现代车辆有时包括主动车辆控制系统。一种这样的系统已知为车 辆稳定性增强(VSE)系统，该系统辅助车辆操作者在诸如潮湿或不 平路面、冰、雪或砂砾的表面上的操纵。VSE系统典型地基于来自轮 速传感器、转向角传感器、车速传感器和车辆横摆率传感器的输入检 测车轮滑动。VSE系统使用这些输入以减小发动机转矩并且施加差动 制动(differential braking)，以帮助保持车辆沿预期的路径行进。
另外，在与VSE系统结合使用的技术中已出现主动底盘控制系 统。该底盘控制系统典型地包括差动制动控制、实时悬架减震、后轮 转向和主动前轮转向控制。借助实时控制底盘动态的能力，主动底盘 控制系统可用于提高车辆操纵性能。
另一种主动车辆控制系统已知为提供自动前轮转向的主动前轮转 向(AFS)系统。AFS系统典型地采用转向致动器系统，该转向致动 器系统接收来自方向盘传感器的操作者预期转向信号、车速信号和车 辆横摆率信号，并且对操作者转向信号提供校正，以使车辆更接近地 跟随车辆操作者预期的转向路径，以提高车辆稳定性和操纵性。AFS 系统能比车辆操作者的反应时间快得多地提供转向校正，从而使操作 者转向的量减小。AFS系统在低速和中速时在正常道路条件下提供较 直接的车辆转向，减小操作者的转向力。AFS系统也可以帮助在城市 交通或在停车操纵期间提高车辆灵活性。AFS系统还在较高车速下提 供较不直接的车辆转向。
在给定的操作环境中，车辆的转向稳定性和性能的特征主要在于 车辆的不足转向和过度转向特性。如果车辆横摆小于操作者的转向输 入，则车辆处于不足转向情况下，其中因为车轮饱和，所以较多地转 动方向盘并不会校正不足转向情况。如果车辆横摆大于操作者的转向 输入，则车辆处于过度转向情况下。
诸如由差动制动控制采用的横摆率反馈控制的已知方法有时不足 以用于主动前轮转向控制。当车辆由于路面条件等各种响应而无法达 到车辆操作者对方向盘命令的希望的横摆率时，主动底盘控制将提供 控制分量，以促进用于横摆率反馈控制的横摆率的增大。当在这种情 况期间将该控制施加给主动前轮转向时，控制系统提供的额外控制分 量将是前轮转向的额外量。然而，在某些情况下，到前轮的该额外转 向输入会在严重的不足转向情况下使前轮轮胎饱和，或者已由严重不 足转向造成车辆无法达到希望的横摆率，导致不希望的车辆行为，所 述严重不足转向由车辆操作者的过大转向引起。
提交于2004年11月1日名为用于控制主动前轮转向的方法和装置 的美国专利申请No.10,978,982公开了一种考虑到车辆不足转向和过度 转向情况的AFS系统，该专利申请转让给本申请的受让人，并且通过 参考包含于此。可通过考虑车辆横向动态或侧滑提供对在‘982中公开 的AFS系统的改进。

根据本发明的教导，公开了一种AFS控制系统，该AFS控制系统 结合并加权横摆率反馈和侧滑率反馈以提供提高的稳定性增强控制。 该AFS系统包括基于方向盘角度信号和车速信号产生希望的横摆率信 号的横摆率子系统。该AFS系统还包括基于方向盘角度信号和车速信 号产生希望的侧滑率信号的侧滑率子系统。该AFS系统还包括基于希 望的侧滑率信号、车速信号、实际车辆横摆率信号和车辆横向加速度 信号产生侧滑率反馈信号的侧滑率反馈子系统。该AFS系统还包括基 于希望的横摆率信号和实际横摆率信号产生横摆率反馈信号的横摆率 反馈子系统。横摆率反馈信号和侧滑率反馈信号在控制集成子系统中 集成，该控制集成子系统产生稳定性增强控制信号。该控制集成子系 统判断车辆是否处于过度转向或不足转向情况下，并且基于车辆情况 相应地加权希望的横摆率反馈信号。
侧滑率反馈子系统判断车辆侧滑是否在足够长的时间段内足够 大，以提供侧滑率反馈信号，否则侧滑率反馈子系统将侧滑率反馈信 号设置成零。而且，侧滑率反馈子系统根据车辆是否处于不足转向或 过度转向情况下而加权侧滑率反馈信号。
本发明的另外的优点和特征将从结合附图的以下说明和所附权利 要求书而变得明显。

图1是根据本发明的一实施例的用于车辆的主动前轮转向(AFS) 系统的平面图；
图2是图1所示的AFS系统的方块示意图；
图3是示出用于为本发明的AFS控制系统确定横向动态控制或侧 滑分量的方法的流程图；
图4是示出用于确定用于侧滑分量的控制增益的方法的流程图；
图5是示出用于为本发明的AFS控制系统确定是否激活侧滑率反 馈分量的方法的流程图；
图6是示出用于为本发明的AFS控制系统集成车辆的横摆率反馈 分量和侧滑率反馈分量的方法的流程图；以及
图7是示出用于确定用于横摆率反馈分量的倍增系数的方法的流 程图。

本发明的实施例的以下讨论涉及集成车辆的横摆率反馈和侧滑率 反馈的AFS控制系统，以下讨论本质上仅是说明性的，而决不是意在 限制本发明或其应用或使用。
图1是根据本发明的实施例用于车辆12的AFS控制系统10的平 面图。系统10包括从致动器控制器16接收转向指令信号的AFS致动 器14。致动器14提供对联接到轴22的车辆12的前轮18和20的致动。 车辆12包括方向盘28，该方向盘允许车辆操作者使车辆12转向。方 向盘角度传感器30将方向盘角度信号提供给AFS控制器26，以提供 车辆操作者的转向意图。另外，系统10包括车速传感器32、车辆横摆 率传感器34和车辆横向加速度传感器36，它们分别将车速信号Vx、 车辆横摆率信号YR和车辆横向加速度信号Ay提供给控制器26。
AFS控制器26将转向指令信号提供给用于控制致动器14的致动 器控制器16。系统10由AFS控制器26控制，以确定转向角增强的量， 并且然后，如果必要，命令AFS致动器14将额外转向提供给车辆操作 者输入。除了车速信号Vx、车辆横摆率信号YR和车辆横向加速度信 号Ay之外，AFS致动器14的控制还基于由传感器30检测到的方向盘 角度位置。
如以下将较详细地讨论的，致动器14将转向角度增强提供给来自 方向盘28的车辆操作者转向指令。例如，前轮18和20可沿直线40 指向，以在没有来自AFS致动器14的动作的情况下响应于车辆操作者 对方向盘28的转动。然而，车辆操作者预期的转向角度可能是沿直线 42。当AFS致动器14起动时，可将额外量的转向角度提供给前轮18 和20，以沿直线42导向前轮18和20，从而与车辆操作者的意图更接 近地转向车辆12。
在‘982申请公开的主动前轮转向控制系统中，AFS控制器在车辆 操纵期间确定车辆的不足转向和过度转向情况，并且提供横摆率反馈 控制以在不同操纵中稳定车辆12，从而增强车辆稳定性。在该过程中 通过以下方程确定转向角度增强的量：
Δδf_yr＝Δδf_us+Δδf_os    (1)
其中Δδf_yr是转向指令信号，Δδf_us是不足转向系数，并且Δδf_os是过度 转向系数。根据本发明，还通过使车辆横向动态包括车辆侧滑率反馈 (SRFD)控制和车辆横摆率反馈(YRFB)控制进一步增强AFS控制。
图2是根据本发明的实施例用于车辆52的AFS控制系统50的较 具体的方块图。系统50包括从传感器30接收方向盘转向信号的致动 器控制器54(代表致动器控制器16)，该方向盘转向信号指示车辆操 作者预期的转向角度。致动器控制器54将前轮转向控制信号提供给车 辆52。
系统50包括可变传动比控制处理块58，该块产生在正常车辆操作 期间补充方向盘角度信号的可变传动比控制信号，并且本领域的技术 人员对其非常理解。横摆率处理块60基于方向盘角度信号、可变传动 比控制处理块58的输出和车速信号Vx产生希望的横摆率信号。侧滑 率处理块62基于方向盘角度信号、可变传动比控制处理块58的输出 和车速信号Vx产生希望的侧滑率信号Vy_dot_C。可通过适于在此所 述的目的的任何方法计算分别来自处理块60和62的希望的横摆率信 号和希望的侧滑率信号Vy_dot_C。可在2000年9月19日授权给Lin 等人的美国专利No.6,122,584中找到计算希望的横摆率信号和侧滑率 信号的非限制性示例，该专利转让给本申请的受让人并且通过参考包 含于此。
车速信号Vx、横摆率信号YR、横向加速度信号Ay和希望的侧滑 率信号Vy_dot_C应用于侧滑率反馈(SRFB)处理块64。SFRB处理 块64产生稳定性增强控制信号或代表希望的侧滑率与实际侧滑率之间 的误差的侧滑率反馈信号Δδf_Vydot。本领域的技术人员将易于了解到 用于确定侧滑率反馈信号Δδf_Vydot的已知系统。
车速信号Vx和来自处理块60的希望的横摆率信号施加到横摆率 反馈(YRFB)处理块66。YRFB处理块66产生代表希望的横摆率与 实际横摆率之间的误差的横摆率反馈信号Δδf_yr。在本领域中已知用 于以这种方式计算横摆率误差的各种系统，包括在‘982申请中公开的 考虑车辆不足和过度转向情况的技术。从YRFB处理块66提供包括横 摆率反馈误差、不足转向情况和过度转向情况的多个输出。
来自YRFB处理块66的横摆率反馈信号Δδf_yr和来自SRFB处 理块64的侧滑率反馈信号Δδf_Vydot施加到控制集成处理块56。根据 本发明，控制集成处理块56产生致动器增强信号，该致动器增强信号 在加法器68中与可变传动比控制信号相加，并且相加后的信号施加到 致动器控制器54以增强方向盘角度信号，从而使车辆52的前轮转向。
图3是示出一种方法的流程图76，该方法用于确定SRFB处理块 64如何确定用于车辆横向动态的侧滑率反馈信号Δδf_Vydot。算法在 块78处进入该方法，并且在块80处确定来自处理块62的希望的车辆 侧滑率信号Vy_dot_C。为了增强稳定性的目的，对于保守的驾驶操作， 也可将希望的侧滑率信号Vy_dot_C设置成零。在块82处计算实际的 车辆侧滑率Vy_dot。实际的车辆侧滑率Vy_dot无法被直接测量，但可 以基于其它车辆底盘传感器计算。本领域的技术人员将认识到，可用 以下方程使用横向加速度信号Ay、车辆横摆率信号YR和车速信号Vx 计算实际的车辆侧滑率Vy_dot：
Vy_dot＝Ay-YR＊Vx    (2)
在块84处作为希望的车辆Vy_doc_C与实际的侧滑率Vy_dot之间 的差计算误差信号ΔVy_dot。
误差信号ΔVy_dot然后在块86处与侧滑控制增益KVy_dot相乘。 图4是示出用于使用车速信号Vx和不足转向/过度转向情况计算控制 增益KVy_dot的方法的流程图150。在块152处输入车速信号Vx、不 足转向标志USFLAG和过度转向标志OSFLAG。不足转向和过度转向 标志分别告诉系统50车辆是否处于不足转向或过度转向情况下。算法 然后在块154处确定初始控制增益KVy_dot_i。初始控制增益 KVy_dot_i是基于来自例如下表1的查阅表的车辆动态和控制的本领 域的技术人员熟悉的车辆动态的线性分析。
表1
 Vx(kph)     0   19   43   62   82  96   120  Kvy_dot (deg/m/s2)     0   0.042   0.069   0.13   0.158   0.16   0.165
算法还通过对于不足转向和过度转向情况都将控制增益KVy_dot 与乘数Mvydot相乘而使用不足转向/过度转向情况确定控制增益 KVy_dot。算法首先在块156处确定乘数Mvydot。下表2和表3分别 给出用于不足转向(us)和过度转向(os)情况的乘数Mvydot_us和 Mvydot_os的典型示例。如果车辆处于过度转向情况下，则 KVy_dot＝KVy_dot_i＊Mvydot_us，并且如果车辆处于不足转向情况 下，则KVy_dot＝KVy_dot_i＊Mvydot_os。在另一个实施例中，可应用 简单的逻辑。具体地，如果车辆处于不足转向情况下，则KVy_dot＝0， 并且如果车辆处于过度转向情况下，则KVy_dot＝KVy_dot_i。
表2
  Vx(kph)     0     20     40     60     80     100     120  Mvydot_us     0.10     0.1     0.08     0.08     0.05     0.05     0.05
表3
  Vx(kph)     0     20     40     60     80     100     120  Mvydot_os     1.2     1.2     1.25     1.35     1.40     1.40     1.40
算法然后在块158处确定控制增益KVy_dot。具体地， KVy_dot＝KVy_dot_i＊Mvydot_us+KVy_dot_i＊Mvydot_os，其中不足转 向或过度转向项中的一个是零。然后在块88处作为KVy_dot＊ΔVy_dot 计算侧滑率反馈信号Δδf_Vydot。
然后在控制集成处理块56中将来自SRFB处理块64的侧滑率反馈 信号Δδf_Vydot与来自YRFB处理块66的横摆率反馈控制信号Δδf_yr 集成起来。根据本发明，控制集成处理块56提供用于集成信号的两个 处理。
图5是确定一情况的流程图94，在该情况下，通过流程图76计算 的侧滑率反馈控制信号Δδf_Vydot需要与来自横摆率反馈处理块66的 横摆率反馈控制信号Δδf_yr合并。换言之，侧滑率误差没有严重到足 以在车辆稳定性增强控制中包括侧滑率。
在流程图94中使用的算法在块96处输入希望的横摆率指令 (YRC)信号、车辆横摆率信号YR、车速信号Vx和计算的实际车辆 侧滑率Vy_dot。算法然后在块98处作为YRC-YR确定横摆率误差 (YRE)信号。算法然后在块100处将YRE信号和实际的侧滑率Vy_dot 分别与阈值Th1和Th2进行比较。阈值Th1和Th2是车速Vx的函数， 并且可例如通过诸如下表4和表5的查阅表提供。
表4
 Vx(kph)     0     20     40     60     80     100     120 Th1 (deg/sec)     4.0     5.0     7.0     6.5     6.0     5.0     4.5
表5
 Vx(kph)     0     20     40     60     80     100     120  Th2 (deg/sec)     3.0     5.5     7.0     8.0     7.5     7.0     6.5
在这里所讨论的方法中设置有计数器或计时器。在YRE信号或实 际侧滑率Vy_dot分别超过各自阈值Th1和Th2的任何时候，计数器加 载预定值。具体地，在侧滑率反馈控制信号Δδf_Vydot在集成处理块 56中被集成之前，YRE信号和实际侧滑率Vyr_dot必须分别大于预定 阈值Th1和Th2达预定的时间段。例如，当每一毫秒执行控制循环时， 可使用CO＝2000的值提供两秒的周期。当计数器不是零时，设置横 向加速度标志Ay_flag指示需要将侧滑率反馈控制信号Δδf_Vydot与横 摆率反馈控制信号Δδf_yr合并。在计数器递减计数期间，YRE信号或 侧滑率Vy_dot分别超过其阈值th1或th2的任何情况都会导致将计数 器设置成其满计数(full count)，因而维持控制集成的情况。
为了进行阈值比较，算法在判断菱形102处确定YRE信号是否大 于Th1或车辆侧滑率Vy_dot是否大于Th2。如果这些条件中的任意一 个都不满足，则算法在块104处将Z计数器设置成等于计数器-1。如 果在判断菱形102处满足这些条件中的一个，则算法在块106处将Z 计数器设置成CO，并且然后在块104处将Z计数器设置成等于计数器 -1。算法然后在块108处判断Z计数器是否小于零，如果Z计数器小 于零，则将Z计数器设置成等于零。算法然后在判断菱形110处判断 是否计数大于零。如果在判断菱形110处计数大于零，则算法在块112 处将Vy_flag设置成1。如果在判断菱形110处计数不大于零，则算法 在块114处将Vy_flag设置成零。
图6是示出用于在控制集成处理块56中集成侧滑反馈控制信号 Δδf_Vydot和横摆率反馈控制信号Δδf_yr的方法的流程图120。在块 122处输入施加到控制集成处理块56的各种信号，包括不足转向标志 USFLAG、过度转向标志OSFLAG、来自处理块66的用于不足转向情 况的横摆率反馈信号Δδf_us和用于过度转向情况的横摆率反馈信号 Δδf_os和来自SRFB处理块64的侧滑率反馈信号Δδf_Vydot。算法然 后在块124处从流程图94判断Vy_flag是否等于零或一。算法然后在 块126处使用车速信号Vx和Vy_flag确定分别用于不足转向和过度转 向情况的控制集成乘数Myr_us和Myr_os。控制集成乘数Myr_us和 Myr_os是分别用于不足转向和过度转向情况的不足转向和过度转向横 摆率反馈信号Δδf_us和Δδf_os的加权函数。因为在该设计中加权因数 通过横摆率反馈乘数被归一化，所以侧滑率反馈信号Δδf_Vydot未被 加权。
图7是示出根据本发明的一个实施例用于确定横摆率控制集成乘 数Myr_us和Myr_os的方法的流程图130。算法首先在块132处输入 车速信号Vx和Vy_flag。算法然后在判断菱形134处判断Vy_flag是 否等于一，并且如果Vy_flag在判断菱形134处不等于一，则在块136 处将乘数Myr_us和Myr_os设置成等于一。具体地，如果侧滑率反馈 信号Δδf_Vydot是零，则横摆率反馈信号Δδf_Vydot不被加权。如果 算法在判断菱形134处判断出Vy_flag等于一，则算法分别在块138和 140处确定乘数Myr_us和Myr_os。下表6和表7是基于车速信号Vx 给出乘数Myr_us和Myr_os的值的示例性查阅表。
表6
 Vx(kph)     0     20     40     60     80     100     120  Myr_us   0.85   0.87    0.92   0.88   0.80   0.75   0.70
表7
 Vx(kph)     0     20     40     60     80     100     120  Myr_os   0.95   0.98   1.10   1.13   0.98   0.93   0.90
一旦从图7中的方法确定乘数Myr_us和Myr_os，算法就在块142 处通过以下方程确定横摆率反馈信号Δδf_yr：
Δδf_yr＝Δδf_us＊US_flag＊Myr_us+Δδf_os＊OS_flag＊Myr_os    (2)
算法然后在块144处从控制集成处理块56通过以下方程确定稳定 性增强控制指令Δδf：
Δδf-Δδf_yr+Δδf_Vydot＊Vy-flag    (3)
不足转向标志us_flag和过度转向标志os_flag中的一个将是零， 从而使等式(2)的项中的一个将是零。
应注意，当Vy_flag是零时，根据等式(3)计算的横摆率反馈信 号Δδf_yr与等式(1)的结果相同，此时，所有稳定性增强控制都是通 过横摆率反馈进行的。
以上讨论公开了并且说明了本发明的仅示例性的实施例。本领域 的技术人员从这种讨论并从附图和权利要求书将容易地认识到，可在 本发明中进行各种变化、修改和变型而不背离以下权利要求书限定的 本发明的精神和范围。