CN101959737B

CN101959737B - 车辆行进轨迹稳定化控制装置

Info

Publication number: CN101959737B
Application number: CN2009801081037A
Authority: CN
Inventors: 堀内泰; 柳贵志
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: KR20100084571A; EP2210790A1; US20110029202A1; US8494720B2; EP2210790A4; CN101959737A; WO2009113232A1; EP2210790B1; JP5189084B2; CA2710803C; KR101200126B1; CA2710803A1; JPWO2009113232A1

Abstract

本发明提供一种车辆行进轨迹稳定化控制装置，其适当地组合VSA及RTC，在包括极限行进轨迹及通常行进轨迹的整个行驶区域中能够进行有效地控制。该车辆行进轨迹稳定化控制装置通过某传递特性变换RTC的输出，并在向VSA的实际车辆特性模型输入的前轮转向角δ_f上加减该结果。这意味着基于作为RTC的输出的后轮的推力角或束角可改变VSA的输入前轮转向角δ_f。由此，能够进行VSA及RTC的协调控制，并且，能够在对既存的VSA自身的结构不施加变更的情况下协调地组合两者。

Description

车辆行进轨迹稳定化控制装置

技术领域

本发明涉及一种并用第一控制装置(VSA)和第二控制装置(RTC)的车辆操纵性稳定化控制装置，其中，第一控制装置(VSA)至少以前轮转向角作为控制输入，来控制左右轮及/或前后轮的制动力及/或驱动力的分配，第二控制装置(RTC)至少以前轮转向角作为控制输入，来控制车辆的后轮的转向角。

背景技术

作为使车辆的行进轨迹稳定的控制装置，公知有车辆运动控制装置(以下，简称为VSA)(专利文献1)。其通过使左右或前后的制动器自动地动作，使制动力均衡，由此，起到使车辆的行进轨迹的紊乱返回通常的行进轨迹的作用，但是，其通过反馈预先确定的相对于车辆运动的偏差而实现。尤其专利文献1中公开有通过根据侧向加速度求出的侧滑角速度的变化来限制作为驾驶员意志的转向角的情况。

专利文献1：日本特许第3214824号

另一方面，提出有后轮束角控制装置(以下，简称为RTC)，以往作为四轮转向(4WS)，例如专利文献2所示，公知有以使车辆的偏离角为零(或者预先设定的值)作为目标值来使车辆的行进轨迹稳定的控制装置。关于该方法，公开有根据速度更换前轮后轮的转向角比(低速时反向，高速时同向)等各种方法，但是基本上RTC或4WS都将前馈控制作为控制的基本，该前馈控制使相对于转向角的实际车辆特性模型的横摆角速度响应相对于理想车辆特性模型的横摆角速度响应的偏差最小。

专利文献2：日本特许第3179271号

上述VSA在原理上由于制动力的均衡而产生横摆力矩，因此即使在轮胎的偏离角超过极限的区域即车辆的极限区域时也能产生效果，但是由于实际上不能允许制动器频繁动作，因此对应于某程度极端的情况(极限行进轨迹)而起动。另一方面，RTC利用后轮的微小的偏离角而产生横摆力矩，因此适合于通常区域(通常行进轨迹)的控制。因此，若组合VSA和RTC，则实现在整个行驶区域中有效的车辆行进轨迹稳定化装置。然而，由于VSA和RTC分别基于反馈系统及前馈系统的控制原理，因此认为若单纯地同时起动VSA及RTC，则互相的干涉产生不良的影响，控制动作变得不稳定。

发明内容

鉴于这样的现有技术的问题点，本发明的主要目的在于提供一种车辆行进轨迹稳定化控制装置，其适当地组合VSA及RTC，在包括极限行进轨迹或通常行进轨迹的整个行驶区域中能够进行有效地控制。

本发明的第二目的在于提供一种车辆行进轨迹稳定化控制装置，其能够将VSA及RTC分别作为独立设计的装置而进行组合。

本发明的第三目的在于提供一种车辆行进轨迹稳定化控制装置，其在不需要为了将既存形式的VSA及RTC互相组合而对原有的设计施加大幅度地变更的情况下能够将VSA及RTC适当地组合。

根据本发明，通过提供一种车辆行进轨迹稳定化控制装置而完成上述课题，该车辆行进轨迹稳定化控制装置具有：第一控制装置(VSA)，其至少以前轮转向角作为控制输入，来控制左右轮及/或前后轮的制动力及/或驱动力的分配量；第二控制装置(RTC)，其至少以前轮转向角作为控制输入，来控制车辆的后轮的转向角；协调控制单元，其基于所述第二控制装置的控制输出，变换所述第一控制装置的控制输入。

如此，通过某传递特性变换RTC的输出，并基于该结果，修正向VSA的实际车辆特性模型输入的前轮转向角δ_f。这意味着基于作为RTC的输出的后轮的推力角或束角可改变VSA的输入前轮转向角δ_f。由此，能够进行VSA及RTC的协调控制，并且，能够在对既存的VSA自身的结构不施加变更的情况下协调地组合两者。

根据本发明的优选实施例，所述第一控制装置(VSA)基于实际车辆特性模型及实际车辆相对于施加的前轮转向角的输出差，来确定左右轮及/或前后轮的制动力及/或驱动力的分配量，所述第二控制装置(RTC)基于理想车辆特性模型及实际车辆特性模型相对于施加的前轮转向角的输出差来确定后轮转向角，所述协调控制单元基于所述第二控制装置(RTC)的控制输出，变换所述第一控制装置的实际车辆特性模型的控制输入。所述协调控制单元可以在所述第一控制装置的实际车辆特性模型的控制输入上加减基于所述第二控制装置的控制输出的修正信号。所述控制输出可以包括横摆角速度。

另外，作为第二控制装置(RTC)，即可以利用后轮的转向(推力)角，或者也可以利用后轮的束角。

附图说明

图1是表示公知的VSA系统的框图。

图2是表示公知的RTC系统的框图。

图3是基于协调地组合VSA系统及RTC系统的本发明的车辆行进轨迹稳定化控制装置的框图。

具体实施方式

图1是VSA系统的框图。若向实际车辆特性模型(G_γo(s))输入前轮转向角δ_f，则从实际车辆特性模型输出规范横摆角速度，将车辆的实际横摆角速度与规范横摆角速度之差输入VSA反馈传递特性(R(s))，并且向车辆施加与其结果确定的适当的驱动力或制动力向各轮的分配比对应的横摆力矩。基于所述前轮转向角的车辆自身的横摆力矩与由VSA系统施加的横摆力矩的和作用于车辆，并求得该积分量作为车辆的实际横摆角速度。由此，即使作用作为外部干扰的横摆力矩，通过制动系统的反馈作用，也能够维持车辆的行驶稳定性。

图2是RTC系统的框图。若向实际车辆特性模型(G_γo(s))及理想车辆特性模型(G_ideal(s))输入前轮转向角δ_f，则两模型的输出之间的偏差被输入RTC前馈传递特性(P(s))。另一方面，理想车辆特性模型的输出与车辆的实际横摆角速度的偏差输入RTC反馈传递特性(Q(S))。RTC前馈传递特性(P(s))及RTC反馈传递特性(Q(s))的输出的和作为施加横摆力矩作用于车辆，得到基于前轮转向角的车辆自身的横摆力矩和施加横摆力矩的和的积分量而作为车辆的实际横摆角速度。该种情况下，即使作用作为外界干扰的横摆力矩，通过控制系统的反馈作用，也能够维持车辆的行驶稳定性，并且，通过使理想车辆特性模型的行进轨迹规范的前馈控制作用，能够以高的响应性提高车辆的行驶稳定性。

在该情况下，例如专利文献3中记载所示，赋予δr＝Gr·δ_f的传递特性时的车辆的运动方程式通过如下式子表示，

[数学式1]

[\begin{matrix} mVs + (K_{f} + K_{r}) & mV + \frac{l_{f} \cdot K_{f} - l_{r} \cdot K_{r}}{V} \\ l_{f} \cdot K_{f} - l_{r} \cdot K_{r} & l \cdot s + \frac{{l_{f}}^{2} \cdot K_{f} - {l_{r}}^{2} \cdot K_{r}}{V} \end{matrix}] [\begin{matrix} β \\ γ \end{matrix}] [\begin{matrix} K_{f} + Gr \cdot K_{r} \\ l_{f} \cdot K_{f} - Gr \cdot l_{r} \cdot K_{r} \end{matrix}] δ_{f}

后轮的转向角δr通过如下式子表示。

[数学式2]

δ_{r} = \frac{\frac{m \cdot l_{f}}{k_{r} \cdot l} V \cdot s + 1}{\frac{m \cdot l_{r}}{k_{f} \cdot l} V \cdot s + 1} \cdot \frac{1}{G_{γ 0}} (G_{ideal} - G_{γ 0}) \cdot δ_{f}

------式(1)

在此，m：车辆质量，I：轴距，lf、lr：前后车轴与重心间的距离，δ_f：前轮转向角，kr、kf：前后轮的侧抗刚度，V：车速。另外，G_ideal(S)为图2中的理想车辆特性模型，G_γo(S)为δr＝0时的实际车辆特性模型，基本上与图1的实际车辆特性模型相同。

专利文献3：PCT/JP2007/001140

根据式(1)及图2可知，RTC前馈传递特性P(S)为

[数学式3]

P (s) = - \frac{\frac{m \cdot l_{f}}{k_{r} \cdot l} V \cdot s + 1}{\frac{m \cdot l_{r}}{k_{f} \cdot l} V \cdot s + 1} \cdot \frac{1}{G_{γ 0}}

------式(2)。

另外，在图2中，形成向车辆施加横摆力矩的结构，但是由于横摆力矩为后转向角δ_r与lr的积，因此，为了方便，将RTC的输出作为δr。

在此，对单纯地组合VSA及RTC时动作不稳定的理由进行说明。若着眼于作为VSA及RTC的反馈的基准值的车辆特性，则VSA采用实际车辆特性模型，另一方面，RTC采用理想车辆特性模型。车辆特性模型是基于没有VSA等车辆行进轨迹稳定化装置时的车辆的实际特性的模型，理想车辆特性是使RTC等动作，使车辆特性变化而得到的理想的车辆的特性，通常上述模型彼此不同。因此，VSA起着将RTC使车辆特性发生变化而产生的横摆力矩作为外界干扰来消除的作用。另一方面，由于RTC对理想车辆特性模型进行反馈，因此也将VSA的横摆力矩作为外界干扰而进行消除。这是将其它的车辆行进轨迹稳定化装置单纯与VSA组合时动作不稳定的原因。

解决该问题的一种方法为使VSA的车辆特性模型与RTC的理想车辆特性一致，另一种方法是使RTC的理想车辆特性与VSA的车辆特性一致。但是，后者由于RTC失去向理想特性前馈的功能而没有意义，前者由于必须改变已经设定的VSA的控制的设定，因此带RTC的车辆与不带RTC的车辆需要设定各自的特性模型，并且在VSA的调整等上需要很多的工时。

图3是表示为了解决这样的问题而提出的基于本发明的车辆行进轨迹稳定化控制装置的框图。该装置除了将图1及2所示的VSA及RTC的输出作为相对于车辆自身的横摆力矩的施加横摆力矩而进行施加以外，还通过某传递特性变换RTC的输出，并从向VSA的实际车辆特性模型输入的前轮转向角δ_f上减去该结果。但是，该减法由于传递特性的符号设定而变成加法。即，这意味着基于作为RTC的输出的后轮的推力角或束角可改变VSA的输入前轮转向角δ_f。如上所述，使VSA及RTC同时起作用时的不良情况由于VSA的控制目标为不使RTC动作时的横摆角速度响应而引起，但是，在本实施例中，在本发明中能够在不改变VSA自身的结构的情况下解决该问题。

接下来，此时，对通过哪个传递特性变换RTC的输出优良进行考察。若将式(1)变形，则得到以下的式(3)，

[数学式4]

G_{ideal} \cdot δ_{f} = G_{γ 0} \cdot (δ_{f} - \frac{\frac{m \cdot l_{r}}{k_{f} \cdot l} V \cdot s + 1}{\frac{m \cdot l_{f}}{k_{r} \cdot l} V \cdot s + 1} \cdot δ_{r})

------式(3)

通过该式，在VSA的车辆特性模型的传递特性中，若将G_γo(s)·δ_f变换为

[数学式5]

G_{γ 0} \cdot (δ_{f} - \frac{\frac{m \cdot l_{r}}{k_{f} \cdot l} V \cdot s + 1}{\frac{m \cdot l_{f}}{k_{r} \cdot l} V \cdot s + 1} \cdot δ_{r})

------式(4)，

则尽管向VSA的车辆特性模型输入外观上的前轮转向角δ_f，也能够得到作为RTC的目标的横摆角速度来作为VSA的车辆特性模型的输出。即，在图3中，可知若使变换传递特性为T(S)即可。在此，

[数学式6]

T (s) = - \frac{\frac{m \cdot l_{r}}{k_{f} \cdot l} V \cdot s + 1}{\frac{m \cdot l_{f}}{k_{r} \cdot l} V \cdot s + 1}

------式(5)。

在上述实施例中，以后转向(轴向)角进行了说明，但是，在使用后束角的情况下，在为束角θ时，由于能够以δr＝k·αy·θ(k：由侧摆刚度、轮距等确定的常数，αy：侧向加速度)而变换成推力角，因此与推力角同样地将θ·k·αy通过上述传递特性，从而能够完成与VSA的协调控制。另外，在RTC以外，通过产生附加横摆转矩，将使车辆的行进轨迹稳定的控制装置的附加横摆力矩替换成后转向角也能够得到相同的效果。

如此，根据本发明，

(1)VSA及RTC互相协调，从而充分发挥各自的效果，因此能够在从通常区域到极限区域的整个宽度的范围内进行车辆的行进轨迹稳定化控制。

(2)由于不通过车辆特性的变化等就能够进行协调控制，因此能够大幅度地缩短开发的工时。

以上，结束具体的实施方式的说明，但是，为了本领域技术人员能够理解，本发明不局限于上述实施方式和变形例，能够广泛地变形实施。

以本申请的基于巴黎公约的主张优先权的基础申请的全部内容及本申请中引用的现有技术的全部内容中提到的内容为本说明书的一部分。

Claims

1.一种车辆行进轨迹稳定化控制装置，其特征在于，具有：

第一控制装置(VSA)，其至少以前轮转向角作为控制输入，来控制左右轮及/或前后轮的制动力及/或驱动力的分配量；

第二控制装置(RTC)，其至少以前轮转向角作为控制输入，来控制车辆的后轮的转向角；

协调控制单元，其基于所述第二控制装置的控制输出，修正作为所述第一控制装置的控制输入的前轮转向角，

所述第一控制装置(VSA)基于实际车辆特性模型及实际车辆相对于施加的前轮转向角的输出差，来确定左右轮及/或前后轮的制动力及/或驱动力的分配量，

所述第二控制装置(RTC)基于理想车辆特性模型及实际车辆特性模型相对于施加的前轮转向角的输出差来确定后轮转向角，

所述协调控制单元基于所述第二控制装置的控制输出，修正作为所述第一控制装置的实际车辆特性模型的控制输入的前轮转向角。

2.根据权利要求1所述的车辆行进轨迹稳定化控制装置，其特征在于，

所述协调控制单元在作为所述第一控制装置的实际车辆特性模型的控制输入的前轮转向角上加减基于所述第二控制装置的控制输出得到的修正信号。

3.根据权利要求1所述的车辆行进轨迹稳定化控制装置，其特征在于，

所述控制输出包括横摆角速度。