專利名稱：機動車輛的運動控制設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機動車輛的運動控制設備和方法，所述設備和方法能夠在前輪上的轉(zhuǎn)向機動輸入過程中控制車輛運動。
背景技術：
在1998年1月13日公布的日本專利申請首次公開No.HeiSei 10-007010(對應于在1999年9月28日頒發(fā)的美國專利No.5957987)舉例說明了以前提出的車輛運動控制設備。在上面提出的日本專利申請首次公開中，在轉(zhuǎn)向操作(機動)過程中控制車輛橫擺率等，從而在轉(zhuǎn)向輪操作過程中保持車輛的穩(wěn)定性。具體地說，根據(jù)和預定的響應特性相符的轉(zhuǎn)向角和車速，計算和車輛的平面運動相關的響應特性的目標橫擺率，根據(jù)基于車輛規(guī)范值的運動等式計算使車輛上產(chǎn)生的橫擺率和其目標值相符所需的后輪轉(zhuǎn)向角命令值?？刂坪筝唽嶋H轉(zhuǎn)向角，以便執(zhí)行后輪轉(zhuǎn)向角命令值。從而，這種控制導致和目標橫擺率相符的橫擺運動。
通過把關于轉(zhuǎn)向角的變化的目標橫擺率的響應特性設置為一階或二階傳遞函數(shù)，并根據(jù)車速預設與車速相關的常數(shù)，計算目標橫擺率。從而，在低速行駛過程中，保持橫擺率的轉(zhuǎn)向響應特性，并且在高速行駛過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向響應特性和穩(wěn)定性優(yōu)良，不會使駕駛員感到不協(xié)調(diào)的車輛運動。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述車輛運動控制設備中，以關于每個車速先前保存的圖的形式，把與車速相關的常數(shù)保存為跳躍值(離散值而不是連續(xù)值)。在目標橫擺率的計算過程中的車速和圖軸上的點不相符的情況下，根據(jù)圖上彼此相鄰的點進行直線(線性)內(nèi)插，以便計算對應的與車速相關的常數(shù)。從而，由于進行直線(線性)內(nèi)插引起的誤差會對目標橫擺率產(chǎn)生不利的影響。從而，很可能對后輪轉(zhuǎn)向角產(chǎn)生不利影響。因此，在諸如轉(zhuǎn)彎制動之類轉(zhuǎn)向操作過程中，車速被改變的情況下，后輪轉(zhuǎn)向角提供除所需運動之外的其它運動，從而駕駛員可能感到不舒服(不協(xié)調(diào)的感覺)。
于是，本發(fā)明的目的是提供一種車輛運動控制設備和方法，即使在車輛運動控制設備中的車輛運動控制過程中，車速被改變，所述設備和方法也能夠穩(wěn)定地控制車輛的運動，不會使駕駛員感到不協(xié)調(diào)。
通過提供車輛運動控制設備，能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的，所述設備包括檢測車輛轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向角檢測部件；檢測車速的車速檢測部件；能夠控制車輛運動的車輛運動控制機構(gòu)；檢測車輛運動控制機構(gòu)的狀態(tài)的狀態(tài)檢測部件；根據(jù)轉(zhuǎn)向角和車速的檢測值，以及以每個車速的圖表的形式預設的與車速相關的常數(shù)，計算車輛平面運動的響應特性的車輛運動目標值，以便能夠提供預定的響應特性的車輛運動目標值計算部件；計算實現(xiàn)車輛運動的目標值所需的車輛運動控制機構(gòu)命令值的控制命令值計算部件；以使車輛運動控制機構(gòu)的狀態(tài)的檢測值和運動控制機構(gòu)命令值相符的方式，向后輪轉(zhuǎn)向致動器提供控制信號的伺服計算部件；和限制車速變化率并根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向角的檢測值變化的車速變化率限制器，車輛運動目標值計算部件把車速變化率限制器的輸出用于圖參考車速，控制命令值計算部件把車速變化率限制器關于車速檢測值的輸出用于控制命令值計算。
通過提供一種車輛運動控制方法也可實現(xiàn)上述目的，所述方法包括檢測車輛轉(zhuǎn)向角；檢測車速；提供能夠控制車輛運動的車輛運動控制機構(gòu)；檢測車輛運動控制機構(gòu)的狀態(tài)；根據(jù)轉(zhuǎn)向角和車速的檢測值，以及以關于每個車速的圖表的形式預設的與車速相關的常數(shù)，計算將車輛平面運動的響應特性的車輛運動目標值，以便能夠提供預定響應特性；計算實現(xiàn)車輛運動的目標值所需的車輛運動控制機構(gòu)命令值；以使車輛運動控制機構(gòu)的狀態(tài)的檢測值和運動控制機構(gòu)命令值相符的方式，向后輪轉(zhuǎn)向致動器提供控制信號；和提供對車速的檢測值設置車速變化率限制的車速變化率限制器，并根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向角的檢測值，改變車速變化率限制，在車輛運動目標值計算，把車速變化率限制器的輸出用于圖參考車速，在控制命令值計算，把車速變化率限制器關于車速檢測值的輸出用于控制命令值計算。
本發(fā)明的上述概要不必描述全部必要特征，從而本發(fā)明也可以是所述這些特征的子組合。


圖1是車輛運動控制設備的第一優(yōu)選實施例適用的機動車輛的大致結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1中所示的第一實施例中的車輛運動控制設備的轉(zhuǎn)向角控制器(控制器)的示意圖。
圖3是表示圖1中所示的第一實施例中的車輛運動控制設備中的目標值產(chǎn)生部件的結(jié)構(gòu)的電路方框圖。
圖4是表示由圖2中所示的控制器執(zhí)行的轉(zhuǎn)向控制過程的操作流程圖。
圖5是在圖2中所示的第一實施例中的車輛運動控制設備的轉(zhuǎn)向控制中使用的車速-橫擺率增益圖。
圖6是圖5中所示的車速-橫擺率增益圖的部分擴展圖。
圖7是表示車速變化率限制處理的操作流程圖。
圖8是在第一實施例中的運動控制設備中使用的轉(zhuǎn)向角絕對值-車速變化限制值圖。
圖9是表示第一實施例中后輪轉(zhuǎn)向角計算處理和校正處理的操作流程圖。
圖10A、10B、10C、10D、10E和10F是不設置車速限制的情況下，每個控制信號的計時圖。
圖11A、11B、11C、11D、11E和11F是設置車速限制的情況下，每個控制信號的計時圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖，以便更好地理解本發(fā)明。下面，說明根據(jù)本發(fā)明的車輛運動控制設備的優(yōu)選實施例。但是，本發(fā)明并不局限于這些實施例。
(第一實施例)圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中車輛運動控制設備的基本結(jié)構(gòu)的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
轉(zhuǎn)向角可變機構(gòu)3包括連接在左后輪2L和右后輪2R上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂5L和5R；主銷軸(king pin axle)6L和6R；球形接頭7L和7R；連接轉(zhuǎn)向節(jié)臂5L和5R，并圍繞球形接頭7L和7R形成的連桿(tierod)8；形成于連桿8上的滑動螺旋(slip screw)9；和在其外周面上具有外齒(outer teeth)9的螺母10，滑動螺旋9借助轉(zhuǎn)向節(jié)臂5L和5R之間的主銷軸6L、6R和球形接頭7L、7R，形成于連桿上；外齒12連接到由步進電機構(gòu)成的驅(qū)動電機11的旋轉(zhuǎn)軸上，并且與螺母10的外齒嚙合。驅(qū)動電機11的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動沿向左-向后方向移動連桿8，以使左后輪-右后輪2L和2R轉(zhuǎn)向。注意附圖標記13表示使連桿8返回空檔位置的回位彈簧。另外注意圖1中，附圖標記S表示車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向輪，1L和1R表示左前輪和右前輪，2L和2R表示左后輪和右后輪。
圖2表示圖1中所示的控制器4的功能方框圖。如圖2中所示，控制器4包括車輛運動目標值設置部件(車輛目標值計算部件)41，它接收來自前輪轉(zhuǎn)向角傳感器14的前輪轉(zhuǎn)向檢測值θ，來自車速傳感器16的車速檢測值V，并計算作為車輛運動目標值的目標橫擺率ψ′*和目標橫擺角加速度ψ″*。另外，在控制器4中還設置了目標后輪轉(zhuǎn)向角計算部件42，它根據(jù)從車輛運動目標值設置部件41得到的目標橫擺率ψ′*和目標橫擺角加速度ψ″*，前輪轉(zhuǎn)向角檢測值θ和車速檢測值V計算目標后輪轉(zhuǎn)向角δ*?？刂破?包括具有CPU(中央處理器)、ROM(只讀存儲器)、RAM(隨機存取存儲器)、輸入端口、輸出端口、公共總線等的微計算機。此外，控制器4包括后輪轉(zhuǎn)向角伺服放大器(放大或計算)部件43，它向后輪轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)向致動器11(即圖1中所示的驅(qū)動電機)提供控制信號，該控制信號使后輪轉(zhuǎn)向角檢測信號δ與目標后輪轉(zhuǎn)向角δ*相符。
車速運動目標值設置部件41根據(jù)下面等式(1)中表示的前輪轉(zhuǎn)向角檢測值θ和目標橫擺率ψ′*之間的傳遞函數(shù)，相對于前輪轉(zhuǎn)向角檢測值計算作為車輛運動目標值的目標橫擺率(橫擺速率)ψ′*。
其中S表示s拉普拉斯變換算子，Gψ′、ωn、n1和ζ表示與車速相關的常數(shù)(speed dependent constant)，即，Gψ′表示橫擺率增益，ωn表示正常(或特定)角頻率，n1表示零點對應(等同)值，ζ表示阻尼系數(shù)。根據(jù)表示預設車速和每個與車速相關的常數(shù)之間的對應關系的控制圖，設置這些與車速相關的常數(shù)。
圖5表示了代表車速V和橫擺率增益Gψ′之間的控制圖。這些與車速相關的常數(shù)使得橫擺率增益Gψ′識別穩(wěn)態(tài)增益，即相對于轉(zhuǎn)向角θ的穩(wěn)態(tài)橫擺率指定相對于轉(zhuǎn)向角的穩(wěn)態(tài)橫擺率，特定的角頻率ωn指定其振動頻率，零點等同值n1表示相對于轉(zhuǎn)向角的變化，橫擺率的增長速度，即指定橫擺率的增長特性，阻尼系數(shù)ζ指定收斂速度，即指定橫擺率的收斂特性。從而，所有與車速相關的常數(shù)被設置成能夠提供所需的響應特性，利用等式(1)根據(jù)預設的與車速相關的常數(shù)計算的目標橫擺率ψ′*的響應特性提供所需的響應特性。
從而，通過根據(jù)車速設置與車速相關的常數(shù)，目標橫擺率ψ′*′的響應特性提供根據(jù)車速而不同的響應特性。另外，通過單獨并且獨立地修改橫擺率增益Gψ′，特定的角頻率ωn，零點等同值n1和阻尼系數(shù)ζ，能夠獲得只在穩(wěn)態(tài)增益方面或者只在擺動頻率方面不同的響應特性。
圖3是表示車輛運動目標值設置部件41的結(jié)構(gòu)的方框圖。在后輪轉(zhuǎn)向角命令值設置(計算)部件42中，需要目標橫擺角加速度ψ″*。從而，在計算目標橫擺角加速度ψ″*之后，它被積分，以便計算目標橫擺率ψ′*。注意圖3中的B0、B1、F0和F1是根據(jù)下述等式計算的值B0=ωn2,]]>B1＝2ζωn，F(xiàn)0=n1ωn2,F1=ωn2-B1·F1]]>在后輪轉(zhuǎn)向命令值計算部件42中，二自由度車輛運動等式的逆計算產(chǎn)生后輪轉(zhuǎn)向角δ，后輪轉(zhuǎn)向角δ可使目標橫擺率ψ′*和要計算的實際橫擺率ψ′相符，從而這提供目標后輪轉(zhuǎn)向角δ*。
δ*＝βR+(Vy-LR·ψ′*)/V (2)βR＝CR/KRCR＝(2LF·CF-IZ·ψ″*/2)/LRCF＝eKF·βFβF＝θ/N-(Vy+LF·ψ′*)/VVy=∫Vy′dt]]>Vy′＝(2CF+2CR)/M-V·ψ′*其中Vy表示車輛橫向速度，Vy′＝dVy(后面說明)，βF表示前輪側(cè)滑角，βR表示后輪側(cè)滑角，CF表示前輪的回轉(zhuǎn)力(cornering force)，CR表示后輪的回轉(zhuǎn)力，KR表示車輛后輪的回轉(zhuǎn)能力，eKF表示車輛前輪的等同回轉(zhuǎn)能力(雖然前輪回轉(zhuǎn)能力，一個由于轉(zhuǎn)向剛性的緣故，相對于轉(zhuǎn)向角的回轉(zhuǎn)能力降低的數(shù)值)，Iz表示車輛的橫擺慣性矩，M表示車重，N表示轉(zhuǎn)向傳動比(gear ratio)。
后輪轉(zhuǎn)向角伺服放大部件43根據(jù)后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*和后輪轉(zhuǎn)向角傳感器(后輪轉(zhuǎn)向角檢測部件)17的后輪轉(zhuǎn)向角檢測信號δ之間的偏差，利用Robust模型匹配控制進行伺服計算，控制信號被輸出給由驅(qū)動電機構(gòu)成的后輪轉(zhuǎn)向致動器11。2001年1月16日頒布的美國專利No.6175799舉例說明了Robust模型匹配技術。后輪轉(zhuǎn)向角伺服放大部件43包括用作外部干擾估計器的robust補償器和使后輪轉(zhuǎn)向角伺服計算部件43的整體響應特性等于正常(標準)模型的響應特性的模型匹配補償器，以便后輪轉(zhuǎn)向角伺服計算部件43把后輪轉(zhuǎn)向角值(δ)的變化提供給robust控制系統(tǒng)(上述美國專利的公開內(nèi)容作為參考包含于此)。
下面說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例中的車輛運動控制設備的操作。圖4是表示(車輛運動)控制器4照其運行的過程的操作流程圖。注意對于每個預定的控制周期(例如10毫秒)執(zhí)行圖4中所示的過程。
在步驟101，控制器4從前輪轉(zhuǎn)向角傳感器(車輛轉(zhuǎn)向角檢測部件)14讀取轉(zhuǎn)向角檢測值θ，從車速傳感器(車速檢測部件)16讀取車速檢測值V，并從后輪轉(zhuǎn)向角傳感器17讀取后輪轉(zhuǎn)向角檢測信號δ。
在步驟102，控制器4參考分別代表預設車速和對應一個與車速相關常數(shù)之間的對應關系的控制圖，并設置橫擺率增益Gψ′，阻尼系數(shù)ζ，特定的角頻率ωn，和零點等同(對應)值n1。從圖5中可看出，由于提供對每個預定值設置的數(shù)值，當檢測的車速停留在圖上除預定車速之外的某一點時，直線(線性)內(nèi)插得到圖之間的數(shù)值，從而設置每個與車速相關的常數(shù)。
圖參考車速Vmap，其中對車速V的變化率進行限制，而不使用直接來自車速傳感器2的檢測值參考每個控制圖。下面將對其進行詳細說明。
隨后，在步驟103，控制器4根據(jù)設置的與車速相關的常數(shù)，等式(1)和來自前輪轉(zhuǎn)向角傳感器14的轉(zhuǎn)向角檢測值θ，計算目標橫擺率ψ′*。
在步驟104，控制器4計算后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*，它能使計算的目標橫擺率ψ′*和實際的橫擺率ψ′相符。但是，圖參考車速Vmap也被用于上述等式(2)的計算。后面將詳細說明圖參考車速的細節(jié)。另外，如果車速小于代表低車速的預定車速B，則執(zhí)行后輪轉(zhuǎn)向角命令值校正處理，以便校正在前一控制周期計算的后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*。后面將說明該處理的細節(jié)。
在步驟105，控制器4根據(jù)后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*和后輪轉(zhuǎn)向角檢測值δ之間的偏差，利用例如robust模型匹配控制進行伺服計算，并計算要輸出給后輪轉(zhuǎn)向致動器3的控制信號。
(與車速相關的計算中車速限制器處理)下面將詳細說明圖4中各所示的步驟102。使用線性(直線)內(nèi)插產(chǎn)生當設置與車速相關的各常數(shù)時的誤差。從而，有可能使駕駛員感到不協(xié)調(diào)。基于該現(xiàn)象進行說明。為了簡化這種現(xiàn)象，假定與車速相關的常數(shù)被設置成和2WS(左后輪和右后輪2L和2R不被轉(zhuǎn)向)車輛具有的與車速相關的常數(shù)相同的數(shù)值。在等于或小于圖5中所示的車速A的區(qū)域中，根據(jù)車速常數(shù)計算的目標橫擺率ψ′*變成和在2WS(兩輪轉(zhuǎn)向)車輛上產(chǎn)生的橫擺率特性相同。在圖5中點A表示的低速區(qū)，根據(jù)目標橫擺率ψ′*計算的目標后輪轉(zhuǎn)向角δ*應為0。但是，表示車速和與車速相關的常數(shù)之一之間的對應關系的控制圖對于每個預定車速具有某一數(shù)值。從而，通過線性內(nèi)插得到每個車速點之間的數(shù)值。如圖6的擴展圖所示，存在嚴格來說，實際的特性曲線并不和2WS特性曲線相符的區(qū)域。例如，當車速為a1時，實際2WS特性曲線和借助線性內(nèi)插得到的特性線條之間的差值ΔG′為p。在車速為a2時，差值ΔG′為0，在車速為a3時，差值ΔG′為q(＞p)。于是，由于目標橫擺率ψ′*不同于在2WS車輛上產(chǎn)生的橫擺率特性曲線，因此計算具有一定值(除零之外)的后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*。這種現(xiàn)象使駕駛員感到不協(xié)調(diào)(即使利用(develop)后車輪，影響也較小，因為后輪轉(zhuǎn)向角很小，并產(chǎn)生恒定的數(shù)值)。但是，在車速變化的情況下，后輪轉(zhuǎn)向角被改變(相對于2WS特性曲線的誤差變大和/或變小)；這種變化起因于對p→0→q或q→0→p的補償，從而可能使駕駛員感到不協(xié)調(diào))。
從而，如果車速是參考每個控制圖時的車速，則適度改變表示車速的檢測值和對應一個與車速相關的常數(shù)之間的對應關系的每個控制圖，由上述插值誤差引起的影響被抑制。具體地說，如圖8中的轉(zhuǎn)向角絕對值-車速變化率的車速變化率限制圖所示，為圖參考車速和控制命令值計算車速提供車速變化率限制器。車速變化率限制器的輸出被置為車速檢測值V，可以是與車速相關的常數(shù)圖參考車速Vmap。下面，根據(jù)圖7的流程圖，說明Vmap的計算過程中的車速限制器處理。即，在步驟201，控制器4根據(jù)轉(zhuǎn)向角的絕對值|θ|，設置車速變化率限制值dVlimit，如圖8中所示。由于dVlimit表示根據(jù)轉(zhuǎn)向角檢測值的絕對值|θ|變化的數(shù)值，因此當轉(zhuǎn)向角的絕對值|θ|變大時，限制值dVlimit的數(shù)值變小，當轉(zhuǎn)向角的絕對值|θ|變小時，限制值dVlimit的數(shù)值變大。
在步驟202，控制器4比較當前檢測的車速的當前值V(n)和(在10毫秒的控制周期之前)先前計算的圖參考車速(的在先值)Vmap(n-1)。如果在步驟202，當前的車速檢測值V(n)大于圖參考車速的在先值(Vmap(n-1))(即，V＞Vmap)，則該例程前進到步驟203。在步驟203，控制器4比較車速檢測值的當前值V(n)與圖參考車速的在先值Vmap(n-1)(V(n)-Vmap(n-1)，即V-Vmap)和車速變化率限制值dVlimit。如果在步驟203，V(n)-Vmap(n-1)＞dVlimit(是)，則該例程前進到步驟204。如果在步驟202，V＜Vmap(即V(n)＜Vmap(n-1))，則該例程前進到步驟205。如果在步驟202，車速的當前檢測值V(n)等于圖參考車速的在先值Vmap(即，Vmap(n-1))(V＝Vmap)，則該例程前進到步驟207。
具體地說，在步驟203之后，控制器4比較車速的當前值V(n)與圖參考車速Vmap(n-1)的第一差值和車速變化率限制值dVlimit，如果在步驟203，V(n)-Vmap(n-1)＞dVlimit(是)，則該例程前進到步驟204。
在步驟204，控制器把Vmap(n-1)和車速變化率限制值dVlimit的和設置成當前值Vmap(n)。另一方面，如果在步驟202，V(n)＜Vmap(n-1)(即V＜Vmap)，則該例程前進到步驟205。
如果車速的當前值V(n)與圖參考車速的在先值Vmap(n-1)的第二差值大于限制值dVlimit，即如果在步驟205，V(n)-Vmap(n-1)＞dVlimit(V-Vmap＞dVlimit)(是)，則該例程前進到步驟206。如果V(n)-Vmap(n-1)≤dVlimit(在步驟205為否)，則該例程前進到步驟207。在步驟206，控制器4把Vmap(n-1)和dVlimit的差值設置成當前的Vmap(n)(Vmap(n)＝Vmap(n-1)-dVlimit)。即，如果沿減小的方向，車速V的變化變大，則圖參考車速Vmap的變化率受dVlimit限制。在步驟207，車速的當前檢測值V(n)被設置成Vmap(n)(Vmap＝V)。如果車速的變化等于或者小于車速變化率限制值dVlimit(在步驟205為否)，則該例程前進到步驟207。如果V-Vmap≤dVlimit(即，V(n)-Vmap(n-1)≤dVlimit)(在步驟203為否)，則該例程前進到步驟207。隨后，在步驟208，控制器4根據(jù)設置的圖參考車速Vmap(n)，從每個相應的控制圖讀取每個與車速相關的常數(shù)(橫擺率增益Gψ′、阻尼系數(shù)ζ、特定的角頻率ωn，和零點等同值n1)，結(jié)束圖7中所示的當前處理。
即，當參考表示車速和與車速相關的常數(shù)之間的對應關系的控制圖時，車速的變化變得適度，可抑制存在于關于車輛運動的各個控制圖上的相應點的數(shù)值之間的線性內(nèi)插的壞影響。另外，根據(jù)轉(zhuǎn)向角的絕對值|θ|改變車速變化率限制值dVlimit，從而可避免在任何時候使實際車速V和圖參考車速Vmap不同的情形。即，如果使轉(zhuǎn)向角返回近似中性狀態(tài)，使得車輛沿直線行駛，從而產(chǎn)生V＝Vmap。從而，在后續(xù)的轉(zhuǎn)向操作中，從其中使用在當前車速下，先前調(diào)整的每個與車速相關的常數(shù)的狀態(tài)開始進行控制。
(后輪轉(zhuǎn)向角命令值校正處理)下面說明在圖4中所示的步驟104執(zhí)行的后輪轉(zhuǎn)向角命令值計算和校正處理。
即，在由于4WS轉(zhuǎn)向的緣故，控制效果較小的低車速區(qū)下，進行逼近兩輪轉(zhuǎn)向車輛的特性曲線的調(diào)整。從而，后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*被計算成近似為0。但是，如前所述，會發(fā)生由于線性內(nèi)插導致的誤差，本來應被調(diào)整為0的后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*具有一定數(shù)值的錯誤情況。為了避免這種情況，在進行逼近兩輪轉(zhuǎn)向(2WS)特性曲線的調(diào)整的低車速區(qū)中，強制使后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*逼近0，從而抑制由線性內(nèi)插引起的誤差的壞影響。
下面參考圖9中所示的操作流程圖，說明后輪轉(zhuǎn)向命令值校正處理。
在步驟401，控制器4確定車速的車速檢測值V是否低于預定車速B。如果在步驟401，V＜B(是)，則該例程前進到步驟402。如果在步驟402V≥B(否)，則該例程前進到步驟407。在步驟402，控制器4確定|δ*(n-1)|是否大于α，其中先前計算的后輪轉(zhuǎn)向命令值的絕對值|δ*(n-1)|和α表示后輪轉(zhuǎn)向命令值收斂量。后輪轉(zhuǎn)向命令值收斂量α是這樣的數(shù)值，即設置使后輪轉(zhuǎn)向角命令值的絕對值接近于0的速度，并且對于每個控制周期，朝著后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*遞增或遞減。當后輪轉(zhuǎn)向角命令值的絕對值δ*變大時，該例程從步驟402前進到步驟403。如果在步驟402，|δ*(n-1)|≤α(否)，則該例程前進到步驟404。在步驟403，控制器4確定先前計算的后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*(n-1)是否大于0，如果在步驟403，δ*(n-1)大于0，則該例程前進到步驟405。如果在步驟403，δ*(n-1)不大于0(否)，則該例程前進到步驟406。在步驟404，控制器4把當前的后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*(n)設置為0，并結(jié)束圖9中所示的當前例程。
在步驟405，控制器4把先前計算的后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*(n-1)和后輪轉(zhuǎn)向角命令值收斂量α的差值設置成當前的后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*(n)(δ*(n)＝δ*(n-1)-α)。
在步驟406，控制器4把后輪轉(zhuǎn)向角命令值收斂量α與先前計算的后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*(n-1)的和值設置成當前的后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*(n)(δ*(n)＝δ*(n-1)+α)。隨后，結(jié)束圖9的當前例程。
在步驟407，控制器4正常計算后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*(參見前述等式(2))作為當前的后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*(n)。隨后，結(jié)束圖9中的當前例程。
如上所述，在低車速區(qū)(小于預定的車速B)下，可準確地把后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*設置成0。能夠消除當設置每個與車速相關的常數(shù)時，由線性內(nèi)插導致的誤差的影響。從而能夠獲得所需的特性曲線。另外，由于設置了后輪轉(zhuǎn)向角命令值收斂量α，并且后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*適度地收斂于0，因此能夠防止后輪轉(zhuǎn)向角急劇變成0，使駕駛員感到不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象。
(仿真)圖10A-10F表示了在沒有對直接變成圖參考車速Vmap的車速檢測值V設置車速變化率限制(不存在車速變化率限制器)的情況下，顯示相應的控制信號和車輛運動的仿真結(jié)果。另外，圖11A-11F表示了當對于每個與車速相關的常數(shù)設置車速變化率限制(提供車速變化率限制器)時的各個控制信號和車輛運動。
當車輛從車速點A減速時，在時間t1進行45°的轉(zhuǎn)向操作，在時間t2進行約0.28G的減速。另外，作為與車速相關的常數(shù)之一的橫擺率增益Gψ′顯示圖5中所示的特性曲線，在低于車速A的范圍中，特定的角頻率ωn，零點等同值n1和阻尼系數(shù)ζ顯示和2WS近似相同的特性曲線。如圖10A-10F所示，在沒有設置對車速變化率的限制的情況下，目標角加速度ψ″*的變化較大，后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*被改變。
另一方面，在本發(fā)明的情況下，即在設置了車速變化率的限制的情況下，各個控制信號的變化受到抑制。從而，如圖11A-11F中所示，出現(xiàn)在車輛上產(chǎn)生的橫向加速度dVy的變化方面的差異。在本發(fā)明的情況下，要認識到各個控制信號給予駕駛員的影響受到抑制。注意圖10A-11F中所示各個控制信號的下標M表示仿真結(jié)果。
(其它實施例)如上所述，根據(jù)本發(fā)明的車輛運動控制設備并不局限于上述第一實施例。例如，本發(fā)明適用于其中安裝前輪轉(zhuǎn)向角提供部件，以便向前輪提供輔助轉(zhuǎn)向角的車輛。此外，本發(fā)明適用于其中安裝制動控制部件的車輛，制動控制部件能夠利用左右制動輪之間的制動壓差，控制車輛橫擺率。如果對上述每種車輛應用車速變化率限制器，則控制目標值(例如目標橫擺率，目標橫向速度等)不能被快速或突然改變。能夠?qū)崿F(xiàn)更穩(wěn)定的車輛運動控制。
注意廣義而言，前輪轉(zhuǎn)向角傳感器14對應于轉(zhuǎn)向角檢測部件，后輪轉(zhuǎn)向角傳感器17對應于狀態(tài)檢測部件，驅(qū)動電機11對應于后輪轉(zhuǎn)向致動器，轉(zhuǎn)向角可變機構(gòu)3對應于車輛運動控制機構(gòu)，后輪轉(zhuǎn)向角提供部件和車輛運動控制裝置，車輛目標值設置部件41對于車輛運動目標值計算部件(裝置)，后輪轉(zhuǎn)向角命令值計算部件42對應于控制命令值計算部件(裝置)，后輪轉(zhuǎn)向角伺服計算部件43對應于伺服計算部件(裝置)。另外注意在等式(2)中引用的目標后輪轉(zhuǎn)向角δ*具有和在后輪轉(zhuǎn)向角命令值計算部件42和后輪轉(zhuǎn)向角伺服計算部件43中引用的后輪轉(zhuǎn)向角命令值δ*相同的含義。
日本專利申請No.2003-031556(申請日2003年2月7日)的全部內(nèi)容作為參考包含于此。本發(fā)明的范圍由下述權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種車輛運動控制設備，包括檢測車輛轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向角檢測部件；檢測車速的車速檢測部件；能夠控制車輛運動的車輛運動控制機構(gòu)；檢測車輛運動控制機構(gòu)的狀態(tài)的狀態(tài)檢測部件；車輛運動目標值計算部件，根據(jù)轉(zhuǎn)向角和車速的檢測值，以及以每一車速的圖表的形式預設的與車速相關的常數(shù)，計算車輛平面運動的響應特性的車輛運動目標值，以便能夠提供預定的響應特性；計算實現(xiàn)車輛運動的目標值所需的車輛運動控制機構(gòu)命令值的控制命令值計算部件；以使車輛運動控制機構(gòu)的狀態(tài)的檢測值和運動控制機構(gòu)命令值相符的方式，向后輪轉(zhuǎn)向致動器提供控制信號的伺服計算部件；和限制車速變化率并根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向角的檢測值變化的車速變化率限制器，車輛運動目標值計算部件把車速變化率限制器的輸出用于圖參考車速，控制命令值計算部件把車速變化率限制器關于車速檢測值的輸出用于控制命令值計算。
2.按照權(quán)利要求1所述的車輛運動控制設備，其中以這樣的方式設計車速變化率限制器，即當轉(zhuǎn)向角的檢測值變大時，使車速變化率的限制值變小，當轉(zhuǎn)向角的檢測值變小時，使車速變化率的限制值變大。
3.按照權(quán)利要求1所述的車輛運動控制設備，其中車輛運動控制機構(gòu)包括提供車輛的后輪轉(zhuǎn)向角的后輪轉(zhuǎn)向角提供部件，狀態(tài)檢測部件包括檢測后輪轉(zhuǎn)向角的后輪轉(zhuǎn)向角檢測部件，控制命令值計算部件包括計算實現(xiàn)車輛運動目標值所需的后輪轉(zhuǎn)向角命令值的后輪轉(zhuǎn)向角命令值計算部件，當車速的檢測值小于預設的車速時，后輪轉(zhuǎn)向角命令值計算部件使后輪轉(zhuǎn)向角命令值接近于0，而不考慮實現(xiàn)車輛運動目標值所需的后輪命令值的計算結(jié)果。
4.按照權(quán)利要求3所述的車輛運動控制設備，其中車輛運動值計算部件包括根據(jù)前輪轉(zhuǎn)向角檢測部件和車速檢測部件的檢測結(jié)果，計算目標橫擺率(Ψ′*)和目標橫擺角加速度(Ψ″*)的車輛運動目標值設置部件，后輪轉(zhuǎn)向命令值計算部件根據(jù)目標橫擺率(Ψ′*)、目標橫擺角加速度(Ψ″*)、前輪轉(zhuǎn)向角(θ)和車速(V)的檢測值，計算目標后輪轉(zhuǎn)向角(δ*)，伺服計算部件包括以使后輪轉(zhuǎn)向角檢測部件檢測的后輪轉(zhuǎn)向角(δ)和后輪轉(zhuǎn)向角的目標值(δ*)相符的方式，向后輪轉(zhuǎn)向致動器輸出控制信號的后輪轉(zhuǎn)向角伺服計算部件。
5.按照權(quán)利要求4所述的車輛運動控制設備，其中車輛運動目標值設置部件根據(jù)前輪轉(zhuǎn)向角(θ)和目標橫擺率(Ψ′*)之間的預定傳遞函數(shù)(Ψ′*/θ)，計算相對于前輪轉(zhuǎn)向角(θ)的目標橫擺率(Ψ′*)，所述預定傳遞函數(shù)具有多個與車速相關的常數(shù)，所述多個常數(shù)被預設，使得能夠根據(jù)作為圖參考車速(Vmap)的車速和用于控制命令計算的車速實現(xiàn)它們的預定特性曲線。
6.按照權(quán)利要求5所述的車輛運動控制設備，其中后輪轉(zhuǎn)向角命令值計算部件根據(jù)目標橫擺率(Ψ′*)、目標橫擺角加速度(Ψ″*)、前輪轉(zhuǎn)向角(θ)的檢測值，和車速(V)的檢測值，計算使實際的橫擺率能夠與目標橫擺率(Ψ′*)相符的目標后輪轉(zhuǎn)向角(δ*)，所述車速是通過車速變化率限制器的圖參考車速(Vmap)。
7.按照權(quán)利要求6所述的車輛運動控制設備，其中車速變化率限制器包括根據(jù)前輪轉(zhuǎn)向角檢測部件檢測的轉(zhuǎn)向角的絕對值(|θ|)，設置車速變化率限制值(dVlimit)的車速變化率限制值設置部件；比較車速的當前檢測值(V)和預定控制周期之前的在先圖參考車速(Vmap(n-1))，確定車速的當前檢測值(V(n))是等于、大于還是小于在先圖參考車速(Vmap(n-1))的第一圖參考車速比較部件；當?shù)谝粓D參考車速比較部件確定車速的當前檢測值(V(n))高于在先圖參考值(Vmap(n-1))時，比較車速的當前值(V(n))和在先圖參考車速的第一差值(V(n)-Vmap(n-1))是否大于車速變化限制值(dVlimit)的第二圖參考值比較部件；當?shù)谝粓D參考車速比較部件確定車速的當前值(V(n))低于圖參考車速的在先值(Vmap(n-1))時，比較在先圖參考值(Vmap(n-1))與車速的當前檢測值的第二差值(Vmap(n-1)-V(n))和車速變化率限制值(dVlimit)，以確定車速的當前值(V(n))與在先圖參考車速(Vmap(n-1))的差值(V(n)-Vmap(n-1))是否大于車速變化率限制值(dVlimit)的第三圖參考車速比較部件；當?shù)诙D參考車速比較部件確定車速的當前檢測值(V(n))與在先圖參考車速(Vmap(n-1))的差值大于車速變化率限制值(dVlimit)時，以當前圖參考車速被設置成等于圖參考車速的在先檢測值與車速變化率限制值(dVlimit)的和值(Vmap(n)＝Vmap(n-1)+dVlimit)的方式，設置當前的圖參考車速(Vmap(n))的第一圖參考車速設置部件；當?shù)谝粓D參考車速比較部件確定車速的當前檢測值(V(n))等于在先圖參考車速(Vmap(n-1))時，當?shù)诙D參考車速比較部件確定第一差值(V(n)-Vmap(n-1))等于或小于車速變化率限制值(dVlimit)，以及當?shù)谌龍D參考車速比較部件確定第二差值等于或小于車速變化率限制值(dVlimit)時，把圖參考車速的當前值(Vmap(n))設置成等于車速的當前檢測值(V(n))的第二圖參考車速設置部件；和當?shù)谌龍D參考車速比較部件確定第一差值(V(n)-Vmap(n-1))大于車速變化率限制值(dVlimit)時，把圖參考車速的當前值設置成等于圖參考車速的在先值(Vmap(n-1))與車速變化率限制值(dVlimit)的差值的第三圖參考車速設置部件。
8.按照權(quán)利要求7所述的車輛運動控制設備，其中根據(jù)由第一、第二和第三圖參考設置部件任意之一設置的圖參考車速的當前值(Vmap(n))，確定與車速相關的常數(shù)(GΨ′、ωn、ζ、n1)。
9.按照權(quán)利要求6所述的車輛運動控制設備，其中后輪轉(zhuǎn)向角命令值計算部件包括確定車速的檢測值是否小于預定車速(B)的車速區(qū)確定部件；當車速的檢測值(V)小于預定車速(B)時，比較預定控制周期前的在先后輪轉(zhuǎn)向角命令值的絕對值(|δ*(n-1)|)和后輪轉(zhuǎn)向角命令值收斂量(α)，以確定在先后輪轉(zhuǎn)向角命令值的絕對值(|δ*(n-1)|)是否大于后輪轉(zhuǎn)向角命令值收斂量(α)的第一后輪轉(zhuǎn)向角命令值比較部件；當在先后輪轉(zhuǎn)向角命令值的絕對值(|δ*(n-1)|)等于或小于后輪轉(zhuǎn)向角命令值收斂量(α)(|δ*(n-1)|≤α)時，把后輪轉(zhuǎn)向角命令值的當前值(δ*(n))設置為0的第一后輪轉(zhuǎn)向角命令值設置部件；當在先后輪轉(zhuǎn)向角命令值的絕對值(|δ*(n-1)|)大于后輪轉(zhuǎn)向角命令值收斂量(α)(|δ*(n-1)|＞α)時，比較后輪轉(zhuǎn)向角命令值的在先值(δ*(n-1))和0的第二后輪轉(zhuǎn)向角命令值比較部件；當在先后輪轉(zhuǎn)向角命令值的絕對值(|δ*(n-1)|)等于或小于后輪轉(zhuǎn)向角命令值收斂量(α)時，把后輪轉(zhuǎn)向角命令值的當前值δ*(n)設置為0的第一后輪轉(zhuǎn)向角命令值設置部件；當后輪轉(zhuǎn)向角命令值的在先值δ*(n-1)大于0時，如下設置后輪轉(zhuǎn)向角命令值的當前值δ*(n)δ*(n)＝δ*(n-1)-α的第二后輪轉(zhuǎn)向角命令值設置部件；和當后輪轉(zhuǎn)向角命令值的在先值δ*(n-1)等于或小于0時，如下設置后輪轉(zhuǎn)向角命令值的當前值δ*(n)δ*(n)＝δ*(n-1)+α的第三后輪轉(zhuǎn)向角命令值設置部件。
10.按照權(quán)利要求9所述的車輛運動控制設備，其中后輪轉(zhuǎn)向命令值收斂量(α)是速度的設置值，在該速度下，后輪轉(zhuǎn)向角命令值的絕對值|δ*(n)|接近于0。
11.一種車輛運動控制設備，包括檢測車輛轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向角檢測裝置；檢測車速的車速檢測裝置；能夠控制車輛運動的車輛運動控制裝置；檢測車輛運動控制裝置的狀態(tài)的狀態(tài)檢測裝置；車輛運動目標值計算裝置，根據(jù)轉(zhuǎn)向角和車速的檢測值，以及以每一車速的圖表的形式預設的與車速相關的常數(shù)，計算車輛平面運動的響應特性的車輛運動目標值，以便能夠提供預定的響應特性；計算實現(xiàn)車輛運動的目標值所需的車輛運動控制裝置命令值的控制命令值計算裝置；以使車輛運動控制裝置的狀態(tài)的檢測值和運動控制機構(gòu)命令值相符的方式，向后輪轉(zhuǎn)向致動器提供控制信號的伺服計算裝置；和限制車速變化率并根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向角的檢測值變化的車速變化率限制裝置，車輛運動目標值計算裝置把車速變化率限制裝置的輸出用于圖參考車速，控制命令值計算裝置把車速變化率限制裝置關于車速檢測值的輸出用于控制命令值計算。
12.一種車輛運動控制方法，包括檢測車輛轉(zhuǎn)向角；檢測車速；提供能夠控制車輛運動的車輛運動控制機構(gòu)；檢測車輛運動控制機構(gòu)的狀態(tài)；根據(jù)轉(zhuǎn)向角和車速的檢測值，以及以每個車速的圖表的形式預設的與車速相關的常數(shù)，計算車輛平面運動的響應特性的車輛運動目標值，以便能夠提供預定響應特性；計算實現(xiàn)車輛運動的目標值所需的車輛運動控制機構(gòu)命令值；以使車輛運動控制機構(gòu)的狀態(tài)的檢測值和運動控制機構(gòu)命令值相符的方式，向后輪轉(zhuǎn)向致動器提供控制信號；和提供對車速的檢測值設置車速變化率限制的車速變化率限制器，并根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向角的檢測值，改變車速變化率限制，在車輛運動目標值計算時，把車速變化率限制器的輸出用于圖參考車速，在控制命令值計算時，把車速變化率限制器關于車速檢測值的輸出用于控制命令值計算。
全文摘要
在車輛運動控制設備和方法中，提供車速變化率限制器，以便對車速的檢測值(V)設置車速變化率限制，并根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向角的檢測值(θ)，改變車速變化率限制器數(shù)值，在車輛運動目標值計算時，把車速變化率限制器的輸出用于圖參考車速(Vmap)，在控制命令值計算時，把車速變化率限制器關于車速檢測值的輸出用于控制命令值計算。
文檔編號B62D6/00GK1522915SQ200410003700
公開日2004年8月25日 申請日期2004年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月7日
發(fā)明者堤淳二, 數(shù)藤秀樹, 樹 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社