CN101570178A - 用于控制车辆的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制车辆的方法和装置。用于控制车辆的根据本发明的装置具有控制器单元和分配单元，控制器单元被设置用于计算偏航力矩请求值，而分配单元被设置用于将偏航力矩请求值转换为多个单独的请求值，其中，各个请求值均相当于在车辆的相应其中一个车轮上的制动效果，并且其中所述转换是基于“这些单独的请求值的组合在车辆重心上造成的偏航力矩变化”与“偏航力矩请求值”的比较执行的。

Description

用于控制车辆的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制车辆的方法和装置。

背景技术

车辆稳定控制***的主要功能在于确保车辆在全部行驶状态中表现得符合驾驶者的意图。为此在有些情况下(通常处于转向不足的运行状态)要促进车辆的可运动性，反之在其它情况下(通常处于转向过度的运行状态)要促进稳定性。车辆稳定控制***的最广泛的应用是所谓动态稳定控制***(DSC)、电子稳定程序(ESP)以及以偏航率的回调和偏航力矩的基于调节的分配为基础的其它***。该车辆稳定控制***主要包括在转向过度情况下的前轮制动装置以及在转向不足情况下的后轮制动装置。

发明内容

本发明的任务在于提供一种用于控制车辆的装置和方法，所述装置和方法使得控制具有改善的车辆操控性和稳定性的刹车致动器成为可能。

通过根据独立权利要求1的特征部分的装置以及根据独立权利要求8的特征部分的方法来解决该任务。

用于控制车辆的根据本发明的装置具有：

控制器单元，其被设置用于计算偏航力矩请求值；以及

分配单元，其被设置用于将偏航力矩请求值转换为多个单独的请求值，其中，各个请求值均对应于在车辆的相应的其中一个车轮上的制动效果，并且其中，所述转换是基于“这些单独的请求值的组合在车辆重心上造成的偏航力矩变化”与“偏航力矩请求值”的比较执行的。

本发明的设计在于提供一种车辆控制，在所述车辆控制中，通过应用智能刹车致动器来保证车辆稳定性。通过将偏航力矩请求值转换为多个单独的、相互独立的请求值(所述转换是基于“这些单独的请求值的组合在车辆重心上造成的偏航力矩变化”与“偏航力矩请求值”的比较执行的)并且通过由此实现的基于最优化的策略能够更加高效地分配偏航力矩，由此改善了车辆的操控性和稳定性。

根据一个优选实施方式，基于优化函数(J_i)的最小化实现所述转换，所述优化函数可以通过公式描述

J_i＝YawTq_trgt，i-(F_Xi*l_Fxi+F_Yi*l_Fyi)

其中，YawTq_trgt，i表示在前轴(i＝f)或者在后轴(i＝r)上的偏航力矩的目标值，(F_Xi*l_Fxi+F_Yi*l_Fyi)表示在前轮(i＝f)或者在后轮(i＝r)上可提供制动效果的偏航力矩，l_Fxi和l_Fyi表示在前轮(i＝f)或者在后轮(i＝r)上的沿纵向或者横向的杠杆臂，并且F_xi和F_yi表示在前轴(i＝f)或者在后轴(i＝r)上的纵向或者横向轮胎力。

根据一个优选实施方式，将偏航率、横向速度(在转向回正的情况下)或者偏航率和横向速度的组合被用作为控制变量。这种方式的优点在于，所述调节对所述参数的较大偏差直接做出反应。

根据一个优选实施方式，车辆前轴和后轴用的分配单元具有彼此独立的计算单元，所述计算单元分别将偏航力矩请求值转换为多个单独的请求值。

根据一个优选实施方式，分配单元还具有判定单元，所述判定单元被用于在由独立计算单元提供的单独的请求值之间进行选择。

根据一个优选实施方式，控制器单元如此设置，即，根据与致动器有关的补偿项来计算偏航力矩请求值，这导致产生快速的调节反应能力。

单独的请求值可以包括车轮纵向力请求值和/或纵向打滑请求值。

本发明还涉及用于控制车辆的方法。本方法的优选实施方式基于与本发明的装置相关联的上述内容。

由说明书以及从属权利要求得到其它构造方式。

附图说明

以下根据优选实施例并结合附图进一步阐述本发明。

附图中：

图1是说明根据本发明的车辆控制装置的基本结构的框图；

图2示出本发明应用的逻辑电路的优选结构；

图3示出作为车轮纵向打滑比κ_i的函数的、纵向力F_x和横向力F_y的典型曲线；

图4a-e示出在摩擦系数μ(μ～0.4)较小的道路条件下的一个实现示例，转向角和纵向速度的时间相关性(图4a)、横向加速度和浮动角的时间相关性(图4b)、偏航率的目标值和测量值的时间相关性(图4c)、最佳前后偏航力矩(图4d)以及制动压力(图4e)的偏航力矩请求和请求值的时间相关性；以及

图5a-c针对与图4相同的弯道驾驶，示出在时间点t＝17.9s处针对前轮(图5a)、后轮(图5b)的力F_x和F_y进行优化处理的计算结果，以及作为纵向打滑的函数的前轮或者后轮的优化函数。

具体实施方式

本发明的主题是一种用于控制刹车致动器的新方法，在本方法中，在进行弯道驾驶期间在轮胎力的极限范围内向驾驶者提供支持。

在根据本发明的方法中，针对车辆的横向速度、车辆的偏航率或者横向速度和偏航率的组合而应用反馈控制器，以便计算通过独立制动车轮而施加的偏航力矩的请求值。将偏航力矩请求转换为车轮制动器的纵向力请求的一倍或两倍，该纵向力请求被发送至刹车致动器单元。借助新型算法将偏航力矩请求转换为车轮力请求，新的算法优化了所选择的车轮的制动。

图1是说明本发明的车辆控制装置100的基本结构的框图。根据图1，在车辆控制装置100的功能框110中，首先以其自身已知的方式基于输入参数确定机动车辆的理想特性或者说目标特性，其中，根据图1该输入参数包括方向盘角度(SWA)、纵向速度vx和加速度(″accel.″)。将输出功能框110的初始参数输入到控制器120，控制器120能够被构造为偏航率控制器、横向速度控制器或者针对两个参数组合的控制器。控制器120的实现方式例如可以根据公式(1)实现：

${\mathrm{\ΔTq}}_{\mathrm{yaw}}=k_{\mathrm{PNS}}\frac{{\mathrm{ml}}_f}{J}{v}_x{v}_{\mathrm{yNS}}+k_{\mathrm{ff}}(\mathrm{\μ}{\mathrm{lF}}_{\mathrm{yr}}-{\mathrm{ml}}_f{v}_x{v}_{\mathrm{\ψ}})---\left(1\right)$

在这里，在转向回正的情况下，调节参数是横向速度，其通过 $v_{\mathrm{yNS}}=(v_y-\frac{J}{{\mathrm{ml}}_f}{v}_{\mathrm{\ψ}})$ 给出。系数k_PNS和k_ff表示比例倍增系数，其中，在转向回正v_yNS情况下，k_PNS对横向速度的增加做出反应，并且其中，系数k_ff补偿与基于静摩擦而被允许的值相比而言多余的那些离心力。

发明人发现，最好将刹车致动器延迟时间(在大约200-300ms范围内)考虑在内。下面的状态转换被证实适用于补偿致动器：

$v_{\mathrm{yT}}=v_y+{\stackrel{\·}{v}}_y\mathrm{\ΔT}=v_y+(a_y-v_x{v}_{\mathrm{\ψ}})\mathrm{\ΔT}---\left(2\right)$

根据公式(2)虽然仅预见两个状态，但是不会造成高频噪声被引入到控制回路中的情况。公式(3)给出了稳定偏航力矩的组合后的新表达：

${\mathrm{\ΔTq}}_{\mathrm{yaw}}=k_{\mathrm{PNS}}\frac{{\mathrm{ml}}_f}{J}{v}_x(v_y+(a_y-v_x{v}_{\mathrm{\ψ}})\mathrm{\ΔT}-\frac{J}{{\mathrm{ml}}_f}{v}_{\mathrm{\ψ}})+k_{\mathrm{ff}}({\mathrm{\μlF}}_{\mathrm{yr}}-{\mathrm{ml}}_f{v}_x{v}_{\mathrm{\ψ}})---\left(3\right)$

根据图1，将值ΔTq_yaw发送至分配单元130。在将值ΔTq_yaw发送至分配单元130之前最好对稳定性所要求的偏航力矩请求值执行调节不灵敏区管理，以便仅当发生影响稳定性的危险时，才通过根据本发明的装置实现稳定制动干预。

分配单元130将偏航力矩请求值ΔTq_yaw以基于轮胎模型的方式转换为四个单独的车轮纵向力请求值ΔF_xi(其中，i＝fl表示左前轮，i＝fr表示右前轮，i＝rl表示左后轮以及i＝rr表示右后轮)。或者，分配模块130也可以将偏航力矩请求值ΔTq_yaw以基于轮胎模型的方式转换为四个独立的纵向打滑请求值κ_i(具有i＝fl、fr、rl、rr)。

根据图1，向车辆140的刹车致动器提供单独的车轮纵向力请求值ΔF_xi。向评估器150提供车辆140的通过测量获得的测量值或者说状态变量，在这里向控制器单元120和分配单元130提供由评估器确定的评估值155。

下面进一步描述分配单元130的工作方式。

在大多数情况下，对于分配偏航力矩请求以及相应地向车轮施加制动力来说存在多于一个的解，这是因为为了生成纵向力能够以不同方式如此选择四个车轮的每个，即，组合这些纵向力得到期望的偏航力矩。这个问题是如此简化的，即，仅能够主动地(借助制动器)降低作用于轮胎的纵向力，从而按照如下方式通过偏航力矩请求的符号来确定制动效果应该作用于其上的这一侧：

如果ΔTq_yaw＞0，则制动效果应该作用于其上的侧＝“左”

如果ΔTq_yaw＜0，其制动效果应该作用于其上的侧＝“右”

在下一步骤中决定在有关侧上应该制动哪个车轮，也就是说：“前轮或后轮”或者“前轮和后轮”。这里所应用的方法在于基于偏航力矩变化的平衡来查找最佳值，所述偏航力矩变化是借助相应的制动力和偏航力矩请求ΔTq_yaw在车辆重心(CoG)上产生的。不仅为前轮也为后轮查找最佳值，从而将两个解相互比较，并且判定单个待选择的值。

图2示出为查找最佳值而应用的逻辑电路的优选结构。根据图2，该逻辑电路主要具有四个功能框，具体来说：功能框210用于计算参考偏航力矩，第一计算单元220用于针对前轮查找最佳值，第二计算单元230用于在后轮上查找最佳值，而判定单元240用于判定或者说判优。

在功能框210中计算参考偏航力矩以定义最佳程序的工作点。在此，功能框210给出的值YawTq₀表示这样的偏航力矩，所述偏航力矩是由正在发生的弯道驾驶所导致的横向力产生的，在此YawTq₀值是如下计算的：

YawTq_0i＝l_Fyi*F_y0i(F_zi，μ，α_i)        (4)

其中，i＝f(前轮)或者i＝r(后轮)，并且其中，F_y0i(F_zi，μ，α_i)表示横向力，所述横向力在车轮上借助轮胎模型针对参数F_zi、μ、α_i的已知输入值来计算。在此简便起见假设轮胎自由转动(κ₁＝0)。l_Fyi表示从车辆重心直至轮胎横向力的作用点并且垂直于其的(具有相应符号的)杠杆臂。

在初始偏航力矩或者说参考偏航力矩YawTq₀为已知的情况下，偏航力矩Tq_trgt，i的理想值或者说目标值：

YawTq_trgt，i＝YawTq_0i+ΔYawTq      (5)

在此，YawTq_0i表示前轴或者后轴上的初始偏航扭矩(Anfangsgiermoment)的相应的分量，并且ΔYawTq表示偏航力矩请求。

下面进一步描述在计算单元220和230中针对前轮和后轮查找最佳值。借助形成对根据后轮力或者前轮力得到的偏航力矩的平衡能够如下定义优化函数：

J_i＝YawTq_trgt，i-(F_Xi*l_Fxi+F_Yi*l_Fyi)    (6)

其中，i＝f(前轮)或者i＝r(后轮)，并且其中，(F_Xi*l_Fxi+F_Yi*l_Fyi)表示可在第i轮上提供制动效果的偏航力矩，其中，lFxi和lFyi表示在后轮上的(具有相应的符号)杠杆臂，并且其中，Fxi和Fyi表示在第i轴上的纵向轮胎力或者横向轮胎力，所述纵向轮胎力或者横向轮胎力通常是F_zi，α_i，μ和κ函数。

最优化问题是以如下方式定义的：

min_κJ_i        (7)

因而该问题在于找到最佳车轮纵向打滑比κ_opt，i，所述车轮纵向打滑比κ_opt，i对于前轮胎和后轮胎来说是优化函数的最小值。一旦找到这样的解，即，就该解而言，优化函数J_opt，i小于预定的公差值Tq_Zero，则存在精确的解。

一旦找到了最佳车轮纵向打滑比κ_opt，i的值，则能够定义相应的最佳轮胎力F_{x_opt，i}＝f(F_zi，μ，α_i，κ_opt，i)，F_{y_opt，i}＝f(F_zi，μ，α_i，κ_opt，i)，由所述最佳轮胎力一起得到了所提供的偏航力矩(公式(8))和剩余偏航力矩(公式(9))，这两个偏航力矩均处于区间[0，ΔYawTq]中：

DelivYawTq_i＝YawTq_0i-(F_{X_opt，i}*l_Fxi+F_{Y_opt，i}*l_Fyi)    (8)

ResidYawTq_i＝YawTq_0i+ΔYawTq-(F_{X_opt，i}*l_Fxi+F_{Y_opt，i}*l_Fyi)    (9)

在该优化函数中，能够提供的偏航力矩由于制动效果(F_Xi*l_Fxi+F_Yi*l_Fyi)而被看作是车轮纵向打滑比κ_i的函数，所述车轮纵向打滑比κ_i的函数具有已知的参数(F_zi，α_i，μ，κ_i)。

图3示出作为κ_i的函数的参数F_x和F_y的一些典型曲线。

针对前轮查找最佳值的过程类似于针对后轮查找最佳值的过程，然而有如下区别：

a)待输入到计算单元230中的轮胎输入信号是针对前轮的输入信号；并且

b)首先，根据预先的计算查找针对前轮的最优解。为了向针对后轮进行的查找不能满足请求的情况提供帮助(也就是说，不存在针对后轮的精确的解)，那么重新针对前轮查找最佳值，其中，所述请求值等于后轮的剩余偏航力矩(相当于的后轮辅助功能)。这可以通过公式(10)分析描述：

YawTq_trgt，f＝YawTq_0f+ResidYawTq_r      (10)

一旦找到了针对前轮和后轮的两个最优解，就将其相互比较，并且进行判定，以便确定最终的力和纵向打滑请求。

在转向过度地弯道驾驶情况下，这种优化方法通常得到借助前轮制动的解，反之，在转向不足地弯道驾驶时，通常该解通常为后轮制动。因而所述最佳值查找还隐含包括对车辆转向过度或者转向不足状态的识别。

如果选择了针对后轮获得的解，还可以附加地应用针对前轮的解，以便提供根据公式(10)的轮胎的剩余偏航力矩，从而在这种情况下同时出现前轮制动和后轮制动。

图4示出在摩擦系数μ(μ～0，4)较小的道路条件下实现的一个示例，其中，车辆的偏航率被选择为控制变量。在此，图4记录了转向角和纵向速度的时间相关性(图4a)、车身的横向加速度和浮动角的时间相关性(图4b)、偏航率的目标值和测量值的时间相关性(图4c)、针对最佳前后偏航力矩(图4d)以及制动压力(图4e)的偏航力矩请求和可能的请求。

图4的示例示出根据本发明的控制方式符合规定地工作，并且车辆保持在稳定状态下。在此，根据图4的弯道驾驶是典型的转向过度情况，因而通过前轮制动进行校正是更合适的，并且因此在优化前轮值的情况下所述校正被证实是更合适的。这可以在图4d)中看到，其中，前轮制动而不是后轮制动提供了期望的偏航力矩。

图5针对与图4相同的弯道驾驶，示出在时间点t＝17.9s处的优化处理的内部运算。在此，在针对前轮或者后轮的图5a)和5b)中示出在该时间点处的力F_x和F_y，作为纵向打滑的函数。

图5c)中示出取决于纵向打滑的前轮或者后轮优化函数。在此示出，在k＝0.036的情况下前轮优化函数的值为零。这意味着，能够提供请求的偏航力矩的、唯一的制动效果是打滑为0.036的前轮制动，这相当于在图5a)中的为2970N的力F_x。

参考变量列表

方向盘角度                    SWA

纵向速度                      v_x

纵向加速度                    a_y

偏航率                        v

车辆浮动角                    β

车辆漂移速度                  dβ/dt

车轮浮动角                    α

车轮纵向打滑比                κ

车轮相对于路面的摩擦系数      μ

车轮横向力                    F_Z

车辆重量                      m

前轴线与车辆重心的间距    l_f

后轴线与车辆重心的间距    l_r

轴距                      l

Z轴中的车辆惯性力矩       J

后轴纵向力                F_yr

Claims (9)

1.一种用于控制车辆的装置，所述装置具有：

控制器单元(120)，其被设置用于计算偏航力矩请求值(ΔTq_yaw)；以及

分配单元(130)，其被设置用于将所述偏航力矩请求值(ΔTq_yaw)转换为多个单独的请求值，其中，所述各个请求值均相当于在所述车辆的相应其中一个车轮上的制动效果，并且其中，所述转换是基于“这些单独的请求值的组合在车辆重心(CoG)上造成的偏航力矩变化”与“偏航力矩请求值(ΔTq_yaw)”的比较执行的。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

基于优化函数(J_i)的最小化执行所述转换，所述优化函数可以通过下述公式描述：

J_i＝YawTq_trgt，i-(F_Xi*l_Fxi+F_Yi*l_Fyi)

其中，YawTq_trgt，i表示在前轴(i＝f)或者在后轴(i＝r)上的所述偏航力矩的目标值，(F_Xi*l_Fxi+F_Yi*l_Fyi)表示在前轮(i＝f)或者在后轮(i＝r)上可提供所述制动效果的所述偏航力矩，l_Fxi和l_Fyi表示在所述前轮(i＝f)或者在所述后轮(i＝r)上的沿纵向或者横向的杠杆臂，而F_xi和F_yi表示在所述前轴(i＝f)或者在所述后轴(i＝r)上的纵向或者横向轮胎力。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，

针对车辆前轴和后轴的所述分配单元(130)具有彼此独立的计算单元(220、230)，所述计算单元分别将所述偏航力矩请求值(ΔTq_yaw)转换为多个单独的请求值。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述分配单元(130)还具有判定单元(240)，所述判定单元用于在由所述独立计算单元(220、230)提供的所述单独的请求值之间进行选择。

5.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，

所述控制器单元(120)如此设置，即，将车辆的横向速度或者车辆的偏航率、或者所述横向速度和所述偏航率的组合用作为控制变量。

6.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，

所述控制器单元(120)如此设置，即，根据与刹车致动器有关的补偿项来计算所述偏航力矩请求值(ΔTq_yaw)。

7.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，

所述控制器单元(120)如此设置，即，在将所述偏航力矩请求值(ΔTq_yaw)发送至所述分配单元(130)之前执行调节不灵敏区管理，其中，仅当出现影响所述车辆稳定性的危险时，才允许进行稳定制动干预。

8.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，

这些单独的请求值包括车轮纵向力请求值和/或纵向打滑请求值(κ_i)。

9.一种用于控制车辆的方法，其特征在于，

所述方法具有下述步骤：

借助控制器单元(120)计算偏航力矩请求值(ΔTq_yaw)；以及

将所述偏航力矩请求值(ΔTq_yaw)转换为多个单独的请求值，其中，各个请求值均相当于在所述车辆的相应其中一个车轮上的制动效果，其中，所述转换是基于“这些单独的请求值的组合在车辆重心(CoG)上造成的偏航力矩变化”与“偏航力矩请求值(ΔTq_yaw)”的比较执行的。

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