CN109890685B - 用于在自动驱动模式下利用减小的反馈对线控转向型转向系统进行控制的方法 - Google Patents

用于在自动驱动模式下利用减小的反馈对线控转向型转向系统进行控制的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于对用于机动车辆的线控转向型转向系统进行控制的方法，该线控转向型转向系统包括致动控制系统(2)和方向盘控制系统(4)，该致动控制系统用以经由齿轮齿条转向器对车轮(3)进行致动，该方向盘控制系统用以模拟机械连接式转向系统对转向装置(5)的转向感，致动控制系统(2)具有第二控制单元(14)并且方向盘控制系统(4)具有第一控制单元(12)和致动器(9)，线控转向型转向系统(1)还包括自动驾驶电子控制单元(120)，自动驾驶电子控制单元根据输入信号进行决定是存在车辆控制转向还是存在驾驶员控制转向，其中，提供了下述步骤：‑检测驱动模式的当前状态并使用自动驾驶电子控制单元(120)向第一控制单元(12)报告当前状态；‑如果第一控制单元(12)接收到的是手动驱动模式状态，则通过根据取决于作为齿轮齿条转向器的一部分的齿轮的旋转角度的预设定的函数来启动方向盘控制系统(4)的致动器，以使方向盘旋转绕过方向盘转动角度，从而模拟机械连接式转向系统的转向感；‑如果第一控制单元(12)接收到的是自动驱动模式状态，则通过根据预设定的函数乘以小于1的系数来启动方向盘控制系统(4)的致动器，以使方向盘旋转绕过减小的方向盘转动角度。

Description

用于在自动驱动模式下利用减小的反馈对线控转向型转向系 统进行控制的方法
技术领域
本发明涉及一种用于线控转向型转向系统进行控制的方法以及一种机动车辆的线控转向型转向系统。
背景技术
在常规的车辆转向系统、比如手动或动力转向系统中，方向盘通过特定的机构、比如齿轮齿条子系统机械地联接至车轮。根据定义，线控转向系统不具有将方向盘与车轮联接的机械连杆。使用电信号将方向处理命令从方向盘传送至车轮。车轮使用基于电动马达的致动控制系统进行致动。使用基于电动马达的方向盘控制系统来模拟常规的机械连接式转向系统的转向感。该基于电动马达的方向盘控制系统被称为人工转向感控制系统或方向盘控制系统。
线控转向系统可以包含有半自动驾驶，这允许驾驶员在自动驱动 (AD)模式与手动驱动(MD)模式之间进行转换，在自动驱动(AD) 模式下，不需要来自驾驶员的输入来实现车轮的运动，在手动驱动(MD) 模式下，驾驶员使方向盘运动并且致动控制系统根据该信息使车轮运动。半自动驾驶的一个疑难问题在于当车辆处于自动模式时方向盘会剧烈旋转。这可能会使驾驶员分心并给驾驶员造成混乱。此外，随着齿条运动，正在运动的方向盘可能会严重伤害驾驶员，例如当他在更动态的操作期间将他的手伸进方向盘中时。
可以使用离合器将方向盘的运动和车轮的运动分开，这使得方向盘在离合器断开接合的情况下处于静止状态。然而，这对于驾驶员而言可能是不舒服的，因为他没有得到关于在车轮侧处发生的事情的任何反馈。另一个问题是从车辆控制转向(自动模式)向驾驶员控制转向(手动模式)的转换可能会导致方向盘与车轮之间的大的偏移。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于在自动转向过程期间对机动车辆的线控转向型转向系统进行控制的改进的方法以及系统。
该目的通过用于对本发明的线控转向型转向系统进行控制的方法来实现。
因此，提供了一种用于对用于机动车辆的线控转向型转向系统进行控制的方法，该线控转向型转向系统包括致动控制系统和转向装置控制系统，该致动控制系统用以经由齿轮齿条转向器对车轮进行致动，该转向装置控制系统用以在转向装置上模拟机械连接式转向系统的转向感，致动控制系统具有第二控制单元和致动器并且转向装置控制系统具有第一控制单元，线控转向型转向系统还包括自动驾驶电子控制单元，该自动驾驶电子控制单元根据输入信号决定是存在下文中等同于自动驱动模式的车辆控制转向还是存在下文中等同于手动驱动模式的驾驶员控制转向，其中，提供了下述步骤：
-检测驱动模式的当前状态并使用自动驾驶电子控制单元向第一控制单元报告当前状态；
-如果第一控制单元接收到的是手动驱动模式状态，则通过根据取决于作为齿轮齿条转向器的一部分的齿轮的旋转角度的预设定的函数来启动转向装置控制系统的致动器，以使转向装置旋转绕过转向装置转动角度，从而模拟机械连接式转向系统的转向感；
-如果第一控制单元接收到的是自动驱动模式状态，则通过根据预设定的函数乘以小于1的系数来启动转向装置控制系统的致动器，以使转向装置旋转绕过减小的转向装置转动角度。
这样，可以在自动驱动模式期间减少转向装置的运动，使得驾驶员在驾驶期间感受到较少的不适，同时保证了车轮运动的独立性。
系数可以是具有至少一个变量的函数。该系数可以是线性的或取决于转向装置转动角度和/或转向装置转动加速度和/或车辆速度和/或车辆的偏航率或车辆的其他行驶参数。
在优选实施方式中，与在手动驱动模式下的转向装置角速度相比，在自动驱动模式下的转向装置角速度被减小。
此外，如果在自动驱动模式下将转向装置转动扭矩设定为预定义的值，则是有利的。该预定义的值优选地为在手动驱动模式下所使用的操作范围中的最小值。
优选地，线控转向型转向系统还包括手接触非接触检测装置，该手接触非接触检测装置为自动驾驶电子控制单元提供输入信号。
优选地，如果系数具有介于0与0.99之间的值，则可以确保自动驱动模式处于低车速与高车速之间的范围内。更优选地是，该系数具有介于 0与0.5之间、更具体地介于0与0.25之间的值。
如果不希望在自动驱动模式下对方向盘侧处的转向动作进行反馈，则该系数可以被设定为零。因此，第二控制单元不向第一控制单元装置传送转向装置的运动信息，从而使转向装置的运动与车轮的运动以电子的方式断开联接。在那种情况下，转向装置不转动。
此外，提供了用于机动车辆的线控转向型转向系统，该线控转向型转向系统包括致动控制系统和方向盘控制系统，该致动控制系统用以经由齿轮齿条转向器对车轮进行致动，该方向盘控制系统用以模拟机械连接式转向系统的转向感，致动控制系统具有第二控制单元和致动器并且转向装置控制系统具有第一控制单元，线控转向型转向系统还包括自动驾驶电子控制单元，该自动驾驶电子控制单元根据输入信号决定是存在下文中等同于自动驱动模式的车辆控制转向还是存在下文中等同于手动驱动模式的驾驶员控制转向，其中，自动驾驶电子控制单元被设计成用以向第一控制单元报告驱动模式的当前状态，第一控制单元被设计成在手动驱动模式下根据取决于作为齿轮齿条转向器的一部分的齿轮的旋转角度的预设定的函数来启动转向装置控制系统的致动器，以使转向装置旋转绕过转向装置转动角度，从而模拟机械连接式转向系统的转向感，并且第一控制单元还被设计成在自动驱动模式下根据预设定的函数乘以小于1的系数来启动转向装置控制系统的致动器，以使转向装置旋转绕过减小的转向装置转动角度。
优选地，线控转向型转向系统还包括手接触非接触检测装置，该手接触非接触检测装置为自动驾驶电子控制单元提供输入信号。
如果不希望在自动驱动模式下对方向盘侧处的转向动作进行反馈，则线控转向型转向系统还可以包括电子离合器装置，该电子离合器装置被设计成使转向装置的运动与车轮的运动完全断开联接。
附图说明
下面借助于附图对本发明的一个示例性实施方式进行描述。在所有图中，相同的附图标记表示相同的部件或功能上类似的部件。
图1以示意性图示的方式示出了线控转向型转向系统，
图2示出了线控转向型转向系统的示意图，其中，线控转向型转向系统具有从方向盘控制系统到转向器的控制及信号线路，以及
图3以示意性图示的方式示出了线控转向型转向系统，其中，在方向盘与转向器之间设置有电子离合器装置。
具体实施方式
图1是线控转向型转向系统1的示意图，该线控转向型转向系统1包括致动控制系统2和转向装置控制系统4，该致动控制系统2用以致动车轮3，该转向装置控制系统4用以模拟常规的机械连接式转向系统的转向感。转向装置5——示例中的转向装置5为方向盘但也可以是操纵杆——连接至驾驶员输入轴6。位置传感器7和扭矩传感器8被可操作地连接至驾驶员输入轴6。位置传感器7以电子方式检测驾驶员输入轴6的角位置，同时扭矩传感器8以电子方式检测和评估作用在驾驶员输入轴6上的扭转力。方向盘5的角位移被检测，经由信号线路99被传送至致动控制系统 2并在致动控制系统2中进行处理，并且被应用于伺服马达9，使可转向车轮3经由齿轮102齿条101系统10以限定的角度β运动。
如图2中所示，转向装置控制系统4包括转向装置致动器11，该转向装置致动器11用以向方向盘5提供与当前生产的液压辅助或电动辅助的齿轮齿条系统类似的被动转向系统感。转向装置致动器11包括电动马达，该电动马达具有马达轴，马达轴由马达旋转地驱动且被连接至驾驶员输入轴6。在转向装置控制系统4内，转向装置致动器11经由控制及信号线路13与第一控制单元12以电子方式通信。第一控制单元12经由信号线路99将由传感器7、8检测到的值以电子方式传送至作为致动控制系统 2的一部分的第二控制单元14。致动控制系统2还包括致动器9，该致动器9被分配给转向器10以使可转向车轮3运动。第二控制单元14接收来自第一控制单元12的信号并向第一控制单元12给出车轮3运动的反馈。
因为致动控制系统2与可转向轮3之间没有直接的机械联接，因此驾驶员不能通过转向机构接收到来自路面的任何反馈。因此，转向装置致动器11根据比如车辆速度、转向装置角度α1、转向装置角速度vα1、vα2、转向装置转动加速度、车辆的偏航率、路面状况以及车辆的其他行驶参数之类的多个转向参数而产生对方向盘5的反作用扭矩。
图1和图2的线控转向型系统包含有半自动驾驶，这允许从车辆控制转向(自动驱动模式)转换至驾驶员控制转向(手动驱动模式)。存在自动驾驶电子控制单元(ECU)120，该自动驾驶电子控制单元(ECU)120 设定当前驱动模式并相应地调节转向系统。自主驾驶电子控制单元120根据来自第一控制单元12和第二控制单元14的信号来决定需要哪个转向模式。手接触非接触检测可以例如作为输入信号中的一个输入信号。当驾驶员进行主动转向运动时或当驾驶员想要超控自动转向并对车辆进行控制——对驾驶员而言夺取车辆控制的一种途径就是抓握方向盘——时，可以对驾驶员的双手与方向盘之间是否存在接触进行检测(简称为“手接触非接触”检测)。另外，方向盘5可以是将车辆的控制转移到自动转向系统的装置。手接触非接触检测装置可以由转向角度传感器7和扭矩传感器8 执行。
当转向系统1处于手动驱动模式时，方向盘5与车轮3直接通信并且方向盘控制系统11的致动器9向驾驶员给出人工反馈。
当转向系统改变成自动驱动模式时，自动驾驶电子控制单元120向第一控制单元12提供指令，该第一控制单元12接收来自第二控制单元14 的信号99并且向方向盘控制系统11的致动器9提供信息，用于产生人工减小的、可视的方向盘5的运动。
在自动驱动模式下，与转向装置转动角度α1和/或转向装置角速度 vα2相比，转向装置角度α2和/或转向装置角速度vα1(车轮到方向盘的传动)被减小。方向盘5的可视的反馈运动与齿条101的实际运动断开联接，并且通过第一控制单元12被控制成使得在不干扰驾驶员的情况下仅产生缓慢并且小幅的运动。这样，相对于车轮3到方向盘5的传动完全断开联接而言，减小了方向盘5与车轮3之间的偏移。当返回到手动驱动模式时，方向盘的当前位置与方向盘根据车轮的当前位置的位置之间的角度差因此较小。在另一实施方式中，有利地是还限制了由方向盘致动器9向方向盘5施加的扭矩t1，从而提高了驾驶员的安全性。
还可以使方向盘的运动和车轮的运动以电子方式完全断开联接，因此第二控制单元14不向第一控制单元12发送运动信号，或者如图3中所示通过电子离合器装置30使方向盘的运动和车轮的运动完全断开联接，使得方向盘致动器9在自动驱动模式期间不执行任何方向盘5的运动。

Claims (10)

1.一种用于对用于机动车辆的线控转向型转向系统(1)进行控制的方法，所述线控转向型转向系统包括致动控制系统(2)和转向装置控制系统(4)，所述致动控制系统(2)用以经由齿轮(102)齿条(101)转向器(10)对车轮(3)进行致动，所述转向装置控制系统(4)用以模拟对转向装置(5)的转向感，所述致动控制系统(2)具有第二控制单元(14)和致动器(9)并且所述转向装置控制系统(4)具有第一控制单元(12)和转向装置致动器(11)，所述线控转向型转向系统(1)还包括自动驾驶电子控制单元(120)，所述自动驾驶电子控制单元(120)根据输入信号决定是存在车辆控制转向还是存在驾驶员控制转向，其特征在于，提供了下述步骤：
-检测驱动模式的当前状态并使用所述自动驾驶电子控制单元(120)向所述第一控制单元(12)报告当前状态；
-如果所述第一控制单元(12)接收到的是驾驶员控制转向模式状态，则通过根据取决于作为所述齿轮齿条转向器(10)的一部分的所述齿轮(102)的旋转角度的预设定的函数来启动所述转向装置控制系统(4)的所述转向装置致动器(11)，以使所述转向装置(5)旋转绕过第一转向装置转动角度(α1)，从而模拟转向感；
-如果所述第一控制单元(12)接收到的是车辆控制转向模式状态，则通过根据所述预设定的函数乘以小于1的系数来启动所述转向装置控制系统(4)的所述转向装置致动器(11)，以使所述转向装置(5)旋转绕过减小的第二转向装置转动角度(α2)，所述系数是具有至少一个变量的函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系数是线性的或取决于所述第一转向装置转动角度(α1)。
3.根据前述权利要求1-2中的任一项所述的方法，其特征在于，与在驾驶员控制转向模式下的转向装置角速度(vα1)相比，在车辆控制转向模式下的转向装置角速度(vα2)被减小。
4.根据前述权利要求1-2中的任一项所述的方法，其特征在于，在车辆控制转向模式下，转向装置转动扭矩(t1)被设定为预定义的值。
5.根据前述权利要求1-2中的任一项所述的方法，其特征在于，所述线控转向型转向系统(1)还包括手接触非接触检测装置，所述手接触非接触检测装置为所述自动驾驶电子控制单元(120)提供输入信号。
6.根据前述权利要求1-2中的任一项所述的方法，其特征在于，所述系数具有介于0与0.5之间的值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述系数具有介于0与0.25之间的值。
8.一种用于机动车辆的线控转向型转向系统(1)，所述线控转向型转向系统(1)包括致动控制系统(2)和转向装置控制系统(4)，所述致动控制系统(2)用以经由齿轮(102)齿条(101)转向器(10)对车轮(3)进行致动，所述转向装置控制系统(4)用以模拟对转向装置(5)的转向感，所述致动控制系统(2)具有第二控制单元(14)和致动器(9)并且所述转向装置控制系统(4)具有第一控制单元(12)和转向装置致动器(11)，所述线控转向型转向系统(1)还包括自动驾驶电子控制单元(120)，所述自动驾驶电子控制单元(120)根据输入信号决定是存在车辆控制转向还是存在驾驶员控制转向，其特征在于，所述自动驾驶电子控制单元(120)被设计成向所述第一控制单元(12)报告当前状态，所述第一控制单元(12)被设计成在驾驶员控制转向模式下根据取决于作为所述齿轮齿条转向器(10)的一部分的所述齿轮(102)的旋转角度的预设定的函数来启动所述转向装置控制系统(4)的所述转向装置致动器(11)，以使所述转向装置(5)旋转绕过第一转向装置转动角度(α1)，从而模拟转向感，并且所述第一控制单元还被设计成在车辆控制转向模式下根据所述预设定的函数乘以小于1的系数来启动所述转向装置控制系统(4)的所述转向装置致动器(11)，以使所述转向装置(5)旋转绕过减小的第二转向装置转动角度(α2)，所述系数是具有至少一个变量的函数。
9.根据权利要求8所述的线控转向型转向系统，其特征在于，所述线控转向型转向系统(1)还包括手接触非接触检测装置，所述手接触非接触检测装置为所述自动驾驶电子控制单元(120)提供输入信号。
10.根据权利要求8或9所述的线控转向型转向系统，其特征在于，所述线控转向型转向系统(1)还包括电子离合器装置(40)，所述电子离合器装置(40)被设计成将所述转向装置(5)的运动与所述车轮(3)的运动断开联接。
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