CN117184216A - 线控转向转向系统及其致动机构位置设定点映射产生方法 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于车辆的线控转向转向系统(10)，该线控转向转向系统具有用于转向角度输入的驾驶员可操作的控制元件(12)、用于设定车轮设定角度的致动机构(14)、并且具有控制单元(28)，该控制单元被配置成基于控制元件(12)的转向角度和车辆速度来输出用于致动机构的位置的设定点的映射，其中定义的最大转向角度(xm)被指配给最大车轮设定角度。还描述了一种用于产生用于线控转向转向系统(10)中致动机构的位置的设定点的映射的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的线控转向转向系统和一种用于产生用于线控转向转向系统中致动机构的位置的设定点的映射的方法，该致动机构用于设定车轮设定角度。
背景技术
转向系统通常包括齿条，该齿条可线性移位地安装以用于调节车轮设定。最初，这种齿条经由转向连杆联接到方向盘，使得经由方向盘的旋转实现齿条的线性移动。
在现代机动车辆中，越来越多地使用所谓的线控转向转向系统(SBW)，其中在方向盘与齿条之间不再有机械连接。借由电动驱动器来实现齿条的移动。
理论上，在线控转向转向系统中，可以设定转向角度与车轮设定角度的任何转换比。然而，齿条的物理行进路径或前车桥上的电动驱动器的行进路径是有限的。
相应地，最大转向角度由前车桥上的致动马达的最大行进路径结合转向角度与车轮设定角度的转换比产生。在已知的解决方案中，转换比是使用转向角度或车辆速度从二维查找表或换算表中获取的。因此，由此产生的最大转向角度不直接包括在转向系统的设计中。
然而，存在期望实现定义的最大转向角度的应用，无论行驶情况如何，在不降低转向舒适性的情况下可以不超过该定义的最大转向角度。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改进的线控转向转向系统和一种用于设定线控转向转向系统中的转换比的方法。
根据本发明，该目的通过一种用于车辆的线控转向转向系统来实现，该线控转向转向系统具有用于转向角度输入的驾驶员可操作的控制元件、用于设定车轮设定角度的致动机构、并且具有控制单元，该控制单元被配置成基于控制元件的转向角度和车辆速度来输出用于致动机构的位置的设定点的映射，其中定义的最大转向角度被指配给最大车轮设定角度。
从该映射中，可以针对不同的行驶情况在控制元件的偏转与由致动机构设定的车轮设定角度之间建立比率。
由该映射建立的比率是虚拟比率，因为控制元件与车轮之间没有机械连接。因此，虚拟比率取代了在线控转向转向系统中不再存在的机械转换比，因此也被描述为虚拟转换比。
因此根据本发明，对于定义的最大转向角度，总是存在定义的最大可能的车轮设定角度。在零转向角度与最大转向角度之间，虚拟转换比根据行驶情况而变化。
定义的最大可能的车轮设定角度可以、但不必对应于物理上可能的最大车轮设定角度。
根据本发明的转向系统具有的优点在于，在定义的转向角度范围内，使用整个可能的定义的车轮设定范围。因此，在所有行驶速度范围内都实现了车辆的高转向舒适性和良好的驾驶性能。
此外，根据本发明的转向系统允许直观且省时地应用尽可能均匀地构建的、针对致动机构的位置的设定点并因此也针对前车桥的位置和车辆的车轮设定角度或轨迹的特性曲线。
控制元件例如是常规方向盘、控制杆、扁平的多边形方向盘、可旋转电位计或操纵杆。
最大定义的转向角度通常为+/-180°。因此，根据本发明的转向系统特别适合于所谓的扁平控制元件(比如控制杆或扁平的多边形方向盘)，在这些扁平控制元件中，不提供方向盘的多次完整旋转，但在行驶期间驾驶员的双手保持在推荐位置，特别是控制元件上所谓的“差一刻三点(quarter-to-three)”位置。
优选地，至少在多个区域中通过三次多项式函数确定控制元件的偏转与由致动机构设定的车轮设定角度之间的比率的发展，其中最大转向角度和定义的最大车轮设定角度作为影响参数包括在多项式函数中。由此，虚拟转换比的发展是特别均匀的。代替最大车轮设定角度，致动机构的存在定义的最大车轮设定角度的位置也可以用作影响参数。
根据优选实施例，对于从零到定义的取决于速度的转向角度的转向角度，控制元件的偏转与由致动机构设定的车轮设定角度之间的比率是恒定的，并且该比率仅当已经超过定义的取决于速度的转向角度时才由多项式函数可变地确定。恒定比率、特别是虚拟转换比由特性曲线的线性部分反映。在虚拟比率可变的区域中，曲线至少主要具有非线性进程。定义的取决于速度的转向角度根据速度在例如5°与10°之间。这实现了以下优点：在相对较低的速度下，围绕控制元件的中心位置存在特别直接的虚拟转换。换句话说，在该转向角度范围内，转向移动在低速行驶时比在高速行驶时被放大更多。因此操纵车辆特别舒适。
例如，在线性区域内，控制元件的偏转与由致动机构设定的车轮设定角度之间的比率由取决于速度的放大系数确定。放大系数为例如0.8与2.0之间、特别是0.95与1.85之间，并且与建立的虚拟值或物理转换比有关，例如与作用在齿条上的小齿轮每转一圈的齿条移动有关。换句话说，放大系数与转向系统内的参考转换比有关。借由取决于速度的放大系数，可以特别容易地在线性区域中定义转换比。
替代性地，代替放大系数，可以应用转换比的绝对量。
多项式函数可以在转向范围内具有转折点。这有助于多项式区域中虚拟转换比的均匀发展。具体而言，这避免了虚拟转换比仅在转向角度范围的宽区域中缓慢增加并且仅在接近最大转向角度时快速上升。
转向范围是零与最大转向角度之间的区域。
取决于速度的转向角度和/或取决于速度的放大系数和/或转折点的位置可以存储在针对不同速度的查找表中，控制元件的偏转与由致动机构设定的车轮设定角度之间的比率直到该取决于速度的转向角度为止是恒定的。这允许在控制单元中特别快速地计算转换比。
根据一个实施例，至少两个、特别是至少五个、例如六个行驶速度支持点存储在控制单元中，其中控制单元被配置成针对行驶速度支持点借由转向角度计算控制元件的偏转与由致动机构设定的车轮设定角度之间的比率的曲线。由于存储了行驶速度支持点(针对该行驶速度支持点来计算转换比的曲线)，因此仅针对有限数量的车辆速度精确计算转换比。因此，可以显著降低控制单元的所需的计算能力。
优选地，控制单元被配置成在行驶速度支持点之间内插用于致动机构的设定点。以这种方式，可以足够精确地建立用于相应车辆速度的映射，即使在计算能力降低的情况下也是如此。
致动机构可以包括齿条或至少一个电动机动化致动器。齿条和电动机动化致动器都适合于设定定义的车轮设定角度。
例如，可以为车辆的每个车轮设置单独的电动机动化致动器。
根据本发明，该目的还通过一种用于产生用于车辆的线控转向转向系统中致动机构的位置的设定点的映射的方法来实现，该致动机构用于设定车轮设定角度，其中该映射借由控制单元基于控制元件的转向角度和车辆速度产生，使得定义的最大转向角度被指配给定义的最大车轮设定角度。
如已经结合转向系统解释的那样，根据本发明的方法实现了以下优点：在定义的转向角度范围内使用整个可能的车轮设定范围内的可适配区域。因此，在所有行驶速度范围内都实现了车辆的高转向舒适性和良好的驾驶性能。
该方法也可以如先前针对转向系统所描述的或如在针对转向系统的实施方案中所指出的那样改进。
还可想到，代替车轮设定角度，车辆的轨迹本身可以用作设定点。可以通过使用用于驾驶模拟的模型来建立轨迹。
附图说明
本发明的进一步优点和特征来自以下描述和附图，并且参考这些附图。在附图中：
-图1示意性地示出了根据本发明的线控转向转向系统，
-图2示出了针对不同车辆速度的齿条移动的发展。
具体实施方式
图1示意性地展示了用于车辆的线控转向转向系统10，该线控转向转向系统具有控制元件12，该控制元件在该示例性实施例中是方向盘。
转向系统10还包括致动机构14。
在所示的示例性实施例中，致动机构14包括齿条16和致动马达18，其中机械转换机构(在该示例性实施例中实施为小齿轮19)作用在齿条16与致动马达18之间。替代性地，循环滚珠丝杠或类似物也是可能的。
齿条16形成承载两个前车轮20、22的前车桥。然而，该系统也可以用在后车桥上。
在替代性实施例(为简单起见未展示)中，致动机构14包括电动机动化致动器而不是齿条16和小齿轮19，其中致动器被指配给每个车轮20、22。
在线控转向转向系统10中，在方向盘12与车轮20、22之间没有机械联接。而是借由致动马达18设定车轮设定角度。
为此，与齿条16处于齿接合的小齿轮19借由致动马达18旋转，由此使齿条16线性移动。
从空挡位置开始，例如为齿条16设定+/-90mm的最大行程。
转向系统10具有用于检测转向角度的传感器26，例如角度传感器。
基于由传感器26检测到的转向角度，将信号发送到致动马达18。
更确切地，转向系统10具有控制单元28，该控制单元处理由传感器26检测到的值并将对应的信号发送至致动马达18。
控制单元28特别地被配置成基于控制元件12的转向角度和车辆速度来输出用于致动机构14的位置的设定点的映射。具体而言，致动马达18的标称位置或状态是预定义的。
在此，定义的最大转向角度被指配给定义的最大车轮设定角度。相应地，在最大转向角度下的车轮设定角度对于每个车辆速度都是相同的。
当齿条16已经覆盖过其定义的最大行程时，达到最大车轮设定角度。
将齿条16的最大行程存储在控制单元28中并且可以将其应用于转向系统10。
图2示出了针对不同车辆速度齿条移动(Y轴)与转向角度(X轴)的曲线图。
在图2中，线30展示了速度为15km/h的曲线，线32展示了速度为30km/h的曲线。
从曲线30、32的不同进程可以清楚地看出，对于不同的车辆速度，对于控制元件12的具体设定，将不同的设定点应用于致动机构14的位置，即不同的车轮设定角度，或者换句话说，转向角度范围内齿条行程的不同目标值。
从图2中可以清楚地看出，对于从零直到定义的取决于速度的转向角度的转向角度，转换比是恒定的。对于15km/h的车辆速度，定义的取决于速度的转向角度为约10°(由点34标识)，而对于30km/h的车辆速度则为20°(由点36标识)。
在线性区域中，控制元件12的偏转与由致动机构14设定的车轮设定角度之间的比率(即虚拟转换比)由取决于速度的放大系数确定。这导致曲线30、32在相应的线性区域中斜率不同。
替代性地，代替放大系数，可以为虚拟转换比选择根据速度而变化的具体量。
在剩余区域中，虚拟转换比的发展由三次多项式函数确定。换句话说，当超过定义的取决于速度的转向角度时，虚拟转换比由多项式函数确定。
多项式函数各自在转向范围内具有转折点38、40。例如，曲线30在120°的转向角度处具有转折点38，并且曲线32在100°的转向角度处具有转折点40。
具体而言，控制单元28被配置成计算控制元件12的偏转与由致动机构14设定的车轮设定角度之间的比率的发展，或者在线性区域之外根据以下公式计算作为转向角度x的函数的齿条位置y：
y(x)＝a3·(x-x1)3+a2·(x-x1)2+a1·(x-x1)+a0
x1代表定义的取决于速度的转向角度，转换比直到该取决于速度的转向角度为止是恒定的；
a1代表线性区域中的放大系数，
a0为线性区域中的放大系数与线性区域的大小的乘积，
a2是根据公式a2＝3·a3·(x1-xr)计算的，其中xr描述了转折点的位置，
a3又是根据以下公式计算的：
xm代表最大转向角度，ym代表齿条16的最大偏转的位置。
最大转向角度和最大车轮设定角度相应地作为影响参数包括在多项式函数中。
在示例性实施例中，最大转向角度为+/-180°。
所有影响参数优选地是取决于速度的。
例如，多个行驶速度支持点存储在控制单元28中，特别是15km/h、30km/h、50km/h、70km/h、100km/h和150km/h。
控制单元28被配置成根据上述公式借由转向角度精确地计算用于致动机构14的位置的设定点的映射，或者换句话说虚拟转换比或齿条16位置的发展。
对于行驶速度支持点之间的其他速度，控制单元28可以内插致动机构14的位置的设定点。
取决于速度的转向角度(虚拟转换比直到该取决于速度的转向角度为止是恒定的)和/或取决于速度的放大系数和/或虚拟转换比的确立值和/或转折点的位置可以存储在针对不同速度的查找表中，其中速度优选地对应于行驶速度支持点。这简化了转换比的计算。
所描述的转向系统10特别适合于执行用于产生用于车辆的线控转向转向系统10中致动机构14的位置的设定点的映射的方法，该致动机构用于设定车轮设定角度，其中该映射由控制单元28基于控制元件12的转向角度和车辆速度产生，使得定义的最大转向角度被指配给最大车轮设定角度。
Claims (10)
1.一种用于车辆的线控转向转向系统(10)，所述线控转向转向系统具有用于转向角度输入的驾驶员可操作的控制元件(12)、用于设定车轮设定角度的致动机构(14)、并且具有控制单元(28)，所述控制单元被配置成基于所述控制元件(12)的转向角度和车辆速度来输出用于所述致动机构的位置的设定点的映射，其中，定义的最大转向角度(xm)被指配给最大车轮设定角度。
2.如权利要求1所述的转向系统(10)，其中，至少在多个区域中通过三次多项式函数确定所述控制元件的偏转与由所述致动机构设定的车轮设定角度之间的比率的发展，特别地其中，所述最大转向角度(xm)和定义的最大车轮设定角度作为影响参数包括在所述多项式函数中。
3.如权利要求2所述的转向系统(10)，其中，对于从零到定义的取决于速度的转向角度的转向角度，所述控制元件的偏转与由所述致动机构设定的车轮设定角度之间的比率是恒定的，并且所述比率仅当已经超过所述定义的取决于速度的转向角度时才由所述多项式函数确定。
4.如权利要求3所述的转向系统(10)，其中，在线性区域内，所述控制元件的偏转与由所述致动机构设定的车轮设定角度之间的比率由取决于速度的放大系数确定。
5.如权利要求2至4中任一项所述的转向系统(10)，其中，所述多项式函数在转向范围内具有转折点(38，40)。
6.如权利要求3至5中任一项所述的转向系统(10)，其中，取决于速度的转向角度(x1)和/或取决于速度的放大系数(a1)和/或转折点(38，40)的位置存储在针对不同速度的查找表中，所述控制元件的偏转与由所述致动机构设定的车轮设定角度之间的比率直到所述取决于速度的转向角度为止是恒定的。
7.如前述权利要求中任一项所述的转向系统(10)，其中，至少两个、特别是至少五个行驶速度支持点存储在所述控制单元(28)中，其中，所述控制单元(28)被配置成针对所述行驶速度支持点借由所述转向角度计算所述控制元件的偏转与由所述致动机构设定的车轮设定角度之间的比率的曲线。
8.如权利要求7所述的转向系统(10)，其中，所述控制单元(28)被配置成在所述行驶速度支持点之间内插所述控制元件的偏转与由所述致动机构设定的车轮设定角度之间的比率的曲线。
9.如前述权利要求中任一项所述的转向系统(10)，其中，所述致动机构(14)包括齿条(16)或至少一个电动机动化致动器。
10.一种用于产生用于车辆的线控转向转向系统(10)中致动机构的位置的设定点的映射的方法，其中，所述映射借由控制单元(28)基于转向角度和车辆速度适配，使得定义的最大转向角度(xm)被指配给定义的最大车轮设定角度。
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