CN113474237A - 用于估计横拉杆力并控制车辆的转向的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于控制车辆的转向的系统和方法，其包括处理器、与处理器通信的速度传感器、与处理器通信的转向角度传感器、与处理器通信的加速度计以及与处理器通信的转向角度控制器。该处理器被配置为从加速度计接收车辆的加速度以及从速度传感器接收速度，利用查找表横拉杆力估计查找表确定估计的横拉杆力，并且指示方向盘角度控制器向转向扭矩施加基本上等于估计的横拉杆力的附加力。

Description

用于估计横拉杆力并控制车辆的转向的系统和方法

相关申请的交叉引用

本PCT申请根据35U.S.C.§119的规定，要求2019年3月22日提交的美国专利申请号16/362,151的优先权，其内容全文以引用方式并入本文。

背景技术

1.技术领域

本发明整体涉及用于控制机动车辆的转向的系统和方法。

2.相关领域

就自主车辆而言，自主车辆根据其自主程度通常具有控制车辆的转向和速度两者的能力。一个重大挑战涉及控制转向，以便补偿在车辆被操作时自身呈现的动态力。这些力中的一种力是来自悬架的横拉杆力反馈。

横拉杆是常规机动车辆中转向机构的一部分。横拉杆由内端和外端组成。该横拉杆将力从转向中心联接件或齿条齿轮传递到安装到球形接头的转向节，该球形接头允许围绕大致竖直的(但稍微倾斜的)轴线旋转。这将导致转向轮转动。外横拉杆端与调节套管连接，该调节套管允许横拉杆的长度可调节。该调节用于设定车辆的对准角度或前束。

当为车辆做出自动转向决策时，可以虑连横拉杆反馈。存在显著的非对称行为，这使得控制转向成为挑战。一般来讲，典型的方法是具有用于估计横拉杆力的更复杂的转向系统模型。

然而，尽管用于估计横拉杆力的这种更复杂的转向系统模型是有效的，但它是极其处理器密集的并难以实现。

发明内容

用于控制车辆的转向的系统和方法包括处理器、与处理器通信的速率传感器、与处理器通信的转向角度传感器、与处理器通信的加速度计以及与处理器通信的转向角度控制器。该处理器被配置为从加速度计接收车辆的加速度以及从速率传感器接收速率，利用横拉杆力估计查找表确定估计的横拉杆力，并且指示方向盘角度控制器将基本上等于估计或期望的横拉杆力的附加力施加到转向扭矩。

在参考附加于本说明书中并构成本说明书的一部分的附图和权利要求书查看以下描述后，本发明的其他目的、特征和优点对本领域的技术人员将变得显而易见。

附图说明

图1示出了具有用于控制车辆的转向的系统的该车辆的框图；

图2示出转向控制系统的框图；

图3示出了节气门控制系统和制动器控制系统的框图；并且

图4示出了用于控制估计横拉杆力和控制车辆的转向的方法。

具体实施方式

参考图1，示出了机动车辆100。应当理解，车辆100可以是能够将人或物品从一个点运输到另一个点的任何类型的车辆。因此，车辆可以是小汽车、卡车、商用车辆、牵引车拖车、农用牵引车、采矿车辆等。同样，车辆100可以是任何类型的车辆，只要其能够将人或物品从一个位置运输到另一个位置即可。

这里，车辆100包括处理器102。该处理器102可以是单个处理器，或者可以是协同工作的多个处理器。一般来讲，处理器被布置在车辆100的内部内。该处理器102可单独地连接到存储器设备103或可结合存储器设备103。在本文，存储器设备103被示出为集成在处理器102内，但应当理解，存储器设备103可与处理器102分开。该存储器设备103可以是能够存储数字信息的任何类型的存储器设备。因此，存储器设备103可以是固态存储器设备、光学存储器设备、磁存储器设备等。该存储器设备可包括指令105和/或其他数据，诸如查找表。就指令而言，指令可包括用于执行本说明书中公开的方法中的任一种方法的可执行代码。

处理器102可连接到用于感测车辆的不同物理参数的多个不同传感器。例如，处理器102可与速度传感器104通信。该速度传感器104可以是安装和布置在车辆100内的车轮速率传感器，以便能够确定车辆的至少一个道路行进车轮106的车轮速率。当然，应当理解，车辆100可具有用于该车轮中的每个车轮的多个车轮速率传感器。

另外，车辆100可包括加速度计108，该加速度计也与处理器102通信。加速度计108能够确定车辆100的加速度并且安装在车辆中以完成该任务。加速度计108可测量多个方向中的任何一个方向的加速度，包括纵向加速度和横向加速度。该车辆100还可包括方向盘角度传感器110，该方向盘角度传感器被配置为确定车辆100的方向盘角度。

处理器102可以连接到能够控制车辆100的多个不同车辆系统。例如，处理器102可与转向控制系统112通信。该转向控制系统112可以连接到转向系统，该转向系统基于来自处理器102的指令来基本上控制车辆100的转向。

处理器102还可与节气门控制系统114通信。该节气门控制系统114被配置为控制车辆的发动机的节气门位置，从而控制施加的扭矩。当车辆的发动机的节气门位置改变时，可以指示车辆改变速率。

处理器102还可与制动器控制系统116通信，如被配置用于控制车辆的制动器。车辆的制动器允许车辆减速和/或保持在停止位置。制动器控制系统116从处理器102接收指令并且能够经由制动致动器来致动车辆制动器，以便减慢车辆100或使其保持在停止位置。应当理解，制动器控制系统116中的节气门控制系统114可结合在单个控制单元内。这可能是因为控制车辆的制动器和/或节气门的能力都与控制车辆的速度相关。

处理器102还可与自主车辆控制系统120通信，该自主车辆控制系统向处理器提供指令以将这些指令中继到车辆控制系统中的任何一个车辆控制系统，诸如转向控制系统112、节气门控制系统114和/或制动控制系统116。例如，自主车辆控制系统120可以向处理器102提供指令以加速车辆、减慢车辆、应用制动器以及其他命令。这些命令可被布置作为命令阵列。

参见图2，示出了转向控制系统112的更详细的图。这里，该转向控制系统接收待转向的车辆的目标偏航率202。反向偏航增益模块204确定目标路轮角度206。转向比率模块208获取目标路轮角度206并创建目标手轮角度210。自此，转向角度控制器212获取目标手轮角度210并确定要施加到转向系统216的扭矩量214。

自此，当转向系统216使车辆转向时，手轮(即，方向盘)角度改变并被反馈回到转向角度控制器212中。自动化控制器220也可用于使车辆偏航率确定自动化。

参见图3，示出了节气门控制系统114和制动器控制系统116的更详细视图。可以理解，节气门控制系统114和制动器控制系统116可以是单独的部件或者可以集成在一起，如图3所示。

此处，滤波和估计模块304接收目标速率302。滤波估计模块304确定目标速率302并从目标速率302确定目标加速度306。此外，滤波估计模块304确定可由速度传感器104提供的实际速率308，如前所述，该速度传感器可以是车轮速率传感器。

还示出了切换装置310。该切换装置310确定是否应控制节气门或制动器。该切换装置310可具有同时控制节气门和制动器两者的能力。这里，节气门控制器312与节气门主体314连通，该节气门主体然后调节车辆100的节气门踏板位置316。通过调节节气门位置，可以减慢或加速车辆。

如果利用了制动系统，则利用制动查找表318，以便基于目标速率302、目标加速度306和实际速率308来确定应当利用多少制动力。该查找表向数据速率制动箱320提供适当量的制动压力，该数据速率制动箱继而调整车辆100的制动踏板位置322。制动器查找表可以存储在图1的存储器设备103内。这样，可以施加和去除车辆的制动，并且可以经由制动致动器向制动踏板或者制动致动汽缸施加一定量的压力。这最终导致车辆速率324，该车辆速率随后被反馈到滤波和估计模块304中。

参见图4，示出了用于控制车辆400的方法。在步骤402中，处理器102被配置为从加速度计108接收车辆在来自速度传感器104的速度下的加速度。在步骤404中，处理器102被配置为使用查找表估计横拉杆力。该查找表可以存储在图1的存储器设备103内。该查找表输出应当施加到转向的附加力的量。此后，在步骤406中，处理器102被配置为指示转向控制系统112将基本上等于估计的横拉杆力的附加力施加到转向扭矩。此后，执行步骤406，该方法再次返回到步骤402。

基本上，前馈类型的补偿器被实现为抵消该横拉杆力。用于抵消该横拉杆力的该力可表示为：

扭矩_tr＝LUT(SWA_实际,v_实际)。

通过实验生成查找表(LUT)。该补偿器将减少查找表控制(l-control)的需要，使得改善瞬时响应。

根据本公开的各种实施方案，本文所述的方法可由能够由计算机系统执行的软件程序来实现。此外，在示例性非限制性实施方案中，具体实施可包括分布式处理、部件/对象分布式处理和并行处理。另选地，虚拟计算机系统处理可被构造成实现如本文所述的方法或功能中的一者或多者。

此外，本文所述的方法可体现在计算机可读介质中。术语“计算机可读介质”包括单个介质或多个介质，诸如集中式或分布式数据库，和/或存储一个或多个指令集的相关联的高速缓存和服务器。术语“计算机可读介质”还应包括能够存储、编码或携带用于由处理器执行或使得计算机系统执行本文所公开的方法或操作中的任何一个或多个方法或操作的指令集的任何介质。

本领域技术人员易于理解的是，以上描述的用意是举例说明本发明的原理。该描述并非旨在限制本发明的范围或应用，因为本发明易于改正、变更和改动，而不会脱离以下权利要求书所限定的本发明的实质。

Claims (9)

1.一种用于控制机动车辆的转向的系统，所述系统包括：

处理器；

转向角度传感器，所述转向角度传感器与所述处理器通信并安装在所述车辆内以检测转向角度；

速度传感器，所述速度传感器与所述处理器通信并安装在所述车辆内以检测所述车辆的速度；

加速度计，所述加速度计与所述处理器通信并安装在所述车辆内以检测所述车辆的加速度；

转向角度控制器，所述转向角度控制器与所述处理器通信，所述转向角度控制器被配置为将转向扭矩施加到转向系统以便使所述车辆转向；和

存储器，所述存储器与所述处理器通信，所述存储器包含横拉杆力估计查找表，其中所述横拉杆力估计查找表通过使用所述车辆的所述加速度和所述车辆的所述速度来提供估计的横拉杆力；

其中所述处理器被配置为：

从所述加速度计接收所述车辆的所述加速度并且从所述速度传感器接收所述速度，

利用所述横拉杆力估计查找表来确定所述估计的横拉杆力，以及

指示方向盘角度控制器向所述转向扭矩施加基本上等于所述估计的横拉杆力的附加力。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述速度传感器是车轮速率传感器。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述加速度计被配置为检测所述车辆的横向加速度。

4.一种用于控制机动车辆的转向的方法，所述方法包括以下步骤：

从安装到所述车辆的加速度计接收所述车辆的加速度并且从安装到所述车辆的速度传感器接收所述车辆的速度；

利用所述查找表横拉杆力估计查找表来确定估计的横拉杆力；以及

指示被布置在所述车辆中的所述方向盘角度控制器向所述转向扭矩施加基本上等于所述估计的横拉杆力的附加力。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括从安装在所述车辆内的转向角度传感器接收转向角度以检测所述转向角度。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述转向角度控制器被配置为向转向系统施加转向扭矩以便使所述车辆转向。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述横拉杆力估计查找表包括通过使用所述车辆的所述加速度和所述车辆的所述速度估计的横拉杆力。

8.根据权利要求4所述的方法，其中所述速度传感器是车轮速率传感器。

9.根据权利要求4所述的方法，其中所述加速度计被配置为检测所述车辆的横向加速度。

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