CN115667050A - 用于线控转向系统的降级概念 - 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或用于自动驾驶机动车辆的转向系统(1)，所述转向系统具有控制器，所述控制器根据驾驶员的输入或自动驾驶单元的输入来控制可转向车轮的转向，其中，所述控制器设有具有完整的转向功能并且没有质量问题的正常操作模式(AB)，其中，所述控制器具有所述转向系统的降级操作的至少两种降级模式(BC，CD，DE)，其中，所述转向系统包括评估装置，所述评估装置评估转向系统的性能降级状态，并根据评估结果设置控制器的操作模式。

Description

用于线控转向系统的降级概念
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序所述的用于机动车辆的线控转向系统或自动驾驶机动车辆的转向系统。
背景技术
在具有机电转向系统的机动车辆中，降级是可能的，且被允许的。对于自动车辆的安全关键转向系统和/或线控转向系统而言，要求和结构是不同的。其中一个主要要求是转向系统必须能容错，这意味着如果出现一个故障，转向系统必须继续运行，以提供主要功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，所述转向系统即使在发生降级后也能控制车辆的轨迹，从而避免安全危急情况。
这一目的是通过具有权利要求1的特征的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统实现的。
因此，提供了一种用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，所述转向系统具有控制器，其中所述控制器根据驾驶员的输入或自动驾驶单元的输入来控制可转向车轮的转向，并且其中，所述控制器设有具有完整的转向功能并且没有质量问题的正常操作模式。此外，所述控制器具有转向系统的降级操作的至少两种降级模式，其中，所述转向系统包括评估装置，所述评估装置评估转向系统的性能降级状态，并根据评估结果设置控制器的操作模式。
基本上，这种降级概念可用于系统运行的存在对安全至关重要的那种转向系统。优选地，所述转向系统是容错的。如果系统不是容错的，但第一个故障的概率是可以接受的低值，则这个概念也可用于那种转向系统。
即使在转向系统的可用性能出现一定损失后，驾驶员或车辆本身也能以安全的方式控制轨迹。因此，可以避免出现安全危急情况。
优选地，操作模式是由转向系统的性能极限值限制的范围来定义的。下面给出了范围选择的示例。
在优选实施方案中，正常操作模式位于转向系统的可用性能的100％和第一下限之间的范围内，所述第一下限位于所述转向系统的可用性能的90％和99％之间的范围内，优选为所述转向系统的可用性能的95％左右。
优选的是，至少两种降级模式中的第一降级模式位于第一上限和第二下限之间的范围内，其中，所述第一上限位于所述转向系统的可用性能的90％和99％之间的范围内，所述第二下限位于所述转向系统的可用性能的60％和90％之间的范围内。所述第一上限有利地是所述转向系统的可用性能的95％和/或所述第二下限有利地是所述转向系统的可用性能的70％。
第一降级模式优选地提供完整的转向功能。可能会出现质量问题。
此外，优选的是，如果至少两种降级模式中的第二降级模式位于第二上限和第三下限之间的范围内，其中，所述第二上限位于所述转向系统的可用性能的60％和90％之间的范围内，所述第三下限位于所述转向系统的可用性能的30％和70％之间的范围内。
优选地，所述第二上限是所述转向系统的可用性能的70％和/或所述第三下限是所述转向系统的可用性能的50％。
所述第二降级模式优选地提供完整的转向功能，其中，所述转向系统的控制器向车辆驱动控制器提供速度限制，其中，所述速度限制在预先设定的范围内。
此外，可以有最后两种降级模式中的第三降级模式，所述第三降级模式优选地位于第三上限和转向系统的零可用性能之间的范围内，其中，所述第三上限位于所述转向系统的可用性能的30％至70％之间的范围内，特别是转向系统的可用性能的50％左右。
所述第三降级模式优选地不提供转向功能，其中，所述转向系统的控制器向车辆驱动控制器提供速度限制，其中，所述速度限制在预先设定的范围内。
在降级概念中，有可能只包括上述三种模式。然而，如果控制器总共有四种操作模式，并且所述第一下限等于所述第一上限，所述第二下限等于所述第二上限，所述第三下限等于所述第三上限，则是有利的。
优选的是，所述转向系统的控制器被设计为将其状态发送至信息输出单元，所述信息输出单元能通知驾驶员进行降级操作。所述通知可以针对每一种降级模式。所述信息输出单元优选地控制至少一个通知装置，其中，所述通知装置可以是车辆显示器、车辆扬声器或转向装置，所述通知装置可以振动进行通知，或者可以通过修改线控转向系统的虚拟齿数比或通过增加线控转向系统的反馈致动器给出的反馈或通过减少EPAS系统中的辅助力来实现为通知装置。也有可能使用一个以上的通知装置来通知驾驶员转向系统的降级情况。
此外，提供了一种控制机动车辆的线控转向系统或自动驾驶机动车辆的转向系统的方法，其中，所述转向系统具有上述控制器，所述控制器根据驾驶员的输入或自动驾驶单元的输入控制可转向车轮的转向，其中，所述控制器设有具有完整的转向功能且无质量问题的正常操作模式，以及其中，所述控制器具有转向系统的降级操作的至少两种降级模式，其中所述方法包括下述方法步骤：
通过评估来评估转向系统的性能降级状态；
根据评估结果，将控制器设置为正常模式或至少两种降级模式之一。
优选地，至少两种降级模式包括一种降级模式，在该降级模式下转向系统的性能足以完成所有转向操纵，以及一种降级模式，在该降级模式下转向系统的性能太低，无法完成转向操纵，并且使用了车速限制。
操作模式优选为由转向系统的性能极限值所限制的范围来定义。极限值和操作模式的特征如上所述。
附图说明
现在将参照附图对本发明的优选实施方案进行描述，其中：
图1是机电转向系统的示意图；以及
图2是转向系统的性能降级图。
具体实施方式
图1示出了机电动力转向机构1的示意图。转向轴2与方向盘3连接，以供驾驶员操作。所述转向轴2通过小齿轮5与转向齿条4耦接。转向齿条杆6与转向齿条4和机动车辆的转向轮7相连接。转向轴2的旋转通过小齿轮5引起转向齿条4的轴向位移，所述小齿轮5以防扭的方式连接到所述转向轴2。辅助力通过驱动电动机被施加到转向机构上。机电动力转向机构1可以是柱式辅助、齿条式辅助或小齿轮式辅助类型。柱式辅助EPAS(电动助力转向)系统具有连接到转向柱2的电动机。齿条式辅助EPAS系统具有连接到转向齿条4的电动机。小齿轮式辅助EPAS系统具有连接到小齿轮5的电动机。图1示出了所有三种辅助类型，其中通常只有一种加以实施。EPAS系统是自动转向的道路车辆的一部分。所述车辆可以是完全自动的，也可以提供自动模式，例如用于停车或长途旅行。这样的EPAS系统必须具有高度的安全措施，因此是安全关键的。
安全关键的转向系统还包括线控转向系统，其中，方向盘和可转向轮之间没有机械连接。此外，在可转向轮本身之间不能有用于同步转向的机械耦接。
这些安全关键的转向系统都包括控制器，所述控制器具有四种操作模式，一种正常模式(AB)和三种降级模式(BC，CD，DE)。评估装置对转向系统的性能降级状态进行评估。根据评估装置的评估结果，设定控制器的操作模式。
图2示出了安全关键的转向系统的控制器在转向系统的可用性能方面的四种操作模式(AB，BC，CD，DE)。
A，B，C，D，E代表可用性能的极限值。AB、BC、CD、DE代表各种操作模式，分别由性能极限值之间的部分定义。
操作模式AB是正常模式。转向系统的可用性能非常高，所有驾驶操纵都可进行，没有任何限制。A等于100％的可用性能，B位于可用性能的90％和99％之间的范围内，优选地B为95％。
操作模式BC是具有降级操作的第一降级模式；所有的驾驶操纵都是可能的，但可能出现质量问题，即与方向盘运动相比，驾驶员可以感觉到车辆运动存在小的延迟，这并不是安全问题。C位于可用性能的60％到90％之间的范围内，优选为70％。
信息输出单元用于通知驾驶员进行降级操作。所述信息输出单元控制至少一个通知装置。所述通知装置例如代表车辆显示器或扬声器。方向盘也可用于提供反馈，例如通过振动或通过修改线控转向系统的虚拟齿数比或通过增加线控转向系统的反馈致动器所提供的反馈。上述通知装置也可相互结合。
由此，驾驶员就会被通知装置所惊动，然后可以决定立即停车并呼叫拖车服务或开车到车间去解决问题。
操作模式CD是具有降级操作的第二降级模式；所有驾驶操纵都是可能的，但可能出现质量问题。D位于转向系统的可用性能的30％到70％之间的范围内。为了保持车辆的完全可控性，车辆被迫在具有速度限制的预先确定的车速范围内行驶。
这样的中等车速允许为转向系统的进一步降级做准备，例如，车轮致动器的功能缺失。
如上所述，将反馈提供给驾驶员以通知所述转向系统的降级操作模式。
第四操作模式DE是作为紧急模式运作的第三降级模式。E等于零可用性能。转向功能丧失，因为性能太低，而无法提供转向功能。车辆被迫在预先确定的车速范围内行驶，其速度限制允许在没有转向的情况下安全停车。进一步可以实现的是，所述系统提供与系统有关的降级状态的信息，并且车辆层面的外部致动器(如传动系和/或制动器)可以帮助控制车辆的横向运动。
向驾驶员提供反馈以通知转向系统的紧急模式。所述反馈可以如上所述予以提供。
所描述的几种操作模式的概念可用于所有的转向系统，其中，所述系统操作是安全的关键。所述操作不需要容错。如果系统不是容错的，但第一个故障的概率很低，在安全问题上可以接受的情况下，也可以使用这个概念。

Claims (31)

1.用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统(1)，所述转向系统具有控制器，所述控制器根据驾驶员的输入或自动驾驶单元的输入来控制可转向车轮的转向，其中，所述控制器设有具有完整的转向功能并且没有质量问题的正常操作模式(AB)，其特征在于，所述控制器具有所述转向系统的降级操作的至少两种降级模式(BC，CD，DE)，其中，所述转向系统包括评估装置，所述评估装置评估转向系统的性能降级状态，并根据评估结果设置所述控制器的操作模式。
2.根据权利要求1所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述操作模式(AB，BC，CD，DE)分别由所述转向系统的性能极限值限制的范围来定义。
3.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述至少两种降级模式(BC，CD，DE)包括一种降级模式，在该降级模式下所述转向系统的性能足以完成所有转向操纵，以及一种降级模式，在该降级模式下所述转向系统的性能太低，无法完成转向操纵，并且使用了车速限制。
4.根据前述权利要求之一所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述正常操作模式(AB)位于所述转向系统的可用性能的100％和第一下限(B)之间的范围内，所述第一下限位于所述转向系统的可用性能的90％和99％之间的范围内。
5.根据权利要求4所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述第一下限(B)是所述转向系统的可用性能的95％。
6.根据前述权利要求之一所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，至少两种降级模式中的第一降级模式(BC)位于第一上限(B)和第二下限(C)之间的范围内，其中，所述第一上限(B)位于所述转向系统的可用性能的90％和99％之间的范围内，所述第二下限(C)位于所述转向系统的可用性能的60％和90％之间的范围内。
7.根据权利要求6所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述第一上限(B)是所述转向系统的可用性能的95％和/或所述第二下限(C)是所述转向系统的可用性能的70％。
8.根据权利要求6或7所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述第一降级模式(BC)提供完整的转向功能。
9.根据前述权利要求之一所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述至少两种降级模式中的第二降级模式(CD)位于第二上限(C)和第三下限(D)之间的范围内，其中，所述第二上限(C)位于所述转向系统的可用性能的60％和90％之间的范围内，所述第三下限(D)位于所述转向系统的可用性能的30％和70％之间的范围内。
10.根据权利要求9所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述第二上限(C)是所述转向系统的可用性能的70％和/或所述第三下限(D)是所述转向系统的可用性能的50％。
11.根据权利要求9或10所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述第二降级模式(CD)提供完整的转向功能，其中，所述转向系统的控制器向车辆驱动控制器提供速度限制。
12.根据前述权利要求之一所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，最后两种降级模式中的第三降级模式(DE)位于第三上限(D)和所述转向系统的零可用性能之间的范围内，其中，所述第三上限(D)位于所述转向系统的可用性能的30％至70％之间的范围内。
13.根据权利要求12所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述第三上限(D)是所述转向系统的可用性能的50％。
14.根据权利要求12或13所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述第三降级模式(DE)无法为转向功能提供足够的性能，其中，所述转向系统的控制器向车辆驱动控制器提供速度限制。
15.根据前述权利要求之一所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述控制器总共有四种操作模式(AB，BC，CD，DE)，并且所述第一下限(B)等于所述第一上限(B)，所述第二下限(C)等于所述第二上限(C)，所述第三下限(D)等于所述第三上限(D)。
16.根据前述权利要求之一所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述转向系统的控制器被设计为将其状态发送至信息输出单元，所述信息输出单元能通知驾驶员进行降级操作。
17.根据权利要求16所述的用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统，其特征在于，所述信息输出单元控制至少一个通知装置，其中，所述通知装置是车辆显示器、车辆扬声器或转向装置，所述通知装置能够振动进行通知，或者能够通过修改线控转向系统的虚拟齿数比或通过增加线控转向系统的反馈致动器给出的反馈来实现所述通知装置。
18.控制用于机动车辆的线控转向系统或用于自动驾驶机动车辆的转向系统(1)的方法，其中，所述转向系统具有控制器，所述控制器根据驾驶员的输入或自动驾驶单元的输入控制可转向车轮的转向，其中，所述控制器设有具有完整的转向功能且无质量问题的正常操作模式(AB)，其特征在于，所述控制器具有所述转向系统的降级操作的至少两种降级模式(BC，CD，DE)，其中，所述方法包括下述方法步骤：
通过评估来评估所述转向系统的性能降级状态；
根据评价结果，将所述控制器设置为正常模式(AB)或至少两种降级模式(BC，CD，DE)之一。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述操作模式(AB，BC，CD，DE)分别由所述转向系统的性能极限值限制的范围来定义。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述正常操作模式(AB)位于所述转向系统的可用性能的100％和第一下限(B)之间的范围内，所述第一下限位于所述转向系统的可用性能的90％和99％之间的范围内。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述第一下限(B)是所述转向系统的可用性能的95％。
22.根据前述权利要求17至21之一所述的方法，其特征在于，至少两种降级模式中的第一降级模式(BC)位于第一上限(B)和第二下限(C)之间的范围内，其中，所述第一上限(B)位于所述转向系统的可用性能的90％和99％之间的范围内，所述第二下限(C)位于所述转向系统的可用性能的60％和90％之间的范围内。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一上限(B)是所述转向系统的可用性能的95％和/或所述第二下限(C)是所述转向系统的可用性能的70％。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将所述控制器设置为所述第一降级模式(BC)，并由所述控制器提供完整的转向功能。
25.根据前述权利要求17至24之一所述的方法，其特征在于，至少两种降级模式中的第二降级模式(CD)位于第二上限(C)和第三下限(D)之间的范围内，其中，所述第二上限(C)位于所述转向系统的可用性能的60％至90％之间的范围内，所述第三下限(D)位于所述转向系统的可用性能的30％至70％之间的范围内。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述第二上限(C)是所述转向系统的可用性能的70％，和/或所述第三下限(D)是所述转向系统的可用性能的50％。
27.根据权利要求25或26所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将所述控制器设置为所述第二降级模式(CD)，由所述控制器提供完整的转向功能，并由所述转向系统的控制器向车辆驱动控制器提供速度限制，其中，所述速度限制在40km/h和130km/h之间的范围内。
28.根据前述权利要求17至27之一所述的方法，其特征在于，最后两种降级模式中的第三降级模式(DE)位于所述第三上限(D)和所述转向系统的零可用性能之间的范围内，其中，所述第三上限(D)位于所述转向系统的可用性能的30％和70％之间的范围内。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第三上限(D)是所述转向系统的可用性能的50％。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将所述控制器设置为所述第三降级模式(DE)，由所述转向系统的控制器向车辆驱动控制器提供不足的转向功能性能和速度限制。
31.根据前述权利要求17至30之一所述的方法，其特征在于，所述控制器总共有四种操作模式(AB，BC，CD，DE)，并且所述第一下限(B)等于所述第一上限(B)，所述第二下限(C)等于所述第二上限(C)，所述第三下限(D)等于所述第三上限(D)。
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