CN103112444B - 车辆用姿势控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆用姿势控制装置，其具备：目标侧滑角运算部（151），其基于转向角（δ）及车速（v）计算车辆转弯时的目标侧滑角（βs）；目标侧滑角修正部（152），其使用侧滑角修正量（Δβ）对由上述目标侧滑角运算部（151）计算出的目标侧滑角（βs）进行修正，该侧滑角修正量（Δβ）是与从转向角速度（δ′）、加速踏板的踩踏行程（A）、加速踏板的踩踏速度（A′）、制动踏板的踩踏行程（B）中选择出的至少一个对应地计算出的修正量；以及姿势控制部，其使用由上述目标侧滑角修正部（152）修正的目标侧滑角（β^＊）实施车辆的姿势控制。

Description

车辆用姿势控制装置

技术领域

本发明涉及能够实现车辆行为稳定化的车辆用姿势控制装置。

背景技术

日本特开2001-233195号公报中公开了在紧急操作方向盘时或在容易打滑的路面上行驶时，若感知到车辆的侧滑，则会自动对各个车轮独立地进行制动，从而防止侧滑的机构（Electronic Stability Control：电子稳定控制系统）。

该电子式车辆姿势控制机构从对车速、进而在车辆上发生的横向加速度、横摆率等进行检测的各类传感器收集信息，检测不稳定的车辆状态，实施各轮独立的制动控制、发动机输出控制等，由此修正车辆的行进方向。

具体而言，在车辆处于转向不足状态时，通过使转弯内侧车轮的制动力大于转弯外侧车轮的制动力，使车辆产生朝向转弯内侧方向的车辆横摆力矩，在车辆处于转向过度状态时，通过使转弯外侧车轮的制动力大于转弯内侧车轮的制动力，使车辆产生朝向转弯外侧方向的车辆横摆力矩，从而使车辆行为稳定。

但是，在以往技术的示例中，为了检测车辆状态，都是从各类传感器收集信息，通过运算求得作为目标的横摆率或者车体侧滑角，而没有考虑到司机操作的部件的操作量。

发明内容

本发明提供一种能够考虑踏板的踩踏行程、方向盘操作量等来实施车辆的姿势控制，从而实现按照司机意图进行转弯行驶的车辆用姿势控制装置。

根据本发明的一例，车辆用姿势控制装置具备：目标侧滑角运算部，该目标侧滑角运算部基于转向角及车速计算车辆转弯时的目标侧滑角；目标侧滑角修正部，该目标侧滑角修正部使用侧滑角修正量对由上述目标侧滑角运算部计算出的目标侧滑角进行修正，该侧滑角修正量是与从转向角速度、加速踏板的踩踏行程、加速踏板的踩踏速度、制动踏板的踩踏行程中选择出的至少一个对应地计算出的修正量；以及姿势控制部，该姿势控制部使用由上述目标侧滑角修正部修正的目标侧滑角实施车辆的姿势控制。

附图说明

通过以下参照附图对本发明的实施方式进行详述，本发明的上述特征与其他特征及优点将变得更加清楚，其中，附图标记表示本发明的要素，其中：

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的车辆用姿势控制装置的概略构成的示意图。

图2是姿势控制部15的控制框图。

图3是用于说明姿势控制部15的整体步骤的流程图。

图4A至图4D是表示转向角速度、加速踏板的踩踏行程、加速踏板的踩踏速度、制动踏板的踩踏行程以及侧滑角修正量的关系的图表。

图5是表示根据测定出的推定侧滑角与目标侧滑角的差的符号，对右后轮或者左后轮施加姿势控制制动压力的步骤的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的实施方式。

图1是表示车辆用姿势控制装置的概略构成的示意图。

车辆用姿势控制装置1具备转向盘等转向部件2、以及可同步旋转地连结于转向部件2的转向轴3。在转向轴3上设置有对转向部件2的转向角δ进行检测的转向角传感器4。转向角传感器4例如是使用磁感应元件等检测出在转向部件2的转向轴3的圆周上所安装的多极磁铁，由此检测出转向轴3的旋转角的传感器。转向轴3的一端供安装转向部件2，另一端连结于万向接头5，并从此处经由转向机构连结于前轮轮胎Tfr、Tfl。

转向机构具有：小齿轮轴6、与小齿轮轴6的前端的小齿轮啮合并向车辆的左右方向延伸的作为转向轴的齿条轴7、以及分别通过转向横拉杆8L、8R连结于齿条轴7的一对端部的转向节臂9L、9R。“10f”是用于检测出被施加于齿条轴7的左右方向的轴向力的轴向力传感器，“10r”是用于检测出基于在后轮的车轴所产生的拉伸应力与压缩应力的差所形成的变形的轴向力传感器。

另外，通过齿轮装置，转向辅助电动马达（未图示）被连结于转向轴3或者齿条轴7。由该转向辅助电动马达提供转向辅助力。

在加速踏板19上设置有检测其踩踏行程的位移传感器。位移传感器向姿势控制部15提供表示其踩踏行程的信号，姿势控制部15能够获知加速踏板19的踩踏行程。

在制动踏板12上设置有检测其踩踏行程的位移传感器。位移传感器向姿势控制部15提供表示其踩踏行程的信号，姿势控制部15能够获知制动踏板12的踩踏行程。

另外，还可以使用表示与向四轮液压控制单元11输入的制动踏板12的踏力相对应的各车轮的制动压力的信号以代替位移传感器。通过将表示该制动压力的信号从四轮液压控制单元11向姿势控制部15传送，姿势控制部15能够获知制动踏板的踩踏行程。

在车辆用姿势控制装置1中设置有用于对车辆的前后左右车轮进行制动的四轮液压控制单元11。该四轮液压控制单元11通过主油缸产生与制动踏板12的踏力相对应的各车轮的制动压力。该各制动压力作为轮缸压力，被从四轮液压控制单元11分配给各车轮的制动装置13，在各制动装置13中使制动力作用于各车轮。

在图1的后轮轮胎Trr的部位，在虚线圆圈内放大表示制动装置13的构造。制动装置13的构造是，通过在卡钳13a的内部所安装的制动垫13B被推碰到车轮的转子14而产生制动力。

四轮液压控制单元11被连接于由计算机构成的姿势控制部15。该姿势控制部15与上述转向角传感器4及轴向力传感器10、检测车轮的转速的车轮速传感器16、安装于车体的横摆率传感器17、以及安装于车体的横向加速度传感器18连接。车轮速传感器16是对车轮的转子14的转速进行读取的传感器，通过在所读取的转速上乘以轮胎的有效旋转半径，检测出车速v。横摆率传感器检测车辆的旋转角速度（横摆率），横向加速度传感器检测施加于车辆的横方向的加速度。

姿势控制部15基于由车轮速传感器16检测出的车辆的速度v以及由转向角传感器4检测出的转向角δ，计算出作为目标的车体侧滑角（车体的横方向的速度与纵方向的速度所成的角度。以下简称“侧滑角”）β^＊，基于其与使用横摆率传感器17与横向加速度传感器18推定出的实际侧滑角β的差，决定对后轮分配的制动压力，将该制动压力信号提供给四轮液压控制单元11。

另外，在该实施方式中，转向角δ作为以从中立位置向左方向旋转的情况为正值，以从中立位置向右方向旋转的情况为负值进行处理的转向角δ。车体侧滑角β作为以车体从中立位置朝向左方向的情况为正值，以车体从中立位置朝向右方向的情况为负值进行处理的车体侧滑角β。由此，能够针对根据制动踏板12的踏力而设定的四轮的制动压力，个别修正施加于后轮的制动力。

图2表示姿势控制部15的控制框图。姿势控制部15具备：目标侧滑角运算部151，该目标侧滑角运算部151根据从车轮速传感器16获得的车速v、从转向角传感器4获得的转向角δ来运算目标侧滑角βs；以及目标侧滑角修正部152。目标侧滑角修正部152具备四个存储部1521～1524。有关目标侧滑角βs的运算式将在后面阐述。

如图2所示，由目标侧滑角运算部151计算出的目标侧滑角βs，被目标侧滑角修正部152基于根据转向角δ的时间微分亦即转向角速度δ′、加速踏板的踩踏行程A、加速踏板的踩踏行程的时间微分（踩踏速度）A′、制动踏板的踩踏行程计算出的制动压力P加以修正。

目标侧滑角修正部152，在存储部1521中存储有在转向角速度δ′与侧滑角修正量Δβδ′之间的预先设定的映射表，对转向角δ进行时间微分，得到转向角速度δ′，并将该转向角速度δ′应用于上述关系而计算出第一侧滑角修正量Δβδ′。

该关系被表示于图4A的图表中。对于该图表而言，如果转向角速度δ′在阈值-δ′th到阈值δ′th的范围内，则将侧滑角修正量Δβδ′设定为0，如果转向角速度δ′在正方向上超过阈值δ′th，则将侧滑角修正量Δβδ′设定为正的规定值，如果转向角速度δ′在负方向上超过阈值-δ′th，则将侧滑角修正量Δβδ′设定为负的规定值。

因此如果将转向部件2急剧左转，转向角速度δ′变为超过阈值δ′th，则目标侧滑角βs在正（左）方向上增大，如果将转向部件2急剧右转，转向角速度δ′变为在负方向上超过阈值-δ′th，则目标侧滑角βs在负（右）方向上增大。即目标侧滑角修正部152对目标侧滑角βs进行修正，以使车体朝向转向的方向。

如果转向角速度δ′在阈值-δ′th到阈值δ′th的范围内，则不实施侧滑角的修正，这是因为在转向角速度δ′较小的情况下，被判断为司机未进行紧急转向，行驶状态完全在司机的控制范围内，不必支持车辆的姿势控制。

另外，目标侧滑角修正部152，在存储部1522中存储有在加速踏板19的踩踏行程A与侧滑角修正量ΔβA之间的预先设定的映射表，将测定的加速踏板19的踩踏行程A应用于上述关系而计算出第二侧滑角修正量ΔβA。

该关系被表示于图4B中。根据该图表，如果加速踏板19的踩踏行程A在阈值Ath以内，则将侧滑角修正量ΔβA设为0，如果以正在右转弯的车辆为前提，则若加速踏板19的踩踏行程A超过阈值Ath而变大，就会使目标侧滑角βs向正方向增大，使车辆相对地进行向左转弯。

即向直行方向靠近。在正在左转弯的车辆的情况下，若加速踏板19的踩踏行程A超过阈值Ath而变大，则使目标侧滑角βs向负方向增加，使车辆相对地进行向右转弯，向直行方向靠近。

如果加速踏板19的踩踏行程A在阈值Ath以内，则不实施侧滑角的修正，这是因为在踩踏行程A较小的情况下，被判断为司机未进行急加速，行驶状态完全在司机的控制范围内，不必支持车辆的姿势控制。

另外，正在右转弯的车辆与正在左转弯的车辆的侧滑角修正量ΔβA的符号会发生改变（在加速踏板的踩踏速度、制动踏板的踩踏行程处理中也一样）。使用转向角传感器4、横摆率传感器17或横向加速度传感器18的检测信号来区别正在右转弯还是正在左转弯。

另外，目标侧滑角修正部152在存储部1523中存储有在加速踏板19的踩踏速度A′与侧滑角修正量ΔβA′之间的预先设定的映射表，将测定的加速踏板19的踩踏速度A′应用于上述关系，计算出第三侧滑角修正量ΔβA′。

在图4C的图表中表示该关系。若加速踏板19的踩踏速度A′在阈值-A′th到阈值A′th的范围内，则将侧滑角修正量ΔβA′设为0，如果加速踏板19的踩踏速度A′在正方向上超过阈值A′th，则将侧滑角修正量ΔβA′设定为正的规定值，如果加速踏板19的踩踏速度A′在负方向上超过阈值-A′th，则将侧滑角修正量Δβδ′设定为负的规定值。

因此，如果是正在右转弯的车辆，若加速踏板19的踩踏速度A′变为超过阈值A′th，则目标侧滑角βs在正（左）方向上增大，若突然放开加速踏板19，踩踏速度A′变为在负方向上超过阈值-A′th，则目标侧滑角βs在负（右）方向上增大。在左转弯的情况下，侧滑角修正量ΔβA′的符号与此相反。

如果加速踏板19的踩踏速度A′在阈值-A′th到阈值A′th的范围内，则不进行侧滑角的修正，这是因为在踩踏速度A′较小的情况下，被判断为司机未进行急加速，行驶状态完全在司机的控制范围内，不必支持车辆的姿势控制。

进而，目标侧滑角修正部152在存储部1524中存储有在制动踏板12的踩踏行程B与侧滑角修正量ΔβP之间的预先设定的映射表，将测定的制动踏板12的踩踏行程B应用于上述关系，计算出第四侧滑角修正量ΔβP。

在图4D的图表中表示该关系。根据该图表，如果制动踏板12的踩踏行程B在第一阈值Bth1以内，则将侧滑角修正量ΔβP设为0，如果以正在右转弯的车辆为前提，则若制动踏板12的踩踏行程B超过第一阈值Bth1而变大，就会使目标侧滑角βs在正方向上增大，使车辆相对地进行向左转弯。即向直行方向靠近。

正在左转弯的车辆的情况下，制动踏板12的踩踏行程B超过第一阈值Bth1而变大，则使目标侧滑角βs在负方向上增加，使车辆相对地进行向右转弯，向直行方向靠近。将司机踩踏制动踏板12解释为意图进行更大的转弯，能够忠实于该意图，使车辆进一步向规定的方向转向。

如果制动踏板12的踩踏行程B在第一阈值Bth1以内，则不实施侧滑角修正，这是因为在制动踏板12的踩踏行程B较小的情况下，被判断为司机未进行急加速，行驶状态完全在司机的控制范围内，不必支持车辆的姿势控制。

另外，除了第一阈值Bth1以外，还设定有第二阈值Bth2。两者关系是Bth2＞Bth1。如果制动踏板12的踩踏行程B超过第二阈值Bth2而变大，则判断为司机的意图是使车辆停止，不需要进行侧滑角的修正，将侧滑角修正量ΔβP归零。

以上说明的侧滑角修正量Δβδ′、ΔβA、ΔβA′、ΔβP的值是根据车辆的速度、车辆的重量、车辆的轴距决定的设计值。

姿势控制部15进一步根据式（1）

β^＊＝βS+GΔβδ′+HΔβA+IΔβA′+JΔβP    …（1）

修正目标侧滑角β^＊。系数G、H、I、J是针对各侧滑角修正量Δβδ′、ΔβA、ΔβA′、ΔβP的加权系数。

姿势控制部15进一步具备：姿势控制制动压力运算部153，该姿势控制制动压力运算部153取得修正后的目标侧滑角β^＊与被推定的车体侧滑角β之间的差（β-β^＊），基于该差（β-β^＊）计算出用于姿势控制的制动压力；以及侧滑角推定部154，该侧滑角推定部154根据由横摆率传感器检测出的横摆率γ与由横向加速度传感器检测出的横向加速度a来推定实际车体侧滑角β。

由姿势控制制动压力运算部153计算出的右后轮的制动压力与左后轮的制动压力被分配给各后轮，使车体发生旋转。该旋转被横摆率传感器与横向加速度传感器检测出，由侧滑角推定部154求得车体侧滑角β。姿势控制制动压力运算部153通过基于该车体侧滑角β与目标侧滑角β^＊的差（β-β^＊），计算出用于姿势控制的制动压力，以将车体侧滑角β保持为目标侧滑角β^＊的方式实施反馈控制。

图3为用于说明姿势控制部15的整体步骤的流程图。姿势控制部15计算出目标侧滑角βs（步骤S1）。目标侧滑角βs的运算式如下。此处设m：车辆重量、v：车辆的速度、L：轴距（L＝Lf+Lr）、Lf：车辆重心点与前车轴之间的距离、Lr：车辆重心点与后车轴之间的距离、Cf：前轮的偏转刚度（轮胎侧滑角0度付近的轮胎的横向力与轮胎侧滑角之比）、Cr：后轮的偏转刚度。

βs＝（A/B）（Lf/L）δ    …（2）

A、B分别以

A＝1-（m/2L）（Lf/LrCr）v²    …（3）

B＝1-（m/2L²）[（LfCf-LrCr）/CfCr]v²    …（4）表示。

姿势控制部15进一步求取修正后的目标侧滑角β^＊（步骤S2）。另一方面，根据由横摆率传感器检测出的横摆率γ与由横向加速度传感器检测出的横向加速度a，基于式（5）推定实际车体侧滑角β。

β＝∫（-γ+a）dt  …（5）

积分范围为从车辆即将进入转弯行驶的时间点（在该时间点，γ、a、β都是0）到正在转弯行驶的现在时刻t。由此，能够将车体侧滑角β作为时刻t的函数进行求取（步骤S3）。

另外，实际车体侧滑角β除使用式（5）以外，还可以使用轴向力传感器10的检测值如下求取。

β＝（1/L）[（LrFyf/Cf）（LfFyr/Cr）+Lrδ]    …（6）

此处，Fyf、Fyr是前轮、后轮的轴向力。

在姿势控制制动压力运算部153中，取得目标侧滑角β^＊与实际车体侧滑角β的差（β-β^＊）（步骤S4），基于该差（β-β^＊）计算出用于姿势控制的制动压力（步骤S5）。

在步骤S4中，差（β-β^＊）的绝对值｜β-β^＊｜如果比用于判定是否开始姿势控制的阈值βth小，则不实施姿势控制制动压力运算。这种情况下，会仅根据与司机的制动踏板12的踏力相对应的制动压力（称为初始制动压力）实施制动压力控制。

如果差（β-β^＊）的绝对值比阈值βth大，则实施姿势控制制动压力运算（步骤S5）。该姿势控制制动压力是根据差（β-β^＊）的符号（正/负）被追加于右后轮或左后轮的制动压力。

图5是表示步骤S5的步骤的流程图。如果差（β-β^＊）＞0（步骤T1的是），则车体比目标侧滑角β^＊更加向左偏移，因此对右后轮的目标制动压力Prr进行运算（步骤T2）。（β-β^＊）＞0意味着车体的实际侧滑角β比作为目标的侧滑角更加朝向正（左）方向，因此车体变为比目标朝向左。故此将右后轮的制动压力设定为大于初始制动压力（步骤T3）。应设定的右后轮的制动压力即Prr根据

Prr＝P0+Gbr｜β-β^＊｜  …（7）

计算出。这里，P0为初始制动压力，Gbr是被认为由所设定的制动压力产生的横摆率γ与横向加速度a的函数亦即侧滑角β的、针对作为目标的响应性所决定的增益系数。

如果差（β-β^＊）＜0（步骤T1的否），则车体向右偏移，因此对左后轮的目标制动压力Prl进行运算（步骤T4）。这种情况下，因为车体的实际侧滑角β比作为目标的侧滑角更加向负（右）方向偏移，因此车体变得比目标更加朝向右。故此，将左后轮的制动压力设定为大于初始制动压力（步骤T5）。若将应设定的左后轮的制动压力设为Prl，则为

Prl＝P0+Gbr｜β-β^＊｜  …（8）。

综上所述，为实现车体侧滑角β成为目标侧滑角β^＊而实施车辆的姿势控制。车体的实际侧滑角β偏离作为目标的侧滑角时，通过使左右任意一个后轮的制动压力增加，能够不发生转向不足状态与转向过度状态而使车辆按照司机的意图进行转弯行驶。

本发明的实施并不局限于上述方式。在上述实施方式中，为了使用被修正的目标侧滑角来实施车辆的姿势控制，而实施后轮的制动压力控制，但也可以实施包含前轮在内的四个轮的制动压力控制。另外，在四轮驱动车辆中，还可以采用后轮左右的驱动力分配控制，可以采用包含前轮在内的四个车辆的驱动力分配控制。此外，在本发明的范围内，还可以实施各种变更。

Claims (8)

1.一种车辆用姿势控制装置，其特征在于，具备：

目标侧滑角运算部，其基于转向角和车速计算出车辆转弯时的目标侧滑角；

目标侧滑角修正部，其使用侧滑角修正量对由上述目标侧滑角运算部计算出的目标侧滑角加上上述侧滑角修正量来进行修正，该侧滑角修正量是与从转向角速度、加速踏板的踩踏行程、加速踏板的踩踏速度、制动踏板的踩踏行程中选择出的至少一个对应地计算出的修正量；以及

姿势控制部，其使用由上述目标侧滑角修正部修正的目标侧滑角进行车辆的姿势控制。

2.根据权利要求1所述的车辆用姿势控制装置，其中，

具有检测车辆的转弯方向的传感器，

与从上述加速踏板的踩踏行程、加速踏板的踩踏速度、制动踏板的踩踏行程中选择出的至少一个对应而在上述目标侧滑角修正部中产生的侧滑角修正量具有根据车辆的转弯方向而不同的符号。

3.根据权利要求1所述的车辆用姿势控制装置，其中，

上述目标侧滑角修正部仅在转向角速度的绝对值超过规定的阈值的情况下，产生上述侧滑角修正量。

4.根据权利要求1所述的车辆用姿势控制装置，其中，

上述目标侧滑角修正部仅在加速踏板的踩踏行程超过规定的阈值的情况下，产生上述侧滑角修正量。

5.根据权利要求1所述的车辆用姿势控制装置，其中，

上述目标侧滑角修正部仅在加速踏板的踩踏速度的绝对值超过规定的阈值的情况下，产生上述侧滑角修正量。

6.根据权利要求1所述的车辆用姿势控制装置，其中，

上述目标侧滑角修正部仅在制动踏板的踩踏行程超过第一规定阈值的情况下，产生上述侧滑角修正量。

7.根据权利要求1或权利要求6所述的车辆用姿势控制装置，其中，

上述目标侧滑角修正部仅在制动踏板的踩踏行程处于超过第一规定阈值且小于等于第二规定阈值的范围内的情况下，产生上述侧滑角修正量。

8.根据权利要求1所述的车辆用姿势控制装置，其中，

上述姿势控制部使用由上述目标侧滑角修正部修正后的目标侧滑角进行四轮制动压力的控制。