CN112172917A - 车辆控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆控制系统(30)，所述车辆控制系统对控制车辆(1)的行为的行为控制装置(20)进行控制，所述车辆控制系统包括：前馈计算单元(71)，所述前馈计算单元根据所述车辆的转向角，来计算所述行为控制装置的前馈控制量；反馈计算单元(72)，所述反馈计算单元根据从所述转向角计算出的目标车辆状态量与实际车辆状态量之间的差异，来计算所述行为控制装置的反馈控制量；校正单元(73)，所述校正单元通过根据所述反馈控制量对所述前馈控制量进行校正，来计算经校正的前馈控制量；以及目标控制量计算单元(74)，所述目标控制量计算单元根据所述反馈控制量和所述经校正的前馈控制量，来计算所述行为控制装置的目标控制量。

Description

车辆控制系统
技术领域
本发明涉及车辆控制系统。
背景技术
已知的后轮转向控制系统根据前轮转向角和车速计算前馈控制量、根据目标偏航率与实际偏航率之间的偏航率偏差计算反馈控制量、根据前馈控制量和反馈控制量确定后轮转向角(例如，参见JPH10-322464A)。
根据该已知的后轮转向控制系统，在正常的行驶条件下主要使用前馈控制，而随着行驶条件接近重心滑移角很大的极限行驶条件区域，向前馈控制施加反馈控制。然而，由于前馈控制是以正常行驶条件的假设进行设计的，因此当在极限行驶条件下增加前轮转向角时，控制量会显著增加。因此，当在极限行驶条件范围内同时使用前馈控制和反馈控制两者时，可能会将控制量增加至无法保持车辆稳定性的程度。
发明内容
鉴于现有技术的这种问题，本发明的主要目的是提供一种使用前馈控制和反馈控制两者来对车辆的行为控制装置进行控制的车辆控制系统，所述前馈控制和反馈控制可以使处于极限行驶条件范围内的车辆的行为变稳定。
为实现这种目的，本发明提供了一种车辆控制系统30，所述车辆控制系统用于对控制车辆1的行为的行为控制装置20进行控制，所述车辆控制系统包括：前馈计算单元71，所述前馈计算单元根据所述车辆的转向角，来计算所述行为控制装置的前馈控制量；反馈计算单元72，所述反馈计算单元根据从所述转向角计算出的目标车辆状态量与实际车辆状态量之间的差异，来计算所述行为控制装置的反馈控制量；校正单元73，所述校正单元通过根据所述反馈控制量对所述前馈控制量进行校正，来计算经校正的前馈控制量；以及目标控制量计算单元74，所述目标控制量计算单元根据所述反馈控制量和所述经校正的前馈控制量，来计算所述行为控制装置的目标控制量。
由于所述前馈控制量是根据所述反馈控制量进行校正的，因此防止所述目标控制量变得过大，结果是可以使处于极限行驶条件范围内的车辆的行为变稳定。
优选地，在该车辆控制系统中，所述校正单元被配置成，根据所述反馈控制量来设定0至1的衰退增益，并且通过将所述前馈控制量与所述衰退增益相乘来计算所述经校正的前馈控制量，所述衰退增益根据所述反馈控制量的增加而从1减小至0。
由此，所述前馈控制量可以响应于所述反馈控制量的增加而减小。
优选地，在该车辆控制系统中，所述行为控制装置包括多个行为控制装置，并且所述车辆控制系统还包括前馈控制量分配单元54，所述前馈控制量分配单元被配置成对要被分配给所述多个行为控制装置中的各个行为控制装置的分配前馈控制量进行计算，所述校正单元被配置成，通过单独以对应的校正量对所述分配前馈控制量中的各个分配前馈控制量进行校正，来计算各个行为控制装置的经校正的前馈控制量。
由此，可以单独改变各个行为控制装置的前馈控制量的校正量，结果是可以单独防止在极限行驶条件范围内可能变得过大的所述行为控制装置的控制量变得过大。
优选地，在该车辆控制系统中，所述校正单元被配置成，根据对应的反馈控制量为所述分配前馈控制量中的各个分配前馈控制量设定0至1的衰退增益，并且通过将各个衰退增益与对应的分配前馈控制量相乘来计算所述经校正的分配前馈控制量，所述衰退增益随着所述反馈控制量的增加而从1减小至0。
由此，可以单独改变各个行为控制装置的前馈控制量的校正量。
优选地，在该车辆控制系统中，所述行为控制装置包括：改变后轮的转向角的后轮转向装置15；以及动力分配装置9，所述动力分配装置将由动力装置7生成的驱动动力分配给所述车辆的各个车轮，并且所述后轮转向装置的分配前馈控制量的衰退增益G1比所述动力分配装置的分配前馈控制量的衰退增益G2更早地随着所述反馈控制量的增加而减小。
根据这种布置，通过对所述后轮转向装置的前馈控制进行抑制，可以使车辆的行为以有利的方式变稳定，所述后轮转向装置的前馈控制与所述动力分配装置的前馈控制相比，对处于极限行驶条件范围内的车辆的转向行为具有更大的影响。
优选地，在该车辆控制系统中，所述行为控制装置包括：动力分配装置15，所述动力分配装置将由动力装置7生成的驱动动力分配给所述车辆的各个车轮；以及制动装置20，所述制动装置单独生成各个车轮的制动力，并且所述动力分配装置的分配前馈控制量的衰退增益G2比所述制动装置的分配前馈控制量的衰退增益G1更早地随着所述反馈控制量的增加而减小。
根据这种布置，通过对所述制动装置的前馈控制进行抑制，可以使车辆的行为以有利的方式变稳定，所述制动装置的前馈控制与处于极限行驶条件范围内的动力分配装置的前馈控制相比，对车辆的转向行为具有更大的影响。
优选地，在该车辆控制系统中，所述行为控制装置包括：制动装置20，所述制动装置单独生成各个车轮的制动力；以及阻尼器3D、5D，所述阻尼器具有可变阻尼因子并且被设置用于各个车轮，并且所述制动装置的分配前馈控制量的衰退增益G3比所述阻尼器的分配前馈控制量的衰退增益G4更早地随着所述反馈控制量的增加而减小。
根据这种布置，通过对所述制动装置的前馈控制进行抑制，可以使车辆的行为以有利的方式变稳定，所述制动装置的前馈控制与处于极限行驶条件范围内的阻尼器的前馈控制相比，对车辆的转向行为具有更大的影响。
优选地，在该车辆控制系统中，所述行为控制装置包括：改变后轮的转向角的后轮转向装置15；动力分配装置9，所述动力分配装置将由动力装置7生成的驱动动力分配给所述车辆的各个车轮；制动装置20，所述制动装置单独生成各个车轮的制动力；以及阻尼器3D、5D，所述阻尼器具有可变阻尼因子并且被设置用于各个车轮，并且所述后轮转向装置的分配前馈控制量的衰退增益G1、所述动力分配装置的分配前馈控制量的衰退增益G2、所述制动装置的分配前馈控制量的衰退增益G3以及所述阻尼器的分配前馈控制量的衰退增益G4是以所述后轮转向装置的分配前馈控制量的衰退增益、所述动力分配装置的分配前馈控制量的衰退增益、所述制动装置的分配前馈控制量的衰退增益以及所述阻尼器的分配前馈控制量的衰退增益的次序，随着所述反馈控制量的增加而减小的。
根据这种布置，通过优先地对这些车辆行为控制装置进行抑制，可以使车辆的行为以有利的方式变稳定，所述车辆行为控制装置对处于极限行驶条件范围内的车辆的转向行为具有更大的影响。
优选地，在该车辆控制系统中，所述校正单元被配置成，确定所述车辆是否表现出过度转向趋势，并且如果确定没有过度转向趋势，则将衰退增益设定成1，而不考虑所述反馈控制量的值。
从而，当所述车辆未表现出过度转向趋势时，不缩减所述前馈控制的控制量，以使车辆行为可以快速达到目标行为。
根据本发明的前述配置，在通过前馈控制和反馈控制对行为控制装置进行控制的车辆控制系统中，可以使车辆的行为在极限行驶条件范围内变稳定。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的装配有行为控制系统的车辆的示意图；
图2是行为控制系统的运动控制单元的第一部分的功能框图；
图3是行为控制系统的运动控制单元的第二部分的功能框图；以及
图4示出了FB命令偏航力矩与衰退增益之间的关系的图。
具体实施方式
下文中，参照附图，按照具体实施方式对本发明进行更详细描述。
如图1所示，车辆1设置有皆由前悬架装置3支承的一对前轮4，以及皆由后悬架装置5支承的一对后轮6。各个悬架装置3、5皆设置有：悬架臂3A、5A，该悬架臂在该悬架臂的基端处由车体2以枢轴方式进行支承；转向节(knuckle)3B、5B，该转向节在该转向节的自由端处由悬架臂3A、5A以枢轴方式进行支承；以及弹簧3C、5C和阻尼器3D、5D，该弹簧和阻尼器被插入转向节(或悬架臂之一)与车体2之间。所示实施方式的阻尼器3D、5D皆由可变阻尼器组成，该可变阻尼器可以改变其阻尼因子或阻尼特性。例如，各个阻尼器3D、5D可以填充有磁粘性流体，该磁粘性流体可以根据施加至其的磁场的强度来改变其粘度。
如图1所示，车辆1设置有动力装置7(动力源)以驱动车轮4、6。动力装置7可以是诸如汽油机或柴油机的内燃机，和/或电动马达。动力装置7的驱动力被经由动力分配装置9分配给左右前轮4和左右后轮6。动力分配装置9可以改变要传送至各个车轮4、6的驱动力的分配比例。
车辆1的前轮4可以通过车辆1的转向装置10进行转向，该转向装置包括：转向轴11，该转向轴是以能绕该转向轴自身的轴线进行旋转的方式由车辆支承的；方向盘12，该方向盘被装配至转向轴11的上端；齿条14，该齿条是以能沿横向方向滑动的方式横向延伸的，并且该齿条的两端被连接至相应的前轮4的转向节3B。
装配至转向轴11的下端的小齿轮与齿条14啮合，以使施加至方向盘12的转向输入被转换成前轮4的转向移动。转向轴11装配有电动马达，该电动马达提供辅助转向转矩，以减少驾驶员为转动方向盘12所需的努力。
车辆1还设置有本身已知的后轮转向装置15，该后轮转向装置使左右后轮6进行转向。后轮转向装置15包括：用于相应的后轮6的一对电动马达；以及在相应的电动马达的驱动力下前进和后退的一对转向杆，以使后轮6可以经由相应的转向杆彼此独立地进行转向。
车辆1设置有制动装置20，该制动装置包括单独的液压致动器，该液压致动器向前轮4和后轮6施加制动力。特别地，制动装置20被配置成使得可以对施加至四个车轮(前轮4和后轮6)的制动力进行单独控制。
车辆1设置有控制单元30(车辆控制单元)。控制单元30是电子控制电路(ECU)，该电子控制电路由微型计算机、ROM、RAM、外围电路、I/O接口、各种驱动器等组成。控制单元30设置有运动控制单元31、驱动力控制单元32以及制动控制单元33。运动控制单元31根据表示车辆的动态状态的车辆状态变量，计算要施加至车辆1的施加的偏航力矩、施加的侧倾力矩、施加的俯仰力矩、施加的横向力以及施加的竖直力；并且对被配置成生成对应的施加的力矩或力的制动装置20、阻尼器3D、5D、后轮转向装置15以及动力分配装置9进行控制，并因此充任行为控制装置。
可以将制动装置20用于生成施加的偏航力矩、施加的侧倾力矩、施加的俯仰力矩以及施加的横向力。可以将阻尼器3D、5D用于生成施加的侧倾力矩、施加的俯仰力矩以及施加的竖直力。可以将后轮转向装置15用于生成施加的偏航力矩以及施加的横向力。可以将动力分配装置9用于生成施加的偏航力矩以及施加的横向力。
车辆状态变量包括：前轮转向角δf(前轮4的转向角)、后轮转向角δr(后轮6的转向角)、车速V(车辆1的行进速度)、车辆1的横向加速度、加速器踏板位置PA、制动器踏板位置PB、车辆1的实际偏航率、车辆1的前后加速度等。驱动力控制单元32根据加速器踏板位置PA(以及可能的其它因素)来计算要由动力装置7生成的目标驱动力，并且根据计算出的目标驱动力对动力装置7进行控制。制动控制单元33根据制动器踏板位置PB(以及可能的其它因素)来计算要由制动装置20生成的目标制动力，并且根据该目标制动力对制动力进行控制。施加至各个车轮的制动力可以根据控制要求从一个车轮到另一车轮进行改变。
车体2装配有各种传感器，诸如车速传感器36、转向角传感器37、偏航率传感器38、加速器踏板传感器39以及制动器踏板传感器40，以作为对车辆状态变量进行检测的装置。车速传感器36包括设置在相应的车轮4、6上的车轮速度传感器，并且将响应于车轮4、6的旋转而生成的输出脉冲信号转发至控制单元30。因此，控制单元30从来自车速传感器36的信号接收车轮4和6的转速(车轮速度)，并且通过对车轮速度求平均来计算车速V。转向角传感器37将与各个车轮4、6的转向角相对应的信号输出至控制单元30。控制单元30从来自转向角传感器37的信号获得各个车轮的转向角δi。偏航率传感器38将与车辆1中生成的偏航率相对应的信号输出至控制单元30。控制单元30从由偏航率传感器38获得的信号获得实际偏航率γR。将加速器踏板传感器39设置在加速器踏板上，以将与加速器踏板的位置相对应的信号输出至控制单元30。将制动器踏板传感器40设置在制动器踏板上，以将与制动器踏板的位置相对应的信号输出至控制单元30。
车体2可以设置有对车辆1的横向加速度进行检测的横向加速度传感器、对车辆1的前后加速度进行检测的前后加速器传感器等，以作为对这种车辆状态变量进行检测的装置。控制单元30可以在执行控制处理方面考虑横向加速度以及前后加速度。
如图2和图3所示，运动控制单元31设置有实际车辆行为估计单元51、目标车辆行为估计单元52、FF施加的力矩/力计算单元53、FF施加的力矩/力分配单元54、第一FB偏航力矩计算单元55、第二FB偏航力矩计算单元56、FB偏航力矩计算单元57、波形处理单元58、衰退增益计算单元59、RTC分配FF量校正单元61、SH分配FF量校正单元62、BRK分配FF量校正单元63、ADS分配FF量校正单元64、RTC控制单元65、SH控制单元66、BRK控制单元67以及ADS控制单元68。FF施加的力矩/力计算单元53和FF施加的力矩/力分配单元54构成前馈(FF)计算单元71。实际车辆行为估计单元51、目标车辆行为估计单元52、第一FB偏航力矩计算单元55、第二FB偏航力矩计算单元56以及FB偏航力矩计算单元57构成反馈(FB)计算单元72。波形处理单元58、衰退增益计算单元59、RTC分配FF量校正单元61、SH分配FF量校正单元62、BRK分配FF量校正单元63以及ADS分配FF量校正单元64构成校正单元73，而RTC控制单元65、SH控制单元66、BRK控制单元67以及ADS控制单元68构成目标控制量计算单元74。
前馈计算单元71根据转向角δi、车速V、加速器踏板位置PA以及制动器踏板位置PB，计算包括制动装置20、阻尼器3D、5D、后轮转向装置15以及动力分配装置9的行为控制装置的前馈控制量。这些符号中的下标“i”是表示对应的车轮4和车轮6的整数1至4(1：左前轮(FL)；2：右前轮(FR)；3：左后轮(RL)；4：右前轮(RR))。因此，前轮4的转向角δi是前轮转向角δf(＝δ1＝δ2)，并且后轮6的转向角δi是后轮转向角δr(＝δ3＝δ4)。前馈计算单元71的FF施加的力矩/力计算单元53根据转向角δi和车速V，计算FF施加的力矩Madd和FF施加的力Fadd中的至少一个。施加的力矩Madd包括：施加的偏航力矩MZadd、施加的侧倾力矩MXadd以及施加的俯仰力矩MYadd。施加的力Fadd包括施加的横向力FYadd和施加的竖直力FZadd。
在该实施方式中，FF施加的力矩/力计算单元53根据转向角δi、车速V、加速器踏板位置PA以及制动器踏板位置PB，计算施加的偏航力矩MZadd、施加的侧倾力矩MXadd、施加的俯仰力矩MYadd、施加的横向力FYadd以及施加的竖直力FZadd。FF施加的力矩/力计算单元53可以通过使用各种方法，根据转向角δi以及车速V，计算施加的偏航力矩MZadd、施加的侧倾力矩MXadd、施加的俯仰力矩MYadd、施加的横向力FYadd以及施加的竖直力FZadd。在该实施方式中，FF施加的力矩/力计算单元53利用这样的模型，即，该模型响应于转向角δi和车速V的输入，输出施加的偏转力矩MZadd、施加的侧倾力矩MXadd、施加的俯仰力矩MYadd、施加的横向力FYadd以及施加的竖直力FZadd。
可以由以下方程(1)至(5)来表达车辆的横向、偏航、侧倾、俯仰以及法向运动(heave motion)的运动方程。
横向移动
Figure BDA0002557624730000071
偏航移动
Figure BDA0002557624730000072
侧倾移动
Figure BDA0002557624730000073
俯仰移动
Figure BDA0002557624730000074
法向移动
Figure BDA0002557624730000081
其中，m是车辆质量[kg]，ν是重心滑移角速度[rad/s]，ms是簧载质量[kg]，hac是重力侧倾力矩臂长度[m]，p是侧倾率[rad/s]，FYi是各个车轮的横向力[N]，V是车速[m/s]，γ是偏航率[rad/s]，IZ是车辆的偏航惯性矩[kg m2]以及li是各个车轮的轴线与车辆重心之间的前后距离[m](l1＝l2＝lf，l3＝l4＝lr，lf是前轮轴线与重心之间的距离[m]，lr是后轮轴线与重心之间的距离[m]，IXs是绕X轴线的簧载质量侧倾惯性矩[kgm2]，hS是簧载质量的重心高度[m]，Ti是各个车轮的半轮距[m](T1＝-T2＝Tf/2，T3＝-T4＝Tr/2)；Tf、Tr是前后轮距)，FZSi是因悬架装置而造成的各个车轮的竖直力变化，FZJi是各个车轮的自升力[N]，g是重力加速度[m/s2]，
Figure BDA0002557624730000084
是车辆侧倾角[rad]，IYs是绕车辆坐标系的Y轴线的簧载质量俯仰惯性矩[kg m2]，xtrc的二阶导数是由驾驶员的加速器操作而生成的纵向加速度[m/s2]并且FXGi是接触面前后力[N]。
可以通过以下步骤来计算xtrc的二阶导数(该二阶导数是由驾驶员的加速踏板操作而生成的前后加速度)：针对加速踏板位置PA和车速V参照预定的驱动力图来确定驾驶员需求驱动力，并且通过使用对动力装置7的响应度进行模拟的滤波器来处理确定的驾驶员需求驱动力。
在此，可以通过使用以下方程(6)，根据对应的车轮的转向角δi以及车速V来获得方程(1)和方程(2)中的各车轮的横向力FYi。
Figure BDA0002557624730000082
方程(6)中的各个车轮的转向角δi是由驾驶员的转向操作而造成的转向角，并且可以通过使用以下方程(7)，根据转向角δSW[rad]以及各个车轮的转向齿轮比的倒数κi来确定。
δi＝κiδSW (7)
可以由以下根据方程(6)和(7)的方程(8)来表达方程(1)和(2)中的各个车轮的车轮横向力FYi与对应的转向角δSW之间的关系。
Figure BDA0002557624730000083
可以通过使用以下方程(9)，根据各个车轮端处的悬架主弹簧刚度KSPGi、各个车轮端处的稳定器刚度KSTBi以及各个车轮端处的阻尼器阻尼系数Ci，来计算方程(3)(4)以及(5)中的各个车轮的因悬架而造成的竖直力变化FZSi。
Figure BDA0002557624730000091
在此，后缀j表示与由后缀i表示的车轮相对地横向定位的车轮。例如，如果后缀i表示左前轮，则j表示与左前轮相对定位的右前轮。另外，wi是在对应的车轮位置处的车体簧载质量的竖直速度[m/s]，并且zi是在对应的车轮位置处的车体簧载质量的竖直位移[m]。
可以根据由以下方程(10)和(11)表达的几何关系，来确定在对应的车轮位置处的簧载车体的竖直速度wi以及在对应的车轮位置处的簧载车体的竖直位移zi。
wi＝w+Tip-liq (10)
zi＝z+tiφ-liθ (11)
其中，wi是重心的竖直速度[m/s]，并且zi是重心的竖直位移[m]。
可以如以下方程(12)所示，通过使用各个车轮的竖直力变化量FZSi、静载荷FZ0i、横向力FYi、前后力FXGi、侧倾中心高度hi以及防俯仰角(anti-dive lift angle)θADi，来表达方程(3)、(4)以及(5)中的各个车轮的自升力FZJi。
Figure BDA0002557624730000092
可以如以下方程(13)所示，使用由驾驶员的制动操作而生成的前后加速度xbrk的二阶导数、各个车轮的制动力分配比ρi、各个车轮的因悬架而造成的竖直力变化量FZSi、各个车轮的自升力FZJi、各个车轮的静载荷FZ0i、各个车轮的横向力FYi以及各个车轮的转向角δi，来表达方程(4)和(12)中的前后力FXGi。
Figure BDA0002557624730000093
在此，各个车轮的制动力分配比ρi可以是预定的常数。可以通过参照根据制动器踏板位置PB和车速V确定的制动力图，并且通过用对制动装置20的响应度进行模拟的滤波器处理驾驶员要求的减速力，来计算xbrk的二阶导数，该二阶导数是由驾驶员的制动操作而生成的前后加速度。
根据前述，可以如以下方程(14)至(18)所给出的那样，对方程(1)至(5)进行整理。
Figure BDA0002557624730000101
Figure BDA0002557624730000102
Figure BDA0002557624730000103
Figure BDA0002557624730000104
Figure BDA0002557624730000105
在此，方程(14)至(18)中的Hm、HI、LMX、
Figure BDA00025576247300001010
NFY以及
Figure BDA00025576247300001011
正如下面所给出的那样。
Figure BDA0002557624730000106
Figure BDA0002557624730000107
当车辆行为状态变量为x时，可以由以下方程(20)和(21)来表达方程(14)至(18)，由矩阵u来表示根据控制动作生成的施加的力FYadd、FZadd、施加的力矩MXadd、MYadd以及MZadd。
Figure BDA0002557624730000108
Figure BDA0002557624730000109
由以下方程(22)给出方程(20)和(21)中的A和B。
Figure BDA0002557624730000111
例如，当偏航惯性矩、等效的转弯能力(cornering power)、转向齿轮比以及阻尼器阻尼系数由可能与实际车辆特性值不同的目标车辆特性值(上撇符号(')表示目标特性值)给出时，可以将生成受控目标车辆特性(理想车辆特性)的车辆运动表达如下。
横向移动
Figure BDA0002557624730000112
偏航移动
Figure BDA0002557624730000113
侧倾移动
Figure BDA0002557624730000114
俯仰移动
Figure BDA0002557624730000115
法向移动
Figure BDA0002557624730000116
可以如以下方程(28)所示来表达方程(23)和(24)中的各个车轮的横向力FYi'与目标车辆的转向角δSW之间的关系。
Figure BDA0002557624730000117
可以如以下方程(29)所给出的那样，表达方程(25)、(26)以及(27)中的因目标车辆的悬架而造成的各个车轮的竖直力变化量FZSi'。
Figure BDA0002557624730000118
可以如以下方程(30)那样，表达方程(26)的目标车辆的前后接地力(groundingforce)FXGi'。
Figure BDA0002557624730000121
方程(30)的δi'是目标车辆的各个车轮的转向角，并且可以如以下方程(31)所给出的那样进行表达。
δi＝κ′iδSW (31)
可以如以下方程(32)至(36)所给出的那样，对方程(23)至(27)进行重新整理。
Figure BDA0002557624730000122
Figure BDA0002557624730000123
Figure BDA0002557624730000125
Figure BDA0002557624730000126
可以如以下与方程(20)和(21)相对应的方程(37)和(38)所给出的那样，来表示方程(32)至(36)。在目标车辆模型中，FYadd、FZadd、MXadd、MYadd以及MZadd均为0并且是由u'给出的。x是车辆行为状态变量。
Figure BDA0002557624730000127
Figure BDA0002557624730000131
根据前述，可以通过使用以下将方程(37)代入方程(21)而获得的方程(39)并且对所获得的方程进行重新整理，来获得力矩/力u，该力矩/力应当在具有实际车辆参数的车辆的实际控制动作中加以施加，以展示具有目标车辆参数的车辆的车辆运动。
Figure BDA0002557624730000132
FF施加的力矩/力计算单元53通过以初始值0对方程(14)至(18)以及(32)至(36)所示的微分方程进行求解，来计算A(x)和A'(x)。然后，FF施加的力矩/力计算单元53通过使用各个时间点的转向角δi、车速V等来计算方程(39)，并且给出施加的偏航力矩MZadd、施加的侧倾力矩MXadd、施加的俯仰力矩MYadd、施加的横向力FYadd以及施加的竖直力FZadd。FF施加的力矩/力计算单元53通过使用基于方程(39)的模型，来计算施加的偏转力矩MZadd、施加的侧倾力矩MXadd、施加的俯仰力矩MYadd、施加的横向力FYadd以及施加的竖直力FZadd。
FF施加的力矩/力分配单元54将施加的偏转力矩MZadd、施加的侧倾力矩MXadd、施加的俯仰力矩MYadd、施加的横向力FYadd以及施加的竖直力FZadd分配成要由后轮转向装置15生成的RTC分配的FF1、要由动力分配装置9生成的SH分配的FF2、要由制动装置20生成的BRK分配的FF3以及要由阻尼器3D和5D生成的ADS分配的FF4。RTC分配的FF1、SH分配的FF2、BRK分配的FF3以及ADS分配的FF4的总和等于施加的力Fadd和施加的力矩Madd。各个分配的FF量FF1至FF4包括施加的力和施加的力矩中的至少一者。
FF施加的力矩/力分配单元54可以采用多种分配方法。例如，可以通过将预定的分配系数0至1乘以施加的力Fadd/施加的力矩Madd，来计算RTC分配量FF1、SH分配量FF2、BRK分配量FF3以及ADS分配量FF4。例如，RTC分配量FF1可以包括：通过将分配因子k1乘以施加的偏航力矩MZ而获得的值、通过将分配因子k2乘以施加的侧倾力矩MXadd而获得的值、通过将施加的分配因子k3乘以施加的俯仰力矩MYadd而获得的值、通过将分配因子k4乘以横向力FYadd而获得的值、以及通过将分配因子k5乘以施加的竖直力FZadd而获得的值。另外，可以向后轮转向装置15、动力分配装置9、制动装置20、阻尼器3D、5D赋予优先级，以使可以根据预定的优先级规则来分配施加的力Fadd/施加的力矩Madd。
如下文中所讨论的那样，FF施加的力矩/力分配单元54可以选择RTC分配量FF1、SH分配量FF2、BRK分配量FF3以及ADS分配量FF4。具体地，根据RTC分配量FF1、SH分配量FF2以及BRK分配量FF3来分配施加的横向力FYadd和施加的偏航力矩MZadd，并且根据ADS分配量FF4来分配施加的侧倾力矩MXadd、俯仰力矩MYadd以及竖直力FZadd。
可以如以下方程(40)和(41)所示来表达施加的横向力FYadd、施加的偏航力矩MZadd、后轮转向角δr以及矢量矩Mv之间的关系。
2KrκrδSW+FYadd＝2Krδr (40)
-2lrKrκrδSW+MZadd＝-2lrKrδr+MV (41)
根据方程(40)和(41)，可以如以下方程(42)和(43)所示，获得后轮转向角δr和矢量矩Mv。
Figure BDA0002557624730000141
MV＝lrFYadd+MZadd (43)
根据方程(42)，可以确定后轮转向角δr，即，RTC分配量FF1。应当尽可能通过SH分配量FF2来实现矢量矩Mv，并且应当通过BRK分配量FF3来实现超过SH分配量FF2的上限的部分。
可以如以下方程(44)至(46)所示，来表达施加的侧倾力矩MXadd、施加的俯仰力矩MYadd、施加的竖直力FZadd与要施加至单独车轮的施加的竖直力FZadd1、FZadd2、FZadd3以及FZadd4之间的关系(下标1、2、3以及4分别表示左前轮(fl)、右前轮(fr)、左后轮(rl)以及右前轮(rr))。
Figure BDA0002557624730000151
MYadd＝-lf(FZadd1+FZadd2)+lr(FZadd3+FZadd4) (45)
FZadd＝FZadd1+FZadd2+FZadd3+FZadd4 (46)
由于仅有三个方程来确定四个车轮的施加的竖直力从而解仍是不确定的，因此，引入了以下方程(47)和(48)所给出的侧倾力矩的前轴分配比RMXF。侧倾力矩前轴分配比RMXF是常数值，可以将该常数值设定成0到1之间的任何值。
MXaddf＝MXaddRMXF (47)
MXaddr＝MXadd(1-RMXF) (48)
通过对方程(44)至(48)进行重新整理，可如下文中所给出的那样，获得针对相应的车轮的施加的竖直力。
Figure BDA0002557624730000152
Figure BDA0002557624730000153
Figure BDA0002557624730000154
Figure BDA0002557624730000155
在此，可以从根据方程(49)至(52)的施加的竖直力FZadd1、FZadd2、FZadd3以及FZadd4中选择ADS分配FF量FF4。
车辆行为估计单元51根据车辆特性信息、前轮转向角δf以及车速V，来计算估计滑移角βr或重心滑移角，该估计滑移角或重心滑移角是估计发生于车辆1的。在此，下标“r”表示关于车辆1(实际车辆)的信息。
实际车辆的估计滑移角βr是车辆1的围绕其重心的估计滑移角。例如，可以根据以下方程(53)来计算实际车辆的估计滑移角βr。
Figure BDA0002557624730000156
其中，m是车辆重量、l是轴距，lf表示重心与前轴线之间的距离，lr表示重心与后轴线之间的距离，A是稳定性因子以及Kr是后轮转弯能力。可以将方程(53)中的变量m、l、lf、lr、A以及Kr替换成根据实际车辆规格信息获得的值。在其它实施方式中，可以根据前后加速度、横向加速度等来计算重心滑移角βr，并且可以通过使用卡尔曼(Kalman)滤波器来计算该重心滑移角。
目标车辆行为估计单元52根据前轮转向角δf和车速V以及预定目标车辆特性，来计算估计目标车辆滑移角βi(该估计目标车辆滑移角是估计发生于目标车辆的重心滑移角)和估计目标车辆偏航率γi(该估计目标车辆偏航率是估计发生于目标车辆的偏航率)。下标“i”表示有关目标车辆的信息。
在计算目标车辆的估计滑移角βi和估计偏航率γi方面，可以应用各种本身已知的方法。可以通过将目标车辆特性代入上述方程(53)来计算目标车辆的估计滑移角βi。另外，还可以根据以下方程(54)来计算目标车辆估计偏航率γi。
Figure BDA0002557624730000161
第一FB偏航力矩计算单元55根据车辆1的重心滑移角β，通过反馈控制来计算要施加于车辆1的第一FB偏航力矩MZFB1。第一FB偏航力矩计算单元55例如根据与PD控制相对应的以下方程(55)来计算第一FB偏航力矩MZFB1。在其它实施方式中，另外或者另选地，第一FB偏航力矩计算单元55可以通过P控制或PID控制来计算MZFB1。
Figure BDA0002557624730000162
第二FB偏航力矩计算单元56根据车辆1的偏航率γ，通过反馈控制来计算要施加于车辆1的第二FB偏航力矩MZFB2。第二FB偏航力矩计算单元56例如通过使用与PD控制相对应的以下方程(56)来计算第二FB偏航力矩MZFB2。在其它实施方式中，另外或者另选地，第二FB偏航力矩计算单元56可以通过P控制或PID控制来计算MZFB2。
Figure BDA0002557624730000163
FB偏航力矩计算单元57根据第一FB偏航力矩MZFB1和第二FB偏航力矩MZFB2来计算FB偏航力矩MZFB。FB偏航力矩计算单元57例如通过将第一FB偏航力矩MZFB1与第二FB偏航力矩MZFB2相加来计算FB偏航力矩MZFB。此外，FB偏航力矩计算单元57可以使用第一FB偏航力矩MZFB1的值和第二FB偏航力矩MZFB2的值中的较小者或较大者，或者第一FB偏航力矩MZFB1的值和第二FB偏航力矩MZFB2的值的平均值，作为FB偏航力矩MZFB。
波形处理单元58对从FB偏航力矩计算单元57输出的FB偏航力矩MZFB的波形进行平滑处理，并且输出经平滑处理的FB偏航力矩MZFB'。经平滑处理的FB偏航力矩MZFB'消除了所述值的突然变化。
衰退增益计算单元59根据经平滑处理的FB偏航力矩MZFB'来设定第一衰退增益G1至第四衰退增益G4。第一衰退增益G1是与RTC分配FF量FF1相对应的增益，第二衰退增益G2是与SH分配FF量FF2相对应的增益，第三衰退增益G3是与BRK分配FF量FF3相对应的增益，并且第四衰退增益G4是与ADS分配FF量FF4相对应的增益。图4是示出FB偏航力矩MZFB与第一衰退增益G1至第四衰退增益G4之间的关系的图。随着FB偏航力矩MZFB的增加，第一衰退增益G1的值、第二衰退增益G2的值、第三衰退增益G3的值以及第四衰退增益G4的值是以第一衰退增益G1、第二衰退增益G2、第三衰退增益G3以及第四衰退增益G4的次序一个接一个地减小的。
RTC分配FF量校正单元61通过将RTC分配FF量FF1与第一衰退增益G1相乘，来计算经校正的RTC分配FF量FF1'(MFF1'＝MFF1×G1)。
SH分配FF量校正单元62通过将SH分配FF量FF2与第二衰退增益G2相乘，来计算经校正的SH分配FF量FF2'(MFF2'＝MFF2×G2)。
BRK分配FF量校正单元63通过将BRK分配FF量FF3与第三衰退增益G3相乘，来计算经校正的BRK分配FF量FF3'(MFF3'＝MFF3×G3)。
ADS分配FF量校正单元64通过将ADS分配FF量FF4与第四衰退增益G4相乘，来计算经校正的ADS分配FF量FF4'(MFF4'＝MFF4×G4)。
RTC控制单元65根据经校正的RTC分配量FF1'，来计算后轮转向装置15的目标控制量，并且根据该目标控制量对后轮转向装置15进行控制。
SH控制单元66根据经校正的SH分配量FF2'，来计算动力分配装置9的目标控制量，并且根据该目标控制量对动力分配装置9进行控制。
BRK控制单元67将经校正的BRK分配FF量FF3'与FB偏航力矩MZFB相加，根据该相加的值来计算经由制动装置20的各个车轮的制动力的目标控制量，并且根据相应的目标控制量对各个车轮的制动力进行控制。
ADS控制单元68根据经校正的ADS分配量FF4'，来计算各个阻尼器3D、5D的目标控制量，并且根据对应的目标控制量对阻尼器3D、5D进行控制。
根据上面的配置，当车辆1的行为接近极限行驶区域，并且FB偏航力矩MZFB增加时，第一衰退增益G1的值至第四衰退增益G4的值从1变成0，并且抑制了经校正的RTC分配量FF1'、经校正的SH分配量FF2'、经校正的BRK分配量FF3'以及经校正的ADS分配量FF4'。结果，抑制了前馈控制的过度控制动作，并且可以使车辆1的行为变稳定。
根据对应的行为控制装置的特性来设定第一衰退增益G1至第四衰退增益G4。在车辆1的极限行驶条件范围内，通过以后轮转向装置15、动力分配装置9、制动装置20以及阻尼器3D和5D的次序将前馈控制量减小，来使车辆的行为变稳定。对于相同的控制量，后轮转向装置15、动力分配装置9、制动装置20、阻尼器3D、5D皆可以按它们几者的次序来对车辆的行为产生越来越大的影响。因此，可以响应于FB偏航力矩MZFB的增加，通过以第一衰退增益G1至第四衰退增益G4的次序将所述值减小，来恰当地抑制后轮转向装置15、动力分配装置9、制动装置20以及阻尼器3D、5D的前馈控制量。
本发明已经按照具体实施方式进行了描述，但是不受这样的实施方式所限制，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下以各种方式进行修改。在上述实施方式中，根据FB偏航力矩MZFB来计算第一衰退增益G1至第四衰退增益G4，但是在其它实施方式中，可以根据由FB偏航力矩MZFB计算出的对应的行为控制装置的目标控制量，来计算第一衰退增益G1至第四衰退增益G4。
当认为车辆1表现出所规定的程度的过度转向趋势时，衰退增益计算单元59可以将第一衰退增益G1至第四衰退增益G4中的各个衰退增益设定成0至1之间的值。当认为车辆1未表现出过度转向趋势时，将第一衰退增益G1至第四衰退增益G4设定成值1，而不考虑FB偏航力矩MZFB的值。例如，通过确定目标车辆的估计偏航率γi与实际偏航率γR之间的偏差是否在预定的范围内，来确定车辆1是否表现出过度转向趋势。
在前述实施方式中，由制动装置20生成了FB偏航力矩MZFB，但是也可以由后轮转向装置15、动力分配装置9和/或阻尼器3D、5D来生成FB偏航力矩MZFB。另外，可以以与后轮转向装置15、动力分配装置9、制动装置20以及阻尼器3D、5D相对应的方式，来分配FB偏航力矩MZFB。
在前述实施方式中，通过考虑由驾驶员的加速器踏板操作所生成的前后加速度(xTRC的二阶导数)，和由驾驶员的制动器踏板操作所生成的前后加速度(xBRK的二阶导数)，来计算施加的力矩和施加的力。然而，在其它实施方式中，可以在不需要考虑由驾驶员的加速器操作所生成的前后加速度(xTRC的二阶导数)或者由驾驶员的制动操作所生成的前后加速度(xBRK的二阶导数)的情况下，来计算施加的力矩和施加的力。

Claims (10)

1.一种车辆控制系统，所述车辆控制系统对用于控制车辆的行为的行为控制装置进行控制，所述车辆控制系统包括：
前馈计算单元，所述前馈计算单元根据所述车辆的转向角，来计算所述行为控制装置的前馈控制量；
反馈计算单元，所述反馈计算单元根据从所述转向角计算出的目标车辆状态变量与实际车辆状态变量之间的差异，来计算所述行为控制装置的反馈控制量；
校正单元，所述校正单元通过根据所述反馈控制量对所述前馈控制量进行校正，来计算经校正的前馈控制量；以及
目标控制量计算单元，所述目标控制量计算单元根据所述反馈控制量和所述经校正的前馈控制量，来计算所述行为控制装置的目标控制量。
2.根据权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述校正单元被配置成，根据所述反馈控制量来设定0至1的衰退增益，并且通过将所述前馈控制量与所述衰退增益相乘来计算所述经校正的前馈控制量，所述衰退增益随着所述反馈控制量的增加而从1减小至0。
3.根据权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述行为控制装置包括多个行为控制装置，并且
其中，所述车辆控制系统还包括前馈控制量分配单元，所述前馈控制量分配单元对要被分配给所述多个行为控制装置中的各个行为控制装置的分配前馈控制量进行计算，所述校正单元被配置成，通过根据对应的反馈控制量，以单独的校正量对对应的前馈控制量进行校正，来计算各个行为控制装置的经校正的分配前馈控制量。
4.根据权利要求3所述的车辆控制系统，其中，所述校正单元被配置成，根据对应的反馈控制量为所述分配前馈控制量中的各个分配前馈控制量设定0至1的衰退增益，并且通过将各个衰退增益与对应的分配前馈控制量相乘来计算所述经校正的分配前馈控制量，所述衰退增益随着所述反馈控制量的增加而从1减小至0。
5.根据权利要求4所述的车辆控制系统，其中，所述行为控制装置包括：改变后轮的转向角的后轮转向装置；以及动力分配装置，所述动力分配装置将由动力装置生成的驱动动力分配给所述车辆的各个车轮，并且所述后轮转向装置的分配前馈控制量的衰退增益比所述动力分配装置的分配前馈控制量的衰退增益更早地随着所述反馈控制量的增加而减小。
6.根据权利要求4所述的车辆控制系统，其中，所述行为控制装置包括：动力分配装置，所述动力分配装置将由动力装置生成的驱动动力分配给所述车辆的各个车轮；以及制动装置，所述制动装置单独生成各个车轮的制动力，并且所述动力分配装置的分配前馈控制量的衰退增益比所述制动装置的分配前馈控制量的衰退增益更早地随着所述反馈控制量的增加而减小。
7.根据权利要求4所述的车辆控制系统，其中，所述行为控制装置包括：制动装置，所述制动装置单独生成各个车轮的制动力；以及阻尼器，所述阻尼器具有可变阻尼因子并且被设置用于各个车轮，并且所述制动装置的分配前馈控制量的衰退增益比所述阻尼器的分配前馈控制量的衰退增益更早地随着所述反馈控制量的增加而减小。
8.根据权利要求4所述的车辆控制系统，其中，所述行为控制装置包括：改变后轮的转向角的后轮转向装置；动力分配装置，所述动力分配装置将由动力装置生成的驱动动力分配给所述车辆的各个车轮；制动装置，所述制动装置单独生成各个车轮的制动力；以及阻尼器，所述阻尼器具有可变阻尼因子并且被设置用于各个车轮，并且
所述后轮转向装置的分配前馈控制量的衰退增益、所述动力分配装置的分配前馈控制量的衰退增益、所述制动装置的分配前馈控制量的衰退增益以及所述阻尼器的分配前馈控制量的衰退增益是以所述后轮转向装置的分配前馈控制量的衰退增益、所述动力分配装置的分配前馈控制量的衰退增益、所述制动装置的分配前馈控制量的衰退增益以及所述阻尼器的分配前馈控制量的衰退增益的次序，随着所述反馈控制量的增加而减小的。
9.根据权利要求2所述的车辆控制系统，其中，所述校正单元被配置成，确定所述车辆是否表现出过度转向趋势，并且如果确定没有过度转向趋势，则将衰退增益设定成1，而不考虑所述反馈控制量的值。
10.根据权利要求4所述的车辆控制系统，其中，所述校正单元被配置成，确定所述车辆是否表现出过度转向趋势，并且如果确定没有过度转向趋势，则将衰退增益设定成1，而不考虑所述反馈控制量的值。
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