CN115003586A - 借助于后轴处差动驱动扭矩在低速下控制机动车辆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对机动车辆(1)的线控转向式转向系统进行控制的方法，其中，所述机动车辆(1)包括两个轴(10，20)，所述两个轴各自具有两个轮(RL，RR，FL，FR)，其中，两个前轮(FL，FR)可借助于前轮转向进行转向，并且两个后轮(RL，RR)可借助于后轮转向进行转向，并且该机动车辆(1)包括与两个轴(10，20)中的一个轴相关联并且经由差速器驱动对应轴的两个轮的单个轮驱动器(2，6)，其中，该机动车辆(1)包括车载制动系统，并且该方法包括以下步骤：检查机动车辆的速度；如果机动车辆速度低于40km/hr，启用后轴转向；其中，当后轴转向处于启用状态时，实施以下步骤：停用前轮转向和后轮转向；借助于设定点轮转向角度(α_RW,ref)来确定第一转向杆的设定点位置(S_R,ref)；借助于控制单元确定两个后轮(RL，RR)之间的差动驱动扭矩(△T)，以便到达该参照位置(S_R,ref)。

Description

借助于后轴处差动驱动扭矩在低速下控制机动车辆的方法

本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的用于对机动车辆的线控转向式转向系统进行控制的方法，并涉及被设计成执行该方法的机动车辆

在线控转向式转向系统中，转向轮的位置不直接联接至方向盘。方向盘与转向轮之间的连接是经由电信号实现的。驾驶员的转向意图由转向角度传感器获取，并且根据驾驶员的转向意图，转向轮的位置由转向致动器控制。没有提供与轮的机械连接。

在低速下，例如低于40km/hr，比如当操纵和停放机动车辆时，使用后轴转向来改善操纵性并减小回转圈是有利的。

本发明所解决的问题是指定一种用于对机动车辆的线控转向式转向系统进行控制的方法，该方法允许在不更改驱动器的情况下在低速下进行后轴转向。

这个问题通过一种具有权利要求1的特征的用于对线控转向式转向系统进行控制的方法以及一种被设计成执行这种方法的线控转向式转向系统来解决。本发明的其他有利的实施方式可以从从属权利要求推断。

因此，提供了一种用于对机动车辆的线控转向式转向系统进行控制的方法，其中，机动车辆包括两个轴，所述两个轴各自具有两个轮，其中，两个前轮能够借助于前轮转向进行转向，并且经由前轮转向的转向系统的第二转向杆而互相连接；两个后轮能够借助于后轮转向进行转向，并且经由后轮转向的转向系统的第一转向杆而互相连接，并且该机动车辆包括单个轮驱动器，该单个轮驱动器被分配给两个轴中的一个轴并且该轮驱动器经由差速器驱动对应轴的两个轮，其中，该机动车辆包括内部制动系统，并且该方法包括以下步骤：

·检查机动车辆的速度，

·在机动车辆速度应当低于所限定的机动车辆速度的情况下，启用后轴转向，

·其中，在后轴转向处于启用状态的情况下，实施以下步骤：

·停用后轮转向，

·借助于后轮的参照轮转向角度来确定第一转向杆的参照位置，

·确定两个后轮之间的差动驱动扭矩，以便借助于控制单元到达参照位置。

根据本解决方案，较低的机动车辆速度优选低于50km/hr，更优选低于45km/hr，并且特别优选低于40km/hr。

附加地或替代性地，为了对机动车辆速度进行检查或监测，机动车辆的横向加速度被用作用于启用后轴转向的参数。

根据本发明的后轴转向包括扭矩矢量控制的后轴传动装置。扭矩矢量控制包括借助于专门设计的差动齿轮在左车轮与右车轮之间分配驱动扭矩，使得从而防止转向不足和转向过度。因此，在不稳定的驾驶情况下，对轮施加制动，同时将驱动动力传递至横摆力矩减小量最大的轮；换句话说，如果出现转向不足，控制系统会经由单独的离合器对外轮施加更多的驱动动力，从而将车辆“推动到”转弯处中。借由后轴上的轮之间的驱动扭矩的单独分配，扭矩矢量控制的后轴传动装置产生横摆力矩——换句话说，绕车辆的竖向轴线的力矩，这能够改善灵活性和稳定性。通过在后轴上的两个轮之间分配驱动扭矩，产生附加的横摆力矩(拐入(turn in))，该横摆力矩支持车辆的转向运动，特别地在转弯时也是如此。这样，车辆能够在快速闪避操纵期间保持稳定，而不必对轮施加制动。

根据本发明的后轮转向具有用于控制后轮的后轮驱动器。后轮驱动器布置在后轮轴上。后轮轴包括相对于行进方向的可左转向的后轮和可右转向的后轮，这两个后轮例如经由齿条与小齿轮式转向传动装置的齿条传动装置而互相连接。在后轮转向停用步骤期间，关闭后轮控制，使得两个后轮的自由运动是可能的。

在不更改现有驱动器的情况下执行后轴转向，因为后轮之间的差动驱动扭矩使第一齿条传动装置移位，并产生绕机动车辆的竖向轴线的横摆力矩，并且由此引入转向扭矩。经由后轴进行转向使得机动车辆特别地操纵灵活，这在停车时尤其是有利的。

在一个示例性实施方式中，轮驱动器布置在前轴上，并且该方法包括以下步骤：

·通过对一后轮进行制动而在两个后轮之间产生差动驱动扭矩，

·增加由前轴的轮驱动器提供的扭矩，以补偿由正被制动的后轮的制动而引起的机动车辆的速度损失。

对差动驱动扭矩进行计算包括底盘几何结构、制动系统的特性以及参照齿条传动装置位置的代数符号，以便确定待制动的后轮和制动压力。

在另一实施方式中，轮驱动器是具有单个致动器和开放式差速器的后轮驱动器，并且该方法包括以下步骤：

·通过对一后轮进行制动而在两个后轮之间产生差动驱动扭矩，

·增加由后轴的轮驱动器提供的扭矩，以补偿由正被制动的后轮的制动而引起的机动车辆的速度损失。

在这种情况下，以下等式优选地适用于左转弯：T_RL+T_RR＝2*T_RR+T_ped,br，其中，T_RL和T_RR是左后轮的扭矩和右后轮的扭矩，并且T_ped,br是引入至正被制动的左后轮的制动扭矩。以下等式相应地适用于右转弯：T_RR+T_RL＝2*T_RL+T_ped,br。

在另一示例性实施方式中，轮驱动器是具有两个致动器的后轮驱动器，这两个致动器各自对后轮进行驱动，并且该方法包括以下步骤：

·借由通过两个致动器引入不同的扭矩而在两个后轮之间产生差动驱动扭矩。

在左转弯时，用于左后轮的牵引力则优选为xN-△T/2，并且用于右后轮的牵引力优选为xN+△T/2，其中，△T表示差动驱动扭矩。对于右转弯，用于右后轮的牵引力优选为xN-△T/2，并且用于左后轮的牵引力优选为xN+△T/2。

相当普遍地，在机动车辆速度大于所限定的机动车辆速度的情况下，将后轴转向的转向传动装置锁定在直线位置中从而实现良好的车辆稳定性是有利的。

锁定优选经由离合器进行。

相当普遍地，可以规定，借助于由驾驶员引入到转向装置中的转向扭矩来确定参照轮转向角度，或者通过自动或半自动驾驶模式来指定参照轮转向角度。在半自动驾驶模式——也能够被称为部分自动或半自动化驾驶模式的情况下，例如车辆自动地停车，以及/或者车道保持功能能够被启用，以及/或者车辆的纵向导引、比如加速和制动、由对应的辅助系统承担，其中，驾驶员能够不断地干预驾驶操作，然而在自动驾驶模式下，车辆被完全自动地控制而无需任何驾驶员参与。

此外，该问题通过一种机动车辆来解决，该机动车辆被设定成执行先前所描述的方法。该机动车辆优选地具有较大的后倾角(caster)和较小的主销偏移距(ScrubRadius)。竖向转向轴线的位置限定后倾角和主销偏移距。主销偏移距或主销偏移距路径表示后倾角顶点(转向枢轴轴线与道路表面相接处的点)与轮接触点之间的纵向方向上的距离。轮接触点在行进方向上通常位于后倾角顶点的后方(正的后倾角)，使得轮跟随在转向枢轴轴线的后面。因此，轮在所期望的行进方向上自动地转向。由于有后倾角，当存在转向偏转时，会产生恢复扭矩。在转弯时，能够在方向盘上感觉到该恢复扭矩。除了横向加速度之外，还向驾驶员提供了关于转弯以及关于轮胎与道路之间的接触的状态指示。后倾角或拖曳距(trail)优选地介于20mm与50mm之间。

在车辆的可转向轴上，主销偏移距表示轮的中面与扩展轴线(转向枢轴轴线)与道路相接处的点之间的水平距离。主销偏移距确定了在制动期间绕扩展轴线的扭矩的强度和方向。主销偏移距优选落在0mm与30mm之间的范围内。

下面借助附图对本发明的优选的实施方式进行更详细地解释。在这种情况下，相同的部件或功能相同的部件在所有附图之间设置有共享的相同的附图标记。在附图中：

图1示出了具有基于后轮驱动的扭矩矢量控制的机动车辆的示意图，

图2示出了具有前轮驱动器和基于后轮制动的扭矩矢量控制的机动车辆的示意图，该前轮驱动器包括驱动马达，

图3示出了具有后轮驱动器和基于后轮的扭矩矢量控制的机动车辆的示意图，该后轮驱动器包括驱动马达，

图4示出了具有基于后轴的扭矩矢量控制的机动车辆的控制系统的框图。

在图1中，示意性地描绘了具有两个轴10、20和四个轮FL、FR、RL、RR的机动车辆1，其中，仅后轮RL、RR是可驱动的(后轮驱动)，并且后轮RL、RR的驱动器2布置在后轴20上。驱动器2具有两个单独的致动器21、22。在行进方向的左侧上布置有左轮驱动马达202，并且在行进方向的右侧上布置有右轮驱动马达201。轮驱动马达201、202各自经由驱动轴5连接至可转向后轮RL、RR。可转向后轮RL、RR经由齿条与小齿轮式转向传动装置4的齿条传动装置3而互相连接。如果齿条传动装置3横向于行进方向向右或向左移位，则轮RL、RR在每种情况下均绕枢转点枢转。前轮FL、FR同样是可转向的，并且经由第二齿条与小齿轮式转向传动装置40的第二齿条传动装置30而互相连接。

借助于可转向后轮RL、RR的参照轮转向角度α_RW,ref来控制致动器21、22。后轮RL、RR以这样的方式被驱动，即，使得在后轮FL、FR之间产生与参照轮转向角度α_RW,ref或驾驶员的转向意图成比例的差动扭矩△T。换句话说，将可转向后轮FL、FR的参照轮转向角度α_RW,ref结合在后轮驱动的控制中。当左转弯行驶时，如图1中所示，用于左后轮的牵引力为x N(例如100N)-ΔT/2，并且用于右后轮的牵引力为x N+ΔT/2。该差动扭矩导致后轴20上的齿条传动装置3的位移，并导致绕机动车辆的竖向轴线的横摆力矩ψ。

图2示出了本发明的另一示例性实施方式。机动车辆1具有前轮转向和后轮转向，以及前轮驱动器6。前轮转向的前轮FL、FR经由第二齿条与小齿轮式转向传动装置40的第二齿条传动装置30而互相连接。后轮驱动的后轮RL、RR经由第一齿条与小齿轮式转向传动装置4的第一齿条传动装置3而互相连接。前轮驱动器6具有单个致动器61、特别地电动马达，单个致动器61经由差速器对前轮FL、FR进行驱动。在低速下，为了提高操纵性，通过对后轮RL、RR中的一个后轮进行制动来提供转向扭矩。后轮轴上的制动系统布置在传动系上。由制动系统产生的制动扭矩经由后轮驱动器的驱动轴传递至正被制动的轮。因此，该制动系统被称为内部制动系统。根据后轮RL、RR的参照轮转向角度α_RW,ref，计算出第一齿条传动装置3的参照齿条传动装置位置S_R,ref。借助于包括仲裁软件的控制系统来调节齿条传动装置位置。该软件结合有底盘几何结构、制动系统的特性和参照齿条传动装置位置S_R,ref的代数符号，以便确定待制动的后轮RR、RL以及制动动作所需的制动压力。为了使机动车辆1不会由于制动动作而损失速度，前轮驱动器提供了附加扭矩，该附加转矩对应于制动扭矩T_RRped,br并补偿速度损失。将机动车辆的加速器踏板的位置、优选地加速器踏板的角度、以及制动踏板的位置、优选地制动踏板的角度、传送至控制系统，以便识别机动车辆的加速或制动，并且由此计算所需的附加扭矩。

图2示出了左转弯行驶。使用参照齿条传动装置位置S_R,ref和参照轮转向角度α_RW,ref来计算待由左后轮RL施加的制动扭矩T_RLped,br。

借由对一个后轮进行制动，绕竖向轴线产生横摆力矩，并且第一齿条与小齿轮转向传动装置4的第一齿条传动装置3移位，机动车辆1因而偏转。前轮驱动器6的驱动控制相应地对右前轮FR和左前轮FL进行控制，这两个前轮中的每个前轮均施加x N(例如100N)+F_RLped,br/2的牵引力，其中，F_RLped,br是补偿制动扭矩T_RLped,br的力。前轴转向可以由借助于致动器产生的扭矩支持。在后轴上不具有驱动器的情况下，机动车辆借助于基于后轮制动的扭矩矢量控制来转向。

图3中描绘了具有后轮驱动器2以及前轮转向和后轮转向的机动车辆1。前轮转向的前轮FL、FR经由第二齿条与小齿轮式转向传动装置40的第二齿条传动装置30而互相连接。后轮转向的后轮RL、RR经由第二齿条与小齿轮式转向传动装置4的第二齿条传动装置3而互相连接。后轮驱动器具有单个致动器2、特别地电动马达，该单个致动器经由开放式差速器(不具有锁定机构)或部分开放式差速器来驱动后轮RL、RR。

为了增加在低速下的操纵性，通过对后轮中的一个后轮RL进行制动来提供转向扭矩和绕机动车辆的竖向轴线的横摆力矩。

根据参照轮转向角度α_RW,ref，计算出第一齿条传动装置3的参照齿条传动装置位置S_R,ref。借助于包括仲裁软件的控制系统来调节齿条传动装置位置。该软件使用底盘几何结构、制动系统的特性以及参照齿条传动装置位置S_R,ref的代数符号来确定待制动的后轮和制动压力。为了使机动车辆1不会由于制动动作而损失速度，后轮驱动器2的致动器21提供补偿速度损失的附加扭矩。将机动车辆的加速器踏板的位置、优选地加速器踏板的角度α、以及制动踏板的位置、优选地制动踏板的角度、传送至控制系统，以便识别机动车辆的加速或制动，从而计算附加扭矩。

以下等式适用于图3中所描绘的左转弯：

T_RL+T_RR＝2*T_RR+T_RLped,br，其中，T_RL和T_RR为左后轮的扭矩和右后轮的扭矩，T_RLped,br为施加至待制动的后轮RL的制动扭矩。因此，F_RR等于2*xN+F_RLped,br。

后轮轴上的制动系统布置在传动系上。由制动系统产生的制动扭矩经由后轮驱动器2的驱动轴传递至待制动的轮RL。因此，制动系统被称为“内部制动系统”。因此，作用在轮上的力主要由经由驱动轴传递的扭矩以及轮与道路接触的点的摩擦力产生。

所产生的力作用在轮的中心，因此，与具有较大的主销内倾角(king pininclination)的传统情况相比，可以利用较小的扭矩实现更大的转向扭矩。

在这种情况下，基于后轮制动的扭矩矢量控制表现出特别有利且简单的后轴转向，这允许在低速下灵活控制机动车辆。

在较高的速度下，特别地在高于40km/hr的速度下，后轴转向的转向传动装置优选地锁定在直线位置(中间位置)中，以便实现稳定的操控。锁定优选地借助于用于后轴的锁定机构来实现，该锁定机构根据所限定的车辆操作状态来释放所述后轴或将所述后轴锁定。特别地，当超过预定的车辆速度时，应当锁定转向系统。

当超过预定的车辆速度以及/或者超过最大的横向加速度时，使用左后轮与右后轮之间的驱动扭矩差来控制机动车辆。

为了通过扭矩差来实现最大效果，必须相应地选择轮的悬架以及由此导致的转向几何结构。出于此目的，特别地、必须限定后倾角(caster)和主销偏移距，以便使由差动扭矩导致的横摆力矩最大化。

图4示出了针对低的车辆速度的具有基于后轴的扭矩矢量控制的机动车辆的控制系统的框图。在第一单元7中，将由驾驶员引入到方向盘中的转向扭矩T_SW或自动驾驶模式所需的参照扭矩T_req转换成后轮RL、RR的参照轮转向角度α_RW,ref。第二单元8根据参照轮转向角度α_RW,ref确定参照齿条传动装置位置S_R,ref。将参照齿条传动装置位置S_R,ref与所测得的实际齿条传动装置位置S_R进行比较。在第三单元9中根据参照齿条传动装置位置S_R,ref以及后轮的制动扭矩T_ped,br和/或加速扭矩T_ped,acc来确定齿条传动装置的力F_Rack。在第四单元10中，则根据该齿条传动装置的力F_Rack来确定机动车辆和车轮在恒速下转弯、加速下转弯的情况下以及在转弯的同时进行制动时的行为方式，并且随后针对相应的车辆状态实现上述方式。

如先前所描述的实施方式中所公开的，驱动器可以布置在前轴或后轴上。驱动器包括至少一个致动器。

转向动作既可以由驾驶员通过转动方向盘来启动，或者可以由驾驶员通过移动另一种转向装置来启动，也可以由自动或半自动机动车辆的控制系统来启动。

Claims (10)

1.一种用于对机动车辆(1)的线控转向式转向系统进行控制的方法，其中，所述机动车辆(1)包括两个轴(10，20)，所述两个轴(10，20)各自具有两个轮(RL，RR，FL，FR)，其中，两个前轮(FL，FR)能够借助于前轮转向进行转向，并且经由所述前轮转向的转向系统的第二转向杆(30)而互相连接；两个后轮(RL，RR)能够借助于后轮转向进行转向，并且经由所述后轮转向的转向系统的第一转向杆(3)而互相连接，并且所述机动车辆(1)包括单个轮驱动器(2，6)，所述单个轮驱动器(2，6)被分配给所述两个轴(10，20)中的一个轴并且经由差速器驱动对应轴的所述两个轮，其中，所述机动车辆(1)包括内部制动系统，并且所述方法包括以下步骤：

·检查所述机动车辆的速度，

·在机动车辆速度应当低于所限定的机动车辆速度的情况下，启用后轴转向，

·其中，在后轴转向处于启用状态的情况下，实施以下步骤：

·停用后轮转向，

·借助于所述后轮(RL，RR)的参照轮转向角度(α_RW,ref)来确定所述第一转向杆的参照位置(S_R,ref)，

·确定所述两个后轮(RL，RR)之间的差动驱动扭矩(△T)，以便借助于控制单元到达所述参照位置(S_R,ref)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮驱动器(6)布置在前轴(10)上，并且所述方法包括以下步骤：

·通过对一后轮(RL，RR)进行制动而在所述两个后轮(RL，RR)之间产生所述差动驱动扭矩(△T)，

·增加由所述轮驱动器(6)提供的扭矩，以补偿由正被制动的所述后轮(RL，RR)的制动而引起的所述机动车辆(1)的速度损失。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮驱动器(2)是具有单个致动器(21)和开放式差速器的后轮驱动器，并且所述方法包括以下步骤：

·通过对一后轮(RL，RR)进行制动而在所述两个后轮(RL，RR)之间产生所述差动驱动扭矩(△T)，

·增加由所述轮驱动器(2)提供的扭矩，以补偿由正被制动的所述后轮(RL，RR)的制动而引起的所述机动车辆(1)的速度损失。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，以下等式适用于左转弯：

T_RL+T_RR＝2*T_RR+T_ped,br，其中，T_RL和T_RR是左后轮(FL)的扭矩和右后轮(FR)的扭矩，并且T_ped,br是引入至正被制动的所述左后轮(RL)的制动扭矩。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮驱动器(2)是具有两个致动器(201，202)的后轮驱动器，所述两个致动器(201，202)各自对一后轮(RL，RR)进行驱动，并且所述方法包括以下步骤：

·借由通过所述两个致动器(201，202)引入不同的扭矩而在所述两个后轮(RL，RR)之间产生所述差动驱动扭矩(△T)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在左转弯时，用于所述左后轮(RL)的牵引力为xN-△T/2，并且用于所述右后轮(RR)的牵引力为xN+△T/2。

7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

在机动车辆速度大于所限定的机动车辆速度的情况下，将所述后轴转向的转向传动装置锁定在直线位置中。

8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，借助于由驾驶员引入到转向装置中的转向扭矩(T_SW)来确定所述参照轮转向角度(α_RW,ref)。

9.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其特征在于，通过自动或半自动驾驶模式来指定所述参照轮转向角度(α_RW,ref)。

10.一种机动车辆(1)，所述机动车辆(1)设定成执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

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