專利名稱：車輛集成控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制結(jié)合在車輛中的多個致動器的系統(tǒng)，并且更具體地，涉及以集成的方式控制具有相互干擾的可能性的多個致動器的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來有在同一車輛內(nèi)結(jié)合多種類型的運動控制設(shè)備以便控制車輛的運動的增加的趨勢。由每種不同類型的運動控制設(shè)備產(chǎn)生的效果不總是以和車輛上的每個其它運動控制設(shè)備無關(guān)的方式出現(xiàn)。存在相互干擾的可能性。因此，在開發(fā)結(jié)合有多種類型的運動控制設(shè)備的車輛時，充分地組織各個運動控制設(shè)備之間的相互作用和配合是重要的。
例如，當在車輛的開發(fā)階段需要在一個車輛中結(jié)合多種類型的運動控制設(shè)備時，可以彼此獨立地開發(fā)各個運動控制設(shè)備，并且然后以補充或附加的方式實現(xiàn)各個運動控制設(shè)備間的相互作用和配合。
在以上述方式開發(fā)多種類型運動控制設(shè)備的情況下，各個運動控制設(shè)備間的相互作用和配合的組織需要大量時間和努力。
對于將多種類型的運動控制設(shè)備結(jié)合到車輛中的方案，已知一種在各運動控制設(shè)備間共享同一致動器的方案。該方案涉及當在同一時刻需要操作同一致動器時，將如何解決多個運動控制設(shè)備間的競爭的問題。
在上述的情況下，其中在彼此獨立地開發(fā)運動控制設(shè)備之后，以補充或附加的方式協(xié)調(diào)多個運動控制設(shè)備間的相互作用和配合，難以精通地解決上面提出的問題。實際上，僅通過選擇多個運動控制設(shè)備中具有高于其它的運動控制設(shè)備的優(yōu)先權(quán)的適當?shù)囊粋€并將致動器專用于所選擇的運動控制設(shè)備，就可以解決該問題。
在下面的出版物中公開了解決關(guān)于上面提出的在車輛中結(jié)合多個致動器以便以所希望的方式驅(qū)動車輛的問題的方法。
日本待公開專利No.5-85228(文件1)公開了可以減少開發(fā)所需時間，并且可以提高車輛的可靠性、可用性和可維護性的車輛電子控制系統(tǒng)。該用于車輛的電子控制系統(tǒng)包括共同合作以便根據(jù)引擎功率、驅(qū)動功率和制動操作執(zhí)行控制任務的元件，以及用于協(xié)調(diào)所述元件的共同合作，以便根據(jù)司機的需求實現(xiàn)對汽車的操作性能的控制的元件。各個元件布置為多個級別的形式。在將司機的需要轉(zhuǎn)換為汽車的相應操作性能時，所述級別的配合元件中的至少一個適用于對下一個級別起作用，從而對司機-車輛系統(tǒng)的預先給出的從屬系統(tǒng)起作用，同時提供用于該從屬系統(tǒng)的級別所需的性能。
通過按照該用于車輛的電子控制系統(tǒng)將整個系統(tǒng)組織為分級配置，可以僅從上級到下級的方向傳遞指令。以這種方向傳遞執(zhí)行司機的要求的指令。因此，實現(xiàn)了彼此獨立的元件的易于理解的結(jié)構(gòu)。單個系統(tǒng)的聯(lián)系可以被減少到相當?shù)某潭?。各個元件的獨立性允許同時并行地開發(fā)單個元件。因此，可以按照預定的目標開發(fā)每個元件。僅需要考慮關(guān)于高級別的很少的接口和用于低級別的少數(shù)接口。因此，可以實現(xiàn)關(guān)于能源消耗、環(huán)境兼容性、安全和舒適的司機和車輛電子控制系統(tǒng)的整體優(yōu)化。結(jié)果，可以在提供車輛電子控制系統(tǒng)的同時使得減少開發(fā)時間，并且提高車輛的可靠性、可用性和可維護性。
日本待公開專利No.2003-191774(文件2)公開了一種集成類型的車輛運動控制設(shè)備，其以分級的方式采用軟件配置，用于以集成方式控制多個致動器的設(shè)備，以便執(zhí)行車輛中的多種不同類型的運動控制，從而從實際使用的角度出發(fā)優(yōu)化該分級結(jié)構(gòu)。該集成的車輛運動控制設(shè)備基于關(guān)于司機驅(qū)動車輛的信息通過計算機以集成方式控制多個致動器，以便執(zhí)行車輛的多種類型的車輛運動控制。在硬件配置和軟件配置中至少軟件配置包括在從司機到多個致動器的方向上分級組織的多個元件。所述多個元件包括(a)控制單元它基于高級別上的與駕駛相關(guān)的信息，確定目標車輛狀態(tài)量；和(b)執(zhí)行單元，它接收作為來自控制單元的指令的確定的目標車輛狀態(tài)量，以便通過低級別的多個致動器中的至少一個致動器執(zhí)行接收到的指令。控制單元包括高級別控制單元和低級別控制單元，它們中的每一個發(fā)出指令以便以集成方式控制多個致動器。高級別控制單元基于與駕駛有關(guān)的信息確定第一目標車輛狀態(tài)量而不考慮車輛的動態(tài)行為，并且將確定的第一目標車輛狀態(tài)量提供給低級別控制單元。低級別控制單元考慮車輛的動態(tài)行為基于從高級別控制單元接收到的第一目標車輛狀態(tài)量確定第二目標車輛狀態(tài)量，并且將確定的第二目標車輛狀態(tài)量提供給執(zhí)行單元。高級別控制單元，低級別控制單元和執(zhí)行單元中的每一個使得計算機執(zhí)行該軟件配置上的彼此獨立的多個模塊，以便實現(xiàn)其特有的功能。
根據(jù)該集成類型的車輛運動控制設(shè)備，硬件配置和軟件配置中至少軟件配置被組織為分級的結(jié)構(gòu)，從而包括(a)控制單元，它基于從司機到多個致動器的方向上的高級別的與駕駛有關(guān)的信息確定目標車輛的狀態(tài)量；和(b)執(zhí)行單元，它接收作為來自控制單元的指令的確定的目標車輛狀態(tài)量，以便通過低級別的多個致動器中的至少一個執(zhí)行接收到的指令。換言之，至少是軟件配置被組織為不同級別，從而在該車輛運動控制設(shè)備中控制單元和執(zhí)行單元被彼此分開。因為從軟件配置的角度看控制單元和執(zhí)行單元彼此獨立，可以實現(xiàn)開發(fā)，設(shè)計，設(shè)計修改，調(diào)試等的各個階段而不會影響其它階段?？杀舜瞬⑿械貓?zhí)行各個階段。結(jié)果，由于該集成的車輛運動控制設(shè)備，可以容易地縮短整個軟件配置所需的工作階段的時間段。
文件1中公開的車輛的電子控制系統(tǒng)的缺點是，由于整個系統(tǒng)采用分級結(jié)構(gòu)，在高級別處出現(xiàn)系統(tǒng)故障的情況下，車輛的整體可控制性下降。
文件2中的集成類型的車輛運動控制設(shè)備具體地公開了文件1的分級結(jié)構(gòu)，并且涉及從實際使用角度對該分級結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。具體地，軟件配置至少被分為在所述級別中彼此獨立的控制單元和執(zhí)行單元。雖然由于它們的獨立性，從開發(fā)的并行處理的角度看這種集成類型的車輛運動控制設(shè)備是有利的，依賴分級的基本概念的問題仍未被解決。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明的目的是提供一種車輛集成控制系統(tǒng)，其具有改進的故障保護(fail-safe)能力，和容易接受附加的車輛控制功能的能力，而不用形成在一個位置產(chǎn)生車輛的控制目標的系統(tǒng)。
本發(fā)明的車輛集成控制系統(tǒng)至少包括并行地自主地操作的3個子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)包括傳感單元，用于檢測與關(guān)于至少一個子系統(tǒng)的操作請求有關(guān)的信息；連接單元，用于連接除了其自己的子系統(tǒng)之外的另一個子系統(tǒng)，和產(chǎn)生單元，用于基于與操作請求有關(guān)的檢測信息，產(chǎn)生與其自己的子系統(tǒng)的單個控制目標有關(guān)的信息。
例如，根據(jù)本發(fā)明的子系統(tǒng)至少包括控制驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)備的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)，控制制動系統(tǒng)設(shè)備的制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)，控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)備的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)彼此并行地自主地操作。例如，驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的傳感單元檢測作為駕駛員的請求的加速踏板操作。制動系統(tǒng)控制單元的傳感單元檢測作為駕駛員的請求的制動踏板操作，和/或車輛的行為諸如車輛速度、縱向加速度、橫向加速度、偏航速率等。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元的傳感單元檢測作為駕駛員的請求的轉(zhuǎn)向操作。這些子系統(tǒng)被連接到除了其自己的子系統(tǒng)之外的子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)內(nèi)的產(chǎn)生單元基于檢測到的信息和接收自另一個子系統(tǒng)的信息，產(chǎn)生與其自己的子系統(tǒng)的每個單個控制目標有關(guān)的信息(例如，與控制車輛的行為的控制目標有關(guān)的信息)。驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的產(chǎn)生單元基于使用驅(qū)動基本駕駛員模型根據(jù)加速踏板的操作計算的信息以及從另一個子系統(tǒng)輸入的信息，產(chǎn)生驅(qū)動系統(tǒng)的控制目標。制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的產(chǎn)生單元基于使用制動基本駕駛員模型根據(jù)制動踏板的操作計算的信息以及從另一個子系統(tǒng)接收的信息，產(chǎn)生制動系統(tǒng)的控制目標。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的產(chǎn)生單元基于使用轉(zhuǎn)向基本駕駛員模型根據(jù)轉(zhuǎn)向操作計算的信息以及從另一個子系統(tǒng)接收的信息，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制目標。在這個階段，在產(chǎn)生單元進行例如給多個信息中的哪一個信息授予優(yōu)先級的仲裁。因此，使用包括在所述3個子系統(tǒng)內(nèi)的連接單元傳輸請求信息，以便在各個產(chǎn)生單元內(nèi)產(chǎn)生請求的控制目標(與它自己的子系統(tǒng)的單個控制目標有關(guān)的信息)。允許分散方式的控制而不用設(shè)置主單元，并且可以改進故障保護能力。另外，由于自治操作，允許基于每個控制單元和處理單元的開發(fā)。在要增加新的驅(qū)動支持功能的情況下，通過僅在上述提出的3個子系統(tǒng)之外增加新的子系統(tǒng)，并且通過通信單元在新子系統(tǒng)和已存在的子系統(tǒng)間傳輸請求的信息，可以實現(xiàn)新的功能(例如，驅(qū)動支持系統(tǒng)(DSS)諸如巡航控制和/或車輛運動控制系統(tǒng)(VDM車輛動態(tài)管理))。結(jié)果，可以提供一種車輛集成控制系統(tǒng)，該車輛集成控制系統(tǒng)具有改進的故障保護能力和易于提供附加的車輛控制功能的能力而不用形成在一個位置處產(chǎn)生車輛的控制目標的系統(tǒng)。
優(yōu)選地，產(chǎn)生單元包括仲裁單元，用于基于關(guān)于操作請求的檢測信息，在多個信息間進行仲裁，以便產(chǎn)生與其自己的子系統(tǒng)的單個控制目標有關(guān)的信息。
除了上述的3個子系統(tǒng)，即，本發(fā)明中的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)，制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)之外，配置實現(xiàn)DSS的子系統(tǒng)，使之自主地并且并行地操作。在將驅(qū)動請求信息從實現(xiàn)DSS的子系統(tǒng)傳輸?shù)竭@種配置內(nèi)的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的情況下，實現(xiàn)DSS的子系統(tǒng)的仲裁單元執(zhí)行仲裁，以便確定是否在車輛的運動控制中反映出除了駕駛員的要求之外輸入的從DSS接收的信息，并且如果將要反映出，反映到什么程度。作為該仲裁的結(jié)果，產(chǎn)生驅(qū)動控制的控制目標。不是從一個子系統(tǒng)傳輸?shù)搅硪粋€子系統(tǒng)的在接收側(cè)的子系統(tǒng)使用的信息來產(chǎn)生運動控制目標，而是在由仲裁單元仲裁之后產(chǎn)生控制目標。由于這些子系統(tǒng)自主地操作，允許基于每個子系統(tǒng)進行開發(fā)。同樣，在要增加新的驅(qū)動支持功能等時，可以僅通過增加一個子系統(tǒng)實現(xiàn)新的功能。結(jié)果，可以提供具有改進的故障保護能力和易于接受附加的車輛控制功能的能力而不用形成在一個位置處產(chǎn)生車輛的控制目標的系統(tǒng)的車輛集成控制系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的車輛集成控制系統(tǒng)包括至少3個自主地并行操作的子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)包括傳感單元，用于檢測與關(guān)于至少一個子系統(tǒng)的操作請求有關(guān)的信息；連接單元，用于連接除了其自身的子系統(tǒng)之外的另一個子系統(tǒng)；和仲裁單元，用于基于與操作請求有關(guān)的檢測信息在多個信息間進行仲裁，以便產(chǎn)生與其自身的子系統(tǒng)的單個控制目標有關(guān)的信息。
根據(jù)本發(fā)明，相應于車輛的基本操作的“行駛”操作的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)、相應于“停止”操作的制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)和相應于“轉(zhuǎn)向”操作的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)被配置為以自主的方式并且彼此并行地操作。另外，在要實現(xiàn)高級別的驅(qū)動支持系統(tǒng)(例如，DSS)的情況下，除了上面提到的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)、制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)之外，實現(xiàn)高級別驅(qū)動支持的高級別驅(qū)動支持子系統(tǒng)被配置為以自主和并行方式操作。當將驅(qū)動請求信息從高級別驅(qū)動支持子系統(tǒng)傳輸?shù)竭@種配置中的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)時，高級別驅(qū)動支持子系統(tǒng)的仲裁單元執(zhí)行仲裁，以便確定是否要在車輛的運動控制中反映出除了駕駛員的要求之外輸入的從高級別驅(qū)動支持系統(tǒng)接收的信息，以及如果要反映，反映到什么程度。作為仲裁的結(jié)果，產(chǎn)生驅(qū)動控制的控制目標。不是從一個子系統(tǒng)傳輸?shù)搅硪粋€子系統(tǒng)的在接收側(cè)的子系統(tǒng)使用的信息來產(chǎn)生運行控制的目標，而是在仲裁單元進行仲裁之后產(chǎn)生控制目標。因為所述子系統(tǒng)自主地操作，允許基于每個子系統(tǒng)的開發(fā)。同樣，當要增加新功能等時，可以通過僅增加子系統(tǒng)實現(xiàn)該新功能。在這種情況下，通過子系統(tǒng)的通信單元將子系統(tǒng)彼此連接以便傳輸請求的信息，可以容易地增加子系統(tǒng)。因為這些子系統(tǒng)自主地并且彼此并行地操作，即使在一個子系統(tǒng)(例如，高級別驅(qū)動支持子系統(tǒng))不起作用的情況下，可以保持車輛的基本操作，只要其它3個子系統(tǒng)(驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)、制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng))運行即可。結(jié)果，可以提供具有改進的故障保護能力和易于接受附加的車輛控制功能的能力，而不用構(gòu)成在一個位置處產(chǎn)生車輛的控制目標的系統(tǒng)的車輛集成控制系統(tǒng)。
進一步優(yōu)選地，仲裁單元確定信息的優(yōu)先級。
根據(jù)本發(fā)明，當例如在驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)處產(chǎn)生控制目標時，在從多個子系統(tǒng)接收信息的情況下，確定將給關(guān)于基于加速踏板的操作級別的控制目標值的信息和所述接收的信息中的哪個信息(包括還從另一個子系統(tǒng)接收信息的情況)授予優(yōu)先權(quán)。因為基于確定的優(yōu)先級產(chǎn)生控制目標，可以做出適當決定，以確定要將優(yōu)先級給予基于駕駛員的加速操作級別產(chǎn)生驅(qū)動控制的目標所需的信息，以及從高級別驅(qū)動支持子系統(tǒng)接收的產(chǎn)生驅(qū)動控制的目標所需的信息中的哪一個。
進一步優(yōu)選地，仲裁單元校正信息。
根據(jù)本發(fā)明，出于在檢測到的信息(加速踏板打開和/或制動踏板打開)和從另一個子系統(tǒng)接收的信息之間進行仲裁的目的，可以通過例如加權(quán)操作校正控制目標值，以便產(chǎn)生控制目標。
進一步優(yōu)選地，仲裁單元處理信息。
根據(jù)本發(fā)明，可以處理諸如危險程度的信息以輸出到另一個子系統(tǒng)，從而可將檢測到的信息(道路摩擦系數(shù))用于另一個子系統(tǒng)內(nèi)的仲裁。在接收這種信息的另一個子系統(tǒng)內(nèi)，該信息可以用于產(chǎn)生控制目標而不用處理同樣的信息。
進一步優(yōu)選地，所述子系統(tǒng)包括驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)、制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，相應于車輛的基本操作的“行駛”操作的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)，相應于“停止”操作的制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)以及相應于“轉(zhuǎn)向”操作的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)被配置為以自治的方式并且彼此并行地操作。另外，在要實現(xiàn)高級別的驅(qū)動支持系統(tǒng)的情況下，可以僅將實現(xiàn)高級別驅(qū)動支持系統(tǒng)的操作單元加到這些子系統(tǒng)上。
進一步優(yōu)選地，所述子系統(tǒng)還包括控制車輛進行車輛的自動巡航或偽自動巡航的自動巡航子系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，除了所述3個基本子系統(tǒng)(驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)、制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng))之外，增加自動巡航子系統(tǒng)。因為這3個基本子系統(tǒng)以及自動巡航子系統(tǒng)自主地并且并行地操作，所以允許獨立的進行開發(fā)，并且可以容易地增加功能。這種增加的功能使得易于修改每種類型的車輛的內(nèi)容。偽自動巡航功能包括與自動巡航功能一致的功能，諸如巡航控制功能，車道保持輔助功能等。
進一步優(yōu)選地，所述子系統(tǒng)還包括控制車輛以實現(xiàn)車輛行為狀態(tài)的穩(wěn)定性的動態(tài)穩(wěn)定性子系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，通過裝配在車輛內(nèi)的各個傳感器檢測車輛的行為狀態(tài)。例如，車輛的行為狀態(tài)包括車輛的縱向或橫向的加速度。當通過低的道路摩擦系數(shù)檢測到車輛的側(cè)滑趨勢時，動態(tài)穩(wěn)定性子系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)于控制目標值的信息以便防止車輛的側(cè)滑。在驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)接收到這種產(chǎn)生的信息之后，仲裁單元給予優(yōu)先級，并且采用該接收的信息而不不考慮駕駛員操作加速踏板的級別。因此，與駕駛員的操作相比，可以容易地配置用于車輛的穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)。


圖1是車輛的平面圖，其中結(jié)合有本發(fā)明的第一個實施例的車輛集成控制系統(tǒng)；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的車輛集成控制系統(tǒng)的控制配置的示意圖；圖3-5表示本發(fā)明的第一個實施例的車輛集成控制系統(tǒng)的執(zhí)行配置(第一個圖)；圖6-7是表示在圖3的子系統(tǒng)3處執(zhí)行的程序的控制配置的流程圖；圖8-9是表示由圖4的子系統(tǒng)2執(zhí)行的程序的控制配置的流程圖；圖10-12是表示在圖5中的子系統(tǒng)1處執(zhí)行的程序的控制配置的流程圖；圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的車輛集成控制系統(tǒng)的控制配置的示意圖；圖14-16表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的車輛集成控制系統(tǒng)的執(zhí)行配置。
具體實施例方式
下面將參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。相同的元件分配有相同的參考字符，并且它們的名稱和功能是相同的。因此，不重復對它們的詳細描述。
第一實施例參考圖1的方框圖，根據(jù)本發(fā)明的實施例的車輛集成控制系統(tǒng)具有作為驅(qū)動功率源被結(jié)合在車輛中的內(nèi)燃機引擎。該驅(qū)動功率源不限于內(nèi)燃機引擎，并且可以是單獨的電動機，或是引擎和電動機的組合。電動機的功率源可以是蓄電池或電池。
該車輛包括各側(cè)的前部和后部處的輪子100。在圖1中，“FL”表示左前輪，“FR”代表右前輪，“RL”代表左后輪，并且“RR”代表右后輪。
該車輛結(jié)合有引擎140作為功率源。根據(jù)駕駛員操作加速踏板(其是由駕駛員進行的關(guān)于車輛駕駛的部件的一個例子)的量或級別電學地控制引擎140的操作狀態(tài)。如果必要，自動控制引擎140的操作狀態(tài)，而不考慮駕駛員對加速踏板200的操作(此后被稱為“驅(qū)動操作”或“加速操作”)。
可以通過，例如，電學地控制布置在引擎140的進氣歧管內(nèi)的節(jié)流閥的打開角度(即，節(jié)流閥的開口)，或通過電學地控制注入引擎140的燃燒室內(nèi)的燃料量，實現(xiàn)引擎140的電子控制。
本實施例的車輛是后輪驅(qū)動的車輛，其中右前輪和左前輪是被驅(qū)動輪，而右后輪和左后輪是驅(qū)動輪。引擎140通過扭矩變換器220、變速器240、傳動軸260和差動齒輪單元280以及與各個后輪一起旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸300連接到每個后輪，它們?nèi)堪疵枋龅捻樞虿贾?。扭矩變換器220、變速器240、傳動軸260和差動齒輪280是右后輪和左后輪共用的功率傳輸元件。
變速器240包括未示出的自動變速器。該自動變速器電學地控制將引擎140的旋轉(zhuǎn)速度改變?yōu)樽兯倨?40的輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度的齒輪比。
該車輛還包括適用于由駕駛員轉(zhuǎn)動的方向盤440。轉(zhuǎn)向反饋力施加設(shè)備480電學地向方向盤440施加相應于駕駛員的轉(zhuǎn)彎操作(此后稱為“轉(zhuǎn)向”)的轉(zhuǎn)向反饋力?？呻妼W地控制轉(zhuǎn)向反饋力的級別。
由前部轉(zhuǎn)向設(shè)備500電學地改變右前輪和左前輪的方向，即，前輪轉(zhuǎn)向角。前部轉(zhuǎn)向設(shè)備500基于駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤440的角度或方向盤角控制前輪轉(zhuǎn)向角。如果必要，自動地控制前后轉(zhuǎn)向角，而不考慮轉(zhuǎn)向操作。換言之，將方向盤440機械地與右前輪和左前輪隔離開。
類似于前輪轉(zhuǎn)向角，由后部轉(zhuǎn)向設(shè)備520電學地改變左輪和右輪的方向，即，后輪轉(zhuǎn)向角。
給每個輪子100提供有制動器560，其被啟動時用于限制各個旋轉(zhuǎn)。根據(jù)制動踏板580(這是由駕駛員操作的關(guān)于車輛制動的元件的一個例子)的操作量電學地控制每個制動器560，并且還自動地為每個輪子100單獨地控制每個制動器560。
在該車輛中，每個輪子100通過每個懸架620懸掛到車體(未示出)上。各個懸架620的懸掛特性被電學地單獨控制。
上面提出的車輛的組成元件包括適用于進行操作以便電學地激勵如下各個元件的致動器(1)電學地控制引擎140的致動器；(2)電學地控制變速器240的致動器；(3)電學地控制轉(zhuǎn)向反饋力施加設(shè)備480的致動器；(4)電學地控制前部轉(zhuǎn)向設(shè)備500的致動器；(5)電學地控制后部轉(zhuǎn)向設(shè)備520的致動器；(6)與各個制動器560相關(guān)聯(lián)地提供的多個致動器，以便通過相應的制動器560單獨地電學地控制施加在每個輪子上的制動扭矩；(7)與各個懸架620相關(guān)聯(lián)地提供的多個致動器，以便單獨地電學地控制相應懸架620的懸掛特性。
如圖1所示，車輛集成控制系統(tǒng)被結(jié)合在具有上述多個相互連接的致動器的車輛中。通過從未示出的電池(其是車輛能源供應的一個例子)提供的電能激勵運動控制設(shè)備。
另外，可以為加速踏板200提供加速踏板反饋力施加設(shè)備。在該情況下，提供電學地控制這種加速踏板反饋力施加設(shè)備的致動器。
圖2是根據(jù)本實施例的車輛集成控制系統(tǒng)的控制配置的示意圖。由子系統(tǒng)1(基本控制功能)，子系統(tǒng)2(車輛的穩(wěn)定性控制功能)和子系統(tǒng)3(驅(qū)動支持功能)構(gòu)成車輛集成控制系統(tǒng)，子系統(tǒng)1包括相應于車輛的基本操作的“行駛”操作的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)，相應于“停止”操作的制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)，和相應于“轉(zhuǎn)向”操作的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)，子系統(tǒng)2提供車輛的動態(tài)運動控制等，諸如VDM，子系統(tǒng)3用于車輛驅(qū)動支持，諸如DSS。
在子系統(tǒng)1的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)中，基于作為檢測到的駕駛員的要求的加速踏板操作和/或手動模式操作，使用驅(qū)動基本駕駛員模型產(chǎn)生相應于駕駛員的操作諸如加速踏板操作的驅(qū)動系統(tǒng)的控制目標，從而控制致動器。
在驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的請求單元，使用驅(qū)動基本模型分析來自檢測駕駛員啟動(opening)加速踏板等的傳感器的輸入信號，以便計算目標縱向加速度Gx*(DRV0)。在驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的仲裁單元，根據(jù)目標縱向加速度Gx*(DRV0)計算目標驅(qū)動扭矩τx*(DRV0)。在該仲裁單元，在目標驅(qū)動扭矩τx*(DRV0)和從子系統(tǒng)2輸入的信息(目標驅(qū)動扭矩τx*(DRV))之間進行仲裁，以便選擇任意一個或基于兩個值進行操作，從而計算目標驅(qū)動扭矩τx*(DRV)?？刂埔?00的致動器和/或變速器240的致動器，以便產(chǎn)生該目標驅(qū)動扭矩τx*(DRV)。
在子系統(tǒng)1的制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)，基于作為檢測到的駕駛員的要求的制動踏板操作，使用制動基本駕駛員模型產(chǎn)生相應于駕駛員的操作諸如制動踏板操作的制動系統(tǒng)的控制目標，從而控制致動器。
在制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的請求單元，使用制動基本模型分析來自檢測駕駛員啟動制動踏板等操作的傳感器的輸入信號，以便計算目標縱向加速度Gx*(BRK0)。在制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的仲裁單元，根據(jù)目標縱向加速度Gx*(BRK0)計算目標驅(qū)動扭矩τx*(BRK0)。在該仲裁單元，在目標驅(qū)動扭矩τx*(DRV0)和從子系統(tǒng)2輸入的信息(目標驅(qū)動扭矩τx*(BRK))之間進行仲裁，以便選擇任意一個或基于兩個值進行操作，以計算目標驅(qū)動扭矩τx*(BRK)?？刂浦苿悠?60的致動器以便產(chǎn)生該目標驅(qū)動扭矩τx*(BRK)。
在子系統(tǒng)1的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)中，基于作為檢測到的駕駛員的要求的轉(zhuǎn)向操作，使用轉(zhuǎn)向基本駕駛員模型產(chǎn)生相應于駕駛員的操作諸如轉(zhuǎn)向操作的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制目標，從而控制致動器。
在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的請求單元，使用轉(zhuǎn)向基本模型分析來自檢測駕駛員的轉(zhuǎn)向操作角的傳感器的輸入信號，以便計算目標輪胎角。在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的仲裁單元，在目標輪胎角和從子系統(tǒng)2輸入的信息(輪胎角Δ)之間進行仲裁，以便選擇任意一個或是基于兩個值進行操作，以便計算目標輪胎角?？刂剖骨安哭D(zhuǎn)向設(shè)備500和后部轉(zhuǎn)向設(shè)備520轉(zhuǎn)向的致動器，以便產(chǎn)生該目標輪胎角。
在上面提出的子系統(tǒng)1，將信息輸出到子系統(tǒng)2和子系統(tǒng)3。例如，將表示駕駛員的意圖的信息從驅(qū)動基本駕駛員模型、制動基本駕駛員模型和轉(zhuǎn)向基本駕駛員模型輸出到子系統(tǒng)3的請求單元。另外，將分別是驅(qū)動基本駕駛員模型、制動基本駕駛員模型和轉(zhuǎn)向基本駕駛員模型的各個輸出的目標縱向加速度Gx*(DRV0)、目標縱向加速度Gx*(BRK0)和輪胎角提供給子系統(tǒng)2的仲裁單元。分別從驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的仲裁單元和制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的仲裁單元將驅(qū)動可用性和制動可用性輸出到子系統(tǒng)2的仲裁單元。
包括子系統(tǒng)1處的駕駛員操作信息的各種信息被作為共享信息存儲(也稱為“共享信號”)。共享信息包括偏航速率γ、縱向車輛速度Vx、縱向加速度Gx、橫向加速度Gy、道路摩擦系數(shù)μ等。這些共享信息被輸入到子系統(tǒng)1-3的請求單元。
子系統(tǒng)2實現(xiàn)穩(wěn)定車輛運動狀態(tài)的功能。這些下面將描述的子系統(tǒng)2和子系統(tǒng)3實現(xiàn)了被添加到上面提出的子系統(tǒng)1的基本車輛控制功能上的功能。
子系統(tǒng)2包括請求單元處的基于轉(zhuǎn)向的縱向加速度駕駛員模型和轉(zhuǎn)向駕駛員模型。使用基于轉(zhuǎn)向的縱向加速度駕駛員模型分析共享信息和從子系統(tǒng)1輸入的輪胎角(以轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向基本駕駛員模型計算的輪胎角)，以便計算目標縱向加速度Gx1*。另外，使用轉(zhuǎn)向駕駛員模型分析共享信息和從子系統(tǒng)1輸入的輪胎角(以轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向基本駕駛員模型計算的輪胎角)，以便計算目標橫向加速度Gy*和目標偏航速率γ*。在子系統(tǒng)2的請求單元計算的信息被輸入仲裁單元。
子系統(tǒng)2的仲裁單元包括仲裁處理單元、3自由度仲裁單元、道路狀況確定單元、基于運動狀態(tài)的約束和轉(zhuǎn)換單元、制動-驅(qū)動-轉(zhuǎn)向分配單元、轉(zhuǎn)換單元、4輪制動-驅(qū)動分配單元以及分配和轉(zhuǎn)換單元。
仲裁處理單元在從子系統(tǒng)3的仲裁單元輸入的實現(xiàn)驅(qū)動支持功能的目標縱向加速度Gx*(DSS)、以子系統(tǒng)1的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的驅(qū)動基本駕駛員模型計算的目標縱向加速度Gx*(DRV0)，和以子系統(tǒng)1的制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的制動基本駕駛員模型計算的目標縱向加速度Gx*(BRK0)間進行仲裁處理。在該階段，使用從子系統(tǒng)1的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的仲裁單元輸入的驅(qū)動可用性和從子系統(tǒng)1的制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的仲裁單元輸入的制動可用性。作為仲裁處理單元處的仲裁結(jié)果，將目標縱向加速度Gx0*提供給3自由度仲裁單元。另外，將縱向G可用性輸出到子系統(tǒng)3的請求單元。
3自由度仲裁單元在來自請求單元的目標縱向加速度Gx1*，目標縱向加速度Gy*和目標偏航速率γ*，來自仲裁處理單元的目標縱向加速度Gx0*和來自子系統(tǒng)3的仲裁單元的目標縱向加速度Gx*(DSS)間進行仲裁處理。作為3自由度仲裁單元的仲裁處理結(jié)果，將目標縱向加速度Gx*，目標橫向加速度Gy*，目標偏航速率γ*，目標車體側(cè)滑角β*和車體橫向速度的差分目標值dVy*輸出到基于運動狀態(tài)的約束和轉(zhuǎn)換單元。
將道路摩擦阻力系數(shù)(μ值)(其是共享信息中的一個)和從子系統(tǒng)1的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向基本駕駛員模型輸出的車輪速度Vw和輪胎角應用于道路狀況確定單元。在道路狀況確定單元基于這些輸入值執(zhí)行操作，以便將作為道路阻力值的μ值提供給基于運動狀態(tài)的約束和轉(zhuǎn)換單元。
在基于運動狀態(tài)的約束和轉(zhuǎn)換單元，基于從3自由度仲裁單元輸出的目標縱向加速度Gx*，目標橫向加速度Gy*，目標偏航速率γ*，目標車體側(cè)滑角β*和車體橫向速度差分目標值dVy*，以及從道路狀態(tài)確定單元輸入的μ值執(zhí)行操作，以便將目標縱向力Fx*，目標橫向力Fy*和關(guān)于z軸的目標力矩M*提供給制動-驅(qū)動-轉(zhuǎn)向分配單元。將具有轉(zhuǎn)向的運動的縱向值G的上限和下限作為可用性從基于運動狀態(tài)的約束和轉(zhuǎn)換單元輸出到子系統(tǒng)3。
制動-驅(qū)動-轉(zhuǎn)向分配單元基于從基于運動狀態(tài)的約束和轉(zhuǎn)換單元輸出的目標縱向力Fx*，目標橫向力Fy*和關(guān)于z軸的目標力矩M*，在制動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)間執(zhí)行分配處理，以便給轉(zhuǎn)換單元提供輪胎角Δ，并且給4輪制動-驅(qū)動分配單元提供目標縱向力Fx*和關(guān)于z軸的目標力矩M*。4輪制動-驅(qū)動分配單元基于從制動-驅(qū)動-轉(zhuǎn)向分配單元施加的目標縱向力Fx*，和關(guān)于z軸的目標力矩M*執(zhí)行操作，以便將操作結(jié)果提供向分配和轉(zhuǎn)換單元。
將從子系統(tǒng)2的轉(zhuǎn)換單元輸出的輪胎角Δ提供到子系統(tǒng)1的仲裁單元。將從子系統(tǒng)2的分配和轉(zhuǎn)換單元輸出的目標驅(qū)動扭矩τx*(DRV)應用于子系統(tǒng)1的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的仲裁單元。將從子系統(tǒng)2的分配和轉(zhuǎn)換單元輸出的目標驅(qū)動扭矩τx*(BRK)應用于子系統(tǒng)1的制動系統(tǒng)子系統(tǒng)的仲裁單元。
在子系統(tǒng)3，將共享信息和環(huán)境信息應用于請求單元。此外，從子系統(tǒng)1的驅(qū)動基本駕駛員模型、制動基本駕駛員模型和轉(zhuǎn)向基本駕駛員模型輸入表示駕駛員意圖的信息。在請求單元處執(zhí)行的處理之后，例如，基于車輛間的距離等，將實現(xiàn)自適應巡航控制(adaptive cruise control)的信息應用于仲裁單元。子系統(tǒng)3的請求單元接收由子系統(tǒng)2的仲裁單元施加的縱向G可用性，以及來自子系統(tǒng)2的基于運動狀態(tài)的約束和轉(zhuǎn)換單元的與轉(zhuǎn)向相加的運動的縱向G的上限和下限(可用性)。
根據(jù)從子系統(tǒng)3的請求單元輸出的信息，子系統(tǒng)3的仲裁單元通過驅(qū)動支持單元和中斷控制單元執(zhí)行操作。在驅(qū)動支持單元，將目標縱向加速度Gx*(DSS)輸出到子系統(tǒng)2的仲裁單元。另外，從中斷控制單元將目標縱向加速度Gx*(DSS)輸出到子系統(tǒng)2的3自由度仲裁單元。該子系統(tǒng)3包括自適應巡航控制器等以便實現(xiàn)偽自動巡航。該自適應巡航控制器適用于與前面運行的車輛保持預定距離以及保持當前的運行車道。
圖3-5表示圖2的車輛集成控制系統(tǒng)的執(zhí)行配置。具體地，圖3，4和5分別表示子系統(tǒng)3，子系統(tǒng)2和子系統(tǒng)1的執(zhí)行配置。
如圖3中所示，實現(xiàn)子系統(tǒng)3以便實現(xiàn)圖2中示出的控制配置。子系統(tǒng)3的仲裁器從執(zhí)行驅(qū)動系統(tǒng)的控制的控制器諸如巡航控制控制器接收Gx請求和/或Gx可用性查詢。
在圖3的仲裁器，基于輸入的Gx指令(Gx_sys1)和Gx可用性(Gx_avb)計算將要輸出到子系統(tǒng)2的Gx指令和Gx可用性查詢。
如圖4中所示，子系統(tǒng)2的仲裁器接收來自基于轉(zhuǎn)向的驅(qū)動駕駛員模型的Gx請求(Gx_drv1)和Gx可用性查詢。子系統(tǒng)2的仲裁器還從轉(zhuǎn)向駕駛員模型接收Gy請求(Gy_drv2)，γ請求(γ_drv)，Gy可用性(Gy_avb)查詢，以及γ可用性(γ_avb)查詢。
在子系統(tǒng)2的仲裁器，基于從子系統(tǒng)3輸入的Gx指令和Gx可用性(Gx_avb)查詢，以及在子系統(tǒng)2內(nèi)輸入的Gx請求，Gy請求，γ請求，輪胎角請求以及Gx可用性查詢，Gy可用性查詢和γ可用性查詢執(zhí)行操作，以便計算指令值，該指令值要輸出到作為子系統(tǒng)1的驅(qū)動系統(tǒng)的仲裁器的驅(qū)動仲裁器，作為制動系統(tǒng)的仲裁器的制動仲裁器以及作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的仲裁器的轉(zhuǎn)向仲裁器。
在該階段，將驅(qū)動扭矩指令(τa)和驅(qū)動扭矩可用性(τa_avb)查詢從子系統(tǒng)2的仲裁器輸出到子系統(tǒng)1的驅(qū)動仲裁器。將制動扭矩指令(τb)和制動扭矩可用性(τb_avb)查詢從子系統(tǒng)2的仲裁器輸出到子系統(tǒng)1的制動仲裁器。將輪胎角指令Δ和輪胎角可用性(Δ_avb)查詢從子系統(tǒng)2的仲裁器輸出到子系統(tǒng)1的轉(zhuǎn)向仲裁器。
如圖5所示，子系統(tǒng)1包括上面提到的驅(qū)動控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)，制動控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)。各個子系統(tǒng)采用包括驅(qū)動仲裁器、制動仲裁器和轉(zhuǎn)向仲裁器的配置。
圖5的驅(qū)動仲裁器接收來自驅(qū)動基本駕駛員模型的Gx請求(Gx_drv3)和Gx可用性(Gx_avb)查詢以及來自子系統(tǒng)2的仲裁器的Gx請求(Gx_a)和Gx可用性(Gx_avb)查詢。驅(qū)動仲裁器基于從基本由驅(qū)動駕駛員模型施加的駕駛員請求以及由子系統(tǒng)2的仲裁器施加的除了駕駛員的操作請求之外的信息仲裁與驅(qū)動有關(guān)的目標值，以便向傳動系統(tǒng)控制器提供驅(qū)動扭矩指令(τa_out)和驅(qū)動扭矩可用性(τa_avb)查詢。
在傳動系統(tǒng)控制器處，控制傳動系統(tǒng)(引擎100和變速器240)，從而使實際驅(qū)動扭矩等于驅(qū)動扭矩指令(τa_out)。另外，將Gx請求(Gx_a)和Gx可用性(Gx_avb)回答從驅(qū)動仲裁器輸出到子系統(tǒng)2的仲裁器。
子系統(tǒng)1的制動控制系統(tǒng)子系統(tǒng)的制動仲裁器從制動基本駕駛員模型接收Gx請求和Gx可用性查詢。另外，將制動扭矩指令(τb)和制動扭矩可用性(τb_avb)查詢從子系統(tǒng)2的仲裁器輸出到制動仲裁器。制動仲裁器基于根據(jù)駕駛員的操作的輸入信息和除了駕駛員的操作之外的信息進行仲裁，以便向制動控制器輸出制動扭矩指令(τb_out)和制動扭矩可用性(τb_avb)查詢。制動控制器控制實際的制動扭矩，以便實現(xiàn)從制動仲裁器輸出的制動扭矩指令(τb_out)。在該階段，控制車輪制動。另外，提供控制，以便增加混合式車輛中電動發(fā)電機產(chǎn)生的再生功率。另外，將Gx請求(Gx_b)和Gx可用性(Gx_avb)回答從制動仲裁器輸出到子系統(tǒng)2的仲裁器。
將輪胎角請求和輪胎角可用性查詢從轉(zhuǎn)向基本駕駛員模型輸出到子系統(tǒng)1的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向仲裁器。另外，將輪胎角指令(Δ)和輪胎角可用性(Δ_avb)查詢從子系統(tǒng)2的仲裁器輸出到轉(zhuǎn)向仲裁器。轉(zhuǎn)向仲裁器在輸入信息間進行仲裁，以便向轉(zhuǎn)向控制器提供輪胎角指令(Δ_out)和輪胎角可用性(Δ_avb)查詢。轉(zhuǎn)向控制器控制實際輪胎角，以便實現(xiàn)輸入的輪胎角指令(Δ_out)。另外，將輪胎角請求Δ從轉(zhuǎn)向仲裁器輸出到子系統(tǒng)2的仲裁器。
下面將參考流程圖描述上面提出的車輛集成控制系統(tǒng)的控制配置和通過其執(zhí)行配置在各個子系統(tǒng)執(zhí)行的程序的控制配置。
圖6相應于實現(xiàn)子系統(tǒng)3的巡航控制控制器的程序的控制配置。
在步驟(此后步驟被縮寫為S)100，將Gx可用性(Gx_avb)從子系統(tǒng)3的仲裁器輸入到子系統(tǒng)3的巡航控制控制器。在S110，巡航控制控制器基于輸入的Gx可用性(Gx_avb)，環(huán)境信息，共享信息等產(chǎn)生巡航控制的控制請求(Gx_ACC)。產(chǎn)生的巡航控制的控制請求(Gx_ACC)被施加于子系統(tǒng)3的仲裁器。
圖7相應于在子系統(tǒng)3的仲裁器處執(zhí)行的程序的控制配置。
在S200，將巡航控制的控制請求(Gx_ACC)從巡航控制控制器輸出到子系統(tǒng)3的仲裁器。在S210，將另一個控制請求(Gx請求)應用到子系統(tǒng)3的仲裁器。在該階段，輸入來自高級沖突消除控制系統(tǒng)的控制請求等。
在S220，子系統(tǒng)3的仲裁器從子系統(tǒng)2的仲裁器接收Gx可用性(Gx_avb)。在S230，子系統(tǒng)3的仲裁器通過對巡航控制的控制請求(Gx_ACC)和其它控制請求(Gx請求)的仲裁處理產(chǎn)生Gx指令(Gx_sys1)。在該階段，通過確定來自沖突消除系統(tǒng)的Gx請求的優(yōu)先級執(zhí)行仲裁處理。
將參考圖8描述子系統(tǒng)2的轉(zhuǎn)向請求產(chǎn)生處理。
在S300，將車輛橫向加速度Gy和偏航速率γ的各個可用性(Gy_avb，γ_avb)從子系統(tǒng)2的仲裁器輸出到子系統(tǒng)2的轉(zhuǎn)向駕駛員模型。在S310，轉(zhuǎn)向駕駛員模型使用駕駛員模型產(chǎn)生轉(zhuǎn)向駕駛員模型請求(Gy_drv2，γ_drv)。將產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向駕駛員模型請求(Gy_drv2，γ_drv)提供給所述仲裁器。圖8中轉(zhuǎn)向駕駛員模型的轉(zhuǎn)向請求的產(chǎn)生由一個程序執(zhí)行，該程序類似于基于轉(zhuǎn)向的縱向加速度駕駛員模型的程序。因此，不再重復對它的詳細描述。
圖9相應于在子系統(tǒng)2的仲裁器執(zhí)行的程序的控制配置。
在S400，將Gx指令(Gx_sys1)從子系統(tǒng)1輸出到子系統(tǒng)2的仲裁器。在S410，將基于轉(zhuǎn)向的縱向加速度駕駛員模型請求(Gx_drv1)施加于子系統(tǒng)2的仲裁器。在S420，將轉(zhuǎn)向駕駛員模型請求(Gy_drv2，γ_drv)從轉(zhuǎn)向駕駛員模型輸出到子系統(tǒng)2的仲裁器。
在S430，將驅(qū)動扭矩、制動扭矩和輪胎角的各個可用性(τa_avb，τb_avb，Δ_avb)從子系統(tǒng)1的各個仲裁器輸出到子系統(tǒng)2的仲裁器。在S440，子系統(tǒng)2的仲裁器在Gx指令(Gx_sys1)，縱向加速度駕駛員模型請求(Gx_drv1)和轉(zhuǎn)向駕駛員模型請求(Gy_drv2，γ_drv)間執(zhí)行仲裁處理，并且執(zhí)行車輛運動穩(wěn)定性操作處理。通過這些仲裁處理和車輛運動穩(wěn)定性操作處理，產(chǎn)生驅(qū)動扭矩請求(τa)，制動扭矩請求(τb)和輪胎角請求(Δ)。將產(chǎn)生的驅(qū)動扭矩請求(τa)輸出到子系統(tǒng)1的驅(qū)動仲裁器。將產(chǎn)生的制動扭矩請求(τb)輸出到子系統(tǒng)1的制動仲裁器。將產(chǎn)生的輪胎角請求(Δ)輸出到子系統(tǒng)1的轉(zhuǎn)向仲裁器。
圖10相應于在子系統(tǒng)1的驅(qū)動仲裁器處執(zhí)行的程序的控制配置。
在S500，將Gx可用性(Gx_avb)從子系統(tǒng)2的各個仲裁器輸出到子系統(tǒng)1的驅(qū)動仲裁器。在S510，將驅(qū)動基本駕駛員模型請求(Gx_drv3)施加于子系統(tǒng)1的驅(qū)動仲裁器。其被從子系統(tǒng)1的驅(qū)動控制系統(tǒng)子系統(tǒng)的驅(qū)動基本駕駛員模型輸出到所述驅(qū)動仲裁器。
在S520，子系統(tǒng)1的驅(qū)動仲裁器產(chǎn)生將要輸出到子系統(tǒng)2的各個仲裁器的Gx請求(Gx_a)。
在S530，將驅(qū)動扭矩請求(τa)從子系統(tǒng)2輸出到子系統(tǒng)1的驅(qū)動仲裁器。在S540，子系統(tǒng)1的驅(qū)動仲裁器通過來自子系統(tǒng)2的驅(qū)動基本駕駛員請求(Gx_drv3)和驅(qū)動扭矩請求(τa)間的仲裁處理，產(chǎn)生對傳動系統(tǒng)的請求(τa_out)。將產(chǎn)生的請求(τa_out)提供給傳動系統(tǒng)控制器。
圖11相應于在子系統(tǒng)1的驅(qū)動基本駕駛員模型處執(zhí)行的轉(zhuǎn)向請求產(chǎn)生處理的控制配置。
在S600，將Gx可用性(Gx_avb)從驅(qū)動仲裁器輸出到驅(qū)動基本駕駛員模型。在S610，驅(qū)動基本駕駛員模型使用輸入的Gx可用性(Gx_avb)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向駕駛員模型請求(Gx_drv3)。將產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向駕駛員模型請求(Gx_drv3)輸出到驅(qū)動仲裁器。
圖12相應于在子系統(tǒng)1的傳動系統(tǒng)控制器處執(zhí)行的程序的控制配置。
在S700，將驅(qū)動扭矩指令(τa_out)從驅(qū)動仲裁器輸出到傳動系統(tǒng)控制器。
在S710，驅(qū)動仲裁器執(zhí)行控制以便實現(xiàn)驅(qū)動扭矩指令(τa_out)。在該階段，傳動系統(tǒng)控制器控制引擎140和變速器140，從而實現(xiàn)驅(qū)動扭矩指令(τa_out)。本實施例的車輛集成控制系統(tǒng)包括作為構(gòu)成子系統(tǒng)的元件的請求單元，仲裁單元和輸出單元。另外，存儲車輛的各種信息作為共享信息。請求單元基于共享信息計算每個控制請求。仲裁單元在來自多個請求單元的請求和來自另一個子系統(tǒng)的請求間進行仲裁，以便將這些請求最終合并為一個請求。輸出單元適用于基于來自仲裁單元的請求向另一個子系統(tǒng)提供輸出。將由整個控制系統(tǒng)共享的，在各個請求單元處可得到的信息存儲為共享信息。包括請求單元、仲裁單元和輸出單元的功能單元被作為子系統(tǒng)1-3給出(子系統(tǒng)1還包括3個子系統(tǒng)，即，驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)，制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng))。通過組合這些子系統(tǒng)實現(xiàn)整個功能。每個子系統(tǒng)自主地操作，通過仲裁單元間的信息傳遞使得其自己的子系統(tǒng)能夠操作。
依據(jù)這種配置，在需要時，可以僅通過增加具有一種高級別功能的子系統(tǒng)來增加這種功能，諸如自動巡航功能(而不用修改現(xiàn)有的子系統(tǒng))。具體地，當除了子系統(tǒng)1和2之外要增加實現(xiàn)巡航控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)3時，可以通過僅進行簡單的增加實現(xiàn)子系統(tǒng)3而不用修改子系統(tǒng)1和子系統(tǒng)2的系統(tǒng)配置。換言之，可以用增加的方式改進功能。
在上述的情況下，現(xiàn)有子系統(tǒng)1和2中要修改的區(qū)域可以僅是仲裁單元。根據(jù)自主地并且以分散方式操作的子系統(tǒng)，一個子系統(tǒng)的故障不會引起所有功能的失效。例如，即使子系統(tǒng)3和/或子系統(tǒng)2的功能由于故障等失效了，只要子系統(tǒng)1正常地操作，該車輛就可以穩(wěn)定地運行。
另外，由自主地并且以分散方式操作的子系統(tǒng)構(gòu)成的本實施例的車輛集成控制系統(tǒng)具有與分散控制技術(shù)的有利的類似處。分散控制技術(shù)是指不局限于功能的物理布置而實現(xiàn)該功能的方法。在本實施例的車輛集成控制系統(tǒng)內(nèi)，依靠請求、仲裁和輸出中的強獨立性以及子系統(tǒng)間的強獨立性，在安裝的ECU之外，可以任意修改功能的布置配置(功能體系結(jié)構(gòu))。不必認為將該體系結(jié)構(gòu)從一開始就是固定不變的，并且即使在已確定了硬件配置之后也可以任意修改該體系結(jié)構(gòu)。例如，通過將ECU的請求單元連接到另一個ECU的仲裁單元，并且進一步連接到再另一個ECU的輸出單元，可以產(chǎn)生超出這些ECU的子系統(tǒng)。
在各個子系統(tǒng)的仲裁器之間適當?shù)貍鬟f信息。優(yōu)選地，處理所述信息以便在各個子系統(tǒng)中共用該信息。因此，各個子系統(tǒng)的每個仲裁器不必為其自己的仲裁處理信息。
第二實施例下面將參考相應于一種控制配置的圖13描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的車輛集成控制系統(tǒng)。圖13相應于圖2。
如圖13中所示，由3個基本控制單元構(gòu)成第二實施例的車輛集成控制系統(tǒng)，即，作為驅(qū)動系統(tǒng)控制單元的主控制系統(tǒng)(1)，作為制動系統(tǒng)控制單元的主控制系統(tǒng)(2)和作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元的主控制系統(tǒng)(3)。
在被認為是驅(qū)動系統(tǒng)控制單元的主控制系統(tǒng)(1)，基于作為檢測到的駕駛員請求的加速踏板的操作，使用驅(qū)動基本駕駛員模型產(chǎn)生相應于所述加速踏板的操作的驅(qū)動系統(tǒng)的控制目標，從而控制致動器。在主控制系統(tǒng)(1)，使用驅(qū)動基本模型分析來自檢測駕駛員啟動加速踏板的傳感器的輸入信號，以便計算目標縱向加速度Gx*(DRV0)。基于來自顧問單元的信息由校正功能塊校正目標縱向加速度Gx*(DRV0)。另外，基于來自代理單元(agent unit)的信息由仲裁功能塊對目標縱向加速度Gx*(DRV0)進行仲裁。另外，以主控制系統(tǒng)(2)分配驅(qū)動扭矩和制動扭矩，并且計算驅(qū)動側(cè)的目標驅(qū)動扭矩τx*(DRV0)。另外，基于來自支持單元的信息由仲裁功能塊對目標驅(qū)動扭矩τx*(DRV0)進行仲裁，并且計算目標驅(qū)動扭矩τx*(DRV)?？刂埔?00的致動器，以便產(chǎn)生該目標驅(qū)動扭矩τx*(DRV)。
在被標示為制動系統(tǒng)控制單元的主控制系統(tǒng)(2)，基于作為檢測到的駕駛員的請求的制動踏板的操作，使用制動基本駕駛員模型產(chǎn)生相應于該制動踏板的操作的制動系統(tǒng)的控制目標，從而控制致動器。
在主控制系統(tǒng)(2)，使用制動基本模型分析來自檢測駕駛員啟動制動踏板的傳感器的輸入信號，以便計算目標縱向加速度Gx*(BRK0)。在主控制系統(tǒng)(2)，基于來自顧問單元的信息由校正功能塊校正目標縱向加速度Gx*(BRK0)。另外，在主控制系統(tǒng)(2)，基于來自代理單元的信息由仲裁功能塊對目標縱向加速度Gx*(BRK0)進行仲裁。另外，在主控制系統(tǒng)(2)，利用主控制系統(tǒng)(1)分配驅(qū)動扭矩和制動扭矩，并且計算制動側(cè)的目標制動扭矩τx*(BRK0)。另外，基于來自支持單元的信息由仲裁功能塊對目標制動扭矩τx*(BRK0)進行仲裁，并且計算目標制動扭矩τx*(BRK)?？刂浦苿悠?60的致動器，以便產(chǎn)生該目標制動扭矩τx*(BRK)。
在標示為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元的主控制系統(tǒng)(3)，基于作為檢測到的駕駛員請求的轉(zhuǎn)向操作，使用轉(zhuǎn)向制動基本駕駛員模型產(chǎn)生相應于該轉(zhuǎn)向操作的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制目標，從而控制致動器。
在主控制系統(tǒng)(3)，使用轉(zhuǎn)向基本模型分析來自檢測駕駛員的轉(zhuǎn)向角的傳感器的輸入信號，以便計算目標輪胎角?；趤碜灶檰枂卧男畔⒂尚Ｕδ軌K校正目標輪胎角。另外，基于來自代理單元的信息由仲裁功能塊仲裁目標輪胎角。另外，基于來自支持單元的信息由仲裁功能塊對目標輪胎角進行仲裁，從而計算該目標輪胎角?？刂魄安哭D(zhuǎn)向設(shè)備500和后部轉(zhuǎn)向設(shè)備520的致動器，以便產(chǎn)生該目標輪胎角。
另外，本車輛集成控制系統(tǒng)包括與主控制系統(tǒng)(1)(驅(qū)動系統(tǒng)控制單元)，主控制系統(tǒng)(2)(制動系統(tǒng)單元)和主控制系統(tǒng)(3)(轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元)并行的，自主地操作的3個處理單元。第一個處理單元是具有顧問功能的顧問單元。第二個處理單元是具有代理功能的代理單元。第三個處理單元是具有支持器功能的支持單元。
基于車輛周圍的環(huán)境信息或與駕駛員有關(guān)的信息，顧問單元產(chǎn)生并且給各個主控制系統(tǒng)提供要在各個主控制系統(tǒng)處使用的信息。代理單元產(chǎn)生并且給各個主控制系統(tǒng)提供要在各個主控制系統(tǒng)處使用的信息，以便使得車輛實現(xiàn)預定的行為?；谲囕v當前的動態(tài)狀態(tài)，支持器單元產(chǎn)生并且給各個主控制系統(tǒng)提供要在各個主控制系統(tǒng)處使用的信息。在各個主控制系統(tǒng)，確定是否要在車輛的運動控制中反映出來自顧問單元，代理單元和支持器單元的這種信息(除了駕駛員的請求之外的信息)，以及如果要反映，反映到何種程度。另外，校正控制目標，和/或在各個控制單元間傳輸信息。因為每個主控制系統(tǒng)自主地操作，基于以檢測到的駕駛員的操作信息，從顧問單元、代理單元和支持器單元輸入的信息，以及在各個主控制系統(tǒng)間傳輸?shù)男畔⒂嬎愕淖罱K驅(qū)動目標、制動目標和轉(zhuǎn)向目標，在各個控制單元處最終控制傳動系統(tǒng)的致動器，制動設(shè)備的致動器和轉(zhuǎn)向設(shè)備的致動器。
具體地，顧問單元基于作為車輛周圍的環(huán)境信息的車輛運行道路的摩擦阻力(μ值)、車外溫度等，產(chǎn)生表示關(guān)于車輛操作屬性的危險程度的信息，和/或在給駕駛員拍攝圖像后，基于駕駛員的疲勞程度，產(chǎn)生表示關(guān)于駕駛員的操作的危險程度的信息。將表示危險程度的信息輸出到每個主控制系統(tǒng)。在顧問單元處理表示危險程度的這種信息，從而可以在任意一個主控制系統(tǒng)使用該信息。在每個主控制系統(tǒng)，除了來自處理單元的駕駛員請求之外，執(zhí)行是否反映輸入的危險的信息以用于車輛運動控制，所述信息要反映到什么程度等的處理。
具體地，代理單元產(chǎn)生信息，以便實現(xiàn)車輛的自動駕駛的自動巡航功能。將實現(xiàn)自動巡航功能的信息輸出到每個主控制系統(tǒng)。在每個主控制系統(tǒng)，除了來自處理單元的駕駛員的要求之外，執(zhí)行是否將反映該輸入的信息以便實現(xiàn)自動巡航功能，以及該信息將被反映到什么程度等的處理。
另外優(yōu)選地，支持器單元識別車輛當前的動態(tài)狀態(tài)，并且產(chǎn)生信息以便修改每個主控制系統(tǒng)處的目標值。將修改目標值的信息輸出到每個主控制系統(tǒng)。在每個主控制系統(tǒng)，除了來自處理單元的駕駛員的要求之外，執(zhí)行是否反映該輸入信息以便基于動態(tài)狀態(tài)修改目標值以用于車輛運動控制，以及該信息將被反映到什么程度等的處理。
如圖13中所示，主控制系統(tǒng)(1)、主控制系統(tǒng)(2)和主控制系統(tǒng)(3)的基本控制單元，以及顧問單元、代理單元和支持器單元的支持單元全部被配置為自主地操作。主控制系統(tǒng)(1)被指定為PT系統(tǒng)(傳動系統(tǒng))。主控制系統(tǒng)(2)被指定為ECB(電子控制制動)系統(tǒng)。主控制系統(tǒng)(3)被指定為STR(轉(zhuǎn)向)系統(tǒng)。顧問單元的一部分和代理單元的一部分被指定為DSS(驅(qū)動支持系統(tǒng))。顧問單元的一部分和代理單元的一部分和支持器單元的一部分被指定為VDM(車輛動態(tài)管理)系統(tǒng)。
圖14-16表示實現(xiàn)圖13的車輛集成控制系統(tǒng)的執(zhí)行配置。圖14-16分別相應于圖3-5。
本發(fā)明的車輛集成控制系統(tǒng)由自主地并且并行地操作的多個子系統(tǒng)構(gòu)成。這些子系統(tǒng)包括具有各個仲裁功能的仲裁單元。圖1和13指向不同的控制配置。如分別比較圖14-16可以理解的，圖3-5實現(xiàn)作為仲裁器中的不同之處的不同的控制配置。每個子系統(tǒng)由基于各種信息向車輛的驅(qū)動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生請求的請求單元，仲裁在各個子系統(tǒng)的請求單元處產(chǎn)生的請求的仲裁單元，以及提供仲裁的目標值的輸出單元構(gòu)成。以由軟件實現(xiàn)的軟件模塊實現(xiàn)這些請求單元、仲裁單元和輸出單元。
依據(jù)上述配置，可將圖2的控制配置修改為圖13的控制配置，以便使用相同的請求單元和相同的輸出單元，通過僅修改仲裁單元，實現(xiàn)不同的控制配置。在將控制功能劃分為每個子系統(tǒng)內(nèi)的請求單元、仲裁單元和輸出單元3個部分的情況下，一般地將適當?shù)貏澐挚刂乒δ艿臉藴氏薅橐粚σ坏膶P(guān)系。注意，特別地，請求單元和輸出單元的可能性可以被處理為固定的功能單元，這是因為在不同的子系統(tǒng)間它們具有類似的功能。換言之，通過修改仲裁單元的邏輯和/或?qū)⒅俨脝卧舜诉B接的方法，可以接受控制配置中的重大修改，諸如從圖2到圖13的修改。一旦一個系統(tǒng)建立了適當?shù)貏澐值恼埱髥卧?、仲裁單元和輸出單元，通過僅修改關(guān)于仲裁單元的部分，諸如仲裁單元間的連接等，可以接受隨后的修改。因此，可以易于進行系統(tǒng)修改。
雖然已經(jīng)詳細圖示和說明了本發(fā)明，可以清楚地理解，其僅是說明和例示，并且不作為限定，僅以所附的權(quán)利要求限定本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛控制的集成控制系統(tǒng)，包括自主地并且并行地操作的至少三個子系統(tǒng)(PT，ECB，STR)，其中所述子系統(tǒng)(PT，ECB，STR)包括傳感單元，用于檢測與關(guān)于所述子系統(tǒng)(PT，ECB，STR)中的至少一個的操作請求有關(guān)的信息，連接單元，用于連接除了其本身的子系統(tǒng)之外的另一個子系統(tǒng)，和產(chǎn)生單元，用于基于與操作請求有關(guān)的所述檢測的信息，產(chǎn)生與其本身的子系統(tǒng)的單個控制目標有關(guān)的信息。
2.如權(quán)利要求1的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述產(chǎn)生單元包括仲裁單元，用于基于與操作請求有關(guān)的所述檢測的信息，仲裁多個信息以便產(chǎn)生與其自身的子系統(tǒng)的單個控制目標有關(guān)的信息。
3.一種用于車輛控制的集成控制系統(tǒng)，包括自主地并且并行地操作的至少三個子系統(tǒng)(PT，ECB，STR)，其中所述子系統(tǒng)(PT，ECB，STR)包括傳感單元，用于檢測與關(guān)于所述子系統(tǒng)(PT，ECB，STR)中的至少一個的操作請求有關(guān)的信息，連接單元，用于連接除了其自身的子系統(tǒng)之外的另一個系統(tǒng)，和仲裁單元，用于基于與操作請求有關(guān)的所述檢測的信息，仲裁多個信息，以便產(chǎn)生與其自身的子系統(tǒng)的單個控制目標有關(guān)的信息。
4.如權(quán)利要求2或3的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述仲裁單元確定信息的優(yōu)先級。
5.如權(quán)利要求2或3的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述仲裁單元校正信息。
6.如權(quán)利要求2或3的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述仲裁單元處理信息。
7.如權(quán)利要求1到3中的任意一個的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)(PT)，制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)(ECB)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)(STR)。
8.如權(quán)利要求7的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)還包括自動巡航子系統(tǒng)，用于控制所述車輛進行自動巡航或控制所述車輛的偽自動巡航。
9.如權(quán)利要求7的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)還包括動態(tài)穩(wěn)定子系統(tǒng)，用于控制所述車輛從而穩(wěn)定所述車輛的行為狀態(tài)。
10.一種用于車輛控制的集成控制系統(tǒng)，包括自主地并且并行地操作的至少三個子系統(tǒng)(PT，ECB，STR)，其中所述子系統(tǒng)(PT，ECB，STR)包括傳感裝置，用于檢測與關(guān)于所述子系統(tǒng)(PT，ECB，STR)中的至少一個的操作請求有關(guān)的信息，連接裝置，用于連接除了其自身的子系統(tǒng)之外的另一個子系統(tǒng)，和產(chǎn)生裝置，用于基于與操作請求有關(guān)的所述檢測的信息，產(chǎn)生與其自身的子系統(tǒng)的單個控制目標有關(guān)的信息。
11.如權(quán)利要求10的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述產(chǎn)生裝置包括仲裁裝置，用于基于與操作請求有關(guān)的所述檢測的信息，仲裁多個信息以便產(chǎn)生與其自身的子系統(tǒng)的單個控制目標有關(guān)的信息。
12.一種用于車輛控制的集成控制系統(tǒng)，包括自主地并且并行地操作的至少三個子系統(tǒng)(PT，ECB，STR)，其中所述子系統(tǒng)(PT，ECB，STR)包括傳感裝置，用于檢測與關(guān)于所述子系統(tǒng)(PT，ECB，STR)中的至少一個的操作請求有關(guān)的信息，連接裝置，用于連接除了其自身的子系統(tǒng)之外的另一個系統(tǒng)，和仲裁裝置，用于基于與操作請求有關(guān)的所述檢測的信息，仲裁多個信息，以便產(chǎn)生與其自身的子系統(tǒng)的單個控制目標有關(guān)的信息。
13.如權(quán)利要求11或12的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述仲裁裝置包括用于確定信息的優(yōu)先級的裝置。
14.如權(quán)利要求11或12的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述仲裁裝置包括用于校正信息的裝置。
15.如權(quán)利要求11或12的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述仲裁裝置包括用于處理信息的裝置。
16.如權(quán)利要求10到12中的任意一個的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)(PT)，制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)(ECB)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)(STR)。
17.如權(quán)利要求16的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)還包括自動巡航子系統(tǒng)，其控制所述車輛進行自動巡航或控制所述車輛的偽自動巡航。
18.如權(quán)利要求7的車輛集成控制系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)還包括動態(tài)穩(wěn)定子系統(tǒng)，用于控制所述車輛從而穩(wěn)定所述車輛的行為狀態(tài)。
全文摘要
一種集成控制系統(tǒng)，包括具有控制驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)，控制制動系統(tǒng)的制動系統(tǒng)控制子系統(tǒng)和控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制子系統(tǒng)的子系統(tǒng)(1)，穩(wěn)定車輛的當前動態(tài)狀態(tài)的子系統(tǒng)(2)，實現(xiàn)諸如自動巡航的驅(qū)動支持功能的子系統(tǒng)(3)，以及用于存儲共享信號的存儲單元。每個子系統(tǒng)包括請求單元、仲裁單元和輸出單元。
文檔編號B60W10/192GK1898117SQ20048003890
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月25日
發(fā)明者橋本佳幸, 廣瀨正典, 大竹宏忠, 高松秀樹 申請人:豐田自動車株式會社