專利名稱：在方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間沒有機械連接的車輛轉(zhuǎn)向控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機動車輛轉(zhuǎn)向，尤其涉及在控制構(gòu)件(通常為方向盤) 和轉(zhuǎn)向輪或多個轉(zhuǎn)向車輪之間沒有機械連接的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)在具有電動控制的轉(zhuǎn)向情況下尤為適當。
10現(xiàn)有技術(shù)
在現(xiàn)有技術(shù)中，乘客車輛的轉(zhuǎn)向在大部分時間內(nèi)是通過以機械方 式連接到轉(zhuǎn)向車輪上的方向盤進行控制的。駕駛員通過在方向盤上沿 一個方向或沿另一個方向旋轉(zhuǎn)以使車輛沿一個方向或沿另一個方向朝 向而作用。這樣，駕駛員就使車輛發(fā)生偏轉(zhuǎn)運動。轉(zhuǎn)向通常都進行了
15輔助并且電動轉(zhuǎn)向輔助趨于替代液壓輔助，而這沒有消除方向盤和轉(zhuǎn) 向車輪之間的機械連接。
另外，用于機動車輛的所有致動器的完全的電動控制裝置得到了 越來越多的發(fā)展。在轉(zhuǎn)向的情況下，該技術(shù)表示為非常流行的英語表 達式"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)
20和轉(zhuǎn)向車輪之間的連接，這些連接當前通常為機械連接且有時為液壓 連接。轉(zhuǎn)向車輪連接到電動致動器之一上，其中電動致動器能夠在任 何時間導致和控制轉(zhuǎn)向車輪上的轉(zhuǎn)向。因此在轉(zhuǎn)向時沒有連接轉(zhuǎn)向車 輪和方向盤的機械連接。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。電動致動器自身接收電信號。整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由能夠
25以適當?shù)姆绞娇刂齐妱又聞悠鞯目刂破鞴芾怼?br> 該技術(shù)的優(yōu)點是它隨著電子技術(shù)的發(fā)展而進展的很理想，這形成 可能的越來越多的復雜的反饋控制并且不僅可以在由車輛的駕駛員施 加的手動控制的控制下進行轉(zhuǎn)向，而且可以在安全系統(tǒng)的控制下進行 轉(zhuǎn)向，其中安全系統(tǒng)連續(xù)地分析車輛的實際狀態(tài)并且導入必要的校正 5值來保持車輛功能的穩(wěn)定性。因此，例如，可以向轉(zhuǎn)向車輪施加一個 轉(zhuǎn)向角，該轉(zhuǎn)向角不僅考慮到來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)向不足或防止過度轉(zhuǎn)向而觀察到的動態(tài)參數(shù)。
僅僅通過電氣方法控制轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)還開創(chuàng)了車輛構(gòu)造的新的可 能，因為對機械轉(zhuǎn)向柱的體積和位置不再有約束。這就可以例如更容 10易地生成有時在右側(cè)駕駛有時在左側(cè)駕駛的車輛。轉(zhuǎn)向柱的消失還改 進了駕駛員的安全。
現(xiàn)有技術(shù)中已知有許多建議來安裝有效地允許車輪轉(zhuǎn)向的所有所
需元件。美國專利5， 347， 458提出一種電氣設(shè)備來控制轉(zhuǎn)向車輪并且實 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
15偏轉(zhuǎn)加速度。美國專利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?？梢钥闯觯F(xiàn)有技術(shù)中已知的由電動轉(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。
在新穎或是由電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)促進的范圍內(nèi)，還可以引入如下事實，
20即更容易地假定車輛的所有車輪都進行轉(zhuǎn)向。作為例子，美國專利 6， 192， 304提出一種用于車輛的四個車輪都進行轉(zhuǎn)向的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 同樣，美國專利6， 549， 835也提出一種用于具有四個轉(zhuǎn)向車輪的車輛的 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)且其控制還使用了視覺設(shè)備。
無論用于控制車輛轉(zhuǎn)向的如何復雜，特別是從防止車輛離開正常
25運行路徑的安全系統(tǒng)的干預的觀點上說，在根本上，強大并且令駕駛
員感到愉悅的控制始終是一個問題，該控制用于計算每個轉(zhuǎn)向車輪將 依照駕駛員的指令轉(zhuǎn)動的角度，并且該問題并未在現(xiàn)有技術(shù)中得到很 好的解決。
特別是，希望在車輛的駕駛員施加在他的方向盤上的命令和轉(zhuǎn)向 5車輪轉(zhuǎn)動的角度之間導入可變的比率，從而便于低速操縱而不損害高 速下的穩(wěn)定性。在該上下文中，還需要防止由于駕駛員的動作量值過 大對于車輛的穩(wěn)定性產(chǎn)生有害的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
10 為了解決該問題，本發(fā)明提出了一種用于陸地車輛的具有可變比
率的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其中該車輛包括至少兩個車輪，其中至少一個車 輪進行轉(zhuǎn)向，該轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括駕駛員可用于執(zhí)行車輛轉(zhuǎn)向的控制 構(gòu)件，該控制構(gòu)件能夠在左止點和右止點之間的最大范圍內(nèi)操縱并且 輸送在幅度和方向方面量化的請求的轉(zhuǎn)向信號，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括至
15少一個用于對至少一個轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角起作用的致動器，所述轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)包括控制器，該控制器用于至少將車輛速度和所述請求的轉(zhuǎn)向信 號用作輸入變量以對于每個致動器確定該致動器被控制以轉(zhuǎn)向所依照
的控制角，其中該控制器包括
*第一單元，該第一單元用于至少依照車輛的速度和車輛平衡的
20 參數(shù)特征來確定車輛的等效自行車模型(bicycle model)的單
個轉(zhuǎn)向車輪上的最大轉(zhuǎn)向角， *第二單元，該第二單元用于依照控制構(gòu)件的所述最大范圍和所
述最大轉(zhuǎn)向角確定減速傳動比， *最終單元，該最終單元依照所述減速傳動比和所述請求的轉(zhuǎn)向 25 信號確定所述轉(zhuǎn)向角或多個轉(zhuǎn)向角。
雖然本發(fā)明的主要目的是生成一種具有完全電控的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并 且因此轉(zhuǎn)向車輪的致動器也因此是電動的，使用適當?shù)臏p速傳動比， 可以想象將上文公開的裝置應用到其中致動器是液壓的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng) 中。下文中將不再重提這種可能性。 5 在繼續(xù)之前，應該強調(diào)本發(fā)明僅僅涉及車輛的每個轉(zhuǎn)向車輪的實
際轉(zhuǎn)向控制，而不是涉及駕駛員對于車輛的方向盤(或等效構(gòu)件例如 操縱桿)的感覺。這是因為，通過轉(zhuǎn)向車輪和車輛的駕駛員可用的方 向盤之間的機械獨立，在方向盤上感覺的力無論如何都可以由專用裝 置再造和生成?？梢栽O(shè)想不同的系統(tǒng)，讀者可以僅僅作為例子參見處
10理此種問題的美國專利5，347，458。不管怎樣，為了保證在方向盤上的 特定感覺，本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，需要安裝機械系統(tǒng)來返回直線位 置，例如簡單的彈簧，或是更復雜的系統(tǒng)，包括例如以適當?shù)姆绞娇?制的電動機以向方向盤傳遞一個力，該力與車輛的狀態(tài)和/或來自駕駛 員的命令相關(guān)。
15 因此，通過轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向控制和駕駛員在他的方向盤(或等效
構(gòu)件)上的動作之間的機械獨立，可以單獨地處理兩個方面，即一方 面轉(zhuǎn)向車輪的有效轉(zhuǎn)向控制和另一方面通過機械方式連接到方向盤上 的設(shè)備的控制，即使它們會相互作用?？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的重建方面，反之亦然。
20 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。
在特定實施例中，車輛選擇的平衡的參數(shù)特性是車輛的所選最大 橫向加速度值Yy目。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Y皿有意地等于 25 —個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)是試驗已知的事實，即在正常粘著的干燥地面，針
對標準的乘客車輛， 一個G的加速度基本上對應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。
應當指出，該參數(shù)事實上可以在車輛研發(fā)階段通過試驗和/或模擬
5進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是可以設(shè)計用于純粹的電氣系統(tǒng)的轉(zhuǎn)
向控制，它可以依照希望裝配這種電動轉(zhuǎn)向的每個車輛的特征而很容 易地開發(fā)。例如，對于具有運動特性的車輛，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
10 MPV或休閑車，其中重心與這些車輛的輪距相比相當高，則必須具有低 的多的最大橫向加速度值，可能小于一個G，從而保持處于安全狀況下。
對于減速傳動的可變特性，本發(fā)明主張按下列方法考慮這一點。 選擇成在車輛的運動的所有速度下，駕駛員可以在整個范圍上即從一 個完全轉(zhuǎn)向向另一個完全轉(zhuǎn)向使用他的方向盤或任何其他適當?shù)臉?gòu)
15件。例如，他可以最多轉(zhuǎn)動他的方向盤半轉(zhuǎn)，既朝左又朝右。通過考 慮車輛的縱向速度而進行計算，可以在任何時間獲得出現(xiàn)在方向盤和 轉(zhuǎn)向車輪之間的減速傳動。當然，車輛的速度越低，轉(zhuǎn)向車輪的有效 轉(zhuǎn)向角就會越大，直至達到在接近零的速度時相對于機械零件的設(shè)計 而在機械上可能的最大值。并且車輛的速度越高，由控制器允許的最
20大轉(zhuǎn)向角將會越低，甚至對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 在車輛的運行過程中保持恒定的參數(shù)，而是自身是依照車輛的使用狀 況而實時計算的參數(shù)，也可以實現(xiàn)本發(fā)明。作為例子，讀者可以參見 描述如何實時獲得對輪胎/路面接觸中存在的粘著系數(shù)進行估算的專
意時間保持可用的粘著余量。基于這一點并且注意到車輛的幾何特征 (輪距、軸距、重心高度)，就可以計算任何時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動過程中的實 際狀況，而這本身就是很大的安全和愉悅因素。 5 為了簡化本公開，下文中不會進一步提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他在方向盤上的動作施加的角度的 方式。下面的說明顯示了本發(fā)明在具有四個車輪的車輛的特定情形下 的幾個應用，應該理解，本發(fā)明可以應用于具有三個車輪且其中至少 10 —個車輪轉(zhuǎn)向的車輛，甚至可以應用于具有兩個車輪且其中至少一個 車輪轉(zhuǎn)向的車輛。提出了本發(fā)明的各種實應用，它們的區(qū)別在于轉(zhuǎn)向 車輪的數(shù)目，即兩個轉(zhuǎn)向車輪或車輛上的所有車輪都進行轉(zhuǎn)向，并且 區(qū)別還在于在轉(zhuǎn)向輪軸上，控制車輪的轉(zhuǎn)向的致動器是唯一的或是與 之相反，每個轉(zhuǎn)向車輪都具有其自己的致動器。
1

通過參照借助于下面的圖描述的各個實施例，可以更好地理解本 發(fā)明。
圖l顯示了在具有四個車輪的車輛上的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置圖，其
20中僅僅前輪軸進行轉(zhuǎn)向并且轉(zhuǎn)向車輪均包括它們自己的致動器； 圖2是顯示依照本發(fā)明的控制器在圖1的應用中的框圖； 圖3顯示了在具有四個車輪的車輛上的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置圖，其
中所有車輪都進行轉(zhuǎn)向并且均包括它們自己的致動器；
圖4是顯示依照本發(fā)明的控制器在圖3的應用中的框圖； 25 圖5顯示了在具有四個車輪的車輛上的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡化布置
圖，其中僅僅前輪軸進行轉(zhuǎn)向并且由單個致動器進行控制；
圖6顯示了在具有四個車輪的車輛上的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡化布置 圖，其中所有車輪都進行轉(zhuǎn)向，并且每個輪軸均由單個致動器控制。
具體實施例方式
在繼續(xù)之前，應該同意下列各個符號
*標記"1"總體上表示轉(zhuǎn)向車輪而標記"7"總體上表示非轉(zhuǎn)向 車輪；
*當標記帶有下標"Ft"時，這意味著由該標記指定的對象涉及 o 車輛的前部，并且當標記帶有下標"R/'時，這意味著由該標
記指定的對象涉及車輛的后部； *當標記帶有下標"/'時，這意味著由該標記指定的對象涉及 車輛的右側(cè)，并且當標記帶有下標時，這意味著由該標 記指定的對象涉及車輛的左側(cè) ， 5 *" e ma/'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，在所提出的所有應用實現(xiàn)中， 可以將方向盤操作超過一預定的角度范圍(角度的概念并不受 到限制，因為可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-e 被操縱到+ e ^并且"e "表示表征駕
o 駛員發(fā)出的描述幅度和符號的命令的特定值；
*應當指出，可以應用本發(fā)明的所有車輛可以由等效自行車模型 來建立模型，這是一個眾所周知類型的建模，它考慮到了該模 型的單個車輪迸行轉(zhuǎn)向并且"0"表示該轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角， 并且"Pmax"是該角度可以采用的最大值。
圖l圖示了具有四個車輪的車輛，其中前輪軸包括兩個轉(zhuǎn)向車輪。
車輪表示成lFtL用于左側(cè)前輪，1^用于右側(cè)前輪，7^用于左側(cè)后輪并且
7^用于右側(cè)后輪。轉(zhuǎn)向車輪安裝在輪架(不可見)上并且圍繞樞軸軸 線10轉(zhuǎn)動。控制轉(zhuǎn)向的桿ll安裝成固定到輪架上。每個轉(zhuǎn)向車輪都由 5 —個電動致動器3w、 3w轉(zhuǎn)動，這些電動致動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。每個電動致動器3^、 3^均包括例如由旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動的螺桿和 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。 每個致動器優(yōu)選地包括位置傳感器，從而在有必要時通過幾何構(gòu)造和
10相關(guān)的計算來從由位置傳感器傳送的測量獲知正在討論的轉(zhuǎn)向車輪的 確切角位。通過實例，可以使用在專利US6820715中描述的電動致動器。 還可以看到通過機械方式連接到設(shè)備21上的方向盤2，設(shè)備21用于 測量方向盤上角度0?？刂破?控制轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向。控制器4使用由 測量速度V和作為由駕駛員在其控制上動作而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向信號0組成
15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 y mM。
圖2更詳細地描述了控制器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表示。由車輛縱向速度V的瞬時值并且 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 20車輛的等效自行車模型的單個轉(zhuǎn)向車輪上的最大轉(zhuǎn)向角(e x)。
為此，有利的是，控制器4的第一單元41的第一塊411通過處理下 列數(shù)學操作來確定車輛路徑適合的最小半徑R^:最小半徑R^與用最大
橫向加速度Yy^除的速度V的平方成比例。接下來，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)和此前計算的最小半徑R^ 25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(相當于具有四 個車輪的車輛，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,相對于它們確定了瞬時旋轉(zhuǎn) 中心的坐標CIR的縱向(x軸)坐標和橫向(y軸)坐標。它被選取成遵 5守阿克曼圖形原理。這意味著車輛的瞬時旋轉(zhuǎn)中心的地點位于垂直于 后輪的平面并且經(jīng)過車輛后輪中心的直線上。極限瞬時旋轉(zhuǎn)中心CIRu-是通過參考從后輪平面向所述地點的最小半徑值R^而獲得的。極限瞬 時旋轉(zhuǎn)中心CIR^因此是已知的，后輪的接觸區(qū)域的中心和所述極限瞬 時旋轉(zhuǎn)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
10伸部分之間的最大前輪軸轉(zhuǎn)向角P自。
第二單元42確定車輛的駕駛員可用的控制和轉(zhuǎn)向車輪或多個車輪 之間的減速傳動比RD。非限制性地是，為此考慮到，在速度V處，減速 傳動比RD在方向盤的整個操縱范圍中是恒定的。將確定的減速傳動比 取決于車輛的設(shè)計特征，例如角度參數(shù)e^，和車輛的性能特征，例如
15可以確定角度3 ^的最大橫向加速度參數(shù)。減速傳動比RD是通過確保車 輪的最大角度在方向盤2的最大轉(zhuǎn)向處獲得而獲得的。減速傳動比RD是 通過將控制構(gòu)件的所述最大范圍e自除以最大轉(zhuǎn)向角P自獲得的。因此 計算的減速傳動比RD可以在駕駛員完全轉(zhuǎn)動他的方向盤時從不超過車 輛能夠移動的速度下的最大橫向加速度。因此，本發(fā)明可以從不超過
20車輛路徑的穩(wěn)定狀況。
最后，最終單元43依照所述減速傳動比RD和所述請求的轉(zhuǎn)向信號 0確定每個轉(zhuǎn)向車輪1旭和1^的轉(zhuǎn)向角a旭和a FtR。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eE。通過將 由駕駛員發(fā)出的命令而產(chǎn)生的所述轉(zhuǎn)向信號e除以減速傳動比RD，就
25可以非常容易地獲得該等效轉(zhuǎn)向角e e。
第二塊432進行下列操作。在此實例中，僅僅前輪軸進行轉(zhuǎn)向，從
而遵守阿克曼圖形并且如上文公開的那樣，車輛的瞬時旋轉(zhuǎn)中心的地 點與車輛的后輪軸對齊的直線。在自行車模型上，轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)過所述
等效轉(zhuǎn)向角P e并且然后交點位于垂直于自行車模型的非轉(zhuǎn)向車輪的平 5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) 過所述等效轉(zhuǎn)向角PE。該交點對于剩余部分的計算提供了車輛瞬時旋 轉(zhuǎn)中心的橫向坐標h。
第三塊433可以按照下列方式確定每個轉(zhuǎn)向車輪的控制角ct皿和 a1FtR。應該指出，在此實例中，車輛的瞬時旋轉(zhuǎn)中心的地點是與車輪
10在后輪軸上的接觸區(qū)域的每個中心對齊的直線，即延伸車輛的后輪軸 的直線。瞬時旋轉(zhuǎn)中心CIR的縱向坐標XB因此就是已知的并且在本實施 例中始終保持相同的值瞬時旋轉(zhuǎn)中心CIR的縱向坐標XK等于軸距A (朝 向負值)的一半。此外，橫向坐標yK從車輛的輪距B的中間傳遞，而這 可以精確地定位瞬時旋轉(zhuǎn)中心C工R。然后描繪將所述CIR連接到每個所
15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獲得每個轉(zhuǎn)向車輪的控制角a ^和a 1FtR。
在具體術(shù)語中，上文公開的各個角度和坐標是由以適當?shù)姆绞骄?程在控制單元4中的三角和幾何計算要求的。
圖3和4顯示了本發(fā)明在其中所有車輪lptL、 lFtR、 lRri_、 Ux都進行轉(zhuǎn)
20向的車輛中的應用。系統(tǒng)包括用于每個轉(zhuǎn)向車輪的致動器3^、 3Ft8、 3^、 3M。可以發(fā)現(xiàn)同一個控制器4可以控制轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向。第一單元41 和第二單元42與上文公開的相同。對該實施例的特定改編涉及最終單 元43并且特別是其第三塊433。通過相同的設(shè)計(編程)，由控制車輛 轉(zhuǎn)向行為的模塊5提供了第三塊433，其這次允許動態(tài)計算車輛瞬時旋
25轉(zhuǎn)中心CIR的縱向坐標XB，而在上一種情形下，縱向坐標保持僅僅取決
于車輛的軸距A的恒定值。
為此，例如，位于控制車輛轉(zhuǎn)向行為的模塊5中的管理車輛動力的 單元51計算位于零速度處的初始旋轉(zhuǎn)中心(CIR。)和在過渡速度Vt處的 過渡瞬時旋轉(zhuǎn)中心(xt， yt)之間的連接曲線C1，其中連接曲線與平行 5于車輛輪軸的直線C2正切。有利的是，連接曲線C1是橢圓。
對于所述過渡速度處的瞬時旋轉(zhuǎn)中心的橫向坐標yt，非常有利的是 在輸入?yún)?shù)中使用最大橫向加速度值Y y ^進行確定。安裝在控制車輛 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相對于 第一實施例中公開的方式對于該最大橫向加速度Y^的開發(fā)。最大橫 10向加速度Yy^是一勞永逸地調(diào)節(jié)車輛行為的參數(shù)，或是在車輛的工作 過程中保持恒定的參數(shù)，或是自身實時計算的參數(shù)。
另外，已知為了提高高速時的穩(wěn)定性，速度越高，進一步朝車輛 的后部移動瞬時旋轉(zhuǎn)中心CIR的位置時就有優(yōu)點。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面移動車輛的瞬時旋轉(zhuǎn)中 15心CIR的位置。對坐標xa的精確選取還可以例如用實驗方法調(diào)節(jié)，這在 圖4中以圖形50表示，圖形50編程在控制模塊5中并且通過直接讀取xa 的值作為車輛的速度V的函數(shù)給出。因此車輛的瞬時旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐
標XB等于作為車輛速度超過過渡速度Vt的函數(shù)的縱向坐標Xa。
對于車輛低于過渡速度Vt的任意速度，車輛的瞬時旋轉(zhuǎn)中心的縱向 20坐標XK是通過將橫向坐標yK輸入圖形51上確定的，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的地點上的縱向坐標XB(依 照請求的轉(zhuǎn)向信號e)，并且，對于超過過渡速度Vt的車輛的任意速度 V，車輛的瞬時旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐標XB是通過讀取仍然位于直線C2上的 相應的縱向坐標(XA=xR)確定的。 25 最后，從瞬時旋轉(zhuǎn)中心CIR的橫向yK和縱向^坐標，可以獲得四個
電動致動器的控制角a 1FtL、 a1FtR、 a魁和a誠，例如通過遵守阿克曼 圖形的原理?？刂平莂 1FtL、 a脂、a魁和a麗由使平行于車輛橫向方 向(y軸線)的直線和一方面分別通過由車輪l旭、1 、 lw、 Ur的接觸 區(qū)域的中心并且另一方面每次通過其坐標為(xR, yR)的CIR的直線的 5交點形成。知道坐標xJ人軸距A的中間傳遞并且坐標yB從車輛的輪距B的 中間傳遞，就可以通過三角學計算獲得四個電動致動器的控制角a皿、
a謂、a IR化禾口 a lRrRo
最后，圖5和6顯示了變體實施例，其中對于圖5，單個轉(zhuǎn)向輪軸布 置在單個轉(zhuǎn)向致動器3Ft的控制之下，并且對于圖6，兩個轉(zhuǎn)向輪軸分別 10布置在各自的單個轉(zhuǎn)向致動器3pt、 3^的控制之下。由關(guān)于圖1至圖4中 實施例的完整的信息，即其中每個轉(zhuǎn)向車輪包括其自己的轉(zhuǎn)向致動器 的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，圖5和圖6中實施例的特性如下。
就圖5而言，在等效自行車模型的轉(zhuǎn)向車輪上由針對圖1和圖2的實 施例描述的控制器確定的等效轉(zhuǎn)向角e E直接是前輪軸的致動器3Ft的控 15制角ciFt。這次，車輛的機械構(gòu)造遵守阿克曼圖形并且前輪軸的致動器 3Ft例如是移動轉(zhuǎn)向齒條的致動器。
至于圖6中的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，適當?shù)目刂破魅玑槍D3和圖4中的實施例 解釋的那樣確定瞬時旋轉(zhuǎn)中心CIR的縱向XB和橫向yK坐標。接下來，代 替計算四個控制角，通過應用到車輛的自行車模型上的三角學計算來
20計算它們中的兩個，即前輪軸致動器3Ft的控制角Cl Ft和后輪軸致動器3Kr
的控制角a fo。
最后，應該指出，在依照如上所述的實例中的一個或另一個確定 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 正量并且確定每個車輪的校正的轉(zhuǎn)向角，所述校正的車輪轉(zhuǎn)向角包括
25由請求的轉(zhuǎn)向信號e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具有可變比率的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其中該車輛包括至少兩個車輪，其中至少一個車輪(1)可進行轉(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)件能夠在左止點和右止點之間的最大范圍(θmax)內(nèi)操縱并且輸送在幅度和方向方面量化的請求的轉(zhuǎn)向信號(θ)，所述轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括至少一個用于對至少一個轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角起作用的致動器(3)，所述轉(zhuǎn)向控制控制系統(tǒng)包括控制器(4)，該控制器至少將車輛速度(V)和所述請求的轉(zhuǎn)向信號(θ)用作輸入變量以對于每個致動器確定該致動器被控制以轉(zhuǎn)向所依照的控制角(α)，其特征在于，該控制器包括●第一單元(41)，該第一單元用于至少依照車輛的速度(V)和車輛平衡的參數(shù)特征來確定車輛的等效自行車模型的單個轉(zhuǎn)向車輪上的最大轉(zhuǎn)向角(βmax)，●第二單元(42)，用于依照控制構(gòu)件的所述最大范圍(θmax)和所述最大轉(zhuǎn)向角(βmax)確定減速傳動比(RD)，●最終單元(43)，用于依照所述減速傳動比(RD)和所述請求的轉(zhuǎn)向信號(θ)確定所述轉(zhuǎn)向角或多個轉(zhuǎn)向角(α)。
2.如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一單元布置成由車輛的最小轉(zhuǎn)向半徑(R")確定所述最大轉(zhuǎn)向角(P皿)，其中該最 小轉(zhuǎn)向半徑(Rroin)本身是依照車輛的速度(V)確定的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，車輛的平衡的所述 參數(shù)特性是車輛的最大橫向加速度(Yy,)。 25
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，最大橫向加速度參數(shù)(Yy,)是調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)的參數(shù)并且在所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過程中保持一 固定值。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，最大橫向加速度參數(shù)(Yy,)是依照車輛的使用狀況實時計算的。5
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于包括至少一個轉(zhuǎn)向輪軸的車輛且所述轉(zhuǎn)向輪軸包括兩個就轉(zhuǎn)向而言通過機械方 式連接的轉(zhuǎn)向車輪(lw， 1M),該系統(tǒng)包括位于轉(zhuǎn)向輪軸上的單個致 動器(3Av),這樣由最終單元(43)確定的控制角(a )就是唯一的 并且是所述減速傳動比(RD)和所述請求的轉(zhuǎn)向信號(9 )的函數(shù)。10
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于其中所有車輪(lw，1M， Ul， 1m)都進行轉(zhuǎn)向并且就在每個輪軸上的轉(zhuǎn)向而言通過機械方 式連接在一起的車輛，該系統(tǒng)包括用于每個輪軸的單個致動器(3Av，，最終單元(43)通過將等效自行車模型的轉(zhuǎn)向車輪上的等效轉(zhuǎn) 向角(eE)確定為所述減速傳動比(RD)和所述請求的轉(zhuǎn)向信號(9 )15的函數(shù)，然后通過標記垂直于自行車模型的非轉(zhuǎn)向車輪的平面的直線 和垂直于轉(zhuǎn)過所述等效轉(zhuǎn)動角度(Pe)的轉(zhuǎn)向車輪的平面的直線之間 的交點，并且通過采用所述交點的橫向坐標值作為車輛瞬時旋轉(zhuǎn)中心 (CIR)的橫向坐標(yR)的值，從而確定車輛瞬時旋轉(zhuǎn)中心(CIR)的 橫向坐標(yR),所述系統(tǒng)還包括控制車輛的轉(zhuǎn)向行為從而可以由車輛20速度(V)確定車輛瞬時旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐標(xR)的模塊(5)，然后， 最終單元(43)由瞬時旋轉(zhuǎn)中心的橫向和縱向坐標確定每個轉(zhuǎn)向輪軸 的控制角(a ^和a Ar)。
8.如權(quán)利要求1至5之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于包括至少 一個轉(zhuǎn)向輪軸且該轉(zhuǎn)向輪軸包括兩個轉(zhuǎn)向車輪(lFa， lFtR)，該系統(tǒng)包25括用于每個輪軸的一個致動器(3ftl， 3FtR),最終單元(43)將等效自行車模型的轉(zhuǎn)向車輪上的等效轉(zhuǎn)向角(P J確定為所述減速傳動比(RD)和所述請求轉(zhuǎn)向信號(e)的函數(shù)，然后標記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轉(zhuǎn)過所述等效轉(zhuǎn)向角(Pe)的自行車 模型的轉(zhuǎn)向車輪的平面的直線之間的交點，所述交點給出了車輛瞬時5旋轉(zhuǎn)中心(CIR)的橫向坐標(yR)，然后最終單元(43)確定每個轉(zhuǎn) 向車輪的控制角(a皿和a 1FtR)。
9. 如權(quán)利要求1至5之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于其中所有 車輪(iFa， 1 ， lw， WR)都進行轉(zhuǎn)向的車輛，該系統(tǒng)包括用于每個 轉(zhuǎn)向車輪的一個致動器(3m， 3FtR， 3w， 3M)，該最終單元(43)將10等效自行車模型的轉(zhuǎn)向車輪上的等效轉(zhuǎn)向角(PE)確定為所述減速傳 動比(RD)和所述請求的轉(zhuǎn)向信號(e)的函數(shù)，然后標記垂直于自 行車模型的非轉(zhuǎn)向車輪的平面的直線和垂直于轉(zhuǎn)過所述等效轉(zhuǎn)向角 (Pe)的自行車模型的轉(zhuǎn)向車輪的平面的直線之間的交點，所述交點 給出了車輛瞬時旋轉(zhuǎn)中心(CIR)的橫向坐標(yR)，所述系統(tǒng)還包括15控制車輛的轉(zhuǎn)向行為從而可以由車輛速度(V)確定車輛瞬時旋轉(zhuǎn)中心 的縱向坐標(xR)的模塊(5)，然后，最終單元(43)由瞬時旋轉(zhuǎn)中 心的橫向和縱向坐標確定每個轉(zhuǎn)向車輪的控制角(a皿，a1FtR， a皿 禾口 a顧)。
10. 如權(quán)利要求1至9之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，可供駕駛員用 20于導入轉(zhuǎn)向請求的所述控制構(gòu)件輸送電請求轉(zhuǎn)向信號(e )，其中每個致動器(3)都是電動致動器。
11. 如權(quán)利要求7或9所述的系統(tǒng)，其特征在于，控制車輛轉(zhuǎn)向行為 的模塊(5)計算在零速度處初始旋轉(zhuǎn)中心(CIR。)和過渡速度(Vt) 處過渡瞬時旋轉(zhuǎn)中心(xt， yt)之間的連接曲線，該連接曲線與平行于25車輛輪軸的直線正切，并且對于任何低于過渡速度(Vt)的車輛的速度(V)，車輛瞬時旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐標(xR)通過讀取在包括連接曲線 和平行于車輛輪軸的所述直線的地點處的橫向坐標(yB)來確定，并且 對于超過過渡速度(Vt)的車輛速度(V)，車輛瞬時旋轉(zhuǎn)中心的縱向 坐標(xR)通過車輛瞬時旋轉(zhuǎn)中心的縱向坐標(xK)等于作為速度(V) 5的函數(shù)的縱向坐標(xa)來確定。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，連接曲線是橢圓。
13. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述過渡速度(Vt) 處的瞬時旋轉(zhuǎn)中心的橫向坐標(yt)是通過將車輛的最大橫向加速度值(Yy M)和所述過渡速度(Vt)用作輸入?yún)?shù)來確定的。 o
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，最大橫向加速度參數(shù)(Y，x)是用于調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)的參數(shù)并且在所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過程 中保持一固定值。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，最大橫向加速度參數(shù)(Yymax)是依照車輛的使用狀況實時計算的。 5 16. —種用于控制車輛路徑的系統(tǒng)，在由依照權(quán)利要求1至15之一的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)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)向角包括由請求的轉(zhuǎn)向信號(e)產(chǎn)生的分量和校正分量。
全文摘要
一種具有可變比率的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，包括可供駕駛員用于執(zhí)行車輛裝箱的控制構(gòu)件(2)，所述控制構(gòu)件能夠在左止點和右止點之間的最大范圍(θ_max)內(nèi)操縱并且輸送在幅度和方向方面量化的請求的轉(zhuǎn)向信號(θ)，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括至少一個對于至少一個轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角起作用的致動器(3)，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括控制器(4)，所述控制器至少將車輛速度(V)和所述請求的轉(zhuǎn)向信號(θ)用作輸入變量從而對于每個致動器確定致動器依照其被控制以進行轉(zhuǎn)向的控制角(α)，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括至少依照車輛速度(V)并優(yōu)選依照車輛的最大橫向加速度(γ_{y max})確定車輛的等效自行車模型上單個轉(zhuǎn)向車輪上最大轉(zhuǎn)向(β_max)的第一單元(41)、依照控制構(gòu)件的所述最大范圍(θ_max)和所述最大轉(zhuǎn)向角(β_max)確定減速傳動比(RD)的第二單元(42)和用于依照所述減速傳動比(RD)和所述請求轉(zhuǎn)向信號(θ)確定所述轉(zhuǎn)向角或多個轉(zhuǎn)向角(θ)的最終單元(43)。
文檔編號B62D7/15GK101180200SQ200680018060
公開日2008年5月14日 申請日期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 申請人:米其林研究和技術(shù)股份公司