微分)閉環(huán)控制器。這允許閉環(huán)控制器針對(duì)所有可設(shè)想的行駛狀況以相對(duì)小的費(fèi)用進(jìn)行適配。控制器的飽和范圍大約處于+/-0.5Nm的范圍內(nèi)。在該范圍內(nèi)對(duì)駕駛員轉(zhuǎn)向力矩的閉環(huán)控制的、自由影響是可能的。這導(dǎo)致，在直線行駛期間閉環(huán)受控部分處于支配地位，而在快速轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)開環(huán)受控部分占優(yōu)勢(shì)。

由于該原因，馬達(dá)力矩閉環(huán)控制器分量M_RK被限制到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特定的最大可實(shí)現(xiàn)的極限值+/-M_RK,lim上。對(duì)馬達(dá)力矩閉環(huán)控制器分量M_RK的限制在此根據(jù)車速v_FZG實(shí)現(xiàn)。

圖2示例性地示出產(chǎn)生應(yīng)用扭桿扭矩M_DS,Appl的多種不同方法。這些方法可以單獨(dú)地或相互結(jié)合地被使用。扭桿扭矩應(yīng)用模塊200包含齒條力確定模塊201，該齒條力確定模塊測(cè)定被計(jì)算的或被估計(jì)的齒條力(ZSK)。此外，模塊200包含塊242，該塊包含與轉(zhuǎn)向相關(guān)的或車輛特定的變量，例如瞬時(shí)轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向角速度、當(dāng)前行駛速率、伺服馬達(dá)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及其他行駛動(dòng)態(tài)變量。

在所示的實(shí)施例中，確定以不同方式確定的兩個(gè)齒條力值：動(dòng)態(tài)分量240(ZSK-D)和與舒適有關(guān)的分量241(ZSK-C)。ZSK-D值在此由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)在的變量確定，這些轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)在的變量根據(jù)機(jī)械和/或電學(xué)方程描述了在轉(zhuǎn)向裝置內(nèi)的力矩和力。ZSK-C值在使用描述了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)外在的車輛變量的情況下基于物理運(yùn)動(dòng)關(guān)系被確定。

根據(jù)行駛條件，兩個(gè)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(chǔ)轉(zhuǎn)向助力模塊202的各個(gè)功能單元或被傳遞到附加轉(zhuǎn)向功能模塊203。

基礎(chǔ)轉(zhuǎn)向助力模塊202的各個(gè)功能單元在此可以包含如下組成部分：在耦合區(qū)域210內(nèi)的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)向力矩；主動(dòng)的后退功能211；中央感覺功能單元212；主動(dòng)的減震功能213；以及摩擦和滯后補(bǔ)償單元214。

附加轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向輔助功能220和不足轉(zhuǎn)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(jí)的干預(yù)。自主的轉(zhuǎn)向干預(yù)(例如車道保持和后續(xù)引導(dǎo)或啟動(dòng)避讓動(dòng)作)屬于這些干預(yù)。

幾個(gè)功能單元202、203附加地需要或僅需要應(yīng)用塊242的與轉(zhuǎn)向有關(guān)的變量。例如主動(dòng)減震功能213可以僅僅基于伺服馬達(dá)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)子速率確定應(yīng)用扭桿扭矩的減震特定的分量。

因此，結(jié)合本發(fā)明的在圖1中所述的實(shí)施例規(guī)定，應(yīng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)特定的和行駛動(dòng)力學(xué)的車輛變量基于不同的轉(zhuǎn)向功能分量210、211、212、213、214、220、221、230被確定。

借助求和或加權(quán)點(diǎn)204合并被確定的全部功能分量以形成總應(yīng)用扭桿扭矩M_DS,Appl。

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

圖3以包絡(luò)線的形式示出對(duì)馬達(dá)力矩閉環(huán)控制器分量M_RK的最大允許分量的限制。

所述限制優(yōu)選根據(jù)車速v_FZG實(shí)現(xiàn)。從靜止?fàn)顟B(tài)出發(fā)直到速率為大約10至15km/h(點(diǎn)1)，閉環(huán)控制的分量為0Nm，從該速率出發(fā)直到第二速率(點(diǎn)2)，最大允許分量斜坡形地增加達(dá)到最大對(duì)稱值+/-M_RK,lim。該值約為0.3至0.5Nm。

附圖標(biāo)記

100 預(yù)控制模塊

101 扭桿扭轉(zhuǎn)閉環(huán)控制器模塊

102 閉環(huán)控制差-確定單元

103 合并點(diǎn)

200 扭桿扭矩應(yīng)用模塊

201 齒條力確定模塊

202 基礎(chǔ)轉(zhuǎn)向助力模塊

203 附加轉(zhuǎn)向功能模塊

204 求和點(diǎn)

205 扭桿扭轉(zhuǎn)閉環(huán)控制器模塊

210 在耦合區(qū)域中的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)向力矩

211 主動(dòng)的后退

212 中央感覺

213 主動(dòng)的減震

214 滯后

220 過度轉(zhuǎn)向輔助

221 不足轉(zhuǎn)向輔助

230 外部轉(zhuǎn)向功能

240 齒條力、動(dòng)力學(xué)分量(ZSK-D)

241 齒條力、舒適分量(ZSK-C)

242 與轉(zhuǎn)向有關(guān)的變量

M_DS 扭桿扭矩

SM 伺服馬達(dá)

I_M 伺服馬達(dá)電流

yM_SM 馬達(dá)力矩的額定預(yù)設(shè)

M_SM 馬達(dá)力矩

M_VSK 馬達(dá)力矩預(yù)控制分量

M_RK 馬達(dá)力矩閉環(huán)控制器分量

M_DS,Appl 應(yīng)用扭桿扭矩

v_FZG 車速