CN108602532B - 用于影响机动车的行驶方向的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于影响机动车(2)的行驶方向的方法，其中机动车(2)包括第一转向系统(4)，其包含带有至少两个车轮(6)的至少一个转向桥(3)，其中车轮(6)通过能用致动器调节的车轮悬架机构(7，8)与转向桥(3)连接。根据本发明规定，通过下述方式实现一种冗余的转向系统：调整转向桥(3)中的至少一个的主销偏距(Rφ)，据此在至少一个车轮(6)的区域中将垂直于行驶方向起作用的分力(F_L)施加到第一转向系统(4)上。

Description

用于影响机动车的行驶方向的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于影响机动车的行驶方向的方法。本发明还涉及一种根据权利要求9的前序部分所述的、具有冗余的转向系统的机动车，和根据权利要求10的前序部分所述的、具有程序代码媒介的计算机程序。

背景技术

用于机动车的传统转向系统由实践充分已知。除了少数例外，今天几乎所有机动车都配备有所谓的转向节式转向机构。

最近，在机动车中驾驶员辅助系统越来越多地用于使驾驶任务自动化。作为实例，可以提及车距调节速度控制器(Abstandsregeltempomat)或自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control)、交通堵塞辅助系统(Stauassistent)、高速公路领航系统(Autobahnpilot)或全自动驾驶的机动车。驾驶任务自动化程度越高，对参加任务的传感器、控制设备、执行机构、和机械部件的可靠性的要求越高。所有参与的部件的失效可能性必须尽可能小，为此通常仅冗余的系统才能作为解决方案。因此，对于转向系统来说，例如为了实现高自动化行驶，必须研发至少部分冗余的转向系统。

对于转向系统，所要求的失效可靠性的成本非常高并且通常需要重复的处理器、插头、线圈、布线和机械部件。因此，构件不仅非常复杂，而且非常昂贵。局部地，出于功能和构造空间原因，尤其是机械构件的复制甚至不能实现。

已知，机动车制动器用于机动车稳定或者用于冗余的转向任务。基本上，在此应通过单侧制动来产生横摆力矩，并且由此辅助机动车的转向。在此情况下，在机动车一侧上的单个或所有车轮被制动。

DE 196 05 553 C1涉及一种具有紧急转向功能的转向系统，所述转向系统能够根据对转向操纵装置的操纵而对在机动车不同侧的轮制动器进行不同的操纵。

DE 10 2014 200 608 A1涉及一种用于运行机动车的方法，该机动车具有：至少两个车桥，其中至少一个车桥具有转向轮；和至少一个用于针对车轮特别地影响车轮转矩的装置，其中车轮的转向与所希望的转向角相关地通过伺服转向系统来辅助。规定了，监控伺服转向系统的功能作用，并且当检测出伺服转向系统的故障时，为了在转向轮上调节出所希望的转向角而通过所述装置影响仅其中一个转向轮上的转矩。

已知，机动车转向桥的所谓的主销偏距越正或者说越大，通过转矩影响的转向作用就越大。主销偏距应理解成转向轴线或者说转向轴线的假想的延长线在道路路面上的交点与轮着地面中心线在道路路面上的交点的距离。如果转向轴线的假想线与路面的交点与轮着地面的中心线与路面的交点相比更接近机动车中心，则主销偏距为正。相反，如果转向轴线的假想线的交点与轮着地面的中心线与路面的交点相比更为远离机动车中心，则主销偏距为负。主销偏距在下述情况下等于零：两个交点重合。在制动过程中，具有正主销偏距的机动车利用在各车辙侧上不同的摩擦附着而倾向于拉向附着更好的一侧。这种机动车对于在转向系统或车轮的区域中的干扰是非常敏感的且例如在颠簸行驶时甚至可能滑向一旁。而具有负主销偏距的机动车展示了自稳定的直线保持性。机动车的滑动可以通过负主销偏距阻止或者至少克服；转向系统轨迹稳定地起作用。因此，主销偏距出于舒适性原因在机动车中经常设计成负至稍正。然而这一点现在导致了，通过单侧制动同样不能实现更大的转向力矩或偏转力矩。因此，以这种方式构成的冗余的转向系统可能仅非常受限地对影响行驶方向产生作用。

为了在制动和/或驱动时稳定具有轮毂电机的四轮车辆，DE 10 2007 043 159 B4提出，所谓的转向节移位如此确定，使得车辆车轮稳定。

发明内容

本发明的目的在于，实现一种用于获得冗余的转向任务的方法以用于影响机动车的行驶方向，所述方法能利用技术上简单的方式来实现并且因此在经济方面也是有利的。

根据本发明，所述目的通过在权利要求1中所述的特征来实现。

通过在垂直于行驶方向起作用的分力在至少一个车轮的区域中被施加到第一转向系统上之前，调整转向桥中的至少一个的主销偏距，所以冗余的转向系统在较小分力下便能明显更灵活地影响机动车的行驶方向。由此，有利的传统的转向机构、例如转向节式转向机构可以用于机动车、例如具有至少部分的自动化行驶功能的机动车。转向系统的冗余度则可以基于本发明在技术和经济方面得以简单确保。

在此通过“垂直于行驶方向起作用的分力”指出，施加到第一转向系统上的力至少部分地垂直于行驶方向起作用。这种力例如可以通过机动车的制动设备引入。替选地，该力还可以通过由致动器调节转向桥的车轮中的至少一个的车轮悬架机构来产生。当然还可以设想用于引入所要求的力的其它方式，所述引入可以由本领域技术人员根据转向系统、车轮、驱动系统、制动系统和车轮悬架机构的实施方式进行。

虽然本发明原则上能与多种不同的转向技术组合使用，然而本发明尤其被设置用于与转向节式转向机构一起使用。

在本发明的一种实施方式中可以规定，垂直于行驶方向起作用的分力至少部分地通过被施加到转向桥的至少两个车轮上的转矩的影响而产生。彼此独立的转矩影响例如可以通过单侧制动来实现。然而，彼此独立的转矩影响还可以通过单侧加速来实现。

还可以规定，垂直于行驶方向起作用的分力至少部分地通过转向桥的至少两个车轮的转速彼此相关的影响来产生。转向桥的至少两个车轮的转速彼此相关的影响也可以通过单侧制动或单侧加速来实现。

垂直于行驶方向起作用的分力可以至少部分地基于机动车的驱动马达通过各自的功率的影响来产生，所述功率被施加到转向桥的至少两个车轮上。

通过垂直于行驶方向起作用的分力，一方面强力的横摆力矩直接被施加到机动车上，另一方面力被施加到转向机构上，由此受影响的车轮通过与转向传动装置的耦联还使未受影响的车轮转向希望的行驶方向。

这种解决方案可以是有利的，因为机动车的第一转向系统和制动系统或驱动系统通常完全或几乎完全自主地彼此独立地行动。由此可以实现完全的或几乎完全的冗余。甚至在转向系统失效时——所述失效引起了转向系统的完全锁定，尽管如此通过影响所施加的转矩或转速、通过横摆力矩可以获得剩余转向效果。

在本发明的另一种实施方式中可以规定，垂直于行驶方向起作用的分力至少部分地通过调节转向桥的车轮中的至少一个的轮距角(即前束角或后束角)来产生。车轮悬架机构或者说轮架的这种操控例如可以通过车轮悬架机构的执行机构来实现。

能用致动器调节的车轮悬架机构的实例包括所谓的双轮架/双横臂式轮架，其在DE 10 2009 033 105 A1中描述。公开了一种用于机动车的车轮悬架机构的调整装置，其中能利用至少一个执行机构来调节车轮外倾和转向角。

垂直于行驶方向起作用的分力可以用于调整转向角。与之前调整的主销偏距相关地，机动车的行驶方向可以通过冗余的转向系统以规定的尺度来影响。

在本发明的一种有利的变形方案中可以规定，至少一个转向桥的主销偏距以下述方式调整：主销偏距在运行冗余的转向系统期间从基础设定/原始设定起在数量方面被提高。

主销偏距的基础设定尤其可以是负主销偏距。如开头所述，负主销偏距在操作转向系统时能实现明显提高的舒适性。为了加强冗余的转向系统的功能范围，可以有利地，提高轨迹稳定的、舒适的主销偏距。因此，主销偏距可以被调整为稍负的值、零值、稍正的值或特别优选被调整为较大的正值。在较大的正值的主销偏距时，轻微的干预——尤其是通过垂直于行驶方向起作用的分力——已经可以对整个第一转向系统产生很大作用。因此，固定在第一转向系统的转向桥上的各个车轮的影响可以引起整个转向系统的影响，即还可以使未受影响的车轮移动。

在本发明的一种设计方案中可以规定，在机动车的前桥上的主销偏距被调整，和/或垂直于行驶方向起作用的分力被施加到机动车的前桥上。这一点尤其在下述情况下可以是有利的：至少一个转向桥同样设计成机动车前桥，如在大多数机动车中通常那样。当然还可以规定，在机动车的后桥上的主销偏距被调整，和/或垂直于行驶方向起作用的分力被施加到机动车的后桥上。

在本发明的一种改进方案中可以规定，冗余的转向系统的控制和/或调节基于驾驶员对转向操纵装置的输入通过调整变量——即转向桥的主销偏距和/或被施加到车轮上的转矩和/或车轮的轮距角——来控制或调节。尤其可以有利地使用调节，该调节基于驾驶员对转向操纵装置的输入来影响冗余的转向系统。在最佳情况下，冗余的转向系统可以如传统的转向系统或如第一转向系统那样行动，并且驾驶员还可以在第一转向系统失效时几乎未受限地控制机动车。当然附加地或替选地，车轮的转速也可以考虑作为调整变量。

在本发明的一种设计方案中可以规定，主销偏距通过下述方式来调整：至少一个转向桥的车轮悬架机构的车轮外倾和/或主销内倾和/或一个或多个铰接点借助执行机构来调节。

“车轮外倾”是指相对于机动车内侧或相对于机动车外侧的车轮面关于垂直于道路路面的直线的倾斜。通过操控车轮外倾可以通过下述方式来影响主销偏距：使轮着地面与路面的接触点移位。“主销内倾”是指转向轴线本身的斜度改变。由此同样可以调整主销偏距，因为可以使转向轴线的假想的延长线与道路路面的交点移位。由此，主销偏距的调整还可以通过调节车轮悬架机构的一个或多个铰接点来实现。在本发明的一种改进方案中尤其可以规定，双轮架或双横臂机构用作车轮悬架机构。必要时还可以规定，主销偏距通过操控轮辋的压入深度来调节。可以规定，通过下述方式直接操控所谓的干扰力臂：以能平行于道路面移位的方式支承车轮悬架机构。

在本发明的一种改进方案中可以规定，冗余的转向系统在下述情况下自动运行：第一转向系统失效或者在其功能方面受限。还可以规定，冗余的转向系统例如仅在下述情况下辅助第一转向系统：机动车的伺服转向系统或者说助力转向失效。当然，冗余的转向系统还可以在下述情况下使用：第一转向系统完全失灵。这一点在第一转向系统锁定时也适用。在第一转向系统锁定时，剩余转向效果(Restlenkwirkung)可以通过机动车的横摆力矩存在。

本发明还涉及具有冗余的转向系统的机动车，包括：具有至少两个车轮的转向桥，其中车轮通过能用致动器调节的车轮悬架机构与转向桥连接；和用于在至少一个车轮的区域中产生垂直于行驶方向起作用的分力的装置，所述分力作用于第一转向系统。在此规定，冗余的转向系统具有用于调整转向桥中的至少一个的主销偏距的装置和至少一个电子调节和/或控制设备，在调节和/或控制设备上能执行用于影响机动车的行驶方向的方法。

如在DE 10 2009 033 105 A1中描述的双轮架或双横臂机构尤其可以用作车轮悬架机构。

此外本发明涉及一种具有程序代码媒介的计算机程序，当所述程序在计算机的微处理器上、尤其是在机动的电子调节和/或控制设备上运行时，该计算机程序用于实施用于影响机动车的行驶方向的方法。这种软件解决方案例如在下述情况下可以是有利的：需要用于所述方法的传感器元件和执行元件在硬件方面已经存在。在这种情况下，可以借助简单的软件-更新进行功能升级。此外，上述情况引起了机动车的经济性、客户满意度和剩余价值提高的优点。

附图说明

下面借助附图描述本发明的实施例，从中得知其它根据本发明的特征。实施例的特征还可以与相同实施例的其它特征分离地使用并且与此相应地可以由本领域技术人员与其它实施例的特征结合成其它有意义的组合。在附图中，功能相同的元件具有相同的附图标记。其中示意性示出了：

图1示出了机动车的转向系统的示意图。

图2示出了主销偏距的三种示例性调节。

图3示出了DE 10 2009 033 105 A1的双轮架根据本发明的应用；

图4示出了用于借助示例性的车轮调来整主销偏距的不同的调整变量的示意图；

图5示出了车轮悬架机构的可能的铰接点，其用于调整主销偏距；和

图6借助流程图示出了根据本发明的方法的一种实施方式。

具体实施方式

图1以极其示意性的形式示出了机动车2的刚性后桥1、机动车2的前转向桥3，其具有第一转向系统4以及形式为方向盘5的转向操纵装置5。在此，两个前轮6固定在车轮悬架机构7上并且与转向桥3连接。第一转向系统4在所述实施例中设计成传统的转向系统4、即例如转向节式转向机构。通过传统的转向系统4能以已知的方式来影响机动车2的行驶方向。

本发明规定：通过下述方式来实现冗余的转向系统：调整转向桥3的主销偏距Rφ(参见图2)，据此垂直于在图1中通过并行箭头示出的行驶方向起作用的分力F_L在至少一个车轮6的区域中施加到传统的转向系统4上。在本实施例中特别有利的是，调整在机动车2的前桥3、即转向桥3上的主销偏距Rφ。尽管如此有利的可能是，垂直于行驶方向起作用的分力F_L施加到机动车2的前桥3、即转向桥3上。

本发明规定：车轮6通过能以致动器调节的车轮悬架机构7与转向桥3连接。作为车轮悬架机构7例如可以使用双轮架8(参见图3)，如在DE 10 2009 033 105 A1中描述的那样。

垂直于行驶方向起作用的分力F_L例如可以部分地通过施加到转向桥3的至少两个车轮6上的转矩的影响来产生。为了在图1中向左影响机动车2的行驶方向，在图1中机动车2的左前轮6例如可以被制动。可选地可以规定，右前轮6附加地被加速。还可以规定，仅图1的机动车2的右前轮6被加速，而左前轮6未受影响。通过所有上述实施方式产生横摆力矩，因此机动车2试图围绕较慢旋转的车轮6转动。这一点即使在下述情况下仍能实现：传统的转向系统4由于整体失效而被完全锁定。

由于事先主销偏距Rφ已经被改变并且优选地从基础设定起主销偏距的数量已经被提高，传统的转向系统4原则上易于受控或者说受到干扰。通过所施加的、垂直于行驶方向起作用的分力F_L、例如通过各个转矩的影响——所述转矩施加到转向桥3的至少两个车轮6上——和因此形成的横摆力矩，整个传统的转向系统4受到影响。由此产生了整个转向系统、以及未受影响的车轮6的转向。

垂直于行驶方向起作用的分力F_L还可以通过调整轮距角或另外用致动机构调节车轮悬架机构7，8来产生。

可以规定，冗余的转向系统在下述情况下自动运行：传统的转向系统4失效或者在其功能方面受到限制。然后冗余的转向系统的控制和/或调节可以基于驾驶员向转向操纵装置5的输入通过调整变量——即转向桥3的主销偏距Rφ和/或被施加到车轮6上的转矩和/或车轮6的转速和/或车轮6的轮距角——来控制或者说调节。

在图2中示出了主销偏距Rφ的三种示例性的调节可能性。负主销偏距Rφ(参见图2中的左侧图)在下述情况下按照定义存在：转向轴线9的假想的延长线与轮着地面的中心线11相比更靠外地与道路路面10相交。负主销偏距Rφ轨迹稳定地起作用并且出于舒适性原因经常使用在机动车2中。然而，负主销偏距Rφ较差地适于例如通过转矩的影响实现冗余的转向。当然，负主销偏距Rφ还会反作用于转向系统的有意的影响、即基于冗余的转向系统的影响并且相应地稳定轨迹。因此有利的可以是，在使用冗余的转向系统之前在数量方面提高主销偏距Rφ。这种提高例如可以针对主销偏距Rφ＝0(参见图2中的中间插图)，其中转向轴线9的假想的延长线的交点延伸过轮着地面的中心线11与道路路面10的交点。这样便在舒适性和在此描述的冗余的转向系统的可能的影响之间提供了良好的折衷方案。如果规定，进一步提高在此提出的冗余的转向系统的功能范围，还可以将主销偏距Rφ设定为正值或完全正值。转向轴线9的假想的延长线的交点在这种情况下相对于轮着地面的中心线11与道路路面10的交点靠近内部地延伸过道路路面10、即更接近机动车2的中心。

在图3中示出了双轮架/双横臂式轮架8，其能以有利的方式用作车轮悬架机构7。涉及了根据DE 10 2009 033 105 A1的示意图。在此，图3示出了左侧的车轮悬架机构7。在此，双轮架8的两个枢轴12a、12b以万向节的方式能枢转地与基板13连接，从而车轮6的不仅车轮外倾(角)α(参见图4)——围绕水平枢轴12a——而且转向角——围绕垂直枢轴12b——都能被调整。为了进行调整设置两个大致柱形构成的执行机构14a、14b，所述执行机构以未示出的方式由电机和自锁式调整传动装置、尤其是直线式螺纹传动装置组成。执行机构14a、14b的电机与电子控制设备15连接并且可以被相应地控制以单独地或同时地调节车轮外倾α或转向角。更为详细的细节可以参阅DE 10 2009 033 105 A1。

在与本发明的组合中，所示出的双轮架8可以简单地用于通过经由执行机构14a改变车轮外倾α(参见图4)来调节主销偏距Rφ。在调整主销偏距Rφ之后，如上所述，可以通过影响被施加到转向桥3的至少两个车轮6上的转矩，将垂直于行驶方向起作用的分力F_L施加到传统的转向系统4上。所示出的双轮架8同样可以用于，通过经由执行机构14b调节轮距角(即前束角或后束角)而将垂直于行驶方向起作用的分力F_L施加到传统的转向系统4。轮距角α的调节和转向桥3的至少两个车轮6的转速的影响可以组合地使用、和/或与分别施加到车轮6上的转矩的影响组合地使用。

可以规定，主销偏距Rφ通过其它措施来调整。为了进行说明，在图4中借助示例性的车轮6来说明几个可能的调整变量。例如可以通过下述方式来调整主销偏距Rφ：调节车轮6的车轮外倾α；在图4中通过箭头A示出。改变了车轮面相对于道路路面10的垂直线16的倾斜。由此可以调节与转向轴线9的假想的延长线与道路路面10的交点的距离、进而调节主销偏距Rφ。替选地，转向轴线9的主销内倾、即调节还会影响主销偏距Rφ；在图4中通过箭头B示出。车轮悬架机构7的水平移位——例如通过控制轮辋的压入深度、即所谓的干扰力臂的直接影响——还可以改变主销偏距Rφ；这一点在图4中通过箭头C示出。这种调节可以通过致动器措施来实现。

在图5中示出了车轮悬架机构7的几个铰接点17。对这些铰接点17——其例如能通过双轮架8的技术特征来实现——的操控可以用于操控主销偏距Rφ。例如，车轮悬架机构7的铰接点17a和/或17e可以移位。如果例如铰接点17e向外移动、即远离机动车2，则主销偏距R在数量上被提高，因为改变了转向轴线9的主销内倾。铰接点17e向内、即朝向机动车2移动导致主销偏距Rφ缩小。

在图6中示意性示出了本发明的可能的实施方式的流程图。原则上规定，冗余的转向系统在按规定运行传统的转向系统4期间处于基本状态18a，其中冗余的转向系统未影响机动车2。传统的转向系统4的失效或部分失效可以用作触发开关T₁或者说触发器T₁，以便使冗余的转向系统运行。在冗余的转向系统启动时，主销偏距Rφ首先可以从基础设定起被提高；在图6中作为状态18b来表征。然后在状态18c中，冗余的转向系统的控制和/或调节可以基于驾驶员在转向操纵装置5上的输入——在图6中作为额定值w示出、通过调整变量u——包括主销偏距Rφ和/或施加到车轮6上的转矩和/或车轮6的轮距角——来控制或调节。当然还可以考虑车轮6的相应转速。因此，机动车2的驾驶员还可以在传统的转向系统4整体失效时仍控制机动车2并且必要时甚至驶入车间。可选地还可以规定，传统的转向系统4的准备运行状态用作另外的触发开关T₂。在此，冗余的转向系统可以再被去激活并且回到基本状态18a。

图6所示的流程例如可以作为具有程序代码媒介的计算机程序在计算机的微处理器上、尤其是在机动车2的电子调节和/或控制设备15上执行。

Claims (8)

1.一种用于影响机动车(2)的行驶方向的方法，机动车(2)包括第一转向系统(4)，该第一转向系统包含带有至少两个车轮(6)的至少一个转向桥(3)，车轮(6)通过能用致动器调节的车轮悬架机构(7，8)与转向桥(3)连接，其特征在于，通过调整转向桥(3)中的至少一个的主销偏距(R_φ)、然后再在至少一个车轮(6)的区域中将垂直于行驶方向起作用的分力(F_L)施加到第一转向系统(4)上的方式，来实现冗余的转向系统，如果第一转向系统(4)失效或者其功能受限，冗余的转向系统自动运行，垂直于行驶方向起作用的分力(F_L)至少部分地通过被施加到转向桥(3)的至少两个车轮(6)上的转矩的影响而产生。

2.根据权利要求1所述的用于影响机动车(2)的行驶方向的方法，其特征在于，垂直于行驶方向起作用的分力(F_L)至少部分地通过调节转向桥(3)的车轮(6)中的至少一个的轮距角而产生。

3.根据权利要求1或2所述的用于影响机动车(2)的行驶方向的方法，其特征在于，以下述方式调整至少一个转向桥(3)的主销偏距(R_φ)：在运行冗余的转向系统期间从基础设定开始提高主销偏距(R_φ)的数量。

4.根据权利要求1或2所述的用于影响机动车(2)的行驶方向的方法，其特征在于，在机动车(2)的前桥(3)上的主销偏距(R_φ)被调整，和/或垂直于行驶方向起作用的分力(F_L)被施加到机动车(2)的前桥(3)上。

5.根据权利要求1或2所述的用于影响机动车(2)的行驶方向的方法，其特征在于，控制和/或调节设备基于驾驶员向转向操纵装置(5)的输入通过调整变量(u)来控制或调节冗余的转向系统，所述调整变量是转向桥(3)的主销偏距(R_φ)和/或被施加到车轮(6)上的转矩和/或车轮(6)的轮距角。

6.根据权利要求1或2所述的用于影响机动车(2)的行驶方向的方法，其特征在于，通过借助执行机构(14a、14b)来调节至少一个转向桥(3)的车轮悬架机构(7，8)的一个或多个铰接点(17a，17b，17c，17d，17e，17f，17g)和/或车轮外倾(α)和/或主销内倾，从而调整主销偏距(R_φ)。

7.一种具有冗余的转向系统的机动车(2)，所述机动车包括具有至少两个车轮(6)的转向桥(3)，车轮(6)通过能用致动器调节的车轮悬架机构(7，8)与转向桥(3)连接；所述机动车包括用于在至少一个车轮(6)的区域中产生垂直于行驶方向起作用的分力(F_L)的装置，所述分力作用于第一转向系统(4)，其特征在于，冗余的转向系统具有用于调整转向桥(3)中的至少一个的主销偏距(R_φ)的调节装置和至少一个电子调节和/或控制设备(15)，在所述电子调节和/或控制设备上能执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有具有程序代码的计算机程序，当所述程序代码在机动车(2)的电子调节和/或控制设备(15)上运行时，该计算机程序用于实施根据权利要求1至6中任一项所述的方法。

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