車輛轉向設備、自主車輛轉向設備、車輛和車輛轉向方法與流程

2023-05-31 17:05:11

本發明涉及用於車輛的車輛轉向設備、自主車輛轉向設備、以及使用車輛轉向設備的車輛和使用車輛轉向設備令車輛轉向的方法。

背景技術：

幾乎所有的市售汽車當今都具有被設置為在車輛的轉向輪轉向時輔助駕駛員的一些動力輔助轉向系統。大多數汽車製造商已經開始在他們的車輛中使用電力輔助系統(electricalpowerassistsystems，epas)，逐步淘汰之前使用的液壓動力輔助系統(hpas)。這樣做的理由是減小重量、節省空間，以及epas比hpas的製造成本低。此外，電系統具有燃料效率的優點，因為不論是否需要輔助，都沒有皮帶驅動的液壓泵持續運轉。但是，通常，epas隔離了更多的道路接觸反饋，因此為駕駛員提供的道路信息的反饋比hpas少。

一些汽車製造商使用線控轉向系統(steer-by-wiresystems)，其提供汽車的轉向控制而無方向盤與車輪之間的機械構件/連結。反而，通過電馬達或馬達形成對車輪方向的控制，電馬達或馬達由使用傳感器監控來自駕駛員的方向盤輸入的電子控制單元致動。線控轉向系統的固有問題是這些系統需要大量元件來確保它們安全，因為方向盤與轉向輪之間不存在機械連接。線控轉向系統的成本常常大於常規系統，因為複雜性更高、開發成本更高和需要大量元件確保系統安全。此外，線控轉向系統沒有至駕駛員的自然道路接觸反饋，所以需要從專用的力反饋電動機人工反饋給駕駛員。

有鑑於此，對於轉向控制、至駕駛員的反饋信息、車輛轉向設備的安全性和製造成本方面尚有改進空間。

技術實現要素：

本發明的一個目的是提供一種改進的車輛轉向設備，消除或至少減少了與現有技術方案有關的問題和/或缺陷。

根據本發明的一個方面，通過一種用於車輛的車輛轉向設備實現該目的，所述車輛轉向設備包括齒條、被設置為感測齒條當前位置的位置傳感器、轉向柱、與車輛的轉向輪經由齒條和轉向柱機械連接的方向盤、被構造為感測施加到所述方向盤上的轉矩和被設置為提供表示所述轉矩的轉矩信號的轉矩傳感器、設置有虛擬轉向模型的電子控制單元、被設置為選擇性地在齒條上施加力的齒條安裝機電致動器和被構造為獲取轉向輪作用於齒條上的力的力獲取設備，其中所述電子控制單元被構造為基於所述虛擬轉向模型和至少所獲取的力與所述轉矩信號的組合提供虛擬齒條位置，其中所述電子控制單元被設置為控制所述齒條安裝機電致動器從而將所述齒條的所述當前位置控制為趨近所述虛擬齒條位置。

由於電子控制單元被構造為基於虛擬轉向模型以及所獲取的轉向輪作用於齒條上的力和表示施加到方向盤上轉矩的轉矩信號的至少組合來提供虛擬齒條位置，因此能為駕駛員提供期望的反饋同時保持道路幹擾的減少。

此外，由於方向盤與車輛的轉向輪經由齒條和轉向柱機械連接，提供了一種安全的車輛轉向設備而不需要多餘的備用元件。

此外，提供了可以成本有效的方式製造的車輛轉向設備。

更進一步地，由於車輛轉向設備包括被設置為選擇性地在齒條上施加力的齒條安裝機電致動器，可以快速、直接和精確的方式控制齒條的位置。藉此，提供了對轉向控制的改進。

更進一步地，由於電子控制單元設置有虛擬轉向模型並且由於電子控制單元被設置為控制齒條安裝機電致動器使得齒條的當前位置被控制為趨近虛擬齒條位置，所以虛擬轉向模型能有效地確定駕駛員感受的反饋力，並且可提供能夠實現定製、期望和一致轉向感的車輛轉向設備。此外，提供了能夠實現針對各種各樣車型的定製、期望和一致轉向感的車輛轉向設備。更進一步地，車輛轉向設備可以較少取決於底層硬體部件的方式實現定製、期望和一致的轉向感。

更進一步地，提供了有利於集成先進轉向功能例如車道保持輔助、接近車輛操作極限的駕駛員轉向支持、自主車輛轉向、期望的觸覺反饋信號(如車道保持輔助觸覺引導)等等的車輛轉向設備。此外，提供了能夠迅速、安全和平滑地與這些先進轉向功能之間切換的車輛轉向設備。

因此，提供了消除或至少減少了與現有技術方案有關的問題和/或缺陷的改進車輛轉向設備。

因此，實現了上述目的。

可選擇地，力獲取設備包括齒條安裝機電致動器、位置傳感器和電子控制單元，其中力獲取設備被構造為通過比較齒條的當前速度與供應至齒條安裝機電致動器的電流和供應至齒條安裝機電致動器的電壓中的至少一種來獲取力。因此，可以直接和有效的方式獲取轉向輪作用於齒條上的力而不需要將該任務分配給獨立的傳感器。由於以直接和有效的方式獲取力，可進一步改進轉向控制。此外，由於可獲取轉向輪作用於齒條上的力而不需要承擔該任務的獨立傳感器，可以成本有效的方式提供車輛轉向設備。

可選擇地，設備包括被設置為監控所述車輛運動的運動傳感器，並且其中所述電子控制單元進一步被構造為基於所監控的運動提供所述虛擬齒條位置。由於電子控制單元進一步被構造為基於監控的運動提供虛擬齒條位置，提供了對轉向控制的更進一步改進。

可選擇地，設備包括轉向輪和懸掛轉向輪的車輛懸架裝置，其中車輛懸架裝置的後傾託距(mechanicaltrail)被構造為低於轉向輪的輪胎託距(pneumatictrail)的峰值，並且其中電子控制單元被設置為控制齒條安裝機電致動器以提供有效回正力矩(activealigningtorque)。車輛懸架裝置的後傾託距被構造為低於轉向輪的輪胎託距的峰值的效果是使得裝有車輛轉向設備的車輛能夠更快地轉向。此外，機械自回正力矩的影響較低。因此，提供了更進一步改進的轉向控制。更進一步地，由於機械自回正力矩的影響較低，總回正力矩也將較低，這減少了轉向輪作用於齒條上的力。因此，可使用比車輛懸架裝置的後傾託距被構造為高於轉向輪的輪胎託距的峰值的情形更小的功率和更便宜的齒條安裝機電致動器。

更進一步地，由於機械自回正力矩的影響較低並且由於電子控制單元被設置為控制齒條安裝機電致動器以提供有效回正力矩，有效回正力矩可被調整為以比在機械自回正力矩的高影響情況下所可能的更大的範圍和更深的程度配合駕駛情形、監控的駕駛環境、駕駛員偏好等等。因此，也正是因為此，提供了對轉向控制的更進一步改進。

可選擇地，車輛懸架裝置的後傾託距在1-3cm的範圍內。

可選擇地，所述設備包括被設置為監控所述車輛的周圍駕駛環境的至少一個駕駛環境監控單元，並且其中所述虛擬轉向模型被構造為根據所監控駕駛環境調節所述車輛轉向設備的轉向特性。由於虛擬轉向模型被構造為根據監控的駕駛環境調節車輛轉向設備的轉向特性，可提供取決於監控的駕駛環境的期望轉向特性。由於車輛轉向設備包括設置有虛擬轉向模型的電子控制單元，能僅通過根據監控的駕駛環境調節虛擬轉向模型的參數來調節轉向特性。這樣，很容易根據監控的駕駛環境調節轉向特性。根據一些實施例，電子控制單元被設置為逐漸地調整轉向控制以根據監控的駕駛環境匹配常規電力輔助系統(epas)的響應。因此，完成了更進一步改進的轉向控制。

可選擇地，虛擬轉向模型被構造為根據駕駛員偏好調節車輛轉向設備的轉向特性。因此，提供了取決於駕駛員偏好的期望轉向特性。駕駛員因而可主動或被動地選擇適宜的轉向特性。由於車輛轉向設備包括設置有虛擬轉向模型的電子控制單元，能僅通過根據駕駛員偏好調節虛擬轉向模型的參數來調節轉向特性。這樣，很容易根據駕駛員偏好調節轉向特性。因此，完成了改進的轉向控制。

可選擇地，車輛轉向設備包括被設置為監控車輛的橫向加速度和橫擺率(yawrate，也稱偏航率)的運動傳感器，其中電子控制單元可被構造為通過比較橫向加速度、橫擺率、齒條的當前位置和虛擬齒條位置提供當前道路摩擦力估算值。因此，提供了能夠以迅速和可靠的方式提供當前道路摩擦力估算值的車輛轉向設備。當前道路摩擦力估算值可用作電子控制單元的進一步輸入。在這些實施例中，電子控制單元進一步被構造為基於當前道路摩擦力估算值提供虛擬齒條位置。因此，根據當前道路摩擦完成了對轉向控制的更進一步改進。作為可選方案或額外地，當前道路摩擦力估算值可用於車輛的其它應用和車輛控制系統例如自適應巡航控制系統、撞擊緩衝系統等等。

此處的其它實施例旨在提供包括根據一些實施例的車輛轉向設備的自主車輛轉向設備。自主車輛轉向設備利用的車輛轉向設備使得能夠與其中自主車輛轉向設備自主轉向車輛的自主模式之間平滑切換。

可選擇地，自主車輛轉向設備被構造為通過移動虛擬齒條位置令裝有該設備的車輛自主轉向。

此處的其它實施例旨在提供包括根據一些實施例的車輛轉向設備和根據一些實施例的自主車輛轉向設備的車輛。

本發明的一個進一步目的是提供一種改進的車輛轉向方法，消除或至少減少了與現有技術方案有關的問題和/或缺陷。

根據本發明的一個方面，通過使用一種車輛轉向設備令車輛轉向的方法實現該目的，所述設備包括齒條、位置傳感器、轉向柱、與車輛轉向輪經由齒條和轉向柱機械連接的方向盤、轉矩傳感器、設置有虛擬轉向模型的電子控制單元、被設置為選擇性地將力施加到齒條上的齒條安裝機電致動器和力獲取設備，

其中所述方法包括：

-使用位置傳感器感測齒條的當前位置，

-使用轉矩傳感器感測施加到方向盤上的轉矩和提供表示所述轉矩的轉矩信號，

-使用力獲取設備獲取轉向輪作用於齒條上的力，

-使用電子控制單元基於虛擬轉向模型和所獲取力與轉矩信號的至少組合來提供虛擬齒條位置，並且

-控制齒條安裝機電致動器從而使用電子控制單元將齒條的當前位置控制為趨近虛擬齒條位置。

由於所述方法包括基於虛擬轉向模型以及所獲取的轉向輪作用於齒條上的力和表示施加到方向盤上轉矩的轉矩信號的至少組合來提供虛擬齒條位置，因此可為駕駛員提供期望的反饋同時保持道路幹擾的減少。

此外，由於所述方法包括控制齒條安裝機電致動器使得齒條的當前位置被控制為趨近虛擬齒條位置，所以提供了一種能夠實現定製、期望和一致轉向感的方法。此外，提供了一種不論底層的硬體部件如何能針對廣泛車型實現定製、期望和一致轉向感的方法。

更進一步地，提供了有利於集成先進轉向功能例如車道保持輔助、接近車輛操作極限的駕駛員轉向支持、自主車輛轉向、期望的觸覺反饋信號如車道保持輔助觸覺引導等等的方法。

因此，提供了消除或至少減少了與現有技術方案有關的問題和/或缺陷的改進方法。

因此，實現了上述目的。

可選擇地，力獲取設備包括齒條安裝機電致動器、位置傳感器和電子控制單元，其中所述方法進一步包括：

-使用力獲取設備通過比較齒條的當前速度與供應至齒條安裝機電致動器的電流和供應至齒條安裝機電致動器的電壓中的至少一種來獲取力。

因此，可以直接和有效的方式獲取轉向輪作用於齒條上的力而不需要將該任務分配給獨立的傳感器。由於以直接和有效的方式獲取力，可進一步改進轉向控制。

可選擇地，所述設備包括轉向輪和懸掛轉向輪的車輛懸架裝置，其中車輛懸架裝置的後傾託距被構造為低於轉向輪的輪胎託距的峰值並且所述方法可進一步包括：

-使用電子控制單元控制齒條安裝機電致動器以提供有效回正力矩。

車輛懸架裝置的後傾託距被構造為低於轉向輪的輪胎託距峰值的效果是使得裝有車輛轉向設備的車輛能夠更快地轉向。此外，機械自回正力矩的影響較低。因此，提供了更進一步改進的轉向控制。

更進一步地，由於機械自回正力矩的影響較低並且由於所述方法包括控制齒條安裝機電致動器以提供有效回正力矩，因此有效回正力矩可被調整為以與在機械自回正力矩影響較高的情形下所可能的相比更大的範圍和更深的程度匹配駕駛情形、監控的駕駛環境、駕駛員偏好等等。因此，也正是因為此，提供了對轉向控制的更進一步改進。

可選擇地，所述設備進一步包括運動傳感器，並且所述方法進一步包括：

-使用運動傳感器監控車輛的橫向加速度和橫擺率，以及

-使用電子控制單元通過比較監控的橫向加速度、監控的橫擺率、齒條的當前位置和虛擬齒條位置來提供當前道路摩擦力估算值。

因此，提供了能夠以迅速和可靠的方式提供當前道路摩擦力估算值的方法。當前道路摩擦力估算值可用作電子控制單元的進一步輸入。在這些實施例中，方法進一步包括基於當前道路摩擦力估算值提供虛擬齒條位置。因此，根據當前道路摩擦完成了對轉向控制的甚至進一步改進。

當研究所附權利要求和隨後的詳細說明時，本發明的特徵和優點將更為清楚。本領域技術人員將認識到，所述的不同特徵可組合以產生除了在下文中描述之外的實施例而不脫離本發明由所附權利要求限定的範圍。

附圖說明

將很容易從以下詳細說明和附圖理解此處本發明包括其特定特徵和優點的本發明的各種方面，其中：

圖1示出用於車輛的車輛轉向設備，

圖2示出包括根據一些實施例的車輛轉向設備的車輛，並且

圖3示出使用車輛轉向設備轉向車輛的方法。

具體實施方式

現在將進一步完全地參照示出示例實施例的附圖描述此處的實施例。本領域技術人員顯而易見，示例實施例的公開特徵可組合。相同的附圖標記在文中指的是相同的元件。

為了簡明和/或清楚起見，已知的功能或結構不再贅述。

圖1示出用於車輛的車輛轉向設備1。設備1包括齒條5和被設置為感測齒條5當前位置的位置傳感器7。設備1進一步包括轉向柱9和方向盤11，方向盤11與裝有設備1的車輛的轉向輪13經由齒條5和轉向柱9機械連接。齒條5可包括設置有元件(例如齒、軌跡等等)的細長形臂。轉向柱9可包括被設置為與齒條5的元件嚙合的嵌齒輪(cogwheel)等等從而轉向柱9的旋轉運動被轉換為齒條5的線性運動或反之亦然。設備1進一步包括轉矩傳感器15，轉矩傳感器15被設置為感測施加到方向盤11上的轉矩且被設置為提供表示轉矩的轉矩信號。轉矩傳感器15可包括被設置為扭轉與施加到方向盤11上的轉矩成正比的量的扭杆和被設置為感測所述扭轉的量從而提供表示施加到方向盤11上的轉矩的轉矩信號的傳感器。

設備1進一步包括設置有虛擬轉向模型的電子控制單元17。此外，設備1包括被設置為選擇性地將力施加到齒條5上的齒條安裝機電致動器(rack-mountedelectromechanicalactuator)19。齒條安裝機電致動器19可設置在齒條5處並且可被設置為直接地或經由傳動裝置選擇性地將力施加到齒條5上。但是，齒條安裝機電致動器19被設置為將力施加到齒條5上但是施加的力不經過轉向柱9。齒條安裝機電致動器19可進一步圍繞齒條5設置。齒條安裝機電致動器19可包括電動機和傳動裝置，其中傳動裝置被設置為將電動機的旋轉運動轉換為齒條5的線性運動。此外，齒條安裝機電致動器19可包括直線電動機。

被設置為感測齒條5當前位置的位置傳感器7可包括被設置為感測齒條5或轉向柱9的當前位置的獨立傳感器，或可整合於其它部件，例如如圖1所示齒條安裝機電致動器19的傳動裝置或齒條安裝機電致動器19。此外，位置傳感器7可設置在方向盤11與轉矩傳感器15之間的位置處。在這些實施例中，可通過將轉矩傳感器15的扭轉量加上位置傳感器獲得的數值來確定齒條5的位置。此外，位置傳感器7可包括和利用傳感器和/或傳感器輸入的組合來感測齒條5的當前位置。例如，位置傳感器7可包括感測方向盤11的角度的傳感器和用於齒條安裝機電致動器19的編碼器。通過使用傳感器和/或傳感器輸入的組合來感測齒條5的當前位置，可提供更精確的感測。

設備1進一步包括力獲取設備22，力獲取設備22被構造為獲得轉向輪13作用於齒條5上的力。

電子控制單元17被構造為基於虛擬轉向模型以及轉向輪13作用於齒條5上所獲取的力與表示施加到方向盤11的轉矩的轉矩信號的至少組合提供虛擬齒條位置。電子控制單元17進一步被設置為控制齒條安裝機電致動器19以使齒條5的當前位置被控制為趨近虛擬齒條位置。

藉此，虛擬轉向模型能有效地確定駕駛員感受的反饋力並且提供了能夠實現定製的、期望的和一致的轉向感覺的車輛轉向設備1。此外，提供了能夠減少由於道路不平或輪胎不平衡可能發生的轉向輪幹擾的車輛轉向設備1。更進一步地，提供了有利於集成高級轉向功能例如車道保持輔助設備、接近車輛操作極限的駕駛員轉向支持、自主車輛轉向、期望的觸覺反饋信號(如車道保持輔助觸覺指導)等等的車輛轉向設備1。可為駕駛員提供期望的反饋同時保持減少道路幹擾並且能快速、直接和精確的方式控制齒條5的位置。通過使用齒條安裝機電致動器19選擇性地施加力至所述齒條5上，可結合期望的觸覺反饋信號。

虛擬轉向模型是車輛轉向設備的虛擬顯示。虛擬轉向模型可包括表示車輛轉向設備的摩擦力、剛度、阻尼、轉向慣性、動態瞬時行為和/或復位剛度(returnstiffness)的參數。此外，虛擬轉向模型可包括表示裝有車輛轉向設備1的車輛的參數，例如車輛的操縱特性、瞬態特性、動態瞬時行為、質量、重心位置、軸距和有效軸特性。因而，在這些實施例中，將不僅基於車輛轉向設備的模型而且基於裝有車輛轉向設備1的車輛的模型提供駕駛員感受的反饋力。因此，提供了對轉向的更進一步的改進控制，並且提供了一種車輛轉向設備1，其中進一步改進了實現定製、期望和一致轉向感覺的能力。虛擬轉向模型和虛擬轉向模型的參數可使用現有車輛轉向設備上的頻率響應函數提供，或例如使用計算機模擬獲取。

根據一些實施例，電子控制單元17進一步被構造為基於虛擬轉向模型以及至少所獲取的力和轉矩信號的組合(即基於虛擬轉向模型以及至少轉向輪13作用於齒條5上的力和施加到方向盤11上的轉矩)來提供估算的施加力。在這些實施例中，電子控制單元17被設置為控制齒條安裝機電致動器19使得通過在齒條5上施加估算的施加力將齒條5的當前位置控制為趨近虛擬齒條位置。藉此，提供了對轉向控制的更進一步改進。同樣，由於方向盤11與車輛3的轉向輪13經由齒條5和轉向柱9連接，所以估算的施加力將形成駕駛員感受到的反饋力的一部分。因此，提供了一種車輛轉向設備1，其中進一步改進了實現定製、期望和一致的轉向感的能力。

電子控制單元17可被構造為基於齒條5的當前位置與虛擬齒條位置之間的差異提供虛擬齒條速度並且被設置為控制齒條安裝機電致動器19從而將齒條5的當前速度控制為趨近虛擬齒條速度。電子控制單元17可進一步被構造為基於表示裝有設備1的車輛的車身側偏角(bodysideslipangle)、輪胎滑移(tireslip)、當前道路摩擦力估算值、方向盤角度、方向盤速度和/或齒條的速度來提供虛擬齒條位置。

道路幹擾可能由裝有設備1的車輛所行進的道路的表面不平所導致。這種道路幹擾被感知為常規車輛轉向設備的方向盤急抖。根據提供的車輛轉向設備1，這種道路幹擾將被有效地減少，因為虛擬轉向模型中不存在這種道路幹擾。也即，導致轉向輪13在齒條5上施加力的道路幹擾將被減少，因為電子控制單元17被設置為控制齒條安裝機電致動器19以使齒條5的當前位置被控制為趨近虛擬齒條位置。由於車輛轉向設備1包括被設置為直接或經由傳動裝置在齒條5上選擇性地施加力的齒條安裝機電致動器19而無施加力經過轉向柱9，因此可以快速、直接和精確的方式減少轉向輪13作用於齒條5上的力。

根據一些實施例，力獲取設備22包括齒條安裝機電致動器19、位置傳感器7和電子控制單元17。在這些實施例中，力獲取設備22被構造為通過比較齒條5的當前速度與供給齒條安裝機電致動器19的電流和供給齒條安裝機電致動器19的電壓中的至少一個來獲取轉向輪13作用於齒條5上的力。因此，可以直接和有效的方式獲取轉向輪13作用於齒條5上的力而不需要獨立的傳感器完成該任務。因為由於力是以直接和有效的方式獲取的，可進一步改進轉向控制。

根據一些實施例，力獲取設備22包括電子控制單元17和被設置為感測轉向輪13作用於齒條5上的力的傳感器21。因而，在這些實施例中，力獲取設備22使用傳感器21獲取轉向輪13作用於齒條5上的力。如圖1所示，力獲取設備22可包括兩個傳感器21，每個分別用於一個轉向輪13，傳感器21設置在齒條5的相應一端處和/或相應一側處。傳感器21可為壓電力傳感器。

根據一些實施例，設備1包括被設置為監控裝有設備1的車輛的運動的運動傳感器23，並且其中電子控制單元17進一步被構造為基於監控的運動提供虛擬齒條位置。藉此，提供了對轉向控制的更進一步改進。運動傳感器可包括被設置為監控裝有設備1的車輛的橫向加速度和橫擺率的加速計。作為可選方案或附加地，運動傳感器23可包括被設置為監控裝有設備1的車輛的縱向速度的速度傳感器。在這些實施例中，電子控制單元17被構造為基於裝有設備1的車輛的監控橫向加速度、監控橫擺率和監控縱向速度中至少一個提供虛擬齒條位置。此外，電子控制單元17可進一步被構造為基於所監控的運動提供估算的施加力並且被設置為控制齒條安裝機電致動器19使得通過在齒條5上施加估算的施加力將齒條5的當前位置控制為趨近虛擬齒條位置。藉此，可提供對轉向控制的更進一步改進。

可選擇地，設備1包括轉向輪13和懸掛轉向輪13的車輛懸架裝置25，其中車輛懸架裝置25的後傾託距被構造為低於轉向輪13的輪胎託距的峰值，並且其中電子控制單元17被設置為控制齒條安裝機電致動器19以提供有效的回正力矩。因此，有效的回正力矩將增加經由轉向輪獲取的相對較低的自回正力矩(self-aligningtorque)。

總回正力矩是橫向力乘以後傾和輪胎託距總和的乘積。車輛懸架裝置25的後傾託距能被定義為在地平面處轉向軸與穿過轉向輪13中心的豎直線之間的側視距離。轉向軸與地平面的交點位於車輪中心的前方時，後傾託距為正。當在側視圖中車輪中心處於轉向軸上時，後傾託距是主銷後傾角(casterangle)的直接結果。但是，後傾託距也可隨著心軸偏移(spindleoffset)而變化。心軸偏移是車輪中心與轉向軸之間平行於地平面的側視距離。當車輪中心位於轉向軸的前方時，心軸偏移為負並且後傾託距將根據心軸偏移而減少。此處的後傾託距意圖包含正後傾託距，其中轉向軸與地平面的交點位於車輪中心的前方。

車輛懸架裝置25的後傾託距可被調節從而通過具有車輛懸架裝置25的一定後傾角和/或一定心軸偏移使得車輛懸架裝置25的後傾託距低於轉向輪13的輪胎託距的峰值。輪胎託距是在地平面處穿過轉向輪13中心的豎直線與即時橫向力壓力中心之間的側視距離，是輪胎結構、即時豎直和橫向負載的函數。上面是忽略例如縱向力和車輪外傾效應(cambereffects)的回正力矩的簡化示例。

車輛懸架裝置25的後傾託距被構造為低於轉向輪13的輪胎託距峰值的效果是使得裝有設備1的車輛更快地轉向。由於能夠更快地轉向，齒條安裝機電致動器的控制(即轉向的控制)可被調整為在比更慢的轉向(即車輛懸架裝置25的更高的後傾託距)所可能的更大的範圍內以更高的程度配合駕駛情形、所監控的駕駛環境、駕駛員偏好等等。因此，由於這些特徵，提供了對轉向控制的進一步改進。

車輛懸架裝置25的後傾託距被構造為低於方向盤13的輪胎託距峰值的進一步效果是機械自回正力矩的影響較低。因此，轉向輪13的作用於齒條5上的力也較低。藉此，與車輛懸架裝置25的後傾託距被構造為高於轉向輪13的輪胎託距的峰值的情形相比，能使用功率更低的齒條安裝機電致動器。此外，由於機械自回正力矩的影響會較低，並且由於這些實施例中的電子控制單元17可被設置為控制齒條安裝機電致動器以提供有效回正力矩，所述有效回正力矩可被調整為提供受控的轉向感和適合的引導，可被調整為以比機械自回正力矩的高影響所可能的更大的範圍和更深的程度配合駕駛情形、監控的駕駛環境、駕駛員偏好等等。因此，同樣由於這些特徵，提供了進一步改進的轉向控制。

根據一些實施例，車輛懸架裝置25的後傾託距在1-3cm的範圍內。根據其它實施例，車輛懸架裝置25的後傾託距在1.2-2.8cm，或1.4-2.6cm，或1.6-2.4cm，或1.8-2.2cm，或1.9-2.1cm的範圍內，或大約2cm。通過使得車輛懸架裝置25的後傾託距在這些範圍內，車輛懸架裝置25的後傾託距將低於轉向輪13的輪胎託距的峰值。

圖2示出包括根據一些實施例的車輛轉向設備1的車輛3。圖2中所示的設備1包括被設置為監控車輛3周圍駕駛環境27的至少一個駕駛環境監控單元26，並且其中虛擬轉向模型被構造為根據監控的駕駛環境27調節車輛轉向設備1的轉向特性。

駕駛環境監控單元26可包括一個或多個傳感器，例如雷達(radiodetectionandranging，也稱為無線電檢測和測距)傳感器和/或雷射(lightamplificationbystimulatedemissionofradiation，也稱為通過輻射受激發射的光放大)傳感器和/或光檢測和測距系統(lightdetectionandranging)傳感器或一個或多個成像傳感器(例如一個或多個攝像機單元)。此外，駕駛環境監控單元26可包括定位單元和電子地圖，其中定位單元可包括空基衛星導航系統例如全球定位系統(gps)、俄羅斯全球衛星導航系統(glonass)、歐盟伽利略定位系統、中國指南針導航系統或印度地區衛星導航系統。駕駛環境監控單元26可被構造為監控距離裝有設備1的車輛3前方的前車31的距離和裝有設備1的車輛3與前車31之間的相對速度。駕駛環境監控單元26可進一步被構造為監控本車3所行進道路上即將出現路段的外形並且被構造為監控路上目標、車道標誌和道路使用者例如其它車輛和行人的存在和位置。

由於車輛轉向設備1包括設置有虛擬轉向模型的電子控制單元17，因此能通過根據監控的駕駛環境27調節虛擬轉向模型的參數來方便地調節轉向特性。這樣，能容易地根據監控的駕駛環境27調節轉向特性。在轉向重量(steeringweight)、對中剛度(on-centringstiffness)、反饋水平、振動取消等等方面，轉向特性都可被調節。

在車輛懸架裝置25的後傾託距被構造為低於轉向輪13的輪胎託距的峰值的實施例中，根據監控的駕駛環境27調節車輛轉向設備1的轉向特性是格外有利的。這是因為當車輛懸架裝置25的後傾託距低於轉向輪13的輪胎託距的峰值時允許更快地轉向。車輛3更快的轉向可被車輛駕駛員感知為車輛3的緊張行為。因而，通過監控車輛3周圍的駕駛環境27並且通過根據監控的駕駛環境27調節車輛轉向設備1的轉向特性，能根據監控的駕駛環境27從而根據當前駕駛情形調節車輛駕駛員感知的車輛行為。

此外，根據一些實施例，根據監控的駕駛環境27提供有效的回正力矩。可進一步根據來自被設置為監控裝有設備1的車輛3的運動傳感器23的數據提供有效的回正力矩。這種數據例如可以是表示裝有設備1的車輛3的縱向速度、橫向加速度和橫擺率的數據。因而，在這些實施例中，可根據當前駕駛情形以及根據車輛的運動提供有效的回正力矩。此外，通過根據監控的駕駛環境27使用齒條安裝機電致動器選擇性地在所述齒條上施加力，能提供期望的觸覺反饋信號的結合。

此外，根據一些實施例，電子控制單元17被設置為逐漸地調整轉向控制以匹配常規電力輔助系統(epas)的響應。因而，電子控制單元17可被設置為基於包括施加到方向盤11上的轉矩的純放大的前饋控制與基於虛擬轉向模型的虛擬轉向控制之間的混和來控制轉向。可根據監控的駕駛環境27實現這種混合。在一些情況，例如當在未知和未識別的路面狀況下駕駛時，轉向控制匹配常規epas的響應被證明是更有效的。因而，通過根據監控的駕駛環境27逐漸地調整轉向控制以匹配常規epas的響應，可完成對轉向控制的更進一步改進。

根據一些實施例，虛擬轉向模型被構造為根據駕駛員偏好調節車輛轉向設備1的轉向特性。在這些實施例中，駕駛員可以主動或被動地選擇適宜的轉向特性。由於車輛轉向設備1包括設置有虛擬轉向模型的電子控制單元17，因此僅通過根據駕駛員偏好調節虛擬轉向模型的參數即可調節轉向特性。這樣，能容易地根據駕駛員偏好調節轉向特性。

在車輛懸架裝置25的後傾託距被構造為低於轉向輪13的輪胎託距峰值的實施例中，根據駕駛員偏好調節車輛轉向設備1的轉向特性是格外有利的，因為允許更快地轉向。因此，與車輛懸架裝置25的後傾託距被構造為高於轉向輪13的輪胎託距的峰值所可能的情形相比，能在更大的範圍和更深的程度上調節車輛轉向設備1的轉向特性。因此，提供了使得駕駛員能夠在跑車(sportier)的轉向特性和更放鬆的轉向特性之間選擇的車輛轉向設備1。就就轉向重量、對中剛度、反饋水平、振動取消等等方面可調節轉向特性。

根據一些實施例，車輛轉向設備1包括被設置為監控車輛3的橫向加速度和橫擺率的運動傳感器23，其中電子控制單元17被構造為通過比較橫向加速度、橫擺率、齒條5的當前位置和虛擬齒條位置來提供當前道路摩擦力估算值。作為可選方案或額外地，電子控制單元17被構造為通過比較橫向加速度、橫擺率、齒條5的當前速度和虛擬齒條速度來提供當前道路摩擦力估算值。在這些實施例中，虛擬齒條速度是通過電子控制單元17計算出的齒條期望到達虛擬齒條位置的期望速度。

作為可選方案或額外地，電子控制單元17被構造為通過比較橫向加速度、橫擺率和所獲取的車輪13作用於齒條5上的力來進一步提供當前道路摩擦力估算值。如此處使用，上述當前道路摩擦力估算值可通過第一當前道路摩擦力估算值表示。類似地，上述直接介紹的進一步當前道路摩擦力估算值可通過第二當前道路摩擦力估算值表示。根據一些實施例，電子控制單元17被構造為通過比較當前道路摩擦力估算值與進一步當前道路摩擦力估算值來調整或核實當前道路摩擦力估算值。在這些實施例中，可提供更可靠的當前道路摩擦力估算值。

當前道路摩擦力估算值和/或進一步當前道路摩擦力估算值可用作電子控制單元17的進一步輸入。在這些實施例中，電子控制單元17進一步被構造為基於當前道路摩擦力估算值和/或進一步當前道路摩擦力估算值提供虛擬齒條位置。因此，根據當前道路摩擦力完成了對轉向控制的更進一步改進。

在其中力獲取設備22使用兩個分別用於一個轉向輪13的傳感器21獲取轉向輪13作用於齒條5上的力的實施例中，電子控制單元17可被構造為通過比較橫向加速度、橫擺率和每個車輪13作用於齒條5上的力來提供用於每個轉向輪13的進一步當前道路摩擦力估算值。藉此，能為車輛一側處的轉向輪和車輛另一側處的轉向輪提供進一步當前道路摩擦力估算值。這種進一步當前道路摩擦力估算值可用作至電子控制單元17的輸入，其中電子控制單元17進一步被構造為基於用於每個轉向輪13的進一步當前道路摩擦力估算值來提供虛擬齒條位置。因此，根據用於每個轉向輪13的進一步當前道路摩擦完成了改進的轉向控制。用於每個轉向輪13的進一步當前道路摩擦力估算值可被車輛的其它應用和車輛控制系統所使用，例如防抱死制動系統、自適應巡航控制系統、撞擊緩衝系統等等。

上述實施例中，電子控制單元17可被構造為使用輪胎模型(例如刷子輪胎模型(brushtiremodel))提供當前道路摩擦力估算值。也即，電子控制單元17可被構造為通過使用輪胎模型(例如刷子輪胎模型)比較橫向加速度、橫擺率、齒條5的當前位置和虛擬齒條位置提供當前道路摩擦力估算值。作為可選方案或額外地，電子控制單元17被構造為通過使用輪胎模型(例如刷子輪胎模型)比較橫向加速度、橫擺率和所獲取的車輪13作用於齒條5上的力來提供進一步當前道路摩擦力估算值。

在其中車輛懸架裝置25的後傾託距被構造為低於轉向輪13的輪胎託距峰值的實施例中，電子控制單元17提供當前道路摩擦力估算值和進一步當前道路摩擦力估算值的能力進一步提高了。這是因為如下事實：在這些實施例中，輪胎自回正力矩將導致總自回正力矩達到比其它情形更高的程度。對於小的側偏角(slipangles)，橫向力相對不受轉向輪附著力的極限的影響，使得在達到摩擦力極限之前難以區分不同的摩擦力極限。但是，輪胎託距對摩擦力極限比較敏感，即使當橫向力位於線狀操作區域中時也是如此，因此提供了能夠儘早預期輪胎操作極限的可能並且提供了電子控制單元17在提供當前道路摩擦力估算值和進一步當前道路摩擦力估算值方面能力的改進。

圖2還示出包括根據一些實施例的車輛轉向設備1的自主車輛轉向設備29。自主車輛轉向設備29被構造為通過移動虛擬齒條位置令裝有設備1的車輛3自主轉向。藉此，提供了一種被構造為僅僅通過移動車輛轉向設備1的虛擬齒條位置令裝有設備1的車輛3自主轉向的自主車輛轉向設備29。此外，提供了能夠以有效成本的方式製造且能夠以快速、直接和精確方式控制齒條位置的自主車輛轉向設備29。

自主車輛轉向設備29可利用來自駕駛環境監控單元26的數據和/或一個或多個附加傳感器單元來說明駕駛環境27並且根據其移動虛擬齒條位置從而自主轉向車輛3。

自主車輛轉向設備29利用的車輛轉向設備1允許平滑轉換到其中自主車輛轉向設備29自主轉向車輛3的自主模式或從該自主模式平滑轉換過來。

圖3示出使用車輛轉向設備令車輛轉向的方法100，所述車輛轉向設備包括齒條、位置傳感器、轉向柱、經由齒條和轉向柱與車輛的轉向輪機械連接的方向盤、轉矩傳感器、設置有虛擬轉向模型的電子控制單元、被設置為選擇性地施加力到齒條上的齒條安裝機電致動器和力獲取設備，

其中所述方法100包括：

-使用位置傳感器感測110齒條的當前位置，

-使用轉矩傳感器感測120施加到方向盤上的轉矩和提供表示所述轉矩的轉矩信號，

-使用力獲取設備獲取130轉向輪作用於齒條上的力，

-使用電子控制單元基於虛擬轉向模型和至少所獲取的力與轉矩信號的組合提供140虛擬齒條位置，並且

-使用電子控制單元控制150所述齒條安裝機電致動器從而將齒條的當前位置控制為趨近虛擬齒條位置。

根據一些實施例，所述方法包括：

-使用電子控制單元基於虛擬轉向模型和至少所獲取的力與轉矩信號的組合提供估算的施加力，以及

-使用電子控制單元控制齒條安裝機電致動器從而將估算的施加力施加到齒條上從而將齒條的當前位置控制為趨近虛擬齒條位置。

根據一些實施例，所述力獲取設備包括齒條安裝機電致動器、位置傳感器和電子控制單元，並且如圖3所示所述方法100可進一步包括：

-使用力獲取設備通過比較齒條的當前速度與供應至齒條安裝機電致動器的電流和供應至齒條安裝機電致動器的電壓中的至少一種來獲取131力。

根據一些實施例，所述設備包括轉向輪和懸掛轉向輪的車輛懸架裝置，其中車輛懸架裝置的後傾託距被構造為低於轉向輪的輪胎託距的峰值，並且如圖3所示，方法100可進一步包括：

-使用電子控制單元控制151所述齒條安裝機電致動器以提供有效的回正力矩。

根據一些實施例，設備進一步包括運動傳感器，並且如圖3所示，方法100可進一步包括：

-使用運動傳感器監控160車輛的橫向加速度和橫擺率，並且

-使用電子控制單元通過比較所監控的橫向加速度、所監控的橫擺率、齒條的當前位置和虛擬齒條位置來提供161當前道路摩擦力估算值。