在具有叠加转向机构的机动车中改善转向行为的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在前车桥上具有叠加转向机构的机动车中改善转向行为的方法，叠加转向机构(1)具有叠加传动机构(6)，在控制装置(12)的控制下借助叠加传动机构为通过操纵方向盘(3)产生的方向盘转角施加一叠加角，叠加角根据机动车速度使方向盘转角增大或减小，借助于控制单元(12)针对机动车速度范围在方向盘(2)的能预先给定的、对于转向行为而言典型的角度范围内，从具有中性叠加角的中性直线行驶起，首先通过使方向盘转角LRW同与方向盘转角有关的可变的正叠加角叠加而产生直接的转向反应，在所述角度范围之外通过使方向盘转角LRW同与方向盘转角有关的可变的负叠加角叠加而产生间接的转向反应。
【专利说明】
在具有叠加转向机构的机动车中改善转向行为的方法
技术领域
[0001] 本发明的主题是用于在前车桥上具有叠加转向机构的机动车中改善转向行为的 方法，所述叠加转向机构具有叠加传动机构，在控制装置的控制下借助于叠加传动机构为 通过操纵方向盘产生的方向盘转角施加一叠加角，所述叠加角根据机动车的至少一个测得 的速度使方向盘转角增大或减小。
【背景技术】
[0002] 最近，已知了大量的建议方案，在机动车中使用主动的前轮转向。这些建议方案能 够在前车桥上实现与方向盘转角无关的转向干预。在当今可以连续使用的车辆中，使用了 所谓的叠加转向系统，因为在电子系统失效时，这些叠加转向系统通过方向盘与转向传动 机构的机械连接来保证可控性。在这种特别类型的主动转向机构中，借助于叠加传动机构 将通过方向盘调节的方向盘转角叠加到一角度上，即调制。于是在转向传动机构的输出端 上的转向角不再对应于通过方向盘调节的角度。通过这种措施一方面可以实现无级地调整 转向传动比，从而例如在速度较小时为了进行调整可以调节直接的传动比，由此在停车时 需要较小的方向盘转动，而在高速公路行驶的情况下可以调整间接的传动比，由此能够较 为灵敏地控制车辆。另一方面，叠加也允许迅速的行驶动力学的干预。这是指，在行驶期间 能够尽可能与车辆驾驶员的转向干预无关地改变车轮转角，这能够迅速实现行驶动力学调 To
[0003] 就叠加转向机构而言已知的是:为了确定当前通过叠加转向系统有待调节的转向 传动比或有待调节的变速比，而考虑测量值、车辆参数以及特定于车辆的参量。尤其属于此 的有当前的车速和当前的方向盘转角。借助于这些参量通过模型、特性曲线或者综合特性 曲线能够获知有待调节的转向传动比，由该转向传动比又能获知用于叠加传动机构的叠加 角。通过操纵致动器、例如电动机来实现所述叠加角，所述致动器对叠加传动机构上的叠加 角进行调节。
[0004] 当前所述类型的叠加转向系统例如从DE 197 51 137 A1中已知。该文献涉及一种 用于具有转向驱动系的机动车的转向系统，在该转向驱动系中布置了至少一个能转向的车 轮、执行机构、叠加传动机构和能由车辆的驾驶员操纵的方向盘以及机械式配备的转向器 件。
[0005] 此外，在DE 10 2006 008 156 A1中介绍进了一种用于确定车辆的转向传动比的 方法，其中在车辆稳定行驶期间，转向传动比在考虑到车辆参数的情况下由检测到的测量 值来确定。
[0006] 在现有技术中共同的是:尤其在中高速度范围内，由于更为间接的转向传动比，偏 离中性直线行驶的机动车转向行为变差，因为跟随方向盘上的转向在转向的车轮上仅仅有 较小的转向响应。转向行为由此随着车速的增大而变得越来越间接并且尤其围绕方向盘的 中性的中心位置获得"软绵绵的"转向感觉。
【发明内容】
[0007] 从已知的现有技术出发，本发明的任务是建议一种方法，该方法允许在具有叠加 转向机构的机动车中解决变差的转向行为与较高的稳定性之间的目标冲突，所述较高的稳 定性根据现有技术在机动车的速度增大时通过越来越间接的转向传动比来得出。
[0008] 该任务通过根据独立权利要求的特征部分的特征来解决，有利的设计方案在与该 独立权利要求有关的从属权利要求中给出。
[0009] 用于在前车桥上具有叠加转向机构的机动车中改善转向行为的方法规定:针对机 动车的至少一个能预先给定的速度范围在方向盘的能预先给定的、对于转向行为而言典型 的角度范围内，从具有中性叠加角"〇"的中性直线行驶起，首先通过使方向盘转角同与方向 盘转角有关的可变的正叠加角叠加而产生直接的转向反应，在所述角度范围之外通过使方 向盘转角同与方向盘转角有关的可变的负叠加角叠加而产生间接的转向反应。由此有利地 实现:在速度增大时从中性直线行驶起获得保持不变的直接的转向感觉，同时通过所述角 度范围的窄的限度以及设置在该角度范围之外的且随着方向盘转角的增大而增大的、方向 盘转角传动比的间接性来尽可能防止转向机构的所谓的"失控tlberziehen )"。
[0010]在所述方法的另一设计方案中有利的是，在控制装置中定义与速度有关的能变化 的右侧的和左侧的转向区域。转向区域在此包括相应角度范围，从方向盘的中性直线行驶 位置(方向盘转角"〇°"）朝两个转向方向中的每个转向方向进行测量，该角度范围沿着两个 转向方向中的每个转向方向优选小于相应的最大方向盘转角的十分之一。利用转向区域 的、这种与速度有关的定义尤其提供了下述前提条件:通过沿着更高速度的方向减小所述 区域至少使得过度转向变困难。
[0011] 为了改善转向行为，控制装置在相应的右侧的和左侧的转向区域内产生从"〇°"的 叠加角测量的、与速度有关的正叠加角。在此为了获得舒适的转向感觉重要的是:对于至少 一个预先给定的速度范围的所有速度而言，叠加角的、与方向盘转角有关的曲线从"〇°"的 方向盘转角开始包含具有相对于中性叠加角优选持续增大的叠加角的第一区域、拐点以及 紧随其后的优选持续下降直至预先给定数值的叠加角的第二区域，与速度有关地能变化地 确定叠加角关于方向盘转角的曲线的拱高(Ueberhoehung)的最大值的位置以及拱高的最 大程度。通过该措施能够针对每种机动车型最佳地根据每个速度调整转向行为。为了也在 相应的转向区域之外获得舒适的转向感觉并且为了至少使得已经提到的过度转向变困难， 分别沿两个转向方向中的每个转向方向与转向区域相邻地设置一方向盘转角区域，在该方 向盘转角区域中控制装置以下述方式产生与方向盘转角有关的叠加角:所述叠加角随着越 过转向区域变负并且随着方向盘转角的增大优选持续地减小直至最大的方向盘转角。
[0012] 已经证实为有利的是，将转向区域确定为小于30°、优选小于20°、最为优选地小于 15°的方向盘转角，分别从方向盘的中性的中心位置开始。
[0013] 为了能够使转向行为与不同的驾驶员要求相匹配，可以有利地规定:叠加角关于 方向盘转角的曲线至少在转向区域内通过在预先给定的限度内接入偏移量能增大和/或减 小。通过这种方式，例如通过驾驶员可够到的转换器件能够针对一种车型，简单地实现能由 驾驶员选择的不同的转向行为。术语"偏移量"在此应当完全一般性地理解。例如有利的是， 设置大量的表格，这些表分别分配给不同的车速，其中，表格数值与方向盘转角有关地变 化，从而与速度有关的和与方向盘转角有关的偏移量数值可供使用。自然也可以设置数学 模型，由该数学转向模型针对一定的车速和方向盘转角能够计算出与速度有关的和与方向 盘转角有关的偏移量数值。
[0014]在当今市场上的机动车中，除了前车桥上的叠加转向机构之外，还可以设置后轮 转向机构。对于这种全轮转向机构有利的是，针对所述全轮转向机构整体上定义转向区域， 其中，根据当前的方向盘转角和机动车的当前速度以附加的因子来增大机动车的横摆响 应。这一点通过相应地提高用于横摆率的放大系数来实现。
[0015]对于全轮转向同样有利的是，将转向区域确定为小于30°、优选小于20°、最为优选 地小于15°的方向盘转角，分别从方向盘的中性的中心位置开始。
[0016] 为了将用于全轮转向的耗费有利地维持在一限度内，以与方向盘转角有关的线性 的方式或者以利用PT1-行为增大至预先给定的最大值的方式来提高至少一个能预先给定 的速度范围的增大。相应地，在方向盘转角相应地增大并且超过预先给定的最大值时，线性 地或者利用PT1-行为取消所述增大。
[0017] 在全轮转向的情况下为了匹配转向行为也可以有利地规定:通过驾驶员输入、例 如借助于转换器件进行的驾驶员输入，至少在转向区域内通过在预先给定的限度内接入偏 移量能增大和/或减小所述增大。
【附图说明】
[0018] 接下来借助于附图详细阐述本发明的其他设计方案和优点。其中：
[0019] 图1示出了叠加转向机构的原理图，
[0020] 图2示出了沿转向方向向右的转向曲线的原理图，并且 [0021 ]图3示出了具有绘入的转向区域的方向盘的示意图。
【具体实施方式】
[0022] 图1中的图示简化地示出了本身已知的、布置在机动车内的叠加转向机构。驾驶员 2的转向运动通过方向盘3和转向柱4传递到转动杆5和叠加传动机构6上。在叠加传动机构6 的输出端侧上布置了小齿轮7,该小齿轮作用到齿条8上，所述齿条的两个端部9、9'通过转 向拉杆10、10'与两个可转向的前轮11、11'相连接。
[0023] 为了控制叠加传动机构6设置了控制装置12,该控制装置通过致动器13、例如电动 机作用到叠加传动机构6并且对行驶动力学参量和与方向盘转角有关的经修正的叠加角进 行调节。在此处示出的示例中，所示出的行驶动力学参量是车速和方向盘转角。为了对叠加 角进行控制，控制装置12-方面通过总线系统14来访问当前的车速，该车速通过布置在机 动车内的传感器(未示出）来获知。另一方面，针对当前的车速和当前的方向盘转角，将一些 信息存储在能被控制装置12读取的存储器15内，利用这些信息能够确定对于当前的速度和 当前的方向盘转角而言匹配的叠加角。术语"信息"在此可以完全一般性地理解，在此可以 涉及一种数学转向模型，由该数学转向模型针对一定的车速和方向盘转角能够计算出叠加 角，或者涉及用于转向曲线的辅助值的存储表。在后一种情况下，分别针对离散的车速存储 多个表格，一方面根据当前的车速从所述多个表格中选出一个表格，并且另一方面，借助于 方向盘转角从该表格中选出辅助值。如果当前的车速处于存在于不用表格中的两个车速之 间，那么就在来自于两个表格的、与方向盘转角有关的辅助值之间进行插值，同样的情况适 用于:方向盘转角处于两个辅助值之间。
[0024] 为了获知方向盘转角，在叠加传动机构6的方向盘侧的输入端上布置了方向盘转 角传感器16,对于实际借助于叠加传动机构6调节的转向输出角的反馈通过旋转角传感器 17来实现。在两种情况下都有利地涉及一种编码的增量型旋转编码器，该增量型旋转编码 器不仅检测旋转方向而且检测旋转角。控制装置12能查询方向盘转角传感器16与旋转角传 感器17。
[0025] 此外，设置了转换装置18,该转换装置作用到控制装置12上，并且驾驶员2能够利 用该转换装置选择所希望的转向行为。转换装置18不仅可以是开关，而且也可以是屏幕上 的选择菜单。
[0026] 这里应指出的是，控制装置12不必是仅仅处于该目的而特意存在的硬件装置，相 反，现今普遍的情况是，在一定程度上并行地在计算单元上借助于控制线路来实施最为不 同的控制流程，即借助于控制程序临时在计算单元上形成控制装置。上下文中所介绍的内 容应在该背景下进行理解。
[0027] 为了完整性还应提到的是，在现今的机动车中通常使用辅助转向力的伺服机构， 然而所述伺服机构在此处所介绍的相互关系中没有影响，因此在图1中未示出，因而也不对 其予以详述。
[0028] 为了解释用于在具有叠加转向机构的机动车中改善转向行为的方法如何工作，首 先参考图2中的转向曲线图。在那里在坐标系内示出了转向曲线20至23,在横轴上绘出了方 向盘转角LWR，为了简化仅仅绘出了向右的、以"0° "的方向盘转角开始的方向盘转角LWR。纵 轴示出了叠加角的值，这些值由转向曲线20至23给出。在此，中性叠加角tTW +,味的 基准如已经提到的那样为"〇°"并且位于坐标原点。转向曲线20示出了在第一假定的车速情 况下控制单元12(图1)在叠加角?Μ方面此前的控制行为。为了更好地阐述，所述第一假 定的车速为80km/h。根据以下要求:在车速较高的情况下应阻止间接的转向行为，通过剧烈 的转向运动会引起机动车突然转向，以"0° "的方向盘转角作为开始，使用负的叠加角 ? ,所述负的叠加角随着方向盘转角LRW的增大而进一步减小，也就是说具有较高的 绝对值。通过叠加传动机构的作用原理将负的叠加角tlW |加到方向盘转角LRW上，从而使 得转向行为从"〇°"的方向盘转角较为间接地增大。在方向盘转角LRW较大时，该行为往往是 所希望的，而在方向盘转角LRW较小时，车辆驾驶员则感到转向反应过小。为了对其进行补 救，根据本发明的方法规定:在预定的速度范围内，限定与车速有关的转向区域24、25、26， 在这些与中性叠加角?ΙW巾性有关的转向区域2 4、2 5、2 6中使用正的叠加角&其中， 正叠加角的数值不仅与速度有关而且与方向盘转角有关。为了能够实现直接比较， 在图2中同样针对假定的、为80km/h的第一车速示出了第二转向曲线22。在此，定义了第一 转向区域25，该第一转向区域从0°的方向盘转角衍射至10.8°的方向盘转角。在该第一转向 区域25内转向时，由控制装置12 (图1)与方向盘转角有关地产生用于正叠加角|)聊$的操 控信息，并且致动器13(图1)利用该操控信息来进行操控，从而在叠加传动机构6(图1)中将 正叠加角trw je叠加到方向盘转角LRW上。通过正叠加角trw je的叠加使转向反应从"〇°" 的方向盘转角变得更为直接。曲线叠加角数值的、与方向盘转角有关的曲线在此根据第二 转向曲线22如此设计，使得叠加角数值首先随着方向盘转角LRW的增大而增大至最大值M2， 并且随后随着方向盘转角LRW的增大又减小，直至最后在叠加角的转向区域25的端部处又 等于中性叠加角tTW 即"〇°"。在方向盘转角LRW进一步增大时，叠加角又变负并且第 二转向曲线22的走向又接近第一转向曲线20的走向。
[0029 ]如已经多次提到的那样，叠加角tTW与车速有关。为了对这一点进行阐释，在图2 中示出了第三转向曲线21和第四转向曲线23。第三转向曲线21示出了在假定速度为150km/ h时的情况。第三转向曲线21的走向类似于第二转向曲线22的走向，并且不同之处仅在于用 于正叠加角tTWjE的较小的最大值Ml和较小的第二转向区域24,该第二转向区域在8.5° 的方向盘转角LRW处便终止了。第四转向曲线23示出在车速较低时的情况，在该示例中 50km/h的速度应当适用于第四转向曲线23。在这种较低的速度情况下，直接的转向反应是 所期望的。对此通过正叠加角UW正的明显增大的最大值M3加以考虑，并且第三转向区域26对 应于13.5°的方向盘转角LRW明显更大。
[0030] 在实践中，对于操作可能有利的是，在速度较慢时，即也已经在前面提到的50km/h 的速度情况下，转向区域在较大的方向盘转角LRW上延伸。于是，与所选择的、根据图2和3的 示例不同，完全切合实际的是：将方向盘转角LRW--在该方向盘转角中接入正叠加角 tlW *--扩大到LRW=80°至LRW=100°的方向盘转角。在车速还比较小时，可能对于更好 的操作而言有利的是，为总的方向盘转角LRW设置正叠加角然而在该情况下，严格 来讲不涉及所定义的意义下的转向区域。
[0031] 在根据图2的示例中，如在上面以及介绍过的那样，仅仅示出了沿转向方向向右的 情况，显然与在转向方向向左时的情况相类似，为此可以将图2仅仅在横轴上镜像映示出。 因此多余的是，再次对在转向方向向左时的事实情况详细介绍，应当借助于图3仅仅介绍方 向盘上的转向区域的位置。在那里向右伸展地示出了第一转向区域25、第二转向区域24和 第三转向区域26,在直线行驶时它们分别从方向盘的中性位置开始。针对相同的速度，沿着 方向盘3的旋转方向向左得到作为转向区域的、在绝对值方面相等的角度范围一一这些角 度范围同样仅仅从方向盘3的中性位置向左延伸一一如这一点通过第四转向区域25'、第五 转向区域24'和第六转向区域26 '而说明的那样。
[0032] 为了进行解释，在图2和图3中还应当指出，明确提到的速度和角度值仅仅用于说 明并且在相应的实现时取决于机动车上的技术条件。只不过用于所有转向区域的最大 值一一在直线行驶时从方向盘的中性位置进行测量一一应当沿着方向盘的两个旋转方向 小于30°、优选小于20°最为优选地小于15°。但是，在车速较小时、例如自50km/h起和车速更 小时，为了更好地操作，转向区域可以选择为显著大于30°。
[0033] 为了进一步提高车辆驾驶员的舒适度可以规定，为该车辆驾驶员设置用于改变转 向行为的干预可行方案，如其已经结合图1解释过的那样。于是可能的是，为驾驶员设置例 如在机动车的三个不同转向行为之间的选择可行方案，即"运动"、"正常"和"舒适"。这些类 型的等级最简单地通过根据所选择的位置将偏移量-数值接入到叠加角tTW中来实现。显 然也可以设置三个不同的转向模式或者在辅助值表上设置三个不同的数据组（SStze )。
[0034]作为叠加转向机构的补充可以规定:机动车的可控性通过使用转向的后车轮来进 一步提高。在这类全轮转向机构中，同样可以定义与速度有关的转向区域。在这些转向区域 中，可以根据当前的方向盘转角和机动车的当前速度以附加的因子来增大机动车的横摆响 应。这一点通过相应地提高用于横摆率的放大系数来实现。
[0035]对于后轮转向而言，同样会有利的是将转向区域确定为小于30°、优选小于20°、最 为优选地小于15°。在此也适用于以下情况:在车速较小时、例如自50km/h起和车速更小时， 为了更好地操作，转向区域可以选择为显著大于30°。
[0036] 为了简单地设计用于后轮转向的耗费，针对至少一个能预先给定的速度范围，以 与方向盘转角有关的线性增大的方式或者以利用PT1-行为增大至预先给定的与速度有关 的最大值的方式来实现所述增大。相应地，在方向盘转角相应地增大并且超过预先给定的 最大值时，线性地或者利用PT1-行为取消所述增大。
[0037] 在附加的后轮转向的情况下，为了使转向行为与车辆驾驶员的期望相匹配，也可 以与转换装置18(图2)相类似地设置干预可行方案，该干预可行方案至少在转向区域内通 过在预先给定的限度内接入偏移量能增大和/或减小所述增大。关于术语"偏移量"在上面 所作的详细陈述类似地适用在此。
【主权项】
1. 用于在前车桥上具有至少一个叠加转向机构的机动车中改善转向行为的方法，所述 叠加转向机构（1)具有叠加传动机构(6)，在控制装置（12)的控制下借助于叠加传动机构 (6)为通过操纵方向盘(3)产生的方向盘转角施加一叠加角，所述叠加角根据至少是测得的 机动车速度使方向盘转角增大或减小，其特征在于，借助于控制装置（12)针对机动车的至 少一个能预先给定的速度范围在方向盘(2)的能预先给定的、对于转向行为而言典型的角 度范围内，从具有中性叠加角中性的中性直线行驶起，首先通过使方向盘转角LRW同与 方向盘转角有关的可变的正叠加角叠加而产生直接的转向反应，在所述角度范围 之外通过使方向盘转角LRW同与方向盘转角有关的可变的负叠加角叠加而产生间接 的转向反应。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于， -在控制装置（12)中，能预先给定与速度有关的能变化的右侧的和左侧的转向区域 (24、25、26、24'、25'、26'），其中所述转向区域(24、25、26、24'、25'、26'）分别是从方向盘的 中性直线行驶位置向这两个转向方向中的每一个方向测量的角度范围， -控制装置(12)借助于致动器(13)在相应的右侧的和左侧的、从中性叠加角tTW t?:起 测量的转向区域(24、25、26、24'、25'、26'）内，与速度有关地且与转向角有关地产生出正叠 加角trwi,其中对于至少一个预先给定的速度范围的所有速度而言，叠加角trw关于方 向盘转角的曲线从"〇°"的方向盘转角开始包含具有优选持续增大的正叠加角tHVi的第 一区域、拐点和相接的具有优选持续下降直至中性叠加角t T1￥ 的正叠加角trw JE的第 二区域，与速度有关地能变化地确定正叠加角tTWi的曲线的拱高的最大值的位置以及 拱高的最大程度， -控制装置（12)借助于致动器（13)在与转向区域(24、25、26、24'、25'、26'）相邻的方向 盘转角区域内，分别在两个转向方向中的每一个上与转向角有关地以下述方式产生叠加角 tiW:随着越过转向区域(24、25、26、24'、25'、26'）叠加角变负，随着方向盘转角1^1的增 大、直至最大的方向盘转角LRW叠加角优选持续地减小。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转向区域(24、25、26、24 '、25 '、26 '）是 小于30°、优选小于20°、最优选地小于15°的方向盘转角。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述叠加角关于方向盘转角的曲线至少在 所述转向区域(24、25、26、24'、25'、26'）内能通过在预先给定的限度内接入偏移量而被增 大和/或减小。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，除了在前车桥上的叠加转向机构之外还设 置有转向后车轮，对于在此情况下的全轮转向而言能与速度有关地预先给定转向区域，在 该转向区域内通过使用于横摆率的放大系数根据当前的方向盘转角LRW和机动车的当前速 度相应地以一附加的因子提高，使机动车的横摆响应增大。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述转向区域是小于30°、优选小于20°、最 优选小于15°的方向盘转角。7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，针对至少一个能预先给定的速度范围，以 与方向盘转角有关的线性增大的方式实现所述增大，或者以利用PT1-行为增大至预先给定 的与速度有关的最大值的方式来实现所述增大。8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在方向盘转角相应地增大并且超过预先给 定的最大值时，线性地或者利用PT1-行为取消所述增大。9. 根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，至少在所述转向区域内能通过在预先 给定的限度内接入偏移量而使所述增大被增加和/或减小。
【文档编号】B62D113/00GK106064639SQ201610245258
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年4月19日 公开号201610245258.7, CN 106064639 A, CN 106064639A, CN 201610245258, CN-A-106064639, CN106064639 A, CN106064639A, CN201610245258, CN201610245258.7
【发明人】J·赫尔曼, J·阿格斯蒂尼
【申请人】奥迪股份公司