CN101249840A - 确定车辆的转向比的方法 - Google Patents

Abstract

一种在车辆稳定行进期间以考虑该车辆的参数(例如，自转向梯度、轴距及其它车辆尺寸)的方式根据检测到的实测值(例如，偏航率、方向盘角度、车辆速度)确定车辆的转向比的方法。

Description

确定车辆的转向比的方法

技术领域

本发明一般针对用于确定车辆的转向比的改进方法。

背景技术

诸如刹车防抱死系统(ABS)、电子稳定程序(例如，ESP：电子稳定程序；ESC：电子稳定控制)或防车辆倾翻(RSC：横倾稳定控制)的程序等用于提高车辆安全性的电子系统越来越多地被内置到现代车辆中。为确保这些电子系统尽可能高效且安全地工作，要感测和评估许多不同的车辆参数和传感器测量值。

在这方面，车辆的转向角度被证实是一个重要参数。在某些电子系统(诸如在ESP和ESC或在RSC中)，根据转向角度来施行对车辆刹车的控制动作，诸如主动啮合等。因此对转向角度的准确感测对于这样的控制动作是非常重要的。

常规用于转向角度的测量是通过安装在车辆的驾驶杆上的方向盘角度传感器来感测的车辆方向盘的旋转(方向盘角度)。随后从方向盘的角位移推知车辆的转向角度，即转向的车轮的角位移。在此方法中，或者对整个转向范围上的转向比，即换言之对方向盘的旋转与转向的车轮的旋转之比假定一恒值，或者根据不同的方向盘角度使用数个值作为转向比以尽可能实际地代表由现有转向几何结构导致的非线性转向比。通常，这些值必须费力地确定并被手动地输入到例如电子稳定程序(例如，ESP、ESC)中。

因此，希望能提供一种以简单和高成本效益的方式确定车辆的转向比的方法。

发明内容

概而言之，根据本发明，提供了超越现有技术方法的一种确定车辆的转向比的方法。

根据本发明的一个方面，车辆的偏航率和方向盘角度以及车辆的速度作为感测的实测值来使用。偏航率可通过偏航率传感器来测量，而方向盘角度可通过方向盘角度传感器来测量。

根据本发明方法的另一个实施例，与称为格点的各个方向盘角度相关联的转向比被确定，从而尽可能准确地模拟实际的转向比。

根据本发明的又一个实施例，通过逼近来模拟转向比的变化，其中方向盘角度被细分成个别的范围。为此，为各个方向盘角度和当前偏航率确定转向比。这些转向比产生一张表或一个数据矩阵，它可驻留在电子系统的数据存储器中。根据例如转向比来执行控制动作的系统可以根据现有的方向盘角度以最简单的方式从这张表或数据矩阵中取转向比的值。由此，实现了更准确的控制动作。

根据本发明方法的又一实施例，使用已就零点漂移进行补偿的偏航率和/或方向盘角度和/或横向加速度的值。从偏航率和/或方向盘角度和/或横向加速度的值构造的平均值被用于补偿。由此，传感器的不准确的安装位置、以及可能导致传感器零点漂移的传感器值的时间相关变化或热变化得到补偿。

根据本发明的又一个实施例，以考虑驾驶距离和/或时间相关性的方式来构造这些平均值。因为在车辆运行期间积累了大量的实测值，所以从这些实测值构造的平均值可实现高准确性。

可以认识到，根据本发明的方法的优点在于在整个方向盘角度范围上甚至可确定和补偿转向比的非恒变化。由于例如货物的变化或转向机构的置换导致的车辆的转向行为的变化被感测。

还将认识到，本发明的方法避免在车辆生产的后端——也称为EOL(EOL：生产线后端)——要费力地确定和手动地输入用于确定转向比的值。另一方面，实现了更为舒适和简单的操作和操纵，另外，大大减少了用于以车辆专用的方式定义转向几何结构设计或用于参数管理的时间和精力。

有利的是，可于标准的车辆测试期间，在诸如平整的车道、均匀的道路表面、高摩擦系数等定义良好的驾驶条件下在EOL处已学习了用于确定转向比的初始值。并且，可在EOL处实现初步的快速调校，而不考虑方向盘角度传感器和/或横向加速度传感器的热漂移和/或时间相关的漂移。这可以通过例如车辆轮距调节期间的诊断请求来实现。此外，通过对传感器零点漂移的补偿，确保了使用这些传感器值的下游系统能够施行更好的或者说是更准确的控制动作。

本发明另外一些其它目的和优点部分将是显而易见的，部分将可从本说明书中清楚。

本发明由此包括各个步骤以及这些步骤中的一个或多个的相互关系，所有这些将在以下详细说明中例示，并且本发明的范围将在权利要求书中陈述。

附图说明

为更完全地理解本发明，将结合附图对以下描述进行参考，附图中：

图1是示出根据本发明的一个优选实施例的一种确定车辆的转向比的方法的流程图，以及

图2是根据本发明的一个优选实施例使用的转向比与方向盘角度之间的关系的图示。

具体实施方式

现在参见图1，根据本发明的方法的一个优选实施例，在第一步骤1，确定是否存在车辆的稳定行进。一般而言，如果车辆既非转向不足又非转向过度——即意味着车辆的实际行为与该车辆的规定行为一致——则存在稳定行进。车辆的横向加速度很小时一般就是这种情形。

当存在稳定行进时，在第二步骤2读入车辆参数(3)并感测出实测值(4)。车辆参数(3)的示例包括车辆的自转向梯度、轴距及其它车辆尺寸。诸如轴距等这些车辆参数(3)可由车辆数据总线(诸如CAN)或由其它车辆系统或从车辆中的数据存储器查询。实测值(4)主要是偏航率、方向盘角度和车辆速度。为此，或者可通过偏航率传感器来测量，或者可根据例如车轮的旋转轮速来确定偏航率。方向盘角度通常通过方向盘角度传感器来感测。

在步骤5，根据读入的车辆参数(3)和感测到的实测值(4)来确定转向比。转向比的确定将在下文中更加详细地说明。

在步骤6，对转向比的确定是否完成进行检查。只要转向比的确定尚未完成，就重复步骤1到3。

如果尚未完成例如特征线形式的转向比的确定，则可用车辆驾驶员驾驶室中的诸如ESC灯等点亮的警灯来向车辆驾驶员示警。在转向比的确定完成之后，使该比值可供诸如ESC或RSC控制器等其它电子系统所用。如果完成了转向比的确定，则可通过警灯熄灭的事实来向车辆驾驶员示警。

需要转向比来描述车辆的转向行为、以及计算车辆稳定控制动作的参考变量或者说规定偏航率。车辆的动态行为可根据已知控制技术方法以传递函数的形式由输出变量相对于输入变量的时间相关的变化来描述。由此，此传递函数的知识被控制技术用于评估车辆的动态行为。这样的系统的控制命令是通过将计算出的偏航率与实测偏航率相比较来确定的。如果要尽可能准确地确定此参考变量或“规定偏航率”，则必须要有该车辆的传递特性的准确知识。

不稳定的车辆条件的偏航率的传递函数F(s)由以下关系给出：

其中

ψ：实测偏航率(例如，牵引车辆的实测偏航率)

δ_H：方向盘角度

i_S：转向比

T_Z：计数器时间常量

s：拉普拉斯算子( $s=\frac{d}{\mathrm{dt}}$ )

D：阻尼因子

ω：无阻尼自然频率

在稳态区域中可简单地确定转向比i_S，因为在此，传递函数可被简化成静态分量如下：

因此偏航率ψ由下式给出：

$\mathrm{\ψ}=\frac{{\mathrm{\δ}}_H}{i_S(\frac{l}{v}+\mathrm{EG}*v)}---\left[3\right]$

其中

v：车辆速度

EG：自转向梯度

l：轴距

术语“自转向梯度EG”是指其值可根据在DIN 70000或ISO 8855中规定的关系确定的、称为“转向不足梯度”的车辆专用变量。就此而言，EG＞0意味着车辆转向不足行为，EG＝0意味着车辆中间行为，而EG＜0意味着车辆转向过度行为。

当实测偏航率ψ被插入到根据上述式[3]的函数中时，可根据方向盘角度δ_H来确定当前转向比i_S如下：

$i_S=\frac{{\mathrm{\δ}}_H}{\mathrm{\ψ}(\frac{l}{v}+\mathrm{EG}*v)}---\left[4\right]$

车辆的转向比i_S通常遵循整个方向盘角度范围上的准抛物线。这一曲线在图2中绘出。因为不可能决定性地确定此函数，所以应用这一函数的逼近。逼近是通过确定所确定的转向比在整个方向盘角度范围上的多个适当分布的格点(10、11、12、13、14、15)、并内插中间值来应用的。对于内插，以下使用每两个格点由一直线连接的多边形序列。应当认识到，也可使用诸如样条内插等其它内插。

方向盘角度被细分成子范围(B1、B2、B3、B4、B5、B6)，其范围中心代表相应的格点(10、11、12、13、14、15)。对于转向比i_S的第一次确定，对于例如约±360°的方向盘角度，可在车辆生产结束(EOL)时学习多个第一格点。从这些第一格点确定暂定转向比。在诸如平整的车道、均匀的道路表面、高摩擦系数等良好定义的边界条件下，这些第一格点在例如EOL处学习。然后格点的学习可在车辆其后的驾驶期间不断进行。

取决于方向盘角度范围，每个转向方向可定义至少三个范围。就此而言，“+”意味着方向盘逆时针旋转，而“-”意味着顺时针旋转。可能合适的范围的示例将有+130°到+230°、+310°到+410°、以及+670°到+770°，以及-130°到-230°、-310°到-410°、以及-670°到-770°。

第一格点被适当地置于这些范围的中心处，或者换言之置于±180°、±360°和±720°。更多的范围以及由此更多的格点将提高结果的准确性。位于格点之间的值被内插。为提高准确性，对每个格点确定数个值。还可学习格点之间的其它值以达到对转向比i_S的实际变化(准抛物线)更好的逼近。格点和/或范围的数目可根据最大实测方向盘角度来选择。例如，可在最大实测方向盘角度大于±720°的车辆中使用比在最大实测方向盘角度为±720°或以下的车辆中更多的节点和/或范围。此外，格点和/或范围的分布和/或数目也可自动选择。

在格点周围的相应范围中，转向比i_S的值可根据以上式4来确定。以此方式，获得了根据实测偏航率ψ和方向盘角度δ_H来描述转向比i_S的数据矩阵。如上所述，转向比i_S的确定仅在存在稳定和主导的稳态驾驶条件期间才进行。当转向比已知时，车辆的传递特性和规定的偏航率被确定。

将规定的偏航率与实测偏航率或与从例如轮速计算出的偏航率相比较，以识别车辆的不稳定驾驶并经由发动机控制和/或刹车啮合来对其进行校正。控制动作从某一偏差(控制阈值)起执行。

控制阈值的振幅取决于(a)所学习到的值的置信度(就此而言，很多学习到的值是非常可信的)、(b)实测值(偏航率、方向盘角度)的容差、以及(c)其它一般参数。

在根据本发明的另一方法中，对于具有不稳定车辆条件的传递区域使用额外的动态行为描述，因为在轮胎力改变期间以及因车辆质量的惯性作用会发生延迟。车辆的这种额外的动态行为对应于以下形式的二阶滤波器函数：

$F\left(s\right)=\frac{1+T_z*s}{1+\frac{2*D}{\mathrm{\ω}}*s+\frac{1}{{\mathrm{\ω}}^2}*s^2}---\left[5\right]$

不稳定的车辆行为可通过预先指定偏航阻尼D和适当的自然频率ω来近似地描述。通过计算以此方式校正的偏航率并应用合适的求平均方法，转向比甚至可在部分不稳定的驾驶条件下确定。由此，学习各个格点的值的边界条件可被扩展。以此方式，加快了学习操作。

如上所述，与方向盘角度传感器不正确或不准确的安装位置以及时间相关的变化或热变化有关的误差可能导致方向盘角度传感器的零点漂移(偏移)。零点漂移还可能在诸如偏航率或横向加速度传感器等其它传感器中发生。为了进一步提高本发明方法中用于确定转向比的传感器信号的质量，将使用经补偿的传感器信号。

为此，零点漂移被尽可能快速地识别并补偿，使得诸如稳定性控制系统或分配给经补偿的值的下游学习算法等下游系统可尽快地以正确的传感器信号来工作。根据本发明构造的平均值由此可被用于零点漂移的补偿。该补偿以考虑实测偏航率的方式来应用，但也可根据例如从旋转轮速构造的偏航率来应用补偿。

以下，将使用通过偏航率传感器测得的偏航率来作为所谓的基变量，因为其对误差的敏感性相对较小，并且在车辆停顿之后立即有可靠的偏移值可用。对于此信号，在停顿期间连续构造0.5秒上的时间平均值，并且根据该停顿的安全性(刹车的压力、所应用的停车制动)将它们不同程度地结合到总偏移中。正常情况下，一秒的停顿之后存在可靠的偏移。如果停顿持续更长时间，则对0.5秒的窗口之差进行评估以分析可能暗示该车辆在停顿期间移动(轻微的移动)的可能的改变。

当车辆行进时，在当时的直前行进期间可在例如8分钟的窗口中连续确定时间平均值以便可对慢偏移漂移进行补偿。为此，直前行进应被理解为意味着车辆偏航率≤2°/s的所有驾驶条件。从实测偏航率值直接减去这些时间平均值。如果在系统或车辆重新发动(复位)之后该车辆没有发生停顿，则在两个8分钟窗口之后直接构造行进平均值并取其为偏移。

下游传感器变量(横向加速度和/或方向盘角度)的调校根据基变量(偏航率)来进行。为此，首先从直前行进期间预选(例如，25米)距离的实测偏航率构造横向加速度和方向盘角度的偏差的平均值(MW1)。同样，偏航率≤2°/s的所有驾驶条件被视为直前行进。因为调校与实测偏航率相关，所以在平缓曲线上的行进不会导致假偏移。对于横向加速度或方向盘角度的零点漂移的初始学习，首先在预选的(例如，250米)驾驶距离上对横向加速度或方向盘角度的值求平均，以获得合理时间后充分可靠的偏移。当此第一次确定的偏移已知时，就已可决定性地改进该确定转向比的方法，其它需要尽可能准确的传感器信号的方法也是如此。因此，特别地，可启用ESC/RSC功能，使得如有需要可执行稳定性控制。

在第一次确定偏移之后，为预选的(例如，25千米)直前行进距离构造第一平均值(MW1)的第二平均值(MW2)。为此，在当前偏移中执行MW1值的连续过滤以避免经校正信号中有不连续。所学习到的偏移以及所有中间值可被存储在数据存储器(诸如，稳定性控制系统的EEPROM)中，因为这些学习到的偏移通常不改变。这些存储的偏移在复位(诸如车辆发动)之后被读出，从而可在同一点处继续偏移的学习以甚至更准确地确定传感器的零点漂移。

根据本发明的一个实施例，在偏移可能发生突变，例如当车辆存在不同的货物或不同的货物分布，或是当新部件(诸如传感器)被内置到车辆中，或当诸如转向连杆和/或转向机构等其它有影响的变量改变时，需要经由CAN消息或诊断来将所学习到的偏移和转向比复位并触发迅速的新学习。

此外，可经由计数器感测调校趋向以识别不似值并经由对补偿的增大的需要来对所学习到的偏移的正确性下结论。如果识别出不似值，则发生调校的自动重启。

此外，还可构造横向加速度和方向盘角度的不考虑驾驶距离的时间相关平均值。

由此，本发明提供了一种确定车辆的转向比的简单且成本效益高的方法。

因此，可以看到，高效地达到了从以上说明中清楚的上述目的，并且因为在实施上述方法时可以进行某些改变而不会偏离本发明的精神和范围，所以旨在令以上说明中所包含的或是附图中所示出的所有内容被诠释为示例性而非限定性的。

还可理解，所附权利要求书旨在覆盖本文中所记载的发明的所有一般和特定特征，并且作为一种语言手段的对本发明范围的所有陈述可被认为落在此范围之间。

Claims (19)

1. 一种确定车辆的转向比的方法，包括以下步骤：确定是否存在车辆的稳定行进条件；当存在所述稳定行进条件时，获取车辆参数信息，获取感测到的与所述车辆相关联的实测值，并基于所述车辆参数信息和所述感测到的实测值来计算所述车辆的转向比。

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述感测到的实测值包括所述车辆的偏航率、方向盘角度和速度。

3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述偏航率是通过偏航率传感器测量的，并且所述方向盘角度是通过方向盘角度传感器测量的。

4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，为多个方向盘角度格点获取偏航率。

5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方向盘角度的整个范围被分成多个子范围，每个所述子范围包括至少一个所述格点。

6. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述格点之间的值通过内插来确定。

7. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，至少两个格点是在车辆生产的后端确定的。

8. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，为每个所述格点确定所述转向比。

9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，基于每个所述格点的所述转向比来生成描述转向比变化量的数据矩阵。

10. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述车辆的所述偏航率、所述方向盘角度和横向加速度中的至少一个进行零点漂移补偿。

11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述零点漂移补偿是基于所述车辆的所述偏航率、所述方向盘角度和所述横向加速度中的至少一个的平均值。

12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述平均值是车辆行进距离相关和时间相关中的至少一种。

13. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述偏航率通过偏航率传感器来测量，并且所述实测偏航率被用作所述零点漂移补偿的基变量。

14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述基变量是在所述车辆停顿和行进中的至少一个期间确定的。

15. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方向盘角度和所述横向加速度中的至少一个是根据所述基变量并根据车辆行进距离和时间间隔中的至少一个来补偿的。

16. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆参数信息包括所述车辆的自转向梯度、轴距和尺寸中的至少一个。

17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述车辆参数信息是经由车辆数据总线、车辆电子系统和数据存储器中的至少一个获取的。

18. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：当计算所述转向比的所述步骤没有完成时，生成警告信号。

19. 一种确定车辆的转向比的方法，包括以下步骤：确定是否存在车辆的稳定行进条件；当存在所述稳定行进条件时，获取车辆参数信息，获取感测到的与所述车辆相关联的实测值，并根据以下关系基于所述车辆参数信息和所述感测到的实测值来计算所述车辆的转向比：

$i_S=\frac{{\mathrm{\δ}}_H}{\mathrm{\ψ}(\frac{1}{v}+\mathrm{EG}*v)}$

其中：

ψ：偏航率

δ_H：方向盘角度

EG：自转向梯度

v：车辆速度

l：轴距

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