專利名稱：用于控制主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域一般涉及對車輛的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向(ARS)系統(tǒng)的控制。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的車輛有時(shí)結(jié)合有主動(dòng)式車輛控制子系統(tǒng)。一種用于提供自動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向的這 樣的子系統(tǒng)被公知為主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向(ARS)控制系統(tǒng)。ARS控制系統(tǒng)修正操作者的轉(zhuǎn)向命 令，以使車輛更接近地遵循車輛操作者所期望的轉(zhuǎn)向路徑，同時(shí)增加車輛的穩(wěn)定性和操作 性。但是，在高速情況下，某些ARS控制系統(tǒng)會(huì)做出使車輛的總體性能惡化的轉(zhuǎn)向修正。

發(fā)明內(nèi)容
各個(gè)實(shí)施例通過提供一種構(gòu)造成對用于各種車輛狀態(tài)的車輛后輪角度進(jìn)行控制 的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向(ARS)控制系統(tǒng)，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)的顧慮，其中所述車輛狀態(tài)包括 了高速情況的車輛狀態(tài)。例如，車輛狀態(tài)信息用來根據(jù)高速時(shí)車輛操作所用的優(yōu)選轉(zhuǎn)彎特 性來對后輪轉(zhuǎn)向角度命令進(jìn)行整形。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施例，用于車輛的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括構(gòu)造成 測量車輛的前輪轉(zhuǎn)向角度的前輪轉(zhuǎn)向角度傳感器、構(gòu)造成測量車輛橫擺率的橫擺率傳感 器、構(gòu)造成測量車輛速度的速度傳感器、以及控制器?？刂破靼ㄟ@樣的指令，即，當(dāng)該 指令由處理器執(zhí)行時(shí)，使處理器作為前輪轉(zhuǎn)向角度的函數(shù)來確定第一后輪轉(zhuǎn)向角度；作 為橫擺率的函數(shù)來確定第二后輪轉(zhuǎn)向角度；作為前輪轉(zhuǎn)向角度、橫擺率和速度中至少一 個(gè)的函數(shù)來確定車輛狀態(tài)；作為車輛狀態(tài)的函數(shù)來確定與第一后輪轉(zhuǎn)向角度相關(guān)聯(lián)的第 一整形函數(shù)；作為車輛狀態(tài)的函數(shù)來確定與第二后輪轉(zhuǎn)向角度相關(guān)聯(lián)的第二整形函數(shù) (shapingfunction)；和作為第一后輪轉(zhuǎn)向角度、第二后輪轉(zhuǎn)向角度、第一整形函數(shù)、以及第 二整形函數(shù)的函數(shù)來確定后輪轉(zhuǎn)向命令。本發(fā)明提供了一種用于車輛的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，包括構(gòu)造成測量車輛的前輪轉(zhuǎn)向角度的前輪轉(zhuǎn)向角度傳感器；構(gòu)造成測量車輛的橫擺率的橫擺率傳感器；構(gòu)造成測量車輛速度的速度傳感器；和控制器，所述控制器包括這樣的指令，S卩，當(dāng)所述指令由處理器執(zhí)行時(shí)，使處理 器作為前輪轉(zhuǎn)向角度的函數(shù)來確定第一后輪轉(zhuǎn)向角度；作為橫擺率的函數(shù)來確定第二后輪轉(zhuǎn)向角度；作為速度的函數(shù)來確定車輛狀態(tài)；
3
作為車輛狀態(tài)的函數(shù)來確定與第一后輪轉(zhuǎn)向角度相關(guān)聯(lián)的第一整形函數(shù)；作為車輛狀態(tài)的函數(shù)來確定與第二后輪轉(zhuǎn)向角度相關(guān)聯(lián)的第二整形函數(shù)；和作為第一后輪轉(zhuǎn)向角度、第二后輪轉(zhuǎn)向角度、第一整形函數(shù)、和第二整形函數(shù)的函 數(shù)來確定后輪轉(zhuǎn)向命令。優(yōu)選地，確定車輛狀態(tài)包括從車輛狀態(tài)的枚舉列表中進(jìn)行選擇。優(yōu)選地，確定車輛狀態(tài)包括確定車輛狀態(tài)信號(hào)的大小。優(yōu)選地，車輛狀態(tài)進(jìn)一步是前輪轉(zhuǎn)向角度的函數(shù)。
優(yōu)選地，車輛狀態(tài)是前輪轉(zhuǎn)向角度的變化率的函數(shù)。優(yōu)選地，車輛狀態(tài)進(jìn)一步是橫擺率的函數(shù)。優(yōu)選地，車輛狀態(tài)是橫擺率的變化率的函數(shù)。優(yōu)選地，車輛狀態(tài)進(jìn)一步是前輪轉(zhuǎn)向角度和橫擺率的函數(shù)。優(yōu)選地，后輪轉(zhuǎn)向命令是乘以第一整形函數(shù)的第一后輪轉(zhuǎn)向角度與乘以第二整形 函數(shù)的第二后輪轉(zhuǎn)向角度的和。優(yōu)選地，第一整形函數(shù)和第二整形函數(shù)中的每一個(gè)都是從多個(gè)增益中加以選擇。優(yōu)選地，所述增益被確定為前輪轉(zhuǎn)向角度的函數(shù)。優(yōu)選地，第一整形函數(shù)和第二整形函數(shù)中的每一個(gè)還是第一后輪轉(zhuǎn)向角度和第二 后輪轉(zhuǎn)向角度中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)的函數(shù)。優(yōu)選地，還包括構(gòu)造成根據(jù)后輪轉(zhuǎn)向命令來控制車輛后輪的后輪轉(zhuǎn)向角度的致動(dòng)
ο優(yōu)選地，第一后輪轉(zhuǎn)向角度進(jìn)一步是前輪剛度和后輪剛度的函數(shù)。優(yōu)選地，第二后輪轉(zhuǎn)向角度進(jìn)一步是速度、車輛質(zhì)量、前輪剛度、后輪剛度、從前軸 到車輛重心的距離、以及從后軸到該重心的距離的函數(shù)。本發(fā)明提供了一種主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的控制器，包括處理器；和至少一個(gè)包括指令的軟件模塊，當(dāng)所述指令由處理器執(zhí)行時(shí)，使得處理器確定第一后輪轉(zhuǎn)向角度，該第一后輪轉(zhuǎn)向角度作為通過主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng) 的轉(zhuǎn)向角度傳感器測量的前輪轉(zhuǎn)向角度的函數(shù)；確定第二后輪轉(zhuǎn)向角度，該第二后輪轉(zhuǎn)向角度作為通過主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng) 的橫擺率傳感器測量的橫擺率的函數(shù)；確定車輛狀態(tài)，該車輛狀態(tài)作為通過主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的速度傳感器測量 的速度的函數(shù)；作為車輛狀態(tài)的函數(shù)來確定與第一后輪轉(zhuǎn)向角度相關(guān)聯(lián)的第一整形函數(shù)；作為車輛狀態(tài)的函數(shù)來確定與第二后輪轉(zhuǎn)向角度相關(guān)聯(lián)的第二整形函數(shù)；和作為第一后輪轉(zhuǎn)向角度、第二后輪轉(zhuǎn)向角度、第一整形函數(shù)、和第二整形函數(shù)的函 數(shù)來確定后輪轉(zhuǎn)向命令。 優(yōu)選地，車輛狀態(tài)進(jìn)一步是前輪轉(zhuǎn)向角度的函數(shù)。優(yōu)選地，車輛狀態(tài)進(jìn)一步是橫擺率的函數(shù)。優(yōu)選地，后輪轉(zhuǎn)向命令是乘以第一整形函數(shù)的第一后輪轉(zhuǎn)向角度與乘以第二整形 函數(shù)的第二后輪轉(zhuǎn)向角度的和。
前面主要地概括了各個(gè)實(shí)施例的某些方面和特征，其應(yīng)當(dāng)解釋為僅僅是對各個(gè)可 能的應(yīng)用的說明。通過以不同的方式應(yīng)用所公開的信息或通過組合所公開的實(shí)施例的各個(gè) 方面可以獲得其它有益的結(jié)果。除了權(quán)利要求書限定的范圍之外，通過結(jié)合附圖并參照對 示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述可以獲得其它的方面和更全面的理解。


圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的，包括了主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛的示意性圖示。圖2是示出了圖1的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的軟件模塊的方法的流程圖。圖3是示出了圖1的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的軟件模塊的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式在這里按照規(guī)定公開了詳細(xì)的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，所公開的實(shí)施例僅僅是各 種形式和替換形式的示例性例子。如在這里使用的，措詞“示例性例子”被擴(kuò)展性地用來指 作為說明、樣本、模型或模式而起作用的實(shí)施例。附圖無需按照比例，并且某些特征可以被 放大或縮小以示出特定部件的細(xì)節(jié)。在其它情況下，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說已公知的 部件、系統(tǒng)、材料或方法不會(huì)再進(jìn)行詳細(xì)的描述，以免使本發(fā)明不夠清晰。因此，在這里公開 的具體的結(jié)構(gòu)性和功能性的細(xì)節(jié)將不被解釋為限制，而僅僅是作為權(quán)利要求書的基礎(chǔ)并且 作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員的代表性基礎(chǔ)。參照圖1，車輛12包括主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向(ARS)控制系統(tǒng)10、轉(zhuǎn)向輪44、轉(zhuǎn)向柱46、 前軸48、前輪26、后軸50、和后輪24。ARS控制系統(tǒng)10包括ARS控制器19、處理器40、存儲(chǔ) 器42和ARS致動(dòng)器14。如在這里使用的，術(shù)語“控制器”表示計(jì)算裝置，例如但不限于可編 程邏輯控制器(PLC)、遠(yuǎn)程終端單元(RTU)、或分布式控制系統(tǒng)(DCS)等，其監(jiān)控和影響給定 系統(tǒng)的操作情況。ARS控制器19包括軟件模塊16、18a、18b、20、22、23，所述軟件模塊包括 可由處理器40執(zhí)行的指令。所述ARS致動(dòng)器14包括構(gòu)造成使車輛12的后輪24根據(jù)后輪 轉(zhuǎn)向命令、。。m轉(zhuǎn)向的馬達(dá)28。ARS控制系統(tǒng)10包括構(gòu)造成測量車輛12的橫擺率Ψ ‘的橫擺率傳感器30、構(gòu)造 成測量車輛12的縱向速度Vx和橫向速度Vy的速度傳感器32、和構(gòu)造成測量車輛12的前 輪轉(zhuǎn)向角度Sf的轉(zhuǎn)向角度傳感器34。狀態(tài)軟件模塊16構(gòu)造成確定車輛12的狀態(tài)S，狀態(tài)S作為橫擺率、車輛速度 Vx和前輪轉(zhuǎn)向角度SfW函數(shù)。轉(zhuǎn)向角度軟件模塊20、22構(gòu)造成確定作為橫擺率和前 輪轉(zhuǎn)向角度Sf的函數(shù)的后輪轉(zhuǎn)向角度5rl、Sr2。整形軟件模塊18a、18b構(gòu)造成確定作為 后輪轉(zhuǎn)向角度Sri、Srt中的相應(yīng)一個(gè)、前輪轉(zhuǎn)向角度Sf、和車輛狀態(tài)S的函數(shù)的整形函數(shù) Fshl、Fsh2。組合軟件模塊23構(gòu)造成將后輪轉(zhuǎn)向角度δΗ、Srf與整形函數(shù)Fshl、Fsh2進(jìn)行組合 以產(chǎn)生后輪轉(zhuǎn)向命令、。 。ARS致動(dòng)器14構(gòu)造成作為后輪轉(zhuǎn)向命令δΜ。ω的函數(shù)來控制 后輪24和使其轉(zhuǎn)向。例如，ARS致動(dòng)器14采用后輪轉(zhuǎn)向命令δ r-來產(chǎn)生信號(hào)以驅(qū)動(dòng)馬達(dá) 28?，F(xiàn)在對軟件模塊16、18a、18b、20、22、23進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。狀態(tài)軟件模塊16 構(gòu)造成確定車輛狀態(tài)S。為了教導(dǎo)的目的，將各種狀態(tài)S如下進(jìn)行限定。第一狀態(tài)3工包括 低速Vx和穩(wěn)定的操作；第二狀態(tài)S2包括高速Vx和穩(wěn)定的操作；第三狀態(tài)S3包括低速Vx和瞬時(shí)的操作(transient operation)；以及，第四狀態(tài)S4包括高速Vx和瞬時(shí)的操作。為了 教導(dǎo)的目的，穩(wěn)定的操作和瞬時(shí)的操作由前輪轉(zhuǎn)向速度閾值Sfth'、最小的前輪轉(zhuǎn)向速度 Sfthmin‘、橫擺加速度閾值Fth"、和最小的橫擺加速度Vthmin“限定。例如，在閾值Sfth'、 Vth"兩者以上的操作是瞬時(shí)的操作，而在閾值Sfth'、Vth"之一或兩者以下的操作是穩(wěn) 定的操作。最小值Sfthmin‘、Vthmin"均小于閾值Sfth' >￥th"，并被用于在一段時(shí)間或多 個(gè)循環(huán)周期內(nèi)驗(yàn)證穩(wěn)定的狀態(tài)。閾值Sfth'、Vth“和最小值Sfthmin‘、Vthmin“均通過對 車輛12進(jìn)行測試從而實(shí)驗(yàn)地確定。相似地，高速和低速由閾值速度Vth限定。在閾值速度 Vth之上為高速，在閾值速度Vth之下為低速。為了說明的目的，閾值速度Vth是16m/s。參照圖2，描述了一種確定車輛狀態(tài)S的示例性方法。在步驟132，狀態(tài)軟件模 塊16計(jì)算前輪轉(zhuǎn)向角度Sf*橫擺率ψ'的導(dǎo)數(shù)，以獲得前輪轉(zhuǎn)向速度δ/和橫擺加 速度Ψ"。在步驟136，狀態(tài)軟件模塊16確定轉(zhuǎn)向角速度δ/是否大于轉(zhuǎn)向角速度閾值 Sfth'。如果是，那么在方框150中狀態(tài)軟件模塊16將第一標(biāo)志G1設(shè)置為1。如果否，那 么在步驟134，狀態(tài)軟件模塊16確定轉(zhuǎn)向角速度δ/是否持續(xù)在某段時(shí)間內(nèi)(例如，控 制循環(huán)周圍時(shí)間為10毫秒的20次循環(huán)周期，也就是200毫秒)都小于最小的轉(zhuǎn)向角速度 Sfthmin'。如果是，那么在方框152中狀態(tài)軟件模塊16將第一標(biāo)志G1SSSOt5如果否， 那么在方框150中狀態(tài)軟件模塊16將第一標(biāo)志G1設(shè)置為1。在步驟138，狀態(tài)軟件模塊16確定橫擺加速度Ψ “是否大于閾值橫擺加速度 Vth"。如果是，那么在方框146中，狀態(tài)軟件模塊16將第二標(biāo)志G2設(shè)置為1。如果否， 那么在步聚140，狀態(tài)軟件模塊16確定橫擺加速度V"是否持續(xù)在某段時(shí)向內(nèi)(例如，控 制循環(huán)周期時(shí)間為10毫秒的20次循環(huán)周期，也就是200毫秒)都小于最小的橫擺加速度 Vthmin“。如果是，那么在方框148中狀態(tài)軟件模塊16將第二標(biāo)志G2設(shè)置為0。如果否，那 么在方框146中狀態(tài)軟件模塊16將第二標(biāo)志G2設(shè)置為1。在步驟160，狀態(tài)軟件模塊16通 過使第一標(biāo)志G1和第二標(biāo)志G2相乘來確定可變標(biāo)志G。在這里，可變標(biāo)志G等于1表示瞬 時(shí)的操作，可變標(biāo)志G等于0則表示穩(wěn)定的操作。在步驟161，狀態(tài)軟件模塊16確定車輛速度Vx是否小于閾值速度Vth。如果是，那 么在步驟162，狀態(tài)軟件模塊16確定可變標(biāo)記G是否被設(shè)置為1。如果否，那么在方框166 中，狀態(tài)軟件模塊16將車輛狀態(tài)S設(shè)置為第一狀態(tài)S1。如果是，那么在方框164中，狀態(tài)軟 件模塊16將車輛狀態(tài)S設(shè)置為第三狀態(tài)S3。如果在步驟161處車輛速度Vx不小于閾值速 度Vth，那么在步驟168處狀態(tài)軟件模塊16確定可變標(biāo)記G是否被設(shè)置為1。如果否，那么 在方框170中，狀態(tài)軟件模塊16將車輛狀態(tài)S設(shè)置為第二狀態(tài)S2。如果是，那么在方框169 中，狀態(tài)軟件模塊16將車輛狀態(tài)S設(shè)置為第四狀態(tài)S4。在替換性實(shí)施例中，該方法包括替換的或額外的車輛狀態(tài)。該狀態(tài)可以替換地由 連續(xù)的信號(hào)表示，其中，信號(hào)相對于閾值的大小指示狀態(tài)?，F(xiàn)在對構(gòu)造成確定后輪轉(zhuǎn)向角度δ rl> δ r2的示例性的轉(zhuǎn)向角度軟件模塊20、22進(jìn) 行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。為了教導(dǎo)的目的，使用兩自由度的橫擺平面動(dòng)力學(xué)模型。當(dāng)車輛12 經(jīng)受操縱時(shí)，它不僅會(huì)導(dǎo)致橫擺運(yùn)動(dòng)，而且同時(shí)發(fā)生側(cè)滑運(yùn)動(dòng)。橫擺運(yùn)動(dòng)由橫擺率Ψ ‘來部 分地表征，而側(cè)向運(yùn)動(dòng)則由側(cè)滑速度或側(cè)向速度Vy來部分地表征。車輛橫擺平面動(dòng)力學(xué)通 過二階狀態(tài)方程描述
權(quán)利要求
一種用于車輛的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，包括構(gòu)造成測量所述車輛的前輪轉(zhuǎn)向角度的前輪轉(zhuǎn)向角度傳感器；構(gòu)造成測量所述車輛的橫擺率的橫擺率傳感器；構(gòu)造成測量所述車輛的速度的速度傳感器；和控制器，所述控制器包括指令，當(dāng)所述指令由處理器執(zhí)行時(shí)，使所述處理器作為所述前輪轉(zhuǎn)向角度的函數(shù)來確定第一后輪轉(zhuǎn)向角度；作為所述橫擺率的函數(shù)來確定第二后輪轉(zhuǎn)向角度；作為速度的函數(shù)來確定車輛狀態(tài)；作為所述車輛狀態(tài)的函數(shù)來確定與所述第一后輪轉(zhuǎn)向角度相關(guān)聯(lián)的第一整形函數(shù)；作為所述車輛狀態(tài)的函數(shù)來確定與所述第二后輪轉(zhuǎn)向角度相關(guān)聯(lián)的第二整形函數(shù)；和作為所述第一后輪轉(zhuǎn)向角度、所述第二后輪轉(zhuǎn)向角度、所述第一整形函數(shù)、和所述第二整形函數(shù)的函數(shù)來確定后輪轉(zhuǎn)向命令。
2.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其中，確定所述車輛狀態(tài)包括從車 輛狀態(tài)的枚舉列表中進(jìn)行選擇。
3.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其中，確定所述車輛狀態(tài)包括確定 車輛狀態(tài)信號(hào)的大小。
4.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其中，所述車輛狀態(tài)進(jìn)一步是所述 前輪轉(zhuǎn)向角度的函數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其中，所述車輛狀態(tài)是所述前輪轉(zhuǎn) 向角度的變化率的函數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其中，所述車輛狀態(tài)進(jìn)一步是所述 橫擺率的函數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其中，所述車輛狀態(tài)是所述橫擺率 的變化率的函數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其中，所述車輛狀態(tài)進(jìn)一步是所述 前輪轉(zhuǎn)向角度和所述橫擺率的函數(shù)。
9.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其中，所述后輪轉(zhuǎn)向命令是乘以所 述第一整形函數(shù)的第一后輪轉(zhuǎn)向角度與乘以所述第二整形函數(shù)的第二后輪轉(zhuǎn)向角度的和。
10.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其中，所述第一整形函數(shù)和所述第 二整形函數(shù)中的每一個(gè)都從多個(gè)增益中加以選擇。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向的方法和設(shè)備。具體地，提供了一種主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的控制器，該控制器包括處理器和軟件模塊。軟件模塊包括這樣的指令，即，當(dāng)該指令由處理器執(zhí)行時(shí)，使處理器確定后輪轉(zhuǎn)向角度、確定車輛狀態(tài)、確定整形函數(shù)和確定后輪轉(zhuǎn)向命令。
文檔編號(hào)B62D101/00GK101934816SQ20101014941
公開日2011年1月5日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者E·J·阿加拉斯, K·A·奧迪, R·費(fèi)勒, Y·A·霍內(nèi)姆 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司