CN109895845A - 机动车辆的全轮转向系统和操作全轮转向系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于机动车辆(10)的全轮转向系统(12)，其具有主动的前轴转向系统(14)和主动的后轴转向系统(16)。前轴转向系统(14)包括联接到方向盘(22)传动比单元(24)。传动比单元(24)构造成根据方向盘角度()和前轴转向比来限定前轴转向角(δ_F)。此外，传动比单元(24)联接到后轴转向系统(16)，使得前轴转向比能够根据后轴转向角(δ_H)来调节。此外，本发明讨论了具有这种全轮转向系统(12)的机动车辆(10)。还提出了一种操作用于机动车辆(10)的全轮转向系统(12)的方法。

Description

机动车辆的全轮转向系统和操作全轮转向系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的全轮转向系统，其包括主动的前轴转向系统和主动的后轴转向系统，该前轴转向系统包括联接到方向盘的传动比单元，该传动比单元构造成根据方向盘角度和前轴转向比来限定前轴转向角。

此外，本发明涉及一种包括这种全轮转向系统的机动车辆。

本发明还涉及一种操作用于机动车辆的全轮转向系统的方法。

背景技术

开头所述类型的全轮转向系统和相关的机动车辆是现有技术中已知的。例如，EP1 705 102 A1示出了这种全轮转向系统。

在这种情况下，主动转向系统应该理解为这样的转向系统：在所述转向系统中，在相关联的转向轴处的转向干预甚至可以独立于方向盘角度。换句话说，无论方向盘角度如何，都可以选择轴转向角。

如果这种主动转向系统是主动的前轴转向系统，则它们通常被设计为线控的转向系统或者包括叠加的传动装置，所述叠加的传动装置可以是例如行星齿轮传动装置或谐波齿轮传动装置。

通过传动比单元实现的前轴转向比被定义为方向盘角度与前轴转向角的比率。在这种情况下，已知的是根据车辆速度调节前轴转向比，使得在低车速下保持小的前轴转向比并且在高车速下保持相应较大的前轴转向比。

结果是，特定的方向盘角度在低车速时比在高车速时具有更大的轴转向角。

主动的后轴转向系统通常构造成线控的转向系统。

通常在与前轴转向系统相反的方向上、达到机动车辆的限制速度(所述限制速度例如在50km/h的范围内)时来操作后轴转向系统。这使得机动车辆特别易于操纵，这意味着它具有特别小的转向圈。

当车轴沿相反方向转向时，车辆方向沿着道路变化。这也称为转弯。

超过限制速度，然后后轴转向系统和前轴转向系统同向地运行。结果是机动车辆可以略微倾斜地向侧面移动。如果前轴转向角和后轴转向角基本相同，则在此不会发生车辆方向的变化。否则，车辆方向变化相对较小的程度。机动车辆的这种横向运动也称为车辆的位移。因此，仅改变沿着道路的横向位置。实际上，例如，可以以这种方式实现变道。

在这方面，后轴转向系统用于增加车辆稳定性。由于后轮的转弯减小了车辆的横摆倾向或横摆率，因此这通常被称为横摆率抑制。

在已知的后轴转向系统中，后轴转向角的开环或闭环控制可以通过所谓的转向比例来执行，所述转向比例被定义为后轴转向角与前轴转向角的比例并且通常表示为百分比。转向比例通常取决于车辆速度，并且作为函数或查找表而存储在转向系统的控制单元中。这意味着在涉及相反方向的操作模式中，该比例为负；在涉及相同方向的操作模式中，所述比例为正。例如，转向比例的值处于-30％至+20％的范围内。

作为替代方案，可以在不直接依赖于前轴转向角的情况下设定后轴转向角。在这样做时，例如车辆速度、方向盘角度、横向加速度值、侧滑角度/或横摆率被用作为输入变量。在此基础上，然后通过已知方法来确定后轴转向角。后轴转向角的这种设定可以在所有的车辆速度上执行或者仅在选定的车辆速度范围内执行。

当直接定义后轴转向角时或者使用转向比例定义后轴转向角时(即，对于两种类型的全轮转向系统)，必须始终在车辆稳定性(特别是横摆率)与驾驶员的转向施加力(steering effort)之间进行权衡。为了利于车辆稳定性或最大横摆率抑制，后轴转向角必须尽可能地大。然而，这导致特别高的驾驶员的转向施加力，其反映在如果驾驶员希望在高速下进行过弯(即，改变车辆的方向)时方向盘所必须旋转的角度中。这与保持低的驾驶员的转向施加力的努力是相背的。

发明内容

因此，本发明的目的是解决这种权衡并且提供一种全轮转向系统，通过所述全轮转向系统，可以确保高的车辆稳定性(特别是有效的横摆率抑制)，并且同时确保相对低的驾驶员的转向施加力。

该目的通过开头所述的类型的全轮转向系统来实现，其中传动比单元联接到后轴转向系统，使得前轴转向比能够根据后轴转向角调节。因此，当限定前轴转向比时，要考虑当前实际的后轴转向角或需要的后轴转向角。特别地，在大的实际后轴转向角或需要的后轴转向角的情况下，设定小的前轴转向比，这具有让相对小的方向盘角度导致相对大的前轴转向角的效果。因此，为了利于高的车辆稳定性和有效的横摆率抑制，可以按照给定情况选择尽可能大的后轴转向角。这里不必考虑驾驶员的转向施加力，因为通过结合任何期望的后轴转向角来设定前轴转向比，可以保持低的转向施加力。这在确保特别高程度的车辆稳定性的情况下，允许驾驶员以很小的转向施加力(即小的方向盘角度)来实施转弯。这特别适用于在高速行驶的情况下后轴转向系统和前轴转向系统同向运行时。因此，在该系统中，后轴转向角可以约为前轴转向角的40％至90％。

为了建立后轴转向角，可以使用现有技术中已知的方法。更特别地，在此可以在不直接依赖于前轴转向角的情况下设定后轴转向角。

在一个实施例中，全轮转向系统包括弯道检测单元，该弯道检测单元联接到传动比单元，使得前轴转向比能够根据弯道检测单元的信号来调节，特别是其中检测到弯道时前轴转向比减小。在这种情况下，弯道检测单元应该理解为意味着检测机动车辆的驾驶员是否并且何时希望过弯或转弯的系统。这种弯道检测单元可以在时间上并行操作，即，当驾驶员开始转弯时所述弯道检测单元识别他/她希望转弯的意愿，或者所述弯道检测单元在时间上以预期的方式操作。在这种情况下，所述弯道检测单元甚至会在驾驶员实际开始转弯之前就识别驾驶员的转弯意愿。在两种替代方案中，前轴转向比优选地减小，即，给定的方向盘角度允许实现特别高的前轴转向角。因此，驾驶员仅必须提供小的方向盘角度从而过弯。换句话说，减少了驾驶员的转向施加力。

为了利于驾驶舒适性，减小后轴转向角也是合适的。

在这方面，弯道检测单元可以适于处理方向盘的角位置。这意味着当方向盘呈现特定的角位置时检测到转弯，所述特定的角位置例如是偏离直线前进位置预定的角度。替代地或另外地，可以评估角位置的梯度，即方向盘的角度变化。以这种方式，确保了特别简单和可靠的弯道检测。

替代地或另外地，弯道检测单元可以适于处理路径信息，特别是其中设置提供这样的路径信息的预测系统和车辆侧摄像机中的至少一种。预测系统可以包括导航系统，例如，其中存储道路和路径的路线(地图数据)，使得与车辆的当前位置及其行进方向结合，可以预测车辆接近弯道的时间。替代地或另外地，路径信息也可以由车辆侧摄像机提供，例如，所述车辆侧摄像机是车道偏离警告系统或车道保持辅助系统的一部分。这里可以以自动的方式评估摄像机图像，从而也可以以这种方式预测转弯。在这方面，例如，可以评估道路边缘线或道路中心标记的路线。通常，这使得甚至可以在转弯之前或在转弯刚开始时设定前轴转向比，使得驾驶员的转向施加力较低。

有利地，能够连续调节前轴转向比。因此，特别取决于车辆速度和弯路半径，总是可以选择这样的前轴转向比：所述前轴转向比结合了高的车辆稳定性和低的驾驶员的转向施加力。此外，这导致全轮转向系统的行为对于驾驶员而言是舒适且符合预期的。这通常被驾驶员认为是愉快的。

在一个变体方案中，全轮转向系统包括连接到行驶动力学控制单元的接口，前轴转向角和后轴转向角中的至少一个能够根据从行驶动力学控制单元输出的信号而调节，行驶动力学控制单元改变后轴转向角，基于改变的后轴转向角来确定前轴转向比。这种行驶动力学控制单元的最重要目标是在所有情况下保持机动车稳定且可控。换句话说，要确保高程度的车辆稳定性。这特别包括有效的横摆率抑制。为此，行驶动力学控制系统可以改变前轴转向角和/或后轴转向角，而不需要为此进行方向盘的任何移动。在这种情况下，转向角的变化可以是加法性的(包括减法性的反向操作)或乘法性的(包括除法性的反向操作)。因此，通过相加或相乘而将修正值应用于前轴转向角和/或后轴转向角，从而实现驱动稳定性的期望目标。为了执行这些任务，行驶动力学控制单元可以利用现有技术中已知的方法。在此，来自行驶动力学控制单元的信号可以是所需要的转向角或实际的转向角。在通过转向比例根据前轴转向角对后轴转向角进行调节的转向系统中，其中可能出现实际的和/或需要的后轴转向角与实际的前轴转向角的比例与转向系统中存储的转向比例不对应。

优选地，主动的后轴转向系统是线控转向的系统。因此，主动的后轴转向系统特征在于不存在与方向盘的机械联接。这意味着所述主动的后轴转向系统可以以相对简单且节省空间的方式布置在相关的机动车辆中。此外，线控转向的系统可以构造成特别快速地响应。在与机械系统相比尤其如此。因此可以使用线控转向的系统来提供这样的后轴转向系统：其特别有效地提高车辆稳定性。

该目的还通过最初提到的类型的机动车辆来实现，所述机动车辆包括根据本发明的全轮转向系统。这种车辆在所有情况下都具有特别高的车辆稳定性。同时，这种车辆的驾驶员的转向施加力总是很低，这意味着他/她仅需要实施相对小的方向盘角度以进行转弯。特别地，在具有后轴转向的机动车辆中，以这种方式，即使在其中后轴转向和前轴转向同向运行的行驶情况下，也可以实现与没有后轴转向的机动车辆的方向盘角度相对应的方向盘角度。

另外，该目的通过最初提到的类型的方法来实现，该方法包括以下步骤：

(a)根据方向盘角度和可变的前轴转向比来限定前轴转向角，

和

(b)根据后轴转向角来限定前轴转向比。

与已知方法不同，前轴转向比因此根据当前的或需要的后轴转向角来确定。这使得可以解决迄今所存在的在转弯时实现高的车辆稳定性以及实现低的驾驶员的转向施加力的目标之间的冲突。实际上，为了实现高的车辆稳定性，现在可以使用大的后轴转向角，所述后轴转向角最终可达到前轴转向角的40％至90％。尽管如此，转向施加力仍然很低，因为前轴转向比设定得相应较小。结果，驾驶员仅需要做出相对小的方向盘角度就可以产生相对大的前轴转向角。

根据一个变体方案，仅当前轴转向角和后轴转向角被同向定向时才执行步骤(b)。后轴转向角用于仅在这样的操作模式中增加车辆稳定性：所述操作模式通常在机动车辆的特定限制速度之上(例如50km/h)而被选择。在该限制速度以下，前轴转向角和后轴转向角通常沿相反的方向定向，以便使机动车的转向圈尽可能小。因此，上面提到的目标的冲突特别是在前轴转向角和后轴转向角沿相同方向被定向时发生。如已经描述的那样，这允许在车辆稳定性保持恒定的同时减少转弯中的转向施加力。

步骤(b)可以在机动车辆的转弯中进行，特别是其中前轴转向比在转弯时减小。在这种情况下，较低的前轴转向比意味着对于限定的前轴转向角而言仅需要较小的方向盘角度。这减少了驾驶员的转向施加力，所述驾驶员仅需要将方向盘移动较小程度，他/她通常认为这是舒适性的增加。然而，同时，该比率仅减小一定程度，以便确保驾驶员始终可以感觉到车辆是可控的。

优选地，根据路径信息来限定前轴转向比。在这方面，参考上述的效果和优点。

路径信息可以包括方向盘的角位置。

替代地或另外地，路径信息可以由预测系统和车辆侧摄像机中的至少一种提供。

另外，前轴转向角和后轴转向角中的至少一个可以是可调节的，用于行驶动力学控制，其中后轴转向角改变并且前轴转向比基于改变的后轴转向角来确定。在这方面，参考上述关于行驶动力学控制的讨论。

附图说明

将在下面接合附图中所示的示例性实施例来讨论本发明，其中

-图1示意性地示出了根据本发明的机动车辆，所述机动车辆具有根据本发明的全轮转向系统，所述全轮转向系统可以通过本发明的方法来操作。

具体实施方式

机动车辆10包括全轮转向系统12。

全轮转向系统12包括主动的前轴转向系统14和主动的后轴转向系统16，后轴转向系统16采用线控转向系统的形式。

这里，有前轴转向系统14作用在其上的前轴18具有布置在所述前轴上的两个前轮18a、18b，所述两个前轮转动或偏转图1中的前轴转向角δ_F。

类似地，有后轴转向系统16作用在其上的后轴20具有布置在所述后轴上的两个后轮20a、20b，所述两个后轮转动或偏转后轴转向角δ_H。

在图1中，已经绘制出了前轴转向角δ_F和后轴转向角δ_H，以使它们清晰可见。与现实相比，所示出的角度的尺寸可能过大或过小。

为清楚起见，后轴转向角δ_H被示出为实际呈现的角度。然而，它也可以是相关的控制单元所需要的角度。

使用方向盘22调节前轴转向角δ_F，在所述方向盘处可以调节方向盘角度并且所述方向盘联接到前轴转向系统14的传动比单元24。

因此，前轴转向角δ_F根据方向盘角度以及前轴转向比而被固定，所述前轴转向比由传动比单元24实施。

传动比单元24同样联接到后轴转向系统16，使得前轴转向比能够根据后轴转向角δ_H调节。

为了利于尽可能高的车辆稳定性，调节后轴转向角δ_H。在所示的实施例中，这是在不直接依赖于前轴转向角δ_F的情况下实现的。为此，使用现有技术中已知的方法。如已经提到的那样，后轴转向角δ_H在这里可以是实际角度或者是所需要的角度。

在所示实施例中，针对大的后轴转向角δ_H而设定小的前轴转向比。结果，机动车辆10的驾驶员可以通过相对小的方向盘角度来设定相对大的前轴转向角δ_F。换句话说，驾驶员仅需要稍微旋转方向盘22，这意味着他/她的转向施加力很低。

此外，弯道检测单元26联接到传动比单元24。这里以这样的方式构造所述联接：即前轴转向比能够根据弯道检测单元26的信号进行调节。

为了产生这样的信号，弯道检测单元26适于处理方向盘22的角度位置(即方向盘角度)和/或路径信息，在所示实施例中，从预测系统接收所述路径信息，所述预测系统没有被详细地示出。以这种方式，弯道检测单元26检测机动车辆10的驾驶员是希望过弯还是刚开始进行过弯。

可选地或另外地，未详细示出的车辆侧摄像机也可以用于提供路径信息。

在所示的实施例中，在这种情况下，前轴转向比减小。

结果是，与未减小的前轴转向比相比，机动车辆10的驾驶员仅需要在方向盘22处设定较小的方向盘角度以便进行相同的过弯。因此，驾驶员的转向施加力很低。

在此，前轴转向比总是被连续调节。

此外，全轮转向系统12具有连接到行驶动力学控制单元28的接口。

行驶动力学控制单元28可以通过合适的信号来调节前轴转向角δ_F和/或后轴转向角δ_H；为此目的，所述行驶动力学控制单元使用现有技术中已知的方法。

由于前轴转向系统14和后轴转向系统16都是所谓的主动的转向系统，因此可以在不改变方向盘角度的情况下实现这一点。

全轮转向系统12的操作可以如下进行。

假设全轮转向系统12处于这样的操作模式中：在所述操作模式中，前轴转向角δ_F和后轴转向角δ_H沿相同的方向被定向。如果机动车辆10的速度高于约50公里/小时，则通常为这种情况。

前轴转向角δ_F和后轴转向角δ_H在图1中也示出为沿相同的方向被定向。

利用关于当前的方向盘角度的信息并且通过评估由预测系统(未详细示出)或车辆侧摄像机所提供的路径信息，弯道检测单元26现在检测到机动车辆10的驾驶员希望过弯。

现在获得当前所呈现的后轴转向角δ_H，为了利于最大可能的车辆稳定性并且因此利于最大的横摆率抑制，所述后轴转向角通过已知方法被固定。这可以通过行驶动力学控制单元28来完成。

然后，利用后轴转向角δ_H和弯道检测单元26的信号，限定适于当前行驶状况的前轴转向比。特别地，对于大的后轴转向角δ_H，这里也选择小的前轴转向比。

然后总是根据由驾驶员设定的方向盘角度和前轴转向比来获得前轴转向角δ_F。

这意味着在当前情况下，即使在大的后轴转向角δ_H的情况下，驾驶员也仅需要设定相对小的方向盘角从而获得相对大的前轴转向角δ_F。

因此，驾驶员可以在不必大量转动方向盘22的情况下进行相对急剧的过弯。换句话说，当转弯时，驾驶员的转向施加力很低。

Claims (18)

1.一种用于机动车辆(10)的全轮转向系统(12)，其包括主动的前轴转向系统(14)和主动的后轴转向系统(16)，所述前轴转向系统(14)包括联接到方向盘(22)的传动比单元(24)，所述传动比单元(24)构造成根据方向盘角度和前轴转向比来限定前轴转向角(δ_F)，其特征在于，所述传动比单元(24)联接到所述后轴转向系统(16)，使得所述前轴转向比能够根据后轴转向角(δ_H)调节。

2.根据权利要求1所述的全轮转向系统(12)，其特征在于，弯道检测单元(26)联接到所述传动比单元(24)，使得所述前轴转向比能够根据弯道检测单元(26)的信号调节。

3.根据权利要求2所述的全轮转向系统(12)，其中，当检测到弯道时，所述前轴转向比减小。

4.根据权利要求2所述的全轮转向系统(12)，其特征在于，所述弯道检测单元(26)适于处理所述方向盘(22)的角位置。

5.根据权利要求2所述的全轮转向系统(12)，其特征在于，所述弯道检测单元(26)适于处理路径信息。

6.根据权利要求5所述的全轮转向系统(12)，其特征在于，设置预测系统和车辆侧摄像机中的至少一种来提供所述路径信息。

7.根据权利要求1所述的全轮转向系统(12)，其特征在于，所述前轴转向比能够连续地调节。

8.根据权利要求1所述的全轮转向系统(12)，其特征在于，包括连接到行驶动力学控制单元(28)的接口，其中所述前轴转向角(δ_F)和所述后轴转向角(δ_H)中的至少一个能够根据从所述行驶动力学控制单元(28)输出的信号进行调节，其中所述行驶动力学控制单元(28)改变所述后轴转向角(δ_H)，基于被改变的所述后轴转向角(δ_H)确定所述前轴转向比。

9.根据前述权利要求中任一项所述的全轮转向系统(12)，其特征在于，所述主动的后轴转向系统(16)是线控转向系统。

10.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的全轮转向系统(12)的机动车辆(10)。

11.一种操作用于机动车辆(10)的全轮转向系统(12)的方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)根据方向盘角度和可变的前轴转向比限定前轴转向角(δ_F)，以及

(b)根据后轴转向角(δ_H)限定所述前轴转向比。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，仅当所述前轴转向角(δ_F)和所述后轴转向角(δ_H)被同向定向时才执行步骤(b)。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在机动车辆(10)的转弯时执行步骤(b)。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述前轴转向比在转弯时减小。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，根据路径信息限定所述前轴转向比。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述路径信息包括方向盘(22)的角位置。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述路径信息由预测系统和车辆侧摄像机中的至少一种来提供。

18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述前轴转向角(δ_F)和所述后轴转向角(δ_H)中的至少一个能够调节用于行驶动力学控制，其中所述后轴转向角(δ_H)改变，基于被改变的所述后轴转向角(δ_H)确定所述前轴转向比。