CN102530070B - 针对方向盘角度偏移的连续校正 - Google Patents

Abstract

一种连续地更新方向盘角度偏移值以适应变化的道路状况的系统和方法。车辆控制系统接收多个车辆参数值，每一个车辆参数值来自不同的车辆传感器。然后，该系统计算多个观测的转向角度值，每个转向角度值基于多个车辆参数值中的一个或多个使用不同的计算方法来计算。然后，多个观测的转向角度值被用于计算车辆转向角度。然后，基于方向盘角度和所计算的车辆转向角度来计算方向盘角度偏移值。方向盘角度偏移值和方向盘角度被用于控制车辆的转向系统。

Description

针对方向盘角度偏移的连续校正

技术领域

本发明涉及用于当在不平的路面运行时校正车辆的方向盘角度的系统。

背景技术

当车辆在成角度的或倾斜的路面上运行时，重力可能使车辆向左或向右运动。这样，即使当车辆的方向盘保持在中央位置时，车辆也可能不能保持沿直线方向行进。

发明内容

其中，本发明提供一种用于在车辆运行期间计算方向盘偏移值的方法和系统。只要满足限定的初始条件，该系统就连续地计算更新的方向盘偏移值，以适应变化的路面状况。

在一个实施例中，本发明提供一种连续地更新方向盘角度偏移值以适应变化的道路状况的方法。车辆控制系统接收多个车辆参数值，每一个车辆参数值来自不同的车辆传感器。然后该系统计算多个观测的转向角度值，每个观测的转向角度值基于多个车辆参数值中的一个或多个使用不同的计算方法来计算。然后多个观测的转向角度值被用于计算车辆转向角度。然后基于方向盘角度和计算的车辆转向角度来计算方向盘角度偏移值。方向盘角度偏移值和方向盘角度被用于控制车辆的转向系统。在一些实施例中，该方法进一步包括将一个或多个车辆参数值与相应的车辆状况阈值进行比较。仅当每个车辆参数满足相应的车辆状况阈值时，计算的方向盘角度偏移值才被用于控制转向系统。

在一些实施例中，方向盘角度偏移值的改变速率通过比较方向盘角度偏移与一个或多个之前计算的方向盘角度偏移值来确定。然后基于计算的方向盘角度来控制车辆系统。在一些实施例中，方向盘角度偏移值与最大方向盘角度偏移值进行比较，并且仅当计算的方向盘角度偏移值小于最大方向盘角度偏移值时，才基于方向盘角度偏移来操作车辆转向系统。

在另一个实施例中，本发明提供了一种连续地更新方向盘角度偏移值以适应变化的道路状况的方法。多个车辆参数值中的每一个接收自不同的车辆传感器。实际的车辆转向角度是基于一个或多个车辆参数值而计算的。方向盘角度偏移值是基于实际的车辆转向角度和方向盘角度之间的差而计算的。当来自车辆传感器的车辆参数值满足一个或多个相应的过滤条件阈值时，然后仅基于方向盘角度和方向盘角度偏移值来操作车辆转向系统。

通过考虑详细的描述和附图，本发明其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1A是在成角度的路面上运行的车辆的视图。

图1B是在凸状的路面上运行的车辆的视图。

图2是按照本发明的一个实施例的连续的偏移校正模块的示意图。

图3是示出一种连续地计算车辆的方向盘偏移值的方法的流程图。

具体实施方式

在详细地解释本发明的任何实施例之前，可以理解，本发明未将其应用限制于在下面的描述中提出的或在下面的附图中示出的部件的结构和布置的细节。本发明能够具有其它的实施例，并能够以多种方法实施或执行。

路面通常是不平的。路面的形状和角度可能影响在路面上运行的车辆的运动。例如，图1A示出朝向车辆的左侧向下成角度的路面(或该路面是倾斜的，这样右侧的车轮高于左侧的车轮)。重力将使在该成角度的路面上运行的车辆朝向左转向。这样，即使当车辆的方向盘被稳定地保持在中央位置时，车辆也可能向左转动。其它的路面形状可能对车辆有相似的影响。例如，图1B中示出的凸状的路面将使车辆向右转向。

成角度的、凸状的或其它的不平的路面可能对车辆操作者产生严重的危险。在图1A的成角度的道路上运行的车辆可能转向到对向的交通。相似地，在图1B的凸状的路面上运行的车辆可能转向而从道路侧偏离。具有较陡的角度或倾斜的路面将对车辆的转向角有更显著的影响。

图2示出一种用于连续地产生车辆的方向盘偏移角度的系统。方向盘偏移角度被添加至方向盘的相对角度，以控制车轮如何转动。例如，如果道路是图1A中示出的朝左向下成角度的，那么计算的方向盘偏移针对该道路形状而进行调节。当方向盘被保持在中间位置时，计算的偏移使得车辆转向系统使车辆的车轮向右转动，以补偿由在成角度的路面上运行导致的影响。通过连续地更新偏移角度，车辆可以适应路面的形状和角度的变化。这样，该系统调节方向盘角度，从而操作者将不需要考虑路面的改变。

该系统包括连续中心寻找(CCF)模块200。CCF模块200在图2中被示出为接收各种输入值并产生输出的单独的控制器。但是，在其它的实施例中，CCF模块200可以通过其它的方式实现。例如，CCF模块200可以被实现为在作为车辆系统的另一部分并且还执行附加功能的处理器或控制器上执行的计算机指令的子集(例如，子例程)。

虽然CCF模块200被实现为基于变化的道路状况连续地更新方向盘角度偏移值，但是当车辆正运行时改变方向盘角度偏移值不总是期望的或安全的。例如，如果车辆正在经历高水平的加速(横向或纵向)，那么突然改变的方向盘角度偏移可能将使得车辆难以操作。因此，CCF模块200包括过滤条件模块201。过滤条件模块201接收一组输入条件，并确定是否满足期望调节方向盘偏移的条件。

过滤条件模块201监控和评估的条件在特定的实施例中可能不同。但是，在图2示出的系统中，过滤条件模块201接收速度参数值，其指示由速度传感器203感测的车辆纵向速度(Vx)、来自横向加速度传感器205的横向加速度(Ay)、来自纵向加速度传感器207的纵向加速度(Ax)、来自一个或多个车轮速度传感器209的车轮速度，以及来自横摆角速度(yawrate)传感器211的横摆角速度YR。

在图2示出的系统中，过滤条件模块201还从车辆的电子稳定控制系统接受输入。电子稳定控制(ESC)系统是已知的，并响应于观测的状况(例如，车辆是否由于冰而滑动)来调节车辆的一个或多个车轮的运行。图2中示出的过滤条件模块201从ESC接收指示车轮速度信号是否被ESC补偿的输入213。

过滤条件模块201评估输入，并确定是否期望调节方向盘角度偏移。在所示的系统中，过滤条件模块201验证输入值满足下面的表格1中概括的要求。但是，由过滤条件模块201评估的阈值和输入变量可以根据车辆的类型或车辆的期望性能特性而变化。因此，在其它的实施例中，过滤条件模块201可以监控其它不同的变量，并且可以将该变量和不同的阈值标准进行比较。

|Ay|	＜0.5m/s2
		|Ax|	＜0.5m/s2
Vx	＞30kph
		|Yr|	＜2deg/s

表1

除了通过过滤条件模块201监控性能标准，CCF模块200还基于观测的车辆运行状况来计算更新的方向盘偏移角度。通过采用多个不同的基于模型的计算来计算多个估计的有效车辆转向角度而确定更新的偏移。由于不同的变量被评估，并且不同的技术被用在每个基于模型的计算中，因此来自每个基于模型的计算的估计的有效车辆转向角度将稍微不同。通过采用多种方法估计有效转向角度，该系统能够更好地接近车辆的实际转向角度。

在图2的系统中，第一模型215基于观测的横摆角速度计算有效车辆转向角度SA_YR。第二模型217基于观测的车辆的前轴上的车轮的车轮速度来计算有效车辆转向角度SA_FA。第三模型219基于观测的车辆的后轴上的车轮的车轮速度来计算有效车辆转向角度SA_RA。来自这三个基于模型的计算中的每一个的值通过低通滤波器(分别是，221、223和225)。

然后，来自基于模型的计算中的每一个的滤波后的输出被提供至参考计算模块227，以产生加权的基于模型的方向盘角度SA_MOD。由参考计算模块227使用的参考计算可以基于从车辆的ESC系统接收的其它观测的状况或输出。在图2的系统中，参考计算采用下面的公式来执行。

${\mathrm{SA}}_{MOD}=\frac{k_{YR}*{\mathrm{SA}}_{YR}+k_{FA}*{\mathrm{SA}}_{FA}+k_{RA}*{\mathrm{SA}}_{RA}}{k_{YR}+k_{FA}+k_{RA}}$

参考常数k_YR、k_FA和k_RA基于来自ESC的输出确定。前轴和后轴常数(k_FA和k_RA)基于以下而确定：给定轴上的两个车轮是否稳定，如果稳定，则车轮速度补偿是否超过阈值百分比。如果轴的任一车轮不稳定，那么常数将是0。如果轴稳定，并且ESC实现的车轮速度补偿小于0.2％，那么常数将是2。如果轴是稳定的并且车轮速度补偿大于0.2％，但是小于0.5％，那么轴的常数将是1。横摆角速度常数(k_YR)基于ESC是否补偿了横摆角速度信号而确定。如果横摆角速度信号被ESC补偿，那么该常数是4。如果未补偿，那么k_YR是1。

偏移更新/过滤模块229根据基于模型的车辆转向角度来计算新更新的方向盘角度偏移。原始偏移值(OfsRaw(k))通过从由方向盘角度传感器231确定的方向盘的相对位置(SA_REL)减去基于模型的车辆转向角度(SA_MOD)而计算。然后，偏移更新/过滤模块229确定原始偏移值的改变速率(dOfsRaw(k)＝OfsRaw(k)-OfsRaw(k-1))。根据下面的公式，通过基于原始偏移值的改变速率调节之前的方向盘角度偏移值(CCFOfs(k-1))来计算新的方向盘角度偏移值(CCFOfs(k))。

CCFOfs(k)＝CCFOfs(k-1)+FP*(dOfsRaw(k))

为了保证偏移被逐渐地调整并且没有实施可能影响驾驶员控制车辆的能力的突然改变，原始偏移的改变速率与低通滤波常数(FP)相乘。滤波常数(FP)基于偏移值被计算的速率和完成计算操作所需的时间量来确定。例如，在该实施例中，更新的原始偏移值(OfsRaw)每隔5秒被计算，并且计算在20ms内完成。对于该实施例，滤波常数(FP)是0.004。

偏移更新/过滤模块229向电子助力转向(EPS)系统233提供计算的方向盘偏移值。但是，作为附加的预防，偏移更新/过滤模块229执行最终的过滤，以保证方向盘角度偏移不会变的太大，并且不会突然地改变。如果新计算的方向盘偏移小于10度并且改变速率小于0.5度/秒，那么新计算的偏移值(CCFOfs(k))被输出至EPS系统233，并被用于控制车辆的转向。但是，如果新计算的方向盘偏移大于10度，或者如果改变速率大于0.5度/秒，那么替代地将之前计算的偏移值(CCFOfs(k-1))输出至EPS系统233。

在其它实施例中，角度阈值和改变速率阈值可以基于车辆的类型或预期的运行状况而不同。此外，在一些实施例中，偏移角度值和改变速率的值被给定上限(capped)在特定阈值。例如，如果新计算的偏移角度大于10度，那么被发送至EPS系统233的偏移值将等于10度。如果新计算的偏移值将使改变速率超过0.5度/秒，那么偏移/更新过滤模块229重新计算偏移值，以使得改变速率等于0.5度/秒。重新计算的偏移值被输出(或发送)至EPS系统233。

图3示出一种采用图2中示出并在上面描述的系统来控制车辆的转向的方法。在车辆的发动机起动之后(步骤301)，车辆的控制系统基于当车辆静止时感测的状况来计算初始转向偏移值(步骤303)。然后，基于初始转向偏移值来操作车辆的EPS系统(步骤305)。然后，过滤条件模块201评估从传感器接收的值，以确定是否满足过滤条件(步骤307)。如果不满足，那么转向偏移值不改变，并且EPS系统继续采用之前计算的转向偏移值进行操作(步骤305)。但是，如果满足过滤条件，那么系统继续确定新的转向偏移值。

通过多个基于模型的计算而确定的观测的转向角度值被过滤(步骤309)，并且参考计算被用于估计实际的车辆转向角度(步骤311)。然后，偏移更新/过滤模块229确定偏移的改变是否大于阈值(步骤315)以及更新的偏移是否在预定的范围内(步骤317)。如果偏移角度或改变速率超过各自的阈值，那么计算的偏移值不被输出至EPS233(步骤319)，并且车辆继续采用之前计算的偏移值进行操作(步骤305)。但是，当偏移角度和改变速率都在各自的阈值内时，新计算的偏移被输出至EPS233(步骤321)。系统以规则的间隔(例如，每5秒)重复步骤307-321，以连续地更新方向盘角度偏移值。

上面描述的系统和方法是示例性的。同样地，本发明可以采用其它系统和方法来实现。例如，按照图3中示出的方法，仅当满足过滤条件时才计算新的偏移。但是，在其它的实施例中，偏移更新/过滤模块229和过滤条件模块201同时操作。在这样的系统中，当过滤条件模块201确定已满足过滤条件时，新计算的偏移值仅被输出至EPS系统233。相似地，在一些实施例中，图2中示出的模块执行的动作可以通过其它的模块执行。例如，在其它的实施例中，由图2的系统中的偏移更新/过滤模块229执行的最终的过滤操作(例如，图3，步骤315和317)可以由过滤条件模块201执行。

此外，在其它的实施例中，系统可以从不同的传感器接收不同的输入值，以便执行过滤或偏移计算操作。相似地，虽然图2中描述的系统从ESC系统接收输入，但是本发明的其它实施例独立于车辆ESC系统工作，并且可以实现在没有ECS系统的车辆中。

因此，本发明特别地提供一种用于连续地计算方向盘偏移值以使得车辆的转向系统能够适应变化的道路状况的系统。本发明的各种特征和优点在所附权利要求中给出。

Claims (13)

1.一种用于连续地更新车辆转向系统的方向盘角度偏移值以适应变化的道路状况的设备，所述设备包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为：

接收多个车辆参数值，每一个车辆参数值来自不同的车辆传感器；

计算多个观测的转向角度值，每个转向角度值基于所述多个车辆参数值中的一个或多个使用不同的计算方法来计算；

基于所述多个观测的转向角度值来计算车辆转向角度；

基于方向盘角度和所计算的车辆转向角度之间的差来计算方向盘角度偏移值；

基于所述方向盘角度和所计算的方向盘角度偏移值来产生控制车辆转向系统的命令信号；以及

在所述车辆的整个连续运行期间，反复地基于后续多个观测的转向角度值来计算后续方向盘角度偏移值。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个处理器还被配置为：

将所述多个车辆参数值中的一个或多个分别与相应的车辆状况阈值进行比较；以及

仅当所述多个车辆参数值中的所述一个或多个均满足相应的车辆状况阈值时，才基于所述方向盘角度和所计算的方向盘角度偏移值来产生控制所述车辆转向系统的所述命令信号。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述多个车辆参数值中的所述一个或多个包括车辆速度值，并且所述相应的车辆状况阈值包括车辆速度阈值，并且其中，仅当所述车辆速度小于所述车辆速度阈值时，所述一个或多个处理器才产生所述命令信号。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个处理器还被配置为：

将所计算的方向盘角度偏移值与一个或多个之前计算的方向盘角度偏移值进行比较；以及

仅当所述方向盘角度偏移值的改变速率小于阈值时，才基于所述方向盘角度和所计算的方向盘角度偏移值来控制所述车辆转向系统。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个处理器还被配置为：

将所计算的方向盘角度偏移值与最大方向盘角度偏移值进行比较；以及

仅当所计算的方向盘角度偏移值小于所述最大方向盘角度偏移值时，才基于所述方向盘角度和所计算的方向盘角度偏移值来控制所述车辆转向系统。

6.如权利要求5所述的设备，其中，所述一个或多个处理器还被配置为：当所计算的方向盘角度偏移值大于所述最大方向盘角度偏移值时，基于所述方向盘角度和所述最大方向盘角度偏移值来控制所述车辆转向系统。

7.如权利要求5所述的设备，其中，所述一个或多个处理器还被配置为：当所计算的方向盘角度偏移值大于所述最大方向盘角度偏移值时，基于所述方向盘角度和之前计算的方向盘角度偏移值来控制所述车辆转向系统。

8.如权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个处理器通过以下方式来计算所述多个观测的转向角度值：采用关注于不同的观测的车辆参数的不同的基于模型的计算来计算每个观测的转向角度值。

9.如权利要求8所述的设备，其中，用于计算所述多个观测的转向角度值的所述基于模型的计算包括：

基于横摆角速度模型的计算，其基于由横摆角速度传感器检测的横摆角速度来确定观测的转向角度值，

基于前轴模型的计算，其基于由左前轮速度传感器检测的左前轮速度和由右前轮速度传感器检测的右前轮速度来确定观测的转向角度值，以及

基于后轴模型的计算，其基于由左后轮速度传感器检测的左后轮速度和由右后轮速度传感器检测的右后轮速度来确定观测的转向角度值。

10.如权利要求9所述的设备，其中，所述一个或多个处理器基于所述多个观测的转向角度值计算所述车辆转向角度包括采用参考计算来计算所述车辆转向角度，其中，所述参考计算基于一个或多个观测的车辆状况向使用一种所述基于模型的计算所计算的观测的转向角度值提供不同的权重。

11.如权利要求10所述的设备，其中，如果所述前轴的车轮不稳定，那么所述参考计算不向使用所述基于前轴模型的计算所确定的观测的转向角度值提供权重。

12.如权利要求10所述的设备，其中，如果所述后轴的车轮不稳定，那么所述参考计算不向使用所述基于后轴模型的计算所确定的观测的转向角度值提供权重。

13.一种连续地更新方向盘角度偏移值以适应变化的道路状况的方法，所述方法包括：

接收多个车辆参数值，每一个车辆参数值来自不同的车辆传感器；

基于一个或多个所述车辆参数值来计算实际的车辆转向角度；

基于所述实际的车辆转向角度和由方向盘角度传感器检测的方向盘角度之间的差来计算方向盘角度偏移值；

将另外一个或多个所述车辆参数值与一个或多个过滤条件阈值进行比较，其中每个过滤条件阈值与一个所述车辆参数值相对应；

仅当所述另外一个或多个车辆参数值中的每一个满足相应的过滤条件阈值时，才基于所述方向盘角度和所计算的方向盘角度偏移值来控制车辆转向系统；以及

在所述车辆的整个连续运行期间，反复地基于后续多个观测的转向角度值来计算后续方向盘角度偏移值。