CN102398601B - 混合制动控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合制动控制。一种控制车辆的方法，包括控制再生制动器和摩擦制动器，包括：监测希望的角部力和力矩分配，监测包括再生制动器的每个的制动转矩极限的实时促动器约束，基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束对于再生制动器的每个确定再生制动转矩，基于希望的角部力和力矩分配和对于再生制动器的每个所确定的再生制动转矩对于摩擦制动器的每个确定摩擦制动转矩，和基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆。

Description

混合制动控制
技术领域
本发明涉及车辆控制。
背景技术
在此部分的陈述仅提供了涉及本公开的背景信息，且可不构成现有技术。
车辆控制描述了方法论，其中车辆或车辆内的系统的运行被监测，且应用计算机控制以修改车辆的运行。典型的车辆控制策略监测了车辆动力学或作用在车辆上的当前或预期的力和力矩，且基于力和力矩应用控制方法以维持车辆的希望的运行。例如，当车辆迅速停止时，力和力矩可导致车辆的车身向前旋转从而使前悬架受压。车辆控制可通过为位于车辆的前角处的促动器加电以在车辆车身上升高且停止前悬架受压来抵抗此监测的或预期的车辆的车身旋转。在另一个示例中，在制动操纵中，作用在车辆上的力和力矩和施加到车轮的制动力可用于监测或预测车轮和道路之间的滑移。在车辆的制动器处的促动器可用于将制动力在车轮之间再分配以避免滑移。在另一个示例中，在转向操纵中，作用在车辆上的力和力矩和转向角度可用于监测或预测过度转向或不足转向条件，且作用在转向系统上的促动器可修正转向。在另一个示例中，作用在车辆上的力和施加到传动系和车轮的当前的转矩可用于监测或预测车轮和道路之间的滑移，且促动器可用于通过本领域中已知的多种方法修改传递到车轮的转矩。
多个系统可通过车辆控制被监测或影响。示例包括制动、转向、传动系和悬架控制。根据典型的方法，驾驶员指令和/或自动驾驶系统指令被集成，以确定希望的车辆动力学或运动学状态，车辆动力学模型输入希望的车辆动力学或运动学状态且输出希望的车辆力和/或力矩，且促动器管理控制模块在一个或多个车辆系统内生成指令，以影响希望的车辆力和/或力矩。指令的集成可包括关于当前的或合成的车辆动力学和运动学状态的反馈，且促动器管理控制模块可包括当前的或合成的促动器状态的反馈。
发明内容
包括控制再生制动器和摩擦制动器的控制车辆的方法包括：监测希望的角部力和力矩分配，监测包括每个再生制动器的制动转矩极限的实时促动器约束，基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于每个再生制动器的再生制动转矩，基于希望的角部力和力矩分配和对于每个再生制动器所确定的再生制动转矩确定对于每个摩擦制动器的摩擦制动转矩，和基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆。
本发明提供了以下技术方案：
方案1.控制车辆的方法，包括控制再生制动器和摩擦制动器，所述方法包括：
监测希望的角部力和力矩分配；
监测包括再生制动器的每个的制动转矩极限的实时促动器约束；
基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩；
基于希望的角部力和力矩分配和对于再生制动器的每个所确定的再生制动转矩确定对于摩擦制动器的每个的摩擦制动转矩；和
基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆。
方案2.根据方案1所述的方法，其中基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆包括：在利用摩擦制动器之前将再生制动器的每个利用到制动转矩极限。
方案3.根据方案1所述的方法，其中基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩包括：对于具有各自再生制动器和各自摩擦制动器的车辆的每个车轮，在利用各自摩擦制动器之前将各自再生制动器利用到直至制动转矩极限。
方案4.根据方案1所述的方法，其中基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩包括：
对于具有再生制动器且不具有摩擦制动器的车辆的车轮确定希望的制动转矩；
其中基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆包括：在将所述希望的制动转矩的超过制动转矩极限的任何部分分配到车辆的具有摩擦制动器的另一个车轮之前将用于所述车轮的再生制动器利用到直至各自制动转矩极限。
方案5.根据方案1所述的方法，其中基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩包括：
对于车辆的具有再生制动器且不具有摩擦制动器的车轮确定希望的制动转矩，
其中基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆包括：在将所述希望的制动转矩的超过制动转矩极限的任何部分分配到车辆的具有各自摩擦制动器的多个其他车轮之前将用于所述车轮的再生制动器利用到直至各自制动转矩极限。
方案6.根据方案1所述的方法，其中基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩包括：
基于希望的角部力和力矩分配为车辆的多个车轮的每个确定希望的制动转矩；
基于相应的希望的制动转矩和实时促动器约束为多个车轮的每个确定摩擦制动分配比例；和
进一步基于对于相应的车轮的摩擦制动分配比例确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩。
方案7.根据方案1所述的方法，进一步包括：
监测车辆的具有各摩擦制动器的多个车轮的每个的转向角度；和
其中确定对于摩擦制动器的每个的摩擦制动转矩进一步基于转向角度进行。
方案8.根据方案1所述的方法，其中基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩包括：
对于车辆的具有再生制动器且不具有摩擦制动器的车轮确定希望的制动转矩；
其中基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆包括：在将希望的制动转矩的超过制动转矩极限的任何部分分配到车辆的具有各再生制动器的多个其他车轮之前将用于该车轮的再生制动器利用到直至各自制动转矩极限。
方案9.根据方案1所述的方法，其中基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩包括：
对于车辆的具有再生制动器且不具有摩擦制动器的车轮确定希望的制动转矩；
其中基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆包括：在将希望的制动转矩的超过制动转矩极限的任何部分分配到车辆的多个其他车轮之前，将用于该车轮的再生制动器利用到直至各自制动转矩极限，所述其他车轮每个具有各自再生制动器和各自摩擦制动器。
方案10.根据方案1所述的方法，其中监测包括再生制动器的每个的制动转矩极限的实时促动器约束包括：监测位于车辆的多个车轮的每个处的各再生制动器的制动转矩极限。
方案11.根据方案1所述的方法，进一步包括：确定从车辆的电池的总动力约束的加权离开；
其中确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩进一步基于加权离开。
方案12.根据方案1所述的方法，其中监测希望的角部力和力矩分配包括：
监测希望的车辆力和力矩；
监测对于车辆动力学的实时角部约束，包括：
　监测车辆的角部健康状态；和
　监测车辆的角部能力；和
基于希望的车辆力和力矩和实时角部约束确定希望的角部力和力矩分配。
方案13.根据方案1所述的方法，其中监测实时促动器约束进一步包括：摩擦制动器的每个的制动转矩极限；和
其中确定对于摩擦制动器的每个的摩擦制动转矩进一步基于实时促动器约束。
方案14.包括再生制动器控制和摩擦制动器控制的车辆控制方法，包括：
监测希望的角部力和力矩分配，所述希望的角部力和力矩分配包括车辆的多个车轮的每个的各自希望的制动转矩；
监测实时促动器约束，该实时促动器约束包括再生制动器的每个的各自制动转矩极限；
基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的各自再生制动转矩；
基于希望的角部力和力矩分配和再生制动器的每个的各自再生制动转矩确定对于摩擦制动器的每个的各自摩擦制动转矩；和
基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆；
其中确定对于再生制动器的每个的各自再生制动转矩包括：将再生制动器的每个的各再生制动转矩设定为相应的车轮的各自希望的制动转矩，直至达到相应的再生制动器的各自制动转矩极限。
方案15.控制车辆制动的设备，包括：
每个操作地联接到车辆的车轮的多个再生制动器；
每个操作地联接到车辆的车轮的多个摩擦制动器；和
促动器管理控制模块，所述促动器管理控制模块：
监测希望的角部力和力矩分配；
监测包括再生制动器的每个的各自制动转矩极限的实时促动器约束；
基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的各自再生制动转矩；
基于希望的角部力和力矩分配和对于再生制动器的每个所确定的各自再生制动转矩确定对于摩擦制动器的每个的各自摩擦制动转矩；和
基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制再生制动器和摩擦制动器。
方案16.根据方案15所述的设备，进一步包括：
角部动力学控制模块，所述角部动力学控制模块：
　监测希望的车辆力和力矩；
　监测实时角部约束；和
基于希望的车辆力和力矩以及实时角部约束确定希望的角部力和力矩分配。
方案17.根据方案15所述的设备，进一步包括：
车辆的两个前轮，每个前轮包括：
　再生制动器中的一个；和
　摩擦制动器中的一个；以及
车辆的两个后轮，每个后轮包括再生制动器中的一个。
方案18.根据方案17所述的设备，其中进一步基于两个后轮的每个的摩擦制动分配比例对于两个前轮的摩擦制动器的每个确定各自摩擦制动转矩。
附图说明
现在将通过示例参考附图描述一个或多个实施例，各图为：
图1示意性地描绘了根据本公开的典型的车辆，所述车辆包括被车辆控制影响的系统；
图2示意性地描绘了根据本公开的协调用于多种车辆系统的车辆控制的方法；
图3示意性地描绘了根据本公开的通过确定希望的角部力和力矩分配来协调车辆控制的典型方法；
图4示意性地描绘了根据本公开的利用希望的角部力和力矩分配来协调用于多种车辆系统的车辆控制的方法；
图5更详细地示意性地描绘了根据本公开的角部动力学控制模型的典型运行；
图6更详细地示意性地描绘了根据本公开的促动器管理控制模块的典型运行；
图7描绘了根据本公开的作为希望的总制动力的函数的典型的摩擦制动分配比；
图8描绘了根据本公开的作为希望的总制动转矩的分量的摩擦制动转矩和再生制动转矩；
图9描绘了根据本公开的描述了电池动力约束的动力约束超平面；和
图10描绘了根据本公开的在要求的动力区域、不希望的动力区域和希望的平衡选择中的行为。
具体实施方式
现在参考附图，其中附图仅用于阐述某些典型实施例的目的，且不用于限制本发明的目的，图1示意性地描绘了根据本公开的典型的车辆，所述车辆包括被车辆控制影响的系统。车辆5包括电动马达15和车轮32、34、36和38。电动马达15可提供转矩，所述转矩可用于通过车轮32和34驱动车辆5。另外，电动马达15可用作车轮32和34的每个的再生制动器。图1的典型构造描述了可用于车辆的一个可能的动力总成。可等同地利用多个典型的实施例。例如，多个轮内马达可作为所描绘的马达15的替代而被利用。在一个这样的实施例中，四个轮内马达可单独地向每个车轮提供转矩。图1描绘了典型的再生制动器66和68，所述再生制动器运行以向各车轮36和38提供再生制动转矩。本公开不意图于限制于在此所述的特定的动力总成实施例。图1描绘了车轮32和34转弯或能够转向。将认识到的是多个典型的转向方法和车轮构造是已知的，包括四轮转向，且本公开不意图于限制于在此所述的特定的典型实施例。在车轮32和34的每个处分别描绘了摩擦制动器或摩擦制动装置52和54，它们每个能够将摩擦制动转矩施加到相关的车轮。多个不同的制动装置和控制方法在本领域中是已知的，且可包括典型的液压制动器或机电制动器和能够为能量存储装置蓄能的再生制动。
如上所述，已知利用促动器来修改多种车辆系统的运行以用于车辆控制的目的的方法。对于制动系统，电子稳定控制系统（ESC）和防抱死制动系统是基于输入来调节制动促动的系统。车辆控制输入可用于改变ESC或防抱死制动系统的运行，以影响制动的促动器控制。ESC、防抱死制动系统或其他制动控制系统可使用带有泵和阀的液压促动器、自加压系统、电动马达或电动制动钳，以影响制动的促动器控制。本公开不意图于限制于在此所述的特定的典型实施例。
名为“VEHICLEDYNAMICSCONTROLSTRUTURE”的共同让与的美国专利7,472,006描述了基于协调单独的车辆系统来实施车辆控制的方法，且在此通过引用将其合并。
图2示意性地描绘了根据本公开的协调用于不同的车辆子系统的车辆控制方法的方法。方法100包括指令集成模块110，所述指令集成模块110监测手动驾驶输入112和/或传感器引导的自动驾驶输入114，且生成希望的车辆动力学/运动学122，其描述了驾驶员所希望的车辆运行或车辆的自主特征。车辆动力学模块120输入希望的车辆动力学/运动学122，且生成例如描述了作用在车辆重心上的力和力矩的希望的车辆力和力矩132，以及合成的车辆动力学/运动学124。在图2的典型实施例中，指令集成模块110另外监测了合成的车辆动力学/运动学124，且可利用此信号以向希望的车辆动力学/运动学122信号提供反馈。促动器管理控制模块130输入希望的车辆力和力矩132且为各促动器模块140、145和150生成控制指令142、147和152，从而如上所述向车辆内的不同系统提供控制指令。在非限制性示例中，促动器模块140可包括向再生制动系统提供指令的模块，促动器模块145可包括向摩擦系统提供指令的模块，且模块150可包括向推进系统提供指令的模块。
方法100允许用于车辆控制的多种车辆系统的集成控制。促动器管理控制模块130将方法和对希望车辆力和力矩132的编程的响应应用到由模块140、145和150所指令的多种车辆系统。然而，这些方法和编程的响应是基于特征的响应，例如识别希望的转矩，且生成包括转向角的修改的响应。这样的响应仍是对于此车辆系统的隔离函数。
角部动力学控制方法（cornerdynamicscontrolmethod）应用于车辆控制方法，从而确定对于车辆的每个车轮的希望的角部力和力矩分配（cornerforceandmomentdistribution）。通过将希望的车辆力和力矩作为希望的角部力和力矩分配到车辆的每个角部（corner），影响特定的角部的多种系统的响应可选择地基于对于此角部的希望的力和力矩生成。这样的方法将车辆控制实施为所有受控的车辆系统的净效果，而非逐个地控制单独的系统。此外，通过将希望的力和力矩分配到车辆的四个角部，实时角部约束或描述了每个角部对于车辆控制的贡献的能力的约束可作为分配的一部分被应用，从而保证希望的角部力和力矩分配在每个角部的希望范围内且不处于接近极限的状态。以此方式，基于控制车辆对整个系统的响应可实现各种车辆系统的整合。此外，通过基于作用在车辆上的希望的角部力和力矩将控制联合，控制参数可被标准化或可对于车辆构造和驾驶员偏好被定制。
图3示意性地描绘了根据本公开的通过确定希望的角部力和力矩来协调车辆控制方法的方法。方法200包括指令集成模块110，所述指令集成模块110监测手动驾驶输入112和/或传感器引导的自动驾驶输入114，且生成希望的车辆动力学/运动学122，其描述车辆驾驶员所希望的车辆运行，或希望的车辆纵向力、侧向力和横摆力矩。驾驶员希望的此车辆运行，包括合成为希望的车辆动力学/运动学的手动和自动输入，可被描述为总体车辆控制指令。根据一个典型实施例，指令集成模块110利用逆车辆动力学模型。另外，如上所述，指令集成模块110可监测合成的车辆动力学/运动学124。这样的合成的车辆动力学或运动学可通过传感器或测量系统建立，例如通过监测横摆速度、侧向加速度、纵向加速度、车轮速度、估计的轮胎滑移、估计的力和/或估计的车轮和路面之间的摩擦的传感器或测量系统建立。车辆动力学模块210输入希望的车辆动力学/运动学122且生成希望的车辆力和力矩132和合成的车辆动力学/运动学124。描述了监测希望的车辆力和力矩132的角部动力学控制模块220。角部动力学控制模块220进一步监测来自实时约束模块225的基于角部的实时约束227。根据典型的运行，模块220将希望的和实际的车辆力和力矩之间的差异最小化，将控制努力最小化，且将例如过度制动或牵引打滑的车轮不稳定的发生最小化。优化通过实时约束被约束，例如提供促动器极限、关于促动器异常的数据和能量管理要求。典型的基于角部的实时约束227包括角部健康状态和角部能力。角部健康状态或角部能力确定可包括促动器或多个促动器在特定的角部处产生希望的力的能力或容量。例如，角部健康状态可与车轮内马达相关地描述了缺乏实现希望的角部力的能力。如果促动器失效，则不能将要求的控制动作施加到此角部，且角部健康状态的确定可描述此促动器为不能工作的。角部能力确定可描述促动器/多个促动器实现所要求的角部力的能力，例如基于接近热极限和合成的极限控制动作的促动器。角部动力学控制模块220可进一步监测合成的轮胎侧偏/侧偏角234和合成的角部力和力矩236。基于监测的输入，角部动力学控制模块220生成希望的角部力和力矩分配232。此外，角部动力学控制模块220可生成合成的车辆力和力矩222，所述车辆力和力矩222可由车辆动力学模块210用作反馈。以此方式，希望的车辆力和力矩可用于建立希望的角部力和力矩分配以使用在车辆控制中。
车辆控制可采用多个实施例。如结合图2描述，车辆控制可包括指示控制车辆子系统或一组车辆子系统的一组促动器的指令。这样的促动器的控制可实施希望的角部力和力矩分布，如在图3中所建立。多个子系统控制方法在现有技术中已知，且本公开不意图于限制于在此所述的特定的典型实施例。
图4示意性地描述了根据本公开的如在图3中描绘的利用希望的角部力和角部力矩分布来协调用于多种车辆系统的车辆控制方法的方法。方法250包括促动器管理控制模块230，所述促动器管理控制模块230监测希望的角部力和力矩分布232且生成对各促动器模块140、145和150的控制指令142、147和152，为向车辆内不同的子系统提供控制指令，如上所述。促动器管理控制模块230可进一步监测来自实时约束模块235的另外的实时约束237，例如将能量容量和促动器极限信息应用于控制指令的生成。促动器管理控制模块230可进一步生成合成的轮胎侧偏/侧偏角度234和合成的角部力和力矩236以用于向角部动力学控制模块220的反馈。
图5详细地示意性地描绘了根据本公开的角部动力学控制模块的典型的运行。描绘了角部动力学控制模块220，其包括角部能力评估模块310，系统约束集成模块320，和优化的角部力分配模块330。角部能力评估模块310监测基于角部的实时约束，在此典型实施例中，包括角部健康状态312和角部能力314。用作输入的角部健康状态312和角部能力314可用于描述在当前状态下特定角部理想地能够控制多少力和力矩。系统约束集成模块320监测来自模块310的角部能力的评估且确定单独的角部当被约束或限制时可对于车辆控制具有如何的贡献。模块320输出约束的角部参数到优化的角部力分配模块330。优化的角部力分配模块330输入了模块320的输出和希望的车辆力和力矩132，且将力和力矩作为希望的角部力和力矩分配232分配到不同的车轮。
图6更详细地示意性地描绘了根据本公开的促动器管理控制模块的典型运行。促动器管理控制模块230描绘为包括能量容量评估模块350、促动器评估模块355、系统约束集成模块360和优化的促动器控制分配模块370。能量容量评估模块350监测实时约束，在此典型实施例中所述实时约束包括考虑到期望牵引力的、关于来自动力源的所需的希望的动力的能量容量信息352，所述动力源例如为内燃机、燃料电池或电池。通过监测能量容量信息352，可基于实时可利用的动力来选择动力源和此动力源的应用。促动器评估模块355监测实时促动器约束，在此典型实施例中包括促动器极限/健康状态357。实时促动器约束可包括再生制动器的制动转矩极限。另外，实时促动器约束可包括摩擦制动器的制动转矩极限。此外，促动器极限或健康状态可例如包括由于温度变化或由于特定的车辆状态导致的促动器容量的降低。能量容量信息352和促动器极限/健康状态357作为输入可用于描述特定的角部在当前状态下理想地可以处理多大的力和力矩。系统约束集成模块360利用输入以确定单独的促动器可如何对于角部控制起到贡献，且将描述了角部促动器极限（最大转矩，促动器带宽等）的参数输出到优化的促动器控制模块370。优化的促动器控制模块370输入了模块360的输出和希望的角部力和力矩分配232，且生成对相关的促动器的控制指令，在此示例中所述控制指令为指令142、147和152。
促动器异常可能降低车辆控制系统对车辆运行反应的能力。例如，如果促动器是不能工作的或不能对由车辆控制系统所生成的指令作出反应，则来自车辆控制系统的益处可能被取消或者对于驾驶性能的不利效果是明显的。基于利用如在此所述的角部动力学控制模块的系统来监测促动器功能且确定促动器为不能工作的，可调整到不同的角部的力和力矩的分配以补偿已知的促动器异常。
根据一个典型的车辆构造，车辆可并行地或选择地利用再生制动和摩擦制动以降低车辆的速度。在图1中描绘的典型的构造中，车辆被描绘为利用后轮上的再生制动器，作为再生制动器用于两个前轮的每个的主马达，和前轮上的摩擦制动器，所有四个车轮的制动器协作地运行以使车辆减速。将认识到的是施加到车辆的不同的车轮的制动力可影响可施加到车辆的制动力的大小且影响车辆的稳定性。例如，在迅速停止时，施加到车辆前轮的制动力可能在一些情况下在使车辆停止方面比施加到后轮的制动力更有效。在另一个示例中，施加到后轮的一个或两个的制动力可改进车辆在停止期间的稳定性。另外，制动装置具有运行极限。例如，车轮基于车轮和道路之间的摩擦的极限而仅可施加一定量的制动力。再生制动可具有基于装置的物理极限或可施加到能量存储装置的能量的量的极限。每个车轮或车辆的角部的施加制动力的这样的极限可描述为实时促动器约束，例如包括以上描述作为到促动器评估模块355的输入的促动器极限／健康状态357。根据一个典型方法，基于再生制动的容量和希望的车辆制动，后轮的再生制动被利用到最大容量且通过前轮的摩擦制动操作得以增加。
基于作用在车辆重心上的希望的力和力矩的车辆控制方法可包括开环查表值，例如通过对于不同驾驶情况的密集调校而标定的查表值，或包括例如最小二乘法的迭代计算以实现最优的性能，每个单独地基于希望的力和力矩来控制车辆系统。然而，这些方法，包括对于多种车辆系统对于希望的力和力矩输入的标定响应，基于此特定系统或标定响应起作用。作为结果，这样的响应包括对于此给定系统的优化的最小值或最大值，所述值对于此系统是局部的值。然而，观察作为整体而包括所有受控车辆系统的车辆控制响应，对于特定系统或对于特定标定的这样的局部最小值或最大值可能与包括基于希望的角部力和力矩分配的响应的优化的车辆宽度求解是不同的。此外，用于车辆控制的迭代计算当求解迭代计算时可能包括延迟。在动态驾驶或紧急驾驶情况下，这样的延迟可能对于车辆控制方法是不希望的。替代地，闭环计算可对于车辆控制是优选的，其中可对于给定的输入组求解确定性的答案。
本公开的方法包括基于以闭环形式发现最佳求解的闭环计算，这有助于避免迭代且降低对于控制器的大量调校工作的需求。在重心处的车辆纵向力和侧向力和横摆力矩可基于轮胎力来确定。忽略回正轮胎力矩，则描述车辆上的纵向力Fx、车辆上的侧向力Fy和在水平面内作用在车辆上的力矩Gz的车辆动力学方程可表达为如下：
[1]
[2]
[3]
下标指示了作用在各自轮胎的每个上的力。
描述了作为这些从路面施加到四个轮胎的力的合成而作用在车辆的重心上的力的方程式1至3可表达为如下线性形式。
[4]
项描述了取决于车辆几何尺寸和道路车轮偏转角度（wheelangle）的矩阵，如下：
项T描述了轮距宽度或由车辆的左右侧轮胎的中心线之间在地面高度处的距离限定的宽度。项描述了对于每个车轮的转向角度（steerangle）。项a和b分别表示了重心和前后轴之间的距离。
车辆动力学方程相对于角部力的线性形式使得可使用示范的标准优化方法，如下。
[6]
项f和δf分别描述了轮胎力和角部力控制调整的向量。项和分别描述了由驾驶员指令解释器确定的目标或希望的纵向力、侧向力和转动力矩。车辆动力学的优化可通过将误差向量E最小化来实现。在方程式6中引入的误差向量如下。
[7]
类似地，轮胎力－重心力转换矩阵AF可描述为如下。
[8]
因此，方程式6产生了如下等式。
[9]
项可共同地描述为闭环跟踪误差。项δf是待确定的轮胎力变化。如下表达式描述了由于轮胎特征而对轮胎力分布的摩擦椭圆物理约束。
[10]
和分别描述了可由轮胎在纵向和侧向方向上施加的最大力，且可描述为如下。
[11]
[12]
方程式9和10一起可用于通过最小化如下代价函数来优化角部力分配。
[13]
方程式13的分量中，如下表达式描述了重心力误差分量或待最小化的误差表达式：
[14]
方程式13的分量中，如下表达式描述了对轮胎力控制变化的约束或待最小化的控制能量分量：
[15]
方程式13的分量中，如下表达式描述了在任何轮胎的摩擦椭圆附近的快速增长的轮胎力或描述了待最大化的轮胎力保留分量的表达式：
[16]
为最小化参数的数量，所有加权矩阵可表达为对角形式，如下。
[17]
[18]
[19]
[20]
必要的是与方程式10相比，方程式17不包括轮胎力控制变化。作为结果，来自表达式13的代价函数具有相对于轮胎力控制调整的二次形式。使用方程式13且假定发现最小值的必要条件为，则用于确定最优轮胎力分配的闭环形式的解或实时闭环形式的动力学优化解以如下形式获得。
[21]
以此方式，包括典型角部动力学控制模块220的系统可生成如上所述的典型的希望的角部力和力矩分配232信号，这可如上所述随后使用在车辆控制中。
基于包括驾驶员输入的输入的希望的角部力和力矩分配可基于希望的制动指令或合并希望的制动指令，例如描述希望的制动转矩的制动指令。描述了对于车辆的总转矩值，使得指令生成车辆的四个角部或车辆的车轮的制动系统。然而，这些指令必须分配为角部特定的或制动系统特定的指令。如上所述，希望的角部力和力矩分配可被确定，从而描述车辆的每个角部所希望的力和力矩。基于以上所述的方法，可确定项，描述分配到车辆的每个角部的希望的纵向力。对于车辆的每个车轮或角部的希望制动力矩可确定为的函数，如通过下式表达。
[22]
描述了车轮的有效半径且可用于不仅描述车轮的实际半径从而描述转矩与在车轮的圆周处的轴向力的关系，而且描述其他因素对由于所施加的转矩而导致的力的影响。
控制车辆内的制动的示范方法包括确定力和力矩的误差且最小化力和力矩的误差。基于角部的促动器转矩方程式可表达为如下。
[23]
描述了由四个车轮的每个处的马达或再生阻尼器施加的再生制动转矩。描述了施加到每个前轮的摩擦制动转矩。在前角部的每个处的合成转矩可被描述为与的和。λi和是控制变量。λ描述了摩擦制动分配比例，其中在值为零处，所有制动通过再生制动进行，而在值为“1”处，所有制动通过摩擦制动进行。提供了当后轮上的再生制动转矩不足以满足施加到车辆重心的希望的纵向力和横摆力矩时在前轮上所需的摩擦转矩的增加。测量的或实际的重心力和力矩可描述为如下：
[24]
描述了角部到重心的转换矩阵，且 描述了在四个车轮的每个上的合成转矩。通过确定希望的重心力和转矩且将其与进行对比，可确定重心力误差且将其最小化。这样的力误差最小化可通过如下表达式描述
[25]
上述的力误差最小化是在下列约束条件下被描述。
[26]
[27]
[28]
描述了再生制动器的制动转矩极限，且描述了驱动转矩极限。在等式26中，电动马达转矩具有制动可利用的负的下极限和驱动可利用的正的上极限。在方程式27中，是负数且描述了制动可利用的最大摩擦转矩，而上极限总是零，因为通过摩擦制动器不能给出驱动转矩或正转矩。描述了实施为电池充电容量约束的实时促动器极限。描述了由四个电动马达在当前时间t时所生成的总动力。
图7描述了根据本公开的作为希望的总制动力的函数的典型的摩擦制动分配比例。x轴描述了且y轴描述了对于任意车轮的，其中索引被省略。所描绘的典型的曲线400可表达为如下。
[29]
描述了Heaviside单位阶跃函数，所述函数在处为零，且在处为1。如在图7中所描绘，小的值对应于零的值，表示再生制动可用于满足。随着值增加或在负数方向变得更大，值非线性地增加。然而，对应的再生制动转矩和摩擦制动转矩是图8中示出的希望的转矩的分段线性的函数。图8描绘了根据本公开的作为希望的总制动转矩的分量的摩擦制动转矩和再生制动转矩。x轴描述了值且y轴描述了合成的再生和摩擦制动转矩。描绘为曲线410，随着增加或在负数方向上逐渐变大，所述线410以一比一的斜率增加。如上所述，本文方法的一个实施例包括仅利用再生制动来提供制动转矩，直至达到。描绘为曲线420。描绘为线440，且描绘为当在零和之间时随曲线410在负数方向上逐渐变大。一旦达到，则停止变化。值的任何进一步的增加或在负数方向上增大的值起因于如线430所描绘的值的增加。以此方式，根据的在负数方向上逐渐增大的值，分布在和之间。
λ可对于车辆的每个角部优化，使得每个角部利用此角部处的再生制动，直至达到。对于车辆的任何角部可通过下式描述。
[30]
对于包括多个制动系统的车轮，可利用以在所述角部处在再生制动和摩擦制动之间分配转矩。对于仅包括再生制动的车轮，可利用以将转矩分配到车辆的其他车轮，例如利用车轮内的再生制动而无摩擦制动，以提供用于该车轮的希望的制动转矩直至此车轮的制动转矩极限，且将用于车轮的希望的制动转矩的剩余部分分配到车辆的包括摩擦制动器的另一个车轮。在图1中描绘的示范性的包括再生制动和摩擦制动的四轮构造中，可通过下式描述：
[31]
是补偿参数，所述补偿参数可用于基于包括不具有摩擦制动的车轮的值的因数来增加。对应于图1的典型构造的的典型的表达式可包括下式。
[32]
方程式32和类似的用于另一个前轮的方程式一起表达了在方程式25中描绘的优化问题的显式解。在图1的典型实施例中，前轮是可转向的车轮且仅在车辆的后轮上实现再生制动。方程式32描述了基于对于两个后轮的值和值调整，从而将制动转矩基于后轮对于再生制动器的容量而再分配到摩擦制动器。此外，方程式32基于前轮的转向角度补偿了。项描述了从前轮中心到车辆重心的纵向距离。以此方式，车辆的不同制动系统的制动力可被管理，且可分配制动转矩。在另一个非限制性示例中，制动转矩可基于再生制动器的剩余容量在车辆的车轮之间分配。例如，在图1的构造中，如果前轮的车轮内马达中的任何马达具有比后轮的车轮内马达中的一些马达更高的制动转矩极限，则方法可将的超过的部分通过类似于方程式31的方程式再分配到从而修改或。
制动转矩的分配可包括影响制动的其他因素。另一个典型因素考虑到车辆的总动力管理。根据一个实施例，通过方程式28确定的值可根据下式被调整。
[33]
当通过方程式28描述的总动力达到其最大值时，如图9中示出的，项修改方程式29以降低再生制动，所述最大值描绘了根据本公开的描述了电池动力约束的动力约束超平面。超平面450在坐标空间中考虑且描绘了其上的表面。向量470是面450的法向且确定了最快动力增加的方向，而沿着面450，动力为常数。根据等式28，向量470计算如下。
[34]
面450以上的区域描述了禁止半空间，而面450以下的区域描述了允许半空间。向量460代表了基于法向量470的意义最快离开约束的方向。线480代表了加权的离开。典型的加权离开可不与向量460重合，且可通过如下的分量组描述：，其中权重通过下式描述。
[35]
其中描述了图10所图示的函数，且
[36]
和
[37]
描述了可取决于每个车轮上的希望的和实际的总转矩之间的误差的函数ζ的参数。参数和用于分别修改沿水平轴和垂直轴的比例，且可影响从图9中的面450的离开速度。
图10描绘了根据本公开的在要求的动力区域、不希望的动力区域和希望的平衡选择中的行为。x轴描述了当前由制动所产生的总动力W，且y轴描述了通过等式35赋予的权重。线500示出了典型的的运行。描绘了用于描述的线510。描绘了线515，所述线515描述了其处曲线500达到零的W值。区域520描绘了要求的动力区域，且区域530描绘了不希望的动力区域。通过线515所指示的W值描述了希望的平衡。通过管理，可实现以对于希望的角部力和力矩分配和分配的制动转矩指令的最小违背从总动力约束的快速离开。
以上的方法描述了基于图1的构造的典型的方程式和项。但将认识到的是方程式可容易地基于其他构造被修改，例如包括在所有四个车轮上带有摩擦制动器的车辆，仅在两个车轮上带有再生制动器的车辆，或带有不同于四个车轮的车辆构造。
以上方法描述了可用于控制车辆系统的车辆控制方法。车辆系统可具有许多实施例。例如，在图1中描绘了包括多个电动马达的动力总成。可利用动力总成的多个不同的实施例。例如，可利用一个马达或多个马达与内燃机的组合。另外，可利用不同的或并联的能量源，包括化学电池、氢燃料电池装置或光电装置。在另一个实施例中，动力总成可包括驱动车辆的每个车轮的分开的或车轮内的马达。在这样的车辆中，在此所述的方法可用于为每个车轮提供不同的转矩指令。在另一个典型实施例中，动力总成可包括选择性的全轮驱动、牵引控制、水平稳定性控制或调节到车辆的不同车轮的动力的其他系统。这样的系统和到不同车轮的动力的调节可通过所确定的希望的角部力和力矩分配而合并在本文所述的方法中。制动可类似地包括多个实施例和选择性的系统激活。例如，车辆可包括在车轮处的再生制动器或可包括在车轮处的典型的制动器，且包括例如能够将能量通过发动机制动再生到能量存储装置的选择性发动机制动。在车辆一侧上的选择性制动或在车辆的一侧上的增加的制动可辅助产生希望的角部力或力矩分配。在不同的车轮处的防抱死制动的选择性的激活或调节可用于产生希望的角部力或力矩分配。车辆转向系统可具有多个实施例，包括根据现有技术中已知的方法的前轮转向、后轮转向和四轮转向。构思了多个不同的车辆构造和系统组合，且本公开不意图于限制于在此所述的特定的典型实施例。
车辆控制方法的以上实施例主要处理在接近水平地面或与水平地面重合的二维平面内存在的车辆力和力矩。然而，将认识到的是第三维度可利用在车辆控制方法中。通过在第三维度内添加类似的模块和约束，将认识到可描述包括三维控制的车辆控制方法，例如包括车身相对于车辆底盘的向前和向后滚动和相应的角部力和力矩的控制，以维持对于车辆的控制。已知滚动控制系统以控制车身相对于车辆底盘的动力学。这样的控制可基于三维内或二维内的信息，且估计此二维数据对于滚动的效果。
以上的方法描述了利用描述车辆的车轮的希望的制动转矩的希望的角部力和力矩分配来将制动转矩分配到不同车轮处的不同的制动装置。图4描述了促动器管理控制模块，所述模块输入希望的角部力和力矩分配且基于输入将指令输出到不同的促动器。促动器管理控制模块在一个实施例中应用了在此描述的多种方法以基于希望的角部力和力矩分配实施对于多种制动装置的控制。
控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似的术语意味着如下项的一个或多个中的任何合适的一个或不同的组合：特定用途集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理单元（优选地为微处理器）和相关的内存和存储器（只读存储器、可编程只读存储器、随即访问存储器、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路和提供所述功能性的其他合适的部件。控制模块具有一组控制算法，包括存储在内存内且被执行以提供希望的功能的常驻软件程序指令和标定。算法优选地在预设的循环周期期间执行。算法例如通过中央处理单元执行，且可运行以监测来自感测装置和其他联网的控制模块的输入，且执行控制和诊断程序以控制促动器的运行。循环周期可以以规则的间隔执行，例如在工作中的发动机和车辆运行期间每3.125、6.25、12.5、25和100微秒执行。替代地，算法可响应于事件的发生而被执行。
本公开已描述了某些优选实施例和对其的修改。另外的修改和替代可在阅读和理解说明书后想到。因此，本发明不意图于限制于作为执行此公开的最佳模式而公开的特定的实施例（多个实施例），而是本公开将包括落入附带的权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (17)

1.控制车辆的方法，包括控制再生制动器和摩擦制动器，所述方法包括：
监测希望的角部力和力矩分配；
监测包括再生制动器的每个的制动转矩极限的实时促动器约束；
基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩，包括：对于具有再生制动器且不具有摩擦制动器的车辆的车轮确定希望的制动转矩；
基于希望的角部力和力矩分配和对于再生制动器的每个所确定的再生制动转矩确定对于摩擦制动器的每个的摩擦制动转矩；和
基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆，包括：在将所述希望的制动转矩的超过制动转矩极限的任何部分分配到车辆的具有摩擦制动器的另一个车轮之前将用于所述车轮的再生制动器利用到直至各自制动转矩极限。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆包括：在利用摩擦制动器之前将再生制动器的每个利用到制动转矩极限。
3.根据权利要求1所述的方法，其中基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆包括：对于具有各自再生制动器和各自摩擦制动器的车辆的每个车轮，在利用各自摩擦制动器之前将各自再生制动器利用到直至制动转矩极限。
4.控制车辆的方法，包括控制再生制动器和摩擦制动器，所述方法包括：
监测希望的角部力和力矩分配；
监测包括再生制动器的每个的制动转矩极限的实时促动器约束；
基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩，包括：对于车辆的具有再生制动器且不具有摩擦制动器的车轮确定希望的制动转矩；
基于希望的角部力和力矩分配和对于再生制动器的每个所确定的再生制动转矩确定对于摩擦制动器的每个的摩擦制动转矩；和
基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆，包括：在将所述希望的制动转矩的超过制动转矩极限的任何部分分配到车辆的具有各自摩擦制动器的多个其他车轮之前将用于所述车轮的再生制动器利用到直至各自制动转矩极限。
5.根据权利要求1所述的方法，其中基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩包括：
基于希望的角部力和力矩分配为车辆的多个车轮的每个确定希望的制动转矩；
基于相应的希望的制动转矩和实时促动器约束为多个车轮的每个确定摩擦制动分配比例；和
进一步基于对于相应的车轮的摩擦制动分配比例确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
监测车辆的具有各摩擦制动器的多个车轮的每个的转向角度；和
其中确定对于摩擦制动器的每个的摩擦制动转矩进一步基于转向角度进行。
7.控制车辆的方法，包括控制再生制动器和摩擦制动器，所述方法包括：
监测希望的角部力和力矩分配；
监测包括再生制动器的每个的制动转矩极限的实时促动器约束；
基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩，包括：对于车辆的具有再生制动器且不具有摩擦制动器的车轮确定希望的制动转矩；
基于希望的角部力和力矩分配和对于再生制动器的每个所确定的再生制动转矩确定对于摩擦制动器的每个的摩擦制动转矩；和
基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆，包括：在将希望的制动转矩的超过制动转矩极限的任何部分分配到车辆的具有各再生制动器的多个其他车轮之前将用于该车轮的再生制动器利用到直至各自制动转矩极限。
8.控制车辆的方法，包括控制再生制动器和摩擦制动器，所述方法包括：
监测希望的角部力和力矩分配；
监测包括再生制动器的每个的制动转矩极限的实时促动器约束；
基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩，包括：对于车辆的具有再生制动器且不具有摩擦制动器的车轮确定希望的制动转矩；
基于希望的角部力和力矩分配和对于再生制动器的每个所确定的再生制动转矩确定对于摩擦制动器的每个的摩擦制动转矩；和
基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆，包括：在将希望的制动转矩的超过制动转矩极限的任何部分分配到车辆的多个其他车轮之前，将用于该车轮的再生制动器利用到直至各自制动转矩极限，所述其他车轮每个具有各自再生制动器和各自摩擦制动器。
9.根据权利要求1所述的方法，其中监测包括再生制动器的每个的制动转矩极限的实时促动器约束包括：监测位于车辆的多个车轮的每个处的各再生制动器的制动转矩极限。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：确定从车辆的电池的总动力约束的加权离开；
其中确定对于再生制动器的每个的再生制动转矩进一步基于加权离开。
11.根据权利要求1所述的方法，其中监测希望的角部力和力矩分配包括：
监测希望的车辆力和力矩；
监测对于车辆动力学的实时角部约束，包括：
　监测车辆的角部健康状态；和
　监测车辆的角部能力；和
基于希望的车辆力和力矩和实时角部约束确定希望的角部力和力矩分配。
12.根据权利要求1所述的方法，其中监测实时促动器约束进一步包括：摩擦制动器的每个的制动转矩极限；和
其中确定对于摩擦制动器的每个的摩擦制动转矩进一步基于实时促动器约束。
13.包括再生制动器控制和摩擦制动器控制的车辆控制方法，包括：
监测希望的角部力和力矩分配，所述希望的角部力和力矩分配包括车辆的多个车轮的每个的各自希望的制动转矩；
监测实时促动器约束，该实时促动器约束包括再生制动器的每个的各自制动转矩极限；
基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的各自再生制动转矩；
基于希望的角部力和力矩分配和再生制动器的每个的各自再生制动转矩确定对于摩擦制动器的每个的各自摩擦制动转矩；和
基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制车辆；
其中确定对于再生制动器的每个的各自再生制动转矩，包括：对于具有再生制动器且不具有摩擦制动器的车辆的车轮确定希望的制动转矩;将再生制动器的每个的各再生制动转矩设定为相应的车轮的各自希望的制动转矩，直至达到相应的再生制动器的各自制动转矩极限。
14.控制车辆制动的设备，包括：
每个操作地联接到车辆的车轮的多个再生制动器；
每个操作地联接到车辆的车轮的多个摩擦制动器；和
促动器管理控制模块，所述促动器管理控制模块：
监测希望的角部力和力矩分配；
监测包括再生制动器的每个的各自制动转矩极限的实时促动器约束；
基于希望的角部力和力矩分配和实时促动器约束确定对于再生制动器的每个的各自再生制动转矩，包括：对于具有再生制动器且不具有摩擦制动器的车辆的车轮确定希望的制动转矩；
基于希望的角部力和力矩分配和对于再生制动器的每个所确定的各自再生制动转矩确定对于摩擦制动器的每个的各自摩擦制动转矩；和
基于所确定的再生制动转矩和所确定的摩擦制动转矩控制再生制动器和摩擦制动器，包括：在将希望的制动转矩的超过制动转矩极限的任何部分分配到车辆的多个其他车轮之前，将用于该车轮的再生制动器利用到直至各自制动转矩极限。
15.根据权利要求14所述的设备，进一步包括：
角部动力学控制模块，所述角部动力学控制模块：
　监测希望的车辆力和力矩；
　监测实时角部约束；和
基于希望的车辆力和力矩以及实时角部约束确定希望的角部力和力矩分配。
16.根据权利要求14所述的设备，进一步包括：
车辆的两个前轮，每个前轮包括：
　再生制动器中的一个；和
　摩擦制动器中的一个；以及
车辆的两个后轮，每个后轮包括再生制动器中的一个。
17.根据权利要求16所述的设备，其中进一步基于两个后轮的每个的摩擦制动分配比例对于两个前轮的摩擦制动器的每个确定各自摩擦制动转矩。
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