CN102259662A - 用于通过车辆转向装置使车辆转向的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助一个可由驾驶员操纵的转向操纵装置(2)使车辆转向的方法。为此，车辆转向装置(1)具有机电调节机组(3，4)，用于控制至少一根可转向车轴(8)的车轮对位于车体(5)右侧和左侧的可转向车轮(6，7)。一个中央控制单元(10)将转向操纵装置(2)的额定预设值与ESP预设值和可转向车轮(6，7)的车轮位置实际值进行比较，并且使可转向车轮(6，7)的转向止挡(11，12)的电子预设值与车辆(15)的运行状态匹配。

Description

用于通过车辆转向装置使车辆转向的方法
技术领域
本发明涉及一种用于借助一个可由驾驶员操纵的转向操纵装置使车辆转向的方法。为此，车辆转向装置具有机电调节机组，用于控制至少一根可转向车轴的车轮对位于车体右侧和左侧的可转向车轮。一个中央控制单元将转向操纵装置的额定预设值与ESP(电控行驶平稳系统或电子稳定程序系统)预设值和可转向车轮的车轮位置的实际值进行比较。
背景技术
为此，由专利文献DE 101 14 600 A1已知一种车辆转向器和用于车辆转向器的轴转向模块，该车辆转向器具有一个尤其是方向盘的转向操纵装置并且分别具有一个用于控制可转向车轴的车轮对分别位于车体右侧和左侧的可转向车轮的机电调节机组。此外由该专利文献已知至少一个可由转向操纵装置操纵的用于待调节的转向角的额定值传感器和中央控制单元的至少记录一个车轮转向角的实际值传感器。
因此，由专利文献DE 101 14 600 A1已知的车辆转向器和附属的方法公开了一种电子方法，其借助中央控制单元预设并且调节可转向车轮的各个转向角，其中公开的方法可以实现，在可转向车轮之一的控制装置失灵时，通过数据传输将还能运转的那个控制装置的转向角传递给失灵的控制装置的调节机组。
在已知的车辆转向器和轴转向模块中，通过所谓的软停止(Softstop)预先规定可转向车轮在围绕其的车轮罩中的电子转向止挡，由此限制车辆的转弯轨迹或转弯半径，因为其没有利用车身上完整的车轮自由转向空隙(Radfreigang，英语：wheel clearance)。在此，取决于车辆行驶的横向加速度/行驶速度，车轮自由转向空隙是不同的。通常，在以较小横向加速度较慢行驶时的车轮自由转向空隙大于以较大横向加速度行驶时的情形。然而，为此这样设计机械的转向角，使得车轮动态地自由运动，也就是说无法达到例如在车辆静止时理论上最小的可能转弯轨迹或转弯半径。此外，所谓的EPS预设值(电力转向预设值)用于，电子转向止挡或软停止只在机械的转向端部止挡附近通过减少转向支持并且甚至通过主动的反向转向而限制进一步的转向运动。这样的结果是，车辆的转弯轨迹或转弯半径出于安全性原因受到限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于通过车辆转向装置使车辆转向的方法，该方法改善了尤其是停放车辆时车辆的回转能力。
该技术问题按本发明通过一种用于使车辆转向的方法、一种车辆转向装置、一种计算机程序和一种计算机可读的媒体解决。
按本发明的第一方面提供了一种用于借助一个可由驾驶员操纵的转向操纵装置使车辆转向的方法。为此，车辆转向装置具有机电调节机组，用于控制至少一根可转向车轴的车轮对位于车体右侧和左侧的可转向车轮。一个中央控制单元将转向操纵装置的额定预设值与ESP预设值和可转向车轮的车轮位置实际值进行比较，并且使可转向车轮的转向止挡的电子预设值与车辆的运行状态匹配。
这种方法的优点是，转向止挡并未如迄今为止那样地设计使得可转向车轮动态地自由运动，而是可以通过使电子转向止挡与车辆的运行状态匹配而利用理论上最小的可能转弯轨迹。
在此，ESP预设值(电子稳定程序的预设值)一如既往地在高速时至关重要，其限制转向止挡并且甚至引起主动的反向转向，以便限制进一步的转向运动，因此在动态行驶中，车辆或车辆结构上的侧向力(如离心力或惯性力)的作用不会这样绕着摆动轴线或摆动中心摆动而使得车辆或车身底座的行驶稳定性消失。
在不同车轮位置中对车轮自由转向空隙的另一重要限制是车轮在压缩和拉伸位置之间经过的弹簧行程。取决于车轮罩中挡泥板下自由空间的形状和几何结构可能需要的是，可转向车轮的转向止挡根据弹簧行程而不同。在此需要注意的是，车轮的倾角可以横向于行驶方向相对于车辆垂直线向外或向内倾斜，因此在计算预设弹簧行程的可能的转向止挡时也需要根据车辆负荷情况考虑车轮倾角。车轮内倾或前束(Vorspur)和车轮外倾(Nachspur)也会影响车轮自由转向空隙并且需要在弹簧行程中一同考虑。旋转轴线的倾角也根据弹簧行程位置具有不同的随动值。在车轮自由转向空隙中并且因此对于根据弹簧行程的电子转向止挡也需要考虑转向主销轴承的旋转轴线相对于车辆垂直线的倾角(平行于车辆横轴)，该倾角定义出车轮外倾(Sturz)或主销内倾(Spreizung)。
最后，表示角度差的转向角差(Spurdifferenzwinkel)要求在弯道中原则上是弯道内侧的车轮对转向止挡起决定性作用，弯道外侧的车轮比弯道内侧的车轮少旋转该角度差那么多。
在根据弹簧行程测定转向止挡时会考虑到这些不同的底盘设置(Fahrwerkeinstellung)。此外，在旋转车轮时需要考虑车辆绕其竖轴线的旋转角，并且根据行驶速度，电子转向止挡取决于运行状态受到横向加速度的影响，以便如上所述确保相对于车辆摆动中心的行驶稳定性。
在该方法的另一种实施形式中具有以下步骤。首先测定车辆的运行状态。当车辆静止时，随即在考虑到上述底盘设置的情况下测定可转向车轮的弹簧行程并且根据该弹簧行程使可转向车轮的转向止挡的电子预设值最大化。由此带来的优点是，尤其在停放车辆或在狭窄的位置上进行机动动作时可以利用最小的可能转弯轨迹。
在车辆运动时，首先测定该车辆的偏转角。若偏转角在车辆运动时等于零，则之前测定的可转向车轮转向止挡的电子预设值可以保持不变。在偏转角大于零并且车辆运动时，测定横向加速度。横向加速度接近于零并且偏转角大于零而车辆运动意味着，车辆例如处于停车状态或其它机动状态，因此再次在考虑到测定的可转向车轮弹簧行程的情况下根据该弹簧行程使可转向车轮的转向止挡的电子预设值最大化。
在横向加速度大于零并且偏转角大于零时，在车辆运动时测定可转向车轮的弹簧行程同样是不可缺少的，接下来根据弹簧行程并且按照ESP预设值使转向止挡的电子预设值匹配。最后，分别将转向止挡的电子预设值输出到可转向车轮。
该方法的优点是，电子转向止挡由此与车辆的各个运行状态匹配，并且在动态运行和静止状态中均能确保取决于运行状态的、车辆尽可能小的转弯轨迹和尽可能大的车轮自由转向空隙。
在停放车辆时需要注意，该车辆的运行状态以最小的横向加速度和最大的偏转角从车辆的静止状态转换至车辆的运动状态并且相反地转换。在车辆行驶的运行状态中，根据该车辆的横向加速度和摆动中心位置会出现介于零和由ESP预设值限定的最大偏转角之间的偏转角区域，因此随着横向加速度增加，电子转向止挡减小并且因此转弯轨迹扩大。
最后，在转弯行驶的运行状态中，位于弯道内侧的可转向车轮以其弹簧行程在考虑到用于可转向车轴的ESP预设值的情况下定义转向止挡的电子预设值，因此，在转弯行驶时内侧的可转向车轮由于转向角差而比外侧的可转向车轮更剧烈地偏转。
为了测定横向加速度，激活一个三维的加速度传感器，因此，即使车辆驾驶员通过转向操纵装置预先给定了一个更大的转向偏角作为额定值，为确保行驶稳定性，可转向车轮的转向止挡和转向偏角也随着横向加速度的增加而可靠地以有利的方式减小。
为了测定偏转角，由可转向车轮相对于车辆纵轴线的车轮位置的角度实际值计算出所述车辆绕竖轴线的旋转角。由此可以视运行状态而相应设置电子转向止挡。
按本发明的第二方面提供了一种带有可由驾驶员操纵的转向操纵装置的车辆转向装置。为此，该车辆转向装置具有机电调节机组，用于控制至少一根可转向车轴的车轮对位于车体右侧和左侧的可转向车轮。一个中央控制单元具有测定装置和比较装置，它们将转向操纵装置的额定预设值与ESP预设值和可转向车轮的车轮位置的实际值进行比较地评估，并且根据车辆的运行状态使用于可转向车轮的转向止挡的电子预设值匹配。
按本发明的车辆转向装置由于其位于中央控制单元中的测定装置和比较装置而具有这样的优点，即用于可转向车轮的转向止挡的电子预设值根据车辆运行状况以这种方式有所不同，从而可以在确保车轮自由转向空隙和车辆行驶稳定性的情况下对于各运行状态实现最小的可能转弯轨迹。
在该第二方面的另一种实施形式中，车辆转向装置具有一个设计用于测定车辆的运行状态的第一测定装置。通过一个设计用于测定该车辆的可转向车轮当前允许的弹簧行程的第二测定装置确保了在各种车轮位置中以及在弹簧行程各不相同时考虑到不同的、用于车轮止挡的底盘设置。
第三测定装置设计用于测定车辆的偏转角，并且第四测定装置设计用于测定车辆的横向加速度。此外，使用至少三个比较装置，其中，第一比较装置设计用于区分静止的车辆和运动的车辆。第二比较装置设计用于区分等于零的偏转角和大于零的偏转角。最后，第三比较装置设计用于区分等于零的横向加速度和大于零的横向加速度。除了这些测定装置和比较装置，该电子车辆转向装置还具有一个输出装置，其设计用于自动输出车辆转向装置的可转向车轮转向止挡的与车辆运行状态匹配的电子预设值。
这些测定装置和比较装置以及输出装置可以是中央控制单元的中心组成部分或者可以分散地布置在车辆中并且通过CAN总线交换相应的传感器和控制数据。此外在本发明的另一种实施形式中，中央控制单元具有一个ESP系统，其预先规定出车辆运动时偏转角和横向加速度的边界值。
本发明的第三方面提供了一种计算机程序，当在用于使车辆转向装置的可转向车轮转向止挡的电子预设值匹配的中央控制单元的处理器上运行该程序时，该程序指导所述控制单元进行以下步骤：
-测定车辆的运行状态，
-测定该车辆的可转向车轮当前允许的弹簧行程，
-测定车辆的偏转角，
-测定车辆的横向加速度，
-区分车辆静止或运动的运行状态，
-区分等于零的偏转角和大于零的偏转角，
-区分等于零的横向加速度和大于零的横向加速度，
-自动输出车辆转向装置的可转向车轮转向止挡的与车辆运行状态匹配的电子预设值。
与车辆转向装置以此方式编程的控制单元处理器相关联的是一种计算机可读的媒体，其上储存有相应的计算机程序，这不但在车辆静止或行驶速度极低时而且在行驶速度较高时均可以在尽可能小的转弯轨迹中保持相对于电子转向止挡的安全性，其中，该电子转向止挡基本上由ESP预设值和弹簧行程可能性限定。
附图说明
现在参照附图进一步阐述本发明的技术方案。在附图中：
图1示意性示出用于实施按照本发明一种实施例的使车辆转向的方法的流程图；
图2示出按本发明一种实施形式的车辆转向装置的示意性框图；
图3示出剖切位于限定电子转向止挡的车轮罩中的可转向车轮的示意横截面。
具体实施方式
图1示意性示出用于实施按照本发明一种实施例的使车辆转向的方法的流程图30。
在开始后，首先在第一方法步骤31中确定车辆的运行状态。若车辆是静止的，则接下来在第二方法步骤32中在考虑到不同底盘设置的情况下测定弹簧行程，并且最后在第三方法步骤中根据各弹簧行程使转向止挡最大化并且将其输出。
由此可以当在狭窄空间中进行机动动作或停车入库时为驾驶员提供尽可能小的转弯轨迹或转弯半径。
若车辆是运动的，则在接下来的步骤中使转向止挡匹配。首先在第四方法步骤34中测定偏转角。若偏转角等于零，则在接下来的第五方法步骤35中转向止挡可以保持不变。然而若偏转角不等于零，则在第六方法步骤36中测量车辆的横向加速度。
通过第七方法步骤37判断横向加速度是否接近于零，从而又可以按照第二方法步骤32测定静止状态中的弹簧行程并且随后在第三方法步骤33中根据弹簧行程使转向止挡最大化。然而若横向加速度明显大于零，则在第八方法步骤38中为相应的弯道行驶测定弹簧行程，并且接下来在第九方法步骤39中根据各ESP预设值和测得的弹簧行程使转向止挡与当前车辆运行状态匹配。
在图1中用流程图30示出的这种方法可以由一个在图2中示出的装置实施。
图2示出按本发明一种实施形式的、位于车体5中的车辆转向装置1的示意性框图。为此在车辆15中示意性示出了处于极限转向止挡中的可转向车轮6和7，因此可转向车轴8的可转向车轮6显示出了最大转向止挡12，并且可转向车轴8的可转向车轮7显示出了最大转向止挡11。在处于这两个最大转向止挡11和12时一如既往地确保了车轮自由转向空隙。然而，该车轮自由转向空隙会随着车轮罩24或25内部正弹簧行程的增加而改变，因此根据弹簧行程产生了不同的最大转向止挡。
可转向车轮6和7的可能转向止挡由中央控制单元10通过数据线路43输出给输出装置14并且由该输出装置通过控制线路41和42传输给机电调节机组3和4。中央控制单元10通过信号线路28和29接收转向操纵装置2的额定预设值，该转向操纵装置2通过反馈线路40与控制单元10共同作用。
此外在中央控制单元10中，用于运行状态的第一测定装置16、用于弹簧行程的第二测定装置17、用于偏转角的第三测定装置18和用于横向加速度的第四测定装置19通过相应的CAN总线44共同作用。在CAN总线44上还连接有用于比较运行状态的第一比较装置20、用于比较偏转角的第二比较装置21和用于比较横向加速度的第三比较装置22。
绕车辆竖轴线46的旋转角或相对于车辆15纵轴线13的偏转角α由可转向车轮6或7的转向角α′推导出。横向加速度的测定可借助三维加速度传感器9进行。
图3示出剖切位于限定电子转向止挡的车轮罩25中的可转向车轮7的示意横截面。在车轮7转向时，该车轮绕转向主销轴承26和27的旋转轴线23旋转。此外，如果底盘由于车辆装载而受到负荷，则车轮弹簧45经过了一段弹簧行程w。在此显示出的弹簧行程w是仅在车辆动态过载时使用或出现的最大可能弹簧行程。
附图标记清单
1车辆转向装置
2转向操纵装置
3机电调节机组
4机电调节机组
5车体
6(可转向的)车轮
7(可转向的)车轮
8(可转向的)车轴
9加速度传感器
10中央控制单元
11转向止挡
12转向止挡
13车辆纵轴线
14输出装置
15车辆
16第一测定装置(运行状态)
17第二测定装置(弹簧行程)
18第三测定装置(偏转角)
19第四测定装置(横向加速度)
20第一比较装置(静止的/运动的)
21第二比较装置(偏转角)
22第三比较装置(横向加速度)
23转向主销轴承的旋转轴线
24车轮罩
25车轮罩
26转向主销轴承
27转向主销轴承
28信号线路
29信号线路
30流程图
31第一方法步骤
32第二方法步骤
33第三方法步骤
34第四方法步骤
35第五方法步骤
36第六方法步骤
37第七方法步骤
38第八方法步骤
39第九方法步骤
40反馈线路
41控制线路
42控制线路
43数据线路
44CAN总线
45车轮弹簧
46竖轴线
w弹簧行程
α偏转角

Claims (14)

1.一种用于使车辆转向的方法，借助
-一个可由驾驶员操纵的转向操纵装置(2)，
-机电调节机组(3，4)，用于控制车轮对位于车体(5)右侧和左侧的可转向车轮(6，7)，
-至少一根可转向车轴(8)，以及
-一个中央控制单元(10)，
其中，该中央控制单元(10)将所述转向操纵装置(2)的额定预设值与ESP预设值和所述可转向车轮(6，7)的车轮位置实际值进行比较，并且使所述可转向车轮(6，7)的转向止挡(11，12)的电子预设值与车辆(15)的运行状态匹配。
2.按权利要求1所述的方法，其中，所述方法具有以下步骤：
-测定所述车辆(15)的运行状态，
-当车辆(15)静止时，测定所述可转向车轮(6，7)的弹簧行程(w)并且根据该弹簧行程(w)使所述可转向车轮(6，7)的转向止挡(11，12)的电子预设值最大化，
-在车辆(15)运动时，测定该车辆(15)的偏转角(α)，
-在偏转角(α)等于零并且车辆(15)运动时，保持所述可转向车轮(6，7)的转向止挡(11，12)的电子预设值，
-在偏转角(α)大于零并且车辆运动时，测定横向加速度，
-在横向加速度接近于零并且偏转角(α)大于零而且车辆(15)运动时，测定可转向车轮(6，7)的弹簧行程(w)并且根据该弹簧行程(w)使所述可转向车轮(6，7)的转向止挡(11，12)的电子预设值最大化，
-在横向加速度大于零并且偏转角(α)大于零而且车辆(15)运动时，测定所述可转向车轮(6，7)的弹簧行程(w)，并且根据该弹簧行程(w)以及按照ESP预设值使所述转向止挡(11，12)的电子预设值匹配，
-将所述转向止挡(11，12)的电子预设值输出到可转向车轮(6，7)。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中，在停放车辆(15)时，该车辆(15)的运行状态以最小的横向加速度和最大的偏转角从车辆(15)的静止状态转换至车辆(15)的运动状态并且相反地转换。
4.按权利要求1至3之一所述的方法，其中，在车辆(15)行驶的运行状态中，根据该车辆(15)的横向加速度和摆动中心位置出现介于零和由ESP预设值限定的最大偏转角(α)之间的偏转角区域。
5.按权利要求1至4之一所述的方法，其中，在转弯行驶的运行状态中，位于弯道内侧的可转向车轮(6)以其弹簧行程(w)在考虑到用于可转向车轴(8)的ESP预设值的情况下定义所述转向止挡(11，12)的电子预设值。
6.按权利要求1至5之一所述的方法，其中，为了测定横向加速度，激活一个三维的加速度传感器(9)。
7.按权利要求1至6之一所述的方法，其中，为了测定偏转角(α)，由可转向车轮相对于车辆(15)纵轴线(13)的车轮位置的角度实际值(α′)计算出所述车辆绕竖轴线的旋转角。
8.一种车辆转向装置，带有
-一个可由驾驶员操纵的转向操纵装置(2)，
-机电调节机组(3，4)，用于控制车轮对位于车体(5)右侧和左侧的可转向车轮(6，7)，
-至少一根可转向车轴(8)，以及
-一个中央控制单元(10)，
其中，该中央控制单元(10)具有测定装置(16至19)和比较装置(20至22)，所述比较装置(20至22)将所述转向操纵装置(2)的额定预设值与ESP预设值和所述可转向车轮(6，7)的车轮位置实际值进行比较地评估，并且根据所述车辆(15)的运行状态使所述可转向车轮(6，7)的转向止挡(11，12)的电子预设值匹配。
9.按权利要求8所述的车辆转向装置，其中，该车辆转向装置具有：
-一个设计用于测定车辆(15)的运行状态的第一测定装置(16)，
-一个设计用于测定该车辆(15)的可转向车轮(6，7)的当前弹簧行程(w)的第二测定装置(17)，
-一个设计用于测定车辆(15)的偏转角(α)的第三测定装置(18)，
-一个设计用于测定车辆(15)的横向加速度的第四测定装置(19)，
-一个设计用于区分静止的车辆(15)和运动的车辆(15)的第一比较装置(20)，
-一个设计用于区分等于零的偏转角(α)和大于零的偏转角(α)的第二比较装置(21)，
-一个设计用于区分等于零的横向加速度和大于零的横向加速度的第三比较装置(22)，
-一个输出装置(14)，设计用于自动输出所述车辆转向装置(1)的可转向车轮(6，7)的转向止挡(11，12)与车辆(15)的运行状态匹配的电子预设值。
10.按权利要求9所述的车辆转向装置，其中，所述比较装置(20至22)布置在所述中央控制单元(10)内。
11.按权利要求10所述的车辆转向装置，其中，所述中央控制单元(10)具有ESP，其预先规定出车辆(15)运动时偏转角(α)和横向加速度的边界值。
12.按权利要求9至11之一所述的车辆转向装置，其中，所述中央控制单元(10)通过CAN总线(44)与所述测定装置(16至19)相连以进行信号交换。
13.一种计算机程序，当为了使车辆转向装置(1)的可转向车轮(6，7)的转向止挡(11，12)的电子预设值匹配而在中央控制单元(10)的处理器(14)上运行该程序时，该程序指导所述控制单元(10)进行以下步骤：
-测定车辆(15)的运行状态，
-测定该车辆(15)的可转向车轮(6，7)的当前允许的弹簧行程(w)，
-测定车辆(15)的偏转角(α)，
-测定车辆(15)的横向加速度，
-区分车辆(15)静止或运动的运行状态，
-区分等于零的偏转角(α)和大于零的偏转角(α)，
-区分等于零的横向加速度和大于零的横向加速度，
-自动输出所述车辆转向装置(1)的可转向车轮(6，7)的转向止挡(11，12)与车辆(15)的运行状态匹配的电子预设值。
14.一种计算机可读的媒体，其上储存有按权利要求13所述的计算机程序。
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