CN108001454A - 车辆用姿势控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆用姿势控制装置，具备：目标侧滑角运算部(151)，其基于转向操纵角δ和车速v来计算车辆转弯时的目标侧滑角βs；以及目标侧滑角修正部(152)，其使用与从车轴的转矩T、被输入至汽车发动机(31)的燃料的喷射量F、车辆的前后方向加速度a、车辆的前后方向加速度Ra中选择的至少一个对应地计算的侧滑角修正量Δβ来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，使用由上述目标侧滑角修正部(152)修正后的目标侧滑角β*来进行车辆的姿势控制。

Description

车辆用姿势控制装置
技术领域
本发明涉及车辆用姿势控制装置。
背景技术
将在车辆的驾驶中，在进行紧急的加减速时、进行紧急的方向盘操作时，若感知到车辆的侧滑，则通过自动地对各个车轮独立地施加制动来防止侧滑的机构称为电子式车辆姿势控制机构(Electronic Stability Control；ESC)或者防侧滑机构。
该电子式车辆姿势控制机构从检测车速、方向盘的转向操纵角、各车轮的旋转速度、作用于车辆的前后方向加速度、横向加速度、旋转角速度(横摆率(Yaw Rate))等的各种传感器收集信息，检测不稳定的车辆状态，实施各轮独立的转向角控制、各轮独立的制动控制、发动机的输出控制等，从而修正、维持车辆的行进方向。
具体而言，在车辆变成转向不足状态时，通过使转弯内侧车轮的制动力比转弯外侧车轮的制动力大来使朝向转弯内侧方向的车辆横摆力矩(Yaw Moment)产生，在变成转向过度状态时，通过使转弯外侧车轮的制动力比转弯内侧车轮的制动力大来使朝向转弯外侧方向的车辆横摆力矩产生，从而使车辆行为稳定。
例如在日本特开2001-233195号公报的例子中，为了检测车辆状态，从方向盘的转向操纵角、车辆行为信息(车速、各车轮的旋转速度、作用于车辆的前后方向加速度、横向加速度、横摆率)收集信息，通过运算求出目标的车体侧滑角。然而，车辆行为信息从驾驶员发出意图的时刻起伴随着主要因车辆惯性的影响而产生的滞后。因此，车辆行为信息作为判断某个时刻的车辆状态的信息是有效的，但作为用于决定基于驾驶员的意图的车辆行为的目标值的信息，还留下了课题。
因此，在日本特开2013-82268号公报中描述了如下的发明：作为与车辆行为有关系并且与驾驶员的意图没有滞后的信息，与驾驶员操作的操作器的操作量，例如方向盘的转向操纵角速度、加速踏板的踩踏量、加速踏板的踩踏速度、脚制动踏板的踩踏量中选择的至少一个对应地计算侧滑角修正量，并使用该侧滑角修正量来修正目标的侧滑角，使用上述修正后的侧滑角来进行车辆的姿势控制。由此，由于能够进行基于与驾驶员的意图没有滞后的控制目标的车辆的姿势控制，所以能够提高车辆的操纵性。
然而，在日本特开2013-82268号公报记载的技术中，与方向盘连接的转向操纵系统、通过加速踏板的操作将发动机的转矩作为驱动轮的驱动力来传递的传递系统、以及通过脚制动踏板的操作产生制动力为止的传递系统有间隙、摩擦、粘性、弹性、惯性等，所以在驾驶员的操作量与车辆行为之间存在没有相关的区域。因而，在计算目标的车体侧滑角时，较难进一步提高精度。
发明内容
本发明的目的之一在于提供不以驾驶员操作的操作器为测定对象，而直接或间接地检测涉及到车辆的侧滑角的物理量，具体而言直接或间接地检测被施加于车轮轴的转矩，并基于检测出的转矩来修正目标的车体侧滑角，进行车辆的姿势控制，进而能够进行按照驾驶员的意图的转弯行驶的车辆用姿势控制装置。
作为本发明的一个方式的车辆用姿势控制装置具备：目标侧滑角运算部，其基于转向操纵角和车速来计算车辆转弯时的目标侧滑角；转矩检测器，其对构成将原动机的输出传递至驱动轮的驱动系统的旋转轴的转矩进行检测；目标侧滑角修正部，其使用基于由上述转矩检测器检测出的转矩所计算出的侧滑角修正量来修正上述目标侧滑角；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来进行车辆的姿势控制。
根据该结构，能够对作用于构成驱动系统的旋转轴的转矩进行检测，并根据该转矩来修正目标侧滑角。由此，与测量驾驶员操作的操作器的位移量的情况相比，能够求出更准确的侧滑角修正量。因此，能够提高侧滑角的修正精度，并能够使车辆进行驾驶员意图的转弯行驶。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的实施方式进行描述，本发明的上述和其它特征及优点会变得更加清楚，其中，相同的数字用于表示相同的元件，其中：
图1是表示本发明的一个实施方式的车辆用姿势控制装置的大致结构的示意图。
图2是姿势控制部15的控制框图。
图3是表示向构成将发动机的输出传递至驱动轮的驱动系统的旋转轴的任意一个部位施加的转矩T或者供给给发动机的燃料的喷射量F、和侧滑角修正量(Δβ)的关系的图表。
图4是表示向构成将发动机的输出传递至驱动轮的驱动系统的旋转轴的任意一个部位施加的转矩T或者供给给发动机的燃料的喷射量F、和侧滑角修正量(Δβ)的、其它实施方式的关系的图表。
图5是用于说明姿势控制部15的整体控制顺序的流程图。
具体实施方式
以下，参照添加附图，详细地对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示车辆用姿势控制装置的大致结构的示意图。
车辆用姿势控制装置1具备转向盘等转向操纵部件2、和与转向操纵部件2以能够一同旋转的方式连结的转向轴3。在转向轴3中设置有检测转向操纵部件2的转向操纵角δ的转向操纵角传感器4。转向操纵角传感器4通过利用磁感应元件等检测被安装在转向操纵部件2的转向轴3的圆周上的多极磁铁来检测转向轴3的旋转角。在转向轴3的一端安装有转向操纵部件2，另一端与万向接头5连结，并从此处经由转向机构与作为驱动轮的前轮Tfr、Tfl连结。
转向机构具有一端与万向接头5连结的小齿轮轴6、与设置在小齿轮轴6的另一端的小齿轮啮合并沿车辆的左右方向延伸的作为转向轴的齿条轴7、和经由球窝接头(Balljoint)8L、8R与齿条轴7的一对端部的各个连结的转向横拉杆9L、9R。“10f”表示用于检测作用于齿条轴7的轴力的轴力传感器，“10r”表示用于检测作用于后轮的车轴的轴力的轴力传感器。
此外，在转向轴3或者齿条轴7上经由齿轮装置连结有转向操纵辅助电动马达(未图示)。通过该转向操纵辅助电动马达来提供转向操纵辅助力。
在搭载该车辆用姿势控制装置1的车辆中，在将发动机31的驱动转矩传递至驱动轮的车轴20上安装有对从发动机31传递的驱动转矩进行检测的转矩传感器21。驱动轮可以是前轮，也可以是后轮，但在本实施方式中，将前轮设为驱动轮。转矩传感器21基于从安装在车轴20上的应变计(未图示)获得的电信号来检测转矩。
此外，在以上的例子中，通过在驱动轮的车轴20上安装转矩传感器21来检测从发动机31传递的驱动转矩，然而检测该驱动转矩的部位并不限于驱动轮的车轴20。能够在构成将发动机31的输出传递至驱动轮的驱动系统的任意一个旋转轴的任意部位上安装转矩传感器。例如可以在发动机31的输出轴(曲轴)32上安装转矩传感器，即便在该情况下也能够检测出从发动机31传递的驱动转矩。此外，在发动机31的输出轴与车轴之间夹设有未图示的变速装置，为了计算施加于驱动轮的车轴的转矩需要考虑其变速比。
另外，也可以将供给给发动机31的燃料的喷射量作为传感器信号来利用。是因为考虑到燃料的喷射量与从发动机31输出的驱动转矩几乎成比例。该情况下也考虑上述发动机31与上述车轮轴的变速比。此外，燃料的喷射量的信号例如能够从车载网络CAN取得。
如以上那样能够使用(1)施加于构成将发动机31的输出传递至驱动轮的驱动系统的旋转轴的任意一个部位的转矩、(2)供给给发动机31的燃料的喷射量中的任意一个或者它们的组合来推断从发动机31向驱动轮传递的驱动转矩。
参照图1，在车辆用姿势控制装置1中还设置有用于对车辆的前后左右的各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使主缸产生与制动踏板12的踩踏力对应的各车轮的制动压力。该各制动压力作为轮缸压力(制动压力)，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的右后轮Trr的部位中，在虚线圆内放大表示制动装置13的结构。制动装置13的结构是通过将安装于制动钳13a的内部的制动块13b推压到车轮的转子14而产生制动力。
四轮液压控制单元11与由计算机构成的姿势控制部15连接。在该姿势控制部15上连接有前述的转向操纵角传感器4以及轴力传感器10、检测车轮的旋转速度的车轮速传感器16、安装在车体上的横摆率传感器17、和安装在车体上的横向加速度传感器18。车轮速传感器16是光学地读取车轮的转子14的旋转速度的传感器，通过在读取到的旋转速度乘以车轮的有效旋转半径来检测车速v。横摆率传感器是检测车辆的旋转角速度(横摆率)的传感器，例如通过使用压电元件来检测施加于振动体的哥氏力来检测车辆的旋转角速度。横向加速度传感器是检测在车辆的横方向上施加的加速度的传感器，例如通过检测传感器元件的可动部与固定部之间所产生的静电电容的变化来检测在车辆的横方向上施加的加速度。
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、和由转向操纵角传感器4检测出的转向操纵角δ来计算目标的车体侧滑角(车体的横向的速度与纵向的速度所成的角度。以下仅称为“侧滑角”)β*，并基于与使用横摆率传感器17和横向加速度传感器18所推断出的实际的侧滑角β的差来决定分配给后轮的制动压力，且将该制动压力信号提供给四轮液压控制单元11。
此外，在该实施方式中，转向操纵角δ作为以将转向操纵部件2从中立位置向左方向旋转的情况为正的值，以从中立位置向右方向旋转的情况为负的值进行处理。为了区分是右转弯还是左转弯能够利用转向操纵角传感器4、横摆率传感器17或者横向加速度传感器18的检测信号来进行。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的值，以从中立位置朝向右方向的情况为负的值进行处理。转矩T以对车辆进行加速的方向为正，以减速的方向为负。
图2表示姿势控制部15的控制框图。
姿势控制部15具备根据从车轮速传感器16获得的车速v和从转向操纵角传感器4获得的转向操纵角δ来运算目标侧滑角βs的目标侧滑角运算部151、和目标侧滑角修正部152。目标侧滑角修正部152具备后述的2个存储部(1)、(2)中的任意一个或双方。目标侧滑角βs的运算式后述。
由目标侧滑角运算部151计算出的目标侧滑角βs通过目标侧滑角修正部152基于转矩T以及燃料喷射量F中的至少一个进行修正。
在目标侧滑角修正部152具备存储部(1)的情况下，在存储部(1)中存储转矩T与侧滑角修正量ΔβT之间的预先决定的关系(map)，将转矩T应用于上述关系来计算第1侧滑角修正量ΔβT。图3的图表表示该关系。
在该图3的图表中，若转矩T在正的方向上增大，则侧滑角修正量ΔβT在右转弯的情况下在负的方向上增大，在左转弯的情况下在正的方向上增大。若转矩T在负的方向上增大，则侧滑角修正量ΔβT在右转弯的情况下在正的方向上增大，在左转弯的情况下在负的方向上增大。因此，若在将转向操纵部件2向左转时踩踏加速踏板19等从而转矩T增大，则将目标侧滑角βs向正(左)的方向修正，若在将转向操纵部件2向右转时踩踏加速踏板19等从而转矩T增大，则将目标侧滑角βs向负(右)的方向修正。
若在将转向操纵部件2向右转时踩踏制动踏板12等从而转矩T在负的方向上增大，则目标侧滑角βs被修正为在正(左)的方向上增大。若将转向操纵部件2向左转时踩踏制动踏板12等从而转矩T在负的方向上增大，则目标侧滑角βs被修正为在负(右)的方向上增大。此外，对于踩踏制动踏板12时的转矩T，假定车轴20产生与此时的制动力对应的转矩T(制动转矩)，计算与制动压力对应的假想的转矩T而使用。
在图3的图表中，若转矩T的绝对值从0增大，则侧滑角修正量ΔβT的绝对值也单调地增大，如图4所示，如果转矩T为从阈值－th至阈值th的范围，则可以将侧滑角修正量ΔβT设为0，在转矩T在正的方向上超过阈值th的时刻，侧滑角修正量ΔβT的绝对值开始增大，在转矩T在负的方向上超过阈值－th的时刻，侧滑角修正量ΔβT的绝对值开始增大。
在该图4的图表中，只要不进行加速器、制动器的急剧的操作，目标侧滑角βs便不会被修正。这是因为驾驶员不进行紧急加速、紧急减速、紧急转向操纵，行驶状态充分在驾驶员的控制的范围内，判断为不需要支援车辆的姿势控制。在驾驶员进行急剧的操作的情况下，目标侧滑角βs在加速时在加深转向操纵部件2的转向角的方向上被修正，在减速时在缓和转向操纵部件2的转向角的方向上被修正。
另外，在图3、图4中，转矩T在正或者负的方向上增大的情况下，侧滑角修正量ΔβT的绝对值可以设定为收敛于上限值。
至今，对目标侧滑角修正部152具备对转矩T与侧滑角修正量ΔβT之间的预先决定的关系进行存储的存储部(1)的情况进行了说明，但目标侧滑角修正部152也可以具备对供给给发动机31的燃料的喷射量F与第2侧滑角修正量ΔβF的关系进行存储的存储部(2)。此外，由于存储部(2)中所存储的图表的形式也为与图3、图4所示的基本相同的趋势，所以用图3、图4代表。
以上说明的侧滑角修正量ΔβT、ΔβF的图表的数值为根据车辆的速度、车辆的重量、车辆的轴距所决定的设计值。
在具备存储部(1)、(2)的情况下，姿势控制部15可以基于下式Δβ＝GΔβT+HΔβF…(1)来计算侧滑角修正量Δβ。系数G、H为针对各侧滑角修正量ΔβT、ΔβF的加权系数。被修正的目标侧滑角β*为β*＝βs+Δβ…(2)。
在仅具备存储部(1)以及(2)的一方的情况下，姿势控制部15可以应用对应的侧滑角修正量以及加权系数来计算侧滑角修正量Δβ。
姿势控制部15如图2所示，还具备侧滑角推断部154和姿势控制制动压力运算部153，该侧滑角推断部154根据由横摆率传感器检测出的横摆率γ、由横向加速度传感器检测出的横向加速度a、以及车辆的速度v来推断实际的车体侧滑角β，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*与上述推断出的车体侧滑角β的差值(β－β*)，并基于该差值(β－β*)来进行用于姿势控制的制动压力的计算。
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和左后轮的制动压力被分配给各后轮。此时的车辆行为由横摆率传感器、横向加速度传感器检测，并通过侧滑角推断部154求出车体侧滑角β。姿势控制制动压力运算部153基于该车体侧滑角β与目标侧滑角β*的差值(β－β*)来进行用于姿势控制的制动压力的计算，从而进行反馈控制，以便将车体侧滑角β保持为目标侧滑角β*。
图5是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计算目标侧滑角βs(步骤S1)。
目标侧滑角βs的计算式的例子如下。此处假设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的距离，Lr：车辆重心点与后车轴的距离，Cf：前轮的转弯力(轮胎侧滑角0度附近的轮胎的横向力与轮胎侧滑角之比)，Cr：后轮的转弯力。
βs＝(A/B)(Lf/L)δ…(3)
A、B分别通过下式计算出：
A＝1－(m/2L)(Lf/LrCr)v2…(4)
B＝1－(m/2L2)[(LfCf－LrCr)/CfCr]v2…(5)
姿势控制部15使用前述的式子(1)、(2)来求出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和由横向加速度传感器检测出的横向加速度a，基于下式来推断实际的车体侧滑角β。
β＝∫(－γ+a/v)dt…(6)
积分范围为从车辆即将进入转弯行驶的时刻(在该时刻，γ、a、β都为0)到正在转弯行驶的当前时刻t。由此，能够将车体侧滑角β作为时刻t的函数来求出(步骤S3)。
此外，实际的车体侧滑角β除了使用上述(6)式子以外，还可以使用轴力传感器10的检测值如下那样来求出。
β＝Fyf/Cf－Lfγ/v+δ…(7)
此处，Fyf为前轮轴的轴力。
在姿势控制制动压力运算部153中，取得目标侧滑角β*与实际的车体侧滑角β的差值(β－β*)(步骤S4)，并基于该差值(β－β*)来进行用于姿势控制的制动压力的计算(步骤S5)。
在步骤S4中，如果差值(β－β*)的绝对值|β－β*|小于用于判定是否开始姿势控制的阈值βth，则不进行姿势控制制动压力运算。该情况下，仅基于与驾驶员的制动踏板12的踩踏力对应的制动压力(称为初始制动压力)来进行制动压力控制。
如果差值(β－β*)的绝对值|β－β*|大于阈值βth，则进行姿势控制制动压力运算(步骤S5～S9)。该姿势控制制动压力是根据差值(β－β*)的符号(正/负)而被追加于右后轮或者左后轮的制动压力。
如果差值(β－β*)＞0(步骤S5“是”)，则车体比目标侧滑角β*更向左偏移，所以对右后轮的目标制动压力Prr进行运算(步骤S6)。(β－β*)＞0意味着车体的实际的侧滑角β比目标的侧滑角更朝向正(左)的方向，车体比目标更朝向左。因此，比初始制动压力较大地设定右后轮的制动压力(步骤S7)。应设定的右后轮的制动压力即Prr基于Prr＝P0+Gbr|β－β*|…(8)来计算。此处，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、针对目标的响应性所决定的增益系数。
如果差值(β－β*)＜0(步骤S5“否”)，则车体向右偏移，所以对左后轮的目标制动压力Prl进行运算(步骤S8)。该情况下，由于车体的实际的侧滑角β比目标的侧滑角更向负(右)的方向偏移，所以车体比目标更朝向右。因此，比初始制动压力较大地设定左后轮的制动压力(步骤S9)。应设定的左后轮的制动压力即Prl为Prl＝P0+Gbr|β－β*|…(9)。
如以上那样，为了实现车体侧滑角β成为目标侧滑角β*而进行车辆的姿势控制。在车体的实际的侧滑角β偏离目标的侧滑角的情况下，通过使左右任意一个后轮的制动压力增加，不管加速时还是减速时，都不会产生转向不足状态、转向过度状态，车辆能够进行按照驾驶员的意图的转弯行驶。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的实施并不限于上述的方式。在至今所说明的实施方式中，为了使用修正的目标侧滑角来进行车辆的姿势控制而进行了后轮的制动压力控制，但也可以进行包括前轮的四轮的制动压力控制。另外，可以在四轮驱动车辆中采用后轮左右的驱动力分配控制，也可以采用包括前轮的四轮的驱动力分配控制。并且，本申请发明也适用于在电动汽车、混合动力车等作为原动机不仅利用内燃机还利用了电动机的车辆中。

Claims (5)

1.一种车辆用姿势控制装置，包括：
目标侧滑角运算部，其基于转向操纵角和车速来计算车辆转弯时的目标侧滑角；
转矩检测器，其对构成将原动机的输出传递至驱动轮的驱动系统的旋转轴的转矩进行检测；
目标侧滑角修正部，其使用基于由上述转矩检测器检测出的转矩所计算出的侧滑角修正量来修正上述目标侧滑角；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来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，
上述旋转轴包括上述驱动轮的车轮轴，
上述转矩检测器包括对上述车轮轴的转矩进行检测的车轮轴转矩传感器。
3.根据权利要求1所述的车辆用姿势控制装置，其中，
上述原动机是发动机，
上述旋转轴包括将上述发动机的活塞运动转变为旋转运动的曲轴、以及上述驱动轮的车轮轴，
上述转矩检测器包括对上述曲轴的转矩进行检测的曲轴转矩传感器、和基于上述曲轴与上述车轮轴的变速比来计算上述车轮轴的转矩的车轮轴转矩计算器。
4.根据权利要求1所述的车辆用姿势控制装置，其中，
上述原动机是发动机，
上述旋转轴包括上述驱动轮的车轮轴，
上述转矩检测器包括燃料喷射量获取器和车轮轴转矩计算器，上述燃料喷射量获取器获取对上述发动机的燃料喷射量的信息，上述车轮轴转矩计算器使用由上述燃料喷射量获取器获取到的燃料喷射量的信息，根据预先存储的上述燃料喷射量与上述车轮轴的转矩的相关关系来计算上述车轮轴的转矩。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的车辆用姿势控制装置，其中，
上述目标侧滑角修正部在施加于上述旋转轴的转矩的绝对值为规定阈值以下的情况下，使上述侧滑角修正量为零。
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