專利名稱：汽車電子轉(zhuǎn)向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車改變路線的控制裝置。
通過電子連接控制執(zhí)行器的技術(shù)在于由電子連接取代操作裝置與執(zhí)行器之間目前通常采用的液壓或機械連接。例如，關(guān)于汽車的轉(zhuǎn)向，下面的系統(tǒng)要取代存在于轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)(其可存在也可不存在)，汽車司機可以使用的轉(zhuǎn)向操作部件可以是一個傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤或者一個類似游戲桿的操縱桿。在車輪操縱桿上有一個電子執(zhí)行器，還可以為每個車輪分別安裝一個電子執(zhí)行器。汽車司機對其操作裝置發(fā)出的指令通過電子連接傳給執(zhí)行器，整個系統(tǒng)受一個方向控制器的監(jiān)控，而該方向控制器安裝有能夠適當驅(qū)動執(zhí)行器的程序。
這種技術(shù)的優(yōu)點在于它完美地順應電子學的發(fā)展，電子學的發(fā)展使得日益復雜的反饋控制系統(tǒng)成為可能，并能使車輪的轉(zhuǎn)向不僅受人工控制的支配，而且還受到安全系統(tǒng)的監(jiān)控。例如，將車輪轉(zhuǎn)到一個角度時，不僅要考慮到汽車司機的指令，而且還要考慮汽車所測到的動力學參數(shù)。
當司機要改變汽車的路線時，可能會對應兩種性質(zhì)完全不同的需求。第一個需求是執(zhí)行轉(zhuǎn)向，這就必須對汽車進行橫擺加速，接下來橫擺速度稍微變化，然后進行橫擺減速結(jié)束轉(zhuǎn)向，從而獲得操作前后不同的移動方向。在公路或者高速公路上超車時，在汽車靠右行駛的國家，我們知道，司機要調(diào)整轉(zhuǎn)向輪以稍微向左轉(zhuǎn)，緊接著在汽車向一邊移動足夠距離后再稍微向右轉(zhuǎn)；然后，要完成超車操作，再一此稍微轉(zhuǎn)向以改變汽車的方位重新回到原來的車道上，最后進行第四次輕微轉(zhuǎn)向。由此可見，為了進行超車操作，必須通過四次橫擺加速而進行兩個橫向加速過程，然而，對在一條直線上的超車操作來說只有橫向加速才是真正有用的。
獨立于前一個目的，本發(fā)明的另一目的在于為汽車司機提供一種專用的操作部件，使得可以以恒定朝向橫向移動汽車，該操作部件獨立于汽車轉(zhuǎn)向操作部件，也就是說，獨立于橫擺控制(改變方向)。其目的在于提供一種操作裝置，盡量適用于已經(jīng)習慣于使用轉(zhuǎn)向盤控制汽車路線的司機，同時還提供了改進的機會。
這就是為什么本發(fā)明保留使用“轉(zhuǎn)向盤型”的第一種部件來改變汽車方向的原因，應當注意，方向的改變對應朝向的改變。通常所說的改變汽車方向的指令，就是指對這個第一部件進行轉(zhuǎn)動。為了將汽車橫向移動的控制(保持恒定朝向)與改變汽車方向的控制(改變朝向)分隔開，本發(fā)明在操作裝置上安裝一個專用的第二部件，用于使汽車作橫向平行移動(也就是說不需要橫擺)。
因此，本發(fā)明涉及一種用于控制汽車路線的操作裝置，全部車輪都是轉(zhuǎn)向輪，通過電子裝置向這些轉(zhuǎn)向輪傳遞移動指令。該裝置包括使汽車橫擺移動的第一操作部件，第一操作部件主要有一個旋轉(zhuǎn)軸，上面固定兩個手柄，兩個手柄與旋轉(zhuǎn)軸保持一定距離，該旋轉(zhuǎn)軸帶有至少一個旋轉(zhuǎn)角度傳感器，并且具有一個用于恢復直線位置的裝置；還具有一個第二部件，用于對汽車進行無橫擺的橫向移動。
如圖2所示，旋轉(zhuǎn)軸33帶有至少一個旋轉(zhuǎn)角度傳感器34，并且具有一個用于恢復直線位置的裝置。一個屬于汽車剛性結(jié)構(gòu)10的殼體36的末端為基板37，基板形成對心軸38的支撐，使其能夠在基板37的兩端轉(zhuǎn)動。該心軸38進一步固定在軸鞘39上，軸鞘39里面安裝有旋轉(zhuǎn)軸33，它可以相對于軸鞘39自由轉(zhuǎn)動。最后，一個安裝有壓力傳感器40的連接桿4把軸鞘39和殼體36連接起來。
為進行轉(zhuǎn)向，司機的動作與他駕駛現(xiàn)有的客車是一樣的，如

圖1中的箭頭F1所示，他順時針轉(zhuǎn)動手柄32G和32D則向右轉(zhuǎn)，而逆時針轉(zhuǎn)動則向左轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)幅度被限定在一個遠小于±90°的值，例如，旋轉(zhuǎn)的范圍覆蓋了±30°。手柄32G和32D基本構(gòu)成第一操作部件，手柄32G和32D構(gòu)成一個與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤一樣強有力的操縱桿，司機根據(jù)改變橫擺速度的指令調(diào)整其角度。
司機可以使用的操作裝置還有可用于控制汽車路線的第二部件，它可以用來實現(xiàn)恒定朝向的橫向移動。
在第一個可選實施例中，該第二部件至少具有一個力傳感器，其用于檢測將手柄繞垂直于旋轉(zhuǎn)軸的翻轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)的動作趨向，所述的斜軸處于第一部件的對稱平面內(nèi)。在該實施例中，軸33大致水平設置，也就是說象現(xiàn)代的客車轉(zhuǎn)向桿一樣。
如圖1中箭頭F2所示，司機對手柄32G和32D施加側(cè)壓力，例如施加推開32D的力以將汽車向左橫向移動，而同時保持其縱向位置不變，或者施加推開手柄32D的力以將汽車向右橫向移動，而同時保持其縱向位置不變。依照第一種選擇，這一力不會引起任何移動，因為在改變路線之前力先要超過一個最低界限，該力由傳感器40測量。還有其它的方式可以選擇，例如，操作部件可以配置成具有一個小的偏移，在超過一定臨界值時操作部件啟動。
在第二可選實施例中，用于控制汽車路線的第二部件包括至少一個敏感啟動器，例如在每個手柄上有一個啟動器，根據(jù)施加在啟動器上的壓力的大小，其中一個啟動器引起以恒定朝向朝一個方向平行橫向移動，而另一個啟動器則引起以恒定朝向另一方向平行橫向移動。在該實施例中，與以上所述相比，沒有詳細說明為什么軸33的位置大致水平。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第二可選實施例的操作裝置3b的典型實施例。許多部件與第一預選實施例中的非常相似，即中央部件30b和兩個分支31bG和31bD，分支31bG和31bD延伸出兩個手柄32bG和32bD。在手柄32bG和32bD的每個上面分別有啟動器4bG和4bD，它們的安裝位置便于隨意用拇指啟動，不會有無意誤啟動的危險，例如在轉(zhuǎn)動操作裝置3b的時候。
對于進行轉(zhuǎn)向，司機要做的同以上所述的一樣。為獲得以恒定朝向橫向移動，司機操作需要啟動器4bG或者4bD。例如，要向左橫向移動汽車，他就按壓啟動器4bG，而要向右橫向移動汽車，他就按壓啟動器4bD。當然，對啟動器4bG或者4bD的操作可以與對操作裝置3b的轉(zhuǎn)動一起進行，從而將一定范圍的橫向移動與朝向的改變結(jié)合在一起。
在以恒定朝向橫向移動的時候，司機發(fā)出的指令(圖1中的箭頭F2或者圖3中按鍵4bG或4bD之一的操作F3)被執(zhí)行，從而汽車的全部車輪以同樣的方向轉(zhuǎn)過相同的角度。通常，在需要橫向移動而不需要改變朝向時，如果不考慮汽車現(xiàn)在是否正在改變朝向，汽車的全部車輪的轉(zhuǎn)向角度相同。因此，司機發(fā)出的指令(圖1中的箭頭F2或者圖3中按鍵4bG或4bD之一的操作F3)被執(zhí)行，從而汽車的全部車輪以同樣的方向轉(zhuǎn)過相同的角度(或者，通常汽車的全部車輪的轉(zhuǎn)向角度相同)。這樣，汽車不必進行橫擺加速，這時的橫擺加速是多余的，而且，由于汽車具有很大的橫擺慣性，所以橫擺加速更容易出問題。這樣就減少了輪胎的磨損。這種裝配的汽車能夠非常輕松地通過所謂的“elk”測試，這種便利是由分別改變橫擺和單純橫向移動的雙操作部件帶來的。
汽車司機對控制裝置施加的指令，包括F1所示的轉(zhuǎn)動和箭頭F2、F3所示的指令，被傳送給路線控制器(未示出)，該控制器安裝有程序，適于驅(qū)動裝在引導車輪(優(yōu)選安裝在每個車輪)上的電子執(zhí)行器。優(yōu)選手柄32G及32D(根據(jù)箭頭F1所示)與車輪的轉(zhuǎn)向之間的齒輪減速比，可以根據(jù)汽車縱向行駛的速度而變化，而這一速度很容易被路線控制器計算。
當然，也可進行無橫擺的橫向移動，也就是說不改變朝向(如箭頭F2和F3所示)，最好讓汽車的全部車輪都是轉(zhuǎn)向輪，這樣它們?nèi)繖M擺同樣的角度，轉(zhuǎn)到輪胎的滑動范圍內(nèi)。作為舉例，還應當特別指出，專利申請?zhí)朎P 0 878 332和專利申請?zhí)朎P 0 878 378說明的技術(shù)非常適合全部車輪都是轉(zhuǎn)向輪的汽車結(jié)構(gòu)。尤其，實現(xiàn)本發(fā)明的前提是在每個軸上都至少安裝一個用于調(diào)整轉(zhuǎn)向輪的執(zhí)行器。在轉(zhuǎn)向輪之間每個輪軸都可以有一個機械連接，例如轉(zhuǎn)向臂，而且后者的滑動受單獨的電子執(zhí)行器的控制。
在本發(fā)明的一個更加復雜的實施例中，電子執(zhí)行器還可以安裝在每個車輪上，以分別控制每個車輪的轉(zhuǎn)向角度，然后由所述的路線控制器根據(jù)汽車要走的路線保證各轉(zhuǎn)向操作間的一致性。
當然，路線控制器可以對汽車司機向控制裝置發(fā)出的指令增加可選的校正，這由以下因素決定例如ESP系統(tǒng)和或與汽車外加的交通控制裝置交流和或與有如GPS的汽車定位裝置交流的結(jié)果等提供的路線控制功能。因此，路線校正器決定車輪的轉(zhuǎn)向角度。這樣，每個車輪的轉(zhuǎn)向角度包括汽車司機施加給控制裝置的指令的部分，以及校正的部分。
當以巡航速度駕駛時，司機可以改變也可以不改變橫擺率來改變朝向，當然也可以兩者混合，例如在轉(zhuǎn)彎時超車。
考慮汽車司機的駕駛經(jīng)驗是很重要的。本發(fā)明可以在保留控制汽車轉(zhuǎn)向的普通裝置的同時，還提供了附加的路線控制的自由度。例如，不習慣于這種增加的操作部件的司機可能不會利用它們，而僅僅通過轉(zhuǎn)向盤來操作。而且，逐步接受這種增加的操作部件是有可能的。
在一個控制具有多個轉(zhuǎn)向輪的汽車路線的電子系統(tǒng)中，優(yōu)選每個轉(zhuǎn)向輪可以具有一個執(zhí)行器。一個控制器能夠根據(jù)所述轉(zhuǎn)向輪的位置、汽車的速度以及路線改變的要求，可選擇性地對各個轉(zhuǎn)向輪施加適當?shù)霓D(zhuǎn)向角度。
圖4示出了在巡航速度下的橫擺移動的情況。標出了汽車上各個轉(zhuǎn)向輪的位置左前轉(zhuǎn)向輪1AvG，右前轉(zhuǎn)向輪1AvD，左后轉(zhuǎn)向輪1ArG以及右后轉(zhuǎn)向輪1ArD。我們知道，為了保持汽車較好的穩(wěn)定性，應當將后車輪轉(zhuǎn)向與前車輪相同的方向，但其轉(zhuǎn)向角度αArG(L)遠小于前輪的角度αAvG(L)。通常，可選擇性地控制每個車輪的轉(zhuǎn)向角度的路線控制器，可以根據(jù)所述操作裝置傳導的至少一個信號(例如一個代表汽車司機設置的轉(zhuǎn)向角度和相同裝置轉(zhuǎn)向輪的信號)并考慮其它代表路線特征的相關(guān)參數(shù)(例如汽車行駛的縱向速度)，來確定汽車的理想瞬時轉(zhuǎn)向中心的空間位置。該瞬時轉(zhuǎn)向中心用點Ω示出。在此基礎上，路線控制器計算每個轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角度，以使車輪平面基本垂直子每個所述轉(zhuǎn)向輪中心與汽車的瞬時轉(zhuǎn)向中心Ω的連線將瞬時轉(zhuǎn)向中心Ω與每個轉(zhuǎn)向輪中心連接，就可以計算出每個轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角度，就可以使車輪平面基本垂直于每個所述轉(zhuǎn)向輪中心與汽車的瞬時轉(zhuǎn)向中心Ω的連線。路線控制器安裝有適于進行這種計算的程序。如果忽略輪胎的側(cè)滑，那么汽車就會圍繞汽車的瞬時轉(zhuǎn)向中心Ω轉(zhuǎn)彎。汽車的瞬時轉(zhuǎn)向中心Ω是根據(jù)駕駛情況(汽車的速度、橫擺率等)動態(tài)地連續(xù)計算的。
另外，圖5示出了了通過以恒定朝向橫向移動改變路線的情況。這時可以看到所有的車輪以相同的角度α(T)橫擺。
最后，本發(fā)明還擴展到用于只有個別車輪是轉(zhuǎn)向輪的汽車的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。如圖4所示，當然其不同之處在于左右的角度αAr為零。然而，這只是上述系統(tǒng)的一個特例，該系統(tǒng)可以有選擇地單獨控制每個導向輪軸上的轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角度，以能夠根據(jù)汽車司機設置的轉(zhuǎn)向角度并參考其它相關(guān)參數(shù)(例如汽車行駛的縱向速度)來確定汽車的理想瞬時轉(zhuǎn)向中心的空間位置(點Ω)，而在此情況下，必須是位于連接后車輪中心的直線上。同樣，一旦選擇了轉(zhuǎn)向瞬間中心，并通過將其與每個轉(zhuǎn)向輪的中心連接起來，就可以計算每個轉(zhuǎn)向輪的角度，從而可以將車輪平面基本朝向垂直于該車輪中心與汽車瞬間轉(zhuǎn)向中心Ω的連線的方向。路線控制器安裝有適于動態(tài)地持續(xù)進行這種計算的程序。在輪胎的滑動的范圍內(nèi)，汽車將會圍繞轉(zhuǎn)向瞬時中心Ω轉(zhuǎn)動。
因此，本發(fā)明還提供了一種電子系統(tǒng)，適用于對另一種汽車進行路線控制，這種汽車的每個車輪由其自帶的電子執(zhí)行器控制，通過其自身的電子執(zhí)行器可以分別而且有選擇地對每個車輪來控制其轉(zhuǎn)向角度。該系統(tǒng)具有一個進行汽車路線控制的操作裝置，該操作裝置可以適應司機，該系統(tǒng)還具有一個路線控制器，該控制器根據(jù)所述操作裝置傳出的至少一個信號以及代表汽車實際路線的至少一個信號(例如汽車的縱向速度)，來決定轉(zhuǎn)向瞬時中心的空間位置，該控制器還計算每個轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角度，從而調(diào)整車輪平面基本垂直于每個所述轉(zhuǎn)向輪與汽車瞬時轉(zhuǎn)向中心Ω的連線。
權(quán)利要求
1.一種用于汽車路線控制的操作裝置，該汽車的全部車輪都是轉(zhuǎn)向輪，對所述轉(zhuǎn)向輪的指令通過電裝置來傳導，該操作裝置包括對汽車進行橫擺移動的第一操作部件，該第一控制部件主要包括一個旋轉(zhuǎn)軸(33)，兩個手柄(32G、32D)固定到旋轉(zhuǎn)軸(33)上并與旋轉(zhuǎn)軸相距一定距離，該旋轉(zhuǎn)軸帶有至少一個旋轉(zhuǎn)角傳感器(34)，以及用于恢復直線位置的裝置(35)；該裝置還有用于對汽車進行無橫擺橫向移動的第二部件。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第二部件至少具有一個力傳感器(40)，其用于檢測將手柄繞垂直于旋轉(zhuǎn)軸的翻轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)的動作趨向。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第二部件每個手柄上有一個敏感啟動器，其中一個啟動器執(zhí)行一個方向的橫向移動，另一個啟動器執(zhí)行另一方向的橫向移動。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一部件至少一部分是轉(zhuǎn)向盤的形式。
5.一種電子系統(tǒng)，用于對汽車進行路線控制，該汽車的每個轉(zhuǎn)向輪由其自帶的電子執(zhí)行器控制，通過其自身的電子執(zhí)行器可以分別且可選擇地對每個轉(zhuǎn)向輪施加轉(zhuǎn)向角度，該系統(tǒng)具有一個用于汽車路線的操作裝置，該操作裝置可以適應司機，該系統(tǒng)還具有一個路線控制器，該控制器根據(jù)所述操作裝置傳出的至少一個信號以及表示汽車實際路線的至少一個信號，來決定轉(zhuǎn)向車輛瞬時中心的空間位置，并計算每個轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角度，從而使車輪平面基本垂直于每個所述轉(zhuǎn)向輪中心與汽車瞬時轉(zhuǎn)向中心Ω的連線。
6.一種電子系統(tǒng)，用于汽車的路線控制，該汽車的全部車輪都是轉(zhuǎn)向輪，通過一個專用的電子執(zhí)行器分別且可選擇地對每個轉(zhuǎn)向輪施加轉(zhuǎn)向角度，所述的電子系統(tǒng)具有一個用于汽車路線的操作裝置，所述的操作裝置可以適應司機，所述系統(tǒng)還具有一個路線控制器，它可以根據(jù)所述操作裝置傳來的至少一個信號或者表示汽車實際路線的至少一個信號，來確定每個轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角度。
7.如權(quán)利要求5或6所述的系統(tǒng)，其特征在于，路線控制器具有附加選擇校正的裝置，其通過司機對操作裝置的操作由路線控制功能來確定，并且路線控制器確定每個車輪的轉(zhuǎn)向角度，所述的車輪轉(zhuǎn)向角度包括汽車司機對其操作裝置施加指令的分量和校正分量。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，路線控制器根據(jù)所述操作裝置傳出的至少一個信號以及表示汽車實際路線的至少一個信號，來決定轉(zhuǎn)向瞬時中心的空間位置，并計算每個轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角度，從而使車輪平面基本垂直于每個所述轉(zhuǎn)向輪中心與汽車瞬時轉(zhuǎn)向中心Ω的連線。
9.如權(quán)利要求5或6所述的系統(tǒng)，其特征在于，該操作裝置包括對汽車進行橫擺移動的第一操作部件，以及用于對汽車進行無橫擺的橫向移動的第二部件。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一控制部件主要包括一個旋轉(zhuǎn)軸(33)，兩個手柄(32G、32D)固定到旋轉(zhuǎn)軸(33)并與旋轉(zhuǎn)軸相距一定距離，該旋轉(zhuǎn)軸帶有至少一個旋轉(zhuǎn)角傳感器(34)，并帶有用于恢復直線位置的裝置(35)。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，第二部件至少具有一個力傳感器(40)，其用于檢測將手柄繞垂直于旋轉(zhuǎn)軸的翻轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)的動作趨向。
12.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，第二部件在每個手柄上主要包括有一個敏感啟動器，其中一個啟動器進行一個方向的橫向移動，另一個啟動器進行另一方向的橫向移動。
13.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中第一部件至少一部分是轉(zhuǎn)向盤的形式。
14.如權(quán)利要求5、6或8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述代表汽車實際路線的信號是指代表汽車縱向速度的信號。
全文摘要
一種汽車電子轉(zhuǎn)向裝置,在全部車輪都是轉(zhuǎn)向輪的汽車上,通過電裝置來傳導轉(zhuǎn)向指令。汽車的行駛路線由一個包括有類似轉(zhuǎn)向盤部件的裝置來改變,該裝置還具有兩個與旋轉(zhuǎn)軸相距一定距離而且相對旋轉(zhuǎn)軸對稱的手柄32G、32D,該旋轉(zhuǎn)軸帶有至少一個旋轉(zhuǎn)角傳感器34,并且?guī)в惺直D(zhuǎn)力傳感器。如圖中的箭頭F1所示,司機順時針轉(zhuǎn)動手柄32G和32D向右轉(zhuǎn)汽車,或者逆時針轉(zhuǎn)動向左轉(zhuǎn)動汽車。如圖中箭頭F2所示,司機對手柄32G和32D施加翻轉(zhuǎn)力,比如,用力推開手柄32G而使汽車在保持縱向不變的同時向左橫向移動,或者用力推開手柄32D以使汽車在保持縱向不變的同時向右橫向移動。
文檔編號B62D7/15GK1422776SQ0214889
公開日2003年6月11日 申請日期2002年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月23日
發(fā)明者D·洛朗 申請人:米其林創(chuàng)意開發(fā)股份有限公司