CN101372230A - 车辆驾驶控制装置 - Google Patents

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CN101372230A CNA2008102140025A CN200810214002A CN101372230A CN 101372230 A CN101372230 A CN 101372230A CN A2008102140025 A CNA2008102140025 A CN A2008102140025A CN 200810214002 A CN200810214002 A CN 200810214002A CN 101372230 A CN101372230 A CN 101372230A
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隈部肇
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Abstract

一种车辆驾驶控制装置(5)，包括：初定请求加速度计算装置(30)，其用于计算初定请求加速度；自动驾驶控制装置(50)，其用于接收所述初定请求加速度并对各个车轮施加预定力矩；力矩计算装置(31)，其用于基于施加到各个车轮上的竖向载荷和路面摩擦系数来计算在施加到各个车轮时不引起各个车轮打滑的容许力矩；极限加速度计算装置(32)，其用于计算在所计算出的容许力矩施加到各个车轮的情况下作用在车辆(1)上的极限加速度；以及请求加速度确定装置(33)，其用于基于所述极限加速度和初定请求加速度来获得请求加速度，并用于将所述请求加速度替代初定请求加速度输出到自动驾驶控制装置(50)。

Description

车辆驾驶控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于自动驾驶车辆并同时防止各个车轮发生打滑的车辆驾驶控制装置。
背景技术
常规地，车辆驾驶控制装置通过执行例如巡航控制或自适应巡航控制(ACC)来自动地驾驶车辆，通过该巡航控制驾驶车辆使得在驾驶员不进行加速操作的情况下保持设定的车速，通过该自适应巡航控制驾驶车辆使得在驾驶员不进行加速操作或制动操作的情况下与行驶在本车辆前方的车辆(在下文中称为前行车辆)保持预定距离。
例如，在车辆行驶于低摩擦系数路面的情况下，用于自动驾驶车辆的驱动力矩、制动力矩等可能变得过大，从而引起车辆各车轮打滑。因此，传统的车辆驾驶控制装置具有缺点，使得车辆的驾驶状态可能变得不稳定，且车辆的自动驾驶可能由于发生打滑而被迫撤销。为了消除上述缺点，在JP2004-17731A中公开的车辆驾驶控制装置当在预期行进路线中存在低摩擦系数路面时通过以下方法自动驾驶车辆并同时防止发生打滑，即基于路面的摩擦系数计算防止发生打滑的极限车速，然后在车辆到达所涉及路面之前将车速减小到该极限车速。
车轮是否发生打滑基于路面摩擦系数与作用在车轮上的力矩之间的关系而确定。因此，在JP2004-17731A中公开的仅仅抑制车速的车辆驾驶控制装置的情况下，没有考虑路面摩擦系数与作用在车轮上的力矩之间的关系。因此，JP2004-17731A中公开的车辆驾驶控制装置可能不能适当且稳妥地抑制打滑的发生。
因此，存在对自动驾驶车辆并同时能够适当且稳妥地防止发生打滑的车辆驾驶控制装置的需求。
发明内容
根据本发明一个方面，一种车辆驾驶控制装置包括:初定请求加速度计算装置，所述初定请求加速度计算装置用于计算用来控制车辆驾驶状态的初定请求加速度；自动驾驶控制装置，所述自动驾驶控制装置用于接收所述初定请求加速度并在自动驾驶控制中基于所输入的初定请求加速度对各个车轮施加预定力矩；力矩计算装置，所述力矩计算装置用于基于施加到各个车轮上的竖向载荷和路面摩擦系数来计算在施加到各个车轮时不引起各个车轮打滑的容许力矩；极限加速度计算装置，所述极限加速度计算装置用于计算在所计算出的容许力矩施加到各个车轮的情况下作用在车辆上的极限加速度；以及请求加速度确定装置，所述请求加速度确定装置用于基于所述极限加速度和初定请求加速度来获得作为实际作用在车辆上的加速度的请求加速度，并用于将所述请求加速度替代初定请求加速度输出到自动驾驶控制装置。
因此，极限加速度计算装置计算极限加速度时考虑了施加到各个车轮上的竖向载荷、路面摩擦系数和各个车轮的容许力矩。在自动驾驶车辆使其不超过极限加速度的情况下，防止各个车轮发生打滑。另一方面，为了自动地驾驶车辆，自动驾驶控制装置基于连续输入的加速度对车轮施加预定力矩。在自动驾驶控制装置对各个车轮施加预定力矩时，请求加速度确定装置基于极限加速度和初定请求加速度来计算在各个车轮处不引起由于作用在车辆上的加速度而发生打滑的情况下的请求加速度。然后，请求加速度确定装置将请求加速度替代初定请求加速度输出到自动驾驶控制装置。因此，自动驾驶控制装置基于连续输入的加速度对各个车轮施加预定力矩，使得在不引起各个车轮打滑的情况下自动地驾驶车辆。因而，本发明的控制装置实现了稳定的车辆自动驾驶而不引起打滑。
根据本发明另一方面，请求加速度确定装置配置成在初定请求加速度等于或小于极限加速度的情况下将初定请求加速度确定为请求加速度，并在初定请求加速度大于极限加速度的情况下将极限加速度确定为请求加速度。
因此，请求加速度确定装置将极限加速度与初定请求加速度作比较，并确保计算出的请求加速度不超过极限加速度。因此，确保防止车轮打滑，并且使得车辆的自动驾驶变得更稳定。
根据本发明又一方面，力矩计算装置配置成基于施加到各个车轮上的竖向载荷来计算各个车轮的容许力矩，所述竖向载荷是基于由车辆的重心位置和轴距所决定的关于各个车轮的静态重量分布、以及由路面梯度的影响所决定的关于各个车轮的动态重量分布而计算出的。
施加到各个车轮上的竖向载荷响应于路面梯度而变化。例如，在上坡路上驾驶车辆的情况下，施加到前轮上的载荷减小而施加到后轮上的载荷增大。另一方面，在下坡路上驾驶车辆的情况下，施加到前轮上的载荷增大而施加到后轮上的载荷减小。因此，各个车轮的打滑趋势响应于路面梯度而变化。如上所述，本发明的力矩计算装置在计算施加到各个车轮上的竖向载荷时除了考虑静态重量分布之外，还考虑了响应于路面梯度而计算出的动态重量分布。所以，本发明的车辆驾驶控制装置广泛地适用于各种路面状况，且车辆的自动驾驶变得更稳定。
根据本发明又一方面，请求加速度确定装置配置成将容许加速度变化率确定成使得由自动驾驶控制装置施加到各个车轮上的力矩落在预定范围内，且配置成基于所确定的容许加速度变化率将所计算的请求加速度输出到自动驾驶控制装置。
在对各个车轮施加所述力矩时，例如，自动驾驶控制装置执行用于基于所输入的请求加速度和当前加速度之间的偏差来计算加速度调整量的反馈计算，然后自动驾驶控制装置响应于该加速度调整量对各个车轮施加所述力矩。当请求加速度的变化率在自动驾驶控制装置对各个车轮施加所述力矩的情况下增大时，由反馈计算所计算出的加速度调整量变大，并且可能发生所谓的过冲，在发生过冲时，作用在车辆上的加速度超过极限加速度。因此，施加到各个车轮上的力矩可能超过容许力矩，且各个车轮可能发生打滑。因此，为了防止各个车轮发生过冲和打滑，本发明的请求加速度确定装置不仅将所计算出的请求加速度输出到自动驾驶控制装置，而且将容许加速度变化率确定成使得施加到各个车轮上的力矩落在所述预定范围内，然后请求加速度确定装置将请求加速度和容许加速度变化率输出到自动驾驶控制装置。因此，自动驾驶控制装置防止由反馈计算所计算出的加速度调整量增加过大，并将作用在车辆上的加速度控制成变得小于极限加速度。因而，提高了反馈计算的可靠性，且车辆的自动驾驶控制变得稳定。
根据本发明又一方面，所述预定范围基于当所述力矩施加到各个车轮上时不引起各个车轮打滑的范围进行设定。
因此，请求加速度确定装置将容许加速度变化率确定成使得由自动驾驶控制装置施加到各个车轮上的力矩落在所述力矩不引起各个车轮打滑的范围内。从而，确保防止各个车轮发生打滑，且使得车辆的自动驾驶控制变得更加稳定。
附图说明
从参照附图考虑的下述详细描述中，本发明的前述和另外的特征及特点将变得更加明显，所述附图中:
图1是示意性地示出车辆结构的视图；
图2是示出液压制动装置的配置的视图；
图3是示出车辆控制装置的配置的框图；
图4是示出电控单元的详细框图；
图5是示出施加请求加速度的情况下的加速度变化率的图；
图6是示出在车辆被自动驾驶的情况下所执行的过程的流程图；
图7是示出计算路面梯度的过程的流程图；
图8是示出计算路面摩擦系数的过程的流程图；以及
图9是示出计算容许力矩、极限加速度以及容许加速度变化率的过程的流程图。
具体实施方式
下面将根据附图描述关于本发明的车辆驾驶控制装置的实施方式。在该实施方式中，在自动驾驶控制中使用的术语“加速度”还包括由例如与驱动力矩相关联的发动机制动所引起的负加速度。
本发明简要概述
在自动驾驶控制中，车辆控制装置对各个车轮施加预定力矩，使得该车辆控制装置自动地并稳定地驾驶车辆而不引起打滑，所述预定力矩连续地变化并且基于用于控制车辆驾驶状态的初定请求加速度而获得。所述初定请求加速度是在例如巡航控制或自适应巡航控制(ACC)中确定的加速度。为了实现这些功能，在自动驾驶控制中，车辆驾驶控制装置基于施加到各个车轮的竖向载荷和路面摩擦系数来计算各个车轮的容许力矩，然后计算在容许力矩施加到各个车轮的情况下不引起各个车轮打滑的极限加速度。然后，车辆驾驶控制装置将所述极限加速度与初定请求加速度作比较，以获得不引起各个车轮的打滑的请求加速度。车辆驾驶控制装置将基于替换所述初定请求加速度的所述请求加速度计算出的预定力矩施加到车辆的各个车轮。
下面将对具有相关于本发明的实施方式的车辆驾驶控制装置的车辆进行描述。
车辆的示意性结构
如图1所示，车辆1包括四个车轮FR、FL、RR和RL、发动机2、变速器3、差速器4、电控单元5以及液压制动装置6。该实施方式的车辆驾驶控制装置对应于电控单元5。FR表示右前轮，FL表示左前轮，RR表示右后轮，RL表示左后轮。车辆1构造为后轮驱动系统，其中发动机2的输出经由变速器3和差速器4传递到右后轮RR和左后轮RL。驱动系统不限于该实施方式的后轮驱动系统，而是车辆1可构造成具有右前轮FR和左前轮FL被驱动的前轮驱动系统，或四个车轮中每一个都被驱动的四轮驱动系统。
车辆1设有用于检测相应车轮的速度(在下文中称为轮速)的轮速传感器7。轮速传感器7构造为具有与右前轮FR相对应的右前轮传感器7FR、与左前轮FL相对应的左前轮传感器7FL、与右后轮RR相对应的右后轮传感器7RR以及与左后轮RL相对应的左后轮传感器7RL，从而各个车轮的速度都由相应的轮速传感器7独立检测。另外，车辆1设有用于检测车辆1前后方向上的加速度的加速度传感器G、用于检测车辆1和行进在车辆1前方的车辆(在下文中称为前行车辆)之间的距离的雷达传感器R。
液压制动装置的配置
下面将参照图2描述液压制动装置6的配置。液压制动装置6包括:主缸8，所述主缸8用于响应于驾驶员施加的制动操作力而产生主缸液压；和液压回路10，所述液压回路10用于将主缸液压传递到各个车轮FR、FL、RR和RL的轮缸9。轮缸9FR、9FL、9RR和9RL设置在相应的车轮FR、FL、RR和RL处。
主缸8形成为具有两个液压腔室(未示出)的串列式缸。主缸8在通过在增压器(未示出)处提高制动操作力而产生的力的作用下产生主缸液压。另外，主缸8设有用于供应制动流体并储存多余的制动流体的主缸储存器(未示出)。
液压回路10形成有第一液压回路10a和第二液压回路10b，第一液压回路10a用于建立主缸8的一个液压腔室与右后轮RR的右后轮缸9RR和左后轮RL的左后轮缸9RL之间的连通；第二液压回路10b用于建立主缸8的另一个液压腔室与右前轮FR的右前轮缸9FR和左前轮FL的左前轮缸9FL之间的连通。
第一液压回路10a设有改变流体连通状态的线性控制阀11a。在第一液压回路10a处设有用于主缸8的止回阀12a(在下文中称为主缸止回阀12a)，所述主缸止回阀12a布置成与线性控制阀11a并联，而且所述主缸止回阀12a允许制动流体从主缸8流到轮缸9并抑制制动流体从轮缸9流到主缸8。主缸8的止回阀12a构造成即使线性控制阀11a处于流体连通中断状态也允许制动流体从主缸8流到轮缸9，以将主缸液压施加到轮缸9。流体连通状态指的是在主缸和轮缸9之间建立的制动流体流动的状态。流体连通中断状态指的是主缸和轮缸9之间的制动流体流动中断的状态。
第一液压回路10a在比线性控制阀11a更靠近轮缸9的下游侧处分支成第一支路液压回路13a和第二支路液压回路14a。第一支路液压回路13a连接到右后轮缸9RR，第二支路液压回路14a连接到左后轮缸9RL。在第一支路液压回路13a处设有可切换到两个位置(即流体连通位置和流体连通中断位置)的第一常开控制阀15a(常开阀15a)。当该常开控制阀15a处于流体连通位置时，在主缸8和右后轮缸9RR之间的制动流体流动建立。当该常开控制阀15a处于流体连通中断位置时，主缸和右后轮缸9RR之间的制动流体流动中断。与第一常开控制阀15a并联地布置有第一止回阀16a，第一止回阀16a允许制动流体从右后轮缸9RR流到主缸8并抑制制动流体从主缸8流到右后轮缸9RR。同样地，第二支路液压回路14a设有与第一常开控制阀15a相对应的第二常开控制阀17a以及与第一止回阀16a相对应的第二止回阀18a。
第一液压回路10a包括连接下面两个流体通道的支路连接回路19a，这两个流体通道是:在比第一常开控制阀15a更靠近右后轮缸9RR的下游侧处从第一支路液压回路13a分支出的流体通道；以及在比第二常开控制阀17a更靠近左后轮缸9RL的下游侧处从第二支路液压回路14a分支出的流体通道。在支路连接回路19a中从第一支路液压回路13a分支出的流体通道处设有可切换到两个位置(即流体连通位置和流体连通中断位置)的第一常闭控制阀20a(常闭阀20a)。同样地，在支路连接回路19a中从第二支路液压回路14a分支出的流体通道处设有可切换到两个位置(即流体连通位置和流体连通中断位置)的第二常闭控制阀21a。支路连接回路19a在第一液压回路10a中进一步延伸成连接到位于线性控制阀11a与第一开控制阀15a和第二常开控制阀17a之间的一点。在支路连接回路19a中的下述回路中依次设置液压泵22a、第三止回阀23a以及阻尼器24a，即，从来自右后轮缸9RR的制动流体的流动与来自左后轮缸9RL的制动流体的流动汇合的点处延伸到在第一液压回路10a中的线性控制阀11a与第一常开控制阀15a和第二常开控制阀17a之间的所述点的回路。更具体地说，液压泵22a在支路连接回路19a中设置成比第三止回阀23a和阻尼器24a更靠近轮缸9，第三止回阀23a设置成比液压泵22a更靠近线性控制阀11a，阻尼器24a在支路连接回路19a中设置成最靠近线性控制阀11a。液压泵22a构造成由马达25以可旋转的方式驱动，并将制动流体加压到预定压力且然后排出加压制动流体。在第一常闭控制阀20a和第二常闭控制阀21a与液压泵22a之间的支路连接回路19a中设置有储存器26a。储存器26a在第一液压回路10a中连接在主缸8和线性控制阀11a之间。
上面描述了液压回路10中的第一液压回路10a。第二液压回路10b与第一液压回路10a的构造基本相同，且第二液压回路10b设有与第一液压回路10a中的所设部分相似的部分。更具体而言，在第二液压回路10b中设有线性控制阀11b、第一常开控制阀15b、第二常开控制阀17b、第一常闭控制阀20b、第二常闭控制阀21b以及液压泵22b等。在表示设置于第一液压回路10a中的部分的阿拉伯数字后面添加字母“a”，在表示设置于第二液压回路10b中的部分的阿拉伯数字后面添加字母“b”，以表示相同部分。在下文中，在表示设置于第一液压回路10a和第二液压回路10b两者上的相同部分的情况下，将省去阿拉伯数字后面的字母“a”和“b”。
根据该实施方式，马达25包括配置成以可旋转的方式驱动设置于第一液压回路10a中的液压泵22a和设置于第二液压回路10b中的液压泵22b的单个马达。在液压回路10中设有用于检测主缸液压的液压传感器27(在下文中称为主缸液压传感器27)。在该实施方式中，主缸液压传感器27设置在第一液压回路10a中。然而，可以将主缸液压传感器27设置在第二液压回路10b中，而不是将主缸液压传感器27设置在第一液压回路10a中。
车辆控制装置的配置
下面将参照图3描述车辆控制装置的配置。电控单元5配置为具有包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和输入输出部分的微型计算机。电控单元5配置成使得各个传感器——诸如轮速传感器7、加速度传感器G、雷达传感器R和主缸压力传感器27等——的检测信号被输入到电控单元5。电控单元5包括用于控制发动机2的操作的发动机控制装置28以及用于控制液压制动装置6的操作的制动控制装置29。发动机控制装置28计算节气门开度、燃料喷射量等以用于输出请求驱动力矩，然后控制设置于发动机2处的节气门控制装置2a和燃料喷射装置2b的操作。节气门控制装置2a控制发动机2的节气门开度。燃料喷射装置2b控制发动机2的燃料喷射量。
制动控制装置29自动地控制液压制动装置6的操作，以对各个车轮施加请求制动力矩，而不受驾驶员进行的制动操作的影响。另外，制动控制装置29配置成通过控制各个线性控制阀11、第一常开控制阀15、第二常开控制阀17、第一常闭控制阀20、第二常闭控制阀21以及马达25的操作来自由地并单独地对各个车轮施加请求制动力矩。
下面作为示例来根据图2描述将所述请求制动力矩施加到右后轮RR的情况。为了增大轮缸压力，制动控制装置29启动马达25，将线性控制阀11a控制为处于流体连通中断状态，将第一常开控制阀15a控制为处于流体连通位置，并将第一常闭控制阀20a控制为处于流体连通中断位置。为了维持轮缸压力，制动控制装置29将线性控制阀11a控制为处于流体连通中断状态，将第一常开控制阀15a切换到流体连通中断位置，并将第一常闭控制阀20a控制为处于流体连通中断位置。
自动驾驶控制
下面将描述用于自动驾驶车辆1的自动驾驶控制。例如，由执行自动驾驶控制——例如巡航控制和自适应巡航控制(ACC)的电控单元5来自动地驾驶车辆1，巡航控制用于在驾驶员不执行加速操作的情况下以恒定的预设速度驾驶车辆，自适应巡航控制用于在驾驶员不执行加速操作和制动操作的情况下驾驶车辆并同时保持车辆1和前行车辆之间的预定距离。如图4所示，电控单元5包括初定请求加速度计算装置30、力矩计算装置31、极限加速度计算装置32、请求加速度确定装置33以及用于执行自动驾驶控制的自动驾驶控制装置50。
初定请求加速度计算装置30计算用于控制车辆1的驾驶状态的初定请求加速度，并将该初定请求加速度输出到请求加速度确定装置33。力矩计算装置31计算用于各个车轮的容许力矩，并将各个车轮的容许力矩输出到极限加速度计算装置32，所述容许力矩是在施加到车轮时不引起车轮打滑的力矩。极限加速度计算装置32计算当所计算的容许力矩施加到相应的车轮时可作用在车辆1上的极限加速度，并将该极限加速度输出到请求加速度确定装置33。请求加速度确定装置33基于所述极限加速度和初定请求加速度来计算作为实际作用在车辆1上的加速度的请求加速度，并将该请求加速度代替初定请求加速度输出到自动驾驶控制装置50。自动驾驶控制装置50在车辆1的自动驾驶控制中接收该请求加速度并基于所输入的请求加速度对车辆1的各个车轮施加预定的力矩。
在由极限加速度计算装置32计算极限加速度的过程中，考虑施加到各个车轮的竖向载荷、路面的摩擦系数以及各个车轮的容许力矩。请求加速度确定装置33不将初定请求加速度输出到自动驾驶控制装置50，而是将极限加速度与初定请求加速度作比较，以获得各个车轮不引起打滑的请求加速度，所述打滑由作用在车辆1上的加速度引起。然后，请求加速度确定装置33利用所获得的请求加速度来代替初定请求加速度，并将代替后的请求加速度输出到自动驾驶控制装置50。自动驾驶控制装置50基于该请求加速度对车辆的各个车轮施加预定的力矩。因此，基于不引起各个车轮打滑的请求加速度的力矩被施加到各个车轮。因此，能够稳定且自动地驾驶车辆1，同时防止各个车轮发生打滑。
在巡航控制中，初定请求加速度计算装置30基于当前车体速度和设定车体速度之间的差值来计算初定请求加速度，以保持所述设定车体速度。例如，可将相应的四个轮速传感器7分别检测到的轮速的平均速度定义为当前车体速度。在ACC中，初定请求加速度计算装置30基于本车辆和前行车辆之间的相对速度等计算初定请求加速度，以保持所述距离不变。可以根据雷达传感器R的检测信号计算本车辆和前方车辆之间的所述距离。可以通过对所述距离相对于时间进行微分运算来计算本车辆和前方车辆之间的相对速度。
力矩计算装置31基于响应于路面梯度而施加到各个车轮的竖向载荷以及路面摩擦系数来计算各个车轮的容许力矩。力矩计算装置31通过例如下列等式(等式1)来计算所述容许力矩。
等式1:T＝μ×N1×P
其中，T表示所述容许力矩，μ表示路面摩擦系数，N1表示响应于路面梯度而施加到车轮的竖向载荷，P表示车轮的半径。
极限加速度计算装置32基于四个车轮的容许力矩和路面梯度来计算不引起所有车轮打滑的极限加速度。例如，极限加速度计算装置32预先存储通过试验性测试等获得的关系式，以用于响应于路面梯度来修正四个车轮的容许力矩之和与极限加速度之间的关系。极限加速度计算装置32通过使用所述关系式来计算极限加速度。
请求加速度确定装置33配置成将初定请求加速度与极限加速度作比较，并在初定请求加速度等于或小于极限加速度的情况下确定初定请求加速度为请求加速度，或在初定请求加速度大于极限加速度的情况下确定极限加速度为请求加速度。例如，假定在车辆1减速时极限加速度为-1.0m/s2而初定请求加速度为-0.8m/s2，则请求加速度确定装置33确定(设定)初定请求加速度(-0.8m/s2)为请求加速度。另一方面，假定在车辆1减速时极限加速度为-1.0m/s2而初定请求加速度为-1.2m/s2，则请求加速度确定装置33确定(设定)极限加速度(-1.0m/s2)为请求加速度。实际上，在确定极限加速度为请求加速度的情况下，将比该极限加速度大预定量的加速度确定为请求加速度。
自动驾驶控制装置50包括发动机控制装置28和制动控制装置29。发动机控制装置28响应于请求加速度来计算请求驱动力矩并控制发动机2的运行，从而对车轮施加所计算的请求驱动力矩。制动控制装置29响应于请求加速度来计算请求制动力矩，并控制液压制动装置6的操作，从而对车轮施加所计算的请求制动力矩。自动驾驶控制装置50执行反馈计算，以用于基于所输入的请求加速度和当前加速度之间的偏差来计算加速度的调整量，然后自动驾驶控制装置50响应于所计算的加速度调整量来计算请求驱动力矩和请求制动力矩。可通过对当前车速相对于时间进行微分运算来计算当前加速度。
如上所述，在响应于请求加速度对各个车轮施加所述力矩的情况下，执行用于基于请求加速度和当前加速度之间的偏差来计算加速度调整量的所述反馈计算。如果请求加速度的变化率在执行反馈计算的情况下高时，则可能发生所谓的过冲，即实际作用在车辆上的加速度超过极限加速度。当发生过冲时，施加到各个车轮的力矩超过容许力矩，从而引起各个车轮打滑。因此，该实施方式的请求加速度确定装置33配置成将容许加速度变化率确定成使得由自动驾驶控制装置50施加到各个车轮上的力矩落在预定范围内，并且配置成基于所确定的容许加速度变化率将所计算的请求加速度输出到自动驾驶控制装置50。基于当所述力矩施加到各个车轮时所述车轮不发生打滑所处的范围来确定所述预定范围。如上所述，请求加速度确定装置33不仅将所计算的请求加速度输出到自动驾驶控制装置50，还将所确定的容许加速度变化率输出到自动驾驶控制装置50。因此，自动驾驶控制装置50在对各个车轮施加力矩的同时防止反馈计算所获得的加速度调整量增大过多，并将作用在车辆上的加速度控制成低于极限加速度。因此，提高了反馈计算的可靠性，并确保防止各个车轮发生打滑。
下面将参照图5描述当请求加速度作用在车辆1上时加速度的变化率。在车辆1减速的情况下实际作用在车辆1上的加速度用虚线表示。在车辆1减速的情况下的请求加速度用实线表示为通过将预定的设定加速度(预定量)考虑到极限加速度中而获得的加速度。如图5A中的实线所示，如果请求加速度的变化率A1高，则由虚线表示的实际作用在车辆1上的加速度大大地超过请求加速度。因而，实际作用在车辆1上的加速度超过极限加速度，并且施加到各个车轮上的力矩超过车轮不发生打滑时所处的预定范围。另一方面，如图5B的虚线和实线所示，在请求加速度的变化率A2低的情况下，实际作用在车辆1上的加速度超过请求加速度的量减小。因此，实际作用在车辆1上的加速度不超过极限加速度。因此，请求加速度确定装置33计算并确定实际作用在车辆1上的加速度不超过极限加速度时的容许加速度变化率(例如A2)，使得自动驾驶控制装置50施加到各个车轮上的力矩落在所述预定范围内。
下面将参照图6描述电控单元5在自动驾驶控制中的处理操作。在自动驾驶控制过程中，在初定请求加速度计算装置30计算初定请求加速度的同时执行如图6中流程图所示的操作。在自动驾驶控制中，以设定的周期反复执行图6中所示的操作。
电控单元5执行计算路面梯度和路面摩擦系数的过程(步骤S1、S2)。电控单元5执行分别在力矩计算装置31、极限加速度计算装置32以及请求加速度确定装置33中计算各个车轮的容许力矩、极限加速度以及容许加速度变化率的过程(步骤S3)。电控单元5执行通过在请求加速度确定装置33中将初定请求加速度与极限加速度作比较来确定请求加速度的过程(步骤S4)。电控单元5执行分别在发动机控制装置28和制动控制装置29中计算请求驱动力矩和请求制动力矩的过程，并执行对各个车轮施加所述力矩并同时控制发动机2和液压制动装置6所执行的操作以对各个车轮施加所计算的请求驱动力矩和请求制动力矩的过程(步骤S5)。
下面将根据图7所示的流程图来详细描述在图6中的步骤S1处所执行的计算路面梯度的过程。电控单元5基于通过对当前车体速度相对于时间进行微分运算而得到的值和加速度传感器G所检测的加速度来估算路面梯度(步骤S11)。电控单元5基于用于修正路面梯度的信息来修正所估算的路面梯度(步骤S12)。用于修正路面梯度的所述信息包括例如通过车辆导航系统、全球定位系统(GPS)等所获得的关于路面梯度的信息。
下面将参照图8中的流程图来详细描述在图6中的步骤S2处执行的计算路面摩擦系数的过程。电控单元5判定其中是否储存有路面摩擦系数μ(步骤S21)，并判定是否已经经过用于保持记忆路面摩擦系数μ的记忆保持时间(步骤S22)。电控单元5在电控单元5储存有路面摩擦系数μ且已经经过所述记忆保持时间时清除所储存的路面摩擦系数μ(步骤S23)。
电控单元5判定作用在各个驱动轮上的车轮力矩是正值还是负值(步骤S24)，当车轮力矩判定为负值时，电控单元5判定是否发生减速打滑(步骤S25)。当驱动轮的车轮力矩为正值时，电控单元5判定是否发生加速打滑(步骤S24和S26)。当相应的轮速传感器7所检测到的轮速超过将对应于预定打滑率(即预定打滑量)的速度加到车体速度上而获得的值时，电控单元5判定出发生加速打滑。当相应的轮速传感器7所检测到的轮速低于将车体速度减去对应于预定打滑率(即预定打滑量)的速度而获得的值时，电控单元5判定出发生减速打滑。
当电控单元5判定出发生减速打滑或加速打滑时，电控单元5基于发生减速打滑或加速打滑时施加到车轮上的车轮力矩和竖向载荷、通过利用下列等式(等式2)来计算和储存路面摩擦系数μ(步骤S27)。电控单元5基于环境温度、区域天气信息等设定路面摩擦系数μ的记忆保持时间(步骤S28)，然后基于用于修正记忆保持时间的信息修正所设定的记忆保持时间。所述用于修正记忆保持时间的信息包括例如通过本车辆和行进在本车辆前方的车辆之间的车辆间通信所获得的信息，以及通过诸如路况信息监测的路-车通信等所获得的信息。电控单元5基于上述信息对记忆保持时间做出延长或缩短的修正。
等式2:μ＝T1/(P×N2)
其中，μ表示路面摩擦系数，T1表示车轮发生加速打滑或减速打滑时作用在车轮上的力矩，P表示车轮的半径，N2表示发生加速打滑或减速打滑时施加到车轮的竖向载荷。发生加速打滑时作用在车轮上的力矩对应于请求驱动力矩，并可基于发动机2的输出扭矩、变速器的变速比等计算出。发生减速打滑时作用在车轮上的力矩对应于施加到各个车轮上的请求制动力矩，并可基于车轮相应的轮缸压力计算出。
在图8所示的过程中，路面摩擦系数μ的记忆被一直保持到已经过了记忆时间。或者，例如可设定用于保持记忆路面摩擦系数μ的记忆保持行进距离，并且由于电控单元5储存了路面摩擦系数μ，所以电控单元5将路面摩擦系数μ的记忆一直保持到车辆的行进距离达到记忆保持行进距离为止。此外，在图8所示的过程中，基于车轮发生减速打滑或加速打滑时施加到车轮上的车轮力矩和竖向载荷来计算路面摩擦系数μ。或者，可基于车轮发生减速打滑或加速打滑时施加到车轮上的竖向载荷的平均值和车轮力矩来计算路面摩擦系数μ。
下面将根据图9所示的流程图详细描述在图6中的步骤S3中执行的计算容许力矩、极限加速度和容许加速度变化率的过程。电控单元5基于由车辆1的重心位置和轴距所决定的静态重量分布并基于由路面梯度、前后颠簸运动等影响所决定的动态重量分布来计算通过将车辆1的载荷分配到各个车轮上而施加到各个车轮的竖向载荷(步骤S31)。电控单元5在力矩计算装置31中响应于路面梯度、基于施加到各个车轮上的竖向载荷和路面摩擦系数来计算容许力矩(步骤S32)，随后电控单元5在极限加速度计算装置32中基于路面梯度和四个车轮的容许力矩之和来计算极限加速度(步骤S33)。电控单元5在请求加速度确定装置中计算容许加速度变化率(步骤S34)。
其它实施方式
在上述实施方式中，路面摩擦系数是根据图8中的流程图所示的操作过程计算出的。然而，路面摩擦系数的计算过程可适当地改动。例如，可以根据由安装在车辆1上的CCD相机等获得的图像信息来估算路面摩擦系数。
极限加速度的计算不限于上述基于四个车轮的容许力矩的计算方法。可替代地，例如可基于驱动轮的容许力矩来计算极限加速度。
在上述实施方式中，对各个车轮都计算容许力矩。可替代地，例如可计算包括连接到第一液压回路10a的右后轮RR和左后轮RL的第一液压回路10a中的容许力矩，并计算包括连接到第二液压回路10b的右前轮FR和左前轮FL的第二液压回路10b中的容许力矩。可替代地，可对液压制动装置6的各个回路都计算容许力矩。
另外，在上述实施方式中，通过将车辆1配置为在各个车轮处都设有用于驱动车轮的电机的电驱动式车辆，从而对各个车轮单独地施加请求制动力矩。因此，在电驱动式车辆中，与上述请求制动力矩的情况一样，可对各个车轮独立地施加请求驱动力矩。
在上述实施方式中，可将液压回路10配置成例如使得在第一液压回路10a中将主缸液压施加到分别设置于右前轮FR处的右前轮缸9FR和设置于左后轮RL处的左后轮缸9RL，并且使得在第二液压回路10b中将主缸液压施加到分别设置于左前轮FL处的左前轮缸9FL和设置于右后轮RR处的右后轮缸9RR。换句话说，液压回路10的配置可适当地改动，以使得主缸液压通过期望的回路施加到轮缸9。
根据上述实施方式，关于本发明的实施方式的自动驾驶控制可适用于多种类型的用于自动地驾驶车辆使得不在车轮处引起打滑的车辆驾驶控制装置。
因此，极限加速度计算装置32计算在考虑了施加到各个车轮上的竖向载荷、路面摩擦系数和各个车轮处的容许力矩这些因素的情况下的极限加速度。在自动驾驶车辆1使其不超过极限加速度的情况下，防止了各个车轮发生打滑。另一方面，为了自动地驾驶车辆1，自动驾驶控制装置50基于连续输入的加速度对右前轮、左前轮、右后轮和左后轮施加预定力矩。在自动驾驶控制装置50对各个车轮施加预定力矩时，具有上述配置的请求加速度确定装置33基于极限加速度和初定请求加速度计算在各个车轮处不引起由于作用在车辆1上的加速度而发生的打滑的请求加速度。然后，请求加速度确定装置33将请求加速度代替初定请求加速度输出到自动驾驶控制装置50。因此，自动驾驶控制装置50基于连续输入的加速度对各个车轮施加预定力矩，使得车辆1被自动地驾驶而不引起各个车轮打滑。所以，具有上述配置的控制装置实现了稳定的车辆自动驾驶而不引起打滑。
根据所述实施方式，请求加速度确定装置33配置成在初定请求加速度等于或小于极限加速度的情况下将初定请求加速度确定为请求加速度，并在初定请求加速度大于极限加速度的情况下将极限加速度确定为请求加速度。
因此，请求加速度确定装置33将极限加速度与初定请求加速度作比较，并确保计算出的请求加速度不超过极限加速度。因此，确保防止车轮打滑，并且使得车辆的自动驾驶变得更稳定。
根据所述实施方式，力矩计算装置31配置成基于施加到各个车轮(FR，FL，RR，RL)上的竖向载荷计算各个车轮(FR，FL，RR，RL)的容许力矩，所述竖向载荷是基于由车辆1的重心位置和轴距所决定的关于各个车轮(FR，FL，RR，RL)的静态重量分布、以及由路面梯度的影响所决定的关于各个车轮的动态重量分布而计算出的。
施加到各个车轮上的竖向载荷响应于路面梯度而变化。例如，在上坡路上驾驶车辆的情况下，施加到右前轮FR和左前轮FL上的载荷减小，而施加到右后轮RR和左后轮RL上的载荷增大。另一方面，在下坡路上驾驶车辆的情况下，施加到右前轮FR和左前轮FL上的载荷增大，而施加到右后轮RR和左后轮RL上的载荷减小。因此，各个车轮的打滑趋势响应于路面梯度而变化。如上所述，所述实施方式的力矩计算装置31在计算施加到各个车轮上的竖向载荷时除了考虑静态重量分布之外，还考虑了响应于路面梯度而计算出的动态重量分布。因此所述实施方式的车辆驾驶控制装置广泛地适用于各种路面状况，且车辆的自动驾驶变得更稳定。
根据所述实施方式，请求加速度确定装置33配置成将容许加速度变化率确定成使得由自动驾驶控制装置50施加到各个车轮(FR，FL，RR，RL)上的力矩落在预定范围内，且配置成基于所确定的容许加速度变化率将所计算的请求加速度输出到自动驾驶控制装置50。
在对各个车轮——右前轮、左前轮、右后轮和左后轮——施加所述力矩时，例如，自动驾驶控制装置50执行用于基于所输入的请求加速度和当前加速度之间的偏差来计算加速度调整量的反馈计算，然后自动驾驶控制装置50响应于该加速度调整量对各个车轮——右前轮、左前轮、右后轮和左后轮——施加所述力矩。当要求加速度的变化率在自动驾驶控制装置50对各个车轮——右前轮、左前轮、右后轮和左后轮——施加所述力矩的情况下增大时，由反馈计算计算出的加速度调整量变大，并且可能发生所谓的过冲，在发生过冲时，作用在车辆上的加速度超过极限加速度。因此，施加到各个车轮上的力矩可能超过容许力矩，且各个车轮可能发生打滑。因此，为了防止各个车轮发生过冲和打滑，所述实施方式的请求加速度确定装置33不仅将所计算出的请求加速度输出到自动驾驶控制装置50，而且将容许加速度变化率确定成使得施加到各个车轮上的力矩落在所述预定范围内，随后请求加速度确定装置33将请求加速度以及容许加速度变化率输出到自动驾驶控制装置50。因此，自动驾驶控制装置50防止由反馈计算所计算出的加速度调整量增加过大，并将作用在车辆1上的加速度控制成变得小于极限加速度。因而，提高了反馈计算的可靠性，且使得车辆的自动驾驶控制变得稳定。
根据所述实施方式，基于当所述力矩施加到各个车轮(FR，FL，RR，RL)时不引起各个车轮打滑的范围来设定所述预定范围。
因此，请求加速度确定装置33将容许加速度变化率确定成使得由自动驾驶控制装置50施加到各个车轮上的力矩落在所述力矩不引起各个车轮打滑的范围内。因而，确保防止各个车轮发生打滑，且使得车辆的自动驾驶控制变得更加稳定。

Claims (9)

1.一种车辆驾驶控制装置(5)，包括：初定请求加速度计算装置(30)，所述初定请求加速度计算装置(30)用于计算用来控制车辆(1)的驾驶状态的初定请求加速度；以及自动驾驶控制装置(50)，所述自动驾驶控制装置(50)用于接收所述初定请求加速度并在自动驾驶控制中基于所输入的初定请求加速度对所述车辆(1)的各个车轮(FR，FL，RR，RL)施加预定力矩，该车辆驾驶控制装置(5)的特征在于：
力矩计算装置(31)，所述力矩计算装置(31)用于基于施加到各个车轮(FR，FL，RR，RL)上的竖向载荷和路面摩擦系数来计算当施加到各个车轮(FR，FL，RR，RL)时不引起各个车轮(FR，FL，RR，RL)打滑的容许力矩；
极限加速度计算装置(32)，所述极限加速度计算装置(32)用于计算在所计算出的容许力矩施加到各个车轮(FR，FL，RR，RL)上的情况下作用在所述车辆(1)上的极限加速度；以及
请求加速度确定装置(33)，所述请求加速度确定装置(33)用于基于所述极限加速度和初定请求加速度来获得作为实际作用在所述车辆(1)上的加速度的请求加速度，并用于将所述请求加速度替代所述初定请求加速度输出到所述自动驾驶控制装置(50)。
2.如权利要求1所述的车辆驾驶控制装置(5)，其中，所述请求加速度确定装置(33)配置成在所述初定请求加速度等于或小于所述极限加速度的情况下将所述初定请求加速度确定为所述请求加速度，并在所述初定请求加速度大于所述极限加速度的情况下将所述极限加速度确定为所述请求加速度。
3.如权利要求1所述的车辆驾驶控制装置(5)，其中，所述力矩计算装置(31)配置成基于施加到各个车轮(FR，FL，RR，RL)上的竖向载荷来计算各个车轮(FR，FL，RR，RL)的所述容许力矩，所述竖向载荷是基于由所述车辆(1)的重心位置和轴距所决定的关于各个车轮(FR，FL，RR，RL)的静态重量分布、以及由路面梯度的影响所决定的关于各个车轮的动态重量分布而计算出的。
4.如权利要求2所述的车辆驾驶控制装置(5)，其中，所述力矩计算装置(31)配置成基于施加到各个车轮(FR，FL，RR，RL)上的竖向载荷来计算各个车轮(FR，FL，RR，RL)的所述容许力矩，所述竖向载荷是基于由所述车辆的重心位置和轴距所决定的关于各个车轮(FR，FL，RR，RL)的静态重量分布、以及由路面梯度的影响所决定的关于各个车轮的动态重量分布而计算出的。
5.如权利要求1所述的车辆驾驶控制装置(5)，其中，所述请求加速度确定装置(33)配置成将容许加速度变化率确定成使得由所述自动驾驶控制装置(50)施加到各个车轮(FR，FL，RR，RL)上的力矩落在预定范围内，且配置成基于所确定的容许加速度变化率将所计算出的请求加速度输出到所述自动驾驶控制装置(50)。
6.如权利要求3所述的车辆驾驶控制装置(5)，其中，所述请求加速度确定装置(33)配置成将容许加速度变化率确定成使得由所述自动驾驶控制装置(50)施加到各个车轮(FR，FL，RR，RL)上的力矩落在预定范围内，且配置成基于所确定的容许加速度变化率将所计算出的请求加速度输出到所述自动驾驶控制装置(50)。
7.如权利要求5所述的车辆驾驶控制装置(5)，其中，所述力矩计算装置(31)配置成基于施加到各个车轮(FR，FL，RR，RL)上的竖向载荷来计算各个车轮(FR，FL，RR，RL)的所述容许力矩，所述竖向载荷是基于由所述车辆的重心位置和轴距所决定的关于各个车轮(FR，FL，RR，RL)的静态重量分布、以及由路面梯度的影响所决定的关于各个车轮(FR，FL，RR，RL)的动态重量分布而计算出的。
8.如权利要求5所述的车辆驾驶控制装置(5)，其中，所述预定范围基于当所述力矩施加到各个车轮时不引起各个车轮打滑的范围进行设定。
9.如权利要求6所述的车辆驾驶控制装置(5)，其中，所述预定范围基于当所述力矩施加到各个车轮时不引起各个车轮打滑的范围进行设定。
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