通过电动动力转向系统进行的由方向盘转角表示的车轮偏转角的精确的闭环控制本发明大体上涉及一种控制车辆转向系统的转向的方法，该车辆转向系
统至少具有电动动力转向系统。
道路车辆越来越多地装备有驾驶员辅助系统。高度主动的系统现在允许
自动化的或甚至无人驾驶的或自主的道路车辆的开发。特别是使用自动车辆
上的潜在优势可以是例如更少的交通事故和改善交通流量的能力。从根本上
说，其主要原因是辅助系统与人类驾驶员相比具有增加的可靠性和更快的反
应时间。除了车辆乘客之外，特别是驾驶员可从驾驶和导航活动中至少暂时
地脱开。
自动化车辆的稳健的车轮偏转角控制是至关重要的。构造自动化车辆的
首要条件也是实施电动动力转向系统。电动动力转向系统在本领域中是众所
周知的，例如，电动助力转向系统(EPAS)。这些设计用于通过辅助扭矩作
用于转向。此时转向系统提供双扭矩接口，即，例如，类型1和类型2。首先，
额外的转向扭矩——由控制器要求的——被“助力曲线(boostcurve)”(类
型-1)放大并且，其次，在没有通过“助力曲线”任何放大的情况下，辅助扭
矩由电动动力转向系统(类型-2)产生。例如，当驾驶员要求2，0Nm的类型
-1扭矩时，其可基于电动转向系统的马达的助力而变成20，0Nm。例如，车道
偏离报警使用类型-2扭矩接口。转向辅助使用类型-1扭矩接口。这意味着，
由控制器要求的额外的转向扭矩由助力曲线放大，并且辅助扭矩由电动动力
转向系统产生。因此，控制器应该具有完全模仿的逆助力曲线。但是，只有
助力的静止部分可逆，而不是高频部分。因此，车轮偏转角的精确控制是不
可实现的。
因此，本发明的目的是提供一种改进的方法，用于通过车轮偏转角的精
确控制来控制至少具有电动动力转向系统的车辆转向系统的转向。
根据本发明，所述的目的由一种包含权利要求1的特征的方法解决。
应该理解的是，在以下详细的说明书中公开的特征可以以任何技术上合
理的和实用的方式结合并且公开本发明的进一步的实施例。
根据本发明，提供一种控制至少具有电动动力转向系统的车辆转向系统
的转向的方法，至少包含以下步骤：
确定平滑的参考辅助扭矩，
调整期望的角度增量，
测量辅助扭矩，
调整期望的辅助增量，
产生期望的方向盘扭矩，以及
输入所述的期望的方向盘扭矩至所述的电动动力转向系统。
众所周知，方向盘转角和方向盘扭矩之间没有直接的和线性的关系。然
而，侧向加速度和方向盘扭矩之间的关系非常好。参考车轮偏转角不能直接
请求，这是因为这样的事实，即，对转向系统的接口只是转向扭矩。因此，
当从控制器产生要求的车轮偏转角由电动助力马达实施时，这就是本发明的
意义所在。
在本发明的意义中，术语“车轮偏转角”与术语“方向盘转角”有相似的理
解。在电动动力转向系统中，方向盘转角和车轮偏转角由转向传动比区分。
当EPAS施加扭矩时，其移动车轮偏转角以及方向盘转角。
在车辆动力学中，所有计算都是在车轮偏转角上完成。单轨模型(single
trackmodel)也是基于车轮偏转角。为了自主驱动，控制器产生用于驱动所
需的车轮偏转角并在之后改变方向盘转角，因为车轮偏转角不能直接测量。
转向系统具有至少一个方向盘转角传感器并且其测量方向盘转角。核心控制
器计算车轮偏转角并且将其通过比率改变至方向盘转角。
但是，转向电子控制单元(ECU)不接受参考方向盘转角或参考车轮偏
转角。转向ECU只接受方向盘扭矩请求作为输入。因此，如果要实施方向盘
转角/车轮偏转角，在本发明的意义中是通过请求的方向盘扭矩进行。方向盘
扭矩将通过辅助马达/皮带驱动系统来执行。
如上所述，车轮偏转角和方向盘转角通过比率区分。更确切地说，由于
悬架运动学中的非线性，比率在方向盘转角的整个范围上变化。参考的方向
盘转角和测量的方向盘转角之间的区别将在之后陈述。
当期望的车轮偏转角可用时，在特定的速度获得期望的侧向加速度是非
常容易的。根据本发明，这样的关系将定向用作车轮偏转角控制系统的前馈
路径。
由于转向辅助系统提供的非线性性质，将考虑非线性的方法。在本领域
中已知的是，转向助力函数是转向盘扭矩的单调函数，其中，Tbar(扭杆扭
矩)、Tassist(辅助扭矩)，
Tassist＝f(Tbar)(1)
但是，在自主转向方案中，当驾驶员未施加任何扭矩于转向盘上时，Tbar
传感器信号是不可用的。因此必须解上述公式以获得合适的扭杆扭矩。该公
式可通过反演准静态的f(Tbar)解决。f(Tbar)的反演很难获得并且受模型误差限
制。因此，根据本发明的一方面，采用一种动态反演(dynamicinversion)
方法。
Tassist-f(Tbar)＝0(2)
将上述公式微分，将得到
T · a s s i s t - ( ∂ f ∂ T b a r ) T · b a r = 0 - - - ( 3 ) ]]>
假设 u = T · bar ]]>
那么 T · a s s i s t = ∂ f ∂ T b a r u - - - ( 4 ) ]]>
当满足以下控制律时，所测量的辅助扭矩需要收敛到期望的辅助扭矩，
在 k a s s i s t ( ∂ f ∂ T b a r ) > 0 ]]>条件下 u = - k a s s i s t ( T a s s i s t - T ‾ a s s i s t ) - - - ( 5 ) ]]>
该公式表示控制回路的基本思路。控制回路的主分支由以下公式限定：
添加额外的控制分支以获得具有对参考的良好追踪
的辅助扭矩的平滑响应。因此，动态反演是用于解释解决非线性问题的应用
方法的术语。为了解释该概念，以下简单的实例会从本发明的意义上解释该
概念：解以下非线性函数f(x)＝0。如果该函数的倒数存在并且以解析形式表
示，该问题可解析地解决。不幸的是，由于函数的困难的数学非线性，并非
总是这种情况。另一种方式是在数字上解决该问题——写下包含x和f(x)的所
有可能的值的表。通过反转该表，我们可以给出使得f(x)＝0的x的数值。因此，
动态反演是迭代法，但很简单。合适的发明方法逐次迭代地更新状态x，直
到f(x)减少到零。
完整的实施方案包含前馈和反馈回路。辅助扭矩的前馈映射通过以不同
速度驱动试验车导出，同时在一个方向中慢慢增加转向直到实现1g侧向加速
度。针对不同的车速重复该步骤。产生的二维映射提供给控制系统关于前馈
路径的非常好的信息。
本发明有利地确定了正确的EPAS扭矩输入，其将有益地创建期望的转向
角，这将帮助车辆在正确的轨迹上转向。
根据本发明的一方面，车道改变应该由自动转向实现。为此，参考的转
向角从期望的车道变化轨迹计算。测量到的方向盘转角和参考的方向盘转角
之间的误差被馈送到积分器，以进行参考的辅助扭矩的计算。平滑的参考辅
助扭矩增加至所述参考辅助扭矩，形成总参考辅助扭矩。所述平滑的参考值
从车辆速度和参考的侧向加速度计算。
将总参考的辅助扭矩与通过转向柱上的传感器测量的测量到的辅助扭
矩比较。根据本发明的一方面，扭矩误差由所述比较确定。该扭矩误差被馈
送到积分器以计算向EPAS(转向)系统的输入请求。从本发明的意义上将扭
矩误差减少至零。将会看到，实现所需的转向角的所需参考扭矩不是恒定的。
参考的辅助扭矩的平滑追踪由本发明的控制器实现而无需实施反向转扭矩
映射。
因此，本发明的程序是计算适当的辅助扭矩以到达期望的方向盘转角，
即，车轮偏转角。通过动态反演，利用参考转向角和测量到的转向角之间的
误差计算至EPAS的扭矩输入。
本发明的进一步的目标和优点将通过示出于附图中的优选实施例的以
下详细说明变得更显而易见。该说明书不应被认为是以任何方式的限制。通
过参考附图：
图1描述了具有前馈和反馈回路的动态反演的控制框图，以及
图2描述了本发明的控制方法的模拟实例，其中，图2-1示出了参考的方
向盘转角和测量到的方向盘转角，其中，图2-2示出了参考的辅助扭矩和测量
到的辅助扭矩，其中，图2-3示出了来自于图2-1的角产生车辆路径。
所公开的装置的一个实施例的详细的说明经由范例方式在此呈现并且
不受参考附图的限制。
图1示出了具有前馈和反馈回路的动态反演的控制框图。图1的框图是由
公式(5)给出的控制律的表示。该框图表示控制回路的最终的体系结构。
上述公式表示控制回路的基本思路。控制回路的主分支由以下公式限定：
公式中的增量kassist(辅助增量)在框图中叫做“辅
助I增量”。添加额外的控制分支以获得具有良好的参考追踪的辅助扭矩的
平滑响应。
首先，平滑的参考的辅助扭矩由馈送至映射框的车辆速度和参考的侧向
加速度确定。
将参考的转向角与测量到的转向角比较，从而其之间的误差在框图中叫
做“角I增量”。测量到的转向角和参考的转向角之间的该误差被馈送至积分器
用于参考的辅助扭矩的确定。将平滑的参考的辅助扭矩增加至参考的辅助扭
矩，也称为基准参考。
将总参考的扭矩与通过转向柱上的传感器实际测量到的辅助扭矩进行
比较。扭矩误差被馈送至积分器以计算至EPAS(转向)系统的输入请求。该
输入请求在框图中被称为期望的方向盘扭矩。适当地将扭矩误差减少至零。
图2-1、2-2、2-3是所提出的控制方法的模拟实例，通过其，示意性地示
出了以70kph的自主单车道变换机动的表现。该实例的目的是通过自动转向
实现车道变换。图2-1示出了参考方向盘转角和测量到的方向盘转角。图2-2
示出了参考的辅助扭矩和测量到的辅助扭矩。系统所跟随的扭矩极其好。图
2-3示出了来自于图2-1的角产生车辆路径。图2-3包含作为用于在规避碰撞情
况下移动车辆的可行区域的边界的虚线。参考的和测量到的车辆路径正好彼
此重叠。参考的扭矩的平滑追踪由所提出的本发明的控制器实现，而无需实
施反转扭矩映射。根据本发明的方法全部围绕着确定适当的辅助扭矩，以达
到由期望的方向盘转角表示的期望的车轮偏转角。至EPAS的扭矩输入是利用
参考的方向盘转角和测量到的方向盘转角之间的误差确定——这就是在本
发明的意义上的动态反演。
虽然已经通过参考示例性的实施例描述了本发明，但本领域技术人员应
该理解的是，在不背离本发明的范围的情况下可对其元件进行各种变换并且
可以以等价物替换其元件。此外，在不背离本发明的基本范围的情况下，可
进行多种改进以使本发明的教导适应特定情况。因此，本发明旨在并不限于
作为预期用于执行本发明的最佳方式所公开的特定实施例，而是本发明将包
括落入权利要求的范围的所有实施例。