CN109496189B - 线控转向系统、机动车和用于运行线控转向系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车(1)的线控转向系统(2)，具有至少两个在线控转向系统(2)的正常运行时彼此独立地可转向的车轮(3，4)；至少两个转向促动器(6，7)，其分别与可转向的车轮(3，4)中的一个相关联并且设计为用于调节各自的可转向的车轮(3，4)的转向角；和至少一个在信号技术上与转向促动器(6，7)连接的转向电子器件(8)，其设计为用于基于转向指令单独地控制转向促动器(6，7)。为了提高具有这种线控转向系统(2)的机动车(1)的驾驶安全，利用本发明建议，转向电子器件(8)设计为用于检测转向促动器(6，7)其的一个是否故障，并且在检测到表征线控转向系统(2)的紧急运行的转向促动器(6，7)的故障时，利用其直接性与在正常运行时的转向比的直接性不同的转向比来控制至少一个另外的转向促动器(6，7)。

Description

线控转向系统、机动车和用于运行线控转向系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的线控转向系统，其具有至少两个在线控转向系统的正常运行时彼此独立地可转向的车轮、至少两个转向促动器和至少一个在信号技术上与转向促动器连接的转向电子器件，所述转向促动器分别与可转向的车轮中的一个相关联并且设计为用于调节各自的可转向的车轮的转向角，所述转向电子器件设计为用于基于转向指令单独地控制转向促动器。

此外，本发明还涉及一种机动车和一种用于运行机动车的线控转向系统的方法，其中，线控转向系统具有至少两个在线控转向系统的正常运行时彼此独立地可转向的车轮和至少两个转向促动器，其分别与可转向的车轮中的一个相关联并且设计为用于调节各自的可转向的车轮的转向角。

背景技术

机动车的常规的转向系统可以机械地构造，并且具有用于施加转向支持的辅助机组。在这种转向系统中，一个轨迹的轮轴的可转向的车轮直接机械地与另一轨迹的轮轴的可转向的车轮连接。此外，转向系统的方向盘，尤其是通过中间杆、转向柱和转向传动装置，直接机械地与可转向的车轮连接。在这种转向系统中，基于转向系统的部件的机械连接，机动车的转向即使在辅助机组故障时也是可能的，然而为此必须由驾驶员将更大的力施加到方向盘上。

此外，用于机动车的线控转向系统是已知的，其中，方向盘不是通过转向系统部件与可转向的车轮机械连接。即使在线控转向系统中，轮轴的可转向的车轮也可以通过转向连杆直接机械地相互连接。线控转向系统相对于之前描述的常规的转向系统具有如下优点：机动车的事故行为得到改进，因为不存在在发生事故时在驾驶员的方向上移位的转向柱。由此减小驾驶员的受伤危险。线控转向系统此外能够实现在发生事故时将方向盘从驾驶员位置移位至副驾驶员位置，以便减小驾驶员的受伤危险。

在线控转向系统的特殊的版本中，机动车的每个可转向的车轮与自身的转向促动器相关联，利用转向促动器，各自的可转向的车轮的转向角可以与其余的可转向的车轮不相关地单独地调节，由此可以实现单个车轮转向。这种线控转向系统的优点例如是：在所有驾驶情况下可以根据阿克曼原理实现机动车的转向，这基于由此给出的车轮与车道之间的摩擦减小与机动车的二氧化碳排放的减小、车轮磨损的减小、在转弯时抓地力的提高等相关联。因为各个转向促动器可以布置在机动车上的不同的位置上，所以相对于常规的转向系统(如其在上面描述的那样)此外得到如下优点：可以减小机动车的前侧的伸出，这增大了在设计机动车时的自由度。

由DE 603 15 116 T2公开了一种这类的线控转向系统，其中，在转向促动器故障情况下，动态地计算出用于其余的能运转的转向促动器的补偿转向回转角(Lenkeinschlag)。

在US 7 912 606 B2中，在识别出发生故障的转向促动器的情况下，动态的转向回转角计算尤其是依据车辆的旋转中心点的位置进行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提高机动车的驾驶安全，机动车具有用于单独地转向可转向的车轮的线控转向系统。

该技术问题通过独立权利要求来解决。有利的设计方案尤其是在从属权利要求中给出，其可以分别单独地或以彼此间不同的组合示出本发明的改进的或有利的方面。

根据本发明的用于机动车的线控转向系统包括至少两个在线控转向系统的正常运行中彼此独立地可转向的车轮、至少两个转向促动器和至少一个在信号技术上与转向促动器连接的转向电子器件，转向促动器分别与可转向的车轮中的一个相关联并且设计为用于调节各自的可转向的车轮的转向角，转向电子器件设计为用于基于转向指令单独地控制转向促动器。根据本发明，转向电子器件设计为用于检测转向促动器中的一个是否故障，并且在检测到表征线控转向系统的紧急运行的转向促动器的故障时，利用其直接性与正常运行中的转向比的直接性不同的转向比控制至少一个另外的转向促动器。

由于根据本发明的在线控转向系统的紧急运行中的转向比相对于在线控转向系统的正常运行期间的转向比的不同，在紧急运行期间，机动车的驾驶员通过操纵机动车的方向盘产生的转向指令可以根据需求直接或间接地传递到具有未发生故障的转向促动器的至少一个可转向的车轮。因此这是需要的，因为具有发生故障的转向促动器的可转向的车轮不再能够用于执行转向过程。因此，转向过程必须借助具有未发生故障的转向促动器的至少一个可转向的车轮执行，这例如在转弯时需要针对具有未发生故障的转向促动器的可转向的车轮的更大的转向角。为了在这种情况下支持驾驶员而提高转向比，从而方向盘运动导致还可转向的车轮的更强的转向。由此可以阻止驾驶员丧失车辆控制。由此，机动车在转向促动器故障时的驾驶安全或可控性得到改进。

优选地，依据行驶速度和紧接在进入紧急运行之前存在的转向回转角，改变在引入的转向角与至少一个还可用的车轮上的转向回转角之间的传动比。优选地，在较低的速度中的传动是更直接的，即在定义的、引入控制轮中的转向角的情况下，转向回转角与在高的速度的情况下相比更大。此外，在紧接在进入紧急运行之前的大的转向回转角的情况下，传动同样与在很小的转向回转角的情况下相比更大。

利用随后的公式可以表达该比例：

其中：

UE：传动

v：车辆速度

v₀：初始值(例如10km/h)

LE：车轮转向回转角

a、b：试验性地确定的系数。

优选地，系数a、b附加地还依据是否可以在其枢转中制动或释放受故障影响的转向促动器来确定。

为了在机动车中的示出，优选地可以针对多个车辆速度，例如30、50、80、110km/h，并且分别针对多个转向回转角，例如向右0°、10°、向左10°和可能还有向右20°和向左20°确定优选的传动比，并且在这些值之间使用插值公式。优选的传动比在此以如下方式确定：必须由该运转的车轮或多个运转的车轮的转向机构使用最小的调节力矩或最小的调节力，以便当由驾驶员引入的转向角保持不变时利用小于15％的偏差进一步保持之前调节的车辆的弯道。

具有未发生故障的转向促动器的可转向的车轮的转向角或在线控转向系统的紧急运行中得到的转向比选择为，使得机动车与在转向促动器故障之前选择的行驶方向的偏差尽可能小。在此，转向比在紧急运行期间优选选择为，使得当机动车仅还以具有未发生故障的转向促动器的可转向的车轮转向时，对于执行在转向促动器故障之前规划的驾驶过程所需的转向角不必或仅须非常小地改变。

与之不同地，在常规的转向系统中可能发生的是，由于转向促动器的故障感到惊讶的驾驶员不足够快地做出反应，并且由此机动车没有以对于执行安全的驾驶过程所需的(尤其是更强的)方向盘回转角来转向。由此可能发生的是，机动车至少暂时实施侧向的运动，并且由此不期望地离开车道。与之相关联是提高了碰撞危险。碰撞危险的这种提高可以利用本发明可靠地阻止，因为在转向促动器出现故障时，线控转向系统从正常运行转换至紧急运行，并且由此改变转向比，使得对于驾驶员来说，转向力没有或几乎没有提高。驾驶员因此可以以其信任的转向力控制机动车，这伴随着驾驶安全的提高。

根据本发明不需要附加的冗余的转向系统部件，例如附加的转向促动器、附加的电子器件、附加的转矩传感器等，以便在转向促动器故障时确保机动车的安全的行驶运行。车装电源和与机动车的转向系统的通信接口也不必重新研发，以便可以确保冗余的车装电源和冗余的通信接口的非中断的可用性。因此，本发明可以廉价地在使用已经存在的机械部件的情况下实现。

转向促动器例如可以分别具有电气伺服电动机，利用该电气伺服电动机可以调节各自的可转向的车轮的转向角。转向促动器可以在通信技术上相互连接和/或与线控转向系统的反馈促动器连接。反馈促动器与方向盘连接，并且可以从驾驶员的转向指令产生输送至转向电子器件的电转向指令信号。替换地可以存在用于产生转向指令信号的其他方式的传感器。此外，可以利用反馈促动器使驾驶员获得实际的转向感受，其方法是，反馈促动器将力施加到方向盘上，该力相应于作用到车辆上的、具有或不具有衰减的负载力并且可以通过车辆传感器件检测。

根据本发明的线控转向系统可以用于转向机动车的可转向的前轮。根据本发明的线控转向系统也可以用于转向机动车的可转向的前轮和可转向的后轮，为此，线控转向系统针对每个可转向的车轮具有单独的或自身的转向促动器。如果转向促动器故障，则根据本发明可以控制其余的转向促动器，以便改进机动车的可控性。

可转向的车轮在线控转向系统的正常运行时是彼此独立或单独地可转向的，由此，在正常运行时实现单个车轮转向。

在信号技术上与转向促动器连接的转向电子器件可以通过在存在的车辆电子器件中实施的软件构造或者构造为单独的结构单元。以电气形式向转向电子器件输送转向指令，其例如利用对方向盘的转向运动进行检测的传感器件产生。此外，在转向促动器故障时，向转向电子器件输送针对各自的转向促动器特定的电故障信号。该单独的故障信号例如可以由发生故障的转向促动器、布置在其上的传感器件或通过其他方式产生。如果转向电子器件接收或检测到这种单独的故障信号，则转向电子器件自动从正常运行切换至紧急运行。在此，转向电子器件可以从一个或多个转向比中选择特定的转向比，并且用于控制至少一个未发生故障的转向促动器。特别地，在转向电子器件或其包含的存储单元中，可以针对每个故障情景存储特定的转向比，其可以依据各个发生故障的转向促动器由转向电子器件或其包含的数据处理单元来选择。转向电子器件在使用在紧急运行时选择的转向比和形成用于转向电子器件的输入信号的电转向指令的情况下产生电输出信号或电控制信号，其被输送至未发生故障的转向促动器。

转向比的更高的直接性在本发明的范围内意味着，方向盘的特定的方向盘角导致具有未发生故障的转向促动器的可转向的车轮的更大的转向角的调节，相反地，转向比的减小的直接性相应地导致具有未发生故障的转向促动器的可转向的车轮的更小的转向角。

根据有利的设计方案，转向电子器件设计为用于在检测到转向促动器的故障时，利用比在正常运行时更直接的转向比来控制至少一个另外的转向促动器。由此，机动车尤其是可以在转弯时通过驾驶员如在具有未发生故障的转向促动器的行驶中那样控制，因为具有未发生故障的转向促动器的可转向的车轮更强地偏转，并且由此附加地接管具有发生故障的转向促动器的可转向的车轮的作用。

根据另外的有利的设计方案，至少一个转向促动器设计为，使得该至少一个转向促动器在其故障时禁止与其相关联的可转向的车轮的转向运动。由此阻止与发生故障的转向促动器相关联的可转向的车轮的瞬时的转向角不受控地改变或随时间改变，这使机动车的可控性明显变差。

根据另外的有利的设计方案，至少一个转向促动器设计为，使得该至少一个转向促动器在其故障时释放与其相关联的可转向的车轮的转向运动。由此，可转向的车轮通过在其上作用的力被动地带到对于另外的驾驶过程来说有利的转向位置中，以便改进机动车的可控性。由此可以阻止可转向的车轮呈现大的转向角，其导致作用到机动车上的大的横向力，该横向力需要产生强的反向转向，以便将机动车例如保持在车道上。

根据另外的有利的设计方案，至少一个转向促动器设计为，使得该至少一个转向促动器在其故障时减弱与其相关联的可转向的车轮的转向运动。转向促动器例如可以设计为，使得在其故障时，与其相关联的可转向的车轮的转向运动只有从超过预设的转矩极限值开始才是可能的。为此，例如可以关闭发生故障的转向促动器的相位继电器。该设计方案也改进了机动车的可控性。选择转向促动器的三个最后提到的设计方案中的哪个，依赖于机动车的各自给定的车轮悬架。

根据另外的有利的设计方案，线控转向系统包括至少一个在信号技术上与转向电子器件连接的耦合装置，其设计为用于使轮轴的可转向的车轮在耦合装置的耦合状态中相互机械耦合，并且在耦合装置的退耦状态中相互机械退耦，其中，转向电子器件设计为用于控制耦合装置，使得耦合装置在线控转向系统的正常运行时处于其退耦状态中，并且在线控转向系统的紧急运行时处于其耦合状态中。在此，在线控转向系统的紧急运行时的转向比与在线控转向系统的正常运行时相比可以是更不直接的，由此至少一个未发生故障的转向促动器不会超负荷。耦合装置可以具有至少一个锁定机构，其可以利用转向电子器件来控制并且可以与耦合元件相互机械耦合，并且可以相互退耦，以便导致耦合装置的耦合状态或退耦状态。

在一个实施方式中，在进入紧急运行时可以一次性地调节有偏差的转向比；即，(必要时如之前描述的那样)特定的和在进入紧急运行时一次性地调节的有偏差的转向比在该实施方式中保持恒定，直到各自的紧急运行阶段结束。

根据本发明的机动车包括根据前述的设计方案中的一个或这些设计方案中的至少两个的任意的组合的线控转向系统。

上面参考线控转向系统提到的优点相应与机动车相关联。机动车可以是轿车或货车。

根据有利的设计方案，机动车包括至少一个在信号技术上与转向电子器件连接的制动模块，其设计为用于控制至少与可转向的车轮相关联的车轮制动器，其中，转向电子器件设计为用于控制制动模块，使得制动模块在线控转向系统的紧急运行时将与具有发生故障的转向促动器的可转向的车轮相关联的车轮制动器的最大可产生的制动力限制为预设的极限值。由此阻止，利用发生故障的转向促动器不再可转向的车轮在制动过程期间或通过在此作用到车轮上的力呈现大的转向角，这会使驾驶安全变差。

按照根据本发明的用于运行机动车的线控转向系统的方法，其中，线控转向系统具有至少两个在线控转向系统的正常运行时彼此独立地可转向的车轮和至少两个转向促动器，转向促动器分别与可转向的车轮相关联并且设计为用于调节各自的可转向的车轮的转向角，在该方法中，检测是否转向促动器中的一个故障，并且在检测到表征线控转向系统的紧急运行的转向促动器的故障时，利用其直接性与在正常运行时的转向比的直接性不同的转向比来控制至少一个另外的转向促动器。

上面参考线控转向系统提到的优点相应与该方法相关联。线控转向系统尤其是可以用于执行该方法。就此而言，线控转向系统的有利的设计方案可以是该方法的有利的设计方案，即使随后没有对此进行详细说明。

根据另外的有利的设计方案，在检测到转向促动器的故障时，至少一个另外的转向促动器利用比在正常运行时更直接的转向比来控制。上面参考线控转向系统的相应的设计方案提到的优点相应与该设计方案相关联。

附图说明

下面，参考附图借助优选的实施方式示例性地阐述本发明，其中随后示出的特征不仅分别单独地而且也以彼此间不同的组合可以示出本发明的改进的或有利的方面。附图中：

图1示出用于根据本发明的机动车的实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了一种用于根据本发明的具有线控转向系统2的机动车1的实施例的示意图。机动车1包括两个可转向的前轮3和4和两个不可转向的后轮5。

线控转向系统2包括两个在线控转向系统2的正常运行中彼此独立地可转向的前轮2和两个转向促动器6和7，转向促动器分别与可转向的前轮3或4中的一个相关联，并且设计为用于调节各自的可转向的前轮3或4的转向角。

此外，线控转向系统2包括在信号技术上与转向促动器6和7连接的转向电子器件8，其设计为用于基于转向指令或电转向指令信号单独地控制转向促动器6和7。

转向电子器件8设计为用于检测转向促动器6或7中的一个是否故障，并且在检测到表征线控转向系统2的紧急运行的转向促动器6或7的故障时，利用其直接性与正常运行中的转向比的直接性不同的转向比来控制另外的转向促动器7或6。转向电子器件8尤其是可以设计为用于在检测到转向促动器6或7的故障时，利用比在正常运行时更直接的转向比来控制另外的转向促动器7或6。

转向比的该调整可以优选一次性地在进入紧急运行时实现，即，相应调整的转向比持续有效，直到紧急运行阶段结束。

至少一个转向促动器6或7可以设计为，使得转向促动器在其故障时禁止与该转向促动器相关联的可转向的车轮3或4的转向运动。替换地，至少一个转向促动器6或7可以设计为，使得转向促动器在其故障时释放与该转向促动器相关联的可转向的车轮3或4的转向运动。替换地，至少一个转向促动器6或7可以设计为，使得转向促动器在其故障时减弱与该转向促动器相关联的可转向的车轮3或4的转向运动。

线控转向系统2可选地可以具有在信号技术上与转向电子器件8连接的耦合装置9，其设计为用于使前轮轴的可转向的车轮3和4在耦合装置9的耦合状态中在机械上相互耦合，并且在耦合装置9的退耦状态中在机械上相互退耦。转向电子器件8在此可以设计为用于控制耦合装置9，使得耦合装置9在线控转向系统2的正常运行时处于其退耦状态中，并且在线控转向系统2的紧急运行中处于其耦合状态中。

机动车1此外包括在信号技术上与转向电子器件8连接的制动模块10，其设计为用于控制与车轮3、4和5相关联的车轮制动器11。转向电子器件8设计为用于控制制动模块10，使得制动模块10在线控转向系统2的紧急运行时将与具有发生故障的转向促动器6或7的可转向的车轮3或4相关联的车轮制动器11的最大可产生的制动力限制为预设的极限值。

附图标记列表

1 机动车

2 线控转向系统

3 可转向的车轮

4 可转向的车辆

5 不可转向的后轮

6 转向促动器

7 转向促动器

8 转向电子器件

9 耦合装置

10 制动模块

11 车轮制动器

Claims (11)

1.一种用于机动车(1)的线控转向系统(2)，其具有

至少两个在线控转向系统(2)的正常运行时彼此独立地可转向的车轮(3，4)，

至少两个转向促动器(6，7)，所述转向促动器分别与可转向的车轮(3，4)中的一个相关联并且设计为用于调节各自的可转向的车轮(3，4)的转向角，和

至少一个在信号技术上与转向促动器(6，7)连接的转向电子器件(8)，所述转向电子器件设计为用于基于转向指令单独地控制转向促动器(6，7)，其中，

所述转向电子器件(8)设计为用于检测转向促动器(6，7)中的一个是否故障，

其特征在于，

所述转向电子器件(8)设计为用于在检测到表征线控转向系统(2)的紧急运行的转向促动器(6，7)的故障时，利用其直接性与在正常运行时的转向比的直接性不同的转向比来控制至少一个另外的转向促动器(6，7)，所述转向电子器件(8)还设计为从一个或多个转向比中选择特定的转向比，并且用于控制至少一个未发生故障的转向促动器，并且在进入紧急运行时，一次性地调节有偏差的转向比。

2.根据权利要求1所述的线控转向系统(2)，

其特征在于，

所述转向电子器件(8)设计为用于在检测到转向促动器(6，7)故障时，利用比在正常运行时更直接的转向比来控制至少一个另外的促动器(6，7)。

3.根据权利要求1或2所述的线控转向系统(2)，

其特征在于，

至少一个转向促动器(6，7)设计为，使得所述至少一个转向促动器在其故障时禁止与其相关联的可转向的车轮(3，4)的转向运动。

4.根据权利要求1或2所述的线控转向系统(2)，

其特征在于，

至少一个转向促动器(6，7)设计为，使得所述至少一个转向促动器在其故障时释放与其相关联的可转向的车轮(3，4)的转向运动。

5.根据权利要求1或2所述的线控转向系统(2)，

其特征在于，

至少一个转向促动器(6，7)设计为，使得所述至少一个转向促动器在其故障时减弱与其相关联的可转向的车轮(3，4)的转向运动。

6.根据权利要求1或2所述的线控转向系统(2)，

其特征在于

至少一个在信号技术上与转向电子器件(8)连接的耦合装置(9)，其设计为用于使轮轴的可转向的车轮(3，4)在耦合装置(9)的耦合状态中相互机械耦合，并且在耦合装置(9)的退耦状态中相互机械退耦，其中，转向电子器件(8)设计为用于控制耦合装置(9)，使得耦合装置(9)在线控转向系统(2)的正常运行时处于其退耦状态中，并且在线控转向系统(2)的紧急运行时处于其耦合状态中。

7.根据权利要求1或2所述的线控转向系统(2)，

其特征在于，

在进入紧急运行时一次性地调节有偏差的转向比。

8.一种机动车(1)，

其特征在于

根据权利要求1至7中任一项所述的线控转向系统(2)。

9.根据权利要求8所述的机动车(1)，

其特征在于

至少一个在信号技术上与转向电子器件(8)连接的制动模块(10)，所述制动模块设计为用于控制至少与可转向的车轮(3，4)相关联的车轮制动器(11)，其中，所述转向电子器件(8)设计为用于控制制动模块(10)，使得制动模块(10)在线控转向系统(2)的紧急运行时将与具有发生故障的转向促动器(6，7)的可转向的车轮(3，4)相关联的车轮制动器(11)的最大可产生的制动力限制为预设的极限值。

10.一种用于运行机动车(1)的线控转向系统(2)的方法，其中，所述线控转向系统(2)具有至少两个在线控转向系统(2)的正常运行时彼此独立地可转向的车轮(3，4)和至少两个转向促动器(6，7)，所述转向促动器分别与可转向的车轮(3，4)中的一个相关联并且设计为用于调节各自的可转向的车轮(3，4)的转向角，其中，

检测转向促动器(6，7)中的一个是否故障，

其特征在于，

在检测到表征线控转向系统(2)的紧急运行的转向促动器(6，7)的故障时，利用其直接性与在正常运行时的转向比的直接性不同的转向比控制至少一个另外的转向促动器(6，7)，其中，从一个或多个转向比中选择特定的转向比，并且用于控制至少一个未发生故障的转向促动器，并且其中，在进入紧急运行时，一次性地调节有偏差的转向比。

11.根据权利要求10所述的方法，

其特征在于，

在检测到转向促动器(6，7)的故障时，至少一个另外的转向促动器(6，7)利用比在正常运行时更直接的转向比来控制。

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