CN109080643A

CN109080643A - 利用协作转向、电子限滑差速器、动力传动系及制动进行整体车辆控制的系统及方法

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Publication number: CN109080643A
Application number: CN201810605253.XA
Authority: CN
Inventors: S·卡萨扎德马哈巴迪; S-K·陈; B·B·利特库希; N·K·莫什查克; P·J·蒙斯里; E·T·海尔
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2018-12-25
Anticipated expiration: 2038-06-13
Also published as: DE102018114036B4; CN109080643B; DE102018114036A1; US20180362022A1; US10597028B2

Abstract

提供了一种用于控制车辆以改善车辆动力学特性的方法及系统。该方法包括从多个传感器接收数据，这些传感器通过至少监测与车辆系统相关联的车轮及转向运动而监测车辆动力学特性，该车辆系统用于通过来自整体车辆控制系统的控制输出来控制车辆动力学特性。然后，根据从数据得到的经度及纬度速度、轮胎滑移比率、离合器扭矩、轴扭矩、制动器扭矩以及滑移角的计算来评估车辆的状态，该数据是由传感器根据车轮及转向运动感测。最后，通过使用车辆状态的评估利用目标函数来建立车辆动力学特性模型，以提供分析数据以使得车辆动力学特性模型能够被最优化并用于使用与已被最优化的模型相关联的数据来改变控制输出以实时改善车辆动力学特性。

Description

利用协作转向、电子限滑差速器、动力传动系及制动进行整体车辆控制的系统及方法

技术领域

本技术领域总体涉及车辆的控制系统，并且更具体地涉及用于控制车辆的致动器装置以改善车辆操纵性及稳定性的方法及系统。

背景技术

整体车辆控制(HVC)方法学可被视为整体角控制器(HCC)方法学的延伸。然而整体角控制器方法学通常针对在车轮之间动态地重新分配轮胎力以用于车辆控制；整体车辆控制方法学针对使用在生产车辆的运行期间操作的每一实际物理致动器的实时数据来确定车辆系统中的实际各个贡献。即，当在执行一个或多个特定任务时关于车辆系统中的其他致动器性能考虑时，所生产的商业致动器中的每一者在使用时的物理帮助可对车辆系统的有效操作具有“反向”或“协作”贡献。不使用整体车辆控制方法学的话，就不能实现各个致动器的这些类型的各个贡献，无论是正贡献还是负贡献。

因此，假定需要最佳车辆性能，希望通过产生车辆动力学特性的虚拟模型以便通过限定目标而尤其是在自主车辆中实现稳定性及路径控制而使整体车辆控制方法学更具可用性，其中可取车辆性能对实际车辆动力学特性的测量指标的所实现差值误差被最小化。

希望得到各组最佳经验解决方案以用于实时感测所测量或与这些操作的整体车辆控制虚拟建模比较的车辆操作的实际状态，以便调整或预设车辆系统的致动器任务。

希望提供改善的方法及系统以用于补偿车辆部件故障，由此减轻在车辆操作中的所产生的任何不可取性能影响。即，常常存在用于车辆操作中的多余致动器套件，在选择适当的各组致动器以响应于所检测的力或力矩时，这些多余致动器套件可提出控制分配问题，并且进一步某些致动器可能会在车辆操作期间发生故障或已经发生故障。

因此，希望使用整体车辆控制虚拟建模及后续命令转变以作出使用多余致动器组的哪些致动器的控制选择及决定。关于故障部件，希望使用车辆动力学特性的整体车辆控制虚拟建模与实际结果的比较以识别出致动器的故障，诸如电子限滑差速器(eLSD)、动力传动系、电子动力转向(EPS)致动器故障，并选择性地补偿不同致动器任务。

进一步希望提供用于使用来自转向、制动、电子限滑差速器及动力传动系车辆系统的反馈信息而确定控制命令的方法及系统。

当前系统可能并不总是提供充分的解决方案以用于在参与者与数据提供者之间进行可靠、稳健的数据分布及能共同操作的交换。因此，希望提供解决这些缺点的系统及方法。此外，结合附图及该背景技术阅读随后的本发明的具体实施方式及随附权利要求，本发明的其他可取特征及特性将变得显而易见。

发明内容

提供了用于控制车辆的部件的方法及系统。在一个实施例中，一种方法包括：基于分析最优化解决方案而由处理器产生车辆动力学特性模型；基于车辆动力学特性模型而由处理器确定控制输出；以及基于控制输出而由处理器选择性地控制与车辆的车轮系统、转向系统、电子限滑差速器、制动及动力传动系中的至少一者相关联的至少一个部件。

在另一实施例中，用于控制车辆以改善车辆动力学特性的方法包括：从多个传感器接收数据，这些传感器通过至少监测与车辆系统相关联的车轮运动而监测车辆动力学特性，车辆系统用于通过来自整体车辆控制系统的控制输出来控制车辆动力学特性。然后，根据从数据得到的经度及纬度速度、偏航角速度及滑移角中的一者或多者的计算来评估车辆的状态，该数据是由传感器根据车轮及/或转向运动感测。进一步，通过使用车辆状态的评估利用目标函数来建立车辆动力学特性模型，以提供分析数据以使得车辆动力学特性模型能够被最优化并用于使用与已被最优化的模型相关联的数据来改变整体车辆控制系统的控制输出以实时改善车辆动力学特性。

另外，控制输出包括选择性地控制与整体车辆控制系统中的至少一者相关联的至少一个致动器，其中整体车辆控制系统包括车轮控制系统、动力传动系以及转向控制系统中的一个或多个。进一步，控制输出包括致动器命令，致动器命令是由整体车辆控制系统产生以用于控制车辆系统的致动器中的至少一个。车辆系统包括电子动力转向(EPS)系统、差动制动(DB)系统、电子限滑差速器(eLSD)系统以及制动系统中的一个或多个。

该方法进一步包括确定车辆系统中的至少一者的可用致动器并且其中确定控制输出是基于可用致动器。而且，确定可用致动器是基于与至少一个致动器相关联的故障状况。整体车辆控制系统包括对整体车辆系统的控制应用约束条件以用于被确定具有故障状况的致动器以及对被确定不具有故障状况的致动器应用预设权重函数。控制输出最小化可取动力学特性与实际动力学特性之间的误差。建立模型包括基于与车辆动力学特性相关联的目标函数而建立车辆动力学特性模型，其中确定控制输出包括基于车辆动力学特性模型而确定控制输出，车辆动力学特性模型已针对与以下车辆系统数据中的一个或多个相关联的车辆而被最优化：车轮、转向、电子限滑差速器、制动及动力传动系系统，并且其中选择性地控制包括基于相应的控制输出而控制与车辆的至少车辆系统相关联的至少一个部件。

在另一实施例中，系统包括控制车辆的部件，该部件包括永久计算机可读介质，其包括第一模块、第二模块以及第三模块，其中第一模块基于传感器信息而通过处理器产生车辆动力学特性模型，第二模块基于针对通过车轮动力学特性及致动器控制的目标函数所转换的值的车辆动力学特性模型而通过处理器确定控制输出，第三模块基于控制输出而通过处理器选择性地控制与车辆的车轮、电子限滑差速器、动力传动系、制动或转向系统的致动器中的至少一个相关联的至少一个部件。

系统进一步包括第四模块，第四模块确定车轮、电子限滑差速器、动力传动系、制动及转向系统中的至少一者的可用致动器，并且其中第二模块基于可用致动器而确定控制输出。第四模块基于与致动器中的至少一者相关联的故障状况而确定可用致动器。控制输出最小化可取动力学特性与实际动力学特性之间的误差。目标函数包括与车辆动力学特性相关联的力及力矩误差。车轮动力学特性至少包括轮胎滑移。

在另一实施例中，系统包括至少一个处理器以及至少一个计算机可读存储装置，该至少一个计算机可读存储装置包括指令，这些指令在被执行时会使得执行用于模型化车辆动力学特性的方法，该方法包括从多个传感器接收数据，这些传感器通过至少监测与车辆系统相关联的车轮及转向运动而监测车辆动力学特性，车辆系统用于通过来自整体车辆控制系统的控制输出来控制车辆动力学特性。然后，根据以下中的一者或多者的计算来评估车辆的状态：从由传感器根据车轮及/或转向运动所感测的数据得到的经度及纬度速度、离合器扭矩、电子限滑差速器、制动器扭矩、轴扭矩、轮胎滑移比率以及滑移角。最后，通过使用车辆状态的评估利用目标函数来建立车辆动力学特性模型，以提供分析数据以使得车辆动力学特性模型能够被最优化并用于使用与已被最优化的模型相关联的数据来改变整体车辆控制系统的控制输出以实时改善车辆动力学特性。

控制输出包括选择性地控制与整体车辆控制系统中的至少一者相关联的至少一个致动器，其中整体车辆控制系统至少包括车轮控制系统及/或转向控制系统。控制输出包括致动器命令，致动器命令是由整体车辆控制系统产生以用于控制车辆系统的致动器中的至少一个。车辆系统包括电子动力转向(EPS)系统、差动制动(DB)系统、电子限滑差速器(eLSD)系统以及制动系统中的一个或多个。

建立模型包括基于与车辆动力学特性相关联的目标函数而建立车辆动力学特性模型，其中确定控制输出包括基于车辆动力学特性模型而确定控制输出，车辆动力学特性模型已针对与以下车辆系统数据中的一个或多个相关联的车辆而被最优化：车轮、转向、电子限滑差速器、制动及动力传动系系统，并且其中选择性地控制包括基于相应的控制输出而控制与车辆的至少车辆系统相关联的至少一个部件。

提供该发明内容是为了以简化形式介绍精选的概念，这些概念将在下文在具体实施方式中进一步描述。该发明内容并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或实质特征，也并非旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图说明

通过结合以下附图参照具体实施方式及权利要求可更完整地理解本发明主题，其中在所有附图中相同的附图标记是指类似的元件。

图1是根据各种实施例的包括整体车辆控制系统的车辆的功能框图；

图2是根据各种实施例的包括整体车辆控制系统的车辆的功能框图；

图3是作用在车辆上的力的图示；

图4是作用在车辆的车轮上的力的曲线图的图示；

图5是例示根据各种实施例的控制方法的流程图；

图6是例示根据各种实施例的控制方法的流程图；

图7是根据各种实施例的动力传动系、电子限滑差速器及制动器布局的图；

图8是根据各种实施例的关于动力传动系、电子限滑差速器及制动器的车辆力的图；

图9是例示根据各种实施例的控制方法的流程图；并且

图10是例示根据各种实施例的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下具体实施方式在本质上仅为示例性的，而并非旨在限制应用及使用。此外，并非旨在受限于在上述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中出现的任何表述的或暗示的理论。在所有附图中，对应的附图标记指示相同或对应的部件及特征。如本文中所用，词语“示例性”是指“用作示例、例子或例示”。在本文中被描述为示例性的任何实施方式并非必须被解释为优选于或优于其他实施方式。

如本文中所用，术语模块是指单独的或以任何组合形式的任何硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑及/或处理器装置，包括但不限于：专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用、专用或组)以及存储器、组合逻辑电路，及/或提供所述功能性的其他适当部件。

在本文中可从功能及/或逻辑区块部件以及各种处理步骤方面来描述实施例。应当理解，此种区块部件可通过任何数量的被配置成执行指定功能的硬件、软件及./或固件部件来实现。例如，实施例可采用各种集成电路部件，例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查表等，这些集成电路部件可在一个或多个微处理器或其他控制装置的控制下执行各种功能。另外，本领域的技术人员将理解，可结合任何数量的控制系统来实施各实施例，并且本文所述的车辆系统仅仅是一个示例性实施例。

为了简洁起见，在本文中可能不会详细描述与系统(以及系统的各个操作部件)的信号处理、数据传输、信号传输、控制及其他功能方面有关的传统技术。此外，本文中所包含的各种附图中所示的连线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系及/或物理联接。应注意，在各种实施例中可能存在许多可选或另外的功能关系或物理连接。

主动安全系统或底盘控制系统被设计成例如在其中驾驶员可能会失去机动车辆控制的极限情况下改善车辆的操纵。系统例如通过驾驶方向、油门及/或差动制动输入并经由横向加速度、旋转(偏航)及各个车轮速度而比较驾驶员的意图与机动车辆的反应。系统然后例如通过差动制动各个前轮或后轮、通过使车轮进行电子动力转向及/或通过根据需要降低超出的发动机功率以帮助校正转向不足(埋车首)或过度转向(摆尾行进)来控制车辆。

整体车辆控制可结合主动安全系统来使用并且可通过虚拟建模确定车辆的各方面的最佳操作水平，通过转变来自车辆的整体车辆控制虚拟建模的各组虚拟控制命令以及车轮动态及动力状态，可确定最佳操作水平并且可产生用于最佳水平的实际命令控制。即，可从执行相关联虚拟命令的转变来产生此种实际命令控制，这些相关联虚拟命令是从车轮、电子动力转向及差动制动中当前使用的实际各组可操作致动器得到。另外，整体车辆控制可使用扩展的一组致动器，其主要用于底盘控制、稳定性及性能提高。

例如，当一组致动器(其可包括电子动力转向及差动制动致动器)可用时，来自车辆传感器的反馈提供与车身加速及轮胎力有关的信息，其使得整体车辆控制系统能够计算补偿控制动作并由此对致动器组的操作状态作出决定以用于电子动力转向及差动制动操作。

另外，以类似的方式，当该组致动器(其可包括电子限滑差速器、制动及动力传动系致动器)可用时，来自处于拼合摩擦(也称为双摩擦系数)条件下的传感器的反馈以及针对电子限滑差速器、制动及动力传动系的所有这三组致动器启用的整体车辆控制可用于更好地控制车轮滑移比率。在此种情况下，电子限滑差速器的整体车辆控制被优先化以最小化车辆减速，从而实现致动器组中的每一致动器的最佳贡献。

现在参照图1，车辆12被显示为包括根据各种实施例的整体车辆控制系统。虽然本文所示的附图描绘了具有某些元件布置的示例，但是在实际实施例中可存在另外的中间元件、装置、特征或部件。还应理解，图1仅为例示性的，并且可能并未按比例绘制。

车辆12可被配置成混合电动车辆(HEV)或蓄电池电动车辆(BEV)，其中混合电动车辆及蓄电池电动车辆二者均可具有用于自主或混合车辆12操作中的一个或多个电动机14、后轴17、前轴18以及车轮20。

当使用如图所配置的多个电动机14时，每一电动机14均可向车轮20中的对应一者单独地提供电动机扭矩。在图1所示实施例中的每一车轮20处，摩擦制动器被定位并配置成用于向相关联的车轮20施加差动制动系统的制动扭矩。另外的摩擦制动器还可被定位在后轴上，此种配置将增大受控致动器的数量。

车辆12包括控制模块15，控制模块15将一组虚拟控制命令(v)分配给车辆12的车轮20，然后从虚拟控制命令(v)映射一组真实/实际扭矩控制命令(u)。控制模块15控制车辆12的一个或多个部件16a-16n。部件16a-16n可与车辆12的底盘系统或主动安全系统相关联。例如，控制模块15控制车辆12的差动制动系统、电子动力转向系统及/或其他底盘系统的车辆部件16a-16n。车辆12包括中心及四个角，即左前角、右前角、左后角以及右后角。部件16a-16n与这四个角中的每一者相关联以在相应角处控制车辆12的操作。

在各种实施例中，控制模块15包括至少一个处理器18、存储器40以及一个或多个输入及/或输出(I/O)装置22。输入及/或输出装置22与一个或多个传感器及/或致动器通信，该一个或多个传感器及/或致动器与车辆12的部件16a-16n相关联。存储器40存储指令，这些指令可由处理器18执行。存储器40中所存储的指令可包括一个或多个单独的程序，每一程序均包括用于执行逻辑功能的可执行指令的有序列表。

在图1的示例中，存储器40中所存储的指令是主操作系统24的一部分。主操作系统24包括用于控制控制模块15的性能的逻辑，并提供调度、输入输出控制、文件及数据管理、存储器管理以及通信控制及相关服务。在各种实施例中，指令进一步是本文所述的控制模块15的一部分。

当控制模块15处于操作中时，处理器18被配置成执行存储器23内所存储的指令，将数据传递至存储器40及从存储器40传递数据，并依据指令而总体上控制车辆12的操作。处理器18可以是任何定制的或可商购获得的处理器、中央处理单元(CPU)、与控制模块15相关联的多个处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(呈微型芯片或芯片组形式)、微处理器或通常用于执行指令的任何装置。

在各种实施例中，处理器18执行控制模块15中的基于整体的控制系统的指令。考虑到驾驶员的意图，控制模块15中的整体车辆控制(HVC)系统通常确定车辆12的一个或多个运动状态(如由与差动制动系统及/或电子动力转向系统相关联的一个或多个传感器指示)。控制模块15中的整体车辆控制系统基于轮胎力评估、致动器可用性以及用于本发明目标函数的最优化方法而确定一个或多个控制命令。在由最优化解决方案确定控制命令时，控制模块15将来自车辆的角的所感测的信息考虑在内。

现在参照图2并继续参照图1，图例示了根据各种示例性实施例的整体车辆控制系统。如可理解，根据本发明的基于整体的车辆控制系统的各种示例性实施例可包括任何数量的模块及/或子模块。

在各种示例性实施例中，图2所示的模块及子模块可被结合及/或进一步隔开以基于致动器监督控制及角动态控制而类似地确定整体车辆控制命令，从而基于该整体车辆控制命令而控制车辆的致动器。在各种实施例中，整体车辆控制系统从与车辆的部件16a-16n相关联的该一个或多个传感器接收输入。

在各种实施例中，整体车辆控制(HVC)模块270可包括车轮滑动命令调整模块、命令混合模块以及致动器控制模块的子模块。

整体车辆控制模块270包括与角动态控制及致动器控制有关的功能。整体车辆控制模块270将控制信号发送至差动制动系统280、电子动力转向系统282、动力传动系284以及暂停系统286以用于车辆控制290。另外，整体车辆控制模块270经由反馈路径272接收这些系统的致动器的状态数据。例如，对于被发送至差动制动系统280、电子动力转向系统282、动力传动系284以及暂停系统286的特定车辆任务，并非所有致动器需要被启动。即，某些致动器可能在任务执行中是多余的及不需要的，并且仅有限的一组致动器需要被启动以执行任务。在这种情况下，相关联致动器的状态将反映被启动的那些致动器及未被启动的那些致动器。另外，当确定存在故障或各种系统在极限条件下操作时，需要执行任务的对应组的致动器可被视为停用的，并且替代性的一组致动器对任务执行是必要的。因此，所产生的状态将反映未正常用于手边特定任务的多余致动器的状态；相反地，当在执行任务时被启动的一个或多个初始致动器存在故障时，可启动多余组的致动器。

约束模块275向整体车辆控制模块270提供能量管理约束条件及致动器限制的实时数据，以用于致动器监督控制并最优化致动器的选择。另外，车辆动态数据(即可取车辆动力学特性)还被馈送至整体车辆控制模块270并与致动器监督控制结合使用以实现车辆控制290的可取性能并利用接收到的实时最优化数据来最优化致动器控制。换句话说，致动器监督控制是基于以下：来自车辆动力学特性模块250的可取车辆动力学特性、用于角动态控制最优化的来自整体车辆控制模块270的子模块(未示出)的可取角力矩分布、能量管理，以及由约束模块275确定的致动器限制，约束模块275还将信息发送至所产生的致动器状态的反馈路径272。

来自传感器模块205的传感器数据(其包括车辆环境、障碍物、路况、其他车辆、环境条件的数据)被提供至解译器模块207以进行进一步处理。解译器模块207包括驱动器模块210、传感器引导自主驱动模块215、驱动器命令解译器模块220以及动态命令解译器模块230的子模块。传感器数据由驱动器命令解译器模块220以及动态命令解译器模块230用于公式及命令解译中。据此，由命令集成模块240将来自这两个模块的命令与来自整体车辆控制模块270的所产生的车辆动力学特性的数据相结合。命令集成模块240产生用于可取车辆动力学特性或运动学特性的一组命令，其被发送至车辆动力学特性模块250以确定车辆可取力矩或力。

整体车辆控制模块270从车辆动力学特性模块250接收可取车辆力及力矩的数据并且还从角限制模块260接收可在角处实时获得的力的限制信息，并由整体车辆控制模块270的子模块产生数据以用于角动态最优化，所产生的车辆力及力矩数据然后作为反馈被发送至命令集成模块240。

建立用于整体车辆控制的多步骤方法。该方法是由初始或第一步骤组成，该初始或第一步骤为使用复杂数学算法产生虚拟模型以用于产生描述车辆运动的动力学特性以及与车轮相关联的运动的各个动力学特性的数据。另外，计算机模型包括用于控制系统中的致动器的操作及状态的所产生数据，其用于控制车辆的电子动力转向及差动制动系统的操作。

下一步骤或第二步骤涉及最小化可取车辆动力学特性与实际车辆动力学特性之间的误差，该实际车辆动力学特性是使用传感器的实时数据以及来自控制操作的反馈而确定。

第三步骤及最后步骤确定用于可用致动器的设置的最佳解决方案，这些可用致动器来自用于在电子动力转向及差动制动系统中进行启动的一组致动器。

在论述上述三个步骤时，采用关于整体车辆控制的虚拟建模。因此，当建立整体车辆控制模块时，需要利用实际运动来建立动力学特性的可取运动并关于虚拟模型控制与实际运动相关联的动作。

多步骤方法还应用于扩展的一组致动器，这些致动器主要用于底盘控制、稳定性及性能提高。以类似的方式，使用复杂数学算法产生虚拟模型，从而产生车辆及车轮动力学特性以及四个轮子、动力传动系、电子限滑差速器及制动器系统的相关致动器动力学特性的一般数学模型。接着，类似地，限定控制目标，该控制目标最小化可取与实际动力学特性之间的误差。最后，针对可用致动器(包括电子限滑差速器、制动器及动力传动系)确定最佳解决方案。

参照图3，显示了模型310中的可取运动以及模型320中的实际运动及控制动作的一般数学模型。数学模型确定会产生当前车辆动力学特性的一般数学模型。模型310中的一般数学模型包括每一车轮的动力学特性以及车身的动力学特性。例如，在图3的图示中所提供的，数学模型确定模块产生具有六个(或任何其他数目)自由度(即F_x、F_y、F_z、G_x、G_y、G_z)以及所描述的目标函数的模型320，该目标函数包括所要最小化的误差项中的第一项增加的致动器工作以及最后构成第三项的致动器约束条件

因此，通过图2中整体车辆控制模块270的算法解决方案而使用于最小化的误差量分量关于致动器工作及致动器约束条件平衡。因此，目标函数(即车辆目标动力学特性及路径)如下：

一旦目标函数被确定并且所要最小化的误差项以及致动器工作及致动器约束条件被识别，则横向轮胎力及对准力矩关于滑移角确定。在例子中，与电子动力转向系统相关联的动力学特性用于评估自对准力矩。即，与轮胎特性相结合的偏航力矩数据及/或纵向及/或横向力用于确定用于力矩自对准的调整。

利用控制车辆动力学特性、驱动轴及车轮动力学特性的扩展的致动器集，所获得的分析解决方案如下：

参照图4，图4在曲线图400及410中并结合图420例示了横向轮胎力以及轮胎对准角与滑移角的关系以及导致横向轮胎变形的相应轮胎力。随着幅值的函数(F_z)变化，如曲线图400及410中所示在自对准力矩及横向轮胎力中发生后续变化。

在图4中，曲线图400例示了横向轮胎力增大，其继而被显示为增大滑移角以及规范化轮胎力的函数Fz的幅值，这两者也是非线性地增大。下文等式表示了该系统中各种量的关系。

在图4中，曲线图410例示了对准力矩可补偿增大的横向轮胎力，即通过增大轮胎对准力矩量，滑移角减小并且轮胎的规范化函数Fz减小。换句话说，对准轮胎力矩有助于对抗增大的轮胎力作用。转向系统动力学特性可用于自对准力矩的评估，使得规范化轮胎力的幅值结合转向系统运动减小。自对准力矩与横向轮胎力的关系通过以下等式来描述：

参照图5，在各种实施例中，建立具有车轮及转向动力学特性的整体车辆计算机动态模型。该建立可开始于510处，其中对整体控制的目标函数进行建模，其中将误差项最小化并且评定致动器项工作且限定致动器约束条件。

在520处，接收偏航力矩数据及/或纵向及/或横向力数据、电子动力转向、转向柱扭矩、车轮传感器、方向盘传感器，并且基于接收到的数据而调整自对准力矩并建立经度及纬度速度以及轮胎滑移角的车辆状态的评估。

在530处，对车辆运动动力学特性进行建模，并且对车轮以及用于电子动力转向系统及差动制动系统致动器状态的启动进行建模。

在540处，由车辆平面运动表示车身的动力学特性，通过一组扩展车辆平面运动等式对车辆平面运动进行建模。数学平面模型的动力学特性产生当前车辆平面动力学特性的一般数学模型。

还是在540处，所建立的模型的数学算法还包括每一车轮的动力学特性以及车身的动力学特性。例如，数学模型产生扩展平面模型，其中扩展等式的三个(或任何其他数字)自由度Fx、Fy、Gz如下：

在550处，对车轮动力学特性及电子动力转向系统模型进行建模。

所建模的车轮动力学特性及电子动力转向系统如下：

G_wi＝Q_i-R_eff×F_xi是针对车轮动力学特性及电子动力转向系统模型

以及利用电子动力转向及致动器建模扩展为：

其中F_yf＝F_y1+F_y2

在560处，对转向系统进行如下建模：

其中F_yf＝F_y1+F_y2

并且假定电子动力转向仅在前轴配置中可用F_y1+F_y2＝(M_st-M_driver-M_EPS)/t_c

在570处，如下确定整体车辆控制目标公式：

该假定在线性区域中是有效的，并且另外在后面的步骤中为整体车辆控制公式提供近似。

在580处，假定数学模型，限定整体车辆控制控制器模块，该数学模型最小化可取动力学特性与实际动力学特性之间的误差。例如，假定总轮胎力向量为：

f＝{f_x1,f_y1,f_x2,f_y2,f_x3,f_y3,f_x4,f_y4}^T

CG力误差向量则为：

u＝{T_b1,T_b2,T_b3,T_b4,T_EPS}^T

经调整的CG力误差为：

所产生的目标整体车辆控制函数包括电子动力转向控制并且该基本关系的解释如下：是下文所限定的雅可比矩阵，并且B是限定致动器可用性的贡献矩阵，且C是限定车辆运动的矩阵。

矩阵的链式法则

其中

(致动器模型)

(主车辆模型)

接着，整体车辆控制目标函数包括电子动力转向致动器控制，基本关系如下：

另外，包括电子动力转向控制的整体车辆控制目标函数如下：

W＝track/2

L_f＝CG至前轴

L_r＝CG至后轴

t_c＝前轴平均“总痕迹”

L_f,L_r,Tc,W,分别表示从前轴及后轴至CG的距离、前轴痕迹以及有效半径。

进一步，C表示车辆动力学特性的矩阵并且B表示限定致动器可用性的贡献矩阵。例如，致动器的实时可用性可取决于任一致动器的故障及/或当前车辆配置。任一致动器的故障可通过任一故障检测算法来确定并报告给整体车辆控制系统。当前车辆配置可自动地配置或由使用者配置。例如，车辆当前可采用四轮驱动或两轮驱动(由驾驶员选择)运行。

在确定致动器的实时可用性之后，贡献矩阵“B”被重新配置成仅包括可用致动器以实现最佳启动分布。例如，矩阵“B”是对角矩阵，其中每一对角元素对应于特定致动器。每一对角元素可以是一(可用)或零(不可用)。

整体车辆控制映射的最终解决方案确定模块包括贡献矩阵“B”以及车辆运动矩阵C及控制设计输出。

参照580，获得最终整体车辆控制分析解决方案，其控制车辆及车轮动力学特性并如下：

假定并且关系是可逆的。

现在优先参照图5，方法500例示了用于确定整体车辆控制映射的方法的各种实施例。在各种实施例中，方法500可开始于510处。在530处确定车辆动力学特性的一般数学模型，车辆动力学特性包括车轮动力学特性以及车身动力学特性。从540至560确定控制器设计输出。在570处确定可用致动器并且在580处基于可用致动器而确定最终解决方案。之后，该方法可在580处终止。

参照图6，例示了整体车辆控制方法600的流程图，如较早所解释的，整体车辆控制方法600本质上包括三个步骤：(1)根据传感器输入产生车辆及车轮动力学特性以及车轮系统、电子动力转向及差动制动系统的相关致动器动力学特性的模型；(2)通过目标函数限定控制目标，该目标函数最小化可取与实际动力学特性之间的误差；以及(3)通过最小化用于包括电子动力转向及差动制动系统的可用致动器的目标函数来确定最佳解决方案。最初，在605处，在启动之后，通过用于控制电子动力转向及差动制动系统的反馈回路来接收致动器命令。然后，接收并分析来自传感器输入的数据。在610处，传感器输入包括与偏航角速度、最近加速、电子动力转向、转向柱扭矩、方向盘传感器及车轮传感器有关的数据。在615处，评估经度及纬度速度以及轮胎力及滑移角的车辆状态。如先前所解释的，公式表示自对准力矩与横向轮胎力的关系。在620处，通过车辆平面运动及车轮动力学特性的公式利用车轮动力学特性及转向动力学特性来建立目标整体模型。在625处，建立整体车辆控制目标函数，其中该函数为：p＝f(力、力矩误差以及控制工作)。整体车辆控制目标函数包括电子动力转向控制，其包括致动器模型及主车辆模型。在630处，通过最小化控制车辆及车轮动力学特性的的目标函数P来获得分析最优化解决方案。

接着，在635处，关于是否存在实际致动器故障作出确定。如果在640处未检测到故障，则为电子动力转向及差动制动系统的致动器分配预设权重函数。如果在645处存在致动器故障，将相关约束条件应用于故障致动器的控制应用程序。在650处，计算适当的致动器命令。然后在655处将致动器命令发送至电子动力转向及差动制动系统。

继续参照图6并且还参照图1至图5，流程图例示了用于确定经调整的命令并基于该命令而控制车辆12的一个或多个部件16a-16n的整体车辆控制方法。如可根据本发明理解，整体车辆控制系统内的操作顺序并不限于如图6所示的顺序执行，而是可按照合适的根据本发明的一个或多个不同顺序执行。如可进一步理解，图6的整体车辆控制方法600可能够连续地运行，可被安排为在车辆12的操作期间以预定时间间隔运行及/或可被安排为基于预定事件而运行。

进一步，在图6中，在各种实施例中，在610处接收来自处于CG级的现有较高级控制器(例如等)的偏航力矩数据及/或纵向及/或横向力数据。基于接收到的数据，在625处针对每一车轮确定车轮力矩调整命令。然后可在630处使用映射到角的前馈映射以及映射到CG的逆映射来使调整命令与任何校正混合。之后，可在650处将可选混合命令发送至较低级控制器以分配致动器级任务。然后在650处较低级控制产生控制信号以基于控制信号控制致动器。之后，该方法可在655处终止。

参照图7，提供车辆710，其具有电子限滑差速器712，电子限滑差速器712选择性地分布来自发动机726的扭矩，该扭矩由扭矩转换器728经由传动齿轮724传送至一对车轮714。电子限滑差速器712由整体车辆控制系统(未示出)直接控制或通过其他控制系统间接控制。整体车辆控制系统可向液压泵(未示出)提供控制信号以向电子限滑差速器712的离合器组件提供液压。随着在离合器组件718中提供更多的压力，电子限滑差速器中的齿轮指示被施加至中央驱动轴720及传动轴722的扭矩。通过使用从用于可用致动器的最佳解决方案获得的分析解决方案来执行由整体车辆控制系统对电子限滑差速器的控制以维持车辆稳定性，这些可用致动器包括来自电子限滑差速器712、制动器以及动力传动系部件的致动器。

参照图8，例示了用于整体车辆控制系统的动力传动系、电子限滑差速器及制动器的扭矩及力。T_b1、T_b2、T_b3及T_b4是传递至每一车轮的扭矩力。T_g是从传动齿轮传递至后传动轴的扭矩，其中T_d是通过差动齿轮传递的扭矩，并且Tc是通过由整体车辆控制系统控制的离合器传递的扭矩。通过差动齿轮传递的扭矩T_d被平均分配给左轴及右轴作为T_s3及T_s4。车轮轴的速度由ω₁、ω₂、ω₃及ω₄表示，其中ω₃及ω₄被显示为由传动轴传递的速度。主轴的速度由ω_g表示。

参照图9，在各种实施例中，建立具有动力传动系、电子限滑差速器及制动器动力学特性的整体车辆计算机动态模型。

在910处，中央驱动轴速度及扭矩动力学特性如下：

n：差动齿轮传动比，

J_in,J_d：是用于差动齿轮箱及驱动轴的惯性矩

在920处，转换驱动轴的平均速度。

在930处，转换侧驱动轴动力学特性。

在940处，转换后车轮动力学特性。

在950处，转换前车轮动力学特性。

在960处，等式1至等式4结合并且

其中

在970处，求解f_xi

对于用于数学模型的动力传动系、电子限滑差速器及制动器模型的扩展致动器组类似地限定整体车辆控制控制器模块，该数学模型最小化可取动力学特性与实际动力学特性之间的误差。总轮胎力向量为：

f＝{f_x1,f_y1,f_x2,f_y2,f_x3,f_y3,f_x4,f_y4}^T，

u＝{T_b1,T_b2,T_b3,T_b4,T_c,T_g}^T

CG力误差向量则为：

经调整的CG力误差为：

在980处，获得分析解决方案，其控制车辆、驱动轴及车轮动力学特性：

参照图10，例示了控制车辆、驱动轴及车轮动力学特性的用于扩展致动器的整体车辆控制系统的各种实施例的流程图。如较早所解释的，流程图本质上包括三个步骤：(1)根据传感器输入产生车辆及车轮动力学特性以及用于车轮系统(车轮、动力传动系、电子限滑差速器及制动器系统)的相关致动器动力学特性的模型；(2)通过目标函数限定控制目标，该目标函数最小化可取与实际动力学特性之间的误差；以及(3)通过最小化用于包括电子限滑差速器、制动器及动力传动系的可用致动器的目标函数来确定最佳解决方案。最初，在1010处，在启动之后，通过用于控制电子限滑差速器、动力传动系及制动器系统的反馈回路来接收致动器命令。然后，接收并分析来自传感器输入的数据。在1015处，传感器输入包括与偏航角速度、最近加速及车轮传感器有关的数据。在1015处，评估经度及纬度速度以及轮胎滑移比率、电子限滑差速器、离合器扭矩、制动器扭矩及轴扭矩的车辆状态。如先前所解释的，公式表示自对准力矩与横向轮胎力的关系。在1020处，通过车辆平面运动及车轮动力学特性的公式利用车轮动力学特性来建立目标整体模型。在1025处，建立整体车辆控制目标函数，其中该函数为：p＝f(力、力矩误差以及控制工作)。整体车辆控制目标函数包括车辆、驱动轴及车轮动态控制，其包括致动器模型及主车辆模型。在1030处，通过最小化控制车辆及车轮动力学特性的的目标函数P来获得分析最优化解决方案。

接着，在1040处，关于是否存在实际致动器故障作出确定。如果在1045处未检测到故障，则为电子限滑差速器、动力传动系及制动系统的致动器分配预设权重函数。如果在1050处存在致动器故障，将相关约束条件应用于故障致动器的控制应用程序。在1055处，计算适当的致动器命令。然后在1060处将致动器命令发送至电子限滑差速器、动力传动系及制动系统。

继续参照图10并且还参照图1至图4以及图7至图9，流程图例示了用于确定经调整的命令并基于该命令而控制车辆12的一个或多个部件16a-16n的整体车辆控制方法。如可根据本发明理解，整体车辆控制系统内的操作顺序并不限于如图10所示的顺序执行，而是可按照合适的根据本发明的一个或多个不同顺序执行。如可进一步理解，图10的整体车辆控制方法1000可能够连续地运行，可被安排为在车辆12的操作期间以预定时间间隔运行及/或可被安排为基于预定事件而运行。

进一步，在图10中，在各种实施例中，在1010处接收来自处于CG级的现有较高级控制器(例如等)的偏航力矩数据及/或纵向及/或横向力数据。基于接收到的数据，在1025处针对每一车轮确定车轮力矩调整命令。然后可在1030处使用映射到角的前馈映射以及映射到CG的逆映射来使调整命令与任何校正混合。之后，可在1055处将可选混合命令发送至较低级控制器以分配致动器级任务。然后在1055处较低级控制产生控制信号以基于控制信号控制致动器。之后，该方法可在1060处终止。

虽然在上述具体实施方式中已经介绍了至少一个示例性实施例，但是应理解，存在大量的变化形式。还应理解，一个或多个示例性实施例仅为示例，而并非旨在以任何方式限制本发明的范围、应用性或配置。相反，上述具体实施方式将向本领域的技术人员提供便利的路线图以执行该一个或多个示例性实施例。应理解，在不背离如随附权利要求中所述的本发明范围及其合法等效内容的条件下，可在元件的功能及布置方面做出各种改变。

Claims

1.一种用于控制车辆以改善车辆动力学特性的方法，所述方法包括：

从多个传感器接收数据，所述多个传感器通过至少监测与车辆系统相关联的车轮运动而监测车辆动力学特性，所述车辆系统用于通过来自整体车辆控制系统的控制输出来控制车辆动力学特性；

根据从所述数据得到的经度及纬度速度、偏航角速度及滑移角中的一者或多者的计算来评估所述车辆的状态，所述数据是由所述传感器根据所述车轮及/或转向运动感测；以及

通过使用车辆状态的评估利用目标函数来建立车辆动力学特性模型，以提供分析数据以使得所述车辆动力学特性模型能够被最优化并用于使用与已被最优化的所述模型相关联的所述数据来改变所述整体车辆控制系统的控制输出以实时改善所述车辆动力学特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制输出包括选择性地控制与所述整体车辆控制系统中的至少一者相关联的至少一个致动器，其中所述整体车辆控制系统包括车轮控制系统、动力传动系以及转向控制系统中的一个或多个。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述控制输出包括致动器命令，所述致动器命令是由所述整体车辆控制系统产生以用于控制所述车辆系统的所述致动器中的至少一个。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述车辆系统包括电子动力转向(EPS)系统、差动制动(DB)系统、电子限滑差速器(eLSD)系统以及制动系统中的一个或多个。

5.根据权利要求2所述的方法，进一步包括确定所述车辆系统中的至少一者的可用致动器并且其中确定所述控制输出是基于所述可用致动器。

6.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述可用致动器是基于与至少一个致动器相关联的故障状况。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述整体车辆控制系统包括：

对所述整体车辆系统的所述控制应用约束条件以用于被确定具有所述故障状况的所述致动器；以及

对被确定不具有所述故障状况的致动器应用预设权重函数。

8.根据权利要求1所述的方法，其中建立所述模型包括基于与车辆动力学特性相关联的目标函数而建立车辆动力学特性模型，其中确定所述控制输出包括基于所述车辆动力学特性模型而确定所述控制输出，所述车辆动力学特性模型已针对与以下车辆系统数据中的一个或多个相关联的所述车辆而被最优化：车轮、转向、电子限滑差速器、制动及动力传动系系统，并且其中选择性地控制包括基于所述相应的控制输出而控制与所述车辆的至少车辆系统相关联的至少一个部件。

9.一种系统，包括：

至少一个处理器；以及

至少一个计算机可读存储装置，其包括指令，所述指令在被执行时会使得执行用于模型化车辆动力学特性的方法，所述方法包括：

从多个传感器接收数据，所述多个传感器通过至少监测与车辆系统相关联的车轮及转向运动而监测车辆动力学特性，所述车辆系统用于通过来自整体车辆控制系统的控制输出来控制车辆动力学特性；

根据以下中的一者或多者的计算来评估所述车辆的状态：从由所述传感器根据所述车轮及/或转向运动所感测的所述数据得到的经度及纬度速度、离合器扭矩、电子限滑差速器、制动器扭矩、轴扭矩、轮胎滑移比率以及滑移角；以及

10.根据权利要求9所述的系统，其中建立所述模型包括基于与车辆动力学特性相关联的目标函数而建立车辆动力学特性模型，其中确定所述控制输出包括基于所述车辆动力学特性模型而确定所述控制输出，所述车辆动力学特性模型已针对与以下车辆系统数据中的一个或多个相关联的所述车辆而被最优化：车轮、转向、电子限滑差速器、制动及动力传动系系统，并且其中选择性地控制包括基于所述相应的控制输出而控制与所述车辆的至少车辆系统相关联的至少一个部件。