CN101405176B

CN101405176B - 对驾驶方式敏感的车辆子系统控制方法和装置

Info

Publication number: CN101405176B
Application number: CN2007800101710A
Authority: CN
Inventors: 尤塞夫·戈尼姆
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2027-03-21
Also published as: WO2007107361A1; CN101405176A; CN101405178A

Abstract

一种用于控制车辆底盘中至少一个活动子系统(3、6、7、10)的方法，包括步骤：根据代表车辆加速度的数据(a_x(K)、a_y(K))评估驾驶者的驾驶方式(S3-S17)并根据所述驾驶方式设置所述子系统的操作状态。

Description

对驾驶方式敏感的车辆子系统控制方法和装置

技术领域

本发明涉及控制车辆底盘中至少一个活动子系统的方法以及实施该方法的装置。

背景技术

当今车辆包括大量活动子系统，它们对车辆如何应对驾驶者的输入诸如转向轮或者踏板操作具有显著影响，影响不仅见于驾驶者以何种方式“感受”车辆，而且影响驾驶安全。从EP1355209A1中可知，机动车中的子系统诸如引擎控制器、传动控制器、转向控制器、制动控制器和空气悬架控制器在主控制器的控制之下，可以处于不同操作状态。主控制器可以接收使用者的直接输入，例如借助开关，所述开关允许使用者指定车辆所行驶的路面类型以及操作模式诸如正常、运动或者拖曳。在该文件的一些实施例中，车辆模式控制器利用有关车辆驾驶方式以及车辆使用方式的信息，自动选择适当的模式。动力传动系控制器和转向角传感器可以用来将驾驶方式分成正常模式和运动模式。唯一公开的动力传动系控制器的功能在于在前后轮之间分配驱动力矩。根据转向角传感器判断驾驶模式可能产生误差，因为转向轮传感器无法区分在弯曲路面上快速驾驶时的转向轮操作和操纵进出泊车空位时的转向轮操作。

因此，需要一种控制车辆底盘活动子系统的方法，该方法允许可靠地判断驾驶方式，以及需要一种实施此种方法的装置。

发明内容

本发明通过提供一种控制车辆底盘中至少一个活动子系统的方法来满足上述需求，该方法包括步骤：评估驾驶者的驾驶方式，根据驾驶方式设置所述子系统的操作状态，其特征在于，根据表示车辆加速度的数据评估所述驾驶方式。

优选所述数据应该表示相对于加速度阈值归一化的加速度。该加速度阈值应该与安全加速度极限有关，即车辆在这样的加速度情况下不会发生打滑。

并不仅考虑归一化的车辆纵向加速度，而且还考虑了归一化的横向加速度，即垂直于车辆运动方向的加速度，横向加速度发生于弯道驾驶中。

为了能简单地判断驾驶方式，优选根据所述加速度计算标量驾驶方式描述符，以使可以通过简单比较驾驶方式描述符与阈值来判断驾驶方式。

为了在驾驶方式描述符的数值和加速度量之间建立密切联系而不考虑加速度的方向，驾驶方式描述符的计算过程优选包括计算所述归一化加速度的平方和的步骤。

计算标量驾驶方式描述符的过程包括检测当前车辆操作状态的子步骤和根据检测到的操作状态选择用于计算的输入参数的子步骤。通过适当选择这些参数，实现了操作状态切换之间的滞后。

在评估驾驶方式时，进一步优选不仅考虑加速度的总量，而且考虑其变化率。

为此，可以计算代表平均加速度的第一量和代表加速度平均变化率的第二量，并且将所述这两个量求和来计算驾驶方式描述符。

如果以恒定频率收集代表车辆加速度的数据，则问题在于，对于给定轨迹，低速驾驶将比高速驾驶产生更多的数据，因此在评估驾驶方式时会占到更大的比重。这样克服这个问题：以与车速递进相关的加权因子来对数据加权，或者更具体地说，对所述第一量和第二量进行加权。

运动性驾驶方式可能涉及较高的加速度水平与适度的转向轮操作，例如，在快速车道上驾驶并最终超越其他车辆，而另一种运动性驾驶可能涉及适度速度和加速度水平下强烈的转向轮操作，例如沿着崎岖的山路驾驶。为了能精确判断是哪一种情况，具有优势的是，上述两个量的和为加权和，其加权因子根据转向轮操作来确定。

优选所述加权因子根据转向轮角度变化率来确定。

所述方法适用于各种活动子系统，诸如全轮驱动控制器，其至少一种状态对应于全轮驱动模式打开，而其至少一种状态对应于全轮驱动模式关闭，并且在运动模式时，全轮驱动驱动模式应优选关闭。另一种可能的子系统是减震器控制器，其状态对应于不同的减震程度。这里，与运动性驾驶方式有关的状态应优选对应于减震器更高的刚性，以使车辆轮胎更为牢靠地抓紧地面。根据本发明的方法控制的动力转向控制器可以具有不同的状态，这些状态的区别在于它们所提供的转向助力程度，在一般转向控制器中，可能存在转向轮和前轮转向角之间关系不同的状态。在动力传动系控制器中，可能存在齿轮变速特性不同的状态。在根据加速器踏板位置控制马达载荷的载荷控制器中，可能存在对应于不同踏板位置/载荷特性的状态。在制动控制器中，可能存在制动踏板位置和制动力之间关系不同的状态。

用于实施本发明的机动车包括底盘，底盘具有至少一个活动子系统和根据驾驶者驾驶方式设置所述子系统操作状态的控制器，所述控制器适配成根据代表车辆加速度的数据评估所述驾驶方式。

本发明进一步实施为计算机程序产品，包括程序代码装置，如果代码在计算机上执行，所述程序代码装置能让计算机实施如上限定的方法。

附图说明

参照附图，本发明进一步的特征和优势将从以下其实施例的说明中体现出来。

图1是根据本发明的机动车的方块图；

图2是由图1所示控制器实施的控制算法的流程图；

图3是详细示出图2所示方法的步骤的流程图；

图4是详细示出图2所示方法的另外一些步骤的流程图。

具体实施方式

图1是机动车的示意图，以方块图示出了与本发明有关的一些部件。应该理解，这些部件对于本发明来说并不是必不可少的，本发明也可以适用于除所示部件之外的部件。

转向轮1借助动力转向控制器3控制机动车前轮2的转向角。动力转向控制器3具有：用来与转向轮1的角度位置成比例地转动前轮2的促动器；和用来在转向轮1上施加与驾驶者施加的扭矩相反的扭矩的促动器。动力转向控制器3支持多种操作状态，这些操作状态彼此的差别在于提供给驾驶者的助力程度，即促动器向前轮施加的扭矩和驾驶者感受到的反作用扭矩之间的比例。动力转向控制器3进一步具有所谓主动前转向(Active FrontSteering)功能，即支持许多状态，这些状态在驾驶者转动转向轮1的角度和前轮的对应偏转角之间具有不同比率。

加速器踏板4经由电子引擎控制器6控制引擎5上的载荷。引擎控制器6支持多种状态，这些状态使用不同特征，作为加速器踏板位置的函数来控制机动车载荷。例如，存在“平静”状态，其中载荷随着踏板位置变化很小，还存在“动态”状态，其中载荷随着踏板位置变化剧烈。

传动控制器7主要基于引擎载荷和发动机5中未示出的传感器检测到的速度来控制齿轮箱8。变速杆9连接到传动控制器7，能让驾驶者在传动控制器7的不同状态之间进行选择，所述传动控制器7根据引擎速度和载荷，利用不同算法选择齿轮箱8中的齿比，或者用于超控由传动控制器7选择的齿比。

传动控制器7还适配成基于驾驶者的输入或例如基于驾驶速度而自动地在双轮驱动状态和四轮驱动状态之间切换。

电子制动控制器10控制设置在车轮上但未示出的制动器对于驾驶者压下制动踏板13的反应。制动控制器10可以实施传统制动控制机制，诸如防抱死系统或电子稳定程序ESP，在防抱死系统或ESP激活之前，制动控制器10的不同状态可以在车轮允许滑动量方面存在不同。

悬架控制器，未示出，用来控制车轮悬架的刚性，悬架控制器的不同状态对应于其施加在车轮减震器上的不同刚性程度。

全部这些控制器3、6、7、10作为子控制器或附属控制器经由总线系统12连接到主控制器11。

总线系统12可以具有线性结构，其中全部控制并联到相同的总线线路，而且由其中一个控制器传递到总线上的数据被全部其他控制器并行接收。

在图1中，示出总线系统12具有环形结构，使得总线节段从主控制器6延伸到引擎控制器6，从引擎控制器6延伸到传动控制器7，以此类推，最后，从制动控制10返回主控制器11。在这种总线系统中，主控制器11可以判断由其发送的数据被全部其他控制器正确接收，如果这些数据在总线系统12上完成完整的一圈后，未损坏地由主控制器11再次接收。

主控制器11的任务是根据驾驶者的驾驶方式决定子控制器3、6、7、10所处的状态。主控制器11可以设计成支持各种操作模式，在其中一种模式中，主控制器根据驾驶者的行为确定子控制器的状态，而在另一种模式中，主控制器根据驾驶者例如通过促动开关而直接输入的数据来做出决定。使用这些开关，驾驶者可以指定与主控制器11决策有关的外部参数，诸如路面条件(干/湿/、硬路/沙地/泥地/、拖曳/非拖曳模式、2轮驱动/4轮驱动、等等)。主控制器11的后一种操作模式是传统操作模式，以下不再赘述。

图2图示了主控制器11实施来判断驾驶者驾驶方式的方法。图2所示方法的核心思想就是所谓的“表面利用率”。该术语的名称来源于以下思想：纵向和横向加速度a_x、a_y存在有限范围，车辆可以在该范围内安全操作，在以纵向和横向加速度为正交轴的图中，该区域为椭圆形。表面利用率指的是驾驶者多大程度地使用了该安全区域。

在图2所示方法的初始阶段，在步骤S1中，将表面利用率估计值SUest及其对时间的微分SUrate设置为零，在步骤S2中将计时指针K设置为1。

在步骤S3中，主控制器11确定在时刻K的纵向加速度a_x，横向加速度a_y以及车速v。在步骤S4中，利用个阈值a_x，max和a_y，max将检测加速度值a_x(K)、a_y(K)归一化，平方，相加，然后和的平方根给出时刻K的表面利用率SU(K)：

SU (K) = \sqrt{{(\frac{a_{x} (K)}{a_{x, \max}})}^{2} + {(\frac{a_{y} (K)}{a_{y, \max}})}^{2}} - - - (1)

这里，a_x，max和a_y，max表示最大纵向和横向加速度阈值，驾驶者不应超过它们，以便对车辆保持精确控制。这些阈值a_x，max和a_y，max可以对所有情况进行预定，或者多种这些阈值可以存储在主控制器11中，由主控制器11根据路况选择。路况可以由驾驶者经由任何传统人/机界面输入，或者可以由主控制器11自动判断，或者由该主控制器11其中一个关联的适当子控制器根据例如检测到的车轮打滑、ABS(防抱死)系统激活等来自动判断。

在步骤S4中计算出的表面利用率SU(K)因a_x和a_y测量的不精确性而存在误差。为了减小这种误差的干扰，在步骤S5中根据先前表面利用率的移动平均并根据先前微分SUrate(K-1)进行外推来计算真实表面利用率的估计值SUest(K)：

SUest(K)＝(1-Tg₁)SUest(K-1)+Tg₁SU(K)+TSUrate(K-1) (2)

其中T是K-1时刻和K时刻之间的时间间隔，即在随后执行步骤S3时测量加速度之间的时间间隔，g₁是任意因子，例如在采样间隔T约为10ms的情况下，g₁约为20Hz。

表面利用率的微分，即为加速度的变化率，由下式计算：

SUrate(K)＝SUrate(K-1)+Tg₂(SU(K)-SUest(K-1)) (3)

其中g₂是例如约为12Hz²的任意因子。

如果假设采样时间间隔T不变，则在长度给定的路径上，缓慢驾驶要比快速驾驶获得更多的加速度样本a_x、a_y，所以如果直接根据SUest和SUrate判断驾驶方式，则缓慢驾驶的路径将容易占得比重过大。为了补偿这种影响，在步骤S6中通过速度依存加权因子G(v)对表面利用率及其微分进行加权，其示例在表1中给出，从而加权表面利用率WSU(K)和加权微分WSUrate(K)由下式计算：

WSU(K)＝|SU(K)|G(v)

WSUrate(K)＝|SUrate(K)|G(v)

表1：加权因子G(v)

v(kph)	0	10	50	70	100	150	200
								G(v)	0	2.7	14	19	27	27	27

可以看出，在低于100kph的速度范围内，G(v)直接与车速成比例。在100kph以上的速度时，G(v)为常数，以避免对短时间内的超高速度过于加权。

在步骤S7中，根据加权表面利用率WSU(K)和加权微分WSUrate(K)计算比例均值和微分均值T_av，p(K)和T_av，d(K)。

T_{av, p} (K) = \overset{&OverBar;}{WSU (K)}

T_{av, d} (K) = \overset{&OverBar;}{WSUrate (K)}

根据目前主控制器中设置的操作模式，正常模式或者运动模式，所述方法从步骤S8分支到S9或S10。在任意一个步骤中，根据目前车速v，为均值T_av，p和T_av，d选择除数H_p、H_d。预定这些除数的表存储在主控制器11中。在表2中给出了从中可以选择除数H_p的一组除数H_pc、H_ps的示例和从中可以选择除数H_d的一组除数H_dc，H_ds的示例。除数H_pc、H_dc与正常模式关联，而除数H_ps、H_ds与运动模式关联。

表2：用于正常模式和运动模式的除数

V(kph)	0	55	90	145
					H_ps(v)	5	4	3	3
H_pc(v)	7	6	5	4
					H_ds(v)	6	6	7.5	7.5
H_dc(v)	10	10	11	13

根据速度和驾驶方式，利用从表2中选出的除数H_p、H_d，在步骤中根据下式计算比例I_p和微分I_d指标：

I_{p} (K) = \frac{T_{av, p} (K)}{H_{p}}

I_{d} (K) = \frac{T_{av, d} (K)}{H_{d}} - - - (4)

从表2中看出，与运动模式关联的除数H_ps、H_ds小于与正常模式关联的对应的除数H_pc、H_dc，所以如果以类似正常和运动模式的方式驾驶，则得出的比例I_p、微分I_d指标将比正常模式要高。这样，实现了一种滞后效果，因此避免了在正常模式和运动模式之间不必要的切换，如果这种切换发生地太过频繁，会让驾驶者很恼火。还可以进一步看出，用于比例量的除数H_ps、H_pc随着速度提高而降低，而用于微分量的除数H_ds、H_dc随着速度提高而提高。这就证明根据驾驶方式得出比例I_p、微分I_d指标的大范围数值是有用的，以使得可以根据这些指标清楚地决定是一种模式还是另一种模式。

在步骤S12中，计算转向轮角度δ的时间微分为了计算该微分，可以利用类似步骤S5中计算表面利用率微分SUrate(K)的方法。

根据该微分

可以在两种不同的运动驾驶方式之间进行区别，一种涉及高速但很少转弯，诸如高速公路驾驶，另一种为中等速度但是涉及很多转弯。为了能让主控制器11快速识别其中任一种方式，在步骤S13中根据方程(5)得到步骤S11中计算的指标比例I_p(K)、微分I_d(K)的加权求和：

I_{dyn} = W_{g} (\overset{\cdot}{δ}) I_{d} + (1 - W_{g} (\overset{\cdot}{δ})) I_{p} - - - (5)

如果加权因子Wg随着

增大，如表3所例述，

表3：加权因子Wg

如果转向角速率较低，即如果车辆主要直行或沿着光滑长弯道行驶，就像通常高速公路驾驶那样，则比例I_p指标权重过大，而如果存在方向变化的很多转弯，则微分量权重过大。这样，可以获得一个简单的标量动态驾驶指标I_dyn，通过该指标可以在步骤S14中根据与阈值的简单比较将驾驶方式分成正常模式或运动模式。作为比较结果，如果I_dyn低于第一阈值，则可以在S15中将动态驾驶标志DF设置为OFF，如果I_dyn高于另一个第二阈值，则可以在S16中将其设置为ON，或者如果指标I_dyn介于两个阈值之间，可以让其保持不变(S17)。

图3图示了在主控制器11中计算数量x的均值，该数量是步骤S7中的加权表面利用率WSU或加权微分WSUrate，或者步骤S12中的转向角δ的微分

如果图2中步骤S3到S16的环路第一次执行，则图3中的均值计算方法涉及初始化步骤S21，在该步骤中，计数器CT、和S以及均值av设置为0；和步骤S22，在该步骤中，包括BS单元的缓存单元u(0)、u(1)、......u(BS-1)设置为零。

在步骤S23中，对数量x的样本x(K)进行平均。

在步骤S24中，和S加上x(K)并减去缓存单元u(KmodBS)。只要计数CT小于缓存容量BS，则u(KmodBS)就为零。然后将x(K)储存在缓存单元u(KmodBS)中(步骤S25)，并且将计数CT加1(S26)。

步骤S27判断计数CT是否超过缓存容量BS。如果是，则将和S除以缓存容量BS得到均值；如果否，则将和S除以计数CT得到均值。在该均值中，最近的BS样本x(KmodBS)、x((K-1)modBS)、......、x((K-BS+1)modBS)全部具有相同权重，并且比x((K-BS+1)modBS)更早的样本已经在缓存中被覆盖，因此不计入。

图4图示了根据图2的步骤S14到S17中的动态指标I_dyn来判断动态标志DF的过程。在第一步骤S31中，动态驱动指标I_dyn(K)与第一阈值Θ_in比较。如果超过该阈值，则动态驱动标志DF在步骤S32中设置为ON。如果步骤S31中没有超过该阈值Θ_in，则I_dyn在步骤S33中与第二阈值Θout比较。如果也未超过该阈值Θ_out，则标志DF在步骤S34中设置为OFF。否则，DF保持不变。

在接下来的步骤S35中，纵向速度v_x与阈值v_max比较。如果超过该阈值v_max，则标志DF保持不变，否则在步骤S36中将其设置为OFF。这样，如果速度较低，则标志DF可以立即设置为OFF，指示例如泊车操作，虽然长时间超速行驶后驱动指标I_dyn也可能远在阈值Θ_in以上。

Claims

1.一种用于控制车辆底盘中至少一个活动子系统(3、6、7、10)的方法，包括步骤：评估驾驶者的驾驶方式(S3-S17)并根据所述驾驶方式设置所述子系统的操作状态，其特征在于，根据代表车辆加速度的数据(a_x(K)、a_y(K))来评估所述驾驶方式；

其中，所述数据相对于加速度阈值(a_x，max、a_y，max)进行归一化(S4)；

包括估计车辆归一化的纵向加速度(a_x(K)/a_x，max)和归一化的横向加速度(a_y(K)/a_y，max)的步骤；

包括步骤：根据所述加速度计算(S4-S13)标量驾驶方式描述符(I_dyn)并通过将所述驾驶方式描述符(I_dyn)与阈值比较来判断所述驾驶方式；以及

其中，计算所述驾驶方式描述符(I_dyn)包括计算所述归一化的加速度(a_x(K)/a_x，max)、a_y(K)/a_y，max)的平方和的步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算标量驾驶方式描述符(I_dyn)的步骤(S4-S13)包括检测车辆当前操作状态的子步骤(S8)和根据检测到的操作状态选择用于计算的输入参数的子步骤(S9、S10)。

3.如权利要求1所述的方法，包括估计加速度变化率(SUrate(K))并在评估过程中考虑所述变化率的步骤(S5)

4.如权利要求3所述的方法，包括计算代表平均加速度的第一量(I_p)和代表加速度平均变化率的第二量(I_d)的步骤(S11)；通过对所述两个量加权求和(I_dyn)而计算所述驾驶方式描述符(I_dyn)的步骤(S13)；和通过所述驾驶方式描述符与阈值的比较来判断所述驾驶方式的步骤(S14、S31)。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一量(I_p)是以加权因子(G(v))进行加权的平均加速度，所述加权因子与车速递进相关。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述第二量(I_d)是以加权因子(G(v))进行加权的平均变化率，所述加权因子与车速递进相关。

7.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述两个量的所述和(I_dyn)是加权和，其加权因子(W_g)根据转向轮操作来确定(S12，S13)。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加权因子(W_g)根据转向轮角度变化率来确定(S12，S13)。

9.如前述权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个活动子系统是以下之一：全轮驱动控制器(7)，其至少一种状态对应于全轮驱动模式打开，而其至少一种状态对应于全轮驱动模式关闭；减震器控制器，其状态对应于不同的减震程度；动力转向控制器(3)，其状态的区别在于它们提供给驾驶者的助力程度；转向控制器(3)，其状态为转向轮(1)和前轮(2)转向角之间的不同关系；动力传动系控制器(7)，其状态为不同的变速特性；根据加速器踏板(4)位置控制马达(5)载荷的载荷控制器(6)，其状态对应于不同的加速器踏板位置/载荷特性；制动控制器(10)。

10.一种包括底盘的机动车，所述底盘具有至少一个活动子系统(3、6、7、10)和用于根据驾驶者驾驶方式设置所述子系统操作状态的控制器(11)，其特征在于，所述控制器(11)适配成根据代表车辆加速度的数据(a_x(K)、a_y(K))来评估所述驾驶方式；

其中，计算所述驾驶方式描述符(I_dyn)包括计算所述归一化的加速度(a_x(K)/a_x，max)、a_y(K)/a_y,max)的平方和的步骤。