CN105691449A - 利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的装置与方法。所述装置包括：传感器，其配置为检测车速、转向角、横摆率以及车辆的横向加速度；目标横摆率计算器，其配置为基于由所述传感器检测的信息来确定目标横摆率；侧滑角估算器，其配置为基于由所述传感器检测的信息来估算侧滑角；以及后车轮转向角控制量计算器，其配置为通过利用由所述传感器检测的横摆率信息、由所述目标横摆率计算器计算得出的目标横摆率以及由所述侧滑角估算器估算的侧滑角来确定后车轮转向角控制量。确定的后车轮转向角控制量被实施为将车辆横摆率控制为跟随目标横摆率，并且将侧滑角控制为跟随0。

Description

利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的方法，更具体而言，本发明涉及一种用于在安装有后车轮转向系(rearwheelsteering,RWS)的车辆中通过实时地反馈行驶特性信号来控制后车轮转向角的方法。

背景技术

后车轮转向系(RWS)由电机、减速器以及控制器组成，并且根据车辆的行驶状态来使车辆的后车轮转向，从而提供可驾驶性和可转向性。

具体而言，后车轮转向系(RWS)在低速行驶过程中使后车轮和前车轮朝着彼此相反的方向转向，而在高速行驶过程中使后车轮朝着与前车轮相同的方向转向，从而，在低速下减小转弯半径，并且提高操作稳定性。

图1A和图1B概念性地示出了在后车轮转向系(RWS)中后车轮的操作，而图2示出了在根据车速来控制后车轮的转向角的示例中，取决于车速的增益的变化。

一种最基本的后车轮转向控制方法是：如图1A和图1B中所示，根据车速来控制前车轮转向角和后车轮转向角的相位。

即，如图1A和图1B中所示，基本原则是：在低速下，后车轮朝着与前车轮相反的方向转向；而在高速下，后车轮朝着与前车轮相同的方向转向。

就此而言，后车轮转向角的大小运用如下所列的等式X来确定，并且如图2中所示，等式X中所使用的增益根据车速而变化。假设车辆的稳态侧滑为0，则可以计算出等式X中的增益。

[等式X]

后车轮转向角＝增益×前车轮转向角

然而，相关技术中的后车轮转向角控制方法是一种不反馈行驶特性信号而仅仅利用前车轮转向来控制行驶特性信号的前馈式方法，这种方法可能存在以下问题：对于控制环境(例如路面情况和车重)的变化，会使鲁棒性变差。

还存在另外一种反馈横摆率(yawrate)并且利用横摆率来控制后车轮转向角的控制方法，这种方法利用如下的等式Y来控制后车轮转向角。

[等式Y]

后车轮转向角＝(增益1×前车轮转向角)+(增益2×横摆率)

可以假设在稳态和瞬态下的侧滑都为0，则可以计算得出本文所使用的增益1和增益2。

上述控制方法反馈横摆率信号以使侧滑最小化，并且可以借助横摆率信号的反馈来实现比基于等式X的方法更好的侧滑减小效果，但是这种方法在控制除了侧滑以外的横摆率自身方面存在限制。

公开于背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对本公开背景技术的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明致力于解决与现有技术相关的上述问题，并且提供一种用于控制后车轮转向角的方法，该方法实时地反馈安装有后车轮转向系(RWS)的车辆中的行驶特性信号，以使车辆的侧滑角最小化并且使横摆率特性稳定。

一方面，本发明提供一种利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的装置，该装置包括：传感器，其检测车速、转向角、横摆率以及车辆的横向加速度；目标横摆率计算器，其配置为基于由所述传感器检测的车速和转向角信息来确定目标横摆率；侧滑角估算器，其配置为基于由所述传感器检测的车速、横摆率以及横向加速度信息来估算侧滑角；以及后车轮转向角控制量计算器，其配置为通过利用由所述传感器检测的横摆率信息、由所述目标横摆率计算器计算得出的目标横摆率以及由所述侧滑角估算器估算的侧滑角来确定后车轮转向角控制量。所述后车轮转向角控制量计算器配置为：将所确定的后车轮转向角控制量实施为将车辆横摆率控制为跟随目标横摆率，并且将侧滑角控制为跟随0。

另外一方面，本发明提供一种利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的方法，该方法包括：检测车辆特性数据，包括车速、转向角、横摆率以及车辆的横向加速度；基于所检测的车速和转向角信息来确定目标横摆率，并且基于所检测的车速、横摆率以及横向加速度信息来估算侧滑角；以及利用检测的横摆率信息、计算的目标横摆率以及估算的侧滑角来确定后车轮转向角控制量，其中，在确定后车轮转向角控制量的步骤中，所确定的后车轮转向角控制量实施为将车辆横摆率控制为跟随目标横摆率，并且将侧滑角控制为跟随0。

根据本发明的利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的装置和方法可以实现如下效果。

第一，在某些实施方案中，实时地反馈车辆的特性信号，以将其反映至后车轮转向的后车轮转向角控制量的计算中，用于执行适合于实际产生的车辆特性的控制，从而实现理想的横摆率和侧滑控制性能。

第二，尽管控制条件变化(例如路面情况的变化、车重的变化等等)，仍然能够借助反馈控制来保证控制性能的鲁棒性。

第三，能够同时地控制横摆率和侧滑角。

下面讨论本发明的其它方面和优选的实施方案。

应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如具有汽油动力和电力动力两者的车辆。

附图说明

接下来将参照某些示例性实施例及其所显示的附图详细地描述本发明实施方案的以上和其它特征，在此之后所给附图仅作为说明的方式，因而对本发明是非限定性的，其中：

图1A和图1B为概念性地示出了在后车轮转向系(RWS)中后车轮的操作；

图2示出了在根据车速来控制后车轮转向系(RWS)的转向角的示例中，取决于车速的增益的变化；

图3示出了根据本发明实施方案的利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的装置的一个优选的实施示例；

图4概念性地示出了目标横摆率计算器；

图5概念性地示出了侧滑角估算器；

图6概念性地示出了后车轮转向角计算器；以及

图7示出了根据本发明实施方案的利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的方法的一个优选的实施示例。

应当了解，所附附图并不必须是按比例绘制的，而是呈现了某种程度上经过简化的说明本发明实施方案的基本原理的各个优选特征。本文所公开的本发明实施方案的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记涉及本发明实施方案的相同或等同的部分。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。

在说明书中，基于实施示例详细地描述了本发明的实施方案，以使本领域技术人员能够容易地理解本发明的实施方案，但是本发明并不限于该优选的实施示例，而应当了解，在不脱离所公开的技术范围的情况下，本发明包括各种实施方案。

在下文中，将参考附图详细地描述根据本发明实施方案的实施示例的利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的装置与方法。

图3概念性地示出了根据本发明实施方案的利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的装置的一个实施示例。

如图3中所示，在本发明实施方案的实施示例中，所述装置配置为包括传感器10和后车轮转向控制器20，所述传感器10检测与车辆特性有关的各种信息；所述后车轮转向控制器20利用由传感器10采集的信息集来确定后车轮转向角控制量。

检测确定后车轮转向角控制量所需的与基本的车辆特性有关的信息的传感器10可以配置为检测车辆的车速、转向角、横摆率以及横向加速度。

并且，将所检测到的车辆的车速、转向角、横摆率以及横向加速度信息提供给后车轮转向控制器20，并且利用所检测到的这些信息来确定后车轮转向角控制量。

具体而言，后车轮转向控制器20配置为包括目标横摆率计算器21、侧滑角估算器22以及后车轮转向角控制量计算器23。

目标横摆率计算器21利用来自传感器10的信息来计算目标横摆率，而侧滑角估算器22利用来自传感器10的信息来确定估算的侧滑角。

并且，后车轮转向角控制量计算器23配置为利用所计算的目标横摆率和所估算的侧滑角来计算用于确定后车轮角度的后车轮转向角控制量。

图4至图6详细地示出了构成后车轮转向控制器20的各个部件的计算过程的某些实施方案。

首先，图4概念性地示出了目标横摆率计算器21中的计算过程。

即，在某些实施方案中，目标横摆率计算器21接收车速和转向角信息，以利用如下等式1来计算目标横摆率。

[等式1]

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{des}=\frac{v_x}{l_f+l_r+\frac{{{\mathrm{mv}}_x}^2(l_r{C}_{\mathrm{\α}r}-l_f{C}_{\mathrm{\ω}f})}{2C_{\mathrm{\α}f}{C}_{\mathrm{\α}r}L}}\mathrm{\δ}$

其中，v_x表示车速，L_f表示从车辆重心到前车轮轴的距离，L_r表示从车辆重心到后车轮轴的距离，m表示车辆质量，C_af表示前车轮轮胎的侧偏刚度，C_ar表示后车轮轮胎的侧偏刚度，L表示轴距，而δ表示前车轮转向角。

从而，目标横摆率计算器21计算目标横摆率值，意在跟随车辆中产生的横摆率。

并且，图5概念性地示出了侧滑角估算器。

如图5中所示，在某些实施方案中，侧滑角估算器22基于车速、横摆率以及横向加速度信息而利用如下等式2来估算侧滑角。

[等式2]

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\left(\frac{\∫(a_y-v_x\mathrm{\γ})dt}{v_x}\right)$

其中，β表示侧滑角，α_y表示横向加速度，v_x表示车速，而γ表示横摆率。

从而，侧滑角估算器22估算当前车辆的侧滑角，并且利用所估算的侧滑角来计算后车轮转向角控制量。

就此而言，图6概念性地示出了后车轮转向角控制器确定后车轮转向角控制量。

如图6中所示，后车轮转向角控制量基于目标横摆率计算器21计算得出的目标横摆率、由传感器10所检测的横摆率、由侧滑角估算器22估算的侧滑角来确定，并且在某些实施方案中，后车轮转向角控制量利用如下等式3来确定。

[等式3]

后车轮转向角控制量＝K1×(目标横摆率-横摆率)+K2×(0-估算的侧滑角)

其中，K1和K2为横摆率和侧滑角的增益，并且增益K1和K2为常量，该常量值可以通过在实际车辆中进行调整而进行调节。

参考如上等式3，在某些实施方案中，如等式左边所示，后车轮转向角控制量计算为由目标横摆率与当前横摆率(其通过传感器10检测)之间的差值乘以增益K1所获得的值和由0与所估算的侧滑角之间的差值乘以K2所获得的值的和。

可以利用这种方法来将车辆的横摆率的产生控制为近似于目标横摆率，并且可以同时将侧滑角控制为近似于0。

即，后车轮转向角控制量计算器确定后车轮转向角控制量，以使车辆横摆率跟随目标横摆率并使侧滑角跟随0，并且根据所确定的后车轮转向角控制量来控制后车轮转向角，以实现取决于车辆特性的理想的横摆率和侧滑控制性能。

具体而言，在某些实施方案中，后车轮转向角控制量计算器23利用与车辆特性有关的检测数据以及根据这些检测数据计算得出的目标横摆率和估算的侧滑角来执行反馈控制，从而尽管控制条件(例如路面情况或车重)变化仍能保证良好的控制性能。

此处，作为根据设计可变的因子的增益K1和K2，可以采用通过考虑对于横摆率控制和侧滑控制的设计权值而选择的值。

此外，根据本发明的另一个实施示例，根据本发明实施方案的利用车辆特性信号的反馈控制可以和前馈方案(该前馈方案利用前车轮转向角和车速来同相或反相控制前车轮和后车轮的转向角)一同运用。

在这种情况下，在利用车速和前车轮转向角的同相/反相控制之后，后车轮转向角的控制信号配置为利用等式3进行反馈控制。

图7示出了根据本发明实施方案的利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的方法的一个优选的实施示例。

如图7中所示，在本发明的实施方案中，所述方法包括：检测车辆特性数据(S10)，确定目标横摆率和估算的侧滑角(S20)，并且基于前述信息确定后车轮转向角控制量(S30)。

当经由上述步骤确定了后车轮转向角控制量时，根据所确定的后车轮转向角控制量来控制后车轮转向角(S40)。

在某些实施方案中，当进行了后车轮角度控制之后，进程再次返回至检测车辆特性数据，以重复步骤S10至S40。

在上述步骤中，作为示例，利用等式1和等式2确定目标横摆率和估算的侧滑角已经描述如上，并且作为示例，利用等式3确定后车轮转向角控制量已经描述如上。

虽然本发明已经参考各种实施方案进行了描述，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离如随附权利要求所公开的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和变形。此外，在不脱离本发明的基本领域的范围之内的情况下，可以对特定的状态和内容进行修改。因此，本发明并不限于本发明实施方案的详细描述，而是将包括在所附权利要求范围之内的所有实施方案。

虽然本发明已经对于优选的实施方案进行了描述。然而本领域技术人员应当理解，在不脱离如随附权利要求及其等价形式所限定的本发明的原则和精神的情况下，可以在这些实施方案中进行修改。

Claims (8)

1.一种利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的装置，该装置包括：

传感器，其配置为检测车速、转向角、车辆横摆率以及车辆的横向加速度；

目标横摆率计算器，其配置为基于由所述传感器检测的车速和转向角信息来确定目标横摆率；

侧滑角估算器，其配置为基于由所述传感器检测的车速、横摆率以及横向加速度信息来估算侧滑角；以及

后车轮转向角控制量计算器，其配置为通过利用由所述传感器检测的横摆率信息、由所述目标横摆率计算器计算得出的目标横摆率以及由所述侧滑角估算器估算的侧滑角来确定后车轮转向角控制量，

其中，所述后车轮转向角控制量计算器配置为：将所确定的后车轮转向角控制量实施为将车辆横摆率控制为跟随目标横摆率，并且将侧滑角控制为跟随0。

2.根据权利要求1所述的利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的装置，其中，所述后车轮转向角控制量计算器配置为运用等式3来确定后车轮转向角控制量：

后车轮转向角控制量＝K1×(目标横摆率-横摆率)+K2×(0-估算的侧滑角)，

其中，K1和K2为常量。

3.根据权利要求1所述的利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的装置，其中，所述目标横摆率计算器配置为运用等式1来确定目标横摆率：

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{des}=\frac{v_x}{l_f+l_r+\frac{{{\mathrm{mv}}_x}^2(l_r{C}_{\mathrm{\α}r}-l_f{C}_{\mathrm{\α}f})}{2C_{\mathrm{\α}f}{C}_{\mathrm{\α}r}L}}\mathrm{\δ},$

其中，v_x表示车速，L_f表示从车辆重心到前车轮轴的距离，L_r表示从车辆重心到后车轮轴的距离，m表示车辆质量，C_af表示前车轮轮胎的侧偏硬度，C_ar表示后车轮轮胎的侧偏硬度，L表示轴间距离，而δ表示前车轮转向角。

4.根据权利要求1所述的利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的装置，其中，所述侧滑角估算器配置为运用等式2来估算侧滑角：

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\left(\frac{\∫(a_y-v_x\mathrm{\γ})dt}{v_x}\right),$

其中，β表示侧滑角，α_y表示横向加速度，v_x表示车速，而γ表示横摆率。

5.一种利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的方法，该方法包括：

检测车辆特性数据，包括车速、转向角、横摆率以及车辆的横向加速度；

基于所检测的车速和转向角信息来确定目标横摆率，并且基于所检测的车速、横摆率以及横向加速度信息来估算侧滑角；以及

利用检测的横摆率信息、计算的目标横摆率以及估算的侧滑角来确定后车轮转向角控制量，

其中，在确定后车轮转向角控制量的步骤中，所确定的后车轮转向角控制量实施为将车辆横摆率控制为跟随目标横摆率，并且将侧滑角控制为跟随0。

6.根据权利要求5所述的利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的方法，其中，在确定后车轮转向角控制量的步骤中，后车轮转向角控制量运用等式3来确定：

后车轮转向角控制量＝K1×(目标横摆率-横摆率)+K2×(0-估算的侧滑角)，

其中K1和K2为常量。

7.根据权利要求5所述的利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的方法，其中，在确定目标横摆率和估算侧滑角的步骤中，目标横摆率运用等式1来确定：

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{des}=\frac{v_x}{l_f+l_r+\frac{{{\mathrm{mv}}_x}^2(l_r{C}_{\mathrm{\α}r}-l_f{C}_{\mathrm{\α}f})}{2C_{\mathrm{\α}f}{C}_{\mathrm{\α}r}L}}\mathrm{\δ},$

其中，v_x表示车速，L_f表示从车辆重心到前车轮轴的距离，L_r表示从车辆重心到后车轮轴的距离，m表示车辆质量，C_af表示前车轮轮胎的侧偏硬度，C_ar表示后车轮轮胎的侧偏硬度，L表示轴间距离，而δ表示前车轮转向角。

8.根据权利要求5所述的利用行驶特性信号反馈来控制后车轮转向的方法，其中，在确定目标横摆率和估算侧滑角的步骤中，估算的侧滑角运用等式2来估算：

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\left(\frac{\∫(a_y-v_x\mathrm{\γ})dt}{v_x}\right),$

其中，β表示侧滑角，α_y表示横向加速度，v_x表示车速，而γ表示横摆率。