專利名稱：用于車輛的優(yōu)化拐角控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及車輛控制。
背景技術：
該部分內容僅提供與本發(fā)明有關的背景信息，并且可能不構成現(xiàn)有技術。車輛控制描述了這樣的方法，其中車輛的操作或車輛內系統(tǒng)的操作被監(jiān)測，并且計算機化的控制被施加以修改車輛的操作。示例性車輛控制策略監(jiān)測車輛動態(tài)性能或者作用在車輛上的當前或預期的力和力矩，并且基于該力和力矩施加控制方法以保持車輛的期望操作。例如，當車輛快速停止時，力和力矩可導致車輛的車身向前旋轉，從而壓縮前部懸架。通過給定位在車輛的前部拐角處的致動器賦能，以舉起車輛車身，車輛控制可以反抗車輛車身的這種被監(jiān)測或預計的旋轉，從而阻止前部懸架被壓縮。在另一示例中，在制動操作中，作用在車輛上的力和力矩以及被施加到車輪的制動力可用于監(jiān)測或預測在車輪和道路之間的滑移。在車輛的制動器處的致動器可用于在車輪之間重新分配制動力，以避免滑移。 在又一示例中，在轉向操作中，作用在車輛上的力和力矩以及轉向角度可用于監(jiān)測或預計過轉向或欠轉向狀況，作用在轉向系統(tǒng)上的致動器可校正該轉向。在再一示例中，作用在車輛上的力和被施加到傳動系和車輪的當前扭矩可用于監(jiān)測或預計在車輪和道路之間的滑移，致動器可用于通過本領域已知的各種方法來修改被傳送到車輪的扭矩。大量系統(tǒng)可通過車輛控制而被監(jiān)測和/或受到影響。示例包括制動、轉向、傳動系性能或動力系扭矩輸出、以及懸架控制。根據(jù)示例性方法，集成駕駛員指令和/或自主駕駛系統(tǒng)指令以確定期望車輛動態(tài)性能或運動學狀態(tài)，車輛動態(tài)性能模塊輸入期望的車輛動態(tài)性能或運動學狀態(tài)，并且輸出期望的車輛的力和/或力矩，致動器管理控制模塊在一個或多個車輛系統(tǒng)中產生指令，以便影響期望的車輛的力和/或力矩。指令的集成可包括關于當前或得到車輛動態(tài)性能或運動學狀態(tài)的反饋，并且致動器管理控制模塊可包括當前或得到致動器狀態(tài)的反饋。

發(fā)明內容
一種控制具有多個車輪的車輛的方法，包括監(jiān)測期望的車輛動態(tài)性能；基于期望的車輛動態(tài)性能以及實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解來確定期望的拐角力和力矩分布；以及基于期望的拐角力和力矩分布來控制車輛。實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解基于最小化重心力誤差分量；最小化控制能量分量；以及最大化輪胎力保留分量。本發(fā)明還包括以下方案
方案1. 一種控制具有多個車輪的車輛的方法，包括 監(jiān)測期望的車輛動態(tài)性能；
基于所述期望的車輛動態(tài)性能以及實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解來確定期望的拐角力和力矩分布；以及
基于所述期望的拐角力和力矩分布來控制所述車輛；其中，所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解是基于 最小化的重心力誤差分量； 最小化的控制能量分量；以及最大化的輪胎力保留分量。方案2.根據(jù)方案1所述的方法，其中，基于所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解來確定所述期望的拐角力和力矩分布包括
將成本函數(shù)限定為所述最小化的重心力誤差分量、所述最小化的控制能量分量、以及所述最大化的輪胎力保留分量的和；
最小化所述成本函數(shù)，假定所述成本函數(shù)關于拐角力變分的導數(shù)等于零，以求解所述拐角力變分；以及
采用所述拐角力變分來確定所述期望的拐角力和力矩分布。方案3.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解還基于所述車輛中具有主動轉向的那些車輪。方案4.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解還基于所述車輛中具有制動的那些車輪。方案5.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解還基于所述車輛中具有牽引的那些車輪。方案6.根據(jù)方案1所述的方法，還包括監(jiān)測基于拐角的實時約束；以及其中，確定所述期望的拐角力和力矩分布還根據(jù)所述基于拐角的實時約束。方案7.根據(jù)方案6所述的方法，其中，所述基于拐角的實時約束包括拐角健康狀態(tài)和拐角能力。方案8.根據(jù)方案1所述的方法，其中，基于所述期望的拐角力和力矩分布來控制車輛包括基于所述期望的拐角力和力矩分布來產生至多個車輛系統(tǒng)中的每一個的指令。方案9.根據(jù)方案8所述的方法，其中，產生至所述多個車輛系統(tǒng)中的每一個的指令包括發(fā)送指令至制動系統(tǒng)。方案10.根據(jù)方案8所述的方法，其中，產生至所述多個車輛系統(tǒng)中的每一個的指令包括發(fā)送指令至轉向系統(tǒng)。方案11.根據(jù)方案8所述的方法，其中，產生至所述多個車輛系統(tǒng)中的每一個的指令包括發(fā)送指令至懸架系統(tǒng)。方案12.根據(jù)方案8所述的方法，其中，產生至所述多個車輛系統(tǒng)中的每一個的指令包括發(fā)送指令至包括扭矩產生裝置的動力系。方案13.根據(jù)方案8所述的方法，其中，產生至所述多個車輛系統(tǒng)中的每一個的指令還基于實時的基于致動器的約束。方案14.根據(jù)方案13所述的方法，其中，所述實時的基于致動器的約束包括能量容量約束和致動器極限約束。方案15. —種控制車輛的方法，包括 監(jiān)測期望的車輛動態(tài)性能；
基于所述期望的車輛動態(tài)性能和實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解來確定期望的拐角力和力矩分布；以及基于所述期望的拐角力和力矩分布來控制制動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、以及轉向系統(tǒng)； 其中，所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解基于 最小化重心力誤差分量； 最小化控制能量分量；以及最大化輪胎力保留分量。方案16. —種控制車輛的設備，包括 拐角力分布模塊，其
監(jiān)測期望的車輛動態(tài)性能； 基于所述期望的車輛動態(tài)性能和實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解來確定期望的拐角力和力矩分布；以及
基于所述期望的拐角力和力矩分布來控制所述車輛； 其中，所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解基于 最小化的重心力誤差分量； 最小化的控制能量分量；以及最大化的輪胎力保留分量。方案17.根據(jù)方案16所述的設備，其中，所述拐角力分布模塊包括 車輛動態(tài)性能模塊，其
監(jiān)測所述期望的車輛動態(tài)性能；以及確定期望的車輛力和力矩；以及拐角動態(tài)性能控制模塊，其
監(jiān)測所述期望的車輛力和力矩；以及確定所述期望的拐角力和力矩分布。


現(xiàn)將以示例的方式參照附圖來描述一個或多個實施例，在附圖中
圖1示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、包括受車輛控制影響的系統(tǒng)的示例性車輛； 圖2示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、協(xié)調各個車輛系統(tǒng)所用的車輛控制的方法； 圖3示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、通過確定期望的拐角力和力矩分布來協(xié)調車輛控制的示例性方法；
圖4示意性地更詳細地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、通過期望的拐角力和力矩分布來協(xié)調車輛控制的示例性方法；
圖5示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、采用期望的拐角力和力矩分布來協(xié)調各個車輛系統(tǒng)所用的車輛控制的方法；
圖6示意性地更詳細地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、拐角動態(tài)性能控制模塊的示例性操作；
以及
圖7示意性地更詳細地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、致動器管理控制模塊的示例性操作。
具體實施例方式現(xiàn)參照附圖，其中附圖僅用于對一些示例性實施例進行說明的目的，且不用于對其限制，圖1示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、包括受車輛控制影響的系統(tǒng)的示例性車輛。車輛5包括發(fā)動機10、電動馬達15、變速器20、包括后橋30的傳動系25、以及車輪32、34、36 和38。發(fā)動機10和電動馬達15每個都可提供扭矩，所述扭矩可用于通過傳動系25來推進車輛5。變速器20包括離合器裝置，其能夠將每個扭矩產生裝置，發(fā)動機10和電動馬達 15，選擇性地連接到傳動系25。變速器20用于通過大量檔位狀態(tài)來選擇性地對車輛進行換檔，所述檔位狀態(tài)包括空檔狀態(tài)和倒檔狀態(tài)。此外，通過變速器的扭矩可用于以發(fā)電模式來運行電動馬達15，從而向相關聯(lián)的能量存儲裝置充電，或者扭矩可在扭矩產生裝置之間傳遞，例如電動馬達15用于起動發(fā)動機10。圖1的示例性配置描述能夠用于車輛的一種可能動力系。可等同地采用大量示例性實施例。例如，多個車輪處的馬達可以用于替換所述發(fā)動機10和馬達15。在一個這種實施例中，四個車輪處的馬達可向每個車輪單獨提供扭矩。本發(fā)明并不旨在局限于本文所述的特定動力系實施例。方向盤40和轉向系統(tǒng)42能夠通過本領域已知的方法來轉動車輛的車輪。圖1描繪了正在轉動的車輪32和34。將理解的是，多種示例性轉向方法和車輪配置都是已知的，包括四輪轉向，并且本發(fā)明旨在不局限于本文所述的特定示例性實施例。車輪32和34被描述為以與車輪向前運動并且向左轉彎相一致的方式轉動。在每個車輪32、34、36和38處，相應地描繪了制動裝置52、54、56和 58。每個制動裝置能夠向相關聯(lián)的車輪施加制動扭矩。許多不同的制動裝置和控制方法是本領域已知的，并且可包括示例性的液壓制動器、防抱死制動器、以及能夠對能量存儲裝置充電的再生制動。此外，在每個車輪32、34、36和38處，懸架部件62、64、66和68分別提供用于將車輛的車身設置在車輛的車輪上的懸架。懸架部件和方法是本領域已知的，并且為車輛中的乘客提供了減震行駛，以及還提供了車輛在操作期間的期望操控特性。如上所述，已知方法采用致動器來修改各個車輛系統(tǒng)的操作，用于車輛控制。對于轉向系統(tǒng)，致動器能夠采用電動助力轉向(EPS)形式，其可以與來自駕駛員或者來自另一半自主或自主系統(tǒng)的輸入同時控制轉向系統(tǒng)的角度和扭矩。在另一實施例中，控制轉向的致動器可通過主動前輪轉向(AFS)被采用，所述AFS是改變方向盤角度變化相對于前輪轉向角度中的變化的比率的系統(tǒng)。在這種實施例中，AFS可用作致動器，從而基于來自駕駛員或者來自另一半自主或自主系統(tǒng)的輸入來調整該比率。在另一示例中，主動后輪轉向可被用作控制后輪轉向的致動器。對于制動系統(tǒng)，電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(ESC)和防抱死制動系統(tǒng)是基于輸入來調整制動的致動的系統(tǒng)。車輛控制的輸入可用于改變ESC或防抱死制動系統(tǒng)的操作，以便對制動的致動器控制產生影響。ESC、防抱死制動系統(tǒng)或其他制動控制系統(tǒng)可使用具有泵和閥的液壓致動器、自增壓系統(tǒng)、電動馬達或電氣制動鉗，以便對制動的致動器控制產生影響。用于控制懸架系統(tǒng)的致動器可采用主動懸架系統(tǒng)或滾動控制系統(tǒng)，從而基于來自駕駛員或者來自另一半自主或自主系統(tǒng)的輸入來修改該控制。用于控制動力系的輸出的致動器可包括對發(fā)動機/馬達和離合器的扭矩控制、或者關于車橋的扭矩矢量化。控制上述車輛系統(tǒng)或子系統(tǒng)或者其他未命名系統(tǒng)或子系統(tǒng)的致動器可采用許多形式，從而使得能夠基于來自駕駛員或者來自另一半自主或自主系統(tǒng)的輸入實現(xiàn)對車輛系統(tǒng)或子系統(tǒng)的控制。本發(fā)明并不旨在局限于本文所述的特定的示例性實施例。實施車輛控制的某些方法可集中于單獨的車輛系統(tǒng)。例如，轉向控制模塊可包括基于作用在車輛上的被監(jiān)測或預計的力和力矩來監(jiān)測車輛動態(tài)性能并且修改轉向控制的方法。在相同車輛中，懸架控制模塊可包括基于作用在車輛上的被監(jiān)測或預計的力和力矩來監(jiān)測車輛動態(tài)性能并且修改懸架控制的方法。然而，集中于子系統(tǒng)而不是集中于子系統(tǒng)的集成以實現(xiàn)車輛的最大可用功能的這些非協(xié)調的車輛控制方法可能是無效的、彼此抵觸的、或趨向于僅操作在接近極限或非線性的輪胎操作區(qū)域(tire operating regions)，其中車輛的穩(wěn)定性已經減弱。例如，基于具體車輛系統(tǒng)的車輛控制可以是基于反饋的，從而在施加校正控制之前需要指示了車輛系統(tǒng)已經處于正常操作范圍之外的傳感器輸入。此外， 要理解的是，在車輛中集成數(shù)種獨立控制方法可能包括在各種控制方法之間的密集且耗時的裁定(或仲裁)。共同轉讓的名為“VEHICLEDYNAMICS CONTROL STRUCTURE”的美國專利7，472，006 描述了基于協(xié)調單獨車輛系統(tǒng)來實施車輛控制的方法，并且因此以引用的方式結合到本文。圖2示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、協(xié)調各個車輛子系統(tǒng)所用的車輛控制方法的方法。車輛動態(tài)性能或車輛運動學描述了在道路上的車輛的操作。期望的車輛動態(tài)性能或期望的車輛運動學描述了響應于控制輸入的期望車輛操作，例如對應于方向盤角度的轉動操縱以及響應于制動輸入的車輛減速。方法100包括指令集成模塊110，其監(jiān)測手動駕駛輸入112和/或傳感器引導的自主駕駛輸入114并且產生期望的車輛動態(tài)性能/運動學狀態(tài)122，其描述了駕駛員或車輛的自主特征所期望的車輛操作。車輛動態(tài)性能模塊120輸入期望的車輛動態(tài)性能/運動學狀態(tài)122，并且產生期望車輛力和力矩132 (例如，作用在車輛的重心上的力和力矩)以及所得到車輛動態(tài)性能/運動學狀態(tài)124。在圖2的示例性實施例中，指令集成模塊110另外監(jiān)測所得到的車輛動態(tài)性能/運動學狀態(tài)124，并且可采用該信號來提供反饋給該期望的車輛動態(tài)性能/運動學狀態(tài)122信號。致動器管理控制模塊 130輸入期望的車輛力和力矩132，并且產生至相應致動器模塊140、145和150的控制指令 142、147和152，從而將控制指令提供給車輛內的不同系統(tǒng)，如上所述。在一個非限制性示例中，致動器模塊140可包括提供指令至轉向系統(tǒng)的模塊，致動器模塊145可包括提供指令至懸架系統(tǒng)的模塊，且模塊150可包括提供指令至制動系統(tǒng)的模塊。方法100提供了對用于車輛控制的各個車輛系統(tǒng)的集成控制。致動器管理控制模塊130將期望車輛力和力矩132的方法和編程響應應用至由模塊140、145和150所指令的各個車輛系統(tǒng)。然而，這些方法和編程響應都是基于特征的響應，例如確認期望的力矩，并且產生包括對轉向角度的修改的響應。這種響應仍是用于車輛系統(tǒng)的獨立功能。拐角動態(tài)性能控制方法被應用到車輛控制方法，從而確定用于車輛的每個車輪的期望的拐角力和力矩分布。通過將期望的車輛力和力矩分配為車輛的每個拐角的期望拐角力和力矩，影響特定拐角的各個系統(tǒng)的響應可基于該拐角所用的期望的力和力矩而被選擇性地產生。這種方法將車輛控制實施為所控制的全部車輛系統(tǒng)的凈效應，而不是逐個控制單獨的系統(tǒng)。此外，通過將期望的力和力矩分配到車輛的四個拐角，實時的拐角約束或者描述每個拐角對于車輛控制的貢獻能力的約束可被應用為所述分配的一部分，從而確保期望的拐角力和力矩分布處于每個拐角的期望范圍內，并且不處于接近極限的狀況。由此，可基于對被控制的系統(tǒng)的整體的車輛響應來實現(xiàn)對各個車輛系統(tǒng)的集成。此外，通過基于作用在車輛上的期望力和力矩來統(tǒng)一控制，控制參數(shù)可針對車輛配置和駕駛員偏好來標準化或定制。圖3示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、通過確定期望拐角力和力矩分布來協(xié)調車輛控制方法的示例性方法。方法170包括指令集成模塊110，其監(jiān)測車輛指令輸入172并且產生期望的車輛動態(tài)性能/運動學狀態(tài)122。描繪了拐角力分布模塊180，其輸入期望的車輛動態(tài)性能/運動學狀態(tài)122、應用本文所述的方法、以及輸出期望的拐角力和力矩分布232。 致動器管理模塊230輸入期望的拐角力和力矩分布232并且輸出致動器指令142、147和 152至各個車輛系統(tǒng)以實現(xiàn)車輛控制。圖4示意性地更詳細地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、通過確定期望的拐角力和力矩分布來協(xié)調車輛控制的示例性方法。方法200包括指令集成模塊110，其監(jiān)測手動駕駛輸入112 和/或傳感器引導的自主駕駛輸入114，并且產生期望的車輛動態(tài)性能/運動學狀態(tài)122， 其描述了車輛的駕駛員所期望的車輛操作或者期望的車輛縱向、橫向力和橫擺力矩。駕駛員所期望的車輛操作(包括，綜合為期望的車輛動態(tài)性能/運動學狀態(tài)的手動和自動輸入) 可被描述為總體車輛控制指令。根據(jù)一個示例性實施例，指令集成模塊110采用反演的 (inverse)車輛動態(tài)性能模型。此外，指令集成模塊110可監(jiān)測所得到的車輛動態(tài)性能/運動學狀態(tài)124，如上所述。這種所得到的車輛動態(tài)性能或運動學狀態(tài)可通過傳感器或測量系統(tǒng)來發(fā)展，從而例如監(jiān)測橫擺速率、橫向加速度、縱向加速度、車輪速度、估計輪胎滑移、估計力、和/或在車輪與道路表面之間的估計摩擦。描繪了拐角力分布模塊180，其包括車輛動態(tài)性能模塊210、拐角動態(tài)性能控制模塊220以及實時約束模塊225。車輛動態(tài)性能模塊 210輸入期望的車輛動態(tài)性能/運動學狀態(tài)122，并且產生期望車輛力和力矩132和所得到的車輛動態(tài)性能/運動學狀態(tài)124。描繪了拐角動態(tài)性能控制模塊220，其監(jiān)測期望車輛力和力矩132。拐角動態(tài)性能控制模塊220還監(jiān)測來自實時約束模塊225的基于拐角的實時約束227。根據(jù)示例性操作，模塊220最小化期望和實際車輛力和力矩之間的差、最小化控制作用、以及最小化車輪不穩(wěn)定性(諸如，過度制動或牽引滑移)的出現(xiàn)。該優(yōu)化受到實時約束(例如，提供致動器極限、關于致動器異常的數(shù)據(jù)、以及能量管理需求)的約束。示例性的基于拐角的實時約束227包括拐角健康狀態(tài)以及拐角能力(corner capacity)。拐角健康狀態(tài)或拐角能力的確定可包括致動器在特定拐角處產生期望的力的能力或性能。例如，拐角健康狀態(tài)可針對車輪處的馬達來描述缺乏實現(xiàn)期望拐角力的能力。如果致動器失效，則不可能應用期望的控制動作至該拐角，并且拐角健康狀態(tài)的確定可將致動器描述為不起作用的。拐角能力確定可描述一個或多個致動器基于例如接近發(fā)熱極限的致動器和所得到的受限控制動作來實現(xiàn)期望的拐角力的能力。拐角動態(tài)性能控制模塊220還可監(jiān)測所得到的輪胎滑移/滑移角度234以及所得到的拐角力和力矩236?；诒O(jiān)測的輸入，拐角動態(tài)性能控制模塊220產生期望的拐角力和力矩分布232。此外，拐角動態(tài)性能控制模塊220可產生所得到的車輛力和力矩222，其可用作車輛動態(tài)性能模塊210的反饋。由此，期望車輛力和力矩可用于得到用于車輛控制的期望的拐角力和力矩分布。車輛控制可采用許多實施例。如關于圖2所描述的，車輛控制可包括指令，其命令一組致動器從而控制車輛子系統(tǒng)或一組車輛子系統(tǒng)。對這種致動器的控制可實施如圖4所述的期望的拐角力和力矩分布。大量子系統(tǒng)控制方法是本領域已知的，且本發(fā)明并不旨在局限于本文所描述的具體示例性實施例。圖5示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、采用如圖4所描繪的期望的拐角力和力矩分布來協(xié)調各個車輛系統(tǒng)所用的車輛控制的方法。方法250包括致動器管理控制模塊230， 其監(jiān)測期望的拐角力和力矩分布232并且產生至相應致動器模塊140、145和150的控制指令142、147和152，從而給車輛內的不同子系統(tǒng)提供控制指令，如上所述。致動器管理控制模塊230還可監(jiān)測來自于實時約束模塊235的附加實時約束237或實時的基于致動器的約束，例如將能量容量和致動器極限信息應用至控制指令的生成。致動器管理控制模塊230 還可產生所得到的輪胎滑移/滑移角度234以及所得到的拐角力和力矩236，用于反饋至拐角動態(tài)性能控制模塊220。圖6示意性地更詳細地描繪了根據(jù)本發(fā)明的、拐角動態(tài)性能控制模塊的示例性操作。描繪了拐角動態(tài)性能控制模塊220，其包括拐角能力評估模塊310、系統(tǒng)約束集成模塊 320以及拐角力分布模塊330。拐角能力評估模塊310監(jiān)測基于拐角的實時約束，在該示例性實施例中，包括拐角健康狀態(tài)312和拐角能力314。被用作輸入的拐角健康狀態(tài)312和拐角能力314可用于描述特定拐角在當前狀況下可期望地操控多少力和力矩。系統(tǒng)約束集成模塊320監(jiān)測來自模塊310的對拐角能力的評估，以及確定被約束或限制的單獨拐角如何能夠有助于車輛控制。模塊320將被約束的拐角參數(shù)輸出至拐角力分布模塊330。拐角力分布模塊330輸入模塊320的輸出以及期望的車輛力和力矩132，并且根據(jù)期望的拐角力和力矩分布232來將力和力矩分配至各個車輪。圖7示意性地更詳細地描繪了根據(jù)本發(fā)明的致動器管理控制模塊的示例性操作。 描繪了致動器管理控制模塊230，其包括能量容量評估模塊350、致動器評估模塊355、系統(tǒng)約束集成模塊360、以及優(yōu)化的致動器控制分派模塊370。能量容量評估模塊350監(jiān)測實時約束，在該示例性實施例中，包括在考慮期望牽引力的情況下涉及來自動力源(例如，來自于內燃發(fā)動機、燃料電池或蓄電池)的所需期望功率的能量容量信息352。通過監(jiān)測能量容量信息352，可基于實時的功率可用性來進行對動力源以及所述動力源的應用的選擇。致動器評估模塊355監(jiān)測實時約束，在該示例性實施例中，包括致動器極限/健康狀態(tài)357。致動器極限或健康狀態(tài)可包括例如由溫度變化或由特定車輛狀態(tài)引起的致動器能力的降低。 作為輸入的能量容量信息352和致動器極限/健康狀態(tài)357可用于描述在當前狀況下特定拐角能夠期望操控多少力和力矩。系統(tǒng)約束集成模塊360采用了確定單獨致動器如何能夠有助于拐角控制的輸入，并且將描述了拐角致動器極限(最大扭矩、致動器帶寬等)的參數(shù)輸出至優(yōu)化的致動器控制模塊370。優(yōu)化的致動器控制分派模塊370輸入模塊360的輸出以及期望的拐角力和力矩分布232，并且產生控制指令至相關致動器，在該實施例中是指令 142,147 和 152。致動器異?？赡軙档蛙囕v控制系統(tǒng)對車輛操作進行反應的能力。例如，如果致動器不起作用或者不對車輛控制系統(tǒng)所產生的指令進行反應，那么來自車輛控制系統(tǒng)的益處可被消除，或者對駕駛性能的不利影響可能顯現(xiàn)?；诓捎昧吮疚乃龅谋O(jiān)測致動器功能以及確定致動器不起作用的拐角動態(tài)性能控制模塊的系統(tǒng)，至各個拐角的力和力矩分布可被調節(jié)以補償已知的致動器異常。上述方法描述了可用于控制車輛系統(tǒng)的車輛控制的方法。車輛系統(tǒng)可采用許多實施例。例如，動力系在圖1中被描繪成包括發(fā)動機和電動馬達?？刹捎脛恿ο档亩鄠€不同實施例。例如，動力系可包括單個扭矩產生裝置，例如包括馬達或發(fā)動機，或者包括兩個扭矩產生裝置，諸如兩個馬達或者由能量存儲裝置驅動的馬達以及氫燃料電池驅動的裝置。在另一示例中，動力系可包括驅動車輛的每個車輪的獨立的或車輪處的馬達。在這種車輛中， 本文所述的方法可被用于向每個車輪提供不同的扭矩指令。在另一示例性實施例中，動力系可包括選擇性全輪驅動、牽引控制、水平穩(wěn)定性控制、或調整至車輛的各個車輪的功率的其他系統(tǒng)。通過確定的期望拐角力和力矩分布，這種系統(tǒng)和至各個車輪的功率調整可結合到本文所述的方法中。制動可類似地包括多個實施例以及系統(tǒng)的選擇性啟動。例如，車輛可包括在車輪處的再生制動，或者可包括在車輪處的典型制動器以及包括選擇性發(fā)動機制動，例如能夠通過發(fā)動機制動來再生能量至能量存儲裝置。在車輛的一側上的選擇性制動或者在車輛的一側上的增加的制動可以有助于產生期望拐角力或力矩分布。選擇性啟動或者對不同車輪處防抱死制動的特性的調整可用于產生期望拐角力或力矩分布。車輛轉向系統(tǒng)可采用許多實施例，包括根據(jù)本領域已知方法的前輪轉向、后輪轉向以及四輪轉向。構想出許多不同的車輛配置和系統(tǒng)組合，并且本發(fā)明不旨在局限于本文所述的特定示例性實施例。車輛控制方法的上述實施例主要處理存在于接近水平地平面或與水平地平面重合的二維平面中的車輛力和力矩。然而，要理解的是，第三維也可用于車輛控制方法中。通過在第三維中添加類似的模塊和約束，將理解的是，車輛控制方法可被描述為包括三維控制，例如包括車輛車身相對于車輛底盤的向前和向后滾動以及對應的拐角力和力矩，以保持對車輛的控制。滾動控制系統(tǒng)已知是控制車輛車身相對于車輛底盤的動態(tài)性能。這種控制可基于以三維形式的信息，或者基于以二維形式的信息并且估計該二維數(shù)據(jù)對滾動的影響。上述方法描述了采用期望的拐角力和力矩分布來控制車輛。這種方法可通過許多不同的物理配置或設備來完成。完成上述方法的示例性設備包括確定總體車輛控制指令的指令集成模塊。示例性設備還包括車輛動態(tài)性能控制模塊，其監(jiān)測總體車輛控制指令并且基于總體車輛控制指令來確定期望的車輛力和力矩。示例性設備還包括拐角動態(tài)性能控制模塊，其監(jiān)測期望的車輛力和力矩、監(jiān)測實時拐角約束、以及基于期望的車輛力和力矩及實時拐角約束來確定期望的拐角力和力矩分布。該設備還包括車輛系統(tǒng)，其基于期望的拐角力和力矩分布來實施車輛控制。基于作用在車輛的車輛重心上的期望的力和力矩的車輛控制方法可包括開環(huán)的查詢表值，例如其通過用于各種駕駛狀況的密集調節(jié)或諸如最小二乘法之類的迭代計算來標定，以實現(xiàn)優(yōu)化的性能，每個都基于期望的力和力矩來單獨控制車輛系統(tǒng)。然而，這些包括了各個車輛系統(tǒng)所用的針對期望力和力矩輸入的標定響應的方法是基于特定系統(tǒng)的行為或標定響應而起作用的。結果是，這種響應包括用于給定系統(tǒng)的優(yōu)化的最小或最大值，所述給定系統(tǒng)對于該系統(tǒng)而言是局部的。然而，在將車輛控制響應視為包括被控制的所有車輛系統(tǒng)的整體時，這種關于特定系統(tǒng)或者關于具體標定的局部的最小或最大值可不同于優(yōu)化的車輛范圍的解，所述優(yōu)化的車輛范圍的解包括基于期望的拐角力和力矩分布的響應。 此外，用于車輛控制的迭代計算在迭代計算得出解時可以包括延遲。在動態(tài)或緊急駕駛狀況下，這種延遲對于車輛控制方法而言可能是不期望的。相反，閉環(huán)計算可優(yōu)選用于車輛控制，其中能夠關于給定的一組輸入來求解起決定性作用的答案。本發(fā)明的方法包括基于尋找優(yōu)化的閉型動態(tài)解的閉環(huán)計算，其有助于避免迭代并且減少了對控制器的密集調節(jié)的需要。在重心處的車輛縱向和橫向力以及橫擺力矩可以基于輪胎力來確定。這些輪胎力可被描述為可以被控制以實現(xiàn)期望的車輛動態(tài)性能的控制參數(shù)或力。忽略自對齊的輪胎力矩，描述在車輛上的縱向力Fx、車輛上的橫向力Fy、以及作用其中，項T描述了軌跡寬度，或者描述了由在地平 面處的車輛的左側和右側上的輪胎的中心線之間的距離所限定的寬度。項Si描述了用于每個車輪的轉向角度。項a和b分別表示重心與前橋和后橋之間的距離。 方程4描述了確定作用在車輛上的力和力矩與作用在車輛的拐角或車輪中的每一個上的力和力矩之間的關系的方法。然而，要理解的是，由于可關于車輛進行不同的假定，因此方程4中的一些項被丟棄。例如，基于在車輛上存在的主動轉向(主動前輪轉向、主動后輪轉向、或者兩者)，對于僅配備有主動前輪轉向和四輪牽引或制動的車輛，可被控制以實現(xiàn)期望的車輛動態(tài)性能的可用控制參數(shù)或力減少為六個，從而允許對確定閉型動態(tài)解的簡化。對于這種車輛，方程1-3可通過下述方程來描述
在車輛上的水平平面上的力矩Gz的車輛動態(tài)方程可表述如下
下標表示了作用在每個單獨輪胎上的力。方程1-3將作用在車輛重心處的力描述為從道路表面施加到四個輪胎上的合力，并且方程1-3可用下述線性形式表述。 其中,項Af8描述了取決于車輛幾何和道路車輪角度的矩陣，如下所示方程6-8的一般關系提供了從輪胎力至施加到車輛重心的合力的轉變。根據(jù)カ求和線 性原理，方程6-8可以下述矩陣形式來表示
權利要求
1.一種控制具有多個車輪的車輛的方法，包括 監(jiān)測期望的車輛動態(tài)性能；基于所述期望的車輛動態(tài)性能以及實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解來確定期望的拐角力和力矩分布；以及基于所述期望的拐角力和力矩分布來控制所述車輛； 其中，所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解是基于 最小化的重心力誤差分量； 最小化的控制能量分量；以及最大化的輪胎力保留分量。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，基于所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解來確定所述期望的拐角力和力矩分布包括將成本函數(shù)限定為所述最小化的重心力誤差分量、所述最小化的控制能量分量、以及所述最大化的輪胎力保留分量的和；最小化所述成本函數(shù)，假定所述成本函數(shù)關于拐角力變分的導數(shù)等于零，以求解所述拐角力變分；以及采用所述拐角力變分來確定所述期望的拐角力和力矩分布。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解還基于所述車輛中具有主動轉向的那些車輪。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解還基于所述車輛中具有制動的那些車輪。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解還基于所述車輛中具有牽引的那些車輪。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括監(jiān)測基于拐角的實時約束；以及其中，確定所述期望的拐角力和力矩分布還根據(jù)所述基于拐角的實時約束。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述基于拐角的實時約束包括拐角健康狀態(tài)和拐角能力。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，基于所述期望的拐角力和力矩分布來控制車輛包括基于所述期望的拐角力和力矩分布來產生至多個車輛系統(tǒng)中的每一個的指令。
9.一種控制車輛的方法，包括 監(jiān)測期望的車輛動態(tài)性能；基于所述期望的車輛動態(tài)性能和實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解來確定期望的拐角力和力矩分布；以及基于所述期望的拐角力和力矩分布來控制制動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、以及轉向系統(tǒng)； 其中，所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解基于 最小化重心力誤差分量； 最小化控制能量分量；以及最大化輪胎力保留分量。
10.一種控制車輛的設備，包括 拐角力分布模塊，其監(jiān)測期望的車輛動態(tài)性能；基于所述期望的車輛動態(tài)性能和實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解來確定期望的拐角力和力矩分布；以及基于所述期望的拐角力和力矩分布來控制所述車輛； 其中，所述實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解基于 最小化的重心力誤差分量； 最小化的控制能量分量；以及最大化的輪胎力保留分量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于車輛的優(yōu)化拐角控制。具體地，提供了一種控制具有多個車輪的車輛的方法，其包括監(jiān)測期望的車輛動態(tài)性能；基于期望的車輛動態(tài)性能和實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解來確定期望的拐角力和力矩分布；以及基于期望的拐角力和力矩分布來控制車輛。實時閉型動態(tài)性能優(yōu)化解是基于最小化的重心力誤差分量；最小化的控制能量分量；以及最大化的輪胎力保留分量。
文檔編號B60W10/20GK102398594SQ20111026343
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權日2010年9月7日
發(fā)明者B. 利特庫希 B., K. 莫什楚克 N., 陳 S-K., 皮利普楚克 V., 鄧 W., A. 霍奈姆 Y. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司