CN107454881A - 用于优化转向辅助的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于优化车辆的转向辅助的方法和系统。所述方法包括将转向轮(2、15)的转向角度(β)与理论角度(θ)或与方向盘(1)的转向角度(α)进行比较的步骤。

Description

用于优化转向辅助的方法

技术领域

本发明涉及使用角度传感器、而不是转矩检测器来对机动车的转向辅助进行优化的方法。本发明所述方法也提供了出现故障时的改进的转向动力。本发明也包含包括用于优化所述转向辅助的两个角度传感器的车辆。

背景技术

对于多用途车辆，转向辅助是必需的。通常情况下，通过扭转杆来提供转向辅助，所述扭转杆根据驾驶员施加到方向盘的转矩来打开液压阀。在液压泵或者转向系统的其它部件出现故障的情况下，就会极大增加使转向桥转向的难度。在重型卡车发生此类故障的情况下，驾驶员将无法使得可转向轮转向。因此，需要提供备用转向系统，以允许提供至少部分的转向动力。通常情况下，备用转向系统需要昂贵、沉重且占用空间的第二扭转杆。有时，转向柱上无法安装这样的第二扭转杆。DE102004049038描述了使用两个传感器来记录扭转杆的扭转所产生的数据。然而，DE102004049038不涉及备用转向系统。

因此，本发明的目的是提供一种转向辅助的优化方法，其有效地降低了成本，并且节约空间。

发明内容

本发明的转向系统包括一个扭转杆和两个角度传感器。第一角度传感器定位在扭转杆的上游，第二角度传感器定位在扭转杆的下游，以使得扭转杆的扭转角度能够通过所述两个角度传感器进行监测。转向柱的位于扭转杆上游的一部分包括位于方向盘和扭转杆正上方部分之间的所有机械元件。其例如包含具有内杆和外杆的上杆和下杆、方向盘调整装置。转向柱的位于扭转杆下游的一部分包括位于扭转杆和转向轮之间的所有元件。此部分例如包括转向垂臂、球窝接头、拉杆、上转向臂、横拉杆。在双转向桥的情况中，位于扭转杆下游的部分也包括在第二转向桥的转向中所涉及的元件。特别地，第二转向桥的转向促动器、第二转向泵和次级转向杆位于扭转杆下游。

在第一实施例中，角度传感器用于检测第一角度传感器和第二角度传感器之间的角度的异常升高。

本发明的方法包括如下步骤：

a)通过第一角度传感器监测方向盘的转向角度；

b)通过第二角度传感器监测转向轮的转向角度；

c)将步骤a)中监测的方向盘的转向角度和步骤b)中监测的转向轮的转向角度之间的差异与第一参考值进行比较，和/或将步骤b)中监测的转向轮的转向角度与第二参考值进行比较，

d)检测步骤a)中监测的方向盘的转向角度和步骤b)中监测的转向轮的转向角度之间的差异是否达到步骤c)中的第一参考值，和/或

e)如果步骤a)中监测的方向盘的转向角度和步骤b)中监测的转向轮的转向角度之间的差异达到步骤c)的第一参考值，和/或如果步骤b)中监测的转向轮的转向角度与步骤c)的第二参考值不同，则激活故障模式。

在步骤a)中，驾驶员转动方向盘的角度由位于扭转杆上游的第一角度传感器确定。方向盘的每个旋转角度可与转向轮的理论旋转角度相关或不相关。转向轮的理论旋转角度是方向盘的给定转向角度的期望角度。其例如可以是方向盘的转向角度的线性函数。替代地，转向轮的理论角度可以是方向盘的旋转角度的非线性函数。优选地，第一角度传感器是已存在于车辆上且在其他功能中涉及的角度传感器。例如，第一角度传感器可以是已用于ESP功能的角度传感器。

在步骤b)中，可转向车轮的有效转向角度由位于扭转杆下游的第二角度传感器确定。优选地，此第二角度传感器靠近扭转杆定位在转向机构的输出轴上，以进行直接测量。然而，第二角度传感器可位于扭转杆下游的任何位置处。在双转向桥的情况中，第二角度传感器优选位于第一转向桥上。第二角度传感器优选地是已存在于车辆内且在其他功能中涉及的角度传感器。事实上，角度传感器可以已存在用于第二转向桥的转向管理。在此情况中，不需要另外的特定的传感器。

步骤a)与步骤b)相随。这意味着，在步骤a)中确定方向盘的转向角度的同时，在步骤b)中确定转向轮的转向角度。在步骤a)和步骤b)中监测转向角度或角度差异应理解为重复确定转向角度的操作，所述运行长期进行或只要转向角度的一个被修改时进行。长期确定转向角度意味着执行定期测量，例如以预定频率执行。优选地，每几毫秒确定便确定转向，更优选地，在1至10毫秒之间确定转向。

在步骤c)中，监测方向盘的转向角度和转向轮的转向角度之间的差异，且将其与作为第一参考值或警告阈值的预定值进行比较，转向角度的差异应维持在所述预先确定的值以下。如果理论值与步骤a)中的方向盘的转向角度相关，则步骤b)中测量的转向轮的有效转向角度也可被监测，且与作为第二参考值的此理论值进行比较。在正常情况下，转向轮的有效转向角度应对应于第二参考值。而且在正常情况下，在步骤a)和步骤b)中确定的转向角度的差异应维持在第一参考值以下。在这些情形中，认为提供了合适的转向辅助，从而允许转向轮的有效转向。不触发另外的转向动力。

在步骤d)中，辨别转向角度的差异达到第一参考值，或方向盘的有效转向角度偏离第二参考值。在此情况下，认为转向系统处于故障中，且开始步骤e)。可替代地，如果达到步骤b)的两个条件，则可以开始步骤e)。在此情况中，仅在转向角度的差异达到第一参考值且方向盘的有效转向角度偏离第二参考值时才开始步骤e)。

步骤e)触发故障模式，其中，提供另外的动力转向，以补偿驾驶员的努力。故障模式可以是激活辅助转向动力。在超过一个转向桥的情况中，故障模式可以是第二转向桥的转向系统的特殊模式。例如，在故障模式下，第二转向桥的转向系统可以以向第二转向桥提供过度转向的方式来被激活。故障模式可包括任何其他旨在改进转向辅助的动作。

附图说明

图1：具有转向桥2、第一转向系统17和辅助转向系统12的车辆。

图2：具有超过一个的转向桥、第一转向系统17和辅助转向系统12的车辆。

图3：示出了激活故障模式的示意图。

图4：示出了包括110的步骤a)100、步骤b)120、步骤c)130、步骤d)140和步骤e)150的示意图。

图5：示出了步骤a)100、步骤b)120、步骤c’)160、步骤d’)170和步骤e)150的示意图。

图6：示出了包括110的步骤a)100、步骤b)120、步骤c”)130和160、步骤d”)140和170和步骤e)150的示意图。

具体实施方式

用于优化车辆的转向辅助的本设备包括第一转向系统17和辅助转向系统12。第一转向系统17包括第一液压泵9和连接到第一液压泵9的第一存储器10。辅助转向系统12包括第二液压泵13和第二液压存储器10’。可替代地，辅助转向系统12包括一个或多个能够使得可转向轮2、15转向的电动马达。

本发明的转向设备还包括通过转向柱3和转向箱4连接到可转向车轮2的方向盘1。转向箱4包含扭转杆5，所述扭转杆5适于根据驾驶员施加到方向盘1的转矩来打开旋转阀8(未示出)。转向阀8与连接到第一液压存储器10的第一泵9流体连通。当通过由驾驶员施加在方向盘1上的转向转矩来打开旋转阀8时，便开始向促动器11施加流体压力，从而将合适的转向动力提供到转向轮2、15。本发明的转向设备进一步包括位于扭转杆5的上游的第一角度传感器6和位于扭转杆5的下游的第二角度传感器7。第一角度传感器6允许确定由驾驶员导致的方向盘的旋转角度α。第一角度传感器6还允许确定驾驶员转动方向盘1的方向，即向左还是向右。通常可以确定，方向盘1的顺时针旋转对应于正旋转角度α，方向盘1的逆时针旋转对应于负旋转角度-α。

第二角度传感器7允许确定转向轮2的有效转向角度β。第二角度传感器7还允许确定转向轮2的转动方向，即向左还是向右。通常可以确定，转向轮2向右的旋转对应于正转向角度β，转向轮2向左的旋转对应于负转向角度-β。第一角度传感器6和第二角度传感器7连接到辅助转向系统12。辅助转向系统12包括第二液压泵13，所述第二液压泵13被连接到第二液压存储器10’，并且能够激活转向促动器11。可替代地，辅助转向系统12的辅助泵13可以连接到第一存储器10。可替代地，辅助转向系统12可以包括连接到可转向轮2、15的电动马达14。

在对多于一个的车桥进行转向的情况下(这意味着车辆包括第一组转向轮2和一个或多个次级组的转向轮15)，辅助系统12可以是在对次级组的车轮15进行转向时通常涉及的转向组件。在第一转向系统17发生故障的情况下，辅助转向系统12可以采取故障模式，以适于至少部分地补偿第一转向系统17的故障。故障模式可包括例如通过次级促动器11’来使得次级可转向的车轮组15发生过度转向。

在本发明的方法中，步骤a)100允许监测方向盘1的转向角度α。步骤a)100也包含确定方向盘1被驾驶员转向的方向。步骤a)也包括(但并非强制性地包括)确定对应于方向盘1的转向角度α的、转向轮2的理论转向角度θ110，如图3中所示。图3示出了如下示例：其中，根据方向盘1的转向角度α来确定理论转向角度θ。然而，可以确定角度α和转向轮2的期待转向角度θ之间的其它关系。转向角度α被长期监测。

在步骤b)120中，通过第二角度传感器7确定有效转向角度β。在步骤b)120中，与转向角度α同时地长期监测转向角度β。

在步骤c)130中，如果已在步骤a)中确定理论值θ，则将有效转向角度β与理论值θ进行比较。在β对应于期待值θ的情况中，则认为第一转向系统17中未发生故障。为确定未发生故障，可考虑使得β＝0，或β足够接近θ。“足够接近”在某种意义上被理解为：β与θ的差异不超过一定量。例如，如果β与θ的差异不超过大约5％或10％，则可确定未发生故障。可替代地，如果β与θ的差异不超过大约0.1°、0.5°、1°、3°、5°或10°，则可确定未发生故障。图3示出了以下示例：其中，对于方向盘1的给定转向角度α，理论值θ大约为0.7°，通过第二角度传感器7确定的有效转向角度β大约为0.5°。在此情况下，可确定β与理论值θ的差异超过10％，因此确定第一转向系统17内发生故障。

在转向轮2的有效转向角度β与理论值θ的差异量或明显差异量超过5％或10％，或超过0.1°、0.5°、1°、3°、5°或10°，则在步骤d)140中确定第一转向系统17发生故障。优选地，在有效转向角度β低于理论值θ时识别到故障。这意味着，尽管驾驶员在方向盘1上施加了动作，但车轮2未被转向或未被充分地转向。优选地，在有效转向角度β低于理论值θ的量为大约0.1°、0.5°或大约5°时识别到故障。替代地，在有效转向角度β低于理论值θ的量为大约5°或大约10°时识别到故障。

可能临时地发生理论值θ和有效转向角度β之间的这种差异。这可以是驾驶员迅速将方向盘1转向、而液压泵13缓慢运行时出现的情况。此情况不对应于系统的故障。可考虑为，在步骤e)150中总是激活故障模式，以供给所要求的另外的转向动力。替代地，仅在已于步骤d)中确定理论值θ和有效转向角度β之间差异的一定时间之后才开始步骤e)。例如，可以在已检测到理论值θ和有效转向角度β之间的差异之后的几毫秒开始故障模式。几毫秒可理解为大约5至10毫秒的延迟。替代地，在开始故障模式前可应用大约20至50毫秒的延迟。在一些具体应用中，可应用更长的延迟，例如1或2秒。

一旦在步骤d)中识别到所述故障，则可在步骤e)中触发旨在提供进一步转向辅助的任何动作。例如，步骤e)可包括激活辅助转向泵13或辅助转向电动马达14，这向驾驶员提供了进一步的转向辅助。在双转向桥或数个转向桥的情况中，步骤e)可包括过激活通常使用在次级组转向轮15的转向中的辅助转向系统12，以克服第一转向系统17的故障。

图5示出了如下情形：其中，没有理论值θ与步骤a)100中测量的方向盘1的转向角度α相关。在步骤b)120中测量方向盘1的转向角度α和转向轮2的转向角度β之间的差异。在步骤c′)160中监测方向盘1的转向角度α和转向轮2的转向角度β之间的差异，且在步骤d′)170中与预定的参考值进行比较。所述预定的参考值可例如为0.1°、0.5°、1°、5°、10°或20°。只要第一液压泵13提供恰当的转向辅助，则转向角度α和转向角度β之间的差异维持在参考值以下。

在第一转向系统17出现故障的情况中，驾驶员在方向盘1上施加更大的转矩，这增加了转向角度α和转向角度β之间的差异。如果在步骤d′)170和步骤c′)160中确定转向角度α和转向角度β之间的差异达到预定的参考值，则开始步骤e)150。由于与上述相同的原因，可以设想在开始步骤e)之前施加延迟。例如，可以从检测到转向角度α和转向角度β之间的差异已到达预定参考值时起施加几毫秒的延迟。可以设想大约5至10毫秒的延迟。替代地，可以施加20至50毫秒的延迟。根据具体需要可施加更长的延迟。

在步骤e)150中，可以激活辅助系统12，以提供合适的附加转向动力辅助。替代地，如果辅助系统12定期将总转向动力的一部分与第一转向系统17并行地提供，则在步骤e)中辅助转向系统12可被过度激励，其方式以补偿第一转向系统17的故障。如果辅助转向系统12连接到次级的可转向车轮15的组，则在步骤e)中触发的故障模式可以是次级的可转向车轮15的组的过度转向。

本发明的方法也可以包含在开始故障模式之前测量转向角度，如图6中所示。在此情况中，所述方法可包括如下步骤：

a)通过第一角度传感器6监测方向盘1的转向角度α(100)，其中，理论值θ与所述转向角度α相关(110)；

b)通过第二角度传感器7监测转向轮2的转向角度β(120)；

c″)监测步骤a)中测量的转向角度α和步骤b)中测量的转向角度β之间的差异，且将此差异与第一参考值进行比较，且将在步骤b)中测量的转向角度β与第二参考值θ进行比较130，其中，θ对应于与步骤a)110中测量的转向角度α相关的理论值；

d″)检测在步骤a)中测量的转向角度α和在步骤b)中测量的转向角度β之间的差异是否达到第一参考值(170)，且检测所测量的转向角度β是否与第二参考值θ不同(140)；

e)如果在步骤d″)中，步骤a)中测量的转向角度α和步骤b)中测量的转向角度β之间的差异达到第一参考值，或如果在步骤d″)中，测量的转向角度β与第二参考值θ不同，则开始故障模式；

替代地，步骤e)可通过如下的步骤f)替换：

f)如果在步骤d″)中，步骤a)中测量的转向角度α和步骤b)中测量的转向角度β之间的差异达到第一参考值，且如果步骤d”)中测量的转向角度β与第二参考值θ不同，则开始故障模式。

由于与上述相同的原因，在开始步骤f)之前可施加一定的延迟。例如，可考虑仅在核实步骤b)的两个条件(这意味着，转向角度α和在步骤b)中测量的转向角度β之间的差异达到第一参考值，且转向角度β与第二参考值θ不同)之后的一定时间后开始步骤f)。可考虑大约5至10毫秒的延迟。可替代地，可应用20至50毫秒的延迟。可根据具体需要施加更长的延迟。

本发明也包含如下方法，其中，即使在正常情况下，辅助转向系统12也定期地提供一定量的转向动力。例如，在一组转向轮2的情况中，辅助转向系统12可提供使车轮2转向所要求的总能量的一半或三分之一，以最小化第一转向系统17的能量消耗。在满足步骤d)的条件中的一个或两个条件时，则辅助转向系统12采取步骤e)或步骤f)中的故障模式，且提供使转向轮2转向所需的全部能量。在辅助转向系统12包括一个或多个电动马达的情况中，此布置特别有利。

上述情形同样应用于包括一个或多个次级组转向轮15的车辆。涉及次级可转向桥15的转向的辅助转向系统12可完全地独立于第一转向系统17。根据由第一角度传感器6和第二角度传感器7测量的转向角度来提供辅助转向系统12的转向动力。只要转向角度α和β之间的差异保持低于第一参考值，和/或只要有效转向角度β不同于第二参考值θ，则辅助转向系统12提供一定量的转向动力和/或一定的转向幅度。然后，在步骤e)或步骤f)中开始故障模式的情况中，辅助转向系统12可提供更多的转向动力和/或更大的转向角度范围，以补偿第一转向系统17的故障。本发明的方法也允许在未设置将第一转向轮2与次级组转向轮15相联的次级杆16的情况下管理次级组车轮15的转向。

本发明的目的也在于提供用于优化车辆的转向辅助的系统或设备，所述车辆包括第一转向系统17、辅助转向系统12、具有扭转杆5的转向机构4、放置在扭转杆5上游的第一角度传感器6和放置在扭转杆5下游的第二角度传感器7、以及辅助转向系统12，其特征在于，辅助转向系统12连接到第一角度传感器6和第二角度传感器7，且在由第一角度传感器6测量的转向角度α和由第二角度传感器7测量的转向角度β之间的差异达到第一参考值时，或者在由第二角度传感器7测量的转向角度β与第二参考值θ不同时，激活或过激活辅助转向系统12。

本发明也包含一种车辆，所述车辆具有至少一个转向桥2、第一转向系统17、辅助转向系统12，其中，辅助转向系统12根据上述方法被激活或过激活。

Claims (16)

1.一种用于优化车辆的转向辅助的方法，所述车辆包括至少一组转向轮(2)、具有扭转杆(5)的转向机构(4)、放置在所述转向机构(4)的所述扭转杆(5)上游的第一角度传感器(6)和放置在所述扭转杆(5)下游的第二角度传感器(7)，所述方法包括如下步骤：

a)通过所述第一角度传感器(6)监测方向盘(1)的转向角度(α)；

b)通过所述第二角度传感器(7)监测所述转向轮(2)的转向角度(β)；

c)监测所述步骤a)中测得的所述转向角度(α)和所述步骤b)中测得的所述转向角度(β)之间的差异，且将所述差异与第一参考值进行比较，

d)检测所述步骤a)中测得的所述转向角度(α)和所述步骤b)中测得的所述转向角度(β)之间的差异是否达到第一参考值；

e)如果在所述步骤d)中，所述步骤a)中测得的所述转向角度(α)和所述步骤b)中测得的所述转向角度(β)之间的差异达到所述第一参考值，则开始故障模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤a)进一步包括将理论值(θ)与所述转向角度(α)进行关联。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述步骤c)进一步包括将所述步骤b)中测得的所述转向角度(β)与第二参考值(θ)进行比较，其中，所述第二参考值(θ)对应于与所述步骤a)中测得的所述转向角度(α)相关的理论值。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述步骤d)进一步包括检测测得的所述转向角度(β)是否与在所述步骤a)中确定的所述参考值(θ)不同。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，如果在所述步骤d)中，所述步骤a)中测得的所述转向角度(α)和步骤b)中测得的所述转向角度(β)之间的差异达到所述第一参考值，或者如果在所述步骤d)中，测得的所述转向角度(β)不同于所述第二参考值(θ)，则在所述步骤e)中开始故障模式。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，如果在所述步骤d)中，所述步骤a)中测得的所述转向角度(α)和所述步骤b)中测得的所述转向角度(β)之间的差异达到所述第一参考值，且如果在所述步骤d)中测得的所述转向角度(β)与所述第二参考值(θ)不同，则在所述步骤e)中开始故障模式。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一角度传感器(6)是用于ESP的传感器。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二角度传感器(7)是用于控制次级组转向轮(15)的转向的传感器。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述步骤e)中开始的所述故障模式对应于次级组转向轮(15)的过度转向。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在检测到所述步骤d)的条件的一个条件之后的一定时间后，开始所述步骤e)中的故障模式。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在核实所述步骤d)的两个条件后的一定时间后开始所述故障模式。

12.一种用于优化车辆中的转向辅助的系统，所述车辆包括第一转向系统(17)、一个或多个转向桥(2，15)、放置在扭转杆(5)上游的第一角度传感器(6)和放置在所述扭转杆(5)下游的第二角度传感器(7)、以及辅助转向系统(12)，其特征在于，所述辅助转向系统(12)连接到所述第一角度传感器(6)和所述第二角度传感器(7)，且当由所述第一角度传感器(6)测得的转向角度(α)和由所述第二角度传感器(7)测得的转向角度(β)之间的差异达到第一参考值时，或者当由所述第二角度传感器(7)测得的转向角度(β)与第二参考值(θ)不同时，激活或过激活所述辅助转向系统(12)。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第二参考值(θ)是用于所述转向轮组(2、15)、对应于方向盘的转向角度的理论值。

14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第一角度传感器(6)是用于ESP的角度传感器。

15.根据权利要求10所述的系统，其中，所述辅助转向系统(12)是次级组转向轮(15)的的转向系统。

16.一种车辆，所述车辆包括至少一组转向轮(2)且装配有根据权利要求12至15所述的系统。