CN110799409B - 具有扭矩矢量化和集成防滑控制的线控转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的线控转向系统，该机动车辆包括具有两个可转向轮(7’、7”)的可转向前轮轴，其中：前轮轴(12)具有单轮驱动器，其借助于驱动控制器(11)单独地驱动与可转向轮(7’、7”)相关联的轮驱动器(15’、15”)；驱动控制器(11)具有控制器(17)，该控制器(17)根据油门踏板角度(αped)和转向轴(2)的旋转角度(βSW)确定左轮的目标速度(Vvrl,soll)和右轮的目标速度(Vvrr,soll)，并且控制器(17)将所述目标速度限制为限滑速度(Vs,vr)；并且驱动控制器(11)单独地驱动轮驱动器(15’、15”)。

Description

具有扭矩矢量化和集成防滑控制的线控转向系统
技术领域
本发明涉及一种机动车辆的线控转向系统以及一种用于控制机动车辆的线控转向系统的方法。
背景技术
在线控转向系统中，转向轮的位置未直接连接至转向输入装置、例如方向盘。方向盘与转向轮之间借助于电信号连接。驾驶员的转向要求通过转向角传感器获取，并且转向轮的位置根据驾驶员的转向要求借助于转向致动器进行控制。
为了避免不稳定的行驶情况、比如转向过度或转向不足，已知的是所谓的“扭矩矢量化”，其中，借助于专门设计的差速器齿轮在左车轮与右车轮之间分配驱动扭矩，以便以这种方式抵消转向不足或转向过度。因此，如果车轮在不稳定的行驶状态下被制动，同时向具有最大横摆力矩减小量的车轮传递驱动力，也就是说，如果发生转向不足，则控制系统经由单独的离合器将更大的驱动力施加至弯道的外侧的车轮上，使得车辆被“推”入弯道。在行驶过程中可能会发生不期望的车轮打滑的情况。纵向打滑是由于车轮的旋转或锁定而产生的，并且对轮胎的磨损具有直接的影响。术语“打滑”被理解为是指在车辆加速或制动期间车轮周向速度不同于车辆速度的状态。
DE 10 2013 011 883 A1公开了一种方法，其中，目标转向角借助于方向盘的旋转角度来计算，并且实际转向角能够由车轮来获得。此处，执行对于左车轮和右车轮的车轮驱动扭矩的确定，使得目标转向角与实际转向角之间的差变小。该解决方案被证明是不利的，因为没有考虑车轮的旋转。
专利文献EP 2 611 661 B1公开了一种扭矩矢量化方法，其中，两个车轮的扭矩控制值由车辆的横摆率、两个车轮的转向角和纵向打滑产生。
发明内容
本发明的目的是说明一种在前轴上具有独轮驱动器的机动车辆的线控转向系统，在该系统中，可以借助于扭矩矢量化防止车轮打滑。此外，将公开一种用于借助于扭矩矢量化避免打滑的方法。
该目的借助于本发明的机动车辆的线控转向系统和方法来实现。
因此，提供了一种用于机动车辆的线控转向系统，该机动车辆具有包括两个可转向轮的可转向前轮轴，其中，前轮轴包括单轮驱动器，该单轮驱动器借助于驱动控制器单独地驱动与可转向轮相关联的轮驱动器，其中，驱动控制器包括根据油门踏板角度和转向轴的旋转角度确定可转向轮的左轮的目标速度和可转向轮的右轮的目标速度的控制器，并且该控制器将所述目标速度限制为限滑速度，其中，驱动控制器单独地驱动轮驱动器，使得每个可转向轮的目标速度与实际速度之间的差最小。因此，可以防止前轮旋转，并且车辆不仅仅通过转向而加速。改善了打滑的减少量，在此期间，可以限制牵引力和横向引导的损失。同时，增加了行驶动力和行驶安全性。
优选地，借助于预定的最大可允许纵向打滑和在机动车的后轴处获取的平均车速来实现对限滑速度的限制。
有利地，最大可允许纵向打滑处于在后轴处获取的平均车速的5％至15％的范围内，并且优选地为大约10％。
优选地，轮驱动器是电动马达。
此外，提供了一种用于控制机动车辆的线控转向系统的方法，该机动车辆具有包括两个可转向轮的可转向前轮轴，其中，前轮轴包括单轮驱动器，该单轮驱动器借助于驱动控制器单独地驱动与可转向轮相关联的轮驱动器，其中，该方法包括以下步骤：
·测量油门踏板角度、转向轴的旋转角度和可转向轮的实际速度；
·借助于油门踏板角度确定前轮的目标平均速度；
·基于转向轴的旋转角度确定前轮的差速；
·基于前轮的目标平均速度和前轮的差速来确定可转向轮的左轮的目标速度和可转向轮的右轮的目标速度；
·将可转向轮的左轮的目标速度和可转向轮的右轮的目标速度限制为限滑速度；
·确定可转向轮的左轮和可转向轮的右轮的目标速度与可转向轮的实际速度之间的差，并计算可转向轮的驱动扭矩，以便使该差最小化。
因此，设定对于单独驱动的前轮的驱动扭矩，使得前轮的目标速度与实际速度之间的差最小化，并且结果，使车辆在每个油门踏板角度和每个方向盘角度处的预定的打滑范围内转向。
优选地，借助于预定的最大可允许纵向打滑和在后轴处获取的平均车速来实现对限滑速度的限制。
在此上下文中，如果最大可允许纵向打滑处于在后轴处获取的平均车速的5％至15％的范围内，优选地为10％，则是有利的。
将目标速度限制为优选地在后轴处获取的平均车速时要考虑到最大可允许纵向打滑。
附图说明
下面将参照附图更详细地解释本发明的一个优选实施方式。相同类型或具有相同作用的部件在图中以相同的附图标记表示。在附图中：
图1示出了线控转向系统的示意图，
图2示出了在前轴上具有两个单独的轮驱动器的线控转向系统的示意图，以及
图3示出了具有扭矩矢量化的线控转向系统的控制器的框图。
具体实施方式
图1中示出了线控转向系统1。旋转角度传感器(未示出)安装在转向轴2上，该旋转角度传感器感测驾驶员的转向角，该转向角通过使在该示例中被实施为方向盘的转向输入装置3旋转来施加。然而，另外还可以感测转向扭矩。此外，反馈致动器4安装在转向轴2上，该反馈致动器4用于模拟道路200在方向盘3上的反应，并因此向驾驶员提供关于车辆的转向行为和驾驶行为的反馈。驾驶员的转向要求借助于方向盘2的由转向角度传感器测量的旋转角度βSW经由信号线传递到转向控制单元5上，所述转向控制单元5根据其他输入变量致动电动转向致动器6，该电动转向致动器6控制可转向轮7、70的位置，该可转向轮7、70也可以称为转向轮。转向致动器6经由转向轴转向齿轮机构8、比如例如转向架转向齿轮机构以及经由横拉杆9和其他部件间接地作用在转向轮7、70上。驱动马达10、100与可转向轮7、70相关联，并且以单轮驱动器的形式分别驱动可转向轮7、70。设置有驱动控制器11，该驱动控制器11经由信号线S3接收转向轴2的由转向角度传感器测量的旋转角度βSW，并由此进一步发出信号，并确定对于可转向轮7、70的驱动扭矩并将它们经由信号线S1、S2传递至相应的驱动马达10、100。
图2是具有两个轴的机动车辆的示意图，其中，转向轮7、7的驱动器布置在前轴12上。前轴12包括相对于行驶方向的左侧可转向轮7和右侧可转向轮70，该左侧可转向轮7和右侧可转向轮70经由转向架转向齿轮机构的转向齿条13彼此连接。当转向齿条13相对于行驶方向横向地向右或向左移动时，车轮绕各自的枢转点14、140枢转。左驱动马达10布置在行驶方向的左侧，而右驱动马达100布置在行驶方向的右侧。轮驱动马达10、100各自经由驱动轴27连接至可转向轮7、70。优选地，轮驱动马达10、100为电动马达。驱动控制器11经由第一信号线S1致动左驱动马达10，并且经由第二信号线S2致动右驱动马达10、100。驱动控制器11经由信号线S3从反馈致动器4接收转向轴2的由旋转角度传感器测量的旋转角度βSW，该反馈致动器4优选地包括转向控制单元5。另外，转向轴2的旋转角度βSW经由信号线S4传导至后轴120。此外，机动车辆的油门踏板16的位置、优选地油门踏板角度αped借助于另一信号线S5被传输至驱动控制器11。车轮角度传感器测量并传输转向轮的当前角度，并确定后轴的车轮处的平均车速vFZ。相应的信号线将传感器连接至转向控制单元5，该转向控制单元5将平均车速经由信号线S6传递至驱动控制器11。图2示出了与行驶方向一致的正前方位置。通过激活油门踏板16，驾驶员可以使机动车辆加速。为此目的，驱动控制器11确定对于轮驱动器10所需的驱动扭矩。
图3示出了线控转向的控制。由驾驶员经由踏板16施加的油门踏板角度αped和转向轴2的由旋转角度传感器测量的旋转角度——该旋转角度也被称为方向盘角度βSW——被发送给驱动控制器11。驱动控制器11具有控制器17，该控制器17确定前轮7、70的驱动扭矩。在控制器17的第一部分18中，前轮的目标平均速度vped,soll借助于油门踏板角度αped确定。在第二部分19中，基于方向盘角度βSW获得前轮的差速vvr,soll。方向盘向左的移动定义为(-)，而向右的移动定义为(+)。如果发生向左旋转(-)且油门踏板被激活(+)，则右轮必须比左轮旋转得更快。如果油门踏板(+)被激活且方向盘向右旋转(+)，则左轮必须旋转得更快。相应地，对于左轮产生目标速度vvrl,soll，而对于右轮产生目标速度vvrr,soll。在随后的步骤中，限制目标速度使得可以限制或最小化打滑。为此目的，借助于后轮的平均速度来得到车速vFZ。限滑前轮速度vs,vr由车速vFZ和最大可允许纵向打滑ls得出。最大可允许纵向打滑ls在车速的5％至15％之间的范围内，并且优选地为大约10％。因此，限滑前轮速度vs,vr由(vFZ×(1+ls/100))得出。左轮的目标速度vvrl,soll和右轮的目标速度vvrr,soll限制为限滑速度vs,vr(vvrr,ssoll、vvrl,ssoll)。在前轮处测量的实际速度vvrl,ist和vvrr,ist被馈送至控制器20。对于相应的前轮来说，驱动扭矩TL、TR分别由目标速度与实际速度之间的差(verr,r、verr,l)计算得出。驱动控制器11将驱动扭矩TL经由第一信号线S1传递至左驱动马达10，并将驱动扭矩TR经由第二信号线S2传递至右驱动马达10。控制器17确定对于单独驱动的前轮的驱动扭矩，使得前轮的目标速度与实际速度之间的差最小化，其中，确保了速度始终在最大可允许纵向打滑范围内。

Claims (8)

1.一种用于机动车辆的线控转向系统，所述机动车辆具有包括两个可转向轮(7、70)的可转向前轮轴(12)，其中，所述前轮轴(12)包括单轮驱动器，所述单轮驱动器借助于驱动控制器(11)单独地驱动轮驱动器(10、100)，所述轮驱动器(10、100)与所述可转向轮(7、70)相关联，其特征在于，所述驱动控制器(11)包括控制器(17)，所述控制器(17)根据油门踏板角度(αped)和转向轴(2)的旋转角度(βSW)确定所述可转向轮(7、70)的左轮的目标速度(vvrl,soll)和所述可转向轮(7、70)的右轮的目标速度(vvrr,soll)，并且所述控制器(17)将所述目标速度限制为限滑速度(vs,vr)，其中，所述驱动控制器(11)单独地驱动所述轮驱动器(10、100)，使得每个可转向轮(7、70)的目标速度与实际速度(vvrr,ist,vvrl,ist)之间的差(verr,r,verr,l)最小。
2.根据权利要求1所述的线控转向系统，其特征在于，对所述限滑速度(vs,vr)的限制借助于预定的最大可允许纵向打滑(ls)和在所述机动车辆的后轴处获取的平均车速(vFZ)来实现。
3.根据权利要求2所述的线控转向系统，其特征在于，所述最大可允许纵向打滑(ls)处于在所述后轴处获取的所述平均车速(vFZ)的5％至15％的范围内。
4.根据前述权利要求1-2中的一项所述的线控转向系统，其特征在于，所述轮驱动器(10、100)为电动马达。
5.一种用于控制机动车辆的线控转向系统的方法，所述机动车辆具有包括两个可转向轮(7、70)的可转向前轮轴(12)，其中，所述前轮轴(12)包括单轮驱动器，所述单轮驱动器借助于驱动控制器(11)单独地驱动轮驱动器(10、100)，所述轮驱动器(10、100)与所述可转向轮(7、70)相关联，其特征在于，提供了以下方法步骤：
测量油门踏板角度(αped)、转向轴(2)的旋转角度(βSW)和所述可转向轮(7、70)的实际速度(vvrr,ist、vvrl,ist)；
借助于所述油门踏板角度(αped)确定前轮的目标平均速度(vped,soll)；
基于所述转向轴(2)的旋转角度(βSW)确定所述前轮的差速(vvr,soll)；
基于所述前轮的目标平均速度(vped,soll)和所述前轮的差速(vvr,soll)来确定所述可转向轮(7、70)的左轮的目标速度(vvrl,soll)和所述可转向轮(7、70)的右轮的目标速度(vvrr,soll)；
将所述可转向轮(7、70)的所述左轮的目标速度(vvrl,soll)和所述可转向轮(7、70)的所述右轮的目标速度(vvrr,soll)限制为限滑速度(vs,vr)；
确定所述可转向轮(7、70)的所述左轮(vvrl,soll)和所述可转向轮(7、70)的所述右轮(vvrr,soll)的目标速度(vvrr,soll、vvrl,soll)与所述可转向轮(7、70)的实际速度(vvrr,ist、vvrl,ist)之间的差(verr,r,verr,l)，并计算所述可转向轮(7、70)的驱动扭矩(TL、TR)，以便使所述差最小化。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述限滑速度(vs,vr)的限制借助于预定的最大可允许纵向打滑(ls)和在后轴处获取的平均车速(vFZ)来实现。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述最大可允许纵向打滑(ls)处于在所述后轴处获取的所述平均车速(vFZ)的5％至15％的范围内。
8.根据权利要求6至7中的一项所述的方法，其特征在于，将所述目标速度限制为在所述后轴处获取的所述平均车速(vFZ)时要考虑到所述最大可允许纵向打滑(ls)。
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