CN111247052A - 用于命令控制车辆后轮的取向的方法 - Google Patents

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Abstract

用于命令控制四轮转向车辆后轮的取向的方法，该方法从启动车辆以生成后轮的转向角设定点(αar)的步骤(100)开始执行。该方法包括：‑检测至少一个轮胎的温度低于温度阈值的步骤(102)；‑应用第一控制律的步骤(103)，该步骤在该温度没有被检测为低于该温度阈值时被触发，该第一控制律包括关于后轮的所述转向角设定点(αar)的幅值的第一极限；‑应用第二控制律的步骤(104)，该步骤在该温度被检测为低于该温度阈值时被触发，该第二控制律包括关于后轮的所述转向角设定点(αar)的幅值的第二极限，该第二极限在该车辆的行进的第一速度范围(V1，V4)内在绝对值方面低于所述第一极限。

Description

用于命令控制车辆后轮的取向的方法
本发明涉及一种用于命令控制具有四轮转向的车辆后轮的转向的方法。
在具有四轮转向的车辆中，在低速，后轮在与前轮相反的方向上转向。这具有的效果是，车辆犹如其表观轴距比在后轮不转向的情况下更短地转弯。因此，例如与两轮转向车辆的前转向图共有的前转向图不能充分区分弯道内侧上的车轮的转向(其转弯得更多)和弯道外侧上的车轮的转向(其转弯得更少)。
文件FR 2883828披露了一种具有四轮转向的车辆，该车辆具有在转向轮和已转向轮之间没有机械连接的车辆转向控制，以便在要遵守的最大横向加速度的约束下尽可能接近地遵循简托德-阿克曼(Jeantaud-Ackerman)转向角图。更特别地，该早期文档的情境是高速的情境。
另一问题出现在低速的情境中在执行需要尽可能短的转弯圆的操纵时，例如，如当离开停车位或进行U型转弯时的情况。
即使已接受的做法是区分具有两轮转向的车辆前桥组件和具有四轮转向的车辆前桥组件，在弯道的内侧上与外侧上的车轮的转向之间更好地进行区分仍可能存在困难。
然后，车辆发现其自身处于低水平阿克曼的情形，换言之，转向之间的差异不足。这具有导致前轮在非常低的速度转向时侧滑的后果。一般来说，这种现象并不麻烦，因为高转向角所覆盖的非常短的距离对轮胎磨损没有任何影响。
相比之下，在寒冷环境中，可能遭遇轮胎与地面之间的不稳定现象，并可能在前桥组件上呈现出不危险但令人不愉快的抖动感觉。这种现象取决于轮胎，并且尤其是在冬季在寒冷时段期间出现，具有麻烦的效果是成为车辆使用者的焦虑源。
为了克服前述缺点，本发明的一个主题是一种用于命令控制具有四轮转向的车辆中后轮的转向的方法，该方法基于启动车辆以便产生后轮的转向角设定点的步骤来执行。该方法的显著之处在于它包括：
-检测至少一个轮胎的温度低于温度阈值的步骤；
-应用第一控制律的步骤，该步骤在温度没有被检测为低于温度阈值时被触发，该第一控制律包括关于后轮转向角设定点的幅值的第一极限；
-应用第二控制律的步骤，该步骤在温度被检测为低于温度阈值时被触发，该第二控制律包括关于后轮转向角设定点的幅值的第二极限，该第二极限在车辆的行进的第一速度范围内在绝对值方面低于第一极限。
特别地，至少一个轮胎的温度被估计为等于车辆外部的环境温度。
还特别地，该方法包括验证车辆的停止持续时间高于预定持续时间阈值的步骤，从而如果车辆的停止持续时间高于预定持续时间阈值，则可以执行检测温度的步骤，并且如果车辆的停止持续时间不高于预定持续时间阈值，则可以直接执行应用第一控制律的步骤。
还特别地，该温度阈值等于包括在3℃与6℃之间的温度值。
有利地，关于幅值的第二极限在包含在车辆的行进的第一速度范围内的第二速度范围内为零。
作为优选，对于车辆在第一速度范围之外的行进的任何速度，第二极限的幅值等于第一极限的幅值。
更具体地，该方法包括，在应用第二控制律的步骤之后，只要至少一个预先建立的条件未被满足，就保持第二控制律以便增加至少一个轮胎的温度或者使该温度充分高于温度阈值的步骤。
特别地，当车辆已经驶过预定距离时，至少一个预先建立的条件被认为已经满足。
还特别地，该方法包括，在保持第二控制律的步骤之后，检测前转向角已经回到零的步骤，以便触发应用第一控制律的步骤。
本发明的另一主题是一种计算机程序，该计算机程序包括用于执行上文描述的方法步骤的程序代码指令。
本发明的一个显著主题是一种具有四轮转向的车辆，该车辆包括被配置成执行上文提及的程序的至少一个车载计算机。
因此，本发明使得可以在寒冷的天气(例如当轮胎处于5℃以下时)以这样的方式减少轮胎的冻结，从而减少或者甚至消除前桥组件的抖动的令人不愉快的影响，或者至少将其降低到具有两轮转向的车辆(其明显较少地受到这种现象的影响)的抖动水平。
通过阅读由附图所展示的一个完全非限制性实施例的描述，将更好地理解本发明的其他特征和优点，在附图中：
-图1示出了根据本发明的用于控制后轮的转向的方法的步骤；
-图2是解释用于实施图1的方法的装置的图；
-图3是本发明适用的控制律的一个示例；
-图4示出了在本发明的意义内可以应用的各种极限。
根据本发明的方法旨在在具有四轮转向的车辆上实现后轮的转向的命令控制，该命令控制正是从启动车辆的步骤100开始执行。
在车辆启动时激活的启动步骤100触发验证车辆在启动前保持停止的持续时间的步骤101。步骤101使得可以在步骤100之后触发检测轮胎温度的步骤102，优选地，但不一定是唯一地，在车辆在启动之前已经保持停止比预定持续时间阈值更长的情况下。持续时间阈值是在车辆设计和测试阶段实验地或通过计算进行预先确定，直到轮胎或其他车辆部件获得足够的冷却，以使轮胎或其他车辆部件或多或少达到与环境温度相对应的车辆外部的温度。考虑到车辆在其之后被重新启动的停止，在停车之前的行驶期间的轮胎或其他车辆部件的加热根据各种因素而变化极大，诸如持续时间、行驶速度、外部温度、轮胎的充气以及许多其他已知因素。因此，获得轮胎的足够冷却以使这些轮胎或多或少达到车辆外部的温度所需的时间本身也是可变的。所采用的持续时间是指在测试期间使得可以足够确定地再现不期望的抖动现象的持续时间。一小时的持续时间通常远远超过足以获得足够的冷却、能够导致抖动的持续时间。可以在执行该方法的、承载在车辆上的计算机中提供专用计时器。也可以使用已经可用的信息，该信息是与考虑盘的冷却的情况下更牢固地施加驻车制动持续的时间相关的信息。考虑到盘的冷却的这个时间(其通常持续一刻钟)应适合于轮胎的冷却。
如果在车辆的启动之前的停止持续时间短于预定持续时间阈值，例如，尽管不是必须的，在自动停止和启动之后，直接执行步骤103。
步骤103包含应用第一控制律，现在将参考装置10来解释该第一控制律，该装置生成用于车辆的后轮的转向角设定点αar，如图2中展示的转向角设定点。
仅通过非限制性说明的方式，装置10包括输入模块11和输出模块12，该输入模块接收用于车辆的前轮的转向角设定点αav，该输出模块基于前轮转向角设定点αav生成后轮转向角设定点αar。
前轮转向角设定点αav可以由车辆的转向轮的旋转角度的测量值或从转向齿条的位置的测量值得出。在自动驾驶车辆(这意味着车辆由自动控制器驱动，无需人工干预)中，前轮转向角设定点αav也可以是由自动控制器生成的设定点。
输入模块11形成转向角功能设定点αf，该转向角功能设定点例如以后/前比率AR/AV与前轮转向角设定点αav成比例，该后/前比率根据车辆的速度v变化，如图3所展示。
对于从0变化到相对低的速度值V1的速度，例如2km/h的量级的速度，后轮的转向与前轮的转向的比率AR/AV通常为零。换言之，对于车辆的零速度，或者甚至对于低于2km/h的速度，前轮的转向不会导致后轮的任何转向。在4km/h的量级的速度V2下，转向比率AR/AV例如等于-0.3，并且逐渐增加(这意味着在绝对值方面减小)，该转向比率在知道V5的值可能因车辆类型或者因选择的驾驶模式不同而不同的情况下对于60km/h的量级的速度值V5达到零。建议的是转向比率AR/AV的值应在速度值V1与V2之间的速度范围内爬升，如图2所示。换言之，在例如低于60km/h，后轮以在与前轮方向相反的方向上转向，以便有助于车辆路径的转弯圆减小，这是在低速允许的急转弯的情况下特别有益的事。
超过速度V5时，转向比率AR/AV变为正，并作为速度的函数继续逐渐增加，但是不超过例如0.2的值。换言之，例如超过60km/h，后轮在与前轮方向相同的方向上转向，以便防止车辆后部部分朝向以高速滑行的弯道的外侧漂移。
在根据本发明的方法的情境中，特别关注的是在车辆的行进的第一速度范围内的转向比率AR/AV的负值，该范围包括在速度V1和速度V4(其值明显低于速度V5的值，例如速度V4的值基本上等于15km/h)之间。
因此，输入模块11(其将前轮转向角设定点αav乘以比率AR/AV)对于包括在从0延伸到V1的范围内的车辆速度向转向角功能设定点αf给出零值、对于等于V2的车辆速度给出具有最大幅值和与前轮转向角设定点αav的符号相反符号的值、对于包含在从V2延伸到V5的范围内的车辆速度，给出在绝对值方面减小的幅值，在该速度V5幅值为零，然后该幅值在超过V5的情况下随着速度增加，直到在达到200km/h之前其或多或少饱和，在这种情况下处于αf＝0.2·αav。
然而，由于许多原因(包括，其中可能值得一提的是后轮转向致动器的物理极限、车辆稳定性约束等)，功能设定点αf不直接应用于转向的后轮。
例如，参考图3，对于20km/h的量级的相同速度V4，5°的转向角设定点αav将给出αf＝-0.25·5＝-1.25°，这是完全可接受的。
然而，20°的转向角设定点αav将给出αf＝-0.25·20＝5°，这在可接受的转向角几何范围之外。
输出模块12通过限制αf的值，基于前轮转向角设定点αav生成后轮转向角设定点αar，如现在参考图4所解释的。
与图3的曲线图相比，图4的曲线图还在横轴上承载以km/h为单位的车辆速度v值，但纵坐标标度不同，其承载关于后轮转向角设定点αar的幅值的极限的以角度度数为单位的值LIM(αar)。
呈虚线形式的曲线1给出了用于在包括在零与V1之间的速度范围内将后轮转向角设定点αar限制为零的值，以及对于速度值V5，该速度值对应于后轮转向角αar的符号方面的变化的值，对于低速，该符号是与前轮的符号相反的符号，对于高速，该符号是相同符号。
在速度范围[V2，V4]中，极限在与前轮转向角方向相反的方向上、在绝对值方面采用最大幅值，在这种情况下基本上为3.5°。在[V1，V2]的速度范围内，极限在绝对值方面从0°逐渐增加到基本上为3.5°。在超过V4直到V5的速度范围内，幅值的极限在绝对值方面从3.5°逐渐减小到0°。对于高于V5的车辆速度，极限LIM(αar)在与前轮转向角相同的方向上逐渐增加，直到在达到200km/h的速度之前其在大约1°处饱和。
因此，对于20km/h的量级的相同速度V4，通过将曲线1极限应用于转向角功能设定点αf，输出模块12生成后轮转向角设定点αar，该后轮转向角设定点对于+5°的转向角设定点，αav等于-1.25°，而对于+20°的转向角设定点，αav等于-3.5°，这给出了在可接受的转向角几何范围内的αar值。
当然可以理解的是，相反地，在20km/h的相同速度下，输出模块12生成后轮转向角设定点αar，该后轮转向角设定点对于-5°的转向角设定点，αav等于+1.25°，而对于-20°的转向角设定点，αav等于+3.5°。
管控转向角功能设定点αf的演变的、将图3的比例系数AV/AR指配给前轮转向角设定点αav的规律仅通过非限制性举例方式给出。本发明适用于任何其他演变规律，例如，管控转向角功能设定点αf的演变的多项式规律，或者使用前轮转向角设定点αav作为输入的任何其他演变规律。除此之外，本发明仍然适用于转向角功能设定点αf而不直接连接到前轮转向角设定点αav，例如在自动驾驶车辆(对于其，更高级别的优化算法直接生成后轮转向角功能设定点αf)的情况下。在这种情况下，装置10的输入模块11是不必要的，在其他地方形成的转向角功能设定点αf直接作用在输出模块12上。
本发明本质上涉及关于幅值的极限，现在将对其进行详细描述。
步骤102包含检测至少一个轮胎的温度是否低于温度阈值。
轮胎温度可以通过抵靠在一个或多个车轮上定位的传感器来测量。轮胎温度(其随后被实时并在每一时刻进行测量)将使得可以触发或不触发步骤102，而不必在开始之前检查停止的持续时间，但是在执行该方法中如此获得的性能不一定证明由装配这种传感器所产生的附加成本是合理的。
被估计为等于车辆外部的温度的至少一个轮胎的温度使得可以在传感器的成本、安装传感器和处理传感器信号方面得到节省。车辆外部的温度通常可在被车载地承载用于其他目的的网络上获得，例如仪表板显示器。只要车辆没有驶过足够的距离而使其明显变热，在知道轮胎的温度基本上等于环境温度的情况下，这种估计对于完全可接受地执行方法是足够的。
温度阈值最优地是这样的阈值，低于该阈值，轮胎不再表现出足够的灵活性来吸收车轮在非常短的转弯圆(或者换言之，对于前轮上的高转向角)上的侧滑，而后轮的转向角(同样很高)导致不符合Jeantaud-Ackerman转向角图。应当理解的是，温度阈值不仅取决于轮胎的类型，而且还取决于轮胎的使用年限、轮胎的充气程度或路面覆盖情况。因此，最佳温度阈值可能因车辆而不同。有可能设想这样的自学习机制，一旦前轮上出现抖动，该自学习机制就设定新的温度阈值，以避免这种现象再次出现。
在正负两摄氏度的容差范围内等于4℃的温度的阈值(例如具有5℃的值)产生可接受水平的满意度。因此，即使最佳阈值是1℃，执行下面的步骤(正如现在将看到的那样，尽管在包含在1℃与5℃之间的温度范围内是不必要的)将不会过度不利，但是确实对于低于1℃的温度将确保该现象减少。另外，对于高于5℃的温度，不会出现限制使用四轮转向步骤的不必要的执行，从而使用户从最初几米的行驶开始就在高于阈值的温度自由享受他的四轮转向的全部益处。
当在步骤102中，温度没有被检测为低于阈值时，则该方法包含在步骤103中应用第一控制律，该第一控制律是用于在自动驾驶车辆的情况下由车辆的驾驶员或用户选择(例如在正常模式、经济模式或甚至运动模式或舒适模式之间进行选择)的驾驶模式的转向的后轮的正常控制律。
在步骤104(其在温度被检测为高于步骤102中的阈值时触发)中，该方法包含应用潜在地基于但在任何情况下不同于第一控制律的第二控制律。
第二控制律涉及关于后轮转向设定点的幅值的第二极限，该第二极限在车辆的行进的第一速度范围V1、V4内在绝对值方面低于第一控制律的第一极限，如图4所展示。
存在多种不同方法，这些方法可以用于将第二极限定位在在绝对值方面低于第一极限值的值，例如定位为速度范围V1到V3中的第一极限的百分比，其中V3是低于V4的速度。对于20km/h的量级的速度V4，根据百分比的值，速度V3可以包括在15km/h与18km/h之间，以便使第二极限在其速度V3的值以及在其速度V4的值之间爬升，超过其则第二极限也变得等于第一极限。
第二极限对于低于速度V1的速度也可以简单地等于第一极限，然后在包括在V1与V3之间的速度范围内从零爬升到第一极限的值，然后对于高于速度V3的速度变得等于第一极限。
存在许多可能的方法。例如，图4中以点划线示出的第二极限3在从V3到V4的速度范围内等于第一极限1的百分比，然后在超过V4时为恒定，直到它满足对于这样的速度值的第一极限1，超过该速度值的情况下极限3与极限1重合。
特别有利的是，关于后轮的转向的第二极限2在包含在车辆的行进的速度范围V1到V4内的V1与V3之间的速度范围内为零。例如，考虑包括在2km/h的速度V1与20km/h的速度V4之间的第一速度范围，包括在2km/h的速度V1与15km/h的速度V3之间的第二速度范围包含在第一速度范围内。对于在第一速度范围V1、V4之外的车辆的行进的任何速度v，当前轮被转向时，关于后轮转向设定点的第二极限2等于关于后轮的转向的第一极限1。然后，第二转向极限2从零爬升达到速度V4的第一转向极限的值，以避免在达到速度V4之前第二转向极限2的急剧变化。
对于低于或等于V3(例如，尽管不一定是15km/h的量级)的车辆速度将第二极限2设置为零，允许该方法的特别简单的实施。它包含例如，对于低于V3的车辆速度，简单地停用四轮转向模式，仅激活两个转向的前轮的转向。
在步骤104之后，第一实施例替代性方案可以包含返回步骤102，以便再次检测轮胎的温度，以便根据检测到的温度值从步骤103或步骤104重新开始。第一替代性方案需要车轮上的至少一个温度传感器，因为在行驶期间，外部温度不再表示轮胎的温度。
根据优选的第二实施例替代性方案，步骤105包含，只要没有满足用于将至少一个轮胎的温度充分升高超过阈值的至少一个预先建立的条件，就保持第二控制律。
然后，预先建立的条件可以涉及足以将轮胎的温度升高到高于阈值的车辆行驶持续时间。
作为优选，预先建立的条件涉及车辆的行进距离，该距离足以引起轮胎的加热，从而能够将轮胎的温度升高到高于温度阈值。该距离是在原型车辆的测试阶段预先确定，以便满足车辆的已知使用形式。人们已经发现，在行驶100米后，这种不期望的影响就大大消失了。当车辆已经驶过预定距离时，预先建立的条件然后被认为已经满足。
通过使从步骤104到步骤103以便于应用第一控制律的返回以转向轮角度返回零为条件，换言之，以车辆的零转向角度为条件，可以确保在车辆正在执行转向操纵的同时避免控制律的急剧变化。
在步骤105之后，检测转向轮角返回到零的步骤106允许触发在不再需要应用第二控制律时应用第一控制律的步骤103。
为了在车辆在使用中的同时实时受益于该方法，提供了一种计算机程序，该计算机程序包含用于当该程序在计算机上执行时执行上述方法的步骤的程序代码指令。
然后，具有四轮转向的车辆包括被配置成执行预期程序的一个或多个车载计算机。

Claims (11)

1.一种用于命令控制具有四轮转向的车辆中的后轮的转向的方法，该方法基于启动该车辆以便生成后轮的转向角设定点(αar)的步骤(100)来执行，其特征在于，该方法包括：
-检测至少一个轮胎的温度低于温度阈值的步骤(102)；
-应用第一控制律的步骤(103)，该步骤在该温度没有被检测为低于该温度阈值时被触发，该第一控制律包括关于所述后轮转向角设定点(αar)的幅值的第一极限(1)；
-应用第二控制律的步骤(104)，该步骤在该温度被检测为低于该温度阈值时被触发，该第二控制律包括关于所述后轮转向角设定点(αar)的幅值的第二极限(2，3)，该第二极限在该车辆的行进的第一速度范围(V1，V4)内在绝对值方面低于所述第一极限。
2.如权利要求1所述的用于命令控制后轮的转向的方法，其特征在于，至少一个轮胎的所述温度被估计为等于该车辆外部的环境温度。
3.如权利要求1和2中的一项所述的用于命令控制后轮的转向的方法，其特征在于，该方法包括验证该车辆的停止持续时间高于预定持续时间阈值的步骤(101)，使得如果该车辆的停止持续时间高于该预定持续时间阈值，则能够执行检测温度的步骤(102)，并且使得如果该车辆的停止持续时间不高于该预定持续时间阈值，则能够直接执行应用该第一控制律的步骤(103)。
4.如前述权利要求中的一项所述的用于命令控制后轮的转向的方法，其特征在于，所述温度阈值等于包括在3℃与6℃之间的温度值。
5.如前述权利要求中的一项所述的用于命令控制后轮的转向的方法，其特征在于，关于该幅值的所述第二极限(2)在包含在该车辆的行进的所述第一速度范围(V1，V4)内的第二速度范围(V1，V3)内为零。
6.如前述权利要求中的一项所述的用于命令控制后轮的转向的方法，其特征在于，对于该车辆在所述第一速度范围(V1，V4)之外的行进的任何速度(v)，所述第二极限(2)的幅值等于该第一极限(1)的幅值。
7.如前述权利要求中的一项所述的用于命令控制后轮的转向的方法，其特征在于，该方法包括，在应用该第二控制律(104)的步骤之后，只要至少一个预先建立的条件未被满足，就保持该第二控制律以便将至少一个轮胎的或者该车辆的另一部件的所述温度增加为充分地高于该温度阈值的步骤(105)。
8.如权利要求7所述的用于命令控制后轮的转向的方法，其特征在于，当该车辆已经驶过预定距离时，至少一个预先建立的条件被认为已经满足。
9.如权利要求7和8中的任一项所述的用于命令控制后轮的转向的方法，其特征在于，该方法包括，在保持该第二控制律(105)的步骤之后，检测该前转向角(αav)已经回到零的步骤(106)，以便触发应用该第一控制律的步骤(103)。
10.一种计算机程序，包括当所述程序在计算机上执行时用于执行如前述权利要求中任一项所述的方法步骤的程序代码指令。
11.一种具有四轮转向的车辆，该车辆包括被配置成执行如权利要求10所述的程序的至少一个车载计算机。
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