CN114643969A - 用于控制车辆操作的方法和*** - Google Patents

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Abstract

本文所述的构思涉及与扭矩或加速度相关的期望未来纵向范界和与偏航率和横向速度相关的期望未来横向范界的计算，以及它们响应于驾驶员可选择模式的使用。在纵向方向上，踏板和制动位置的驾驶员输入以及驾驶性能度量被用于计算期望的未来扭矩轨迹。在横向方向上，前和后转向角可以与自行车模型一起使用以导出轨迹。轨迹被用在车辆运动控制器中，该控制器使用加权来权衡竞争请求并提供与所选驾驶员模式一致的性能，驾驶员模式诸如游览模式、运动模式、越野模式、拖拉模式等。

Description

用于控制车辆操作的方法和***
背景技术
车辆由部件、传感器、子***、***、控制器和相关的控制例程组成，这些控制例程可以响应于操作者和其他输入命令而有利地操作以提供车辆推进、制动、转向、悬挂等。输入命令可包括与车辆加速相关的命令以及与车辆转向和横向加速相关的命令，这些命令在某些操作条件下可能冲突。作为示例，当在车辆转弯操纵期间存在纵向加速度的命令变化时，可能存在冲突的优先级，这可能影响车辆操纵和驾驶员感知，这取决于驾驶员选择的操作模式。当驾驶员选择的操作模式是运动模式或另一更激进的操作模式时，可以预期车辆操作应当优先考虑纵向加速度。然而，当驾驶员选择的操作模式是游览模式或另一更放松的操作模式时，可以预期车辆操作应该优先考虑转向控制以最小化偏航和横向加速度。
因此，存在用于响应于操作者和其他输入命令来控制车辆推进、制动、转向和悬架***的部件、***、控制逻辑和方法的需求，其考虑驾驶员选择的操作模式。
发明内容
本文所述的构思涉及与扭矩或加速度相关的期望未来纵向范界(horizon)和与偏航率和横向速度相关的期望未来横向范界的计算，以及它们响应于驾驶员可选择模式的使用。在纵向方向上，踏板和制动位置的驾驶员输入以及驾驶性能度量被用于计算期望的未来扭矩轨迹。在横向方向上，前和后转向角可以与自行车模型一起使用以导出轨迹。轨迹被用在车辆运动控制器中，该控制器使用加权来权衡竞争请求并提供与所选驾驶员模式一致的性能，所述驾驶员模式诸如游览模式、运动模式、越野模式、拖拉模式等。
本公开的方面包括用于操作车辆的***和相关方法，其包括监测车辆操作参数，诸如车辆速度、转向角、重量等，以及输入命令，诸如操作者对加速器踏板、制动器踏板、方向盘和/或高级驾驶员辅助***(ADAS)的输入。基于车辆速度和对加速器踏板的操作者输入确定期望的未来纵向扭矩范界；基于指令的转向角确定期望的未来偏航率范界；并且基于指令的转向角和车辆的横向速度确定期望的未来横向速度范界。基于驾驶员可选模式确定加权因子，并且基于期望的未来纵向扭矩范界、期望的未来偏航率范界、期望的未来横向速度范界和加权因子来控制车辆操作。
本公开的另一方面包括经由控制器接收车辆速度和用于车辆加速或车辆减速中的一者的操作者命令，并且基于车辆速度和用于车辆加速或车辆减速中的一者的操作者命令确定期望的未来纵向扭矩范界。
本公开的另一方面包括接收车辆偏航率、接收车辆纵向速度以及接收用于车辆转向的操作者命令；以及基于车辆偏航率和用于车辆转向的操作者命令来确定期望的未来偏航率范界。
本公开的另一方面包括接收用于车辆转向的操作者指令，该指令呈前轮转向角和后轮转向角中的一者的形式。
本公开的另一方面包括接收车辆横向速度、接收车辆纵向速度和接收用于车辆转向的操作者命令；以及基于车辆横向速度和用于车辆转向的操作者命令来确定期望的未来横向速度范界。
本公开的另一方面包括基于驾驶员可选模式和车辆操作参数确定用于跟踪期望的未来纵向扭矩范界、期望的未来偏航率范界和期望的未来横向速度范界的加权因子。
本公开的另一方面包括控制推进***的操作，以使期望的未来纵向扭矩范界和操作者对与车辆加速度或车辆减速度中的一者相关的扭矩的指令之间的差最小化，并使期望的未来偏航率范界和预测偏航率之间的差以及期望的未来横向速度范界和预测速度之间的差最小化。
本公开的另一方面包括控制推进***的操作，以使期望的未来纵向速度范界与车辆加速或车辆减速中的一者的操作者指令之间的差最小化，并使期望的未来偏航率范界与预测偏航率之间的差以及期望的未来横向速度范界与预测扭矩之间的差最小化。
本公开的另一方面包括接收车辆速度，并且接收来自高级驾驶员辅助***(ADAS)的针对车辆速度、车辆加速度或车辆减速度中的一者的输入命令；以及基于车辆速度和来自ADAS的用于车辆加速或车辆减速中的一者的输入命令来确定期望的未来纵向扭矩范界。
本发明还包括如下方案：
方案1. 一种用于操作包括推进***的车辆的方法，所述方法包括：
经由控制器接收车辆操作参数和输入命令，
经由所述控制器接收驾驶员可选择模式；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定期望的未来纵向扭矩范界；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定期望的未来偏航率范界；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定期望的未来横向速度范界；
基于所述驾驶员可选择模式确定所述期望的未来纵向扭矩范界、所述期望的未来偏航率范界和所述期望的未来横向速度范界的加权因子；以及
基于所述期望的未来纵向扭矩范界、所述期望的未来偏航率范界、所述期望的未来横向速度范界和所述加权因子，经由所述控制器控制所述推进***的操作。
方案2. 根据方案1所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆速度，以及接收用于车辆加速或车辆减速中的一者的操作者命令；以及
其中，基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定所述期望的未来纵向扭矩范界包括：基于所述车辆速度和用于车辆加速或车辆减速中的一者的所述操作者命令来确定所述期望的未来纵向扭矩范界。
方案3. 根据方案1所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆偏航率、接收车辆纵向速度以及接收用于车辆转向的操作者命令；以及
其中，基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定所述期望的未来偏航率范界包括：基于所述车辆偏航率、所述车辆纵向速度和用于车辆转向的所述操作者命令来确定所述期望的未来偏航率范界。
方案4. 根据方案3所述的方法，其中，接收用于车辆转向的所述操作者命令包括接收前轮转向角和后轮转向角中的一者。
方案5. 根据方案1所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆横向速度、接收车辆纵向速度以及接收用于车辆转向的操作者命令；以及
其中，基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定所述期望的未来横向速度范界包括：基于所述车辆横向速度、所述车辆纵向速度和用于车辆转向的所述操作者命令来确定所述期望的未来横向速度范界。
方案6. 根据方案1所述的方法，还包括：基于所述驾驶员可选模式和所述车辆操作参数确定用于跟踪所述期望的未来纵向扭矩范界、所述期望的未来偏航率范界和所述期望的未来横向速度范界的所述加权因子。
方案7. 根据方案1所述的方法，其中，基于所述期望的未来纵向扭矩范界、所述期望的未来偏航率范界、所述期望的未来横向速度范界以及所述加权因子经由所述控制器控制所述推进***的操作包括：控制所述推进***的操作，以最小化所述期望的未来纵向扭矩范界与用于车辆加速或车辆减速中的一者的操作者命令之间的差，以及最小化所述期望的未来偏航率范界与预测偏航率之间的差、以及最小化期望的未来横向速度范界与预测速度之间的差。
方案8. 根据方案1所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆速度，以及接收来自高级驾驶员辅助***(ADAS)的用于车辆加速或车辆减速中的一者的输入命令；以及
其中基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定所述期望的未来纵向扭矩范界包括：基于所述车辆速度和来自所述ADAS的用于车辆加速或车辆减速中的一者的所述输入命令确定所述期望的未来纵向扭矩范界。
方案9. 一种用于操作包括推进***的车辆的方法，所述方法包括：
经由控制器接收车辆操作参数和输入命令，
经由所述控制器接收驾驶员可选择模式；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定期望的未来纵向加速度范界；
基于车辆操作参数和输入命令确定期望的未来偏航率范界；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定期望的未来横向速度范界；
基于所述驾驶员可选模式确定所述期望的未来纵向加速度范界、所述期望的未来偏航率范界和所述期望的未来横向速度范界的加权因子；以及
基于所述期望的未来纵向加速度范界、所述期望的未来偏航率范界、所述期望的未来横向速度范界和所述加权因子，经由所述控制器控制所述推进***的操作。
方案10. 根据方案9所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆速度以及接收用于车辆加速或车辆减速中的一者的操作者命令；以及
其中基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定所述期望的未来纵向加速度范界包括：基于所述车辆速度和用于车辆加速或车辆减速中的一者的所述操作者命令来确定所述期望的未来纵向加速度范界。
方案11. 根据方案9所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆偏航率、接收车辆纵向速度以及接收用于车辆转向的操作者命令；以及
其中，基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定所述期望的未来偏航率范界包括：基于所述车辆偏航率、所述车辆纵向速度和用于车辆转向的所述操作者命令来确定所述期望的未来偏航率范界。
方案12. 根据方案11所述的方法，其中，接收用于车辆转向的所述操作者命令包括接收前轮转向角和后轮转向角中的一者。
方案13. 根据方案9所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆横向速度、接收车辆纵向速度以及接收用于车辆转向的操作者命令；以及
其中，基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定所述期望的未来横向速度范界包括：基于所述车辆横向速度、所述车辆纵向速度和用于车辆转向的所述操作者命令来确定所述期望的未来横向速度范界。
方案14. 根据方案9所述的方法，还包括：基于所述驾驶员可选模式和所述车辆操作参数确定用于跟踪所述期望的未来纵向加速度范界、所述期望的未来偏航率范界和所述期望的未来横向速度范界的加权因子。
方案15. 根据方案9所述的方法，其中，基于所述期望的未来纵向加速度范界、所述期望的未来偏航率范界、所述期望的未来横向速度范界以及所述加权因子经由所述控制器控制所述推进***的操作包括：控制所述推进***的操作，以使所述期望的未来纵向加速度范界与用于车辆加速或车辆减速中的一者的操作者命令之间的差最小化，并且使所述期望的未来偏航率范界与预测偏航率之间的差以及期望的未来横向速度范界与预测速度之间的差最小化。
方案16. 根据方案9所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆速度，以及接收来自高级驾驶员辅助***(ADAS)的用于车辆加速或车辆减速中的一者的输入命令；以及
其中基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定所述期望的未来纵向加速度范界包括：基于所述车辆速度和来自所述ADAS的用于车辆加速或车辆减速中的一者的所述输入命令来确定所述期望的未来纵向加速度范界。
方案17. 一种车辆***，包括：
推进***、转向***和车轮制动***，所述推进***、所述转向***和所述车轮制动***操作地连接到控制器，所述控制器包括指令集，所述指令集可执行以：
接收车辆操作参数和输入命令，
接收驾驶员可选择模式；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定期望的未来纵向扭矩范界；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定期望的未来偏航率范界；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定期望的未来横向速度范界；
基于所述驾驶员可选择模式确定所述期望的未来纵向扭矩范界、所述期望的未来偏航率范界和所述期望的未来横向速度范界的加权因子；以及
基于所述期望的未来纵向扭矩范界、所述期望的未来偏航率范界、所述期望的未来横向速度范界和所述加权因子，经由所述控制器控制所述推进***的操作。
方案18. 根据方案17所述的***，其中，所述指令集可执行以接收车辆操作参数和输入命令包括所述指令集可执行以接收车辆速度，并且接收用于车辆加速或车辆减速中的一者的操作者命令；以及
其中所述指令集可执行以基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定所述期望的未来纵向扭矩范界包括：所述指令集可执行以基于所述车辆速度和用于车辆加速或车辆减速中的一者的所述操作者命令确定所述期望的未来纵向扭矩范界。
方案19. 根据方案17所述的***，其中，所述指令集可执行以接收车辆操作参数和输入命令包括所述指令集可执行以接收车辆偏航率、接收车辆纵向速度以及接收用于车辆转向的操作者命令；以及
其中，所述指令集可执行以基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定所述期望的未来偏航率范界包括：所述指令集可执行以基于所述车辆偏航率、所述车辆纵向速度和用于车辆转向的所述操作者命令来确定所述期望的未来偏航率范界。
方案20. 根据方案17所述的***，其中，所述指令集可执行以接收所述车辆操作参数和输入命令包括所述指令集可执行以接收车辆横向速度、接收车辆纵向速度以及接收用于车辆转向的操作者命令；以及
其中，所述指令集可执行以基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定所述期望的未来横向速度范界包括：所述指令集可执行以基于所述车辆横向速度、所述车辆纵向速度和用于车辆转向的所述操作者命令来确定所述期望的未来横向速度范界。
从在结合附图时的对如所附权利要求中限定的用于实现本教导的一些最佳模式和其他实施例的以下具体实施方式，本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点将是显而易见的。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述一个或多个实施例，在附图中：
图1示意性地示出了根据本公开的车辆的俯视图。
图2至图7示意性地示出了根据本公开的与用于控制参照图1所述的车辆的实施例的操作的计算机可执行控制例程相关的流程图。
图8以图形方式示出了根据本公开的具有响应映射（response map）和瞬态响应映射的纵向扭矩范界的调整。
图9以图形方式示出了根据本公开的根据激进的或正常的或保守的驾驶员模式的横向运动(偏航率或横向速度)的不同范界响应，其可以通过设置不同的滤波参数或成本函数权重来实现。
图10以图形方式示出了对应于不同范界响应的不同增益设置。
应当理解，附图不一定是按比例的，并且呈现了如本文所公开的本公开的各种优选特征的稍微简化的表示，包括例如特定尺寸、取向、位置和形状。与这些特征相关的细节将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。
具体实施方式
如本文所描述和示出的，所公开的实施例的部件可以以各种不同的构造布置和设计。因此，以下具体实施方式不旨在限制所要求保护的本公开的范围，而仅仅是其可能的实施例的代表。另外，虽然在以下描述中阐述了许多具体细节以便提供对本文所公开的实施例的透彻理解，但是可以在没有这些细节中的一些的情况下实践一些实施例。此外，为了清楚起见，没有详细描述在相关技术中理解的某些技术材料，以避免不必要地模糊本公开。此外，如本文所说明和描述的本公开内容可以在不存在本文未具体公开的元件的情况下实践。
与本文公开的实施例一致的图1示意性地示出了设置在行驶表面上的车辆100，其中车辆100具有操作***，操作***包括推进***10、转向***16和车轮制动***26，所有这些都被布置成将牵引动力、制动(或减速)力和转向力传递到一个或多个车轮20。在一些实施例中，车辆100还包括高级驾驶员辅助***(ADAS)40，其可以与空间监测***30和导航***32耦合。推进***10、车轮制动***26和转向***16被布置成和可控制以响应于诸如对加速器踏板19、制动踏板18、方向盘12的操作者输入的输入命令和/或由ADAS 40产生的输入命令分别将牵引动力、制动力和转向力传递到一个或多个车轮20，ADAS 40可以经由操作者接口设备17控制。包括上述操作***的车辆100的操作由执行控制例程的多个控制器控制，所述控制器在下文中统称为控制器15。如本文所用，术语“车辆”是指车辆平台，例如但不限于乘用车、商用车、工业用车辆、履带式车辆、越野车和全地形车辆(ATV)、摩托车、农用设备、船只、飞行器等。其他操作者请求可基于操作者向变速器范围选择器的输入等产生。
在一个实施例中，推进***10可以被配置为耦合到有级变速器（step-geartransmission）或无级变速器的内燃发动机，有级变速器或无级变速器由动力系控制器控制以响应于操作者请求和输入命令产生牵引动力。替代地，在一个实施例中，推进***10可被配置为混合动力系***，其中，由内燃发动机和一个或多个电机中的任一个或两者产生牵引动力，内燃发动机和一个或多个电机由动力***控制器控制以响应于操作者请求和输入命令产生牵引动力。替代地，在一个实施例中，推进***10可配置为电动动力系***，其中，由一个或多个电机产生牵引动力，所述电机由动力系控制器控制以响应于操作者请求和输入命令产生牵引动力。
转向***16包括方向盘12和转向致动器14。如图所示，转向***16被配置为仅控制车辆100的前轮的转向。替代地，转向***16可以被配置成控制车辆100的前轮和后轮的转向，如元件13所示。替代地，转向***16可以被配置成仅控制车辆100的后轮的转向。
车轮制动***26包括车轮速度传感器22和车轮制动器24，以向车轮20提供机械制动力。当车辆100被配置为混合动力车辆或电动车辆时，由车轮制动***26提供的机械制动力可以由再生制动力补充，该再生制动力由通过一个或多个电机产生的反作用扭矩提供。
车辆100和行驶表面以三维坐标系50的形式限定了空间域，该三维坐标系包括纵向(X)轴线51、横向(Y)轴线52和竖直(Z)轴线53。纵向轴线51由车辆100的纵向轴线限定，横向轴线52由车辆100的横向轴线限定，并且竖直轴53被限定为与由纵向轴线51和横向轴线52限定的平面正交。
在被采用时，导航***32采用来自全球定位***(GPS)传感器36和惯性测量单元(IMU)34的信息。在一个实施例中，GPS传感器36被配置为全球导航卫星***(GNSS)传感器。IMU 34是采用加速度计、陀螺仪和磁力计的组合中的一者或多者来测量和报告车辆100的比力（specific force）、角速率、偏航和取向的电子设备。
ADAS 40被布置为通过控制操作***中的一者（即，推进***10、转向***16、车轮制动***26中的一者或多者）来提供操作者辅助特征，结合或不结合车辆操作者经由操作者接口装置17的直接交互。ADAS 40包括控制器以及提供操作者辅助特征的一个或多个子***，包括完全自主驾驶***、自适应巡航控制(ACC)***、车道保持控制(LKY)***、车道改变控制(LCC)***、自主制动/防撞***和/或被配置为独立于或结合操作者请求来命令和控制自主车辆操作的其他***中的一者或多者。ADAS 40可以与车载地图数据库交互并访问来自车载地图数据库的信息，以用于路线规划并经由车道保持***、车道对中***和/或被配置为命令和控制自主车辆操作的其他***来控制车辆100的操作。可产生自主操作命令以控制ACC***、LKY***、LCC***、自主制动/防撞***和/或其他***。车辆操作可以响应于操作者请求和/或由ADAS 40生成的输入命令或其他自主车辆请求。车辆操作包括加速、制动、转向、稳态行驶、滑行和空转。
车载导航***32可以包括计算机可读存储设备或介质(存储器)，其包括数字化道路地图并且与ADAS 40通信。本文描述的构思可以在可以受益于以本文描述的方式从空间监测***30的实施例确定的信息的各种***上被采用。
术语“控制器”和相关术语，诸如微控制器、控制单元、处理器和类似术语，是指专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、电子电路、中央处理单元(例如微处理器)和存储器和存储设备(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)形式的相关非临时性存储器部件中的一个或各种组合。非暂时性存储器部件能够以一个或多个软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、信号调节和缓冲电路以及可由一个或多个处理器访问以提供所描述的功能的其他部件的形式存储机器可读指令。输入/输出电路和设备包括模拟/数字转换器和监测来自传感器的输入的相关设备，其中这样的输入以预设的采样频率或响应于触发事件而被监测。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语是指包括校准和查找表的控制器可执行的指令集。每个控制器执行控制例程以提供期望的功能。可以以规则的间隔执行例程，例如，在正在进行的操作期间每100微秒执行一次例程。替代地，可以响应于触发事件的发生来执行例程。控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线点对点链路、联网通信总线链路、无线链路或另一合适的通信链路来实现。通信包括以适当形式交换数据信号，包括例如经由导电介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号等。数据信号可以包括表示来自传感器的输入离散的、模拟的或数字化的模拟信号、致动器命令以及控制器之间的通信。术语“信号”是指传达信息的物理上可辨别的指示器，并且可以是能够行进通过介质的合适波形(例如，电、光、磁、机械或电磁)，诸如DC、AC、正弦波、三角波、方波、振动等。参数被定义为表示使用一个或多个传感器和/或物理模型可辨别的设备或其他元件的物理属性的可测量量。参数可以具有离散值，例如“1”或“0”，或者可以是值无限可变的。
现在参考图2等，以示意性流程图的形式阐述了控制例程200，其包括用于控制参照图1描述的车辆100的推进***10的实施例的操作的方法、***和相关结构。控制例程200包括驾驶员命令解释器(DCI)210、成本函数例程220和车辆运动控制器(VMC)230。操作者输入、车辆操作参数和其他输入命令被提供给DCI 210，其生成用于纵向加速度、偏航率和横向速度的范界项（horizon term）。车辆操作参数和其他输入被提供给成本函数例程220，其产生与纵向加速度、偏航率和横向速度以及驾驶员可选择模式相关的加权因子225。VMC230考虑对应于纵向加速度、偏航率和横向速度的加权因子225来评估纵向加速度、偏航率和横向速度的范界项，并基于此确定用于控制推进***10的操作的致动器命令240。现在详细描述该操作。
控制例程200经由控制器15接收输入命令，包括呈加速器/制动踏板指令201、再生制动扭矩请求202、方向盘角度203、后轮角度204的形式的操作者输入。
控制例程200还经由控制器15接收输入命令，包括在车辆100的如此装备的实施例上的ADAS命令205形式的输入，诸如用于自适应巡航控制***的车辆速度命令。在一个实施例中，ADAS命令205还可以是为不久的将来计划的范界。范界的示例可以是速度(纵向和横向)分布、纵向扭矩分布和偏航率/横向速度分布。然而，ADAS范界的时间跨度很可能不同于本文所述的期望未来范界的时间跨度，因此将需要重新采样，并且可能从一个单位转换到另一个单位。例如，速度分布可以被转换成扭矩、偏航率和横向速度的范界。
控制例程200还经由控制器15接收呈车辆质量、道路坡度、车辆速度和驾驶员可选模式形式的车辆操作状态206。驾驶员可选模式的示例包括例如游览模式、运动模式、牵引/拖拉模式、AWD(全轮驱动)、越野模式等。旅游模式旨在用于日常驾驶以优化燃料经济性和驾驶质量。运动模式旨在提供更激进的加速响应以提供驾驶乐趣的运动表现。牵引/拖拉模式旨在解决在牵引拖车或重负载时的驾驶性能问题，诸如调整变速器换档模式以最小化变速器换档频繁性等。AWD模式旨在帮助改进在覆盖有水、雪或冰的铺砌道路上的正常驾驶。越野模式旨在调节动力系、制动和转向的操作，以帮助提高越野设置中的牵引和可操纵性。
输入命令和车辆操作状态作为输入提供给驾驶员命令解释器(DCI)210，其配置成规划在称为范界的限定时间段内的未来车辆行为。由DCI 210确定的规划车辆行为包括期望的未来纵向扭矩范界212、期望的未来偏航率范界214和期望的未来横向速度范界216。DCI 210还基于此确定多个***和操作约束218。参考图3到7描述DCI 210的操作的附加细节。
术语“范界（horizon）”用于描述目标车辆在预定时间段内对于特定参数(例如纵向扭矩、偏航率、横向速度等)的估计或预测行为。可以基于预定的一组车辆参数来确定范界的推导，诸如，从使用道路载荷方程产生的标称道路载荷力中导出作用于车辆上的有效道路载荷，道路载荷方程具有表示与由于质量和重力而作用于目标车辆上的力相结合的动摩擦、滚动摩擦和气动阻力的系数。
图3示意性地示出了过程310，其是用于基于车辆速度的车辆操作状态206和以加速器/制动踏板命令201的形式的操作者输入来确定期望的未来纵向扭矩范界212的过程的第一实施例，所述加速器/制动踏板命令被输入到响应映射(RM)311以确定目标纵向扭矩x(k)。替代地，RM 311可确定目标纵向加速度。
目标纵向扭矩x(k)被输入到迭代循环312，该迭代循环基于纵向扭矩x(k)、车辆速度v(k+i-1)和目标纵向扭矩y(k+i-1)313的输入，采用瞬态响应映射(tRM)314来确定在时间长度M 317的范界上的目标纵向扭矩y(k+1)，其中M表示由范界限定的时间段。瞬态响应映射314基于目标纵向扭矩x(k)、车辆速度v(k)和前一次迭代y(k+i-1)的目标纵向扭矩来确定差分扭矩(differential torque)dTq(k+i-1)。将差分扭矩dTq(k+i-1)与前一次迭代y(k+i-1)的目标纵向扭矩组合(块315)，以确定在时间长度M 317的范界内的目标纵向扭矩y(k+1)。迭代循环312然后更新车辆速度v(k+1)(块316)，并开始下一次迭代。
RM 311将驾驶员加速和减速命令转换成车辆驾驶性能目标，从而转换成所得的期望车辆力。诸如由车辆校准响应图和相关的瞬态响应图所描述的驾驶性能目标，以及诸如道路载荷系数、有效道路载荷和标称道路载荷力的车辆参数，被结合到最终速度范界分布中。对于一些实施方式，制动力请求也可以包括在公式中。RM 311实践上可以作为表，该表可以包括存储器存储的、控制器可访问的响应映射文件，该响应映射文件将一连串的车辆速度和车辆加速度值与对应的一连串的命令的或期望的动力系扭矩输出进行映射。替代地，RM3211实践上可以作为表，该表可以包括存储器存储的、控制器可访问的响应映射文件，该响应映射文件将一连串的车辆速度和车辆加速度值与对应的一连串的命令的或期望的加速度输出进行映射。
采用呈期望加速度形式的原始踏板行程数据来在映射文件中查找与当前车辆速度和加速器踏板的当前踏板位置相关的驾驶员扭矩请求。驾驶员扭矩请求可使用瞬态响应映射314被调整，所述瞬态响应映射可以是车辆校准的瞬态加速度映射。瞬态响应映射314可以包括存储器存储的、控制器可访问的瞬态加速度响应映射文件。瞬态响应映射314可以是查找表，其限定了在加速度映射文件中的相邻动力系扭矩输出值之间的瞬态区域中的动力系扭矩。作为非限制性示例，瞬态响应映射314可以根据车辆速度和扭矩变化(即，目标扭矩和当前扭矩之间的差)识别加速度映射文件中的每对相邻点之间的相应斜变率（ramprate）(例如，每循环的加速度或扭矩的变化)。通过结合这些加速度/扭矩斜变率响应来调整驾驶员扭矩请求，以便增加扭矩请求分布的曲率。
在时间长度M 317的范界上的目标纵向扭矩y(k+1)被提供给提取步骤318，其识别长度为N(319)的未来感兴趣点，其中N(319)可以是合适的时间长度，例如1 ms、2 ms、3 ms、4 ms、5ms、100 ms、200 ms、300 ms、400 ms等，只要时间长度N小于时间长度M 317的范界。提取步骤318内插或以其他方式确定在时间长度N上的期望未来纵向扭矩范界212，其被提供给VMC 230。
图4示意性地示出了过程320，其是用于基于包括车辆速度和以加速器/制动踏板命令201的形式的操作者输入的车辆操作状态206来确定期望的未来纵向扭矩范界212的过程的第二实施例。在该实施例中，响应映射(RM)321被包括在迭代循环322中。RM 321确定目标纵向扭矩x(k)，其被输入到瞬态响应映射(tRM)324以基于纵向扭矩x(k)、车辆速度v(k+i-1)和目标纵向扭矩y(k+i-1)323的输入确定在时间长度M 327的范界上的目标纵向扭矩y(k+1)，其中M表示由范界限定的时间段。瞬态响应映射324基于目标纵向扭矩X(k)、车辆速度V(k)和前一次迭代Y(k+i-1)的目标纵向扭矩确定差分扭矩dTq(k+i-1)。将差分扭矩dTq(k+i-1)与前一次迭代y(k+i-1)的目标纵向扭矩组合(块325)，以确定在时间长度M 327的范界内的目标纵向扭矩y(k+1)。迭代循环322然后更新车辆速度v(k+1)(块326)，并开始下一次迭代。瞬态响应映射324类似于参考图3描述的瞬态响应映射314。
在时间长度M 327的范界上的目标纵向扭矩y(k+1)被提供给提取步骤328，其识别长度为N(329)的未来感兴趣点，其中N(329)可以是合适的时间长度，例如1 ms、2 ms、3 ms、4 ms、5ms、100 ms、200 ms、300 ms、400 ms等，只要时间长度N小于时间长度M的范界。提取步骤328在时间长度N上内插或以其他方式确定期望的未来纵向扭矩范界212，其被提供给VMC 230。
图5示意性地示出了过程330，其是用于在适用时基于车辆操作状态206、方向盘角度203和后轮角度204确定期望的未来偏航率范界214的过程的实施例。
在该实施例中，基于车辆操作状态206、方向盘角度203和后轮角度204确定目标稳态偏航率(块331)。执行迭代循环332以根据以下关系确定目标偏航率x(k+1)(块335)：
Figure 695721DEST_PATH_IMAGE001
其中：
y(k+1)表示目标偏航率；以及
c1, …, cQ 被调整以定义期望的车辆动态响应。
目标偏航率y(k+1)在时间长度M 337的范界上外插，其中M表示由范界限定的时间段。迭代循环332更新目标偏航率Y(k+1)并开始下一次迭代。
在时间长度M 337的范界上的目标偏航率y(k+1)被提供给提取步骤338，其识别长度为N(339)的未来感兴趣点，其中N(339)可以是合适的时间长度，例如1 ms、2 ms、3 ms、4ms、5ms、100 ms、200 ms、300 ms、400 ms等，只要时间长度N小于时间长度M 337的范界。提取步骤338在时间长度N上内插或以其他方式确定期望的未来偏航率范界214，其被提供给VMC 230。
图6示意性地示出了过程340，其是用于在适用的情况下基于车辆操作状态206、方向盘角度203和后轮角度204来确定期望的未来横向速度范界216的过程的实施例。
在该实施例中，基于车辆操作状态206、方向盘角度203和后轮角度204确定目标横向速度(块341)。执行迭代循环342以根据以下关系确定目标横向速度z(k+1)(框345)：
Figure 425911DEST_PATH_IMAGE002
其中：
z(k+1)表示目标横向速度；以及
c1，…，cQ被调整以定义期望的车辆动态响应。
目标横向速度z(k+1)在时间长度M 347的范界上外插，其中M表示由范界限定的时间段。迭代循环342更新车辆横向速度z(k+1)并开始下一次迭代。
在时间长度M 347的范界上的目标横向速度z(k+1)被提供给提取步骤348，其识别长度为N(349)的未来感兴趣点，其中N(319)可以是适当的时间长度，例如1 ms、2 ms、3 ms、4 ms、5ms、100 ms、200 ms、300 ms、400 ms等，只要时间长度N小于时间长度M 347的范界。提取步骤348内插或以其他方式确定在时间长度N上的期望的未来横向速度范界216，其被提供给VMC 230。
图7示意性地示出了过程350，其是用于在适用的情况下基于车辆操作状态206、方向盘角度203和后轮角度204来同时地确定期望的未来偏航率范界214和期望的未来横向速度范界216的过程的实施例。
在该实施例中，执行迭代循环352以根据以下关系确定目标偏航率x(k+1)(块353)：
Figure 205648DEST_PATH_IMAGE003
其中：
Fyf表示前轴处的横向力；
Fyr表示后轴处的横向力；
FS(k)表示前转向角；
RS(k)表示后转向角；
x(k+1)表示目标或期望的偏航率；以及
c1, …, cQ被调整以定义期望的车辆动态响应。
在时间长度M 354的范界上外插该关系中的目标偏航率x(k+1)，其中M表示由该范界限定的时间段。
在时间长度M 354的范界上的目标偏航率x(k+1)被提供给提取步骤356，其识别长度为N的未来感兴趣点，其中N可以是适当的时间长度，例如1 ms、2 ms、3 ms、4 ms、5ms、100ms、200 ms、300 ms、400 ms等，只要时间长度N小于时间长度M的范界。提取步骤356在时间长度N上内插或以其他方式确定期望的未来偏航率范界214，其被提供给VMC 230。
迭代循环352提供目标偏航率x(k+1)作为到块357的输入。
来自块353的车辆偏航率x(k+1)、车辆操作状态206、方向盘角度203和后轮角度204被用于根据以下关系确定目标横向速度z(k+1)(块357)：
Figure 459912DEST_PATH_IMAGE004
其中：
M表示车辆质量；
vx表示车辆纵向速度；
Fyf表示前轴处的横向力；
Fyr表示后轴处的横向力；以及
c1, …, cQ被调整以定义期望的车辆动态响应。
目标横向速度z(k+1)在时间长度M 351的范界上外插，其中M表示由范界限定的时间段。迭代循环352开始下一迭代。
在时间长度M 351的范界上的目标横向速度z(k+1)被提供给提取步骤359，其识别长度为N的未来感兴趣点，其中N可以是合适的时间长度，例如1 ms、2 ms、3 ms、4 ms、5ms、100 ms、200 ms、300 ms、400 ms等，只要时间长度N小于时间长度M 351的范界。提取步骤359内插或以其他方式确定在时间长度N上的期望的未来横向速度范界216，其被提供给VMC230。
图8以图形方式示出了基于驾驶员请求的纵向扭矩范界与时间的关系的调整，其中，扭矩在竖直轴820上指示，时间在水平轴810上指示。线801表示呈到加速器踏板的阶跃输入形式的未调整的、仲裁的驾驶员扭矩请求，诸如当驾驶员进行全开节气门操纵时可能发生的。线802表示在经受如参照图2和图3所述的速率限制和滤波时驾驶员请求的扭矩，其中范界由区域804指示。线803表示响应于与线802相关的扭矩请求的动力系***的实际性能。
图9以图形方式示出了根据激进驾驶员模式901、正常驾驶员模式902或保守驾驶员模式903的横向运动的不同范界响应(偏航率或横向速度)，其中横向运动在垂直轴920上指示，而时间在水平轴910上指示。横向运动的不同范界响应(偏航率或横向速度)可以通过设置不同的滤波参数或成本函数权重来实现，例如如参考图10所示的。
图10以图形方式示出了与根据激进驾驶员模式1001、正常驾驶员模式1002或保守驾驶员模式1003的不同范界响应相对应的不同增益设置，其中，在竖直轴1020上指示增益设置，并且在水平轴1010上指示时间。
再次参考图2，车辆操作参数和其他输入被提供给成本函数例程220以产生对应于纵向加速度、偏航率和横向速度的加权因子225。输入命令包括呈加速器/制动踏板命令201、再生制动扭矩请求202、方向盘角度203、后轮角度204的形式的操作者输入，呈车辆质量、道路坡度、车辆速度和驾驶员可选择模式的形式的车辆操作状态206。在每个循环处，控制例程200优化以下形式的成本函数：
Figure 274284DEST_PATH_IMAGE006
其中：
TWght _ k是在时间k处针对纵向扭矩范界的权重，
R _ Wght _ k是在时间k处针对偏航率范界的权重，
VyWght _ k是在时间k处针对横向速度的权重，
Tpred是预测的纵向扭矩，
R是预测的偏航率，以及
Vypred是预测的横向速度。
加权因子225与期望的未来纵向扭矩范界212、期望的未来偏航率范界214和期望的未来横向速度范界216相关联，其中权重Tpred、R和Vypred分别对应于纵向加速度、偏航率和横向速度，并作为输入提供给VMC 230。基于车辆操作状况调整成本函数中的权重允许其输出更好地反映驾驶员期望的车辆行为。
VMC 230根据对应于纵向加速度、偏航率和横向速度的加权因子225来评估期望的未来纵向扭矩范界212、期望的未来偏航率范界214和期望的未来横向速度范界216，并基于此确定用于控制推进***10的操作的致动器命令240。
再次参考图2，VMC 230包括可执行例程，以执行基于模型的控制分析，从而确定用于控制推进***10的操作的致动器命令240，以实现驾驶员期望的加速命令和/或减速命令201。为了执行该分析，VMC 230聚集并分析期望的未来纵向扭矩范界212、期望的未来偏航率范界214、期望的未来横向速度范界216以及多个***和操作约束218。VMC 230可以存储车辆的模型，诸如双轨自行车模型，其中扭矩命令、偏航率和横向速度是控制变量。该模型可以使用第一原理导出或通过实验确定，或通过两者的组合来确定。优化技术可用于计算在经受车辆约束的情况下使跟踪误差最小化的扭矩命令。在扭矩控制中，可以以闭环方式考虑扭矩请求和命令的控制器扭矩之间的误差以最小化期望扭矩范界和预测扭矩之间的差，并且最小化期望偏航率和期望横向速度之间的差以及预测偏航率和预测速度之间的差。VMC 230可以使用期望的未来轨迹，以基于期望的未来期望轨迹和测量来优化致动器命令。
本文的构思包括计算针对扭矩或加速度的期望的未来纵向范界，以及针对偏航率和横向速度的期望的未来横向范界，以及它们用于实现期望的驾驶员模式的用途。在纵向方向上，踏板和制动位置的驾驶员输入以及驾驶性能度量被用于计算期望的未来扭矩轨迹。在横向方向上，前和后转向角与自行车模型一起使用以导出轨迹。轨迹被用在车辆运动控制器中，该控制器使用加权来权衡竞争请求并提供与所选驾驶员模式一致的性能。这包括基于驾驶员和再生制动请求使用响应映射(RM)和瞬态响应映射来确定期望的未来纵向扭矩范界。
本文描述的构思包括基于简化的自行车模型以及前转向角和后转向角来计算期望的未来横向偏航率和横向速度。
本文描述的构思包括采用纵向和横向范界并在车辆运动控制器中权衡它们的成本，以便提供与所选驾驶员模式一致的车辆行为。
本文描述的构思使得范界的可变采样时间能够最大化准确度，同时减少存储器和通信需求。
本文描述的构思包括使用踏板加速度响应映射以及瞬时响应映射来确定期望的未来纵向加速度范界。
本文描述的构思包括提供期望的未来纵向扭矩范界、期望的未来偏航率范界、期望的未来横向速度范界以及车辆运动控制器中的车辆约束的确定和使用，以提供与驾驶员模式响应一致的车辆行为和期望的驾驶员模式响应，管理纵向加速度和横向加速度中的竞争目标。
流程图中的框图示出了根据本公开的各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。就这点而言，框图中的每个块可以表示代码的模块、段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还将注意，框图和/或流程图图示的每个块以及框图和/或流程图图示中的块的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用功能硬件的***或者专用功能硬件和计算机指令的组合来实现。这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质中，其可以引导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式操作，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括指令装置的制品，该指令装置实现流程图和/或框图的一个或多个块中指定的功能/动作。
具体实施方式和附图或图对本教导是支持性和描述性的，但是本教导的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行本教导的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践在所附权利要求中限定的本教导的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于操作包括推进***的车辆的方法，所述方法包括：
经由控制器接收车辆操作参数和输入命令，
经由所述控制器接收驾驶员可选择模式；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定期望的未来纵向扭矩范界；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定期望的未来偏航率范界；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定期望的未来横向速度范界；
基于所述驾驶员可选择模式确定所述期望的未来纵向扭矩范界、所述期望的未来偏航率范界和所述期望的未来横向速度范界的加权因子；以及
基于所述期望的未来纵向扭矩范界、所述期望的未来偏航率范界、所述期望的未来横向速度范界和所述加权因子，经由所述控制器控制所述推进***的操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆速度，以及接收用于车辆加速或车辆减速中的一者的操作者命令；以及
其中，基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定所述期望的未来纵向扭矩范界包括：基于所述车辆速度和用于车辆加速或车辆减速中的一者的所述操作者命令来确定所述期望的未来纵向扭矩范界。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆偏航率、接收车辆纵向速度以及接收用于车辆转向的操作者命令；以及
其中，基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定所述期望的未来偏航率范界包括：基于所述车辆偏航率、所述车辆纵向速度和用于车辆转向的所述操作者命令来确定所述期望的未来偏航率范界。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，接收用于车辆转向的所述操作者命令包括接收前轮转向角和后轮转向角中的一者。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆横向速度、接收车辆纵向速度以及接收用于车辆转向的操作者命令；以及
其中，基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定所述期望的未来横向速度范界包括：基于所述车辆横向速度、所述车辆纵向速度和用于车辆转向的所述操作者命令来确定所述期望的未来横向速度范界。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所述驾驶员可选模式和所述车辆操作参数确定用于跟踪所述期望的未来纵向扭矩范界、所述期望的未来偏航率范界和所述期望的未来横向速度范界的所述加权因子。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述期望的未来纵向扭矩范界、所述期望的未来偏航率范界、所述期望的未来横向速度范界以及所述加权因子经由所述控制器控制所述推进***的操作包括：控制所述推进***的操作，以最小化所述期望的未来纵向扭矩范界与用于车辆加速或车辆减速中的一者的操作者命令之间的差，以及最小化所述期望的未来偏航率范界与预测偏航率之间的差、以及最小化期望的未来横向速度范界与预测速度之间的差。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆速度，以及接收来自高级驾驶员辅助***(ADAS)的用于车辆加速或车辆减速中的一者的输入命令；以及
其中基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定所述期望的未来纵向扭矩范界包括：基于所述车辆速度和来自所述ADAS的用于车辆加速或车辆减速中的一者的所述输入命令确定所述期望的未来纵向扭矩范界。
9.一种用于操作包括推进***的车辆的方法，所述方法包括：
经由控制器接收车辆操作参数和输入命令，
经由所述控制器接收驾驶员可选择模式；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定期望的未来纵向加速度范界；
基于车辆操作参数和输入命令确定期望的未来偏航率范界；
基于所述车辆操作参数和所述输入命令来确定期望的未来横向速度范界；
基于所述驾驶员可选模式确定所述期望的未来纵向加速度范界、所述期望的未来偏航率范界和所述期望的未来横向速度范界的加权因子；以及
基于所述期望的未来纵向加速度范界、所述期望的未来偏航率范界、所述期望的未来横向速度范界和所述加权因子，经由所述控制器控制所述推进***的操作。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，经由所述控制器接收车辆操作参数和输入命令包括接收车辆速度以及接收用于车辆加速或车辆减速中的一者的操作者命令；以及
其中基于所述车辆操作参数和所述输入命令确定所述期望的未来纵向加速度范界包括：基于所述车辆速度和用于车辆加速或车辆减速中的一者的所述操作者命令来确定所述期望的未来纵向加速度范界。
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