CN104395158B - 预测性车辆稳定性控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制车辆稳定性的方法，其包括以下步骤：从所述车辆获得测得的横摆角速度，基于所述测得的横摆角速度生成预测的横摆角速度，基于所述测得的横摆角速度与所需的横摆角速度之差计算第一误差信号，基于所述预测的横摆角速度与所述所需的横摆角速度之差计算第二误差信号，以及，将选择的所述第一和第二误差信号中的一个发送至横摆控制器以进行稳定性控制。可以通过超前滤波器发送所述测得的横摆角速度来生成所述预测的横摆角速度。

Description

预测性车辆稳定性控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年6月21日提交的美国临时申请第61/662,553序列号的权益，其全部内容以引用的方式并入其公开。
技术领域
本教导涉及车辆稳定性控制，并且更加具体地，涉及使用预测性方法的有效车辆稳定性控制。
背景技术
车辆稳定性系统可以将防抱死制动系统(ABS)和/或电子控制限滑差速器(ELSD)接合以改善车辆的牵引力和稳定性。例如，当车辆试图在拼合摩擦(split-mu)、低-高摩擦路面上加速或爬坡时，可以对ABS和ELSD进行控制，以将更多的驱动转矩发送至驱动轮，从而使车辆可以维持纵向运动，将更多的牵引转矩发送至更高的摩擦轮。然而，在更高的车辆速度下，必须仔细控制横摆(yaw)稳定性，尤其是接近车辆的稳定性极限时，以避免不需要的横摆运动，从而使车辆不会横向偏离驾驶者的预期方向。
一般而言，在稳定性系统中，可以通过将所需的车辆横摆角速度与从车载惯性测量单元(IMU)传感器获得的测得的车辆横摆角速度进行比较来进行横摆控制。可以使用利用所需的车辆操控特性校准的车辆模型来实时计算所需的横摆角速度(yaw rate)。当测得的横摆角速度与所需的横摆角速度不同时，触发横摆控制器以校正横摆角速度并且减小测得的值与所需的值之差。
需要快速的响应时间以实现合适的车辆横摆控制。然而，制动器和传感器的延迟可能会极大地延迟对横摆控制器中输入的校正，因此延迟用于稳定性控制的ABS和/或ELSD的接合和脱开。这种延迟可能会降低车辆横摆控制系统的整体效果。由此，使在接合和脱开车辆稳定性系统时的延迟最小化十分重要。
需要具有快速响应时间以使车辆稳定性系统的反应时间延迟最小化的横摆控制。
发明内容
本教导的一个方面针对控制车辆稳定性的方法。所述方法包括以下步骤：从所述车辆获得测得的横摆角速度，基于所述测得的横摆角速度生成预测的横摆角速度，基于所述测得的横摆角速度与所需的横摆角速度之差计算第一误差信号，基于所述预测的横摆角速度与所需的横摆角速度之差计算第二误差信号，以及将所述第一和第二误差信号中更大的一个发送至横摆控制器以进行稳定性控制。
本教导的另一方面针对控制车辆稳定性的方法。所述方法包括以下步骤：从所述车辆获得测得的横摆角速度，基于所述测得的横摆角速度生成预测的横摆角速度，其中，所述预测的横摆角速度通过超前滤波器发送测得的横摆角速度来获得，基于所述测得的横摆角速度与所需的横摆角速度之差计算第一误差信号，基于所述预测的横摆角速度与所需的横摆角速度之差计算第二误差信号，将所述第一和第二误差信号的所述饱和值中更大的一个发送至横摆控制器，该横摆控制器生成横摆命令，以及将横摆命令发送至防抱死制动系统和电子限滑差速器中的至少一个以进行稳定性控制。
本教导的另一方面针对使用上述方法的车辆稳定性控制系统。
对于本领域中的技术人员而言，当根据附图阅读之后，本教导的各个方面将通过以下对实施例的详细说明而变得显而易见。
附图说明
现在将参考附图通过实例的方式对本发明的实施例进行描述，其中：
图1是根据教导的一方面的含有横摆控制的车辆稳定性系统的示意图；
图2是图示了根据教导的一方面的横摆控制策略的框图；
图3是图示了根据教导的另一方面的横摆控制策略的框图；
图4是根据教导的一方面的使用横摆控制策略的测试结果的示例；
图5是根据教导的一方面的使用横摆控制策略的测试结果的扩展示例；
图6是图示了预测的横摆角速度和测得的横摆角速度的示例。
具体实施方式
现在将详细参考本教导的实施例，这些实施例的示例在本文中进行了描述并且在附图中进行了图示。虽然将结合实施例对概念进行描述，但是要理解，本发明不限于与实施例相关联的具体公开。相反，本发明意在涵盖可以包括在如所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围内的各种替代、修改和等效物。
图1是根据本教导的一方面的可以含有车辆稳定性控制系统的车辆10的示意图。车辆10可以包括发动机11、控制车轮13制动的防抱死制动系统(ABS)12、和电子限滑差速器(ELSD)14。虽然图1示出了ELSD 14设置在后轴中，但是，在不背离本教导的范围的情况下，ELSD 14可以设置在前轴或者在前轴和后轴中。惯性测量单元(IMU)传感器15监测车辆10的横摆角速度并且将其发送至具有横摆控制器18的电子控制单元(ECU)16。ECU 16在横摆控制策略中可以使用测得的横摆角速度，从而使在ECU 16中的横摆控制器18可以将横摆命令信号输出至车辆10部件，诸如但不限于ABS 12和ELSD 14，用于如后面将更加详细描述的稳定性控制。
图2是图示了根据教导的一方面的横摆控制策略20的框图。一般而言，策略20可以将横摆命令提供至车辆10中的一个或多个部件(例如，ABS或ELSD)以控制车辆10中的稳定性控制系统的接合和脱开。车辆10输出测得的横摆角速度rMEAS。注意，在本说明书中互换地使用术语“测得的横摆角速度”和“反馈”，其中，术语“反馈”更加具体地指在已经进行横摆控制之后测得的横摆角速度rMEAS。将测得的横摆角速度rMEAS发送至第一比较器26和超前滤波器28。
第一比较器26将测得的横摆角速度rMEAS与所需的横摆角速度rDES30的模型进行比较。所需的横摆角速度rDES可以近似并且表示为以下等式：
等式(1)
其中，Vx是车辆速度，p是车辆转向角，L是轴距(wheelbase)长度，kUS是车辆转向不足梯度，以及，g是引力常量。第一比较器26将测得的横摆角速度rMEAS与所需的横摆角速度rDES之差作为第一误差信号rerror1输出。
超前滤波器28包括在横摆控制策略20中，以在接收来自车辆10的实际横摆反馈(即，测得的横摆角速度rMEAS的改变)之前预测车辆横摆角速度。超前滤波器28的输出将具有负时移并且引起输入。通过超前滤波器28发送测得的横摆角速度rMEAS，然后超前滤波器28输出预测的横摆角速度rPRED。预测的横摆角速度rPRED为超前滤波器对测得的横摆角速度rMEAS的响应。超前滤波器的特征在于以下转移函数G(s)：
等式(2)
其中，X(s)是输入信号(即，测得的横摆角速度rMEAS)，Y(S)是输出信号，K是滤波器增益，-a是滤波器0，以及，-b是滤波器极点，其中，b大于a。在教导的一方面，a、b和k可以被选择从而使超前滤波器28的输出在等于所需预测时间的时域中具有0db的振幅(即，与输入相同的振幅)和相移。
可以将由超前滤波器28输出的预测的横摆角速度rPRED和由模型30输出的所需的横摆角速度rDES发送至第二比较器32。第二比较器32将预测的横摆角速度rPRED与所需的横摆角速度rDES30之差作为第二误差信号rError2输出。
然后，将第一和第二误差信号rError1、rError2分别发送至倍增器34、36，其中，第一误差信号rError1乘以测得的横摆角速度rMEAS的符号，而第二误差信号rError2乘以rPRED的符号。
在图2中示出的本教导的方面中，控制策略20设计为当车辆过度转向时起作用。为此，将第一和第二误差信号rError1、rError2发送至饱和函数38a、38b，从而仅仅将正误差信号发送至横摆控制器18。如图2所示，如果误差信号rError1、rError2为正，饱和函数38a、38b允许其经过，如果为负，饱和函数38a、38b挡住误差信号rError1、rError2。然后，通过第三比较器42发送两个误差信号rError1、rError2，该第三比较器42输出两个误差信号中最大的一个。然后，最大的误差信号经过死区滤波器44，该死区滤波器44挡住小误差信号使其不能输出至横摆控制器18。当横摆误差低时，死区滤波器44防止车辆10中不需要的稳定性控制接合。由于仅仅正误差信号rError1、rError2到达横摆控制器18(因为饱和函数38a、38b阻止负误差信号经过)，所以，图2中的控制策略仅仅在过度转向状态期间起作用。
在图3中示出了控制策略20的变型。该控制策略20在过度转向和转向不足状态期间均可以起作用。对于过度转向状态，图3中的控制策略20与图2中的控制策略20的工作方式一样，其中，饱和函数38a、38b仅仅允许正误差信号经过并且第三比较器42输出两个误差信号中最大的一个。对于转向不足状态，还可以通过附加的饱和函数45a、45b发送两个误差信号rError1、rError2，如果两个误差信号rError1、rError2为负，该附加的饱和函数45a、45b允许其经过，如果为正，该附加的饱和函数45a、45b挡住它们不允许经过。然后，将负误差信号rError1、rError2发送至第四比较器46，该第四比较器46输出两个误差信号中最小的一个。两个死区滤波器44a、44b接收比较器42、46的输出以当横摆误差低时防止不需要的稳定性控制策略20的接合。在该变型中，正和负信号均能到达横摆控制器18，从而，如果误差大到足以通过各个死区滤波器44a、44b，那么控制策略20在过度转向和转向不足状态期间均起作用。
在上面所描述的两个实施例中，横摆控制器18通过将横摆命令输出至车辆10来响应从死区滤波器44输出的误差信号。在教导的一方面中，可以通过一组级联比例-积分-微分控制器(PID)来实施横摆控制器18。在一个示例中，第一PID响应于横摆误差生成离合器转矩命令。然后，使用为车辆10的特定应用而调谐的模型可以将离合器转矩命令转换为所需的离合器压力。然后，可以将所需的离合器压力与实际的离合器压力进行比较，并且所需的与实际的离合器压力之差可以用于生成用于车辆10离合器的控制阀、发动机或泵的命令(例如，脉冲宽度调制(PWM)电压命令)，以建立用于离合器接合的离合器压力。例如，PWM命令可以与发送至阀门、发动机或泵的控制电流成比例。如果ABS系统用于稳定性控制，那么，相似的过程可以用于生成制动转矩命令取代离合器转矩命令。无论车辆10如何使用横摆控制器18输出，由横摆控制器18输出的横摆命令被发送至车辆10(例如，离合器、差分器、制动系统等)中的可以操作以稳定车辆10的部件。
通过使用两个误差信号中更大的一个，将会由于超前滤波器的负相移，而更快速地触发车辆10中的稳定性控制的接合。由于源误差信号滞后于超前滤波器28的输出，所以，横摆控制在第一横摆角速度误差rError1(其从测得的横摆角速度rMEAS计算得到)下降到低于死区滤波器44阈值时终止。更加具体地，估计横摆角速度rDES、使测得的横摆角速度rMEAS及时向后移动、基于预测的横摆角速度和测得的横摆角速度计算误差信号、以及仅仅基于误差信号的极限值(最大或最小的误差信号)操作横摆控制器18，使横摆控制器18甚至在其接收到有关测得的横摆角速度的信息之前对预测的横摆角速度做出反应，从而提供快速的稳定性控制。同样，由于预测的横摆角速度接近测得的横摆角速度，所以，测得的横摆角速度的时移将使第二误差信号rError2比第一误差信号rError1更加快速地衰变，从而使横摆控制器18对rError1做出反应。因此，控制策略20在维持源控制终止点的同时减少了接合时间。通过减少接合时间，改善了稳定性控制器的整体效果。通过利用超前滤波器反馈结合实时反馈，可以大大地减少稳定性系统接合时间。
图4图示了在使用上面所描述的横摆控制策略20在双车道变化测试期间获得的样本测试结果。对于比较，测试结果示出了横摆角速度(度/秒)和横摆命令(PWM命令的百分比工作周期)。该表示出了在无任何有效稳定性控制、有稳定性控制但是无超前滤波器、以及具有起作用的超前滤波器的稳定性控制的情况下的测试结果。图5图示了在7.5秒至9.5秒的时间范围内在图4中的相同结果以更加详细地示出测试结果之间的差异。
对于图示的样本测试，将超前滤波器28调谐以提前测得的横摆角速度100ms来预测车辆的横摆角速度。这直接使接合时间减少100ms。在测试结果中，当与正常的反馈策略相比(具有超前滤波器28时每秒减少10.7度对比不具超前滤波器28时每秒减少9.1度)时，使用超前滤波器28的横摆控制策略20可以提供17％的峰值横摆阻尼改善。因此，上面所描述的控制策略20更加快速地减小了横摆角速度并且减少至大于当前已知的策略的度数，使其在维持车辆稳定性方面更加有效。图6图示了与实际测得的横摆角速度相比的由超前滤波器28输出的预测的横摆角速度的一个示例。如图6中可见，由超前滤波器28输出的预测的横摆角速度非常接近实际测得的横摆角速度。
要理解，上面的教导本质上仅仅是示例性的，并且不意在限制本教导、其应用或使用。虽然具体示例已经在本说明书中进行了描述并且在附图中进行了图示，但是，本领域中的技术人员要理解，在不背离如权利要求书所定义的本教导的范围的情况下，可以做出各种改变并且可以使用等效物替代其元件。此外，在本文中明确考虑了在各种示例之间的特征、元件和/或功能的混合和匹配，因此，本领域中的普通技术人员将从本公开中理解到，除非上面另有说明，否则一个示例的特征、元件和/或功能若合适可以并入另一示例中。而且，在不背离其本质范围的情况下，可以做出多种修改以适用本公开的教导的特定情况或材料。因此，本教导意在不限于由附图图示的并且在说明书中作为目前考虑实行本公开的教导的最佳模式来描述的特定示例，相反，本公开的范围包括落入上述说明书和所附权利要求书内的任何实施例。

Claims (19)

1.一种控制车辆稳定性的方法，其包括：
从所述车辆获得测得的横摆角速度；
生成预测的横摆角速度，其中所述预测的横摆角速度是超前滤波器的输出，所述超前滤波器被配置以基于所述测得的横摆角速度确定所述预测的横摆角速度；
基于所述测得的横摆角速度与所需的横摆角速度之差计算第一误差信号；
基于所述预测的横摆角速度与所述所需横摆角速度之差计算第二误差信号；以及
将选择的所述第一和第二误差信号中的一个发送至横摆控制器以进行稳定性控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述超前滤波器发送所述测得的横摆角速度来生成所述预测的横摆角速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发送步骤包括：将所述第一和第二误差信号中最大的一个发送至所述横摆控制器以在过度转向状态期间进行稳定性控制。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述发送步骤进一步包括：将所述第一和第二误差信号中最小的一个发送至所述横摆控制器以在转向不足状态期间进行稳定性控制。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在将所述选择的所述第一和第二误差信号中的一个发送至所述横摆控制器之前，计算所述第一和第二误差信号中的至少一个的饱和值。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在将所述选择的所述第一和第二误差信号中的一个发送至所述横摆控制器之前，通过死区滤波器发送所述选择的所述第一和第二误差信号中的一个。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述横摆控制器将横摆命令发送至防抱死制动系统和电子限滑差速器中的至少一个以进行稳定性控制。
8.一种控制车辆稳定性的方法，其包括：
从所述车辆获得测得的横摆角速度；
生成预测的横摆角速度，其中所述预测的横摆角速度是超前滤波器的输出，所述超前滤波器被配置以基于测得的横摆角速度确定所述预测的横摆角速度；
基于所述测得的横摆角速度与所需横摆角速度之差计算第一误差信号；
基于所述预测的横摆角速度与所述所需横摆角速度之差计算第二误差信号；
将选择的所述第一误差信号和第二误差信号的饱和值的其中一个发送至横摆控制器，该横摆控制器生成横摆命令；以及
将所述横摆命令输出至防抱死制动系统和电子限滑差速器中的至少一个以进行稳定性控制。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述发送步骤包括：将所述第一和第二误差信号的所述饱和值中最大的一个发送至所述横摆控制器以在过度转向状态期间进行稳定性控制。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述发送步骤进一步包括：将所述第一和第二误差信号的所述饱和值中最小的一个发送至所述横摆控制器以在转向不足状态期间进行稳定性控制。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述发送步骤包括：将所述第一和第二误差信号的所述饱和值中最小的一个发送至所述横摆控制器以在转向不足状态期间进行稳定性控制。
12.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：在将所述第一和第二误差信号中更大的一个发送至所述横摆控制器之前，通过死区滤波器发送所述第一和第二误差信号的所述饱和值的所述其中一个。
13.一种车辆稳定性控制系统，其包括：
电子限滑差速器；
含有横摆控制器并且实行横摆控制策略的电子控制单元(ECU)，其中，所述横摆控制器将横摆命令输出至电子限滑差速器以进行稳定性控制，其中所述横摆控制策略包括从所述车辆获得测得的横摆角速度；
生成预测的横摆角速度，其中所述预测的横摆角速度是超前滤波器的输出，所述超前滤波器被配置为基于所述测得的横摆角速度确定所述预测的横摆角速度；
基于所述测得的横摆角速度与所需的横摆角速度之差计算第一误差信号；
基于所述预测的横摆角速度与所述所需横摆角速度之差计算第二误差信号；以及
将选择的所述第一和第二误差信号中的一个发送至所述横摆控制器以进行稳定性控制。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述电子控制单元通过所述超前滤波器发送所述测得的横摆角速度来生成所述预测的横摆角速度。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述电子控制单元将所述第一和第二误差信号中最大的一个发送至所述横摆控制器以在过度转向状态期间进行稳定性控制。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述电子控制单元还将所述第一和第二误差信号中最小的一个发送至所述横摆控制器以在转向不足状态期间进行稳定性控制。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述电子控制单元将所述第一和第二误差信号中最小的一个发送至所述横摆控制器以在转向不足状态期间进行稳定性控制。
18.根据权利要求13所述的系统，所述选择的所述第一和第二误差信号中的一个被发送至所述横摆控制器之前所述选择的所述第一和第二误差信号中的一个被通过死区滤波器发送。
19.根据权利要求13所述的系统，其进一步包括防抱死制动系统，其中，所述横摆控制器将所述横摆命令发送至所述防抱死制动系统用于稳定性控制。
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