CN101570184B - 用于控制车辆的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制车辆的方法和装置。根据本发明的装置(100)具有第一转换单元(110)和第二转换单元(120)以及判定单元(130)，第一转换单元用于根据表示车辆转向不足程度的转向不足指标(USI)，将代表驾驶者请求的扭矩的输入扭矩请求值(TqDriverReqIn)转换为转向不足扭矩请求值(TqDriverReqUnd)，第二转换单元用于根据表示所述车辆转向过度程度的转向过度指标(OSI)，将输入扭矩请求值(TqDriverReqIn)转换为转向过度扭矩请求值(Tq_DriverReqOv)，判定单元用于根据转向不足扭矩请求值(TqDriverReqUnd)和转向过度扭矩请求值(Tq_DriverReOv)，生成用于控制致动器而应用的输出扭矩请求值(TqDriverReqOut)。

Description

用于控制车辆的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制车辆的方法和装置。

背景技术

车辆稳定控制系统的主要功能在于确保车辆在全部行驶状态中表现得符合驾驶者的意图。为此在有些情况下(通常处于转向不足的运行状态)要促进车辆的可运动性，反之在其它情况下(通常处于转向过度的运行状态)要促进稳定性。车辆稳定控制系统的最广泛的应用是所谓动态稳定控制系统(DSC)、电子稳定程序(ESP)以及以偏航率的回调和偏航力矩的基于调节的分配为基础的其它系统。该车辆稳定控制系统主要包括在转向过度情况下的前轮制动装置以及在转向不足情况下的后轮制动装置。

发明内容

本发明的任务在于提供一种用于控制车辆的装置和方法，所述装置和方法使得控制具有改善的车辆操控性和稳定性的传动系成为可能。

通过根据独立权利要求1的特征部分的装置以及根据独立权利要求8的特征部分的方法来解决该任务。

根据本发明的装置被用于控制车辆，并被用于根据驾驶者所请求的扭矩来控制致动器，所述根据本发明的装置具有：

第一转换单元，其被用于根据表示车辆转向不足程度的转向不足指标，将代表驾驶者请求的扭矩的输入扭矩请求值转换为转向不足扭矩请求值；

第二转换单元，其被用于根据表示车辆转向过度程度的转向过度指标，将输入扭矩请求值转换为转向过度扭矩请求值；以及

判定单元，其用于根据转向不足扭矩请求值和转向过度扭矩请求值，生成用于控制致动器而应用的输出扭矩请求值。

根据本发明建议的车辆控制的主要功能性包括：在转向不足情况下的第一扭矩管理以及在转向过度情况下的第二扭矩管理。在此，驾驶者请求的传动系扭矩基于转向过度指标或者转向不足指标分别被转换为传动系扭矩请求，该传动系扭矩请求分别适用于转向过度或者转向不足的相应状态。根据这两个扭矩请求(这里和以下被描述为转向不足扭矩请求值以及转向过度扭矩请求值)，视实际车辆状态而定，选择用以生成用于控制致动器而应用的输出扭矩请求值。

因而根据本发明这样进行传动系扭矩管理，即，如果车辆状态偏离希望的目标状态，则相对于驾驶者的请求修正传动系扭矩，所述传动系扭矩通常是供油踏板位置的函数。在此本发明的基于这样的构想，即，将车辆的状态识别为转向过度和转向不足，并且与此相应地适当地调节为了控制致动器而应用的输出扭矩请求值，并且在需要时相对于驾驶者请求的传动系扭矩降低该输出扭矩请求值。通过本发明可以如此控制传动系，即，尤其是在车辆以较高速度进行弯道驾驶时，以及在摩擦力小的道路表面上，为车辆的操控性和稳定性提供帮助，结果是在改善操控性和稳定性的情况下实现了传动系的控制。

为此优选这样规定判定单元，即，在转向不足指标和转向过度指标均不为零情况下(也就是不仅存在转向过度而且存在转向不足的情况下)，将转向不足扭矩请求值和转向过度扭矩请求值中较小的或者最小的值作为输出扭矩请求值发送至致动器。

本发明还涉及通过应用上述装置来控制车辆的方法。

附图说明

由说明书以及从属权利要求得到其它实施方式。以下根据优选实施例并结合附图进一步阐述本发明。

附图中：

图1是说明根据本发明的装置的原理结构的框图；以及

图2结合优选实施方式示出在转向过度情况下根据本发明的传动系扭矩管理的框图。

具体实施方式

图1是说明根据本发明的装置100的原理结构的框图。

根据图1，将转向不足指标USI以及输入扭矩请求值TqDriverReqIn输入到第一转换单元110，输入扭矩请求值TqDriverReqIn代表了由驾驶者请求的扭矩。向第二转换单元120提供转向过度指标OSI以及同样代表了由驾驶者请求的扭矩的输入扭矩请求值TqDriverReqIn。

在此，转向不足指标USI和转向过度指标OSI可以取连续数值区间[0，…，1]内的相应的值，其中，USI＝0的状态显示出“无转向不足”的特征，USI＝1的状态显示出“转向严重不足”的特征，OSI＝0状态显示出“无转向过度”的特征，而OSI＝1状态显示出“转向严重过度”的特征。

根据图1，第一和第二转换单元110或120，根据转向不足指标USI或者转向过度指标OSI，相应地将输入扭矩请求值TqDriverReqIn转换为请求值TqDriverReqUnd或者Tq_DriverReqOv，所述请求值TqDriverReqUnd或者Tq_DriverReqOv分别适于转向过度或者转向不足的状态。

以下首先详细描述在转向不足情况下根据本发明的方式执行传动系扭矩管理，即，确定第一转换单元110内的请求值TqDriverReqUnd。

1.在转向不足情况下的传动系扭矩管理

在转向不足状态下传动系扭矩被降低，这是因为以这种方式能够降低车速，从而能够降低弯道驾驶所必需的横向力。通过转向不足指标(USI)控制传动系扭矩的降低，其中，该USI指标是这样一个指示符，该指示符显示接近前轮胎饱和极限的程度，或者是否已超过该饱和极限。

能够如下定义转向不足指标(USI指标)作为影响前轴的横向力的函数：

USI＝0：表示力远低于前轴饱和力；

USI在0和1之间：表示力接近前轴饱和力；以及

USI＝1：表示力等于前轴饱和力。

根据本发明的一个优选实施方式，根据下列方程式(1)以相对于由驾驶者请求的额定的传动系扭矩的方式修正传动系扭矩：

TqDriverReqUnd＝TqDriverReqIn*F1(USI)-F2(USI)(1)

其中，如下定义单个包含在方程式(1)中的参数：

TqDriverReqIn：驾驶者方面请求的额定传动系扭矩；

F1(USI)：单调递减函数，该函数相对于由驾驶者请求的传动系扭矩来按百分比地降低传动系扭矩，并且当USI＝0时，函数值F1(USI)＝1；而当USI＝1时，函数值F1(USI)＝0；

F2(USI)：单调递增函数，该函数在车辆转向不足的情况下执行绝对的扭矩降低，并且当USI＝0时，函数值F2(USI)＝0；而当USI＝1时，函数值F2(USI)＝1。

2.在转向过度情况下的传动系扭矩管理

此外，结合附图2详细描述在转向过度情况下根据本发明的传动系扭矩管理，也就是确定第二转换单元120内的请求值Tq_DriverReqOv。

在此，从驾驶者的要求出发基于物理规则限定传动系扭矩，以便调节x-y轮胎力。

根据图2在转向过度情况下，借助于两个平行计算链以及紧随其后的判优级或者说判定级来计算传动系扭矩Tq_DriverReqOv的请求值，计算方法如下：

a)第一计算链针对具有后轮驱动装置的车辆的情况，以后轮胎特性为基础，并且执行三个步骤：首先在第一功能框210中基于牵引轴模型计算不会消极影响车辆稳定性的牵引力扭矩的最大值；之后在第二功能框220中基于车辆中的调整过程修正该扭矩。

b)第二计算链以识别过大的纵向速度为基础，以便将该纵向速度降低为安全的值。这是借助在第三功能框230内计算最大纵向速度并且在第四功能框240内执行速度调节(该速度调节仅能够降低速度)来实现的。

在第一功能框210中计算被驱动的车轴上的最大扭矩，其计算方法如下：

被驱动的轴的最大转向过度扭矩(TqMaxOv)被定义为该轴上的最大扭矩，该扭矩不会导致轮胎横向力的降低。这种扭矩管理仅在具有后轮驱动装置的车辆中进行。基于轮胎模型计算最大转向过度扭矩(TqMaxOv)，并且在方程式(2)中给出了该计算：

$\mathrm{TqMaxOv}=2*R_w*\min (\underset{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rl}}}{\max }{F}_{x,\mathrm{rl}}({\mathrm{\α}}_r,{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rl}},F_{\mathrm{zrl}},\mathrm{\μ}),\underset{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rr}}}{\max }{F}_{x,\mathrm{rr}}({\mathrm{\α}}_r,{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rr}},F_{\mathrm{zrr}},\mathrm{\μ}))---\left(2\right)$

在给定了后轮(αr)的实际浮动角、垂直力(Fz)以及摩擦系数(μ)的情况下，确定在纵向打滑(κ)变化的情况下的纵向力的最大值。这不仅用于左后轮也用于右后轮。该力的最小值与因数2相乘(对应于两个车轮)并且除以车轮半径得到扭矩的最大值，该扭矩应该由连接有开环微分控制器(mit angekoppeltem offenen Differential)的传动系提供。较高的值至少使得负荷较低的车轮被降低了轮胎横向力。

在第二功能框220中调整(制约？)最大轴扭矩。在此，基于车辆测试输入值修正最大轴扭矩。通常情况下，根据纵向速度以及额定扭矩值的频率滤波来进行改变。

在第三功能框230中计算最大纵向速度，而在第四功能框240中调节纵向速度，在这里，最大纵向速度是根据方程式(3)选择的：

$v_{\mathrm{xMaxOV}}=\frac{F_{\mathrm{yf}}+F_{\mathrm{yr}}}{{\mathrm{mv}}_{\mathrm{\ψ}}}---\left(3\right)$

在充当纵向速度调节器(例如：PID调节器)的第四功能框240中输入该值作为参考值，根据方程式(4)在转向过度Tq_maxOvVx的情况下，第四功能框240提供最大扭矩的值Tq_maxOvVx：

Tq_maxOvVx＝PID(vxMaxOV-vx)(4)

由此，在需要时在调整阶段之后，也可以相对于驾驶者输入的值降低该扭矩：

Tq_DriverReqOv＝min(Tq_DriverReqIn，Tq_OvCond)(5)

仅当识别到转向过度状态时，才激活该调节。

在功能框250中在转向过度情况下与降低扭矩有关地进行判优或者判定，其中，如果车辆处于转向过度的状态，那么仅将先前计算的扭矩值用作为以由驾驶者请求的值为基础的扭矩的上限值。这是借助转向过度指标OSI(或者车辆稳定性的指示符)来确定的。借助根据方程式(6)的逻辑电路能够实现该判定逻辑：

Tq_DriverReqOv＝min(Tq_maxOvCond，Tq_maxOvVx，Tq_DriverReqIn)*OSI+Tq_DriverReqIn*(1-OSI)(6)

此外，借助根据以下方程式(7)的标准逻辑电路也能够实现所述判定逻辑：

Tq_DriverReqOv＝min(Tq_maxOvCond，Tq_maxOvVx，Tq_DriverReqIn)

当OSI＝1时

Tq_DriverReqOv＝Tq_DriverReqIn  当OSI＝0时(7)

如下定义包含在方程式(6)或(7)内的参数：

Tq_maxOvCond：稳定性扭矩降低程序的输出扭矩的目标值；

Tq_maxCond：借助轮胎模型计算的最大纵向力；

Tq_driver：由驾驶者请求的扭矩；以及

OSI：转向过度指标

基于后轮的扭矩限定不可应用于具有前轮驱动装置的车辆，结果是在该情况下Tq_maxOvCond值应该被设定为“无穷大”。

Claims (12)

1.一种用于控制车辆的装置，其用于根据驾驶者请求的扭矩来控制制动器，其特征在于，

所述装置(100)具有：

第一转换单元(110)，其被用于根据表示所述车辆转向不足程度的转向不足指标(USI)，将代表了驾驶者请求的扭矩的输入扭矩请求值(TqDriverReqIn)转换为转向不足扭矩请求值(TqDriverReqUnd)；

第二转换单元(120)，其被用于根据表示所述车辆转向过度程度的转向过度指标(OSI)，将所述输入扭矩请求值(TqDriverReqIn)转换为转向过度扭矩请求值(Tq_DriverReqOv)；以及

判定单元(130)，其被用于根据所述转向不足扭矩请求值(TqDriverReqUnd)和所述转向过度扭矩请求值(Tq_DriverReqOv)，生成用于控制所述制动器而应用的输出扭矩请求值(TqDriverReqOut)，

其中

所述第一转换单元(110)是按照如下规则设计的，所述第一转换单元(110)被用于将所述输入扭矩请求值转换为所述转向不足扭矩请求值，

TqDriverReqUnd＝TqDriverReqIn*F1(USI)-F2(USI)

其中，

TqDriverReqUnd：表示所述转向不足扭矩请求值；

TqDriverReqIn：表示所述输入扭矩请求值；

USI：表示转向不足指标；

F1(USI)表示单调递减函数，其中，当USI＝0时F1(USI)＝1，而当USI＝1时F1(USI)＝0；以及

F2(USI)表示单调递增函数，其中，当USI＝0时F2(USI)＝0，而当USI＝1时F2(USI)＝1。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述判定单元(130)被设计用于，在所述转向不足指标(USI)和所述转向过度指标(OSI)均不为零的情况下，将所述转向不足扭矩请求值(TqDriverReqUnd)和所述转向过度扭矩请求值(Tq_DriverReqOv)中较小的值作为所述输出扭矩请求值，发送至所述制动器。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，

所述第二转换单元(120)具有：

第一计算单元(210、220)，其被用于根据不会消极影响车辆稳定性的牵引力扭矩的最大值，计算第一扭矩请求中间值(TqMaxOvCond)；

第二计算单元(230、240)，其被用于借助纵向速度调节器来计算第二扭矩请求中间值(TqMaxOvVx)；以及

判定单元(250)，其被用于基于所述输入扭矩请求值(TqDriverReqIn)、所述转向过度指标(OSI)以及所述第一和第二扭矩请求中间值，生成所述转向过度扭矩请求值(Tq_DriverReqOv)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述第二转换单元(120)的所述判定单元(250)是根据如下规则设计的，所述判定单元(250)被用于生成所述转向过度扭矩请求值，

Tq_DriverReqOv＝min(Tq_maxOvCond，Tq_maxOvVx，Tq_DriverReqIn)*OSI+Tq_DriverReqIn*(1-OSI)

其中，

Tq_DriverReqIn：表示所述输入扭矩请求值；

Tq_DriverReqOv：表示所述转向过度扭矩请求值；

Tq_maxOvCond：表示所述第一扭矩请求中间值；以及

Tq_maxOvVx：表示所述第二扭矩请求中间值。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述第二转换单元(120)的所述判定单元(250)是根据如下规则设计的，所述判定单元(250)被用于生成所述转向过度扭矩请求值，

Tq_DriverReqOv＝min(Tq_maxOvCond，Tq_maxOvVx，Tq_DriverReqIn)，当OSI＝1时

并且

Tq_DriverReqOv＝Tq_DriverReqIn，当OSI＝0时

其中，

Tq_DriverReqIn：表示所述输入扭矩请求值；

Tq_DriverReqOv：表示所述转向过度扭矩请求值；

Tq_maxOvCond：表示所述第一扭矩请求中间值；以及

Tq_maxOvVx：表示所述第二扭矩请求中间值。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述第二转换单元(120)的所述判定单元(250)是根据如下规则设计的，所述判定单元(250)被用于生成所述转向过度扭矩请求值，

Tq_DriverReqOv＝min(Tq_maxOvCond，Tq_maxOvVx，Tq_DriverReqIn)，当OSI＝1时

并且

Tq_DriverReqOv＝Tq_DriverReqIn，当OSI＝0时

其中，

Tq_DriverReqIn：表示所述输入扭矩请求值；

Tq_DriverReqOv：表示所述转向过度扭矩请求值；

Tq_maxOvCond：表示所述第一扭矩请求中间值；以及

Tq_maxOvVx：表示所述第二扭矩请求中间值。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述第一计算单元是根据如下规则设计的，所述第一计算单元被用于计算所述牵引力扭矩的最大值，

$\mathrm{TqMaxOv}=2*R_w*\min (\underset{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rl}}}{\max }{F}_{x,\mathrm{rl}}({\mathrm{\α}}_r,{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rl}},F_{\mathrm{zrl}},\mathrm{\μ}),\underset{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rr}}}{\max }{F}_{x,\mathrm{rr}}({\mathrm{\α}}_r,{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rr}},F_{\mathrm{zrr}},\mathrm{\μ}))$

其中，

αr：表示后轮的实际浮动角；

Fz：表示垂直力；

μ：表示摩擦系数；

κ：表示纵向打滑；

maxFx，rl或.x，rr：表示在左后轮或者右后轮的纵向打滑变化的情况下，纵向力的最大值；以及

R_w：表示轮胎半径。

8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述第一计算单元是根据如下规则设计的，所述第一计算单元被用于计算所述牵引力扭矩的最大值，

$\mathrm{TqMaxOv}=2*R_w*\min (\underset{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rl}}}{\max }{F}_{x,\mathrm{rl}}({\mathrm{\α}}_r,{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rl}},F_{\mathrm{zrl}},\mathrm{\μ}),\underset{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rr}}}{\max }{F}_{x,\mathrm{rr}}({\mathrm{\α}}_r,{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rr}},F_{\mathrm{zrr}},\mathrm{\μ}))$

其中，

αr：表示后轮的实际浮动角；

Fz：表示垂直力；

μ：表示摩擦系数；

κ：表示纵向打滑；

maxFx，rl或.x，rr：表示在左后轮或者右后轮的纵向打滑变化的情况下，纵向力的最大值；以及

R_w：表示轮胎半径。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述第一计算单元是根据如下规则设计的，所述第一计算单元被用于计算所述牵引力扭矩的最大值，

$\mathrm{TqMaxOv}=2*R_w*\min (\underset{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rl}}}{\max }{F}_{x,\mathrm{rl}}({\mathrm{\α}}_r,{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rl}},F_{\mathrm{zrl}},\mathrm{\μ}),\underset{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rr}}}{\max }{F}_{x,\mathrm{rr}}({\mathrm{\α}}_r,{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rr}},F_{\mathrm{zrr}},\mathrm{\μ}))$

其中，

αr：表示后轮的实际浮动角；

Fz：表示垂直力；

μ：表示摩擦系数；

κ：表示纵向打滑；

maxFx，rl或.x，rr：表示在左后轮或者右后轮的纵向打滑变化的情况下，纵向力的最大值；以及

R_w：表示轮胎半径。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述第一计算单元是根据如下规则设计的，所述第一计算单元被用于计算所述牵引力扭矩的最大值，

$\mathrm{TqMaxOv}=2*R_w*\min (\underset{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rl}}}{\max }{F}_{x,\mathrm{rl}}({\mathrm{\α}}_r,{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rl}},F_{\mathrm{zrl}},\mathrm{\μ}),\underset{{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rr}}}{\max }{F}_{x,\mathrm{rr}}({\mathrm{\α}}_r,{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{rr}},F_{\mathrm{zrr}},\mathrm{\μ}))$

其中，

αr：表示后轮的实际浮动角；

Fz：表示垂直力；

μ：表示摩擦系数；

κ：表示纵向打滑；

maxFx，rl或.x，rr：表示在左后轮或者右后轮的纵向打滑变化的情况下，纵向力的最大值；以及

R_w：表示轮胎半径。

11.一种利用权利要求1所述的装置控制车辆的方法，其被用于根据驾驶者请求的扭矩控制制动器，其特征在于，

所述方法具有下述步骤：

第一转换单元(110)根据表示所述车辆转向不足程度的转向不足指标(USI)，将代表所述驾驶者请求的扭矩的输入扭矩请求值(TqDriverReqIn)转换为转向不足扭矩请求值(TqDriverReqUnd)；

第二转换单元(120)根据表示所述车辆转向过度程度的转向过度指标(OSI)，将所述输入扭矩请求值(TqDriverReqIn)转换为转向过度扭矩请求值(Tq_DriverReqOv)；并且

判定单元(130)根据所述转向不足扭矩请求值(TqDriverReqUnd)和所述转向过度扭矩请求值(Tq_DriverReqOv)，生成输出扭矩请求值(TqDriverReqOut)；并且

通过应用所述输出扭矩请求值(TqDriverReqOut)来控制所述制动器，其中

所述第一转换单元(110)是按照如下规则设计的，所述第一转换单元(110)被用于将所述输入扭矩请求值转换为所述转向不足扭矩请求值，

TqDriverReqUnd＝TqDriverReqIn*F1(USI)-F2(USI)

其中，

TqDriverReqUnd：表示所述转向不足扭矩请求值；

TqDriverReqIn：表示所述输入扭矩请求值；

USI：表示转向不足指标；

F1(USI)表示单调递减函数，其中，当USI＝0时F1(USI)＝1，而当USI＝1时F1(USI)＝0；以及

F2(USI)表示单调递增函数，其中，当USI＝0时F2(USI)＝0，而当USI＝1时F2(USI)＝1。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

在所述转向不足指标(USI)和所述转向过度指标(OSI)均不为零的情况下，将所述转向不足扭矩请求值(TqDriverReqUnd)和所述转向过度扭矩请求值(Tq_DriverReqOv)中较小的值选择作为所述输出扭矩请求值。

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