用于车辆转向的方法和系统布置以及具有这种系统的车辆技术方案

本发明专利技术涉及车辆转向系统布置（100），其包括允许车轮转向的车辆悬架和具有反馈扭矩致动器（130）的动力辅助车辆转向，借助于扭矩和/或角度控制系统TAC（132）来控制转向感觉。具有可转向车轮的车辆悬架包括多个车辆悬架参数，并且一个或多个车辆悬架参数或元素的几何结构和/或尺寸被设计成减小或最小化使驾驶中的车辆转向所需的转向力。所述扭矩和/或角度控制TAC（132）用于至少基于直接或间接感测和/或计算的方向盘角度来控制车轮转向角，并且通过控制所述反馈扭矩致动器来提供反馈控制，以生成目标反馈扭矩和目标转向感觉，并且因此减少或消除车辆悬架所提供的驾驶员反馈，使得如果转向控制中存在故障从而丧失了辅助，则转向力度将足够低以供驾驶员安全地处置，因此不需要失效

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于车辆转向的方法和系统布置以及具有这种系统的车辆


[0001]本专利技术涉及具有权利要求1的第一部分的特征的一种用于车辆转向的方法。本专利技术还涉及具有权利要求16的第一部分的特征的一种车辆转向系统布置、以及一种包括这种转向系统布置的车辆。

技术介绍

[0002]车辆的转向和前悬架通常被设计成：在通过动力转向（BCPS，助力弯道动力转向（boost
‑
curve power steering））进行放大或不通过动力转向进行放大的情况下，在驾驶员向方向盘施加手力（hand force）从而引起扭矩的前提下给出一定的反馈和转向效应。对于BCPS而言，转向感觉纯粹是齿条力（rack force）的一小部分，具有其所有的扰动、摩擦等等。这严重地限制了车辆设计的自由度和车辆特性的优化。
[0003]悬架设计还将抵抗来自外力的不期望的转向效应，即不是由驾驶员引入的车轮转向角中的改变（以俯视图在车轮之间、与行进的前向方向相关的改变），并且同时提供来自外力的期望转向效应。这通常导致严重的折衷以及如上所提到的增加对悬架设计和整体车辆性能的限制。
[0004]即使可以调整悬架参数以最小化转向力，它们可能通常也不是足够低以允许在良好转向感觉的情况下舒适地驾驶。对动力辅助的需要通常随着前轴负载而升高。
[0005]围绕着现代车辆及其动力辅助转向的另一个话题是：如果丧失了辅助，转向可能就太困难了。为了克服这一点，将需要具有高转向齿条负载的车辆的动力转向是具有失效保护的（fail
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safe），即，即使在故障期间也维持辅助，这将是非常昂贵的。
[0006]因此，悬架和动力转向系统的当前设计必须满足许多冲突的目标。针对设计具有良好反馈的良好转向系统的一个重要标准是：当车辆转动更困难——即横向加速时，提供增加的扭矩反馈和方向盘的自定心（self
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centering）。做到这一点的手段是具有一定的地面处的主销后倾偏移（caster offset）值。地面处的主销后倾偏移是转向轴与车轮接触面（wheel contact patch）的纵向中心点之间的杠杆。地面处的主销后倾偏移的增加将向驾驶员给出清晰的扭矩反馈，从而克服动力转向的摩擦和力减小。如果源自地面处的主销后倾偏移的反馈是强的，则它还将减小除了横向方向上的扰动之外的围绕转向轴的扰动（如源自车辆的加速度的转向效应），从而变得相对小。
[0007]这种自对准设计也将在某种程度上增加在缓慢驾驶时所需的转向力。在较高的速度下，这种效应关于其他力通常具有重要意义。
[0008]另一个标准是：在非常缓慢的速度下具有方向盘回正性，在该非常缓慢的速度下，横向加速力太低而无法提供该回正性。转向轴朝向车辆中心线的法向力杠杆和倾斜度的量或值将在转动离开笔直向前位置时创建车辆的提升效应（lifting effect）。在转动之后释放方向盘时，这将创建自定心效应。
[0009]不幸的是，这种自对准设计也将会增加静止和缓慢驾驶时所需的转向力。在较高的速度下，这种效应关于其他力通常失去意义。
[0010]作用在轮胎上的法向力也将会给出围绕转向轴的转动力矩。在理想化情形中，来自左侧和右侧的这些力的总和将彼此平衡。当在不平坦的道路上驾驶、非对称装载的车辆进行驾驶、或在具有横向倾斜度的道路上驾驶时，力的总和将不为零，从而在方向盘中创建扰动扭矩。
[0011]此外，当车辆在弯道中驾驶时，外侧车轮比内侧车轮具有更高的法向负载（normal load），从而增加或减少（subtract）对驾驶员的反馈。
[0012]特殊情况是轮胎爆炸，该轮胎爆炸会突然导致非对称的法向力，并且因此导致突发转向扭矩改变，这可能严重影响驾驶员保持预期路线的能力。在重型车辆的情况下，如果车辆驶出（go off）道路，这种情形通常导致驾驶员死亡，或者导致迎面交通的汽车中的人员死亡。
[0013]针对法向力的杠杆可以至少在理论上被设置为零，以克服上面提到的问题。但是在实践中，由于其他因素和实际情况所设置的约束，该杠杆没有被设计为零。
[0014]即使杠杆可以被设置为零，有效杠杆也将不管怎样都随着道路与车轮之间的实际接触点的变化而改变。
[0015]如上所描述的那样基于转向反馈和回正性的情况下的折衷来在某种程度上减少高转向力的问题的尝试并不令人满意。
[0016]动力转向本身是用于尤其在停车时克服驾驶员的高手力的主要解决方案。针对接近笔直向前的较高速度具有低放大和在较低速度下具有高放大的期望存在冲突。这通过高度非线性的放大、助力弯道（boost
‑
curve）来解决，该助力弯道是U形的，它尝试在目标之间进行折衷，但是可能导致非线性的转向感觉或在不同速度下过高或过低的转向力。
[0017]为了克服该速度困境，已经提出了不同的方式来操控作为速度函数的助力弯道。针对液压转向，本田已经提出了液压解决方案，而ZF AG具有电子解决方案。这种设计遭受复杂且昂贵的缺点，并且当期望较低的辅助时，会导致对扰动的敏感性增加。它有时也会损害转向感觉和性能。
[0018]在EPS（电动力转向）的情况下，以与液压情况中相比小得多的成本和复杂性惩罚来经由软件操控助力弯道。仍然，它并没有解决对扰动的敏感性增加的问题。
[0019]高转向力意味着动力转向必须能够应对更高的负载。因此，对动力转向本身提更高的要求将增加成本、重量、最大电流需求和整体功耗。
[0020]为了在动力转向故障时为驾驶员获得足够低的、合法的转向力度（steering effort），可以增加转向比（steering ratio）或者可以使用更大的方向盘。然而，这两种解决方案显著地损害了驾驶员的转向体验。
[0021]处置动力辅助故障的另一个手段是增加该系统的冗余。在重型车辆的情况下，可以复制动力转向泵，然而这将大幅增加成本和复杂性。
[0022]对于EPS而言，可以使若干个子系统加倍或者甚至加到三倍，以在动力转向系统中实现足够的冗余。然而，在这种程度上使用冗余的子系统将增加成本和复杂性，并且是需要空间的。

技术实现思路

[0023]因此，本专利技术的目的是分别提供一种车辆转向方法和一种车辆转向系统布置，通
过它们可以解决一个或多个上面提到的问题，并且通过它们可以克服一个或多个缺点。
[0024]特别地，目的是提供一种车辆转向方法和一种车辆转向系统布置，通过它们可以增加转向安全性。
[0025]甚至更特别地，目的是提供一种方法和一种车辆转向系统布置，通过它们可以在转向辅助丧失时增加转向安全性，并且特别地在转向辅助丧失的情况下便于转向。
[0026]另一个特定目的是提供目的，以分别提供一种方法和一种车辆转向系统布置，通过它们，可以在正常速度或高速度下、并且甚至更特别地至少在某种程度上也在低或非常低的驾驶速度（例如，低至停车辆速度）下增加转向安全性。
[0027]进一步地，特定目的是分别提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于车辆中的车辆转向的方法，所述车辆具有允许车轮转向的车辆悬架，并且包括具有一个或多个反馈扭矩致动器（130）的动力辅助车辆转向系统（100
’
），并且其中借助于扭矩和/或角度控制系统TAC（132）来控制转向感觉，所述扭矩和/或角度控制系统TAC（132）直接或间接感测和/或计算至少方向盘角度和方向盘扭矩，并且控制所述（一个或多个）反馈扭矩致动器（130），其中允许车轮转向的车辆悬架包括多个车辆悬架参数或元素（5；8；9；10）或者由所述多个车辆悬架参数或元素来定义，其特征在于：它包括：
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选择或设计所述车辆悬架参数或元素（5；8；9；10）中的一个或多个的几何结构和/或尺寸来减小或最小化使驾驶中的车辆转向所需的转向力，这是结合如下操作进行的：
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使用包括扭矩参考生成器的所述扭矩和/或角度控制系统TAC（132），以用于至少基于直接或间接感测和/或计算的方向盘角度和/或方向盘扭矩来控制车轮转向角，并且通过控制所述（一个或多个）反馈扭矩致动器（130）来提供反馈控制，以生成目标反馈扭矩和/或目标方向盘角度、以及目标转向感觉，并且因此还减少或消除对车辆悬架所提供的驾驶员反馈的需要，使得如果转向控制中存在故障从而丧失了辅助，则转向力度将足够低以供驾驶员安全地处置，因此致使对失效
‑
操作转向齿轮的需要是多余的。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述扭矩和/或角度控制系统TAC（132）包括用于控制所述反馈扭矩致动器（130）的角度参考生成器。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的方法，其特征在于：从驾驶员经由方向盘（120）施加的扭矩值中减去包括以下补偿扭矩部分中的一个或多个的补偿扭矩：
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轮胎摩擦扭矩，其是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数，
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转向系统摩擦扭矩，其是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数，
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阻尼扭矩，其是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的导数的函数，以及
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回正性扭矩，其是所感测或估计的偏航和/或横向车辆状态的函数。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：前车轮悬架车轮是可转向的。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：后车轮悬架车轮是可转向的。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所述车辆悬架参数或元素（5；8；9；10）包括转向轴取向定义参数。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述车辆悬架参数或元素/车辆悬架参数或元素包括地面处的主销后倾偏移距离、主销后倾拖距（10），并且其特征在于，所述主销后倾拖距（10）被设计成尽可能接近零，特别地在
‑
40mm与+20mm之间，甚至更特别地在
‑
20mm与+10mm之间，或者甚至更特别地在
‑
10mm与+5mm之间，或者最特别地基本上为0。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：主导所述主销后倾拖距（10）的悬架影响参数是主销后倾角（9）、车轮中心处的主销后倾偏移（8）以及车轮半径。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所述车辆悬架参数或元素/车辆悬架参数或元素包括转向轴倾斜度（5），并且其特征在于，所述转向轴倾斜度（5）被设计成尽可能小，例如基本上为0
°
，或者近似在
‑2°
与+8
°
之间，或者甚至更特别地在
‑1°
与+3
°
之间。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所述参考生成器是用于计算目标反馈扭矩的反馈扭矩参考生成器，并且辅助扭矩被控制，使得反馈扭矩误差被最小化。11.根据权利要求1
‑
9中任一项所述的方法，其特征在于：所述参考生成器是用于计算目标转向角的转向角参考生成器，并且辅助扭矩被控制以最小化转向角误差。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：
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对至少一个输入信号的测量包括使用车轮速度传感器或驱动轴速度传感器，并且其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
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使用所述至少一个输入信号来计算车辆速度。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
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根据来自所述至少一个传感器的附加输入信号来确定转向角，包括转向系统中的任何角度或齿条位置，所述至少一个传感器包括位于转向系统中的转向柱或其他地方中的角度或位置传感器，所述转向角例如是所感测的角度乘以所述传感器的传感器元件的旋转或平移与参考转向角下的旋转之间的比。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所述反馈扭矩致动器（130）或所述反馈扭矩致动器（130）中的一个是闭环控制的。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所述反馈扭矩致动器（130）提供所有转向辅助致动器功能。
16.一种车辆中的车辆转向系统布置（100），所述车辆具有允许车轮转向的车辆悬架，并且包括具有一个或多个反馈扭矩致动器（130）的动力辅助车辆转向系统（100
’
），并且其中借助于扭矩和/或角度控制系统TAC（132）来控制转向感觉，所述扭矩和/或角度控制系统TAC（132）直接或间接感测和/或计算至少方向盘角度和方向盘扭矩，并且控制所述（一个或多个）反馈扭矩致动器（130），其中可控制的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：感知公司，
类型：发明
国别省市：