CN106494494B - 用于对准车辆的转向系统的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于对准车辆的转向系统的方法和系统。在一个实施例中，一种方法包括确定汽车何时行驶在直线路径上；当车辆正行驶在直线路径上时，确定方向盘位置误差；基于方向盘位置误差和闭环控制方法来计算后轮转向偏移量；以及基于后轮转向偏移量生成发给后轮转向系统的控制信号。

Description

用于对准车辆的转向系统的方法和系统
技术领域
本公开大体涉及车辆，并且更具体地涉及一种用于控制后轮转向系统以对准车辆的前转向系统的方法和系统。
背景技术
车辆的前转向系统允许驾驶员使车辆的前轮转向。车辆的后转向系统可使后轮独立于前轮转向。前转向系统通常包括方向盘、方向盘角度传感器、连接到方向盘的转向轴、连接到转向轴的转向单元以及一个或多个构件，例如连接到转向单元的拉杆和车轮的车轮转向节。方向盘通常包括连接到转向轴的轮毂、与轮毂间隔开并围绕该轮毂的外轮辋以及与轮毂和轮辋互连的多个辐条。
在大多数车辆中，当车轮被笔直地对准时，方向盘取向为使得方向盘的辐条在起始或中间位置呈水平状态出现。在一些情况下，方向盘可能在车辆组装过程中或在现场没有对准，即，方向盘的辐条不再处于起始或中间位置。驾驶员通常都不希望出现从起始或中间位置的明显偏离。在一些情况下，方向盘是对准的，但车辆可能未对准，即当车辆直线行驶时，方向盘不再处在起始或中间位置。驾驶员通常不希望出现车辆的偏差。
因此，希望提供用于校正这种偏差的方法和系统。还希望提供用于控制转向系统以校正这种偏差的方法和系统，以及提供包括此类方法和/或系统的改进车辆。此外，结合本发明的附图和背景技术，从随后对本发明和所附权利要求的详细说明来看，本发明其他期望的特征和特性将变得显而易见。
发明内容
提供了用于对准车辆的转向系统的方法和系统。在一个实施例中，一种方法包括确定车辆何时行驶在直线路径上；当车辆正行驶在直线路径上时，确定方向盘位置误差；过滤方向盘位置误差；基于方向盘位置误差和闭环控制方法来计算后轮转向偏移量；以及基于后轮转向偏移量生成发给后轮转向系统的控制信号。
在另一个实施例中，一种系统包括后轮转向系统和控制模块。控制模块确定车辆在直线路径上行驶时的方向盘位置误差，过滤该方向盘位置误差；基于方向盘位置误差和闭环控制方法计算后轮转向偏移量，并基于后轮转向偏移量生成发给后轮转向系统的控制信号。
在另一个实施例中，提供了一种车辆。该车辆包括后轮转向系统、前轮转向系统以及控制模块。控制模块确定与前轮转向系统相关联的偏差，并基于该偏差和闭环控制方法生成发给后轮转向系统的控制信号。
附图说明
本公开在下文中将结合附图进行描述，其中，相同的数字表示相同的元件，并且：
图1是根据示例性实施例的一种车辆的功能框图，该车辆在诸多特征中尤其包括转向偏差校正系统；
图2是根据示例性实施例的一种转向偏差校正系统的控制模块的功能框图；
图3A至图3C是根据示例性实施例的车辆的操作的说明图；以及
图4是根据示例性实施例的一种用于校正发生偏差的转向系统的方法的流程图。
具体实施方式
以下详细描述在本质上仅是示例性的，并不旨在限制应用或用途。另外，就前述的技术领域、背景技术、发明内容或者以下详细描述中提出的任何明示或暗示的理论并不带有任何约束意图。如本文中所用，术语“模块”是指单独地或以任何组合使用的任何硬件、软件、固件、电子控制元件、处理逻辑和/或处理器装置，包括但不限于：专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组别)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适部件。
参见图1，示出了根据各种实施例的车辆100，其包括转向偏差校正系统102。虽然本文所示的附图示出了带有元件的某些排列方式的示例，但另外的居间元件、装置、特征或部件可以存在于实际的实施例中。还应该理解，图1仅是说明性的并且可能不按比例绘制。
如图1所示，车辆100通常包括底盘104、车体106、前轮108、后轮110、转向系统112、后轮转向系统114和控制模块116。车体106布置在底盘104上，并基本上包围车辆100的其他部件。车体106和底盘104可以共同形成车架。车轮108-110各自旋转地联接到车体106的相应角落附近的底盘104。
可以理解的是，车辆100可以是多种不同类型的汽车中的任何一种，例如，轿车、货车、卡车或运动型多功能车(SUV)，并且可以是两轮驱动(2WD)(即，后轮驱动或前轮驱动)、四轮驱动(4WD)或全轮驱动(AWD)。车辆100也可以包含多个不同类型的推进系统中的任何一个或组合，例如，汽油或柴油燃料内燃机、“混合燃料车辆”(FFV)发动机(即，使用汽油和乙醇的混合物)、气态化合物(如，氢气或天然气)燃料发动机、燃烧/电动机混合发动机以及电动机。
转向系统112包括转向柱118和方向盘120。在各种实施例中，转向系统112还包括各种其他特征(未在图1中示出)，如转向齿轮、液压动力转向(HPS)、转向柱与转向齿轮之间的中间连接轴、实现中间连接轴之间所需的铰接角的柔性或刚性的连接接头、以及拉杆。转向齿轮依次包括齿条、输入轴和内部传动装置。
在各种实施例中，转向系统112是一种电动转向系统(EPS)，其包括电机122，该电机122联接到转向系统112并提供扭矩或力给转向系统112的可旋转或平移构件。电机122可联接到转向柱118的可旋转轴或转向齿轮的齿条。在旋转电机的情况下，电机122通常通过齿轮传动或皮带驱动构造连接，以实现电机轴旋转与柱轴旋转或齿条线性运动之间的有利比例。反过来，在转向期间，转向系统112基于从电机122接收的辅助扭矩，加上经由方向盘120从车辆100的驾驶员接收到的任何扭矩，对可转向前车轮108产生影响。
后轮转向系统114安装在底盘104或车体106上或者后桥总成上，并可以独立于由驾驶员经由方向盘120给定的转向输入而控制后轮110的转向。后轮转向系统114类似地包括电机124和各种其他特征，如齿轮减速机构、拉杆以及被控制来调整后轮110的转向位置的驱动电路。
控制模块116通信地联接到后轮转向系统114或是作为后轮转向系统114的一部分，并控制其操作。一般来说，控制模块116确定转向系统112的方向盘120的偏差，并产生控制信号126到后轮转向系统114的驱动电路以控制电机124，从而将后轮110调整至特定角度。通过仅将后轮110调整至特定角度，迫使车辆100通过调整前轮并校正方向盘120的偏差来重新建立新的中心线。在各种实施例中，控制模块116基于方向盘120的被称为方向盘位置误差的角度偏移量来确定该特定角度。控制模块116基于感测和/或建模数据来确定方向盘120的角度偏移量。可以理解，控制模块116还可联接到并控制各种其他未示出的车辆装置与系统。根据示例性实施例，图2中提供了对控制模块116的更详细的描述，并且下面将结合图2进一步加以论述。
如图1中所示，控制模块116接收携带着来自罗盘128、全球定位系统(GPS)装置130和传感器阵列132中的至少一个的至少一些数据的信号。罗盘128在多个点处及时地测量表示车辆100的方位的值，并产生提供这种罗盘方位值的罗盘信号。GPS装置130接收关于车辆100的方位的值(即，使用未进行描述的GPS卫星系统)并产生提供这种GPS方位值的GPS方位信号。传感器阵列132包括但不限于一个或多个方向盘位置传感器134、横摆角速度传感器136以及轮胎转速传感器138。
横摆角速度传感器136测量车辆100的横摆角速度。横摆角速度传感器136将横摆角速度值提供给控制模块116进行处理，包括确定方向盘120的位置误差。轮胎转速传感器138测量轮胎的角速度。轮胎转速传感器138将轮胎角速度值提供给控制模块116进行处理，包括确定方向盘120的位置误差。方向盘位置传感器134测量方向盘120的角位置。方向盘位置传感器134将方向盘位置值提供给控制模块116进行处理，包括确定方向盘120的位置误差。
现在参照图2并继续参照图1，数据流程图说明了根据各实施例的图1的控制模块116。可以理解，根据本公开的控制模块116的各实施例可包括任何数量的子模块。例如，图2中示出的子模块可以进行组合和/或被进一步分割，以便类似地控制后轮角度。如上所述，向控制模块116的输入可以是从传感器阵列132接收、从车辆100内其他控制模块(未示出)接收和/或由控制模块116内的子模块(未示出)确定。在各实施例中，控制模块116包括直线路径确定模块200、方向盘位置误差确定模块210、角度偏移量确定模块220以及转向角控制模块230。
直线路径确定模块200接收作为输入的方位数据240。方位数据240包括表示车辆100或车辆100的前轮108的方位或方向的数据，并可接收自罗盘128、GPS装置130、轮胎转速传感器138和/或横摆角速度传感器136。
基于方位数据240，直线路径确定模块200确定车辆100是否行驶在直线路径上。例如，直线路径确定模块200确定罗盘方位的变化、GPS方位的变化、横摆角速度和/或车轮轮胎间的轮胎角速度差值。直线路径确定模块200将确定的变化(或者如果变化是由一个以上的源确定，则是多个变化)和/或差值与(多个)预定阈值进行对比。例如，如果(多个)变化和/或差值小于(多个)预定阈值，则车辆100被确定为在直线路径上行驶并且相应地设置直线路径检测标记250。然而，如果(多个)变化和/或差值大于(多个)预定阈值，则车辆100被确定为未在直线路径上行驶并且相应地设置直线路径检测标记250。
方向盘误差确定模块210接收作为输入的方向盘位置数据260和直线路径检测标记250。方向盘位置数据260包括表示方向盘120的角位置的数据并可接收自例如方向盘位置传感器134。
如果直线路径检测标记250表示车辆100在直线路径上行驶，方向盘误差确定模块210在车辆100直线行驶时确定方向盘位置误差270。例如，方向盘误差确定模块210计算出误差270，作为当行驶在直线路径上时希望的方向盘位置与由方向盘位置数据260所表示的当前方向盘位置之间的差值。希望的方向盘位置可以是例如在车辆的研发期间、车辆的制造期间(例如，在工厂内)和/或在制造后(例如，由维修技术员)设置的标定。
在各实施例中，方向盘误差确定模块210可以在误差270太大的情况下限制任何后轮转向控制。例如，如果误差大于预定阈值(例如，15度)，方向盘误差确定模块210设置转向误差标记275以表示该误差太大。如果误差270小于或等于预定阈值，方向盘误差确定模块210设置转向误差标记275以表示误差270在可接受范围内。
后轮角度偏移量确定模块220接收作为输入的方向盘位置误差270。基于方向盘位置误差270，后轮角度偏移量确定模块220确定后轮角度偏移量280。在各实施例中，后轮角度偏移量确定模块220根据开环控制方法计算后轮角度偏移量280。例如，后轮角度偏移量确定模块通过将方向盘位置误差270除以前转向齿轮比并从当前施加的后轮角度偏移量中减去结果来计算出后轮角度偏移量280。可以理解，当前施加的后轮角度偏移量的初始值可设置为零或一些其他数字。在各实施例中，后轮角度偏移量确定模块220可以在除以中心前转向齿轮比之前将低通滤波器用于方向盘位置误差270。在这个实施例中，后轮角度偏移量280的精确度容易受到齿轮比的值的精确度的影响，该齿轮比可以是每个车辆校准的常量。
在各实施例中，后轮角度偏移量确定模块220根据闭环控制方法计算后轮角度偏移量280。例如，后轮角度偏移量确定模块220使用积分控制(IC)、比例积分控制(PIC)、积分微分控制(IDC)或比例积分微分控制(PIDC)来计算后轮角度偏移量280。在任何这种闭环控制中，通过将一个或多个与比例控制、积分控制和/或微分控制相关联的系数应用到方向盘位置误差270上来计算出后轮角度偏移量280，使得方向盘位置误差270随着时间减小为零。在这种实施例中，后轮角度偏移量280的精确度更加稳定，这是因为计算不易受到控制常数变化的影响，诸如转向齿轮比。
转向角控制模块230接收作为输入的后轮角度偏移量280和转向误差标记275。基于后轮角度偏移量280和转向误差标记275，转向角控制模块230选择性地产生转向控制信号290到后轮转向系统114。例如，如果转向误差标记275表示误差270太大，则限制控制信号290。然而，如果转向误差标记275表示误差270在可接受范围内，那么，确定转向控制信号290以使其控制后轮110达到后轮角度偏移量280。
例如，如图3A所示，方向盘偏差了x度(例如，偏差了-5度)。如图3B所示，控制信号290基于角度偏移量280来调节后轮110。如图3C所示，通过基于角度偏移量280来控制后轮110，前轮108将在迫使车辆100重新建立新的中心线时调节至相同或者相似的偏移量。由此，车辆100将以微小的角度行驶在直线路径上，并且方向盘偏差将在起始或中间位置呈现为与驾驶员水平。可以理解的，在图3A至图3C中示出的示例出于说明的目的是被夸大的示例。在各实施例中，车轮的角度偏移量280可以限制为使得车辆100的角度为微小的角度。
现在参照图4，图4是根据示例性实施例的用于校正车辆100的偏差的方法300的流程图。根据示例性实施例，方法300可以与图1的车辆100和后转向系统114结合使用，并且可以通过图2的控制模块116来执行。如根据本公开可以理解的，方法内的操作的顺序不限于如图4所示执行的顺序，而是可以按照适用的并且根据本公开的一个或者多个变化顺序来执行。如可以进一步理解的，图4的方法可以计划为在车辆的操作期间以预定时间间隔进行，和/或可以计划为基于预定事件来进行。
如图4所示，该方法可以在305处开始。在310处，接收方位数据240。在320处，基于方位数据240，确定车辆100是否正行驶在直线路径上。在一个示例中，方位数据240可以包括罗盘方位数据。罗盘方位值可以在不同的时间点处测得，并且作为罗盘方位数据提供。可以计算出罗盘方位值的变化。确定的是，当罗盘方位的变化小于预定阈值时，车辆100正行驶在直线路径上。在一个这样的示例性实施例中，每秒钟大致半度方位变化的阈值可以用于特定车辆。然而，这在不同实施例中可以变化，并且应用的阈值针对每个车辆可以不同。
在另一个示例中，方位数据240可以包括GPS方位数据。GPS方位值可以在不同的时间点处获得，并且作为GPS方位数据提供。可以计算出GPS方位值的变化。确定的是，当GPS方位的变化小于预定阈值时，车辆100正行驶在直线路径上。在一个这样的示例性实施例中，每秒钟大致半度方位变化的阈值可以用于特定车辆。然而，这在不同实施例中可以变化，并且应用的阈值针对每个车辆可以不同。
在又一个示例中，方位数据240可以包括横摆角速度数据。横摆角速度值可以在不同的时间点处测得，并且作为横摆角速度数据提供。确定的是，当横摆角速度小于预定阈值时，车辆100正行驶在直线路径上。在一个这样的示例性实施例中，每秒钟大致半度(0.5deg/sec)的阈值可以用于特定车辆。然而，这在不同实施例中可以变化，并且应用的阈值针对每个车辆可以不同。
在再一个示例中，方位数据240可以包括轮胎角速度数据。轮胎角速度值可以在不同时间点处进行采样，并且作为轮胎角速度数据提供。可以计算出轮胎角速度(即，彼此侧对侧的前轮108或后轮110)的差值。确定的是，当差值小于预定阈值时，车辆100正行驶在直线路径上。在一个这样的示例性实施例中，大致百分之零点一(0.1％)的阈值可以用于特定车辆。然而，这在不同实施例中可以变化，并且应用的阈值针对每个车辆可以不同。在一个实施例中，角速度的差值必须低于任一轮胎的角速度的百分比，以便确定出车辆100正行驶在直线路径上。
如果在330处确定了车辆100没有行驶在直线路径上，方法在390处继续，基于例如之前计算出的后轮转向偏移量280来生成方向盘控制信号290。然而，如果在330处确定了车辆100正行驶在直线路径上，则在350处接收方向盘位置数据260。在360处，基于方向盘位置数据260来确定方向盘位置误差270。例如，方向盘位置误差270可以计算为在行驶在直线路径上时希望的方向盘位置(例如，表示起始或中间位置的预设希望值)与当前方向盘位置之间的差值。任选地，在370处，将低通过滤器应用于方向盘位置误差270。
在380处，基于过滤后的方向盘位置误差270来计算后轮转向偏移量280。例如，可以通过将过滤后的方向盘位置误差270除以前轮转向中心齿轮比并且从当前应用的后轮转向偏移量中减去结果来计算出后轮转向偏移量280。在390处，基于后轮转向偏移量280来生成后轮转向控制信号290。然后，将后轮110按照偏移量进行调节，由此在车辆100重新建立新的中心线时使前轮108变为自动地与后轮110对准。在这之后，方法可以在340处结束。
如可以理解的，所公开的方法和系统可以与在附图中所描绘的和此处所描述的那些不同。例如，如上文所提及的，图1的车辆100、图1和图2的后转向系统114和控制模块116和/或其位置和/或部件可以发生变化，和/或在某些实施例中可以整体或者部分地设置在多个不同车辆单元、装置和/或系统中的任何一个或者多个中。另外，将会理解的是，方法300的某些步骤可以与在图4中描绘的和/或上文用以结合描述的那些不同。类似地，将会理解的是，方法300的某些步骤可以同时地发生或者按照与在图4中描绘的和/或上文用以结合描述的顺序不同的顺序来发生。
虽然在前述详细说明中已经给出了至少一个示例性实施例，但是将会理解的是，存在有大量的变型。也应理解，示例性实施例或者多个示例性实施例仅仅是示例，并且不旨在以任何方式来限制本发明的范围、应用或者构成。相反，前述详细说明将向本领域技术人员提供便利的指引以便实施示例性实施例或者多个示例性实施例。应理解，在不背离在所附权利要求书及其法律等效物中提出的本发明范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (9)

1.一种对准车辆的转向系统的方法，所述方法包括：
确定所述车辆何时正行驶在直线路径上；以及
当所述车辆正行驶在所述直线路径上时，确定方向盘位置误差；
对所述方向盘位置误差应用闭环控制方法来计算后轮转向偏移量；以及
基于所述后轮转向偏移量生成发给后轮转向系统的控制信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的计算所述后轮转向偏移量是基于比例控制。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的计算所述后轮转向偏移量是基于积分控制。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的计算所述后轮转向偏移量是基于微分控制。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对所述方向盘位置误差应用低通过滤器，并且其中，所述的计算所述后轮转向偏移量是基于过滤后的方向盘位置误差。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述的计算所述后轮转向偏移量包括对所述过滤后的方向盘位置误差应用比例系数、积分系数和微分系数中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的确定所述方向盘位置误差是基于当所述车辆正行驶在所述直线路径上时的方向盘位置和预定的方向盘位置。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的确定所述车辆何时正行驶在直线路径上是基于罗盘数据、全球定位系统数据、横摆角速度数据和轮胎转速数据中的至少一个。
9.一种用于对准车辆的转向系统的系统，包括：
后轮转向系统；以及
控制模块，其在当车辆正行驶在直线路径上时确定方向盘位置误差、对所述方向盘位置误差应用闭环控制方法来计算后轮转向偏移量并且基于所述后轮转向偏移量产生发给所述后轮转向系统的控制信号。
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