CN113086006A - 通过电子动力转向单元进行转向干预以防止车辆倾翻或失控的方法和系统 - Google Patents

通过电子动力转向单元进行转向干预以防止车辆倾翻或失控的方法和系统 Download PDF

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Abstract

车辆转向干预系统和方法防止车辆失控状况或车辆倾翻状况。所述系统包括：驾驶员输入扭矩传感器，用于感测由驾驶员施加到方向盘的扭矩；转向角传感器，用于感测转向角；和速度确定设备，用于确定车辆速度。一种电子动力转向单元，包括电子处理器和存储器。电子动力转向单元基于所感测的扭矩、转向角和车辆速度来确定车辆转向干预阈值。电子动力转向单元基于扭矩梯度和/或转向角梯度来预测是否将在预定时间内超过车辆转向干预阈值。当预测超过车辆转向干预阈值时，电子动力转向单元减小动力转向辅助和/或提供反向转向力。

Description

通过电子动力转向单元进行转向干预以防止车辆倾翻或失控 的方法和系统
背景技术
本布置涉及一种用于在车辆操作期间通过最小化可能导致车辆倾翻或失控的车辆转弯或移动来提供转向干预的系统和方法。
发明内容
车辆的电子动力转向单元被配置为确定倾翻状况或失控，并且通过减小动力转向辅助和/或通过在方向盘被过于用力地操纵时提供反向转向力来防止车辆倾翻或失控，诸如旋转。在一个示例中，车辆以大于每小时50英里的速度操作。施加到方向盘上的快速且大的转弯或力可能导致车辆倾翻或车辆失控。电子动力转向单元被配置为确定这样的状况，并且立即做出动作防止车辆倾翻或失控。其它车辆可以使用驾驶员辅助系统域控制器或其它元件来执行倾翻计算。这样的布置需要更多的时间来计算、反应以及为车辆提供防倾翻控制。
一个实施例是一种车辆转向干预系统，用于防止车辆的失控状况或车辆倾翻状况。车辆转向干预系统包括：驾驶员输入扭矩传感器，用于感测由驾驶员施加到转向设备的扭矩；转向角传感器，用于感测转向角；速度确定设备，用于确定车辆速度；以及电子动力转向单元，包括电子处理器和存储器。电子处理器被配置为：基于转向角、车辆速度和由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩来确定车辆转向干预阈值，并且执行预测模型。预测模型包括确定由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩的扭矩梯度，基于该扭矩梯度预测是否将在预定时间内超过车辆转向干预阈值，并且当预测将在预定时间内超过车辆转向干预阈值时，电子处理器减小动力转向辅助和/或向转向设备提供反向转向力，以避免失控状况或车辆倾翻状况。
另一个实施例是一种用于为车辆提供转向干预的方法。该方法包括：利用驾驶员输入扭矩传感器感测由驾驶员施加到转向设备的扭矩，感测转向角，确定车辆速度，基于转向角、车辆速度和由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩，利用电子动力转向单元确定车辆转向干预阈值。该方法包括确定由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩的扭矩梯度；以及利用存储在电子动力转向单元中的预测模型，基于扭矩梯度来预测是否将在预定时间内超过车辆转向干预阈值；以及当预测要在预定时间内超过车辆转向干预阈值时，电子动力转向单元被配置为减少动力转向辅助和/或向转向设备提供反向转向力，以避免失控状况或车辆倾翻状况。
通过考虑详细描述和随附附图，其它方面、特征和实施例将变得显而易见。
附图说明
图1图示了消除车辆失控或倾翻的车辆转向干预系统的一个实施例的框图；
图2图示了提供车辆转向干预的电子动力转向单元的实施例的流程图；
图3图示了示出用于确定车辆转向干预阈值的附加特性感测的流程图。
具体实施方式
在详细解释任何实施例之前，应当理解的是，本公开不旨在将其应用限制于在以下描述中阐述的或在以下附图中图示的构造细节和组件布置。实施例能够具有其它配置，并且能够以各种方式实践或执行。
可以使用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构组件来实现各种实施例。此外，实施例可以包括硬件、软件和电子组件或模块，出于讨论的目的，所述电子组件或模块可以被图示和描述为好像大多数组件仅在硬件中实现。然而，本领域普通技术人员，并且基于对该详细描述的阅读，应当认识到，在至少一个实施例中，本发明的基于电子的方面可以在可由一个或多个电子控制器执行的软件（例如，存储在非暂时性计算机可读介质上）中实现。例如，说明书中描述的“单元”、“控制单元”和“控制器”可以包括一个或多个电子控制器、包括非暂时性计算机可读介质的一个或多个存储器、一个或多个输入/输出接口、一个或多个专用集成电路（ASIC）和其它电路，以及连接各种组件的各种连接或连接器（例如，导线、印刷迹线和总线）。
图1示出了用于控制车辆转向的车辆转向干预系统40的框图视图。在一个实施例中，车辆转向干预系统40包括电子动力转向单元44。电子动力转向单元44包括电子处理器50和存储器54。存储器54包括一个或多个存储器模块，诸如随机存取存储器（“RAM”）和电可擦除可编程只读存储器（“EEPROM”）。输入/输出接口56通过通信总线60传输和接收信息。电子处理器50通过执行一个或多个应用或模块来处理信息。所述应用或模块可以作为指令或命令存储在存储器54中。电子处理器50还将由应用生成的信息存储在存储器54中。诸如动力转向控制马达之类的电子转向控制件58连接到电子动力转向单元44并由其控制。
图1中示出的通信总线60是FlexRay汽车通信总线、控制器局域网（CAN）总线或多个控制单元、传感器和其它设备之间的其它类型的通信链路。在一些实施例中，通信总线60将电子动力转向单元44连接到驾驶员输入扭矩传感器64，该驾驶员输入扭矩传感器64感测或提供由驾驶员施加到方向盘的力。转向角传感器70连接到通信总线60，以向电子动力转向单元44提供方向盘定位。在一个实施例中，转向角传感器70被部署在转向设备的转向柱上。在另一个实施例中，转向角传感器70被配置为感测固定到车辆转向轴的行星齿轮的旋转。在另一个实施例中，转向角传感器70基于动力转向控制马达的马达旋转和相对于齿条和行星齿轮的比率来确定转向角。
在一个实施例中，车辆速度确定设备74确定车辆速度。在另一个实施例中，车辆速度确定设备74是车辆速度传感器。在另一个实施例中，其它信息的计算提供车辆速度。在一个实施例中，车辆纬度/经度加速度传感器78感测车辆的加速度。车辆速度和加速度经由通信总线60被提供给电子动力转向单元44的输入/输出接口56。
图1示出了用于感测车轮的齿条力的齿条力确定设备82。在另一个实施例中，齿条力根据车辆中提供的其它信息来计算。基于相机的道路检测系统86感测视频和各种其它感测图像，以确定低摩擦力表面的存在，诸如道路上的雪、冰、砾石和水坑。基于相机的道路检测系统86包括处理器和存储器，以处理图像并且确定道路状况。在一些实施例中，外部温度传感器辅助确定冰或雪的存在。齿条力确定设备82和基于相机的道路检测系统86经由通信总线60连接到电子动力转向单元44。
进一步地，图1示出了驾驶员辅助系统域控制器90。驾驶员辅助系统域控制器90（DASy）实现车辆的交通拥堵辅助和高速公路辅助特征。在一些实施例中，驾驶员辅助系统域控制器90为车辆提供电子稳定性控制。通过在电子动力转向单元44处提供车辆转向干预的处理，增强了对车辆转向改变的响应时间。
操作
图2示出了图1中所示的电子动力转向单元44的操作的流程图100。尽管图1中示出了单个电子动力转向单元44，但是多个控制单元和/或电子处理器可以执行图2中所示的各种功能。可以利用电子动力转向单元44的多个电子处理器使图2中所示的多个步骤基本上同时发生或者并行发生。
图2针对示出车辆转向干预系统40的初始操作的流程图100。在步骤104处，在一个实施例中，由电子处理器50通过通信总线60接收由驾驶员输入扭矩传感器64感测的由驾驶员施加到车辆方向盘的扭矩。此后，在步骤108处，电子处理器50确定或计算扭矩的梯度（扭矩的改变）。
在图2中所示的步骤112处，电子处理器50被配置为接收由转向角传感器70通过通信总线60感测的转向角。在一个实施例中，电子处理器50前进到步骤116，并确定或计算转向角的梯度。
此后，电子处理器前进到步骤120，其中通过通信总线60从车辆速度确定设备74接收车辆速度。然后，电子处理器50前进到步骤124。
在步骤124处，电子处理器50被配置为执行算法来确定车辆转向干预阈值。在一个实施例中，车辆转向干预阈值基于至少转向角、车辆速度和由驾驶员输入扭矩传感器64感测的扭矩。在一个实施例中，车辆转向干预阈值的确定通过查找表来执行，该查找表包括扭矩、转向角和车辆速度的值。在另一个实施例中，车辆转向干预阈值的确定通过一个等式来执行，该等式包括对应于至少扭矩、转向角和车辆速度的变量，特定于车辆的品牌和型号。在另一个实施例中，使用三维图来确定转向干预阈值。
电子处理器50前进到决策步骤140，以利用存储在电子动力转向单元44的存储器54中的预测模型，基于扭矩梯度和/或基于转向角梯度，来预测是否将在预定时间内超过车辆转向干预阈值。考虑到预定时间的（一个或多个）梯度或（一个或多个）导数提供了对车辆转向布置的未来定位的预测。当在决策步骤140处转向干预是不必要的时，由电子处理器50操作的程序返回到步骤104，并且再次根据转向确定扭矩，并且重复步骤108、112、116、120、124。
当预测将在预定时间内超过车辆转向干预阈值时，电子处理器50前进到步骤144。在步骤144处，电子处理器50动力转向单元通过减小电子转向控制件58的动力和/或向电子转向控制件58提供反向转向力来减小动力转向辅助，以避免失控状况或车辆倾翻状况。电子处理器50然后返回到步骤104以重复预测处理。
电子处理器50防止转向方向的突然改变，以免引起车辆失控或车辆倾翻情况。电子处理器50通过确定扭矩梯度和/或转向角梯度具有将在预定时间内超过车辆转向干预阈值的（一个或多个）值来执行预测模型。
（一个或多个）附加可选实施例
图3示出了车辆转向干预的附加实施例的流程图200。图3中的步骤204、208、212、216、220与图1中所示的步骤104、108、112、116、120相同。因此，没有必要对其进行进一步描述。
如图3中的步骤221处所示，电子处理器50通过通信总线60从基于相机的道路检测系统86接收路面的摩擦力值。电子处理器50前进到步骤222，以通过通信总线60从车辆纬度/经度加速度传感器78接收车辆加速度。电子处理器50前进到步骤223。
在图3中所示的步骤223处，由齿条力确定设备82确定的齿条力通过通信总线60提供给电子处理器50。电子处理器50被配置为前进到步骤224。
在步骤224处，电子处理器50执行算法来确定车辆转向干预阈值。在图3的实施例中，车辆转向干预阈值基于转向角、车辆速度、齿条力、车辆加速度、路面摩擦力和由驾驶员输入扭矩传感器64感测的扭矩。然后，电子处理器50前进到对应于决策步骤140的附加步骤（未示出），以及如图2中所示的其它步骤144，以如在上面讨论的那样在必要时提供转向干预。
在另一个实施例中，车辆转向干预阈值基于转向角、车辆速度、由齿条力确定设备82确定的齿条力、存储在存储器54中的车辆模型以及由驾驶员输入扭矩传感器64感测的扭矩。在另一个实施例中，车辆转向干预阈值基于转向角、车辆速度、车辆加速度以及由驾驶员输入扭矩传感器64感测的扭矩。在又一实施例中，车辆转向干预阈值基于转向角、车辆速度、路面摩擦力以及由驾驶员输入扭矩传感器64感测的扭矩。在一些实施例中，车辆转向干预阈值取决于车辆的品牌/型号，并且在一些情形下，进一步取决于驾驶模式。
图2和3的实施例中示出的上述步骤是出于说明的目的而提供的。所述步骤可以以完全不同的顺序进行。在一个实施例中，不存在对转向角梯度的确定，并且因此不包括步骤116、216。在一些实施例中，不对路面摩擦力、齿条力和加速度进行确定。因此，在一些实施例中，步骤221、222、223是可选的。
虽然本文没有具体讨论，但是，使方向盘返回到将车辆定向为在直线路径或方向上行驶典型地不会接近稳定性阈值，因为当车辆在直线方向上移动时，倾翻状况的可能性降低。该布置主要是为了防止车辆方向的突然和大的改变，所述改变可能导致车辆倾翻状况或失控状况。
应当理解，尽管系统将组件描述为是逻辑上分离的，但是这样的描述仅仅是出于说明性目的。在一些实施例中，所图示的组件可以被组合或划分成单独的软件、固件和/或硬件。不管它们被如何组合或划分，这些组件都可以在同一计算设备上执行，或者可以分布在通过一个或多个网络或其它合适的通信手段连接的不同计算设备中。
在以下权利要求中阐述了各种特征、优点和实施例。

Claims (20)

1.一种用于防止车辆的失控状态或车辆倾翻状态的车辆转向干预系统，所述车辆转向干预系统包括：
驾驶员输入扭矩传感器，用于感测由驾驶员施加到转向设备的扭矩；
转向角传感器，用于感测转向角；
车辆速度确定设备，用于确定车辆速度；和
电子动力转向单元，包括电子处理器和存储器，其中所述电子处理器被配置为：
基于转向角、车辆速度和由所述驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩来确定车辆转向干预阈值，以及
通过如下各项来执行预测模型：
确定由所述驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩的扭矩梯度，
基于扭矩梯度来预测是否将在预定时间内超过车辆转向干预阈值，以及
当预测在预定时间内超过车辆转向干预阈值时，减小动力转向辅助和/或向转向设备提供反向转向力，以避免失控状况或车辆倾翻状况。
2.根据权利要求1所述的车辆转向干预系统，其中所述电子处理器被配置为通过如下各项进一步执行所述预测模型：
根据由转向角传感器感测的转向角来确定转向角梯度，以及
预测是否将在预定时间内超过车辆转向干预阈值是基于扭矩梯度和转向角梯度的。
3.根据权利要求1所述的车辆转向干预系统，其中所述转向角传感器被部署在所述转向设备的转向柱上，或者所述转向角传感器基于动力转向控制马达的马达旋转和相对于齿条和行星齿轮的比率。
4.根据权利要求1所述的车辆转向干预系统，其中所述转向角传感器被配置为感测固定到车辆转向轴以移动齿条的行星齿轮的旋转。
5.根据权利要求2所述的车辆转向干预系统，所述车辆转向干预系统包括用于确定齿条力的齿条力确定设备，其中所述电子处理器被配置为基于转向角、车辆速度、齿条力、车辆模型和由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩来确定车辆转向干预阈值。
6.根据权利要求2所述的车辆转向干预系统，包括用于感测车辆加速度的车辆纬度/经度加速度传感器，其中所述电子处理器被配置为基于转向角、车辆速度、车辆加速度和由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩来确定车辆转向干预阈值。
7.根据权利要求2所述的车辆转向干预系统，包括用于确定路面摩擦力的基于相机的道路检测系统，其中所述电子处理器被配置为基于转向角、车辆速度、路面摩擦力和由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩来确定车辆转向干预阈值。
8.根据权利要求1所述的车辆转向干预系统，包括将包括电子处理器的电子动力转向单元连接到驾驶员输入扭矩传感器、转向角传感器和车辆速度确定设备的通信总线。
9.一种用于防止车辆的失控状态或车辆倾翻状态的车辆转向干预系统，所述车辆转向干预系统包括：
驾驶员输入扭矩传感器，用于感测由驾驶员施加到转向设备的扭矩；
转向角传感器，用于感测转向角；
车辆速度确定设备，用于确定车辆速度；和
电子动力转向单元，包括电子处理器和存储器，其中所述电子处理器被配置为：
基于转向角、车辆速度和由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩来确定车辆转向干预阈值，以及
通过如下各项来执行预测模型：
根据由转向角传感器感测的转向角来确定转向角梯度，
基于转向角梯度来预测是否将在预定时间内超过车辆转向干预阈值，以及
当预测在预定时间内超过车辆转向干预阈值时，减小动力转向辅助和/或向转向设备提供反向转向力，以避免失控状况或车辆倾翻状况。
10.根据权利要求9所述的车辆转向干预系统，其中所述电子处理器被配置为通过如下各项进一步执行所述预测模型：
根据由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩来确定扭矩梯度，以及
预测是否将在预定时间内超过车辆转向干预阈值是基于转向角梯度和扭矩梯度的。
11.一种用于为车辆提供转向干预的方法，所述方法包括：
利用驾驶员输入扭矩传感器感测由驾驶员施加到转向设备的扭矩；
感测转向角；
确定车辆速度；
基于转向角、车辆速度和由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩，利用电子动力转向单元来确定车辆转向干预阈值；
确定由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩的扭矩梯度；
利用存储在所述电子动力转向单元中的预测模型，基于所述扭矩梯度来预测是否将在预定时间内超过所述车辆转向干预阈值；和
当预测在预定时间内超过车辆转向干预阈值时，所述电子动力转向单元被配置为减少动力转向辅助和/或向转向设备提供反向转向力，以避免失控状况或车辆倾翻状况。
12.根据权利要求11所述的方法，包括确定转向角梯度，并且其中预测是否将在预定时间内超过车辆转向干预阈值是基于扭矩梯度和转向角梯度的。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述转向角由被部署在所述转向设备的转向柱上的转向角传感器来感测。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述转向角由转向角传感器来感测，所述转向角传感器被配置为感测固定到转向轴以移动齿条的行星齿轮的旋转。
15.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括利用齿条力确定设备来感测齿条力，以及
其中车辆转向干预阈值的确定基于转向角、车辆速度、齿条力、车辆模型和由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩。
16.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括利用车辆纬度/经度加速度传感器来感测车辆加速度，以及
其中车辆转向干预阈值的确定基于转向角、车辆速度、车辆加速度和由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩。
17.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括利用基于相机的道路检测系统来确定路面的摩擦力，以及
其中车辆转向干预阈值的确定基于扭矩、转向角、车辆速度和路面摩擦力。
18.根据权利要求11所述的方法，所述方法包括将包括电子处理器和存储器的电子动力转向单元连接到驾驶员输入扭矩传感器、转向角传感器和车辆速度确定设备的通信总线。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法包括连接到通信总线的驾驶员辅助系统域控制器。
20.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括：
利用齿条力确定设备来确定齿条力，
利用车辆纬度/经度加速度传感器来检测车辆加速度，以及
利用用于确定路面摩擦力的基于相机的道路检测系统来感测路面的摩擦力，
其中车辆转向干预阈值的确定基于转向角、车辆速度、齿条力、车辆加速度、路面摩擦力和由驾驶员输入扭矩传感器感测的扭矩。
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