用于机动车辆的自适应转向控制的制作方法

专利名称：用于机动车辆的自适应转向控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机动车辆的自适应转向控制系统。
背景技术：
动力转向系统已经公知很长时间了，其中，司机施加至方向盘上的扭矩 借助作动器例如液压缸、电机等被放大并且传送至方向盘， 一般是车辆的前 轮。虽然这些系统已经极大地减小了司机转向操作时所需要施加的力，但是 仍然不是十分地令人满意。当高速行驶时，例如在高速公路上，司机通常仅 施加小的转弯力至方向盘，如果司机几乎不能感受到来自于方向盘的反扭 矩，那么司机往往会比较辛苦。这会在动力转向系统中为扭矩放大施加一个 上限，导致当低速操纵时感受到明显的反扭矩，其中在低速操纵时频繁地需 要大的转向角。近些年来，自适应动力转向系统已经被引入，由此，这一问 题通过在高速和低速下使用不同的扭矩放大而被克服。
这些自适应动力转向系统已经产生了新的问题，会为司机带来极大的麻
烦如果车辆在转弯的同时突然制动，并且其速度降至不同扭矩放大率之间 的切换阈值之下，那么由司机经受的反扭矩会突然地降低，使得司机感觉到 车辆已经失去抓地。由于突然的制动在大多数情况下会出现在关键的情况 下，即司机的注意力被避免事故所必要的操作所吸引，这样会存在司机不会 对反扭矩的改变作出正确的反应的风险。
AFS(主动前转向)是允许根据车速改变转向系统的变速比的技术。AFS 的目的类似于上述自适应动力转向系统减小司机在低速小半径转向操作时 的转向努力，同时保持高速时良好感受的反扭矩。这里，由不同传动比之间 的切换导致的问题会比自适应动力转向更加严重，因为与方向盘的给定转向 角相关联的前轮路面角取决于传动比。

发明内容
本发明的目的是提供一种自适应转向控制系统，该系统避免任何可能使
4得司机感觉到意外的风险的控制操作。
这一目的是通过一种用于机动车辆的自适应转向控制系统实现的，该控 制系统包括用于探测方向盘的操作量的当前值的传感器，用于转动方向盘的 作动器，以及控制器，该控制器用于根据所述车辆的速度选择一图表，该图 表给所探测的所述操作量的当前值分配所述作动器的操作量的设定值，并且 用于将设定值信号发送至所述作动器，其中，所述控制器适于判定所述车辆 是否处于需要司机的更高度注意的运动状态，并且在所述车辆处于所述需要 高度注意的状态时禁止所述图表的切换。
所述操作量可以是所述方向盘的转动角和所述方向盘的转动角，或者施 加至所述方向盘和所述方向盘的扭矩。
从原理上讲，图表可以是相当随机的单调连续函数，线性或非线性。优 选地，在低车速下选定的图表的线性项大于在高车速下选定的图表的线性 项。
可以使用各种标准来判断车辆的当前运动状态是否需要司机给予更高 度的注意。第一条便用的标准是，所述横向加速度是否超过预定阈值。优选 地，横向加速度可以直接地由连接至控制器的横向加速度传感器测得。可选 择地，该横向加速度可以根据方向盘角度数据(或者，等价地，根据路面角 数据，根据这二者都可以获取车辆路径的曲率半径)和车辆的纵向速度而由 所述控制器推算。
另 一条适当的标准是车辆的横摆率，该横摆率也可以从连接至控制器的 专门传感器获得。
尤其优选的标准是所述车辆的侧滑率。虽然高横摆率或高横向加速度本 身可能是司机谨慎控制措施的结果并且很可能司机有此预期，但是也可能高 的侧滑率并不是预期的，并且将引发司机作出校正措施，吸引他的全部注意。
为了推算所述侧滑率，所述控制器优选地根据由所述横摆率传感器测量 的横摆率和由所述横向加速度传感器测量的横向加速度。
判断车辆是否处于需要高度注意的状态的另一条有用的标准是纵向加 速度。较大值的纵向加速度，不论是正还是负，都能清楚地表明司机的注意 力被完全吸引。
另 一重要的标准是方向盘角度的时间导数或者横摆率的时间导数。正如 强劲的纵向加速度，方向盘角度的时间导数大可能仅仅是司机谨慎操作的结果。横摆率的时间导数过大可能是司机操作的结果，或者其可表示对车辆的 控制至少部分丧失这种情况。在这种情况下，最重要的是不能在转向控制系 统的图表之间出现未预料的切换。
本发明的目的还由一种用于机动车辆的转向控制方法实现，包括重复的
以下步骤
a) 探测方向盘的操作量的当前值，
b) 选择一图表，所述图表给所述操作量的探测当前速度(S52、 S53) 分配述操作量的设定值，
c) 将设定值信号发送至转向车轮的作动器，特征在于以下步骤
d) 判定所述车辆是否处于需要司机给予高度注意的运动状态(S45、S48、 S55、 S58),
e) 当判定所述车辆没有处于需要高度注意的状态时，根据车速选择所 述图表(S51-S53),以及
f) 当判定所述车辆处于需要高度注意的状态时，重新选择步骤e)的前 一重复中选择的图表。
本发明还可通过一种数据处理器程序产品来实现，包括数据载体，在该 数据载体中，采用机器可读取的形式记录使数据处理器能够形成上述的自适 应转向控制系统的控制器或者实现上述方法的程序指令。


本发明的其他特征和优势将通过随后的实施例的说明并且参照附图变 得清楚明了 。
图1是装配有根据本发明的自适应悬挂控制和自适应转向控制系统的机 动车辆的方框图2是由图1的车辆的控制器实现的控制过程的第一部分的流程图；以
及
图3是控制过程的第二部分的流程图。
具体实施例方式
图1是采用本发明的机动车辆的示意性方框图。该车辆具有经由第一离 合器4驱动前车轴3的车轮15的内燃机2。在前车轴3与后车轴6之间的驱
6动轴5中，设置第二离合器7。该第二离合器7设置成受到基于微处理器的 控制器回路8的控制。如果第二离合器7打开，那么车辆只由前轮15驱动； 如果第二离合器7接合，那么车辆还由后轮16驱动。施加至前轮15与施加 至后轮16的扭矩之间的比值可以通过控制器回路8进行改变。
减振器17设置在前车轴3和后车轴6上的车轮15、 16附近。减振器17 的刚度可在控制器回路8的控制下发生变化。
车辆1的动力转向系统是线控转向(steer-by wire )系统，包括方向盘角 度传感器11，该方向盘角度传感器11设置在方向盘14的轴附近并且连接至 控制器8，以及用于移动转向齿条(rack) 18的液压致动器19,所述致动器 在控制器8的控制下供给有加压液压流体。控制器8存储两张图表 LA=gl(SW)、LA=g2(SW)，用于将路面角LA分配至探测到的方向盘角度SW。 图表g,主要使用在低速情况下，如下文更详细地说明，而g2主要用于高速 情况下。对于任何的方向盘角度，g,(SW)》g2(SW)都成立。这些图表可以是 线性函数，或者它们可以扩展至泰勒级数，对于g,来说其线性项大于g2。
可选择地，动力转向系统可包括用于探测由司机施加至方向盘14的扭 矩ST的扭矩传感器，控制器8存储两张图表，使用两张图表FT=gl(ST), FT=g2(ST)， gl(ST) > g2(ST)中的选定一个来M^定由致动器19施加的用于转动 前轮15的扭矩FT，作为方向盘扭矩的函数。在这种情况下，可以设置方向 盘之间的机械耦合，例如借助方向盘14的轴上的接合齿条18的传统传动齿 轮。
控制器回路8具有与其连接的其他传感器，诸如用于检测车辆1的纵向 和橫向加速度的加速度传感器9，横摆率传感器IO或者加速踏板传感器12。 加速踏板传感器12可由未示出的进气节气门传感器代替，或者由未示出的 电子发动机控制器的燃料供给率信号代替，因为节气门位置或燃料率通常根 据加速踏板的位置而进行直接地控制。
此外，设置制动传感器13。这一传感器可探测制动踏板的位置，或者类 似于本领域的方式其可以是压力传感器，探测用于驱动车轮15、 16处的未 示出的车轮制动器的制动液的压力。
控制器回路8的操作将参照图2和3的流程图进行说明。这些附图示出 i 以规则时间间隔由控制回路8重复地执行的控制过程的两部分，或者由与车 辆移动相关的量的明显变化触发的控制过程，只要车辆在移动。该控制过程
7的第一部分，如图2所示，涉及车辆1的运动状态的自动分类。第二部分， 如图3所示，涉及响应于在过程的第一部分识别的运动状态而采取的控制措 施。与图2和3的过程同时地，控制器回路使用当前选定的其中一个图表g,、 g2来根据方向盘角度传感器11的输入(或者，可选择地，根据方向盘扭矩 传感器的输入)控制液压致动器18的操作。
在第一步骤Sl,控制器回路8检查可能存在于车辆1中的任何电子稳 定系统，诸如传统ABS或ESP系统，是否正在主动地干涉车辆的控制。如 果正在主动干涉，那么图2的过程中断，从而避免与电子稳定系统产生任何 无益的交互作用，并且在随后或者一旦稳定系统变为不活动状态时将被启动 或再次触发。
图2的过程测量各种与车辆运动相关的量并且将这些量转换为二进制指 标。完成上述操作所用的方式对于许多的量来说都是类似的，因而将在这里 只参照横摆率传感器10的横摆率YR进行说明，应该理解，对于其他量来 说，通过必要的修改可以实现类似过程，这将在下文中进行说明。
在步骤S2,控制器回路8接收来自于横摆率传感器10的横摆率YR的 当前测量值。在步骤S3，将这一值YR与预定的低阈值YRmin相比较。如 果YR被发现低于这一阈值，那么步骤S4将横摆率指标YRin(t)的当前值设 定等于零。如果YR大于第一阈值，那么在步骤S5将其与第二更大的阚值 YRmax相比较。如果YR超过这一第二阈值，那么在步骤S6将指标YRin(t) 设定为1。如果YR低于第二阚值YRmax，那么指标YRin(t)保持在值 YRin(t-l)，该值在过程(S7)的前一重复中接收。
采用类似的方式，在步骤S8方向盘角度传感器11获取方向盘角度SW， 并且在步骤S9中，根据两个阈值的比较，将方向盘指标SWin(t)的当前值设 定为O, 1，或者保持与前一值SWin(t-l)完全相同。
采用相同的方式，横向加速度AY从加速传感器9读取，在步骤S11中 根据该读数而设定横向加速度指标AYin(t)。
步骤S12检查上述确定的指标YRin、 SWin、 AYin中的任何值是否为1 ， 表示车辆正在驶过弯道。如果这样，将直线驱动指标Straight—in设定为0 (S13)，如果并非如此，那么将其设定为1 (S14)。
在步骤S15中，从加速传感器9获取当前纵向加速度AX，并且如上所 述从加速传感器9获取纵向加速指标AXin(t)作为YR(S16)。采用相同的方
8式，表示加速踏板是否被压下足够远从而使车辆加速的指标APin(t)在步骤 S17、 S18中确定。具有相同含义的指标也可选择性地从进气节气门的位置 或者从供给至发动机的燃料率获得。
步骤S19通过比较步骤S15的纵向加速度AX与阈值AXmin或者比较 制动液压力MCP与阈值MCPth来检查车辆是否处于制动状态。如果这些阈 值其中之一被超过，那么将制动指标Brake—in设定为1 ( S20 ),或者设定为 0 ( S21 )。
如果AXi『1,表示车辆具有明显的加速，或者APiiv^1,表示即将产生 的加速，并且Brake—in=0，将加速指标Accel—in设定为1 ( S23 ),或者设定 为0 ( S24 )。
根据车速v与非常低的阔值vstopth的比较，将停止指标vst—in设定为1 (S25)，表示车辆正在移动，或者设定为0(S26),表示车辆实际上正在停 止。如果确定车辆正在移动，那么将其速度v与等于若干公里/小时的另一阔 值vlowth相比较。如果阈值被超过，表示车辆在正常的交通流中移动，那么 将指标vlo—in设定为0 (S28)。如果v低于vlowth,那么可能车辆正在进行 难度大的操作，诸如移动进入或离开停车位，并且将vk)—in设定为1 (S29)。
在步骤S30中，计算偏移加速度YA,即，在S2中测量的横摆率YR的 时间导数，在步骤S31根据两个阈值的比较获得偏移加速度指标YAin(t)。 步骤32分别根据在步骤S10和S2中测量的横向加速度AY和横摆率YR计 算车辆的侧滑率SS,如下所示
SS=AY-YR*v
釆用与上述其他量相同的方式，在步骤S33通过比较两个阈值而获得相 关联的指标SSin(t)。如果不存在明显的侧滑，那么指标SSin为0,如果存在， 那么指标为1。
步骤S34计算方向盘角度SW的时间导数SA。在步骤S35,如果不存 在方向盘的明显移动，则将方向盘速度指标SAin(t)设定为0，如果存在明显 的移动，那么设定为1。
如果SAin(t)在步骤S36中为0,即，如果方向盘正在緩慢转动或者一点 也没有转动，那么假定车辆没有处于瞬变状态。这是通过在S37中设定为0 的瞬变指标Trans一in反映的。如果SAin(t)是l，那么步骤S38还检查是否指 标YAin(t)或SSin(t)其中的至少一个为1。如果满足这一条件，那么车辆假定处于瞬变状态，即，在S39将Trans—in设定为1 。
最后，在步骤S40至S44从纵向车速v获取二进制速度指标vin(t)。如 前面所讨论的大多数指标那样，vin(t)通过比较两个阈值vmax和vmin而获 得，从而提供滞后作用。
由此已经评价了车辆的运动状态，控制器前进至过程的第二部分，如图 3所示。
如果瞬变指标Trans—in在S45中发现为1，那么减振器17的硬度被设 定为与S46中的瞬变状态相关联的高值。由于瞬变状态对应于司机完全关注 转向并且应当避免任何可能影响到他的事情的情况，所以该过程在步骤S46
之后直接结束，而不会在图表gp g2之间切换，由此在过程的前一反复中选 择的图表g,或g2被有效地重新选择。
如果车辆被发现并非处于瞬变状态，那么在步骤S47检查制动指标 Brake—in。如果该指标为1，那么在S48检查直线驱动指标Straight—in。如果 该指标为1，那么可以判定车辆处于转弯制动状态，即，在通过弯道时进行 制动，在步骤S49,并且在减振器17中设定与这一状态相关联的硬度值。 在这种情况下，在图表g,与g2之间的切换也是不推荐的，并且该过程结束。
如果Straight—in=0，那么车辆一定是处于直线制动状态，并且减振器17 在S50中进行相应设定。在这种情况下，图表gp g2之间的切换没有对车辆 的特性产生直接的影响并且如果合适则可以实现这一切换。因此，该方法前 进至步骤S51，在该步骤评价速度指标vin(t)。如果vin(t^0,即如果车辆处 于低速范围，那么选择或者重新选择gi作为用于致动器18控制的图表；如
果vi『1,表示高速，那么选择或重新选择g2。
如果在S47发现车辆没有处于制动状态，那么该方法在步骤S54中检查 加速状态。如果Accel—in=l，那么在步骤S55检查直线驱动指标Straight—in, 根据这一值，车辆确定处于转弯加速状态(S56)或者处于直线加速状态 (S57)。在转弯加速状态下，图表gp g2的切换是不适当的，并且该过程结 束；在直线加速状态下，该过程分支为S51,如上所述。
如果车辆没有进行加速，或者，在步骤S58再次检查Straightjn,并且 如果该指标为1，那么在S51中设定针对转弯状态的减振器17的适当硬度。 不进行图表切换。
如果车辆没有进行转弯，那么在S60中参照速度指标vlojn，从而决定
10车辆是否处于巡:^状态S61或者处于低速状态S62。在两种情况下，允许图 表切换，使得该过程分支至S51。
下面的表1示出图表的实例，由此，减振器的硬度值可分配至如上所述 确定的各种车辆运动状态。这些值不能够与上述转向控制图表g,, g2混淆。 表l的图表将离散的状态映射到硬度度值上，而g。 g2方向盘角度SW的连 续值映射到前轮15的路面角LA上或者将方向盘扭矩ST的连续值映射到致 动器18扭矩上。表1中的数字并非是量化的；假定可在减振器中设定四个 不同的硬度值，即"1"至"4",并且硬度从"1"增加至"4"。图表A是以 舒适为目的的；在巡航模式下，硬度度设定为"1",即非常舒适。低的中等 硬度"2"预定相应于低速和直线加速状态，而所有的转弯状态，直线制动 和瞬时状态都具有硬度"3"。图表B更适于运动驱动风格，因为减振器与图 表A相比一般设定至更高的硬度。最低硬度"2"又在巡航模式下被选定， 最高硬度"4"在瞬变、转弯和加速转弯状态下被选定。
表1
状态ABClC2C3
巡航12112
力口速直线22123
加速转弯34223
制动直线3223
制动转弯223
转弯34223
低速23223
瞬变34223
如果控制器回路8具有用户界面，在该用户界面上，司机可以指定他是 否更喜欢舒适或运动驱动方式，那么可使用不同的图表以使得硬度设置关联 于车辆的不同运动状态。如果司机选择图表C1体现的舒适操作模式，那么
减振器在适当的时候被设定为软，即，硬度"r采用于巡航和直线加速状
态，而所有其他的状态都分配采用硬度"2"。如果司机想要中等设定，可使 用图表2，仅在巡航状态下选择用于减振器的最软设置"1"，在所有其他状 态下选择中等值"2"。通过使用图表C3控制该减振器总体上更硬，硬度"2" 设定用于巡航模式的和"3"设定用于所有其他模式。
ii参照图2和3所述的过程允许在表1中列出的各种状态的每个之间进行 区分。根据不同的硬度值如何分配为不同状态，并且根据是否需要这些硬度
值来确定是否允许转向控制图表g,, g2之间的切换，可能存在其间没有必要
进行区分成对的状态。在这种情况下，本领域技术人员将容易地得知图2和 3的方法步骤的哪个可被取消。
根据一项优选实施例，控制器8使用在图2和3的过程中获得的指标用 于控制离合器7。在巡航状态下在离合器7打开时，其可在转弯状态下被接 合从而降低车辆的过度转向或转向不足。接合的程度，以及因此的发动机扭 矩分配至前轮15和后轮16的比率对于转弯、加速转弯和制动转弯状态来说 是不同的。此外，离合器7可在直线加速状态下接合从而防止轮胎在高加速 的情况下空转(spinning)。
权利要求
1、一种用于机动车辆的自适应转向控制系统，包括用于探测方向盘(14)的操作量的当前值的传感器(11)，用于转动转向车轮(15)的作动器(18)，以及用于根据所述车辆的速度选择图表(g1，g2)的控制器(8)，所述图表给所探测到的所述操作量的当前值分配所述作动器(18)的操作量的设定值，所述控制器(8)还用于将设定值信号发送至所述作动器(18)，其特征在于，所述控制器(8)适于判定所述车辆是否处于需要司机高度注意的运动状态(S45、S48、S55、S58)，并且在所述车辆处于所述需要高度注意的状态时禁止所述图表(g1，g2)的切换。
2、 根据权利要求1所述的自适应转向控制系统，其中，所述操作量是 所述方向盘(14)的转动角和所述转向车轮(15)的转动角。
3、 根据权利要求1所述的自适应转向控制系统，其中，所述操作量是 施加至所述方向盘(14)上的和施加至所述转向车轮(15)上的扭矩。
4、 根据前述权利要求中任一项所述的自适应转向控制系统，其中，在 低车速下选定的图表(gl)的线性项大于在高车速下选定的图表(g2)的线 性项。
5、 根据前述权利要求中任一项所述的自适应转向控制系统，其中，所 述控制器(8)适于在所述横向加速度超过预定阈值时判定所述车辆处于需 要高度注意的状态(SIO、 Sll)。
6、 根据权利要求5所述的自适应转向控制系统，其中，所述控制器连 接至所述横向加速度传感器(9)。
7、 根据权利要求5所述的自适应转向控制系统，其中，所述控制器连 接至方向盘角度传感器(11 )并且适于根据由所述传感器(11 )探测的方向 盘角度和所述车辆纵向速度(v)推算所述横向加速度。
8、 根据前述权利要求中任一项所述的自适应转向控制系统，其中，所 述控制器(8)连接至横摆率传感器(10)并且适于在所述横摆率超过预定 阈值时判定所述车辆处于需要高度注意的状态(S2-S7 )。
9、 根据前述权利要求中任一项所述的自适应转向控制系统，其中，所 述控制器(8)适于推算所述车辆的侧滑率(SS),并且在所述侧滑率超过预 定阈值时判定所述车辆处于所述需要高度注意的状态(S32、 S33)。
10、 根据权利要求7、 8或9所述的自适应转向控制系统，其中，所述 控制器(8)适于根据由所述横摆率传感器(10)测量的横摆率(YR)和由 所述横向加速度传感器(9 )测量的横向加速度(AY)推算所述侧滑率(SS )。
11、 根据前述权利要求中任一项所述的自适应转向控制系统，其中，所述控制器(8)连接至纵向加速度传感器(9),并且适于在所述纵向加速度(AX)超过预定阈值时(S15、 S16)判定所述车辆处于需要高度注意的状 太
12、 根据前述权利要求中任一项所述的自适应转向控制系统，其中，所述控制器(8)连接至方向盘角度传感器(11)并且适于在所述方向盘角速度(SW)超过预定阈值(S8、 S9)时判定所述车辆处于需要高度注意的状 太心O
13、 根据前述权利要求中任一项所述的自适应转向控制系统，其中，所 述控制器(8)适于确定所述横摆率(YR)的时间导数(YA)并且在所述时 间导数(YA)超过预定阈值时(S31)判定所述车辆处于需要高度注意的状 态。
14、 一种用于机动车辆的转向控制方法，包括重复的以下步骤a) 探测方向盘的操作量的当前值，b) 选择一图表，所述图表给所探测的所述操作量的当前值分配所述操 作量的设定值(S52、 S53),c) 将设定值信号发送至转向车轮的作动器， 其特征在于下述步骤d) 判定所述车辆是否处于需要司机给予高度注意的运动状态(S45、S48、 S55、 S58)，e) 当判定所述车辆没有处于需要高度注意的状态时，根据车速选择所 述图表(S51-S53)，以及f) 当判定所述车辆处于需要高度注意的状态时，重新选择步骤e)的前 一重复中选择的图表。
15、 一种包含数据处理器程序的产品，包括数据载体，在该数据载体中 采用机器可读取的形式记录使数据处理器能够形成根据权利要求1至13中 任一项所述的自适应转向控制系统的控制器(8 )或者执行权利要求14的方 法的程序指令。
全文摘要
本发明公开一种用于机动车辆的自适应转向控制系统，包括用于探测方向盘(14)的操作量的当前值的传感器(11)，用于转动转向车轮(15)的作动器(18)，以及用于根据所述车辆的速度选择图表(g₁，g₂)的控制器(8)，所述图表将所述作动器(18)的操作量的设定值分配至所述操作量的探测当前值，并且用于将设定值信号发送至所述作动器(18)。所述控制器(8)适于判定所述车辆是否处于需要司机的更高度注意的运动状态(S45、S48、S55、S58)，并且在所述车辆处于所述需要高度注意的状态时禁止所述图表(g₁，g₂)的切换，在车辆不处于所述需要高度注意的状态时允许这种切换(S51-S53)。
文档编号B62D119/00GK101549708SQ20091012786
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者尤塞夫·戈尼姆, 维特·赫尔德 申请人:Gm全球科技运作股份有限公司