用于使车辆转向的方法和转向系统与流程

本发明涉及一种用于使车辆转向的方法和用于使车辆转向的转向系统。

背景技术：

为了使车辆行驶性能优化，车辆通常设计有能转向的后桥和/或用于前桥的叠加转向机构。以此，车辆能以适合情况的方式被驱动或被稳定，且转向传动比被设计成可变。前桥和后桥的转向传动比、即方向盘角与在前桥和后桥上的分别设定的车轮转向角的比例作用于转向消耗、即在方向盘角和设定的转弯半径之间的比例。

在驶入弯道时，转弯半径在方向盘角保持恒定时可能会不希望地改变，且迫使驾驶员必须纠正方向盘角，即通过减小方向盘角减小转向(zulenken)或通过增大方向盘角增大转向(auflenken)。这是由于，所施用的转向消耗与速度的相关性是可变的，其中转向消耗在速度高时变得较大并且在速度低时变得较小。如果转向消耗例如变得较小，驾驶员必须增大转向，才能保持所希望的转弯半径。由于物理条件，转向消耗还在没有后桥转向机构和叠加转向机构的情况下与车辆速度相关地变化，这是因为例如车辆横向加速度的变化会引起固有转向梯度的变化。这导致了，转向消耗在车辆减速时降低，且驾驶员在这种情况下必须增大转向，才能保持所希望的转弯半径。

文献de102006017406a1描述了一种用于运行机动车的转向系统的方法，其中利用转向操纵装置预先给定一方向盘角，以作为用于机动车的至少一个转向轮的希望的车轮转向角。

在文献de102007000975a1中提出了一种用于运行叠加转向机构的方法。在该方法中，在确定转向传动比时可以考虑行驶速度，从而使转向传动比与行驶速度相关地改变。

文献de102007053818a1描述了一种用于运行具有可变的传动比的车辆转向装置的方法。在此，确定预先给定的转向角和实际上要设定的调整角，并且检查调整角与转向角的协调性。

技术实现要素：

基于上述背景本发明的目的在于，在驶过弯道时使车辆的转向消耗最小化。

所述目的通过具有独立权利要求的特征的方法和转向系统来实现。所述方法和所述转向系统的多种实施方案由从属权利要求和说明书得出。

根据本发明的方法被设计用于使车辆、例如机动车转向，该车辆包括带有方向盘的转向系统以及带有车轮的前桥和后桥。在此，由车辆的驾驶员通过设定方向盘的方向盘角手动地设定车辆的方向，因此和/或同时地，由转向系统为车桥中的至少一个车桥的车轮自动地设定转向角，所述转向角由方向盘角连同叠加角得出。此外，由用于车桥中的至少一个车桥的车轮的、能自动设定的转向传动比来确定方向盘角与车轮的转向角的比例。在所述方法中，车辆以具有第一值的速度在具有半径的弧形轨迹上驶入弯道，由驾驶员来设定方向盘角。在此，在考虑用于叠加角和速度的相互关系的特征曲线的情况下自动地由转向系统来设定一与速度的第一值相关的叠加角。

此外，在两种可能的情况下考虑和/或执行至少一种情况，其中在这两种可能情况下方向盘角首先保持恒定且保持不变。在第一种情况下叠加角和转向传动比由转向系统保持恒定。替代地或附加地，在第二种情况下由转向系统与速度相关地自动地改变转向传动比且弧形轨迹的半径、进而转向消耗保持恒定。

在一种设计方案中，转向传动比、进而叠加角在第一种情况下一直保持恒定，直至驾驶员改变方向盘角。此外，在第一种情况下，当驾驶员改变方向盘角时，弧形轨迹的半径能通过附加地设定叠加角而得到适配。在第二种情况下也可能的是，方向盘角保持恒定。

在第二种情况下，弧形轨迹的半径——车辆在该弧形轨迹上和/或沿着该弧形轨迹驶过弯道——通过附加地设定叠加角如此适配，使得在方向盘角保持恒定时，转向消耗、即在方向盘角和转弯半径之间的比例保持恒定。这意味着，转向传动比自动地改变，从而方向盘角可以由此或者说随后保持恒定。

在第一种情况下，只要由驾驶员在驶入弯道时设定的方向盘角恒定且因此保持相同或者说保持不变，转向传动比就保持恒定。相反，如果从在驶入弯道时设定的或者说首先设定的方向盘角起驾驶员附加地改变了方向盘角，那么转向传动比在第一种情况下变化或者说改变，其中弧形轨迹的半径几乎保持恒定。因此，转向消耗在第二种情况下保持恒定。

在第二种情况下只要由驾驶员设定的方向盘角保持不变，则叠加角且因此用于至少一个车桥的车轮的转向角与转向传动比的变化相对应地改变，所述转向传动比适配于或匹配于例如速度值。在此情况下可能的是：转弯轨迹的半径能保持相同或保持恒定。

在第二种情况下如果由驾驶员在驶入弯道时设定的方向盘角进一步改变，则转向传动比例如在考虑叠加角和/或转向传动比与速度的函数相关性的情况下进一步自动地被改变，并且方向盘角接下来保持恒定。

本发明规定，车辆以速度的第一值行驶，并且车辆的方向通过由驾驶员设定方向盘角在驶入弯道时改变。在此，速度可能从第一值变为第二值，例如在制动时减小或在加速时增大。如果车辆的速度在第一种情况下和/或在第二种情况下改变，则转向传动比在第二种情况下在考虑转向传动比与当前速度和/或当前速度变化的函数相关性的情况下自动地改变，而只要方向盘角(由驾驶员)保持恒定，则在第一种情况下该转向传动比保持恒定。然而在第二种情况下，与根据现有技术规定地适配转向传动比不同，转向传动比在考虑转向传动比与速度的函数相关性的情况下被如此适配，使得转向消耗保持恒定，即，在方向盘角恒定的情况下通过由根据本发明自动设定的转向传动比对在转弯行驶时起作用的物理力进行补偿而使转弯半径同样保持恒定。因此，驾驶员基本上不必改变方向盘角来补偿起作用的物理力、以及由此减轻负担。

在一种设计方案中，为了设定转向角为方向盘角加上与速度的第一值相关的叠加角，其中可能的是，叠加角——与描述叠加角与速度的相关性的特征曲线相关地——具有正值或负值。

通常，所述方法仅在由驾驶员改变方向盘角时执行和/或由于驾驶员改变向盘角而执行，尤其在驶入弯道时或行驶到至少走向弯曲的路段时执行。

在此，由驾驶员当前设定的、例如还通过转动方向盘手动改变的方向盘角得到保持，且用于至少一个车桥的车轮的转向角首先与规定的叠加角相应地和/或与适配于速度的转向传动比变化相应地被改变，其中转向角通过适配转向传动比和/或叠加角同样适配于改变的速度。在此还能实现，方向盘角由驾驶员改变、即仅由驾驶员改变而不由转向系统改变。据此，驾驶员感觉到转向角至少并非手动地被改变了叠加角，这是因为仅叠加角被适配，然而由驾驶员手动设定的方向盘角在所述方法中未受影响。在驾驶员改变方向盘角时，转向传动比动态地改变且适配。因此，所述方法在方向盘角保持恒定时执行，所述方向盘角至少为了改变方向首先被设定为不等于0°即大于或小于0°的角位置，且变化的速度由驾驶员来设定，其中在本方法的范围内叠加角且进而转向角适配于分别设定的方向盘角，其中在第一种情况下叠加角适配于首先设定的且随后保持恒定的方向盘角和在设定方向盘角时存在的速度，并且然后与速度无关地保持恒定如此之久，直至方向盘角由驾驶员改变，且其中在第二种情况下叠加角与速度相关地如此适配，使得转弯半径保持恒定，且进而在方向盘角保持恒定时转向消耗同样保持恒定。

所述方法在转弯行驶时、例如在驶入弯道时和/或在驶过弯道时在下述情况下执行：方向盘角由驾驶员以不等于0°的方式设定和/或从例如0°的方向盘角改变。关于这种弯道——当由驾驶员设定的方向盘角根据定义大于或小于0°和/或改变时——车辆的方向与直线向前行驶相比变化。在直线向前行驶时与转弯行驶不同，方向盘角根据定义被设定为值0°且保持恒定。相应地，用于车桥中的至少一个车桥的车轮的转向角被设定为值0°。

为了改变车辆的方向，方向盘角通常由驾驶员设定和/或改变为不等于0°的值。用于至少一个车桥的车轮的转向角通过设定的转向传动比得出，该转向传动比定义了方向盘角与转向角的比例，其中转向角由方向盘角连同叠加角得出。如果方向盘角被设定为值0°，则相应的转向角和进而叠加角也被设定为值0°，所以车辆便直线向前行驶。方向盘角的值和在考虑叠加角的情况下由此引起的、用于至少一个车桥的车轮的转向角分别描述了与在直线向前行驶时用于方向盘角、叠加角和进而至少一个车桥的转向角的值0°的偏差。

通过改变或者说适配用于至少一个车桥的车轮的转向传动比，用于前桥的车轮的转向传动比和/或用于后桥的车轮的转向传动比与当前速度的变化相关地自动地改变。此外，转向角与手动设定的方向盘角以及转向传动比和/或叠加角——该转向传动比或叠加角适配于速度——同样自动地适配于速度，即被改变或被调整。在此，叠加角例如与在速度的第一值和第二值之间的差相关地被设定。

在第二种情况下，用于前桥车轮的转向传动比和/或用于后桥车轮的转向传动比与车辆速度的变化相关地例如从第一值自动地改变为当前第二值，其中方向盘角和转向消耗保持恒定。

在一种设计方案中，如果速度通过制动降低，则将转向传动比减小，且由此引起地，转向角由于叠加角增大而自动增大。替选地或补充地，如果速度通过加速提高，则使转向传动比增大，且由此引起地，转向角由于叠加角减小而自动减小。

在一种设计方案中，转向传动比在考虑转向传动比与速度的函数相关性的情况下与速度的至少一次幂成比例地、例如与速度成比例地和/或与速度的平方成比例地改变。如果转向传动比与速度的函数相关性相应于n次多项式，则转向传动比在速度变化时根据这个n次多项式来设定。

在一种设计方案中，转向传动比在方向盘角保持恒定的情况下与速度变化相对应地自动被改变、且因此被适配。

在车辆驶入和/或驶过弯道时，确定在方向盘的方向盘角和前桥车轮的转向角之间的当前设定的前转向传动比和/或在方向盘的方向盘角和后桥车轮的转向角之间的当前设定的后转向传动比。同样确定车辆速度，其中前转向传动比和后转向传动比适配于速度。

所述速度由驾驶员通过操纵至少一个速度调整元件、例如加速踏板和/或制动踏板来调节，且通过改变对至少一个速度调整元件的操纵或者说加载来改变、例如通过加速来增大或者通过制动来降低。然而在此，只要驾驶员保持方向盘角不变，在第一种情况下在进一步改变速度时转向传动比保持恒定，即叠加角和转向角保持不变。

根据本发明的转向系统被设计用于使车辆转向，该车辆包括方向盘以及带有车轮的前桥和后桥。转向系统具有方向盘，并且在一种设计方案中根据规定具有“控制器”。与能由或可由车辆驾驶员手动地为方向盘设定的方向盘角和能由控制器自动设定的、用于车桥中的至少一个车桥的车轮的转向传动比相关地，能设定或可设定转向角，其中转向传动比确定和/或定义方向盘角与转向角的比例。此外，转向角由方向盘角连同叠加角得出。本发明规定，车辆在一种情况下以具有第一值的速度在具有半径的弧形轨迹上驶入弯道，其中由驾驶员来设定方向盘角。转向系统被设计用于，在考虑用于叠加角和速度变化的相互关系的特征曲线的情况下自动地设定与速度的第一值相关的叠加角。该转向系统被设计用于，在两种可能的情况下考虑和/或执行至少一种情况。该转向系统在方向盘角保持恒定时被设计用于，在第一种情况下使叠加角和转向传动比保持恒定，和/或在第二种情况下与速度相关地自动改变转向传动比且使弧形轨迹的半径保持恒定。

在第一种情况下例如规定，转向传动比通过下述方式保持恒定：只要方向盘角保持恒定便使叠加角保持恒定。只有当为了补偿作用到转弯半径上的物理力而由驾驶员改变方向盘角时，转向角或叠加角才被改变。替选地或补充地，转向系统在第二种情况下被设计用于，连续地自动地改变转向传动比，且进而动态地反作用于起作用的物理力，且在此方向盘角接下来或随后保持恒定。

在一种设计方案中，转向系统具有至少一个执行器，所述执行器配属于至少一个车桥并且被设计用于，在考虑能手动设定的方向盘角和能自动设定的转向传动比的情况下来设定用于至少一个车桥的车轮的转向角。

利用所述方法能实现，在转弯行驶时、即在驶入和/或驶过弯道时当车辆方向发生改变时使车辆转向再调整最小化或甚至克服。

在使车辆转向时由驾驶员施加转向消耗，其中转向消耗描述了在方向盘角和弧形轨迹的设定的半径(转弯半径)之间的比例，车辆在弧形轨迹上或沿着弧形轨迹驶过弯道。此外在至少一个车桥上的转向传动比、例如前桥和/或后桥的转向传动比的变化在第一种情况下仅在方向盘角由驾驶员改变时才得到允许。在第二种情况下，通过适配至少一个转向传动比、例如用于两个车桥的转向传动比，基于要考虑的物理参数转向消耗保持不变，所述物理参数对车辆驶入和/或驶过弯道产生影响。因此得出了，在减速过程或加速过程中在方向盘角保持相同的情况下转向消耗保持相同。

用于相应的车桥、即前桥和后桥的各个转向传动比由方向盘角与每个车桥的至少一个车轮、通常两个车轮的转向角或者说车轮转向角的比例得出。总转向消耗由方向盘角与弧形轨迹的形成的半径的比例得出，弧形轨迹被设置用于在驶入和/或驶过弯道时的车辆。该转向消耗保持相同。在此，至少间接地考虑前桥和后桥的各个转向传动比以及车辆的至少另一个参数、例如轴距。

在本方法的范围内，在第二种情况下使用以下公式(1)和(2)，利用所述公式来算出，当在方向盘保持相同位置、且因此方向盘角保持相同的情况下车辆驶入和/或驶过弯道时被制动时，如何通过适配前桥的叠加角来调整转向角：其中弧形轨迹的半径不变，车辆位于弧形轨迹上和/或车辆描绘出该弧形轨迹。

在此，两个公式(1)和(2)包括车辆的下列物理参数：

d_v＝前桥的转向角，

d_h＝后桥的转向角，

l＝轴距，

r＝弧形轨迹的半径，该弧形轨迹在车辆驶入和/或驶过弯道时得出，

m_v＝前桥的轴载荷，

m_h＝后桥的轴载荷，

v＝车辆的速度，

c_v＝前桥车轮的侧偏刚度，

c_h＝后桥车轮的侧偏刚度。

据此，考虑与方向盘位置相关的方向盘角w_lr、前桥的转向角d_v和后桥的转向角d_h。前转向角d_v由方向盘角w_lr连同叠加角得出，其中可能的是，前叠加角被设置用于前桥车轮。同时动态转向被用于前桥的车轮，其中基于分别设定的方向盘角w_lr在考虑叠加角的情况下例如由转向系统的控制器来设定前转向角d_v。后转向角d_v由转向系统的控制器来设定。叠加角与速度v和弧形轨迹的半径r相关。每个转向传动比由方向盘角w_lr除以每个车桥的转向角d_v，d_h得出，即前转向传动比lü_v＝w_lr/d_v，而后转向传动比lü_h＝w_lr/d_h。转向消耗l_a＝w_lr/r由方向盘角w_lr与半径r的比例得出。

d_v＝l/r+(m_v/c_v-m_h/c_h)*v²/r+d_h(1)

如果现在利用恒定的方向盘角制动驶入弯道内或者说在弯道内行驶时制动且速度v降低，则参数l，r，m_v，c_v，m_h，c_h和d_h保持不变。前桥或者说前车轮的转向角d_v由速度v的变化或速度的平方v²得出。

另外满足：如果现在以恒定的方向盘角从弯道加速驶出或在弯道内行驶时加速且速度v提高，则参数l，r，m_v，c_v，m_h，c_h和d_h保持不变。前桥或者说前车轮的转向角d_v由速度v的变化或速度的平方v²得出。

d_h＝-l/r-(m_v/c_v-m_h/c_h)*v²/r+d_v(2)

如果以恒定的方向盘角制动驶入弯道内或在弯道内行驶时制动且速度v降低，则参数l，r，m_v，c_v，m_h，c_h和d_v保持相同。后桥或者说后车轮的转向角d_h由速度v的变化或者说其平方v²得出。

此外满足：如果现在以恒定的方向盘角从弯道加速驶出或在弯道内行驶时加速且速度v提高，则参数l，r，m_v，c_v，m_h，c_h和d_v保持不变。后桥或者说后车轮的转向角d_h由速度v的变化或速度的平方v²得出。

此外可以考虑离心力f_z＝m*v²/r，该离心力作用于具有整体质量m的、在具有半径r的转弯轨迹上以速度v转弯行驶的车辆。在此可能的是：相应的转向传动比lü_v，lü_h和/或转向消耗l_a与离心力f_z成比例。在一种设计方案中，车辆的转向系统此外包括能转向的后桥和/或用于前桥的叠加转向机构，据此车辆以适合情况的方式被驱动和/或被稳定，以及转向传动比被设计成可变。此外考虑，前桥和后桥的转向传动比、即方向盘角与在前桥和后桥上设定的转向角或者说车轮转向角的比例作用于转向消耗、即在方向盘角和车辆遵循的弧形轨迹的设定的半径之间的比例。转向传动比与速度相关，所以转向传动比在第二种情况下在速度变化时改变。

如果驾驶员例如在方向盘角保持相同时在驶入弯道时制动车辆，则其速度降低。此外，在第二种情况下降低了用于至少一个车桥的转向传动比。在此，被设置车辆驶入和/或驶过弯道的弧形轨迹的半径在方向盘角保持相同时保持不变，其中驾驶员不必校正方向盘角，因为转向角由于转向传动比的变化或者说适配同样自动地适配。在执行所述方法时，使用的转向消耗在保持弧形轨迹的半径时也保持恒定或不变。

本发明的其它优点和设计方案由说明书和附图得出。

不言而喻，前面所述的且后面还要阐述的特征不仅可以以相应给出的组合应用，而且可以以其它的组合应用或单独应用，都不背离本发明的范围。

附图说明

本发明借助实施例在附图中示意性示出且在参照附图的情况下示意性地且详细地描述。

图1以示意图示出了在执行根据本发明的方法的实施方式时的车辆，其具有根据本发明的转向系统的实施方式。

具体实施方式

在图1中示意性示出的车辆2包括具有前车轮6的前桥4和具有后车轮10的后桥8。转向系统12的实施方式具有方向盘14、用于设定前桥4的车轮6的作为参数的转向角的前执行器18、用于设定后桥4的车轮10的作为参数的转向角的后执行器20、控制器16。

通过由车辆2的驾驶员操控方向盘14来影响车辆2的方向，其中方向盘14的方向盘角作为车辆2的参数被设定、例如被改变。基于方向盘14的当前相应设定的方向盘角，执行器18，20被控制器16控制，由此又使得车桥4，8和布置在其上的车轮6，10转向。在此，通过用于前桥4的车轮6的、由控制器16设定的前转向传动比来设定前转向角，并且通过用于后桥8的车轮10的、由控制器16设定的后转向传动比来设定转向角。在此，通过自动设定的且能由控制器16改变的相应的转向传动比来确定或定义方向盘角与各个车桥4，8的转向角的规定的比例。如果车辆2驶入和/或经过弯道22，则车辆2在弧形轨迹上运动，该弧形轨迹具有半径或者说能通过该半径来定义。在此，转向角由方向盘角连同叠加角得出，该叠加角在考虑特征曲线的情况下与车辆的速度和弧形轨迹的半径相关，在弯道22中的车辆描述了该弧形轨迹。

在用于使车辆2转向的方法的实施例中规定，车辆2的方向在转弯行驶经过弯道22时改变，其中方向盘角和至少一个由于相应的转向传动比和叠加角引起的用于至少一个车桥4，8的车轮6，10的转向角不等于0°或者说大于或小于0°和/或改变。此外其中，相应的转向角由于转向传动比适配于改变的速度而自动地适配于速度。

如果在转弯行驶时在车辆2的方向改变的情况下，车辆2的速度进一步改变的情况下，转向传动比在考虑转向传动比与速度的函数相关性的情况下同样自动地改变，通常在制动车辆2时减小且在车辆2加速时增大，然而其中叠加角如此动态地进行适配，使得转向消耗保持恒定。由于这一点，转向角在制动时增大且在加速时自动减小，而驾驶员不必减小转向(einlenken)或增大转向(auflenken)。

在此，转向传动比在第一种情况下保持恒定，其中只有在方向盘角改变时才改变转向传动比。在第二种情况下，转向传动比自动地改变，且方向盘角保持恒定。