用于在从直线行驶的转向期间控制主动式后桥转向装置的方法和控制电路及机动车

技术领域

本发明涉及一种用于在机动车中、在从直线行驶的转向期间控制后桥转向装置的方法和控制电路。为此，后桥转向装置设计为主动式的，也就是说，其具有至少一个致动器，以便能够根据控制信号调节后轮转向角度。本发明还包括具有这种主动式后桥转向装置和所述控制电路的实施方式的机动车。

背景技术

在此所描述的“转向”过程是指在机动车的前桥上，车轮在方向盘角度发生变化后做出反应或根据新设置的方向盘角度跟踪或转动的时间段。车轮不会立即对方向盘角度的变化做出反应，但底盘具有运动学和/或弹性运动学，由于运动学和/或弹性运动学产生的是，在方向盘上的方向盘角度发生变化时或在方向盘的新的转动角度调节到新的转向位置中时，产生动态过程，其中，车轮根据新设置的方向盘角度，在动态过程中根据新设置的方向盘角度调整其车轮偏转角。换言之，新的方向盘角度所需要的侧面导向力必须首先逐渐增大。该转向因此在车轮偏转角达到通过新设置的方向盘角度预定的角度值、即直到持续达到侧面导向力的最终值时结束。导致控制的延迟或在一方面改变方向盘角度与另一方面根据方向盘角度达到固定的车轮偏转角/最终的侧面导向力之间的时间错位通过底盘中的弹性和惯性产生，这例如本身是已知的。

主动式后桥转向装置例如由DE 10 2018 007 860 A1中已知。在该专利文献中描述了，主动式后桥转向装置可以用于，通过减小前桥转向装置上的所需的转向偏转角来稳定机动车的行驶动态，这通过后桥转向装置进行补偿。

从专利文献DE 10 2015 005 023 A1已知改进机动车中的转向特性。相应地，在前桥上需要叠加转向，通过叠加转向产生附加的叠加角，用于调节附加的转向偏转角。附加地，还可以针对后桥转向装置调节后轮转向角度。然而在此，这只是成比例的换算，即在给定的当前的方向盘角度的情况下，后轮转向角度根据特性曲线设置为预定的值。然而，由此不能补偿车轮引导的动态，该车轮引导例如通过弹性/有限的固有刚度和/或通过底盘的固有频率给出。相反，在放大率太高的情况下可能会有摆动。

从专利文献DE 10 2016 210 256 A1已知，在方向盘上的剧烈的转向运动的情况下，机动车的行驶动态可以通过后桥转向装置来稳定。然而为此，必须识别方向盘上的剧烈的转向摆动。

由专利文献DE 10 2019 213 969 A1已知，通过后轮相对于前轮的调节，机动车的底盘可以借助主动式后桥转向装置来支撑，以便由此减少其侧倾趋势。

现有技术没有提供在前轮的车轮引导中能够补偿运动学和弹性运动学的解决方案，通过该解决方案，在机动车转向时，前轮的转向偏转角或侧面导向力才被延迟，并且利用与底盘相关的动态适配于新的、通过新设置的方向盘角度预定的角度值。

发明内容

本发明的目的是，从直线行驶开始，至少在小的方向盘角度改变的情况下调整机动车的转向特性，使得获得了朝新的固定的值的侧向力形成/侧向力构建的随时间变化的曲线，其例如在比车轮引导的可用的固有刚度更大的固有刚度中产生。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的有利的扩展方案通过从属权利要求、以下说明书描述和附图得到。

作为一个解决方案，本发明包括一种用于在从直线行驶的转向期间控制机动车的主动式后桥转向装置的方法。后桥转向装置因此具有用于后轮的机动和/或液压地偏转的致动器，以便在后桥上调节后轮转向角度。在此提到的“转向”是已经描述过的、从改变方向盘上的方向盘角度直至达到相应的固定的车轮偏转角和/或前轮上的侧面导向力的动态过程。转向的备选的定义是将方向盘角度从原始值改变为新值的动态过程，直到达到道路上的与该新的方向盘角度对应的侧面导向力。该方法在此假定以下情况，即在开始时存在直线行驶。因此假定，机动车首先直线行驶，并且然后驾驶员在方向盘上调节方向盘角度，以便例如向右或向左斜向前继续行驶。车轮引导的实际动态描述了，车轮的转向偏转角或侧面导向力多快和/或以什么样的随时间变化的曲线(即以什么样的脉冲响应或阶跃响应)跟随方向盘位置。这不是理想的阶跃响应(狄拉克冲击)，但车轮引导的实际动态依赖于底盘构件的弹性、例如转向杆的弹性和/或部件的惯性。固有频率、即底盘中的固有振动特性也可以发挥作用。总之可以假设，在一方面方向盘与另一方面前桥上的前轮之间产生质量弹簧系统，通过质量弹簧系统产生车轮引导的实际动态。

该方法假定(以此为出发点)，机动车的车轮引导的实际动态是已知的。例如，实际动态可以在机动车的原型上被测量，和/或通过模拟和/或车辆模型进行数值计算。

在该方法中，通过控制电路，从至少一个传感器接收(例如机动车的前桥转向装置的)实际转向信号，并且借助车轮引导的动态模型从实际转向信号计算出差分信号随时间变化的曲线/变化情况，差分信号描述了实际转向信号与虚拟的额定转向信号的偏差，这例如是为了以预定的额定动态执行转向(在给定的实际动态信号中)所需要的。因此，例如监控当前存在什么样的方向盘角度或什么样的横摆角速度或横向速度，这然后产生实际转向信号作为时间信号。该实际转向信号可以通过车轮引导的动态模型被换算或解释，从而产生直到前桥的底盘的所描述的脉冲响应或阶跃响应。然而，在此最后感兴趣的是产生什么样的差分信号，即与理想的或至少一个预定的额定动态、例如侧向力增大或横摆角速度增大的额定动态(对于预期的转弯)的什么样的偏差。因此，差分信号描述了，什么样的额定转向信号是需要的，以便实现期望的或预定的额定动态、即侧向力建立或转向响应特性或横摆角速度的随时间的发展(围绕车辆竖直轴线的转速)，这例如模仿或模拟更硬地设计的前桥。例如，在非常简单的实现方式中，可以根据实际转向信号通过表格和/或特性曲线来预定差分信号，其中，以所描述的方式，差分信号是动态信号，即预定随时间变化的曲线，其不是简单的常数(在现有技术中的情况是简单的常数)，而是描述随时间的变化(连续可微分的时间信号，它在时间上不具有恒定的进程)。实际转向信号在此可以是简单的阶跃函数，其从原始的或先前的方向盘角度开始描述至新的(固定的)方向盘角度的跳跃或改变。例如，差分信号描述了如果驾驶员想(仅利用前轮转向)实现前轮的预定的额定动态或侧面导向力，那么该驾驶员或机动车必须表现出什么样的差异或什么样的转向特性。差分信号可以描述仍然缺少侧向力增大或横摆角速度的什么样的附加值，以便实现额定动态。

通过预定的换算规则，由差分信号产生用于后桥转向装置的额定转向信号，并且以该额定转向信号驱控后桥转向装置。差分信号、即前桥上的转向特性的缺失部分因此没有通过用于前轮转向的叠加角来实现，而是在后桥转向装置上预先规定额定转向信号，从而通过机动车中的后桥转向装置实现额定动态。

通过本发明产生以下优点，即固有刚度和/或固有频率、即总体上前桥上的运动学和弹性运动学不必设计得如此严格或硬/刚性，使得在从直线行驶的转向过程中实现预定的额定动态，这否则需要非常“硬的”前桥设计(以牺牲行驶舒适性为代价)。相反，为了行驶舒适性的优点，前桥例如可以设计得“更柔软”，即具有更小的固有刚度，并且通过后桥转向装置来实现或模仿对于从直线行驶的转向所期望的额定动态。因此，在其他的行驶情况下，此外可以保留前桥的对于行驶舒适性有利的“更柔软的”设计、即对于额定动态而言实际上太低的固有刚度。

本发明还包括产生附加的优点的扩展方案。

一个扩展方案包括，用于前桥转向装置的固有刚度D和固有频率ω

一种扩展方案包括，实际转向信号是具有连续的或采样的过程的时间信号，并且模型包括描述实际动态与额定动态的关系V的传递函数，其中，额定动态与实际动态相比尤其给出了较大的车桥侧偏刚度，并且通过传递函数计算额定转向信号或差分信号。因此可以通过传递函数作为连续的时间信号或作为采样的时间信号连续或逐步处理实际转向信号，以便连续或逐渐获得用于额定转向信号的当前的值。例如，为此可以使用数学卷积。因此，即使在实际转向信号连续变化的情况下，也可以跟踪额定转向信号。例如，实际动态可以描述实际转向信号到实际转向偏转角或实际侧面导向力的随时间变化的曲线的传递。相应地，额定动态可以描述与实际转向偏转角的时间信号相关的额定转向偏转角或额定侧面导向力的随时间变化的曲线。为了利用传递函数计算实际转向信号的时间信号，可以在所谓的时域中使用上述的卷积。然而，优选地或以更小的计算耗费，可以在频率范围内，例如基于拉普拉斯变换，通过乘法来替代卷积，这例如本身由现有技术已知。

下面说明用于对实际动态和额定动态(固有刚度D和固有频率ω

额定转向信号L

L

差分信号计算为D(s)＝L

一种扩展方案包括，用于控制后桥转向装置的额定转向信号通过比例因子或通过机动车的动态模型由差分信号计算出。可以通过比例因子，从可以从差分信号D(s)中计算出的时间信号计算出用于后桥转向装置的额定转向信号，这在计算技术方面可特别容易实现，因为仅一个乘法是必要的。然而，机动车的动态模型也可以用于调节用于后桥转向装置的后轮转向角度。用于这种动态模型的示例是所谓的单道模型和用于轮胎力的模型。用于控制后桥转向装置的转向角度信号在此被称为“额定信号”，以便指出后桥转向装置还可以具有调节器，其可以将额定转向信号预定为额定值信号。

一个扩展方案包括，车轮引导的动态模型的参数化被设置为机动车的当前的行驶速度的函数。换言之，对于行驶速度v的不同的速度值可以规定，也为固有刚度和/或固有频率预定相应不同的或适配的值。这些值可以通过表格和/或计算函数来预定。换言之，固有刚度D和/或固有频率ω

一种扩展方案包括，额定转向信号的产生仅在识别先前的直线行驶时才被激活，其中，为了识别直线行驶，监控以下信号中的至少一个：

·方向盘角度

·前桥转向角度

·横向加速度

·横摆角速度

并且如果至少一个或所有被监控的信号在预定的最小持续时间内，在分别预定的值范围内运行，那么识别出直线行驶。换句话说，仅当实际上首先存在直线行驶作为初始情况时，才控制后桥转向装置。该初始情况可以在所描述的变量中的至少一个中被识别。也可以组合地监控这些信号中的多个。通过预定最小持续时间，例如至少一秒或至少五秒或至少30秒可以实现的是，后桥转向装置例如在S形弯中同样不会被激活。最小持续时间优选在从一秒到一分钟的范围内。所描述的信号自身在机动车中是可用的，并且例如可以以所描述的方式从所述的数据总线读取。

一种扩展方案包括，用于后桥转向装置的额定转向信号的产生仅限于预定的行驶情况，其包括以下至少一种情况：

·转向速率小于预定的最大值，

·高速公路行驶、乡村公路行驶，

·在建筑工地区域中的行驶，

·实际转向信号表明固定的小于预定的最大值的转向角度。

转向速率是方向盘的转动速度。如果仅在低的转向速率时有反应，那么可以在强的或猛烈的转向的情况下避免由于控制后轮转向而导致过度转向。例如可以根据地图数据检测高速公路行驶和乡村公路行驶，其方法是，识别机动车的当前的地理位置(其例如通过GNSS全球导航卫星系统、例如GPS全球定位系统的位置信号的接收器来确定)。可以以本身已知的方式通过监控周围环境来检测建筑工地区域，其方法例如是，根据预定的图像图案、例如建筑工地的信号颜色或信号图案(红白条纹)对环境摄像机的摄像机图像进行分析。该方法还可以针对这些行驶情况被限制，在这些行驶情况下，实际转向信号仅表明小的固定的最终转向角度，即实际转向信号在绝对值方面小于例如5度至20度、尤其是5度至15度的范围内的最大值。如果从直线行驶开始，方向盘角度的变化大于最大值，那么用于后桥转向装置的额定转向信号同样可以被抑制或避免。

作为另外的解决方案，本发明包括用于机动车的控制电路，其中，该控制电路设置用于，接收机动车的前桥转向装置的实际转向信号，通过根据前述权利要求中任一项所述的方法的实施方式产生用于主动式后桥转向装置的额定转向信号，并且以该额定转向信号驱控后桥转向装置。控制电路例如可以基于控制装置或由机动车的多个控制装置构成的复合装置形成。控制电路可以具有至少一个微处理器，用于执行该方法。控制电路可以具有程序代码，该程序代码设置用于在由控制电路执行时促使控制电路执行该方法。程序代码可以存储在控制电路的数据存储器中，至少一个微处理器可以与该数据存储器耦合。相对于至少一个微处理器附加地或备选地，可以设置至少一个微控制器和/或至少一个FPGA(现场可编程门阵列)和/或至少一个DSP(数字信号处理器)作为处理器电路。

作为另外的解决方案，本发明包括具有主动式后桥转向装置和至少一个传感器的机动车，传感器用于检测机动车的前桥转向装置的实际转向信号，其中，至少一个传感器和后桥转向装置通过所描述的控制电路的实施方式耦合。例如，至少一个传感器可以包括方向盘角度传感器。根据本发明的机动车优选设计为机动车，尤其设计为客车或货车，或者设计为公共汽车或摩托车。

本发明还包括所述的实施方式的特征的组合。本发明还包括分别具有所描述的实施方式中的多个的特征的组合的实现方案，只要这些实施方式没有被描述为相互排斥的。

附图说明

下面描述本发明的实施例。为此：

图1示出了根据本发明的机动车的实施方式的示意图；

图2示出了用于说明实际转向信号的随时间变化的曲线和差分信号的随时间变化的曲线的图表，其由实际转向信号基于传递函数产生；

图3示出了具有实际转向信号和差分信号的随时间变化的曲线的图表。

具体实施方式

下面阐述的实施例是本发明的优选的实施方式。在实施例中，实施方式的所描述的部件分别表示本发明的各个可被视为彼此独立的特征，这些特征分别也彼此独立地扩展本发明。因此，本公开还应该包括与实施方式的特征的所示的组合不同的组合。此外，所描述的实施方式还可以通过本发明的已经描述的其他的特征来补充。

在附图中，相同的附图标记分别表示功能相同的元件。

图1示出了机动车10，机动车可以是汽车、尤其是客车或货车。示出了当转向偏转角14与0度不同时，如何可以在前桥转向装置11上借助方向盘12，通过调节方向盘角度13调节或预定前轮的转向偏转角14，通过该转向偏转角产生用于转弯的侧面导向力22。

此外，可以在机动车10中提供后桥转向装置16，其作为主动式后桥转向装置可以通过后轮18上的至少一个致动器17调节后轮转向偏转角或后桥转向角度19。

在此，在机动车10中，对于驾驶员(未示出)在方向盘12上从用于直线行驶20的中性位置21开始改变方向盘角度13的行驶情况，可以通过借助控制电路23控制后桥转向装置16支持或预定转向偏转角14产生的改变和/或侧面导向力22朝固定值(其对应于新设置的方向盘角度13)产生的改变或形成/增大，从而在车轮引导时或在侧面导向力22形成时产生额定动态。

为此，例如可以通过至少一个传感器24测量或检测或表明方向盘角度13作为实际转向信号25。控制电路23可以接收实际转向信号25，并且通过传递函数H将实际转向信号25转换或映射成差分信号26，该差分信号说明了方向盘角度13必须改变多少度或多少值，以便得到预定的额定动态。可以例如通过将差分信号26乘以预定的比例因子，从该差分值26确定额定转向信号27。额定转向信号27作为用于调节后桥转向偏转角或后桥转向角度19的规范或额定值被提供给后桥转向装置16，也就是说，后桥转向装置16可以通过控制电路23由额定转向信号27控制。

因此，在调节方向盘角度13时，对于驾驶员产生在转向偏转角14和/或侧面导向力22改变或趋于平稳或波动时的额定动态，尽管前桥转向装置11例如没有设计用于该额定动态，而是例如可以具有较小的固有刚度和/或其他的固有频率，这例如对应于实际动态。

图2示出了，如何在时间t上，与在此可以对应于方向盘角度13或横摆角速度并且在此也标记为L(t)的实际转向信号25相关地，根据传递函数H从车轮引导的动态模型产生动态的或修正的转向角度信号30，其在此也被称为L

在转弯32的转向机动结束时，驾驶员又可以将方向盘12沿相反方向转动，并且在新的方向盘角度31’中产生另外的转向机动34。以所示的方式，驾驶员因此还可以通过交替执行用于转弯32、34的转向机动来执行直线行驶20。

图3示出了，在转向机动中，后桥转向装置与前桥相反地转向(反向摆动)。随后可识别两个所示的转向角度之间没有明显的差异，从而在达到预定的侧面导向力后，从中心(On-Center)动态调整不会产生用于后桥的另外的额定角度。

为了在尽管存在前桥的柔软的且舒适的弹性运动特性时也最佳地设计车辆从直线行驶(On-Center)的转向响应，因此可以使用后轴转向系统。因为车辆的后桥通常比前桥具有更高的车桥侧偏刚度，所以后桥上的小的倾斜角度已经导致明显的侧向力。

优化车辆从直线行驶(On-Center)的转向响应和行驶舒适性不再是相互冲突的目标特性，而是可以同时实现。

尤其通过方向盘角度传感器(备选地，前轮的转向角度)测量驾驶员的方向盘角度。根据该信号，对于小的方向盘角度(直线行驶)计算出后轮的反向的转向运动。后轮的该计算出的附加角度可能仅在初始的方向盘运动后的非常短的时间段内是有效的，以便不会对转向运动和转弯的进一步的进程产生负面影响。

例如，可以通过所描述的PD

可以根据以下信号定义直线行驶：

-方向盘角度或前桥转向角度

-横向加速度

-横摆角速度。

为了在尽管存在前桥的柔软的且舒适的弹性运动特性时也以额定动态设计车辆从直线行驶(On-Center)的转向响应，可以使用后桥转向系统。因为车辆的后桥通常比前桥具有更高的车桥侧偏刚度，所以后桥上的小的倾斜角度已经导致明显的侧向力。

总之，这些示例示出了，如何可以通过“后桥转向”系统优化中心(直线行驶)转向响应。