CN107031715B - 主动侧倾控制系统的后备模式 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作具有主动横向稳定器(3、4)和主动转向系统(7、8、9；11、12)的机动车辆(1)的方法，该主动转向系统被设计成根据预定转向响应将机动车辆(1)的驾驶员预定的方向盘设定转角映射到机动车辆(1)的转向角。该方法至少具有以下步骤：——根据正常转向响应，在正常操作模式中操作主动转向系统(7、8、9；11、12)；——检查主动横向稳定器(3、4)的故障；以及——如果确定了主动横向稳定器(3、4)的故障，则根据与正常转向响应不同的异常转向响应在后备操作模式中操作主动转向系统(7、8、9；11、12)。此外，本发明还涉及一种设计用于执行根据本发明的方法的机动车辆(1)。

Description

主动侧倾控制系统的后备模式
技术领域
本发明涉及一种用于操作具有主动横向稳定器(防摇杆)和主动转向系统的机动车辆的方法，并且还涉及一种具有主动转向系统和主动横向稳定器的设计以使用根据本发明的方法的机动车辆。
背景技术
当道路中的隆起或转弯操纵导致车轮的弹簧压缩或弹簧回弹时，机动车辆中的横向稳定器抵消车辆的侧倾运动。横向稳定器将由弹簧回弹产生的车身运动传递到车辆的相对侧，由此横向稳定器的扭转特性可导致变速器的阻尼和延迟，并因此导致更有利的动态响应。横向稳定器可以设置在机动车辆的前桥上、后桥上或后桥和前桥二者上。
在具有高重心的车辆中以及在运动车辆中，主动横向稳定器在主动侧倾控制(ARC)的范围内变得越来越普遍。在这种情况下，车辆的侧倾特性通过改变横向稳定器的机械瞬态响应而适应于驾驶员的不同驾驶状况和个人偏好。例如，在“运动”操作模式中可能需要“更直接”或“更硬”的传输，或者可能影响机动车辆在转弯操纵中的转向不足响应。
主动转向系统松开方向盘设定转角和转向角度之间的刚性联接。叠加转向系统是主动转向系统的示例，其中经由方向盘预定的转向角在叠加齿轮箱中叠加由主动车辆系统预定的一个或多个附加转向角。然后，由合成转向角产生机动车辆的实际转向角。通过这种方式，辅助系统能够干预机动车辆的转向，以便提供舒适功能或安全功能。主动转向系统的另一示例由线控转向转向系统构成，在该转向系统中，方向盘和转向车轮之间不再存在任何机械连接。在这种情况下，方向盘设定转角由传感器记录，并且转向系统具有根据预设以及在适当情况下由电机施加到其上的辅助系统的叠加转向角修改的合成转向角。
本发明的目的是介绍一种用于操作具有主动横向稳定器和主动转向系统的机动车辆的改进方法。
发明内容
因此，本发明介绍了一种用于操作具有主动横向稳定器和主动转向系统的机动车辆的方法，该主动转向系统被设计成根据预定转向响应将机动车辆的驾驶员预定的方向盘设定转角映射到机动车辆的转向角度。该方法至少具有以下步骤：
-根据正常转向响应在正常操作模式下操作主动转向系统；
-检查主动横向稳定器的故障；以及
-如果主动横向稳定器的故障被确定，则根据不同于正常转向响应的异常转向响应，在后备操作模式中操作主动转向系统。
正常转向响应和异常转向响应是转向响应的示例，其特征在于它们已经适应于存在于具有运作的横向稳定器或故障的横向稳定器的机动车辆中的不同动态条件。这里要理解的是，转向响应是这样的方式，其中驾驶员基于方向盘设定转角(或者甚至其一阶和在某些情况下的较高阶的时间导数)所作的转向预设被映射到机动车辆的转向角。主动转向系统消除方向盘设定转角和转向角度的刚性联接，并且允许转向系统具有施加到其上的叠加角，以便总体上产生由驾驶员期望的机动车辆的操纵响应，或者根据情况，以便减轻驾驶错误或意外的危险情况。在此提及机动车辆的转向角的范围内，意味着在同时存在的前桥和后桥转向系统的情况下可以由前桥和后桥转向角的组合产生的有效转向角。
本发明从这样的认识出发，即主动横向稳定器的使用的一个有问题的方面是，在主动横向稳定器故障的情况下，机动车辆可以显示对于驾驶员来说在车辆动力学方面不熟悉和不利的侧倾响应和横摆响应。这导致对舒适性的限制，并且在极端驾驶情况下导致机动车辆的动态稳定性的潜在危险的降低。为了避免这种情况，常规上，在主动横向稳定器发生故障的情况下，横向稳定器的电动马达被短路，或者在存在可调节挡泥板的情况下，挡泥板被置于硬设置中。然而，电动马达的短路需要附加的自管理继电器，继电器在整个操作期间被供电，结果是，增加了机动车辆的燃料消耗、重量和在某些情况下的包装体积或其在此关键的部件。此外，挡泥板的调节效果还取决于机动车辆的重心的高度和挡泥板本身的特定性质，使得在许多情况下，这种尝试的解决方案可能被证明是不够的。
本发明基于并结合了以下认识：机动车辆相对于其纵向轴线的机械响应可以被解释为能够振荡的系统，其振动特性由横向稳定器的操作能力决定性地确定。如果横向稳定器故障，则在机动车辆的操作期间产生的振荡可以较不强烈地衰减并且从车辆的一侧传导到另一侧。此外，机动车辆的横摆响应受到横向稳定器的影响，从而可以通过所述稳定器或者通过所述稳定器的参与获得在极端情况下的期望的不足转向响应。因此，主动横向稳定器的故障也对机动车辆的横摆响应和转向不足响应具有负面影响。
本发明通过降低能够振荡或过度转向的系统的不期望的强烈激励的发生概率并且利用主动转向系统的存在而极大地获得动态稳定性。在这方面，如果认定主动横向稳定器的故障，则本发明提供将转向反应从正常运行模式中的正常转向响应改变为后备运行模式中的异常转向响应。
为此，根据异常转向响应，至少一个叠加角可以叠加在方向盘设定转角上，并且可以以取决于方向盘设定转角和该至少一个叠加角的方式产生机动车辆的转向角。在这方面，根据异常转向响应产生的叠加角与根据正常转向响应在相应驾驶情况下产生的叠加角不同。根据异常转向响应产生的叠加角例如可以用于限制在转弯操纵过程中产生的横向加速度。在后备操作模式中产生的叠加角可以特别地设置有与方向盘设定转角相反的代数符号，也就是说，叠加角可以部分地补偿驾驶员的转向预设。
特别优选地，主动转向系统基于方向盘设定转角在后备操作模式中以第一速率和在正常操作模式下以第二速率建立由驾驶员预定的机动车辆的横向加速度，所述第一速率低于所述第二速率。这意味着，横向加速度的时间导数被限制，从而防止机动车辆的方向的突然变化超过一定程度。这防止机动车辆相对于围绕其纵向轴线的侧倾经受不期望的高振荡激励。同时，在这种情况下，可以有利地在始终存在的限度内采取任意紧凑的曲线半径，原因在于——除非已经提供了进一步的限制——该方法仅仅减小横向加速度的变化率，也就是说，限制转向角的变化速度并因此限制转向到曲线中，而不是由驾驶员预定并且在有限时间之后获得的转向角。通过这种方式，由于机动车辆未立即跟随转向预设并且因此给予驾驶员时间以用于校正，所以驾驶员在强度上不期望的转向预设也被缓和。无意地强烈的方向改变和随后在相反方向上的校正的这种组合将特别可能使机动车辆侧倾。另一个优点在于，仅以延迟的方式获得机动车辆的过度转向，使得赋予驾驶员足够的反应时间，以便在主动横向稳定器故障情况下对机动车辆的意外转向响应作出反应。
由于横向加速度也在很大程度上取决于机动车辆的速度，因此可以想到的是，如果在后备操作模式中获得横向加速度的最大变化率，则启动机动车辆的自动制动。还可以想到的是，根据机动车辆的速度预先确定最大变化率。类似地，如果建立了驾驶员的超驰，则可以取消横向加速度的变化率的限制。例如，在限制期间驾驶员进一步增加方向盘设定转角和/或通过由驾驶员启动的制动程序的情况下，可以建立这种超驰。
主动转向系统的操作可以特别地包括主动前桥转向系统的操作。在这方面，可以是叠加转向系统的问题，其中连接到方向盘的转向柱和由通过叠加齿轮箱连接的伺服马达产生的转向干预共同作用在转向系统上。
主动前桥转向系统可以在后备操作模式中以方向盘设定转角到机动车辆的转向角的特别传动比操作，并且在正常操作模式中以方向盘设定转角到转向角的正常传动比操作，异常传动比大于正常传动比。通过这种方式，确保驾驶员在后备操作模式必须比在正常操作模式中更加强烈地转动方向盘，以实现获得的期望的曲率半径。以这种方式，驾驶员可以继续将机动车辆毫无延迟地或无其它限制地转向到具有小曲率半径的曲线中，但是必须借助于更大的方向盘设定转角通过力来实现这一点，其结果是，避免了不必要的紧凑转弯操纵，并且因此避免了不必要的强烈的侧倾激励或不期望的过度转向。
主动转向系统的操作还可以包括主动后桥转向系统的操作。主动后桥转向系统可以与主动前桥转向系统组合。主动后桥转向系统可用于改变后轮在行车道上的角度。因此，对于给定的轴距，例如，如果后轮以与前轮相反的方式旋转，则可以获得更紧凑的曲线半径，或者可以通过后轮在与前轮相同方向上旋转(例如，在高速公路上快速行驶期间)来减轻转向干预。特别地，在这种情况下，可以根据第一后桥转向响应预先确定机动车辆在正常运行模式中的后桥转向角，以及根据不同于第一后桥转向响应的第二后桥转向响应预先确定机动车辆在后备运行模式中的后桥转向角。同样在这种情况下，机动车辆的转向响应以这样的方式受到影响，即在后备操作模式中存在机动车辆侧倾的更轻激励以及更低的过度转向的可能性。
例如，对于给定的方向盘设定转角，后桥转向系统在正常操作模式下可以具有应用于其的第一后桥转向角，并且在后备操作模式中可以具有应用于其的第二后桥转向角，在这种情况下，第一后桥转向角和第二后桥转向角之间的差具有与方向盘设定转角相反的代数符号。例如，在正常操作模式中，后轮与前桥转向系统的设定角相反地旋转，并且在后备操作模式中不旋转。或者，替代地，当处于正常操作模式时，后轮不旋转，并且在后备操作模式中，沿与前桥转向装置相同的方向旋转。当然，关于后桥转向系统的转向干预也可以在正常和后备操作模式中以相同的方式进行，但是在后备操作模式中引起较低的横向加速度的程度。上面阐述的横向加速度或横向加速度的变化率的限制也可以应用于主动后桥转向系统。
本发明的第二方面介绍了一种机动车辆，机动车辆具有主动横向稳定器、主动转向系统以及连接到横向稳定器和主动转向系统的控制单元。控制单元被设计为执行根据本发明的方法。
通常，主动横向稳定器优选地布置在机动车辆的前部，但是附加地或替代地，主动横向稳定器也可以设置在机动车辆的后部。
附图说明
下面将基于实施例的说明更详细地阐述本发明。显示为：
图1以框图形式的根据本发明的机动车辆的实施例；以及
图2是根据本发明的方法的实施例。
具体实施方式
图1以框图的形式示出了根据本发明的机动车辆1的实施例。在所示示例中，机动车辆1的车轮2安装在独立的悬架5上；然而，也可以设置刚性后桥，后轮2可以悬挂在刚性后桥上。机动车辆1在图1中示出为具有布置在前部的发动机6；然而，本发明可以应用于其他结构。
机动车辆1设置有横向稳定器3，该横向稳定器3配备有致动器4并且适用于主动侧倾控制方法。在所示的实施例中，横向稳定器3设置在机动车辆1的前轮2上；然而，横向稳定器可以附加地存在于后轮2上，根据本发明的方法同样可以应用于后轮2。横向稳定器3在其相对端连接到前轮2的车轮悬架5，并且将车轮2的位移传递到属于车辆相对侧的车轮2。该传递可以由致动器4控制，以获得机动车辆1的期望的动态响应。提供控制单元13以检测横向稳定器3的故障的存在，例如致动器4的故障，并且在后备操作模式的范围内实施用于尽可能保持机动车辆1的动态处置响应的适当措施。为此，控制单元13还连接到机动车辆1的主动转向系统，该主动转向系统1在所示的示例中包含主动前桥转向系统和主动后桥转向系统。然而，可以仅提供主动前桥转向系统或可以仅提供主动后桥转向系统。
在这种情况下，主动前桥转向系统以示例性方式实现为叠加转向系统，并且包括连接到方向盘10和连接到伺服马达9(通常为电动伺服马达)的叠加齿轮箱8，叠加齿轮箱8将由驾驶员基于方向盘10预定的方向盘设定角度和由伺服马达9产生的叠加角组合，并将合成的转向角传送到(前)齿条7或传送到前桥转向系统的相应装置。替代叠加转向系统，根据本发明的方法也可以应用于其他类型的主动前桥转向系统，例如线控转向(steer-by-wire)转向系统。
图1所示的机动车辆1的主动后桥转向系统具有电动马达12，电动马达12可经由后齿条11可变地调节后轮2的后桥转向角。控制单元13可以基于适当的控制信号控制伺服马达9和电动马达12，由此所述马达9、12改变由控制单元13预先确定的车轮2的定向。此外，控制单元13可以设计成基于到致动器4的合适的控制信号影响主动横向稳定器3的瞬态响应。控制单元13可以是已经提供用于其他目的的部件，例如发动机6的发动机控制单元或类似装置。
图2示出了根据本发明的方法的实施例。在步骤S1中启动之后，在步骤S2中确定机动车辆的速度。为此，例如可以确定机动车辆的车轮的轮速。在步骤S3中，确定机动车辆方向盘的方向盘设定转角，由此确定驾驶员的转向预设。在步骤S4中，读出横向稳定器的合适的运行参数，并且在步骤S5中检查横向稳定器的故障是否存在。如果横向稳定器的故障不存在，则主动转向系统在正常操作模式下操作，其中由驾驶员基于车辆的方向盘设定转角和速度预定的横向加速度以限定的速率建立。替代横向稳定器的运行参数，还可以基于机动车辆1的其他合适的参数确定横向稳定器的故障，而不限制通用性。
另一方面，如果在步骤S5中确定了横向稳定器的故障，则在步骤S7中，由驾驶员基于方向盘设定转角和车辆的速度预定的横向加速度在较低的速率下建立，以避免过度激烈的机动车辆侧倾。
此外，对于机动车辆的驾驶员，可以通过听觉和/或视觉信号来引起他/她对故障的注意，该故障正在改变机动车辆的动态响应并且因此表示事故的可能原因。
步骤S2至S4可以同时或以任意顺序连续进行，也可以分别以不同的频率进行。
本发明使得在主动横向稳定器表现出故障响应的情况下，具有主动横向稳定器和主动转向系统的机动车辆的改进的动态响应。通过已经描述的根据本发明的方法，在主动横向稳定器的故障期间也可以保证机动车辆的足够的侧倾阻力和期望的不足转向响应。
虽然已经通过优选实施形式的实施例详细说明和描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例的限制。本领域技术人员根据所示的实施例可以推导出本发明的变型，而不背离如权利要求中限定的本发明的保护范围。
附图标记列表
1 机动车辆
2 车轮
3 横向稳定器
4 致动器
5 车轮悬架
6 发动机
7 前齿条
8 叠加齿轮箱
9 伺服马达
10 方向盘
11 后齿条
12 电动马达
13 控制单元

Claims (9)

1.一种用于操作具有主动横向稳定器（3、4）和主动转向系统（7、8、9；11、12）的机动车辆（1）的方法，所述主动转向系统被设计成根据预定转向响应将所述机动车辆（1）的驾驶员预定的方向盘设定转角映射到所述机动车辆（1）的转向角，所述方法至少具有以下步骤：
——根据正常转向响应，在正常操作模式中操作所述主动转向系统（7、8、9；11、12）；
——检查所述主动横向稳定器（3、4）的故障；以及
——如果确定了所述主动横向稳定器（3、4）的故障，则根据与所述正常转向响应不同的异常转向响应在后备操作模式中操作所述主动转向系统（7、8、9；11、12）；
其中，所述主动转向系统（7、8、9；11、12）在所述后备操作模式中以第一速率建立由所述驾驶员基于所述方向盘设定转角和车辆速度预定的所述机动车辆（1）的横向加速度，并且其中所述主动转向系统（7、8、9；11、12）在所述正常操作模式中以第二速率建立由所述驾驶员基于所述方向盘设定转角预定的所述机动车辆（1）的所述横向加速度，所述第一速率低于所述第二速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述异常转向响应将至少一个叠加角叠加在所述方向盘设定转角上，并且以取决于所述方向盘设定转角和所述至少一个叠加角的方式产生所述机动车辆（1）的所述转向角。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述主动转向系统（7、8、9；11、12）的所述操作包括主动前桥转向系统（7、8、9）的操作。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述后备操作模式中以所述方向盘设定转角相对于所述转向角的异常传动比操作所述主动前桥转向系统（7、8、9），并且在正常操作模式中以所述方向盘设定转角相对于所述转向角的正常传动比操作所述主动前桥转向系统（7、8、9），所述异常传动比大于所述正常传动比。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述后备操作模式中，产生具有与所述方向盘设定转角相反的代数符号的叠加角。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述主动转向系统（7、8、9；11、12）的操作包括主动后桥转向系统（11、12）的操作。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述正常操作模式中，根据第一后桥转向响应预定所述机动车辆（1）的后桥转向角，并且在所述后备操作模式中，根据不同于所述第一后桥转向响应的第二后桥转向响应预定所述机动车辆（1）的所述后桥转向角。
8.根据权利要求7所述的方法，其中对于给定的方向盘设定转角，所述后桥转向系统（11、12）在所述正常操作模式下具有应用于所述后桥转向系统（11、12）的第一后桥转向角，以及在所述后备操作模式下具有施加于所述后桥转向系统（11、12）的第二后桥转向角，所述第一后桥转向角和所述第二后桥转向角之间的差具有与所述方向盘设定转角相反的代数符号。
9.一种具有主动横向稳定器（3、4）、主动转向系统（7、8、9；11、12）和控制单元（13）的机动车辆（1），所述控制单元（13）连接到所述横向稳定器（3）和所述主动转向系统（7、8、9；11、12），所述控制单元（13）被设计成执行前述权利要求中任一项所述的方法。
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