用于基于车辆状态提供辅助扭矩的系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于基于车辆状态提供辅助扭矩的系统。控制系统包括控制算法模块和舒适性限制模块。控制算法模块基于目标车辆状态和估计车辆状态计算校正转向扭矩。舒适性限制模块接收方向盘扭矩。舒适性限制模块基于校正转向扭矩和方向盘扭矩计算限制校正转向扭矩。限制校正转向扭矩表示由控制系统提供的允许量的辅助扭矩。
【专利说明】用于基于车辆状态提供辅助扭矩的系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于提供辅助扭矩的系统，并且具体涉及一种用于提供基于目标 车辆状态和估计车辆状态的辅助扭矩的系统。
【背景技术】
[0002] 多种方法可用来辅助车辆维持在行驶车道内的中间位置。一种这样的方法总体上 称为车道保持系统，其包括收集关于车辆在行驶车道内的位置的信息的照相机。例如，在一 种方法中，车道保持系统可以计算校正转向扭矩，其是目标车道保持位置与车辆在行驶车 道内的估计位置之间的误差的函数。校正转向扭矩与提供给方向盘的转向辅助扭矩叠加。
[0003] 计算校正转向扭矩的当前方法会有若干限制。例如，根据驾驶员施加到方向盘的 扭矩和转向辅助扭矩的量，施加校正转向扭矩可能导致方向盘的欠校正或过校正。因此，可 以提供传感器或指令开关用于检测驾驶员的手是否放在方向盘上。然而，驾驶员往往在方 向盘上具有不同的抓握程度。
[0004] 另一个限制是在确定可以施加到方向盘的校正转向扭矩的适当限值方面具有挑 战。例如，如果校正转向扭矩施加到辅助算法的输入端，那么可能发生性能改变。如果校正 转向扭矩施加到辅助算法的输出端，那么在方向盘扭矩方面的改变可能难以预测。结果，可 能超过校正转向扭矩限值。并且，持续地施加校正转向扭矩可能负面地影响方向盘的整体 转向感。这是因为即使当驾驶员通过操纵转向时，也通常施加校正转向扭矩。
【发明内容】
[0005] 在一个实施例中，提供了一种用于提供辅助扭矩的控制系统。该控制系统包括控 制算法模块和舒适性限制模块。控制算法模块基于目标车辆状态和估计车辆状态计算校正 转向扭矩。舒适性限制模块接收方向盘扭矩。舒适性限制模块基于校正转向扭矩和方向盘 扭矩计算限制校正转向扭矩。限制校正转向扭矩表示由控制系统提供的允许量的辅助扭 矩。
[0006] 在另一个实施例中，提供了一种用于提供辅助扭矩的控制系统。该控制系统包括 控制算法模块和协调限制模块。控制算法模块基于目标车辆状态和估计车辆状态计算校正 转向扭矩。协调限制模块确定协调扭矩，协调扭矩表示相对于限制校正转向扭矩的方向的 校正转向扭矩和转向辅助扭矩中的一个的较大值。
[0007] 在又一个实施例中，提供了一种用于提供辅助扭矩的控制系统。该控制系统包括 控制算法模块、舒适性限制模块和协调限制模块。控制算法模块基于目标车辆状态和估计 车辆状态计算校正转向扭矩。舒适性限制模块接收方向盘扭矩。舒适性限制模块基于校正 转向扭矩和方向盘扭矩计算限制校正转向扭矩。限制校正转向扭矩表示由控制系统提供的 允许量的辅助扭矩。协调限制模块确定协调扭矩。协调扭矩表示相对于限制校正转向扭矩 的方向的限制校正转向扭矩和转向辅助扭矩中的一个的较大值。
[0008] 从下面结合附图的描述，这些和其他优点及特征将变得更加显然。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 视为本发明的主题在说明书所附的权利要求书中被特别指出并且确切地声明。从 下面结合附图的详细描述，本发明的前述和其他特征和优点是显然的，其中： 图1为描绘在具有车道标记的车道中的车辆的视图； 图2为图1中的车辆的示意图，该车辆具有用于提供辅助扭矩的示例性系统； 图3为示出图2所示的转向控制模块的方框图； 图4为根据本发明的一个方面的用于确定限制校正转向扭矩的方法的示例性视图；以 及 图5A-图?为示出根据本发明另一个方面的车辆的各种运行情况的示例性曲线图。
【具体实施方式】
[0010] 现在参考图1，其中将参考具体实施例描述本发明，而不限制本发明，图1示出了 车辆10的示例性示意图。车辆10在车道12内行驶。车道12在车道12的左手侧和右手 侧包括车道标记14。车道12包括车道中心20 (车道中心是计算的值，由于对于车道中心 20没有车道标记)并且车辆10包括车辆中心线22。车辆10的横向位置Λ y示出了车道中 心20与车辆10的重心C之间相对于车道12的偏移。在车辆中心线22与最靠近重心C的 车道中心线之间测量方位角Φ。
[0011] 现在转到图2,车辆10包括转向系统30。转向系统30包括联接到转向轴36的方 向盘34。转向系统30是电动助力转向（EPS)系统，其还包括转向辅助单元38,转向辅助单 元38联接到转向系统30的转向轴36并且联接到车辆10的转向横拉杆40、42。转向辅助 单元38例如包括可以通过转向轴36联接到转向致动器马达和传动装置的齿条齿轮转向机 构(未示出）。在运行期间，当方向盘34由车辆操作者转动时，转向辅助单元38的马达提供 辅助以使转向横拉杆40、42运动，它们继而分别使分别联接到车辆10的道路车轮48、50的 转向节44、46运动。
[0012] 如图2所示，车辆10还包括各种传感器，其检测和测量转向系统30和/或车辆 10的可观察情况。在一个示例中，提供了扭矩传感器50、车速传感器52以及转向角传感器 56。转向控制模块60基于来自传感器和包括在车辆10中的其他系统的一个或多个信号， 来控制转向系统30的运行。在如图2所示的示例性实施例中，示出了一体式照相机和处理 器62。在一个实施例中，照相机和处理器62可以是车道保持系统的一部分。在检测到相对 于车道标记14 (如图1所示）的路径偏差的情况下，车道保持系统生成用于校正输入的反 馈到方向盘34中。照相机和处理器62可以基于由照相机检测的车道标记14,来计算车辆 10相对于车道12的相对横向位置Λ (如图1所示）和车辆10相对于车道12的向前 估计方位角(如图1所示)。照相机和处理器62与转向控制模块60通信。转向控 制模块60接收相对横向位置Λ yc_ra和向前估计方位角作为输入。
[0013] 应该注意，虽然讨论了作为车道保持系统的一部分的照相机和处理器62,但是也 可以使用其他方法来确定相对横向位置Λ 和向前估计方位角(例如传感器， 比如加速计)。还应该注意，虽然照相机和处理器62示出为车道保持系统的一部分，但是照 相机和处理器62也可以与其他类型的车辆响应控制系统比如例如稳定性控制系统一起使 用。
[0014] 图3为使转向辅助扭矩与驾驶员对方向盘34 (如图2所示）的输入协调的方法的 示例性方框图。图3示出了与照相机和处理器62通信的转向控制模块60。照相机和处理 器62检测车道标记14 (在图1中示出）的位置，并且基于标记的位置κ确定相对横向位置 Λ yc_ra。相对横向位置Λ 可以在照相机的观察距离处估计，观察距离可以处在车辆 10前方大约6至大约30米的范围内。在一个实施例中，照相机和处理器62可以包括处理 装置70,以估计在车辆10的重心处的相对横向位置Λ yest。照相机和处理器62还包括控 制逻辑，用于参考车道的方位角确定向前估计方位角。向前估计方位角 也可以在照相机的观察距离处估计，观察距离可以处在车辆10前方大约6米至大约30米 的范围内。在一个实施例中，照相机和处理器62也可以包括处理装置70,以估计在车辆10 的重心处的向前估计方位角Φ&。
[0015] 图3还不出了由方框64和66表不的车辆。方框64表不车辆10响应于转向输入 和外力的横摆率Φ'和横向速度v y特性。外力的一些示例包括但不限于风和路面。车辆 10的纵向速度vx也被认为是车辆模块的输出并且被认为对于转向控制模块60是可获得 的。方框66表示车辆坐标系和全局坐标系之间的坐标转换，以确定车辆在全局坐标系中的 方位角Φ和横向位置Λ y。
[0016] 继续参考图3,数据流程图示出了图2的转向控制模块60的示例性实施例，转向 控制模块60用来控制图2的转向系统30。在各种实施例中，转向控制模块60可以包括一 个或多个子模块和数据存储器。当在本文中使用时，术语模块和子模块是指专用集成电路 (ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或成组的)、以及执行一个或多个软件或固件程 序的存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述的功能性的其他合适部件。如可以认识到的 那样，图3所示的子模块可以组合和/或进一步分隔。对控制模块60的输入可以从照相机 和处理器60生成，可以从其他控制模块(未示出）接收、建模、预定义。
[0017] 在如图所示的示例性实施例中，转向控制模块60包括估计模块70、警报模块72、 车道驱动辅助模块76、控制算法模块78、舒适性限制模块80、协调限制模块82、辅助模块84 和求和结点88。然而，可以理解，可以省略转向控制模块60的各个模块中的一些，或者在 各个实施例中可以增加其他模块。除了向前估计方位角〇。_"和相对横向位置Λ 7。_?之 夕卜，驾驶员生成的方向盘扭矩Thw也输入到转向控制模块60。
[0018] 方向盘扭矩Thw表示由驾驶员生成以控制车辆响应的指令。方向盘扭矩的一个分 量表示驾驶员当对车辆相对于车道的响应反应时将施加到方向盘34 (图2)的扭矩的量。 然而，驾驶员也可以产生不与车辆相对于车道的响应相关的方向盘扭矩Thw。这些包括但不 限于驾驶绕过障碍物、车道改变以及从出口出去和调头。
[0019] 估计模块70可以执行对于相对有效的车辆控制可能需要的信号调理和坐标系 转换。在如图所示的实施例中，估计模块70基于向前估计方位角、相对横向位置 Λ y_CTa、其他车辆参数举例而言例如车辆1〇 (图2)的速度以及方向盘34 (图2)的转向 角，估计车辆在其重心处的状态。具体而言，估计模块70可以至少确定车辆10的估计方位 角Φ&和车辆10的估计横向位置Λ yest。估计方位角Φ&和估计横向位置Λ yest是相对 于车道12 (如图1所示）的。
[0020] 车道行驶辅助模块76从估计模块70接收车辆状态作为输入。具体而言，在如图 所示的实施例中，车道行驶辅助模块70接收车辆10的估计方位角Φ&和车辆10的估计 横向位置Λ yest。车道行驶辅助模块76确定车辆10相对于车道标记14 (如图1所示）的 目标车辆状态(例如，目标方位角和目标横向位置Aytogrt)。同样也可以由车道行驶 辅助模块76使用另外的信号，例如横摆率、方位角Φ或横向加速度，来确定目标车速。
[0021] 提供了结点96,其接收来自估计模块70和车道行驶辅助模块76的输出。结点96 与警报模块72及控制算法模块78通信。结点96确定来自车道行驶辅助模块76的目标车 辆状态（目标方位角和目标横向位置Λ ytogrt)与来自估计模块70的估计车辆状态 (向前估计方位角Φ&和估计横向位置Λ yes)之间的误差。在一个实施例中，如果目标车 辆状态与估计车辆状态之间的误差超过阈值，那么警报模块72可以激活警告。警告例如可 以是在车辆显示器(未示出)上提供消息的视觉指示或闪光灯。替代地，在另一个示例中，警 告可以是触觉指示，举例而言，例如驾驶员的座椅(未示出）中的振动。在又一个示例中，警 报模块72也可以生成可选转向指令(例如经由求和结点88)，以对驾驶员发出已经达到车 道保持系统的车道偏离阈值的警报。转向指令可以例如是到方向盘34的扭矩振动或轻微 扭矩脉冲。
[0022] 控制算法模块78接收来自车道行驶辅助模块76的目标车辆状态与来自估计模块 70的估计车辆状态之间的误差作为输入，并且基于该误差确定校正转向扭矩T lk。校正转向 扭矩Tlk表示在检测到相对于车道标记14 (如图1所示）的路径偏差的情况下由车道保持 系统提供的扭矩量。
[0023] 舒适性限制模块80接收来自控制算法模块78的校正转向扭矩Tlk和在方向盘34 (图2)上施加的方向盘扭矩T hw作为输入，并且确定限制校正转向扭矩Tlklim。限制校正转向 扭矩Tlklim表示可以由车道保持系统提供给方向盘34的辅助扭矩量的舒适性限值。舒适性 限值表示在由车道保持系统执行校正动作期间可以适当地提供给方向盘34的辅助扭矩的 允许量。在一个示例中，由车道保持系统执行的校正动作是由车道保持系统提供的以将车 辆10保持在如图1所示的车道标记14内的转向辅助扭矩。
[0024] 现在转到图4,示出了计算限制校正转向扭矩TlkliD1的示例性方法。在如图所示的 实施例中，将方向盘扭矩T hw输入到表100中。表100使用方向盘扭矩Thw作为输入，并且确 定允许方向盘扭矩偏差Λ Thw。在一种方法中，允许方向盘扭矩偏差Λ Thw可以是基于方向 盘扭矩Thw的。允许方向盘扭矩偏差Λ Thw同样也可以是基于其他因素的，举例而言，例如 车速、横向加速度或两者的组合。在另一个实施例中，可以替代地使用允许方向盘扭矩偏差 Λ Thw的预定值。例如在一种方法中，允许方向盘扭矩偏差Λ Thw可以包括大约+/-3 N/m的 范围。
[0025] 将允许方向盘扭矩偏差Λ Thw发送至求和结点102和另一个结点104。求和结点 102将允许方向盘扭矩偏差AThw和方向盘扭矩T hw相加，以获得方向盘扭矩的上限值Thwmax。 结点104从方向盘扭矩Thw减去允许方向盘扭矩偏差Λ Thw以获得方向盘扭矩的下限值 Thwmin。将方向盘扭矩的上限值Thwmax发送至查找表110。查找表110确定校正转向扭矩的上 限值T lkmax。校正转向扭矩的上限值Tlkmax表示可以由车道保持系统施加到方向盘34 (如图 2所示)的辅助扭矩的上限值或最大量。也将方向盘扭矩的下限值Thwmin发送至查找表112。 查找表112确定校正转向扭矩的下限值T lkmin。校正转向扭矩的下限值Tlkmin表示可以由车 道保持系统施加到方向盘34的辅助扭矩的下限值或最小量。查找表110和112可以是存 储在辅助模块84 (图3)中的实际辅助表的复本。辅助模块84接收由驾驶员施加的方向盘 扭矩Thw作为输入，方向盘扭矩Thw表不基本电动助力转向控制，其静态辅助是重要的一部 分。辅助模块84确定转向辅助扭矩T。。转向辅助扭矩T。表示响应于由驾驶员施加的方向 盘扭矩T hw生成的辅助扭矩的量。转向辅助扭矩T。也输入到协调限制模块82。
[0026] 将校正转向扭矩的上限值Tlkmax、方向盘扭矩的下限值Thwmin、以及来自控制算法模 块78的校正转向扭矩T lk输入到限制函数114中，限制函数114使用方向盘扭矩的下限值 Thwmin (用于最小）和校正转向扭矩的上限值Tlkmax (用于最大）的饱和值。限制函数114输 出限制校正转向扭矩Tlklim。限制校正转向扭矩Tlklim是不超过校正转向扭矩的上限值T lkmax 也不小于校正转向扭矩的下限值Tlkmin的校正转向扭矩值。如图4所示的方法确保了最宽 范围的指令可以用于校正转向扭矩T lkmin。
[0027] 回到图3,将限制校正转向扭矩Tlklim发送至协调限制模块82。虽然图3示出了校 正转向扭矩T lklim被输入到协调限制模块82中，但是可以理解，在各个实施例中，可以省略 舒适性限制模块80,并且替代地协调限制模块82接收来自控制算法模块78的校正转向扭 矩T lk作为输入。
[0028] 协调限制模块82确定协调扭矩TraOT，其表示当驾驶员和车道保持控制算法同时有 效时的合适值。协调扭矩表不相对于限制校正转向扭矩T lklim的方向或符号的限制校 正转向扭矩Tlklim或转向辅助扭矩T。的较大值。在一个实施例中，协调扭矩T raOT可以由下 面的等式表达：
【权利要求】
1. 一种用于提供辅助扭矩的控制系统，包括： 控制算法模块，基于目标车辆状态和估计车辆状态计算校正转向扭矩；和 接收方向盘扭矩的舒适性限制模块，所述舒适性限制模块基于所述校正转向扭矩和所 述方向盘扭矩计算限制校正转向扭矩，所述限制转向扭矩表示由所述控制系统提供的允许 量的辅助扭矩。
2. 如权利要求1所述的控制系统，其中所述舒适性限制模块基于所述方向盘扭矩确定 允许方向盘扭矩偏差。
3. 如权利要求2所述的控制系统，其中所述允许方向盘扭矩偏差用来确定校正转向扭 矩的上限值和校正转向扭矩的下限值，其中所述校正转向扭矩的上限值是基于上限值辅助 表计算的，并且所述校正转向扭矩的下限值是基于下限值辅助表计算的。
4. 如权利要求1所述的控制系统，包括用于确定所述目标车辆状态的车道行驶辅助模 块，并且其中所述目标车辆状态包括目标方位角Φ 和目标横向位置Λ ytogrt。
5. 如权利要求1所述的控制系统，包括用于确定协调扭矩的协调限制模块，其中所述 协调扭矩表示相对于所述限制校正转向扭矩的方向的所述限制校正转向扭矩和转向辅助 扭矩中的一个的较大值。
6. 如权利要求5所述的控制系统，其中所述协调扭矩由下面的等式表达：
其中，Tlklim是限制校正转向扭矩并且T。是转向辅助扭矩，并且其中对于Tlklim & 0， sign(Tlklim) = 1;对于（Tlklim)〈0，sign(Tlklim) =-1。
7. 如权利要求5所述的控制系统，其中总扭矩量通过将所述转向辅助扭矩和所述协调 扭矩加在一起来确定。
8. 如权利要求1所述的控制系统，包括计算估计方位角和相对横向位置的估计模块， 其中车辆的所述估计方位角和所述相对横向位置是基于车辆相对于车道的位置的。
9. 如权利要求8所述的控制系统，包括车道保持系统，该车道保持系统包括与所述估 计模块通信的照相机和处理器。
10. -种用于提供辅助扭矩的控制系统，包括： 控制算法模块，基于目标车辆状态和估计车辆状态计算校正转向扭矩；和 接收转向辅助扭矩的协调限制模块，所述协调限制模块用于确定协调扭矩，所述协调 扭矩表示相对于所述限制校正转向扭矩的方向的所述校正转向扭矩和所述转向辅助扭矩 中的一个的较大值。
11. 如权利要求10所述的控制系统，其中所述协调扭矩由下面的等式表达：
其中，Tlk是校正转向扭矩并且T。是转向辅助扭矩，并且其中对于Tlk 10，sign (Tlk) =1;对于 Tlk〈0，sign(Tlk) = -1。
12. 如权利要求10所述的控制系统，包括接收方向盘扭矩的舒适性限制模块，所述舒 适性限制模块基于所述校正转向扭矩和所述方向盘扭矩计算限制校正转向扭矩，所述限制 转向扭矩表示由所述控制系统提供的允许量的校正转向扭矩。
13. 如权利要求12所述的控制系统，其中所述舒适性限制模块基于所述方向盘扭矩确 定允许方向盘扭矩偏差。
14. 如权利要求13所述的控制系统，其中所述允许方向盘扭矩偏差用来确定校正转向 扭矩的上限值和校正转向扭矩的下限值，其中所述校正转向扭矩的上限值是基于上限值辅 助表计算的，并且所述校正转向扭矩的下限值是基于下限值辅助表计算的。
15. 如权利要求14所述的控制系统，包括用于确定所述目标车辆状态的车道行驶辅助 模块，并且其中所述目标车辆状态包括目标方位角Φ 和目标横向位置Λ ytogrt。
【文档编号】B60W40/00GK104044586SQ201410089167
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2013年3月12日
【发明者】A.钱迪 申请人:操纵技术Ip控股公司