CN109733345A - 车辆应急转向控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的是车辆应急转向控制系统，其特征在于，包括用于探测环境路标以确定车辆实际行驶方向和预期行驶方向的检测单元以及作用于左侧车轮的左制动执行器和作用于右侧车轮的右制动执行器，所述检测单元检测到车辆实际行驶方向与预期行驶方向相比向右偏移时，左制动执行器启动，所述检测单元检测到车辆实际行驶方向与预期行驶方向相比向左偏移时，右制动执行器启动。不需要考虑车辆的转向特性和转向角，使得车辆方向的控制完全独立于转向系统，这意味着在特殊情况下该方法适用于保持完全没有转向的车辆的方向。
Description
技术领域
本发明涉及车辆转向控制装置，特别涉及一种通过侧向制动力差进行应急转向的控制装置。
背景技术
随着车辆使用电动进行转向的需求日益增长以及依靠电动进行转向的自动化程度越来越高，应改进电子控制转向的坚固性以确保所需的安全性。一方面如果驾驶过程中突然缺乏转向支撑，会导致驾驶员难以操作，另一方面，驾驶员在进行自主操作期间主动转向控制系统失效，需要借助应急转向控制系统来维持车辆的正常运行，使其处于安全状态。
非对称制动的横摆力矩效应是在ABS操作期间单独控制制动力期间出现的众所周知的现象，US4809181(A)公开的是一种汽车偏航敏感制动控制系统，通过独立控制前轮和后轮的制动压力来执行汽车制动控制，即描述了一种在车轮单独制动控制期间保持车辆横摆力矩的方法。
除了由非对称制动引起的这种横摆力矩的不期望的稳定性损失效果之外，如果车辆转向的有效性能够增加，那么它就可能变成一种有利的结果，US2005206232 (A1)公开的是一种在前向和反向方向中控制汽车中的制动转向器的方法和设备，描述了非对称制动的使用能够提高转弯情况下的转向效率。
EP2998175 (A1) 公开的是一种用于具有制动系统和主转向系统的车辆的辅助转向控制系统，该专利描述了用于主转向控制中的故障情况的辅助转向控制方法，当主转向控制失效时，由制动产生的横摆力矩足以在降级模式下作为辅助转向系统工作。
所有上述现有技术都具有很强的限制，即制动干预的确定需要感测转向角，这是不利的，特别是当需要补偿主转向控制的故障时，因为转向角的感测是转向系统失效的一部分。
发明内容
鉴于背景技术中存在的技术问题，本发明所解决的技术问题旨在提供一种车辆应急转向控制系统，利用环境检测传感器来感知判断车辆的实际行驶方向和预期行驶方向的偏差，通过左右制动执行器使左右轮制动差异化产生应急转向控制。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：车辆应急转向控制系统，其特征在于，包括用于探测环境路标以确定车辆实际行驶方向和预期行驶方向的检测单元以及作用于左侧车轮的左制动执行器和作用于右侧车轮的右制动执行器，所述检测单元检测到车辆实际行驶方向与预期行驶方向相比向右偏移时，左制动执行器启动，所述检测单元检测到车辆实际行驶方向与预期行驶方向相比向左偏移时，右制动执行器启动。
所述左制动执行器和右制动执行器均采用电机制动执行机构。
所述电机制动执行机构安装于车辆的转向轴上。
所述检测单元为环境检测传感器。
当电子转向系统操作车辆方向时，根据方向偏差来驱动左右制动执行器进行制动的操作是被禁止的。
所述环境感知传感器采集数据传递给处理器，处理器控制左制动执行器或右制动执行器启动进行制动，由压力传感器检测并实时将制动力反馈给处理器，处理器对输入和反馈结果进行PID算法计算并进行调节输出，从而形成闭环控制系统，提高实时控制的精度和制动响应速度，实现控制的自动化。
所述处理器为MCU控制器。
本发明的优点在于不需要考虑车辆的转向特性和转向角，使得车辆方向的控制完全独立于转向系统，这意味着在特殊情况下该方法适用于保持完全没有转向的车辆的方向。
附图说明
图1为本发明车辆应急转向控制系统结构示意图；
图2为本发明中制动执行器工作流程图；
图3为本发明中左制动执行器启动时车辆行驶示意图；
图4为本发明中右制动执行器启动时车辆行驶示意图；
图5为本发明中闭环控制系统结构示意图；
图6为PID控制系统原理图。
具体实施方式
参照附图1-4，车辆应急转向控制系统，包括用于探测环境路标以确定车辆实际行驶方向21和预期行驶方向22的检测单元以及作用于左侧车轮81的左制动执行器511和作用于右侧车轮82的右制动执行器521，所述检测单元检测到车辆实际行驶方向与预期行驶方向相比向右偏移时，左制动执行器511启动以提供不对称的制动力，车轴上产生围绕车辆中心的偏航扭矩使车辆向右转，所述检测单元检测到车辆实际行驶方向与预期行驶方向相比向左偏移时，右制动执行器521启动，车辆向左转。在本实施例中，所述检测单元为环境检测传感器20。所述环境检测传感器20探测界标31、32、33，使用它们作为参考点来确定车辆实际行驶方向是否与预期行驶方向存在偏差，如果存在向右的偏差，则向左制动执行器511提供左制动命令91，左制动执行器511在左轮81上产生左制动力61，如果存在向左的偏差，则向右制动执行器521提供右制动命令92，右制动执行器521在右轮82上产生右制动力62。当电子转向系统操作车辆方向时，根据方向偏差来驱动左右制动执行器进行制动的操作是被禁止的。
所述左制动执行器和右制动执行器均采用电机制动执行机构，电机制动执行机构由电机和减速齿轮机构组成，电机通过减速齿轮机构将动力传到制动卡钳总成从而完成对车辆的制动，所述电机制动执行机构安装于车辆的转向轴上。左电机制动执行机构制动左转向轮，右电机制动执行机构制动右转向轮。
如图5所示，该系统采用闭环控制系统，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。所述环境检测传感器20采集数据传递给MCU控制器30，MCU控制器30控制电机40输出使左制动执行器511或右制动执行器521启动进行制动，由压力传感器50检测并实时将制动力反馈给MCU控制器30，MCU控制器30对输入和反馈结果进行PID算法计算并进行调节输出，从而形成闭环控制系统，提高实时控制的精度和制动响应速度，实现控制的自动化。
在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。反馈控制是自动控制的主要形式。输入变量是环境检测传感器20采集的数据，控制部分是MCU控制器30，输出部分由电机40构成，被控对象为左制动执行器511或右制动执行器521，它执行制动过程，检测部分为压力传感器50，实时的将制动时的制动力反馈给MCU控制器。
在控制部分（MCU控制器）中，采用PID控制算法。PID控制系统原理框图如图6所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。
PID控制器是一种线性控制器，其控制算法的模拟表达式是：
式中：——调节器的输出信号；
——调节器的偏差信号；
Kp ——调节器的比例系数；
Ti ——调节器的积分时间；
——调节器的微分时间。
在PID调节系统中，比例调节是一种最简单的调节方式，它具有反应快、无滞后的特点，能及时克服扰动干扰，使被控参数稳定在给定值附近。但比例控制不能消除稳态误差，当Kp过大时会应引起系统不稳定。积分控制的作用是，只要系统存在偏差，积分控制作用就不断地积累，输出控制量以消除偏差，因此，只要有足够的时间，积分作用将能完全消除误差，但积分调节动作缓慢，其调节作用总是滞后于偏差信号的变化。而且，当积分作用太强时，会使系统超调加大，甚至使系统出现震荡。微分控制可以减小超调量，使系统稳定性提高。它能反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得不很大之前，在系统中引入一个有效超前修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。这里采用PID控制算法的优点在于它适应性和鲁棒性强，在面对汽车这样复杂恶劣的工作环境控制理论的其他技术难以采用，系统控制器的参数必须依靠经验和现场调试来确定。
Claims (7)
1.车辆应急转向控制系统，其特征在于，包括用于探测环境路标以确定车辆实际行驶方向和预期行驶方向的检测单元以及作用于左侧车轮的左制动执行器和作用于右侧车轮的右制动执行器，所述检测单元检测到车辆实际行驶方向与预期行驶方向相比向右偏移时，左制动执行器启动，所述检测单元检测到车辆实际行驶方向与预期行驶方向相比向左偏移时，右制动执行器启动。
2.根据权利要求1所述的车辆应急转向控制系统，其特征在于，所述左制动执行器和右制动执行器均采用电机制动执行机构。
3.根据权利要求2所述的车辆应急转向控制系统，其特征在于，所述电机制动执行机构安装于车辆的转向轴上。
4.根据权利要求1所述的车辆应急转向控制系统，其特征在于，所述检测单元为环境检测传感器。
5.根据权利要求1所述的车辆应急转向控制系统，其特征在于，当电子转向系统操作车辆方向时，根据方向偏差来驱动左右制动执行器进行制动的操作是被禁止的。
6.根据权利要求1所述的车辆应急转向控制系统，其特征在于，所述环境感知传感器采集数据传递给处理器，处理器控制左制动执行器或右制动执行器启动进行制动，由压力传感器检测并实时将制动力反馈给处理器，处理器对输入和反馈结果进行PID算法计算并进行调节输出。
7.根据权利要求6所述的车辆应急转向控制系统，其特征在于，所述处理器为MCU控制器。
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