用于控制车辆路线的装置制造方法

用于控制车辆路线的装置制造方法
【专利摘要】为控制车辆(1)的路线，该装置包括用于接收至少一个代表了车辆的参考路线(30)与实际路线之间的一个或多个差异(ΨL，yL)的量的至少一个输入端(43，44)。值得注意的是，该装置(40)包括用于实时产生至少一个转向设定点(δr*)的至少一个输出端(46)，该转向设定点可应用于该车辆(1)的至少一个后车轮，其方式为将所述车辆维持在其参考路线和/或将所述车辆带到其参考路线。
【专利说明】用于控制车辆路线的装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于实时产生对车辆轨迹控制的装置。本发明还涉及一种装备有 这种装置的车辆。

【背景技术】
[0002] 本发明尤其解决的是对主动事故预防的需要。今天，由于意外偏离车道而造成的 事故仍占据显著的事故比例。为了增强乘客安全性，机动车辆设计师已经通过生产更耐冲 击且吸收显著比例的由撞击产生的能量的车辆而改善了被动预防性。主动预防涉及制造出 使得车辆能够估算其动态特性且识别其环境，以便具有反映其情形的风险衡量。于是可以 自动地或与驾驶员一起采取措施以便在缺乏警觉性、睡着、生病或无准备的外部事件（例 如出现疾风或道路很不平）的情况下将车辆保持在其车道中。这就是主动维持轨迹的安全 功能（"车道保持"或"避免偏离车道"）。
[0003] 从现有技术中获知的包括文件US 7236884,该文件披露了用于机动车辆的车道偏 离预防设备。施加了制动力和/或转向控制来控制偏航速度以便在由于道路不平而造成偏 离的情况下使车辆返回至车道的中心。
[0004] 此文件中披露的方法和装置对前车轮的转向加以作用，这对于车辆驾驶员造成了 困扰。驾驶员在感觉上可能在他或她的方向盘上明显感觉到扰动。
[0005] 总体上在现有技术中，主动辅助是经由对前车轮的电动辅助转向或通过对车轮的 差动制动来提供的。在前一种情况下，驾驶员感觉到这种辅助干预了方向盘，这可能是令人 讨厌的或是一个迷惑的来源。在后一种情况下，产生了车辆的不想要的制动并且这个动作 可能被驾驶员错误地理解。而且，这种对制动的动作在时间和其出现方面不一定受限制，换 句话说，减少了要驾驶员同意的可能的制动动作的数目。这种对制动的动作使之不可能想 象正进行的车道保持辅助。
[0006] 针对主动轨迹维持功能实施自动动作的一个重要问题在于与驾驶员共享这种车 辆引导动作。
[0007] 伴随的一个问题是寻找适合于在改变车辆轨迹以防止偏离车道的主动自动动作 与其动作既非已知也不可预知的驾驶员的感觉之间获得良好折中的致动器。


【发明内容】

[0008] 本发明的目的是解决现有技术的这些问题，尤其是在有效性方面，而同时避免可 惜的能量损失。
[0009] 为了实现这个目的，本发明提出不与驾驶员使用同一个致动器以便不干扰他或她 并且避免如制动情况下那样的任何能量和速度的损失。
[0010] 为此，本发明的主题是一种用于控制车辆轨迹的装置，该装置包括用于接收代表 了一条参考轨迹与该车辆的实际轨迹之间的一个或多个偏差的至少一个量的至少一个输 入，其特征在于该装置包括用于实时产生至少一个锁止角设定点的至少一个输出，该至少 一个锁止角设定点可应用于该车辆的至少一个后车轮以便将所述车辆保持在和/或将其 返回至其参考轨迹。
[0011] 特别地，该装置包括：
[0012]-用于实时产生相对于每个偏差以一个离线地量化的比例系数线性地改变的至少 一个稳定化校正值的至少一个模块，以便优化改变该稳定化校正值的方式；
[0013] -至少一个监督模块，该至少一个监督模块被离线地参数化以便产生与该车辆的 运行情况实时地相关联的一个加权系数；以及
[0014] -至少一个设定模块，该至少一个设定模块被设计成通过将所述稳定化校正值乘 以所述加权系数而实时获得所述锁止角设定点。
[0015] 更特别地，所述加权系数根据所述运行情况在一个大于或等于零的之前固定的最 小值与一个小于或等于单位一的之前固定的最大值之间改变。
[0016] 有利地，所述运行情况是通过该车辆的一个车桥的中点与该参考轨迹上的对应点 之间的侧向距离偏差来量化的。
[0017] 具体而言，所述加权系数随着所述侧向距离偏差的绝对值的增大而增长。
[0018] 优选地，该监督模块包括至少一列存储单元，以包含至少一个增益矢量，该至少一 个增益矢量包括至少包含所述一个或多个比例系数的坐标。
[0019] 特别地，该增益矢量被量化的方式为使得一个闭环伺服控制矩阵针对该加权系数 的任何值都包括具有负的实数部分的多个极点，所述闭环伺服控制矩阵包括该车辆的一个 状态趋势矩阵以及该加权系数与一个相互作用矢量以及该增益矢量的乘积。
[0020] 更特别地，该增益矢量包括专用于在利用该增益矢量的时刻该车辆的一个当前速 度的多个值。
[0021] 本发明的主题还有一种用于根据本发明离线产生增益矢量的方法，其中该增益矢 量是借助于一个工具获得的，该工具通过凸优化来检索满足两个负的线性矩阵不等式的一 个未知矩阵和一个未知矢量，这些负的线性矩阵不等式分别针对该加权系数的最小值和最 大值，这样使得该增益矢量由所检索到的未知矢量与所检索到的未知矩阵的倒数的乘积得 到。
[0022] 特别地，该工具设有后车轮锁止角和轨迹偏差的最大容许值的方式为使得该工具 检索与所述这些最大容许值相符的一个未知矢量和一个未知矩阵。
[0023] 有利地，该工具被配置成通过凸优化以将该未知矩阵的迹最小化的方式进行搜 索。
[0024] 本发明的主题还有一种机动车辆，该机动车辆包括至少一个如上文所表征的装 置，该装置用于实时产生关于该车辆的至少一个后车轮的至少一个锁止角设定点。
[0025] 本发明的解决方案提供了以下优点。
[0026] 该车辆的后车轮根据一种闭环控制规律而转动，该闭环控制规律考虑了驾驶员在 方向盘上的动作以及车辆在车道中的位置。
[0027] 该转向后车轮的控制规律允许自动动作与驾驶员动作的同时存在以通过使得驾 驶员解脱出来的方式辅助所述驾驶员将车辆保持在车道的中心、并且在不存在驾驶员动作 的情况下使得能够避免意外的偏离车道。
[0028] 该加权系数构成了实时改变的一个独特调节参数，该调节参数调节该辅助的干预 强度。
[0029] 该闭环控制规律对于该实时变化的调节参数的一个取值范围是稳定的。
[0030] 在该控制规律的设计中考虑了对这些可转向后车轮的致动器的锁止角的限制。
[0031] 该控制规律被优化以确保在朝向车道中心的瞬时方案过程中相对于车辆在车道 上的初始位置具有最小的侧向超调。
[0032] 该控制规律被优化以考虑到要符合的约束而具有最小响应时间。

【专利附图】

【附图说明】
[0033] 通过阅读以下说明并参见附图，其他的特征和优点将变得清楚，在附图中：
[0034] 图1代表可以应用本发明的一种车辆，
[0035] 图2是遵从本发明的一种装置的简图，
[0036] 图3是对车辆的行驶进行建模的一个简图，
[0037] 图4是一个加权系数随着车辆相对于其参考轨迹的位置而变的可能趋势的曲线。

【具体实施方式】
[0038] 如图1中可见，车辆1包括底盘2、两个转向前车轮3和4以及两个转向后车轮5 和6,这些车轮通过一个未展示出的悬挂机构链接到底盘2上。
[0039] 车辆1补充带有一个转向系统7,该转向系统包括被安排在前车轮3与4之间的一 个齿条8、适合于使得前车轮3和4根据从未展示出的可供车辆驾驶员使用的方向盘机械地 或电子地接收的指令地通过齿条8来定向的一个齿条致动器9。
[0040] 该锁止角辅助控制系统10包括一个控制单元11、感测前车轮3和4的锁止角位置 的一个传感器12 (例如定位在致动器9上）、感测这些前车轮的旋转速度而使得有可能确定 车轮的速度V的一个传感器13、感测该车辆的偏摆速度(即，车辆沿着坚直轴线 关于其重心的旋转速度）的一个传感器14、以及感测该车辆重心处的侧向加速度的一个传 感器15。传感器14是例如一个陀螺仪。传感器15总体上对于本发明的运作不是必要的。
[0041] 此外，系统10包括感测后车轮5和6的锁止角的传感器17和18、以及使得有可能 将所述后车轮5和6定向的致动器19和20。然而，一个单一的传感器17和一个单一的致 动器19可能对于检测锁止角和对于后车轮5和6的定向就足够了。这些位置传感器和速 度传感器可以是光学类型的或甚至磁性类型的，例如霍尔效应传感器，在该传感器不旋转 时与固定至一个移动部分上的编码器协作。
[0042] 该控制单元11能以装备有随机存取存储器、只读存储器、中央处理单元和输入/ 输出接口的一个微处理器的形式生产，这些输入/输出接口使得有可能从这些传感器接收 信息并发送指令，尤其是发送给致动器19和20。
[0043] 更具体而言，控制单元11包括控制车辆1的轨迹的一个控制装置40,如在此参照 图2所解释的。
[0044] 在图2所展示的实施例中，控制装置40-方面包括用于接收完全或部分地分别代 表该车辆的一条参考轨迹与实际轨迹之间的偏差β、 1 %、ΨρΚ的输入端41、42、43、44 并且另一方面包括用于产生应用于车辆1的后车轮5、6的一个锁止角设定点δ j的至少 一个输出端46。
[0045] 在进入装置40的结构和运作细节之前，基于图3中的虚线所代表的一条参考轨迹 30来回顾车辆1的行为规律。
[0046] 用自行车模型来开始对车辆1的轨迹30进行追踪分析。如相关【技术领域】中已知 的，该自行车模型将车辆1比拟为一根线状杆，该线状杆经过了该车辆的重心CG并且关于 与该图的平面成直角且经过了重心的一条轴线具有与该车辆相同的惯性矩J、以及与该车 辆相同的质量M。
[0047] 该参考轨迹30在绝对参照系{0a, Xa, Yj中表示出。在每个时刻t,相对于该轨迹 的一个点Ot来识别车辆的位置，这个点构成了一个运动学相对参照系{〇 t，Xt，YJ的原点， 其中轴线Xt与该轨迹在点Ot处相切。轴线X t与该绝对参照系的轴线Xa形成一个角度Wd。 该角度Wd在本发明所述领域一般被称为目标航向角。
[0048] 当车辆在时刻t完美遵循其轨迹时，重心CG与轨迹30的点Ot相合。当重心CG在 与图3的平面中的轴线X t成直角的轴线Yt上偏离时，情况并不是如此。
[0049] 重心CG构成了与车辆相关联的相对参照系{CG，Xa，YaJ的原点，其中轴线X a是 与在该自行车模型中该车辆所关联的这个杆共线的。所关联的相对参照系ICGja^Y aJ与 该运动学相对参照系{〇t，Xt，Yj形成了一个角度Ψρ在车辆根据轨迹30的切线引导的理 想情况下，角度的值为零。否则，角度的非零值构成了轨迹偏离。
[0050] 关于该绝对参考系{0a，Xa，YJ，重心CG以速度V ra移位，该速度的矢量在相关联的 相对参照系l〇t，Xra，Y aJ中表示出并与轴线Xa形成了角度β。于是重心处的速度矢量包 括在轴线Xra上的一个分量V = V〇； · cos β以及在轴线Yra上的一个分量u = Vra · sin β。 速度u对应于横向于车辆的滑移速度。速度V对应于车辆的纵向速度、在无滑移情况下等 于速度Vra。角度β -般被称为偏航角。
[0051] 将回想起，在相关【技术领域】，车辆关于一条与该图的平面成直角的轴线Za的旋转 速度被称为偏摆速度。在以下对本发明的解释的情况下，偏摆速度用字母r表示。由于偏 摆速度是车辆的实际航向角Ψ相对于时间的导数，它用以下公式来定义：

【权利要求】
1. 一种用于控制车辆（1)的轨迹的装置（40)，该装置包括用于接收代表了一条参考轨 迹（30)与该车辆的实际轨迹之间的一个或多个偏离的至少一个量的至少一个输 入（43,44)，其特征在于，该装置包括用于实时产生至少一个锁止角设定点（S j)的至少一 个输出（46)，该至少一个锁止角设定点可应用于该车辆（1)的至少一个后车轮以便将所述 车辆保持在和/或将其返回至其参考轨迹。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置包括： -用于实时产生相对于所接收的每个偏差（WyyJ以一个离线地量化的比例系数（kw， ky)线性地改变的至少一个稳定化校正值（S的至少一个模块（50)，以便优化改变该稳 定化校正值（S。*)的方式； -至少一个监督模块（48)，该至少一个监督模块被离线地参数化以便产生与该车辆 (10)的运行情况实时地相关联的一个加权系数（U); -至少一个设定模块（49)，该至少一个设定模块被设计成通过将所述稳定化校正值 (S。*)乘以所述加权系数（而实时获得所述锁止角设定点（S r*)。
3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加权系数根据所述运行情况在一 个大于或等于零的之前固定的最小值（ymin)与一个小于或等于单位一的之前固定的最大 值（y_)之间改变。
4. 如权利要求2或3之一所述的装置，其特征在于，将所述运行情况通过该车辆的一个 车桥的中点与该参考轨迹（30)上的对应点之间的侧向距离偏差（wj来量化。
5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述加权系数随着所述侧向距离偏差 (wj的绝对值的增大而增长。
6. 如权利要求2至5之一所述的装置（40)，其特征在于，所述生成模块（50)包括用于 包含至少一个增益矢量（K)的至少一列存储单元，该增益矢量包括至少包含所述一个或多 个比例系数（kw，ky)的坐标。
7. 如权利要求3和6所述的装置（40)，其特征在于，该增益矢量（K)被量化的方式为 使得一个闭环伺服控制矩阵（F)针对该加权系数的任何值都包括具有负的实数部分 的多个极点，所述闭环伺服控制矩阵（F)包括该车辆的一个状态趋势矩阵（A)以及该加权 系数（U)与一个相互作用矢量（Br)以及该增益矢量（K)的乘积。
8. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，该增益矢量（K)包括专用于在利用该增益矢 量（K)的时刻该车辆的一个当前速度（v)的多个值。
9. 用于离线产生如权利要求6至8之一所述的增益矢量（K)的方法，其中，该增益矢 量（K)是借助于一个工具获得的，该工具通过凸优化来检索满足两个负的线性矩阵不等式 (LMI)的一个未知矩阵（Q)和一个未知矢量（Y)，这些负的线性矩阵不等式分别针对该加权 系数（U)的最小值（Umin)和最大值（U_)，这样使得该增益矢量（K)由所检索到的未知 矢量（Y)与所检索到的未知矩阵（Q)的倒数的乘积得到。
10. 如权利要求9所述的产生方法，其中，该工具设有后车轮锁止角和轨迹偏差的最大 容许值的方式为使得该工具检索与所述这些最大容许值相符的一个未知矢量（Y)和一个 未知矩阵（Q)。
11. 如权利要求9或10之一所述的产生方法，其中，该工具被配置成通过凸优化以将该 未知矩阵（Q)的迹最小化的方式进行该搜索。
12. -种机动车辆，其特征在于，该机动车辆包括至少一个如权利要求1至8中所示的、 用于实时产生关于该车辆的至少一个后车轮（5,6)的至少一个锁止角设定点（S j)的装 置。
【文档编号】G06K9/00GK104428187SQ201380034800
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年5月2日 优先权日:2012年6月1日
【发明者】N·米诺尤埃纳凯, S·盖冈 申请人:雷诺股份公司