SE533784C2 - Styrservosystem - Google Patents

Abstract

Styrservosystem 2 for ett fordon omfattande åtminstone någon eller några av enrattvinkelsensor 6 anpassad att detektera aktuell rattvinkel och generera en rattvinkelsignalSWA i beroende därav; en rattrnomentsensor 8 anpassad att detektera aktuellt rattmomentoch generera en rattmomentsignal SWT i beroende därav, och engirvinkelhastighetssensor 8 anpassad att detektera aktuell girvinkelhastighet och genereraen girvinkelhastighetssignal YR i beroende därav, nämnda signaler är anpassade attpåforas en servostyrenhet 4. Systemet omfattar vidare en eller flera tyngdpunktssensorer10 anslutna till en tyngdpunktsberäkningsenhet 12 anpassad att beräkna fordonetstyngdpunkt baserat på mottagna mätvärden från tyngdpunktssensorema.Tyngpunktssignalen påfors nämnda servostyrenhet 4, varvid servostyrenheten är anpassadatt beräkna en eller flera styrparametrar SGR, SA for styrservosystemet i beroende av nämnda tyngdpunktsignal och åtminstone en av de övriga signalema. (Figur 1)

Description

25 30 533 784 2 US-6,053,270 avser korrigeringssystem av rattutslag fór ett fordon som bland annat baseras på fordonets position på vägen.

Det generella syftet med föreliggande uppfinning är att förbättra ett fordons manövreringsförmåga, i syrmerhet i samband med externa störningar, t.ex. vindstömingar.

Sammanfattning av uppfinningen Ovan nämnda syfte åstadkommes med uppfinningen definierad av de oberoende patentkraven.

Föredragna utföringsformer definieras av de beroende patentkraven.

Uppfinningen har sin grund i uppfinnarens iakttagelser att exempelvis bussars känslighet för sidovind beror på att bussarna ofia är baktunga och har därmed ett stort avstånd mellan den punkt där den resulterande vindlasten angriper och tyngdpunkten. Detta resulterar i ett stort girande moment som lcraftígt påverkar fordonets kursstabilitet. Dessutom kan tyngdpunktens läge på en buss variera kraftigt beroende på hur den är lastad och därmed varierar även sidovindskänsligheten. Variationen i tyngdpunktsläget påverkar även styrkänslan vid körning utan sidovind.

Förutom den redan nämnda ogynnsamma viktfördelningen så har stymingen i dagens bussar endast en utväxling (som kan vara rattvinkelberoende) och en servokaraktäristik (som är rattmomentberoende).

I en studie har det visat sig att genom att ändra styrkänslan (fordonsrespons som funktion av rattvinkel och rattmoment) och därigenom minimera den erforderliga effekten som föraren behöver korrigera med så reduceras kursavvikelsen drastiskt. Detta åstadkommes genom att ändra utväxling och servohjälp när en sidovindsstörning detekteras där storleken på ändringen är beroende av aktuell axellastfördelning, dvs. tyngdpunktsläget.

På så sätt kan styrkänslan optimeras för köming såväl med som utan yttre störning och därmed erhålls en styrkänsla som uppskattas av föraren vid köming utan störning samtidigt som säkerheten vid stöming förbättras. 10 15 20 25 30 533 '384 En fördel med föreliggande uppfinning är att bussens kursstabilitet vid sidovind förbättras genom att endast modifiera styrningen. Detta kan göra det möjligt att tillverka lättare och/eller större fordon med förbättrad kursstabilitet som dessutom har en ökad energieffektivitet.

I korthet går uppfinningen ut på att anpassa servoutväxlingen och servohjälpen i beroende av fordonets tyngdpunkt och åtminstone en av parametrarna rattvinkel, rattmoment och girvinkelhastighet.

Således, det som skiljer föreliggande uppfinning från känd teknik är att man även tar hänsyn till tyngdpunktsläget för fordonet. Idén är att anpassa styrkänslan efter axellastfördelningen, genom ändrad utväxling och servohjälp, även då ingen yttre störning, t. ex. sidovind, föreligger. När en yttre störning inträffar ändras styrkänslan i beroende av axellastfördelningen, i syfte att minimera den av föraren maximalt erforderliga styreffekten. Föreliggande uppfinning är företrädesvis inriktad på att hjälpa föraren, inte att automatisera styrningen vilket minskar risken för att systemet gör en felaktig korrigering.

Kort ritningsbeskrivning Figur l visar en schematisk bild av ett styrservosystem enligt föreliggande uppfinning.

Figur 2 visar ett flödesschema illustrerande metoden enligt föreliggande uppfinning.

Detalierad beskrivning av föredragna utföringsforrner av urmfinningen Med hänvisning till bifogade figurer kommer nu uppfinning att beskrivas i detalj där följande parametrar och begrepp används: Rattvinkel eller rattutslag - SWA (”steering wheel angle”); SWA betecknas även 81,.

Rattmoment - SWT (”steering wheel torque”), betecknas även Mh.

Girvinkelhastighet - YR (”yaw rate”).

Tyngdpunktsläget för fordonet- COG (”Centre of gravity”). 10 15 20 25 30 533 784 4 Figur 1 visar schematiskt hur en ratt via en rattstång påverkar styrningen av ett fordons hjul. I figuren visas en fysisk rattstång men en fackman inom området inser att andra lösningar finns, exempelvis elektrisk överföring av styrsignaler till hjälpmotorer anpassade att genomföra styrningen lokalt.

Med hänvisning till figur l visas ett styrservosystem 2 för ett fordon omfattande åtminstone någon eller några av en rattvinkelsensor 6, anpassad att detektera aktuell rattvinkel och generera en rattvinkelsignal SWA i beroende detekterad rattvinkel, en rattmoriientsensor 8, anpassad att detektera aktuellt rattmoment och generera en rattmomentsignal SWT i beroende detekterat moment, och en girvinkelhastighetssensor 8, anpassad att detektera aktuell girvinkelhastighet och generera en girvinkelhastighetssignal YR i beroende girvinkelhastigheten. Dessa detekterade signaler är anpassade att påföras en servostyrenhet 4. Rattmomentsensorn och girvinkelhastihetssensorn har här beskrivits som en sensorenhet men kan lika väl utgöras av två separata sensorer.

Systemet omfattar vidare en eller flera tyngdpunktssensorer 10 anslutna till en tyngdpunktsberäkningsenhet 12 anpassad att beräkna fordonets tyngdpunkt baserat på mottagna mätvärden från tyngdpunktssensorerna och påföra åtminstone en tyngdpunktssignal COG avspeglande fordonets tyngdpunkt till nämnda servostyrenhet 4.

Servostyrenheten är anpassad att beräkna en eller flera styrparametrar för styrservosystemet i beroende av nämnda tyngdpunktsignal och åtminstone en av de övriga signalema.

Styrparametrar för styrservosystemet omfattar företrädesvis utväxlin gen för servosystemet SGR (”Steering gear ratio”) och servohjälp SA - (”servo assistance”).

Dessa styrparametrar definieras enligt: Servoutväxling SGR definieras som den utväxling som används av servon, dvs. anger förhållandet mellan rattutslag och vridning av fordonets styrande hjul.

Servohjälp SA definieras som den kraft eller det moment som servon utövar på styrningen. 10 15 20 25 30 533 7-94 5 Vid beräkningen av styrparametrama utnyttjas en uppsättning servostyrregler som generellt kan utryckas enligt: SGR = f(SWA, SWT, YR, COG) Dvs. servoutväxlingen är en funktion (t) av en eller flera av parametrarna rattvinkel, rattmoment, girvinkelhastighet och tyngdpunktsläget. Ytterligare parametrar kan ingå i funktionen, till exempel trycksignaler från trycksensorer placerade på fordonets respektive sidor för att avkärma vindpåverkan på fordonet.

SA = g(SWA, SWT, YR, COG) Dvs. servohj älpen är en funktion (g) av en eller flera av parametrarna rattvinkel, rattmoment, girvinkelhastighet och tyngdpunktsläget. Ytterligare parametrar kan ingå i funktionen, till exempel trycksignaler från trycksensorer.

Funktionema f och g som utnyttjas fór att beräkna servoutväxlingen och servohjälpen baseras på generella samband där man inte tar hänsyn till inverkan av tyngdpunktsläget.

En fackrnan inom området känner till ett flertal sätt att beräkna SGR och SA vilka inte i detalj kommer att beskrivas här. Exempelvis kan hänvisas till ovan nänmda US-6,053,270 som detaljerat beskriver beräkningen av till exempel servohjälp baserat på rattutslag och rattmoment. Andra exempel visas i ovan nämnda GB-1,45 l ,906.

Reducering av den av föraren erforderliga styreffekten fór att kompensera fór sidvindsstöming reducerar kursavvikelsen vid en sidvindsstöming och uppnås genom att öka servoassistans och reducera styrutväxling. Detta kan generera en styrkänsla som ej uppskattas av föraren. Genom att hänsyn tas till aktuellt tyngdpunktsläge/sidvindskänslighet kan adaptering av servoassistans respektive styrutväxling individuellt anpassas för att bibehålla god styrkänsla samtidigt som kursavvikelsen reduceras genom reducerad erforderlig styreffekt.

Inverkan av tyngdpunktsläget beror på avståndet mellan fordonets tyngdpunkt och de styrande hjulen; ju större avstånd desto större inverkan på SGR och SA. 10 15 20 25 30 533 H34 6 Vid sidovind är det avståndet mellan den punkt där den resulterande vindlasten angriper fordonet och tyngdpunktsläget som påverkar SGR och SA. Ju längre detta avstånd är desto större påverkan av styrparametrama.

Då styrservosystemet är implementerat i till exempel en buss erhålles ett initialt värde på tyngdpunktsläget för en tom fiilltankad buss, dvs. inga passagerare finns i bussen. Sedan ändras tyngdpunktsläget i takt med att passagerare och packning tas ombord. Samma resonemang gäller för en lastbil som lastas.

Enligt en uttöringsform utgörs tyngdpunktssensom av en eller flera axellastsensorer som avkänner lasten på fordonsaxlarna. Dessa kan vara anordnade i anslutning till fordonets fjädring. Om till exempel lufiíjädring används kan trycket i luftfi ädringens lufibälgar utnyttjas för att få ett mått på axellasten. I detta fall är trycksensorer företrädesvis anordnade i anslutning till bälgama, men kan också vara placerade på ett avstånd från dessa och detta fall mäts trycket via ett rör eller slang kopplad till bälgen.

Enligt en annan utföringsforrn utnyttjas istället trådtöjningsgivare anordnade i anslutning till ijädringen vars utsignal ger ett mått på axellasten.

Tyngdpunktslägessignalen innehåller information om tyngdpunktens läge i fordonets längdled i förhållande till en längsgående symmetrilinje för fordonet, men företrädesvis även information om tyngdpunktens läge i sidled, och även i höjdled, i förhållande till fordonets längsgående symmetriaxel.

Vidare innehåller tyngdpunktssignalen företrädesvis information om förändringar av tyngdpunktens läge i fordonet.

Rattvinkelsensom är företrädesvis en optisk givare, men även resistiva eller induktiva givare kan användas.

Rattmomentsensom mäter vridmomentet som utövas av fordonets ratt. Detta kan mätas till exempel med iriduktiva eller magnetiska sensorer. 10 15 20 25 30 533 784 Girvinkelhastighetssensom utgörs enligt en föredragen utföringsforrn av en gyrobaserad sensor som detekterar fordonets avvikelse i förhållande till en referensriktning.

Servostyrenheten 4 omfattar i sin tur en beräkningsenhet, ett minne, in- och utrnatningsenheter för att ta emot och mata ut signaler. Exempelvis kan servostyrenheten utgöras av en PC eller en dedikerad anordning som specialanpassats för ändamålet.

Föreliggande uppfinning omfattar även en metod för ett styrservosystem i ett fordon. Med hänvisning till figur 2 kommer metoden nu att beskrivas.

Metoden omfattar åtminstone ett av stegen att: - detektera aktuell rattvinkel och generera en rattvinkelsignal i beroende därav och påföra signalen till en servostyrhet; - detektera aktuellt rattmoment och generera en rattmomentsignal i beroende därav och påföra signalen till nämnda servostyrhet, och - detektera aktuell girvinkelhastighet och generera en girvinkelhastighetssignal i beroende därav och påföra signalen till nämnda servostyrenhet.

Metoden vidare omfattar att: beräkna fordonets tyngdpunkt och påföra åtminstone en tyngdpunktssignal avspeglande i fordonets tyngdpunkt till nämnda servostyrenhet. Servostyrenheten är anpassad att beräkna en eller flera styrparametrar för styrservosystemet i beroende av nämnda tyngdpunktsignal och åtminstone en av de övriga signalema.

Tyngdpunktssignalen innefattar information om förändringar av tyngdpunktens läge i fordonet och i synnerhet information om förändringar av tyngdpunktens läge i fordonet i längdled, och/eller i sidled i förhållande till en längsgående symmetrilinj e för fordonet.

Företrädesvis finns det även med i tyngdpunktssignalen information om tyngdpunktens läge i höjdled.

Servostyrenhet beräknar sedan en eller flera styrparametrar, servoutväxlingen (SGR) och servohj älp (SA) med användning av en uppsättning servostyrregler, vilka diskuterats ovan. 533 ?B4 8 Uppfinningen omfattar även ett datorprogram anpassat att genomföra metodstegen som beskrivits ovan. Datorprogrammet är exempelvis lagrat på ett minne i servostyrenheten.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till ovan-beskrivna föredragna utfóringsforrner.

Olika alternativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Ovan utfóringsformer skall därför inte betraktas som begränsande uppfinningens skyddsomfång vilket definieras av de bifogade patentkraven.

Claims (15)

10 15 20 25 30 533 '384 Patentkrav

1. l. Styrservosystem (2) fór ett fordon omfattande åtminstone någon eller några av en rattvinkelsensor (6) anpassad att detektera aktuell rattvinkel och generera en rattvinkelsignal (SWA) i beroende därav, en rattrnomentsensor (8) anpassad att detektera aktuellt rattmoment och generera en rattmomentsignal (SWT) i beroende därav, och en girvinkelhastighetssensor (8) anpassad att detektera aktuell girvinkelhastighet och generera en girvinkelhastighetssignal (YR) i beroende därav, nämnda signaler är anpassade att påföras en servostyrenhet (4), k ä n n e t e c k n at a v att systemet vidare omfattar en eller flera tyngdpunktssensorer (10) anslutna till en tyngdpunktsberäkningsenhet (12) anpassad att beräkna fordonets tyngdpunkt baserat på mottagna mätvärden från tyngdpunktssensorema och påföra åtminstone en tyngdpunktssignal (COG) avspeglande fordonets tyngdpunkt till nämnda servostyrenhet, varvid servostyrenheten är anpassad att beräkna en eller flera styrparametrar (SGR, SA) fór styrservosystemet i beroende av nämnda tyngdpunktsignal och åtminstone en av de övriga signalerna.

2. Styrservosystem enligt krav 1, varvid tyngdpunktssensom (10) utgörs av en eller flera axellastsensorer.

3. Styrservosystem enligt krav 1, varvid tyngdpunktssigrialen (COG) innefattar information om förändringar av tyngdpunktens läge i fordonet.

4. Styrservosystem enligt krav 3, varvid tyngdpunktsignalen (COG) innefattar information om förändringar av tyngdpunktens läge i fordonet i längdled i förhållande till en längsgående symmetrilinje fór fordonet.

5. Styrservosystem enligt något av föregående krav, varvid tyngdpunktsignalen (COG) innefattar information om förändringar av tyngdpunktens läge i fordonet i sidled i förhållande till en längsgående symrnetrilinje för fordonet.

6. Styrservosystem enligt krav 1, varvid nämnda tyngdpunktsensorer är anordnade i anslutning till fordonets fjädring. 10 15 20 25 30 533 Hål-il 10

7. Styrservosystem enligt krav l, varvid nämnda servostyrenhet beräknar nämnda en eller flera styrparametrar med användning av en uppsättning servostyrregler.

8. Styrservosystem enligt krav 1, varvid nämnda styrparametrar omfattar utväxlingen fór servosyste1net(SGR) och servohjälp (SA).

9. Metod för ett styrservosystem (2) i ett fordon, metoden omfattar åtminstone ett av stegen att: - detektera aktuell rattvinkel och generera en rattvinkelsignal (SWA) i beroende därav och påfóra signalen till en servostyrhet (4); - detektera aktuellt rattmoment och generera en rattmomentsignal (SWT) i beroende därav och påföra signalen till nämnda servostyrhet (4), och - detektera aktuell girvinkelhastighet och generera en girvinkelhastighetssignal (YR) i beroende därav och påföra signalen till nämnda servostyrenhet (4), k ä n n e t e c k n a d a v att metoden vidare omfattar att: beräkna fordonets tyngdpunkt och påföra åtminstone en tyngdpunktssignal (COG) avspeglande fordonets tyngdpunkt till nämnda servostyrenhet (4), varvid servostyrenheten är anpassad att beräkna en eller flera styrparametrar (SGR, SA) fór styrservosystemet i beroende av närnnda tyngdpunktsignal och åtminstone en av de övriga signalema.

10. Metod enligt krav 9, varvid tyngdpunktssigrlalen innefattar information om förändringar av tyngdpunktens läge i fordonet.

11. Metod enligt krav 10, varvid tyngdpunktsignalen innefattar information om förändringar av tyngdpunktens läge i fordonet i längdled i förhållande till en längsgående symmetrilinje för fordonet.

12. Metod enligt något av kraven 10 och 1 1, varvid tyngdpunktsignalen innefattar information om förändringar av tyngdpunktens läge i fordonet i sidled i förhållande till en längsgående symmetrílinje för fordonet. 10 533 784 ll

13. . Metod enligt krav 9, varvid nämnda servostyreriliet beräknar nämnda en eller flera styrparametrar med användning av en uppsättning servostyrregler.

14. Metod enligt krav 13, varvid nämnda styrparametrar omfattar utväxlingen för servosystemet (SGR) och servohjälp (SA).

15. Datorprogram anpassat att genomföra metodstegen enligt något av kraven 9- 14.