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CN114929556A - 用于冗余地控制机动车的电动转向系统的方法 - Google Patents

用于冗余地控制机动车的电动转向系统的方法 Download PDF

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CN114929556A
CN114929556A CN202180008985.0A CN202180008985A CN114929556A CN 114929556 A CN114929556 A CN 114929556A CN 202180008985 A CN202180008985 A CN 202180008985A CN 114929556 A CN114929556 A CN 114929556A
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沃尔弗拉姆·赖瑟
莱昂纳德·拉皮斯
卡洛·马里奥·米亚诺
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
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ThyssenKrupp AG
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Abstract

本发明涉及一种用于控制机动车的电动转向系统的方法，所述机动车包括具有自锁的前桥转向调节器(20)的前桥转向装置(2)和具有自锁的后桥转向调节器(30)的后桥转向装置(3)，两个前轮(FL，FR)能够借助于所述前桥转向调节器耦联地转向，借助所述后桥转向调节器能够使两个后轮(RL，RR)耦联地转向，其中，设置有以下方法步骤：确定所述转向装置(2，3)中的一个具有故障；断开有故障的转向装置(2，3)并且控制无故障的转向装置(2，3)，其中，无故障的转向装置(2，3)的转向调节器(20，30)被控制，从而使机动车实现由导入到方向盘中的转向运动得出的理论运动或者使机动车实现由自主行驶模式给定的理论运动。

Description

用于冗余地控制机动车的电动转向系统的方法
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的用于控制机动车的电动转向系统的方法和一种构造用于实施该方法的机动车。
背景技术
电动转向系统具有至少一个致动器，该致动器控制至少一个转向车轮的转向角。已知电动转向系统，其中每个转向车轮由单独的执行机构控制。例如，在已知的电动转向系统中，存在在转向车轮和方向盘之间没有机械连接的电动转向系统，以及同样没有机械连接以使转向车轮之间的转向角本身同步的电动转向系统。
对电动转向系统的安全性相关的要求是极其高的。电动转向系统必须具有这样的冗余，使得在转向致动器失灵的情况下，机动车仍保持可转向。
由欧洲专利文献DE 603 15 116 T2的转化已知一种冗余的转向系统，该转向系统分别在可转向的前轮上具有致动器，其中在给定的车轮执行机构失灵时激活的紧急运行模式中，控制器为与失灵无关的前轮确定用于转向补偿的理论值。这种解决方案的缺点在于，需要许多部件来实现紧急转向操作，这与高成本因素相关联。
此外，由现有技术已知公开文献DE 10 2008 000 365 A1，在该文献中描述了一种全轮转向装置，在该全轮转向装置中，在车辆的所有车轮的车轮悬架中，至少一个导杆由调节器代替，其中，在一个车轮调节器失灵时，其它车轮调节器承担转向任务，以便保证车辆的可转向性。在此同样需要许多部件，以便形成冗余。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于控制机动车的电动转向系统的方法，该方法在电动执行机构失灵时能够根据驾驶员的期望尽可能保持机动车的车道控制，以便至少使机动车保持安全。
该目的由具有权利要求1的特征的用于控制机动车的电动转向系统的方法和一种电动转向系统以及构造用于实施这种方法的机动车来实现。本发明的其它有利的设计方案可以由从属权利要求中得到。
据此，提出一种用于控制机动车的电动转向系统的方法，所述机动车包括具有自锁的前桥转向调节器的前桥转向装置和具有自锁的后桥转向调节器的后桥转向装置，两个前轮可借助于所述前桥转向调节器耦联地转向，借助于所述后桥转向调节器可使两个后轮耦联地转向，其中，所述方法包括下述方法步骤：
·确定所述转向装置中的一个(后桥或前桥转向装置)具有故障；
·断开有故障的转向装置并且控制无故障的转向装置，其中，无故障的转向装置的转向调节器被控制，从而使机动车实现由导入到方向盘中的转向运动得出的理论运动，或者使机动车实现由自主行驶模式给定的理论运动。
通过在机动车的前桥以及后桥上提供执行机构，可以分配必要的冗余。这使得能够利用在降低失灵概率和改进驾驶能力之间的协同作用，因为在两个桥上都存在完整的转向致动器。特别是对于必须配备允许较高转向角的后桥转向装置的车辆，与基于在前桥上的完全冗余的执行机构的概念相比，其在总成本方面实现了优势。故障表示如下状态，在该状态下，前桥转向装置或后桥转向装置不像期望的和/或预设的那样起作用。
优选地，由无故障的转向调节器设定的车轮转向角大于前桥转向调节器在两个转向装置无故障的状态下为了实现机动车的相同的理论运动的车轮转向角。因此，可以通过无故障的转向装置来补偿涉及失灵的转向装置的车轮的角度位置。
优选地，机动车不仅具有前桥驱动装置而且具有后桥驱动装置。此外，可以考虑并且可行的是，将机动车构造成多桥的，例如具有三个桥。
在一个有利的实施方式中，机动车具有带有扭矩矢量控制的后轮驱动装置或前轮驱动装置，扭矩矢量控制在一个转向装置具有故障的状态下在实现理论运动时辅助无故障的转向装置。在此有利的是，该方法包括以下步骤：
·确定转向机构的转向角和油门踏板的位置；
·根据车辆模型将该驾驶员期望换算成理论偏转率、理论侧偏角、理论纵向加速度和理论横向加速度；
·计算理论数值与相应估算的或测量的实际数值之间的误差向量，其中，误差向量反映实际状态与理论状态之间的差异。
此外优选地包括以下方法步骤：
·通过控制后桥转向调节器和扭矩矢量最小化误差向量。
此外有利的是，机动车具有带有第一子单元的转向系统的控制单元，转向机构的转向角和油门踏板的位置进入到该第一子单元中，其中，由这些参数确定驾驶员期望，该驾驶员期望借助机动车模型被换算成当前的机动车状态。为此，优选地，以下测量或估算的参数进入用于误差补偿的控制逻辑中：机动车速度、偏转率、横向加速度、估算的前轮转向角或测量的转向角、以及估算的侧偏角。控制逻辑然后优选地确定用于后轮转向装置的要偏转的理论后轮转向角和用于前轮驱动装置或后轮驱动装置的理论差动扭矩。
在后轮驱动装置可用的情况下，如果执行下列步骤是有利的：通过扭矩矢量控制来控制后轮驱动装置，其中，执行所述控制以使得在后轮之间产生引起偏转力矩的差动扭矩。偏转力矩优选补偿通过锁止的前桥转向装置引起的侧向力，从而使侧偏角为零并且前轮不锁止。
优选地，对于前轮驱动装置适用类似的控制。
此外，设置有带有控制单元的电动转向系统和具有这种电动转向系统的机动车，所述控制单元设置用于实施前面所描述的方法。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明的优选实施方式。在此，相同的或功能相同的构件在附图范围内设有相同的附图标记。其中：
图1示出了具有前桥转向装置和后桥转向装置的机动车的示意图，其中前桥转向装置失灵并且驶过左弯，
图2示出了具有失灵的前桥转向装置并且驶过右弯的图1的机动车的示意图，
图3示出了具有失灵的后桥转向装置并且驶过左弯的图1的机动车的示意图，
图4示出了具有失灵的后桥转向装置并且驶过右弯的图1的机动车的示意图，
图5示出了在紧急转向运行中的机动车的电动转向系统的控制装置的框图，
图6示出了在紧急转向运行中的机动车的电动转向系统的控制装置的框图，以及
图7示出了偏转力矩、理论侧偏角和前轮转向装置的误差角的相关性的曲线图。
具体实施方式
在图1至图4中示出了具有前桥转向装置2和后桥转向装置3以及前桥驱动装置4和后桥驱动装置5的电动转向系统1。前桥转向装置2具有电动前桥转向调节器20、优选中央调节器，两个前轮FL、FR可通过该中央调节器以耦联的方式转向。电动前桥转向调节器20优选通过第一齿条转向传动装置作用到前轮FL、FR上。两个前轮FL、FR由单独的致动器40驱动。后桥转向装置3具有电动后桥转向调节器30、优选中央调节器，两个后轮RL、RR可通过该中央调节器耦联地转向。电动后桥转向调节器30优选通过第二转向传动装置作用到后轮RL、RR上。两个后轮RL、RR也由单独的致动器50共同驱动。两个转向调节器20、30构造成自锁的并且具有比传统的转向调节器更大的行程。
在转向调节器20、30中的一个失灵的情况下，相应另一个转向调节器20、30接管转向控制。
图1和图2示出了前桥转向装置2的失灵。失灵的或有故障的前桥转向调节器20被切断，并且因此被固定在最后操控的位置中。驾驶员期望借助导入方向盘中的转向角和油门踏板的位置来确定并且换算成机动车状态(例如侧偏角、偏转率、机动车加速度)。所计算的理论数值被传送到后桥转向调节器30和扭矩矢量系统，以便以期望的速度和偏转率沿驾驶员期望的方向控制机动车辆。
相比于能正常工作的前桥转向装置会做的，后桥转向装置3在此在该实施例中以更高的车轮转向角朝相应的方向偏转，以便满足驾驶员期望。
图1示出了驶过左弯。在图2中示出了驶过右弯。
图3和图4示出了机动车，其中，其后桥转向装置30失灵。前桥转向装置20承担紧急转向运行。在这种情况下，后轮RR、RL固定在转向调节器2的最后操控的位置中。前桥转向装置20可以补偿后轮RR、RL的错误位置，其方式是，给前轮FL、FR施加比在后轮RR、RL可自由运动的情况下更高的车轮转向角，其中，满足驾驶员转向期望。
图5示出了用于借助后桥转向装置3进行紧急转向运行的机动车的电动转向系统的控制装置的框图。转向系统6的控制单元具有第一子单元7，转向机构的转向角δSW和油门踏板Sped的位置进入到第一子单元中。由这些参数确定驾驶员期望。驾驶员期望然后被换算为机动车状态。为此，以下测量或估算的参数进入用于误差补偿8的控制逻辑：机动车速度Vveh、偏转率Ψ、横向加速度ay、估算的前轮转向角δFA、est或者测量的转向角δFA,meas和估算的侧偏角βveh,est。控制逻辑8确定用于后轮转向装置3的要转向的理论后轮转向角δRA、req以及用于后轮驱动装置5的理论扭矩TRA，req。此外，为前轮驱动装置4确定理论扭矩TFA,req。由这些理论扭矩形成用于后轮驱动装置5的差动扭矩ΔT。通过理论差动扭矩ΔT产生偏转力矩，所述偏转力矩补偿通过锁止的前桥转向装置2引起的侧向力，从而侧偏角βveh为零并且前轮FL、FR不锁止。
图6示出后轮转向装置3失灵的状态。与针对借助于后桥转向装置3的紧急转向运行的说明相应地，参数进入到误差补偿8的控制逻辑中，其中，估算的后轮转向角δFR，est或者测量的转向角δRA，meas进入到误差补偿8中。控制逻辑8确定用于前轮转向装置2的要转向的理论前轮转向角δFA、req和用于前轮驱动装置4的理论扭矩TFA、req。此外，确定后轮驱动装置5的理论扭矩TRA,req。由理论扭矩形成用于前轮驱动装置4的差动扭矩ΔT。
因此，优选具体地实施以下方法步骤：
确定转向机构的转向角和油门踏板的位置，并且将该驾驶员期望借助车辆模型换算成理论偏转率，理论侧偏角、理论纵向加速度和理论横向加速度。其中在下一步骤中借助于估算的或测量的实际偏转率、实际横向加速度、实际纵向加速度和实际侧偏角计算误差向量，该误差向量反映实际状态与理论状态之间的差异。然后，通过扭矩矢量和后桥转向装置的作用来最小化该误差向量。
因此，可供使用的驱动装置的扭矩矢量系统能够补偿前桥转向装置2的失灵。
图7示出了一个图表，在该图表中示出了关于理论侧偏角βveh、req绘制的所需的偏转力矩T。在此，这三个曲线为车辆处于直行位置的状态给出了前轮转向装置的不同的误差角。误差角对应于相应的车轮转向角与其无故障状态下的数值的偏差。从左到右看，误差角为-2°，-1°和0°。在此，该系统被设计用于使误差角最小化。

Claims (9)

1.一种用于控制机动车的电动转向系统的方法，所述机动车包括具有自锁的前桥转向调节器(20)的前桥转向装置(2)和具有自锁的后桥转向调节器(30)的后桥转向装置(3)，两个前轮(FL，FR)能够借助于所述前桥转向调节器耦联地转向，借助所述后桥转向调节器能够使两个后轮(RL，RR)耦联地转向，其特征在于，设置有以下方法步骤：
·确定所述转向装置(2，3)中的一个具有故障；
·断开有故障的转向装置(2，3)并且提供无故障的转向装置(2，3)，其中，无故障的转向装置(2，3)的转向调节器(20，30)被控制，从而使机动车实现由导入到方向盘中的转向运动得出的理论运动或者使机动车实现由自主行驶模式给定的理论运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由无故障的转向调节器(20，30)设定的车轮转向角大于前桥转向调节器(20)在两个转向装置(2，3)无故障的状态下为了实现机动车的相同的理论运动的车轮转向角。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述机动车不仅具有前桥驱动装置(4)而且具有后桥驱动装置(5)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述机动车具有带有扭矩矢量控制的后轮驱动装置，所述扭矩矢量控制在一个转向装置(2，3)具有故障的状态下在实现理论运动时辅助无故障的转向装置(2，3)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
·确定转向机构的转向角(δSW)和油门踏板的位置(Sped)；
·根据车辆模型将该驾驶员期望换算成理论偏转率、理论侧偏角、理论纵向加速度和理论横向加速度；
·计算理论数值与相应估算的或测量的实际数值之间的误差向量，其中，误差向量反映实际状态与理论状态之间的差异。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括以下方法步骤：
·通过控制后桥转向调节器和扭矩矢量使误差向量最小化。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括以下方法步骤：
·借助于所述扭矩矢量控制操控后轮驱动装置，其中，如此实施所述操控，使得在后轮(RL，RR)之间产生差动扭矩(ΔT)，所述差动扭矩产生机动车的偏转力矩(T)。
8.具有控制单元的电动转向系统(1)，所述控制单元设置用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
9.具有根据权利要求8所述的电动转向系统(1)的机动车。
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