專利名稱：用于生成機(jī)動(dòng)車輛的前饋控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制函數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制的設(shè)計(jì)、調(diào)整和操作。具體地，本發(fā)明涉及一種用于生成機(jī)動(dòng)車輛的前饋(feedforward)控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(前饋主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制)的控制函數(shù)的方法，并且涉及一種用于機(jī)動(dòng)車輛的前饋控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法和控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)提供了作為各種駕駛情況的函數(shù)調(diào)整機(jī)動(dòng)車輛的響應(yīng)的可能性。例如，如果城鎮(zhèn)中的機(jī)動(dòng)車輛典型地以低速駕駛通過小街道，由于轉(zhuǎn)向的原因駕駛員的負(fù)荷相對(duì)高。在這種情況下，因此需要轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)向角有良好的響應(yīng)行為及高偏航響應(yīng)，并且這樣導(dǎo)致一種更易響應(yīng)的機(jī)動(dòng)車輛。
另一種情況是以低轉(zhuǎn)向載荷在高速公路上行駛，典型地在高速時(shí)發(fā)生。在這種情況下，需要車輛有相對(duì)小的響應(yīng)，即，需要相同的轉(zhuǎn)向角對(duì)車輪具有相對(duì)小的作用，這導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車輛的更平穩(wěn)的響應(yīng)行為而且允許更加舒適的駕駛。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向(AFS)的技術(shù)以及電子轉(zhuǎn)向(線控，SbW)的技術(shù)通過將由電機(jī)控制的轉(zhuǎn)向角疊加在駕駛員的轉(zhuǎn)向角上使實(shí)現(xiàn)這些特征成為可能。類似的特征通過主動(dòng)修改后輪軸的前束角(toe angle)的主動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向(ARS)變?yōu)榭赡?，機(jī)動(dòng)車輛的響應(yīng)行為因此要么變得更加靈敏，前提是ARS角與轉(zhuǎn)向角異號(hào)，要么變得更加穩(wěn)定并且更加舒適，前提是ARS角與轉(zhuǎn)向角同號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)上述特征，具有二維控制特性圖的運(yùn)算法則總體上用作轉(zhuǎn)向角的函數(shù)以及車輛的速度的函數(shù)。這些控制特性圖也被稱為前饋圖(FFM)?？刂铺匦詧D典型地通過執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)移動(dòng)，具體例如穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎的機(jī)動(dòng)車輛的原型實(shí)驗(yàn)性地調(diào)整。對(duì)于由特定的轉(zhuǎn)向角和特定的車輛速度識(shí)別的每一種穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎條件，評(píng)估機(jī)動(dòng)車輛的響應(yīng)行為的應(yīng)用技術(shù)人員檢查在響應(yīng)的方向或穩(wěn)定性的方向上是否有修正，并且上述技術(shù)人員以該基于試驗(yàn)和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的方法找到用于對(duì)控制特性圖的對(duì)應(yīng)于該轉(zhuǎn)向角和該車輛速度的點(diǎn)的正確調(diào)整。一方面，該程序需要機(jī)動(dòng)車輛的原型的可用性，另一方面，該程序非常耗費(fèi)時(shí)間。結(jié)果還在很大程度上依賴于應(yīng)用技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，并且產(chǎn)生的圖僅具有低分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于為機(jī)動(dòng)車輛的前饋主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生控制函數(shù)的有利方法以及用于機(jī)動(dòng)車輛的前饋主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的有利控制方法和有利控制系統(tǒng)。該目的分別通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，使得對(duì)于預(yù)先定義的目標(biāo)行為產(chǎn)生機(jī)動(dòng)車輛的前饋控制主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制函數(shù)的方法可用?？刂坪瘮?shù)描述作為兩個(gè)參數(shù)的函數(shù)的轉(zhuǎn)向角修正。在該方法中，基于機(jī)動(dòng)車輛的當(dāng)前行為和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎的預(yù)先定義的目標(biāo)行為確定轉(zhuǎn)向角修正，作為在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎過程中發(fā)生的橫向加速度和在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎過程中發(fā)生的彎道半徑的函數(shù)。通過數(shù)學(xué)建模，將依賴于橫向加速度以及彎道半徑的轉(zhuǎn)向角修正轉(zhuǎn)換成依賴于轉(zhuǎn)向角和縱向速度的轉(zhuǎn)向角修正，然后轉(zhuǎn)向角修正形成控制函數(shù)。轉(zhuǎn)向角修正在這里可以包含前輪的轉(zhuǎn)向角的至少一個(gè)修正和/或后輪的轉(zhuǎn)向角的至少一個(gè)修正。數(shù)學(xué)建模在這里可以從車輛模型或機(jī)動(dòng)車輛的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎中獲取數(shù)學(xué)建模。在該方法中，基于數(shù)學(xué)建模和依賴于橫向加速度和彎道半徑的轉(zhuǎn)向角修正產(chǎn)生等式系統(tǒng)，該等式系統(tǒng)的解形成控制函數(shù)?？刂坪瘮?shù)在這里可以由等式系統(tǒng)的顯解提供。控制函數(shù)可以由基于等式系統(tǒng)獲取的控制特性圖表示。在該方法中，目標(biāo)行為可以從另一機(jī)動(dòng)車輛得到。本發(fā)明還公開了一種用于機(jī)動(dòng)車輛的 前饋控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，該控制方法使用根據(jù)上述方法獲取的控制函數(shù)。本發(fā)明還公開了一種用于機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有用于機(jī)動(dòng)車輛的前饋控制轉(zhuǎn)向裝置的控制單元，該控制單元基于根據(jù)上述方法獲取的控制函數(shù)。由于根據(jù)本發(fā)明的方法中基于機(jī)動(dòng)車輛的當(dāng)前行為和機(jī)動(dòng)車輛的期望行為確定用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制這一事實(shí)，可以在不需要原型和不需要復(fù)雜的測(cè)試程序的情況下調(diào)整機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向行為。另外因?yàn)椴恍枰鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)獲得的測(cè)試結(jié)果的評(píng)估，所以可以以滿意地可重現(xiàn)的方式不依賴于應(yīng)用技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)施的質(zhì)量以及車輛中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)本身的質(zhì)量。基于控制函數(shù)對(duì)機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向角和縱向速度的依賴，可以易于實(shí)施基于控制函數(shù)的前饋控制主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向角和縱向速度在任何機(jī)動(dòng)車輛中以數(shù)值的形式可用。車輛的期望目標(biāo)行為可以根據(jù)轉(zhuǎn)向不足圖示從響應(yīng)得到。響應(yīng)可以從轉(zhuǎn)向不足圖示中容易地獲得，結(jié)果是可以非常滿意地完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的適應(yīng)。目標(biāo)行為具體地還可以從另一機(jī)動(dòng)車輛中得到。例如，機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向行為可以用這種方式適應(yīng)于另一機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向行為。控制可以包含用于機(jī)動(dòng)車輛的前輪軸和/或后輪軸的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。具體地，如果主動(dòng)地使前輪軸和后輪軸轉(zhuǎn)向，那么為機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向行為獲得各種適應(yīng)可能性。用于將依賴于橫向加速度和彎道半徑的轉(zhuǎn)向角修正轉(zhuǎn)換為依賴于轉(zhuǎn)向角和縱向速度的轉(zhuǎn)向角修正的數(shù)學(xué)建?？梢詮能囕v模型中獲取，例如，可以從單向模型中獲取?？蛇x擇地，還存在從機(jī)動(dòng)車輛的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎中獲取數(shù)學(xué)模型的可能性，也即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲取?；跀?shù)學(xué)建模和依賴于橫向加速度和彎道半徑的轉(zhuǎn)向角修正的轉(zhuǎn)換在本方法的一個(gè)實(shí)施例中通過產(chǎn)生等式系統(tǒng)發(fā)生，其中等式系統(tǒng)的解形成控制函數(shù)。在此背景下，可以通過等式系統(tǒng)的顯解提供控制函數(shù)，或者可以通過基于等式系統(tǒng)獲取的控制特性圖表示控制函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的用于機(jī)動(dòng)車輛的前饋控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法使用控制函數(shù)，該控制函數(shù)利用根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生控制函數(shù)的方法獲取。以這樣的方式產(chǎn)生的控制函數(shù)的使用允許在低花費(fèi)的情況下且以滿意地可重現(xiàn)的方式實(shí)施控制方法或者適應(yīng)于變化的要求。根據(jù)本發(fā)明的用于機(jī)動(dòng)車輛的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制系統(tǒng)包含用于機(jī)動(dòng)車輛的前饋控制主動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置的控制單元?？刂茊卧诟鶕?jù)產(chǎn)生控制函數(shù)的方法獲取的控制函數(shù)。利用以這樣的方式產(chǎn)生的控制函數(shù)允許在低花費(fèi)的情況下實(shí)施控制系統(tǒng)且適應(yīng)于變化的要求。


本發(fā)明進(jìn)一步的特征、性能和優(yōu)點(diǎn)可以參照附圖在以下對(duì)示例性實(shí)施例的描述中得到，其中圖I表示機(jī)動(dòng)車輛的示意圖；圖2表示機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向不足圖示；圖3表示用于后輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制的圖示； 圖4表示用根據(jù)本發(fā)明的方法獲取的用于前輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制特性圖；以及圖5表示用根據(jù)本發(fā)明的方法獲取的用于前輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制函數(shù)。
具體實(shí)施例方式附圖僅用于說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明。附圖和各個(gè)部件不一定按比例繪制。同一附圖標(biāo)記指代相同或類似的部件。圖I表示如客車或卡車這樣的機(jī)動(dòng)車輛I的示意圖。車輛I具有前輪軸2和后輪軸3，前輪軸2和后輪軸3具有車輪4。前輪軸2的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)5由機(jī)動(dòng)車輛I的駕駛員利用方向盤8操作并且作用于前輪軸2上。除了傳統(tǒng)的前輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以外，后輪軸3也可以通過存在于后輪軸3上的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)9轉(zhuǎn)向，為此，后輪軸3的前束角是調(diào)適的。后輪軸3可以在相對(duì)于前輪軸2的相同方向上轉(zhuǎn)向或者在相對(duì)于前輪軸2的相反方向上轉(zhuǎn)向?？刂破?通過前輪軸2和/或后輪軸3的主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制轉(zhuǎn)向函數(shù)或轉(zhuǎn)向函數(shù)的輔助，其中轉(zhuǎn)向函數(shù)或轉(zhuǎn)向函數(shù)的輔助使用存在的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)5、9。為了實(shí)施控制器6的響應(yīng)行為以及轉(zhuǎn)向函數(shù)的響應(yīng)行為，控制器6利用控制函數(shù)或控制特性圖7，控制函數(shù)或控制特性圖7對(duì)于機(jī)動(dòng)車輛的期望目標(biāo)行為而產(chǎn)生。然后通過考慮車輛的期望目標(biāo)行為及其當(dāng)前行為確定控制函數(shù)或控制特性圖7。例如，圖4中表示了具有兩個(gè)變量(縱向速度Vx和轉(zhuǎn)向角Sd)的控制特性圖或控制函數(shù)，例如，圖5中表示了具有變量(縱向速度vx)的振幅比函數(shù)?；趫D2到5說明對(duì)于預(yù)先定義的目標(biāo)行為產(chǎn)生用于機(jī)動(dòng)車輛的前饋控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制函數(shù)?？刂坪瘮?shù)描述了作為兩個(gè)參數(shù)的函數(shù)的用于前輪的轉(zhuǎn)向角修正Sf。以及用于后輪的轉(zhuǎn)向角修正圖2表示用于100米的圓的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎的機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向不足圖示，在該情況下用于主動(dòng)后輪軸轉(zhuǎn)向。當(dāng)然，還可以選擇主動(dòng)前輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向不足圖示。同樣地，還可以將用于不同于100米的半徑的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎的機(jī)動(dòng)車輛的至少一個(gè)轉(zhuǎn)向不足圖示用作可選，或者除了用于100米的圓的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向不足圖示以外還使用其他半徑的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎的機(jī)動(dòng)車輛的至少一個(gè)轉(zhuǎn)向不足圖示。在轉(zhuǎn)向不足圖示中，為機(jī)動(dòng)車輛的實(shí)際轉(zhuǎn)向行為(實(shí)線)和期望目標(biāo)行為(虛線)都繪制為了沿100米的圓駕駛而由駕駛員采用的前輪的轉(zhuǎn)向角(FWA，前輪角)對(duì)機(jī)動(dòng)車輛的橫向加速度(ay)的圖。前輪的轉(zhuǎn)向角FWA通過傳動(dòng)比連接到由駕駛員采用的轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角。在實(shí)際行為中，為了沿100米的圓駕駛而由駕駛員采用的前輪的轉(zhuǎn)向角通過傳動(dòng)比直接被方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角定義。在目標(biāo)行為中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷一種修正，該修正導(dǎo)致這樣的情況為了沿100米的圓駕駛，駕駛員不得不采用圖2中虛線所示的方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角。在本示例中，通過主動(dòng)后輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完成這一修正。轉(zhuǎn)向不足圖示對(duì)描述處于穩(wěn)態(tài)的機(jī)動(dòng)車輛的響應(yīng)行為的特征是非常有益的，而且，對(duì)定義機(jī)動(dòng)車輛的可能的期望目標(biāo)行為也是非常有益的，然后機(jī)動(dòng)車輛的期望目標(biāo)行為可以例如由主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)施。圖2中的圖示提出一種后輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可能的控制，其是由相對(duì)小的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角和相對(duì)高的轉(zhuǎn)向不足梯度的要求引起的。就車輛的轉(zhuǎn)向行為而言，該目標(biāo)行為意味著當(dāng)存在相對(duì)低的橫向加速度時(shí)，車輛更加容易響應(yīng)，結(jié)果是由駕駛員執(zhí)行的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)減少。具體地，在停車操控過程中需要的轉(zhuǎn)向角因此降低約20%。另外，所示的車輛的目標(biāo)行為意味著車輛在相對(duì)高的橫向加速度時(shí)反應(yīng)較小，結(jié)果是對(duì)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)反應(yīng)更小。來自轉(zhuǎn)向不足圖示的目標(biāo)行為或目標(biāo)響應(yīng)因此包含一些主要要求，這些要求由響應(yīng)和穩(wěn)定性的提高構(gòu)成，正如現(xiàn)代用于底盤的控制系統(tǒng)所預(yù)期的那樣。為了達(dá)到虛線曲線而執(zhí)行的修正基于在各種橫向加速度ay(圖3的靠上的圖)和各中圓形的半徑R(圖3的靠下的圖)時(shí)的用于主動(dòng)后輪軸轉(zhuǎn)向的修正角ARS (如圖3所示)。后輪的修正角概況從圖3中靠上的圖所示的修正角 概況的概括以及圖3中靠下的圖所示的修正角概況的加和中獲得。還可以對(duì)于另一機(jī)動(dòng)車輛確定目標(biāo)行為。例如，可以想到，將要接近具有主動(dòng)前輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和/或主動(dòng)后輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的另一已有車輛的轉(zhuǎn)向不足行為的機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向行為。因此，顯而易見的是，具有期望目標(biāo)行為的任何期望轉(zhuǎn)向不足圖示可以用于定義一種或多種目標(biāo)行為。來自轉(zhuǎn)向不足圖示(圖2)的目標(biāo)行為遵照以下公式Sd = arctan〔去)+ Kt (ay ,R) = fT(ay,R)(I)在這里，S D表示由駕駛員采用或?qū)⒂神{駛員采用的轉(zhuǎn)向角，R表示在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎過程中的彎道半徑，ay表示轉(zhuǎn)彎過程中的橫向加速度以及Kt表示轉(zhuǎn)向不足的目標(biāo)函數(shù)或期望轉(zhuǎn)向不足梯度。應(yīng)當(dāng)確保公式I反映了機(jī)動(dòng)車輛的可能的自然行為。為此，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用以下兩個(gè)一致性規(guī)則。規(guī)則1，由如下公式2給出，規(guī)定fT是ay的正的單調(diào)增函數(shù)。fT > 0，
i>o⑵
Say⑷對(duì)于車輛來說，這意味著，在以恒定的半徑R轉(zhuǎn)彎的情況下，轉(zhuǎn)向角的增加對(duì)應(yīng)于橫向加速度ay的提高，橫向加速度ay的提高例如對(duì)轉(zhuǎn)向不足的機(jī)動(dòng)車輛來說是慣常的。規(guī)則2，由如下公式3給出，規(guī)定fT是R的單調(diào)減函數(shù)。
_4] ^<0(3)對(duì)于車輛來說，這意味著，在以恒定的橫向加速度轉(zhuǎn)彎的情況下，相對(duì)大的彎道半徑導(dǎo)致轉(zhuǎn)向角的減小，并且相對(duì)小的彎道半徑的情況下，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向角增大。橫向加速度ay和彎道半徑R這兩個(gè)變量定義二維空間，以下稱為要求域(requirements domain)，簡(jiǎn)稱為 RD0在圖2的轉(zhuǎn)向不足圖示的基礎(chǔ)上已經(jīng)定義目標(biāo)行為之后，以下將說明相對(duì)于目標(biāo)行為確定用于機(jī)動(dòng)車輛的前饋控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制函數(shù)。基于對(duì)應(yīng)于由測(cè)試行程得到的經(jīng)驗(yàn)性評(píng)價(jià)的機(jī)動(dòng)車輛的非線性單個(gè)軌跡模型，將由駕駛員采用的轉(zhuǎn)向角Sd以及到現(xiàn)在為止尚未確定的前、后輪處的轉(zhuǎn)向角修正\。匕可以由以下等式表達(dá)Sd+S^c- Src = arctan〔去)+ K(ay, R)(4)等式4引入了用于主動(dòng)前輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(AFS)或線控轉(zhuǎn)向(SbW)的激活的未知控制變量Sfc以及用于主動(dòng)后輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ARS)的激活的變量在等式4中由等式I替換的由駕駛員采用或?qū)⒂神{駛員采用的轉(zhuǎn)向角S D引起前 輪的修正角(S fc)和/或后輪的修正角(5 J，它們通過當(dāng)前(負(fù)的)轉(zhuǎn)向行為和目標(biāo)行為之間的差值提供Syc -5rC = arctan〔去)-arctan〔去)^ + (K{ay,R)~Kt(ay,R))(5)或者相當(dāng)于8 fC- 8 rC = A Kin (R) - A K (ay, R)(6)可以從等式6中最大程度地看出，控制過程由兩項(xiàng)組成。第一項(xiàng)Akin(R)是以減小運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向角為目的，并且在該情況下定義為正的。這樣總體上提高了低速時(shí)機(jī)動(dòng)車輛的響應(yīng)，其中如果轉(zhuǎn)彎行為受輪胎的偏斜運(yùn)行剛性影響，該效果在相對(duì)高的橫向加速度時(shí)減小。第二項(xiàng)AK(ay，R)是以增加轉(zhuǎn)向不足梯度、從而提高相對(duì)高速時(shí)的舒適和穩(wěn)定性為目的。如果期望目標(biāo)行為的Kt(ay，R)大于沒有轉(zhuǎn)向角修正時(shí)的K(ay，R)，那么在該情況下，第二項(xiàng)也定義為正的。以這樣的方式定義的主動(dòng)轉(zhuǎn)向?qū)χ鲃?dòng)前輪軸轉(zhuǎn)向AFS和主動(dòng)后輪軸轉(zhuǎn)向ARS或者主動(dòng)前輪軸轉(zhuǎn)向和主動(dòng)后輪軸轉(zhuǎn)向的結(jié)合都是有效的。AFS和ARS的差別僅是符號(hào)相反。公式的令人感興趣且簡(jiǎn)化的發(fā)展包含，控制由從標(biāo)稱值偏離的百分比表達(dá)這樣的事實(shí)
f I、^Kin (R) = WBR% * arctan —
W(7)AK(ay，R) = UGI%*K(ay，R)公式7對(duì)應(yīng)于減少了給定百分比(軸距減少百分比，WBR.J的機(jī)動(dòng)車輛I的軸距的等量減少和增加了給定百分比(轉(zhuǎn)向不足梯度增加百分比，UGLx)的轉(zhuǎn)向不足梯度的等量增加的要求。在該情況下，被提議的轉(zhuǎn)向僅具有兩個(gè)調(diào)整參數(shù)，具體是WBRjP UGI%，并且由以下公式表示Sfc -Src = WBR0/o arctan〔去)-UGI% K( ay ,R)(8)圖3表示例如公式8中描述的在要求域RD中用于主動(dòng)后輪軸轉(zhuǎn)向ARS的控制的典型的實(shí)施。圖3中靠上的圖示表示用于修正轉(zhuǎn)向不足梯度的修正角，其是橫向加速度ay的線性函數(shù)。圖3中靠下的圖示表示用于修正低速時(shí)(運(yùn)動(dòng))響應(yīng)的修正角，其是彎道半徑R的雙曲線函數(shù)。這兩個(gè)角加和在一起并實(shí)施。根據(jù)等式8的控制的公式具有以下優(yōu)點(diǎn)其非常簡(jiǎn)單并且只要在轉(zhuǎn)向不足圖示中定義目標(biāo)行為就僅基于兩個(gè)調(diào)整參數(shù)。另一優(yōu)點(diǎn)是用兩個(gè)函數(shù)描述控制，在沒有交叉耦合或橫向耦合的情況下，每一個(gè)函數(shù)僅具有一個(gè)變量?，F(xiàn)在在要求域RD中定義向前定向或向前耦合的控制。然而，彎道半徑是難以測(cè)量或估計(jì)的靜態(tài)值。因此難以在機(jī)動(dòng)車輛I中實(shí)施以這樣的方式定義的控制。為了便于實(shí)施或者完全允許實(shí)施，提供新的二維空間，其被稱為控制器實(shí)施域(CID)并且受將由駕駛員采用的轉(zhuǎn)向角Sd和縱向速度Vx的限制，其中轉(zhuǎn)向角Sd是數(shù)值對(duì)中前面的一個(gè)。為此，RD和CID之間的關(guān)系吼以數(shù)學(xué)建模的形式定義
SL
RD: [Rss, av<ss\ 〈Z^> CID: \8D, vxl對(duì)于設(shè)計(jì)良好的典型地在非線性區(qū)域具有轉(zhuǎn)向不足行為的機(jī)動(dòng)車輛，該關(guān)系僅僅是轉(zhuǎn)向不足圖示的測(cè)量點(diǎn)的集合的雙射。當(dāng)所有車輛中的測(cè)量結(jié)果或良好估計(jì)以及用于主動(dòng)轉(zhuǎn)向的典型控制特性圖(前饋圖，F(xiàn)FM)表達(dá)為前轉(zhuǎn)向角Sd和縱向速度Vx的函數(shù)時(shí)，由于將由駕駛員采用的轉(zhuǎn)向角Sd和縱向速度Vx存在于CID中，上述關(guān)系尤其易于實(shí)施。關(guān)系吼容易從機(jī)動(dòng)車輛的模型中得到或者容易直接從來自測(cè)試操控的數(shù)據(jù)記錄以及來自穩(wěn)態(tài)的簡(jiǎn)單關(guān)系得到。關(guān)系91可以表示如下
剛(9)
^ = (I-WBKJatanl j\ + K(ay,R) + UGI% Ku ay然后通過求解由具有四個(gè)變量(R、ay、SD、Vx)的三個(gè)等式組成的以下系統(tǒng)給出最終的控制特性圖
Sfc-Src = WBK/0 arctan^j - UGI % K(ay,R)
V2= —(10)
ay
Sd = (I - WBRyJ atan[^ + K(ay, R) + UGI% Ku ay其中R和ay通過代入法消去。然后，在CID中定義控制的最終的控制特性圖M可以表示如下SfC-SrC = M(SD，Vx，WBR%，UGI%)(11)等式11具有兩個(gè)自變量和僅兩個(gè)調(diào)整參數(shù)，使得以這樣的方式定義的控制器的實(shí)施和使用非常簡(jiǎn)單。圖4表示根據(jù)公式10和11計(jì)算出的用于主動(dòng)前輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)AFS的典型控制特性圖。圖4表示作為前輪軸的縱向速度Vx和由駕駛員采用或?qū)⒂神{駛員采用的轉(zhuǎn)向角Sd的函數(shù)的主動(dòng)前輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向角修正的概況。控制器的以下行為以及車輛的以下行為可以從控制特性圖中得到。在低車速時(shí)，前輪軸的轉(zhuǎn)向角的飽和導(dǎo)致恒定縱向速度Vx時(shí)的轉(zhuǎn)向角修正的飽和。這對(duì)于避免主動(dòng)前輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)操縱前輪軸進(jìn)入更深度的飽和來說是期望的。在相對(duì)高速時(shí)，也會(huì)發(fā)現(xiàn)發(fā)生轉(zhuǎn)向角修正的飽和，其導(dǎo)致在中部的較少的直接轉(zhuǎn)向傳動(dòng)以及在中部之外的較多的直接轉(zhuǎn)向傳動(dòng)。另一種可選方式是轉(zhuǎn)向角S D的轉(zhuǎn)向角修正的線性相關(guān)，正如稍后相對(duì)于等式13將變得清楚那樣。就大的控制角而言，存在由于車輪止動(dòng)的飽和；其僅與AFS有關(guān)。以上等式系統(tǒng)的顯解可以根據(jù)以下等式通過假定前輪線性地表現(xiàn)而獲得
K(ay，R)=Kuay(12)然后等式系統(tǒng)的顯解可以由以下公式表達(dá)
WBRv^-UGIvKuSfc -Src =-y-Sd = F(Vx)Sd(13)
{l-WBKJ —+ (! + UGLJKu
vX以這種方式簡(jiǎn)化的控制特性圖構(gòu)成與前輪的轉(zhuǎn)向角相乘的縱向速度的放大函數(shù)F(Vx)。圖5說明了概況函數(shù)F(Vx)。對(duì)于使用簡(jiǎn)化解法的情況，直接使用等式13的前饋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)施可能是適合的，原因在于函數(shù)的閉型或代數(shù)實(shí)施比以特性圖形式的實(shí)施要更容易操作。對(duì)于主動(dòng)前輪軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)AFS的情況，等式13也可以表達(dá)為可變傳動(dòng)比(可變傳動(dòng)比，VGR)
1 +齊VGR = ~V-^-Rd(14)
1+與
vCh在這里，兩個(gè)調(diào)整參數(shù)是期望特征速度Vcmi和期望轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比Rd。在該示例中，控制也可以容易地實(shí)施和操作。在操作過程中，在控制器6中連續(xù)地處理控制器6需要的更新的變量，如轉(zhuǎn)向角和/或縱向速度。為了更準(zhǔn)確，例如通過控制特性圖(圖4)或一維控制函數(shù)(圖5)或者用函數(shù)的基礎(chǔ)代數(shù)實(shí)施連續(xù)地計(jì)算轉(zhuǎn)向行為，并且相應(yīng)地設(shè)置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)5和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)9。還應(yīng)當(dāng)注意的是，在所述的等式中，例如等式13，前輪的修正角(5 fc)或后輪的修正角(SJ可以是零。在第一種情況下，就存在純粹主動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并且在第二種情況下，存在純粹主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。如果兩項(xiàng)都存在，那么存在主動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向和主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向的結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)于預(yù)先定義的目標(biāo)行為生成用于機(jī)動(dòng)車輛的前饋控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制函數(shù)的方法，其特征在于，控制函數(shù)描述作為兩個(gè)參數(shù)的函數(shù)的轉(zhuǎn)向角修正(5fc、S J，其中基于車輛的當(dāng)前行為以及穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎的預(yù)先定義的目標(biāo)行為確定轉(zhuǎn)向角修正(Sf。、S J，作為在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎過程中發(fā)生的橫向加速度(ay)和在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎過程中發(fā)生的彎道半徑(R)的函數(shù)，并且通過數(shù)學(xué)建模將依賴于橫向加速度(ay)以及彎道半徑(R)的轉(zhuǎn)向角修正轉(zhuǎn)換為依賴于轉(zhuǎn)向角(5D)和縱向速度(Vx)的轉(zhuǎn)向角修正(8 fc、s r。)，然后轉(zhuǎn)向角修正(8 fc、8 rc)形成控制函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)向角修正包含 前輪的轉(zhuǎn)向角的至少一個(gè)修正(S fc)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)向角修正包含后輪的轉(zhuǎn)向角的至少一個(gè)修正(S J。
4.根據(jù)權(quán)利要求I到3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，從車輛模型獲取數(shù)學(xué)建模。
5.根據(jù)權(quán)利要求I到3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，從機(jī)動(dòng)車輛的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎中獲取數(shù)學(xué)建模。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法,其特征在于，基于數(shù)學(xué)建模和依賴于橫向加速度(ay)和彎道半徑(R)的轉(zhuǎn)向角修正產(chǎn)生等式系統(tǒng)，所述等式系統(tǒng)的解形成控制函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，控制函數(shù)由等式系統(tǒng)的顯解提供。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，控制函數(shù)由基于等式系統(tǒng)獲取的控制特性圖表示。
9.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，目標(biāo)行為從另一機(jī)動(dòng)車輛得到。
10.一種用于機(jī)動(dòng)車輛的前饋控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，控制方法使用根據(jù)權(quán)利要求I到9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法獲取的控制函數(shù)。
11.一種用于機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，其特征在于，具有用于機(jī)動(dòng)車輛的前饋控制轉(zhuǎn)向裝置的控制單元￠)，控制單元(6)基于根據(jù)權(quán)利要求I到9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法獲取的控制函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明通過一種對(duì)于預(yù)先定義的目標(biāo)行為產(chǎn)生用于機(jī)動(dòng)車輛的前饋控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制函數(shù)的方法，其中控制函數(shù)描述作為兩個(gè)參數(shù)的函數(shù)的轉(zhuǎn)向角修正(δfc、δrc)?；谲囕v的當(dāng)前行為和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎的預(yù)先定義的目標(biāo)行為確定轉(zhuǎn)向角修正(δfc、δrc)，作為在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎過程中發(fā)生的橫向加速度(ay)和在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎過程中發(fā)生的彎道半徑(R)的函數(shù)。通過數(shù)學(xué)建模將依賴于橫向加速度(ay)和彎道半徑(R)的轉(zhuǎn)向角修正轉(zhuǎn)換為依賴于由駕駛員采用或?qū)⒂刹捎玫霓D(zhuǎn)向角(δD)和縱向加速度(vx)的轉(zhuǎn)向角修正(δfc、δrc)，然后轉(zhuǎn)向角修正(δfc、δrc)形成控制函數(shù)。
文檔編號(hào)B62D6/00GK102730059SQ20121010403
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者吉爾伯托·布爾焦, 彼得·W·A·澤格拉爾 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司