CN105857390B - 用于操作后轮转向系统的方法和车辆的后轮转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作车辆的后轮转向系统(1)的方法。本发明构思了至少一个轮架(3)通过致动器(8)以如下方式枢转，即，使连接到轮架(3)的运行轮关于其相对于车辆的纵向方向(x)的可变转向角(a)对准。根据本发明，致动器(8)包含电动马达，电动马达的旋转运动被转换为致动器(8)的平移运动，致动器(8)的平移运动用来枢转轮架(3)。这里的关键点是电动马达的旋转运动通过非线性传递函数转换为平移运动。为了采取小的转向角(a)，电动马达的旋转运动在这里通过传递函数高度地放大为致动器(8)的平移运动，同时，为了采取大的转向角(a)，它通过传递函数仅仅轻微地放大。本发明还针对一种用于车辆的后轮转向系统(1)。

Description

用于操作后轮转向系统的方法和车辆的后轮转向系统

技术领域

本发明涉及一种用于操作车辆特别是机动车辆的后轮转向系统的方法。本发明还涉及一种车辆特别是机动车辆的后轮转向系统。

背景技术

车辆的运行轮通常不直接地附接到各自车辆的车身或副车架但通过前桥和/或后桥间接地附接到各自车辆的车身或副车架。在这种情况下，车桥包括可以相对于车身移动并形成与弹簧和阻尼元件结合的行驶系总成的组成部件的部件。车辆由此很大程度上从其行驶的下伏面解耦。除了所期望的行驶舒适性之外，以这种方式，特别是确保必要的行驶稳定性是可能的。

特别地，虽然后桥可以被设计为刚性或半刚性车桥，但是典型前轮的独立车轮悬架也开始被安置用于后轮的附接。这意味着各自的车轮可旋转地安装在轮架上，轮架进而用多个连杆可移动地附接。这种类型的独立车轮悬架被设置在双车辙车辆的两侧上。尽管车轮——其在独立车轮悬架中处于彼此相对——没有如传统的方式那样设置在共同的结构横梁上，然而它们成对的设置通常被称为前桥或后桥。

各个连杆可以在车身上直接地连接到车辆或通过居间的副车架连接到车辆。这样的副车架也被称为术语例如“副架”或“车桥支撑件”。其设置提供预制模块结构的优点，其结果是最后装配所需的所有工作就是使用少量的紧固装置紧固因此成形的前桥和/或后桥模块。通过插入至少部分柔性的连接元件，进一步大幅减少振动和结构传递噪声传输进入车辆内部是可能的。

与扭转梁车桥相比，独立车轮悬架具有提高的行驶性能的优点，这些特别是由如下事实导致，即，其车轮位置在压缩和反弹过程中彼此不影响。此外，独立车轮悬架需要更少的安装空间，并且进而展示了获得自由空间的可能性。这可以然后有利地被分配给例如车辆的内部和/或行李箱。

根据连杆的设计和安装位置，在纵向、斜向和横向连杆之间划分出区别。这里，其各个取向涉及纵向方向或者车辆的行驶方向，例如横向连杆因此大体上与行驶方向横向延伸。各个连杆在车辆上的支撑通过至少一个衬套——其通常体现为橡胶/金属支座的形式的复合支座——来完成。这里，橡胶部件确保连杆相对于其安装部的充分的解耦和有限的移动性。

除了运行轮的简单附接之外，有已知的后桥的实施例，其除了前运行轮之外，也允许后运行轮的可操纵性。这允许例如小的转弯半径。特别是在以低速操纵的情况下，如当进入和离开停车位时，附加后轮转向提供在便利性和可操纵性方面的增益。

后轮转向系统和其操作的各种实施例在现有技术中是已知的。

因此，EP 1 939 073 A2公开了一种车辆，该车辆除了前轮转向系统还额外地包含后轮转向系统。为了这个目的，提供具有横向连杆的车轮悬架，其中横向连杆被设置在轮架和车辆车身之间。轮架用于车轮的可旋转的安装。横向连杆通过可移动的连接件可枢转地安装在车辆车身上，而轮架能够绕竖直轴相对于横向连杆有限地旋转。致动器——其在它的纵向方向上是可变的——以如下的方式被设置在横向连杆和轮架之间，即，它的长度上的变化可以转换为轮架围绕其在横向连杆上的安装部的旋转运动。针对轮架和车轮因此的转向角的变化，可以设想的是，为了这个目的使用的致动器可以手动地和/或以自动的方式开启或关闭。这里，致动器的自动关闭特别可以响应于超出车辆的预定速度而发生。

JPH 021 825 81 A和DE 40 00 557 A1各自公开了设置用于四轮车辆的悬架/转向的控制装置。除了可变的悬架特性之外，特别地，后轮可以通过后轮转向机构以适当的方式转向。这里，后轮使用转向特性以如下的方式转向，即，它的转向与悬架特性的变化同步校正。此外悬架特性可以与车辆速度匹配。

US 5,088,573 A和DE 38 07 274 A1各自公开了设置用于机动车辆的四轮转向装置。除了前轮——其可以用方向盘来转向——之外，液压控制缸同样地允许后轮的可操纵性。为了这个目的，后轮各自安装在可旋转轮架上，其每个被连接到液压控制缸中的一个。这里，每个轮架可以绕由轮架和车轮导向连杆之间的支撑接头形成的旋转轴线旋转。在操作过程中，后轮可以相对前轮关于其各自的轮偏转角以可变的的车轮转向角比率设置。用同样存在的弹簧加载的返回装置，后轮被强制地返回到向正前方位置。

WO 03/057529 A2已公开了能够具有轻量结构的可模块化调整的车辆，该车辆具有四个车轮，每个通过半主动独立车轮悬架附接。车辆具有用于前轮的没有到方向盘的机械连接的纯电动转向系统。前轮转向系统的响应的灵敏度可以是可变的，例如根据车辆速度和/或与停车操纵结合。

集成的独立车轮悬架是用于车辆特别是乘用车的后桥的高性能系统。为了获得具有低成本和同时低重量的有效的悬架设计，至少一个集成连杆可以具有轴承衬套的形式的连接元件。这个轴承衬套表示允许轮架(转向节接头)和例如下横向连杆之间的铰接连接的界面。所述轴承衬套必须相对于全局车辆坐标执行不同的任务。特别是关于后轮转向系统，同时需要它在横向方向上的柔性和它在竖直方向上的刚性以实现转向特性的所期望的横向保持。

如果后轮转向系统被集成到这种类型的后桥中，则需要至少一个合适的致动器以允许后轮的转向角的选择性的变化。这个致动器产生轴承衬套内额外的横向位移，轴承衬套设置在下横向连杆和轮架之间。由于由轴承衬套造成的阻力，所以致动器必须进而以适当的方式设计，以便能够产生所需要的力的水平，其因此被增加。

然而为了能够使用小并因此低成本的致动器，US 2010/0211261 A1提出了一种用于控制车辆的行为的附加系统。在这个系统的中心是除了前轮转向总成外额外地包含后轮转向总成的主动行驶系总成的设置。系统具有控制单元，通过该控制单元，后轮的转向角通过致动器来控制。控制以如下的种方式执行，即，一个后轮上的增加的负载一经被检测到或者由与下伏面接触预期到，后轮弹簧系统的有效刚度就随前轮弹簧系统的有效刚度增加而降低。这种负载在弯道上的高的横向加速度的情况下通常存在，这需要来自致动器的高功率，用于同时调整后轮的转向角。为了能够使用低功率致动器，后轮弹簧系统的有效刚度在这种情况下被暂时地降低，以便执行后轮的转向角的变化。在后轮的转向运动的结束，刚度再次增加到所需要的水平。因此，在后轮的控制的中没有不适当的延迟，并且同时，能量消耗低。

在不使用以上所示类型的具有主动行驶系总成的系统的情况下，仍有需要大的致动器以实现要施加的必要的控制力。然而，即使使用主动行驶系总成，上面所指出的类型的控制系统与高支出相关联，并且其有时是在需要后轮转向运动的过程中对行驶系总成的行为的不期望的干预。鉴于迄今已知的后轮转向系统和用于操作后者的方法，这些因此仍然明确地提供了改进的空间。

发明内容

鉴于这种背景情况，本发明的根本目的是开发如下的一种用于操作后轮转向系统的方法和一种车辆后轮转向系统，即其可以更容易地且以较低的成本实施并且其以更高的系统性能水平操作，尽管是较小的致动器。

这个目的的方法部分通过具有下文所述的特征的方法来实现。对针对装置的目的的部分的解决方案存在于具有下文所述的特征的后轮转向系统中。

此外，本发明的特别有利的实施例通过下文公开。

应当注意的是，在下面的说明书中单独呈现的特征可以以任何技术上可行的方式结合并产生本发明的进一步的实施例。说明书额外地表征并具体说明本发明，特别是结合附图。

根据本发明的用于操作后轮转向系统的方法涉及车辆，特别是具有独立车轮悬架——其包含单独的连杆——的机动车辆。然而，如在引言中已经指出的，在其它形式的后车桥中使用也是可以想到的，因此本发明不局限于这些实施例。

首先，该方法构思了至少一个轮架和一个致动器，该致动器以使轮架可以通过致动器枢转的方式连接到轮架。为了至少使后运行轮的转向运动可能，为了这个目的，所述运行轮以典型方式可旋转地安装在轮架上。以这种方式，连接到轮架的运行轮可以关于其相对于车辆的纵向方向的转向角对准，该转向角在这种方式中是可变的。

根据本发明，现在构思致动器包含至少一个电动马达。所述电动马达被设置为使其输出轴的旋转运动可以被转换为致动器的平移运动。通过输出轴的旋转运动所引起的致动器的这种平移运动用来以期望的方式相对于其正常位置枢转轮架。当然，这种运动也是可逆的，允许轮架与设置在其上的运行轮被枢转回到其原位——其可以被称为初始位置。

这里有利的是，电动马达的旋转运动通过非线性传递函数转换为致动器的平移运动。

换句话说，本发明现在首次构思电动马达的旋转运动不一定以大约1：1的固定传动比转换为致动器的平移运动，而是受传递函数的影响。以这种方式，传动比现在可以以这样的方式调整，即，电动马达的输出轴的旋转的一个和相同的值例如可以以不同的传动比转换为致动器的平移运动。

作为特别优选的选项，致动器可以为了这个目的以如下方式实施，即其平移运动是线性运动。为了这个目的，致动器可以具有例如基于电动马达的旋转运动并根据其旋转方向线性收缩或延伸的连接杆。供选择地，致动器可以具有安装在枢轴上的杠杆臂并可以围绕后者被枢转。

现在，针对关于传递函数的致动器的可能的控制，各种实施例是可以想到的。这里，传递函数可以是例如线性或非线性结构。提到的可能性的组合也是可想到的。因此，根据本发明的措施构思了电动马达的旋转运动在需要时通过传递函数较大地或轻微地放大为致动器的平移运动。

每当只有转向角的小的变化是必要的时，高的放大率是有利的。换句话说，这与小的转向角的采用有关。

在灵巧的和动态的驾驶操纵过程中通常需要小的转向角，其中它们允许针对后轮的转向运动尽可能快的响应。车辆的操作性和稳定性从而提高，特别是在高车速下。根本原因是，使用小的转向角，所需要的功率以及能量需求相对较低，因为当时的反作用力和力矩——特别是来自轴承衬套的那些——相对较低。同时，车辆的速度在这些操纵过程中是高的，并且因此与下伏面接触的运行轮的阻力关于所述车轮的转向角变化不起主要作用，如果有的话。这与在静止或低速时的运行轮转向角的变化过程中的下伏面上的受载的运行轮的阻力形成对比。

每当转向角的大变化是必要的时，相比之下低的放大率是有利的。换句话说，这因此是采取相应地大的或更大的转向角的问题。这必然导致致动器的关于其改变转向角的能力的较慢响应。然而，实际的系统性能不被这个削弱。这可以特别地通过如下事实解释，即，大的轮偏转角通常在大致静态操纵过程中发生。在这方面典型的情况存在于例如当进入和离开停车位时并且更通常地在市中心的环境中时。因此，每当要通过的弯道相对急并因此转弯半径必须保持较小时，需要大的转向角。在高的车速下，这样的要求通常不会发生。

本发明的基本优点在于如下事实，使用一致动器现在是可能的，该致动器可施加的用于改变转向角的力可以通过传递函数来调整。在传动比方面，低传动比因此可以被选择，例如，以产生具有高的力的致动器的缓慢平移运动。与此相反，高传动比可以因此被选择以便产生相比之下涉及更低可施加力的致动器的相应更大的平移运动。

以这种方式，因此也可能的是，根据驾驶情况选择在其力方面更小的致动器，该致动器性能可以通过传递函数在其实施平移运动的能力方面选择性地被影响。因此，小和因此低成本且轻量的致动器可以使用以便满足强加给它的所有要求。因此，在本发明的帮助下，其可以本身做得更小的致动器也可以在需要时以高的系统性能水平操作。

上述公开的方法有利地允许使用一致动器，该致动器是本身廉价且轻量的并且在考虑之中的本发明构思的帮助下满足控制车辆的后轮转向系统的所有要求。这里，特别地，非线性传递函数允许以适用于情况的方式使用致动器，根据该驾驶情况，致动器是否必需产生具有相应较慢的响应时间的高的力，或具有相应更快的响应时间的仅仅相对低的力。

因此，使致动器匹配所期望的最大要求现在不再是必要的，因为除此之外，所述致动器被认为是大多数驾驶情况下过大的。这里，本发明能够使用更小的致动器，其在传递函数的帮助下可以满足所有需求。因此，以这种方式操作的后轮转向系统可以制成显著更便宜和较轻，这最终也反映在这样更小的的致动器的必要的安装空间的减少。

最后，可以通过致动器产生的最大的力也通过根据本发明的方法针对给定的用途优化而不损害实际系统性能。因此，致动器硬件可以在尺寸上减小，并且在整个驱动行程上的系统的功率消耗可以被最小化。其原因在于，在大的位移的情况下来自致动器的力的增加通过电动马达转数(输入)和致动器的平移位移(输出)之间的非线性函数补偿。

与现有技术中具有集成的后轮转向系统的后桥系统比较，本发明通过可变的传动比使得更轻和更低成本的系统成为可能，尽管具有更小的致动器，然而该系统可以以更高的系统性能水平操作。

本发明此外涉及一种用于车辆特别是用于机动车辆的后轮转向系统，和相关联的车辆。作为特别优选的选项，根据本发明的后轮转向系统可以用来执行根据本发明的上述方法。

为了这个目的，后轮转向系统包含至少一个轮架和致动器，该轮架被安装为相对于车辆的副车架或车身是可旋转的。这里，提供用于运行轮(特别是后运行轮)的可旋转安装的轮架。轮架此外以力传递的方式连接到致动器，允许相对于车辆纵向方向的附接的运行轮的转向角通过借助致动器枢转轮架来改变。

根据本发明，致动器包括至少一个电动马达，其输出轴的旋转运动可以转换为致动器的平移运动，致动器的平移运动用来枢转轮架。在这种情况下，电动马达的旋转运动向平移运动的转换是非线性的设计。

所产生的优点已在上面结合根据本发明的方法被解释并且以相应的方式适用于根据本发明的后轮转向系统和装备有这种类型的后轮转向系统的车辆。这此外也适用于下面所提到的根据本发明的转向系统的进一步的有利实施例。由于这个原因，关于这点请注意先前的解释。

根据本发明，轮架通过两个连接元件连接到连杆。连杆可以是在下面的文本中的下方的连杆。连接元件的第二个具有在竖直方向上高的刚度，而在有关横向方向上具有相当低的刚度。以这种方式，运行轮的可操纵性通过具有同时高的主销后倾角刚度的轮偏转角的有限可变性给出。

与此相反，连接元件的第一个被设计为球头节。该实施例允许连杆上的轮架的极其无间隙的铰接安装，从而提供轮架的精确导向。同时，球头节可以形成固定的枢转点，围绕该枢转点，轮架可以枢转到有限的程度来改变转向角。

此外，规定了第二个连接元件被设计轴承衬套。在本实施例中，第二连接接头的所需要的灵活性和刚度水平以简单的、低成本的和同时耐用的方式实现。

根据根据本发明的后轮转向系统的有利的发展，规定该系统包括至少一个连杆，轮架可以相对于车辆的副车架或车身通过连杆支撑。这种连杆可以例如是纵向连杆，特别优选是横向连杆。连杆使得提高了整体操作的极其节省空间的车轮悬架的构造成为可能。

后轮转向系统可以此外还具有至少一个弹簧元件。弹簧元件可以是例如扭力弹簧(扭力杆)。作为有利的可能性，弹簧元件也可以包括阻尼元件。作为特别优选的选项，弹簧元件可以在车辆的车身或副车架和连杆或轮架之间延伸，允许连杆或轮架通过弹簧元件相应地支撑。这里，弹簧元件可以被设计为或包括例如螺旋弹簧或空气弹簧。

附图说明

本发明的进一步有利的细节和效果将通过在下面的附图中所示的实施例在下面更详细地解释，其中：

图1以平面图示出了用于运行轮的独立车轮悬架的形式的根据本发明的后轮转向系统的一侧；以及

图2示出了涉及控制致动器的传递函数的根据本发明的方法的示意性序列。

具体实施方式

图1以示意性平面图示出了根据本发明的后轮悬架1的一侧。在这里可以看到的后轮悬架1那部分包括连杆2，连杆2在轮架3和车辆的车身或副车架(未具体地示出)之间延伸。轮架3用于运行轮的可旋转的安装(这里未具体地示出)。连杆2大体上在横向方向y延伸，横向方向y与车辆的纵向方向x横向延伸。此外连杆2通过两个连接装置4、5——其中第一连接装置4是球头节且第二连接装置5是轴承衬套——连接到轮架3。

设计为球头节的第一连接元件4形成枢转点，围绕该枢转点，轮架3可以在纵向方向x和横向方向y之间形成的平面中有限程度枢转。

在这种情况下，轴承衬套的形式的第二连接装置5以这样的方式设计，即它具有关于横向方向y的低刚度，同时它在垂直于图1中的纸张的平面延伸的竖直方向z上是相当刚性的。高的主销后倾角刚度由此被实现同时允许必要的转向特性。

在连杆2上与轮架3的相对端，所述连杆具有第三连接元件6和第四连接元件7的形式的两个另外的连接元件6、7，通过连接元件6、7，连杆2附接到车辆的车身或副车架。这些连接元件6、7可以是球头节和/或轴承衬套。

如可以看到的是，此外致动器8在车辆的车身或副车架和轮架3之间延伸。所述致动器8同样通过连接元件9、10以铰接的方式附接到轮架3和车辆的车身或副车架。在这种情况下，到轮架3的附接通过第五连接元件9进行且到车身或副车架的附接通过第六连接元件10进行。

通过致动器8的长度变化，因此，通过旋转运动B，关于绕第一连接元件4的转向角a，枢转轮架3以及因此设置在其上的运行轮到有限的程度是可能的。

最后，还提供弹簧元件11，该弹簧元件11连接到轮架3。弹簧元件11大体上在竖直方向Z上延伸，允许连杆2和轮架3通过弹簧元件11支撑在车辆的车身或副车架上。

图2示出了涉及来自图1的致动器8的控制的根据本发明的方法的示意性序列。用于致动器8的电动马达(未具体地示出)的速度的值可以从这里所示的图中的水平横坐标c获得。与此相反，图的纵坐标d示出了致动器8的平移运动的值；更具体地示出其延长或缩短来改变转向角a。

还示出了曲线，通过其非线性轮廓已经给出了非线性函数。曲线代表电动马达的旋转运动c和致动器8的平移运动d之间的传递函数e。

很明显，在考虑中的图分成三个区域F-H。这些区域F-H中的每个代表特定驾驶操纵。这里，第一区域F——其在观看图2中的示图时位于左边——代表相对于转向角a的变化的致动器8的缓慢响应。在这个第一区域F中的传递函数e的轮廓显示电动马达的速度的高值在此是必要以便引起致动器8的平移运动d。由于在这个过程中发生的倍增，致动器8可以产生同时与缓慢线性位移结合的高的力。

横坐标c上方和图的纵坐标d的右边和左边的那些部分代表电动马达的不同旋转方向和因此用于致动器8的缩回和延伸的不同方向。由于这个原因，第三区域H——相对于图2中的示图位于右边——和第二区域F或多或少是相同的，然而只有电动马达的旋转和致动器的延长和缩短的各个方向改变。

致动器8特别是在驾驶状况下在第一和第三区域F、H中操作，其中需要同时与在转向角的变化时间上不是关键的速度结合的致动器8的高的力。这样的情况存在于，例如，在大致静态操纵过程中、在用来减少转弯半径的大的转向运动过程中和在停车的情况下，并且更具体地，在市中心的区域中。借助传递函数e，第一或第三区域F、H在这样的驾驶情况下使用以通过致动器8获得高的力生成，同时与通过电动马达的旋转运动的合适倍增的低运动速度结合。换句话说，相对而言，只有致动器8的缓慢的平移运动d在此过程中发生，尽管电动马达的高速度c，由于这个原因，所以获得高的驱动力。

位于第一和第三区域F、H之间的第二区域G代表相比之下致动器8的更快的响应，这反过来不涉及由于通过传递函数e的不同倍增得到的那么多的力。需要致动器8的这样的控制的典型的驾驶情况在例如动态的和灵巧的操纵过程中存在。由此，特别是在高车速下提高操纵和稳定性是可能的。

针对致动器8的总操作行程K，可变的驱动力因此是可用的。在这种情况下，在致动器8的大的平移运动d的情况下作用在致动器8上的增加的力通过电动马达的旋转运动(输入)和致动器8的平移运动(输出)之间的非线性的传递函数e补偿。

附图标记列表

1 后轮悬架

2 1的连杆

3 1的轮架

4 2和3之间的第一连接装置

5 2和3之间的第二连接装置

6 2和副车架/车身之间的第三连接装置

7 2和副车架/车身之间的第四连接装置

8 3和副车架/车身之间的致动器

9 3和8之间的第五连接装置

10 8和副车架/车身之间的第六连接装置

11 3上的弹簧元件

a 相对于x的3的转向角

B 绕4的3的旋转运动

c 横坐标；用于8的电动马达的旋转运动的值

d 纵坐标；用于8的平移运动的值

e 传递函数

F 第一区域

G 第二区域

H 第三区域

K 8的总操作行程

x 纵向方向

y 横向方向

z 竖直方向

Claims (4)

1.一种用于操作车辆的后轮转向系统(1)的方法，其中，至少一个轮架(3)通过致动器(8)以如下方式枢转，即，使连接到所述轮架(3)的运行轮关于其相对所述车辆的纵向方向(x)的可变转向角(a)对准，其中

所述致动器(8)包含电动马达，所述电动马达的旋转运动(c)通过非线性传递函数(e)转换为所述致动器(8)的平移运动(d)，所述致动器(8)的平移运动被用来枢转所述轮架(3)，其中，为了采取小的转向角(a)，将所述电动马达的所述旋转运动(c)通过所述传递函数(e)高度地放大为所述致动器(8)的所述平移运动(d)，并且，为了采取大的转向角(a)，将所述电动马达的所述旋转运动(c)通过所述传递函数(e)轻微地放大为所述致动器(8)的所述平移运动(d)。

2.一种用于车辆的后轮转向系统，所述后轮转向系统适合于执行如权利要求1所述的方法，所述后轮转向系统包含至少一个轮架(3)，所述至少一个轮架(3)被安装为相对于所述车辆的副车架或车身可旋转并且以力传递方式连接到致动器(8)，其中所述轮架(3)设置用于运行轮的可旋转安装，所述运行轮相对于所述车辆的纵向方向(x)的转向角(a)可以通过借助所述致动器(8)枢转所述轮架(3)来改变，其中

所述致动器(8)包含电动马达，所述电动马达的旋转运动(c)以非线性的方式被转换为所述致动器(8)的平移运动(d)，所述致动器(8)的平移运动用来枢转所述轮架(3)，其中所述轮架(3)通过两个连接元件(4、5)连接到连杆(2)，其中所述两个连接元件(4、5)中的第一连接元件(4)被设计为球头节，并且其中所述两个连接元件(4、5)中的第二连接元件(5)被设计为轴承衬套，所述轴承衬套具有在竖直方向(z)上的高刚度和在横向方向(y)上的低刚度。

3.如权利要求2中所述的后轮转向系统，其包含

至少一个连杆(2)，所述轮架(3)可以相对于所述车辆的所述副车架或车身通过所述至少一个连杆(2)支撑。

4.如权利要求2或3所述的后轮转向系统，其包含

连杆(2)，所述连杆(2)可以至少枢转到有限程度并且相对于所述车辆的所述副车架或所述车身通过弹簧元件(11)支撑。