專(zhuān)利名稱(chēng)：車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法及裝置，特別是，涉及車(chē)輛實(shí)現(xiàn)規(guī)定的車(chē)體運(yùn)動(dòng)的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法及裝置。
背景技術(shù)：
在特愿2003-024177號(hào)說(shuō)明書(shū)中，公開(kāi)了使車(chē)體產(chǎn)生力最大化的四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向、獨(dú)立制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)控制，其中實(shí)現(xiàn)了所希望的車(chē)體產(chǎn)生力方向和偏轉(zhuǎn)力矩。這里，各輪的輪胎和路面之間的路面摩擦系數(shù)μ的利用率(以下，稱(chēng)作μ利用率)當(dāng)作一定，將輪胎產(chǎn)生力方向作為操作量，導(dǎo)出使μ利用率最小的最佳控制規(guī)則。
而且，在特開(kāi)平11-348753號(hào)公報(bào)中，基于作為目標(biāo)的偏轉(zhuǎn)力矩、車(chē)輛前后向力及橫向力、和各輪的滑移率微小變化相對(duì)的偏轉(zhuǎn)力矩、車(chē)輛前后向力及橫向力的變化，計(jì)算得到作為目標(biāo)的偏轉(zhuǎn)力矩和車(chē)輛前后向力、橫向力用的各輪的滑移率目標(biāo)值，提出了基于該目標(biāo)值的制動(dòng)力控制。

發(fā)明內(nèi)容
在上述特愿2003-024177號(hào)的裝置中，假定與要求的車(chē)體產(chǎn)生力相比，偏轉(zhuǎn)力矩小，則在各輪的輪胎產(chǎn)生力方向相對(duì)于車(chē)體產(chǎn)生力的方向處于±π/2以內(nèi)的假設(shè)條件下，根據(jù)相當(dāng)于所希望的車(chē)體產(chǎn)生力與路面摩擦系數(shù)利用率之比的評(píng)價(jià)函數(shù)導(dǎo)出最佳解。其中，所述路面摩擦系數(shù)利用率是指路面和輪胎間的摩擦系數(shù)。
但是，在低μ路等中，抑制自轉(zhuǎn)產(chǎn)生等時(shí)所要求的偏轉(zhuǎn)力矩相對(duì)于車(chē)體產(chǎn)生力變大，在各輪的輪胎產(chǎn)生力方向相對(duì)于車(chē)體產(chǎn)生力方向處于±π/2以內(nèi)這樣的、專(zhuān)利文獻(xiàn)1的裝置的假定情況下，不能導(dǎo)出適當(dāng)?shù)慕?。另外，根?jù)上述特開(kāi)平11-348753號(hào)公報(bào)中的方法，在求各輪滑移率的制動(dòng)力分配邏輯塊(logic)中，進(jìn)行使用4行4列的逆矩陣的最急速下降法的計(jì)算，計(jì)算工作量大。
本發(fā)明是鑒于上述事實(shí)而提出的，其目的在于提供一種不論車(chē)體產(chǎn)生力及偏轉(zhuǎn)力矩各自的大小，都可實(shí)現(xiàn)規(guī)定的車(chē)體運(yùn)動(dòng)的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法及裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一發(fā)明提供了一種車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法，其使用包含輪胎產(chǎn)生力方向的評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)各輪計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向，以實(shí)現(xiàn)得到規(guī)定的車(chē)體運(yùn)動(dòng)所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力，并使用算出的輪胎產(chǎn)生力的方向，實(shí)現(xiàn)該車(chē)體運(yùn)動(dòng)，其中，上述評(píng)價(jià)函數(shù)相當(dāng)于所希望的車(chē)體產(chǎn)生力及偏轉(zhuǎn)力矩各自的二次方之和與路面摩擦系數(shù)利用率之比，其中，所述路面摩擦系數(shù)利用率是指假定在各輪都為一定的路面和輪胎間的摩擦系數(shù)。
即，本發(fā)明使用包含輪胎產(chǎn)生力方向的評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)各輪計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向，以實(shí)現(xiàn)得到規(guī)定的車(chē)體運(yùn)動(dòng)所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力，并使用算出的輪胎產(chǎn)生力的方向，實(shí)現(xiàn)該車(chē)體運(yùn)動(dòng)。
這里，假定偏轉(zhuǎn)力矩小于車(chē)體產(chǎn)生力，通過(guò)相當(dāng)于所希望的車(chē)體產(chǎn)生力與路面利輪胎間的摩擦系數(shù)、即路面摩擦系數(shù)利用率之比的評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)各輪計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向，以實(shí)現(xiàn)所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力，在偏轉(zhuǎn)力矩不小于車(chē)體產(chǎn)生力的情況下，即使使用該輪胎產(chǎn)生合力，也不能適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)規(guī)定的車(chē)體運(yùn)動(dòng)。
因此，本發(fā)明中的評(píng)價(jià)函數(shù)，使用相當(dāng)于所希望的車(chē)體產(chǎn)生力及偏轉(zhuǎn)力矩各自的二次方之和與路面摩擦系數(shù)利用率之比的評(píng)價(jià)函數(shù)。其中，所述路面摩擦系數(shù)利用率是指假定在各輪都為一定的路面和輪胎間的摩擦系數(shù)。
這樣，由于本發(fā)明使用包含車(chē)體產(chǎn)生力及偏轉(zhuǎn)力矩雙方大小的評(píng)價(jià)函數(shù)，所以如果使用由該評(píng)價(jià)函數(shù)算出的輪胎產(chǎn)生力的方向，則可以與所希望的車(chē)體產(chǎn)生力及偏轉(zhuǎn)力矩大小的平衡無(wú)關(guān)地、適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)規(guī)定的車(chē)體運(yùn)動(dòng)。
而且，也可以使所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力的約束條件線性化，并使用評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)各輪計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向。這樣，當(dāng)使所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力的約束條件線性化時(shí)，可以減少計(jì)算工作量。
具體地說(shuō)，例如，在上述車(chē)輪前后合起來(lái)具有4個(gè)的情況下，使用由上述線性化的所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力的2個(gè)約束條件和評(píng)價(jià)函數(shù)作成的2行4列矩陣的偽逆矩陣，求各輪的輪胎產(chǎn)生力的方向。
第二發(fā)明的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝置具有計(jì)算單元，基于檢測(cè)車(chē)輛狀態(tài)量的檢測(cè)單元和包含輪胎產(chǎn)生力方向的評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)各輪計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向，以實(shí)現(xiàn)得到規(guī)定的車(chē)體運(yùn)動(dòng)的所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力；和控制單元，根據(jù)由上述計(jì)算單元對(duì)各輪算出的輪胎產(chǎn)生力的方向、在輪胎產(chǎn)生力方向的計(jì)算中利用的評(píng)價(jià)函數(shù)值、以及基于所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力而計(jì)算的路面和輪胎間的摩擦系數(shù)、即路面摩擦系數(shù)利用率，控制各輪的轉(zhuǎn)向角及各輪的制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)力。由于本發(fā)明的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝置具有和上面相同的作用·效果，所以省略其說(shuō)明。
另外，本發(fā)明的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝置的計(jì)算單元和上面相同，可以如下動(dòng)作。即，將所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力作為約束條件，使用評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)各輪計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向。這時(shí)，也可以使所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力的約束狀態(tài)線性化，并使用評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)各輪計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向。例如在上述車(chē)輪前后合起來(lái)具有4個(gè)的情況下，可以使用由上述線性化的所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力的2個(gè)約束條件和評(píng)價(jià)函數(shù)作成的2行4列矩陣的偽逆矩陣，計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向。


圖1為表示左右兩輪模型中的極限橫向力與偏轉(zhuǎn)力矩的關(guān)系的圖。
圖2為表示極限時(shí)的車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩的關(guān)系的圖。
圖3為表示車(chē)體模型的圖。
圖4為表示對(duì)應(yīng)車(chē)體產(chǎn)生力的座標(biāo)系的圖。
圖5為根據(jù)本實(shí)施方式的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝置的大致構(gòu)成圖。
圖6為表示實(shí)現(xiàn)車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)程序的流程圖。
圖7A～圖7D為表示本實(shí)施方式的各輪產(chǎn)生力方向的運(yùn)算結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施形式的一個(gè)例子。
先說(shuō)明使用評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算輪胎產(chǎn)生合力的方向的原理，上述評(píng)價(jià)函數(shù)相當(dāng)于本實(shí)施方式中的車(chē)體產(chǎn)生力及偏轉(zhuǎn)力矩的二次方之和與輪胎和路面間的路面摩擦系數(shù)μ的利用率(μ利用率)之比。
首先，說(shuō)明極限行駛時(shí)的車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩的關(guān)系。
以往，雖然導(dǎo)出使賦予了所希望的偏轉(zhuǎn)力矩和車(chē)體產(chǎn)生力方向時(shí)的車(chē)體產(chǎn)生力最大化的控制規(guī)則，但是，在車(chē)體產(chǎn)生力的大小和偏轉(zhuǎn)力矩之間存在折衷關(guān)系，在得到大的偏轉(zhuǎn)力矩的情況下，車(chē)體產(chǎn)生力會(huì)變小。因此，在出現(xiàn)超過(guò)極限的要求時(shí)，需要考慮應(yīng)使該車(chē)體產(chǎn)生力與偏轉(zhuǎn)力矩中的哪一個(gè)優(yōu)先，并調(diào)整向控制規(guī)則導(dǎo)出邏輯塊的輸入(所希望的車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩)。這里，以利用于該調(diào)整為目的，近似地導(dǎo)出車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩間的折衷關(guān)系。
圖1表示由左右兩輪近似的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)模型。這里，假定忽略各輪的兩輪間載荷移動(dòng)，并且左右兩輪都輸出摩擦極限的橫向力。這時(shí)，當(dāng)給左右輪分別施加大小為u的制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力時(shí)，偏轉(zhuǎn)力矩MZ為[數(shù)1]Mz＝2lu (1)其中，l為從重心到各輪的距離。而且，橫向力的合力F為[數(shù)2]F=2(μmg2)2-u2---(2)]]>其中，μ路面μ，m車(chē)輛質(zhì)量，g重力加速度。根據(jù)這些關(guān)系，推出[數(shù)3](lF)2+Mz2=lμmg---(3)]]>盡管式(3)為沒(méi)有載荷移動(dòng)等假定下的結(jié)論，但是，記述了車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩、及路面μ的關(guān)系，通過(guò)將1看作重心和各輪位置的平均距離，可以擴(kuò)展到四輪考慮。圖2表示偏轉(zhuǎn)力矩和最大化的車(chē)體產(chǎn)生力的關(guān)系，此時(shí)，將基于考慮了μ＝0.78、l＝1.5[m]時(shí)的式(3)的關(guān)系和載荷移動(dòng)、摩擦圓的載荷非線性的現(xiàn)有技術(shù)的邏輯塊(車(chē)體產(chǎn)生力方向＝0、π/4、π/2、滾動(dòng)剛性分配＝最佳映射利用)導(dǎo)出的控制規(guī)則，適用到考慮了四輪的載荷移動(dòng)、摩擦圓中的載荷非線性的詳細(xì)模型中。雖然式(3)為在沒(méi)有載荷移動(dòng)等的假定下導(dǎo)出的關(guān)系，但是，即使在考慮了載荷移動(dòng)、摩擦圓中的載荷非線性的狀態(tài)下，也能較好地近似。
如圖3所示，假定作為由四輪產(chǎn)生的輪胎產(chǎn)生力的合力，施加在車(chē)體上的力的方向θ和各輪的極限摩擦圓的大小Fimax(i＝1左前輪、2右前輪、3左后輪、4右后輪)是已知的，則在確保所希望的偏轉(zhuǎn)力矩和車(chē)體產(chǎn)生力的同時(shí)，可以求出用于使各輪的地面附著力容限均等地最大化的各輪輪胎產(chǎn)生力的方向(產(chǎn)生合力方向和單輪產(chǎn)生力所成的角qi)。因此，這里，首先進(jìn)行確保所希望的偏轉(zhuǎn)力矩和車(chē)體產(chǎn)生力這樣的約束條件的模型化。當(dāng)進(jìn)行以四輪的輪胎產(chǎn)生力的合力的方向?yàn)閤軸、與其垂直的方向?yàn)閥軸的座標(biāo)變換時(shí)，各輪胎的位置(x、y)＝(ai、bi)可以表述為(參見(jiàn)圖4)[數(shù)4]a1=Tf2cosθ-Lfsinθ---(4)]]>a2=-Tf2cosθ-Lfsinθ---(5)]]>a3=Tr2cosθ+Lrsinθ---(6)]]>a4=-Tr2cosθ+Lrsinθ---(7)]]>b1=Tf2sinθ+Lfcosθ---(8)]]>b2=-Tf2sinθ+Lfcosθ---(9)]]>b3=Tr2sinθ-Lrcosθ---(10)]]>b4=-Tr2sinθ-Lrcosθ---(11)]]>其中，θ在直行加速時(shí)為0，并以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?。而且，在?dāng)前的車(chē)輛重心周?chē)鷳?yīng)該產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩為Mz0、車(chē)體產(chǎn)生力為F0、各輪的μ利用率為γ時(shí)，在各輪的輪胎產(chǎn)生力的方向(產(chǎn)生合力方向和單輪產(chǎn)生力所成的角qi相對(duì)于產(chǎn)生合力的方向，以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?中存在以下約束條件。
γF1maxsinq1+γF2maxsinq2+γF3maxsinq3+γF4maxsinq4＝0 (12)γF1maxcosq1+γF2maxcosq2+γF3maxcosq3+γF4maxcosq4＝F0(13)
-a1γF1maxcosq1-a2γF2maxcosq2-a3γF3maxcosq3-a4γF4maxcosq4+b1γF1maxsinq1+b2γF2maxsinq2+b3γF3maxsinq3+b4γF4maxsinq4＝Mz0(14)這里，式(12)可以表述為[數(shù)6]F1maxsinq1+F2maxsinq2+F3maxsinq3+F4maxsinq4＝0 (15)而且，當(dāng)從式(13)、(14)中消去γ后整理得到[數(shù)7]b1F0F1maxsinq1+b2F0F2maxsinq2+b3F0F3maxsinq3+b4F0F4maxsinq4-(a1F0+Mz0)F1maxcosq1-(a2F0+Mz0)F2maxcosq2-(a3F0+Mz0)F3maxcosq3-(a4F0+Mz0)F4maxcosq4＝0(16)最終的約束條件如式(15)、(16)所述。
在如現(xiàn)有技術(shù)那樣要求的車(chē)體產(chǎn)生力的大小與偏轉(zhuǎn)力矩相比非常大的情況下，各輪的輪胎產(chǎn)生力的方向接近車(chē)體產(chǎn)生力方向，-π/2＜q1＜π/2成立。這時(shí)，地面附著力容限的最大化問(wèn)題，即，μ利用率的最小化問(wèn)題，可以轉(zhuǎn)換為基于作為車(chē)體產(chǎn)生力的約束條件的式(13)求出使下面的作為評(píng)價(jià)函數(shù)(第一評(píng)價(jià)函數(shù))的式(17)最大化的-π/2＜qi＜π/2的問(wèn)題。
J=F0γ=F1maxcosq1+F2maxcosq2+F3maxcosq3+F4maxcosq4---(17)]]>而且，在偏轉(zhuǎn)力矩Mz0與車(chē)體產(chǎn)生力F0相比非常大的情況下，可以基于作為偏轉(zhuǎn)力矩的約束條件的式(14)，轉(zhuǎn)換為求出使下面的作為評(píng)價(jià)函數(shù)(第二評(píng)價(jià)函數(shù))的式(18)最大化的ai-π/2＜qi＜ai+π/2的問(wèn)題。
J=1γ=-a1F1maxMz0cosq1-a2F2maxMz0cosq2-a3F3maxMz0cosq4]]>+b1F1maxMz0sinq1+b2F2maxMz0sinq2+b3F3maxMz0sinq3+b4F4maxMz0sinq4]]>=∑i=14Fimax(aiMz0)2+(biMz0)2cos(qi-ai)---(18)]]>其中，[數(shù)10]αi=-tan-1biai---(19)]]>該條件表示各輪的輪胎產(chǎn)生力方向和所希望的偏轉(zhuǎn)力矩的方向大致一致。這樣，在基于作為車(chē)體產(chǎn)生力的約束條件的式(13)設(shè)定評(píng)價(jià)函數(shù)的情況下、與在基于作為偏轉(zhuǎn)力矩的約束條件的式(14)設(shè)定評(píng)價(jià)函數(shù)的情況下，求出的輪胎產(chǎn)生力方向的搜索區(qū)域不同。在本實(shí)施方式中，著眼于該性質(zhì)，通過(guò)組合兩者的評(píng)價(jià)函數(shù)來(lái)進(jìn)行適應(yīng)于所希望的車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩大小的平衡的搜索區(qū)域的設(shè)定。
極限區(qū)域中的車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩的關(guān)系由式(3)給出。因此，作為評(píng)價(jià)函數(shù)(第三評(píng)價(jià)函數(shù))(式20)，[數(shù)11]J=(lF0)2+Mz02γ---(20)]]>通過(guò)實(shí)現(xiàn)最大化，可以考慮更均衡地評(píng)價(jià)車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩的平衡。可以由式(13)、(14)的關(guān)系表示式(20)。
J=(lF0)2+Mz02γ=l2F0F0γ+Mz0Mz0γ]]>
=∑i=14l2F0Fimaxcosqi+∑i=14FimaxMz0(-aicosqi+bisinqi)]]>=∑i=14Fimax{(l2F0-aiMz0)cosqi+biMz0sinqi}---(21)]]>該問(wèn)題可以通過(guò)反復(fù)使用偽逆矩陣來(lái)求解。首先，當(dāng)將式(15)的約束條件泰勒展開(kāi)時(shí)，[數(shù)13]∑i=14Fimax{sinqi0+(qi-qi0)cosqi0}=0]]>即，[數(shù)14]∑i=14Fimaxcosqi0·qi=∑i=14Fimax{qi0cosqi0-sinqi0}---(22)]]>而且，式(16)的泰勒展開(kāi)表述為[數(shù)15]∑i=14biF0Fimax{sinqi0+(qi-qi0)cosqi0}]]>=∑i=14(aiF0+Mz0)Fimax{cosqi0-(qi-qi0)sinqi0}]]>即，[數(shù)16]∑i=14Fimax{biF0cosqi0+(aiF0+Mz0)sinqi0}]]>=∑i=14Fimax{biF0(qi0cosqi0-sinqi0)+(aiF0+Mz0)(qi0sinqi0+cosqi0)}---(23)]]>其中，q10為前步驟中的q1。式(21)由2次泰勒展開(kāi)來(lái)近似時(shí)表述為[數(shù)17]
J=∑i=14Fimax[(l2F0-aiMz0)·{cosqi0-sinqi0(qi-qi0)-cosi02(qi-qi0)2}]]>+biMz0{sinqi0+cosqi0(qi-qi0)-}sinqi02(qi-qi0)2]]]>=∑i=14Fimax[-12{l2F0-aiMz0·cosqi0+biMz0sinqi0}qi2]]>+{(l2F0-aiMz0)·(qi0cosqi0-sinqi0)+biMz0(qi0sinqi0+cosqi0)}qi]]>+(l2F0-aiMz0)·{(1-qi022)·cosqi0+qi0sinqi0}]]>+biMz0{(1-qi022)·sinqi0-qi0cosqi0}]]]>=∑i=14Fimax[-12{(l2F0-aiMz0)·cosqi0+biMz0sinqi0}(qi-Xi)2+Yi]---(24)]]>其中，[數(shù)18]Xi=(l2F0-aiMz0)·(qi0cosqi0-sinqi0)+biMz0(qi0sinqi0+cosqi0)(l2F0-aiMz0)·cosqi0+biMz0sinqi0]]>Yi=(l2F0-aiMz0)·{(1-qi022)·cosqi0+qi0sinqi0}]]>+biMz0{(1-qi022)·sinqi0-qi0cosqi0}]]>+{(l2F0-aiMz0)·(qi0cosqi0-sinqi0)+biMz0(qi0sinqi0+cosqi0)}22(l2F0-aiMz0)·cosqi0+2biMz0sinqi0]]>這里，當(dāng)下式成立時(shí)，[數(shù)19](l2F0-aiMz0)·cosqi0+biMz0sinqi0＞0(25)通過(guò)下式那樣的變量變換，[數(shù)20]pi=Fimax{(l2F0-aiMz0)·cosqi0+biMz0}·(qi-Xi)---(26)]]>式(24)的最大化問(wèn)題成為下式的最小化問(wèn)題。

K=∑i=14pi2]]>另外，式(25)的條件為在基于作為車(chē)體產(chǎn)生力的約束條件的式(13)將評(píng)價(jià)函數(shù)如式(17)那樣設(shè)定的情況下的計(jì)算條件[數(shù)22]cosqi0＞0即，[數(shù)23]l2F0cosqi0＞0與在基于作為偏轉(zhuǎn)力矩的約束條件的式(14)將評(píng)價(jià)函數(shù)如式(18)那樣設(shè)定的情況下的計(jì)算條件的[數(shù)24]aicosqi0-bisinqi0Mz0<0]]>即，[數(shù)25]Mz0(-aicosqi0+bisinqi0)＞0兩條件之和，可以期望在車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩同程度大小時(shí)也成立。這時(shí)，將式(15)、(16)一次泰勒展開(kāi)的式(22)、(23)根據(jù)下述關(guān)系[數(shù)26]qi=1Fimax{(l2F0-aiMz0)·cosqi0+biMz0sinqi0}·pi+Xi---(27)]]>可以表述為 ∑i=14Fimaxcosqi0(l2F0-aiMz0)·cosqi0+bi·Mz0sinqi0·pi]]>=∑i=14Fimax{qi0cosqi0-sinqi0-Xicosqi0}---(28)]]>∑i=14Fimax{biF0cosqi0+(aiF0+Mz0)sinqi0}(l2F0-aiMz0)·cosqi0+bi·Mz0sinqi0·pi]]>=∑i=14Fimax{biF0(qi0cosqi0-sinqi0-Xicosqi0)]]>+(aiF0+Mz0)(qi0sinqi0+cosqi0-Xisinqi0)}---(29)]]>因此，可以通過(guò)反復(fù)計(jì)算以下的遞推公式求出滿足式(23)、(24)，并使式(24)最大化、也就是使μ利用率γ最小化的qi。
q1q2q3q4=diagD1D2D3D4E11E12E13E14E21E22E23E24+·G1G2+X1X2X3X4---(30)]]>其中，Di=1Fimax{(l2F0-aiMz0)·cosqi0+biMz0sinqi0}]]>E1i=Fimaxcosqi0(l2F0-aiMz0)·cosqi0+bi·Mz0sinqi0]]>E2i=Fimax·{biF0cosqi0+(aiF0+Mz0)sinqi0}(l2F0-aiMz0)·cosqi0+bi·Mz0sinqi0]]>G1=∑i=14Fimax{qi0cosqi0-sinqi0-Xicosqi0}]]>G2=∑i=14Fimax{biF0(qi0cosqi0-sinqi0-Xicosqi0)]]>+(aiF0+Mz0)(qi0sinqi0+cosqi0-Xisinqi0)}]]>另外，E+表示E的偽逆矩陣，當(dāng)假定E為行滿秩時(shí)，可以求出，[數(shù)29]
E+＝ET·(E·ET)-1式(30)的運(yùn)算利用下述性質(zhì)，即，偽逆矩陣的運(yùn)算滿足約束條件并導(dǎo)出使下面的歐幾里德范數(shù)最小化的解P1。
K=∑i=14P12]]>下面，說(shuō)明本實(shí)施方式的具體結(jié)構(gòu)。
圖5表示實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝置。10FL及10FR分別表示車(chē)輛12的左右前輪，10RL及10RR分別表示作為車(chē)輛驅(qū)動(dòng)輪的左右后輪。即作為從動(dòng)輪、又作為轉(zhuǎn)向輪的左右前輪10FL及10FR由響應(yīng)駕駛者對(duì)方向盤(pán)14的轉(zhuǎn)動(dòng)而被驅(qū)動(dòng)的齒條-小齒輪式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置16通過(guò)轉(zhuǎn)向拉桿18L及18R被操縱轉(zhuǎn)向。
通過(guò)制動(dòng)裝置20的油壓回路22控制車(chē)輪制動(dòng)分泵缸24FR、24FL、24RR、24RL的制動(dòng)壓力，由此來(lái)控制各車(chē)輪的制動(dòng)力。盡管在圖中未示出，但是，油壓回路22包括油箱、油泵、各種閥裝置等，各車(chē)輪制動(dòng)分泵缸的制動(dòng)壓力通常由對(duì)應(yīng)于駕駛者對(duì)制動(dòng)踏板26的踏下操作而被驅(qū)動(dòng)的主缸28控制，而且，根據(jù)需要，如后面所述，可以由電子控制裝置30控制。
在車(chē)輪10FR～10RL上分別設(shè)置檢測(cè)車(chē)輪速度Vwi(i＝fr(前右輪)、fl(前左輪)、rr(后右輪)、rl(后左輪))的車(chē)輪速度傳感器32FR、32FL、32RR、32RL，在連接方向盤(pán)14的轉(zhuǎn)向柱上設(shè)置檢測(cè)轉(zhuǎn)向角φ的轉(zhuǎn)向角傳感器34。而且，在車(chē)輛12上分別設(shè)置檢測(cè)車(chē)輛的偏轉(zhuǎn)角速度r的偏轉(zhuǎn)角速度傳感器36、檢測(cè)前后加速度Gx的前后加速度傳感器38、檢測(cè)橫向加速度Gy的橫向加速度傳感器40、檢測(cè)車(chē)速V的車(chē)速傳感器42。另外，轉(zhuǎn)向角傳感器34、偏轉(zhuǎn)角速度傳感器36、及橫向加速度傳感器40以車(chē)輛的左轉(zhuǎn)方向?yàn)檎謩e檢測(cè)轉(zhuǎn)向角、偏轉(zhuǎn)角速度、及橫向加速度。
如圖所示，表示由車(chē)輪速度傳感器32FR～32RL檢測(cè)出的車(chē)輪速度Vwi的信號(hào)、表示由轉(zhuǎn)向角傳感器34檢測(cè)出的轉(zhuǎn)向角φ的信號(hào)、表示由偏轉(zhuǎn)角速度傳感器36檢測(cè)出的偏轉(zhuǎn)角速度r的信號(hào)、表示由前后加速度傳感器38檢測(cè)出的前后加速度Gx的信號(hào)、表示由橫向加速度傳感器40檢測(cè)出的橫向加速度Gy的信號(hào)、及表示由車(chē)速傳感器42檢測(cè)出的車(chē)速V的信號(hào)被輸入電子控制裝置30中。另外，盡管圖中沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明，但是電子控制裝置30包括微型計(jì)算機(jī)，其一般結(jié)構(gòu)為，例如具有CPU、ROM、RAM、輸入·輸出裝置，它們由雙向的公用總線相互連接。另外，在ROM中儲(chǔ)存有實(shí)現(xiàn)車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法用的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)程序。
下面，參照?qǐng)D6所示的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)程序的流程圖說(shuō)明本實(shí)施方式的作用。
在步驟102中，讀入由上述各種傳感器檢測(cè)出的各種車(chē)體狀態(tài)量。
在步驟104中，對(duì)識(shí)別各輪的變量i初始化，在步驟106中，使變量i增1。
在步驟108中，計(jì)算由變量i識(shí)別的車(chē)輪的最大摩擦力Fimax。
在步驟110，判斷變量i是否等于車(chē)輪的總數(shù)i0(在本實(shí)施方式中為4)。當(dāng)判斷出變量i不等于車(chē)輪的總數(shù)i0時(shí)，由于存在沒(méi)有計(jì)算最大摩擦力Fimax的車(chē)輪，所以返回步驟106，實(shí)行以上的處理(步驟108)。
另一方面，當(dāng)判斷出變量i等于車(chē)輪的總數(shù)i0時(shí)，沒(méi)有未計(jì)算最大摩擦力Fimax的車(chē)輪，所以在步驟112中，使用上述計(jì)算得到的最大摩擦力Fimax及其它物理量，定義式(30)所示的函數(shù)。在步驟114中，使用函數(shù)(式(30))，計(jì)算各輪的輪胎產(chǎn)生力的方向(qi)，在步驟116中，使用算出的各輪的輪胎產(chǎn)生力的方向等，求各輪的制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)力、轉(zhuǎn)向角，在步驟118中，根據(jù)求出的各輪的制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)力、轉(zhuǎn)向角，控制各輪。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，由于使用與車(chē)體產(chǎn)生力及偏轉(zhuǎn)力矩各自的大小無(wú)關(guān)的評(píng)價(jià)函數(shù)，所以使用由該評(píng)價(jià)函數(shù)算出的輪胎產(chǎn)生力的方向，就可以適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)規(guī)定的車(chē)體運(yùn)動(dòng)。
而且，在本實(shí)施方式中，由于將所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力作為約束條件，求輪胎產(chǎn)生合力的方向，所以可以實(shí)現(xiàn)上述所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力，能更高精度地得到規(guī)定的車(chē)體運(yùn)動(dòng)。
另外，在本實(shí)施方式中，由于將所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力的約束條件線性化，并使前后摩擦系數(shù)利用率最小化，所以能減少計(jì)算工作量。
另外，在本實(shí)施方式中，盡管為了實(shí)現(xiàn)所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力，對(duì)各輪計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向，但是，這是在實(shí)現(xiàn)所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力這樣的約束條件下，使地面附著力容限均等地最大化、也就是使μ利用率最小化的情況。
在以上說(shuō)明的實(shí)施方式中，盡管單純地重復(fù)計(jì)算偽逆矩陣，但是，本發(fā)明不限于此，也可以使用罰函數(shù)。
綜合考慮應(yīng)最大化的評(píng)價(jià)函數(shù)J(q)和與約束條件的偏差相關(guān)的評(píng)價(jià)得到的罰函數(shù)如下定義 P(q)=1J(q)+ρ(|JFy(q)|+|JFMz(q)|)---(31)]]>其中，JFy(q)為式(15)的左邊，JFMz(q)為式(16)的左邊，ρ為正數(shù)。這里，計(jì)算與式(30)的解q和前步驟的搜索點(diǎn)q0相關(guān)的罰函數(shù)，如果p(q)＜P(q0)，則使q＝q0而再次計(jì)算式(30)的遞推公式。而且，如果p(q)＞P(q0)，則將下式考慮為下一搜索點(diǎn)候補(bǔ)，[數(shù)32]q~=(q+q0)/2]]>并計(jì)算與下式相關(guān)的罰函數(shù)。
這里，如果[數(shù)34]P(q~)<P(q)]]>則作為下式，再次計(jì)算式(30)的遞推公式。
q0=q~]]>而且，如果[數(shù)36]P(q~)>P(q)]]>則在滿足[數(shù)37]之前，重復(fù)[數(shù)38]，[數(shù)37]P(q~)<P(q)]]>[數(shù)38]q~=(q~+q0)/2]]>并始終進(jìn)行使罰函數(shù)減少的步驟，實(shí)現(xiàn)遞推公式的收斂。
該遞推公式的收斂(qi＝qi0)滿足在qi0周?chē)故?15)、(16)線性化的代數(shù)方程式(22)、(23)式，而且，表示使在qi0周?chē)剖?21)得到的式(24)最大化的qi成為qi＝qi0在式(22)、(23)中，當(dāng)q1＝q10時(shí)，由于成為下式，[數(shù)39]F1maxsinq10+F2maxsinq20+F3maxsinq30+F4maxsinq40＝0 (32)b1F0F1maxsinq10+b2F0F2maxsinq20+b3F0F3maxsinq30+b4F0F4maxsinq40-(a1F0+Mz0)F1maxcosq10-(a2F0+Mz0)F2maxcosq20-(a3F0+Mz0)F3maxcosq30-(a4F0+Mz0)F4maxcosq40＝0 (33)所以qi0滿足式(15)、(16)，而且，成為使式(21)的評(píng)價(jià)函數(shù)極大化的局部最佳解。
另外，μ利用率γ根據(jù)如此導(dǎo)出qi來(lái)計(jì)算。
γ=(lF0)2+Mz02∑i=14Fimax{(l2F0-aiMz0)cosqi+biMz0sinqi}---(34)]]>可是，由于式(30)的邏輯塊可以在式(25)成立的范圍內(nèi)解出，所以遞推公式的初始值必須設(shè)定為該區(qū)域內(nèi)的值。該式(25)為[數(shù)41](l2F0-aiMz0)·cosqi0+biMz0sinqi0]]>=(l2F0-aiMz0)2(biMz0)2·cos(qi0-αi)>0---(35)]]>其中，可以表述為[數(shù)42]
αi=tan-1biMz0l2F0-aiMz0---(36)]]>從而考慮將下式作為式(30)的初始值。
qi0=αi=tan-1biMz0l2F0-aiMz0---(37)]]>該角度使各輪的輪胎產(chǎn)生力在車(chē)體產(chǎn)生力方向上產(chǎn)生，[數(shù)44]FF0=F04---(38)]]>并且在偏轉(zhuǎn)力矩方向上產(chǎn)生，[數(shù)45]FMz0=Mz04l---(39)]]>表示得到所希望的車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩時(shí)的各輪輪胎產(chǎn)生力方向。
而且，在根據(jù)式(34)進(jìn)行的運(yùn)算中，當(dāng)μ利用率γ為1以上的值時(shí)，表示在當(dāng)前的輪胎產(chǎn)生力特性下，不能得到目標(biāo)車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩。這時(shí)，當(dāng)由極限摩擦圓的大小實(shí)現(xiàn)通過(guò)式(30)計(jì)算的輪胎產(chǎn)生力方向時(shí)，得到F0/γ的車(chē)體產(chǎn)生力和Mz0/γ的偏轉(zhuǎn)力矩。這表示在不能實(shí)現(xiàn)車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩的目標(biāo)值的情況下，一起均等地減小到可以實(shí)現(xiàn)的值。
圖7A～7D為在作為運(yùn)算的一例、車(chē)體產(chǎn)生力方向?yàn)棣?2時(shí)，基于式(30)求各輪的產(chǎn)生力方向的結(jié)果。在這里，求解l＝1.5m時(shí)式(30)的遞推公式。對(duì)于如圖7A所示的情況，即，目標(biāo)車(chē)體產(chǎn)生力比目標(biāo)偏轉(zhuǎn)力矩大(F0＝1000[N]、Mz0＝1000[Nm])、各輪的μ利用率γ為0.6585的情況，或者，對(duì)于如圖7B所示的情況，即，目標(biāo)偏轉(zhuǎn)力矩比目標(biāo)車(chē)體產(chǎn)生力大(F0＝1000[N]、Mz0＝10000[Nm])、各輪的μ利用率γ為0.4218的情況，可以同時(shí)求出適當(dāng)?shù)慕?。另外，?duì)于如圖7A及7B所示的情況，(l2F0-ajMz0)cosqi0+biMz0sinqi0＞0。而且，在圖7C及7D所示的情況下，即對(duì)于目標(biāo)車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩的值都較大設(shè)定的情況(F0＝10000[N]、Mz0＝±10000[Nm](圖7C所示的情況為Mz0＝10000[Nm]、圖7D所示的情況為Mz0＝-10000[Nm]))，可以適當(dāng)?shù)厍蠼?。而且，盡管由圖7中的點(diǎn)表示的區(qū)域表示相當(dāng)于最佳解的搜索區(qū)域的式(31)成立的區(qū)域，但是，該區(qū)域可以對(duì)應(yīng)所要求的車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩的大小適當(dāng)?shù)刈兓?。結(jié)果，求各輪的產(chǎn)生力方向的邏輯塊沒(méi)有必要根據(jù)車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩的大小切換，始終可以利用式(30)運(yùn)算。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于使用包含車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩兩者大小的評(píng)價(jià)函數(shù)，所以具有如下效果，即，如果使用由該評(píng)價(jià)函數(shù)算出的輪胎產(chǎn)生力的方向，則與所希望的車(chē)體產(chǎn)生力和偏轉(zhuǎn)力矩的大小平衡無(wú)關(guān)，都能適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)規(guī)定的車(chē)體運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法，其使用包含輪胎產(chǎn)生力方向的評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)各輪計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向，以實(shí)現(xiàn)得到規(guī)定的車(chē)體運(yùn)動(dòng)所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力，并使用算出的輪胎產(chǎn)生力的方向，實(shí)現(xiàn)該車(chē)體運(yùn)動(dòng)，其特征在于，所述評(píng)價(jià)函數(shù)相當(dāng)于所希望的車(chē)體產(chǎn)生力及偏轉(zhuǎn)力矩各自的二次方之和與路面摩擦系數(shù)利用率之比，其中，所述路面摩擦系數(shù)利用率是指假定在各輪都為一定的路面和輪胎間的摩擦系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法，其中，將所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力作為約束條件，使用評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)各輪計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向。
3.如權(quán)利要求2所述的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法，其中，使所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力的約束條件線性化，并使用所述評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)各輪計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向。
4.如權(quán)利要求3所述的車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述車(chē)輪前后合起來(lái)具有4個(gè)，使用由所述線性化后的所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力的2個(gè)約束條件和評(píng)價(jià)函數(shù)作成的2行4列矩陣的偽逆矩陣，計(jì)算各輪的輪胎產(chǎn)生力的方向。
5.一種車(chē)體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝置，具有計(jì)算單元，基于檢測(cè)車(chē)輛狀態(tài)量的檢測(cè)單元和包含輪胎產(chǎn)生力方向的評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)各輪計(jì)算輪胎產(chǎn)生力的方向，以實(shí)現(xiàn)得到規(guī)定的車(chē)體運(yùn)動(dòng)所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力；和控制單元，根據(jù)由所述計(jì)算單元對(duì)各輪算出的輪胎產(chǎn)生力的方向、在輪胎產(chǎn)生力方向的計(jì)算中利用的評(píng)價(jià)函數(shù)值、以及基于所希望的偏轉(zhuǎn)力矩及車(chē)體產(chǎn)生力而計(jì)算的路面和輪胎間的摩擦系數(shù)、即路面摩擦系數(shù)利用率，控制各輪的轉(zhuǎn)向角及各輪的制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)力。
全文摘要
讀取由各種傳感器檢測(cè)出的各種車(chē)體狀態(tài)量(102)。對(duì)各輪計(jì)算最大摩擦力F
文檔編號(hào)B60W10/18GK1882464SQ20048003361
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者鯉渕健, 小野英一, 服部義和, 村岸裕治 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社