CN111661149A - 用于操作转向系统的方法及转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作机动车辆的线控转向转向系统的方法。线控转向转向系统包括方向盘、联接至方向盘的力反馈致动器、联接至可转向车轮的转向致动器、以及控制系统。该方法包括：a)考虑方向盘角度和/或由驾驶员施加在方向盘上的转向力矩确定转向信息；b)考虑转向信息来控制转向致动器，以调节期望车轮转向角度；c)控制力反馈致动器以设定方向盘力矩(ML)；以及d)提供与方向盘力矩(ML)和/或车轮转向力矩(MR)相关联的阈值；e)产生表示或再现方向盘力矩(ML)和/或车轮转向力矩(MR)的力矩值；以及f)如果力矩值达到阈值，则输出过调信号。本发明还提出了一种相应的线控转向转向系统。

Description

用于操作转向系统的方法及转向系统
技术领域
本发明涉及一种用于操作机动车辆的线控转向转向系统的方法。本发明还涉及一种用于机动车辆的线控转向转向系统。
背景技术
对于线控转向转向系统，方向盘和转向车轮是机械地断开联接的。因此，车轮由转向致动器转向，以便调节期望车轮转向角度，也称为转向角度。与传统转向系统相比，线控转向转向系统不具有在方向盘与转向车轮之间传递转向力或力矩的转向柱。根据目前的理解的传统转向系统是纯机械转向系统和具有或不具有叠加转向的伺服转向系统。在线控转向转向系统中移除转向柱不仅提供了许多新的设计自由度，而且还提供了乘员保护方面的额外优点。
由于消除了通过转向柱的机械联接，驾驶员失去了通过转向力矩(特别是方向盘力矩)的自然力反馈。在传统转向系统中，反作用于驾驶员的方向盘力矩尤其取决于例如横向加速度、转向角度、速度、以及地面的表面条件。因此，方向盘力矩的触觉感知为驾驶员提供了有关行驶情况、车辆状态、以及轮胎-道路相互作用的重要信息。
因此，线控转向转向系统通常包括力反馈致动器，该力反馈致动器将合成的方向盘力矩叠加在方向盘上。合成的方向盘力矩旨在为驾驶员模仿传统转向系统的方向盘力矩，并且因此还以线控转向转向系统产生良好且直观的驾驶感觉。通过合成的方向盘力矩的力反馈增强了驾驶员对情况的意识，并且改善了驾驶员、车辆、以及环境的控制回路。然而，由于要提供的最大力矩和对高动态的要求，用于线控转向转向系统的当前可用的力反馈致动器相对较大、笨重、机械复杂、并且昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于操作线控转向转向系统的方法和相应的线控转向转向系统，即，使用更小、更轻、更简单、并且/或者更便宜的力反馈致动器，并且仍然为机动车辆的驾驶员创造良好且直观的驾驶体验。
该目的是通过如权利要求1所述的用于操作线控转向转向系统的方法来实现的。线控转向转向系统包括方向盘、至少一个联接至方向盘的力反馈致动器、联接至至少一个可转向车轮的至少一个转向致动器、以及控制系统。所述方法涉及以下步骤：
a)考虑方向盘角度和/或由驾驶员施加在方向盘上的驾驶员的转向力矩来确定转向信息。转向信息可以由控制系统确定。转向信息可以包括表示方向盘角度和/或驾驶员转向力矩的一个或多个值。方向盘角度是从直前线测量的方向盘旋转角度。例如，藉由方向盘角度传感器确定的方向盘角度。例如可以藉由力传感器或力矩传感器来确定驾驶员的转向力矩、即在转向时驾驶员施加在方向盘上的力矩。
b)考虑转向信息来控制转向致动器以便实现可转向车轮的期望车轮转向角度。车轮转向角度是车辆的纵向轴线与对应的转向车轮的车轮中心平面同道路平面的相交线之间的角度。在线性单轨模型的背景中，平均转向角度应理解为零力状态下转向轴的转向角度。例如，转向致动器由控制系统控制。转向致动器可以调节一个或多个可转向车轮的一个或多个车轮转向角度。例如，可以为每个可转向车轮指配其自己的转向致动器，用于单独的车轮转向。另一方面，在阿克曼(Ackermann)转向的情况下，转向致动器还可以藉由横拉杆同时使两个转向车轮转向。可以指配给对应的可转向车轮的多个转向致动器的冗余使用提高了可靠性。除了前车轮之外，后车轮也可以通过后桥转向来转向。
c)通过考虑车辆信息、行驶状态信息和/或转向信息来控制力反馈致动器以调节当前方向盘力矩。通过方向盘力矩为驾驶员产生反馈，该反馈表示或再现由当前车轮转向力矩在转向车轮上产生的当前转向力矩。车轮转向力矩是由围绕竖直轴线作用在车轮上的力和力矩产生的力矩。有利地，转向力矩可以由所有转向车轮上的当前车轮转向力矩产生的累积转向力矩。力反馈致动器可以由控制系统控制。方向盘力矩通过力反馈致动器引入方向盘，并且通常对驾驶员的力矩起反作用。在转向过程期间，驾驶员将手动转向力矩施加至方向盘。
d)提供阈值。阈值被指配给方向盘力矩和/或车轮转向力矩。例如，阈值可以与预定的方向盘力矩和/或车轮转向力矩相对应。替代性地，阈值例如可以与预定的力矩值相对应。
e)产生力矩值。力矩值再现或表示方向盘力矩和/或车轮转向力矩。换句话说，力矩值可以例如是车轮转向力矩的函数。在这种情况下，车轮转向力矩或累积转向力矩可以通过传感器来测量，或者例如基于模型来计算。力矩值例如可以再现基于车轮转向力矩而产生的方向盘力矩。
f)如果力矩值达到和/或超过阈值，则输出过调信号。换句话说，当力矩值大于或等于相关联的阈值时，则输出过调信号。过调信号可以由控制系统输出。
如果要从力反馈致动器输出的方向盘力矩和/或表示或再现车轮转向力矩的力矩值达到并且/或者超过预定阈值，则可以藉由根据本发明的方法，与力反馈致动器的性能相独立地来向驾驶员发出信号。尽管正常行驶中的常规车轮转向力矩有可以很好计算的有限的大小，但某些行驶情况会导致车轮转向力矩过高。这些情况的例子可以是转向车轮直接在路缘上转向和侧向冲击，以及高速驾驶在颠簸、坑洼和路缘上。为了能够描绘罕见的但具有与(同等高的)合成方向盘力矩同样大的作用的这些车轮转向力矩，力反馈致动器必须是相应地大尺寸的。对于尺寸过小的力反馈致动器，并且在不使用根据本发明的教导的情况下，发生的转向力矩不能通过合成方向盘力矩复制或以其他方式向驾驶员发出信号。因此，驾驶员极有可能根本认识不到驾驶情况是关键的。可能还发生车辆的损坏，尤其是底盘或转向系统的损坏。
根据有利的方面，方向盘力矩可以被限制到方向盘极限力矩。特别地，方向盘极限力矩(就大小而言)可以低于可以由力反馈致动器在方向盘中可完全控制(大小)的方向盘力矩。可以选择阈值的方式为使得当方向盘力矩被限制到方向盘极限力矩时，产生过调信号。例如，这个方面使得可以藉由力反馈致动器输出过调信号。为此目的，通过示例的方式，可以在实际的方向盘力矩上将相应的过调信号调制为(方向盘力矩)振荡。振荡的振荡角度、幅度、和/或频率可以表示过调的量度。
有利地，可以提供的是藉由触觉信号发送器输出过调信号。触觉信号发送器可以是触觉致动器，或者如上所述，是力反馈致动器本身。触觉致动器可以布置在方向盘中、方向盘上、或方向盘附近。触觉致动器例如是具有旋转偏心质量的振动马达，或具有可以线性地电磁加速的质量的提升磁体致动器。触觉信号发送器的优点是，通过人体特别快地处理这些触觉信号发送器的信号。
替代性地或另外，过调信号可以藉由声学信号发送器输出。有利地，若干声学信号发送器(例如汽车收音机/信息娱乐系统)通常已经安装在机动车辆中。这些信号发送器可以经济高效地使用或免费使用，而无需费力。替代性地，例如可以设置压电蜂鸣器以用于过调信号的输出。压电蜂鸣器非常便宜，而且在驾驶噪音和周围噪音很大时也很容易听到。
替代性地或另外，过调信号可以藉由光学信号发送器输出。光学信号发送器特别适合与触觉或声学信号发送器组合。结合使用不同的感觉器官可以增大人类对这些刺激的反应。
此外，该目的通过线控转向转向系统实现，该线控转向转向系统包括：方向盘；联接至方向盘的至少一个力反馈致动器，以产生可调节的方向盘力矩；联接至至少一个可转向车轮的至少一个转向致动器，以用于调节可转向车轮的车轮转向角度；以及控制系统。其中，根据本发明的方法的上下文中已经描述了以下特征和优点，为了减少冗余而省略了进一步的详细描述。然而，线控转向转向系统也出现优势和特征。
控制系统被设计且装备为确定转向信息，该转向信息包括方向盘角度、和/或由驾驶员向方向盘施加的驾驶员的转向力矩。该控制系统还被设计且设定为考虑转向信息来控制转向致动器，并且因此调节车轮转向角度。控制系统进一步被设计和装备成考虑车辆信息、行驶状态信息、和/或转向信息来控制力反馈致动器，以用于调节方向盘力矩，并且为驾驶员产生反馈。藉由方向盘力矩的反馈被设定的方式使得表示或再现由转向车轮上的当前车轮转向力矩产生的转向力矩。优选地，由所有转向车轮上的当前车轮转向力矩产生的累积转向力矩可以由方向盘力矩表示或再现。
最后，控制系统被设计和装备成产生表示或再现方向盘力矩和/或车轮转向力矩的力矩值，并在力矩值达到指配给方向盘力矩和/或车轮转向力矩的阈值时提供过调信号。
根据有利的方面，控制系统和/或力反馈致动器可以被设计且设定成将方向盘力矩限制到方向盘极限力矩。进一步有利地，可以选择阈值，使得当方向盘力矩被限制到方向盘极限力矩时产生过调信号。
优选地，力反馈致动器可以被设计成除了反馈信息以外也输出过调信号。有利地，可以通过力反馈致动器最大程度地引入方向盘的方向盘力矩大于(在大小上)方向盘极限力矩。
除了力反馈致动器之外，线控转向转向系统可包括联接至方向盘的触觉致动器，该触觉致动器可以输出过调信号。
替代性或除触觉致动器之外，线控转向转向系统还可以具有用于输出过调信号的声学信号发送器和/或光学信号发送器。
根据另一可选的方面，控制系统具有用于与机动车辆的其他系统通信的通信接口，并且该控制系统被设计且设定成藉由该通信接口经由其他系统的驾驶员-车辆接口输出过调信号。特别地，其他系统可以是信息娱乐系统(汽车收音机、导航系统等)和仪表盘的显示装置(数字驾驶舱显示器、多功能显示器、信号灯等)。
有利地，线控转向转向系统被设计成使得可以由此进行根据本发明的前述方法。
附图说明
本发明的进一步优点和性质由以下说明和附图得出，并且现在参考这些附图。在附图中：
-图1以示意性表示示出了根据本发明的转向系统，并且
-图2示出了若干示例性实施例的组合示意表示。
具体实施方式
图1所示出的线控转向转向系统10包括方向盘14、联接至方向盘14的力反馈致动器12、联接至可转向前车轮(未示出)的转向致动器16、以及控制系统18。此外，示出了声学信号发送器22、光学信号发送器23、以及触觉信号发送器21。
使用方向盘角度(方向盘的旋转角度)和/或由驾驶员施加到方向盘的驾驶员的转向力矩MH来确定转向信息。转向信息由控制系统18确定。转向信息包括表示方向盘角度和/或驾驶员的转向力矩的一个或多个值。方向盘角度藉由方向盘14或力反馈致动器12中的方向盘角度传感器确定。驾驶员的转向力矩MH藉由方向盘14或力反馈致动器12中的力传感器或力矩传感器确定。
由控制系统18考虑所确定的转向信息来控制转向致动器16，以便实现可转向车轮的期望车轮转向角度。然后，转向致动器16藉由横拉杆17来调节可转向车轮的车轮转向角度。替代性地，在车轮各自转向的情况下，每个可转向车轮都可以指配有自己的转向致动器16。多个转向致动器的冗余使用(此处不可见)提高了可靠性。除了前车轮之外，在后桥转向系统的情况下，后车轮也可以是可转向的(未示出)。
控制系统18还包括用于与机动车辆的其他系统进行通信的通信接口。藉由通信接口，经由其他系统的驾驶员-车辆接口22、23输出过调信号。在所示出的实施例中，其他系统是信息娱乐系统(汽车收音机、导航系统等)和仪表盘显示装置(数字驾驶舱显示器、多功能显示器、信号灯等)。
考虑车辆信息(例如车辆重量)、行驶状态信息(例如速度、横向加速度)、和/或转向信息(例如方向盘角度、平均车轮转向角度)来控制力反馈致动器12以调节当前方向盘力矩ML。
通过方向盘力矩ML，基于由所有转向车轮上的当前车轮转向力矩MR产生的累积转向力矩来产生对驾驶员的反馈。力反馈致动器12由控制系统18控制。方向盘力矩ML通过力反馈致动器12引入方向盘14中，并且通常对驾驶员的转向力矩MH起反作用。
产生力矩值31-33。力矩值31-33表示或再现方向盘力矩ML和/或车轮转向力矩MR。换句话说，力矩值31-33可以例如为车轮转向力矩MR的函数。在这种情况下，车轮转向力矩MR或累积转向力矩可以例如通过转向致动器16中的传感器来测量，或者可以基于控制系统18的数学模型来计算。在所示出的示例性实施例中，力矩值31-33表示基于车轮转向力矩MR的方向盘力矩ML。
基于图2详细描述了若干不同的示例性实施例。在横坐标X上绘制了所表示的或再现的(累积的)车轮转向力矩MR。在纵坐标上还绘制了通过力反馈致动器12叠加在方向盘14上的方向盘力矩ML的示例。根据车轮转向力矩MR和方向盘力矩ML示出了力矩值31-33的不同示例。应当考虑的是，并非必须但仍然可以对某些力矩值31-33指配阈值40-45。特别地，阈值40-45的指配是针对相应的车轮转向力矩MR和/或相应的方向盘力矩ML进行的。在另一方面，力矩值31-33表示或再现车轮转向力矩MR和/或方向盘力矩ML。方向盘力矩ML可以直接或间接地取决于力矩值或车轮转向力矩MR，但这不是必须的情况。在图中还绘制了符号表示的过调信号34-36、38-39，稍后将对此进行更详细的解释。
图2示出了三个示例性实施例、具有三个不同的车轮转向力矩-方向盘力矩曲线。为了更简单地表示，假设示例性实施例中的车轮转向力矩-方向盘力矩曲线与所示出的力矩值31-33相对应。第一车轮转向力矩曲线31被设计成基本上是成比例的。第二车轮转向力矩曲线32被设计成基本上是递减的。第三车轮转向力矩曲线33被设计成基本上是递增的。例如，第二车轮转向力矩曲线32在许多情况下适合于为驾驶员创造良好的驾驶感觉。例如，这尤其在使用车辆的横向加速度来调节方向盘力矩ML时适用。
相应提供的阈值40-45被指配给方向盘力矩ML和/或车轮转向力矩MR。第一示例性阈值41例如与预定的方向盘力矩ML相对应，在这种情况下是力反馈致动器12可以提供的最大的方向盘力矩37。另一方面，另一个示例性阈值40与比可以提供的最大的方向盘力矩37低的方向盘力矩ML相对应。在横坐标X上还绘制了更多的阈值42-45。例如，这些阈值可以与作用在车辆上的预定车轮转向力矩MR、预定力矩值31-33、或预定横向加速度相对应。
如果力矩值达到并且/或者超过阈值40-45，则输出过调信号34-36、38、39。换句话说，当力矩值大于或等于相关联的阈值40-45时，则输出过调信号。控制系统18可能藉由线控转向转向系统10的其他部件来输出过调信号。
因此，如果要通过力反馈致动器12输出的方向盘力矩ML和/或表示或再现车轮转向力矩MR的力矩值的力矩值达到并且/或者超过预定阈值40-45，则可以以这种方式独立于力反馈致动器12的性能(可以提供的最大力矩)向驾驶员发出信号。
有利地，方向盘力矩ML被限制到方向盘极限力矩51-53。就大小而言，方向盘极限力矩51-53低于可以通过力反馈致动器12引入方向盘的最大方向盘力矩ML(附图标记37)。选择相应的示例性实施例的阈值43-45，使得当方向盘力矩ML被限制到方向盘极限力矩51-53时，产生过调信号34-36、38、39。
有利地，可以提供的是藉由触觉信号发送器12、21输出过调信号34-36、38、39。触觉信号发送器12、21可以是触觉致动器21，或者如上所述，是力反馈致动器12本身。特别地，触觉致动器21可以布置在方向盘14中、方向盘上、或方向盘附近。替代性地或另外，过调信号38、39可以藉由声学信号发送器22和/或光学信号发送器23输出。
控制系统18藉由力反馈致动器12输出示例性实施例的所示出的前三个过调信号34-36。为此目的，通过示例的方式，可以在实际的方向盘力矩ML(附图标记51-53)上将相应的过调信号34-36调制为(方向盘力矩)振荡。振荡的振荡角度、(力矩)幅度、和/或频率可以表示过调的量度。
在第一示例性实施例和第二示例性实施例中，过调信号35、34包括对应的阈值40、44、45的过调的量度。第一示例性实施例的方向盘力矩振荡的幅度和/或振荡角度随着阈值40、44的过调的增大而增大。第一示例性实施例的方向盘力矩振荡的频率保持不变。第二示例性实施例的方向盘力矩振荡的频率随着阈值40、45的过调的增大而增大。第二示例性实施例的方向盘力矩振荡的幅度和/或振荡角度保持不变。
在第三示例性实施例中，过调信号36与阈值41、43的过调程度无关。随着过调的增大，方向盘力矩振荡的幅度、振荡角度、以及频率保持恒定。
示例性实施例的线控转向转向系统10被设计且设定成执行根据本发明的前述方法。

Claims (12)

1.一种用于操作机动车辆的线控转向转向系统(10)的方法，其中，所述线控转向转向系统(10)包括方向盘(14)、联接至所述方向盘(14)的力反馈致动器(12)、联接至可转向车轮的转向致动器(16)、以及控制系统(18)，所述方法具有以下步骤：
-考虑方向盘角度和/或由驾驶员施加在所述方向盘(14)上的所述驾驶员的转向力矩(MH)来确定转向信息，
-考虑所述转向信息来控制所述转向致动器(16)以调节所述可转向车轮的期望车轮转向角度，
-考虑车辆信息、行驶状态信息、和/或转向信息来控制用于调节方向盘力矩(ML)的所述力反馈致动器(12)以便为所述驾驶员产生反馈，所述反馈表示或再现转向车轮上的转向力矩(MR)，尤其是由所有转向车轮上的车轮转向力矩(MR)产生的累积转向力矩，
其中，所述方法还包括以下步骤：
-提供与所述方向盘力矩(ML)和/或所述车轮转向力矩(MR)相关联的阈值(40-45)，
-产生表示或再现所述方向盘力矩(ML)和/或所述车轮转向力矩(MR)的力矩值(31-33)，以及
-如果所述力矩值(31-33)达到所述阈值(40-45)，则输出过调信号(34-36，38-39)。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：
-将所述方向盘力矩(ML)限制到方向盘极限力矩，其中，选择所述阈值(40-45)的方式为使得当所述方向盘力矩(ML)被限制到所述方向盘极限力矩时，产生所述过调信号(34-36，38-39)。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述过调信号(34-36，38-39)藉由触觉信号发送器(12，21)输出，特别地其中，所述触觉信号发送器(12，21)是所述力反馈致动器(12)或触觉致动器(21)。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述过调信号(34-36，38-39)藉由声学信号发送器(22)输出。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述过调信号(34-36，38-39)藉由光学信号发送器(23)输出。
6.一种用于机动车辆的线控转向转向系统(10)，包括：
方向盘(14)，
联接至所述方向盘(14)的力反馈致动器(12)，所述力反馈致动器用于产生可调节的方向盘力矩(ML)，
联接至可转向车轮的转向致动器(16)，所述转向致动器用于调节所述可转向车轮的车轮转向角度，以及
控制系统(18)，其中所述控制系统(18)被设计成
-考虑方向盘角度和/或由驾驶员施加在所述方向盘(14)上的所述驾驶员的转向力矩(MH)来确定转向信息，
-考虑所述转向信息来控制所述转向致动器(16)以便调节所述车轮转向角度，以及
-考虑车辆信息、行驶状态信息、和/或转向信息来控制所述力反馈致动器(12)来调节所述方向盘力矩(ML)以便为所述驾驶员产生反馈，所述反馈表示或再现转向车轮上的转向力矩(MR)，尤其是所有转向车轮上的车轮转向力矩(MR)产生的累积转向力矩，
其中，所述控制系统(18)进一步被设计成
-产生表示或再现所述方向盘力矩(ML)和/或所述车轮转向力矩(MR)的力矩值(31-33)，以及
-如果所述力矩值(31-33)达到指配给所述方向盘力矩(ML)和/或所述车轮转向力矩(MR)的阈值(40-45)，则输出过调信号(34-36，38-39)。
7.如权利要求6所述的线控转向转向系统(10)，其中，所述控制系统(10)和/或所述力反馈致动器(12)被设计成为将所述方向盘力矩(ML)限制到方向盘极限力矩，并且其中，选择所述阈值(40-45)的方式为使得当所述方向盘力矩(ML)被限制到所述方向盘极限力矩时，产生所述过调信号(34-36，38-39)。
8.如权利要求6和7中任一项所述的线控转向转向系统(10)，其中，所述力反馈致动器(12)被设计成除了所述反馈外还输出所述过调信号(34-36，38-39)。
9.如权利要求6至8中任一项所述的线控转向转向系统(10)，所述线控转向转向系统进一步包括联接至所述方向盘(14)的触觉致动器，其中，所述触觉致动器(12，21)被设计成输出所述过调信号(34-36，38-39)。
10.如权利要求6至9中任一项所述的线控转向转向系统(10)，所述线控转向转向系统进一步包括被设计成输出所述过调信号(34-36，38-39)的声学信号发送器(22)和/或光学信号发送器(23)。
11.如权利要求6至10中任一项所述的线控转向转向系统(10)，其中，所述控制系统(18)具有用于与所述机动车辆的其他系统进行通信的通信接口，并且其中，所述控制系统(18)被设计成使用所述通信接口经由所述其他系统的驾驶员-车辆接口输出所述过调信号(34-36，38-39)。
12.如权利要求6至11中任一项所述的线控转向转向系统(10)，其中，所述线控转向转向系统(10)被设计且设定成执行权利要求1至5中任一项所述的方法。
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