CN114599565A - 用于在紧急转向模式下借助于基于前轮制动的扭矩矢量控制机动车辆的方法 - Google Patents

用于在紧急转向模式下借助于基于前轮制动的扭矩矢量控制机动车辆的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在紧急转向模式下对线控转向式转向***进行控制的方法，其中，机动车辆(1)包括两个轴(10，20)，每个轴具有两个轮(RL，RR，FL，FR)，其中，两个前轮(FL，FR)能够借助于前轮转向进行转向并且通过前轮转向的转向***(4)的转向杆(3)彼此连接，并且机动车辆(1)包括单个轮驱动器，该轮驱动器与两个轴(10，20)中的一个轴相关联，并且该轮驱动器借助于差速器对相应轴的两个轮进行驱动，其中，该轮驱动器包括单个致动器(2)，并且其中，机动车辆(1)包括制动***，并且该方法包括以下步骤：检查转向***是否存在错误状态；在已检测到错误状态的情况下执行紧急转向模式，并且执行以下步骤：借助于目标轮转向角度(αRW,ref)确定转向杆的目标位置(SR,ref)；借助于控制单元确定待制动的前轮(FL，FR)以及用于达到目标位置(SR,ref)的制动压力；将待制动的前轮(FL，FR)和制动压力传送至制动***，并且对待制动的前轮(FL，FR)进行制动；增加由轮驱动器提供的扭矩，以补偿由待制动的前轮(FL，FR)的制动而引起的车辆(1)的速度损失。

Description

用于在紧急转向模式下借助于基于前轮制动的扭矩矢量控制 机动车辆的方法
技术领域
本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的用以对用于机动车辆的线控转向式转向***进行控制的方法，并且涉及被设计成执行该方法的机动车辆。
背景技术
在线控转向式转向***中，转向轮的位置没有直接链接至方向盘。方向盘与转向轮之间经由电信号连接。驾驶员的转向要求由转向角度传感器获取，并且转向轮的位置借助于转向致动器以取决于驾驶员的转向要求的方式来进行控制。没有提供与轮的机械连接。
在正常模式下，控制器操作线控转向式转向***，并不断地检查转向***的***部件是否恰当地发挥功能。如果发生故障，则线控转向式转向***的功能被禁用。可以提供允许紧急转向模式的机械后退水平。然而，这样的机械后退水平是昂贵的。
发明内容
本发明的目的是说明一种用以对用于机动车辆的线控转向式转向***进行控制的方法，该方法允许在没有机械后退水平的情况下实现紧急转向模式。
该目的通过一种具有权利要求1的特征的用于对线控转向式转向***进行控制的方法以及通过一种配置成执行这种方法的线控转向式转向***来实现。本发明的其他有利的实施方式可以在从属权利要求中找到。
因此，提供了一种用以在紧急转向模式下对用于机动车辆的线控转向式转向***进行控制的方法，其中，机动车辆包括两个轴，每个轴具有两个轮，这两个轮经由转向***的转向拉杆彼此连接，其中，两个前轮能够借助于前轮转向***进行转向，并且机动车辆包括单个轮驱动器，该轮驱动器被分配给两个轴中的一个轴并且该轮驱动器经由差速器对相应轴的两个轮进行驱动，其中，轮驱动器包括单个致动器，并且其中，机动车辆包括制动***，并且该方法包括以下步骤：
·检查转向***是否存在故障状态，
·在已检测到故障状态的情况下实施紧急转向模式，
·其中，在紧急转向模式下执行以下步骤：
·使用设定点轮转向角度确定转向拉杆的设定点位置，
·借助于控制单元确定待制动的前轮以及达到设定点位置的制动压力，
·将待制动的前轮和制动压力传送至制动***，并且对待制动的前轮进行制动，
·增加由轮驱动器提供的扭矩，以补偿由待制动的前轮的制动而引起的机动车辆的速度损失。
基于制动的扭矩矢量允许机动车辆甚至在故障状态下被转向，特别是在转向***失效的情况下转向，而不需要机械后退水平。
差速器是可控的差速器。差速器特别是开放式或部分开放式差速器。
优选地针对车轮中的每个车轮确定设定点轮转向角度；左侧车轮的设定点轮转向角度和右侧车轮的设定点轮转向角度可以相同，或者可以形成不同的角度。
用于确定待制动的前轮和制动压力的控制单元优选地包括用于仲裁的软件。
如果将底盘几何结构、制动***的特性以及设定点有齿齿条位置的符号输入到软件中以确定待制动的前轮和制动压力，则是优选的。
在一个实施方式中，轮驱动器是后轮驱动器，该后轮驱动器在紧急转向模式下为两个后轮提供相同的附加扭矩，使得两个附加扭矩之和补偿了速度损失。
还可以规定，轮驱动器是具有开放式差速器的前轮驱动器，该开放式差速器在紧急转向模式下驱动未制动的前轮，特别是利用两个前轮的扭矩之和以及利用用于补偿速度损失的附加扭矩来驱动未制动的前轮。以下关系优选地适用于右侧弯道：TFL+TFR＝2*TFL+Tped,br，其中TFL和TFR是左侧前轮的扭矩和右侧前轮的扭矩，并且Tped,br是引入到待制动的右侧前轮中的制动扭矩。以下关系优选地适用于左侧弯道：TFL+TFR＝2*TFR+Tped,br，其中Tped,br是引入到待制动的左侧前轮中的制动扭矩。
可以非常普遍地规定，使用由驾驶员引入到转向装置中的转向扭矩来确定设定点轮转向角度，或者通过自主或半自主驾驶模式来指定设定点轮转向角度。
该目的还通过一种配置成执行上述方法的机动车辆来实现。机动车辆优选地具有最小的转向头角度和最大的刮擦半径。
附图说明
下面将参照附图更详细地讨论本发明的优选的实施方式。在这种情况下，在所有附图中，相同的部件或者功能相同的部件设置有相同的附图标记。在附图中：
图1是具有带有单个驱动马达的前轮驱动器的机动车辆的示意图，
图2是具有带有两个驱动马达的前轮驱动器的机动车辆的示意图，
图3是具有带有一个驱动马达的后轮驱动器以及基于前轮制动的扭矩矢量的机动车辆的示意图，
图4是具有带有一个驱动马达的前轮驱动器以及基于前轮制动的扭矩矢量的机动车辆的示意图，以及
图5示出了具有基于前轮制动的扭矩矢量的机动车辆的控制器的框图。
具体实施方式
图1示意性地图示了机动车辆1，机动车辆1具有两个轴10、20以及四个轮FL、FR、RL、RR，其中，只有前轮FL、FR是可驱动的(前轮驱动器)，并且前轮FL、FR的驱动器2布置在前轴10上。驱动器2是电动马达。相对于行进方向，前轴10包括左侧可转向的前轮FL和右侧可转向的前轮FR，这两个前轮经由齿条齿轮式转向传动装置4的有齿齿条3彼此连接。当有齿齿条3相对于行进方向横向地向右或向左移位时，轮FL、FR绕各自的枢转点枢转。
驾驶员将转向扭矩TSW引入到转向装置中，特别是引入到线控转向式转向***的方向盘中。根据该转向扭矩TSW确定可转向的前轮的设定点轮转向角度αRW,ref和设定点有齿齿条位置SR,ref。因此有齿齿条3借助于齿条齿轮式转向传动装置4移动，直到该有齿齿条到达实际的有齿齿条位置SR，并且轮呈现轮转向角度αRW。
如图1中所图示的，当行驶通过右侧弯道时，驱动扭矩借助于前轮驱动器被均匀地分配至两个前轮FL、FR，也就是说，两个前轮的牵引力是相同的，FFL＝FFR。
图2同样示出了根据现有技术已知的前轮驱动器，该前轮驱动器具有两个单独的致动器2、22。在行进方向的左侧布置有左侧轮驱动马达220，并且在行进方向的右侧布置有右侧轮驱动马达221。轮驱动马达220、221各自经由驱动轴5连接至可转向的前轮FL、FR。轮驱动马达220、221是电动马达。前轮转向***的前轮FL、FR经由齿条齿轮式转向传动装置4的有齿齿条3彼此连接。如在图1的线控转向式转向***的情况下，控制齿条齿轮式转向传动装置4，但是将驱动控制实施成使得前轮FL、FR之间产生差动扭矩ΔT，该差动扭矩与可转向的前轮FL、FR的设定点轮转向角度αRW,ref成比例或者与驾驶员的转向要求成比例。换句话说，将可转向的前轮FL、FR的设定点轮转向角度αRW,ref结合到前轮驱动器的控制中。如图2中所图示的，当行驶通过右侧弯道时，用于左侧前轮的牵引力为x N(例如100N)+ΔT/2，并且用于右侧前轮的牵引力为x N-ΔT/2。差动扭矩导致有齿齿条的位移，并且从而导致转向操作。
图3示出了本发明的示例性实施方式。机动车辆1具有前轮转向***和后轮驱动器。前轮转向***的前轮FL、FR经由齿条齿轮式转向传动装置4的有齿齿条3彼此连接。后轮驱动器具有单个致动器2，特别是具有电动马达，该后轮驱动器经由差速器驱动后轮。在线控转向式转向***失效的情况下，也就是说前轮转向***不再可用，机动车辆切换至紧急转向模式。在这种紧急转向模式下，通过对前轮FL、FR中的一个前轮进行制动来提供转向扭矩。以取决于设定点轮转向角度αRW,ref的方式来计算设定点有齿齿条位置SR,ref。借助于控制器控制该有齿齿条位置，该控制器包括用于仲裁的软件。将底盘几何结构、制动***的特性以及设定点有齿齿条位置SR,ref的符号输入到该软件中以确定待制动的前轮FR、FL以及制动操作所需的制动压力。为了机动车辆1不会由于制动操作而损失速度，后轮驱动器在后轮RR、RL处提供附加扭矩，该附加扭矩对应于牵引力Fped,br并且补偿速度的损失。将机动车辆的加速器踏板的位置、优选地加速器踏板角度以及制动踏板的位置、优选地制动踏板角度传送至控制器，以检测机动车辆的加速或减速，并且由此计算附加所需的扭矩。
图3示出了行驶通过右侧弯道。将设定点有齿齿条位置SR,ref和设定点轮转向角度αRW,ref也结合到由右侧前轮提供的制动扭矩Tped,br的计算中。后轮驱动器的驱动器控制器相应地对右侧后轮RR和左侧后轮RL进行驱动，这两个后轮中的每个后轮施加x N(例如100N)+Fped,br/2的牵引力，其中Fped,br是补偿制动扭矩Tped,br的力。
在紧急转向模式下，机动车辆可以通过基于前轮制动的扭矩矢量来转向，而无需基于驱动器的扭矩矢量来转向，尽管事实上驱动器仅包括单个电动马达。因此，可以省略附加的机械后退水平，从而可以节省成本和重量。
图4图示了具有前轮驱动器和前轮转向***的机动车辆1。前轮转向***的前轮FL、FR经由齿条齿轮式转向传动装置4的有齿齿条3彼此连接。前轮驱动器具有单个致动器2，特别是电动马达，该前轮驱动器经由开放式差速器(没有锁定装置)或部分开放式差速器来驱动前轮FL、FR。在转向***失效的情况下，也就是说前轮转向***不再可用，机动车辆1切换至紧急转向模式。在这种紧急转向模式下，通过对前轮FL、FR中的一个前轮进行制动来提供转向扭矩。以取决于设定点轮转向角度αRW,ref的方式来计算设定点有齿齿条位置SR,ref。借助于控制器控制有齿齿条位置，该控制器包括用于仲裁的软件。将底盘几何结构、制动***的特性以及设定点有齿齿条位置SR,ref的符号输入到该软件中以确定待制动的前轮和制动压力。为了机动车辆1不会由于制动操作而损失速度，前轮驱动器的致动器2提供补偿速度损失的附加扭矩。将机动车辆的加速器踏板的位置、优选地加速器踏板角度α以及制动踏板的位置、优选地制动踏板角度传送至控制器，以检测机动车辆的加速或制动从而计算附加扭矩。
以下关系适用于图4中所图示的右侧弯道：
TFL+TFR＝2*TFL+Tped,br，其中TFL和TFR是左侧前轮的扭矩和右侧前轮的扭矩，并且Tped,br是引入到待制动的前轮FR中的制动扭矩。
在这种情况下，基于制动的扭矩矢量构成了特别有利且简单的紧急转向模式，该紧急转向模式允许机动车辆1在转向***失效后转向，而不需要机械后退水平。
所有的实施方式优选地具有共同的事实是，转向头角度处于最小，并且刮擦半径处于最大，结果已经可以通过待制动的前轮FL、FR上的少量制动压力引起转向操作或者有齿齿条的平移。
转向操作和/或紧急转向操作可以由驾驶员通过转动方向盘或者移动一些其他转向装置来启动，也可以由自主或半自主机动车辆的控制器来启动。
图5图示了具有基于制动的扭矩矢量的机动车辆的控制器的框图。在第一单元6中，将由驾驶员引入到方向盘中的转向扭矩TSW或者由自主驾驶模式要求的设定点扭矩Treg转换成可转向的前轮FL、FR的设定点轮转向角度αRW,ref。第二单元7根据设定点轮转向角度αRW,ref来确定设定点有齿齿条位置SR,ref。在第三单元8中根据设定点有齿齿条位置SR,ref、制动扭矩Tped,br以及从动轮的加速扭矩Tped,acc来确定实际的有齿齿条位置SR和有齿齿条力FRack。然后，在第四单元9中，由此确定机动车辆和车轮在恒定速度和转弯操纵、加速和转弯操纵的情况下以及在转弯操纵中的制动操作期间如何表现，随后实施相应的车辆状态。
在第一状态下，机动车辆以恒定速度v沿着弯道或弯曲路径行驶。在转弯操纵期间，由于方向盘转动或者由于前车轮转动，设定点有齿齿条位置SR,ref必须假定为非零值，这是因为有齿齿条位置在此过程中改变或必须改变。相应的前车轮的制动力对应于设定点有齿齿条位置的函数FFL、FFR.＝f(SR,ref)。在这种情况下，对于后车轮，这意味着后车轮的牵引扭矩TFL、TFR是设定点有齿齿条位置SR,ref和加速扭矩Tped,acc的函数(TFL,TFR＝f(SR,ref,Tped,acc))以保持车速。
在第二状态下，也就是说在切向车辆加速度v>0的情况下，并且在转弯操纵SR,ref≠0期间，与制动力和牵引扭矩相关的关系对应于第一状态：FFL,FFR.＝f(SR,ref)且Tped,acc(TFL,TFR＝f(SR,ref,Tped,acc))。
在对应于制动操作的第三状态下，也就是说，当车辆速度正在减小(v<0)并且车辆正在执行转弯操纵或者在弯曲路径上行驶时SR,ref≠0，前车轮的制动力相应地是设定点有齿齿条位置和制动扭矩Tped,br的函数(FFL,FFR.＝f(SR,ref；Tped,br))。后车轮处的牵引扭矩不存在，并且因此为零(TFL,TFR.＝0)。

Claims (10)

1.一种用以在紧急转向模式下对用于机动车辆(1)的线控转向式转向***进行控制的方法，其中，所述机动车辆(1)包括两个轴(10，20)，每个轴(10，20)具有两个轮(RL，RR，FL，FR)，其中，两个前轮(FL，FR)能够借助于前轮转向***进行转向并且经由所述前轮转向***的转向***(4)的转向拉杆(3)彼此连接，并且所述机动车辆(1)包括单个轮驱动器，所述轮驱动器被分配给所述两个轴(10，20)中的一个轴并且所述轮驱动器经由差速器对相应轴的所述两个轮进行驱动，其中，所述轮驱动器包括单个致动器(2)，并且其中，所述机动车辆(1)包括制动***，并且所述方法包括以下步骤：
·检查所述转向***是否存在故障状态，
·在已检测到故障状态的情况下实施所述紧急转向模式，
·其中，在所述紧急转向模式下执行以下步骤：
·使用设定点轮转向角度(αRW,ref)来确定所述转向拉杆的设定点位置(SR,ref)，
·借助于控制单元确定待制动的前轮(FL，FR)以及用于达到所述设定点位置(SR,ref)的制动压力，
·将所述待制动的前轮(FL，FR)和所述制动压力传送至所述制动***，并且对所述待制动的前轮(FL，FR)进行制动，
·增加由所述轮驱动器提供的扭矩，以补偿由所述待制动的前轮(FL，
FR)的制动而引起的所述机动车辆(1)的速度损失。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于确定所述待制动的前轮(FL，FR)和所述制动压力的所述控制单元包括用于仲裁的软件。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将底盘几何结构、所述制动***的特性和所述设定点齿条位置(SR,ref)的符号结合到计算中，以确定所述待制动的前轮(FL，FR)和所述制动压力。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述轮驱动器是后轮驱动器，所述后轮驱动器在所述紧急转向模式下为两个后轮(RR，RL)提供相同的附加扭矩，使得两个所述附加扭矩之和补偿了所述速度损失。
5.根据前述权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述轮驱动器是具有开放式差速器的前轮驱动器，所述开放式差速器在所述紧急转向模式下驱动未制动的前轮，特别是利用所述两个前轮的所述扭矩之和以及利用用于补偿所述速度损失的所述附加扭矩来驱动所述未制动的前轮。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以下关系适用于右侧弯道：TFL+TFR＝2*TFL+Tped,br，其中TFL和TFR是左侧前轮(FL)的扭矩和右侧前轮(FR)的扭矩，并且Tped,br是引入到所述待制动的前轮(FR)中的制动扭矩。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，使用由驾驶员引入到转向装置中的转向扭矩(TSW)来确定所述设定点轮转向角度(αRW,ref)。
8.根据前述权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述设定点轮转向角度(αRW,ref)由自主或半自主驾驶模式指定。
9.一种机动车辆，所述机动车辆配置成执行根据权利要求1至8中的任一项所述的方法。
10.根据权利要求9所述的机动车辆，其特征在于，转向头角度处于最小，并且刮擦半径处于最大。
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