專利名稱：車輛動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及限制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加扭矩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到車輛動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及限制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加的扭矩的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅允許向駕駛員提供常規(guī)的動力輔助，還可以提供轉(zhuǎn)向扭矩以形成可以提高舒適性和安全性的駕駛員輔助系統(tǒng)。更進(jìn)一步的，可以施加轉(zhuǎn)向扭矩以便減少可能由車輛或路況引起的破壞性扭矩的影響。動力輔助在本說明書中被定義為放大駕駛員所施加扭矩的扭矩應(yīng)用。該扭矩應(yīng)用可以在后續(xù)在其他的舒適性輔助系統(tǒng)中被作類似地處理。然而更進(jìn)一步地，所述的方法也可以應(yīng)用于任何的個(gè)性化的功能。方向盤是與駕駛員接觸的觸覺界面。在輔助系統(tǒng)中施加的扭矩不會導(dǎo)致危險(xiǎn)情況的發(fā)生是先決條件，因而所施加的助力扭矩必須設(shè)定為在即使是失誤(不期望地施加的扭矩)情況下車輛也能被駕駛員控制。安全需求意味著在設(shè)定施加扭矩的措施時(shí)必須考慮到在最壞可能的失誤情況下施加的扭矩不會導(dǎo)致包括駕駛員，車輛和情況的整體系統(tǒng)的危險(xiǎn)。已知的途徑通常為限制疊加于駕駛員施加的扭矩和動力輔助上的轉(zhuǎn)向扭矩的幅度和力度。客戶診斷和專家診斷被運(yùn)用以確定可控制的閾值。由于評估的變化性，在此需要從最壞可能的情況開始，也就是說，在錯(cuò)誤操作的情況下，限制必須適應(yīng)最嚴(yán)重的情況或最嚴(yán)重的評估情況。這就導(dǎo)致了額外功能的可能性能或施加扭矩的措施不能總是要求針對不同情況所合適的或需要的扭矩的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于在機(jī)動車輛上改善可靠地施加輔助轉(zhuǎn)向扭矩的可能性的目的，也就是，在這個(gè)意義上說，本發(fā)明限制了在異常情況下可能發(fā)生的不正確施加扭矩的影響。此目的分別可由權(quán)利要求1和權(quán)利要求4中的特征達(dá)到。本發(fā)明其它有利改進(jìn)由從屬權(quán)利要求確定。根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種車輛的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括用于限制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加的扭矩的扭矩限制器，其中限制基于預(yù)測的車輛反應(yīng)。對不期望的扭矩應(yīng)用的感知尤其取決于具體情況下的轉(zhuǎn)向行為。對干涉的主觀評估主要不是由方向盤處所產(chǎn)生的力/扭矩來確定，而是取決于源自與施加過程相關(guān)的方向盤角度改變所導(dǎo)致的橫向動力學(xué)反應(yīng)或者橫擺率的程度。因而在設(shè)定限制時(shí)，輸出的轉(zhuǎn)向扭矩在很大程度上可以被忽略。當(dāng)評估不期望的扭矩應(yīng)用的可控性時(shí)，駕駛員因此不會評估扭矩本身而是評估因此而導(dǎo)致的車輛的反應(yīng)。橫向動力學(xué)反應(yīng)和/或橫擺率的程度被估計(jì)，所述的估計(jì)直接與駕駛員對控制性的評估相關(guān)聯(lián)，因此考慮到了駕駛員、車輛和/或情況的變化，并且使得能夠取決于駕駛員、車輛和/或情況，并且允許相應(yīng)功能的效益最大化而不侵害安全需求地施加扭矩。也就是說，僅在施加的扭矩提升了相應(yīng)嚴(yán)重車輛反應(yīng)或者駕駛員不希望的車輛反應(yīng)時(shí)或僅在此范圍內(nèi)執(zhí)行限制。嚴(yán)重的或者不希望的車輛反應(yīng)可以在駕駛員/車輛/情況分組中確認(rèn)。由于根據(jù)本發(fā)明，以綜合形式考慮了車輛可能的反應(yīng)，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一方面是非?？煽康?，另一方面，施加扭矩的操作空間可以被最大化。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以包括確認(rèn)預(yù)測的車輛反應(yīng)的傳感器，其中傳感器確認(rèn)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反應(yīng)。由于車輛的慣性，車輛僅在一定延遲之后做出反應(yīng)。不期望的車輛橫擺反應(yīng)在此情況下只是由不期望的轉(zhuǎn)向角引起。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)針對不正確的扭矩需求的反應(yīng)也可以作為中間變量而被評估?？梢酝ㄟ^可被直接測出的此變量而確保扭矩限制器的快速反應(yīng)。傳感器可以檢測轉(zhuǎn)向角加速度、轉(zhuǎn)向角速度和/或轉(zhuǎn)向角。這些測量的值可以很容易且很可靠地被探測到或者根據(jù)微積分方法確認(rèn)?？墒褂靡粋€(gè)或者多個(gè)測得值。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明涉及到限制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加扭矩的方法，其中限制是基于車輛預(yù)測的反應(yīng)而作出。上述的優(yōu)勢和修改變形在此都可適用。對限制的計(jì)算和/或評估可以在控制器、扭矩限制器和/或動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中進(jìn)行。預(yù)測的車輛反應(yīng)可以被轉(zhuǎn)向系統(tǒng)確認(rèn)。這個(gè)值可以作為中間步驟而毫無延遲地被確認(rèn)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)反應(yīng)可以通過轉(zhuǎn)向角加速度、轉(zhuǎn)向角速度和/或轉(zhuǎn)向角確認(rèn)。這些值可以很容易被確認(rèn)然后被用于確定上述的限制。轉(zhuǎn)向角加速度、轉(zhuǎn)向角速度和/或轉(zhuǎn)向角的持續(xù)時(shí)間也可以被考慮。這些額外的信息可以被用于確認(rèn)限制從而優(yōu)化安全性、可靠性和駕駛員感受。車輛速度也可以被考慮。這個(gè)額外輸入可以允許改善安全性，因?yàn)檐囁倏赡軐囕v的控制性有影響。例如，因而能夠在從某些速度開始時(shí)使用較小的預(yù)測車輛反應(yīng)作為限制的基礎(chǔ)。駕駛員的意圖可以通過施加于方向盤的手動扭矩來確認(rèn)。這個(gè)額外信息可以被用于確認(rèn)駕駛員的請求并且可以被用作設(shè)定限制的進(jìn)一步的參數(shù)。由于可避免或減少駕駛員不期望的施加過程，這一方面會增加安全性另一方面會幫助增加駕駛員的舒適性。更進(jìn)一步地，這個(gè)信息可以被用于輔助駕駛員的需求。在手動扭矩與施加的扭矩相反的情況下，施加扭矩的增幅可以被限制到一個(gè)絕對值以由此阻止或者限制駕駛員不愉悅的經(jīng)歷。此措施還保證駕駛員保持在任何時(shí)候?qū)囕v的絕對控制。這個(gè)絕對值可以被永久地預(yù)先定義，或者是可以變化適應(yīng)于不同情況。在手動扭矩的可信性檢查時(shí)可考慮車輛當(dāng)前行駛狀態(tài)。為此，可以使用一些值，例如轉(zhuǎn)向角、車速、橫向加速度和/或橫擺率。通過這些值中的一個(gè)或者多個(gè)可以很令人滿意地探測出車輛的狀態(tài)，并且可以根據(jù)駕駛員、車輛和環(huán)境/情況而分配對轉(zhuǎn)向角的影響行為。這個(gè)綜合的情況分析允許了對扭矩的快速和精確的限制。如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反應(yīng)至少部分由手動扭矩引起，那此反應(yīng)可以被評估為合理的。 因此顯而易見轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反應(yīng)是駕駛員希望的并且不是由于外部影響或不正確的扭矩應(yīng)用引起的。如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)反應(yīng)被定為合理的，則能夠例如放松安全性閾值或限制值和/或啟動某些舒適性的功能。
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反應(yīng)和/或手動扭矩可以由探測器模式確定?，F(xiàn)代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以以模型基礎(chǔ)表現(xiàn)為多質(zhì)點(diǎn)振動系統(tǒng)。通過相應(yīng)的探測器模式，還可以區(qū)分出轉(zhuǎn)向角加速度是被駕駛員外力、駕駛員的手動扭矩、還是由伺服馬達(dá)的扭矩引起的。駕駛員的抓握位置可以通過方向盤處質(zhì)量慣性的變化被確定。所述抓握位置可以提供額外的關(guān)于駕駛員意圖和/或?qū)η闆r的認(rèn)知的信息。例如，可以區(qū)分駕駛員放松的駕駛和預(yù)期復(fù)雜的狀況。這些和進(jìn)一步的區(qū)分或評估可以在限制扭矩、改善安全性和舒適性中被考慮。車輛和地面之間的摩擦系數(shù)也可以被考慮。這個(gè)額外的信息也可以改善對狀況的估計(jì)并允許更好地調(diào)節(jié)限制。


本發(fā)明將在下面結(jié)合附圖進(jìn)行詳述，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的示意圖。附圖僅用于解釋而不是限定本發(fā)明。附圖及部件無需按比例繪制。相同的標(biāo)號表示了相同或相似的部件。
具體實(shí)施例方式圖1是機(jī)動車的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1的示意圖，方向盤2和相連的轉(zhuǎn)向柱3被示意性地示出。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1包括了伺服馬達(dá)4或類似設(shè)備，用于向轉(zhuǎn)向柱3、方向盤2、或者連接至車輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的進(jìn)一步的裝置施加扭矩。更進(jìn)一步的，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1包括限制即將施加的扭矩的扭矩限制器5。限制可從幅度，頻率或者兩方面進(jìn)行。此限制由完全抑制扭矩應(yīng)用向輕微的衰減延伸，并可以無限可變方式進(jìn)行調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同情況。術(shù)語“限制”指的是例如減小危害方面的效果。如果顯而易見(例如情況需要)的話，術(shù)語“限制”也可以在個(gè)別情況下包含對施加的扭矩的放大。根據(jù)預(yù)測的車輛反應(yīng)的函數(shù)來限制即將施加的扭矩。預(yù)測的車輛反應(yīng)通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反應(yīng)(例如車輪轉(zhuǎn)向角、方向盤2或轉(zhuǎn)向柱3)而被間接確定。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反應(yīng)通過傳感器6而被感知。傳感器6可以確定轉(zhuǎn)向角加速度、轉(zhuǎn)向角速度和/或轉(zhuǎn)向角。也可以使用多個(gè)傳感器，或者可以從已經(jīng)具有一個(gè)或多個(gè)可用指示值的控制系統(tǒng)中傳輸這些值。也可以從可以計(jì)算上述值的控制系統(tǒng)等中傳輸該值。在車輪轉(zhuǎn)向角不是車輪轉(zhuǎn)向角的直接函數(shù)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，傳感器6被用于檢測車輪側(cè)轉(zhuǎn)向角、速度和/或加速度。除了轉(zhuǎn)向角加速度、轉(zhuǎn)向角速度和/或轉(zhuǎn)向角的測得值，還可感應(yīng)各自流程的持續(xù)時(shí)間?？稍趥鞲衅?中直接執(zhí)行、或者在與傳感器6相連并獲取測得值結(jié)果的扭矩限制器5中執(zhí)行對持續(xù)時(shí)間的感知。通過具體的測得值，扭矩限制器5可以估算出預(yù)測的車輛反應(yīng)并且使用其作為伺服馬達(dá)4施加的限制扭矩的基礎(chǔ)。對預(yù)測反應(yīng)的估算或者計(jì)算也可以在其他控制電腦(例如動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或者安全系統(tǒng))中進(jìn)行。傳感器6或者其它傳感器系統(tǒng)可以確定轉(zhuǎn)向柱的扭矩，其允許得到關(guān)于駕駛員的
5CN 102452419 A說明書4/4
意圖的結(jié)論。更進(jìn)一步地，駕駛員的抓握位置可以從方向盤的質(zhì)量慣性變化來確定。通過這些值，可以確定駕駛員的行為、對情況的估計(jì)以及意圖，這些可以被用于限制施加的扭矩。扭矩限制器5可以包含探測器模型7，通過這個(gè)模型可以確認(rèn)或估計(jì)檢查轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反應(yīng)、外力、和/或駕駛員向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加的手動扭矩，或者檢查其合理性。進(jìn)一步的傳感器系統(tǒng)可以與扭矩限制器5相連以便檢測車輛和/或車輛的相應(yīng)的情況。傳感器8測量車輛的速度并將測得值輸出到扭矩限制器5。進(jìn)一步的傳感器9向扭矩限制器5提供關(guān)于方向盤角度、橫向加速度以及橫擺率的數(shù)據(jù)。這些測得值也可以從合適的信息系統(tǒng)或電腦系統(tǒng)獲取。扭矩限制器5然后估算關(guān)于駕駛員、車輛和相關(guān)情況的信息以從而根據(jù)預(yù)測的車輛反應(yīng)或者駕駛員需求來限制施加的扭矩。通過測得值和/或單個(gè)或多個(gè)探測器模型7，可以區(qū)分轉(zhuǎn)向角加速度是由駕駛員外力、駕駛員施加的手動扭矩、還是由于伺服電機(jī)4的扭矩引起，或者哪些部分正在進(jìn)行。 如果轉(zhuǎn)向角加速度至少部分是由于駕駛員的手動扭矩引起，則其可以被假設(shè)為合理的和需要的。由于僅在直行模式中手動扭矩絕對值為0，通過綜合駕駛狀態(tài)(由例如轉(zhuǎn)向角，行駛速度，橫向加速度，橫擺率表征)來計(jì)算駕駛員的手動扭矩的補(bǔ)償，從而檢查轉(zhuǎn)向角加速度的合理性會比較有幫助。這個(gè)補(bǔ)償應(yīng)當(dāng)對應(yīng)于駕駛員手動扭矩，其通常出現(xiàn)于此種沒有扭矩疊加(superimposition)的駕駛狀態(tài)中。如果駕駛員的手動扭矩與即將施加的轉(zhuǎn)向扭矩相反，則以在不期望的扭矩疊加的情況下駕駛員仍然可以安全地控制車輛的方式限制幅度。根據(jù)轉(zhuǎn)向扭矩疊加的類別，可先為尚未檢查合理性的轉(zhuǎn)向角加速度或者轉(zhuǎn)向角速度確定多個(gè)限制值。例如由于干擾的疊加意圖是為了保證所產(chǎn)生的外力不會對轉(zhuǎn)向角或者駕駛員施加的扭矩帶來變化，則限制值可以被設(shè)定得比較小。對主要用于向駕駛員員提供信息的駕駛員輔助系統(tǒng)，可允許小到中等的轉(zhuǎn)向角加速度。然而，絕對轉(zhuǎn)向角速度必須在此被限制。許多功能要求迅速建立轉(zhuǎn)向角。然而，如果駕駛員沒有檢查其手動扭矩所導(dǎo)致的角度變化的合理性，可以達(dá)到的絕對角度在此必須被限制。上面提到的轉(zhuǎn)向角加速度、轉(zhuǎn)向角速度、轉(zhuǎn)向角和駕駛員相反的扭矩的限制值通過車輛具體參數(shù)(例如軸距)直接涉及橫擺反應(yīng)。因而可以通過車輛參數(shù)根據(jù)理論考慮或者在實(shí)際駕駛中確定這些限制值。
權(quán)利要求
1.一種車輛的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括用于限制所述動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(1)施加的扭矩的扭矩限制器(5)，其中所述限制基于預(yù)測的所述車輛的反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中還包括確定所述預(yù)測的車輛反應(yīng)的傳感器(6)，其中所述傳感器(6)確定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中所述傳感器(6)探測轉(zhuǎn)向角加速度、轉(zhuǎn)向角速度和/或轉(zhuǎn)向角。
4.一種限制由動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(1)施加的扭矩的方法，其中所述限制基于預(yù)測的所述車輛的反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述預(yù)測的車輛反應(yīng)由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的反應(yīng)確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)反應(yīng)通過轉(zhuǎn)向角加速度、轉(zhuǎn)向角速度和/或轉(zhuǎn)向角被確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中考慮轉(zhuǎn)向角加速度、轉(zhuǎn)向角速度和/或轉(zhuǎn)向角的時(shí)間段。
8.根據(jù)權(quán)利要求4到7中任意一項(xiàng)的方法，其中，車速會被考慮。
9.根據(jù)權(quán)利要求4到8中任意一項(xiàng)的方法，其中駕駛員的意圖由施加于方向盤O)的手動扭矩確定。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，在手動扭矩與施加扭矩相反的情況下，施加扭矩的幅度被限制為一絕對值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中，在檢查手動扭矩的合理性時(shí)，考慮所述車輛當(dāng)前的駕駛狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中如果所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)反應(yīng)至少部分是由所述手動扭矩引起的，則所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)反應(yīng)被評估為合理的。
13.根據(jù)權(quán)利要求5到12中任意一項(xiàng)的方法，其中，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)反應(yīng)和/或所述手動扭矩由探測器模型(7)確定。
14.根據(jù)權(quán)利要求4到13中的任意一項(xiàng)的方法，其中，所述駕駛員的抓握位置由方向盤 (2)質(zhì)量慣性的變化確定。
15.根據(jù)權(quán)利要求4到14中的任意一項(xiàng)的方法，其中，考慮所述車輛和地面之間的摩擦力系數(shù)。
全文摘要
一種車輛的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(1)，包括用于限制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(1)施加的扭矩的扭矩限制器(5)，其中限制基于預(yù)測的車輛反應(yīng)。
文檔編號B62D117/00GK102452419SQ201110294870
公開日2012年5月16日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者F·P·恩格斯, J·道格 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司