專利名稱：在方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間沒(méi)有機(jī)械連接的車輛轉(zhuǎn)向控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車轉(zhuǎn)向，尤其涉及在控制構(gòu)件(通常為方向盤)和 轉(zhuǎn)向輪或多個(gè)轉(zhuǎn)向輪之間沒(méi)有機(jī)械連接的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在使用電動(dòng)控制的情況下尤為適當(dāng)。
現(xiàn)有技術(shù)
在現(xiàn)有技術(shù)中，乘客車輛的轉(zhuǎn)向在大部分時(shí)間內(nèi)是通過(guò)以機(jī)械方 式連接到轉(zhuǎn)向車輪上的方向盤進(jìn)行控制的。駕駛員通過(guò)在方向盤上沿 一個(gè)方向或沿另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)以使車輛沿一個(gè)方向或沿另一個(gè)方向朝 向而作用。這樣，駕駛員就使車輛發(fā)生偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)向通常都進(jìn)行了 輔助并且電動(dòng)轉(zhuǎn)向輔助趨于替代液壓輔助，而這沒(méi)有消除方向盤和轉(zhuǎn) 向車輪之間的機(jī)械連接。
另外，用于汽車的所有致動(dòng)器的完全的電動(dòng)控制裝置得到了越來(lái) 越多的發(fā)展。在轉(zhuǎn)向時(shí)，該技術(shù)表示為非常流行的英語(yǔ)表達(dá)式"線控 轉(zhuǎn)向"。這包括使用電連接替代轉(zhuǎn)向控制(例如方向盤)和轉(zhuǎn)向車輪 之間的連接，這些連接當(dāng)前通常為機(jī)械連接且有時(shí)為液壓連接。轉(zhuǎn)向 車輪連接到電動(dòng)致動(dòng)器之一上，其中電動(dòng)致動(dòng)器能夠在任何時(shí)間導(dǎo)致 和控制轉(zhuǎn)向車輪上的轉(zhuǎn)向。因此在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)沒(méi)有連接轉(zhuǎn)向車輪和方向盤 的機(jī)械連接。由車輛的駕駛員在他的方向盤上發(fā)出的命令就轉(zhuǎn)換為電 信號(hào)。電動(dòng)致動(dòng)器自身接收電信號(hào)。整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由能夠以適當(dāng)?shù)姆?式控制電動(dòng)致動(dòng)器的控制器管理。
該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是它隨著電子技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)展的很理想，這形成 可能的越來(lái)越多的復(fù)雜的反饋控制并且不僅可以在由車輛的駕駛員施 加的手動(dòng)控制的控制下進(jìn)行轉(zhuǎn)向，而且可以在安全系統(tǒng)的控制下進(jìn)行 轉(zhuǎn)向，其中安全系統(tǒng)連續(xù)地分析車輛的實(shí)際狀態(tài)并且導(dǎo)入必要的校正 值來(lái)保持車輛功能的穩(wěn)定性。因此，例如，可以向轉(zhuǎn)向車輪施加一個(gè) 轉(zhuǎn)向角，該轉(zhuǎn)向角不僅考慮到來(lái)自車輛駕駛員的命令，而且考慮到在 車輛上例如為了減少轉(zhuǎn)向不足或防止過(guò)度轉(zhuǎn)向而觀察到的動(dòng)力參數(shù)。
僅僅通過(guò)電氣方法控制轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)還開(kāi)創(chuàng)了車輛構(gòu)造的新的可 能，因?yàn)閷?duì)機(jī)械轉(zhuǎn)向柱的體積和位置不再有約束。這就可以例如更容 易地生成有時(shí)在右側(cè)駕駛有時(shí)在左側(cè)駕駛的車輛。轉(zhuǎn)向柱的消失還改 進(jìn)了駕駛員的安全。
現(xiàn)有技術(shù)中已知有許多建議來(lái)安裝有效地允許車輪轉(zhuǎn)向的所有所
需元件。美國(guó)專利5， 347， 458提出一種電氣設(shè)備來(lái)控制轉(zhuǎn)向車輪并且實(shí) 現(xiàn)方向盤處的反饋。該專利中提出的需求考慮了車輛的橫向加速度和 偏轉(zhuǎn)加速度。美國(guó)專利5，348，111提出一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控 制不僅包括車輛的橫向加速度和偏轉(zhuǎn)加速度而且包括車輛的縱向速 度。可以看出，現(xiàn)有技術(shù)中已知的由電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)考慮到的參數(shù)是車 輛的橫向加速度、偏轉(zhuǎn)加速度和速度。
在新穎或是由電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)促進(jìn)的范圍內(nèi)，還可以引入如下事實(shí)， 即更容易地假定車輛的所有車輪都進(jìn)行轉(zhuǎn)向。作為例子，美國(guó)專利 6, 192， 304提出一種用于車輛的四個(gè)車輪都進(jìn)行轉(zhuǎn)向的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 同樣，美國(guó)專利6， 549， 835也提出一種用于具有四個(gè)轉(zhuǎn)向車輪的車輛的 電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)且其控制還使用了視覺(jué)設(shè)備。
無(wú)論車輛轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度如何，特別是從防止車輛離開(kāi) 正常操作路徑的安全系統(tǒng)的干預(yù)的觀點(diǎn)而言，特別是對(duì)于其中所有的
車輪都轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，強(qiáng)大并且駕駛員樂(lè)于操作的控制始終是一個(gè) 問(wèn)題，該控制用于計(jì)算每個(gè)轉(zhuǎn)向的車輪依照駕駛員的指令應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)的 角度，并且該問(wèn)題并未在現(xiàn)有技術(shù)中得到很好的解決。
特別是希望防止由于駕駛員的動(dòng)作量值過(guò)大對(duì)于車輛的穩(wěn)定性產(chǎn) 生的不利結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決該問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種用于陸地車輛的轉(zhuǎn)向控制系 統(tǒng)，其中該車輛包括至少一個(gè)前輪和一個(gè)后輪，所有車輪都可轉(zhuǎn)向， 該轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括可供駕駛員用于執(zhí)行車輛轉(zhuǎn)向的控制構(gòu)件，該控 制構(gòu)件輸送在幅度和方向方面量化的請(qǐng)求轉(zhuǎn)向信號(hào)，所述轉(zhuǎn)向控制系 統(tǒng)包括至少一個(gè)用于對(duì)至少一個(gè)前轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角起作用的致動(dòng)器 和至少一個(gè)用于對(duì)至少一個(gè)后轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角起作用的致動(dòng)器，所 述轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括控制器，該控制器至少將車輛速度和所述請(qǐng)求轉(zhuǎn) 向信號(hào)用作輸入變量以對(duì)于每個(gè)致動(dòng)器確定該致動(dòng)器轉(zhuǎn)向所依照的控 制信號(hào)，
其特征在于，該控制器包括
*最終單元，該最終單元依照請(qǐng)求轉(zhuǎn)向信號(hào)確定等效自行車模型 的轉(zhuǎn)向車輪的等效轉(zhuǎn)向角并且然后確定車輛瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的 橫向坐標(biāo)，
*模塊，該模塊用于控制車輛的轉(zhuǎn)向行為，可以使之由車輛速度 和車輛動(dòng)力平衡的規(guī)則特性確定車輛瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐 標(biāo)，
*用于由瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的縱向和橫向坐標(biāo)確定每個(gè)轉(zhuǎn)向車輪的 控制角的塊。
雖然本發(fā)明的主要目的是提供一種具有完全電控的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并 且因此轉(zhuǎn)向車輪的致動(dòng)器也因此是電動(dòng)的，使用適當(dāng)?shù)臏p速傳動(dòng)比， 可以想象將上文公開(kāi)的裝置應(yīng)用到其中致動(dòng)器是液壓的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng) 中。下文中將不再重提這種可能性。
在繼續(xù)之前，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)本發(fā)明僅僅涉及車輛的每個(gè)轉(zhuǎn)向車輪的實(shí) 際轉(zhuǎn)向控制，而不是涉及駕駛員對(duì)于車輛的方向盤(或等效構(gòu)件例如 操縱桿)的感覺(jué)。這是因?yàn)?，通過(guò)轉(zhuǎn)向車輪和車輛的駕駛員可用的方 向盤之間的機(jī)械獨(dú)立，在方向盤上感覺(jué)的力無(wú)論如何都可以由專用裝 置再造和生成。可以設(shè)想不同的系統(tǒng)，讀者可以僅僅作為例子參見(jiàn)處
理此種問(wèn)題的美國(guó)專利5，347,458。不管怎樣，為了保證在方向盤上的 特定感覺(jué)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，需要安裝機(jī)械系統(tǒng)來(lái)返回直線位 置，例如簡(jiǎn)單的彈簧，或是更復(fù)雜的系統(tǒng)，包括例如以適當(dāng)?shù)姆绞娇?制的電動(dòng)機(jī)以向方向盤傳遞一個(gè)力，該力與車輛的狀態(tài)和/或來(lái)自駕駛 員的命令相關(guān)。
因此，通過(guò)在轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)向控制和駕駛員在他的方向盤(或等效 構(gòu)件)上的動(dòng)作之間的機(jī)械獨(dú)立，可以單獨(dú)地處理兩個(gè)方面，即一方 面轉(zhuǎn)向車輪的有效轉(zhuǎn)向控制和另一方面通過(guò)機(jī)械方式連接到方向盤上 的設(shè)備的控制，即使它們會(huì)相互作用?？梢蕴幚磙D(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)向控制方 面而不處理在方向盤上的特定感覺(jué)的重建方面，反之亦然。
本發(fā)明僅僅涉及車輪轉(zhuǎn)向控制并且潛在地與方向盤上力重建的多 種原理兼容。
在特定實(shí)施例中，車輛選擇的平衡的規(guī)則特性包括選擇車輛最大 橫向加速度值Yy,。特別是，該參數(shù)在安裝在車輛上的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng) 中可以具有恒定值。例如，車輛采用的最大橫向加速度Yy自有意地等 于一個(gè)G (G是重力加速度值并且大約等于9.81 m/s2)。為了結(jié)束這種選擇，所采用的基礎(chǔ)是試驗(yàn)已知的事實(shí)，即在正常粘著的干燥地面，
針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的乘客車輛， 一個(gè)G的加速度基本上對(duì)應(yīng)于輪胎保持能夠沿縱 向方向和橫向方向向地面?zhèn)鬟f水平力的最大值。
應(yīng)當(dāng)指出，該參數(shù)事實(shí)上可以在車輛研發(fā)階段通過(guò)試驗(yàn)和/或模擬 進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以設(shè)計(jì)用于純粹的電氣系統(tǒng)的轉(zhuǎn) 向控制，它可以依照希望裝備這種電動(dòng)轉(zhuǎn)向的每個(gè)車輛的特征而很容 易地開(kāi)發(fā)。例如，對(duì)于具有運(yùn)動(dòng)特性的車輛，其重心很低并且其輪胎 能夠形成高的漂移推力并且受益于非常高的粘附值，就可以具有值高 于一個(gè)G的橫向加速度參數(shù)。另外，具有家用特性的車輛，更特別地是 MPV或休閑車，其中重心與這些車輛的輪距相比相當(dāng)高，則必須具有低 的多的最大橫向加速度值，可能小于一個(gè)G，從而保持處于安全狀況下。
在本發(fā)明的實(shí)施例的特定變體中，可以選擇在車輛的運(yùn)動(dòng)的所有 速度下，駕駛員可以在整個(gè)范圍上即從一個(gè)完全轉(zhuǎn)向向另一個(gè)完全轉(zhuǎn) 向使用他的方向盤或任何其他適當(dāng)?shù)臉?gòu)件。例如，他可以最多轉(zhuǎn)動(dòng)他 的方向盤半轉(zhuǎn)，既朝左又朝右。在這種特定變體中，出現(xiàn)在方向盤和 轉(zhuǎn)向車輪之間的減速傳動(dòng)在任何情況下都是通過(guò)計(jì)算獲得的，并且涉 及車輛的縱向速度。當(dāng)然，車輛的速度越低，轉(zhuǎn)向車輪的有效轉(zhuǎn)向角 就會(huì)越大，直至達(dá)到在接近零的速度時(shí)相對(duì)于機(jī)械零件的設(shè)計(jì)而在機(jī) 械上可能的最大值。并且車輛的速度越高，由控制器允許的最大轉(zhuǎn)向 角將會(huì)越低，甚至對(duì)于方向盤上角度的最大幅度也是如此。
有利的是，如果最大橫向加速度不是一勞永逸地選取的參數(shù)，即 在車輛的運(yùn)行過(guò)程中保持恒定的參數(shù)，而是自身是依照車輛的使用狀 況而實(shí)時(shí)計(jì)算的參數(shù)，也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。作為例子，讀者可以參見(jiàn) 專利申請(qǐng)US 2002/0157746，該專利描述了如何獲得在輪胎/路面接觸 中存在的粘著系數(shù)的實(shí)時(shí)估算。更特別地，該專利申請(qǐng)描述了如何估
算在任何時(shí)間保持可用的粘著余量?；谶@一點(diǎn)并且注意到車輛的幾
何特征(輪距、軸距、重心高度)，就可以計(jì)算任何時(shí)間的最大可接
受橫向加速度。由此可以看出，本發(fā)明很好地適于考慮車輛運(yùn)動(dòng)過(guò)程
中的實(shí)際狀況，而這本身就是很大的安全和愉悅因素。
為了簡(jiǎn)化本公開(kāi)，下文中不會(huì)進(jìn)一步涉及可以獲得或選擇用在由
本發(fā)明提出的系統(tǒng)中的最大橫向加速度值的方式，也不涉及可以獲得
車輛的縱向速度或是由駕駛員通過(guò)他在方向盤上的動(dòng)作施加的角度的
方式。下面的說(shuō)明舉例說(shuō)明了本發(fā)明在具有四個(gè)車輪的車輛的特定情
形中的幾個(gè)應(yīng)用。提出了本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例，它們的區(qū)別在于在轉(zhuǎn)
向輪軸上，控制車輪的轉(zhuǎn)向的致動(dòng)器是唯一的或是與之相反，每個(gè)轉(zhuǎn) 向車輪都具有其自己的致動(dòng)器。


通過(guò)參照借助于下面的圖描述的各個(gè)實(shí)施例，可以更好地理解本 發(fā)明。
圖l顯示了在具有四個(gè)車輪的車輛上的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置圖，其
中每個(gè)車輪都進(jìn)行轉(zhuǎn)向并且均包括它們自己的致動(dòng)器；
圖2是顯示依照本發(fā)明的控制器在圖l的應(yīng)用中的框圖； 圖3顯示了在具有四個(gè)車輪的車輛上的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡(jiǎn)化布置
圖，其中所有車輪都進(jìn)行轉(zhuǎn)向，并且每個(gè)輪軸均由單個(gè)致動(dòng)器控制。
具體實(shí)施例方式
在繼續(xù)之前，應(yīng)該同意下列各個(gè)符號(hào) *標(biāo)記"1"總體上表示轉(zhuǎn)向車輪；
參當(dāng)標(biāo)記帶有下標(biāo)"Ft"時(shí)，這意味著由該標(biāo)記指定的對(duì)象涉及
車輛的前部，并且當(dāng)標(biāo)記帶有下標(biāo)時(shí)，這意味著由該標(biāo)記指定的
對(duì)象涉及車輛的后部；
當(dāng)標(biāo)記帶有下標(biāo)"R"時(shí)，這意味著由該標(biāo)記指定的對(duì)象涉及 車輛的右側(cè)，并且當(dāng)標(biāo)記帶有下標(biāo)時(shí)，這意味著由該標(biāo)記指定的 對(duì)象涉及車輛的左側(cè)；
參"e,"涉及其中車輛的駕駛員可以操縱控制構(gòu)件以執(zhí)行車輛 的轉(zhuǎn)向的最大范圍；更特別地，在所提出的所有實(shí)現(xiàn)中，可以將方向 盤操作超過(guò)一個(gè)預(yù)定的角度范圍(角度的概念并不受到限制，因?yàn)榭?以將方向盤替換為任何等效設(shè)備例如操縱桿或滑塊)；方向盤由-
被操縱到+e,并且"e "表示表征駕駛員發(fā)出的描述幅度和符號(hào)的命
令的特定值；
*應(yīng)當(dāng)指出，可以應(yīng)用本發(fā)明的所有車輛可以由等效自行車模型 來(lái)建立模型，這是一個(gè)眾所周知類型的建模，它考慮到了該模型的單
個(gè)車輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向并且"表示該轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角，并且"^ax"是
該角度可以采用的最大值。
圖l圖示了具有四個(gè)全部進(jìn)行轉(zhuǎn)向的車輪的車輛。車輪表示成lw 用于左側(cè)前輪，lw用于右側(cè)前輪，lw用于左側(cè)后輪并且l^用于右側(cè)后
輪。轉(zhuǎn)向車輪安裝在輪架(不可見(jiàn))上并且圍繞樞軸軸線io轉(zhuǎn)動(dòng)?？?br> 制轉(zhuǎn)向的桿11安裝成固定到輪架上。每個(gè)轉(zhuǎn)向車輪都由電動(dòng)致動(dòng)器3旭、 3FtR、 3^、 3^轉(zhuǎn)動(dòng)，這些電動(dòng)致動(dòng)器一方面連接到車輛的主體或底盤上 并且另一方連接到桿ll上，從而控制正在討論的車輪的轉(zhuǎn)向角。每個(gè) 電動(dòng)致動(dòng)器3ptL、 3FtR、 3RrL、 3^均包括例如由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿和 螺母設(shè)備(未顯示)。螺桿和螺母設(shè)備的螺桿連接到轉(zhuǎn)向控制桿ll上。 每個(gè)致動(dòng)器優(yōu)選地包括位置傳感器，從而在有必要時(shí)通過(guò)幾何構(gòu)造和 相關(guān)的計(jì)算來(lái)從由位置傳感器傳送的測(cè)量獲知正在討論的轉(zhuǎn)向車輪的
確切角位。通過(guò)實(shí)例，可以使用在專利US6820715中描述的電動(dòng)致動(dòng)器。 還可以看到通過(guò)機(jī)械方式連接到設(shè)備21上的方向盤2,設(shè)備21用于 測(cè)量方向盤上角度e?？刂破?控制轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向?？刂破?使用由 測(cè)量速度V和作為由駕駛員在其控制上動(dòng)作而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向信號(hào)9組成 的輸入變量?？刂破?還使用表征駕駛員可用控制的最大幅度參數(shù)e,
和車輛可以承受的橫向加速度Y^。
圖2更詳細(xì)地描述了控制器4的配置?？刂破?使用的參數(shù)在圖2中 由小正方形表示并且變量由圓點(diǎn)表示。由車輛縱向速度V的瞬時(shí)值并且 考慮到最大橫向加速度參數(shù)Y y ,，第一單元41至少依照車輛速度確定 車輛的等效自行車模型的單個(gè)轉(zhuǎn)向車輪上的最大轉(zhuǎn)向角(e,)。
為此，有利的是，控制器4的第一單元41的第一塊411通過(guò)處理下 列數(shù)學(xué)操作來(lái)確定車輛路徑適合的最小半徑&":最小半徑R^與用最大 橫向加速度Y^除的速度V的平方成比例。接下來(lái)，例如，控制器4的 第一單元41的第二塊412基于車輛的軸距值A(chǔ)和此前計(jì)算的最小半徑IU 確定與等效自行車建模相關(guān)的最大輪軸轉(zhuǎn)向角e,。
在圖2中，可以看出，第二塊412包括自行車車輛(相當(dāng)于具有四 個(gè)車輪的車輛，這在建模中通常是足夠的)的圖示，其中后輪不轉(zhuǎn)向 并且前輪轉(zhuǎn)向。還可以看到參考軸x和y，相對(duì)于它們 確定了瞬時(shí)旋轉(zhuǎn) 中心的坐標(biāo)CIR的縱向(x軸)坐標(biāo)和橫向(y軸)坐標(biāo)。它被選取成遵 守阿克曼圖形原理。這意味著車輛的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的地點(diǎn)位于垂直于 后輪的平面并且經(jīng)過(guò)車輛后輪中心的直線上。極限瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心CIR^ 是通過(guò)參考從后輪平面向所述地點(diǎn)的最小半徑值R^而獲得的。極限瞬 時(shí)旋轉(zhuǎn)中心CIR^因此是已知的，后輪和所述極限瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的接觸 區(qū)域的中心由直線線段連接并且獲得在后面的直線線段和后輪軸的延 伸部分之間的最大前輪軸轉(zhuǎn)向角^ax。
第二單元42確定車輛的駕駛員可用的控制和轉(zhuǎn)向車輪或多個(gè)車輪 之間的減速傳動(dòng)比RD。應(yīng)當(dāng)指出，該特性是完全可選的。非限制性地 是，為此考慮到，在速度V處，減速傳動(dòng)比RD在方向盤的整個(gè)操縱范圍 中是恒定的。將確定的減速傳動(dòng)比取決于車輛的設(shè)計(jì)特征，例如角度
參數(shù)e,,和車輛的性能特征，例如可以確定角度e,的最大橫向加速
度參數(shù)。減速傳動(dòng)比RD是通過(guò)確保車輪的最大角度在方向盤2的最大轉(zhuǎn) 向處獲得而獲得的。減速傳動(dòng)比RD是通過(guò)將控制構(gòu)件的所述最大范圍 9 ,除最大轉(zhuǎn)向角3 ,獲得的。因此計(jì)算的減速傳動(dòng)比RD可以在駕駛員 完全轉(zhuǎn)動(dòng)他的方向盤時(shí)從不超過(guò)車輛能夠移動(dòng)的速度下的最大橫向加 速度。因此，本發(fā)明可以從不超過(guò)車輛路徑的穩(wěn)定狀況。
最后，最終單元43依照所述減速傳動(dòng)比RD和所述請(qǐng)求的轉(zhuǎn)向信號(hào) 0確定所有轉(zhuǎn)向車輪l的轉(zhuǎn)向角a 。最終單元43的第一塊431首先確定 等效自行車模式的轉(zhuǎn)向車輪上的等效轉(zhuǎn)向角0E。通過(guò)將由駕駛員發(fā)出 的命令而產(chǎn)生的所述轉(zhuǎn)向信號(hào)0除以減速傳動(dòng)比RD，就可以非常容易 地獲得該等效轉(zhuǎn)向角PE。
第二塊432進(jìn)行下列操作。在此實(shí)例中，僅僅前輪軸進(jìn)行轉(zhuǎn)向，從
而遵守阿克曼圖形并且如上文公開(kāi)的那樣，車輛的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的地 點(diǎn)與車輛的后輪軸對(duì)齊的直線。在自行車模型上，轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)過(guò)所述
等效轉(zhuǎn)向角Pe并且然后交點(diǎn)位于垂直于自行車模型的非轉(zhuǎn)向車輪的平 面的直線和垂直于自行車模型的轉(zhuǎn)向車輪的平面的直線之間并因此轉(zhuǎn) 過(guò)所述等效轉(zhuǎn)向角eE。該交點(diǎn)對(duì)于剩余部分的計(jì)算提供了車輛瞬時(shí)旋 轉(zhuǎn)中心的橫向坐標(biāo)yR。
第三塊433可以基于在第二塊432中作出的計(jì)算并且基于在模塊5 中作出的計(jì)算確定每個(gè)轉(zhuǎn)向車輪的控制角a ，其中模塊5控制車輛的轉(zhuǎn) 向行為，這允許動(dòng)態(tài)計(jì)算車輛的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心CIR的縱向坐標(biāo)&。
為此，例如，位于控制車輛轉(zhuǎn)向行為的模塊5中的管理車輛動(dòng)力的 單元51包括位于零速度處的初始旋轉(zhuǎn)中心(CIR。)和在過(guò)渡速度Vt處的 過(guò)渡瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心(xt， yJ之間的連接曲線C1的計(jì)算，作為車輛的動(dòng) 力平衡的規(guī)則特性的元素，其中連接曲線與平行于車輛輪軸的直線C2 正切。有利的是，連接曲線是橢圓。
對(duì)于所述過(guò)渡速度處的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的橫向坐標(biāo)yt，非常有利的是 通過(guò)在車輛動(dòng)力平衡的規(guī)則特性中將最大橫向加速度值Y y ,的選擇用 作輸入?yún)?shù)來(lái)進(jìn)行確定。位于控制車輛轉(zhuǎn)向行為的模塊5中的基礎(chǔ)單元 52提供了以例如整體上類似于第一實(shí)施例中公開(kāi)的方式對(duì)于該最大橫 向加速度參數(shù)Y y自的開(kāi)發(fā)。最大橫向加速度Y y,是一勞永逸地調(diào)節(jié)車 輛行為的參數(shù)，或是在車輛的運(yùn)行過(guò)程中保持恒定的參數(shù)，或是自身 實(shí)時(shí)計(jì)算的參數(shù)。
另外，已知的是，為了提高高速時(shí)的穩(wěn)定性，速度越高，進(jìn)一步 朝車輛的后部移動(dòng)瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心CIR的位置時(shí)就有優(yōu)點(diǎn)。與之相反，速 度越低，為了提高車輛的處理，就希望朝后輪軸的前部移動(dòng)車輛的瞬 時(shí)旋轉(zhuǎn)中心CIR的位置。對(duì)坐標(biāo)xa的精確選取還可以例如用實(shí)驗(yàn)方法調(diào) 節(jié)，這在圖2中以圖形50表示，圖形50編程在控制模塊5中并且通過(guò)直 接讀取Xa的值作為車輛的速度V的函數(shù)給出。因此車輛的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心
的縱向坐標(biāo)XB等于作為車輛速度超過(guò)過(guò)渡速度Vt的函數(shù)的縱向坐標(biāo)Xa。
對(duì)于車輛低于過(guò)渡速度Vt的任意速度，車輛瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐 標(biāo)&是通過(guò)將橫向坐標(biāo)輸入圖形51上而確定的，這可以讀取在包括連接 曲線C1和平行于車輛的輪軸的所述直線C2的地點(diǎn)上的縱向坐標(biāo)XB(依照 請(qǐng)求的轉(zhuǎn)向0 )，并且，對(duì)于超過(guò)過(guò)渡速度Vt的車輛的任意速度V，車 輛瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐標(biāo)XB是通過(guò)讀取仍然位于直線C2上的相應(yīng)的 縱向坐標(biāo)(xA=xR)而確定的。
第三塊433可以按照下列方式確定每個(gè)轉(zhuǎn)向車輪的控制角a 。由瞬 時(shí)旋轉(zhuǎn)中心CIR的橫向yK和縱向XB坐標(biāo)，可以獲得四個(gè)電動(dòng)致動(dòng)器的控 制角a,旭、a1FtR、 a肌和a顔，例如遵守阿克曼圖形的原理?？刂平?a 1FtL、 a 1FtR、 a ^和a贈(zèng)由平行于橫向于車輛的方向(y軸線)的直線 和一方面分別通過(guò)車輪lFa、 lFtR、 1^、 1^的接觸區(qū)域的中心并且另一 方面每次通過(guò)其坐標(biāo)為(xR， yR)的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的直線的相交形成。 坐標(biāo)XK從輪距A的中間傳遞并且坐標(biāo)yK從車輛的輪距B傳遞，并且描繪將 所述瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心連接到每個(gè)所述轉(zhuǎn)向車輪的中心上的線段。然后就 足以定向轉(zhuǎn)向車輪，這樣它們就垂直于所述線段并且通過(guò)適當(dāng)?shù)鼐幊?在控制單元4中的三角和幾何計(jì)算獲得四個(gè)電動(dòng)致動(dòng)器的控制角a皿、
a lFtR、 a lRrL和a lRrRo
最后，圖3顯示了變體實(shí)施例，其中兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪軸均被布置在分別 為l和^的單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器的控制下。通過(guò)其中每個(gè)轉(zhuǎn)向車輪包括其 自己的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器的上一個(gè)實(shí)施例中給出的信息，該實(shí)施例的特性如 下。
適當(dāng)?shù)目刂破魅缟衔乃龃_定瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心CIR的縱向XB和橫向yB 坐標(biāo)。接下來(lái)，代替計(jì)算四個(gè)控制角，通過(guò)應(yīng)用到車輛的自行車模型 上的三角學(xué)計(jì)算來(lái)計(jì)算它們中的兩個(gè)，即前輪軸致動(dòng)器^的控制角a"
和后輪軸致動(dòng)器3Ar的控制角Ct Ar。
最后，應(yīng)該指出，在依照如上所述的實(shí)例中的一個(gè)或另一個(gè)確定
的控制角a處，路徑控制器可以疊加由路徑的控制函數(shù)確定的任意修
正量并且確定每個(gè)車輪的校正的轉(zhuǎn)向角，所述校正的車輪轉(zhuǎn)向角包括
由請(qǐng)求的轉(zhuǎn)向信號(hào)0生成的分量和校正分量。
權(quán)利要求
1.一種用于陸地車輛的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其中該車輛包括至少一個(gè)前輪和一個(gè)后輪，所有車輪(1)都可轉(zhuǎn)向，該轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括可供駕駛員用于執(zhí)行車輛轉(zhuǎn)向的控制構(gòu)件(2)，所述控制構(gòu)件輸送在幅度和方向方面量化的請(qǐng)求的轉(zhuǎn)向信號(hào)(θ)，所述轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括至少一個(gè)用于對(duì)至少一個(gè)前轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角起作用的致動(dòng)器(3Av)和至少一個(gè)用于對(duì)至少一個(gè)后轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角起作用的致動(dòng)器(3Ar)，所述轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括控制器(4)，該控制器至少將車輛速度(V)和所述請(qǐng)求的轉(zhuǎn)向信號(hào)(θ)用作輸入變量以對(duì)于每個(gè)致動(dòng)器確定該致動(dòng)器轉(zhuǎn)向所依照的控制信號(hào)(α)，其特征在于，該控制器包括·最終單元(43)，該最終單元依照請(qǐng)求的轉(zhuǎn)向信號(hào)(θ)確定等效自行車模型的轉(zhuǎn)向車輪的等效轉(zhuǎn)向角(βE)并且然后確定車輛瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心(CIR)的橫向坐標(biāo)(yR)，·模塊(5)，該模塊用于控制車輛的轉(zhuǎn)向行為，可以使之由車輛速度(V)和車輛的動(dòng)力平衡的規(guī)則特性確定車輛瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐標(biāo)(xR)，·塊(433)，用于由于瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心(CIR)的縱向和橫向坐標(biāo)(xR，yR)確定每個(gè)轉(zhuǎn)向車輪的控制角(α)。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，車輛的動(dòng)力平衡的規(guī)則 特性包括在零速度處初始旋轉(zhuǎn)中心(CIR。)和過(guò)渡速度(Vt)處過(guò)渡瞬 時(shí)旋轉(zhuǎn)中心(xt， yt)之間的連接曲線(CI)的計(jì)算，該連接曲線與平 行于車輛輪軸的直線(C2)正切，并且其中對(duì)于任何低于過(guò)渡速度(Vt) 的車輛的速度(V)，車輛瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐標(biāo)(xR)通過(guò)讀取在 包括連接曲線和平行于車輛軸線的所述直線的地點(diǎn)處的橫向坐標(biāo)(yR) 確定，并且其中車輛瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐標(biāo)(xR)等于作為超過(guò)過(guò)渡 速度(Vt)的車輛速度(V)的函數(shù)的縱向坐標(biāo)(xa)。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，連接曲線(Cl)是橢圓。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，車輛的動(dòng)力平衡的規(guī)則 特性包括車輛的最大橫向加速度值(Lax)的選取。
5. 如權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述過(guò)渡速度處 瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的橫向坐標(biāo)(yt)是在車輛的動(dòng)力平衡的規(guī)則特性中使用 對(duì)車輛的最大橫向加速度值(Yy自)和所述過(guò)渡速度(Vt)的選擇而 確定的。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)，其特征在于，最大橫向加速度參 數(shù)(Yy,)是所述系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)并且保持所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)行的一 固定值。
7. 如權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)，其特征在于，最大橫向加速度參 數(shù)(Y,自)是依照車輛的使用狀況實(shí)時(shí)計(jì)算的。
8. 如權(quán)利要求1至7之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制構(gòu)件 在左止點(diǎn)和右止點(diǎn)之間的最大范圍(9^)內(nèi)操縱，該控制器(4)包 括* 第一單元(41)，第一單元(41)用于至少依照車輛的速度(v)確定車輛的等效自行車模型的單個(gè)轉(zhuǎn)向車輪上的最大轉(zhuǎn)向角(emax) '參 第二單元(42),用于依照控制構(gòu)件的所述最大范圍(e,)和所述最大轉(zhuǎn)向角(e,)確定減速傳動(dòng)比(RD)，最終單元(43)，依照所述減速傳動(dòng)比(RD)確定轉(zhuǎn)向角或多個(gè) 轉(zhuǎn)向角。
9. 如權(quán)利要求1至8之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于具有四個(gè) 全部轉(zhuǎn)向的車輪(1 Ft" lFtR， 丄RrL， 1M)的車輛，所述四個(gè)車輪就在每 個(gè)輪軸上轉(zhuǎn)向而言通過(guò)機(jī)械方式彼此連接，該系統(tǒng)包括用于每個(gè)輪軸 的單個(gè)致動(dòng)器(3Av， 3Ar)，所述塊(433)確定每個(gè)轉(zhuǎn)向車輪的控制角(a)，由瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的橫向和縱向坐標(biāo)確定每個(gè)轉(zhuǎn)向輪軸的控制 角(a J a Ar)。
10. 如權(quán)利要求1至8之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于其中所有車輪(lFa， lFtR， 1M)都轉(zhuǎn)向的車輛，所該系統(tǒng)包括用于每個(gè)轉(zhuǎn)向車輪的一個(gè)致動(dòng)器(3Ptl_， 3FtR， 3RA， 3M)，所述塊(433)確定每個(gè) 轉(zhuǎn)向車輪的控制角(a)，由瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的橫向和縱向坐標(biāo)確定每 個(gè)轉(zhuǎn)向車輪的控制角(a訊，a1FtR， a魁和a 1RrR)。
11. 如權(quán)利要求l至lO之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，可供駕駛員 用于引入轉(zhuǎn)向請(qǐng)求的所述控制構(gòu)件輸送電請(qǐng)求轉(zhuǎn)向信號(hào)(0 )，其中 每個(gè)致動(dòng)器(3)都是電動(dòng)的。
12. —種用于控制車輛路徑的系統(tǒng)，其中在由依照權(quán)利要求l至ll 之一的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)所確定的控制角(a)上，路徑控制器疊加由路 徑的控制函數(shù)確定的任何修正量并且確定每個(gè)車輪的校正的轉(zhuǎn)向角， 所述校正的車輪轉(zhuǎn)向角包括由請(qǐng)求的轉(zhuǎn)向信號(hào)(0 )產(chǎn)生的分量和校 正分量。
全文摘要
用于其中所有車輪(1)都進(jìn)行轉(zhuǎn)向的陸地車輛的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括至少一個(gè)對(duì)于至少一個(gè)前轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角起作用的致動(dòng)器(3_Av)和至少一個(gè)對(duì)于至少一個(gè)后轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角起作用的致動(dòng)器(3_Ar)，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括控制器(4)，所述控制器(4)至少將車輛的速度(V)和所述請(qǐng)求轉(zhuǎn)向信號(hào)(θ)用作輸入變量從而對(duì)于每個(gè)致動(dòng)器確定致動(dòng)器依照其被控制以進(jìn)行轉(zhuǎn)向的控制角(α)，該系統(tǒng)包括用于控制車輛的轉(zhuǎn)向行為的模塊(5)，從而可以由車輛的速度(V)、車輛的動(dòng)力平衡的規(guī)則特性和車輛的最大橫向加速度值(γ_ymax)的選取而確定車輛瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐標(biāo)(x_R)，該系統(tǒng)還包括塊(433)，該塊(433)用于由瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐標(biāo)和橫向坐標(biāo)(x_R，y_R)來(lái)確定每個(gè)轉(zhuǎn)向車輪的控制角(α)。
文檔編號(hào)B62D6/00GK101184662SQ200680018188
公開(kāi)日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者M·塞貝, T·奧蓋 申請(qǐng)人:米其林研究和技術(shù)股份公司