CN115891639A - 车辆控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆控制装置。在响应于线控转向型转向系统中的故障而执行车速控制的情况下，防止车辆在由车辆操作者的制动操作引起的速度降低之后加速。当检测到所述转向系统中的故障时，限速控制将所述车辆的行驶速度限制为低于上限速度，并且该限速控制被配置为：根据所限制的行驶速度来设定所述车辆的目标减速度，执行减速控制以使所述车辆的实际减速度变得接近所述目标减速度，并且在减速控制中限制所述实际减速度以防改变到加速度侧。

Description

车辆控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制设置在车辆中的线控转向型转向系统的控制装置。

背景技术

在线控转向型转向系统中，由驾驶员操作的方向盘和使车轮转向的齿条彼此机械地分离。方向盘的转向角由转向角传感器来检测，并且车轮由转向致动器根据转向角来转向。

在这种线控转向型转向系统中，提供了冗余来提高可靠性，但如果由于系统中的故障而失去冗余，则如果该系统在这种情况下继续使用，转向可能会变得困难。为此，在引起或可能引起冗余损失的异常情况下，有必要将车辆快速移动到诸如路肩的安全位置。

作为在线控转向型转向系统故障情况下用于控制车辆的技术，传统上已知在发电机故障的情况下通过限制车辆的行驶速度来降低电力消耗，使得可以确保车辆操作者用的转向系统具有足够的电力，以通过转向操作将车辆移动到安全位置。例如，参见JP5013312B。

在限制车辆的行驶速度作为线控转向型转向系统中的故障的对策时，如果车速仅限于某个上限速度，并且驾驶员施加制动，则制动操作暂时使车辆减速，但是车辆此后可能朝着上限速度加速。例如，当上限车速被设定为15Km/h，并且通过驾驶员的制动操作使车速降低到10km/h时，存在加速至15Km/h的空间。然而，车辆的这种加速作为紧急控制的一部分是不可取的，并且由于车辆的这种加速，驾驶员可能会感受一些不适。

发明内容

鉴于现有技术的这种问题，本发明的主要目的旨在提供一种车辆控制装置，该车辆控制装置在响应于线控转向型转向系统中的故障而执行车速控制的情况下，防止车辆在由车辆操作者的制动操作引起的速度降低之后加速。

为了实现这样的目的，本发明提供了一种车辆控制装置，该车辆控制装置被配置为安装在设置有转向系统的车辆上，该转向系统包括：操作构件，该操作构件被配置为由驾驶员操作；转向构件，该转向构件与所述操作构件机械地分离并被配置为使车轮转向；以及转向致动器，该转向致动器由从车载电源供应的电力供电并被配置为根据来自所述操作构件的输入而致动所述转向构件，其中，所述车辆控制装置被配置为在检测到所述转向系统中的故障时执行限速控制，以将所述车辆的行驶速度限制为低于上限速度，并且所述限速控制被配置为：根据所限制的行驶速度来设定所述车辆的目标减速度，执行减速控制以使所述车辆的实际减速度变得接近或靠近所述目标减速度，并且在所述减速控制中限制所述实际减速度以防改变到加速度侧。

因此，当如线控转向型转向系统的情况下在操作构件与转向构件机械地分离的转向系统发生故障，并且执行车辆限速控制时，由此产生的减速控制限制所述车辆的实际减速度以免处于加速度侧。因此，当所述驾驶员执行制动操作并中止制动操作时，防止所述车辆在所述制动操作中止之后加速。

优选地，所述减速控制被执行为包括积分项的反馈控制，并且当开始所述反馈控制时，用于所述反馈控制的所述目标减速度被设定为所述积分项的初始值。

由此，在反馈控制开始时缩短了所述实际减速度收敛到所述目标减速度所需的时间段，因此提高了响应性。

优选地，所述减速控制被执行为包括积分项的反馈控制，并且在所述反馈控制中防止所述积分项改变到加速度侧。

由此，抑制了所述反馈控制中所述积分项的累积，使得缩短了实际减速度收敛到目标减速度所需的时间段，并且提高了响应性。在这种情况下，通过将所述反馈控制中的所述积分项的下限设定为接近所述目标减速度，防止了所述积分项改变到所述加速度侧。

优选地，所述减速控制被执行为包括积分项的反馈控制，并且当由驾驶员的制动操作导致的所述车辆的减速度变得大于所述目标减速度时，用于所述反馈控制的所述目标减速度被设定为所述积分项的初始值。

由此，抑制了所述反馈控制中所述积分项的累积，使得当从由驾驶员操作的所述控制过渡到所述反馈控制时，缩短了所述实际减速度收敛到所述目标减速度所需的时间段。

本发明因此提供了一种车辆控制装置，该车辆控制装置在响应于线控转向型转向系统中的故障而执行车速控制的情况下，防止了所述车辆在由车辆操作者的制动操作引起的速度降低之后加速。

附图说明

图1是装备有根据本发明一实施方式的控制装置的车辆的示意图；

图2是示出了控制装置的操作模式的流程图；

图3A至图3C是例示了控制装置的操作模式的曲线图；

图4是控制装置的框图；

图5A和图5B是示出了控制装置的操作模式的曲线图；

图6A和图6B是示出了控制装置的另一操作模式的曲线图；以及

图7A和图7B是示出了控制装置的又一操作模式的曲线图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的优选实施方式。

图1是配备有根据本发明一实施方式的转向系统11的车辆1的示意图。车辆1由四轮车辆组成，该四轮车辆具有四个车轮4，这四个车轮4通过相应的悬架装置3被车身2支撑。

车辆1包括：动力装置5，该动力装置驱动车轮4；以及传动装置6，该传动装置允许将驱动力从动力装置5传递到车轮4的模式进行改变。动力装置5是内燃机和电动机中的至少一者，并且动力装置5的驱动力和制动力(发动机制动)被传递到车轮4。根据驾驶员的加速器踏板操作来控制动力装置5。并且，根据驾驶员的换档操作来控制传动装置6。

车辆1设置有使车轮4转向的线控转向型转向系统11。该转向系统11包括齿条12(转向构件)、方向盘13(操作构件)、转向角传感器14、回转角传感器15、转向致动器16(转向装置)、反作用力致动器17(反作用装置)和转向扭矩传感器18。转向系统11是无轴线控转向型转向系统，其中齿条12和方向盘13彼此不机械连接或机械地分离。

方向盘13由驾驶员操作。转向角传感器14检测方向盘13的转向角。回转角传感器15通常通过齿条12的位移来检测车轮4的回转角。转向致动器16推动和拉动齿条12以使车轮4转向。反作用力致动器17向方向盘13施加抵抗驾驶员操作力的反作用力。转向扭矩传感器18检测施加到转向轴19的转向扭矩。

车辆1还设置有控制单元21(ECU)、车速传感器22(驾驶状况检测部件、车速检测部件)以及用于检测车辆的前后减速度的加速度传感器23。控制单元21包括处理器、存储器等，并且根据诸如转向角传感器14、回转角传感器15、转向扭矩传感器18、车速传感器22和加速度传感器23的传感器的检测结果来控制转向致动器16、反作用力致动器17等的操作。

车辆1还设置有动力供应系统31，该动力供应系统31将电力供应到转向系统11、控制单元21等。此动力供应系统31包括电池32(蓄电装置)、发电机33等。

此外，车辆1设置有制动系统(制动装置)(图中未示出)，该制动系统对车轮4施加制动。这种制动系统根据驾驶员的制动操作进行控制。

转向系统11与系统冗余结合以提高可靠性。例如，转向致动器16(转向装置)可以具有包括两个系统组成的冗余。另外，反作用力致动器17(反作用力装置)也可以具有包括两个系统组成的冗余。并且，控制单元21可以具有包括两个系统组成的冗余。并且，动力供应系统31可以具有包括两个系统组成的冗余。

接下来，将参照图2讨论车辆系统的控制动作，图2是示出了这种车辆系统中的控制单元21的操作过程的流程图。

当使用线控转向型转向系统11时，由于转向系统11本身中或将电力供应到转向系统11的动力供应系统31中的故障，可能存在转向系统11在车辆行驶时无法正确操作。因此，在本实施方式中，执行车辆限速控制以通过限制车速来确保安全状态，使得转向操作对于车辆操作者不会变得困难。更具体地，在本实施方式中，可以按三种不同的模式来执行车辆限速控制(逃离车辆限速控制、强制车辆限速控制和最大限速控制)。

如图2所示，当车辆系统被激活时，控制单元21首先确定是否检测到将使转向操作难以继续的任何故障(步骤ST1)。车辆系统中的故障可以包括转向系统11中的冗余损失、转向致动器16的输出减少以及发电机33不能向转向致动器供应足够动力(发电功能失效)。

如果检测到将使转向操作难以继续的任何故障(ST1：是)，则控制单元21确定发电功能是否失去(步骤ST2)。

这里，如果发电功能没有失去，或者换言之，如果转向系统11的冗余损失，或者转向致动器16的输出不足(ST2：否)，则执行逃离车辆限速控制(步骤ST3)。继续该逃离车辆限速控制，直到点火器再次被打开。

另一方面，如果发电功能失去(ST2：是)，则执行强制车辆限速控制(步骤ST4)。继续该强制车辆限速控制，直到点火器再次被打开。

如果不存在使转向操作难以继续的故障(ST1：否)，则确定是否存在用于实现和维持安全状态或车辆以允许车辆立即停止的安全速度行驶的状态的可用电力不足(步骤ST5)。更具体地，确定电池32的输出是否由于劣化或低温而不足。

如果可用电力的量不足以实现并维持安全状态(ST5：是)，则执行最大限速控制(步骤ST6)。

另一方面，如果实现和维持安全状态所需的电力的量不充足(ST5：否)，则不执行车辆限速控制(逃离车辆限速控制、强制车辆限速控制和最大限速控制)，并且维持正常控制(步骤ST7)。

接下来，将在下面描述由控制单元21执行的车辆限速控制。图3A至图3C示出了由控制单元21执行的车辆限速控制的概况。

控制单元21根据车辆系统故障的性质而以三种不同模式(逃离车辆限速控制、强制车辆限速控制和最大限速控制)之一来执行车辆限速控制。

图3A示出了当存在使转向操作难以继续的故障而发电机33能够充分地供应电力(不是发电功能失去状态的情况)时执行的逃离车辆限速控制的示例。换而言之，当转向系统11的冗余失去或当转向致动器16的输出不充足时，执行该模式。

逃离车辆限速控制依次从第一限速状态过渡到第三限速状态(自愿逃离状态、强制减速状态和安全速度维持状态)。

在自愿逃离状态下，当通过设定固定的上限速度来限制车辆以不适当的高速驾驶时，允许驾驶员自愿或主动地从当前状态逃离。更具体地，上限速度被设定为检测故障时的车速和车辆在行驶的道路的限速中的较高者，并且防止车辆以高于该上限速度的速度行驶。车辆可以相对自由地被加速和被减速，并且只要不超过该上限速度，就可以进行车道改变。因此，车辆驾驶员能够借助转向操作将车辆移动到安全位置。自愿逃离状态可以被持续一定时间段，这可以允许驾驶员将车辆移动到安全的地方。因此，驾驶员在操作车辆时被给予一定的自由度。如果车辆未在规定时间段内停止或到达安全位置，则启动强制减速。

在强制减速状态下，车辆通过逐渐地降低上限速度被强制减速到安全速度。更具体地，上限速度从初始速度(或在自愿逃离状态下的上限速度)逐渐减小到预定安全速度。该安全速度被选为车辆在不需要转向操作的情况下可以通过驾驶员的制动操作来实现减速而迅速且安全地停止的速度。强制减速状态的上限速度被选为当驾驶员不操作加速器或制动器踏板时车辆行驶的速度。优选地，在这种状态下车辆的减速度应足够低，以便驾驶员平静地执行转向操作。例如减速可仅通过动力装置5的制动力来实现。除了发动机制动器的制动力之外，该制动力还可以包括再生和/或摩擦制动力。由于该控制动作，车辆在不需要驾驶员去操作制动器的情况下，可以在预定时间段内被减速到安全速度。在强制减速状态下，如果车速接近上限速度，则禁止通过驾驶员的加速器踏板操作来使车辆加速，但允许通过驾驶员的制动器踏板操作来使车辆减速。

在安全速度维持状态下，上限速度被设定为安全速度，并且车速被限制为上限速度。由于该控制动作，驾驶员可以以低于安全速度的速度驾驶自有车辆直到到达适当的安全位置，并且可以在适当的时机通过操作制动器来使自有车辆停止。因此，即使转向操作突然无效或变得困难，驾驶员也可以通过操作制动器踏板将车辆安全地停止。

在逃离车辆限速控制中，驾驶员被提示为执行逃离操作，或者换言之为在没有任何不当延迟的情况下将自有车辆移动到安全位置，例如路边路缘等。特别是，在强制减速状态下，驾驶员通过视觉显示或声音输出被提示执行强制减速。由于紧急程度高，并且为了确保车辆适当被减速，驾驶员可能会不断被警告将车辆减速。另外，在安全速度维持状态下，可以依靠视觉显示或声音输出促使驾驶员将车辆停在安全位置。在这种情况下，由于紧急程度降低，警告可能会以间歇方式发出。

当存在将使车辆难以继续行驶的转向故障时，执行图3B中所示的强制车辆限速控制；例如当发电机33变得不能供应电力时(发电功能失去状态)。

强制车辆限速控制依次从第一限速状态过渡到第三限速状态(强制减速状态、安全速度维持状态和车辆停止保持状态)。在强制车辆限速控制中，与逃离车辆限速控制(参见图3A)的情况相反，不存在自愿逃离状态，并且在强制减速状态下立即开始减速。

强制减速状态和安全速度维持状态类似于逃离车辆限速控制(见图3A)中的相应的对应状态。应当注意，在强制减速状态下，故障检测时自有车辆的车速变为初始速度。

在车辆停止保持状态下，通过逐渐降低上限速度的限速动作将自有车辆强制停止。控制动作可以包括提示驾驶员制动车辆以使车辆停止。一旦车辆停止，利用EPB(电动驻车制动器)和/或传动装置6的驻车位置来保持车辆静止。由于该控制动作，自有车辆可以被减速到完全停止，并且在可用电力允许执行此操作的同时以可靠的方式保持静止。

此外，在强制车辆限速控制中，驾驶员被通知车速将由于发电功能失去而受到限制。特别地，在车辆停止保持状态下，如在强制减速状态下，可以通过显示器上的视觉显示、语音输出等来通知驾驶员对车辆停止措施的干预，类似于在强制减速状态下。在这种情况下，由于紧急程度高，可以连续提供警告。

图3C中所示的最大限速控制是在以下情况下被执行，该情况为：当在任何可预见的将来不存在将引起转向操作困难的故障，而电力供应不足以达到安全状态或维持安全状态。

在最大限速控制中，根据车辆的动力状况(可用电力和功耗)来设定最大速度(上限速度)，并且将车速控制为在预定最大速度以下。更具体地，假设功耗是恒定的，最大速度随着可用动力的减小而减小，并且最大速度随着可用动力的增大而增大。由于该控制动作，确保了达到和维持安全状态所需的足够的电力的量使得可以安全地将自有车辆停止。

在最大限速控制中，可以布置为通过视觉和/或听觉警告来通知驾驶员由于可用电力的减少而被限制的车速。

下面将描述由控制单元21执行的反馈控制。图4是示出了由控制单元21执行的反馈控制的概要的框图。

在车辆限速控制中，控制单元21基于被限制的车速来设定目标减速度，并执行反馈控制(减速控制)，使得实际减速度接近或靠近目标减速度。

控制单元21中的减法器41从目标减速度中减去实际减速度。实际减速度可以由加速度传感器23(见图1)等来测量。积分项增益处理单元42通过对从减法器41输出的目标减速度和实际减速度之间的差进行积分并将结果乘以增益来计算积分项(I项)。加法器43将从积分项增益处理单元42输出的减速度中的偏差与请求制动力或先前反馈减速度(操纵量)相加以计算当前反馈减速度。

F/B控制执行确定单元44确定是否能进行反馈控制。F/B控制执行切换单元45根据F/B控制执行确定单元44的确定结果在第一输入和第二输入之间进行切换。更具体地，当要执行反馈控制时，选择第一输入或从加法器43输出的反馈减速度，而当不执行反馈控制时，选择第二输入或通过驾驶员制动操作请求的制动力。

在积分项初始值设定单元46中设定积分项的初始值。在该实施方式中，目标减速度被设定为积分项的初始值。积分项初始化确定单元47确定是否要初始化积分项。在本实施方式中，确定了在开始反馈控制时积分项被初始化。另外，当由于驾驶员的制动操作导致的减速度变得比目标减速度大时，确定了积分项将被初始化。根据积分项初始化确定单元47的确定结果，积分项初始值切换单元48在第一输入和第二输入之间切换。更具体地，当要初始化积分项时，选择第一输入，或者换言之选择从积分项初始值设定单元46输出的积分项的初始值(目标减速度)。相反地，当不执行积分项的初始化时，选择第二输入或从F/B控制执行切换单元45输出的反馈减速度或通过驾驶员制动操作请求的制动力。

积分项上限值设定单元49设定积分项上限值。上限处理单元50根据从积分项上限值设定单元49输出的积分项的上限值来执行用于限制减速度的处理。积分项下限值设定单元51设定积分项下限值。在该实施方式中，积分项的下限值被设定为接近或靠近目标减速度的值，以限制由于驾驶员的制动操作而导致的积分项改变到加速度侧。下限处理单元52根据从积分项下限值设定单元51输出的积分项的下限值来执行用于限制减速度的处理，并将请求制动力输出。

接下来，将参照图5A、图5B、图6A、图6B、图7A和图7B在下面描述由控制单元21执行的控制动作，图5A、图5B、图6A、图6B、图7A和图7B示出了例示由控制单元21执行的控制动作的曲线图。图6A和图7A与图5A相同。

如图5A所示，当开始车辆限速控制时，控制单元21使加速禁止，并保持加速器操作信号关闭，以使车速从初始速度逐渐降低到安全速度。如果驾驶员在此过程中操作制动器踏板，则车速比仅通过正常车辆限速控制进一步降低。

图5B中所示的示例是既不执行反馈控制开始时的积分项的初始值的控制也不执行用于限制积分项的控制的情况。在这种情况下，因为积分项的初始值在反馈控制开始时被设定为0，所以需要一些时间段来累积积分项，使得实际减速度收敛到目标减速度所需的时间段被延长，结果是响应性受损。此外，当在驾驶员操作控制和反馈控制之间进行切换时，需要一定的时间段来抵消积分项的累积，结果是响应性受损。

在图6B中所示的示例中，在反馈控制开始时控制积分项的初始值。更具体地，在反馈控制开始时，积分项的初始值被设定为目标减速度(例如，-0.1m/s²)。这缩短了在反馈控制开始时实际减速度收敛到目标减速度所需的时间段，结果提高了响应性。另外，在图6B中所示的示例中，执行控制动作来限制积分项。这里，控制动作被执行为限制积分项的下限。更具体地，积分项的下限值被设定为接近或靠近目标减速度，使得限定了由于驾驶员的制动操作导致积分项改变到加速度侧。结果，抑制了积分项的累积，从而缩短了实际减速度收敛到目标减速度所需的时间段，结果是当在驾驶员操作的控制和反馈控制之间进行切换时，提高了响应性。

在图7B中所示的示例中，如图6B所示的示例，在反馈控制开始时执行积分项的初始值的控制。在图7B中所示的示例中，与图6B中所示的示例类似，执行控制来限制积分项改变到加速度侧。更具体地，当由于驾驶员的制动操作导致的减速度变得比目标减速度大时，将积分项设定为目标减速度。换言之，确定是否由于驾驶员的制动操作导致的减速度已变得比目标减速度大，并且如果或在这个确定结果或确定标志为开(ON)时，将积分项设定为目标减速度。结果，抑制了积分项的累积，使得当在由驾驶员操作的控制和反馈控制之间进行切换时，实际减速度收敛到目标减速度所需的时间段被缩短，结果是提高了响应性。

这里完成了对特定实施方式的描述，但本发明不限于此具体实施方式，并且可以在不脱离本信息范围的情况下进行广泛修改。此外，在本发明的范围内可以适当地改变每一构件和部分的具体配置、排布、数量、角度、过程等。另一方面，上述实施方式中示出的所有构成元件在本质上不是必需的，并且可以适当地选择和替换。本公开中任何引用的参考文献的内容将通过引用结合于本申请中。此外，本发明不仅可以在线控转向型转向系统发生故障时使用，而且可以在由于转向系统的过热保护而导致系统性能下降时使用，或者可以在线控制动型制动系统或自主驾驶中出现冗余丢失的异常时使用。

Claims (4)

1.一种车辆控制装置，该车辆控制装置被配置为安装在设置有转向系统的车辆上，所述转向系统包括：操作构件，该操作构件被配置为由驾驶员操作；转向构件，该转向构件与所述操作构件机械地分离并且被配置为使车轮转向；以及转向致动器，该转向致动器由从车载电源供应的电力供电并且被配置为根据来自所述操作构件的输入而致动所述转向构件，其中，

所述车辆控制装置被配置为在检测到所述转向系统中的故障时执行限速控制，以将所述车辆的行驶速度限制成低于上限速度，并且

所述限速控制被配置为：根据所限制的行驶速度来设定所述车辆的目标减速度，执行减速控制以使所述车辆的实际减速度变得接近所述目标减速度，并且在所述减速控制中限制所述实际减速度以防改变到加速度侧。

2.根据权利要求1所述的车辆控制装置，其中，所述减速控制被执行为包括积分项的反馈控制，并且当开始进行所述反馈控制时，用于所述反馈控制的所述目标减速度被设定为所述积分项的初始值。

3.根据权利要求1或2所述的车辆控制装置，其中，所述减速控制被执行为包括积分项的反馈控制，并且在所述反馈控制中防止所述积分项改变到加速度侧。

4.根据权利要求1或2所述的车辆控制装置，其中，所述减速控制被执行为包括积分项的反馈控制，并且当所述车辆的减速度由于驾驶员的制动操作而变得大于所述目标减速度时，用于所述反馈控制的所述目标减速度在开始进行所述反馈控制时被设定为所述积分项的初始值。

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