СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ К СТИЛЮ ВОЖДЕНИЯ ПОДСИСТЕМОЙ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD AND DEVICE TO CONTROL DRIVER STYLE-SENSITIVE AUTOMOTIVE SUBSYSTEM

Настоящее изобретение относится к способу для управления по меньшей мере одной активной подсистемой в шасси транспортного средства и к устройству для выполнения способа.
Современные транспортные средства содержат большое количество активных подсистем, которые обладают существенным влиянием на образ действий, которым транспортное средство реагирует на входной сигнал водителя, такой как действия рулевым колесом или педалями, оказывающих влияние не только на манеру, которой водитель «чувствует» транспортное средство, но также и безопасность вождения. Из EP 1355209 A1 известно моторизованное транспортное средство, в котором подсистемы, такие как контроллер двигателя, контроллер трансмиссии, контроллер рулевого управления, контроллер тормозов и контроллер пневматической подвески, могут допускать разные рабочие состояния под управлением ведущего контроллера. Этот ведущий контроллер может принимать прямой ввод от пользователя, например, через переключатель, который предоставляет пользователю возможность задавать тип грунта, по которому движется транспортное средство, и режимы работы, такие как нормальный, спортивный и буксировочный режимы. В одном из вариантов осуществления по этому документу контроллер режима транспортного средства использует информацию, относящуюся к манере, в которой управляется транспортное средство, и способ, которым используется транспортное средство, для автоматического выбора надлежащего режима. Контроллер силового агрегата и датчик угла поворота управляемых колес могут использоваться для классификации стиля вождения в качестве нормального или спортивного. Единственной раскрытой функцией контроллера силового агрегата является распределение крутящего момента на валу привода между передними и задними колесами. Определение режима привода на основе датчика угла поворота управляемых колес, вероятно, должно давать ошибки, поскольку датчик угла поворота управляемых колес не может проводить различие между действиями рулевым колесом при быстром движении по извилистой дороге и действиями рулевым колесом при маневре к или с места стоянки.
В ЕР 0406615 А2 раскрыт способ для управления активной подсистемой в шасси транспортного средства в соответствии с родовым понятием пункта 1. Активной подсистемой является трансмиссия. Управление осуществляется на основе множества показателей характеристик SKP3, SKP4, SKP5, которые являются функциями скорости транспортного средства и нормализированных ускорений. Существует потребность в способе для управления активными подсистемами в шасси транспортного средства, который предусматривает достоверное определение стиля вождения, и в устройстве для выполнения такого способа.
Настоящее изобретение удовлетворяет эту потребность способом по пункту 1. Безопасный предел ускорения представляет собой ускорение, при котором транспортное средство не будет вынуждаться буксовать.
Расчет скалярного дескриптора стиля вождения может содержать подэтап детектирования текущего рабочего состояния транспортного средства и подэтап выбора входных параметров для расчета согласно детектированному рабочему состоянию. Надлежащим выбором этих параметров реализуется гистерезис для перехода в другой режим между рабочими режимами.
Кроме того, предпочтительно учитывать не только суммарную величину ускорения, но также скорость его изменения при оценивании стиля вождения.
С этой целью может рассчитываться первый член, представляющий средние ускорения, и второй член, представляющий средние скорости изменения ускорения, и дескриптор стиля вождения может рассчитываться формированием суммы упомянутых двух членов.
Если данные, представляющие ускорение транспортного средства, собираются с постоянной частотой, возникает проблема, что заданная траектория, если проезжается на низкой скорости, будет давать больше данных и, таким образом, иметь больший вес в оценивании стиля вождения, чем та же самая траектория, проезжаемая на высокой скорости. Эта проблема преодолевается взвешиванием данных, или, более точно, упомянутых первого и/или второго членов с весовым коэффициентом, который является прогрессивно связанным со скоростью транспортного средства.
Спортивный стиль вождения может влечь за собой высокие уровни ускорения в сочетании с умеренными действиями рулевым колесом, например, при вождении и, в итоге, обгоне других транспортных средств на автостраде; другой тип спортивного вождения может влечь за собой энергичные действия рулевым колесом на умеренных скоростях и уровнях ускорения, например, при вождении по извилистой горной дороге. Для того чтобы дать возможность точного определения в любом случае, предпочтительно, чтобы вышеупомянутая сумма упомянутых двух членов была взвешенной суммой, весовые коэффициенты которой определяются на основании действий рулевым колесом.
Предпочтительно, упомянутые весовые коэффициенты определяются согласно скорости изменения угла поворота рулевого колеса.
Способ применим к многообразию активных подсистем, таких как контроллер привода на все колеса, по меньшей мере одно состояние которого соответствует включенному режиму привода на все колеса и по меньшей мере одно состояние которого соответствует выключенному режиму привода на все колеса, и который предпочтительно должен быть выключен в спортивном режиме. Другим возможным типом подсистемы является контроллер амортизатора, состояния которого соответствуют разной степени амортизации. Здесь состояние, ассоциативно связанное со спортивным стилем вождения, предпочтительно должно соответствовать более высокой жесткости амортизаторов, так что шины транспортного средства могут сохранять более плотную опору на грунт. Контроллер рулевого управления с усилителем, управляемый согласно способу по изобретению, может иметь состояния, которые отличаются степенью содействия рулевому управлению, которую они обеспечивают; в обычном контроллере рулевого управления могут быть состояния, которые имеют разные отношения между рулевым колесом и углами поворота передних колес. В контроллере силового агрегата могут быть состояния, которые имеют разные характеристики переключения передач. В контроллере нагрузки для управления нагрузкой двигателя согласно положению педали акселератора могут быть состояния, которые соответствуют разным положениям педали/характеристикам нагрузки. В контроллере тормозов могут быть состояния, каждое из которых имеет разные отношения между положением педали тормоза и силой торможения.
Моторизованное транспортное средство для выполнения настоящего изобретения содержит шасси, имеющее по меньшей мере одну подсистему, и контроллер для установки рабочего состояния упомянутой подсистемы согласно стилю вождения водителя, контроллер является приспособленным для оценивания стиля вождения на основании данных, представляющих ускорение транспортного средства.
Изобретение дополнительно может быть воплощено в компьютерных программных продуктах, содержащих средство программного кода для обеспечения возможности компьютеру, когда код выполняется на нем, выполнять способ, как определенный выше.
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания и прилагаемых чертежей.
Фиг.1 - структурная схема моторизованного транспортного средства согласно настоящему изобретению;
фиг.2 - блок-схема последовательности операций способа по алгоритму, выполняемому контроллером по фиг.1;
фиг.3 - блок-схема последовательности операций способа, показывающая подробно этап способа по фиг.2;
фиг.4 - блок-схема последовательности операций способа, показывающая подробно еще один этап способа по фиг.2.
Фиг.1 - схематическое представление моторизованного транспортного средства, иллюстрирующее в структурном виде некоторые компоненты, которые уместны для настоящего изобретения. Должно быть понятно, что эти компоненты необязательно существенны для изобретения и что изобретение также может быть применимым к иным компонентам, чем показанные.
Рулевое колесо 1 управляет углом поворота передних колес 2 моторизованного транспортного средства посредством контроллера 3 рулевого управления с усилителем. Контроллер 3 рулевого управления с усилителем имеет в распоряжении действующие факторы для поворота передних колес 2 пропорционально угловому положению рулевого колеса 1 и действующие факторы для проявления на рулевом колесе 1 крутящего момента, противодействующего крутящему моменту, приложенному водителем. Контроллер 3 рулевого управления с усилителем поддерживает множество рабочих состояний, которые отличаются друг от друга по степени содействия, предоставляемого водителю, то есть по пропорции между крутящим моментом, приложенным действующими факторами к передним колесам, и противодействующим крутящим моментом, испытываемым водителем. Контроллер 3 рулевого управления с усилителем дополнительно содержит функциональные возможности так называемого активного переднего рулевого управления, то есть он поддерживает некоторое количество состояний, имеющих разные соотношения между углом, на который водитель поворачивает рулевое колесо 1, и соответствующим углом рыскания передних колес 2.
Педаль 4 акселератора управляет нагрузкой двигателя 5 через электронный контроллер 6 двигателя. Контроллер 6 двигателя поддерживает множество состояний, которые используют разные характеристики для управления нагрузкой двигателя в качестве функции положения педали акселератора. Например, может быть «спокойное» состояние, в котором нагрузка меняется незначительно в зависимости от положения педали, и может быть «динамичное» состояние, в котором нагрузка сильно меняется в зависимости от положения педали.
Контроллер 7 трансмиссии управляет коробкой 8 передач, главным образом, на основании нагрузки частоты вращения двигателя, детектированных датчиками, не показанными, на двигателе 5. Рычаг 9 переключения передач присоединен к контроллеру 7 трансмиссии, с тем чтобы давать водителю возможность выбирать между разными состояниями контроллера 7 трансмиссии, который использует разные алгоритмы для выбора передаточного числа в коробке 8 передач на основании частоты вращения и нагрузки двигателя, или для управления с блокировкой автоматики передаточным числом, выбранным контроллером 7 трансмиссии.
Контроллер 7 трансмиссии также может быть приспособлен для переключения между состоянием с приводом на два колеса и состоянием с приводом на четыре колеса, на основании входного сигнала от водителя, либо автоматически, например, на основании скорости езды.
Электронный контроллер 10 тормозов управляет реакцией тормозов, не показаны, выдаваемой на колеса транспортного средства, на нажатие водителем педали 13 тормоза. Контроллер 10 тормозов может реализовывать традиционные схемы управления тормозом, такие как антиблокировочная система или программа электронной стабилизации, ESP, и разные состояния контроллера 10 тормозов могут меняться по величине пробуксовки колес, допускаемой до того, как приводится в действие антиблокировочная система или ESP.
Контроллер подвески, не показан, предусмотрен для управления жесткостью подвески колес транспортного средства, разные состояния контроллера подвески соответствуют разным степеням жесткости, которую он прикладывает к амортизаторам колес.
Все эти контроллеры 3, 6, 7, 10 присоединены, в качестве вспомогательных контроллеров или ведомых контроллеров, к ведущему контроллеру 11 системой 12 шин.
Система 12 шин может иметь линейную структуру, в которой все контроллеры присоединены параллельно к одной и той же линии шины, а данные, передаваемые по шине одним из контроллеров, параллельно принимаются остальными.
На фиг.1 система 12 шин показана имеющей кольцевую структуру, с сегментами шины, тянущимися от ведущего контроллера 11 до контролера 6 двигателя, от контролера 6 двигателя до контроллера 7 трансмиссии и так далее, и, в заключение, от контроллера 10 тормозов обратно до ведущего контроллера 11. В такой системе шин ведущий контроллер 11 может определять, что данные, отправленные им, были правильно приняты всеми контроллерами, если эти данные, после совершения полного оборота по системе 12 шин, принимаются неповрежденными снова в ведущем контроллере 11.
Задача ведущего контроллера 11 состоит в том, чтобы разрешать различные состояния, которые вспомогательные контроллеры 3, 6, 7, 10 могут допускать, на основании манеры езды водителя. Ведущий контроллер 11 может быть предназначен для поддержки различных режимов работы, одного, в котором он выбирает состояния вспомогательных контроллеров на основании поведения водителя, и других, в которых он принимает решение на основании данных, которые водитель вводит непосредственно, например, приводя в действие переключатели. С использованием этих переключателей водитель может задавать внешние параметры, которые уместны для решений, принимаемых ведущим контроллером 11, такие как дорожные условия (сухие/влажные, твердая/песчаная/грязная, режим буксировки/без буксировки, с приводом на 2 колеса/с приводом на 4 колеса и т.п.). Этот последний режим работы ведущего контроллера 11, будучи традиционным, в последующем не будет описываться подробно.
x
y
Фиг.2 иллюстрирует способ, выполняемый ведущим контроллером 11 для определения стиля вождения водителя. Главной идеей способа по фиг.2 является так называемая «загрузка поверхности». Название этого термина выводится из понятия, что есть ограниченный диапазон продольного и поперечного ускорений a, a, в котором транспортное средство может безопасно работать, и на схеме, которая содержит продольное и поперечное ускорения в качестве ортогональных осей, эта область имеет форму эллипса. Загрузка поверхности указывает, насколько большое использование этой безопасной области производит водитель.
На фазе инициализации способа по фиг.2, оцененное значение, SUest, загрузки поверхности и ее производная по времени, SUrate, устанавливаются в ноль на этапе S1, а индекс K счета моментов времени устанавливается в единицу на этапе S2.
x
y
x
y
x,max
y,max
На этапе S3, ведущий контроллер 11 определяет продольное ускорение a, поперечное ускорение a и скорость v транспортного средства в момент K. На этапе S4, детектированные значения a(K), a(K) ускорения нормализуются соответственными пороговыми значениями a и a, возводятся в квадрат, складываются, и квадратный корень из суммы дает загрузку SU(K) поверхности в момент K:
x,max
y,max
x,max
y,max
В материалах настоящей заявки a и a обозначают максимальные пороговые значения продольного и поперечного ускорений, которые водитель не должен превышать, для того чтобы сохранять точное управление транспортным средством. Эти пороговые значения a, a могут быть предопределенными для всех условий или могут быть различные значения этих пороговых значений, хранимые в ведущем контроллере 11, которые выбираются ведущим контроллером 11 согласно дорожным условиям. Дорожные условия могут вводиться непосредственно водителем через любой традиционный интерфейс человек/машина, либо они могут автоматически определяться контроллером 11 или надлежащим одним из его ассоциативно связанных вспомогательных контроллеров, например, на основании детектированной пробуксовки колеса, активности (антиблокировочной) системы ABS и т.п.
x
y
Загрузка SU(K) поверхности, рассчитанная на этапе S4, подвержена погрешностям, обусловленным неточностями при измерении a и a. Для того чтобы снизить влияние таких погрешностей, оценка истинной загрузки поверхности, SUest(K), рассчитывается на этапе S5 на основании плавающего среднего предыдущих загрузок поверхности и экстраполяции, основанной на предыдущей производной SUrate(K-1):
1
1
SUest(K)=(1-Tg)SUest(K-1)+TgSU(K)+T SUrate(K-1) (2)
1
при этом T - временной интервал между моментами K-1 и K, то есть между измерениями ускорения в следующих друг за другом выполнениях этапа S3, а g - произвольный коэффициент, например, приблизительно в 20 Гц, в случае интервала T выборки приблизительно в 10 мс.
Производная загрузки повехности рассчитывается согласно
2
SUrate(K)=SUrate(K-1)+Tg(SU(K)-SUest(K-1)) (3)
2
2
при этом g - произвольный коэффициент, например, приблизительно 12 Гц.
x
y
Если допущено, что временной интервал T выборки постоянен, гораздо большее количество отсчетов a, a ускорения будет приниматься на траектории заданной длины, если она проезжается медленно, чем если бы она проезжалась быстро, так что, если стиль вождения определяется непосредственно на основании SUest и SUrate, траектории, где транспортное средство ведется медленно, имеют тенденцию наделяться избыточным весом. Для того чтобы скомпенсировать этот эффект, загрузка поверхности и ее производная взвешиваются на этапе S6 зависимым от скорости весовым коэффициентом G(v), пример которого дан в таблице 1, в силу чего получаются взвешенная загрузка WSU(K) поверхности и взвешенная производная WSUrate(K):
WSU(K)=|SU(K)|G(v)
WSUrate(K)=|SUrate(K)|G(v)
Таблица 1Весовой коэффициент G(v)
<i>v </i>(<i>км/ч</i>)
0
10
50
70
100
150
200
<i>G</i>(<i>v</i>)
0
2,7
14
19
27
27
27
Можно видеть, что в диапазоне скоростей ниже 100 км/ч G(v) прямо пропорционален скорости транспортного средства. На скорости в 100 км/ч и выше G(v) постоянен, для того чтобы избежать перевешивания коротких временных интервалов, проезжаемых на исключительно высокой скорости.
av,p
av,d
На этапе S7 пропорциональный и производный члены T(K) и T(K) рассчитываются на основании взвешенной загрузки WSU(K) поверхности и взвешенной производной WSUrate(K).
p
d
av,p
av,d
pc
ps
p
dc
ds
d
pc
dc
ps
ds
На основании режима работы, установленного в текущий момент в ведущем контроллере, нормального или спортивного, способ ответвляется с этапа S8 на S9, либо S10. На любом из этих этапов делители H, H выбираются для средних членов T и T согласно текущей скорости v транспортного средства. Таблицы, в которых предопределены эти делители, хранятся в ведущем контроллере 11. Пример для набора делителей H, H, из которых выбираются делители H, и H, H, из которых выбираются делители H, приведен в таблице 2. Делители H, H ассоциативно связаны с нормальным режимом, а делители H, H ассоциативно связаны со спортивным режимом.
Таблица 2Делители для нормального и спортивного режимов
<i>v </i>(<i>км/ч</i>)
0
55
90
145
<i>H</i><sub>ps</sub>(<i>v</i>)
5
4
3
3
<i>H</i><sub>pc</sub>(<i>v</i>)
7
6
5
4
<i>H</i><sub>ds</sub>(<i>v</i>)
6
6
7,5
7,5
<i>H</i><sub>dc</sub>(<i>v</i>)
10
10
11
13
p
d
p
d
С использованием делителей H, H, выбранных из таблицы 2 согласно скорости и режиму вождения, пропорциональный и производный показатели I, I рассчитываются на этапе S11 согласно
ps
ds
pc
dc
p
d
ps
pc
ds
dc
p
d
Как можно видеть в таблице 2, делители H, H, ассоциативно связанные со спортивным режимом, являются меньшими, чем соответствующие из делителей H, H, ассоциативно связанных с нормальным режимом, так что при вождении сходным образом в нормальном и спортивном режимах результирующие показатели I, I будут большими, чем в нормальном режиме. Таким путем реализован гистерезис, соответственно, избегая излишних переключений между нормальным и спортивным режимами, которые могли бы раздражать водителя, если бы они происходили слишком часто. Кроме того, можно видеть, что делители H, H для пропорционального члена уменьшаются при снижении скорости, тогда как делители H, H для производного члена увеличиваются со скоростью. Это пригодилось для получения большого разброса числовых значений показателей I, I согласно стилю водителя, так что четкое решение для одного режима или другого может быть основано на этих показателях.
На этапе S12 рассчитывается производная  по времени угла δ поворота рулевого колеса. Для расчета этой производной может использоваться способ, аналогичный расчету производной SUrate(K) загрузки поверхности на этапе S5.
p
d
На основании этих производных можно проводить различие между двумя разными типами спортивного вождения, одним, который вызывает высокие скорости, но незначительные движения на поворотах, такие как езда по автостраде, и другим, на средних скоростях, но влекущим за собой много движения на поворотах. Для того чтобы дать ведущему контроллеру 11 возможность быстро распознавать любой из этих стилей, взвешенная сумма показателей I(K), I(K), рассчитанных на этапе 11, формируется на этапе S13 согласно уравнению (5).
g
p
dyn
dyn
dyn
dyn
Если весовой коэффициент W увеличивается в зависимости от , как проиллюстрировано в таблице 3 в качестве примера, пропорциональный показатель I наделяется большим весом, если угловая скорость поворота низка, то есть, если транспортное средство, главным образом, движется прямо вперед или по гладким длинным кривым, что типично для езды по автостраде, тогда как, если есть много движения на поворотах в меняющихся направлениях, член производной наделяется большим весом. Таким образом, получается простой скалярный показатель I динамичного вождения, по которому стиль вождения водителя может классифицироваться как нормальный или спортивный на основании простого сравнения с пороговым значением на этапе S14. В результате этого сравнения флажковый признак DF динамичного вождения может устанавливаться в ВЫКЛ. (OFF) на S15, если I находится ниже первого порогового значения, он может устанавливаться во ВКЛ. (ON) на этапе S16, если I выше другого второго порогового значения, или он может быть оставлен неизменным (S17), если показатель I находится между этими двумя пороговыми значениями.
Таблица 3Весовой коэффициент W<sub>g</sub>
<img file="00000004.tif" he="5" wi="3" img-content="undefined" img-format="tif" /> (град/с)
0
10
30
50
100
500
<i>W</i><sub>g</sub>
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,7
Фиг.3 иллюстрирует расчет среднего величины x в ведущем контроллере 11, каковая величина может быть взвешенной загрузкой WSU поверхности или взвешенной производной WSUrate по этапу S7 или производной  угла δ поворота рулевого колеса, на этапе S12. Когда цикл этапов с S3 до S16 по фиг.2 выполняется первый раз, способ расчета среднего по фиг.3 включает в себя этапы S21 инициализации, на котором счетчик CT, сумма S и среднее значение av устанавливаются в 0, и S22, на котором ячейки u(0), u(1),..., u(BS-1) буфера, содержащего ячейки BS, устанавливаются в ноль.
На этапе S23 получается отсчет x(K) величины x, которая должна усредняться.
На этапе S24 сумма S приращивается на x(K) и уменьшается на элемент u(KmodBS) буфера. Пока счет CT является меньшим, чем размер BS буфера, u(KmodBS) равен нулю. Затем x(K) сохраняется в элементе u(KmodBS) буфера (этап S25), и счет CT увеличивается на единицу (S26).
Этап S27 выносит решение, превышает ли счет CT размер BS буфера. Если да, среднее получается делением суммы S на размер BS буфера; если нет, оно получается делением суммы S на счет CT. В этом среднем, самые последние BS отсчетов x(KmodBS), x((K-1)modBS),..., x((K-BS+1)modBS) все имеют одинаковый вес, а отсчеты, которые старше, чем x((K-BS+1)modBS), подвергнувшиеся перезаписи в буфере, не учитываются.
dyn
dyn
in
in
dyn
out
out
Θ
Θ
Θ
Θ
Фиг.4 иллюстрирует последовательность операций выбора флажкового признака DF динамичности на основании показателя I динамичности на этапах с S14 до S17 по фиг.2. На первом этапе S31 показатель I(K) динамичного вождения сравнивается с первым пороговым значением . Если это пороговое значение превышено, флажковый признак DF динамичного вождения устанавливается во ВКЛ. на этапе S32. Если пороговое значение  не превышено на этапе S31, I сравнивается со вторым пороговым значением  на этапе S33. Если это пороговое значение  не превышено, также, флажковый признак DF устанавливается в ВЫКЛ. на этапе S34. Иначе, DF оставляется неизменным.
x
max
max
dyn
in
Θ
На последующем этапе S35 продольная скорость v сравнивается с пороговым значением v. Если пороговое значение v превышено, флажковый признак DF оставляется неизменным; иначе, он устанавливается в ВЫКЛ. на этапе S36. Таким образом, флажковый признак DF может устанавливаться в ВЫКЛ. немедленно, если скорость низка, например, указывая на парковочные маневры, хотя показатель I вождения может быть основательно выше порогового значения  после продолжительного периода быстрой езды.