CN112384430B - 具有两个冗余动力单元的转向***的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机动车辆的转向***的控制方法，该机动车辆的转向***包括并行设置的第一通道(12)和第二通道(12')，每个通道包括向车辆(2)的转向***递送辅助力的电动单元，以获得对应于总辅助力需求(30)的所递送的两个辅助力的总和，其特征在于，所述方法包括：‑评估电动单元具有最小电源电压值的通道的步骤；定义主通道功能和从通道功能的步骤，主通道功能递送总辅助力需求的初始部分，从通道功能递送辅助力的可变补充部分，其对应于实际递送的力的初始部分(32)与总辅助力需求(30)之间的差；以及将主通道功能与电动单元具有最小电源电压值的通道配对、并将从通道功能与电动单元具有最大电源电压值的通道配对的步骤。

Description

具有两个冗余动力单元的转向***的控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制机动车辆转向***的方法，以及一种包括实现这种控制方法的装置的转向***。

背景技术

机动车辆通常具有转向***，该转向***包括递送用于车辆转向的辅助力的动力单元(motorization)，所述辅助力对应于所请求的总辅助力需求，所请求的总辅助力需求取决于由驾驶员意图传感器(intention sensor)测量的为了提供车轮枢转所需的力的一部分而由驾驶员施加的力矩。方向盘力矩在下文中将被称为由驾驶员在方向盘上施加的力矩。

转向***中使用的动力单元通常是“无刷”型的电动单元(electricmotorization)。这些动力单元尤其具有快速的动态响应、显著的效率、缓慢的磨损和低的噪声水平。此外，已知的是，在给定的电源电压和温度下，这些动力单元的特征在于空载速度和制动转子操作力矩，在它们之间限定动力单元的可能的操作点。电源电压的下降会导致空载速度降低，从而导致动力单元操作点改变。

“无刷”型电动单元具有第一操作模式：“电动机”模式，也就是说，对于给定的电源电压和温度，当电动单元的转速低于空载速度时，电动单元对齿条型的转向构件提供驱动力。

“无刷”型电动单元具有第二操作模式：“发电机”模式，也就是说，对于给定的电源电压和温度，当电动单元的转速大于空载速度时，电动单元施加制动力矩，并因此对齿条型转向构件施加制动力。

此外，汽车制造商现在正在开发自动驾驶功能，允许或多或少地使某些运行模式自动化，例如自动停车的功能、在交通堵塞情况下驾驶的功能、跟随前车的功能、甚至全自动驾驶的功能。这些不同的功能使用转向***来执行车轮的枢转，驾驶员在该方向上不再施加力。

因此，对于手动驾驶辅助和自动驾驶功能来说，转向***的操作安全性都非常重要。

为了满足转向***的安全性和可用性要求，习惯上实现两个并行设置的动力单元，每个动力单元包括带有自身电源的电动单元，电动单元均可以施加用于转向的总辅助力需求的一部分。特别地，实现了动力***的完全冗余，包括并行设置的两个等价的独立通道，每个通道包括带有电源的动力单元和不同的功能，诸如接收来自车辆的信号、对***进行控制和对动力单元进行控制。因此，所述动力单元可以独立地和/或同时地操作。

当动力单元同时操作时，处于正常操作模式的两个辅助通道各自确保递送相同的辅助力，两个通道被连接到相同的驱动轴，即动力单元的旋转轴。也就是说，每个通道递送所请求的总辅助力需求的一部分。在正常操作模式下，确保了动力***的冗余。

但是，在配备有两个独立电源网络的车辆中，其各自的操作条件会是可变的，并且会影响两个通道的电源，这两个通道于是在辅助动力的递送方面具有不同的能力。这种差异会导致一个通道相对于另一个通道的操作干扰。更具体地，具有最低电源电压那个通道的空载速度降低。

因此，由电源电压最高的通道的动力单元对电源电压最低的通道的动力单元施加的转速会大于所述动力单元的空载速度，从而导致由所述动力单元产生制动力矩。所述动力单元然后以发电机模式操作。

制动力矩随着方向盘转速的增加而增加，从而在方向盘上产生不希望的、甚至是令人不安的感觉，并降低了动力单元的整体效率。然后，这两个通道处于降级的操作模式。

在这种降级的操作模式下，已知的是切断(offload)具有最低电源的通道的动力单元。于是，具有最高电源的通道的动力单元单独提供响应于所请求的总辅助力需求的最大辅助力。然后，驾驶员的感觉取决于仅这个通道上可用的总动力。考虑到假设在每个通道上最大可用动力为总的最大需求的50％，则驾驶员在驾驶时可能会有不良感觉的情况变得很罕见(在停车操纵期间将会感觉到动力不足，而在某些操纵中甚至会感觉动力强劲)。然而，这种方案导致动力***的冗余的损失。

还已知的是，在降级的操作模式下，会降低未受干扰通道(也就是具有较高电源电压的通道)的电源电压，以便均衡两个通道的电源。这种方案允许保持动力***的冗余，但是降低了动力单元的空载速度，并因此降低了动力单元能够对车辆的转向施加的最大辅助动力。可能没有满足所请求的总辅助力需求。

本发明尤其旨在避免这些现有技术的缺点。

发明内容

为此目的，本发明提出了一种用于控制机动车辆的转向***的方法，所述机动车辆的转向***包括并行设置的第一通道和第二通道，每个通道包括递送用于车辆转向的辅助力的电动单元，以获得对应于所请求的总辅助力需求的递送的两个辅助力的总和，其特征在于，所述方法包括：

-评估电动单元的电源电压具有最小值的通道的步骤；

-定义主通道功能和从通道功能的步骤，主通道功能递送总辅助力需求的初始部分，从通道功能递送辅助力的可变补充部分，其对应于实际递送的力的初始部分与总力需求之间的差；

-以及将主通道功能与电动单元的电源电压具有最小值的通道配对、并将从通道功能与电动单元的电源具有最大值的通道配对的步骤。

评估步骤允许确定第一通道和第二通道中的哪个通道的电动单元的电源电压具有最小值。因此，已知第一通道和第二通道中的哪个通道具有最小空载速度，也就是说已知第一通道和第二通道中的哪个通道最可能切换到发电机模式。

此外，主通道功能可以由第一通道(相应地由第二通道)来执行，并且从通道功能可以由第二通道(相应地由第一通道)来执行。

配对步骤允许确定执行主通道功能的通道和执行从通道功能的通道。

通过同时操作第一通道和第二通道，允许动力***的冗余。更特别地，第一通道(或者相应地第二通道)执行用于递送总辅助力需求的初始部分的主通道功能，并且第二通道(或者相应地第一通道)基于第一通道(相应地第二通道)实际递送的力的估计值或测量值，递送辅助力的可变补充部分，以满足总力需求。尽管第一通道和第二通道的电动单元提供总力需求的不同部分或相同部分，但是它们以相同的转速运行。

以这种方式，在第一通道或第二通道的电动单元的电源故障的情况下，具有故障电源的通道成为主通道。因此，具有故障电源的通道提供了总力需求的初始部分。当施加的速度低于主通道的空载速度时，该初始部分可以被完全递送，或者当施加的速度大于主通道的空载速度时，该初始部分可以对应于减去了制动力的初始部分。在施加的速度低于主通道的空载速度时，由第二通道递送的补充部分使初始部分完整，以便提供所请求的总辅助力需求的总量，或者在施加的速度大于主通道的空载速度时，第二通道通过补偿制动力来使初始部分完整，以便提供所请求的总辅助力需求的总量。

因此，在通道的电源故障的情况下，确保了冗余并且提供了所请求的总辅助力需求的很大一部分。

根据本发明的控制方法可以另外包括以下特征中的一个或多个，这些特征可以彼此组合。

有利地，总力需求的初始部分对应于该总力需求的一部分。

特别地，总力需求的初始部分可以对应于该总力需求的总量。以这种方式，简化了初始部分的计算。

根据本发明的一个特征，通过检测与电动单元中的处于发电机模式的一个电动单元的路径(passage)相对应的制动力矩来执行评估步骤。

根据本发明的一个特征，通过比较每个通道的电源电压的值来执行评估步骤。

比较允许确定两个通道之间的电压偏差。

根据本发明的一个特征，评估步骤包括确定偏差阈值的阶段。

偏差阈值允许确定两个通道之间的可接受偏差，以限制主通道功能和从通道功能的排列。偏差阈值取决于车辆行驶的参数是预定义的固定值或可变值。

根据本发明的一个特征，每个通道的电动单元的电源电压的值是使用每个通道实际递送的力的信号来确定的。

根据本发明的一个特征，每个通道提供最大等于总力需求的50％的辅助力。

本发明的目的还在于一种转向***，其包括实现根据本发明的用于控制该转向***的方法的装置。

特别地，转向***可以包括两个电动单元，每个电动单元递送用于车辆转向的辅助力。

附图说明

通过参考附图阅读下面以示例的方式给出的描述，将更好地理解本发明，并且其他特征和优点将更加清楚地显现，在附图中：

-图1是实施根据本发明的控制方法的机动车辆转向的示意图；和

-图2是示出该控制方法的操作的流程图。

具体实施方式

图1示出了转向箱2，其包括横向地设置在车辆中的齿条型控制构件，该齿条型控制构件的每个端部通过拉杆4连接至前轮毂6，以便使前轮毂6进行枢转来确保车辆的转向。

配备有驾驶员操纵的方向盘8的转向柱连接到转向箱2，该转向柱包括驾驶员施加到该柱上的力的传感器，其构成用于测量驾驶员意图的器件10。

两个电动单元12、12’形成均包括电源和控制装置的第一通道12和第二通道12’，两个电动单元12、12’独立地对转向箱2施加辅助力，以便相加为由驾驶员对方向盘8递送的总力，从而在手动驾驶的情况下提供辅助，或者在车辆自动驾驶的情况下执行自动转向。

电动单元12、12'各自包括如下所述递送力的电动机，或者替代地，以转动或平移的形式在转向箱2上施加力矩或力的任何其他电磁装置。随后，电动单元12、12'的动作将可互换地称为力矩或力。

控制计算机16连接至驾驶员意图传感器10、以及电动单元12、12'及其电源，以便：评估电源电压具有最小值的通道，定义主通道功能和从通道功能，特别是根据从外部14接收到不同参数来为电动单元12、12'中的每个设置单独的力矩设定点D1、D2。

图2示出了用于测量驾驶员意图的器件10，包括由驾驶员施加在转向柱上的力的传感器，该力传感器将信息发送到测量每个电动机12、12'实际施加的辅助力的功能20。所施加的辅助力可以特别是由每个电动单元12、12'实际递送的力矩，其形成从包括这两个电动单元的电动单元组22接收到的信息。

所施加的辅助力测量功能20接收由电动单元组22的每个通道实际递送的力的信号31，并向总辅助力需求计算功能24发送信息，总辅助力需求计算功能24基于传递到它的全部信息或部分信息来执行这种计算。

总辅助力需求计算功能24将形成第一信号30的总辅助力需求发送到控制由两个电动单元12、12'构成的冗余元件的功能26，确定执行主通道功能的通道和执行从通道功能的通道，以及通过向每个电动单元递送单独的力矩设定点D1、D2，来计算旨在用于电动单元组22中包含的每个电动单元的辅助力目标。

每个电动单元12、12'的控制***接收旨在用于各自的单独的力矩设定点信号D1、D2，以控制各自的电动机的电源，使得电动机递送对应于该设定点的电动机力矩。

每个电动机12、12'然后向功能28发送信息，功能28用于估计或测量电动机递送对应于其单独的设定点D1、D2的力矩的能力。估计或测量功能28又将此估计结果或测量结果形成给控制冗余元件的功能26的第二信号32。

以这种方式，控制冗余元件的功能26既具有辅助力目标计算功能24发送的总辅助力需求30，又将第二信号32的估计结果或测量结果考虑在内，从而调整单独的力矩设定点信号D1、D2，所述第二信号32表示每个电动单元12递送其被请求的力矩的能力，所述控制冗余元件的功能26从这些电动单元12、12'中的每一个请求所述单独的力矩设定点信号D1、D2。

特别地，控制冗余元件的功能26实时地考虑每个电动单元12、12'的操作特性，根据每个电动单元12、12'的状态演变来在两个电动单元12、12'之间分配单独的力矩设定点D1、D2，以便获得与总辅助力需求30相对应的递送的力矩的总和。

控制冗余元件的功能26接收多个外部参数14来计算单独的力矩设定点D1、D2，所述多个外部参数14包括来自估计或测量车辆电气网络状况的功能40的信息，特别是包括网络能够递送的电压、电流和电功率。

以这种方式，控制冗余元件的功能26实时地知道每个电动单元12、12’的电源的可能性(possibility)，以便建立执行主通道功能的通道和执行从通道功能的通道，并设置与动力单元能够递送的力矩相对应的单独的力矩设定点D1、D2，在电源网络失衡的情况下，对于这些电动单元中的每一个而言，其电源的可能性可能是不同的。

来自车辆或外部源的设置转向设定点的功能42，为了帮助操纵这种转向，向控制冗余元件的功能26递送第一参数。

测量车辆的动态状况的功能44向控制冗余元件的功能26递送第二参数，所述测量车辆的动态状况例如测量车辆的速度、车辆的横向、纵向或垂直加速度、或车辆的漂移角。

根据本发明的控制方法的操作如下。

在评估步骤期间，控制冗余元件的功能26通过检测与电动单元中的处于发电机模式的一个电动单元的路径相对应的制动力矩，和/或通过将每个通道的电源电压值与预定偏差阈值进行比较，来确定电动单元的电源电压具有最小值的通道。

当每个电动单元的电源电压值的偏差小于预定偏差阈值时，在这种情况下例如在车辆的每次启动之后，人们可以有利地定期逆转电动单元施加的功能，从而以类似方式使用这两个电动单元，以便均衡电动单元的操作磨损。

当每个电动单元的电源电压值的偏差大于预定偏差阈值时，冗余元件的功能26将主通道功能与电动单元的电源电压具有最小值的通道进行配对，并将从通道功能与电动单元的电源电压具有最大值的通道进行配对。

然后，我们以电动单元的电源电压具有最小值的通道是第一通道12为例。

因此，在我们的示例中，主通道功能由第一通道执行，从通道功能由第二通道执行。

在说明书的其余部分中，附图标记针对该示例来标注。

冗余元件的功能26然后确定主通道12的单独的力矩设定点D1，其对应于总辅助力需求30的初始部分，以及从通道12’的单独的力矩设定点D2，其对应于实际递送的力的初始部分与总力需求之间的差。

当施加在主通道12上的转速低于空载速度时，主通道12提供对应于总需求的预定百分比的初始部分D1。特别地，该初始部分D1可以构成总辅助力需求的大部分。通过考虑第二信号32来设置从通道12'的补充部分D2，该第二信号32包括主通道12递送其被请求的力矩的能力。在这种情况下，确保了动力***的冗余，并提供了总力需求。

当施加在主通道12上的转速大于其空载速度时，主通道12处于发电机模式。它提供了初始部分D1和制动力矩。通过考虑主通道12递送其被请求的力矩和所产生的制动力矩的能力，来设置从通道12'的补充部分D2。在这种情况下，确保了动力***的冗余，并且所提供的力等于减去了制动力矩的总力需求。

两个动力单元12、12'彼此互补地操作，并且因此必须执行对不相等力的请求，这不要求它们之间的同步。

通常，当两个通道的电源电压基本相等时，该方法能够以仅一个动力单元进行操作，或者两个动力单元12、12'一起彼此互补地操作。

对于以单个电动单元进行的操作，则主通道12的单独的力矩设定点D1等于总力需求，而一直保持以低或零设定点D2控制的从通道12’则准备随时递送辅助力的可变补充部分，在主通道12递送的力矩不足的情况下将自动检测辅助力的可变补充部分。

在例如快速操纵的情况下，两个动力单元的互补操作可用于递送驾驶员期望的足够大动力。在这种偶发性的驾驶情况下，在动力单元控制方面产生例如小的可感知振动的缺陷不会影响车辆的舒适性。

Claims (6)

1.一种机动车辆的转向***的控制方法，所述机动车辆的转向***包括并行设置的第一通道(12)和第二通道(12’)，每个通道包括递送用于车辆转向的辅助力的电动单元，以获得对应于所请求的总辅助力需求(30)的递送的两个辅助力的总和，其特征在于，所述方法包括：

-评估电动单元的电源电压具有最小值的通道的步骤；

-定义主通道功能和从通道功能的步骤，所述主通道功能递送总辅助力需求的初始部分，所述从通道功能递送辅助力的可变补充部分，其对应于实际递送的力的初始部分与总辅助力需求(30)之间的差；

-以及将所述主通道功能与电动单元的电源电压具有最小值的通道配对、并将所述从通道功能与电动单元的电源具有最大值的通道配对的步骤。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，通过检测与电动单元中的处于发电机模式的一个电动单元的路径相对应的制动力矩来执行所述评估步骤。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其中，每个通道(12，12’)的电动单元的电源电压值是使用每个通道(12，12’)实际递送的力的信号(31)来确定的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的控制方法，其中，每个通道(12，12')提供最大等于总辅助力需求(30)的50％的辅助力。

5.一种转向***，其特征在于，包括实现根据前述权利要求中任一项所述的该转向***的控制方法的装置。

6.根据权利要求5所述的转向***，其中所述装置包括两个电动单元，每个电动单元递送用于车辆转向的辅助力。

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