CN107856731B - 车辆控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆控制系统。在线控转向怠速停止车辆中，如果方向盘(11)的转动超过预定阈值，则怠速停止终止。出于防止转向致动器的动力消耗并且防止在怠速停止终止时有不期望的转向动作的目的，发动机重启阈值(Δθth)根据自怠速停止操作开始时转向角度的改变方向而变化。特别地，如果转向角度的变化(Δθ)是在从怠速停止操作开始时的值(θs)增大转向角度的方向上，则发动机重启阈值升高。如果转向角度的变化是在从怠速停止操作开始时的值减小转向角度的方向上，则发动机重启阈值降低。

Description

车辆控制系统

技术领域

本发明涉及车辆控制系统，具体地，涉及用于结合有线控转向装置并且被配置成执行怠速停止操作的车辆的车辆控制系统。

背景技术

目前市售的乘用车辆通常配备有线控转向装置，其中，前轮与方向盘机械地脱离，并且前轮响应于方向盘的操作而被转向致动器转向。在线控转向装置中，设置了转向单元和操作单元，转向单元具有用于转动前轮的转向致动器，操作单元包括用于向方向盘施加转向反作用力的反作用力致动器。为了允许在出现故障时执行转向操作，转向单元和操作单元可借助离合器彼此连接，离合器在通常情况下是分离的，但可在需要时被接合。

在配备有线控转向装置的车辆中，如果在车辆静止时转动方向盘，则转向单元产生相对大的转向扭矩，并且操作单元也对应地产生大的反作用力，使得转向装置消耗大量的电动力。如果车辆是怠速停止车辆，则在怠速停止操作期间，车辆的交流发电机不产生电动力。因此，在怠速停止车辆中，在车辆静止时期望防止转向装置产生过多的动力消耗。因此，在怠速停止操作期间，已知在离合器保持接合并且允许反作用力致动器正常操作时，以较小的动力驱动转向致动器或停止转向致动器的操作。参见JP2014-205474A的[0282]至[0284]段和图17。

根据设置有线控转向装置的怠速停止车辆中的该问题的另一个常规解决方案，当转向角度增加超过预定阈值时，怠速停止操作终止(或发动机重启)。为了可在方向盘转到最大转向角度之前完成发动机的重启，将转向角度的预定阈值确定为等于最大转向角度减去转向角速度与发动机重启所需时间的乘积得到的值。参见JP2005-351202A。

发明内容

根据JP2014-205474A中公开的现有技术，可减少怠速停止操作期间的动力消耗，但是如果在车辆处于怠速停止操作时转动方向盘，则方向盘的转向角度和车轮的实际转向角度之间的关系会偏离正常设置。更具体地，如果在怠速停止操作期间方向盘转动一定角度，那么因为怠速停止操作期间车轮的转向角度保持固定，所以一旦怠速停止操作终止，转向装置就致使车轮突然转至与方向盘的转向角度对应的角度。因此，如果在怠速停止操作期间转动方向盘，则在怠速停止操作终止时，车轮的转向角度可能会发生不期望的改变。为此原因，当在车轮被转向一定角度的情况下开始怠速停止操作时，车辆驾驶员可能会经历一种不期望的感觉。

本申请的发明人已经注意到，车轮的转向角度与方向盘的转向角度之间的关系的这种偏差或偏移可按两种不同的模式发生。在第一模式下，方向盘在怠速停止期间沿与怠速停止操作开始时车轮转向角度相同的方向转动。在第二模式下，方向盘在怠速停止期间沿与怠速停止操作开始时车轮转向角度相反的方向转动。在第一模式下，因为车辆操作人员通常有意在与车轮转向角度相同的方向上转向，并且车轮的转向角度在怠速停止操作终止时增加，所以车辆操作人员通常不会经历任何不熟悉的感觉。另一方面，在第二模式下，车轮的转向角度在怠速停止操作终止时减小，这违背了车辆操作人员的可能意图，以致车辆操作人员很有可能会经历一些不熟悉的感觉。

鉴于现有技术的这些问题，本发明的主要目的是提供这样一种车辆控制系统，该车辆控制系统可以在车辆处于怠速停止操作时防止线控转向装置中存在不期望的动力消耗，并且还可以防止在怠速停止操作之后重启车辆时有任何不熟悉的感觉。

为了实现此目的，本发明提供了一种用于结合有线控转向装置(10)的车辆(1)的控制系统(40)，所述线控转向装置(10)用于通过使用转向致动器来使与转向构件(11)机械地脱离的车轮(3)转向，该控制系统包括：怠速停止控制单元(41)，该怠速停止控制单元在满足预定怠速停止条件时启动怠速停止操作以停止安装在所述车辆上的发动机，并且在满足预定重启条件时重启所述发动机(4)；转向输入角度传感器(31)，该转向输入角度传感器用于检测所述转向构件的转向输入角度(θ)；致动器控制单元(44)，该致动器控制单元用于控制所述转向致动器，以致使所述车轮以所述转向构件的所述转向输入角度所命令的角度进行转向，所述致动器控制单元被配置成在由所述怠速停止控制单元启动的所述怠速停止操作期间终止所述转向致动器的操作；以及转向输出角度传感器(33、35)，该转向输出角度传感器用于检测所述车轮的转向输出角度；其中，所述重启条件包括自所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的变化(Δθ)大于发动机重启阈值(Δθth)；并且其中，如果所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的绝对值(|θs|)等于或大于预定值，则用以增加所述转向输入角度的转向操作的所述发动机重启阈值被作为第一值给出，并且用以减小所述转向输入角度的转向操作的所述发动机重启阈值被作为小于所述第一值的第二值给出。

根据该布置，当车辆的驾驶员在怠速停止操作中车辆静止的情况下转动方向盘时，如果自怠速停止操作开始时转向输入角度的变化大于发动机重启阈值，则终止怠速停止操作，并且该发动机重启阈值根据自怠速停止操作开始时转向输入角度的改变的方向而变化。

如果转向输入角度的变化是在从怠速停止操作开始时的值增大转向角度的方向上，则发动机重启阈值升高。这样是有利的，因为车辆驾驶员很有可能预料到转向角度在怠速停止操作终止时增大，并且可使转向致动器的电动力消耗节省最大化。相反地，如果转向输入角度的变化是在从怠速停止操作开始时的值减小转向角度的方向上，则发动机重启阈值降低。这样是有利的，因为车辆驾驶员不太可能预料到转向角度在怠速停止操作终止时减小，由此可以防止驾驶员经历任何不期望的感觉，尽管转向致动器的电动力消耗节省可略微减小。

如果所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的绝对值小于所述预定值，则所述发动机重启阈值可被作为所述第一值和所述第二值之间的基准值给出。

如果所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的绝对值相对小，则车辆的驾驶员不太可能因车辆在怠速停止终止时的转向行为而感到懊恼，在确定发动机重启阈值时，不需要考虑怠速停止操作开始时的转向角度，并且可以毫无问题地将相对大的值指派给发动机重启阈值。

根据本发明的优选实施方式，所述第一值和所述第二值是固定值，而不用考虑所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的绝对值。

因此，可简化系统配置。

更优选地，所述第一值随着所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的所述绝对值的增大而增大，和/或所述第二值随着所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的所述绝对值的增大而减小。

由此，可使转向装置的行为转换更平稳。

通常，如果所述转向输入角度或所述转向输出角度的所述绝对值大于比所述预定值大的极限值，则所述怠速停止控制单元不启动所述怠速停止操作。

因此，通过防止怠速停止操作在所述转向输入角度或所述转向输出角度的所述绝对值明显大时开始，可以以高度可靠的方式防止转向装置以不期望的方式表现。

因此，根据本发明，可以提供这样一种用于车辆的控制装置，其可在车辆处于怠速停止操作时防止线控转向装置有不期望的动力消耗，并且还可防止车辆驾驶员在车辆在怠速停止操作终止的情况下重启时经历任何不熟悉的转向感觉。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的车辆的前部部分的透视示意性立体图；

图2是图1中示出的离合器的剖视图；

图3是图1中示出的控制系统的功能框图；

图4a至图4c是例示由图3中示出的控制系统所执行的怠速停止操作的重启状况的示意图；以及

图5是示出方向盘的初始转向角度和发动机重启阈值之间的关系的曲线图。

具体实施方式

下文中，参照附图来描述本发明的优选实施方式。

图1是根据本发明的实施方式的车辆的前部部分的透视示意性立体图。车辆1由四轮车组成，四轮车包括一对前轮3，这对前轮3由车身2支撑，以便能借助相应的前悬架系统进行转向。在车身2的前部部分中形成发动机室，驾驶室形成在发动机室后方。用于为前轮3提供动力的内燃发动机4被容纳在发动机室中。驾驶员座椅设置在驾驶室的左前侧部分，并且在驾驶员座椅和前轮3之间设置有用于使前轮3转向的转向装置10。

转向装置10包括布置在驾驶员座椅前方用于接收来自驾驶员的转向输入的方向盘11(或转向构件)。转向轴12一体地并且居中地附接于方向盘11，向前并向下延伸，并且借助转向柱支撑件13由车身2可旋转地支撑。转向轴12延伸超过转向柱支撑件13，并且转向轴的下端借助离合器20连接到齿条小齿轮转向齿轮箱14。

图2是离合器20的剖视图。离合器20是本身已知的构造，并且包括行星齿轮机构(图中未示出)和锁定装置21。转向轴12在方向盘11那一侧同轴地固定于行星齿轮机构的环形内齿轮。转向轴12在齿条小齿轮转向齿轮箱14那一侧同轴地固定于行星齿轮机构的行星架(可旋转地支撑与环形内齿轮啮合的行星齿轮)。锁定装置21选择性地允许或禁止行星齿轮机构的与行星齿轮啮合的太阳齿轮旋转。

锁定装置21包括：锁定齿轮22，该锁定齿轮由外齿轮组成并且被配置成与太阳齿轮一体地同轴旋转；以及多个锁定杆23，这些锁定杆均具有远端和近端，并且在邻近近端的中间部分处受到枢轴支撑，使得每个锁定杆23可在接合位置和分离位置之间枢转，在接合位置，远端径向向内移位而与锁定齿轮22接合，在分离位置，远端径向向外移位而脱离锁定齿轮22。在通常情况下，锁定杆23在图中未示出的弹簧构件的弹簧力作用下接合锁定齿轮22。锁定装置21还包括一对电磁螺线管24，用于选择性地在径向向内的方向上推动锁定杆23的近端，使得锁定杆23克服弹簧构件的偏压力而移位并离开锁定齿轮22。

当电磁螺线管24被关闭而使得每个锁定杆23均接合锁定齿轮22的齿时，防止太阳齿轮进行旋转运动。结果，方向盘11的旋转运动被传递到齿条小齿轮转向齿轮箱14的输入端。换句话讲，当离合器20被接合时，方向盘11与前轮3机械地联接。另一方面，当电磁螺线管24被打开而使得每个锁定杆23均脱离锁定齿轮22的齿时，允许太阳齿轮进行旋转运动。结果，方向盘11与前轮3机械地分离。

因此，当离合器20被接合时，施加到方向盘11的转向输入借助齿条小齿轮转向齿轮箱14而被传递到前轮3，作为转向输出。然而，离合器20在通常情况下是分离的，使得可通过线控操作来进行转向，当由于系统故障等原因而不能进行线控操作时，离合器20变为接合的。

参照图1，在转向装置10的上部部分中，设置有用于向转向轴12施加反作用力矩的反作用力致动器25。当离合器20被分离时，反作用力致动器25向方向盘11施加反作用扭矩，因此路面对前轮3的反作用力不会被传递到转向轴12。在本实施方式中，反作用力致动器25包括电马达，并且被配置成将电马达的旋转扭矩传递到转向轴12。

以与转向齿轮箱14相关联的方式设置转向致动器26，以根据方向盘11的操作向转向齿轮箱14施加转向扭矩。在本实施方式中，转向致动器26包括电马达，并且被配置成借助滚珠丝杠机构等将电马达的旋转扭矩传递到齿条，作为推力。

用于检测方向盘11的转向角度θ的转向角度传感器31设置在转向轴12的上部部分中，并且用于检测施加到方向盘11的转向扭矩T的扭矩传感器32设置在转向轴12的位于反作用力致动器25上方的部分中。转向齿轮箱14设置有用于检测小齿轮的旋转角度Pθ的小齿轮角度传感器33。反作用力致动器25设置有用于检测电马达的旋转角度Mθ的旋转角度传感器34(旋转变压器)。转向致动器26还设置有用于检测齿条的行程S的行程传感器35。这些传感器31至35的检测信号被转送到设置在车辆1的合适部分中的控制单元40。

当离合器20被接合时，方向盘11的转向致使前轮3对应地转向，其中，由于在方向盘11和前轮3之间存在机械联接，所以方向盘11的转向角度θ与前轮3的转向角度Θ之间的固定关系得以保持。当离合器20被分离时，转向角度传感器31检测方向盘11的转向角度θ(转向输入角度)，并且控制单元40驱动转向致动器26，使得前轮3以对应的转向角度Θ(转向输出角度)进行转向。换句话讲，在这种情况下，通过线控转向操作来进行转向。因为方向盘11和前轮3彼此没有机械联接，所以方向盘11的转向角度θ和前轮3的转向角度Θ之间的关系可根据诸如车速的各种参数而任意地改变。

小齿轮角度传感器33检测到的小齿轮的旋转角度Pθ和行程传感器35检测到的齿条的行程S以固定关系对应于前轮3的转向角度Θ。另外，如上所述，当离合器20被接合时，前轮3的转向角度Θ以固定关系对应于方向盘11的转向角度θ，而当离合器20处于分离状态时，转向角度Θ与转向角度θ之间的关系由控制单元40控制。

图3是控制单元40的功能框图。控制单元40由包括CPU、RAM、ROM和输入/输出接口的电子电路单元组成。如以上讨论的，传感器信号从转向角度传感器31、扭矩传感器32、小齿轮角度传感器33、旋转角度传感器34和行程传感器35被转送到控制单元40。作为功能单元，控制单元40包括控制发动机4的停止和重启的怠速停止控制单元41、控制离合器20的操作的离合器控制单元42、用于驱动并控制反作用力致动器25的反作用力致动器控制单元43以及驱动并控制转向致动器26的转向致动器控制单元44。

当满足预定怠速停止条件时，怠速停止控制单元41执行怠速停止控制以停止发动机4，并且当满足预定重启条件时，怠速停止控制单元重启发动机4。在例示的实施方式中，如果满足点火开关ON(开)的所有条件，即，发动机转速为预定值以上、车速为预定值以下、加速踏板行程基本上为0、换档位置并非P、R或N范围、致动器开关ON、方向盘的转向角度小于一定极限值(诸如，90度)以及剩余电池电量等于或大于预定值，则满足停止发动机4的怠速停止条件。另一方面，在例示的实施方式中，如果满足制动开关关闭、加速器踏板行程已达到预定值以上以及换档位置为N，R或L这些条件中的至少一个条件，则满足重启发动机4的重启条件。

下面，描述例示实施方式的操作模式。当车辆驾驶员启动发动机4时，离合器控制单元42向电磁螺线管24供应电流，以使离合器20分离。当车辆驾驶员停止发动机4时，离合器控制单元42停止向电磁螺线管24供应电流，并且使离合器2接合。在怠速停止控制单元41停止发动机4期间，离合器控制单元42继续向电磁螺线管24供给电流，以将离合器20保持在分离状态。

当离合器20被分离时，转向致动器控制单元44驱动并控制转向致动器26，以使前轮3以与施加到方向盘11的转向角度θ对应的转向角度Θ进行转向。在怠速停止控制单元41停止发动机4的怠速停止期间，转向致动器控制单元44不向转向致动器26供应电流，以避免电流被转向致动器26消耗而从车载电池过度抽取电流。因此，在怠速停止期间，方向盘11可独立于前轮3进行转动。当怠速停止终止并且怠速停止控制单元41重启发动机4时，转向致动器控制单元44恢复对转向致动器26的控制，使得前轮3(从自当前怠速停止开始时已被固定的角度位置)转向到与怠速停止终止时方向盘11的转向角度θ对应的转向角度Θ。

在离合器20被分离期间，反作用力致动器控制单元43驱动并控制反作用力致动器25，以便根据方向盘11的操作向转向轴12施加反作用扭矩。即使在怠速停止控制单元41停止发动机4的怠速停止期间，反作用力致动器控制单元43继续驱动并控制反作用力致动器25。

在怠速停止期间，反作用力致动器控制单元43继续驱动并控制反作用力致动器25，但不阻止方向盘11转向。另外，当怠速停止期间转向角度θ偏离前轮3的对应的转向角度Θ时，反作用力致动器控制单元43不驱动或控制反作用力致动器25，使得反作用力致动器控制单元43不致使前轮3的转向角度Θ对应于方向盘11的转向角度θ。因此，在怠速停止期间，转向角度θ与转向角度Θ之间的关系可能会偏离正常关系或者在任一方向上彼此偏移。

因此，如果方向盘11在怠速停止期间被转动，则因为前轮3的转向角度从怠速停止开始就保持固定，所以在怠速停止终止时，前轮3可能会按不期望的方式转向。因此，期望将由怠速停止终止时可能发生的不期望的转向动作引起的任何不良影响最小化。

在例示实施方式中，怠速停止控制单元41确定自怠速停止开始起转向角度θ的变化Δθ并且将变化Δθ与预定发动机重启阈值Δθth进行比较。如果变化Δθ超过发动机重启阈值Δθth，则怠速停止终止。另外，当施加到方向盘11的转向扭矩T变成等于或大于预定值(例如，2Nm)或转向角速率dθ/dt(即，转向角度θ对时间的微分)等于或大于预定值(例如，90度/秒)时，怠速停止终止。

如果满足这些启动条件中的任一个条件或以上提到的重启条件中的任一个条件，则怠速停止控制单元41重启发动机4。当怠速停止终止并且发动机4重启时，转向致动器控制单元44恢复对转向致动器26的驱动控制，并且使前轮3以与方向盘11的转向角度θ对应的转向角度Θ进行转向。特别地，通过在怠速停止期间在方向盘11转向超过发动机重启阈值Δθth时终止怠速停止，防止了在怠速停止终止时发生不期望的突然转向动作。

如果发动机重启阈值Δθth被选定为相对小的值，则可使怠速停止终止时前轮3的突然转向最小化，但是怠速停止期间转向致动器26的动力消耗增加，这是因为可通过略微转动方向盘11来终止怠速停止。相反地，如果发动机重启阈值Δθth被选定为大值，则怠速停止终止时很有可能发生前轮3的突然转向，但是怠速停止期间转向致动器26的动力消耗减小，这是因为不可通过略微转动方向盘11来终止怠速停止。

根据例示的实施方式，发动机重启阈值Δθth根据前轮3的状态而变化，使得在怠速停止期间可使转向致动器26的动力消耗最小化，同时将发动机重启阈值Δθth增加时原本会发生的不良影响最小化。

图4a至图4c是由控制单元40执行的怠速停止控制的重启状态的说明图。图4a示出了在怠速停止开始时前轮3向左转向的情况，图4b示出了在怠速停止开始时前轮3基本上处于笔直向前位置的情况，图4c示出了在怠速停止开始时前轮3向右转向的情况。

如图4b所示，假设当怠速停止开始时，前轮3处于基本上笔直向前的位置，或者在怠速停止开始时方向盘11的转向角度θ的绝对值|θs|(初始转向角度θs)等于或小于预定值(例如，20度)。在这种情况下，选择发动机重启阈值Δθth作为基准值(例如，30度)，而不考虑方向盘11是向左还是向右转动。因此，在这种情况下，如果方向盘在任一方向上转动超过对应于基准值(30度)的值，则怠速停止终止，并且发动机重启。

如图4a所示，假设当怠速停止开始时，前轮3指向左，并且初始转向角度θs大于预定值(在这种情况下，20度)。在这种情况下，选择发动机重启阈值Δθth，使得左转向的发动机重启阈值ΔθthL(加成转向角度)大于右转向的发动机重启阈值ΔθthR(减成转向角度)。更具体地，左转向的发动机重启阈值ΔθthL(加成转向角度)大于基准值(例如，45度)，而右转向的发动机重启阈值ΔθthR(减成转向角度)小于基准值(例如，15度)。

如图4c所示，假设当怠速停止开始时，前轮3指向右，并且初始转向角度θs大于预定值(在这种情况下，20度)。在这种情况下，选择发动机重启阈值Δθth，使得右转向的发动机重启阈值ΔθthR(加成转向角度)大于左转向的发动机重启阈值ΔθthL(减成转向角度)。更具体地，右转向的发动机重启阈值ΔθthR(加成转向角度)大于基准值(例如，45度)，而左转向的发动机重启阈值ΔθthL(减成转向角度)小于基准值(例如，15度)。

图5是示出怠速停止开始时方向盘11的转向角度(初始转向角度θs)和发动机重启阈值Δθth之间的关系的曲线图。发动机重启阈值Δθth(ΔθthL或ΔθthR)可相对于初始转向角度θs离散地变化，如图5中的实线所指示的，但是也可针对加成转向与初始转向角度θs的增加成比例地增加并且针对减成转向与初始转向角度θs的增加成比例地减小，如图5中的虚线所指示的。

在上述实施方式中，依据方向盘11的转向角度θ来评价发动机重启阈值Δθth、初始转向角度θs和初始转向角度θs的预定绝对值，但是也可依据前轮3的转向角度Θ或与这些转向角度中的任一个转向角度关联的其它值(诸如，齿条小齿轮转向齿轮箱14的齿条的线性位置和小齿轮的角度位置)进行评价。

虽然已经依据本发明的优选实施方式描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。

Claims (6)

1.一种用于结合有线控转向装置的车辆的控制系统，所述线控转向装置用于通过使用转向致动器来使与转向构件机械地脱离的车轮转向，该控制系统包括：

怠速停止控制单元，该怠速停止控制单元用于在满足预定怠速停止条件时启动怠速停止操作以停止安装在所述车辆上的发动机，并且在满足预定重启条件时重启所述发动机；

转向输入角度传感器，该转向输入角度传感器用于检测所述转向构件的转向输入角度；

致动器控制单元，该致动器控制单元用于控制所述转向致动器，以致使所述车轮以所述转向构件的所述转向输入角度所命令的角度进行转向，所述致动器控制单元被配置成在由所述怠速停止控制单元启动的所述怠速停止操作期间终止所述转向致动器的操作；以及

转向输出角度传感器，该转向输出角度传感器用于检测所述车轮的转向输出角度；

其中，所述重启条件包括自所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的变化大于发动机重启阈值，

其特征在于，如果所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的绝对值等于或大于预定值，则用以增加所述转向输入角度的转向操作的所述发动机重启阈值被作为第一值给出，并且用以减小所述转向输入角度的转向操作的所述发动机重启阈值被作为小于第一值的第二值给出。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，如果所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的所述绝对值小于所述预定值，则所述发动机重启阈值被作为所述第一值和所述第二值之间的基准值给出。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述第一值和所述第二值是固定值，而不用考虑所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的所述绝对值。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述第一值随着所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的所述绝对值的增大而增大。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其中，所述第二值随着所述怠速停止操作开始时所述转向输入角度或所述转向输出角度的所述绝对值的增大而减小。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其中，如果所述转向输入角度或所述转向输出角度的所述绝对值大于比所述预定值大的极限值，则所述怠速停止控制单元不启动所述怠速停止操作。