CN1260088C - 车辆转向控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种车辆转向控制装置，基于转向角(α)和通过用增益(ks(v))乘转向速度(Vα)而得到的辅助角来控制车轮的车轮转向量(β)。如果左车轮和右车轮的动力控制量不同，则增益(ks(v))的值增大。动力控制量包括，例如，制动控制量和驱动控制量。若辅助角通过增大增益(ks(v))而增大，则车轮转向量的数值相对于转向角将增大，从而驾驶员可以通过执行小量的转向操作来校正车身方向。

Description

车辆转向控制装置及方法

技术领域

本发明涉及车辆转向控制装置及方法，用于依照方向盘速度控制车轮转向量。

背景技术

一种用于依照方向盘速度控制车轮转向量的差动转向控制公开在例如公开号为2001-138936的日本专利申请中。在该差动转向控制中，如果在转向速度Vα下驾驶员以转向角α转动方向盘，那么实际的车轮转向量β由如下所述公式所控制。在该公式中，k是一个常量，且ks(v)是车速V的函数并且是方向盘速度的增益。

β＝α·k+Vα·ks(v)

通过这一控制，比如为了避让危险物，如果驾驶员迅速地转动方向盘，车轮转向量β是增加的。因此，可以仅仅通过方向盘的一个小转动来实现危险物的避让。相反地，如果驾驶员缓慢地转动方向盘，则加到方向盘转向角α和常量k的乘积中的辅助角很小。这样，必要的精确转向操作成为可能。

当右车轮和左车轮面对不同的路面条件时，车轮可能受到不同的摩擦系数μ(在下文中，这种情况可被称为“不同μ的状态”)，从而右车轮和左车轮的制动量将不同。例如，如果右侧路面的摩擦系数μ大于左侧路面的摩擦系数μ(也就是，右侧路面提供更大的阻力)，制动可能导致右侧车轮对路面的紧密附着，所以车身可能在平面图中沿顺时针转动。在这种情况下，驾驶员可能会试图通过迅速地向左(也就是，与车辆转动方向相对的方向)转动方向盘来将车身的方向校正到正常的方向。通常，如果车身方向对于转向操作的响应的延迟不大，可以更容易地转向车身。然而，对于平常车辆行驶，一般的作法是避免高灵敏度的转向设置，因为对于平常的行驶，稳定性被认为是更为重要的。

在不同μ的状态中，当车轮被驱动时，也会发生与以上有关制动的情况类似的情况。就是说，如果右侧路面的摩擦系数μ大于左侧路面的摩擦系数μ，右侧车轮在驱动过程的最初阶段紧紧附着于路面，所以车身沿逆时针转动。在这种情况下，驾驶员倾向于迅速地向右转动方向盘以使车身的方向正常化。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而完成的。本发明的目的在于提供车辆转向控制装置及方法，以使驾驶员容易地改变车身的方向，例如在右侧车轮和左侧车轮的路面条件不同的情况时。

为了实现上述目的，在根据本发明的车辆转向控制装置和方法中，基于转向角和通过用增益乘转向速度而得到的辅助角来控制车轮转向量。如果车辆的右车轮和左车轮的动力控制量不同，增益值增加。

如果在例如右车轮和左车轮处于不同的路面条件下的情况下进行制动，车辆的右车轮和左车轮的制动控制量是不同的。这里，制动控制量指的是在制动时作用于左车轮和右车轮的控制量。在前述情况下，根据本发明，增益是增大的以致增大了辅助角。就是说，与左车轮和右车轮的制动控制量相同的情况相比，车轮转向量的数值相对于转向角是增大的。因此，车身的定向对转向操作的响应延迟被减小，而且可以更容易地校正车身方向。这样，可以减少校正转向。同样地，如果在车辆驱动过程中，左车轮和右车轮的驱动控制量(也就是，在驱动时作用于车轮的控制量)发生差异，那么增益是增大的，因此驾驶员可以容易地校正车身的方向。

附图说明

本发明前述及进一步的目的、特征和优点由以下参照附图对优选实施例的描述将变得明晰，附图中相同的数字用来表示相同的部件，附图中：

图1为说明装配有依据本发明的一个实施例的车辆转向控制装置的车辆的结构的示意图；

图2为说明车辆转向控制装置的操作的流程图；

图3为表示在不同μ的状态下制动车辆的情况的图解；以及

图4为表示增益“ks(v)”增大之前和增益“ks(v)”增大之后的图表。

具体实施方式

以下将参照附图详细说明本发明的车辆转向控制装置的优选实施例。相同或类似的部件用相同的标号表示，并且将不在下面赘述。

图1为说明装配有依据本发明的一个实施例的车辆转向控制装置10的车辆20的结构的示意图。车辆20包括一个方向盘22，驾驶员可操纵该方向盘来转向右前轮和左前轮FWR、FWL；一个输入轴24，方向盘22的转向角被输入到该轴上；一个连接到输入轴24的可变传动比部分26；一个连接到可变传动比部分26的输出轴28；以及一个齿条轴32，该齿条轴通过一个齿条齿轮传动单元30连接到输出轴28并且它的相对末端连接到转向右前轮和左前轮FWR、FWL。车辆20装配有转向控制装置10和一个不同μ状态测定部分40。下文将详细说明转向控制装置10和不同μ状态测定部分40。

输入轴24具有一个用于检测方向盘22的转向角的转向角传感器34。关于用转向角传感器34检测出的转向角的信息被传送到转向控制装置10。

至于可变传动比部分26，输入轴24和输出轴28通过一个预定齿轮机构相互连接，并且该齿轮机构通过一个致动器36驱动，该致动器例如由一个伺服电动机或类似物组成，从而改变输入轴24和输出轴28之间的传动比。该传动比由转向控制装置10确定。致动器36设置有一个操作角传感器用于检测致动器36的操作角(相对于输入轴24的操作角)。由传感器检测出的操作角被传送到转向控制装置10。

以下将描述转向控制装置10。转向控制装置10设计为执行差动转向控制。基于有关从转向角传感器34获得的转向角α的信息和有关在转向角α的检测时间间隔内而获得的分解转向速度Vα的信息，转向控制装置10计算出车轮FWR、FWL的车轮转向量β，如下列公式(1)所示。在公式(1)中，k是一个常量，且ks(v)是车速V的函数并且是转向速度Vα的增益。

β＝α·k+Vα·ks(v)             ...(1)

在公式(1)中，右边第二项是通过用增益ks(v)乘转向速度Vα而得到的辅助角。就是说，在这个实施例中，车轮FWR、FWL的车轮转向量β通过转向角α和常量k的乘积加上辅助角而计算得到。

此外，转向控制装置10设计为如果右车轮FWR和左车轮FWL的动力控制量不同则增大公式(1)中增益“ks(v)”的值。这里功率控制不仅包括为了制动车辆作用于转向车轮FWR、FWL的制动控制，还包括为了驱动车辆作用于车轮FWR、FWL的驱动控制。转向控制装置10从不同μ状态测定部分40获取表示右车轮FWR和左车轮FWL的动力控制量不同的信息。增大增益“ks(v)”的值的效果将在下面描述。

特别地，不同μ状态测定部分40可以通过已知的ABS装置(防抱死制动系统)或VSC装置(汽车稳定性控制器)来实现。例如，在执行侧偏控制以防止由右车轮和左车轮的车轮速度的不同导致车身扭转的情况下，或者在右车轮和左车轮的制动量(例如，制动油压)不同的情况下，不同μ状态测定部分40确定车辆处于不同μ的状态下，即，右车轮和左车轮FWR、FWL的摩擦系数μ不同的状态，例如，因为右车轮和左车轮FWR、FWL面对不同的路面条件。就是说，如果用于转动车轮的驱动控制量，或者用于停止车轮转动的制动控制量在右车轮FWR和左车轮FWL之间是不同的，则可以确定车辆处于不同μ的状态。如果确定车辆处于不同μ的状态，那么不同μ状态测定部分40将表示不同μ状态的信息传送到转向控制装置10。

以上描述的是本实施例的一个一般的结构。下面将结合图2的流程图描述转向控制装置10的操作。

在车辆20稳态行驶中(S101)，转向控制装置10处于被激活的状态。例如，如果在车辆行驶方向的前方出现一个障碍物，为避开障碍物驾驶员压下制动踏板(S102)，因而导致车辆20的制动控制。

随后，转向控制装置10从转向角传感器34获得关于转向角α的信息，并且获得关于分解在转向角α的检测时间间隔内的转向速度Vα的信息。关于转向角α的信息也可以周期性地传送到转向控制装置10，而不只仅当压下制动踏板时才传送。而且，转向控制装置10可以从单独设置的转向速度传感器获得关于转向速度的信息，而不是从转向角α计算出转向速度Vα。

随后在S104中，基于来自不同μ状态测定部分40的信息，转向控制装置10确定车辆20是否处于不同μ的状态。如果制动过程中车辆20处于不同μ的状态下，可能发生下面描述的现象。即，如图3所示，如果与右车轮FWR接触的右侧路面的摩擦系数μ大于与左车轮FWL接触的左侧路面的摩擦系数μ，右侧车轮可能在制动时紧紧附着于路面(参见用虚线圆表示出的区域A)，以致车身将在平面图中沿顺时针转动。在这种情况下，为了使车身方向正常化，驾驶员可能会迅速地向左转动方向盘22(也就是，与车辆转动方向相对的方向)。

如果在S104中确定车辆20处于不同μ的状态，则该过程继续进行到S105，在该步中转向控制装置10通过增大公式(1)中的增益“ks(v)”来增加辅助角，如图4所示。图4为表示作为车速的函数的增益“ks(v)”增大之前(如虚线所示)和作为车速的函数的增益“ks(v)”增大之后(如实线所示)的图表。图4中所示的增大增益“ks(v)”的模式只是一个例子。用于增大增益“ks(v)”的其它方法包括不考虑车速以固定量增大增益“ks(v)”的方法，根据车速或可变转动比增加量可变的方法，等等。这些方法中的任何适当的方法可以根据车辆的特性而选用。

随后在S106中，转向控制装置10根据增大的增益“ks(v)”计算车轮转向角β，并通过致动器36按照车轮转向量β转向车轮FWR、FWL。

根据本实施例的转向控制装置10，如果车辆处于不同μ的状态下，增大增益值以增大车轮FWR、FWL的相对于转向角α的车轮转向量β的数值，该转向角α实际上由驾驶员的操作所提供。因此，在这种状态下，驾驶员可以通过执行小量的转向操作来校正车辆20的方向。

虽然以及结合车辆20的制动过程而进行了说明，实质上同样的优点也可在车辆的驱动过程中实现。例如，如图3所示，如果右侧路面的摩擦系数μ大于左侧路面的摩擦系数μ，右车轮FWR在车辆驱动过程的最初阶段紧紧附着于地面，以致车辆20在平面图中沿逆时针转动。在这种情况下，为了使车辆方向正常化，驾驶员倾向于迅速地向右转动方向盘。在这个实施例中，如果右车轮和左车轮FWR、FWL的驱动控制不同，则增大前述增益的值。因此，在前述情况下，本实施例允许驾驶员通过执行小量的转向操作来校正车身方向。

虽然参照实施例具体说明了本发明，但是本发明不限于以上公开的实施例。例如，虽然在上述的实施例中，如用于确定车轮转向量β的公式(1)中右侧第一顶中的常量k所表示，传动比在控制过程中是固定的，但是传动比可以是变化的，即，上述第一项可以替换为车速V的函数“α·k(v)”。

而且，在本发明的车辆转向控制装置中，不仅在车辆处于不同μ的状态的情况下，而且在车辆的右车轮和左车轮的驱动控制量不同的情况下，上述增益的值都可以是增大的，例如，因为右车轮和左车轮的摩擦系数不同。

如上所述，依照本发明的车辆转向控制装置，如果右车轮和左车轮的路面条件不同，那么用于计算辅助角的增益的值增大，从而驾驶员可以容易地校正车身方向。

虽然参照目前被认为是它的优选实施例而对本发明进行了描述，但应当理解本发明不限于已公开的实施例或结构。相反地，本发明旨在包括各种各样的改进方案和等效布置。另外，虽然所公开的发明的各种部件表示在不同的示意性组合和结构中，但是，包括或多或少的、或者包括仅仅单一的实施例的其它的组合和结构也在本发明的实质和范围中。

Claims (10)

1.一种用于控制车辆的转向系统的车辆转向控制装置，该转向系统包括由车辆驾驶员操纵的方向盘(22)、传动连接于方向盘(22)的转向输入轴(24)、和转向输出轴(28)，转向输出轴(28)的一端传动连接于车辆的右车轮和左车轮，转向输出轴(28)的另一端通过可变传动比部分(26)传动连接于转向输入轴(24)，其中可变传动比部分(26)可以改变转向输入轴(24)的操作量与转向输出轴(28)的驱动量之间的比例，所述车辆转向控制装置包括：

转向角传感器(34)，用于检测方向盘的转向角；

动力控制量差异检测装置(40)，用于检测车辆右车轮和左车轮之间的动力控制量的差异；以及

转向控制装置(10)，用于控制可变传动比部分(26)，转向控制装置(10)基于转向角传感器(34)检测的转向角和通过用增益乘转向速度而得到的辅助角来计算出目标车轮转向量，并且控制可变传动比部分(26)使得右车轮和左车轮转向所计算的目标车轮转向量，

所述车辆转向控制装置的特征在于，转向控制装置(10)响应所述动力控制量差异检测装置(40)检测到车辆的右车轮和左车轮之间的动力控制量的差异而增大增益值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，动力控制量是为了制动车辆而作用于左车轮和右车轮的控制量。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，动力控制量是为了驱动车辆而作用于左车轮和右车轮的控制量。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，可变传动比部分(26)包括致动器(36)用于驱动可变传动比部分(26)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，转向控制装置(10)进一步通过将辅助角加上转向角计算目标车轮转向量。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，转向控制装置(10)进一步根据车速而改变增益。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，如果关于左车轮的摩擦系数和关于右车轮的摩擦系数彼此不同，则动力控制量差异检测装置(40)检测到车辆右车轮和左车轮之间的动力控制量的差异。

8.一种转向控制方法，基于转向角和通过用增益乘转向速度而得到的辅助角来计算目标车轮转向量，该方法的特征在于包括：

确定车辆的左车轮和右车轮之间的动力控制量是否存在差异(S104)；

如果确定左车轮和右车轮之间的动力控制量存在差异，则增大增益值(S105)；并且

利用增大的增益值计算目标车轮转向量(S106)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，动力控制量是为了制动车辆而作用于左车轮和右车轮的控制量。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，动力控制量是为了驱动车辆而作用于左车轮和右车轮的控制量。

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