CN112512899A - 扭矩转向的出现的逐步检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在车辆中逐渐启用和停用转向返回功能的方法，车辆包括至少两个车轮、方向盘、向转向齿条施加辅助扭矩(C_RP)的辅助电机和向至少两个车轮施加车轮扭矩的驱动电机，所述方法包括计算应用增益(G_A)的步骤(1)，步骤(1)包括根据两个车轮中的至少一个的车轮扭矩确定第一增益(G₁)的第一阶段(11)，估计与返回功能相关联的辅助扭矩(C_R)的步骤(2)以及将与返回功能相关联的辅助扭矩(C_R)和应用增益(GA)相乘的步骤(4)，其特征在于，在应用增益(G_A)的计算步骤(1)期间，所述方法还包括根据所述方向盘的角度(α_D)和至少两个车轮的转速(V_R)差确定第二增益(G₂)的第二阶段(12)。

Description

扭矩转向的出现的逐步检测

技术领域

本发明涉及动力转向***领域，并且更具体地说，涉及一种用于在车辆中逐渐启用和停用转向返回功能的方法。

背景技术

机动车辆通常包括允许驾驶员修改车辆行驶的轨迹的转向***。为了做到这一点，驾驶员改变方向盘的角度。方向盘连接到转向柱，转向柱本身连接到齿条，齿条将方向盘的角度转换为平移运动，使其有可能修改车辆的转向车轮的方向，从而进行右转弯或左转弯。当方向盘角度基本上为0时，转向车轮基本上与车辆的伸长轴对齐，并且车辆沿直线轨迹行驶。按照本文档的其余部分的惯例，当方向盘的角度变为负时，转向车轮与车辆的伸长轴形成负角度，车辆进行左转弯。相反，当方向盘的角度变为正时，转向车轮与车辆的伸长轴形成正角度，并且车辆进行右转弯。通过在齿条上传递辅助扭矩的辅助电机帮助驾驶员改变轨迹，从而有助于方向盘的定向。

转向车轮，通常包括在行驶方向上分别位于车辆的左侧和右侧的左车轮和右车轮，也可以是驱动车轮，也就是说，其被设置成将车辆的发动机传递的全部或部分驱动扭矩传送到路面，以便驱使所述车辆。在下文中，术语车轮表示转向车轮和驱动车轮。

每个车轮一方面承受驱动扭矩的一部分，另一方面还要承受与行驶的轨迹和路面相联系的摩擦力。因此，施加在车轮上的力会因车轮而异。

人们早就知道给每个车轮配备差速器，其允许在右车轮和左车轮上施加不同比例的驱动扭矩，从而使右车轮以与左车轮不同的速度转向，特别是在转弯期间。下文中，所述车轮接收到的驱动扭矩的部分被称为“车轮扭矩”。

差速器的一个众所周知的缺点是，如果其中一个车轮失去抓地力，也就是说打滑，则驱动扭矩完全转移到该车轮上，因此该车轮容易失控，而另一个车轮则失去其驱动能力。

为了弥补该缺点，存在限滑差速器或“自锁差速器”。限滑差速器旨在通过将驱动扭矩转移到具有最低转速的车轮(即，当车辆进行转弯时，位于弯道内侧的车轮)或者转移到两个车轮(如果两个车轮具有相同的转速)或者转移到位于弯道外侧的车轮(如果内侧车轮打滑)来提高车辆的牵引力。

例如，当车辆左转时，也就是说当左车轮位于弯道内侧时，左车轮比右车轮走得慢，因此是左车轮接收驱动扭矩。如果左车轮打滑，则它的速度会增加，直到达到右车轮的速度。然后，驱动扭矩被转移到右车轮上，从而产生扭矩转向现象，即自动向右转向的现象。

当车辆执行直线轨迹并且车轮在路面上具有不同的抓地力时，也会出现扭矩转向现象。

为了补偿所述扭矩转向现象，也称为“扭矩转向”，汽车制造商集成了补偿功能，也称为“转向返回功能”，使有可能通过辅助电机补偿扭矩转向现象造成的方向盘的角度偏差。当在没有扭矩转向现象的情况下应用该功能时，该功能具有给驾驶员造成车辆行为的不自然感觉的缺点。

存在一种已知的解决方案，使有可能通过将车轮处的至少一个扭矩与阈值进行比较来检测扭矩转向现象的出现，从而启用返回功能和停用返回功能。

因此，该解决方案提出了一种完全启用或停用返回功能的状态机，使驾驶员在启用和停用时体验到车辆的不自然行为。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种用于在车辆中逐渐启用和停用转向返回功能的方法来弥补所有或部分上述缺点，所述车辆包括至少两个车轮、方向盘、向转向齿条施加辅助扭矩的辅助电机和在至少两个车轮上施加车轮扭矩的驱动电机，所述方法包括计算应用增益的步骤，其包括依赖于两个车轮中的至少一个的车轮扭矩确定第一增益的第一阶段，估计与返回功能相关联的辅助扭矩的步骤，以及将与返回功能相关联的辅助扭矩和应用增益相乘的步骤，其特征在于，该方法还包括在计算应用增益的步骤期间，根据方向盘的角度和至少两个车轮的转速差确定第二增益的第二阶段。

根据本发明的方法允许仅在出现扭矩转向现象时在转向***上逐步应用转向返回功能。因此，该方法在返回功能完全启用的状态和返回功能不启用的状态之间进行连续过渡。这样，驾驶员就不会感觉到返回功能的启用或停用。

通过计算包括第一增益和第二增益的应用增益来获得渐进应用，每个增益取决于车辆的参数。应用增益连续变化。

第一增益由二维图形表示，其中x轴表示给至少一个车轮的扭矩，并且y轴表示第一增益。第一增益表示扭矩转向现象的强度。

第二增益表示处于可能导致出现扭矩转向现象的驾驶状况的概率。

然后将所述应用增益乘以与返回功能相关联的辅助扭矩，以确定由辅助电机施加到车辆齿条上的加权返回扭矩。

根据本发明的特征，确定的第二阶段取决于方向盘的角度乘以至少两个车轮的转速差的符号。

根据本发明的特征，确定的第二阶段取决于至少两个车轮的转速差的绝对值。

因此，第二增益由三维图形表示。

根据本发明的特征，第二增益在0和1之间。

根据本发明的特征，第一增益在0和1之间。

根据本发明的特征，计算应用增益的步骤包括将第一增益和第二增益相乘。

因此，当第一增益或第二增益中的一个的值为0时，应用增益为0，并且因此加权返回扭矩为0，也就是说，没有检测到扭矩转向现象，并且当第一增益和第二增益的值为1时，加权返回扭矩最大，也就是说，在车辆上施加了扭矩转向现象。

根据本发明的特征，根据两个车轮中的至少一个的转速、发动机转速和由驱动发动机提供的驱动扭矩，确定车轮扭矩。

每单位时间内由驱动电机执行的旋转次数被称为发动机转速。

根据本发明的特征，该方法包括根据车辆的横向加速度、纵向加速度、横摆角速度和方向盘的角度来评估补偿增益的步骤。

横向加速度(即，当车辆执行弯道轨迹时的车辆加速度)对应于车辆沿垂直于车辆的伸长轴的轴的瞬时位置相对于时间的二阶导数。

纵向加速度(即，当车辆执行直线轨迹时的车辆加速度)对应于车辆沿车辆的伸长轴的瞬时位置相对于时间的二阶导数。

横摆角速度对应于车辆绕垂直轴的旋转运动的速度。

补偿增益是在0和1之间的增益。在乘法步骤中，将补偿增益乘以应用增益和与返回功能相关联的辅助扭矩。

补偿增益根据车辆的动态情况，即转向不足或过度转向情况，调节返回功能的应用。这将车辆在路面上的抓地力的情况考虑在内。

例如，当车辆在诸如冰面的低抓地力路面上执行直线轨迹时，车轮在路面上的抓地力不好。在这种情况下，驱动扭矩高，但纵向加速度低。扭矩转向现象不太可能发生，因此补偿增益低。

如果路面(例如沥青)具有高抓地力，则车轮在路面上的抓地力很强。当车辆在这样的路面上做出直线轨迹时，纵向加速度很大。很可能出现扭矩转向现象，因此补偿增益接近或等于1。

根据本发明的特征，评估补偿增益的步骤包括根据横向加速度确定第三增益的第三阶段、根据纵向加速度确定第四增益的第四阶段、和根据横摆角速度的绝对值或者从横摆角速度和车辆速度计算出的理论角度或者从横摆角速度和车辆速度计算出的理论横向加速度以及方向盘的角度或者从方向盘的角度和车辆速度计算出的理论横摆角速度确定第五增益的第五阶段。

第三增益由二维图形表示，其中x轴表示横向加速度，并且y轴表示第三增益。

第四增益由二维图形表示，其中x轴表示纵向加速度，并且y轴表示第四增益。

第五确定阶段检查方向盘的角度和横摆角速度之间的一致性。

根据本发明的特征，第五增益取决于方向盘的角度乘以横摆角速度的符号，或者取决于理论横摆角速度乘以从方向盘的角度和车辆速度计算出的横摆角速度的符号。

因此，第五增益由三维图形表示。

本发明还涉及车辆的动力转向设备，其包括至少两个车轮、方向盘、向齿条施加辅助扭矩的辅助电机、在至少两个车轮上施加车轮扭矩的驱动电机，并且实现用于根据本发明在车辆中逐渐启用和停用转向返回功能的方法。

附图说明

由于以下描述，本发明将被更好地理解，以下描述涉及根据本发明的实施例，其以非限制性示例的方式给出并参考所附示意图解释，其中：

-图1是根据本发明的方法的步骤的示意性图示。

-图2是表示根据本发明的第二增益的三维图形，该第二增益依据方向盘的角度乘以车辆的两个车轮的转速差的符号和两个车轮的转速差的绝对值。

-图3是表示根据本发明的第五增益的三维图形，该第三增益依据方向盘的角度乘以车辆横摆角速度的符号和横摆角速度的绝对值。

具体实施方式

在本说明书的其余部分中，车辆被视为包括方向盘，该方向盘允许驾驶员根据方向盘的角度α_D修改车辆行驶的轨迹。方向盘连接到转向柱，转向柱本身连接到齿条，齿条将方向盘的角度α_D转换为平移运动，使有可能修改车辆的两个转向车轮和驱动车轮的方向，从而进行右转弯或左转弯。

通过辅助电机在转向齿条上施加辅助扭矩，帮助驾驶员按照自己的意图改变方向盘的角度α_D。

图1示出了根据本发明的一种用于在车辆中逐渐启用和停用转向返回功能的方法。

返回功能使施加辅助扭矩C_R成为可能，以补偿在车辆的某些行驶情况下出现的扭矩转向现象所施加的方向盘的角度α_D的偏差。

在与返回功能相关联的辅助扭矩C_R的估计步骤2期间，返回功能确定辅助扭矩C_R，使其有可能补偿由扭矩转向现象施加的方向盘的角度α_D的偏差。估计步骤2接收车辆速度V_V、方向盘的角度α_D和方向盘的转速V_D作为输入。

此外，该方法在计算应用增益G_A的步骤1期间确定应用增益G_A，步骤1包括确定第一增益G₁的第一阶段11和确定第二增益G₂的第二阶段12。

第一阶段11接收由车辆的驱动电机提供的使其有可能驱使车辆的驱动扭矩C_M、发动机转速E_RPM(即，单位时间内由驱动电机执行的旋转次数)和两个车轮的转速V_R作为输入。因此，第一阶段11确定第一增益G₁，其由二维图形表示，其中在x轴上具有车轮扭矩(即由车轮接收的驱动扭矩C_M的一部分)，并且在y轴上具有第一增益G₁。第一增益G₁表示扭矩转向现象的强度。它包括在0和1之间。

第二阶段12接收两个车轮的转速V_R和方向盘的角度α_D作为输入。因此，第二阶段12确定第二增益G₂，其由三维图形表示，如图2所示，在x轴上包括两个车轮的转速差的绝对值|ΔV_R|(以千米每小时km/h为单位)，并且在尺寸轴上包括方向盘的角度α_D乘以两个车轮的转速差的符号(signΔV_R)，以下称为带符号的方向盘的角度α_D，以度deg为单位。

更准确地说，在第一区域21中，当车辆处于没有出现扭矩转向现象的风险的行驶情况时，第二增益G₂具有基本上等于0的值。

因此，确定当车轮之间的转速差ΔV_R很大(大于3km/h)且带符号的方向盘的角度α_D为负时，不存在出现牵引扭矩现象的风险。该第一区域21表示车辆在一个方向上进行转弯(例如在车辆的行驶方向上进行左转弯)的行驶情况，其中左车轮的转速V_R大于右车轮的转速。实际上，在具有最低转速V_R的车轮(即在我们的示例中的右车轮)上的驱动扭矩C_M的转移将促进车辆向左转弯。

在第二区域22中，当带符号的方向盘的角度α_D基本上等于0时，第二增益G₂具有基本上等于0的值，并且当带符号的方向盘的角度α_D基本上等于1时，第二增益G₂具有基本上等于1的值。在第二区域22中，第二增益G₂连续增加。第二区域22表示存在出现扭矩转向现象的风险的车辆行驶情况。实际上，带符号的方向盘的角度α_D增加得越多，也就是说车辆越是做出弯曲的轨迹，出现扭矩转向现象的风险就越大。

此外，在第三区域23中，当车轮之间的转速差ΔV_R很小(小于3km/h)并且带符号的方向盘的角度α_D为负时，第二增益G₂具有基本上等于0的值，并且当车轮之间的转速差ΔV_R等于0km/h并且带符号的方向盘的角度α_D等于-90°时，第二增益G₂具有高达0.8的增加值。第三区域23表示存在出现扭矩转向现象的平均风险的车辆行驶状况。事实上，车轮之间的速度差越小，就越可能出现扭矩转向现象。

第二增益G₂在0和1之间变化，表示处于可能导致出现扭矩转向现象的行驶状况的概率。

应用增益G_A的计算步骤1包括将第一增益G₁和第二增益G₂相乘。

因此，当第一增益G₁和/或第二增益G₂的值为0时，应用增益G_A为0，也就是说，没有检测到扭矩转向现象，并且当第一增益G₁和第二增益G₂的值为1时，应用增益G_A等于1，也就是说，在车辆上施加了扭矩转向现象。

该方法还在评估补偿增益G_C的步骤3期间确定补偿增益G_C，步骤3包括确定第三增益G₃的第三阶段33、确定第四增益G₄的第四阶段34和确定第五增益G₅的第五阶段35。

第三阶段33接收车辆的横向加速度A_lat的值作为输入。因此，第三阶段33确定第三增益G₃，其由在x轴上具有横向加速度A_lat且在y轴上具有在0和1之间变化的第三增益G₃的二维图形表示。

横向加速度对应于车辆在弯道中做出轨迹时的车辆加速度。

第四阶段34接收车辆的纵向加速度A_lon的值作为输入。因此，第四阶段34确定第四增益G₄，其由在x轴上具有纵向加速度A_lon且在y轴上具有在0和1之间变化的第四增益G₄的二维图形表示。

纵向加速度A_lon对应于当车辆执行直线轨迹时的车辆加速度。

第五阶段35接收车辆的方向盘的角度α_D和横摆角速度V_L作为输入。因此，第五阶段35确定第五增益G₅，其由三维图形表示，如图3所示，该三维图形在x轴上包括方向盘的角度α_D乘以横摆角速度的符号，这被称为带符号的方向盘的角度α_D，并且在尺寸轴上包括车辆横摆角速度的绝对值|V_L|。横摆角速度V_L对应于车辆绕垂直轴的旋转运动的速度。

更准确地说，当带符号的方向盘的角度α_D为负时，第五增益G₅在第一区域24中具有基本上等于1的值，并且当带符号的方向盘的角度α_D为正时，第五增益G₅在第二区域25中具有基本上等于0的值。

第五增益G₅说明了方向盘的角度α_D和横摆角速度V_L之间的一致性。

补偿增益G_C是第三增益G₃、第四增益G₄和第五增益G₅的乘积。补偿增益G_C包括在0和1之间。

在乘法步骤4期间，将与返回功能相关联的辅助扭矩C_R与应用增益G_A和补偿增益G_C相乘，以获得加权返回扭矩C_RP。

因此，应用增益G_A根据施加到车辆上的扭矩转向现象的强度来调节返回功能的应用，并且补偿增益G_C根据车辆的动态情况(即转向不足或过度转向情况)来调节返回功能的应用，以便考虑车辆在路面上的抓地力的情况。

只有在出现扭矩转向现象时，加权返回扭矩C_RP才允许在转向***上逐步应用转向返回功能。因此，该方法在返回功能完全启用的状态(即当应用增益G_A和补偿增益G_C等于1时)和返回功能不启用的状态(即当应用增益G_A和/或补偿增益G_C等于0时)之间执行连续过渡。这样，驾驶员就不会感觉到返回功能的启用或停用。

当然，本发明不限于附图中描述和表示的实施例。在不脱离本发明的保护范围的情况下，特别是从各种元件的构成的角度来看或者通过替代技术等效物，修改仍然是可能的。

Claims (11)

1.一种用于在车辆中逐渐启用和停用转向返回功能的方法，所述车辆包括至少两个车轮、方向盘、在齿条上施加辅助扭矩(C_RP)的辅助电机和在所述至少两个车轮上施加车轮扭矩的驱动电机，所述方法实施计算应用增益(G_A)的步骤(1)，步骤(1)包括根据两个车轮中的至少一个的车轮扭矩确定第一增益(G₁)的第一阶段(11)，估计与所述返回功能相关联的辅助扭矩(C_R)的步骤(2)以及将与所述返回功能相关联的所述辅助扭矩(C_R)和所述应用增益(G_A)相乘的步骤(4)，其特征在于，所述方法还包括在所述计算应用增益(G_A)的步骤(1)期间，根据所述方向盘的角度(α_D)和所述至少两个车轮的转速(V_R)的差，确定第二增益(G₂)的第二阶段(12)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二阶段(12)的确定取决于所述方向盘的角度(α_D)乘以所述至少两个车轮的转速(V_R)的差的符号。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二阶段(12)的确定取决于所述至少两个车轮的转速(V_R)的差的绝对值。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二增益(G₂)在0和1之间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一增益(G₁)在0和1之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，计算所述应用增益(G_A)的步骤(1)包括将所述第一增益(G₁)和所述第二增益(G₂)相乘。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述车轮扭矩是根据所述两个车轮中的至少一个的转速(V_R)、发动机转速(E_RPM)和由所述驱动电机提供的驱动扭矩(C_M)确定的。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括根据所述车辆的横向加速度(A_lat)、纵向加速度(A_lon)、横摆角速度(V_L)和所述方向盘的角度(α_D)评估补偿增益(G_C)的步骤(3)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，评估所述补偿增益(G_C)的步骤(3)包括根据所述横向加速度(A_lat)确定第三增益(G₃)的第三阶段(33)、根据所述纵向加速度(A_lon)确定第四增益(G₄)的第四阶段(34)以及根据所述横摆角速度(V_L)的绝对值，或根据从所述横摆角速度(V_L)和车辆速度(V_V)计算出的理论角度，或根据从所述横摆角速度(V_L)和所述车辆速度(V_V)计算出的理论横向加速度，以及根据所述方向盘的角度(α_D)或从所述方向盘的角度(α_D)和所述车辆速度(V_V)计算出的理论横摆角速度确定第五增益(G₅)的第五阶段(35)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第五增益(G₅)取决于所述方向盘的角度(α_D)乘以所述横摆角速度(V_L)的符号，或理论横摆角速度乘以从所述方向盘的角度(α_D)和所述车辆速度(V_V)计算出的所述横摆角速度(V_L)的符号。

11.一种车辆的动力转向设备，包括至少两个车轮、方向盘、在齿条上施加辅助扭矩(C_RP)的辅助电机、在所述至少两个车轮上施加车轮扭矩的驱动电机，并且实施根据前述权利要求中任一项所述的在车辆中逐渐启用和停用转向返回功能的方法。

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