CN101890979A - 转向伺服系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆的转向伺服系统，其包括以下部件中的至少一个或多个：适于检测当前方向盘角度和响应于该角度生成方向盘角度信号的方向盘角度传感器、适于检测当前方向盘扭矩并且响应于该扭矩生成方向盘扭矩信号的方向盘扭矩传感器、以及适于检测当前横摆角速率并且响应于该角速率生成横摆角速率信号的横摆角速率传感器，该信号适于被传输至伺服控制单元。该系统还包括一个或多个与重心计算单元连接的重心传感器，该重心计算单元适于基于来自重心传感器的测量值计算车辆重心。重心信号传输至伺服控制单元，该伺服控制单元适于响应于该重心信号及其它多个信号中的至少一个计算用于伺服控制系统的一个或多个参数。本发明还涉及该转向伺服系统的方法。

Description

转向伺服系统

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的用于车辆的转向伺服系统以及用于转向伺服系统的方法。尽管本发明通过在公共汽车上的应用而举例说明，但其同样适用于卡车或乘用车或装配有转向伺服系统的任何其它车辆。

背景技术

公共汽车和卡车以及大多数乘用车在今天都装配有转向伺服系统以帮助车辆转向。简单来说，伺服系统工作的方式是伺服马达基于例如为方向盘角度、方向盘扭矩和横摆角速率(yaw rate)的一个或多个输入信号帮助车辆转向。

转向伺服系统特别地帮助修正方向偏移，所述方向偏移例如在车辆经受例如为强风的外部干扰时发生。例如为公共汽车和卡车的大的车辆经常对侧风敏感，并且在强侧风中存在驾驶员失去对车辆的控制的风险。

在乘用车(例如大众汽车和奥迪)上，转向系统可以抵抗侧风干扰但是不能通过驾驶员加速修正。

下面引用了均涉及用于车辆的转向伺服系统的多个专利的实例。

US-4,540,059涉及一种用于补偿例如由侧风导致的车辆的方向偏移的转向系统。特别地，可以提供横摆传感器以使得由于强侧风引起的车辆的不利偏移可以被避免，而不需要驾驶员不得不通过转动方向盘人工补偿。

GB-1,451,906也涉及一种补偿车辆上侧风影响的伺服系统的实例。

US-6,053,270涉及特别地基于车辆在道路上的位置的用于车辆的方向盘偏转修正系统。

本发明的一般性目的在于改进车辆的操纵性，所述操纵性特别地关于外部干扰、例如风的作用。

发明内容

前述的目的利用由独立权利要求限定的本发明而实现。

优选实施方式通过从属权利要求限定。

本发明基于本发明人的观察结果，即例如公共汽车对于侧风的敏感是因为它们经常后部较重，因此在产生风力载荷的点和重心之间存在大的距离。结果产生极大地影响车辆方向稳定性的强大的横摆力矩。此外，公共汽车上的重心位置很大程度上根据其进行多么重的装载而变化，因此侧风敏感度也可能变化。重心位置的变化还影响当在没有侧风的情况下行驶时的转向感觉。

如已经提到的不利的重量分布那样，目前的公共汽车中的转向仅仅具有一个转向传动比(可取决于方向盘角度)和一个伺服特征(取决于方向盘扭矩)。

一项研究结果已经表明，改变转向感觉(车辆根据方向盘角度和方向盘扭矩作出反应)并且由此使驾驶员需要施加的修正的力量最小化极大地减小了方向偏移。这通过在检测到侧风时改变转向传动比和伺服辅助项而实现，并且变化的大小取决于当前轮轴负载分布、即重心位置。因此转向感觉可以针对受到或未受到外部干扰的驾驶被最优化，从而产生在未受到干扰驾驶时驾驶员不会察觉的转向感觉，同时改进了在干扰发生时的安全性。

本发明的一个优点是在侧风中公共汽车的方向稳定性通过仅改变转向而得以改进。这使得可以制造具有更好的方向稳定性的更轻和/或更大的车辆，其还具有更高的能量效率。

总之，本发明基于根据车辆重心，以及方向盘角度、方向盘扭矩和横摆角速率参数中的至少一个适应性改变伺服比率和伺服辅助项。

因此本发明与现有技术的区别在于还考虑了车辆重心的位置。所述思想将通过甚至在没有外部干扰、例如侧风的干扰时改变转向传动比和伺服辅助项、根据轮轴负载分布适应转向感觉。当外部干扰发生时，转向感觉根据轮轴负载分布变化，其目的在于使驾驶员所需要的最大转向力最小化。本发明优选地用于帮助驾驶员，而不是自动转向，由此减小系统作出错误修正的风险。

附图说明

图1是根据本发明的转向伺服系统的示意图。

图2是示出了根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

下面参考所附附图、使用以下参数和表达式详细描述本发明：

方向盘角度-SWA，也称作δ_h。

方向盘扭矩-SWT，也称作M_h。

横摆角速率-YR。

车辆重心的位置-COG。

图1示意性地示出了方向盘如何经由方向盘杆作用于车辆车轮的转向上。其示出了实际的方向盘杆，但是本领域的专业人员将理解，这里存在其它的方案，例如适于局部地执行转向的控制信号至辅助电动机的电传递。

图1示出了用于车辆的转向伺服系统2，其包括以下部件中的至少一个或多个：适于检测当前方向盘角度和响应于所检测的方向盘角度生成方向盘角度信号SWA的横摆角传感器6、适于检测当前方向盘扭矩和响应于所检测的扭矩生成方向盘扭矩信号SWT的转向扭矩传感器8、以及适于检测当前横摆角速率和响应于所检测的横摆角速率生成横摆角速率信号YR的横摆角速率传感器8。所述检测的信号适于被传输至伺服控制单元4。方向盘扭矩传感器和横摆角速率传感器在此指的是单个传感器，但是同样也可以呈两个独立传感器的形式。

系统还包括一个或多个与重心计算单元12连接的重心传感器10，所述重心计算单元12适于基于从重心传感器接收的测量值计算车辆重心，并且将表示车辆重心的至少一个重心信号COG传输至所述伺服控制单元4。伺服控制单元适于响应于所述重心信号、以及其它多个信号中的至少一个而计算用于转向伺服系统的一个或多个控制参数。

用于转向伺服系统的控制参数优选地包括伺服系统的转向传动比SGR和伺服辅助项(assistance)SA。

所述控制参数定义如下：

转向传动比SGR定义为由伺服系统使用的传动比，即其表示方向盘偏转和车辆转向车轮的枢转之间的关系。

伺服辅助项SA定义为伺服系统施加到转向上的力或扭矩。

计算控制参数包括使用一组伺服控制规则，其可以一般地表示为：

SGR＝f(SWA，SWT，YR，COG)

即，转向传动比是方向盘角度、方向盘扭矩、横摆角速率和重心位置参数中的一个或多个的函数(f)。另外的参数可以包括例如来自压力传感器的压力信号的函数，所述压力传感器置于车辆的各自的侧面以检测作用于车辆上的风。

SA＝g(SWA，SWT，YR，COG)

即，伺服辅助项是参数方向盘角度、方向盘扭矩、横摆角速率和重心位置中的一个或多个的函数(g)。另外的参数可以包括例如来自压力传感器的压力信号的函数。

被用于计算转向传动比和伺服辅助项的函数f和g基于一般的关系而不考虑重心位置的影响。本领域的专业人员将熟悉许多计算SGR和SA的方式，在此将不详细描述。可以引用的一个实例是前述的US-6,053,270，其详细描述了例如基于方向盘偏转和方向盘扭矩的伺服辅助项的计算。在前述的GB-1,451,906中涉及其它的实例。

减小驾驶员的所需要的转向力以补偿侧风干扰减小由于侧风干扰引起的方向偏移并且通过增大伺服辅助项和减小转向传动比而实现。这可以生成驾驶员不会察觉的转向感觉。考虑当前的重心位置/侧风敏感度使得可以单个地应用伺服辅助项和转向传动比各自的适应性变化，以便于保持良好的转向感觉，同时通过所要求的减小转向力而减少了方向偏移。

重心位置的影响是由于车辆重心和转向车轮之间的距离而引起；所述距离越大，其对于SGR和SA的影响越大。

在侧风中，其为所产生的风力负载冲击车辆的点和影响SGR和SA的重心位置之间的距离。所述距离越长，其对于控制参数的影响越大。

在转向伺服系统应用于例如公共汽车中的情况下，公共汽车完全加满燃料并且空载、即车上没有乘客的结果是重心位置的初始值。之后重心位置随着乘客和行李来到车上而变化。当装载卡车时也适用相同的道理。

根据一个实施方式，重心传感器呈一个或多个轮轴负载传感器的形式，所述传感器检测车辆轮轴上的负载并且可以定位为接近车辆悬架。例如如果使用空气悬架，那么在空气风箱(air bellows)中的压力可以用于提供轮轴负载的测量，在这种情况下压力传感器优选地装配为接近所述风箱但也可以距其一定距离，并且压力可以经由与所述风箱连接的管道或软管测量。

另一个实施方式替代地使用丝线应变仪，其装配为接近悬架并且经由它们的输出信号提供轮轴负载的测量。

重心位置信号包含关于相对于车辆的纵向对称线沿车辆纵向方向的重心位置的信息，优选地还包括关于相对于车辆纵向对称轴横向以及垂直的重心位置的信息。

重心信号优选地还包含关于车辆中重心位置的变化的信息。

方向盘角度传感器优选是光学传感器，但是也可以使用电阻式传感器或感应传感器。

方向盘扭矩传感器测量由车辆方向盘施加的扭矩，其例如可以由感应传感器或磁性传感器测量。

横摆角速率传感器呈基于陀螺仪的传感器的一个优选实施方式的形式，所述基于陀螺仪的传感器检测车辆相对于基准方向的偏移。

伺服控制单元4本身包括计算单元、存储器以及用于接收和传送信号的输入输出单元。伺服控制单元例如可以呈PC或特别适用于其目的的专用装置的形式。

本发明还包括一种用于车辆中的转向伺服系统的方法。所述方法参考图2描述如下。

所述方法包括以下步骤中的至少一个：

-检测当前方向盘角度并且响应于所述角度生成方向盘角度信号并且将所述信号传输至伺服控制单元；

-检测当前方向盘扭矩并且响应于所述扭矩生成方向盘扭矩信号并且将所述信号传输至所述伺服控制单元，以及

-检测当前横摆角速率并且响应于所述横摆角速率生成横摆角速率信号并且将所述信号传输至所述伺服控制单元。

所述方法还包括：

-计算车辆重心并将至少一个表示车辆重心的重心信号传输至所述伺服控制单元。伺服控制单元适于响应于所述重心信号，以及其它多个信号中的至少一个而计算用于转向伺服系统的一个或多个控制参数。

重心信号包含关于车辆中重心位置的变化的信息，以及特别地关于车辆中重心位置相对于车辆的纵向对称线沿纵向方向地和/或横向地的变化的信息。重心信号优选地还包括关于在垂直方向上的重心位置的信息。

转向伺服系统之后通过应用如以上所讨论的一组伺服控制规则计算一个或多个控制参数、方向盘比率(SGR)和伺服辅助项(SA)。

本发明包括适于执行如上所述的方法步骤的计算机程序。计算机程序例如存储在伺服控制单元中的存储器上。

本发明并不限于如上所述的优选实施方式。可以使用各种备选形式、变化形式以及等效形式。因此以上实施方式不应被认为限定本发明的保护范围，所述范围由所附权利要求书限定。

Claims (15)

1.一种用于车辆的转向伺服系统(2)，其包括以下部件中的至少一个或多个：适于检测当前方向盘角度并且响应于所述当前方向盘角度生成方向盘角度信号(SWA)的方向盘角度传感器(6)、适于检测当前方向盘扭矩并且响应于所述当前方向盘扭矩生成方向盘扭矩信号(SWT)的方向盘扭矩传感器(8)、以及适于检测当前横摆角速率并且响应于所述当前横摆角速率生成横摆角速率信号(YR)的横摆角速率传感器(8)，所述信号适于被传输至伺服控制单元(4)，

其特征在于，所述系统还包括一个或多个与重心计算单元(12)连接的重心传感器(10)，所述重心计算单元(12)适于基于从所述重心传感器接收的测量值计算车辆重心以及将表示车辆重心的至少一个重心信号(COG)传输至所述伺服控制单元，所述伺服控制单元适于响应于所述重心信号、以及其它多个信号中的至少一个而计算用于所述转向伺服系统的一个或多个控制参数(SGR、SA)。

2.根据权利要求1所述的转向伺服系统，其特征在于，所述重心传感器(10)呈一个或多个轮轴负载传感器的形式。

3.根据权利要求1所述的转向伺服系统，其特征在于，所述重心信号(COG)包含关于所述车辆中重心位置的变化的信息。

4.根据权利要求3所述的转向伺服系统，其特征在于，所述重心信号(COG)包含关于所述车辆中重心位置相对于所述车辆的纵向对称线沿纵向方向变化的信息。

5.根据前述权利要求中任一项所述的转向伺服系统，其特征在于，所述重心信号(COG)包含关于所述车辆中重心位置相对于所述车辆的纵向对称线横向地变化的信息。

6.根据权利要求1所述的转向伺服系统，其特征在于，所述重心传感器定位为接近所述车辆的悬架。

7.根据权利要求1所述的转向伺服系统，其特征在于，所述伺服控制单元通过应用一组伺服控制规则计算所述一个或多个控制参数。

8.根据权利要求1所述的转向伺服系统，其特征在于，所述控制参数包括转向传动比(SGR)和伺服辅助项(SA)。

9.一种用于车辆中的转向伺服系统(2)的方法，所述方法包括以下步骤中的至少一个：

-检测当前方向盘角度并且响应于所述当前方向盘角度生成方向盘角度信号(SWA)并且将所述方向盘角度信号传输至伺服控制单元(4)，

-检测当前方向盘扭矩并且响应于所述当前方向盘扭矩生成方向盘扭矩信号(SWT)并且将所述方向盘扭矩信号传输至所述伺服控制单元(4)，以及

-检测当前横摆角速率并且响应于所述当前横摆角速率生成横摆角速率信号(YR)并且将所述横摆角速率信号传输至所述伺服控制单元(4)，

其特征在于，所述方法还包括：

-计算所述车辆的重心并且将至少一个表示所述车辆的重心的重心信号(COG)传输至所述伺服控制单元(4)，所述伺服控制单元适于响应于所述重心信号、以及其它多个信号中的至少一个而计算用于所述转向伺服系统的一个或多个控制控制参数(SGR、SA)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述重心信号包含关于所述车辆中重心位置的变化的信息。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述重心信号包含关于所述车辆中重心位置相对于所述车辆的纵向对称线沿纵向方向变化的信息。

12.根据权利要求10和11中任一项所述的方法，其特征在于，所述重心信号包含关于所述车辆中重心位置相对于所述车辆的纵向对称线横向地变化的信息。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述伺服控制单元通过应用一组伺服控制规则计算所述一个或多个控制参数。

14.根据方法权利要求13所述的方法，其特征在于，所述控制参数包括转向传动比(SGR)和伺服辅助项(SA)。

15.一种适于执行根据权利要求9-14中任一项所述的方法步骤的计算机程序。

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