[发明专利]与EPS控制器结合的碰撞避免控制

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于提供叠加扭矩命令以控制电动助力转向（EPS）电动机的系统和方法，并且更具体来说，涉及用于提供叠加扭矩命令以控制EPS电动机的系统和方法，其中该方法使用六维车辆运动模型，包括用于为车辆转向建模的单轨道线性自行车模型和单自由度转向柱模型，以确定转向控制目标和提供确定最优的总转向柱扭矩（从其确定叠加扭矩命令）的模型预测控制（MPC）。

背景技术

传感器和致动器技术的发展已经使得驾驶者辅助系统（DAS）的发展能够防止交通事故，特别是由驾驶者的失误或疏忽引起的那些事故。某些类型的DAS，诸如防抱死制动系统（ABS）、电子稳定性控制（ESC）、自适应巡航控制（ACC）、车道偏离警告（LDW）系统、车道改变辅助（LCA）、前向碰撞警报（FCA）以及车道保持辅助（LKA）已经在生产车辆中。主动安全技术现在正在变成汽车工业中的主要研究领域。碰撞迫近制动是通过应用制动来避免或减轻碰撞的有效方式。另一方面，碰撞避免转向可以允许在单独致动仅可能减轻碰撞的一些情况下避免碰撞。

本领域中已知用于在车辆驾驶者自己未采取规避动作的情况下提供主车辆的自动转向以避开主车辆前方的较慢或停止物体的碰撞避免系统。已知的碰撞避免系统向车辆驾驶者提供警告，并且取决于驾驶者是否采取规避动作，可以提供自动制动和/或自动转向。如果系统确定有必要自动转向以避免碰撞，则系统必须计算用于主车辆的安全转向路径以提供转向控制。那些系统中的一些能够检测车道标志以计算主车辆的转向路径来进行用于碰撞避免目的的车道改变。那些碰撞避免系统还提供使得主车辆遵循计算出的转向路径以提供车辆转向的转向命令。

用于这些类型的系统的物体检测传感器可以使用许多技术中的任一种，诸如短程雷达、远程雷达、具有图像处理的摄像机、激光或激光雷达、超声波等。物体检测传感器检测主车辆的路径中的车辆和其他物体，并且应用软件使用物体检测信息来提供警告或者在适当的情况下采取动作。警告可以是车辆仪表板或平视显示器（HUD）中的视觉指示，和/或可以是音频警告或其他触觉反馈设备，诸如座椅震动。在许多车辆中，物体检测传感器直接结合到前保险杠或车辆的其他罩板中。

2012年5月29日发布的标题为“Model Based Predictive Control for Automated Lane Centering/Changing Control Systems（用于自动车道定中/改变控制系统的基于模型的预测控制）”的美国专利号8,190,330（该专利转让给此申请的受让人并且以引用的方式并入本文）披露用于为自主或半自主车辆驱动的系统中的车道改变或车道定中目的提供转向控制的系统和方法。2013年9月3日发布的标题为“Vehicle Collision Avoidance and Warning System（车辆碰撞避免和警告系统）”的美国专利号8,527,172（该专利转让给此申请的受让人并且以引用的方式并入本文）披露使用组合的自动制动和转向的碰撞避免系统。

授予Moshchuk等人的美国专利申请公开号2013/0218396（该申请转让给此申请的受让人并且以引用的方式并入本文）披露用于提供包括提供自动转向辅助的增强的车辆控制的系统和方法。‘396申请描述使用转向模型的碰撞避免系统，该转向模型使用四维单轨线性自行车模型来为车辆动力学建模。四维模型是用来产生控制电动助力转向（EPS）系统以提供转向辅助所必需的车轮角度命令，其中车轮角度命令被转换成用于EPS系统中的电动机的扭矩命令。‘396申请使用比例积分微分（PID）控制来将车轮角度命令转换成用于EPS系统的扭矩命令。然而，为此目的使用PID控制需要大量调谐以实现所有车辆速度下的良好性能和稳健操作。PID控制的调谐是耗时的，并且由其产生的转向控制可能在调谐过程中变得不稳定。另外，需要对转向致动器延迟进行补偿。

发明内容

本发明描述用于产生用于供碰撞避免系统使用的EPS系统中的电动机的叠加扭矩命令的系统和方法。该方法使用采用六维车辆运动模型的模型预测控制，该模型包括单轨道线性自行车模型和单自由度转向柱模型的组合以便为车辆转向建模。该方法通过包括最优总转向扭矩命令的成本函数确定转向控制目标，该目标定义当前车辆路径与所希望的车辆路径之间的路径跟踪误差。MPC确定最优总转向扭矩命令以最小化路径误差，并且随后使用驾驶者输入扭矩、EPS辅助扭矩和总柱扭矩命令来确定扭矩叠加命令。

本发明包括以下方案：