本发明涉及一种用于车辆的优化拐角控制。具体地,提供了一种控制具有多个车轮的车辆的方法,其包括:监测期望的车辆动态性能;基于期望的车辆动态性能和实时闭型动态性能优化解来确定期望的拐角力和力矩分布;以及基于期望的拐角力和力矩分布来控制车辆。实时闭型动态性能优化解是基于:最小化的重心力误差分量;最小化的控制能量分量;以及最大化的轮胎力保留分量。
1.一种控制具有多个车轮的车辆的方法,包括:监测期望的车辆动态性能;基于所述期望的车辆动态性能以及实时闭型动态性能优化解来确定期望的拐角力和力矩分布;以及基于所述期望的拐角力和力矩分布来控制所述车辆;其中,所述实时闭型动态性能优化解是基于:xa0xa0xa0xa0xa0xa0最小化的重心力误差分量;xa0xa0xa0xa0xa0xa0最小化的控制能量分量;以及xa0xa0xa0xa0xa0xa0最大化的轮胎力保留分量。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,基于所述实时闭型动态性能优化解来确定所述期望的拐角力和力矩分布包括:将成本函数限定为所述最小化的重心力误差分量、所述最小化的控制能量分量、以及所述最大化的轮胎力保留分量的和;最小化所述成本函数,假定所述成本函数关于拐角力变分的导数等于零,以求解所述拐角力变分;以及采用所述拐角力变分来确定所述期望的拐角力和力矩分布。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述实时闭型动态性能优化解还基于所述车辆中具有主动转向的那些车轮。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述实时闭型动态性能优化解还基于所述车辆中具有制动的那些车轮。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述实时闭型动态性能优化解还基于所述车辆中具有牵引的那些车轮。
6.根据权利要求1所述的方法,还包括:监测基于拐角的实时约束;以及其中,确定所述期望的拐角力和力矩分布还根据所述基于拐角的实时约束。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述基于拐角的实时约束包括拐角健康状态和拐角能力。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,基于所述期望的拐角力和力矩分布来控制车辆包括:基于所述期望的拐角力和力矩分布来产生至多个车辆系统中的每一个的指令。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,产生至所述多个车辆系统中的每一个的指令包括:发送指令至制动系统。
10.根据权利要求8所述的方法,其中,产生至所述多个车辆系统中的每一个的指令包括:发送指令至转向系统。
11.根据权利要求8所述的方法,其中,产生至所述多个车辆系统中的每一个的指令包括:发送指令至悬架系统。
12.根据权利要求8所述的方法,其中,产生至所述多个车辆系统中的每一个的指令包括:发送指令至包括扭矩产生装置的动力系。
13.根据权利要求8所述的方法,其中,产生至所述多个车辆系统中的每一个的指令还基于实时的基于致动器的约束。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述实时的基于致动器的约束包括能量容量约束和致动器极限约束。
15.一种控制车辆的方法,包括:监测期望的车辆动态性能;基于所述期望的车辆动态性能和实时闭型动态性能优化解来确定期望的拐角力和力矩分布;以及基于所述期望的拐角力和力矩分布来控制制动系统、悬架系统、以及转向系统;其中,所述实时闭型动态性能优化解基于:xa0xa0xa0xa0xa0xa0最小化重心力误差分量;xa0xa0xa0xa0xa0xa0最小化控制能量分量;以及xa0xa0xa0xa0xa0xa0最大化轮胎力保留分量。
16.一种控制车辆的设备,包括:拐角力分布模块,其:xa0xa0xa0xa0xa0xa0监测期望的车辆动态性能;xa0xa0xa0xa0xa0xa0基于所述期望的车辆动态性能和实时闭型动态性能优化解来确定期望的拐角力和力矩分布;以及xa0xa0xa0xa0xa0xa0基于所述期望的拐角力和力矩分布来控制所述车辆;其中,所述实时闭型动态性能优化解基于:xa0xa0xa0xa0xa0xa0最小化的重心力误差分量;xa0xa0xa0xa0xa0xa0最小化的控制能量分量;以及xa0xa0xa0xa0xa0xa0最大化的轮胎力保留分量。
17.根据权利要求16所述的设备,其中,所述拐角力分布模块包括:车辆动态性能模块,其:xa0xa0xa0xa0xa0xa0监测所述期望的车辆动态性能;以及xa0xa0xa0xa0xa0xa0确定期望的车辆力和力矩;以及拐角动态性能控制模块,其:xa0xa0xa0xa0xa0xa0监测所述期望的车辆力和力矩;以及xa0xa0xa0xa0xa0xa0确定所述期望的拐角力和力矩分布。技术领域
本发明涉及车辆控制。
背景技术
该部分内容仅提供与本发明有关的背景信息,并且可能不构成现有技术。车辆控制描述了这样的方法,其中车辆的操作或车辆内系统的操作被监测,并且计算机化的控制被施加以修改车辆的操作。示例性车辆控制策略监测车辆动态性能或者作用在车辆上的当前或预期的力和力矩,并且基于该力和力矩施加控制方法以保持车辆的期望操作。例如,当车辆快速停止时,力和力矩可导致车辆的车身向前旋转,从而压缩前部悬架。通过给定位在车辆的前部拐角处的致动器赋能,以举起车辆车身,车辆控制可以反抗车辆车身的这种被监测或预计的旋转,从而阻止前部悬架被压缩。在另一示例中,在制动操作中,作用在车辆上的力和力矩以及被施加到车轮的制动力可用于监测或预测在车轮和道路之间的滑移。在车辆的制动器处的致动器可用于在车轮之间重新分配制动力,以避免滑移。在又一示例中,在转向操作中,作用在车辆上的力和力矩以及转向角度可用于监测或预计过转向或欠转向状况,作用在转向系统上的致动器可校正该转向。在再一示例中,作用在车辆上的力和被施加到传动系和车轮的当前扭矩可用于监测或预计在车轮和道路之间的滑移,致动器可用于通过本领域已知的各种方法来修改被传送到车轮的扭矩。大量系统可通过车辆控制而被监测和/或受到影响。示例包括制动、转向、传动系性能或动力系扭矩输出、以及悬架控制。根据示例性方法,集成驾驶员指令和/或自主驾驶系统指令以确定期望车辆动态性能或运动学状态,车辆动态性能模块输入期望的车辆动态性能或运动学状态,并且输出期望的车辆的力和/或力矩,致动器管理控制模块在一个或多个车辆系统中产生指令,以便影响期望的车辆的力和/或力矩。指令的集成可包括关于当前或得到车辆动态性能或运动学状态的反馈,并且致动器管理控制模块可包括当前或得到致动器状态的反馈。
发明内容
一种控制具有多个车轮的车辆的方法,包括:监测期望的车辆动态性能;基于期望的车辆动态性能以及实时闭型动态性能优化解来确定期望的拐角力和力矩分布;以及基于期望的拐角力和力矩分布来控制车辆。实时闭型动态性能优化解基于:最小化重心力误差分量;最小化控制能量分量;以及最大化轮胎力保留分量。本发明还包括以下方案:方案1.xa0一种控制具有多个车轮的车辆的方法,包括:监测期望的车辆动态性能;基于所述期望的车辆动态性能以及实时闭型动态性能优化解来确定期望的拐角力和力矩分布;以及基于所述期望的拐角力和力矩分布来控制所述车辆;其中,所述实时闭型动态性能优化解是基于:xa0xa0xa0xa0xa0xa0最小化的重心力误差分量;xa0xa0xa0xa0xa0xa0最小化的控制能量分量;以及xa0xa0xa0xa0xa0xa0最大化的轮胎力保留分量。方案2.xa0根据方案1所述的方法,其中,基于所述实时闭型动态性能优化解来确定所述期望的拐角力和力矩分布包括:将成本函数限定为所述最小化的重心力误差分量、所述最小化的控制能量分量、以及所述最大化的轮胎力保留分量的和;最小化所述成本函数,假定所述成本函数关于拐角力变分的导数等于零,以求解所述拐角力变分;以及采用所述拐角力变分来确定所述期望的拐角力和力矩分布。方案3.xa0根据方案1所述的方法,其中,所述实时闭型动态性能优化解还基于所述车辆中具有主动转向的那些车轮。方案4.xa0根据方案1所述的方法,其中,所述实时闭型动态性能优化解还基于所述车辆中具有制动的那些车轮。方案5.xa0根据方案1所述的方法,其中,所述实时闭型动态性能优化解还基于所述车辆中具有牵引的那些车轮。方案6.xa0根据方案1所述的方法,还包括:监测基于拐角的实时约束;以及其中,确定所述期望的拐角力和力矩分布还根据所述基于拐角的实时约束。方案7.xa0根据方案6所述的方法,其中,所述基于拐角的实时约束包括拐角健康状态和拐角能力。方案8.xa0根据方案1所述的方法,其中,基于所述期望的拐角力和力矩分布来控制车辆包括:基于所述期望的拐角力和力矩分布来产生至多个车辆系统中的每一个的指令。方案9.xa0根据方案8所述的方法,其中,产生至所述多个车辆系统中的每一个的指令包括:发送指令至制动系统。方案10.xa0根据方案8所述的方法,其中,产生至所述多个车辆系统中的每一个的指令包括:发送指令至转向系统。方案11.xa0根据方案8所述的方法,其中,产生至所述多个车辆系统中的每一个的指令包括:发送指令至悬架系统。方案12.xa0根据方案8所述的方法,其中,产生至所述多个车辆系统中的每一个的指令包括:发送指令至包括扭矩产生装置的动力系。方案13.xa0根据方案8所述的方法,其中,产生至所述多个车辆系统中的每一个的指令还基于实时的基于致动器的约束。方案14.xa0根据方案13所述的方法,其中,所述实时的基于致动器的约束包括能量容量约束和致动器极限约束。方案15.xa0一种控制车辆的方法,包括:监测期望的车辆动态性能;基于所述期望的车辆动态性能和实时闭型动态性能优化解来确定期望的拐角力和力矩分布;以及基于所述期望的拐角力和力矩分布来控制制动系统、悬架系统、以及转向系统;其中,所述实时闭型动态性能优化解基于:xa0xa0xa0xa0xa0xa0最小化重心力误差分量;xa0xa0xa0xa0xa0xa0最小化控制能量分量;以及xa0xa0xa0xa0xa0xa0最大化轮胎力保留分量。方案16.xa0一种控制车辆的设备,包括:拐角力分布模块,其:xa0xa0xa0xa0xa0xa0监测期望的车辆动态性能;xa0xa0xa0xa0xa0xa0基于所述期望的车辆动态性能和实时闭型动态性能优化解来确定期望的拐角力和力矩分布;以及xa0xa0xa0xa0xa0xa0基于所述期望的拐角力和力矩分布来控制所述车辆;其中,所述实时闭型动态性能优化解基于:xa0xa0xa0xa0xa0xa0最小化的重心力误差分量;xa0xa0xa0xa0xa0xa0最小化的控制能量分量;以及xa0xa0xa0xa0xa0xa0最大化的轮胎力保留分量。方案17.xa0根据方案16所述的设备,其中,所述拐角力分布模块包括:车辆动态性能模块,其:xa0xa0xa0xa0xa0xa0监测所述期望的车辆动态性能;以及xa0xa0xa0xa0xa0xa0确定期望的车辆力和力矩;以及拐角动态性能控制模块,其:xa0xa0xa0xa0xa0xa0监测所述期望的车辆力和力矩;以及xa0xa0xa0xa0xa0xa0确定所述期望的拐角力和力矩分布。
附图说明
现将以示例的方式参照附图来描述一个或多个实施例,在附图中:图1示意性地描绘了根据本发明的、包括受车辆控制影响的系统的示例性车辆;图2示意性地描绘了根据本发明的、协调各个车辆系统所用的车辆控制的方法;图3示意性地描绘了根据本发明的、通过确定期望的拐角力和力矩分布来协调车辆控制的示例性方法;图4示意性地更详细地描绘了根据本发明的、通过期望的拐角力和力矩分布来协调车辆控制的示例性方法;图5示意性地描绘了根据本发明的、采用期望的拐角力和力矩分布来协调各个车辆系统所用的车辆控制的方法;图6示意性地更详细地描绘了根据本发明的、拐角动态性能控制模块的示例性操作;以及图7示意性地更详细地描绘了根据本发明的、致动器管理控制模块的示例性操作。
具体实施方式
现参照附图,其中附图仅用于对一些示例性实施例进行说明的目的,且不用于对其限制,图1示意性地描绘了根据本发明的、包括受车辆控制影响的系统的示例性车辆。车辆5包括发动机10、电动马达15、变速器20、包括后桥30的传动系25、以及车轮32、34、36和38。发动机10和电动马达15每个都可提供扭矩,所述扭矩可用于通过传动系25来推进车辆5。变速器20包括离合器装置,其能够将每个扭矩产生装置,发动机10和电动马达15,选择性地连接到传动系25。变速器20用于通过大量档位状态来选择性地对车辆进行换档,所述档位状态包括空档状态和倒档状态。此外,通过变速器的扭矩可用于以发电模式来运行电动马达15,从而向相关联的能量存储装置充电,或者扭矩可在扭矩产生装置之间传递,例如电动马达15用于起动发动机10。图1的示例性配置描述能够用于车辆的一种可能动力系。可等同地采用大量示例性实施例。例如,多个车轮处的马达可以用于替换所述发动机10和马达15。在一个这种实施例中,四个车轮处的马达可向每个车轮单独提供扭矩。本发明并不旨在局限于本文所述的特定动力系实施例。方向盘40和转向系统42能够通过本领域已知的方法来转动车辆的车轮。图1描绘了正在转动的车轮32和34。将理解的是,多种示例性转向方法和车轮配置都是已知的,包括四轮转向,并且本发明旨在不局限于本文所述的特定示例性实施例。车轮32和34被描述为以与车轮向前运动并且向左转弯相一致的方式转动。在每个车轮32、34、36和38处,相应地描绘了制动装置52、54、56和58。每个制动装置能够向相关联的车轮施加制动扭矩。许多不同的制动装置和控制方法是本领域已知的,并且可包括示例性的液压制动器、防抱死制动器、以及能够对能量存储装置充电的再生制动。此外,在每个车轮32、34、36和38处,悬架部件62、64、66和68分别提供用于将车辆的车身设置在车辆的车轮上的悬架。悬架部件和方法是本领域已知的,并且为车辆中的乘客提供了减震行驶,以及还提供了车辆在操作期间的期望操控特性。如上所述,已知方法采用致动器来修改各个车辆系统的操作,用于车辆控制。对于转向系统,致动器能够采用电动助力转向(EPS)形式,其可以与来自驾驶员或者来自另一半自主或自主系统的输入同时控制转向系统的角度和扭矩。在另一实施例中,控制转向的致动器可通过主动前轮转向(AFS)被采用,所述AFS是改变方向盘角度变化相对于前轮转向角度中的变化的比率的系统。在这种实施例中,AFS可用作致动器,从而基于来自驾驶员或者来自另一半自主或自主系统的输入来调整该比率。在另一示例中,主动后轮转向可被用作控制后轮转向的致动器。对于制动系统,电子稳定性控制系统(ESC)和防抱死制动系统是基于输入来调整制动的致动的系统。车辆控制的输入可用于改变ESC或防抱死制动系统的操作,以便对制动的致动器控制产生影响。ESC、防抱死制动系统或其他制动控制系统可使用具有泵和阀的液压致动器、自增压系统、电动马达或电气制动钳,以便对制动的致动器控制产生影响。用于控制悬架系统的致动器可采用主动悬架系统或滚动控制系统,从而基于来自驾驶员或者来自另一半自主或自主系统的输入来修改该控制。用于控制动力系的输出的致动器可包括对发动机/马达和离合器的扭矩控制、或者关于车桥的扭矩矢量化。控制上述车辆系统或子系统或者其他未命名系统或子系统的致动器可采用许多形式,从而使得能够基于来自驾驶员或者来自另一半自主或自主系统的输入实现对车辆系统或子系统的控制。本发明并不旨在局限于本文所述的特定的示例性实施例。实施车辆控制的某些方法可集中于单独的车辆系统。例如,转向控制模块可包括基于作用在车辆上的被监测或预计的力和力矩来监测车辆动态性能并且修改转向控制的方法。在相同车辆中,悬架控制模块可包括基于作用在车辆上的被监测或预计的力和力矩来监测车辆动态性能并且修改悬架控制的方法。然而,集中于子系统而不是集中于子系统的集成以实现车辆的最大可用功能的这些非协调的车辆控制方法可能是无效的、彼此抵触的、或趋向于仅操作在接近极限或非线性的轮胎操作区域(tirexa0operatingxa0regions),其中车辆的稳定性已经减弱。例如,基于具体车辆系统的车辆控制可以是基于反馈的,从而在施加校正控制之前需要指示了车辆系统已经处于正常操作范围之外的传感器输入。此外,要理解的是,在车辆中集成数种独立控制方法可能包括在各种控制方法之间的密集且耗时的裁定(或仲裁)。共同转让的名为“VEHICLExa0DYNAMICSxa0CONTROLxa0STRUCTURE”的美国专利7,472,006描述了基于协调单独车辆系统来实施车辆控制的方法,并且因此以引用的方式结合到本文。图2示意性地描绘了根据本发明的、协调各个车辆子系统所用的车辆控制方法的方法。车辆动态性能或车辆运动学描述了在道路上的车辆的操作。期望的车辆动态性能或期望的车辆运动学描述了响应于控制输入的期望车辆操作,例如对应于方向盘角度的转动操纵以及响应于制动输入的车辆减速。方法100包括指令集成模块110,其监测手动驾驶输入112和/或传感器引导的自主驾驶输入114并且产生期望的车辆动态性能/运动学状态122,其描述了驾驶员或车辆的自主特征所期望的车辆操作。车辆动态性能模块120输入期望的车辆动态性能/运动学状态122,并且产生期望车辆力和力矩132(例如,作用在车辆的重心上的力和力矩)以及所得到车辆动态性能/运动学状态124。在图2的示例性实施例中,指令集成模块110另外监测所得到的车辆动态性能/运动学状态124,并且可采用该信号来提供反馈给该期望的车辆动态性能/运动学状态122信号。致动器管理控制模块130输入期望的车辆力和力矩132,并且产生至相应致动器模块140、145和150的控制指令142、147和152,从而将控制指令提供给车辆内的不同系统,如上所述。在一个非限制性示例中,致动器模块140可包括提供指令至转向系统的模块,致动器模块145可包括提供指令至悬架系统的模块,且模块150可包括提供指令至制动系统的模块。方法100提供了对用于车辆控制的各个车辆系统的集成控制。致动器管理控制模块130将期望车辆力和力矩132的方法和编程响应应用至由模块140、145和150所指令的各个车辆系统。然而,这些方法和编程响应都是基于特征的响应,例如确认期望的力矩,并且产生包括对转向角度的修改的响应。这种响应仍是用于车辆系统的独立功能。拐角动态性能控制方法被应用到车辆控制方法,从而确定用于车辆的每个车轮的期望的拐角力和力矩分布。通过将期望的车辆力和力矩分配为车辆的每个拐角的期望拐角力和力矩,影响特定拐角的各个系统的响应可基于该拐角所用的期望的力和力矩而被选择性地产生。这种方法将车辆控制实施为所控制的全部车辆系统的净效应,而不是逐个控制单独的系统。此外,通过将期望的力和力矩分配到车辆的四个拐角,实时的拐角约束或者描述每个拐角对于车辆控制的贡献能力的约束可被应用为所述分配的一部分,从而确保期望的拐角力和力矩分布处于每个拐角的期望范围内,并且不处于接近极限的状况。由此,可基于对被控制的系统的整体的车辆响应来实现对各个车辆系统的集成。此外,通过基于作用在车辆上的期望力和力矩来统一控制,控制参数可针对车辆配置和驾驶员偏好来标准化或定制。图3示意性地描绘了根据本发明的、通过确定期望拐角力和力矩分布来协调车辆控制方法的示例性方法。方法170包括指令集成模块110,其监测车辆指令输入172并且产生期望的车辆动态性能/运动学状态122。描绘了拐角力分布模块180,其输入期望的车辆动态性能/运动学状态122、应用本文所述的方法、以及输出期望的拐角力和力矩分布232。致动器管理模块230输入期望的拐角力和力矩分布232并且输出致动器指令142、147和152至各个车辆系统以实现车辆控制。图4示意性地更详细地描绘了根据本发明的、通过确定期望的拐角力和力矩分布来协调车辆控制的示例性方法。方法200包括指令集成模块110,其监测手动驾驶输入112和/或传感器引导的自主驾驶输入114,并且产生期望的车辆动态性能/运动学状态122,其描述了车辆的驾驶员所期望的车辆操作或者期望的车辆纵向、横向力和横摆力矩。驾驶员所期望的车辆操作(包括,综合为期望的车辆动态性能/运动学状态的手动和自动输入)可被描述为总体车辆控制指令。根据一个示例性实施例,指令集成模块110采用反演的(inverse)车辆动态性能模型。此外,指令集成模块110可监测所得到的车辆动态性能/运动学状态124,如上所述。这种所得到的车辆动态性能或运动学状态可通过传感器或测量系统来发展,从而例如监测横摆速率、横向加速度、纵向加速度、车轮速度、估计轮胎滑移、估计力、和/或在车轮与道路表面之间的估计摩擦。描绘了拐角力分布模块180,其包括车辆动态性能模块210、拐角动态性能控制模块220以及实时约束模块225。车辆动态性能模块210输入期望的车辆动态性能/运动学状态122,并且产生期望车辆力和力矩132和所得到的车辆动态性能/运动学状态124。描绘了拐角动态性能控制模块220,其监测期望车辆力和力矩132。拐角动态性能控制模块220还监测来自实时约束模块225的基于拐角的实时约束227。根据示例性操作,模块220最小化期望和实际车辆力和力矩之间的差、最小化控制作用、以及最小化车轮不稳定性(诸如,过度制动或牵引滑移)的出现。该优化受到实时约束(例如,提供致动器极限、关于致动器异常的数据、以及能量管理需求)的约束。示例性的基于拐角的实时约束227包括拐角健康状态以及拐角能力(cornerxa0capacity)。拐角健康状态或拐角能力的确定可包括致动器在特定拐角处产生期望的力的能力或性能。例如,拐角健康状态可针对车轮处的马达来描述缺乏实现期望拐角力的能力。如果致动器失效,则不可能应用期望的控制动作至该拐角,并且拐角健康状态的确定可将致动器描述为不起作用的。拐角能力确定可描述一个或多个致动器基于例如接近发热极限的致动器和所得到的受限控制动作来实现期望的拐角力的能力。拐角动态性能控制模块220还可监测所得到的轮胎滑移/滑移角度234以及所得到的拐角力和力矩236。基于监测的输入,拐角动态性能控制模块220产生期望的拐角力和力矩分布232。此外,拐角动态性能控制模块220可产生所得到的车辆力和力矩222,其可用作车辆动态性能模块210的反馈。由此,期望车辆力和力矩可用于得到用于车辆控制的期望的拐角力和力矩分布。车辆控制可采用许多实施例。如关于图2所描述的,车辆控制可包括指令,其命令一组致动器从而控制车辆子系统或一组车辆子系统。对这种致动器的控制可实施如图4所述的期望的拐角力和力矩分布。大量子系统控制方法是本领域已知的,且本发明并不旨在局限于本文所描述的具体示例性实施例。图5示意性地描绘了根据本发明的、采用如图4所描绘的期望的拐角力和力矩分布来协调各个车辆系统所用的车辆控制的方法。方法250包括致动器管理控制模块230,其监测期望的拐角力和力矩分布232并且产生至相应致动器模块140、145和150的控制指令142、147和152,从而给车辆内的不同子系统提供控制指令,如上所述。致动器管理控制模块230还可监测来自于实时约束模块235的附加实时约束237或实时的基于致动器的约束,例如将能量容量和致动器极限信息应用至控制指令的生成。致动器管理控制模块230还可产生所得到的轮胎滑移/滑移角度234以及所得到的拐角力和力矩236,用于反馈至拐角动态性能控制模块220。图6示意性地更详细地描绘了根据本发明的、拐角动态性能控制模块的示例性操作。描绘了拐角动态性能控制模块220,其包括拐角能力评估模块310、系统约束集成模块320以及拐角力分布模块330。拐角能力评估模块310监测基于拐角的实时约束,在该示例性实施例中,包括拐角健康状态312和拐角能力314。被用作输入的拐角健康状态312和拐角能力314可用于描述特定拐角在当前状况下可期望地操控多少力和力矩。系统约束集成模块320监测来自模块310的对拐角能力的评估,以及确定被约束或限制的单独拐角如何能够有助于车辆控制。模块320将被约束的拐角参数输出至拐角力分布模块330。拐角力分布模块330输入模块320的输出以及期望的车辆力和力矩132,并且根据期望的拐角力和力矩分布232来将力和力矩分配至各个车轮。图7示意性地更详细地描绘了根据本发明的致动器管理控制模块的示例性操作。描绘了致动器管理控制模块230,其包括能量容量评估模块350、致动器评估模块355、系统约束集成模块360、以及优化的致动器控制分派模块370。能量容量评估模块350监测实时约束,在该示例性实施例中,包括在考虑期望牵引力的情况下涉及来自动力源(例如,来自于内燃发动机、燃料电池或蓄电池)的所需期望功率的能量容量信息352。通过监测能量容量信息352,可基于实时的功率可用性来进行对动力源以及所述动力源的应用的选择。致动器评估模块355监测实时约束,在该示例性实施例中,包括致动器极限/健康状态357。致动器极限或健康状态可包括例如由温度变化或由特定车辆状态引起的致动器能力的降低。作为输入的能量容量信息352和致动器极限/健康状态357可用于描述在当前状况下特定拐角能够期望操控多少力和力矩。系统约束集成模块360采用了确定单独致动器如何能够有助于拐角控制的输入,并且将描述了拐角致动器极限(最大扭矩、致动器带宽等)的参数输出至优化的致动器控制模块370。优化的致动器控制分派模块370输入模块360的输出以及期望的拐角力和力矩分布232,并且产生控制指令至相关致动器,在该实施例中是指令142、147和152。致动器异常可能会降低车辆控制系统对车辆操作进行反应的能力。例如,如果致动器不起作用或者不对车辆控制系统所产生的指令进行反应,那么来自车辆控制系统的益处可被消除,或者对驾驶性能的不利影响可能显现。基于采用了本文所述的监测致动器功能以及确定致动器不起作用的拐角动态性能控制模块的系统,至各个拐角的力和力矩分布可被调节以补偿已知的致动器异常。上述方法描述了可用于控制车辆系统的车辆控制的方法。车辆系统可采用许多实施例。例如,动力系在图1中被描绘成包括发动机和电动马达。可采用动力系的多个不同实施例。例如,动力系可包括单个扭矩产生装置,例如包括马达或发动机,或者包括两个扭矩产生装置,诸如两个马达或者由能量存储装置驱动的马达以及氢燃料电池驱动的装置。在另一示例中,动力系可包括驱动车辆的每个车轮的独立的或车轮处的马达。在这种车辆中,本文所述的方法可被用于向每个车轮提供不同的扭矩指令。在另一示例性实施例中,动力系可包括选择性全轮驱动、牵引控制、水平稳定性控制、或调整至车辆的各个车轮的功率的其他系统。通过确定的期望拐角力和力矩分布,这种系统和至各个车轮的功率调整可结合到本文所述的方法中。制动可类似地包括多个实施例以及系统的选择性启动。例如,车辆可包括在车轮处的再生制动,或者可包括在车轮处的典型制动器以及包括选择性发动机制动,例如能够通过发动机制动来再生能量至能量存储装置。在车辆的一侧上的选择性制动或者在车辆的一侧上的增加的制动可以有助于产生期望拐角力或力矩分布。选择性启动或者对不同车轮处防抱死制动的特性的调整可用于产生期望拐角力或力矩分布。车辆转向系统可采用许多实施例,包括根据本领域已知方法的前轮转向、后轮转向以及四轮转向。构想出许多不同的车辆配置和系统组合,并且本发明不旨在局限于本文所述的特定示例性实施例。车辆控制方法的上述实施例主要处理存在于接近水平地平面或与水平地平面重合的二维平面中的车辆力和力矩。然而,要理解的是,第三维也可用于车辆控制方法中。通过在第三维中添加类似的模块和约束,将理解的是,车辆控制方法可被描述为包括三维控制,例如包括车辆车身相对于车辆底盘的向前和向后滚动以及对应的拐角力和力矩,以保持对车辆的控制。滚动控制系统已知是控制车辆车身相对于车辆底盘的动态性能。这种控制可基于以三维形式的信息,或者基于以二维形式的信息并且估计该二维数据对滚动的影响。上述方法描述了采用期望的拐角力和力矩分布来控制车辆。这种方法可通过许多不同的物理配置或设备来完成。完成上述方法的示例性设备包括确定总体车辆控制指令的指令集成模块。示例性设备还包括车辆动态性能控制模块,其监测总体车辆控制指令并且基于总体车辆控制指令来确定期望的车辆力和力矩。示例性设备还包括拐角动态性能控制模块,其监测期望的车辆力和力矩、监测实时拐角约束、以及基于期望的车辆力和力矩及实时拐角约束来确定期望的拐角力和力矩分布。该设备还包括车辆系统,其基于期望的拐角力和力矩分布来实施车辆控制。基于作用在车辆的车辆重心上的期望的力和力矩的车辆控制方法可包括开环的查询表值,例如其通过用于各种驾驶状况的密集调节或诸如最小二乘法之类的迭代计算来标定,以实现优化的性能,每个都基于期望的力和力矩来单独控制车辆系统。然而,这些包括了各个车辆系统所用的针对期望力和力矩输入的标定响应的方法是基于特定系统的行为或标定响应而起作用的。结果是,这种响应包括用于给定系统的优化的最小或最大值,所述给定系统对于该系统而言是局部的。然而,在将车辆控制响应视为包括被控制的所有车辆系统的整体时,这种关于特定系统或者关于具体标定的局部的最小或最大值可不同于优化的车辆范围的解,所述优化的车辆范围的解包括基于期望的拐角力和力矩分布的响应。此外,用于车辆控制的迭代计算在迭代计算得出解时可以包括延迟。在动态或紧急驾驶状况下,这种延迟对于车辆控制方法而言可能是不期望的。相反,闭环计算可优选用于车辆控制,其中能够关于给定的一组输入来求解起决定性作用的答案。本发明的方法包括基于寻找优化的闭型动态解的闭环计算,其有助于避免迭代并且减少了对控制器的密集调节的需要。在重心处的车辆纵向和横向力以及横摆力矩可以基于轮胎力来确定。这些轮胎力可被描述为可以被控制以实现期望的车辆动态性能的控制参数或力。忽略自对齐的轮胎力矩,描述在车辆上的纵向力F_x、车辆上的横向力F_y、以及作用在车辆上的水平平面上的力矩G_z的车辆动态方程可表述如下:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="579"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="580"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="579"/>下标表示了作用在每个单独轮胎上的力。方程1-3将作用在车辆重心处的力描述为从道路表面施加到四个轮胎上的合力,并且方程1-3可用下述线性形式表述。ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="579"/>其中,项ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="35"/>描述了取决于车辆几何和道路车轮角度的矩阵,如下所示:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="584"/>其中,项T描述了轨迹宽度,或者描述了由在地平面处的车辆的左侧和右侧上的轮胎的中心线之间的距离所限定的宽度。项δ_i描述了用于每个车轮的转向角度。项a和b分别表示重心与前桥和后桥之间的距离。方程4描述了确定作用在车辆上的力和力矩与作用在车辆的拐角或车轮中的每一个上的力和力矩之间的关系的方法。然而,要理解的是,由于可关于车辆进行不同的假定,因此方程4中的一些项被丢弃。例如,基于在车辆上存在的主动转向(主动前轮转向、主动后轮转向、或者两者),对于仅配备有主动前轮转向和四轮牵引或制动的车辆,可被控制以实现期望的车辆动态性能的可用控制参数或力减少为六个,从而允许对确定闭型动态解的简化。对于这种车辆,方程1-3可通过下述方程来描述:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="583"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="584"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="583"/>方程6-8的一般关系提供了从轮胎力至施加到车辆重心的合力的转变。根据力求和线性原理,方程6-8可以下述矩阵形式来表示:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="583"/>在另一示例中,对于配备有仅主动后轮转向以及四轮牵引或制动的车辆而言,可用控制参数减少为六个,其可描述为下述方程:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="583"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="583"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="585"/>一般方程10-12的对应矩阵形式可通过下述方程来描述:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="584"/>其中,方程9包括在前轮上的横向轮胎力。方程13包括在后轮上的横向轮胎力。类似地,由于一些其他控制参数从系统中移除,所以车辆动态性能方程可进一步简化。例如,对于配备有仅四车轮牵引或制动的车辆,可用控制参数减少为四个,忽略了自对齐的轮胎力矩。对于这种车辆,控制参数可表述如下:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="589"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="598"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="597"/>作用在车辆重心处的力与作用在四个轮胎上的力之间的运动学关系可通过下述方程来描述:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="598"/>关于拐角力的车辆动态方程的线性形式使得能够如下地使用示例性标准优化方法:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="598"/>项f和δf分别描述了轮胎力和拐角力控制调节的矢量。项ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>、ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="19"/>和ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="23"/>分别描述了通过驾驶员指令解释器确定的目标或者期望的纵向力、横向力和旋转力矩。通过最小化误差矢量E,可以实现对车辆动态性能的优化。在方程18中引入误差矢量如下:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="597"/>类似地,轮胎力-重心力转换矩阵A_F可描述如下:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="601"/>因此,方程18可得到下述方程:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="598"/>项ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="84"/>可统称地描述为闭环追踪误差。项δf是要确定的轮胎力变分(variation)。下述表达式描述了由轮胎特征引起的关于轮胎力分布的摩擦椭圆物理约束。ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="597"/>F_xi,max和F_yi,max描述了可由轮胎分别在纵向和横向上施加的最大力,并且可描述如下。ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="610"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="611"/>方程21和22一起可用于通过最小化下述成本函数来优化拐角力分布:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="597"/>对于方程25的分量,下述表达式描述了要最小化的重心力误差分量或误差表达式,或者最小化的重心力误差分量。ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="597"/>对于方程25的分量,下述表达式描述了要最小化的对于轮胎力控制变分的约束或控制能量分量,或者最小化的控制能量分量如下:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="598"/>对于方程25的分量,下述表达式描述了在任何轮胎的摩擦椭圆附近的快速增长的轮胎力,或者描述了要最大化的轮胎力保留分量或最大化的轮胎力保留分量的表达式。ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="598"/>为了最小化参数的数量,所有加权矩阵可按照对角型来表示如下:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="597"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="589"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="597"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="597"/>重要的是,方程29与方程22相比不包括轮胎力控制变分。结果是,来自方程25的成本函数相对于轮胎力控制调节具有二次型。使用方程25并且假定用于寻求最小值的必要条件为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="71"/>,那么以下述形式得到用于确定优化轮胎力分布的闭型解或者实时闭型动态性能优化解:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="598"/>由此,包括示例性拐角动态性能控制模块220的系统可产生上述示例性期望的拐角力和力矩分布232信号,其可随后用于车辆控制,如上所述。上述方法描述了可用于控制车辆系统的车辆控制的方法。车辆系统可采用许多实施例。例如,动力系在图1中被描绘为包括发动机和电动马达。可采用动力系的大量不同实施例。例如,动力系可包括单个扭矩产生装置,例如包括马达或发动机,或者可以包括两个扭矩产生装置,诸如两个马达或者由能量存储装置驱动的马达和氢燃料电池驱动的装置。在另一示例中,动力系可包括独立的或车轮处的马达,其驱动车辆的每个车轮。在这种车辆中,本文所述的方法可用于向每个车轮提供不同的扭矩指令。在另一示例性实施例中,动力系可包括选择性全轮驱动、牵引控制、水平稳定性控制、或者调整至车辆的各个车轮的功率的其他系统。通过确定的期望拐角力和力矩分布,这种系统以及对至各个车轮的功率的调整可以结合到本文所述的方法中。制动可类似地包括大量的实施例以及对系统的选择性启动。例如,车辆可包括在车轮处的再生制动,或者可包括在车轮处的典型制动器以及包括选择性发动机制动,例如其能够通过发动机制动来再生能量至能量存储装置。在车辆的一侧上的选择性制动或者在车辆的一侧上增加的制动可有助于产生期望的拐角力或力矩分布。选择性启动或调整在不同车轮处的防抱死制动特性可用于产生期望的拐角力或力矩分布。车辆转向系统可采用大量的实施例,包括根据本领域已知的方法的前轮转向、后轮转向以及四轮转向。构想出了大量的不同车辆配置和系统组合,但是本发明并不旨在局限于本文所述的特定的示例性实施例。车辆控制方法的上述实施例将车辆力和力矩主要处理为存在二维平面中,所述二维平面接近水平地平面或与其重合。然而,将理解的是,第三维对于车辆控制方法而言可能是重要的。通过将其他项添加到上述方程,将理解的是,车辆控制方法可被描述为包括三维控制,例如包括车辆车身相对于车辆底盘的向前和向后滚动,以及保持对车辆的控制的对应的拐角力和力矩。控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似术语意指以下各项中任意合适的一项,或者以下各项中一项或多项的各种组合,所述各项为:专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理单元(优选为微处理器)以及相关内存和储存器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路、以及提供所述功能的其它合适部件。控制模块具有一组控制算法,所述控制算法包括存储在内存中并且被执行提供期望功能的常驻软件程序指令和标定(或校准)值。所述算法优选在预设的循环期间被执行。所述算法例如由中央处理单元执行,并且可操作以监测来自感测装置和其它联网控制模块的输入,以及执行控制和诊断例程从而控制致动器的操作。在正在进行的发动机和车辆操作期间,循环以规则间隔(例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒)被执行。替代性地,算法可响应于事件发生而被执行。本发明已经描述了一些优选实施例及其变形。但是在阅读并理解说明书之后,本领域技术人员能够想到其他变型和修改。因此,本发明并不旨在局限于作为用来实施本发明所构想的最佳模式而公开的具体实施例,而是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。