CN102186717A - 车辆的最大转向角的确定 - Google Patents

Abstract

根据本发明的示例性实施例，使用车辆的单轨模型确定转向角，其中仅当测量的最大转向角的导数和计算的最大转向角的导数之间的差在阈值以下时，校正转向角。否则，重复测量。

Description

车辆的最大转向角的确定

技术领域

本发明涉及车辆的转向锁角(steering lock angle)或转向角的确定。具体地，本发明涉及用于确定车辆的转向锁角的系统、用于确定车辆的转向锁角的方法、程序元素和计算机可读介质。

背景技术

用于测量方向盘角的成本有效传感器在车辆点火开始时提供了关于方向盘位置的角度的相对值。然而，在点火开始时测量的方向盘的角度通常关于方向盘的中心位置漂移(称为零点漂移或偏移)。在点火开始之后，传感器因此首先指示与方向盘的位置无关的零值，即使在任何情况下角度不等于零。然而，必须精确地(并且以绝对值)测量转向角，因为他用在电子稳定程序(ESP)中并且对于车辆的安全性非常重要。

DE 697 14 806 T2公开了用于确定方向盘的位置的方法，其中依据计算的方向盘锁角在特定区间之内还是之外，通过第一预定算法或第二预定算法估计方向盘的中心位置。依据使用的算法，发生对于中心位置值的相对快或相对慢的趋平。

发明内容

本发明的目的在于作出测量的转向角的零点漂移的可用快速和精确的确定，因此作出实际转向锁角的快速和精确的确定。

根据独立权利要求的特征，指定了用于确定转向锁角的系统、用于确定转向锁角的方法、程序元素和计算机可读介质。在从属权利要求中可找到本发明的发展。

同样，所述的示例性实施例关注于用于确定转向锁角的系统、方法、程序元素和计算机可读介质。换句话说，以下关于用于确定转向锁角的系统所指定的特征也可在方法、程序元素或计算机可读介质中实现，反之亦然。

根据本发明的一个示例性实施例，指定了一种用于确定车辆的转向锁角的系统，其具有：传感器装置和控制单元。传感器装置用于测量车辆的偏航率和转向角。基于测量的转向角，给定转向传动比的信息，(因此至少间接地)获得测量的转向锁角。控制单元被设计为基于测量的偏航率和测量的转向角计算转向锁角。此外，控制单元被设计为计算测量的转向锁角的时间导数和计算的转向锁角的时间导数；以及确定测量的转向锁角的导数和计算的转向锁角的导数之间的第一偏差是否在第一预定阈值以下。

此外，控制单元用于，基于计算的转向锁角执行测量的转向锁角的校正，特别在第一偏差在第一阈值以下的情况下。如果第一偏差不在第一阈值以下，相反在他以上，则重复偏航率和转向角的测量、及其随后的计算。

然而，即使第一偏差不在第一阈值以下，但是也可校正转向锁角。将校正的值和/或计算的零点漂移与关于校正质量的信息(也就是，例如，第一偏差，以及如果适当，例如信赖区间和零点漂移的标准偏差的其他值)一起继续传递至相应车辆系统(例如ESP)。这些系统可随后在第一步骤中使用计算的值，并且同时知道这个值是多么地“好”。然后，将新计算的值稍后提供至系统(在进一步测量的值的协助下)。换句话说，从很早时间开始，随后可再次改进的针对零点漂移的可用值已经对于系统可用。之后并且如果适当，在传送期间，感测进一步测量的值，结果，可进行新的、更精确的计算。再次向车辆系统传送新值(零点漂移、第一偏差、和如果适当，例如信赖区间和零点漂移的标准偏差的其他值)，结果，该方法实现了针对零点漂移的实际值。

应注意，当以下使用术语“转向锁角”和“转向角”时，这些术语可同义地使用，因为可以从转向角直接计算转向锁角，反之亦然。

最后，关于转向角的测量数据或关于转向锁角的测量数据是否可用因此不再重要。

例如，使用所谓的单轨模型确定转向锁角。然而，仅当测量的值“足够好”时，也就是，如果可充分地应用模型(为有效)，则计算转向锁角。为了决定这一点，检查测量的转向锁角和计算转向锁角之间的时间导数是否彼此足够接近。如果差太大，也就是，如果他们超过特定阈值，则必须执行进一步测量。

根据本发明的另一示例性实施例，控制单元也可被设计为确定第一测量的转向锁角(或第一转向角)和时间上随后的、第二测量的转向锁角(或时间上随后的、第二测量的转向角)之间的第二偏差是否在第二预定阈值以下。此外，仅如果第二偏差在第二阈值以下，则基于计算的转向锁角执行测量的转向锁角的校正。

否则，重复测量。同样，重复随后的计算，直到也满足这个第二条件。

因此，确定转向角或转向锁角的测量的质量是否足够高。这不必一定通过将相邻的测量值之间的差与阈值相比较来执行。为了估计测量的质量是否足够，也可检验测量值是否不在特定范围之外，例如|δ|＜S。此外，可以在特定的、相对短时间的间隔上形成平均值。测量值一定不会与这个平均值大大不同。此外，也可检查传感器是否在没有故障的情况下工作。

根据本发明的另一示例性实施例，控制单元还被设计为：基于随时间的多个计算的零点漂移的平均确定用于测量转向锁角的传感器装置的传感器的平均的零点漂移。此外，控制单元还被设计为：基于所述平均的零点漂移校正测量的转向锁角。

或者，根据本发明的另一示例性实施例，基于测量的偏航率和测量的转向锁角的滤波可生成传感器装置的传感器的滤波的零点漂移，随后基于滤波的零点漂移校正测量的转向锁角。

当存在不足的存储空间可用于对于平均值的形成所必要的测量值的存储时，这可能是有利的。

根据本发明的另一示例性实施例，仅如果计算的或滤波的零点漂移的估计标准偏差在预定第三阈值内，则校正测量的转向锁角。

此外，除了标准偏差之外，也可计算称为信赖区间。在该方法的开始之后，也就是，通常在点火开启之后(因此，例如在两个或三个测量值的处理之后)不久，已经第一次计算了标准偏差和信赖区间。随后将计算的零点漂移、标准偏差和信赖区间传送至相应车辆系统(例如ESP、车辆控制系统)。同时或随后，检测进一步的测量值，结果，可进行新的、更精确的计算。再次向车辆系统传送新值(零点漂移、标准偏差和信赖区间)，结果，该方法实现了针对零点漂移的实际值。

根据本发明的另一示例性实施例，如果计算的或滤波的零点漂移的估计标准偏差在第三阈值以上，则重复测量和随后的计算。

根据本发明的另一示例性实施例，如果估计标准偏差在第三阈值以上，则通过递增的滤波常数来重复滤波。

根据本发明的另一示例性实施例，所述控制单元是ESP控制单元。

根据本发明的另一示例性实施例，指定了一种车辆，具有如上所述的用于确定转向锁角的系统。

根据本发明的另一示例性实施例，指定了一种用于确定车辆的转向锁角的方法，其中：测量车辆的偏航率和转向角，其中从测量的转向角获得(测量的)转向锁角。此外，基于测量的偏航率和测量的转向角计算转向锁角。还计算测量的转向锁角的时间导数和计算的转向锁角的时间导数。然后，确定测量的转向锁角的导数和计算的转向锁角的导数之间的第一偏差是否在第一预定阈值以下。如果所述第一偏差在所述第一阈值以下，则基于计算的转向锁角校正测量的转向锁角。如果所述第一偏差在所述第一阈值以上，则重复测量和随后的计算。

根据本发明的另一示例性实施例，指定了一种程序元素，当在处理器上执行时，使得处理器执行以上方法步骤。

根据本发明的另一示例性实施例，指定了一种计算机可读介质，在上面存储一种程序元素，所述元素当在处理器上执行时，使得处理器执行以上方法步骤。

在这个上下文中，程序元素可以是例如软件包的一部分，其存储在ESP控制单元的处理器上。在这个上下文中，处理器可同样是本发明的主题。此外，本发明的这个示例性实施例包括已经从开始使用本发明的程序元素，以及使得现有程序借助于更新使用本发明的程序元素。

附图说明

以下将参照附图描述本发明的示例性实施例。

图1示出根据本发明示例性实施例的用于确定转向锁角的系统；以及

图2示出根据本发明示例性实施例的方法的流程图。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的，并非按规定比例。

在附图的以下描述中，对于相同或类似元素使用相同标号。

图1示出用于确定转向锁角的系统100，除了例如以CPU形式嵌入的控制单元103之外，系统100还具有多个传感器101、102、104。

传感器101用于测量车辆的偏航率。此外，传感器101测量偏航率的时间导数。为此，也可提供多个传感器。对于偏航率的时间导数，也可不测量，而是例如通过控制单元103计算。

传感器102测量车辆的(相对)转向角，传感器104测量车辆速率和/或所述车辆的加速度。或者，可以根据测量的车辆速率的时间分布计算加速度。

控制单元103用于计算转向角或转向锁角，以及校正零点漂移。转向角的理论的、基于模型的计算是重要的，特别当车辆在点火开始之后在开始阶段在一个方向(向左或向右)持续行驶某一时间时，即，转向被锁定。

转向角的零点漂移和测量结果的校正基于称为车辆的单轨模式(还参照Zomotor，Adam，Fahrwerktechnik的：Fahrverhalten[Chassis Technology：Driving Behavior]；Vogel 1987)。

在单轨模式下，使用转向锁角和偏航率之间的关系。转向角与转向锁角δ_O关联(例如前轮转向锁角)：

δ_O＝λ/K    (1)

λ-转向角

K-转向传动比

根据车辆的单轨模式，转向锁角和偏航率之间的关系可计算如下：

${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{theoret}}=\frac{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}*l}{V}+\mathrm{EG}*\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}*V---\left(2\right)$

δ_theoret-理论上确定的转向锁角

I-轴距

V-速率

-偏航率

EG-固有转向梯度(这是在单轨模式范围内的车辆参数)。

通常，比率(2)必须仅用在某些有限条件下，例如[参照M.Mitschke；Dynamik der Kraftfahrzeuge[Motor Vehicle Dynamics]；C卷，Springer-Verlag 1990]：

1.速率V＝常数(在车辆的纵向方向没有加速度)。

2.两个自由度：偏航运动和游泅运动。

3.无侧倾运动，在弯道内侧车轮和一个轴上的弯道外侧车轮之间的车轮负载不存在差异。

4.无往复运动或俯仰运动，在前轴和后轴处恒定的车轮负载。

5.在车轮中央基于各个轴组合车轮接触点，在车轮接触点处，保持航线必要的车轮的横向力起作用。

6.小转向角和偏离角，在轮胎处线性化的横向力特征曲线。

7.由于偏离角使得轮胎脚轮(castor)和恢复扭矩被忽略。

8.在轮胎处的小圆周力。(条件V＝常数需要纵向力，但是当转向锁角较小时可被忽略)。

当计算转向锁角和校正转向锁角传感器的测量结果时，有必要保证比率(2)或单轨模式有效。否则，校正不正确。

为了监视车辆的状态和驾驶条件，计算测量的转向锁角的时间导数

。从(2)，理论时间导数得到以下结果：

${\left(\frac{\mathrm{d\δ}}{\mathrm{dt}}\right)}_{\mathrm{theoret}}={\mathrm{\δ}}_{\mathrm{theoret}}=\frac{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\ψ}}*l}{V}+\frac{a*\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}{V^2}+\mathrm{EG}*(\stackrel{\·\·}{\mathrm{\ψ}}*V+a*\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}})---\left(3\right)$

其中

是偏航加速度，以及

a是车辆加速度。

测量的转向锁角的时间导数不受零点漂移影响。如果比率(3)有效，在测量的和计算的值之间一定仅存在较小的差：

$|\frac{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&lambda;}}}{K}-\frac{\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&psi;}}*l}{V}-\frac{a*\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&psi;}}}{V^2}-\mathrm{EG}*(\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&psi;}}*V+a*\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&psi;}})|<\mathrm{\&epsiv;}---\left(4\right)$

其中ε是小阈值。

在ESC控制单元中，基于可用的测量的或计算的值δ_t V_t a进行根据(4)的计算。此外，还监视测量的值是否不具有任何过大的跳跃，例如

|λ_n-λ_n-1|＜ε1    (5)

λ_n-1-在测量n-1中测量的转向角；

λ_n-在测量n中测量的转向角；

其中ε1是小预定阈值。

如果满足(4)和(5)，则根据(2)计算侧倾角。在这个情况下，理论值δ_theoret用于转向锁角的测量值的校正。

测量的转向角如下给出：

$\mathrm{\&lambda;}=\mathrm{\&Delta;}+(\frac{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&psi;}}*l}{V}+\mathrm{EG}*\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&psi;}}*V)*K---\left(6\right)$

其中Δ是传感器的零点漂移。

对于N个测量的结果求和，并用于传感器的零点漂移的确定：

$A=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;}}_i;$

$B=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\stackrel{\&CenterDot;}{{\mathrm{\&psi;}}_i}*l}{V_i};$

(7)

$D=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&CenterDot;}{{\mathrm{\&psi;}}_i}*V_i;$

${\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Delta;}}}_N=\frac{1}{N}*(A-B*K-\mathrm{EG}*C*K)$

其中

是随时间平均的零点漂移的值。

对于这个值，计算标准偏差的估计σ和信赖区间的估计p＊σ_N：

${\mathrm{\&sigma;}}_N=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{({\mathrm{\&Delta;}}_i-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Delta;}}}_N)}^2}{N-1}$

${\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Delta;}}}_N-p*{\mathrm{\&sigma;}}_N\&le;\mathrm{\&Delta;}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Delta;}}}_N+p*{\mathrm{\&sigma;}}_N---\left(8\right)$

其中p＝p(N)是经验参数，并依赖于N。

在ESP中信赖间隔p＊σ_N用于进行检查系统的参数的自适应改变。检查σ_N是否足够小：

σ_N＜S₀    (9)

其中S₀是定义为ESC的需求的函数的参数。

如果σ_N太大，为了下一次测量在等式(7)至(8)中执行测量并重复计算。

重复类似步骤，直到σ的值足够小(等式(9)的比率因此有效)。

计算校正的转向角如下：

${\mathrm{\&lambda;}}_0=\mathrm{\&lambda;}-{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Delta;}}}_N---\left(10\right)$

为了能够使用上述方法，有必要在存储器中保持N个测量的值V_t

和λ。如果这样不适合，则可使用不同的简化方法。代替平均值的形成，使用具有滤波常数F的低通滤波器：

A＝Filt_F(δ₁)；

$B={\mathrm{Filt}}_F(\frac{{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&psi;}}}_i}{V_i}*l);$

$D={\mathrm{Filt}}_F(\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&psi;}}*V_i);$

${\widetilde{\mathrm{\&Delta;}}}_F=(A-B*K-\mathrm{EG}*C*K)---\left(11\right)$

其中

是零点漂移的滤波值。

标准偏差和信赖区间的估计如(8)计算：

${\mathrm{\&sigma;}}_F=\frac{\underset{i-1}{\overset{F}{\mathrm{\&Sigma;}}}{({\mathrm{\&Delta;}}_i-{\widetilde{\mathrm{\&Delta;}}}_F)}^2}{F-1}$

${\widetilde{\mathrm{\&Delta;}}}_F-p*{\mathrm{\&sigma;}}_F\&le;\mathrm{\&Delta;}\&le;{\widetilde{\mathrm{\&Delta;}}}_F+p*{\mathrm{\&sigma;}}_F---\left(12\right)$

如果估计的标准偏差太大(σ_F＞S₀)，则递增地增加滤波常数，直到这个值足够小(σ_F＜S₀)。

校正的转向角计算如下：

${\mathrm{\&lambda;}}_0=\mathrm{\&lambda;}-{\widetilde{\mathrm{\&Delta;}}}_F---\left(13\right)$

图2示出根据本发明示例性实施例的方法的流程图。在理论的转向锁角206的时间导数的计算中包括偏航率201、偏航率的时间导数202、转向角203、转向角的时间变化204和车辆速率205或车辆加速度。

在这个上下文中，例如，测量偏航率201、转向角203、和车辆速率205。可计算或者也可测量偏航率202的时间导数和车辆的加速度、以及转向角204的时间导数。

在步骤207，随后将理论的转向锁角的时间导数和测量的转向锁角的时间导数之间的差与第一阈值ε相比较，以及将相邻的测量的转向角之间的差与第二阈值ε1相比较。

如果这些差均在相应阈值以下，则在步骤208执行进一步计算。如果这些差中的至少一个不在相应阈值以下，则增加进一步的测量值，并且通过步骤206执行该方法。

然而，如果满足条件(4)和(5)，则在步骤208，对于来自N个测量的结果求和(还见等式(7))。

在步骤209，然后执行标准偏差和信赖区间的、随时间平均的零点漂移的计算。

在步骤210，随后确定标准偏差是否足够小，也即，是否在特定阈值以下。如果标准偏差太大，则增加进一步的测量值，并且通过步骤207至210再次随后执行计算206。

如果标准偏差在预定阈值以下，则在步骤211，通过等式(10)计算校正的转向角。

作为对于平均值的形成的备选，也可使用具有滤波常数的低通滤波器(见等式(11)、(12)和(13))。

此外，应注意，“包括”和“具有”不排除任意其他元素或步骤，并且“一个”不排除多个。此外，应注意，参照以上实施例之一所述的特征或步骤也可与上述其他示例性实施例的其他特征或步骤组合使用。权利要求中的标号并非认为具有限制力。

Claims (12)

1.一种用于确定车辆的转向锁角的系统，所述用于确定转向锁角的系统(100)具有：

传感器装置(101，102)，用于测量车辆的偏航率和转向角，从所述转向角获得测量的转向锁角；

控制单元(103)，被设计为：

基于测量的偏航率和测量的转向角计算转向锁角；

计算测量的转向锁角的时间导数和计算的转向锁角的时间导数；

确定测量的转向锁角的导数和计算的转向锁角的导数之间的第一偏差是否在第一预定阈值以下；

基于计算的转向锁角校正测量的转向锁角；以及

如果所述第一偏差在所述第一阈值以上，则重复测量和随后的计算。

2.如权利要求1所述的用于确定转向锁角的系统，

其中所述控制单元(103)还被设计为：

确定第一测量的转向锁角和时间上随后的、第二测量的转向锁角之间的第二偏差是否在第二预定阈值以下；以及

如果所述第二偏差在所述第二阈值以上，则重复测量和随后的计算。

3.如先前权利要求之一所述的用于确定转向锁角的系统，

其中所述控制单元(103)还被设计为：

基于随时间的多个计算的零点漂移的平均确定用于测量转向锁角的传感器装置(101，102)的传感器(101)的平均的零点漂移；以及

基于所述平均的零点漂移校正测量的转向锁角。

4.如权利要求1或2所述的用于确定转向锁角的系统，

其中所述控制单元(103)还被设计为：

基于测量的偏航率和测量的转向锁角的滤波确定用于测量转向锁角的传感器装置(101，102)的传感器(101)的滤波的零点漂移；以及

基于所述滤波的零点漂移校正测量的转向锁角。

5.如权利要求3或4所述的用于确定转向锁角的系统，

其中如果计算的或滤波的零点漂移的估计标准偏差在预定第三阈值以上，则重复测量和随后的计算。

6.如权利要求5所述的用于确定转向锁角的系统，

其中如果所述估计标准偏差在所述第三阈值以上，则通过递增的滤波常数来重复滤波。

7.如权利要求5至6之一所述的用于确定转向锁角的系统，

其中还计算针对所述零点漂移的信赖区间；

其中为了驾驶员协助的目的，由ESP控制单元进一步使用所述标准偏差、所述信赖区间和相应零点漂移，即使所述信赖区间和所述标准偏差不在所述预定阈值以下。

8.如先前权利要求之一所述的用于确定转向锁角的系统，

其中所述控制单元(103)是ESP控制单元。

9.一种车辆，具有如权利要求1至8之一所述的用于确定转向锁角的系统。

10.一种用于确定车辆的转向锁角的方法，所述方法具有以下步骤：

车辆的偏航率和转向角的测量，从所述转向角获得测量的转向锁角；

基于测量的偏航率和测量的转向角对转向锁角的计算；

测量的转向锁角的时间导数和计算的转向锁角的时间导数的计算；

测量的转向锁角的导数和计算的转向锁角的导数之间的第一偏差是否在第一预定阈值以下的确定；

基于计算的转向锁角对测量的转向锁角的校正；以及

如果所述第一偏差在所述第一阈值以上，则测量和随后的计算的重复。

11.一种程序元素，当在处理器上执行时，使得处理器执行以下步骤：

基于测量的偏航率和测量的转向角对车辆的转向锁角的计算，从所述转向角获得测量的转向锁角；

测量的转向锁角的时间导数和计算的转向锁角的时间导数的计算；

测量的转向锁角的导数和计算的转向锁角的导数之间的第一偏差是否在第一预定阈值以下的确定；

基于计算的转向锁角对测量的转向锁角的校正；以及

如果所述第一偏差在所述第一阈值以上，则测量和随后的计算的重复。

12.一种计算机可读介质，在上面存储一种程序元素，所述元素当在处理器上执行时，使得处理器执行以下步骤：

基于测量的偏航率和测量的转向角的车辆对转向锁角的计算，从所述转向角获得测量的转向锁角；

测量的转向锁角的时间导数和计算的转向锁角的时间导数的计算；

测量的转向锁角的导数和计算的转向锁角的导数之间的第一偏差是否在第一预定阈值以下的确定；

如果所述第一偏差在所述第一阈值以下，则基于计算的转向锁角对测量的转向锁角的校正；以及

如果所述第一偏差在所述第一阈值以上，则测量和随后的计算的重复。

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