CN104627235A - 用于补偿由于停车事件导致的车轮上的轮胎回转的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于补偿由于停车事件导致的车轮上的轮胎回转的系统，更具体地讲，提供一种用于测量和补偿在停车事件期间发生在车轮上的轮胎回转的系统。控制器接收包括转向电动机电流和转向系统组件运动的数据，通过这些数据确定当前的轮胎回转的量，并控制发动机来使车轮转向至初始位置，该初始位置允许轮胎回转使车轮转向至最终位置。车轮的最终期望的位置可以针对车轮本身的期望的位置、针对方向盘或针对两者的组合。方向盘最终期望的角位置可以是使得点火开关可具有更好可见性的角位置或使得方向盘不是在负载下被锁定的角位置。

Description

用于补偿由于停车事件导致的车轮上的轮胎回转的系统

技术领域

本公开涉及具有动力辅助的车辆转向系统，更具体地讲，涉及减轻轮胎回转(tire windup)对转向系统的影响。

背景技术

轮胎安装在车辆轮子上，不仅提供车辆和道路之间的牵引，还提供用于吸收振动的柔性缓冲垫。大部分轮胎是气动充气式结构，气动充气式结构包括由橡胶包围的帘线和钢丝的环形主体，并且通常填充有压缩空气，以形成可充气的缓冲垫。

由于轮胎的结构，轮胎可用作弹簧并在轮子转向时储存势能。这种弹簧效应由道路表面的摩擦导致，道路表面的摩擦抑制轮胎的与轮胎和道路的接地面相邻的部分的转向。当轮子转向时，轮胎的靠近轮子的部分与轮子一起转向，而轮胎的靠近轮胎与地面的接地面的部分会抑制转向运动。结果，轮胎的位于轮子和接地面之间的部分会弹性地变形。轮胎的弹性变形，或者更具体地讲，轮胎欲恢复到未变形的形状的趋势提供势能，该势能被称为轮胎回转。

当车辆不运动或运动缓慢时(例如，当车辆停车时)，轮胎回转会更明显。结果，当车辆停下来并且松开方向盘时，轮胎的回转会导致方向盘角突变(snap)为与最终位置不同的角度。在电动力辅助电动机使转向轮转向的自动停车事件的情况下，当完成自动停车事件并移除电动机的动力时，轮胎回转会使转向轮和/或方向盘突变为与最终期望的位置不同的角度，或者会将转向系统锁定在负载位置。

轮胎回转会由于轮胎和道路之间的摩擦的变化而变化，因此针对每种状况均提供恒定的过调量(overshoot)以给轮胎回转留出余地可能不会使方向盘停止在最终期望的位置或者从锁定就位的系统移除负载。

主动停车辅助系统能够执行自动停车事件，并且当系统完成停车事件时，可命令最终的车轮角或方向盘角。该系统可命令零度角，但是在车辆关闭之后，该系统会松懈并且轮胎回转会使车轮或方向盘运动偏离零度角。如果方向盘锁定在零度角位置，那么锁定机构会置于负载下。负载的方向盘锁定会导致当试图重新起动车辆时发生问题，或者会变得更难以解锁。另外，可期望使方向盘置于不同于零度角的特定角位置，并且如可期望的那样，将不会观察到从特定的最终角位置的任何运动。

发明内容

本公开的一方面涉及一种用于补偿由于停车事件导致的车轮上的轮胎回转的系统。在本公开的该方面，控制器被配置为监测电动机在停车事件期间提供动力转向时的电动机电流。然后，所述控制器能够使电动机电流与使轮胎在地面上转向所需的力相关。使轮胎在地面上转向所需的力与轮胎接地面和地面之间的摩擦相关。电动机电流越小，作用越容易，摩擦越小。电动机电流越大，力越大，摩擦越大。

传感器还用于向控制器提供与转向组件的运动相关的数据。转向组件可以是正在转向的轮子和轮胎、方向盘或转向齿轮箱组件。组件所行进的距离和行进该距离所需的电动机电流的组合提供对在该距离的行进期间发生的轮胎回转量的估计。考虑到轮胎的物理参数，可确定轮胎的回转，这样，可确定由于回转导致的轮胎回弹。然后，控制器将被配置为响应于转向组件运动数据和电动机电流而修改电动机的输出，以降低由于停车事件导致的轮胎回转的影响。

一个实施例将是：如果电动机电流高，那么轮胎回转将很可能导致系统中的回弹，使得轮子和轮胎的期望的停止位置(即，预定的期望的车轮角位置)将是不期望的。在这种情况下，控制器可向电动机提供电力来使轮子和轮胎进一步转向超过期望的停止位置，从而当将电力从电动机移除后，允许所述系统松懈并且轮子和轮胎将回弹至期望的停止位置。

在另一实施例中，在停车事件期间，轮子和轮胎的最终转向会需要很小的电动机电流甚至不需要电动机电流来完成。在这种情况下，轮胎会沿着另一方向回转，并且所述控制器可被配置为迅速切断电动机，以允许轮子和轮胎松懈，从而向前拉动该系统至期望的停止位置。

在其他实施例中，相同的构思可应用于诸如方向盘的其他转向组件的期望的最终停止位置(即，期望的方向盘角位置)。在轮子和轮胎硬连接到方向盘使得它们彼此相关联地运动的转向系统中，由于回转导致的轮胎的回弹还将使方向盘运动。由轮胎回转导致的方向盘的运动可到达不是如所期望的新的位置。由轮胎回转导致的方向盘的运动还可在方向盘的锁定系统上施加负载。在这些实施例中，电动机可被控制为使轮子和轮胎转向超过最终位置或快速切断电动机，以允许系统松懈并通过回转使轮子和轮胎运动至最终期望的位置。

本公开的另一方面涉及一种用于补偿由于自动停车事件导致的轮胎回转的系统。在该方面，控制器能够接收方向盘角位置，并被配置为基于动力转向电动机电流和来自方向盘角位置的数据确定轮胎回转的量。然后，所述控制器被配置为控制动力转向电动机，以将方向盘置于过调角位置/负调角位置，从而随着轮胎回转被释放而允许方向盘旋转至期望的停车结束时的角位置。

所述控制器可使电动机电流与轮胎接地面和轮胎位于其上的道路或表面之间的摩擦相对应，并基于电动机电流和轮胎回转因子确定轮胎回转的量。

所述控制器可使电动机电流与摩擦相对应，并基于电动机电流和轮胎回转因子确定轮胎回转的量。

所述轮胎回转因子可以是可由制造商、经销商或驾驶员输入到控制器中的可调因子。

所述轮胎回转因子可以是基于从由材料成分、帘布层结构、胎面花纹、宽度、轮辋直径、高宽比、滚动半径、推荐的充气压力范围、额定载荷、接地面积及额定速度组成的组中获取的轮胎特性的可调因子。

所述控制器可控制动力转向电动机来使车轮转向，并使所述方向盘转向超过期望的停车结束时的方向盘角位置，以允许车轮回弹，使得方向盘旋转至期望的停车结束时的方向盘角位置。

对轮胎回转的补偿可允许方向盘锁定在期望的停车结束时的角位置，同时基本上没有扭矩施加在方向盘锁定机构上。

方向盘的期望的停车结束时的角位置可以是允许改善点火开关定位能力的角位置。

所述控制器可从由制动输入、轮速传感器数据、车速、档位、节气门位置、方向盘扭矩及纵向加速度组成的组确定轮胎回转。

下面将参照附图更详细地解释本公开的上述方面和其他方面。

附图说明

图1是车辆转向系统的示意图。

图2是路面上的轮子和轮胎的截面图。

图3是轮胎回转控制策略的示例的流程图。

具体实施方式

参照附图公开了示出的实施例。然而，应当理解的是，公开的实施例意在仅为可以以各种和替换的形式实施的示例。附图不一定按比例绘制，并且可夸大或者最小化一些特征，以显示特定组件的细节。公开的具体结构和功能性细节不被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员如何实践公开的构思的代表性基础。

图1示出了具有方向盘12的转向系统10，方向盘12通过转向齿轮箱16与转向轮和轮胎组件14(以下被简称为车轮14)可旋转地连接。转向齿轮箱16将方向盘12的旋转输入传递到车轮14，反之亦然。车轮14的枢转位置被示出为车轮角位置α，方向盘12的旋转位置被示出为方向盘角位置β。

车轮14大体上朝正前方的角位置被称为零位置，或者为使得α大约等于零度的位置。车轮前束/后束可能导致角枢轴与真正的零度的些微变化，但是零位置意图为允许车辆沿大体上朝正前方的方向行驶的车轮位置。然后，当车轮14沿着任意方向枢转偏离零位置时，枢转角α以与零位置偏离的角度(正值、负值或绝对值)给出。方向盘12居中的位置也可被称为零位置或清晰视界位置(clear view position)。方向盘12的零位置是当转向角β大约等于零度时的位置。方向盘12可旋转多转而超过零位置，从而360度(或者360度的任何整数倍)的正值、负值或绝对值使方向盘12在每转返回到清晰视界位置，但是方向盘12的零位置是与车轮14的零位置相对应的方向盘位置。

转向齿轮箱16可提供从方向盘12到车轮14的机械优势。转向齿轮箱16的机械优势使得方向盘12可沿着单个方向旋转多转，而车轮沿单个方向从最大左转枢轴到最大右转枢轴枢转小于180度，反之亦然。转向齿轮箱16在此被示意性地示出为齿条和小齿轮转向齿轮箱，但是可使用任何其他转向齿轮箱。转向齿轮箱16也可提供可变传动比转向，使得车轮14的枢转速率在零位置附近增加或减小(例如，在大型重型载重车上)，或者在左手转向范围或右手转向范围的末端增加或减小(例如，在较小型的汽车和乘用车上)。

电动机18可连接到转向系统并用于辅助车轮14的转向或者转向齿轮箱16内的组件的运动。电动机18可以是电动力辅助电动机，电动力辅助电动机用于提供动力辅助，以当驾驶员转动方向盘12时帮助车轮14转向，或者电动机18可以是能够执行自动转向事件的电动机，在自动转向事件中，在没有来自驾驶员的输入的情况下车辆执行自动计算机控制的停车事件时，电动机18使车轮14转向。电动机18与控制器20通信并由控制器20激活，如通信线22所示出的。电动机18受控制器的激励来使车轮14转向，并在使用期间基于电动机18使车轮14转向所需的另外的功率的量而产生电动机电流。车轮14转向越容易需要的电流越小，而车轮14转向越困难需要的电流越大。

系统10还可设置有多个不同的传感器，以向控制器20提供关于系统中的各种转向组件的运动的数据。转向角传感器24可以与控制器20通信，如通信线26所示出的。转向角传感器24能够提供与转向组件的运动相关的数据(诸如方向盘12的角位置β)。车轮角传感器28可以与控制器20通信，如通信线30所示出的。车轮角传感器28能够提供与转向组件的运动相关的数据(诸如车轮14的角位置α)。齿条运动传感器32可以与控制器20通信，如通信线34所示出的。齿条运动传感器32能够提供与位于转向齿轮箱16中的转向组件的运动相关的数据。齿条运动传感器32可以是提供任何转向齿轮箱16中的任何组件的运动的任何传感器。

图2示出了由轮子40和轮胎42组成的车轮14的截面图。轮子40是通常由在停车事件期间不经历明显的弹性变形的金属制成的半脊状结构。另一方面，轮胎42可以是橡胶气动可充气结构，通常填充有压缩空气44，以形成可充气缓冲垫。由于轮胎的结构，轮胎42可用作弹簧并在轮子40转向时储存势能。轮胎具有轮胎42与地面48接触的接地面46。当轮子40通过转向系统10转向时(如实线箭头50所指示的)，接地面46和地面48之间的摩擦力52抑制转向运动50。轮胎42的类似弹簧的结构允许发生弹性变形并且轮胎42的弹性变形提供势能，以试图使车轮14沿着相反的方向往回转。由于轮胎42的弹性变形(作为接地面46与地面48的摩擦力52的结果)而形成在轮胎42中的势能被称为轮胎回转。虚线54示出了通过轮胎回转而使车轮沿着相反的方向转向的趋势。

轮胎回转因子(未示出)是可基于车辆上的轮胎42的特性被输入到控制器20中的变量。轮胎回转因子可以是可由制造商、经销商或驾驶员输入到控制器20中的可调因子。轮胎回转因子可基于从由材料成分、帘布层结构、胎面花纹、宽度、轮辋直径、高宽比、滚动半径、推荐的充气压力范围、额定载荷、接地面积及额定速度组成的组中获取的轮胎特性。例如，具有海绵橡胶成分、可能没有钢带、具有非常大的多节胎面花纹、大的高宽比以及滚动半径、低充气压力、高额定载荷和大的接地面的越野轮胎可具有较大的轮胎回转因子，具有硬橡胶成分、钢带、小胎面花纹、小的高宽比和滚动半径、高充气压力和较低的额定载荷的赛车用光面轮胎可具有较小的轮胎回转因子。原因在于：在轮子转向期间的弹性变形中越野轮胎可比赛车用光面轮胎产生更多的势能。

另外的输入也可与轮胎回转因子结合使用，例如，利用轮胎压力传感器信号来获知实际的轮胎压力，以及利用车辆载荷传感器(诸如空气悬架中的高度传感器或者有源阻尼器中的加速计)来获知实际的车辆重量。包括实时的轮胎内部压力和轮胎上的载荷可允许提高确定轮胎储存的势能的量的精确度。

再次参照图1，当车辆停车时，车轮14可通过转向系统10经由电动机18转向，如通过箭头50所示出的。可期望预定的期望的车轮角位置α，然而，由于轮胎回转(如通过虚线箭头54所指示的，轮胎沿着另一方向往回转的趋势)，当转向系统10松懈时，车轮14可从α转到α’。α’可能不是在完成停车事件时车轮14的期望的角位置。车轮14的期望的角位置可以是除了朝正前方的方向以外的方向。其一个非限制性示例是：当车辆结束停车顺序，车辆靠近车辆右侧的特定接近距离内的路边面朝上停在斜坡上之时。预定的期望的车轮角位置α可以是车轮几乎完全向外转向至左边使得右车轮的后部可以以一定角度朝向路边的角位置。在车辆仍停放时，甚至在车辆起动期间或就在车辆起动之前，存在可期望使车轮14在停车事件结束时指向特定方向的许多其他情况。

为了补偿轮胎回转，转向系统10可使车轮转向至过调角位置(overshootangular position)α”，当转向系统10松懈时，轮胎回转可使车轮14从该位置运动到预定的期望的车轮角位置α。然而，由于轮胎42特性的变化以及接地面46和地面48之间的摩擦差异，将不能一致地施加标准的过调量。此外，根据在停车事件期间车轮14的最后的转向量，车轮14可处于预回转状态(负调位置(undershoot position)α’将会更好)，使得电动机18提早断电，然后允许轮胎回转完成朝期望的车轮角位置α的转向。

控制器20可被配置为为车轮14上的轮胎回转提供可变补偿。控制器20可被配置为响应于转向组件运动数据(诸如来自转向角传感器24、车轮角传感器28或齿条运动传感器32的数据)以及当电动机18用于使车轮14转向时由其产生的电动机电流而修改电动机18的输出。电动机电流向控制器提供关于使车轮14转向所需的力的信息以及提供车轮14和地面48之间的摩擦的估计。导致较大电流的较大的力(尤其是在接近转向事件结束时)会意味着需要释放大量的轮胎回转。另外，车轮14的粘滑性质可展现出电流大量累积，然后在转向事件结束时电流急剧下降，意味着存在需要释放很少甚至无需释放的小的轮胎回转。另外，如果期望的车轮角位置使得车轮本身往回转，那么比正常电流低的电流可流过电动机，表明预回转轮胎和控制器可在没有向电动机18施加能量的情况下使车轮14转向。

控制器20可被配置为利用电动机18通过使车轮转向至与期望的车轮角位置α不同的角位置并允许轮胎回转使其返回至α来实现预定的期望的车轮角位置α，或者在不存在轮胎回转或者存在的轮胎回转量可忽略的情况下通过根本不影响电动机18来实现预定的期望的车轮角位置α。控制器20利用电动机电流、车轮14的行进的角距离以及行进的角距离上存在的电流水平中的可用信息。

控制器20可激励电动机18来使车轮14转向超过预定的期望的车轮角位置α而达到过调位置α”，以随着轮胎回转被释放而允许车轮14回弹到预定的期望的车轮角位置α。控制器20可在车轮14到达预定的期望的车轮角位置α之前在负调角位置α’处降低电动机18的能量，以随着轮胎回转被释放而允许车轮14向前弹至预定的期望的车轮角位置α。针对每个独立的停车结束时的转向计算的负调位置α’/过调位置α”基于系统10的运动和电动机电流的数据。

类似地，控制器20也可用于将方向盘12置于期望的位置。由于方向盘12与车轮14在运动上相关，因此当车轮14(和/或转向系统10)由于轮胎回转而松懈和运动时，方向盘12同样会运动脱离期望的位置。将方向盘12置于角位置β处会是有利的，从而可更容易地定位点火开关60(使方向盘12的开口与驾驶员的眼睛和点火开关60更好地对齐以提供更好的点火位置的可见性的位置)。将方向盘12置于最终位置也可被视为是有利的，所述最终位置是指：在车辆关闭时锁定方向盘12的情况下方向盘12未被置于负载下的位置。另一预定的期望的方向盘角位置将是使得仪表组或者仪表板的期望部分具有更好的可见性的位置，或任何数量的其他原因导致的希望方向盘置于的特定旋转位置。

为了在轮胎回转被释放时实现预定的期望的方向盘角位置β，控制器20可被配置为激励电动机18来使方向盘12转向超过预定的期望的方向盘角位置β而处于过调角β”，以随着轮胎回转被释放而允许车轮14回弹，然后使方向盘12旋转到预定的期望的方向盘角位置β。控制器20还可被配置为在方向盘12到达预定的期望的方向盘角位置β之前在负调角β’处降低电动机18的能量，以随着轮胎回转被释放而允许车轮14向前弹，使得方向盘12旋转至预定的期望的方向盘角位置β。控制器20还可识别空档轮胎回转状况，在空档轮胎回转状况下，控制器20并不改变停车事件的过程。控制器20可控制电动机18，以提供使得方向盘12处于期望的角位置β的状况，这可允许点火开关60的可见性更好，或者在没有大的扭矩施加在方向盘锁定机构(未示出)的情况下提供方向盘12的锁定。

控制器20能够接收转向组件的运动信息，并控制动力转向电动机18使方向盘12位于过调角位置β”/负调角位置β’，以随着轮胎回转被释放而允许方向盘12旋转到期望的停车结束时的角位置β。控制器20可被配置为使电动机电流与摩擦对应，并基于电动机电流及轮胎回转因子确定轮胎回转的量。轮胎回转因子可以是可由制造商、经销商或驾驶员输入到控制器中的可调因子。轮胎回转因子还可以是基于从由材料成分、帘布层结构、胎面花纹、宽度、轮辋直径、高宽比、滚动半径、推荐的充气压力范围、额定载荷、接地面积及额定速度组成的组中获取的轮胎特性的可调因子。控制器20还可被配置为通过在其运算中利用另外的车辆输入(例如，但不限于，制动输入、轮速传感器数据、车速、档位、节气门位置、方向盘扭矩以及纵向加速度)而进一步提高其精确度和灵敏度。控制器20还可控制自动停车事件，同时控制轮胎回转的补偿。

控制器20还可控制电动机18，以提供释放轮胎回转并且同时实现期望的车轮角位置和方向盘角位置的组合的方案。期望的车轮角位置和方向盘角位置的组合的示例可以是：当在斜坡上向上平行停车使得车轮可向左转向，以允许右前车轮的后部靠着路边定位之时。控制器20可识别轮胎回转，并控制电动机18释放轮胎回转，同时将右车轮定位在合理的位置，同时还移除可影响方向盘锁定的任何负载，甚至将方向盘定位在当驾驶员返回至车辆而在稍后起动车辆时改善点火位置的位置处。

图3是轮胎回转控制策略的示例性流程图。在步骤100处，动力转向电动机在自动停车事件期间使车轮转向。在步骤102处，控制器分析在自动停车事件的最后的车轮转向期间使车轮转向所需要的动力转向电动机电流。如果电动机电流高于用于转向的预设值，那么该策略进行到步骤104并确定过调角α”。如果电动机电流低于用于转向的预设值，那么该策略进行到步骤106并确定负调角α’。如果电动机电流处于或接近用于转向的预设值，那么该策略进行到步骤108并且不需要过调角或负调角。在步骤110处，动力转向电动机被控制为使车轮转向至确定的过调角/负调角(如果必要)。在步骤112处，该策略允许系统松懈并允许正轮胎回转或负轮胎回转使车轮转向至期望的终止角。车轮的期望的终止角可以是不是朝正前方的方向。车轮的期望的终止角可仅对应于方向盘的期望的终止角或者对应于车轮的期望的终止角和方向盘的期望的终止角的组合。方向盘和车轮的期望的终止角可以是转向柱在无负载下被锁定的角位置。方向盘的期望的终止角也可以是点火开关可被更容易地定位的角位置。

虽然上面描述了示例性实施例，但是不意味着这些实施例描述了公开的设备和方法的所有可能的形式。更确切地，说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应该理解在不脱离如要求的本公开的精神和范围的情况下可进行各种改变。实现的各实施例的特征可以组合，以形成公开的构思的进一步的实施例。

Claims (13)

1.一种用于补偿由于停车事件导致的车轮上的轮胎回转的系统，包括：

电动机，当提供动力转向时产生电动机电流；

传感器，能够提供与转向组件的运动相关的数据；

控制器，被配置为响应于与转向组件的运动相关的数据和电动机电流而修改电动机的输出，以减轻由于停车事件导致的轮胎回转。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述转向组件是方向盘，并且所述传感器测量方向盘角位置。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为响应于与转向组件的运动相关的数据和电动机电流而修改电动机的输出，以在轮胎回转被释放之后实现预定的期望的车轮角位置。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述控制器激励电动机来使车轮转向超过预定的期望的车轮角位置，以随着轮胎回转被释放而允许车轮回弹至预定的期望的车轮角位置。

5.如权利要求3所述的系统，其中，所述控制器在车轮到达预定的期望的车轮角位置之前降低电动机的能量，以随着轮胎回转被释放而允许车轮向前弹至预定的期望的车轮角位置。

6.如权利要求3所述的系统，其中，所述预定的期望的车轮角位置是除了朝向车辆的正前方的方向以外的方向。

7.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括方向盘，其中，最终的方向盘角位置受轮胎回转的影响，并且所述控制器被配置为响应于与转向组件的运动相关的数据和电动机电流而修改电动机的输出，以随着轮胎回转被释放而实现预定的期望的方向盘角位置。

8.如权利要求7所述的系统，其中，所述控制器被配置为激励电动机来使方向盘转向超过预定的期望的方向盘角位置，以随着轮胎回转被释放而允许车轮回弹，从而使得方向盘旋转至预定的期望的方向盘角位置。

9.如权利要求7所述的系统，其中，所述控制器被配置为在方向盘到达预定的期望的方向盘角位置之前降低电动机的能量，以随着轮胎回转被释放而允许车轮向前弹，从而使得方向盘旋转至预定的期望的方向盘角位置。

10.如权利要求7所述的系统，其中，所述预定的期望的方向盘角位置是允许方向盘锁定的位置，并且所述轮胎回转被释放使得在没有大的扭矩施加在方向盘锁定机构上的情况下锁定方向盘。

11.如权利要求7所述的系统，其中，所述预定的期望的方向盘角位置是方向盘的开口与点火开关对齐以提供更好的点火开关的可见性的位置。

12.如权利要求1所述的系统，其中，所述停车事件是自动计算机控制的停车事件。

13.一种用于补偿由自动停车事件导致的轮胎回转的系统，包括：

控制器，能够接收方向盘角位置，并被配置为基于动力转向电动机电流而确定轮胎回转的量，并控制动力转向电动机将方向盘定位在过调角位置/负调角位置，以随着轮胎回转被释放而允许方向盘旋转至期望的停车结束时的角位置。