用于在轉(zhuǎn)向期間減小游隙的影響的控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于在車輛轉(zhuǎn)向期間減小游隙的影響的控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)包括適用于確定所述車輛的方向盤角δSW(t)并且基于所述方向盤角δSW(t)來產(chǎn)生方向盤角信號(hào)的方向盤角探測(cè)器(1)、適用于確定所述車輛的速度vx(t)并且基于所述速度vx(t)來產(chǎn)生速度信號(hào)的速度探測(cè)器(2)、以及適用于確定車輛的實(shí)際方向改變yz(t)并且基于所述實(shí)際方向改變yz(t)來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)的探測(cè)器(3)；所述控制系統(tǒng)還包括控制單元，其適用于接收所述信號(hào)并且將所述方盤角δSW(t)，速度vx(t)和實(shí)際方向改變yz(t)用作計(jì)算轉(zhuǎn)向角增加量δADD(t)的基礎(chǔ)，用以減小所述車輛的轉(zhuǎn)向負(fù)重輪的預(yù)期方向改變與所述車輛的轉(zhuǎn)向負(fù)重輪在所述方向盤角δSW(t)下的實(shí)際方向改變之間的差別，并且所述控制單元適用于基于所述轉(zhuǎn)向角增加量δADD(t)來產(chǎn)生轉(zhuǎn)向角增加信號(hào)，因此所述控制系統(tǒng)適用于將轉(zhuǎn)向角增加量δADD(t)添加到所述車輛的手動(dòng)操作轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(6)。本發(fā)明還包括用于在車輛轉(zhuǎn)向期間減小游隙的影響的方法。
【專利說明】用于在轉(zhuǎn)向期間減小游隙的影響的控制系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分，本發(fā)明涉及用于提高駕駛員的轉(zhuǎn)向感覺的控制系 統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在使車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員通常通過向方向盤施加力來轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤以使方向盤轉(zhuǎn)動(dòng) 到與他/她希望車輛行駛的方向相對(duì)應(yīng)的期望的角。在具有方向盤與負(fù)重輪之間具有直接 連接的系統(tǒng)的車輛中，或替代地在具有經(jīng)由動(dòng)力伺服系統(tǒng)來發(fā)生轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)的車輛中，轉(zhuǎn) 動(dòng)方向盤所需的力與轉(zhuǎn)向時(shí)的給定角摩擦、負(fù)重輪角的給定設(shè)置以及道路的摩擦和狀態(tài)相 對(duì)應(yīng)。同樣地，車道的不平整以及轉(zhuǎn)向中的不足（例如游隙）將導(dǎo)致施加到方向盤的力發(fā) 生改變。
[0003] 各種研究已經(jīng)顯示，駕駛員的方向盤角輸入信號(hào)與車輛的例如橫向加速度或橫擺 角速率的響應(yīng)之間的關(guān)系是轉(zhuǎn)向感覺的關(guān)鍵?？ㄜ囆枰菀自陂L(zhǎng)距離上駕駛，并且不會(huì)感 覺到轉(zhuǎn)向緊張。"轉(zhuǎn)向緊張"是指給定的方向盤角與方向盤產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向之間的比過于線性。 期望一定的延遲或阻力，否則車輛對(duì)于方向盤的最輕微的移動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)。同時(shí)，駕駛員 需要經(jīng)歷從車輛到他/她的轉(zhuǎn)向動(dòng)作的清楚的響應(yīng)。當(dāng)轉(zhuǎn)向管路中存在游隙時(shí)，例如由于 機(jī)械部件的磨損、控制系統(tǒng)中的彈性或輪胎的非線性行為，可能發(fā)生的是駕駛員必須在車 輛做出響應(yīng)之前將方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定角。
[0004] 圖1中的示圖中示出了當(dāng)轉(zhuǎn)向管路存在游隙時(shí)方向盤角Ssw與車輛橫擺角速率ω 之間的關(guān)系的問題。當(dāng)駕駛員將方向盤從初始位置0轉(zhuǎn)動(dòng)到方向盤角時(shí)，必須要在車輛通 過轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)重輪來做出響應(yīng)之前達(dá)到一定的方向盤角，如示圖中通過在方向盤角增加時(shí)（A) 車輛的橫擺角速率初始未增加所示出的。在一小段時(shí)間后，隨著方向盤角增加（B)，游隙終 止并且車輛開始逐步地改變方向。當(dāng)駕駛員需要向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)車輛時(shí)，會(huì)出現(xiàn)相同的問 題，但是問題加倍。初始出現(xiàn)（A)中所描述的游隙，然后在向相反方向轉(zhuǎn)向期間出現(xiàn)另一個(gè) 游隙（C)。在一小段時(shí)間后，隨著方向盤角增加（D)，游隙終止并且車輛開始逐步地改變方 向。
[0005] 對(duì)給定方向盤角的響應(yīng)的最佳模式由示圖中的直線E表示。
[0006] US2006/0006020描述了用于具有助力轉(zhuǎn)向的車輛的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)被配置為 以如下方式控制轉(zhuǎn)向機(jī)制：所謂的轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比在轉(zhuǎn)向角很小的中央轉(zhuǎn)向范圍內(nèi)增大，并 且在轉(zhuǎn)向角接近其最大值的轉(zhuǎn)向范圍內(nèi)減小。因此防止了由轉(zhuǎn)向機(jī)制的跟蹤延遲所產(chǎn)生的 助力損失。當(dāng)轉(zhuǎn)向角增大時(shí)，所應(yīng)用的角速率因此逐步下降，從而帶給駕駛員良好的轉(zhuǎn)向感 覺。
[0007] W02011/035960描述了一種方法，其中確定了方向盤角并且施加了取決于車輛的 具體參數(shù)的轉(zhuǎn)向角增加。
[0008] US20100280716描述了用于主動(dòng)轉(zhuǎn)向的方法，其中方向盤角與轉(zhuǎn)向角之間的關(guān)系 可以通過角度疊加來改變。所需要的發(fā)動(dòng)機(jī)角與當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)角之間的偏移可以通過算法來 減小，這使過渡柔和。
[0009] US20100332081描述了具有角度疊加的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由此，方向盤角與轉(zhuǎn)向角之 間的關(guān)系作為相對(duì)于時(shí)間延遲的車輛速度的函數(shù)而改變。
[0010] US20090026003描述了主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中取決于車輛速度和方向盤角速率來產(chǎn) 生轉(zhuǎn)向角增加。
[0011] 以上描述的系統(tǒng)涉及幫助駕駛員使車輛轉(zhuǎn)向的各種方式。
[0012] 本發(fā)明的目的是提出用于使駕駛員在車輛轉(zhuǎn)向時(shí)具有良好的轉(zhuǎn)向感覺的改進(jìn)的 系統(tǒng)和改進(jìn)的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 上述目的通過用于在車輛轉(zhuǎn)向期間減小游隙的影響的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，所示系統(tǒng) 包括適用于確定車輛方向盤角 δsw(t)并且基于車輛方向盤角δ sw(t)來產(chǎn)生方向盤角信號(hào) 的方向盤角探測(cè)器、適用于確定車輛的速度Vx (t)并且基于車輛的速度Vx (t)來產(chǎn)生速度信 號(hào)的速度探測(cè)器、以及適用于確定車輛的實(shí)際方向改變yz(t)并且基于車輛的實(shí)際方向改 變^(0來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)的探測(cè)器?？刂葡到y(tǒng)還包括控制單元，其適用于接收所述信號(hào)，適 用于將所述方向盤角s sw(t)、車輛速度Vx(t)和實(shí)際方向改變^(〇用作計(jì)算轉(zhuǎn)向角增加 量S ADD(t)的基礎(chǔ)，用以減小車輛的轉(zhuǎn)向負(fù)重輪的預(yù)期方向改變與車輛的轉(zhuǎn)向負(fù)重輪在所 述方向盤角s sw(t)下的實(shí)際方向改變之間的差別，并且適用于基于轉(zhuǎn)向角增加量δ^a) 來產(chǎn)生轉(zhuǎn)向角增加量信號(hào)，因此控制系統(tǒng)適用于將轉(zhuǎn)向角增加量S add(t)添加到車輛的手 動(dòng)操作轉(zhuǎn)向機(jī)制上。
[0014] 另一方面，所述目的通過用于在車輛轉(zhuǎn)向期間減小游隙的影響的方法來實(shí)現(xiàn)，所 述方法包括：確定車輛的方向盤角s sw(t);確定車輛的速度Vx (t);確定車輛的實(shí)際方向改 變又上）；將所述方向盤角Ssw(t)、速度vx(t)和實(shí)際方向改變又上）用作計(jì)算轉(zhuǎn)向角增加 量S ADD(t)的基礎(chǔ)，用以減小車輛的轉(zhuǎn)向負(fù)重輪的預(yù)期方向改變與車輛的轉(zhuǎn)向負(fù)重輪在所 述方向盤角s sw(t)下的實(shí)際方向改變之間的差別，并且將轉(zhuǎn)向角增加量δ^a)添加到車 輛的手動(dòng)操作轉(zhuǎn)向機(jī)制上。
[0015] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了車輛對(duì)方向盤移動(dòng)的響應(yīng)的增強(qiáng)，由此大體上消除了由于機(jī)械游 隙、負(fù)重輪等原因而出現(xiàn)在車輛的轉(zhuǎn)向管路中的游隙的影響。因此減小了車輛對(duì)駕駛員的 給定方向盤角的響應(yīng)的延遲。
[0016] 通常需要轉(zhuǎn)向管路中的一定的滯后，否則轉(zhuǎn)向可能會(huì)顯示出緊張的表現(xiàn)。圖4中 的示圖中的示例示出了本發(fā)明的效果，如以下闡述的【具體實(shí)施方式】中所解釋的。
[0017] 在從屬權(quán)利要求和【具體實(shí)施方式】中描述了優(yōu)選實(shí)施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 下面參考附圖來描述本發(fā)明，附圖中：
[0019] 圖1是示出由于轉(zhuǎn)向管路中的游隙而在轉(zhuǎn)向期間出現(xiàn)的遲滯形式的差別的示圖。
[0020] 圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的控制系統(tǒng)。
[0021] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)如何經(jīng)由電動(dòng)機(jī)（EM)連接到車輛中。
[0022] 圖4是示出本發(fā)明的效果的示圖。
[0023] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的所述方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的控制系統(tǒng)，現(xiàn)在將參考圖2來解釋所述控制系 統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)包括方向盤角探測(cè)器1，其適用于確定車輛的方向盤角S sw(t)并且基于車輛 的方向盤角S sw(t)來產(chǎn)生方向盤角信號(hào)。方向盤角探測(cè)器可以例如是車輛的轉(zhuǎn)向柱中的 探測(cè)器，以測(cè)量方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)還包括速度探測(cè)器2,其適用于確定車輛的速度V x(t) 并且基于車輛的速度Vx (t)來產(chǎn)生速度信號(hào)。測(cè)量車輛速度的各種不同方式通常包括確定 車輛的以與車輛的速度相關(guān)的速率旋轉(zhuǎn)的一些可移動(dòng)部件的速度。速度探測(cè)器可以例如適 用于測(cè)量車輛負(fù)重輪的旋轉(zhuǎn)速度并且由此確定車輛的速度?？刂葡到y(tǒng)還包括探測(cè)器3,其適 用于確定車輛的實(shí)際方向改變并且基于車輛的實(shí)際方向改變來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。車輛的實(shí)際 方向改變是在駕駛員使車輛轉(zhuǎn)向時(shí)發(fā)生的方向改變。探測(cè)器3可以例如是橫擺角速率探測(cè) 器，其適用于確定車輛的橫擺角速率《 z(t)并且基于車輛的橫擺角速率c〇z(t)來產(chǎn)生橫擺 角速率信號(hào)。橫擺角速率描述了車輛圍繞其重心轉(zhuǎn)動(dòng)得有多快，這在車輛改變其移動(dòng)方向 時(shí)發(fā)生。在另一個(gè)實(shí)施例中，探測(cè)器3可以適用于確定車輛的橫向加速度a y(t)以確定車 輛的實(shí)際方向改變。橫向加速度描述了用于使車輛保持在車道上所需的力并且可以例如通 過使用適用于確定橫向加速度的加速度探測(cè)器來確定該力。
[0025] 然后將方向盤角信號(hào)、速度信號(hào)和描述了車輛的實(shí)際方向改變的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)發(fā)送 到控制系統(tǒng)中的控制單元。控制單元適用于接收所述信號(hào)并且適用于計(jì)算轉(zhuǎn)向角增加量 S g (t)，用以減小車輛的轉(zhuǎn)向負(fù)重輪的預(yù)期方向改變與車輛的轉(zhuǎn)向負(fù)重輪在所述方向盤 角Ssw(t)下的實(shí)際方向改變之間的差別。計(jì)算基于所述方向盤角S sw(t)、車輛速度^⑴ 和實(shí)際方向改變^(0?？刂茊卧€適用于基于轉(zhuǎn)向角增加量sADD(t)來產(chǎn)生方向盤角增 加量信號(hào)，因此控制系統(tǒng)適用于將轉(zhuǎn)向角增加量S add(t)添加到車輛的手動(dòng)操作轉(zhuǎn)向機(jī)制 6上，如圖3中所示出的。
[0026] 預(yù)期方向改變是在轉(zhuǎn)向管路或輪胎等中沒有游隙的情況下車輛在相應(yīng)的方向盤 角處將最佳執(zhí)行的方向改變。
[0027] 通過這種方式，可以補(bǔ)償轉(zhuǎn)向管路中的游隙并且駕駛員不需要確切地了解特定車 輛是如何表現(xiàn)的并且進(jìn)行相應(yīng)地改變。因此轉(zhuǎn)向變得更安全并且更可預(yù)知。利用本發(fā)明， 車輛的實(shí)際方向改變將因此更好地對(duì)應(yīng)于駕駛員的方向盤角輸入信號(hào)。因此減小了車輛的 響應(yīng)時(shí)間。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施例中，控制單元適用于計(jì)算車輛的預(yù)期方向改變yKEF(t)與其實(shí)際方向 改變y z(t)之間的差異yDIFF(t)，并且基于此來產(chǎn)生差異信號(hào)。通過這種方式，可以得到車輛 的預(yù)期方向改變與實(shí)際方向改變之間的差別。然后可以通過適用于基于所述差異y DIFF(t) 來確定轉(zhuǎn)向角增加量Sadd(t)的控制系統(tǒng)來補(bǔ)償該差別。車輛的預(yù)期方向改變y KEF(t)優(yōu)選 地通過車輛在所述方向盤角Ssw(t)和車輛速度vx(t)下的預(yù)期方向改變的模型4來確定。 利用在轉(zhuǎn)向管路中不存在游隙的情況下車輛如何對(duì)方向盤角做出反應(yīng)的模型，使得可以找 出差別有多大并且可以補(bǔ)償該差別。
[0029] 如前面所解釋的，車輛的實(shí)際方向改變可以例如由車輛的橫擺角速率c〇z(t)或車 輛的橫向加速度a y(t)來描述。
[0030] 當(dāng)需要基于車輛的橫擺角速率來調(diào)節(jié)車輛時(shí)，然后由車輛的橫擺角速率c〇z(t)來 確定車輛的實(shí)際方向改變yz(t)。在該實(shí)施例中，車輛的實(shí)際方向改變yKEF(t)通過車輛的 預(yù)期橫擺角速率《KEF(t)的模型4來確定，

【權(quán)利要求】
1. 一種用于在車輛轉(zhuǎn)向期間減小游隙的影響的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括： -方向盤角探測(cè)器（1)，其適用于確定所述車輛的方向盤角5,"(t)并且基于所述方向 盤角Ssw(t)來產(chǎn)生方向盤角信號(hào)， -速度探測(cè)器（2)，其適用于確定所述車輛的速度v,(t)并且基于所述速度v,(t)來產(chǎn) 生速度信號(hào)， 其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括： -探測(cè)器（3)，其適用于確定所述車輛的實(shí)際方向改變y,(t)并且基于所述實(shí)際方向改 變y,(t)來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)； 所述控制系統(tǒng)還包括控制單元，所述控制單元適用于： -接收所述信號(hào)，并且 -將所述方盤角5,"(t)、速度Vy(t)和實(shí)際方向改變y,(t)用作計(jì)算轉(zhuǎn)向角增加量 5WDa)的基礎(chǔ)，用W減小所述車輛的轉(zhuǎn)向負(fù)重輪的預(yù)期方向改變與所述車輛的轉(zhuǎn)向負(fù) 重輪在所述方向盤角5,"(t)下的實(shí)際方向改變之間的差別，并且基于所述轉(zhuǎn)向角增加量 5 WDa)來產(chǎn)生轉(zhuǎn)向角增加量信號(hào)，因此所述控制系統(tǒng)適用于將所述轉(zhuǎn)向角增加量5 WDa) 添加到所述車輛的手動(dòng)操作轉(zhuǎn)向系統(tǒng)化）。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述控制單元適用于計(jì)算所述車輛的預(yù)期 方向改變7刪（。與其實(shí)際方向改變Yzh)之間的差異yDiw(t)并且基于所述差異yDIFF(t) 來產(chǎn)生差異信號(hào)，通過所述車輛在所述方向盤角5,"(t)和車輛速度v,(t)下的預(yù)期方向改 變的模型（4)來確定ycEPa)，因此所述控制系統(tǒng)適用于基于所述差異yDiw(t)來確定所述 轉(zhuǎn)向角增加量5 add(t)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中，所述車輛的實(shí)際方向改變y,(t)由所述車輛 的橫擺角速率《,(t)來確定，并且所述車輛的預(yù)期方向改變y,w(t)通過所述車輛的預(yù)期橫 擺角速率的模型（4)來確定，
其中，v,(t)表示所述車輛的速度，S的其中，i是所述車輛的齒輪速比，L是 所述車輛的軸距并且Ku,是所述車輛的轉(zhuǎn)向不足梯度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中，所述車輛的實(shí)際方向改變y,(t)由所述車輛 的橫向加速度3y(t)來確定，并且所述車輛的預(yù)期方向改變ycw(t)由所述車輛的預(yù)期橫向 加速度a, (t)的模型來確定，
其中，v,(t)表示所述車輛的速度，= 其中，i是所述車輛的齒輪速比，L是 所述車輛的軸距并且Ku,是所述車輛的轉(zhuǎn)向不足梯度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其中，所述控制單元包括調(diào)節(jié)器 巧），其適用于接收所述差異信號(hào)并且將所述差異yDiw(t)轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)向角增加量5 add(t)。

6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中，所述調(diào)節(jié)器（5)是P、PI或PID調(diào)節(jié)器。
7. -種用于在車輛轉(zhuǎn)向期間減小游隙的影響的方法，包括： -確定所述車輛的方向盤角5,"(t)， -確定所述車輛的速度Vy(t)， 其特征在于，所述方法包括： -確定所述車輛的實(shí)際方向改變y, (t)， -將所述方向盤角5,"(t)、速度v,(t)和實(shí)際方向改變y,(t)用作計(jì)算轉(zhuǎn)向角增加量 5WDa)的基礎(chǔ)，用W減小所述車輛的轉(zhuǎn)向負(fù)重輪的預(yù)期方向改變與所述車輛的轉(zhuǎn)向負(fù)重 輪在所述方向盤角下的實(shí)際方向改變之間的差別，W及 -將轉(zhuǎn)向角增加量5 add(t)添加到所述車輛的手動(dòng)操作轉(zhuǎn)向機(jī)制化）。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其包括： -計(jì)算所述車輛的預(yù)期方向改變ycw(t)與所述車輛的實(shí)際方向改變y,(t)之間的差 異yDiw(t)，通過車輛在所述方向盤角S,"(t)和所述車輛的速度v,(t)下的預(yù)期方向改變 YKEF(t)的模型（4)來確定y邸F(t); -基于所述差異yDiw(t)來確定所述轉(zhuǎn)向角增加量5^。(*)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其包括： -通過確定所述車輛的橫擺角速率《,(t)來確定所述車輛的實(shí)際方向改變y,(t)，W及 -通過所述車輛的預(yù)期橫擺角速率a)的模型（4)來確定所述車輛的預(yù)期方向改 變，
其中，v,(t)表示所述車輛的速度，S的其中，i是所述車輛的齒輪速比，L是 所述車輛的軸距并且Ku,是所述車輛的轉(zhuǎn)向不足梯度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其包括： -通過確定所述車輛的橫向加速度ay (t)來確定所述車輛的實(shí)際方向改變y,(t)，W及 -通過所述車輛的預(yù)期橫向加速度ay(t)的模型（4)來確定所述車輛的預(yù)期方向改變，
其中，v,(t)表示所述車輛的速度，其中，i是所述車輛的齒輪速比，L是 所述車輛的軸距并且Ku,是所述車輛的轉(zhuǎn)向不足梯度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8-10中的任一項(xiàng)所述的方法，其包括將所述差異yDiw(t)轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn) 向角增加量5 add (t)的步驟。
12. -種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序指令，當(dāng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行所述程序指令 時(shí)，所述程序指令使得所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求7-11中的任一項(xiàng)所述的方法的 步驟。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述程序指令存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 可讀的介質(zhì)上。

【文檔編號(hào)】B62D5/00GK104428190SQ201380022080
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月24日
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