CN104044586A

CN104044586A - 用于基于车辆状态提供辅助扭矩的系统

Info

Publication number: CN104044586A
Application number: CN201410089167.XA
Authority: CN
Inventors: A.钱迪
Original assignee: Nexteer Beijing Technology Co Ltd
Current assignee: Nexteer Beijing Technology Co Ltd; Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: EP2778019A2; US8903610B2; EP2778019A3; EP2778019B1; CN104044586B; US20140277945A1

Abstract

本发明提供一种用于基于车辆状态提供辅助扭矩的系统。控制系统包括控制算法模块和舒适性限制模块。控制算法模块基于目标车辆状态和估计车辆状态计算校正转向扭矩。舒适性限制模块接收方向盘扭矩。舒适性限制模块基于校正转向扭矩和方向盘扭矩计算限制校正转向扭矩。限制校正转向扭矩表示由控制系统提供的允许量的辅助扭矩。

Description

用于基于车辆状态提供辅助扭矩的系统

技术领域

本发明涉及一种用于提供辅助扭矩的系统，并且具体涉及一种用于提供基于目标车辆状态和估计车辆状态的辅助扭矩的系统。

背景技术

多种方法可用来辅助车辆维持在行驶车道内的中间位置。一种这样的方法总体上称为车道保持系统，其包括收集关于车辆在行驶车道内的位置的信息的照相机。例如，在一种方法中，车道保持系统可以计算校正转向扭矩，其是目标车道保持位置与车辆在行驶车道内的估计位置之间的误差的函数。校正转向扭矩与提供给方向盘的转向辅助扭矩叠加。

计算校正转向扭矩的当前方法会有若干限制。例如，根据驾驶员施加到方向盘的扭矩和转向辅助扭矩的量，施加校正转向扭矩可能导致方向盘的欠校正或过校正。因此，可以提供传感器或指令开关用于检测驾驶员的手是否放在方向盘上。然而，驾驶员往往在方向盘上具有不同的抓握程度。

另一个限制是在确定可以施加到方向盘的校正转向扭矩的适当限值方面具有挑战。例如，如果校正转向扭矩施加到辅助算法的输入端，那么可能发生性能改变。如果校正转向扭矩施加到辅助算法的输出端，那么在方向盘扭矩方面的改变可能难以预测。结果，可能超过校正转向扭矩限值。并且，持续地施加校正转向扭矩可能负面地影响方向盘的整体转向感。这是因为即使当驾驶员通过操纵转向时，也通常施加校正转向扭矩。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种用于提供辅助扭矩的控制系统。该控制系统包括控制算法模块和舒适性限制模块。控制算法模块基于目标车辆状态和估计车辆状态计算校正转向扭矩。舒适性限制模块接收方向盘扭矩。舒适性限制模块基于校正转向扭矩和方向盘扭矩计算限制校正转向扭矩。限制校正转向扭矩表示由控制系统提供的允许量的辅助扭矩。

在另一个实施例中，提供了一种用于提供辅助扭矩的控制系统。该控制系统包括控制算法模块和协调限制模块。控制算法模块基于目标车辆状态和估计车辆状态计算校正转向扭矩。协调限制模块确定协调扭矩，协调扭矩表示相对于限制校正转向扭矩的方向的校正转向扭矩和转向辅助扭矩中的一个的较大值。

在又一个实施例中，提供了一种用于提供辅助扭矩的控制系统。该控制系统包括控制算法模块、舒适性限制模块和协调限制模块。控制算法模块基于目标车辆状态和估计车辆状态计算校正转向扭矩。舒适性限制模块接收方向盘扭矩。舒适性限制模块基于校正转向扭矩和方向盘扭矩计算限制校正转向扭矩。限制校正转向扭矩表示由控制系统提供的允许量的辅助扭矩。协调限制模块确定协调扭矩。协调扭矩表示相对于限制校正转向扭矩的方向的限制校正转向扭矩和转向辅助扭矩中的一个的较大值。

从下面结合附图的描述，这些和其他优点及特征将变得更加显然。

附图说明

视为本发明的主题在说明书所附的权利要求书中被特别指出并且确切地声明。从下面结合附图的详细描述，本发明的前述和其他特征和优点是显然的，其中：

图1为描绘在具有车道标记的车道中的车辆的视图；

图2为图1中的车辆的示意图，该车辆具有用于提供辅助扭矩的示例性系统；

图3为示出图2所示的转向控制模块的方框图；

图4为根据本发明的一个方面的用于确定限制校正转向扭矩的方法的示例性视图；以及

图5A-图5D为示出根据本发明另一个方面的车辆的各种运行情况的示例性曲线图。

具体实施方式

现在参考图1，其中将参考具体实施例描述本发明，而不限制本发明，图1示出了车辆10的示例性示意图。车辆10在车道12内行驶。车道12在车道12的左手侧和右手侧包括车道标记14。车道12包括车道中心20（车道中心是计算的值，由于对于车道中心20没有车道标记）并且车辆10包括车辆中心线22。车辆10的横向位置△y示出了车道中心20与车辆10的重心C之间相对于车道12的偏移。在车辆中心线22与最靠近重心C的车道中心线之间测量方位角Φ。

现在转到图2，车辆10包括转向系统30。转向系统30包括联接到转向轴36的方向盘34。转向系统30是电动助力转向（EPS）系统，其还包括转向辅助单元38，转向辅助单元38联接到转向系统30的转向轴36并且联接到车辆10的转向横拉杆40、42。转向辅助单元38例如包括可以通过转向轴36联接到转向致动器马达和传动装置的齿条齿轮转向机构（未示出）。在运行期间，当方向盘34由车辆操作者转动时，转向辅助单元38的马达提供辅助以使转向横拉杆40、42运动，它们继而分别使分别联接到车辆10的道路车轮48、50的转向节44、46运动。

如图2所示，车辆10还包括各种传感器，其检测和测量转向系统30和/或车辆10的可观察情况。在一个示例中，提供了扭矩传感器50、车速传感器52以及转向角传感器56。转向控制模块60基于来自传感器和包括在车辆10中的其他系统的一个或多个信号，来控制转向系统30的运行。在如图2所示的示例性实施例中，示出了一体式照相机和处理器62。在一个实施例中，照相机和处理器62可以是车道保持系统的一部分。在检测到相对于车道标记14（如图1所示）的路径偏差的情况下，车道保持系统生成用于校正输入的反馈到方向盘34中。照相机和处理器62可以基于由照相机检测的车道标记14，来计算车辆10相对于车道12的相对横向位置△y_camera（如图1所示）和车辆10相对于车道12的向前估计方位角Φ_camera（如图1所示）。照相机和处理器62与转向控制模块60通信。转向控制模块60接收相对横向位置△y_camera和向前估计方位角Φ_camera作为输入。

应该注意，虽然讨论了作为车道保持系统的一部分的照相机和处理器62，但是也可以使用其他方法来确定相对横向位置△y_camera和向前估计方位角Φ_camera（例如传感器，比如加速计）。还应该注意，虽然照相机和处理器62示出为车道保持系统的一部分，但是照相机和处理器62也可以与其他类型的车辆响应控制系统比如例如稳定性控制系统一起使用。

图3为使转向辅助扭矩与驾驶员对方向盘34（如图2所示）的输入协调的方法的示例性方框图。图3示出了与照相机和处理器62通信的转向控制模块60。照相机和处理器62检测车道标记14（在图1中示出）的位置，并且基于标记的位置y_r确定相对横向位置△y_camera。相对横向位置△y_camera可以在照相机的观察距离处估计，观察距离可以处在车辆10前方大约6至大约30米的范围内。在一个实施例中，照相机和处理器62可以包括处理装置70,以估计在车辆10的重心处的相对横向位置△y_est。照相机和处理器62还包括控制逻辑，用于参考车道的方位角Φ_r确定向前估计方位角Φ_camera。向前估计方位角Φ_camera也可以在照相机的观察距离处估计，观察距离可以处在车辆10前方大约6米至大约30米的范围内。在一个实施例中，照相机和处理器62也可以包括处理装置70,以估计在车辆10的重心处的向前估计方位角Φ_est。

图3还示出了由方框64和66表示的车辆。方框64表示车辆10响应于转向输入和外力的横摆率Φ’和横向速度v_y特性。外力的一些示例包括但不限于风和路面。车辆10的纵向速度 v_x也被认为是车辆模块的输出并且被认为对于转向控制模块60是可获得的。方框66表示车辆坐标系和全局坐标系之间的坐标转换，以确定车辆在全局坐标系中的方位角Φ和横向位置△y。

继续参考图3，数据流程图示出了图2的转向控制模块60的示例性实施例，转向控制模块60用来控制图2的转向系统30。在各种实施例中，转向控制模块60可以包括一个或多个子模块和数据存储器。当在本文中使用时，术语模块和子模块是指专用集成电路（ASIC）、电子电路、处理器（共享的、专用的或成组的）、以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述的功能性的其他合适部件。如可以认识到的那样，图3所示的子模块可以组合和/或进一步分隔。对控制模块60的输入可以从照相机和处理器60生成，可以从其他控制模块（未示出）接收、建模、预定义。

在如图所示的示例性实施例中，转向控制模块60包括估计模块70、警报模块72、车道驱动辅助模块76、控制算法模块78、舒适性限制模块80、协调限制模块82、辅助模块84和求和结点88。然而，可以理解，可以省略转向控制模块60的各个模块中的一些，或者在各个实施例中可以增加其他模块。除了向前估计方位角Φ_camera和相对横向位置△y_camera之外，驾驶员生成的方向盘扭矩T_hw也输入到转向控制模块60。

方向盘扭矩T_hw表示由驾驶员生成以控制车辆响应的指令。方向盘扭矩的一个分量表示驾驶员当对车辆相对于车道的响应反应时将施加到方向盘34（图2）的扭矩的量。然而，驾驶员也可以产生不与车辆相对于车道的响应相关的方向盘扭矩T_hw。这些包括但不限于驾驶绕过障碍物、车道改变以及从出口出去和调头。

估计模块70可以执行对于相对有效的车辆控制可能需要的信号调理和坐标系转换。在如图所示的实施例中，估计模块70基于向前估计方位角Φ_camera、相对横向位置△y_camera、其他车辆参数举例而言例如车辆10（图2）的速度以及方向盘34（图2）的转向角，估计车辆在其重心处的状态。具体而言，估计模块70可以至少确定车辆10的估计方位角Φ_est和车辆10的估计横向位置△y_est。估计方位角Φ_est和估计横向位置△y_est是相对于车道12（如图1所示）的。

车道行驶辅助模块76从估计模块70接收车辆状态作为输入。具体而言，在如图所示的实施例中，车道行驶辅助模块70接收车辆10的估计方位角Φ_est和车辆10的估计横向位置△y_est。车道行驶辅助模块76确定车辆10相对于车道标记14（如图1所示）的目标车辆状态（例如，目标方位角Φ_target和目标横向位置△y_target）。同样也可以由车道行驶辅助模块76使用另外的信号，例如横摆率、方位角Φ或横向加速度，来确定目标车速。

提供了结点96，其接收来自估计模块70和车道行驶辅助模块76的输出。结点96与警报模块72及控制算法模块78通信。结点96确定来自车道行驶辅助模块76的目标车辆状态（目标方位角Φ_target和目标横向位置△y_target）与来自估计模块70的估计车辆状态（向前估计方位角Φ_est和估计横向位置△y_es）之间的误差。在一个实施例中，如果目标车辆状态与估计车辆状态之间的误差超过阈值，那么警报模块72可以激活警告。警告例如可以是在车辆显示器（未示出）上提供消息的视觉指示或闪光灯。替代地，在另一个示例中，警告可以是触觉指示，举例而言，例如驾驶员的座椅（未示出）中的振动。在又一个示例中，警报模块72也可以生成可选转向指令（例如经由求和结点88），以对驾驶员发出已经达到车道保持系统的车道偏离阈值的警报。转向指令可以例如是到方向盘34的扭矩振动或轻微扭矩脉冲。

控制算法模块78接收来自车道行驶辅助模块76的目标车辆状态与来自估计模块70的估计车辆状态之间的误差作为输入，并且基于该误差确定校正转向扭矩T_lk。校正转向扭矩T_lk表示在检测到相对于车道标记14（如图1所示）的路径偏差的情况下由车道保持系统提供的扭矩量。

舒适性限制模块80接收来自控制算法模块78的校正转向扭矩T_lk和在方向盘34（图2）上施加的方向盘扭矩T_hw作为输入，并且确定限制校正转向扭矩T_lklim。限制校正转向扭矩T_lklim 表示可以由车道保持系统提供给方向盘34的辅助扭矩量的舒适性限值。舒适性限值表示在由车道保持系统执行校正动作期间可以适当地提供给方向盘34的辅助扭矩的允许量。在一个示例中，由车道保持系统执行的校正动作是由车道保持系统提供的以将车辆10保持在如图1所示的车道标记14内的转向辅助扭矩。

现在转到图4，示出了计算限制校正转向扭矩T_lklim的示例性方法。在如图所示的实施例中，将方向盘扭矩T_hw输入到表100中。表100使用方向盘扭矩T_hw作为输入，并且确定允许方向盘扭矩偏差△T_hw。在一种方法中，允许方向盘扭矩偏差△T_hw可以是基于方向盘扭矩T_hw的。允许方向盘扭矩偏差△T_hw同样也可以是基于其他因素的，举例而言，例如车速、横向加速度或两者的组合。在另一个实施例中，可以替代地使用允许方向盘扭矩偏差△T_hw的预定值。例如在一种方法中，允许方向盘扭矩偏差△T_hw可以包括大约+/-3 N/m的范围。

将允许方向盘扭矩偏差△T_hw发送至求和结点102和另一个结点104。求和结点102将允许方向盘扭矩偏差△T_hw和方向盘扭矩T_hw相加，以获得方向盘扭矩的上限值T_hwmax。结点104从方向盘扭矩T_hw减去允许方向盘扭矩偏差△T_hw以获得方向盘扭矩的下限值T_hwmin。将方向盘扭矩的上限值T_hwmax发送至查找表110。查找表110确定校正转向扭矩的上限值T_lkmax。校正转向扭矩的上限值T_lkmax表示可以由车道保持系统施加到方向盘34（如图2所示）的辅助扭矩的上限值或最大量。也将方向盘扭矩的下限值T_hwmin发送至查找表112。查找表112确定校正转向扭矩的下限值T_lkmin。校正转向扭矩的下限值T_lkmin表示可以由车道保持系统施加到方向盘34的辅助扭矩的下限值或最小量。查找表110和112可以是存储在辅助模块84（图3）中的实际辅助表的复本。辅助模块84接收由驾驶员施加的方向盘扭矩T_hw作为输入，方向盘扭矩T_hw表示基本电动助力转向控制，其静态辅助是重要的一部分。辅助模块84确定转向辅助扭矩T_o。转向辅助扭矩T_o表示响应于由驾驶员施加的方向盘扭矩T_hw生成的辅助扭矩的量。转向辅助扭矩T_o也输入到协调限制模块82。

将校正转向扭矩的上限值T_lkmax、方向盘扭矩的下限值T_hwmin、以及来自控制算法模块78的校正转向扭矩T_lk输入到限制函数114中，限制函数114使用方向盘扭矩的下限值T_hwmin（用于最小）和校正转向扭矩的上限值T_lkmax（用于最大）的饱和值。限制函数114输出限制校正转向扭矩T_lklim。限制校正转向扭矩T_lklim是不超过校正转向扭矩的上限值T_lkmax也不小于校正转向扭矩的下限值T_lkmin的校正转向扭矩值。如图4所示的方法确保了最宽范围的指令可以用于校正转向扭矩T_lkmin。

回到图3，将限制校正转向扭矩T_lklim发送至协调限制模块82。虽然图3示出了校正转向扭矩T_lklim被输入到协调限制模块82中，但是可以理解，在各个实施例中，可以省略舒适性限制模块80，并且替代地协调限制模块82接收来自控制算法模块78的校正转向扭矩T_lk作为输入。

协调限制模块82确定协调扭矩T_coor，其表示当驾驶员和车道保持控制算法同时有效时的合适值。协调扭矩T_coor表示相对于限制校正转向扭矩T_lklim的方向或符号的限制校正转向扭矩T_lklim或转向辅助扭矩T_o的较大值。在一个实施例中，协调扭矩T_coor可以由下面的等式表达：

其中，限制校正转向扭矩T_lklim的符号可以表示为对于T_lklim≥0, sign(T_lklim) = 1；对于 (T_lklim)<0，sign(T_lklim) = -1。应该注意到，在各个实施例中，限制校正转向扭矩T_lklim可以用来自控制算法模块78的校正转向扭矩T_lk替代。还应该注意，如果协调扭矩T_coor存在不连续性，那么可以设置压摆率限制器（slew rate limiter ）或低通滤波器，以使到协调限制模块82的输入或输出平滑，以便对协调扭矩T_coor提供连续性。

协调扭矩T_coor调节驾驶员对方向盘34的输入（例如转向辅助扭矩T_o）。因此，如果驾驶员已经在方向盘34上施加了方向盘扭矩T_hw，那么车道保持系统（或者其他类型的车辆响应控制系统）总体上不会过度校正并且对方向盘34施加过多量的辅助扭矩。将协调扭矩T_coor和转向辅助扭矩T_o两者都发送至求和结点88，以确定在方向盘34上施加的总扭矩量T_total。注意，这里为了简洁未示出通常存在于动力转向系统中的其他转向功能和功能块。这些可以包括例如摩擦补偿、稳定性补偿、阻尼控制、马达控制等功能。

图5A-图5D示出了转向系统30（如图2所示）的运行期间的协调扭矩T_coor的一些示例。图5A为驾驶员施加大于将由车道保持系统提供的辅助扭矩（由校正转向扭矩T_lk表示）的量的扭矩（由转向辅助扭矩T_o表示）的运行情况的图示。因此，因为驾驶员已经对方向盘34（图2）提供了比需要的更多的扭矩，所以不提供协调扭矩T_coor。图5B为驾驶员不偶尔提供将车辆10保持在车道12（图1）内所需要的所需方向盘扭矩的运行情况的图示。在该图示中，如果由驾驶员施加的转向辅助扭矩T_o不超过将由车道保持系统提供的辅助扭矩的量，那么仅提供协调扭矩T_coor。图5C为驾驶员不施加方向盘扭矩的运行情况（例如，脱手驾驶情况）的图示。在这种情况下，总是对方向盘34提供校正转向扭矩T_lk。图5D为驾驶员仅施加将车辆10保持在车道12（图1）内所需的扭矩的一部分的运行情况的图示。在这种情况下，提供协调扭矩T_coor以提供转向辅助扭矩T_o与校正转向扭矩T_lk之间的差值。

如图1-图5D所描述的系统在由车道保持系统执行校正动作期间，对方向盘34提供适当量的辅助扭矩（限制校正转向扭矩T_lklim）。因此，与当前可获得的一些转向系统不同，如上所述的转向系统30通常提供可以施加到方向盘34的适当量的校正转向扭矩。而且提供协调扭矩T_coor，以便车道保持系统总体上不提供比在驾驶员也施加方向盘扭矩T_hw的情况下所需要的更多的扭矩。

虽然已经关于仅有限数量的实施例详细地描述了本发明，但是应该容易地理解本发明不限于这些所公开的实施例。本发明而是可以被修改来结合此前没有描述的任何数量的变形、改变、替代或等同布置，但这些与本发明的精神和范围相称。此外，虽然已经描述了本发明的各个实施例，但是应该理解，本发明的方面可以仅包括其中一些所描述的实施例。因而，本发明不被认为由前面的描述限制。

Claims

1.一种用于提供辅助扭矩的控制系统，包括：

控制算法模块，基于目标车辆状态和估计车辆状态计算校正转向扭矩；和

接收方向盘扭矩的舒适性限制模块，所述舒适性限制模块基于所述校正转向扭矩和所述方向盘扭矩计算限制校正转向扭矩，所述限制转向扭矩表示由所述控制系统提供的允许量的辅助扭矩。

2.如权利要求1所述的控制系统，其中所述舒适性限制模块基于所述方向盘扭矩确定允许方向盘扭矩偏差。

3.如权利要求2所述的控制系统，其中所述允许方向盘扭矩偏差用来确定校正转向扭矩的上限值和校正转向扭矩的下限值，其中所述校正转向扭矩的上限值是基于上限值辅助表计算的，并且所述校正转向扭矩的下限值是基于下限值辅助表计算的。

4.如权利要求1所述的控制系统，包括用于确定所述目标车辆状态的车道行驶辅助模块，并且其中所述目标车辆状态包括目标方位角Φ_target和目标横向位置△y_target。

5.如权利要求1所述的控制系统，包括用于确定协调扭矩的协调限制模块，其中所述协调扭矩表示相对于所述限制校正转向扭矩的方向的所述限制校正转向扭矩和转向辅助扭矩中的一个的较大值。

6.如权利要求5所述的控制系统，其中所述协调扭矩由下面的等式表达：

其中，Tlk_lim是限制校正转向扭矩并且T_o是转向辅助扭矩，并且其中对于Tlk_lim 0, sign(Tlk_lim) = 1；对于 (Tlk_lim)<0，sign(Tlk_lim) = -1。

7.如权利要求5所述的控制系统，其中总扭矩量通过将所述转向辅助扭矩和所述协调扭矩加在一起来确定。

8.如权利要求1所述的控制系统，包括计算估计方位角和相对横向位置的估计模块，其中车辆的所述估计方位角和所述相对横向位置是基于车辆相对于车道的位置的。

9.如权利要求8所述的控制系统，包括车道保持系统，该车道保持系统包括与所述估计模块通信的照相机和处理器。

10.一种用于提供辅助扭矩的控制系统，包括：

接收转向辅助扭矩的协调限制模块，所述协调限制模块用于确定协调扭矩，所述协调扭矩表示相对于所述限制校正转向扭矩的方向的所述校正转向扭矩和所述转向辅助扭矩中的一个的较大值。

11.如权利要求10所述的控制系统，其中所述协调扭矩由下面的等式表达：

其中，Tlk是校正转向扭矩并且T_o是转向辅助扭矩，并且其中对于Tlk0, sign(Tlk) = 1；对于Tlk<0，sign(Tlk) = -1。

12.如权利要求10所述的控制系统，包括接收方向盘扭矩的舒适性限制模块，所述舒适性限制模块基于所述校正转向扭矩和所述方向盘扭矩计算限制校正转向扭矩，所述限制转向扭矩表示由所述控制系统提供的允许量的校正转向扭矩。

13.如权利要求12所述的控制系统，其中所述舒适性限制模块基于所述方向盘扭矩确定允许方向盘扭矩偏差。

14.如权利要求13所述的控制系统，其中所述允许方向盘扭矩偏差用来确定校正转向扭矩的上限值和校正转向扭矩的下限值，其中所述校正转向扭矩的上限值是基于上限值辅助表计算的，并且所述校正转向扭矩的下限值是基于下限值辅助表计算的。

15.如权利要求14所述的控制系统，包括用于确定所述目标车辆状态的车道行驶辅助模块，并且其中所述目标车辆状态包括目标方位角Φ_target和目标横向位置△y_target。