CN109996718A - 用于机动车的调整部件和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的调整部件，其具有至少两个可转向的车轮，在所述调整部件中，车辆横向上的操纵力由调整部件横向力传感装置冗余测量，并且调整部件角度至少由电动的调整部件执行器影响，调整部件执行器的转速和转矩由调整部件传动装置改变，本发明还涉及一种用于机动车的控制装置，其中，对两个按照本发明的调整部件在车辆横向上施加的操纵力被取平均值并且用于影响机动车的弯道的半径，同时对调整部件在车辆纵向上施加的操纵力用于计算机动车的力求的侧偏角变化。

Description

用于机动车的调整部件和控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的调整部件，其具有至少两个可转向的车轮，在所述调整部件中，车辆横向上的操纵力由调整部件横向力传感装置冗余测量，并且调整部件角度至少由电动的调整部件执行器影响，调整部件执行器的转速和转矩由调整部件传动装置改变，本发明还涉及一种用于机动车的控制装置，其中，对两个按照本发明的调整部件在车辆横向上施加的操纵力被取平均值并且用于影响机动车的弯道的半径，同时对调整部件在车辆纵向上施加的操纵力用于计算机动车的力求的侧偏角变化。可转向的车轮尤其指前轮，但也指后轮。

背景技术

这种用于机动车的调整部件由现有技术较佳地已知。例如，专利文献DE19548713C1描述一种用于机动车的转向角调整装置，其具有用于根据所属的操作元件-操纵量来调节转向角的操作元件，其中，在转向角调节的计算中考虑附着系数。专利文献DE19625497C1描述一种用于控制机动车的纵向和横向移动的操作元件装置，其具有可手动操纵的、在车辆纵向上固定布置的调整元件，该调整元件既用于控制车辆纵向移动又用于影响车辆横向移动。此外已知一种底盘调节系统，其在行驶动力学的极限范围内观测和限制车辆的侧偏角、即车辆重心上的速度矢量与车辆纵轴线之间的角，其中，该极限值可以与其它设定、例如所选的行驶模式有关。在这种情况下如此设计车辆的控制装置，使得从由驾驶员调整的转向轮角和当前的车辆速度、必要时在考虑另外的、例如描述车辆状态的量的情况下算出用于车辆的横摆速度的仅一个额定值。

已知的现有技术具有诸多缺点。一方面，能够足够安全、无间隙而且低成本地实现用于车辆横向操纵的主动的调整部件原理的技术手段不为人所知，其确保，驾驶员不能通过非常大的操纵力改变由调整部件主动调整的调整部件角。因为，对调整部件施加的操纵力是用于车辆横向移动的额定值产生的基础，同时调整部件角用作当前的车辆状态的例如形式为车辆重心的轨迹的曲率的反馈，该反馈不允许被驾驶员无意或有意地影响。此外，在机动车特别有利地装备有两个调整部件的情况下正需要避免两个调整部件的运动的同步性以可感知的程度被影响。

另一方面，在道路上行驶的机动车的能够独立地一方面影响弯道半径并且另一方面影响机动车的侧偏角的控制装置不为发明人所知。因此，机动车的已知的控制装置仅针对适当地限制、而非独立于弯道半径地有针对性地影响侧偏角。尤其在越来越多地采用后轴上的转向系统的背景下，不能有针对性地影响车辆侧偏角不仅在行驶速度和横向加速度较高的情况下、而且例如也在泊车和机动时是严重的缺点，除了前轴上的转向系统以外，后轴上的转向系统也能影响车辆横向动力学。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，开发一种用于机动车的调整部件和控制装置，以便克服上述至少一个缺点。本发明的技术问题由具有权利要求1的特征的调整部件和具有权利要求6的特征的控制装置解决。本发明的优选的设计方式记载在从属权利要求和以下说明中，它们能够分别单独或组合地表示本发明的一个方面。

本发明通过如下方式在上述类型的现有技术的基础上构思，即，所述调整部件设计为仅在车辆横向上可移动并且两个调整部件被用于控制机动车。在这种情况下，所述调整部件优选围绕车辆的纵轴线可转动地支承。与已知的现有技术不同，车辆横向上的操纵力由调整部件横向力或转矩传感装置冗余测量并且用作计算用于车辆横向移动的额定值的基础，这关于车辆反应与操纵量之间的相位特性是有利的。常规控制的机动车当转向轮角的改变基于驾驶员对转向轮施加的力矩调整时才改变方向。按照本发明，对调整部件在车辆横向上施加的力在其以本发明的特别有利的设计方式中被取平均值并且被与速度相关的一阶滤波器过滤后用作额定值预设值。由于车辆横向上的平均操纵力的过滤与速度相关，因此考虑如下事实，即，车轮转向角与车辆的横摆速度之间的相位延迟随行驶速度增加而增大。因此有利的是，随着行驶速度的增加例如连续降低滤波器常数。

在本发明的另外的有利的设计方式中，被过滤的力与用于转向的额定值之间的关系设计为与速度相关，以便一方面在行驶速度较低的情况下，用于预设大转向角的调整部件力不会变得过大，另一方面在行驶速度较高的情况下，用于预设非常小的转向角的调整部件力不会变得过小。

此外，为了使轮胎与道路之间的当前的主要的附着系数可感知，在另外的有利的设计方式中，用于产生确定的转向角所需的力被设计为与摩擦系数相关。在附着系数较低的情况下，为产生相同的转向角，驾驶员需要的力小于在附着系数较高的情况下。附着系数可以例如基于车轮转向角调节器的功耗被估计。

此外，为驾驶员用作反馈的调整部件角被电气的调整部件执行器和调整部件传动装置的组合影响，从而即使在操纵力较大的情况下，调整部件也能调节符合行驶状态的调整部件角。

在本发明的特别有利的设计方式中，用作反馈的调整部件角的额定值由多个份额组成：

在反馈的有利的设计方式中，调整部件角的额定值的一个份额在低行驶速度下基于前轮的平均的车轮转向角。由此，当前轮由于路缘石不能如同希望的那样偏转时，驾驶员可以例如察觉到。

在车辆横向动力学随行驶速度增加附加地被机动车的自转向性能影响后，业已证明在行驶试验中特别有利的是，选择车辆重心的轨迹的当前的曲率作为平均的车轮转向角的反馈的备选。在驶过的弯道的真实的曲率不总是能普通地确定之后，可以例如借助单辙模型基于平均车轮转向角、行驶速度和机动车的自转向梯度来简化地计算车辆重心的轨迹的曲率。

在这种近似计算在行驶动力学的极限范围内、即当出现较大的侧偏角时不再适用后，在调整部件角的额定值的计算的另外的、特别有利的设计方案中，附加地考虑另外的份额，该份额使过度转向以附加的调整部件角的形式可被察觉。为此，可以例如将测量的横摆速度与借助单辙模型计算的横摆速度的差值或该差值的变化适当地定标并且加到调整部件额定角度上。

在特别有利的设计方式中，驾驶员的在车辆横向上的操纵力被测量至少三次，以便能够识别有故障的传感器。这例如通过至少三个测量值中的每两个测量值的成对比较实现，因为在一个传感器有故障的情况下仅两个功能正常的传感器的比较得出小于定义的容差阈值的差。为了避免具有共同的原因的多次错误，此外似乎有利的是，实施例如基于应变计、压电传感器和霍尔传感器的不同的测量原理。

在另外的有利的实施方式中，调整部件传动装置包括至少一个所谓谐波传动装置(Wellgetriebe)，其由机器人已知并且以例如1:100的大传动比同时有实际的无间隙度而出众。因此可以选择具有小电气功耗的非常小的调整部件执行器，此外，该调整部件执行器较轻并且占用较小的结构空间。备选地使用蜗轮传动装置，如同其例如由电气助力转向已知的那样。

为了进一步降低调整部件执行器的功率和/或提高可承受的操纵力，在另外的有利的实施方式中，调整部件被补充以调整部件制动器，调整部件制动器或者对调整部件执行器或者对调整部件把手制动。例如当合适的算法识别到驾驶员的操纵力如此剧烈地增大以至于该操纵力面临超出在调整部件执行器方面结合调整部件传动装置可产生的调整部件力时，调整部件制动器被启动。在另外的有利的设计方式中，调整部件制动器可以被设计为无电流地闭合，从而调整部件位置在停放的车辆中确定。

在另外的特别有利的设计方式中，不仅车辆横向上的操纵力、而且车辆纵向上的操纵力被冗余测量。所述纵向力可以用作另外的功能的额定值产生的基础。在此，测量的足够的冗余度能够实现也针对与安全有关的功能、例如通过调节电气的行驶驱动装置的再生力矩的车辆减速。因此，驾驶员可以有意识地开始车辆减速，在该过程中，动能通过电气的车辆驱动装置的再生运行以电能的形式被回收。备选地可以例如实施用于自动行驶车辆的紧急制动功能。在这种情况下，特别有利的似乎是，调整部件对驾驶员而言始终能容易地达到并且可见，而制动踏板在自动行驶期间在身体姿势略微改变的情况下似乎不一定能找到或可操纵。特别优选地，通过纵向力既可以控制再生力矩的调节又可以控制紧急制动功能。为此可以例如规定用于纵向力的阈值，在超过该阈值时激活紧急制动功能并且接通摩擦制动器。在该阈值之下，减速仅通过再生力矩的调节实现。调整部件在纵向上的可偏转度优选比在车辆横向上的可偏转度小得多。车辆纵向上的可偏转度优选小于车辆横向上的可偏转度的10％。优选甚至不设置调整部件在纵向上的可察觉的可偏转度。在这种情况下，纵向上的操纵力引起相应的调整部件在纵向上的弹性的弯曲。

此外，本发明还包括一种用于机动车的控制装置，所述机动车具有至少两个可转向的前轮，所述前轮允许车辆的驶过的弯道半径以及侧偏角被独立影响，方式是对两个按照本发明的调整部件在车辆横向上施加的操纵力被取平均值并且用于影响机动车的弯道的半径，同时对按照本发明的调整部件在车辆纵向上施加的操纵力用于计算机动车的力求的侧偏角变化。这能够为驾驶员实现例如在车道改变时有针对性地减小车辆的横摆角的变化，方式是通过对调整部件施加的纵向力的差值命令侧偏角，该侧偏角与基于调整部件横向力之和计算的弯道半径相反，或者但也能实现例如在快速的转弯行驶中有意识地提高侧偏角。在缓慢的弯道行驶中、例如在驶入停车位时，驾驶员可以利用关于影响行驶状态的附加的自由度来减小车辆的车道宽度需求并且由此避免弯道内侧的车辆侧与障碍物的可能的碰撞。此外可以设想的是，在平行泊车时，将对右调整部件和左调整部件施加的纵向力的差值用于直接或间接低影响后轮转向，从而驾驶员在后轴上可利用的转向角足够大的情况下可以在向前行驶中平行泊车。

在按照本发明的控制装置的特别有利的设计方式中，机动车的力求的侧偏角变化与对两个调整部件在车辆纵向上施加的力的数值和符号相关，从而驾驶员可以灵敏地可定量地设置车辆朝两个方向的侧偏角。在这种情况下也可以考虑，仅当驾驶员例如对两个调整部件施加相反定向的力或者至少操纵两个调整部件时才计算机动车的侧偏角的额定值。

在按照本发明的控制装置的另外的有利的设计方式中，力求的侧偏角变化至少通过转向的车轮的转向角变化的适当组合或通过各个车轮上的转向角变化的组合以及由一个或多个车轮上的驱动力矩或制动力矩调节。如果前轴的车轮和后轴的车轮都设计为可转向，则侧偏角可以在任意行驶状况中、例如在直线行驶中独立于弯道半径被影响。如果车辆具备可选择性地操纵的车轮制动器，则可以例如舍弃后轮转向，其中，在这种情况下，独立于弯道半径地控制侧偏角尤其在行驶动力学的极限范围内是可行的。

附图说明

本发明的另外的优点、目标和特性根据附图和以下说明被阐述，其中示例性地描绘和描述按照本发明的转向系统。

在附图中：

图1示意性地示出调整部件的实施例的侧视图，该调整部件包括用于计算横向动力学的额定值的电子单元、用于合成调整部件角的额定值以及控制调整部件执行器和调整部件制动器的另外的单元以及与两个单元通信的车辆计算器，

图2示意性地示出示例性的行驶状况，在该行驶状况中，装备有两个按照本发明的调整部件的机动车驶过左弯道，其中，车辆附加地在力求达到的车辆位置中用虚线画出。

具体实施方式

在图1中示出的、示范性的调整部件具有调整部件壳体(1)，在调整部件壳体(1)中布置有调整部件制动器(3)、调整部件执行器(4)以及调整部件传动装置(6)，其中，调整部件执行器和调整部件传动装置通过用(5)标记的执行器和传动装置架示意性地与调整部件壳体连接。调整部件执行器(4)的转速和转矩由调整部件传动装置(6)改变，由此，导致调整部件臂(8)围绕调整部件转动轴线(2)转动。对调整部件把手(7)施加的力由抽象示出的调整部件横向上的调整部件横向力传感装置(10)以及调整部件纵向上的调整部件纵向力传感装置(9)检测，其中，两个传感装置包含冗余的并且理想地设计为多样化的传感器。调整部件角传感器(11)用于测量调整部件角，该调整部件角主要可以用于调节同一调整部件角。用(12)标记的单元用于基于由调整部件纵向力传感装置(9)和调整部件横向力传感装置(10)确定的力来计算至少用于车辆横向移动的合适的额定值，其中，在按照本发明的、特别有利的实施方式中，在弯道半径的额定值与机车侧偏角的额定值之间区分。可以将另外的行驶状态量纳入计算中，另外的行驶状态量可以由示例性示出的车辆计算器(14)提供。在图1中示范性地作为单独的单元(13)示出的反馈合成包括至少一个算法，该算法例如基于由车辆计算器(14)传输的状态量和/或额定值计算(12)的值来确定调整部件角的额定值。在该示例性的实施方式中，车辆计算器(14)负责通过适当地选择和控制转向执行器必要时以及单独车轮的驱动和/或制动力矩尽可能实施由额定值计算(12)提供的用于弯道半径和侧偏角的额定值。

在备选的、有利的实施方式中，用于额定值计算和反馈合成的算法不是分配在单独的单元或控制器上，而是适当地集成在另外的控制器中并且此外多重冗余地实施，以便实现足够的功能安全性。

图2示意性地示出示例性的行驶状况，在该行驶状况中，机动车沿着弯道(101)以与该弯道相切的行驶速度(113)移动。装备有两个按照本发明的调整部件(105、110)的机动车的当前的车辆位置(102)在图2中由实线标记。当前的车辆纵轴线(108)与机动车的当前的行驶速度矢量(113)重合，从而在示例性地示出的当前的行驶状态下的侧偏角为零。如果驾驶员对左调整部件(106)的把手施加与车辆速度相反的纵向力(107)，同时该驾驶员对用(112)标记的右调整部件施加沿车辆速度的方向的纵向力(111)，则由此在所示例子中产生用(114)标记的力求的侧偏角变化Δβ。

在特别有利的实施方式中，仅对两个调整部件(105、110)中的一个施加纵向力不足以命令侧偏角变化，因为这会导致侧偏角的无意的改变。此外有利的是，除了对右侧和左侧的调整部件把手(107、111)施加的纵向力以外，也将另外的行驶状态量例如车辆速度纳入力求的侧偏角变化的计算中。

Claims (17)

1.一种用于控制机动车的调整部件，具有至少两个可转向的车轮，其特征在于，所述调整部件设计为在车辆横向上可移动，并且车辆横向上的操纵力能够由调整部件横向力传感装置和/或调整部件转矩传感装置(10)测量并且能用作计算用于车辆横向移动的额定值的基础，同时调整部件的调整部件角能够至少由电动的调整部件执行器(4)影响，所述调整部件执行器(4)的转速和转矩能够由调整部件传动装置(6)改变。

2.按照权利要求1所述的调整部件，其特征在于，车辆横向上的操纵力能够冗余地、尤其至少三次地测量。

3.按照权利要求1或2所述的调整部件，其特征在于，所述调整部件传动装置(6)包括谐波传动装置或蜗轮传动装置。

4.按照前述权利要求之一所述的调整部件，具有调整部件制动器，其特征在于，所述调整部件角能够如此受调整部件制动器(6)影响，从而可以防止调整部件角通过驾驶员克服调整部件执行器(4)的由调整部件传动装置(6)改变的力矩对调整部件把手(7)施加的非常大的力而改变。

5.按照前述权利要求之一所述的调整部件，其特征在于，除了车辆横向上的操纵力以外，车辆纵向上的操纵力也能由调整部件纵向力传感装置(9)、尤其冗余地测量。

6.一种用于机动车的控制装置，所述机动车具有至少两个可转向的前轮和两个按照前述权利要求之一所述的调整部件(105、110)，其特征在于，对调整部件(105、110)在车辆横向上施加的力被取平均值并且用与速度相关的至少一阶的滤波器过滤，其中，将如此取平均值并且过滤的操纵力用作用于车辆横向移动的额定值预设值并且因此用于影响机动车的弯道(101)的半径。

7.按照权利要求6所述的控制装置，其特征在于，在过滤的、取平均值的操纵力与用于转向的额定值预设值之间规定这样的与速度相关的关系，即，在低的行驶速度下，用于预设大转向角的调整部件力被向上限制，并且在高的行驶速度下，用于预设小转向角的调整部件力被提高。

8.按照权利要求6或7所述的控制装置，其特征在于，用于产生确定的转向角需要的操纵力设计为通过传感装置确定的轮胎与路面之间的附着系数的函数。

9.按照权利要求6至8之一所述的控制装置，其特征在于，调整部件角的额定值的计算包括多个份额，其中，优选至少一个份额是第一和第二前轮的平均的车轮转向角。

10.按照权利要求9所述的控制装置，其特征在于，一个份额是车辆重心的轨迹的当前曲率或期望的曲率。

11.按照权利要求9至10之一所述的控制装置，其特征在于，规定另外的份额，该份额使车辆的过度转向以第一和/或第二调整部件上的调整角的附加份额的形式可察觉，其中，该份额优选利用加权由测量的横摆速度与通过单辙模型计算的横摆速度之间的差值和/或该差值的改变构成。

12.按照前述权利要求之一所述的控制装置，其特征在于，对调整部件在车辆纵向上施加的操纵力(107、111)用于计算机动车的力求的侧偏角变化(114)。

13.按照前述权利要求之一所述的控制装置，其特征在于，机动车的力求的侧偏角变化与对两个调整部件在车辆纵向上施加的力(107和111)的数值和符号相关。

14.按照权利要求12或13所述的控制装置，其特征在于，力求的侧偏角变化(114)至少通过转向的车轮的转向角变化的适当组合或通过各个车轮上的转向角变化的组合以及由一个或多个车轮上的驱动力矩或制动力矩来调节。

15.按照权利要求12至14之一所述的控制装置，用于具有可调节的再生力矩的机动车，其特征在于，通过对调整部件在车辆纵向上施加的操纵力中的至少一个操纵力预先规定和调节再生力矩。

16.按照权利要求12至15之一所述的控制装置，用于具有摩擦制动器的机动车，其特征在于，优选当操纵力中的至少一个操纵力超出阈值时，通过对调整部件在车辆纵向上施加的操纵力中的至少一个操纵力来控制车辆的摩擦制动器。

17.一种具有两个按照权利要求1至5中任一项所述的调整部件和一个按照权利要求6至16中任一项所述的控制装置的机动车。