CN112424055A - 车辆的辅助转向系统中辅助功能应用的加权 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节车辆中辅助转向系统的辅助功能应用的方法，所述车辆包括至少两个车轮、方向盘和在齿条上施加辅助扭矩(C_RP)的辅助电机，所述方法实现评估所述辅助功能的应用增益(G_A)的步骤(3)、估计与所述辅助功能相关联的辅助扭矩(C_R)的步骤(2)以及将与所述辅助功能相关联的辅助扭矩(C_R)和应用增益(G_A)相乘的步骤(4)，其特征在于，评估应用增益(G_A)的步骤(3)包括根据横摆角速度(V_L)和方向盘的角度(α_D)确定第一增益(G₁)的第一阶段(31)。

Description

车辆的辅助转向系统中辅助功能应用的加权

技术领域

本发明涉及动力转向系统领域，并且更具体地，涉及一种用于调节车辆中动力转向系统的辅助功能应用的方法。

背景技术

机动车辆通常包括允许驾驶员修改车辆行驶的轨迹的转向系统。为了做到这一点，驾驶员改变方向盘的角度。方向盘连接到转向柱，转向柱本身连接到齿条，齿条将方向盘的角度转换为平移运动，使其有可能修改车辆转向车轮的方向，从而进行右转弯或左转弯。

随后，将认为转向车轮位于车辆的前部。当方向盘的角度基本为零时，转向车轮基本上与车辆的伸长轴对齐，并且车辆沿直线轨迹行驶。按照本文档其余部分的惯例，当驾驶员负方向转动方向盘时，方向盘的角度变为负，转向车轮与车辆的伸长轴形成负角度，并且车辆进行左转弯。相反，当驾驶员正方向转动方向盘时，方向盘的角度变为正，转向车轮与车辆的伸长轴形成正角度，并且车辆进行右转弯。

在动力转向系统的情况下，通过辅助电机帮助驾驶员修改轨迹，该辅助电机向齿条传送辅助扭矩，从而促进方向盘的定位。

根据天气条件、路面状态和驾驶员期望的轨迹，为车辆定义了不同的动态驾驶情况。

车辆可能处于转向情况，即驾驶员转动方向盘使得方向盘的角度不是零，并且车辆因此进行转弯的情况。

车辆可能处于过度转向情况，即驾驶员转动方向盘的角度大于在转向车轮的正常抓地力的情况下进行期望转弯所需的角度的情况。

车辆可能处于撤转向(off-steering)情况，即驾驶员在转向或过度转向后，以与转向或过度转向方向相反的方向转动方向盘而不超过基本上等于0的方向盘的角度的情况。

最后，车辆可能处于反向转向情况，即驾驶员在转向或过度转向后，以与大于基本上等于0的角度的角度的转向或过度转向方向相反的方向转动方向盘的情况。

例如，当车辆行驶在驾驶员不希望的轨迹上时，驾驶员需要过度转向或反向转向。特别是，在通过弯道时，如果驾驶员加速，则质量沿着车辆的伸长轴从车辆的前部转移到车辆的后部。这种质量转移的结果是为前车轮减轻可能导致前车轮脱落的车辆的重量。然后车辆执行所谓的转向不足，这意味着车辆做出的转弯角度小于驾驶员所希望的转弯角度。

例如，当车辆过快到达弯道入口并突然减速以降低其速度时，驾驶员需要撤转向或反向转向，存在从车辆的后部到车辆的前部的质量转移。这种质量转移具有为后车轮减轻可能导致后车轮在路面上失去抓地力的车辆的重量的效果。然后，车轮稍微转向弯道内侧，就足以使车辆进行旋转运动，其中车辆的后部从前部前面经过。然后，车辆执行所谓的过度转向或更常见的“头对尾”，也就是说，车辆做出的转弯角度大于驾驶员所希望的转弯角度。

为了帮助驾驶员控制其车辆的轨迹，已知如专利WO2010070229和WO2016083702所述尽早检测转向不足或过度转向，并在校正车辆的轨迹时应用辅助功能。

除了轨迹校正辅助功能外，动力转向系统还包括其他辅助功能，例如，使其有可能校正机械转向缺陷或改善车辆行驶状况的感觉。这些包括，例如，旨在使方向盘的角度基本为零的方向盘中心的返回功能，或者旨在使方向盘感觉和车辆动力学尽可能自然的减震功能。

已知通过根据车辆的纵向加速度和横向加速度确定补偿增益来调节动力转向系统上这些辅助功能的应用。

横向加速度对应于车辆沿垂直于车辆的伸长轴的轴的瞬时位置相对于时间的二阶导数，即当车辆执行弯道轨迹时的车辆加速度。

纵向加速度对应于车辆沿车辆的伸长轴的瞬时位置相对于时间的二阶导数，也就是说，当车辆执行直线轨迹时的车辆加速度。

这样，根据车辆的横向和纵向加速度，即根据车辆的动态参数，应用辅助功能。

本发明的目的是改进辅助功能的应用的调制，以便考虑所有动态驾驶情况，即转向、过度转向、撤转向和反向转向情况。

发明内容

为此，本发明提出了一种用于调节车辆中动力转向系统的辅助功能的应用的方法，所述车辆包括至少两个车轮、方向盘、向齿条施加辅助扭矩的辅助电机，所述方法实现评估所述辅助功能的应用增益的步骤、估计与所述辅助功能相关联的辅助扭矩的步骤以及将与所述辅助功能相关联的辅助扭矩与应用增益相乘的步骤，其特征在于，评估应用增益的步骤包括根据横摆角速度和方向盘的角度确定第一增益的第一阶段。

对其施加应用增益的辅助功能可以是集成到车辆转向系统中并且使得例如校正车辆的轨迹、校正方向的机械缺陷或改善车辆行驶状况的感觉成为可能的任何辅助功能。例如，可以提到方向盘中心的返回功能或减震功能。

当车辆包括若干辅助功能时，根据本发明的方法确定与存在辅助功能一样多的应用增益。

根据本发明的方法允许根据动态驾驶情况，即根据转向、过度转向、撤转向和反向转向情况，以及根据路面上的车辆抓地力的情况，在转向系统上逐步应用辅助功能，即调节。

例如，当车辆在低抓地力路面(例如冰)上执行直线轨迹时，车轮对路面的抓地力较差。在这种情况下，驱动扭矩高，但纵向加速度低。如果路面(例如沥青)具有高抓地力，车轮在路面上的抓地力很强，并且纵向加速度很重要。因此，根据车辆抓地力状况，必须应用某些辅助功能，而不能应用其他辅助功能。

横摆角速度对应于车辆绕垂直轴的旋转运动的速度。

第一确定阶段检查方向盘的角度和横摆角速度之间的一致性。

应用增益包括根据车辆的参数的第一增益。

然后将所述应用增益乘以与所述辅助功能相关联的辅助扭矩，从而确定由辅助电机施加到车辆齿条上的加权辅助扭矩。

根据本发明的特征，第一增益取决于横摆角速度的绝对值，或者取决于从横摆角速度和车辆速度计算得出的理论角度，或者取决于从横摆角速度和车辆速度计算得出的理论横向加速度。

根据本发明的特征，第一增益取决于方向盘的角度或取决于从方向盘的角度和车辆速度计算得出的理论横摆角速度。

根据本发明的特征，第一增益取决于方向盘的角度乘以横摆角速度的符号，或者取决于理论横摆角速度乘以从方向盘的角度和车辆速度计算得出的横摆角速度的符号。

因此，第一增益由三维图形表示。

根据本发明的特征，评估应用增益的步骤包括根据车辆的纵向加速度确定第二增益的第二阶段。

第二增益取决于车辆的参数。

第二增益由二维图形表示，其中x轴表示纵向加速度，并且y轴表示第二增益。

根据本发明的特征，评估应用增益的步骤包括根据车辆的横向加速度确定第三增益的第三阶段。

第三增益，每个增益取决于车辆的参数。

第三增益由二维图形表示，其中x轴表示横向加速度，并且y轴表示第三增益。

根据本发明的特征，第一增益、第二增益和第三增益包括在0和1之间。

根据本发明的特征，评估应用增益的步骤包括将第一增益、第二增益和第三增益相乘。

因此，当第一增益、第二增益或第三增益中的一个的值为0时，应用增益为零，因此加权辅助扭矩为零，也就是说，在这种动态驾驶情况下不应用辅助功能。当第一增益、第二增益和第三增益的值为1时，加权辅助扭矩最大，也就是说，在这种动态驾驶情况下，辅助功能应用于车辆。

随后，我们将考虑对其施加应用增益的辅助功能是方向返回功能，其使得补偿牵引扭矩现象成为可能，也称为“扭矩转向”。当至少两个车轮配备有限滑差速器或“自锁差速器”时，就会出现牵引扭矩现象，从而可以将车辆的驱动电机提供的驱动扭矩传递到具有最低转速的车轮，即，当车辆转弯时位于弯道内侧的车轮，或两个车轮(如果它们具有相同的转速)，或在位于弯道外侧的相同车轮处(如果内侧车轮打滑)。例如，当车辆左转时，也就是说当左车轮位于弯道内侧时，左车轮的速度比右车轮慢，因此是左车轮接收驱动扭矩。如果左车轮打滑，则它的速度增加，直到它达到右车轮的速度。然后驱动扭矩被传递到右车轮上，造成牵引扭矩现象，即自动向右转向的现象。当车辆执行直线轨迹并且车轮在路面上具有不同的抓地力时，也会出现牵引扭矩现象。

根据本发明的特征，该方法还包括计算补偿增益的步骤，该步骤包括根据两个车轮中的至少一个的车轮扭矩确定第四增益的第四阶段。

一方面，每个车轮承受驱动扭矩的一部分，另一方面，还要承受与所行驶的轨迹和路面相联系的摩擦力。因此，施加在车轮上的力可能因车轮而异。

车轮扭矩是所述车轮接收的驱动扭矩的一小部分。

第四增益由二维图形表示，其中x轴表示至少一个车轮的扭矩，并且y轴表示第四增益。第四增益表示牵引扭矩现象的强度。

根据本发明的特征，第四增益包括在0和1之间。

根据本发明的特征，计算补偿增益的步骤包括根据方向盘的角度和至少两个车轮的转速差确定第五增益的第五阶段。

第五增益表示处于可能导致出现牵引扭矩现象的驾驶情况的概率。

根据本发明的特征，第五确定阶段取决于方向盘的角度乘以至少两个车轮的转速差的符号，并且取决于至少两个车轮的转速差的绝对值。

因此，第五增益由三维图形表示。

根据本发明的特征，第五增益包括在0和1之间。

根据本发明的特征，计算补偿增益的步骤在于将第四增益和第五增益相乘。

补偿增益是包括在0和1之间的增益。它不断变化。

当第四增益或第五增益中的一个的值为0时，补偿增益为零，因此加权返回扭矩为零，也就是说，没有检测到牵引扭矩现象，并且当第四增益和第五增益的值为1时，加权返回扭矩最大，也就是说，对车辆施加了牵引扭矩现象。

在乘法步骤中将补偿增益乘以应用增益和与返回功能相关联的辅助扭矩。

该方法在返回功能完全激活的状态和返回功能不激活的状态之间进行连续转换。这样，驾驶员就不会感觉到返回功能的激活或停用。

根据本发明的特征，根据两个车轮中的至少一个的转速、发动机速度和驱动发动机提供的驱动扭矩来确定车轮扭矩。

每单位时间内由驱动电机执行的旋转次数被称为发动机速度。

本发明还涉及一种车辆的动力转向设备，该车辆包括至少两个车轮、方向盘、向齿条施加辅助扭矩的辅助电机、在至少两个车轮上施加车轮扭矩的驱动电机，并且实现根据本发明的用于调节车辆中动力转向系统的辅助功能的应用的方法。

附图说明

由于以下描述，本发明将被更好地理解，以下描述涉及根据本发明的实施例，其以非限制性示例的方式给出并参考所附示意图解释，其中：

图1是根据本发明的方法的步骤的示意性图示；

图2是表示根据本发明的第五增益的三维图形，第五增益取决于方向盘的角度乘以车辆的两个车轮的转速差的符号和两个车轮的转速差的绝对值。

图3是示出根据本发明的第一增益的三维图形，第一增益取决于方向盘角度乘以车辆横摆角速度的符号和横摆角速度的绝对值。

具体实施方式

在本说明书的其余部分中，考虑了包括方向盘的车辆，该方向盘允许驾驶员根据方向盘的角度α_D修改车辆行驶的轨迹。方向盘连接到转向柱，转向柱本身连接到齿条，齿条将方向盘的角度α_D转换为平移运动，使其有可能修改两个转向车轮的方向，也就是说，这使其有可能修改车辆和电机的轨迹，也就是说，被设置成将由车辆发动机传递的全部或部分驱动扭矩传送到路面，以便驱使所述车辆，从而执行右转弯或左转弯。

通过向齿条施加辅助扭矩的辅助电机，来辅助驾驶员按照自己的意图改变方向盘的角度α_D。

图1示出了根据本发明的用于调节车辆中动力转向系统的辅助功能的应用的方法。更具体地说，图1示出了一种用于调节返回功能的应用的方法。

返回功能使得施加辅助扭矩C_R成为可能，以补偿在某些车辆驾驶情况下出现的牵引扭矩现象所施加的方向盘的角度α_D的偏差。

在估计与返回功能相关联的辅助扭矩C_R的步骤2期间，返回功能确定辅助扭矩C_R，使得补偿由牵引扭矩现象施加的方向盘的角度α_D的偏差成为可能。估计步骤2接收车辆速度V_V、方向盘的角度α_D和方向盘的转速V_D作为输入。

此外，该方法在计算补偿增益G_C的步骤1期间确定补偿增益G_C，该步骤1包括确定第四增益G₄的第一阶段11和确定第五增益G₅的第五阶段12。

第四阶段11接收由车辆的驱动电机提供的驱动扭矩C_M(使其有可能驱使车辆)、发动机速度E_RPM(即，单位时间内由驱动电机执行的旋转次数)和两个车轮的转速V_R作为输入。因此，第四阶段11确定第四增益G₄，其由二维图形表示，其中x轴表示车轮扭矩，即车轮接收的驱动扭矩C_M的一部分，并且y轴表示第四增益G₄。第四增益G₄表示牵引扭矩现象的强度。它包括在0和1之间。

第五阶段12接收两个车轮的转速V_R和方向盘的角度α_D作为输入。因此，第五阶段12确定第五增益G₅，其由三维图形表示，如图2所示，在x轴上包括两个车轮的转速差的绝对值|ΔV_R|(以千米每小时km/h为单位)，并且在尺寸轴上包括方向盘的角度α_D乘以两个车轮的转速差的符号(ΔV_R sign)，以下称为带符号的方向盘的角度α_D，以度deg为单位。

更准确地说，当车辆处于不存在出现牵引扭矩现象的风险的驾驶情况时，第五增益G₅在第一区域21中具有基本上等于0的值。

因此，确定当车轮之间的转速差ΔV_R较大(大于3km/h)并且带符号的方向盘的角度α_D为负时，不存在出现牵引扭矩现象的风险。该第一区域21表示车辆在一个方向上进行转弯(例如在车辆的行驶方向上进行左转弯)的驾驶情况，其中左车轮的转速V_R大于右车轮的转速。实际上，在具有最低转速V_R的车轮(即在我们的示例中的右车轮)上的驱动扭矩C_M的转移将促进车辆向左转弯。

在第二区域22中，第五增益G₅在带符号的方向盘的角度α_D基本上等于0时具有基本上等于0的值，并且在带符号的方向盘的角度α_D基本上等于1时具有基本上等于1的值。在第二区域22中，第五增益G₅连续增加。第二区域22表示存在出现牵引扭矩现象的风险的车辆驾驶情况。实际上，带符号的方向盘的角度α_D增加得越多，也就是说车辆越是做出弯曲的轨迹，出现牵引扭矩现象的风险就越大。

此外，在第三区域23中，当车轮之间的转速差ΔV_R很小(小于3km/h)并且带符号的方向盘角度α_D为负时，第五增益G₅具有基本上等于0的值，并且当车轮之间的转速差ΔV_R等于0km/h且带符号的方向盘角度α_D等于-90°时，具有高达0.8的增加值。第三区域23表示存在出现牵引扭矩现象的平均风险的车辆驾驶情况。事实上，车轮之间的速度差越小，就越可能出现牵引扭矩现象。

第五增益G₅在0和1之间变化，表示处于可能导致出现牵引扭矩现象的驾驶情况的概率。

补偿增益G_C的计算步骤1包括将第四增益G₄和第五增益G₅相乘。

因此，当第四增益G₄和/或第五增益G₅的值为0时，补偿增益G_C为0，也就是说，没有检测到牵引扭矩现象，并且当第四增益G₄和第五增益G₅的值为1时，补偿增益G_C等于1，也就是说，在车辆上施加了牵引扭矩现象。

该方法还在评估应用增益G_A的步骤3期间确定与返回功能相关联的应用增益G_A，步骤3包括确定第一增益G₁的第一阶段31、确定第二增益G₂的第二阶段32和确定第三增益G₃的第三阶段33。

第三阶段33接收车辆的横向加速度A_lat的值作为输入。因此，第三阶段33确定第三增益G₃，其由在x轴上具有横向加速度A_lat且在y轴上具有在0和1之间变化的第三增益G₃的二维图形表示。

横向加速度对应于车辆在弯道中做出轨迹时的车辆加速度。

第二阶段32接收车辆的纵向加速度A_lon的值作为输入。因此，第二阶段32确定第二增益G₂，其由在x轴上具有纵向加速度A_lon且在y轴上具有在0和1之间变化的第二增益G₂的二维图形表示。

纵向加速度A_lon对应于当车辆执行直线轨迹时的车辆加速度。

第一阶段31接收车辆的方向盘角度α_D和横摆角速度V_L作为输入。因此，第一阶段31确定由三维图形表示的第一增益G₁，如图3所示，该三维图形在x轴上包括方向盘的角度α_D乘以横摆角速度的符号，其被称为带符号的方向盘角度α_D，并且在尺寸轴上包括车辆横摆角速度的绝对值|V_L|。横摆角速度V_L对应于车辆绕垂直轴的旋转运动的速度。

更准确地说，当带符号的方向盘的角度α_D为负时，第一增益G₁在第一区域24中具有基本上等于1的值，并且当带符号的方向盘的角度α_D为正时，第一增益G₁在第二区域25中具有基本上等于0的值。

第一增益G₁说明了方向盘的角度α_D和横摆角速度V_L之间的一致性。

应用增益G_A是第三增益G₃、第二增益G₂和第一增益G₁的乘积。应用增益G_A包括在0和1之间。

在乘法步骤4期间，将与返回功能相关联的辅助扭矩C_R与应用增益G_A和补偿增益G_C相乘，以获得加权返回扭矩C_RP。

因此，补偿增益G_C根据施加到车辆的牵引扭矩现象的强度来调节返回功能的应用，并且应用增益G_A根据车辆的动态情况(即转向、过度转向、撤转向和反向转向情况)调节返回功能的应用，以便考虑路面上的车辆抓地力的情况。

只有在出现牵引扭矩现象时，加权返回扭矩C_RP才允许在转向系统上逐步应用转向返回功能。因此，该方法在返回功能完全激活的状态(即当应用增益G_A和补偿增益G_C等于1时)和返回功能不激活的状态(即当应用增益G_A和/或补偿增益G_C等于0时)之间执行连续转换。这样，驾驶员就不会感觉到返回功能的激活或停用。

当然，本发明不限于附图中描述和表示的实施例。在不脱离本发明的保护范围的情况下，特别是从各种元件的构成的角度来看或者通过替代技术等效物，修改仍然是可能的。

Claims (10)

1.一种用于调节车辆中动力转向系统的辅助功能的应用的方法，所述车辆包括至少两个车轮、方向盘、在齿条上施加辅助扭矩(C_RP)的辅助电机，所述方法实施评估所述辅助功能的应用增益(G_A)的步骤(3)、估计与所述辅助功能相关联的辅助扭矩(C_R)的步骤(2)以及将与所述辅助功能相关联的辅助扭矩(C_R)和所述应用增益(G_A)相乘的步骤(4)，其特征在于，评估所述应用增益(G_A)的步骤(3)包括根据以下条件确定第一增益(G₁)的第一阶段(31)：

-横摆角速度(V_L)和

-所述方向盘的角度(α_D)乘以横摆角速度(V_L)的符号，或理论横摆角速度乘以从所述方向盘的角度(α_D)和车辆速度(V_V)计算出的横摆角速度(V_L)的符号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一增益(G₁)取决于所述横摆角速度(V_L)的绝对值，或者取决于从所述横摆角速度(V_L)和车辆速度(V_V)计算出的理论角度，或者取决于从所述横摆角速度(V_L)和所述车辆速度(V_V)计算出的理论横向加速度。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一增益(G₁)取决于所述方向盘的角度(α_D)，或取决于从所述方向盘的角度(α_D)和所述车辆速度(V_V)计算出的理论横摆角速度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，评估所述应用增益(G_A)的步骤(3)包括根据所述车辆的纵向加速度(A_lon)确定第二增益(G₂)的第二阶段(32)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，评估所述应用增益(G_A)的步骤(3)包括根据所述车辆的横向加速度(A_lat)确定第三增益(G₃)的第三阶段(33)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一增益(G₁)、所述第二增益(G₂)和所述第三增益(G₃)在0和1之间。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的方法，其中，评估所述应用增益(G_A)的步骤(3)包括将所述第一增益(G₁)、所述第二增益(G₂)和所述第三增益(G₃)相乘。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括计算补偿增益(G_C)的步骤(1)，所述步骤(1)包括根据所述两个车轮中的至少一个的车轮扭矩确定第四增益(G₄)的第四阶段(11)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，计算补偿增益(G_C)的步骤(1)包括根据所述方向盘的角度(α_D)和所述至少两个车轮的转速(V_R)的差确定第五增益(G₅)的第五阶段(12)。

10.一种车辆的动力转向设备，包括至少两个车轮、方向盘、向齿条施加辅助扭矩(C_RP)的辅助电机、在所述至少两个车轮上施加车轮扭矩的驱动电机，并且实施根据前述权利要求中任一项所述的调节车辆中动力转向系统的辅助功能的应用的方法。

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