转向控制系统的制作方法

1.本公开涉及一种用于车辆的转向控制系统、一种包括这种转向控制系统的车辆以及一种用于操作这种用于车辆的转向控制系统的方法。


背景技术：

2.由于车辆运动和/或环境影响，布置在车辆中的传感器在测量例如车辆位置、朝向、加速度和速度信号时通常会产生噪声。这可能影响具有自主驾驶功能的车辆的平滑的方向盘运动。通常，这种车辆的方向盘表现得很紧张以便将车辆保持在期望的路径内，相比之下，熟练的人类驾驶员能够以平滑的转向动作控制车辆。
3.因此，在路径跟踪精度和紧张的方向盘活动之间进行折衷是具有挑战性的。不平滑的方向盘运动也可能使得人类驾驶员和/或乘客不必要地焦虑。此外，需要巨大的努力和成本来校准多个自主客户功能所使用的路径控制功能。


技术实现要素：

4.可能需要提供一种改进的转向控制系统，其便于更精确和平滑的转向动作。
5.该问题由本公开的独立权利要求的主题解决，其中其他实施例被包含在从属权利要求中。应当注意，以下描述的本公开的各方面适于用于车辆的转向控制系统、包括这种转向控制系统的车辆以及用于操作这种用于车辆的转向控制系统的方法。
6.根据本公开，提供了一种用于车辆的转向控制系统。转向控制系统包括频率滤波单元、第一控制单元和第二控制单元。频率滤波单元包括高通滤波器和低通滤波器。频率滤波单元被配置为接收对转向角的请求，并将该请求滤波成经低通滤波的请求和经高通滤波的请求。第一控制单元被配置为基于经低通滤波的请求确定第一控制扭矩。第二控制单元被配置为基于经高通滤波的请求确定第二控制扭矩。第一控制单元不同于第二控制单元。
7.根据本公开的转向控制系统允许车辆的平滑且更精确的转向动作。通过将对转向运动的请求分离成经低通滤波的请求和经高通滤波的请求，可以更有效地处理该请求，并且可以在没有任何高频成分的情况下执行转向动作，高频成分会导致转向控制系统和/或车辆的紧张行为。此外，使用两个不同的控制单元使得能够改善对期望路径的控制以及用快速响应扭矩控制来捕捉快速变化的转向请求。此外，可以减少针对转向动作的调谐工作和校准工作。
8.频率滤波单元可以被配置为执行信号处理，诸如对转向角的请求。通常，车辆包括各种传感器以实时检测车辆的运行状态，诸如车辆的位置、方向和/或速度。然而，这种测量可能包括环境噪声，环境噪声可能影响转向角的确定并导致转向控制系统和/或车辆的紧张行为。由于传统系统仅包括用于使车辆转向的单个控制系统，因此对转向角的请求可能无法准确实施和/或可能无法避免紧张行为。
9.相比之下，根据本公开，一旦车辆的路径控制系统识别出改变车辆的行驶方向的要求或者接收到执行转向动作的请求，就可以将要求或请求发送到频率滤波单元。响应于
该要求或请求，频率滤波单元可以通过高通滤波器和低通滤波器将其滤波成经高通滤波的请求和经低通滤波的请求。高通滤波器可以允许请求的高频通过而请求的低频衰减，并且低通滤波器可以允许请求的低频通过而请求的高频衰减。
10.第一控制单元可以接收经低通滤波的请求，并确定第一控制扭矩。因此，第一控制单元可以被适配为针对经低通滤波的请求计算可靠的控制扭矩。此外，第二控制单元可以接收经高通滤波的请求，并确定第二控制扭矩。因此，第二控制单元可以被适配为针对经高通滤波的请求计算可靠的控制扭矩。相应地，由于要处理的不同请求具有不同的特点，因此第一控制单元和第二控制单元可能不是相同的。
11.第一控制单元和第二控制单元不仅可以在物理上不同地布置，例如通过转向控制系统中的单独布置，而且还可以通过不同的方式来处理接收到的请求。例如，第一控制单元可以包括转向角控制器，第二控制单元可以包括扭矩引导控制，反之亦然。
12.在一个实施例中，第一控制单元是转向角控制器。转向角控制器被配置为接收经低通滤波的请求，并将转向扭矩确定为第一控制扭矩。转向角的经低通滤波的请求可以从频率滤波单元传递到转向角控制器。转向角控制器可以检测当前的转向角，并基于期望的行驶路径和/或路径控制系统的信息来确定例如耦接到车辆的前轴转向系统的车轮的合适的转向扭矩。
13.在一个实施例中，转向控制系统还包括转向致动器，转向致动器配置为接收由转向角控制器确定的转向扭矩，并使车辆的车轮转向。由转向角控制器确定的转向扭矩可以被传递到转向致动器，转向致动器可以将电气地规定的转向扭矩的信号转换成与可转向车轴耦接的车轮的转向角的机械调节。可转向车轴可以被布置在车辆的前侧。
14.在一个实施例中，转向致动器为电动辅助转向(electric power assist steering，epas)组件或线控转向(steer-by-wire，sbw)系统。在eaps组件中，方向盘和要转向的车轮机械地连接，以在方向盘处提供转向感觉。相比之下，线控转向(sbw)系统在方向盘和要转向的车轮之间不包括任何机械链接/物理链接，而是施加控制致动器的电信号。转向致动器可以包括旋转或线性类型的电动机或者机电伺服单元，以实现车轮的转向运动，从而实现车辆的转向运动。
15.在一个实施例中，第二控制单元是扭矩引导控制器。扭矩引导控制器被配置为接收经高通滤波的请求，并将车轮扭矩确定为第二控制扭矩。转向角的经高通滤波的请求可以从频率滤波单元传递到扭矩引导控制器。扭矩引导控制器，换句话说，差动制动技术可以增强车辆稳定性，特别是在车辆的转向或拐弯运动期间。扭矩引导控制器可以作为虚拟转向控制器进行操作，其可以在不使用任何转向系统的情况下提供车辆的转弯半径。
16.在一个实施例中，扭矩引导控制器包括偏航扭矩控制器。偏航扭矩控制器被配置为接收经高通滤波的请求和当前转向角，并基于转向角误差确定偏航扭矩。经高通滤波的请求是转向或偏航扭矩请求。扭矩引导控制器可以通过施加不同的纵向力，即通过向车辆的各个车轮施加驱动扭矩或制动扭矩，从而在车辆上生成偏航扭矩。可以施加单独的车轮扭矩，以便提供长度力中性偏航扭矩，使得可以维持车辆速度以及车辆的期望转向或拐弯运动。
17.偏航扭矩控制器可以包括传感器单元(包括例如陀螺仪)和用于确定相比于车辆当前转向角的偏航扭矩的处理电路单元。具体地，处理电路单元可以基于当前车轮扭矩数
据和横向加速度数据，确定指示来自横向车轮力的间接车辆偏航扭矩贡献的间接偏航扭矩参数集。
18.在一个实施例中，偏航扭矩控制器可以是基于模型的控制器，其被设计成将方向盘速率和/或实际转向角转化为偏航扭矩请求的一部分。此外，偏航扭矩控制器可以补偿转向角误差或与偏航扭矩请求的偏差。
19.在一个实施例中，扭矩引导控制器还包括车轮扭矩分配器。车轮扭矩分配器被配置为接收由偏航扭矩控制器确定的偏航扭矩，并确定车轮扭矩。可以基于作为转向输入的期望纵向车轮扭矩和偏航扭矩请求之间的关系来计算车轮扭矩。
20.在一个实施例中，针对至少前轴车轮所需的总车轮扭矩和至少后轴车轮所需的总车轮扭矩来计算车轮扭矩。在一个实施例中，可以针对至少前轴车轮所需的总车轮扭矩和每个后轴车轮单独所需的车轮扭矩来计算车轮扭矩。在一个实施例中，可以针对每个前轴车轮单独地和至少后轴车轮所需的总车轮扭矩来计算车轮扭矩。在又一实施例中，可以针对每个前轴车轮单独地和每个后轴车轮单独所需的车轮扭矩来计算车轮扭矩。
21.术语“总车轮扭矩”可以被理解为分配给相应轴的每个车轮的车轮扭矩的总和。相应地，车轮扭矩分配器可以确定至少要提供给前轴的车轮扭矩的总和以及至少要提供给车辆的后轴的车轮扭矩的总和。分别与前轴和后轴耦接的车轮可以通过为每个轴确定的均等地划分的或按比例不同地划分的总车轮扭矩来进行致动。
22.然而，车轮扭矩分配器可以基于期望的纵向车轮扭矩和目标车辆偏航来确定相应轴的单独的车轮扭矩。扭矩引导控制器可以与全轮(all-wheel)驱动能力组合，全轮驱动能力可以提供将各个扭矩独立地施加到同一轴上的各个车轮的可能性。换句话说，计算出的扭矩可以彼此独立地单独施加于每个车轮，以独立于其他车轮来驱动每个车轮。
23.在一个实施例中，车轮扭矩分配器连接到车轮扭矩致动器以分配所确定的车轮扭矩。在车辆的转向或拐弯运动期间，车轮扭矩致动器可以根据计算的车轮扭矩来提供推进力以操作车轮，而不降低车辆的速度。车辆的前轴和后轴中的每一个可以包括至少一个车轮扭矩致动器。替代地，耦接到车辆的前轴和/或后轴的车轮可以包括它们的单独的车轮扭矩致动器。
24.在一个实施例中，车轮扭矩致动器是电机。电机，换句话说，电动机可以为前轴车轮和后轴车轮施加所确定的车轮扭矩。附加地或替代地，为前轴车轮确定的车轮扭矩可以由一个电机施加于每个前轮，和/或为后轴车轮确定的车轮扭矩可以由一个电机施加于每个后轮。此外，车辆的至少一个轴也可以由内燃机而不是电机来操作。
25.在一个实施例中，转向控制系统还包括至少一个环境传感器和路径控制器。环境传感器被配置为向路径控制器提供车辆信息和/或道路信息，并且路径控制器被配置为向频率滤波单元提供对转向角的请求。车辆信息可以是例如车辆位置、朝向、加速度、速度、当前转向角和/或施加在每个车轮上的当前车轮扭矩，并且道路信息可以是例如交通标志、交通灯和/或道路上的拥堵情况。路径控制器可以收集所有信息，并通过将车辆的当前情况与期望路径进行比较来传递对转向角的请求。
26.在一个实施例中，转向控制系统还包括在环境传感器和路径控制器之间的车辆运动传感器。车辆运动传感器被配置为测量相对于到路径控制器的期望路径的车辆信息的噪声。相应地，车辆运动传感器可以处理和传递从环境传感器接收的与期望路径和测量的噪
声相关的车辆信息。
27.在一个实施例中，高通滤波器和低通滤波器的截止频率是相同的。当对转向请求的请求可以被频率滤波单元滤波时，高通滤波器的下截止频率和低通滤波器的上截止频率可以是相同的频率，使得该请求可以按照经低通滤波的请求和经高通滤波的请求进行可靠地分离，以便于进一步的处理。
28.根据本公开，提供了另一种用于车辆的转向控制系统。该转向控制系统包括频率滤波单元、第一控制单元和第二控制单元。频率滤波单元包括高通滤波器和低通滤波器。频率滤波单元被配置为接收对驱动曲率的请求，并将该请求滤波成经低通滤波的请求和经高通滤波的请求。第一控制单元被配置为基于经低通滤波的请求确定第一控制扭矩。第二控制单元被配置为基于经高通滤波的请求确定第二控制扭矩。第一控制单元不同于第二控制单元。
29.转向控制系统不仅可以执行转向角，还可以执行驱动曲率。曲率请求可以指示期望的曲率以及车辆的行驶路径。例如，在稳态拐弯时，可以基本上存在曲率请求和转向角请求之间的传递函数。
30.在一个实施例中，曲率请求是人类驾驶员的曲率请求和估计的曲率请求的仲裁。曲率请求可以是人类驾驶员的曲率请求和例如由车辆的路径控制系统所识别的请求的仲裁请求。仲裁的曲率请求可以被输入到频率滤波单元。频率滤波单元可以分别通过高通滤波器和低通滤波器将仲裁的曲率请求滤波成经高通滤波的曲率请求和经低通滤波的曲率请求。
31.在一个实施例中，第一控制单元是转向角控制器。转向角控制器被配置为接收经低通滤波的曲率请求，并将转向扭矩确定为用于驱动曲率的第一控制扭矩。在一个实施例中，第二控制单元是包括偏航扭矩控制器和车轮扭矩分配器的扭矩引导控制器。扭矩引导控制器被配置为接收经高通滤波的曲率请求，并基于偏航扭矩来确定车轮扭矩。
32.转向控制系统的转向致动器可以被配置为接收所确定的转向扭矩，并使车辆的车轮转向。转向控制系统的车轮扭矩致动器可以被配置为将所确定的车轮扭矩分配给相应的车轮。
33.相应地，可以平滑且更精确地驱动车辆的曲率。此外，使用两个不同的控制单元使得能够改善对期望路径的控制，并利用快速响应扭矩控制来捕捉快速变化的转向请求。此外，可以减少针对转向动作的调谐工作和校准工作。
34.根据本公开，还提供了一种车辆。该车辆包括转向控制系统，该转向控制系统包括频率滤波单元、第一控制单元和第二控制单元。频率滤波单元包括高通滤波器和低通滤波器。频率滤波单元被配置为接收对转向角的请求，并将该请求滤波成经低通滤波的请求和经高通滤波的请求。第一控制单元被配置为基于经低通滤波的请求确定第一控制扭矩。第二控制单元被配置为基于经高通滤波的请求确定第二控制扭矩。第一控制单元不同于第二控制单元。
35.在一个实施例中，车辆使驾驶员辅助车辆或自主车辆。驾驶员辅助车辆可以指向驾驶员提供连续辅助(诸如速度控制和/或转向辅助)的车辆，并且驾驶员保持主动地进行驾驶任务。车辆也可以是自动或自主车辆，使得车辆能够完全控制速度和方向。通过这种辅助系统，车辆允许平滑且更精确的转向动作。
36.在一个实施例中，在经低通滤波的请求的情况下，通过调节由第一控制单元确定的车轮角度来指引车辆。在一个实施例中，在经高通滤波的请求的情况下，通过调节由第二控制单元确定的车轮扭矩来指引车辆。第一控制单元(即转向角控制器)可以基于经低通滤波的请求确定转向扭矩，并且第二控制单元(即扭矩引导控制器)基于经高通滤波的请求确定车轮扭矩。
37.根据本公开，还提供了一种用于操作用于车辆的转向控制系统的方法。该方法包括以下步骤，但不一定按该次序：
[0038]-接收对转向角的请求，
[0039]-通过低通滤波器和/或高通滤波器对该请求进行滤波，
[0040]-基于经低通滤波的请求确定第一控制扭矩，以及
[0041]-基于经高通滤波的请求确定第二控制扭矩。
[0042]
应当注意，上述实施例可以相互组合，而与所包括的方面无关。相应地，该方法可以与结构特征组合，同样，该系统可以与上述关于该方法的特征组合。
[0043]
根据下文所述实施例，本公开的这些方面和其他方面将变得显而易见。
附图说明
[0044]
下文将参考以下附图来描述本公开的示例性实施例。
[0045]
图1示意性和示例性地示出了根据本公开的转向控制系统的实施例。
[0046]
图2a和图2b示意性和示例性地示出了根据本公开的扭矩引导控制的实施例。
[0047]
图3示意性和示例性地示出了根据本公开的转向控制系统的另一实施例。
具体实施方式
[0048]
图1示出了用于处理对转向角的请求的转向控制系统100。转向控制系统100可以被集成在车辆200中，特别是在驾驶员辅助车辆或自主车辆中。转向控制系统100包括至少一个环境传感器11和路径控制器13。环境传感器11被配置为向路径控制器13提供车辆200的信息和道路信息，并且路径控制器13被配置为向频率滤波单元20提供对转向角的请求。转向控制系统100还包括在环境传感器11和路径控制器13之间的车辆运动传感器12，以用于测量相对于到路径控制器13的期望路径的车辆信息的噪声。
[0049]
频率滤波单元包括低通滤波器21和高通滤波器22。频率滤波单元被配置为接收对转向角的请求，并通过低通滤波器21将该请求滤波成经低通滤波的请求和通过高通滤波器22将该请求滤波成经高通滤波的请求。
[0050]
转向角控制器31接收经低通滤波的请求，并基于经低通滤波的请求确定转向扭矩。转向致动器32接收由转向角控制器31确定的转向扭矩，并相应地使车辆的车轮20转向。转向致动器32可以是电动辅助转向(epas)组件或线控转向系统。
[0051]
扭矩引导控制器40包括偏航扭矩控制器41和车轮扭矩分配器42。偏航扭矩控制器41接收经高通滤波的请求和车轮210的当前转向角。基于该信息，偏航扭矩控制器41确定转向角误差，相应地确定车辆200的偏航扭矩。换句话说，偏航扭矩可以鉴于期望旋转51和当前旋转52来确定。
[0052]
具体地，如图2a所示，偏航扭矩可以被确定如下：
[0053][0054]
其中l是车辆轴距(wheel base)，jz是惯性偏航力矩，v是车辆速度，并且是前轮转向角δ的导数：
[0055]
并且其中ωz是车辆偏航率。
[0056]
车轮扭矩分配器42接收所确定的偏航扭矩，并确定车轮扭矩。可以针对至少前轴车轮210所需的总车轮扭矩和至少后轴车轮210所需的总车轮扭矩来计算车轮扭矩。图2b示出了为每个后轴车轮210确定的车轮扭矩：
[0057][0058]
此外，车轮扭矩分配器42连接到车轮扭矩致动器43(诸如电机)，以将所确定的车轮扭矩分配给相应的车轮210。
[0059]
图3示出了用于处理对驱动曲率(driving a curvature)的请求的转向控制系统100。曲率请求可以是人类驾驶员的曲率请求和估计的曲率请求的仲裁。在转向控制系统100中，换句话说，在曲率分配器中，仲裁的曲率请求60被提供有实际曲率61。仲裁的曲率请求由包括低通滤波器21和高通滤波器22的频率滤波单元20进行滤波。转向角控制器31接收经低通滤波的曲率请求，并确定用于驱动曲率的转向扭矩如下：
[0060][0061]
其中l是轴距，ku是转向不足梯度。
[0062]
此外，扭矩引导控制器40接收经高通滤波的曲率请求，并确定用于驱动曲率的车轮扭矩如下：
[0063]vxjz
[0064]
其中jz是惯性偏航力矩，并且v
x
是车辆速度。
[0065]
相应地，可以执行车辆200的平滑且更精确的转向动作和/或驱动曲率。此外，使用两个不同的控制单元使得能够改善对期望路径的控制，并利用快速响应扭矩控制来捕捉快速变化的转向请求。此外，可以减少针对转向动作的调谐工作和校准工作。
[0066]
必须注意的是，本公开的实施例是参考不同主题进行描述的。特别地，参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而参考设备类型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中了解到，除非另有说明，除了属于一种类型主题的特征的任何组合之外，与不同主题相关的特征之间的任何组合也被认为与本技术一起公开。然而，所有的特征都可以组合起来，从而提供协同效应，而不仅仅是这些特征的简单叠加。
[0067]
虽然已经在附图和说明书中对本公开进行了详细说明和描述，但是这种说明和描述应当被视为说明性或示例性的，而非限制性的。本公开不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的公开内容时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。
[0068]
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以满足权利要求中重复引用的几个项目的功能。在
相互不同的从属权利要求中重复引用某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。