用于整体车辆控制和集成滑移控制的系统和方法与流程

本技术领域大体上涉及车辆的控制系统，并且更具体地涉及用于基于调整的参考命令控制车辆的方法和系统。

背景技术：

主动安全系统或底盘控制系统设计成例如在其中驾驶员可能失去对机动车的控制的极限下改进机动车的操纵。该系统经由横向加速度、旋转(横摆)以及单独轮速来比较驾驶员的意图(例如，转向方向、节流阀和/或制动输入)与机动车的响应。该系统接着例如通过制动单个前轮或后轮、通过将车轮转向和/或通过必要时减小过量发动机动力来控制车辆以帮助正确的欠转向(耕作)或过度转向(摆尾行驶)。

这些系统使用若干传感器以确定驾驶员的意图并且确定驾驶员期望状态。其它传感器指示机动车的实际状态(机动车响应)。该系统在必要时比较驾驶员期望状态与实际状态和决定以调整用于机动车的致动器的命令。

在某些范例中，当控制系统请求大的控制动作时，横摆力矩控制可不利地影响车轮滑移。这可间接地造成横摆不稳定性。为了缓解影响，该命令应当受到轮胎/道路容量约束，其取决于道路状况和法向轮胎力。这难以实现道路状况的精确估计。即使精确地估计道路状况，现有方法可未能管理横摆力矩和力控制器与过渡操作中的车轮滑移的互动。例如，当发生大的负荷转移时，减小的垂直负荷将降低横摆力矩控制目的所需要的横向力容量。

因此，希望提供用于在未精确估计道路状况的情况下确定用于车辆的致动器的控制命令的改进型方法和系统。进一步系统提供用于使用来自车辆拐角的信息确定控制命令的方法和系统。另外，从以下结合附图和前面的技术领域及背景技术进行的详细描述和所附权利要求书中将更清楚地明白本发明的其它理想特征和特性。

技术实现要素：

提供用于控制车辆的部件的方法和系统。在一个实施例中，一种方法包括：由处理器基于车辆拐角信息产生车辆动力学的模型；由处理器基于车辆动力学的模型确定控制输出；以及由处理器基于控制输出选择性地控制与车辆的主动安全系统和底盘系统中的至少一个相关联的至少一个部件。

在一个实施例中，一种系统包括非暂时性计算机可读媒介。该非暂时性计算机可读媒介包括第一模块，其由处理器基于车辆拐角信息产生车辆动力学的模型。该非暂时性计算机可读媒介进一步包括第二模块，其由处理器基于车辆动力学的模型确定控制输出。该非暂时性计算机可读媒介进一步包括第三模块，其由处理器基于控制输出选择性地控制与车辆的主动安全系统和底盘系统中的至少一个相关联的至少一个部件。

附图说明

下文将结合以下附图描述示例性实施例，其中相同标号标示相同元件，且其中：

图1是根据各个实施例的包括基于拐角的控制系统的车辆的功能框图；

图2和3是根据各个实施例的说明控制系统的数据流图；

图4是作用在车辆上的力的说明；以及

图5和6是根据各个实施例的说明控制方法的流程图。

具体实施方式

以下详细描述仅仅具有示例性本质并且不旨在限制应用和使用。另外，不存在被任何前述的技术领域、背景、摘要或者下面的详细描述中提出的任何表述的或暗示的理论约束的意图。应当理解的是，在附图中，对应的元件符号指示相同或对应的部分和特征。如本文所使用，术语模块是指个别或呈任何组合的任何硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑和/或处理器装置，包括但不限于：专用集成电路(asic)、电子电路、处理器(共享、专用或成组)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能性的其它合适部件。

实施例在本文可以依据功能和/或逻辑块部件和各个处理步骤来描述。应当明白，这样的块部件可以由配置成执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件实现。例如，实施例可以采用各种集成电路部件(例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可以在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下实行多种功能)。另外，本领域技术人员将明白，实施例可以结合任何数量的控制系统实践且本文所述的车辆系统仅仅是一个示例性实施例。

为了简洁起见，本文可能并未详细描述与信号处理、数据传输、信令、控制和系统的其它功能方面(以及系统的单个操作部件)有关的常规技术。另外，包括在本文所含的各图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理联接。应注意，许多替代性或另外的功能关系或物理连接可以存在于各个实施例中。

现在参考图1，车辆12示为包括根据各个实施例的基于拐角的控制系统10。虽然本文所示的附图描绘具有元件、另外的介入元件、装置、特征的某些设置的实例，或部件可以存在于实际实施例中。还应理解，图1仅仅是说明性的并且不一定按比例绘制。

如所示，车辆12包括控制模块14。控制模块14控制车辆12的一个或多个部件16a至16n。部件16a至16n可以与车辆12的底盘系统或主动安全系统相关联。例如，控制模块14控制制动系统(未示出)的车辆部件16a至16n、转向系统(未示出)和/或车辆12的其它底盘系统(未示出)。显而易见的，车辆12包括中心和四个拐角：左前拐角、右前拐角、左后拐角以及右后拐角。部件16a至16n与四个拐角中的每个拐角相关联以控制车辆12在相应拐角处的操作。

在各个实施例中，控制模块14包括至少一个处理器18、存储器20以及一个或多个输入和/或输出(i/o)装置22。i/o装置22与关联于车辆12的部件16a至16n的一个或多个传感器和/或致动器相关联。存储器20存储可由处理器18执行的指令。存储在存储器20中的指令可以包括一个或多个单独程序，每个程序包括用于实施逻辑功能的可执行指令的有序列表。

在图1的实例中，存储在存储器20中的指令是主操作系统(mos)24的部分。主操作系统24包括用于控制该控制模块14的性能的逻辑并且提供调度、输入-输出控制、文件和数据管理、存储器管理以及通信控制和相关服务。在各个实施例中，指令是本文所述的基于拐角的控制系统10的进一步部分。

当控制模块14在操作中时，处理器18配置成执行存储在存储器20内的指令、将数据传送至存储器20和从存储器20传送数据，以及通常控制与指令有关的车辆12的操作。处理器18可为任何定制或商用处理器、中央处理单元(cpu)、与控制模块14相关联的若干处理器之中的辅助存储器、基于半导体的微处理器(呈微芯片或芯片集的形式)、微处理器或通常用于执行指令的任何装置。

在各个实施例中，处理器18执行基于拐角的控制系统10的指令。基于拐角的控制系统10通常在给出驾驶员的意图(如由与制动系统和/或转向系统相关联的一个或多个传感器指示，又称为驾驶员的要求)的情况下确定车辆12的一个或多个运动状态。基于拐角的控制系统10基于轮胎力估计、致动器可用性以及本发明的基于拐角的方法和系统来确定一个或多个控制命令。基于拐角的方法和系统在确定控制命令时考虑来自车辆的拐角的感测的信息。当驾驶员要求或车辆12中的任何其它控制命令不可行时，基于拐角的控制系统10确定最佳地匹配原始要求/命令并且考虑车辆/道路限制和约束的可能命令，该车辆/道路限制和约束包括(但不限于)打滑道路状况和致动器极限。

现在参考图2且继续参考图1，数据流图根据各个示例性实施例更详细地说明基于拐角的控制系统10。如可明白，根据本发明的基于拐角的控制系统10的各个示例性实施例可以包括任何数量的模块和/或子模块。在各个示例性实施例中，图2中所示的模块和子模块可以组合和/或进一步分割以类似地基于拐角信息确定控制命令并且基于该控制命令来控制车辆12的致动器。在各个实施例中，基于拐角的控制系统10从与车辆12的部件16a至16n相关联的一个或多个传感器、从车辆12内的其它控制模块(未示出)和/或从控制模块14内的其它模块(未示出)接收输入。在各个实施例中，控制模块14包括车轮滑移命令调整模块30、命令混合模块32以及致动器控制模块34。

车轮滑移命令调整模块30从较高层级控制器接收包括横摆力矩数据和/或纵向和/或横向力数据(例如，等)的cg级数据作为输入。基于接收的数据36，车轮滑移命令调整模块30确定每个车轮的车轮力矩调整命令38。例如，可使用补偿理想速度与实际速度之间的误差的比例积分(pi)控制器。首先，基于轮胎特性选择理想的滑移比率(λd)。接着基于理想的滑移比率确定理想的轮速(ωd)。例如：

此后，针对控制滑移将理想的车轮力矩调整命令38确定为：

其中ωd、ωa分别是理想的轮速和实际轮速。

命令混合模块32接收每个车轮的车轮力矩调整命令38作为输入。命令混合模块32混合确定的和驾驶员命令(例如，横摆力矩、纵向和横向命令等)和包括车轮滑移修正以及转向修正的任何修正。

例如，命令混合模块32确定从cg命令至拐角力/转矩的前馈映射。考虑到车轮/轮胎滑移，这在每个车轮处提供力。在无滑移(且因此无滑移控制反作用)的情况下，前馈映射将cg命令分布至拐角。

例如，如图3中所示，命令混合模块32包括一个或多个子模块。在各个实施例中，命令混合模块32包括数学模型确定模块50、控制器确定模块52以及最终解确定模块54。

数学模型确定模块50产生当前车辆动力学的通用数学模型58。通用数学模型58包括每个车轮的动力学和车体的动力学。例如，假设图4中的说明，数学模型确定模块50产生具有如下六个(或任何其它数量的)自由度fx、fy、fz、gx、gy、gz的模型：

gx＝w∑1,3(fzi)-w∑2,4(fzi)，(6)

gy＝a∑3,4(fzi)-b∑1,2(fzi)，(7)

gz＝a∑i＝1,2(fxisin(δsi)+fyicos(δsi))-b∑i＝3,4(fxisin(δsi)+fyicos(δsi))+w∑2,4(fxicos(δsi)-fyisin(δsi))-w∑1,3(fxicos(δsi)-fyisin(δsi))(8)

以及

gwi＝qi-reff×fxi(9)

控制器确定模块52接着在给出数学模型58的情况下确定控制器设计输出60，其将理想的动力学与实际动力学之间的误差最小化。例如，给出总轮胎力向量为：

f＝{f1,...,f8}^t≡{fx1,fy1,fx2,fy2,fx3,fy3,fx4,fy4}^t(10)

cg力误差向量是：

调整的cg力误差是：

所得目标函数是：

其中c表示限定致动器的可用性的贡献矩阵。例如，致动器的实时可用性可取决于任何致动器的失效和/或当前车辆配置。任何致动器的失效可由任何故障检测算法确定并且向基于拐角的控制系统10报告。当前车辆配置可以自动配置或由用户配置。例如，车辆12当前可以四轮驱动或两轮驱动操作(如由驾驶员选择)。

在确定致动器的实时可用性之后，贡献矩阵“c”重新配置成仅包括用于最佳致动分配的可用致动器。例如，矩阵“c”是其中每个对角线元素对应于特定致动器的对角线矩阵。每个对角线元素可以是一(可用)或零(不可用)。

最终解确定模块54接着在给出贡献矩阵“c”和控制设计输出60的情况下确定hvc映射的最终解62。例如，最终解62是：

假设且该关系不可逆。

返回参考图2，此后，命令混合模块使用从拐角至cg的逆映射修正cg命令。例如，使用如上文所讨论的等式，例如在给出总轮胎力向量的情况下确定逆映射：

f＝{f1,...,f8}^t≡{fx1,fy1,fx2,fy2,fx3,fy3,fx4,fy4}^t(15)

逆映射是：

其中af是上文限定的雅可比(jacobian)矩阵，且c是限定致动器的可用性的贡献矩阵。

因此，基于先前步骤的通用解析解是：

作为实例，调整的横摆力矩控制命令是命令与修正的线性组合：

其中κiz＝κiz(lf,lr,t,reff,δ,wj)且γiz＝γiz(lf,lr,t,reff,δ,wj)。表示车轮动力学(修正)的较高层级控制器输出，且lf,lr,t,reff,δ,wj分别表示前车轴和后车轴与cg的距离、轮距、有效半径、转向角以及最终hvc重量。和表示基于驾驶员要求的纵向、横向力和横摆力矩的命令。

致动器控制模块34接收调整的命令40。致动器控制模块34基于调整的命令40向与车辆12的部件16a至16n相关联的致动器分配致动器级任务42。

现在参考图5和6且继续参考图1至4，流程图说明用于确定调整的命令并且基于该命令控制车辆12的一个或多个部件16a至16n的方法100和200。根据各个示例性实施例，方法100和200可结合图1的车辆12来实施并且可由图2和3的基于拐角的控制系统10来执行。如可根据本发明明白，方法100和200内的操作的顺序不限于如图5和6中所说明的顺序执行，反而可以酌情且根据本发明以一个或多个不同顺序执行。如可进一步明白，图5和6的方法100和200可以启用成连续运行、可以调度成在车辆12的操作期间以预定时间间隔运行和/或可以调度成基于预定事件运行。

首先参考图5，在各个实施例中，方法100可以开始于105。在110处接收来自cg级的现有较高层级控制器的横摆力矩数据和/或纵向和/或横向力数据(例如，等)。基于接收到的数据，在120处对每个车轮确定车轮力矩调整命令。接着在130处使用至拐角的前馈映射和至cg的逆映射混合调整命令和任何修正。此后，接着在140处向较低层级控制器发送混合后的命令以分配致动器级任务。接着较低层级控制在150处产生控制信号以基于该控制信号来控制致动器。此后，方法可以结束于160。

现在参考图6，方法200说明用于确定hvc映射的方法的各个实施例。在各个实施例中，方法200可以开始于205。在210处确定包括车轮动力学以及车体动力学的车辆动力学的通用数学模型。在220处确定控制器设计输出60。在230处确定可用致动器且在240处基于可用致动器确定最终解62。此后，方法可以结束于250。

虽然前述详细描述中已经提出了至少一个实例，但是应当明白的是，存在许多变化。还应当明白的是，示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是实例并且不旨在决不限制本发明的范围、适用性或配置。实情是，前文详细描述将给本领域技术人员提供用于实施示例性实施例或多个示例性实施例的便捷指引。应当理解的是，在不脱离所附权利要求书和其合法等同物的范围的情况下，可对元件的功能和设置作出各种改变。