專(zhuān)利名稱(chēng)：車(chē)輛穩(wěn)定性控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制車(chē)輛(例如汽車(chē))狀態(tài)穩(wěn)定性的設(shè)備，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及這樣一種設(shè)備，其通過(guò)控制車(chē)輪的轉(zhuǎn)向角穩(wěn)定車(chē)輛的行駛狀態(tài)。
背景技術(shù)：
當(dāng)車(chē)輛行駛在具有不同摩擦系數(shù)的路面時(shí)，例如一側(cè)是干的，而另一側(cè)是濕的或者結(jié)冰的，會(huì)在車(chē)輛的左右車(chē)輪之間出現(xiàn)施加在輪胎上的制動(dòng)力或者牽引力(道路反作用力)的不平衡，產(chǎn)生使車(chē)頭發(fā)生不希望轉(zhuǎn)向的橫擺力矩。這種制動(dòng)力或者牽引力的不平衡，惡化了車(chē)輛的行駛狀態(tài)(例如直線(xiàn)穩(wěn)定性)，特別是在執(zhí)行牽引力控制(TRC)和/或防抱死控制(ABS)期間，這種不平衡可以很大，因?yàn)檐?chē)輪上的力根據(jù)不同的道路情況是獨(dú)立受控的，以抑制各個(gè)輪胎滑程的過(guò)多增大。因此，到目前為止，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種通過(guò)減少和/或抵消由制動(dòng)力或牽引力不平衡(特別是在TRC和/或防抱死控制中)引起的橫擺力矩的影響來(lái)穩(wěn)定車(chē)輛的行駛狀態(tài)的設(shè)備。
日本專(zhuān)利2540742公開(kāi)了這類(lèi)針對(duì)車(chē)輛行駛狀態(tài)的車(chē)輛穩(wěn)定性控制設(shè)備的一個(gè)例子，其中，在防抱死控制期間，車(chē)輪獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向(操作)動(dòng)作轉(zhuǎn)向，以便產(chǎn)生反橫擺力矩，其與由車(chē)輛左右車(chē)輪之間制動(dòng)力不平衡引起的橫擺力矩相反，并抵消該橫擺力矩。基于實(shí)際對(duì)各個(gè)車(chē)輪使用的制動(dòng)力或者制動(dòng)氣壓確定的反橫擺力矩，通過(guò)車(chē)輪的自動(dòng)轉(zhuǎn)向產(chǎn)生，方向是將車(chē)頭從較高摩擦的一側(cè)(施加較大制動(dòng)(向后)力的一側(cè))轉(zhuǎn)向較低摩擦的一側(cè)(施加較小制動(dòng)力的一側(cè))。為了完成該穩(wěn)定性控制，車(chē)輛要裝配轉(zhuǎn)向裝置或機(jī)構(gòu)，使車(chē)輪的轉(zhuǎn)向能夠獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向動(dòng)作。
如上所述的車(chē)輛穩(wěn)定性控制設(shè)備旨在減少和/或抵消由車(chē)輛的車(chē)輪接觸的道路狀況不同引起的制動(dòng)力或者牽引力不平衡的影響，成功地提高車(chē)輛的直線(xiàn)穩(wěn)定性。然而，例如在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，車(chē)輛橫向(左右)上垂直載荷變化會(huì)產(chǎn)生力不平衡，使以上提到的穩(wěn)定性控制設(shè)備的操作受到意料不到的影響。例如，由轉(zhuǎn)彎車(chē)輛的離心力引起的垂直載荷變化會(huì)增加車(chē)輛轉(zhuǎn)彎外側(cè)車(chē)輪上的制動(dòng)力或牽引力。因此，即使在相同的路面，如果只是基于實(shí)際使用的制動(dòng)力或牽引力來(lái)確定反橫擺力矩，那么考慮到穩(wěn)定性控制的目的，會(huì)不可預(yù)料地產(chǎn)生反橫擺力矩和自動(dòng)轉(zhuǎn)向量，使車(chē)輛的路線(xiàn)跟蹤能力惡化。
因此，考慮轉(zhuǎn)彎車(chē)輛橫向上的垂直載荷變化，可以對(duì)如上所述傳統(tǒng)的車(chē)輛穩(wěn)定性控制設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，以適合操作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種新穎的車(chē)輛穩(wěn)定性控制設(shè)備，用于通過(guò)控制車(chē)輛的轉(zhuǎn)向角，減少和/或抵消由道路狀況不同引起的制動(dòng)力或牽引力不平衡的影響，從而穩(wěn)定車(chē)輛的行駛狀態(tài)，特別是在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎期間。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明設(shè)備可以安裝在車(chē)輛上，用于控制其行駛狀態(tài)。車(chē)輛的轉(zhuǎn)向裝置適合于使車(chē)輪獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向操作而轉(zhuǎn)向。本發(fā)明的設(shè)備包括估計(jì)各個(gè)車(chē)輪上各自縱向力的部分、計(jì)算由左右車(chē)輪之間縱向力差引起的并施加在車(chē)身上的橫擺力矩(縱向力差引起的橫擺力矩)的部分、以及計(jì)算由車(chē)身左右方向上垂直載荷變化引起的并施加在車(chē)身上的橫擺力矩(垂直載荷變化引起的橫擺力矩)的部分。在本發(fā)明設(shè)備的轉(zhuǎn)向控制部分，首先計(jì)算反橫擺力矩以至少部分地抵消縱向力差引起的橫擺力矩；然后，通過(guò)消除垂直載荷變化引起的橫擺力矩對(duì)反橫擺力矩的貢獻(xiàn)，修正最終的反橫擺力矩。通過(guò)至少一個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)向控制轉(zhuǎn)向裝置，以在車(chē)身上使用修正的反橫擺力矩。
這里，應(yīng)當(dāng)理解，車(chē)輪上的縱向力是在車(chē)輛減速或加速期間路面給予各個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)力或牽引力。每個(gè)車(chē)輪上的縱向力是相應(yīng)車(chē)輪上的垂直載荷和該車(chē)輪接觸的路面的摩擦系數(shù)的函數(shù)。因此，如上所述，在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎期間，對(duì)車(chē)輛轉(zhuǎn)彎外側(cè)(內(nèi)側(cè))的垂直載荷變化增加(減少)相應(yīng)車(chē)輪上的縱向力，這會(huì)不可預(yù)料地改變反橫擺力矩的大小。
然而，在本發(fā)明中，通過(guò)基于力矩的計(jì)算，從轉(zhuǎn)向裝置實(shí)際產(chǎn)生的反橫擺力矩中消除垂直載荷變化的影響(修正的反橫擺力矩)。因此，通過(guò)轉(zhuǎn)向控制施加的反橫擺力矩是適合于或剛好足夠減少和/或抵消即使在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎期間由道路狀況不同引起的制動(dòng)力或牽引力不平衡的影響，抑制施加在車(chē)身上的橫擺力矩的產(chǎn)生、增大或減小。
在基于力矩的計(jì)算中，首先在轉(zhuǎn)向控制部分計(jì)算的反橫擺力矩可以是反向的縱向力差引起的橫擺力矩，也就是，與縱向力差引起的橫擺力矩方向相反、大小相同的橫擺力矩。然后，通過(guò)將垂直載荷變化引起的橫擺力矩加入首先計(jì)算的反橫擺力矩中，得到修正的反橫擺力矩。因此，修正的反橫擺力矩是與減去垂直載荷變化引起的橫擺力矩的縱向力差引起的橫擺力矩的方向相反、大小相同的橫擺力矩。根據(jù)以上提到的計(jì)算，無(wú)須推導(dǎo)由路面不同的摩擦系數(shù)引起的力分量的不同，就可獲得實(shí)質(zhì)上與垂直載荷變化的影響無(wú)關(guān)的反橫擺力矩。
垂直載荷變化引起的橫擺力矩可以基于車(chē)身的橫向加速度計(jì)算。車(chē)身左右方向上垂直載荷變化的量隨車(chē)身的橫向加速度一起增大，因此，當(dāng)橫向加速度達(dá)到更大值時(shí)，垂直載荷變化引起的橫擺力矩的大小也會(huì)更大。在這點(diǎn)上，更加詳細(xì)地說(shuō)，可以在假定車(chē)輛在具有相同摩擦特性的路面轉(zhuǎn)彎的情況下估計(jì)垂直載荷變化引起的橫擺力矩。在本發(fā)明旨在實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定性控制設(shè)備的目的中，即使在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，在具有相同摩擦特性的路面也應(yīng)當(dāng)不產(chǎn)生反橫擺力矩。換句話(huà)說(shuō)，行駛在相同摩擦表面的車(chē)輛期望的橫擺力矩的偏移將被最終的反橫擺力矩抵消。因此，在計(jì)算修正的反橫擺力矩中，由車(chē)輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程中垂直載荷變化引起的力矩分量，也就是，將從實(shí)際施加的縱向力差引起的橫擺力矩中消除的力矩分量，可以被認(rèn)為是在正在相同摩擦表面上轉(zhuǎn)彎的車(chē)輛上產(chǎn)生的橫擺力矩。在相同的道路上，單個(gè)車(chē)輪上的縱向力被認(rèn)為與各自車(chē)輪上的垂直載荷成比例，這樣可以通過(guò)計(jì)算垂直載荷在車(chē)輛車(chē)輪上的分布來(lái)給出由垂直載荷變化引起的橫擺力矩。
車(chē)輪上的縱向力可以使用車(chē)輛的制動(dòng)裝置和/或驅(qū)動(dòng)裝置施加的制動(dòng)或驅(qū)動(dòng)力或轉(zhuǎn)矩(各個(gè)車(chē)輪上的制動(dòng)氣壓和/或發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩)來(lái)估計(jì)。更加詳細(xì)地說(shuō)，每個(gè)車(chē)輪上的縱向力可以作為制動(dòng)和/或驅(qū)動(dòng)裝置的制動(dòng)或驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與車(chē)輪角加速度的函數(shù)獲得。
為了基于最終的修正橫擺力矩操作轉(zhuǎn)向裝置，在轉(zhuǎn)向控制部分，優(yōu)選地，首先基于駕駛員的轉(zhuǎn)向操作量和預(yù)定轉(zhuǎn)向特性，計(jì)算轉(zhuǎn)向車(chē)輪的臨時(shí)目標(biāo)轉(zhuǎn)向角；基于修正的反橫擺力矩，將該臨時(shí)目標(biāo)轉(zhuǎn)向角修正為轉(zhuǎn)向車(chē)輪的目標(biāo)轉(zhuǎn)向角?；谧罱K的目標(biāo)轉(zhuǎn)向角，轉(zhuǎn)向控制部分通過(guò)轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向角。因此，通過(guò)本發(fā)明設(shè)備的轉(zhuǎn)向控制能與駕駛員的轉(zhuǎn)向操作量和預(yù)定轉(zhuǎn)向特性一致。如果需要，通過(guò)本發(fā)明設(shè)備的轉(zhuǎn)向控制可以獨(dú)立于駕駛員的處理操作而執(zhí)行。
當(dāng)例如通過(guò)上述ABS控制或TRC，根據(jù)相應(yīng)的道路摩擦狀況，控制每個(gè)車(chē)輪的滑移率使其不過(guò)多增大時(shí)，由路面不同摩擦特性引起的縱向力不平衡將變大。因此，本發(fā)明設(shè)備的轉(zhuǎn)向控制可方便地與上述滑移率控制一起執(zhí)行(應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明設(shè)備的轉(zhuǎn)向控制不可以在缺少滑移率控制下執(zhí)行)。正如所指出的，本發(fā)明中對(duì)反橫擺力矩的修正旨在消除由車(chē)輛轉(zhuǎn)彎引起的垂直載荷變化的影響。因此，當(dāng)車(chē)輛直線(xiàn)行駛時(shí)，可以不執(zhí)行反橫擺力矩的修正過(guò)程。在這種情況下，源自縱向力差引起的橫擺力矩的反橫擺力矩可用于本發(fā)明設(shè)備的轉(zhuǎn)向控制。
當(dāng)執(zhí)行任何其他制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力控制時(shí)，例如通過(guò)調(diào)整各個(gè)車(chē)輪上的縱向力的車(chē)輛狀態(tài)穩(wěn)定控制(利用輪胎上的力的VSC；TF-VSC)、制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力分布控制，可以禁止對(duì)反橫擺力矩的修正，以避免在這些控制中沖突。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種新穎的用于車(chē)輛(如汽車(chē))的車(chē)輛穩(wěn)定性控制設(shè)備，通過(guò)在車(chē)輪轉(zhuǎn)向中產(chǎn)生反橫擺力矩，以減少和/或抵消由車(chē)輛左右車(chē)輪之間縱向力不平衡引起的橫擺力矩。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供這樣的設(shè)備，考慮車(chē)輛在左右或橫向上垂直載荷變化的影響，即使在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程中也適合操作，而不會(huì)意外地產(chǎn)生、增大或減小反橫擺力矩。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供這樣的設(shè)備，其中，從轉(zhuǎn)向控制的控制量中消除由車(chē)輛橫向上垂直載荷變化引起的橫擺力矩的貢獻(xiàn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供這樣的設(shè)備，其中，通過(guò)計(jì)算力矩確定轉(zhuǎn)向車(chē)輪的控制量，而不分析由路面不同摩擦特性引起的各個(gè)車(chē)輪上的力分量。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供這樣的設(shè)備，其中，在假定車(chē)輛行駛在相同摩擦的路面的情況下，估計(jì)由垂直載荷變化引起的橫擺力矩。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供這樣的設(shè)備，其中，特別在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎期間，避免不希望和不可預(yù)料的反橫擺力矩的修正。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將在下文更清楚并指出。


圖1是裝有線(xiàn)控半轉(zhuǎn)向(semi-steer-by-wire)型的轉(zhuǎn)向角改變裝置的四輪后驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的示意圖，其中轉(zhuǎn)向角改變裝置用作自動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置和根據(jù)本發(fā)明的車(chē)輛穩(wěn)定性控制設(shè)備；圖2是根據(jù)本發(fā)明的在圖1所示車(chē)輛的優(yōu)選實(shí)施例中執(zhí)行的車(chē)輛穩(wěn)定性控制程序的流程圖，以控制左右前輪的轉(zhuǎn)向角；圖3示出了車(chē)輛速度V和轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比Rg之間的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地示出了一個(gè)四輪后驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，其結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的車(chē)輛穩(wěn)定性控制設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在該圖中，車(chē)身12有左右前輪10FL和10FR，左右后輪10RL和10RR。和通常一樣，車(chē)輛被構(gòu)成以傳遞驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，根據(jù)響應(yīng)駕駛員壓下加速踏板的節(jié)氣門(mén)開(kāi)口，從發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)通過(guò)差動(dòng)齒輪系統(tǒng)等(未示出)將驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力輸出到后輪10RL和10RR。
通過(guò)橫拉桿20L、20R和響應(yīng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)14啟動(dòng)的齒輪-齒條式動(dòng)力轉(zhuǎn)向設(shè)備16，前輪10FL、10FR的每一個(gè)都轉(zhuǎn)向。然而，為了自動(dòng)使車(chē)輪轉(zhuǎn)向，這里使用的轉(zhuǎn)向設(shè)備16是線(xiàn)控半轉(zhuǎn)向型，具有轉(zhuǎn)向角改變裝置24作為輔助轉(zhuǎn)向裝置，該轉(zhuǎn)向角改變裝置24能夠獨(dú)立于駕駛員的操作控制前輪的轉(zhuǎn)向角。
轉(zhuǎn)向角改變裝置24包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)32，其包括缸體24A和轉(zhuǎn)子24B，其中缸體24A通過(guò)上轉(zhuǎn)向軸22操作地連接到方向盤(pán)14，轉(zhuǎn)子24B通過(guò)下轉(zhuǎn)向軸26和萬(wàn)向節(jié)28操作地連接到齒輪軸30。在后面描述的電子控制器34的控制下，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)32使下轉(zhuǎn)向軸26相對(duì)于上轉(zhuǎn)向軸22轉(zhuǎn)動(dòng)。如果在裝置24的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)作中出現(xiàn)任何錯(cuò)誤，缸體24A和轉(zhuǎn)子24B會(huì)通過(guò)鎖緊設(shè)備(未示出)相互機(jī)械地鎖緊，以阻止上下轉(zhuǎn)向軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了控制轉(zhuǎn)向角改變裝置24的操作，分別用角傳感器50和52檢測(cè)方向盤(pán)14的轉(zhuǎn)向角θ，也就是上轉(zhuǎn)向軸22的旋轉(zhuǎn)角θ，和下轉(zhuǎn)向軸26的相對(duì)角θre(在缸體24A和轉(zhuǎn)子24B之間)，其從上轉(zhuǎn)向軸22測(cè)量。
動(dòng)力轉(zhuǎn)向設(shè)備16可以是液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向型，或者是電力轉(zhuǎn)向型。然而，為了減少在自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制期間，從裝置24傳遞到方向盤(pán)14的反作用轉(zhuǎn)矩，優(yōu)選地，使用齒條同軸型電力轉(zhuǎn)向設(shè)備，其具有電動(dòng)機(jī)和用于將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成齒條18的線(xiàn)性動(dòng)生力(motional force)的機(jī)構(gòu)。
在每一個(gè)車(chē)輪上產(chǎn)生制動(dòng)力的制動(dòng)系統(tǒng)36，具有包括儲(chǔ)液罐、油泵和各種閥等(未示出)的液壓回路38，安裝在各個(gè)車(chē)輪上的輪缸40FL、40FR、40RL和40RR，以及響應(yīng)駕駛員壓下制動(dòng)踏板42啟動(dòng)的主缸44。在該制動(dòng)系統(tǒng)中，通過(guò)響應(yīng)主缸氣壓的液壓回路38調(diào)節(jié)每一個(gè)輪缸的制動(dòng)氣壓和每一個(gè)車(chē)輪上的制動(dòng)力。
在采用如現(xiàn)有技術(shù)中已知的防抱死控制或TRC和TF-VSC控制每一個(gè)車(chē)輪的滑移率時(shí)，每一個(gè)輪缸的制動(dòng)氣壓也可以由電子控制器34控制。在制動(dòng)車(chē)輛的過(guò)程中，當(dāng)車(chē)輪10FL-10RR其中一個(gè)的制動(dòng)滑移過(guò)大時(shí)(例如，大于參考值)，將執(zhí)行防抱死控制以調(diào)節(jié)相應(yīng)車(chē)輪的制動(dòng)氣壓在預(yù)定范圍內(nèi)，防止車(chē)輪被鎖死。同樣的，在車(chē)輛加速過(guò)程中，當(dāng)后輪10RL、10RR其中一個(gè)的驅(qū)動(dòng)滑移過(guò)大時(shí)(例如，大于參考值)，將執(zhí)行TRC以調(diào)節(jié)相應(yīng)車(chē)輪的制動(dòng)氣壓，用于使驅(qū)動(dòng)滑移落入預(yù)定范圍內(nèi)。對(duì)于TF-VSC，當(dāng)車(chē)輛處于惡劣情況，也就是輪胎空轉(zhuǎn)情況或前輪外側(cè)滑情況時(shí)，控制車(chē)輪的制動(dòng)氣壓以產(chǎn)生橫擺力矩，用于穩(wěn)定車(chē)輛的狀態(tài)。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，車(chē)輛狀態(tài)的惡化可以通過(guò)計(jì)算源自車(chē)身橫向加速度的空轉(zhuǎn)情況值和/或外側(cè)滑情況值等來(lái)監(jiān)控。為了控制制動(dòng)氣壓，安裝壓力傳感器60i(i＝FL，F(xiàn)R，RL，RR)來(lái)檢測(cè)輪缸40FR-40RL的氣壓Pbi(i＝fl，fr，rl，rr)。
控制轉(zhuǎn)向角改變裝置24和各個(gè)車(chē)輪制動(dòng)氣壓(制動(dòng)力)的電子控制器34可以是普通類(lèi)型的，包括具有通過(guò)雙向公共總線(xiàn)互連的CPU、ROM、RAM和輸入/輸出端口設(shè)備的微型計(jì)算機(jī)，以及驅(qū)動(dòng)電路。從圖1可以看出，輸入控制器34的信號(hào)有方向盤(pán)14的轉(zhuǎn)向角θ；下轉(zhuǎn)向軸的相對(duì)角θre；橫向加速度傳感器54檢測(cè)的橫向加速度Gy；橫擺率傳感器56檢測(cè)的橫擺率γ；安裝在相應(yīng)車(chē)輪10FL-10RR上的車(chē)輪速度傳感器58FL-50RR檢測(cè)的車(chē)輪速度Vwi(i＝fl，fr，rl，rr，分別是前左，前右，后左和后右)；輪缸40FR-40RL的氣壓Pbi(i＝fl，fr，rl，rr)；以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制器62提供的加速器開(kāi)口Φ和發(fā)動(dòng)機(jī)速度(轉(zhuǎn)數(shù))Ne。
正如所指出的，控制器34執(zhí)行轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比控制和自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制，以及車(chē)輪上的滑移率控制。
在正常情況下，控制器34通過(guò)電動(dòng)機(jī)32的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)控制轉(zhuǎn)向角改變裝置24，以改變轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比，也就是，前輪的轉(zhuǎn)向角和方向盤(pán)14的轉(zhuǎn)動(dòng)角之間的比值，提供預(yù)定的轉(zhuǎn)向特性。在操作中，首先基于車(chē)輛的速度V(用車(chē)輪的速度Vwi計(jì)算)，在控制器34的一部分中，利用圖3所示的圖確定用于實(shí)現(xiàn)預(yù)定轉(zhuǎn)向特性的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比Rg。然后，目標(biāo)轉(zhuǎn)向角(臨時(shí))δst通過(guò)以下公式計(jì)算δst＝θ/Rg (1)，并且，啟動(dòng)轉(zhuǎn)向角改變裝置24以使前輪轉(zhuǎn)向，將其轉(zhuǎn)向角調(diào)整到δst。因此，在這種情況下，轉(zhuǎn)向角改變裝置24起到轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比改變裝置的作用。
在這一過(guò)程中，目標(biāo)轉(zhuǎn)向角(臨時(shí))δst被認(rèn)為是與駕駛員轉(zhuǎn)向操作的實(shí)際量(方向盤(pán)14的轉(zhuǎn)動(dòng)角)對(duì)應(yīng)的并等于θ/Rgo的轉(zhuǎn)向角和用于獲得預(yù)定特性的控制量的總和。δst也可以是轉(zhuǎn)向角速度的函數(shù)，用來(lái)改善車(chē)輛運(yùn)動(dòng)的瞬態(tài)響應(yīng)。應(yīng)當(dāng)注意的是，轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比可以用現(xiàn)有技術(shù)中公知的其它方式確定。
當(dāng)車(chē)輛左右車(chē)輪之間縱向力不平衡出現(xiàn)時(shí)，控制器34執(zhí)行自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制，其中命令轉(zhuǎn)向角改變裝置24(驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)32)獨(dú)立于方向盤(pán)14的轉(zhuǎn)動(dòng)使前輪10FL、10FR轉(zhuǎn)向，從而產(chǎn)生反橫擺力矩，用于抵消由縱向力不平衡引起的橫擺力矩。因此，在這種情況下，轉(zhuǎn)向角改變裝置24起到自動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置的作用。在這個(gè)方面，應(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)本發(fā)明，在自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制中，從實(shí)際施加的反橫擺力矩中消除車(chē)輛轉(zhuǎn)彎期間由車(chē)身橫向上垂直載荷變化引起的力不平衡的貢獻(xiàn)。
在操作中，首先，按如下公式估計(jì)縱向力不平衡產(chǎn)生的橫擺力矩Mf(縱向力差引起的橫擺力矩)Mf=T2{(Fxfr+Fxrr)-(Fxfl+Fxrl)}---(2),]]>其中，T是車(chē)輛的輪距；Fxi(i＝fr，fl，rr，rl)是各個(gè)車(chē)輪上的縱向力。在圖1中，定義Mf逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?，定義Fxi前向?yàn)檎?br> 每一個(gè)車(chē)輪的Fxi可以按如下公式估計(jì)Fxi=Ji·dVwi-TxiR---(3),]]>其中，Ji是車(chē)輪的慣性力矩；dVwi是車(chē)輪的角加速度，通過(guò)對(duì)車(chē)輪速度Vwi微分獲得；Txi是車(chē)輪上的凈轉(zhuǎn)矩，也就是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(＜0)和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(＞0)的和；R是車(chē)輪的有效半徑。制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以用制動(dòng)氣壓Pbi和適當(dāng)?shù)南禂?shù)確定。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以用源自加速器開(kāi)口φ和發(fā)動(dòng)機(jī)速度Ne的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩確定。凈轉(zhuǎn)矩也可以用任何傳感器直接測(cè)量。
如果車(chē)輛直線(xiàn)行駛，由例如各個(gè)車(chē)輪接觸的路面的不同摩擦特性或者除離心力之外的力引起的車(chē)輛橫向上垂直載荷差引起的縱向力不平衡，會(huì)導(dǎo)致最終的橫擺力矩Mf。也就是，通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制可抵消橫擺力矩Mf。因此，通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的反橫擺力矩Mc被設(shè)定為-MfMc←-Mf(4a)，在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎期間，相對(duì)于轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)車(chē)輪，離心力增加轉(zhuǎn)彎外側(cè)車(chē)輪上的垂直載荷和縱向力。對(duì)轉(zhuǎn)彎外側(cè)的垂直載荷變化的影響合入橫擺力矩Mf和反橫擺力矩Mc的估計(jì)中在制動(dòng)車(chē)輛時(shí)，垂直載荷變化使橫擺力矩Mf向不足轉(zhuǎn)向的方向偏斜，因此，反橫擺力矩Mc向轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)方向移動(dòng)，使車(chē)輛容易不可預(yù)料地過(guò)度轉(zhuǎn)向，超出自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制的目的。另一方面，在車(chē)輛加速過(guò)程中，垂直載荷變化使橫擺力矩Mf向過(guò)度轉(zhuǎn)向的方向偏斜，因此反橫擺力矩Mc向轉(zhuǎn)彎外側(cè)方向移動(dòng)，使車(chē)輛容易不可預(yù)料地不足轉(zhuǎn)向。因此，正如所指出的，在本發(fā)明的自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制中，車(chē)輛轉(zhuǎn)彎期間垂直載荷變化的影響通過(guò)如下所述的基于力矩的計(jì)算從反橫擺力矩Mc中消除。
在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，反橫擺力矩Mc修正為Mc←-(Mf-Mg)或Mc+Mg (4b)，其中，Mg是由垂直載荷變化引起的橫擺力矩分量，也就是，由垂直載荷變化引起的橫擺力矩。Mg可以用以下方式得出首先，可以認(rèn)為當(dāng)車(chē)輛在相同的路面轉(zhuǎn)彎時(shí)，Mc應(yīng)當(dāng)為0。因此，Mg可以被認(rèn)為是在假定車(chē)輛在相同摩擦表面轉(zhuǎn)彎的情況下產(chǎn)生的橫擺力矩。在具有相同摩擦系數(shù)的路面，車(chē)輪上的縱向力與各個(gè)車(chē)輪上的垂直載荷成比例。因此，通過(guò)將車(chē)輛總的縱向制動(dòng)力或牽引力Fx按垂直載荷的分布比分布在左右車(chē)輪上，可以給出Mg為Mg=(FxFzrFzr+Fzl-FzlFzr+Fzl)·T2---(5),]]>其中Fzl，F(xiàn)zr分別是左前后輪和右前后輪的垂直載荷。垂直載荷Fzl和Fzr可以為Fzl=Fzlo-M·Gy·HT,]]>和Fzr=Fzro+M·Gy·HT---(6),]]>
其中Fzlo和Fzro分別是車(chē)輛靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)左前后輪和右前后輪的垂直載荷；M和H分別是車(chē)輛的重量和車(chē)輛重心的高度；Gy是橫向加速度，在圖1中定義左向?yàn)檎?。因此，Mg可以為Mg=Fx·Gy·HKg---(7),]]>其中，Kg是重力加速度，也就是M·Kg＝Fzl+Fzr＝Fzlo+Fzro。Fx可以是公式(3)計(jì)算的Fxi的總和。
公式(5)的垂直載荷可以用適當(dāng)?shù)膫鞲衅髦苯訙y(cè)量。
然后，為了產(chǎn)生如上公式(4a)或(4b)計(jì)算的反橫擺力矩Mc，控制器34的一部分命令轉(zhuǎn)向角改變裝置24使前輪轉(zhuǎn)向。
應(yīng)當(dāng)注意的是，公式(4b)的反橫擺力矩Mc被認(rèn)為實(shí)質(zhì)上不受由車(chē)輛轉(zhuǎn)彎期間離心力引起的垂直載荷變化的影響。因此，自動(dòng)控制提供的轉(zhuǎn)向量實(shí)質(zhì)上正好足夠抵消即使在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎期間由路面不同摩擦特性引起的力不平衡，從而抑制了如上所述的在車(chē)輛制動(dòng)和/或加速期間過(guò)度轉(zhuǎn)向和/或不足轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，Mf和Mg可以采用除了如上所述方式以外的任何方式確定。
圖2的流程圖示出了一個(gè)實(shí)例性的控制程序，用于通過(guò)如上所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的穩(wěn)定性控制。在這一實(shí)施例中，當(dāng)通過(guò)調(diào)節(jié)制動(dòng)力執(zhí)行防抱死控制或TRC而不是TF-VSC時(shí)，執(zhí)行自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制。這部分是因?yàn)樵趫?zhí)行防抱死控制或TRC時(shí)，輪胎上的力被認(rèn)為增大到最大程度，因此力的進(jìn)一步變化非常困難。在這種情況下，自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制對(duì)于校正車(chē)輛狀態(tài)特別有用。另一方面，在缺少防抱死控制或TRC控制時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)制動(dòng)力來(lái)校正車(chē)輛的行駛狀態(tài)。此外，在通過(guò)調(diào)節(jié)制動(dòng)力執(zhí)行TF-VSC時(shí)，很難使自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制與制動(dòng)力的調(diào)節(jié)一致，因?yàn)檫@兩種控制都想要產(chǎn)生各自的目標(biāo)橫擺力矩。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制可以在執(zhí)行TF-VSC和其他控制(例如有任何細(xì)微修正的制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力分布控制)的情況下執(zhí)行，并且那些例子被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
參考圖2，控制程序可以從閉合點(diǎn)火開(kāi)關(guān)(圖1中未示出)開(kāi)始，并在車(chē)輛運(yùn)行期間以如毫秒級(jí)的周期循環(huán)重復(fù)。
在這一程序中，首先，讀入如上所述的信號(hào)(步驟10)，利用圖3所示的圖用公式(1)確定目標(biāo)轉(zhuǎn)向角(臨時(shí))δst(步驟20)。然后，在步驟30-50中，判斷是否通過(guò)調(diào)節(jié)制動(dòng)力執(zhí)行TF-VSC(步驟30)，以及是否執(zhí)行防抱死控制或TRC(步驟40，50)。如圖所示，如果執(zhí)行TF-VSC，或者如果既未執(zhí)行防抱死控制也未執(zhí)行TRC，則不執(zhí)行如上所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制，并且將臨時(shí)目標(biāo)轉(zhuǎn)向角δst用作轉(zhuǎn)向角改變裝置24的目標(biāo)轉(zhuǎn)向角δt(步驟60)。
另一方面，如果執(zhí)行防抱死控制或TRC，則通過(guò)步驟70-100，使用公式(2)、(3)和(5)或(7)計(jì)算縱向力差引起的橫擺力矩Mf和垂直載荷變化引起的橫擺力矩Mg。然后，在步驟110通過(guò)判斷例如橫擺率γ是否超過(guò)參考值γ0來(lái)判斷車(chē)輛是否在轉(zhuǎn)彎。在轉(zhuǎn)彎期間，目標(biāo)反橫擺力矩Mc用公式(4b)設(shè)定為-(Mf-Mg)修正的目標(biāo)橫擺力矩。否則，例如當(dāng)車(chē)輛直線(xiàn)行駛或停止時(shí)，目標(biāo)橫擺力矩用公式(4a)設(shè)定為-Mf。接下來(lái)，基于最終的Mc，計(jì)算轉(zhuǎn)向角修正值Δδt(步驟140)，并且確定目標(biāo)轉(zhuǎn)向角δt為δt＝δst+Δδt(步驟150)。在這一過(guò)程中，目標(biāo)轉(zhuǎn)向角δt可以基于Mc確定，而不用臨時(shí)目標(biāo)轉(zhuǎn)向角δst。
最后，在步驟160，操作轉(zhuǎn)向角改變裝置24，以便使下轉(zhuǎn)向軸26相對(duì)于上轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使前輪10FL、FR轉(zhuǎn)向到步驟60或150確定的目標(biāo)轉(zhuǎn)向角δt。
雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及其部分修改，但顯然，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)所示實(shí)施例的其他各種修改是可以的，均在本例如，本發(fā)明的控制設(shè)備可以用于前驅(qū)動(dòng)車(chē)輛和四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。作為轉(zhuǎn)向裝置，可使用全線(xiàn)控轉(zhuǎn)向動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。進(jìn)一步地，自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制可以用于使后輪轉(zhuǎn)向。應(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)本發(fā)明的反橫擺力矩的產(chǎn)生可以通過(guò)如在TF-VSC中車(chē)輪上制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力的控制完成。用于本發(fā)明的轉(zhuǎn)向控制的電子控制器可以與用于防抱死控制、TRC或TF-VSC的裝置分別提供。
權(quán)利要求
1.一種用于控制車(chē)輛穩(wěn)定性的設(shè)備，所述車(chē)輛具有車(chē)身、車(chē)輪和能夠獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向操作使車(chē)輪轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向裝置，所述設(shè)備包括估計(jì)各個(gè)車(chē)輪上各自縱向力的部分；計(jì)算左右車(chē)輪之間縱向力差引起的并施加在車(chē)身上的縱向力差引起的橫擺力矩的部分；計(jì)算車(chē)身左右方向上垂直載荷變化引起的并施加在車(chē)身上的垂直載荷變化引起的橫擺力矩的部分；以及轉(zhuǎn)向控制部分，其計(jì)算用于至少部分地抵消縱向力差引起的橫擺力矩的反橫擺力矩，并通過(guò)使車(chē)輪轉(zhuǎn)向來(lái)控制所述轉(zhuǎn)向裝置，以在車(chē)身上施加修正的反橫擺力矩，所述修正的反橫擺力矩通過(guò)消除垂直載荷變化引起的橫擺力矩對(duì)反橫擺力矩的貢獻(xiàn)獲得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述垂直載荷變化引起的橫擺力矩的計(jì)算部分基于車(chē)身的橫向加速度計(jì)算垂直載荷變化引起的橫擺力矩，所述垂直載荷變化引起的橫擺力矩的大小隨橫向加速度的增大而增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)向控制部分基于駕駛員的轉(zhuǎn)向操作量和預(yù)定轉(zhuǎn)向特性計(jì)算轉(zhuǎn)向車(chē)輪的臨時(shí)目標(biāo)轉(zhuǎn)向角；通過(guò)基于所述修正的反橫擺力矩修正臨時(shí)目標(biāo)轉(zhuǎn)向角，計(jì)算轉(zhuǎn)向車(chē)輪的目標(biāo)轉(zhuǎn)向角；通過(guò)所述轉(zhuǎn)向裝置并基于所述目標(biāo)轉(zhuǎn)向角控制轉(zhuǎn)向角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的設(shè)備，其中在假定車(chē)輛在相同路面行駛的情況下，計(jì)算垂直載荷變化引起的橫擺力矩。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新穎的車(chē)輛穩(wěn)定性控制設(shè)備，其通過(guò)自動(dòng)使車(chē)輪轉(zhuǎn)向減少和/或抵消由車(chē)輛左右車(chē)輪之間縱向力不平衡引起的橫擺力矩。所述控制設(shè)備估計(jì)施加在車(chē)身上的縱向力差引起的橫擺力矩和垂直載荷變化引起的橫擺力矩。操作轉(zhuǎn)向裝置以在車(chē)身上施加反橫擺力矩，該反橫擺力矩通過(guò)從由縱向力差引起的橫擺力矩計(jì)算的反橫擺力矩中消除垂直載荷變化引起的橫擺力矩的貢獻(xiàn)而獲得。
文檔編號(hào)G05D1/08GK1663865SQ200510053420
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者淺野憲司 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社