CN105209324A

CN105209324A - 后轮转向控制

Info

Publication number: CN105209324A
Application number: CN201480027775.6A
Authority: CN
Inventors: J·泽勒; L·布雷特豪尔; C·考利; M·费尔德克尔; L·柯尼西
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2034-05-20
Also published as: US20160039455A1; US9969425B2; WO2014189877A1; CN105209324B; EP2999614A1; EP2999614B1

Abstract

一种车辆中的后轮转向系统，所述系统包括后轮转向致动器、车速传感器、以及电子控制单元。所述后轮转向致动器耦接至车辆的后轮并控制后轮的转向角度。所述电子控制单元耦接至所述后轮转向致动器和所述车速传感器，并配置成确定车辆的速度以及基于所述车辆的速度和所述后轮转向系统的容错时间对后轮的转向角度进行限制。

Description

后轮转向控制

相关申请

本申请要求于2013年5月20日提交的共同在审的美国临时专利申请No.61/825,207的优先权，其全部内容通过引用结合于本文。

背景技术

本发明涉及对后轮转向的控制。具体地，本发明对后轮转向角度设定限制以确保车辆的安全操作。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供一种车辆中的后轮转向系统。所述系统包括后轮转向致动器、车速传感器、以及控制器。所述后轮转向致动器耦接至车辆的后轮并且控制后轮的转向角度。所述控制器耦接至所述后轮转向致动器和所述车速传感器，并且配置成确定车辆的速度以及基于所述车辆的速度和所述后轮转向系统的容错时间来限制后轮的转向角度。

在另一实施例中，本发明提供一种控制车辆后轮的最大转向角度的方法。所述方法包括：确定车辆的速度，基于所述车辆的速度确定车辆的最大横摆角速度(yawrate)，确定后轮转向系统的容错时间，通过控制器基于所述车辆的速度和所述后轮转向系统的最大容错时间来确定车辆后轮的最大转向角度，以及通过所述控制器基于所确定的车辆后轮的最大转向角度来限制车辆后轮的转向角度。

附图说明

图1为车辆的示意图。

图2为RWS系统的框图。

图3为替代的RWS系统的框图。

图4A为对RWS命令的角度限制进行设置的框图。

图4B为对RWS合理性角度限制进行设置的框图。

图5为用于重度制动车辆的角度限制的图表。

图6为用于滑行车辆的角度限制的图表。

图7为示出了基于滑动窗所调节的RWS限制的图表。

图8为用于样本车辆的RWS限制的图表。

图9为示出发生回避驱动情况的图表。

图10为RWS系统的框图，所述RWS系统在回避驱动策略的情况下释放RWS限制。

图11为RWS限制设置限制增加操作的流程图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解的是本发明并非将其应用限制为以下说明中所提出的或以下附图中图示的组件的构造和设置的细节。本发明能够是其它实施例并且能以各种方式实施或执行。

图1示出车辆100的示意图。车辆100具有四个轮105A、105B、105C和105D。如所示，轮105A、105B、105C和105D连接至两个轴110A和110B。所述四个轮通过多个轮速传感器115A、115B、115C和115D监测。轮速传感器115A、115B、115C和115D耦接至电子处理单元(“ECU”)120(即控制器)。车辆100还包括其它传感器，诸如横摆角速度传感器125、侧向加速度传感器130以及纵向加速度传感器135。在一些实施例中，ECU120经由总线(例如CAN总线)与车辆100中的其它装置(例如传感器、其它控制器)通信。后轮105B和105D通过RWS致动器140以由ECU120控制的角度转向。在一些实施例中，所述角度由并非ECU的装置控制。

ECU120包括处理器(例如微处理器、微控制器、ASIC、DSP等)；计算机可读介质或存储器(例如闪存、ROM、RAM、EEPRGM等)，所述计算机可读介质或存储器能在处理器内部、处理器外部或是其组合；以及输入/输出线路。ECU120还可包括各种模块(例如硬件或软件)，诸如电子稳定性程序(ESP)以及车辆动态管理(VDM)模块。在其它实施例中，ESP和VDM为单独的模块且并非ECU的一部分。

本发明追求的是实现针对用于后轮转向(RWS)致动器的电子稳定性程序/车辆动态管理(ESP/VDM)系统的安全目标和标准，并且满足特定的汽车安全完整性等级(ASIL)评级。

在一些实施例中，为横摆角速度的改变设置限制，例如对于车速<50kph而言<5°/s、且对于车速>50kph而言<3°/s，以确保车辆的安全操作。

针对具体速度所能安全使用的RWS角度的范围基于车辆而变化。例如，一个样本车辆具有如以下表1中所示的多个速度下的安全RWS角度。

表1

需要确定容错时间(FTT)。FTT为车辆对负面情形反应有多快。假设RWS致动器能使后轮以20°/s的角速度旋转，针对样本车辆各种速度的FTT时间如表2中所示。

表2

RWS致动器具有非常短的FTT(例如针对20°/s的最大RWS致动器旋转速度而言为13ms)。然而，在大多数系统中，RWS的控制分布在多个装置(例如外部RWS角度请求器、ESP等)上。因此，系统的总FTT需要被考虑。例如，ESP可具有最小100ms的FTT。因此，在ESP控制RWS角度的实施例中，FTT为100ms加上针对RWS致动器的那13ms。为了实现ASILD评级(最高评级)，车辆速度必须足够低以使得113ms(阈值)以内的响应(例如检测到问题并停机RWS(即停止转动后轮))是足够的。在FTT低于所述阈值的情况下不必使用特别的控制。对于FTT高于所述阈值情况下的速度，需要外部措施对ESP和RWS致动器支持以实现ASILD评级。

图2示出了用于操作RWS系统的实施例的框图。转向角度传感器200检测经由方向盘205由驾驶员所请求的转动量。该转动量(即转向角度)被发送至ESP210，所述ESP继而将后轮转动角度请求发送至RWS致动器215，所述RWS致动器继而控制所述轮处的RWS角度。

图3示出了替代性框图，其中RWS致动器215包括用于基于车速限制RWS角度的控制方案的图表300。RWS致动器215接收输入等级(来自ESP210的角度请求)并且输出一角度等级。针对具有比阈值低的FTT的速度，所输出的角度等级与输入等级相等。一旦车辆速度超过了FTT超过所述阈值所针对的那个速度，输出等级(RWS角度)就保持恒定。因而，后轮转向角度并不超出安全等级。该方法具有缺陷，因为对于所请求角度大于所述阈值且仍可以是安全的情况，后轮转向角度被受限至比期望低的角度。例如，当绕急弯驾驶时，期望的是具有比所述阈值大的RWS角度。

如表1中所示，所允许的安全RWS角度随着车速增加而减少。在高侧上不确切地预估车速并不关键，因为系统将使RWS角度限制至相比实际车速所允许的更小角度。相反地，预估车速过低可导致RWS角度超过针对实际车速的最大值的关键情形。此外，如果车速被预估过低，则计算最小FTT将是关键的。

利用轮速传感器确定车速具有ASILC评级，该评级低于针对RWS系统所期望的ASILD评级。因此，必须使用附加的数据以确定车速。例如，其它传感器(如侧向和纵向传感器)可用于对来自轮速传感器的数据进行补充，以更精确地确定车速和实现ASILD评级。

为了确保用于设置RWS角度限制的车速不低于车辆的实际速度，执行合理性检查。图4A和4B图示了执行该合理性检查的方法。复合速度400(例如使用一种或多种确定速度的方法，诸如侧向和纵向加速度、横摆角速度或其它感测的条件)由ESP使用以产生第一RWS限制405，并且来自轮速传感器410的速度由ESP使用以产生第二RWS限制415。第一RWS限制405和第二RWS限制415中最小的那个于是成为所命令的角度限制420。同时，来自轮速传感器410的速度由RWS致动器使用以产生合理性检查角度限制425。如果合理性限制低于命令的限制，则使用合理性限制；否则使用命令的限制。

图5示出了车辆处于重度制动的情形。在该情况下，轮可被锁上且由轮速传感器检测的速度VxWSS小于实际速度VxActual。在所示例子中，由RWS致动器设置的合理性限制为大约2.25°且由ESP设置的命令角度限制为大约1.8°(使用复合速度是因为其小于轮速传感器速度)。因为合理性限制高于所命令的限制，所以不改变命令的限制。

图6示出了轮自旋(例如在冰上启动)的情形。在该情况下，由轮速传感器检测的速度VxWSS大于实际车速VxActual。ESP将命令的角度限制设置至基于VxWSS，因为这小于基于VxActual的情况。因此，命令的角度限制和合理性限制二者是同一个。

在一些实施例中，所述系统以硬限制启动(例如，诸如图3的图表300)。RWS限制为初始阈值。在ESPFTT(例如100ms)已过去之后，如果导致RWS关断的情况没有发生，则认为是安全的(即满足ASILD评级)。因此，通过将用于车速的最大角度(根据表1)适配于来自之前时间的(例如100ms)受限制RWS输出而非中心位置，角度限制被调节。该控制由RWS致动器执行并引起如图7中所示的调节限制以及针对系统的ASILD评级。

RWS限制可从查询表获得或可通过RWS致动器计算。为了计算RWS限制，从Ackermann公式(公式1)开始，

{\overset{\cdot}{ψ}}_{A C K} = \frac{v_{x} δ}{L (1 + {(\frac{v_{x}}{v_{c h}})}^{2})}

其中，

为参照横摆角速度，

v_x为x方向车速，

δ为轮转动角度，

L为轮距(wheelbase)，并且

v_ch为特征速度。

然后公式1被重新设置用于前轮角度(公式2)，

δ = \frac{\overset{\cdot}{ψ} L (1 + \frac{v_{x}^{2}}{v_{c h}^{2}})}{v_{x}}

(公式2)

接下来，侧向加速度，可替换参照横摆角速度(公式3)，

δ = \frac{A_{y} L (1 + \frac{v_{x}^{2}}{v_{ch}^{2}})}{v_{x}^{2}}

(公式3)

图8示出了用于带有130km/h特征速度以及使用0.13g侧向加速度(从安全公制获得)的车辆的最大RWS角度(即RWS限制)的图表。图8中示出的限制已稍微修改以具有低速下的直线斜坡800。这么做是为了减少对车速错误的敏感性。

在一些情况下，可期望的是扩大RWS限制。例如，当驾驶员执行回避策略时，诸如躲避物体。已确定的是这些情况低于1％时间地发生。图9示出了，在被设计以在所有速度下获得+/-0.6g侧向加速度的测试驾驶循环期间，被分析的所有数据样本的大约99.5％具有小于90度/秒(deg/sec)的方向盘角速度。因此因子可从方向盘角速度(例如在CAN总线上)获得并用于修改最大角度限制，而对于99.5％情况的正常驾驶而言不增加安全风险。

因为ASIL评级基于严格性、暴露性和可控性来确定，所以这些动力状况可被剔除，从而使得较低的ASILB评级可被接受。如图10中所示，转向角度传感器900检测转向角度和方向盘的转向角度的变化率。转向角度905被提供至ESP910，该ESP确定RWS角度并将所述RWS角度915提供至RWS致动器920。转向角度传感器900还将转向角度变化率925提供至RWS致动器920。RWS致动器920基于从ESP910接收的RWS角度915(利用如上所述的硬限制或适配限制)来控制RWS角度，除非驾驶员执行(基于变化率925确定的)回避策略。如果驾驶员执行回避策略，则RWS致动器将RWS角度控制成由ESP910所请求的角度而不带有任何限制。

图11示出了RWS致动器用于对RWS限制进行调节的操作。限制增加量设置为大于零且所述限制增加量减去衰减率(decayrate)(步骤1100)。所述衰减率通过如下需要确定：即将增加量保持足够长以完成回避策略，但不长到超过1％的总暴露(totalexposure)。接下来将转向角度变化率与阈值相比(步骤1105)，以确定驾驶员是否在执行回避策略。如果驾驶员在执行回避策略，则将限制增加量设置为当前限制增加量、和转向角度变化率减去最小角速度(例如90deg/sec)乘以一增益值(步骤1110)中的较大者。转向角度限制然后被增加以所述转向角度增加量(步骤1115)。如果驾驶员不在执行回避策略(步骤1105)，则转向角度限制被增加以(步骤1115)在步骤1100处所确定的转向角度增加量。

因而，本发明除其它事物外还提供对RWS角度限制进行设置的方法。

Claims

1.一种车辆中的后轮转向系统，所述系统包括：

后轮转向致动器，其耦接至车辆的后轮并且控制所述后轮的转向角度；

车速传感器；以及

控制器，其耦接至所述后轮转向致动器和所述车速传感器，且配置成确定车辆的速度并基于所述车辆的速度和所述后轮转向系统的容错时间来限制后轮的转向角度。

2.如权利要求1的后轮转向系统，其中，所述车速传感器为轮速传感器。

3.如权利要求1的后轮转向系统，还包括一个或多个附加的速度传感器。

4.如权利要求3的后轮转向系统，其中，所述一个或多个附加的速度传感器来自包括纵向加速度传感器、侧向加速度传感器和横摆角速度传感器的组。

5.如权利要求3的后轮转向系统，其中，后轮的转向角度基于由所述一个或多个附加的传感器确定的速度以及由所述轮速传感器确定的速度中较高的那个速度。

6.如权利要求1的后轮转向系统，其中，基于所述车辆的速度设置最大横摆角速度。

7.如权利要求1的后轮转向系统，其中，基于所述车辆的速度和最大横摆角速度来确定最大转向角度。

8.如权利要求1的后轮转向系统，其中，后轮的最大转向角度在一等于所述容错时间的时间阶段已过去之后增加，且在该时间阶段期间先前的最大转向角度没有达到。

9.如权利要求1的后轮转向系统，其中，后轮的最大转向角度通过所述后轮转向致动器计算。

10.如权利要求1的后轮转向系统，其中，后轮的最大转向角度通过查询表确定。

11.如权利要求1的后轮转向系统，其中，使用公式计算后轮的最大转向角度。

12.如权利要求1的后轮转向系统，其中，在所请求的转向角度的变化率超过一阈值时增加后轮的最大转向角度。

13.一种控制车辆后轮的最大转向角度的方法，所述方法包括：

确定车辆的速度；

基于所述车辆的速度来确定车辆的最大横摆角速度；

确定后轮转向系统的容错时间；

通过控制器基于所述车辆的速度和所述后轮转向系统的最大容错时间来确定车辆后轮的最大转向角度；以及

通过所述控制器基于所确定的车辆后轮的最大转向角度来限制车辆后轮的转向角度。

14.如权利要求14的方法，其中，后轮转向致动器的容错时间基于所述车辆的速度而改变，所述后轮转向致动器的容错时间被包括在所述后轮转向系统的容错时间中。

15.如权利要求14的方法，其中，所述车辆的速度由轮速传感器和多个附加的传感器确定。

16.如权利要求15的方法，其中，后轮的转向角度基于由所述多个附加的传感器确定的速度以及由所述轮速传感器确定的速度中较高的那个速度。

17.如权利要求14的方法，还包括在一等于所述容错时间的时间阶段过去之后增加后轮的最大转向角度，且在该时间阶段期间先前的最大转向角度没有达到。

18.如权利要求14的方法，还包括使用查询表确定后轮的最大转向角度。

19.如权利要求14的方法，还包括使用公式计算后轮的最大转向角度。

20.如权利要求14的方法，还包括在所请求的转向角度的变化率超过一阈值时增加后轮的最大转向角度。