用于控制和/或调节车辆的转向系统的系统和方法以及车辆与流程

本发明涉及一种用于控制和/或调节车辆的转向系统的系统和方法，以及一种车辆。

背景技术：

当车辆例如行驶在道路的粗糙或不平坦的路面上或位于道路上的物体上时，则在epas转向系统(epas：电动辅助转向系统)的情况下，其中方向盘机械地连接到车辆的可转向的前车轮，由于目前被车辆行驶的下方路面的路面偏移作用在前车轮上的力直接机械地传递到方向盘。车辆的驾驶员通过转向响应接收关于目前被车辆行驶的下方路面的路面状况的直接反馈。这种直接反馈被许多司机认为是有用的。

技术实现要素：

本发明解决的一个问题是提供对车辆的epas转向系统的改进的控制和/或调节。

该问题通过独立权利要求解决。特别是在从属权利要求中描述了有利的实施例，它们可以单独地或者彼此以各种组合描述本发明的有利的或改进的方面。

根据本发明，提供一种用于控制和/或调节车辆的转向系统的系统。该转向系统机械地连接到车轮并且包括用于将力或扭矩施加到转向系统的至少一个致动器，其中力或扭矩可以叠加在来自车轮的力或来自车轮的扭矩。以下将这种类型的转向系统称为epas转向系统。根据本发明，该系统包括可以设置在车辆上的至少一个检测单元，该检测单元配置为用于预先检测在车辆的前进方向上位于车辆前方的并且随后可以被车辆行驶的下方路面部分的至少一个路面状况。此外，该系统包括可以设置在车辆上的至少一个数据处理单元，该数据处理单元连接到检测单元以用于通信，并配置为在考虑路面状况的情况下生成用于控制转向系统的致动器的控制信号。

根据本发明，借助于epas转向系统的转向辅助可以通过使用在车辆的前进方向上位于车辆前方的并且随后可以被车辆行驶的下方路面部分的先行检测到的路面状况来进行。因此，根据本发明，不仅根据被车辆的驾驶员实现的车辆的方向盘的瞬时转向角和/或根据被车辆的驾驶员实现的方向盘的瞬时动态，而进行传统的转向辅助，而且根据在前进方向上位于车辆前方的并且随后可以被车辆行驶的下方路面部分的路面状况来进行附加的转向辅助。因此，epas转向系统具有新的功能，其允许改进对车辆的epas转向系统的控制和/或调节。

借助于根据本发明的系统，可以影响来自车轮的例如机械地作用在方向盘上的反馈力，该反馈力为驾驶员提供关于当前被行驶的下方路面部分的路面状况的反馈。如果昂贵的传感器为此目的被设置在车辆上，借助于这些传感器，当可以借助于转向系统被转向的车辆的前车轮与当前被行驶的下方路面部分的路面偏差接触时，可以检测到负荷力(例如，瞬时作用在转向系统的转向拉杆上的负荷力)，处理传感器数据所需的时间和由硬件引起的后续反应限制将导致在路面状况的检测和影响反馈力的控制信号的生成之间的时间延迟。该时间延迟和驾驶员的附加反应时间将不利地影响驾驶员感知的转向响应和车辆响应。

与此形成对比的是，在本发明中，在车辆行驶在行驶方向上位于车辆前方的特定下方路面部分之前，可以处理关于路面状况的信息。根据本发明，由于在车辆行进在下方路面部分之前已经发生关于位于前方的下方路面部分的信息的处理，所以不会发生上述的时间延迟。相反，可以实时地生成反馈力，即与当前正在被行驶的下方路面的实际路面状况同步地生成反馈力。借助于根据本发明的系统，也可以生成早期反馈力，即，在车辆行驶到在车辆的前进方向上位于车辆前方的下方路面部分之前，考虑到驾驶员的反应时间，上述反馈力可以预先传递给驾驶员。结果，驾驶员感觉到的转向响应和车辆响应不受所描述的时间延迟的不利影响，这伴随着改进或更真实的驾驶感觉。此外，不需要用于检测负荷力的额外昂贵的传感器。

车辆的瞬时驾驶状况参数——例如可以通过传统的可用的或附加的车辆传感器检测到的瞬时速度——优选地被馈送到数据处理单元。数据处理单元优选地配置为在考虑瞬时驾驶状况参数、随后行驶的下方路面部分的先行检测到的路面状况、以及与下方路面部分和可转向的前车轮之间的距离相关的距离信息的情况下来确定例如影响或生成方向盘上的反馈力的时间点。因此生成的反馈力也可以与当前被行驶的下方路面的路面状况同步。

数据处理单元可以通过可用的车辆电子系统形成，也可以与其分离。为了能够从这些电气部件接收信号，数据处理单元连接到检测单元，并且还优选地连接到另外的车辆传感器以进行通信。这样的通信连接可以被设计为至少部分有线或无线。此外，为了能够借助于控制信号控制致动器，数据处理单元可以被连接或者间接地或直接地连接到epas转向系统的致动器以进行通信。可以通过数据处理单元基于检测到的路面状况来估计作用在epas转向系统的转向拉杆上的负荷，并且上述负荷可以用于导出对应的扭矩值或对应的控制信号。

检测单元可以配置为生成特定检测到的路面状况或下方路面部分的至少一个图像文件，以便先行地检测前面的下方路面部分的路面状况。在这种情况下，数据处理单元可以配置为用于接收由检测单元生成的特定图像文件，并且考虑到该图像文件，生成用于控制epas转向系统的致动器的控制信号。术语“图像文件”被认为是指光学检测到的图像以及超声波图像或雷达图像。

检测单元可以配置为先行地光学检测随后可以被车辆行驶的下方路面部分的路面状况。或者，检测单元可以配置为基于位置查找方法先行地检测随后可以被车辆行驶的下方路面部分的路面状况。根据本发明的系统还可以包括两个或更多个对应的检测单元。

根据一个有利的实施例，该系统包括至少一个人机界面单元，其可以设置在车辆上并且连接到数据处理单元以用于通信，并且致动器的至少一个控制属性借助于该人机界面单元可以调节。结果，车辆的驾驶员可以单独地调节他所感知到的转向响应。通过人机界面单元的致动，可以操作数据处理单元，该数据处理单元配置为根据人机界面单元的特定致动生成用于控制致动器的控制信号。例如，数据处理单元可以配置为以这样的方式生成控制信号，使得可以在可变地调节范围内生成或影响方向盘上的反馈力。

根据另一个有利的实施例，数据处理单元配置为以这样的方式控制致动器，使得来自车轮的机械地作用在epas转向系统的方向盘上的反馈力可以被阻尼。由于与传统的机械转向系统的反馈力相比反馈力的弱化，驾驶员可以被提供有更平滑的且因此更舒适的驾驶感觉。反馈力的阻尼程度可以由驾驶员通过人机界面单元的致动来单独地调节。此外，可以在阻尼方向盘上的反馈力时考虑设置在车辆上的传感器的信息。

根据另一个有利的实施例，数据处理单元配置为考虑检测到的路面状况来生成预警信号。数据处理单元可以配置为例如当从先行检测到的路面条件导出的下方路面部分的局部高度梯度超过预定的极限值时生成预警信号。结果，车辆的驾驶员可以被预警，以避免由于随后驶过的下方路面部分的较大(例如，突然的)的高度差异——这可能是由于位于下方路面部分上的障碍——而被惊吓。结果，车辆的驾驶舒适度得到改善。预警信号可以通过光学、声学和/或触觉的方式由驾驶员感知。预警信号例如可以通过由epas转向系统的致动器的相应控制生成的方向盘的振动、通过驾驶员的座椅等的振动、或者通过人机界面单元而被驾驶员感知。

同样有利的是，当数据处理单元配置为在考虑路面状况的情况下确定用于车辆的下方路面部分的车道并且在考虑路面状况的情况下以这样的方式控制致动器使得致动器生成用于停留在车道中的转向辅助力。结果，可以辅助驾驶员的反向转向，这可能是必要的，例如在不平坦或横向倾斜的车道的情况下或在车辆不规则(例如不相等的轮胎压力等)的情况下停留在车道中。此外，数据处理单元可以配置为基于下方路面部分中的先行检测到的路面状况来确定存在于下方路面部分中的车辙，并且以这样的方式控制致动器使得致动器生成用于停留在车道中的转向辅助力，其中根据力的方向，转向辅助力可导致整体施加的转向力的减小或增加。

根据另一个有利的实施例，数据处理单元配置为基于检测到的路面状况来确定下方路面部分的局部摩擦系数，并根据摩擦系数控制致动器。结果，在存在μ分离状况的情况下，例如，在车辆行驶方向上，在左侧车轮路径与右侧车轮路径之间的摩擦系数μ不同的情况下，可以在及时或过早地启动校正措施，以便使驾驶员例如在制动过程中更容易地控制车辆。数据处理单元不需要等待来自制动模块的表示存在μ分离状况的信号。因此，数据处理单元能够通过对epas转向系统的致动器的控制大体上更早地启动车辆稳定功能。数据处理单元还可以配置为基于下方路面部分的先行检测到的路面状况来确定下方路面部分的波动的摩擦值状况，并且以这种方式控制epas转向系统的致动器使得车辆的转向不足和/或过度转向行为受到积极影响。

有利地，检测单元包括至少一个摄像机或至少一个lidar(激光雷达)系统。摄像机可以是单视镜摄像机或立体摄像机。摄像机可以设置在车辆的挡风玻璃的内侧或车辆的散热器格栅的区域中。借助于单视镜摄像机拍摄的下方路面部分的路面状况的单独图像，可以借助于数据处理单元通过对随着时间变化的单个图像比较来估计高度轮廓。借助于立体摄像机，可以同时生成下方路面部分的路面轮廓的不同图像文件，其中数据处理单元可以配置为基于图像文件创建具有深度信息的单独图像文件。在这种情况下，数据处理单元配置为用于图像处理。特别地，可以通过立体摄像机透视地捕获随后可行驶的下方路面部分的不同图像。这些图像可以以图像文件的形式作为信号发送到数据处理单元，其中数据处理单元配置为组合图像文件，以便生成用于随后可行驶的下方路面部分的具有深度信息的单个图像文件。借助于lidar系统，可以创建一个用于随后可行驶的下方路面部分的路面状况的具有深度信息的图像文件。深度矩阵形式的深度信息可用于估计特定图像文件中某些路面区域中下方路面部分的高度。通过对特定图像文件的所有平均点进行分组，可以生成下方路面部分的相对高度轮廓向量。以这种方式重构的下方路面部分的路面状况可包括可转向的前车轮的可预测路径。前车轮与下方路面部分的特定点之间的距离是重要信息，这些重要信息可以通过特定摄像机或lidar系统借助于下方路面部分的路面状况的光学检测以及通过数据处理单元借助于图像文件的随后处理来提供。

数据处理单元可以配置用于为下方路面部分上的车辆的前车轮的确定的路径创建下方路面部分的高度轮廓。下方路面部分上的前车轮的路径可以例如从检测到的下方路面部分的道路标记和/或检测到的前车轮的转向角度导出。上述检测装置或附加车辆传感器可用于此目的。如果需要，高度轮廓可以在稍后的时间在修改后转换成实际的车轮负荷输入，然后可以将实际的车辆负荷输入考虑在内以便估计负荷力并生成或影响反馈力。

在这种情况下，数据处理单元可以配置为当高度轮廓的局部高度梯度超过预定的极限值时生成预警信号。结果，车辆的驾驶员可以被预警，以避免由于随后驶过下方路面部分的较大(例如突然的)的高度差异——这可能是由于位于下方路面部分上的障碍——而被惊吓。结果，车辆的驾驶舒适度得到改善。预警信号可以通过光学、声学和/或触觉的方式被驾驶员感知。

根据本发明的车辆包括转向系统，该转向系统被机械地连接到车轮并且包括用于将力或扭矩施加到转向系统的致动器，该力或扭矩可以叠加在来自车轮的力或来自车轮的扭矩。根据本发明的车辆还包括根据前述实施例中的一个的系统或根据这些实施例中的至少两个的彼此的任何组合的系统。

车辆相应地具有参照该系统的上述优点。车辆可以是机动车辆，特别是客车或卡车。epas转向系统的致动器可以例如接合在epas转向系统的转向系、转向装置小齿轮或齿条上。

根据本发明的一种用于控制和/或调节车辆的epas转向系统的方法，其中转向系统机械地连接到车轮并且包括用于将力或扭矩施加到转向系统的致动器，该力或扭矩可以叠加在来自车轮的力或来自车轮的扭矩上，考虑到在车辆的前进方向上位于车辆前方的并且随后可以被车辆行驶的下方路面部分的至少一个先行光学地检测到的路面状况来控制epas转向系统的至少一个致动器。

该方法相应地具有参照该系统的上述优点。特别地，根据其实施例中的一个或这些实施例中的至少两个的彼此任何组合的系统可以用于执行该方法。在这种情况下，该系统的上述有利实施例可以对应于方法的有利改进，即使下面没有明确提及。

根据一个有利的实施例，通过可以设置在车辆上的至少一个人机界面单元来调节致动器的控制的至少一个属性。该实施例具有参照系统的相应的实施例的上述优点。

根据另一个有利的实施例，致动器的控制以这样的方式进行，即来自车轮的反馈力——该反馈力机械地作用在epas转向系统的方向盘上——通过由致动器生成的反作用力而被阻尼。该实施例具有参照系统的相应的实施例的上述优点。

根据另一个有利的实施例，考虑到检测到的路面状况来生成预警信号。该实施例具有参照系统的相应的实施例的上述优点。

同样有利的是，用于车辆的下方路面部分的车道在考虑路面状况的情况下被检测，并且致动器的控制以这样的方式进行使得致动器生成用于停留在车道中的转向辅助力。该实施例具有参照系统的相应的实施例的上述优点。

根据另一有利实施例，下方路面部分的局部摩擦系数基于检测到的路面状况来确定，并用于控制致动器。该实施例具有参照系统的相应的实施例的上述优点。

附图说明

以下通过示例的方式参照附图并且基于优选实施例来解释本发明，其中下面呈现的特征可以单独或者彼此不同的组合来描述本发明的改进的或有利的方面。在图中：

图1示出了在传统的epas转向系统的情况下在驶过鹅卵石路面时方向盘的运动的曲线图；

图2示出了在传统的epas转向系统的情况下在驶过路面上的凸块时方向盘的运动的曲线图；

图3示出了根据本发明的系统的示例性实施例的示意图；

图4示出了根据本发明的系统中发送的信息流的高层结构；和

图5示出了根据本发明的方法的示例性实施例的流程图。

具体实施方式

图1示出了在传统的epas转向系统的情况下在驶过鹅卵石路面时车辆方向盘(未示出)的运动的曲线图。绘制了转向角(y-轴)随时间(x轴)的关系图。图示的方向盘的运动直接通过作用在车辆的可转向的车轮(即在本示例中是可转向的前车轮)上的负荷力生成。在epas转向系统中，可转向的前车轮通过epas转向系统的转向拉杆和转向柱机械地连接到方向盘，并且因此作用在可转向的车轮上的负荷力通过转向拉杆和转向柱机械地传递到方向盘。

图2示出了在传统的epas转向系统的情况下在车辆驶过路面上的单个凸块的过程中车辆的方向盘的运动的曲线图。绘制了转向角(y-轴)随时间(x-轴)的关系图。图示的方向盘的运动直接通过作用在车辆的可转向的前车轮上的负荷力生成，并经由epas转向系统的转向拉杆和转向柱机械地传递到方向盘。

图3示出了根据本发明的用于控制和/或调节车辆2的未示出的epas转向系统的系统1的示例性实施例的示意图。车辆2正在下方路面3上行驶。

在本示例性实施例中，车辆2的epas转向系统机械地连接到前车轮8并且包括用于将力或扭矩施加到转向系统的至少一个致动器25。由致动器25施加的力或由致动器25施加的扭矩可以叠加在来自车轮的力或来自车轮的力矩上。

系统1包括检测单元4，该检测单元4设置在车辆2上并且配置为先行地检测在车辆2的前进方向上位于车辆2前方的并且随后被车辆2行驶的下方路面部分5的至少一个路面状况。

系统1还包括设置在车辆2上的数据处理单元6，该数据处理单元6连接到检测单元4以用于通信，并且配置为经由通信连接7接收由检测单元4生成的信号，并且在考虑路面状况的情况下生成用于控制epas转向系统的未示出的致动器的控制信号。

系统1还包括设置在车辆2上的人机界面单元，该人机界面单元连接到数据处理单元6以用于通信，并且致动器的控制的至少一个属性可以通过人机界面单元来调节。

数据处理单元6可以配置为以如下方式控制致动器，使得作用在epas转向系统的方向盘上的反馈力可以被阻尼。数据处理单元6还可以配置为在考虑检测到的路面状况的情况下来生成预警信号。数据处理单元6还可以配置为在考虑路面状况的情况下来确定用于车辆2的下方路面部分5的车道，并且在考虑检测到的路面状况的情况下以这种方式来控制致动器25使得致动器25生成用于停留在车道中的转向辅助力。数据处理单元6还可以配置为基于检测到的路面状况来确定下方路面部分5的局部摩擦系数，并且根据摩擦系数来控制致动器。

检测单元4包括至少一个未示出的单视镜摄像机或立体摄像机。数据处理单元6配置为基于特定摄像机的图像文件来创建具有深度信息的图像文件。

数据处理单元6可以配置为基于具有深度信息的图像文件来创建用于车辆2的前车轮8的确定的路径的下方路面部分5的高度轮廓10。

数据处理单元6还可以配置为当高度轮廓的局部高度梯度超过预定的极限值时生成预警信号。

在图3中，位于车辆2前方并随后能够被车辆2行驶的下方路面部分5的由摄像机瞬时检测到的累进部分9(实线)，以及基于先前生成的摄像机的图像文件利用数据处理单元6确定的先前用摄像机检测到的下方路面3的一部分的高度轮廓10(虚线)表示在下方路面3的下面。确定的高度轮廓10对应于下方路面3的实际高度轮廓。在高度轮廓10中，示出了由高度轮廓10形成的用于前车轮8的车轮负荷输入11以及由高度轮廓10形成的用于后车轮13的车轮负荷输入12。作用在车轮8和13上的负荷力可以通过数据处理单元6基于车轮载荷输入11和12的位置来估计，以便允许生成相应的控制信号或反馈力。在点14处，检测到的累进部分9过渡到确定的高度轮廓10。在图3中，累进部分9和高度轮廓10的下方示出了空间坐标系，在这种情况下，例如，检测到的累进部分9或下方路面部分5与车辆2的部件(特别是前车轮8)之间的距离可以通过平行于车辆的纵向轴线的横坐标轴x读出。坐标轴z对应于车辆2的垂直轴线。

图4示出了在根据本发明的用于控制和/或调节车辆的epas转向系统的系统中发生的信息流的高层结构。该系统的设计可以与图3所示的系统相似。

随后被车辆行驶的下方路面部分的先行检测到的路面状况20通过可以通过车辆传感器检测到的行驶车辆的瞬时驾驶状况参数22上的变化的时间延迟21来起作用。检测到的路面状况20和瞬时驾驶状况参数22被馈送到要生成的转向扭矩的计算装置23，其中，扭矩可以被施加到epas转向系统的转向柱26上，转向柱26被旋转地固定到方向盘，以便生成驾驶员的转向响应，这是真实的，虽然例如是被阻尼的。计算装置23的结果与驾驶状况参数22一起馈送到控制器24。控制器24在考虑计算装置23的结果和驾驶状况参数22的情况下生成用于控制epas转向系统的致动器25的控制信号，该控制信号通过转向柱26作用在方向盘上。计算装置23的功能和控制器24的功能可以由图3的系统的数据处理单元执行。

图5示出了根据本发明的用于控制和/或调节车辆的epas转向系统的方法的示例性实施例的流程图。

在方法步骤30中，首先，同时捕获在车辆的前进方向上位于车辆前方的并且随后被车辆行驶的下方路面部分的路面状况的两个不同图像文件。基于两个图像文件创建具有深度信息的单个图像文件，其中，基于单个图像文件，针对车辆的前车轮的确定路径来创建下方路面部分的高度轮廓。

在方法步骤40中，估计负荷扭矩，当行驶在先行检测到的下方路面部分上时，负荷扭矩将可能作用在线控转向的转向系统的转向拉杆上。

在方法步骤50中，考虑到方法步骤40中估计的负荷扭矩来计算通过epas转向系统的致动器25生成的力，特别是阻尼反作用力。另外，基于检测到的驾驶状况参数，可以确定通过致动器应生成力的时间点或者应该影响反馈力的时间点，以便开发更愉快的驾驶感觉并同步生成目前正在行驶的下方路面部分的路面状况的力。

在方法步骤60中，通过先前确定的时间点上的控制信号来控制epas转向系统的致动器，以便实时地影响反馈力。

在方法步骤70中，方向盘通过受影响的反馈力而移动。

因此，考虑到在车辆的前进方向上位于车辆前方的并且随后可以被车辆行驶的下方路面部分的先行检测到的路面状况，反馈力被影响。替代地或附加地，考虑到路面状况，可以通过致动器生成预警信号或转向辅助力。例如，当高度轮廓的局部高度梯度超过预定的极限值时，可以生成预警信号。

附图标记列表

1系统

2车辆

3下方路面

4检测单元

5下方路面部分

6数据处理单元

7通信连接

8前车轮

95的累进部分

103的高度轮廓

11车轮负荷输入

12车轮负荷输入

13后车轮

14点

20路面状况

21时间延迟

22驾驶状况参数

23计算装置

24控制器

25致动器

26转向柱

27人机界面单元

30方法步骤

40方法步骤

50方法步骤

60方法步骤

70方法步骤