CN101641250B - 用于调整车辆中转向***的方法 - Google Patents

Abstract

在用于调整车辆中转向***的方法(10)中产生理论轨线(25)，该理论轨线(25)分配有容限通道(24)，其中产生用于将车辆(10)导引到容限通道内的转向基本力矩。当车辆(10)离开容限通道(24)时，使得转向导引力矩与转向基本力矩相叠加，该转向导引力矩沿容限通道(24)方向施加到车辆(10)上。

Description

用于调整车辆中转向***的方法

技术领域

本发明涉及一种用于调整车辆中转向***的方法。

背景技术

在DE 10137292A1中描述了驾驶员辅助***，其中获知或估算环境数据以及车辆移动并且彼此作为参考，由此在转向***中产生或适配有转向支持力矩。具体而言这以如下方式实现，即获知车道路线并且为车辆移动求算相应的理论轨线，并且将该理论轨线与车辆的实际路线进行比较，由此为了进行转向修正而产生支持转向力矩。以此方式可使得车辆可在没有驾驶员干涉的情况下遵从行驶轨迹。

由DE 102004037298A1已知一种用于在跟踪***中进行轨迹宽度适配的方法。为了使得车辆维持在行驶轨迹中，首先通过车辆中携带的影像***求算出行驶轨迹的路线和行驶轨迹宽度，其中该值以理论轨线的计算为依据，该理论轨线描述了理想线路。与理论轨线相反，车辆轨线允许偏差，而在超过该偏差时将不依赖于驾驶员的转向轮扭矩施加到转向轮上。如果车辆轨线与理论轨线的偏差在数值上小于阈值，则不进行干涉；车辆的转向仍旧听任驾驶员进行操作。

发明内容

由现有技术可知本发明的目的在于，在转向时帮助车辆的驾驶员。其中，一方面应该可以继续进行自主转向，另一方面应该避免驾驶员注意力不集中情况的发生。

根据本发明，该目的利用一种用于调整车辆中的转向***的方法得以实现。其中，产生与环境情况相适应的理论轨线，并且在所述转向***中以下列方式调整转向力矩，即，使得所述车辆遵从所述理论轨线，其特征在于，

-所述理论轨线分配有容限通道，并且产生用于在所述容限通道内引导所述车辆的转向基本力矩，

-当所述车辆离开所述容限通道时，将所述转向基本力矩与转向导引力矩相叠加，所述转向导引力矩沿所述容限通道的方向而施加在所述车辆上。

本发明还给出了有利的改型。

在根据本发明用于调整车辆中转向***的方法中，产生了与环境情况相适应的理论轨线，在此基础上在转向***中以如下方式调整转向力矩，即使得车辆跟随理论轨线。一旦探测到行驶轨迹，可由此求算道路弯曲度。根据道路弯曲度求算理论轨线并且在数学车辆模型中计算转向基本力矩，其使得车辆维持在理论轨线上，这尤其在转向***中在调节及控制装置中来执行。根据本发明，理论轨线分配有容限通道。当车辆离开容限通道时，转向导引力矩与转向基本力矩相叠加，其中该转向导引力矩使得车辆再次回到容限通道的方向上。

预给定的理论轨线和在转向***中产生的转向基本力矩将转向***以如下方式进行调整，即，使得车辆遵从理论轨线。由此可以基于所求算的环境数据继续自主地驾驶车辆。同时预给定容限通道，在该容限通道内驾驶员可实施小幅度的转向移动，由此例如可补偿环境影响如风的偏移或类似影响。由于驾驶员可施加转向功能，所以驾驶员的注意力不会下降。如果车辆离开容限通道，那么使得转向导引力矩与转向基本力矩相叠加，由此使得车辆再次转向到容限通道的方向上。驾驶员将此转向导引力矩感应成转向操纵杆中与额外偏转相反的提高的阻力力矩，其中该额外偏转将会使得车辆进一步移出容限通道，从而使得驾驶员可立刻识别和修正自已的转向错误。但是，即使驾驶员不施加修改的转向移动，那么车辆也会通过转向导引力矩的干涉而再次回到容限通道中。由此消除可能出现的危险情况，例如打盹。

转向基本力矩被定义为用于补偿转向***中呈现的复原力矩所需的力矩。由此，在转向***中在静止状态呈现力矩平衡。在常规的转向***中该转向基本力矩必须由驾驶员施加，从而使得转向***实施所希望的转向角度。在本发明内容中，与此相反该转向基本力矩自主地由***产生，使得驾驶员的干涉不是必须的。虽然如此，有利地可通过识别***保证，驾驶员接触转向操纵杆，以集中驾驶员的注意力。当一只手或双手非法离开转向操纵杆时将进行警告，其中有时也可以中止车辆的转向支持。

有利地，在容限通道内仅转向基本力矩当作由转向***产生的转向力矩而起作用。此后，如果车辆在在容限通道移动，那么不产生转向导引力矩，较佳地由驾驶员负责，通过相应的转向移动在容限通道内移动。直到在容限通道之外才产生转向导引力矩，该转向导引力矩与转向基本力矩相叠加。

转向基本力矩和转向导引力矩可作为几个车辆状态参量和运行参量的函数而产生，例如作为车辆速度的函数，其中在此情况下尤其依赖于车辆速度的平方。有利地，车辆状态参量和运行参量通过惯性传感***，也即车辆中携带的传感器来求算。除了车辆纵向动力，有时也考虑车辆横向动力，尤其是偏转比率和横向加速度。

为了求算以理论轨线的计算为依据的道路走向，可应用不同的方法。可以应用光学轨迹识别***，尤其是影像轨迹识别***，其中光学地获得行驶轨迹并且在调节和控制单元中进行估值。额外地或备选地，也可应用导航***，以通过将车辆的绝对位置与电子存储的地图材料的平衡来求算车辆相对于行驶轨迹的相对位置。

确定容限通道同样可以不同的方式执行。此外，尤其是根据情况而计算作为实际环境参量和/或车辆相关参量(如行驶速度或偏转比率)的函数的用于通道的数值。

为了最终将转向权限交给驾驶员，有利地，预给定转向基本力矩的最大值和转向导引力矩的最大值，有时甚至也预给定转向基本力矩和转向导引力矩之和的最大值。结果，驾驶员最终确定车辆的路线，因为驾驶员可施加手动力矩，该手动力矩可超过***产生的力矩。

在执行该方法的转向***中，包括转向操纵杆(通常是转向轮)、转向轴、转向杆、转向变速装置以及伺服电机。此外，还设有环境检测***以及调节及控制装置。通过向操纵杆和转向轴，将车轮转向角度传输到转向变速装置并且进一步传输到转向杆，由此在所转向的轮子上调整车轮转向角度。通过转向***中的伺服电机或额外的电动机，产生支持力矩，该支持力矩包括转向基本力矩和转向导引力矩。在环境检测***中求算行驶轨迹的路线，其中该信息在调节及控制装置中进行处理，在该调节及控制装置中也产生用于调整伺服电机的调节参量。

附图说明

其它优点和有利的实施由其它权利要求、附图说明和附图获知。

其中：

图1示意性示出了车辆中的转向***；

图2示意性示出了方块图，其用于执行调整车辆中转向***的方法；

图3示出车辆在行驶轨线的允许的通道内的位置。

具体实施方式

图1中所示的转向***1应用于车辆中并且包括实施为转向轮2的转向操纵杆，该转向操纵杆与转向轴3耦接，通过该转向轴3可将由驾驶员预给定的车轮转向角度传输到转向杆5上。在转向轴3和转向杆5之间的连接通过转向变速装置4实现，利用该转向变速装置4将车轮转向角度转换成被转向的前轮6的车轮转向角度。通过电动机7，通常是通过电气伺服电机，其中也可以是液压促动器，将额外的支持力矩供给到转向***1中。

此外，还设有调节及控制装置8，有利地，其是转向***1的构件并且由其接收信号或者将信号传导到该调节及控制装置8。有时调节及控制装置8也可是车辆的中央控制器的构件，其例如通过CAN总线与转向***1连接。

此外，在车辆1中同时设有分配给转向***1的轨线识别***9，例如影像轨迹识别***，其中通过该轨线识别***9来检测行驶轨迹。

由行驶轨迹的信息可求算理论轨线，该理论轨线以车辆导引为依据。通过光学***9求算行驶轨线弯曲度，并且此外还求算行驶轨迹与车辆的相对位置，尤其是行驶轨线的偏移和取向。通过惯性传感***可将与车辆有关的状态参量和运行参量，尤其是车辆纵向动力状态参量和车辆横向动力状态参量(诸如车辆速度和偏转比率)给到调节及控制装置8。由此信息，可在所求算的理论轨线和车辆的实际位置之间确定偏差并将其给到调节回路，通过该调节回路在转向***1产生力矩，该力矩迫使车辆在理论轨线上。人为产生的转向力矩通过电动机7供给。

图2中示出了用于调整转向***的方法的调整流程的方块图。在车辆10中，首先借助于轨线识别***在方法步骤11中产生环境图像，由此提取行驶轨迹。由对于行驶轨迹的认知也可求算理论轨线，在优化情况下车辆10应该遵从该理论轨线。此信息将在下一方法步骤12中在数学的车辆模型中进行处理，由此求算转向基本力矩M_Grund，利用该转向基本力矩M_Grund使得车辆沿着理论轨线行驶。该转向基本力矩M_Grund由下面的关系式计算：

$M_{\mathrm{Grund}}\frac{l_h\·n_r\·m\·v^2\·{\mathrm{\κ}}_R\·k_{\mathrm{servo}}}{l\·N},$

其中l_h表示车辆重心到后轴的距离，n_r表示由设计所决定的转向主销后倾(Nachlauf)，m表示车辆质量，v表示车辆速度，l表示轴距，N表示转向变速装置变速比，К_R表示道路弯曲度并且k_servo表示伺服转向的支持程度。

该基本力矩M_Grund在方法步骤13中进行滤波，并且紧接着在方法步骤14中在限制器中在数值上限制最大值。

在确定转向基本力矩M_Grund的同时，有时可计算转向导引力矩M_Führ，然而该转向导引力矩M_Führ仅是可选地产生。仅在下列情况下产生此转向导引力矩M_Führ，即车辆离开分配给理论轨线的容限通道。与此相反，如果车辆在容限通道内移动，则不产生转向导引力矩M_Führ，在此情况下仅产生转向基本力矩M_Grund。

转向导引力矩M_Führ将在方法步骤15中在导引算法中产生，该导引算法也被称为车道维持辅助(LKS)。也如车辆模型12一样，将从前述进行的方法步骤11中获得的信息，也即理论轨线以及车辆的实际位置与理论轨线的偏差给到该导引算法15。此外，惯性传感***的功能也在导引算法15中起作用，其中该惯性传感***携带在车辆10中并且通过其求算车辆状态参量和运行参量，尤其是求算车辆速度v和偏转比率ψ。此外，该导引算法15可将环境干扰作为输入量而引入，该输入量干扰影响车辆，例如风的影响。

如果在导引算法15中确定车辆位于允许的容限通道之外，则产生额外的转向导引力矩M_Führ，其中该转向导引力矩M_Führ在后续方法步骤16中在限制器中在数值上限制所允许的最大值。接着在方法步骤17中，将转向基本力矩M_Grund和转向导引力矩M_Führ相加，其中由此存在的整个力矩在后续步骤18中在限制器中同样在数值上限制所允许的最大值。

在后续方法步骤19中实现进一步的相加叠加，在这里是指与由驾驶员产生的手动力矩M_Hand相叠加，其中该手动力矩M_Hand由驾驶员通过转向轮预给定。所存在的整个力矩M_Ges在此后的下一方法步骤20中在转向***中转换为合成的车轮转向角度δ_v，其中该合成的车轮转向角度δ_v调整到可转向的车辆10的前轮上。

图3中示出了车辆10的行驶轨迹21的示意性俯视图。行驶轨迹21在车辆10的行驶方向上由侧向行驶轨线标记22和23来限制，其中在此侧向限制内标示出了允许的通道24，车辆10允许在该允许的通道24内移动，而不需要通过额外的转向导引力矩M_Führ进行修正。

此外，图3中还包括理论轨线25，其中该理论轨线25示出了车辆10的优化的行驶轨迹并且车辆通过转向基本力矩M_Grund的相应调整来自动遵从该理论轨线25。该理论轨线25可以与行驶轨迹21相应地延伸，且与行驶轨线标记22和23的侧向距离是优化的，或者也可以与其有一定偏移。通道24以向左和向右的侧向距离位于理论轨线25周围，其中侧向距离中标出了公差范围，车辆10允许在该公差范围内移动，且基本上不会离开理论轨线25。一旦在通道24之外移动，则产生作为转向修正的转向导引力矩M_Führ，该转向导引力矩M_Führ使得车辆返回通道24中。

Claims (17)

1.一种用于调整车辆中的转向***的方法，其中，产生与环境情况相适应的理论轨线(25)，并且在所述转向***(1)中以下列方式调整转向力矩，即，使得所述车辆(10)遵从所述理论轨线(25)，其特征在于，

-所述理论轨线(25)分配有容限通道(24)，并且产生用于在所述容限通道(24)内引导所述车辆(10)的转向基本力矩(M_Grund)，

-当所述车辆(10)离开所述容限通道(24)时，将所述转向基本力矩(M_Grund)与转向导引力矩(M_Führ)相叠加，所述转向导引力矩(M_Führ)沿所述容限通道(24)的方向而施加在所述车辆(10)上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转向基本力矩(M_Grund)是用于补偿在所述转向***(1)中出现的复原力矩所需的力矩。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述容限通道(24)内，仅仅所述转向基本力矩(M_Grund)作为由所述转向***(1)产生的转向力矩而起作用。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转向基本力矩(M_Grund)和/或所述转向导引力矩(M_Führ)作为车辆纵向动力和/或车辆横向动力的函数来进行计算。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述转向基本力矩(M_Grund)和/或所述转向导引力矩(M_Führ)作为车辆速度(v)的函数来进行计算。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述转向基本力矩(M_Grund)和/或所述转向导引力矩(M_Führ)作为所述车辆速度(v)的平方的函数来进行计算。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述转向基本力矩(M_Grund)根据下面的关系式来计算：

$M_{\mathrm{Grund}}\frac{l_h\·n_r\·m\·v^2\·{\mathrm{\κ}}_R\·k_{\mathrm{servo}}}{l\·N},$

其中：

M_Grund表示所述转向基本力矩，

l_h表示车辆重心距后轴的距离，

n_r表示由设计所决定的转向主销后倾，

m表示车辆质量，

v表示车辆速度，

l表示轴距，

N表示转向变速装置变速比，

К_R表示道路弯曲度，

k_servo表示伺服转向的支持程度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量道路弯曲度(К_R)，并且基于所述道路弯曲度(К_R)在车辆数学模型中求算所述转向基本力矩(M_Grund)。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过光学轨迹识别***(9)来获得道路走向。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述光学轨迹识别***(9)是影像轨迹识别***。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于导航***来获得道路走向。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容限通道(24)根据情况作为与车辆有关的参量和/或环境参量的函数来求得。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转向基本力矩(M_Grund)在数值上限制最大值。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转向导引力矩(M_Führ)在数值上限制最大值。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转向基本力矩(M_Grund)与所述转向导引力矩(M_Führ)之和在数值上限制最大值。

16.一种用于执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法的调节及控制装置。

17.一种在车辆(10)中用于执行根据权利要求1至15中任一项所述方法的转向***，所述转向***包括转向操纵杆(2)、转向轴(3)、转向杆(5)、转向变速装置(4)、电动机(7)、环境检测***以及调节及控制装置(8)。

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