CN101088828A - 车辆转向控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于控制施加到车辆方向盘的转向扭矩的转向装置。提供了用于控制施加到各个车轮的纵向力的制动装置，并且提供了用于执行防滑控制和牵引力控制至少之一的控制装置。监测控制装置是否在分离路面上执行控制。基于施加到左右车轮的纵向力差以及转弯状态量和其目标量之间的转弯状态量偏差控制转向扭矩。基于在分离路面上执行防滑控制和牵引力控制之一时所得到的车辆转弯状态计算目标转弯状态量。

Description

车辆转向控制设备

技术领域

本发明涉及一种车辆转向控制设备，尤其是涉及一种能够在车辆转弯时利用在μ分离路面上执行的牵引力控制或防滑控制抑制车辆偏斜的车辆转向控制设备。

背景技术

在对应于美国专利申请公开No.20050189163A1的涉及用于稳定车辆的稳定性补偿系统的日本专利公报No.2004-532153中提供了一种系统，在执行分离μ(可称之为μ分离)制动操作导致不平衡制动扭矩从而使车辆稳定性变劣时，所述系统能够通过调节方向盘稳定车辆。在美国专利申请公开中描述到，提供了一种车辆稳定性补偿系统，该系统用于在分离μ制动操作期间动态调节转向系统的转向感和自对中位置，所述调节基于至少一个操作变量，该操作变量代表经由驾驶员反馈控制器追加到主要EAS辅助扭矩的车辆修正转向角，从而维持了车辆的稳定性和可控制性。

然后，其描述到，一个可能的代表修正转向角的操作变量是制动偏航力矩。其例如可通过以下方法估算，产生左前轮和右前轮处的制动压力并且将其相减，将差值乘以一个常数以给出前轮制动力差，并且将结果除以车辆轮距。制动偏航力矩乘以放大系数得到修正转向角。第二个可能的代表修正转向角的操作变量是偏航振动。其例如可通过以下方法估算，求得偏航率信号的倒数，将其乘以放大系数并且利用该结果作为提供偏航振动修正的反馈信号。并且，还描述到，通过(车轮处的)转向角输入、偏航力矩扰动输入和车速驱动车辆模型。

此外，日本专利No.2676726公开了防滑控制下的压力估算，其将在下文描述，日本专利No.3443951公开了牵引力控制下的压力估算，其将在下文描述。

然而，根据日本专利公报No.2004-532153中公开的发明，其涉及一种用于稳定车辆的稳定性补偿系统，当在左前轮和右前轮处提供的摩擦系数不同的所谓μ分离路面上执行防滑控制时，只要车辆驾驶员遵从该控制，则该控制是完全占优的。然后，其构造成基于左前轮和右前轮之间的制动压力差或在车速和转向角基础上做出的估算偏航率(可称之为目标偏航率)与实际偏航率之间的误差得到修正转向角，并且基于修正转向角控制电动辅助转向系统(可称之为电动转向系统)的辅助扭矩。

关于电动转向系统，方向盘和转向车轮互相机械连接以通过转向齿轮比提供一对一的关系。根据前述公报No.2004-532153公开的控制完全占优的系统，可以基于车速和转向角计算目标偏航率，即使在车辆转弯过程中存在μ分离路面的情况也是如此。然而，根据这种车辆驾驶员的转向操纵占优并且旨在用转向扭矩辅助车辆驾驶员操纵的辅助系统，难以判断方向盘的转向角是否为车辆驾驶员的意愿所致，即，该转向角为车辆驾驶员的操纵还是该控制所致的结果。因此，使其不能基于车速和转向角确定目标偏航率。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于控制车辆偏斜的转向控制设备，在车辆转弯时利用在μ分离路面上执行的防滑控制或牵引力控制在左右车轮之间产生纵向力差，确保车辆的稳定性。

为了实现上述的和其它目的，在车辆中设置了一种转向控制设备，其中所述车辆包括用于控制施加到所述车辆方向盘的转向扭矩的转向装置、用于独立控制施加到所述车辆各个车轮的纵向力的制动装置和用于通过所述制动装置执行防滑控制和牵引力控制至少之一的控制装置。所述转向控制设备包括：纵向力差计算装置，其用于计算沿车辆的横向施加到所述车辆左、右车轮的纵向力差；转弯状态量检测装置，其用于检测所述车辆的转弯状态量；目标状态量计算装置，其用于计算所述车辆的目标转弯状态量；以及偏差计算装置，其用于计算由所述转弯状态量检测装置检测到的转弯状态量和由所述目标状态量计算装置计算出的目标转弯状态量之间的转弯状态量偏差。然后，所述转向装置基于由所述纵向力差计算装置计算出的纵向力差和由所述偏差计算装置计算出的转弯状态量偏差控制转向扭矩。所述目标状态量计算装置监测所述控制装置是否在所述车辆的左、右侧提供有不同摩擦系数的分离路面上执行该控制，并且所述目标状态量计算装置基于在分离路面上执行防滑控制和牵引力控制之一时所得到的所述车辆的转弯状态计算目标转弯状态量。

对于车辆转弯状态量，可使用车辆的偏航率或横向加速度。

优选地，所述转向控制设备进一步包括：第一目标值计算装置，其用于基于由所述纵向力差计算装置计算出的纵向力差计算所述转向扭矩的第一目标值；和第二目标值计算装置，其用于基于由所述偏差计算装置计算出的转弯状态量偏差计算所述转向扭矩的第二目标值。所述转向装置基于第一目标值和第二目标值控制转向扭矩。

所述第一目标值计算装置可提供用于第一目标值的第一极限，所述第二目标值计算装置可提供用于第二目标值的第二极限。并且，第二极限设定为小于第一极限。

优选地，第一目标值和第二目标值被求和以提供其总和，所述转向装置基于第一目标值和第二目标值的总和控制转向扭矩。

此外，为第一目标值和第二目标值的总和设置了第三极限。

附图说明

参照附图将更易理解上述目的和以下的说明，其中相同的附图标记表示相同的部件，其中：

图1是根据本发明实施方式的转向控制设备的示意性框图；

图2是具有根据本发明实施方式的转向控制设备的车辆的示意性框图；

图3是根据本发明实施方式的转向控制示例的流程图；

图4是根据本发明实施方式的用于计算反向转向追加扭矩目标值的示例的流程图；

图5是根据本发明实施方式的目标转弯状态量计算装置的示例的框图；

图6是根据本发明实施方式的目标反向转向追加扭矩确定装置的框图；

图7是根据本发明实施方式的用于确定纵向力差追加扭矩目标值的映射图示例；以及

图8是根据本发明实施方式的用于确定状态量偏差追加扭矩目标值的映射图示例。

具体实施方式

参照图1，其示意性地图示了根据本发明实施方式的转向控制设备，其可称为电动转向控制设备。由车辆驾驶员操纵的方向盘SW与转向车轮机械连接，转向车轮一般为前轮WHfr和WHfl，如图1所示。当方向盘SW被操纵时，其旋转运动通过转向轴SH传递到小齿轮PN。然后，借助于与小齿轮PN啮合的齿条RK，小齿轮PN的旋转运动转化为齿条RK的往复运动。根据齿条RK的运动，通过拉杆TR推动转向节臂KL，因此根据方向盘SW的操纵转向了转向车轮WHfr和WHfl。转向轴SH通过减速机构(未示出)与电动马达MT连接。因此，借助于电动马达MT的输出，减小了车辆驾驶员操纵方向盘SW所需的力，实现了所谓的动力转向控制。

如图1所示，提供了转向扭矩检测装置ST用于检测施加到方向盘SW的转向扭矩Ts，并且基于转向扭矩检测装置ST的检测结果，在目标动力转向辅助扭矩确定装置M1中计算出动力转向辅助扭矩目标值Tps以减小车辆驾驶员操纵方向盘SW所需的力。在图1所示的车辆中，提供了ABS/TCS控制装置M2用于执行防滑控制(ABS)和牵引力控制(TCS)至少之一。在本实施方式中，根据传统的防滑控制或牵引力控制，可借助于制动装置M0防止车轮滑动或旋转。并且，在左、右车轮提供有不同摩擦系数的路面即所谓的μ分离路面上执行防滑控制或牵引力控制的情况下，指示执行该控制的控制标记Flg被设为ON状态。

特别地，在车辆的转弯操作中，如果施加到各个车轮的制动扭矩在μ分离路面上可控的话，则根据制动装置实施的防滑控制或牵引力控制，将在左、右车轮上产生不同的制动力或驱动力。在这种情况下，可使用液压压力传感器(在图2中由PSxx指示)的检测结果。或者，即使没有提供液压压力传感器，也可以基于制动装置的致动状态通过公知方法计算出制动扭矩。关于防滑控制中的液压压力的估算，已经在前述的日本专利No.2676726中公开，牵引力控制情况下的液压压力估算在日本专利No.3443951中公开。此外，可以使用下面描述的电子制动控制单元(在图2中由ECU2指示)中计算出的轮缸压力目标值。制动控制装置不限于通过上述的液压压力施加制动扭矩的装置，还可以采用电动制动装置(未示出)。在使用电动制动装置的情况下，有待通过纵向力估算装置M3检测的对象即为用于致动电动制动装置的电动马达的输出或输入，因此可以使用用于控制电动马达的目标值。

基于上述纵向力估算装置M3计算出的车轮纵向力，通过纵向力差计算装置M4计算出施加到左、右车轮的纵向力之间的差。此外，车辆设置有用于检测车速Vx的车速检测装置M6和用于检测车辆转弯状态量的转弯状态量检测装置M7。车速Vx可基于设置在各个车轮上的轮速传感器(在图2中由WSxx指示)的检测结果计算。对于转弯状态量，可提供偏航率Yr或横向加速度Gy来指示车辆的转弯状态。

在ABS/TCS控制装置M2中，基于在μ分离路面上执行防滑控制或牵引力控制时得到的车速和转弯状态量，将控制标记Flg设为ON状态，得到作为基准的转弯半径(下文，称之为基准半径)Ro。由于总是能够监测到车速和转弯状态，所以上述的车速和转弯状态包括在控制标记Flg已经变为ON状态时得到的特定车速和转弯状态或在该时刻之前即刻得到的车速或转弯状态，其可作为连续监测结果得到。然后，基于转弯半径Ro和车速Vx，通过目标状态量计算装置M8计算出目标转弯状态量。在这种情况下，由于传统道路形状形成为回旋曲线，其曲率将不会快速变化。因此，根据本实施方式的目标状态量计算装置M8，基于控制标记Flg已经变为ON状态时或该时刻之前即刻得到的车速和转弯状态，将得到车辆转弯所沿道路的基准半径Ro，因此将基于基准半径Ro计算出转弯状态的目标量。

此外，根据偏差计算装置M9，计算出转弯状态量检测装置M7检测到的实际转弯状态量和目标状态量计算装置M8计算出的目标转弯状态量之间的转弯状态量偏差。基于纵向力差计算装置M4计算出的纵向力差和偏差计算装置M9计算出转弯状态量偏差，目标反向转向追加扭矩确定装置M5可计算出反向转向追加扭矩目标值Tcs。并且，反向转向追加扭矩目标值Tcs追加到目标动力转向辅助扭矩确定装置M1的目标值Tps以输出致动电动马达MT的指令值，电动马达MT基于该指令值被马达控制装置M10控制。相应地，这些装置M1、M5和M10以及电动马达MT等构成了本发明的转向装置。

转向控制设备安装在如图2所示的车辆中。在车轮WHxx上分别设置了连接到电子控制单元ECU的轮速传感器WSxx，并且具有与各个车轮的转速成比例的脉冲的信号即轮速信号通过轮速传感器WSxx馈送到电子控制单元ECU，其中“xx”表示各个车轮，即，“fr”表示在从驾驶员座椅位置观察时位于右前侧的车轮，“fl”表示左前侧车轮，“rr”表示右后侧车轮，“rl”表示左后侧车轮。另外，用于检测方向盘SW的转向角δf的转向角传感器SA、用于检测转向扭矩Ts的转向扭矩传感器ST、用于检测车辆纵向加速度Gx的纵向加速度传感器GX、用于检测车辆横向加速度Gy的横向加速度传感器GY、用于检测车辆偏航率Yr的偏航率传感器YR等连接到电子控制单元ECU。在电子控制单元ECU中，设置了转向控制单元ECU1、制动控制单元ECU2、节气门控制单元ECU3等，它们都通过通讯中使用的具有CPU、ROM和RAM的通讯单元连接到通讯总线。因此，各个控制单元的信息可被共用。

根据转向控制单元ECU1，基于转向扭矩传感器ST检测到的转向扭矩Ts执行传统的动力转向控制以减小车辆驾驶员操纵方向盘的力量。此外，根据转向控制单元ECU1，施加转向扭矩以使得车辆驾驶员执行合适的反向转向，这将在下文描述。根据制动控制单元ECU2，基于轮速传感器WSxx的检测结果，通过如图1所示的用作制动装置M0的制动控制装置BRK控制施加到各个车轮的制动扭矩以如以前那样执行防滑控制和牵引力控制。也就是，根据防滑控制，如果判断出车轮趋于锁止并且其可能被锁止，则施加到车轮的制动扭矩将被调节。并且，根据牵引力控制，如果判断出车轮趋于旋转并且其可能旋转，则通过节气门控制单元ECU3沿关闭节气门的方向致动节气门以减小发动机输出，并且制动扭矩将施加到可能旋转的车轮，从而抑制车轮旋转。在各个车轮WHxx上设置了液压压力传感器PSxx以精确地控制制动扭矩。

接下来将参照图3所示的流程图描述上述构造的转向控制设备的操作。起初，程序在步骤101对系统进行初始化，并且在步骤102读取由各种传感器检测到的信号和通讯总线上的通讯信号。然后，程序进行到步骤103，在这里通过滤波等对信号进行处理。接下来，在步骤104，基于转向扭矩Ts计算为动力转向控制提供的辅助扭矩目标值Tps。然后，程序进行到步骤105，在这里，计算出促使车辆驾驶员执行反向转向操纵的反向转向追加扭矩目标值Tcs，其将参照图4详细描述。程序继续进行到步骤106，在这里将反向转向追加扭矩目标值Tcs追加到动力转向辅助扭矩目标值Tps，因此基于追加的结果(Tps+Tcs)计算出电动马达MT的电流指令值。然后，基于电流指令值，在步骤107控制电动马达MT。

根据图4所示的流程图计算上述反向转向追加扭矩目标值Tcs。起初，在步骤201读取指示执行防滑控制或牵引力控制的控制标记。该控制标记包括指示在左、右车轮提供有不同摩擦系数的μ分离路面上执行防滑控制或牵引力控制的控制标记Flg。并且，在图3的步骤103处理的信号在步骤202处读取。然后，基于读取的控制标记，在步骤203判断出是否在μ分离控制下执行了μ分离路面上的防滑控制或牵引力控制。如果判断出没有执行μ分离控制，则程序进行到步骤207，在这里反向转向追加扭矩目标值Tcs被设为零(0)，因此将不会执行用于诱发辅助转向的反向转向的转向扭矩控制，下文称之为反向转向辅助。相反，如果在步骤203判断出执行了μ分离控制，则程序进行到步骤204，在这里进行车轮的纵向力差ΔFx，随后程序进行到步骤205计算转弯状态量偏差(偏航率偏差ΔYr)。然后，在步骤206，基于纵向力差ΔFx和转弯状态量偏差(偏航率偏差ΔYr)计算出反向转向追加扭矩目标值Tcs。

如上所述，不仅基于左、右车轮之间的纵向力差还基于转弯状态量偏差计算出为反向转向追加控制提供的反向转向追加扭矩目标值Tcs。因此，由在μ分离路面上执行的防滑控制或牵引力控制导致的车辆偏斜可以得到有效地抑制。

接下来将参照图5描述图1所示目标状态量计算装置M8执行的目标转弯状态量计算。转弯状态量(偏航率Yr)、车速Vx和在μ分离路面上执行防滑控制或牵引力控制时被设为ON状态的控制标记Flg被馈送到目标状态量计算装置M8。在偏航率Yr被用作转弯状态量的情况下，基于控制标记Flg已经变为ON状态时或该时刻之前即刻得到的车速Vxo和偏航率Yro，在基准半径设定装置M81计算出基准半径Ro为Ro＝Vxo/Yro。并且，基于基准半径Ro和车速Vx，在目标状态量计算装置M82计算出目标转弯状态量。即，对于目标转弯状态量，目标偏航率Yrt通过Yrt＝Vx/Ro计算。

由于如上所述道路的形状形成为回旋曲线并且其曲率不会快速变化，所以当在μ分离路面上执行防滑控制或牵引力控制时，基于控制标记Flg被设为ON状态下得到的车速和转弯状态量可得到车辆转弯所沿道路的基准半径Ro，从而可基于基准半径Ro得到目标转弯状态量。然而，在车辆直线行驶的情况下，在控制标记Flg变为ON状态时或在该时刻之前即刻得到的基准半径Ro将变为无限大(∞)，因此目标转弯状态量(目标偏航率)将为零。然后，将车辆转弯状态量检测装置M7检测到实际转弯状态量与目标状态量计算装置M8计算出的目标转弯状态量进行比较，从而通过偏差计算装置M9计算出它们之间的偏差，提供了偏航率偏差ΔYr。

接下来将参照图6描述目标反向转向追加扭矩确定装置M5执行的反向转向追加扭矩目标值Tcs的计算。通过纵向力差计算装置M4计算出的纵向力差ΔFx和通过偏差计算装置M9计算出的转弯状态量偏差(偏航率偏差ΔYr)被馈送到目标反向转向追加扭矩确定装置M5。根据图6所示的纵向力差追加扭矩确定装置M51，按照图7所示的预定特性，基于纵向力差ΔFx计算出纵向力差追加扭矩目标值Tcsf。而且，根据偏差差追加扭矩确定装置M52，按照图8所示的预定特性，基于转弯状态量偏差(偏航率偏差ΔYr)计算出状态量偏差追加扭矩目标值Tcsy。并且，纵向力差追加扭矩目标值Tcsf追加到状态量偏差追加扭矩目标值Tcsy，从而输出反向转向追加扭矩目标值Tcs。在计算纵向力差追加扭矩目标值Tcsf时，可由图6中的虚线指示的第一极限设定装置M53提供图7中的虚线指示的极限Tmf和-Tmf。同样，在计算状态量偏差追加扭矩目标值Tcsy时，可由图6中的虚线指示的第二极限设定装置M54提供图8中的虚线指示的极限Tmy和-Tmy。

代替上述实施方式中用作转弯状态量的偏航率Yr，可使用横向加速度Gy。在从横向加速度Gy被用作转弯状态量的情况下，在参照图4-8的说明中，可用“横向加速度”代替“偏航率”。因此，在如图5所示的基准半径设定装置M81中使用横向加速度Gy作为转弯状态量的情况下，如果在控制标记Flg变为ON状态时或在该时刻之前即刻得到的横向加速度被设为“Gyo”，则在目标状态量计算装置M82中可通过Ro＝Vxo²/Gyo计算出基准半径Ro。

根据如上所述的状态量偏差追加扭矩目标值Tcsy的计算，在用于防滑控制或牵引力控制的μ分离控制被用作基准的开始，得到了车辆转弯半径。并且，倘若转弯半径不改变，则待计算的是状态量偏差。在μ分离控制期间需要操纵方向盘的情况下，状态量偏差可能导致控制误差。因此，在这种情况下，为了容易地超控状态量偏差追加扭矩目标值Tcsy，可以提供诸如极限Tmf＞极限Tmy之类的关系，该关系是它们绝对值量级之间的关系。

此外，尽管提供了反向转向辅助控制促使车辆驾驶员执行反向转向，但是也存在车辆驾驶员不需要该辅助控制的情况。在这种情况下，可通过第三极限设定装置M55为纵向力差追加扭矩目标值Tcsf和状态量偏差追加扭矩目标值Tcsy的追加结果设定第三极限。借助于第三极限，车辆驾驶员能够容易地超控反向转向辅助控制。

Claims (8)

1.一种车辆转向控制设备，所述车辆具有用于控制施加到所述车辆方向盘的转向扭矩的转向装置、用于独立控制施加到所述车辆各个车轮的纵向力的制动装置和用于通过所述制动装置执行防滑控制和牵引力控制至少之一的控制装置，所述转向控制设备包括：

纵向力差计算装置，其用于计算沿车辆的横向施加到所述车辆左、右车轮的纵向力差；

转弯状态量检测装置，其用于检测所述车辆的转弯状态量；

目标状态量计算装置，其用于计算所述车辆的目标转弯状态量；以及

偏差计算装置，其用于计算由所述转弯状态量检测装置检测到的转弯状态量和由所述目标状态量计算装置计算出的目标转弯状态量之间的转弯状态量偏差，

其中所述转向装置基于由所述纵向力差计算装置计算出的纵向力差和由所述偏差计算装置计算出的转弯状态量偏差控制转向扭矩，并且其中所述目标状态量计算装置监测所述控制装置是否在所述车辆的左、右侧提供有不同摩擦系数的分离路面上执行该控制，并且其中所述目标状态量计算装置基于在分离路面上执行防滑控制和牵引力控制之一时所得到的所述车辆的转弯状态计算目标转弯状态量。

2.如权利要求1所述的转向控制设备，进一步包括：

第一目标值计算装置，其用于基于由所述纵向力差计算装置计算出的纵向力差计算所述转向扭矩的第一目标值；和

第二目标值计算装置，其用于基于由所述偏差计算装置计算出的转弯状态量偏差计算所述转向扭矩的第二目标值，其中所述转向装置基于第一目标值和第二目标值控制转向扭矩。

3.如权利要求2所述的转向控制设备，其中所述第一目标值计算装置提供用于第一目标值的第一极限，所述第二目标值计算装置提供用于第二目标值的第二极限。

4.如权利要求3所述的转向控制设备，其中第二极限设定为小于第一极限。

5.如权利要求2所述的转向控制设备，其中第一目标值和第二目标值被求和以提供其总和，并且其中所述转向装置基于第一目标值和第二目标值的总和控制转向扭矩。

6.如权利要求5所述的转向控制设备，其中为第一目标值和第二目标值的总和设置第三极限。

7.如权利要求1所述的转向控制设备，其中所述转弯状态量检测装置包括用于检测所述车辆偏航率的偏航率传感器，所述偏航率用作所述车辆的转弯状态量。

8.如权利要求1所述的转向控制设备，其中所述转弯状态量检测装置包括用于检测所述车辆横向加速度的横向加速度传感器，所述横向加速度用作所述车辆的转弯状态量。

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