CN113002619A - 用于控制后车轮转向的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制后车轮转向的装置及方法。所述装置包括转弯状态估算器，其从转向角传感器获取转向角信息，并且通过从转向角信息计算所需的转向速度来估算转弯状态。正常状态横向加速度预测器响应于确定出所需的转向速度大于或等于速度阈值来预测正常状态横向加速度，以匹配所需的转向速度。后车轮转向角计算器基于转向角和横向加速度来计算后车轮转向角。

Description

用于控制后车轮转向的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制能够进行后车轮驱动的车辆转向的装置及方法。
背景技术
四轮驱动车辆可以同时将动力传递到四个车轮，因此与两轮驱动车辆相比，其在稳定性和驱动平衡方面显示出优异的性能。四轮驱动根据驾驶员在转向过程中的转向角和转向速度来控制或调整后车轮的转向。如相关技术的图1所示，在低速时，通过在与驾驶员转向相反的方向上执行后车轮转向(例如，异相控制)来减小车辆的转弯半径，以及在高速时，在与驾驶员转向相同的方向上执行后车轮转向(例如，同相控制)，以提高高速转弯期间的稳定性。
然而，根据如上所述的现有技术的四轮驱动系统，在驾驶员的转向期间连续发生后车轮转向，与两轮驱动相比这可能导致发生转向不均匀。在驾驶员的转向期间，车辆以转向角发生、横摆率发生和侧倾角发生的顺序移动。具体地，随着转向角与横摆率之间或横摆率与侧倾角之间的延迟增加，驾驶员会感到车辆的操纵反应变慢。在高速同相控制期间，发生低横摆率，因此驾驶员难以体验到快速的转向感。
以上背景技术的描述仅仅旨在帮助理解本发明的背景技术，并非旨在意为本发明落入本领域普通技术人员已知的现有技术的范围内。
发明内容
本发明提供了一种用于控制后车轮转向的装置及方法，其通过在驾驶员转向期间控制或调整后车轮转向来减少横摆率-侧倾延迟时间，从而在转弯期间为驾驶员提供整体感。
本发明的其它目的和优点可以通过如下描述而理解，并且参考本发明的具体实施方案而变得清楚。另外，本发明所属领域的技术人员显而易见的是，本发明的目的和优点可以通过要求保护的手段或其组合而实现。
在本发明的一个方面，用于控制后车轮转向的装置可以包括：转弯状态估算器，其配置为从转向角传感器获取转向角信息，并且通过从转向角信息计算所需的转向速度来估算转弯状态；正常状态横向加速度预测器，其配置为响应于确定出所需的转向速度大于或等于速度阈值来预测正常状态横向加速度，以匹配所需的转向速度；以及后车轮转向角计算器，其配置为根据转向角和横向加速度来计算后车轮转向角。
具体地，正常状态横向加速度预测器通过映射转向角和车轮速度信息来预测横向加速度。此外，所述装置可以进一步包括转向意图确定器，其配置为从转向扭矩传感器获取转向扭矩信息，并通过转向扭矩信息来确定驾驶员的转弯意图。转弯状态估算器可以配置为响应于确定出转向扭矩大于或等于扭矩阈值来估算转弯状态。
在本发明的另一方面，控制后车轮转向的方法可以包括：计算转向速度；将转向速度与速度阈值进行比较；响应于确定出转向速度大于或等于速度阈值计算横向加速度，以匹配转向速度；基于横向加速度计算后车轮转向角。
所述方法可以进一步包括：响应于确定出转向速度小于速度阈值，减少后车轮转向角控制量。此外，计算横向加速度可以包括：通过映射从转向角传感器获取的转向角信息和从车轮速度传感器获取的车轮速度信息来计算横向加速度。此外，所述方法可以包括：在计算转向速度之前比较转向扭矩和扭矩阈值。响应于确定出转向扭矩大于或等于扭矩阈值，可以计算转向速度，而响应于确定出转向扭矩小于扭矩阈值，可以结束控制。
基于根据本发明的用于控制后车轮转向的装置及方法，由于在转向的初始阶段在后车轮处快速产生横向力，因此可以减少横摆率与侧倾角的发生的延迟时间，因此，可以在转弯期间为驾驶员提供整体感。此外，在转向的初始阶段，可以减少前车轮和后车轮的侧滑大小和变化幅度，从而可以稳定地转弯，以提高车辆的稳定性。此外，在转弯的正常状态下，通过后车轮转向控制量的减少，可以使驾驶员因后车轮转向而感受到的不均匀最小化。
应当了解，本发明的前面的总体描述和如下的详细描述均仅为示例性和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步的解释。
附图说明
通过下文结合附图所呈现的详细描述将会更为清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征以及其他优点，在这些附图中：
图1是示出根据相关技术的通常后车轮转向系统的图；
图2是示出根据本发明示例性实施方案的用于控制后车轮转向的装置的配置的框图；
图3是示出根据本发明示例性实施方案的根据时间的后车轮转向控制状态的图；
图4是按顺序示出根据本发明示例性实施方案的用于控制后车轮转向的方法的图；
图5是示出根据本发明示例性实施方案的后车轮转向系统的示例的图；
图6是示出根据本发明示例性实施方案的侧倾角的变化的图；以及
图7是示出根据本发明示例性实施方案的轮胎侧滑的变化的图。
具体实施方式
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非化石能源的燃料)。正如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
虽然示例性的实施方案描述为使用多个单元以执行示例性的过程，但是应当理解，示例性的过程也可以由一个或多个模块执行。此外，应当理解的是，术语控制器/控制单元指代的是包含有存储器和处理器的硬件设备。该存储器配置为存储模块，并且处理器具体配置为执行所述模块以执行以下进一步描述的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质，其包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪盘驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质可以进一步分布在网络连接的计算机系统上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)以分布方式存储和执行。
本文所使用的术语仅为了描述特定实施方案的目的，并非旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚的说明。还将理解当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括了”时，指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何和所有组合。
除非特别声明或者从上下文显而易见的，如本文所使用的，术语“约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“大约”可被理解为在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文清楚的知道，否则本文中提供的所有数值通过术语“大约”来修饰。
将参照附图详细地描述本发明的上述目的、特征和优点，相应地，本发明所属领域的普通技术人员将能够充分理解和容易地实现本发明的技术构思。
在描述本发明的示例性实施方案时，在确定不必要的细节使本发明的主题模糊时，将减少或省略与本发明相关的众所周知的技术的详细描述。
图2是示出根据本发明的用于控制后车轮转向的装置的配置的框图，图3是示出根据本发明的根据时间的后车轮转向控制状态的图。以下，参照图2和图3，将描述根据本发明的示例性实施方案的用于控制后车轮转向的装置。
根据本发明的用于控制后车轮转向的装置使车辆在通过驾驶员的转向而转弯期间的横摆率-侧倾延迟时间最小化，从而在转弯期间为驾驶员提供整体感。此外，为了快速产生侧倾，应当快速产生后车轮轮胎的横向力。为此，根据本发明，后车轮转向可以被调整，以预测驾驶员在驾驶员转向的初始状态(瞬态)预先期望的横向加速度，并且可以快速生成驾驶员在瞬态中期望的横向加速度。
此后，当车辆进入正常状态时，可以减少控制量，以使后车轮转向控制的不均匀感最小化。根据本发明的用于控制后车轮转向的装置10可以包括：转向意图确定器11、转弯状态估算器12、正常状态横向加速度预测器13和后车轮转向角计算器14。每个组件都可以由控制器操作。用于控制后车轮转向的装置10可以实施为电子控制单元(ECU)的部分配置和功能，或者可以单独配置。
用于控制后车轮转向的装置10可以配置为：通过利用转向扭矩传感器、转向角传感器和车轮速度传感器的传感器测量值，依次计算横向加速度和后车轮转向角，来控制或调整后车轮转向致动器。首先，转向意图确定器11可以配置为基于从转向扭矩传感器获取的转向扭矩信息来确定驾驶员的转弯意图。因此，如果由于没有转弯意图的干扰(例如，颠簸或舷窗)而发生转向，则转向意图确定器11防止对后车轮转向控制进行干预。
转弯状态估算器12可以配置为：通过对从转向角传感器获取的转向角信息进行微分来计算驾驶员期望的转向速度，以确定当前状态是驾驶员转向期间的转弯瞬态还是转弯正常状态。此外，正常状态横向加速度预测器13可以配置为：基于从转向角传感器和车轮速度传感器获取的转向角和车轮速度信息来预测驾驶员期望的正常状态横向加速度。
后车轮转向角计算器14则可以配置为：基于驾驶员在转弯瞬态中的转向角和驾驶员期望的横向加速度信息来计算后车轮转向角，以快速生成后车轮轮胎横向力。此后，当车辆进入转弯正常状态时，可以减少后车轮转向控制量，以减少后车轮转向控制引起的不均匀感。
另一方面，将参照图3，通过相互区分转弯瞬态和转弯正常状态，更详细地描述横向加速度大小预测和后车轮转向角大小确定。首先，在转弯瞬态状态下，转向意图确定器11可以配置为检测驾驶员转向扭矩的变化，并且操作用于控制后车轮转向的装置。
此外，转弯状态估算器12可以配置为：通过转向角微分来检测转向速度是快速，并确定已进入转弯瞬态。然后，正常状态横向加速度预测器13可以配置为预测驾驶员期望的横向加速度的大小，横向加速度的大小可以通过以下表达式来预测。
数学表达式1：
Figure BDA0002480150220000061
Ay：预测的横向加速度
vx：车辆速度(车轮速度)
L：轴距
k：车辆特征系数
δsw：转向角
λ：转向比
如上所述，可以预测横向加速度，最后，后车轮转向角计算器14可以配置为计算后车轮转向角，用于产生后车轮轮胎的横向力以快速产生横向加速度。此外，在转弯正常状态下，转向意图确定器11可以配置为检测驾驶员的转向角和剩余转向扭矩，并且连续操作用于控制后车轮转向的装置以处理驾驶员的附加转向。
转弯状态估算器12可以配置为：识别出转向速度非常低(例如，小于预定阈值)，并且确定已进入转弯正常状态。因此，正常状态横向加速度预测器13不预测驾驶员在转弯正常状态下期望的横向加速度大小。此外，后车轮转向角计算器14可以配置为减少后车轮转向控制剩余量，以减少在转弯正常状态下由后车轮转向控制引起的驾驶员的不均匀感。
同时，在转弯瞬态和转弯正常状态下，后车轮转向角的计算可以如下进行。首先，在转弯瞬态下，后车轮转向角计算器14可以配置为在与驾驶员转向角相同的方向上调整后车轮转向角，以便在转向的初始阶段提前增大在转弯正常状态下产生的横向力，后车轮转向角大小可以由以下表达式确定。
数学表达式2：
Figure BDA0002480150220000071
此外，如果后车轮控制量保持在转弯正常状态，则会给驾驶员提供转向不均匀感，从而可能要逐渐减少剩余的后车轮转向控制量。具体地，后车轮转向角的大小可以由以下表达式确定。
数学表达式3：
Figure BDA0002480150220000072
在数学表达式2和数学表达式3中，系数的定义如下。
Crws：后车轮转向增益
τ：后车轮转向时间系数
k：控制量降低系数
如上所述，根据本发明的用于控制后车轮转向的装置通过上述配置执行控制操作。在下文中，基于此，将参照图4描述根据本发明的用于控制后车轮转向的方法。本文下面描述的方法可以由控制器执行。
用于控制后车轮转向的装置10可以配置为从诸如转向扭矩传感器、转向角传感器和车轮速度传感器等传感器接收信息(S11)，并且转向意图确定器11可以配置为将转向扭矩与扭矩阈值Tq_Thd进行比较(S12)。作为比较结果，响应于确定出转向扭矩大于或等于扭矩阈值，可以检测到驾驶员的转弯意图，并且可以开始后车轮转向控制。然而，响应于确定出转向扭矩小于扭矩阈值，可以结束后车轮转向控制。
通过后车轮转向控制启动，转弯状态估算器12可以配置为计算转向速度(S13)。此外，转弯状态估算器12可以配置为将转向速度与速度阈值Spd_Thd进行比较(S14)。作为将转向速度与速度阈值进行比较的结果，响应于确定出转向速度大于或等于速度阈值，转弯状态估算器12可以配置为确定出当前状态为转弯瞬态。响应于确定出转向速度小于速度阈值，转弯状态估算器12可以配置为确定出当前状态为转弯正常状态。
作为结果，当确定为转弯瞬态时，正常状态横向加速度预测器13可以配置为利用转向角和车轮速度来计算驾驶员期望的横向加速度(S15)。此外，基于在S15计算出的横向加速度，后车轮转向角计算器14可以配置为计算相应的后车轮转向角(S16)，并且根据计算值操作后车轮致动器。
相反，作为S14的确定结果，当确定为转弯正常状态时，后车轮转向角计算器14可以配置为计算相应的后车轮转向角，并减少剩余的后车轮转向控制量(S17)。此外，可以将根据本发明的上述控制方法与现有控制方法相结合。换言之，参照图5，如上文参照附图所述，通过将低速时的异相控制与高速时的同相控制相结合，基于驾驶员的转向角，可以在转弯瞬态的快速控制之后执行同相控制。
如上所述，如图6所示，基于根据本发明的用于控制后车轮转向的装置及方法，由于在转向的初始阶段在后车轮处快速产生横向力，因此可以减少横摆率与侧倾发生的延迟时间，因此，在转弯期间可以为驾驶员提供整体感。此外，如图7所示，在转向的初始阶段，可以减少前车轮和后车轮的侧滑大小和变化幅度，从而可以更稳定地转弯，以提高车辆的稳定性。此外，在转弯正常状态下，通过减少后车轮转向控制量，可以使驾驶员因后车轮转向而感受到的不均匀感最小化。
虽然已经参考示例性附图描述了本发明，但是对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，本发明不限于所描述的示例性实施方案，并且可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和修改。因此，这种改变和修改应当属于本发明的权利要求，并且应当基于所附权利要求来解释本发明的权利。

Claims (9)

1.一种用于控制后车轮转向的装置，其包括：
转弯状态估算器，其配置为从转向角传感器获取转向角信息，并且通过从转向角信息计算所需的转向速度来估算转弯状态；
正常状态横向加速度预测器，其配置为响应于确定出所需的转向速度大于或等于速度阈值来预测正常状态横向加速度，以匹配所需的转向速度；以及
后车轮转向角计算器，其基于转向角和横向加速度来计算后车轮转向角。
2.根据权利要求1所述的用于控制后车轮转向的装置，其中，所述正常状态横向加速度预测器配置为通过反映转向角和车轮速度信息来预测横向加速度。
3.根据权利要求1所述的用于控制后车轮转向的装置，其进一步包括：
转向意图确定器，其配置为从转向扭矩传感器获取转向扭矩信息，并利用转向扭矩信息来确定驾驶员的转弯意图。
4.根据权利要求3所述的用于控制后车轮转向的装置，其中，所述转弯状态估算器配置为响应于确定出转向扭矩大于或等于扭矩阈值来估算转弯状态。
5.一种控制后车轮转向的方法，其包括：
由控制器计算转向速度；
由控制器将转向速度与速度阈值进行比较；
响应于确定出转向速度大于或等于速度阈值，由控制器计算横向加速度以匹配转向速度；
由控制器基于横向加速度来计算后车轮转向角。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：
响应于确定出转向速度小于速度阈值，由控制器减少后车轮转向角控制量。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，计算横向加速度包括：
由控制器通过反映从转向角传感器获取的转向角信息和从车轮速度传感器获取的车轮速度信息来计算横向加速度。
8.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：
在计算转向速度之前，由控制器将转向扭矩与扭矩阈值进行比较。
9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：
响应于确定出转向扭矩大于或等于扭矩阈值，由控制器计算转向速度；
响应于确定出转向扭矩小于扭矩阈值，由控制器终止所述方法。
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