一種融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制方法，防側(cè)翻控制系統(tǒng)由傳感器，ECU，執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。首先由傳感器測出車輛的車輪轉(zhuǎn)角，車速等車輛參數(shù)，傳遞到ECU控制單元進(jìn)行側(cè)翻評(píng)價(jià)值的標(biāo)定，此側(cè)翻評(píng)價(jià)方法區(qū)別于傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式，該方法直接根據(jù)傳感器采集的車速及轉(zhuǎn)角信號(hào)參照F(v，δ)函數(shù)進(jìn)行前后輪轉(zhuǎn)角及對應(yīng)極限車速的標(biāo)定；加入了工況判別單元，采用不多用控制模式，充分考慮駕駛員意圖，當(dāng)車速大于此時(shí)車輛極限轉(zhuǎn)角時(shí)，ECU根據(jù)車速，車輪轉(zhuǎn)角，側(cè)傾角速度等參數(shù)進(jìn)行工況判別，通過差動(dòng)制動(dòng)和四輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行車輛行駛狀態(tài)的調(diào)整，進(jìn)而改變車輛的狀態(tài)，達(dá)到抑制側(cè)翻的效果。
【專利說明】
一種融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于汽車主動(dòng)安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車 防側(cè)翻控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全世界汽車保有量持續(xù)增長，汽車已成為人們生活中必不可少 的交通工具。近些年來，交通運(yùn)輸迅速發(fā)展，公路建設(shè)日益完善，汽車行駛速度不斷提高，然 而，隨之產(chǎn)生的交通安全問題也日益突出，由交通事故帶來的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失問題也 愈發(fā)嚴(yán)重。因此，人們在關(guān)注汽車舒適性，經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也把目光更多地轉(zhuǎn)向了安全性。汽 車側(cè)翻是影響汽車安全性的重要問題。美國國家公路交通安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration，NHTSA)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2010年，由汽車側(cè)翻所引發(fā)的 交通事故僅占總交通事故的2.2 %，但其中7659人死亡，占總交通事故死亡人數(shù)的34.5 %， 可見，側(cè)翻事故雖然發(fā)生頻率較低，所導(dǎo)致的乘員死亡率卻非常高。
[0003] 目前在防側(cè)翻控制領(lǐng)域主要運(yùn)用的防側(cè)方控制方法有主動(dòng)轉(zhuǎn)向，差速制動(dòng)，主動(dòng)/ 半主動(dòng)懸架，在側(cè)翻評(píng)價(jià)指標(biāo)方面普遍采用的是基于的側(cè)傾角，側(cè)傾角速度的LTR側(cè)翻評(píng)價(jià) 方法。其中主動(dòng)轉(zhuǎn)向方式進(jìn)行的防側(cè)翻控制主要是通過轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)行反向附加轉(zhuǎn)角干預(yù)的 方式降低側(cè)翻指標(biāo)，差速制動(dòng)可以產(chǎn)生一個(gè)附加橫擺力矩同時(shí)降低車速達(dá)到降低側(cè)翻的風(fēng) 險(xiǎn)，主動(dòng)/半主動(dòng)懸架主要是通過改變懸架阻尼器的液壓孔來進(jìn)行阻尼的調(diào)節(jié)從而使得車 輛的抗側(cè)翻能力加強(qiáng)。
[0004] 但是上述這些控制方式的側(cè)翻評(píng)價(jià)方式大都是采用了基于側(cè)傾角速度，側(cè)傾角或 者是側(cè)向加速度等進(jìn)行計(jì)算而求得的LTR評(píng)價(jià)指標(biāo)，存在了車速對其精度的影響。傳統(tǒng)的方 法為根據(jù)汽車動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行側(cè)傾角速度和側(cè)傾角計(jì)算出LTR值，由于汽車在控制過程中 會(huì)有車速的變化，因此該方法得到的LTR值不能真實(shí)的反應(yīng)車輛的側(cè)翻狀態(tài)。因此，還有需 要改進(jìn)之處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種融合車速變化的四 輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)及方法，能夠解決因車速變化而導(dǎo)致的側(cè)翻評(píng)價(jià)指標(biāo)不準(zhǔn)確的 問題，通過四輪轉(zhuǎn)向汽車后輪轉(zhuǎn)角可變的優(yōu)勢，對于側(cè)翻控制可以更加迅速。
[0006] 技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用LTR_F(v，δ)函數(shù)得到側(cè)翻評(píng)價(jià)值，從而保 證了在不同轉(zhuǎn)角不同車速下的側(cè)翻評(píng)價(jià)值的精確計(jì)算。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)，包括相互連接的傳感器、ECU 控制單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述ECU控制單元包括ECU側(cè)翻評(píng)價(jià)單元、工況判斷單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 控制單元，其中，所述ECU側(cè)翻評(píng)價(jià)單元和工況判斷單元均與所述傳感器連接，所述ECU側(cè)翻 評(píng)價(jià)單元通過控制器觸發(fā)單元與所述工況判斷單元連接，所述工況判斷單元通過所述執(zhí)行 機(jī)構(gòu)控制單元連接所述執(zhí)行機(jī)構(gòu);所述控制器觸發(fā)單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信息反饋給所述ECU 側(cè)翻評(píng)價(jià)單元。
[0008] 進(jìn)一步的，還包括車輛狀態(tài)單元，所述控制器觸發(fā)單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信息匯總到 所述車輛狀態(tài)單元后，再反饋給所述ECU側(cè)翻評(píng)價(jià)單元;所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)為并聯(lián)的差動(dòng)制動(dòng)機(jī) 構(gòu)和主動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其中，所述主動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括前輪轉(zhuǎn)向和后輪轉(zhuǎn)向。
[0009] 一種融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)的方法，具體步驟如下：
[0010] 1)通過傳感器得到車輛參數(shù)，包括車速V、轉(zhuǎn)角δ及側(cè)傾角速度P;
[0011] 2)將所述車輛參數(shù)車速V、轉(zhuǎn)角δ代入到側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)F(V，S)中，計(jì)算得到實(shí)時(shí)側(cè) 翻評(píng)價(jià)值，包括極限車速和極限轉(zhuǎn)角；
[0012] 3)將所述實(shí)時(shí)側(cè)翻評(píng)價(jià)值與設(shè)定的側(cè)翻門限值比較，若大于側(cè)翻門限值，則觸發(fā) 控制器啟動(dòng)，進(jìn)行工況判別，輸出前后輪轉(zhuǎn)角附加值和差速制動(dòng)的壓力差給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；
[0013] 4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)所述控制器輸出的前后輪轉(zhuǎn)角附加值和差速制動(dòng)的壓力差進(jìn)行 車輛行駛狀態(tài)的調(diào)整。
[0014] 傳感器包括車速傳感器，轉(zhuǎn)角傳感器和方向盤傳感器。區(qū)別于傳統(tǒng)的汽車只能改 變前輪轉(zhuǎn)角Sf，本發(fā)明采用前后輪均可通過轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)行控制的四輪轉(zhuǎn)向汽車，進(jìn)行前后 車輪轉(zhuǎn)角（~，δ Γ)的獨(dú)立控制，從而可以在側(cè)翻響應(yīng)很快的工況下，對四輪轉(zhuǎn)向汽車的轉(zhuǎn)向 電機(jī)以及四個(gè)車輪的制動(dòng)壓力同時(shí)控制，達(dá)到更佳的控制效果，提高控制效率，從而實(shí)現(xiàn)了 不同工況下的防側(cè)翻控制。
[0015] 進(jìn)一步的，所述車輪轉(zhuǎn)角δ包括前輪轉(zhuǎn)角δ￡、后輪轉(zhuǎn)角δρ。
[0016] 進(jìn)一步的，所述步驟3)中進(jìn)行工況判別的參數(shù)包括汽車車速、方向盤轉(zhuǎn)角及側(cè)傾 角速度，實(shí)行自動(dòng)控制，具體方法如下：
[0017] (a)當(dāng)傳感器測得的車速信號(hào)不變，轉(zhuǎn)角信號(hào)不斷增大，ECU判定車輛處于高速入 彎工況，優(yōu)先進(jìn)行差速制動(dòng)，通過差速制動(dòng)產(chǎn)生的附加橫擺力矩以及對車速的降低達(dá)到降 低側(cè)翻危險(xiǎn)的效果；
[0018] (b)當(dāng)傳感器測得的轉(zhuǎn)角信號(hào)不變，車速信號(hào)不斷增大，ECU判定車輛處于加速過 彎狀態(tài)，此時(shí)，ECU接收車身側(cè)傾角速度信號(hào)，優(yōu)先進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)向，在前后轉(zhuǎn)角δ同時(shí)可控的 情況下進(jìn)行車輛控制。
[0019] 進(jìn)一步的，所述(b)中情況下，車輛控制的方法具體如下：
[0020] ①當(dāng)車身側(cè)傾角速度信號(hào)小于Porad/s時(shí)，采用主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制；
[0021] ②當(dāng)車身側(cè)傾角速度信號(hào)大于Porad/s時(shí)，采用前輪、后輪轉(zhuǎn)向共同干預(yù)進(jìn)行控 制；
[0022] 所述P〇為控制器設(shè)定的車身側(cè)傾角速度值。
[0023] 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器傳輸方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)，用于工況判別。
[0024] 進(jìn)一步的，所述Pq-般選取為0.4-0.6rad/s。
[0025] 進(jìn)一步的，所述側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)F(v，δ)的具體擬合計(jì)算方法為：
[0026]步驟一:建立一個(gè)包含側(cè)傾、橫向和橫擺三個(gè)方向的四輪轉(zhuǎn)向車輛側(cè)翻模型，求得 當(dāng)前狀態(tài)四輪轉(zhuǎn)向車輛的側(cè)傾角速度Ρ和側(cè)傾角^
[0027] (1)沿7軸力平衡列式：
[0029] (2)繞z軸力矩平衡式為：
[0031] (3)繞X軸力矩平衡式為：
[0032] Ixp - Iizr - %h：su{f} + :r) = -αφρ -
[0033] 其中，m為車輛質(zhì)量；
[0034] Φ為車輛航向角；
[0035] r為車輛橫擺角速度，=一；
[0036] β為質(zhì)心側(cè)偏角；
[0037] /j為質(zhì)心側(cè)偏角加速度
[0038] δ?\δΓ分別為車輛前、后輪轉(zhuǎn)角；f為車身側(cè)傾角；
[0039] p為側(cè)傾角速度，P =#;
[0040] u為車輛質(zhì)心處的速度；
[0041 ] Iz、Ix、Ixz為對應(yīng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，
[0042] Rf、Rr為前后車軸側(cè)傾剛度，
[0043] hs為質(zhì)心高度，
[0044] ms為車輛簧上質(zhì)量；
[0045] lu、k2為輪胎側(cè)偏剛度；
[0046] ?為側(cè)傾阻尼；
[0047]步驟二:根據(jù)汽車在側(cè)翻過程中汽車輪胎對路面的壓力進(jìn)行受力分析得：
[0049]式中h為汽車質(zhì)心到旋轉(zhuǎn)軸的距離。
[0050]橫向載荷轉(zhuǎn)移率LTR即為汽車左右兩側(cè)輪胎垂直反力之差的絕對值與之和的比 值：
[0052]其中，F(xiàn)zl為左側(cè)車輪的縱向反力之和，F(xiàn)zr為右側(cè)車輪的縱向反力之和，
[0053]得到：
[0055] 步驟三：
[0056] 設(shè)定縱向車速依次為[30_150]km/h，間隔為3-10km/h;可以得到不同縱向車速Vx 下的車輛狀態(tài)方程；當(dāng)車速為120km/h時(shí)，將前，后輪轉(zhuǎn)角輸入從0°開始逐漸增大至系統(tǒng)輸 出的於和泠使得LTR值為1，記錄下此時(shí)的前輪轉(zhuǎn)角5 ￡，后輪轉(zhuǎn)角δΓ;同樣的方法，分別求得其 他車速下的使得LTR值到達(dá)極限值1時(shí)的前輪轉(zhuǎn)角，后輪轉(zhuǎn)角δ Γ。
[0057] 步驟四：
[0058]將步驟三所測得的前輪轉(zhuǎn)角δ?作為X，后輪轉(zhuǎn)角δΓ作為Υ，車速Vx作為Ζ，進(jìn)行曲線擬 合，得到一個(gè)車速Vx相對于前輪轉(zhuǎn)角3￡，后輪轉(zhuǎn)角δΓ的側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)。
[0059] 通過上述方法擬合得到的側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)即為新的側(cè)翻評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，傳感器在測得車 輛的車速與前輪轉(zhuǎn)角后，ECU將計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)角下的極限車速，并將當(dāng)前車速與極限車速對 比，從而控制主動(dòng)轉(zhuǎn)向與差速制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的啟停。
[0060] 傳統(tǒng)的側(cè)翻評(píng)價(jià)方法為：通過建立四輪轉(zhuǎn)向車輛三自由度模型作為側(cè)翻預(yù)測模 型，通過ECU接收傳感器測得的車速及轉(zhuǎn)角信號(hào)，將轉(zhuǎn)角及車速信號(hào)輸入到預(yù)測模型中，計(jì) 算出側(cè)傾角及側(cè)傾角速度，然后帶入到側(cè)翻評(píng)價(jià)公式中得到側(cè)翻評(píng)價(jià)值。但此方法有一個(gè) 缺點(diǎn)就是要建立線性的三自由度側(cè)翻預(yù)測模型必須默認(rèn)車速保持不變，那么這就給側(cè)翻控 制方式附加了約束，即只能采用主動(dòng)轉(zhuǎn)向進(jìn)行附加轉(zhuǎn)角的修正來達(dá)到側(cè)翻穩(wěn)定性的控制， 而不能通過差速制動(dòng)進(jìn)行控制，這樣一來在許多差速制動(dòng)的側(cè)翻研究中就缺乏了較為可靠 的側(cè)翻評(píng)價(jià)依據(jù)。
[0061 ]有益效果:本發(fā)明提供的融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制方法，相較于 現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：
[0062] (a)、本發(fā)明提出的新的側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)要比之前LTR方法得到的更加精確:E⑶以轉(zhuǎn) 角傳感器、車速傳感器信號(hào)為基礎(chǔ)，通過上述側(cè)翻評(píng)價(jià)方法計(jì)算得到的當(dāng)前轉(zhuǎn)角下的極限 車速與車速傳感器輸出的車速進(jìn)行對比，進(jìn)行工況判定后，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)行差速制動(dòng)或 者前后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向，進(jìn)行防側(cè)翻控制；
[0063] (b)、E⑶在執(zhí)行上述工況判別時(shí)，以轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器信號(hào)基礎(chǔ)，車身側(cè)傾 角速度傳感器的信號(hào)為輔助信號(hào)，1°車速不變或者變化較慢方向盤轉(zhuǎn)角持續(xù)增大時(shí)，判定 為高速過彎工況;2°當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角不變或者變化較慢車速持續(xù)增大時(shí)，判定為加速過彎狀 態(tài)；
[0064] (c)、本防側(cè)翻控制策略引進(jìn)了工況時(shí)別模塊:綜合考慮了駕駛員意圖針對多種工 況多種控制方式，且具有前后輪同時(shí)控制提高控制效率的優(yōu)勢：當(dāng)ECU判定車輛處于高速入 彎工況產(chǎn)生側(cè)翻危險(xiǎn)時(shí)，優(yōu)先進(jìn)行差速制動(dòng)，不干擾駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，從而通過差速制動(dòng) 產(chǎn)生的附加橫擺力矩以及對車速的降低達(dá)到降低側(cè)翻危險(xiǎn)的效果。當(dāng)ECU判定車輛處于加 速過彎狀態(tài)時(shí)，接收車身側(cè)傾角速度信號(hào)，若車身側(cè)傾角速度較小，則采用主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向進(jìn) 行控制；當(dāng)車身側(cè)傾角速度信號(hào)較大時(shí)，采用前輪加后輪轉(zhuǎn)向共同干預(yù)進(jìn)行控制，降低側(cè)翻 危險(xiǎn)。
[0065] 本發(fā)明方法融合了車速對車輛側(cè)翻狀態(tài)的影響，提出的新的側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)要要比 之前LTR方法得到的更加精確。其次，前后輪同時(shí)控制，效率更高。此外，本發(fā)明方法對不同 的工況進(jìn)行了區(qū)別控制，極大的考慮了駕駛員意圖。
【附圖說明】
[0066] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0067]圖2為本發(fā)明側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)擬合原理圖；
[0068]圖3為本發(fā)明工況判別原理圖；
[0069 ]圖4為本發(fā)明采用的側(cè)翻控制系統(tǒng)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0070]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0071]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1所示，防側(cè)翻控制系統(tǒng)包括相互連接的傳感器、E⑶控制單元 和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還包括車輛狀態(tài)單元;E⑶控制單元包括ECU側(cè)翻評(píng)價(jià)單元、工況判斷單元和執(zhí) 行機(jī)構(gòu)控制單元，其中，ECU側(cè)翻評(píng)價(jià)單元和工況判斷單元均與傳感器連接，ECU側(cè)翻評(píng)價(jià)單 元通過控制器觸發(fā)單元與工況判斷單元連接，工況判斷單元通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制單元連接執(zhí) 行機(jī)構(gòu);執(zhí)行機(jī)構(gòu)為并聯(lián)的差動(dòng)制動(dòng)機(jī)構(gòu)和主動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其中，所述主動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括前 輪轉(zhuǎn)向和后輪轉(zhuǎn)向；控制器觸發(fā)單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信息匯總到車輛狀態(tài)單元后，再反饋給 E⑶側(cè)翻評(píng)價(jià)單元。
[0072]控制器觸發(fā)單元進(jìn)行信號(hào)傳輸，亦指的是邏輯門電路，亦可稱為"控制器觸發(fā)"，圖 4為圖1的細(xì)化版，因此圖1表示為控制器觸發(fā)，圖4表示為邏輯門電路。執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制單元為 圖4中與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連的"控制器ECU"；工況判別單元在執(zhí)行工況判別后輸出對應(yīng)的轉(zhuǎn)角信 號(hào)或者車速信號(hào)或者轉(zhuǎn)角和車速信號(hào)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)ECU接收該信號(hào)，控制實(shí)際信號(hào)達(dá)到理想 值，因此會(huì)輸出制動(dòng)壓力和附加轉(zhuǎn)角到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0073] 首先由傳感器測出車輛的方向盤轉(zhuǎn)角，車速等車輛參數(shù)，傳遞到ECU控制單元進(jìn)行 側(cè)翻評(píng)價(jià)值的標(biāo)定，此側(cè)翻評(píng)價(jià)方法區(qū)別于傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式，該方法直接根據(jù)傳感器采集 的車速及轉(zhuǎn)角信號(hào)參照LTR-F(v，δ)函數(shù)進(jìn)行LTR值的標(biāo)定；當(dāng)LTR值大于側(cè)翻門限值時(shí)，ECU 根據(jù)車速，方向盤轉(zhuǎn)角，側(cè)傾角速度等參數(shù)進(jìn)行工況判別，通過差動(dòng)制動(dòng)和四輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī) 構(gòu)進(jìn)行車輛行駛狀態(tài)的調(diào)整，進(jìn)而改變車輛的狀態(tài)，達(dá)到抑制側(cè)翻的效果。
[0074] 側(cè)翻評(píng)價(jià)方法通過如下方式計(jì)算得到：
[0075]步驟一:建立一個(gè)包含側(cè)傾，橫向和橫擺三個(gè)方向的四輪轉(zhuǎn)向車輛側(cè)翻模型：
[0076] (1)沿7軸力平衡列式：
[0078] (2)繞z軸力矩平衡式為：
[0080] (3)繞X軸力矩平衡式為：
[0081 ] Ιχβ - ?Μ? - mshsu{0 + r) = ~αφρ - ,
[0082] 其中，m為車輛質(zhì)量；
[0083] Φ為車輛航向角；
[0084] r為車輛橫擺角速度，「= 0 ;
[0085] β為質(zhì)心側(cè)偏角；
[0086] #為質(zhì)心側(cè)偏角加速度
[0087] δ?\δι·分別為車輛前、后輪轉(zhuǎn)角為車身側(cè)傾角；
[0088] ρ為側(cè)傾角速度，=多；
[0089] u為車輛質(zhì)心處的速度；
[0090] I ζ、IX、I χζ為對應(yīng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，
[0091] Rf、Rr為前后車軸側(cè)傾剛度，
[0092] hs為質(zhì)心高度，
[0093] ms為車輛簧上質(zhì)量；
[0094] ki、k2為輪胎側(cè)偏剛度；
[0095] %為側(cè)傾阻尼；
[0096] 通過建立此三自由度四輪轉(zhuǎn)向車輛模型即可根據(jù)車速和轉(zhuǎn)角求得當(dāng)前狀態(tài)四輪 轉(zhuǎn)向車輛的側(cè)傾角速度和側(cè)傾角。
[0097]步驟二:根據(jù)汽車在側(cè)翻過程中汽車輪胎對路面的壓力進(jìn)行受力分析得：
[0099]式中h為汽車質(zhì)心到旋轉(zhuǎn)軸的距離。
[0100]橫向載荷轉(zhuǎn)移率(LTR)是目前汽車側(cè)翻研究中常用的一種十分有效的側(cè)翻危險(xiǎn)指 標(biāo)。汽車在轉(zhuǎn)向過程中由于受到離心力的作用，其車身會(huì)向轉(zhuǎn)彎外側(cè)傾斜，此時(shí)汽車外側(cè)的 兩個(gè)車輪的垂直載荷會(huì)增大，同時(shí)內(nèi)側(cè)兩個(gè)車輪的垂直載荷會(huì)減小。橫向載荷轉(zhuǎn)移率(LTR) 即為汽車左右兩側(cè)輪胎垂直反力之差的絕對值與之和的比值：
[0102] Fzl為左側(cè)車輪的縱向反力之和，
[0103] Fzr為右側(cè)車輪的縱向反力之和。
[0104] 將上帶入得到：
[0106] 步驟三：
[0107] 設(shè)定縱向車速依次為[30-150]km/h，間隔為3-10km/h;可以得到不同縱向車速下 的車輛狀態(tài)方程；當(dāng)車速為120km/h時(shí)，將前輪轉(zhuǎn)角輸入從0°開始逐漸增大至系統(tǒng)輸出的穸 和盧使得LTR值為1，記錄下此時(shí)的前輪轉(zhuǎn)角δ ￡。同樣的方法，分別求得其他車速下的使得LTR 值到達(dá)極限值1時(shí)的前輪轉(zhuǎn)角δ?。
[0108] 步驟四：
[0109] 將步驟三所測得的前輪轉(zhuǎn)角作為Υ，縱向車速Vx作為X，進(jìn)行曲線擬合，得到一個(gè) 車速Vx相對于前輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)。
[0110]通過上述方法擬合得到函數(shù)即為新的側(cè)翻評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，傳感器在測得車輛的車速與 前輪轉(zhuǎn)角后，ECU將計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)角下的極限車速，將當(dāng)前車速與極限車速對比，從而控制主 動(dòng)轉(zhuǎn)向與差速制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的啟停。
[0111]實(shí)施例
[0112] 如圖2所示流程：
[0113] (1)將車速設(shè)置為[30，150 ] km/h區(qū)間范圍內(nèi)，間隔為5-1 Okm/h進(jìn)行采樣;其中[30， 150]km/h此區(qū)間是汽車行駛的常見區(qū)間，高于或低于此區(qū)間對防止側(cè)翻沒有意義;太高無 法控制，太低極難翻車;間隔越小則擬合曲線精度越高；
[0114] (2)當(dāng)車速為30km/h時(shí)，將前、后輪轉(zhuǎn)角設(shè)為Odeg。將此三參數(shù)輸入進(jìn)三自由度四 輪轉(zhuǎn)向側(cè)翻模型，經(jīng)過微分方程求解得到穩(wěn)態(tài)側(cè)傾角速度及側(cè)傾角；
[0115] (3)由該狀態(tài)下的側(cè)傾角及側(cè)傾角速度計(jì)算得到此時(shí)的LTR值，當(dāng)LTR值小于0.8- 1這一范圍時(shí)，增大前后輪轉(zhuǎn)角，并跳轉(zhuǎn)至步驟(2)，直至LTR達(dá)到預(yù)設(shè)值；
[0116] (4)輸出該車速下對應(yīng)的前后輪轉(zhuǎn)角值，此時(shí)進(jìn)行下一車速對應(yīng)于預(yù)設(shè)LTR的極限 轉(zhuǎn)角
[0117] (5)將不同車速及其對應(yīng)的前后輪轉(zhuǎn)角全部輸入至曲線擬合模塊，進(jìn)行曲線擬合， 得到相關(guān)系數(shù)在[0. 9，1 ]的函數(shù)，此函數(shù)即作為新的LTR評(píng)價(jià)指標(biāo)。
[0118] 如圖3所示流程為工況判別ECU接收傳感器傳輸?shù)能囁傩盘?hào)和轉(zhuǎn)角信號(hào)。當(dāng)轉(zhuǎn)角信 號(hào)保持不變，車速信號(hào)不斷增大時(shí)，判定車輛處于高速入彎工況，則輸出理想的車速信號(hào)， 轉(zhuǎn)角信號(hào)為〇;當(dāng)車速信號(hào)保持不變，轉(zhuǎn)角信號(hào)不斷增大時(shí)，判定車輛處于加速過彎工況，結(jié) 合傳感器輸出的側(cè)傾角速度信號(hào)，當(dāng)P〈P〇rad/s時(shí)，輸出前輪轉(zhuǎn)角信號(hào)，后輪轉(zhuǎn)角信號(hào)為0， 當(dāng)P>P〇rad/s時(shí)，車輛側(cè)翻危險(xiǎn)較為嚴(yán)重，同時(shí)輸出前后輪轉(zhuǎn)角信號(hào)。
[0119] 區(qū)別于傳統(tǒng)的側(cè)翻控制模式(在側(cè)翻控制時(shí)單純的降低LTR值，不考慮實(shí)際工況， 改變駕駛員意圖），為了最大限度的不影響駕駛員意圖，本發(fā)明根據(jù)汽車車速，方向盤轉(zhuǎn)角 及側(cè)傾角速度等參數(shù)進(jìn)行工況判別，實(shí)行自動(dòng)控制：
[0120] (a)當(dāng)傳感器測得的車速信號(hào)不變，轉(zhuǎn)角信號(hào)不斷增大，ECU判定車輛處于高速入 彎工況，優(yōu)先進(jìn)行差速制動(dòng)，不干擾駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，從而通過差速制動(dòng)產(chǎn)生的附加橫擺 力矩以及對車速的降低達(dá)到降低側(cè)翻危險(xiǎn)的效果。
[0121] (b)當(dāng)傳感器測得的轉(zhuǎn)角信號(hào)不變，車速信號(hào)不斷增大，ECU判定車輛處于加速過 彎狀態(tài)，此時(shí)，ECU接收車身側(cè)傾角速度信號(hào)，在上述四輪轉(zhuǎn)向汽車模型前后轉(zhuǎn)角同時(shí)可控 的優(yōu)勢下：
[0122] ①當(dāng)車身側(cè)傾角速度信號(hào)小于Porad/s時(shí)，采用主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制;Po-般選 取為 0 · 4-0 · 6rad/s，下同。
[0123] ②當(dāng)車身側(cè)傾角速度信號(hào)大于Porad/s時(shí)，采用前輪、后輪轉(zhuǎn)向共同干預(yù)進(jìn)行控 制，降低側(cè)翻危險(xiǎn)。
[0124] 如圖4所示流程：
[0125] (1)傳感器接收三自由度四輪轉(zhuǎn)向汽車的車速信號(hào)，轉(zhuǎn)速信號(hào)和側(cè)傾角速度信號(hào)；
[0126] (2)將車速信號(hào)，轉(zhuǎn)角信號(hào)輸入到側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)中，通過側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算出極限 車速和極限轉(zhuǎn)角；
[0127] (3)邏輯門電路根據(jù)上述（1)(2)得到的信號(hào)進(jìn)行判斷，輸出邏輯值觸發(fā)進(jìn)工況判 另 IJECU;
[0128] (4)工況判別ECU接收來自傳感器的車速信號(hào)和轉(zhuǎn)角信號(hào)進(jìn)行工況判別：當(dāng)轉(zhuǎn)角信 號(hào)保持不變，車速信號(hào)不斷增大時(shí)，判定車輛處于高速入彎工況；當(dāng)車速信號(hào)保持不變，轉(zhuǎn) 角信號(hào)不斷增大時(shí)，判定車輛處于加速過彎工況；
[0129] (5)當(dāng)工況判別車輛處于高速入彎工況時(shí)，E⑶輸出理想車速信號(hào)到控制器；當(dāng)工 況判別處于加速入彎工況時(shí)，E⑶接收輔助判別信號(hào)側(cè)傾角速度p，p〈P〇rad/S時(shí)輸出理想前 輪轉(zhuǎn)角信號(hào)到控制器;P>P〇rad/ S時(shí)，同時(shí)輸出理想的前輪和后輪轉(zhuǎn)角信號(hào)到控制器；
[0130] (6)控制器接受來自（1)(5)的車速及轉(zhuǎn)角信號(hào)，輸出附加轉(zhuǎn)角和壓力差信號(hào)到執(zhí) 行機(jī)構(gòu)；
[0131] (7)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用于車輛改變了汽車的狀態(tài)，降低了側(cè)翻危險(xiǎn)。
[0132]本發(fā)明方法融合了車速對車輛側(cè)翻狀態(tài)的影響，提出的新的側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)要要比 之前LTR方法得到的更加精確。其次，前后輪同時(shí)控制，效率更高。此外，本發(fā)明方法對不同 的工況進(jìn)行了區(qū)別控制，極大的考慮了駕駛員意圖。
[0133]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)，其特征在于:包括相互連接的 傳感器、ECU控制單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu);所述ECU控制單元包括ECU偵順評(píng)價(jià)單元、工況判斷單元 和執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制單元，其中，所述ECU側(cè)翻評(píng)價(jià)單元和工況判斷單元均與所述傳感器連接， 所述ECU側(cè)翻評(píng)價(jià)單元通過控制器觸發(fā)單元與所述工況判斷單元連接，所述工況判斷單元 通過所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制單元連接所述執(zhí)行機(jī)構(gòu);所述控制器觸發(fā)單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信息反 饋給所述ECU側(cè)翻評(píng)價(jià)單元。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)，其特征在于： 還包括車輛狀態(tài)單元，所述控制器觸發(fā)單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信息匯總到所述車輛狀態(tài)單元 后，再反饋給所述ECU側(cè)翻評(píng)價(jià)單元;所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)為并聯(lián)的差動(dòng)制動(dòng)機(jī)構(gòu)和主動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī) 構(gòu)，其中，所述主動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括前輪轉(zhuǎn)向和后輪轉(zhuǎn)向。3. -種融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)的方法，其特征在于:具體步驟 如下： 1) 通過傳感器得到車輛參數(shù)，包括車速V、轉(zhuǎn)角δ及側(cè)傾角速度P; 2) 將所述車輛參數(shù)車速V、轉(zhuǎn)角δ代入到側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)F(v，S)中，計(jì)算得到實(shí)時(shí)側(cè)翻評(píng) 價(jià)值，包括極限車速和極限轉(zhuǎn)角； 3) 將所述實(shí)時(shí)側(cè)翻評(píng)價(jià)值與設(shè)定的側(cè)翻口限值比較，若大于側(cè)翻口限值，則控制器觸 發(fā)單元啟動(dòng)，進(jìn)行工況判別，輸出前后輪轉(zhuǎn)角附加值和差速制動(dòng)的壓力差給執(zhí)行機(jī)構(gòu)； 4) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)所述控制器輸出的前后輪轉(zhuǎn)角附加值和差速制動(dòng)的壓力差進(jìn)行車輛 行駛狀態(tài)的調(diào)整。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)的方法，其特 征在于:所述車輪轉(zhuǎn)角δ包括前輪轉(zhuǎn)角Sf、后輪轉(zhuǎn)角δτ。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)的方法，其特 征在于:所述步驟3)中進(jìn)行工況判別的參數(shù)包括汽車車速、方向盤轉(zhuǎn)角及側(cè)傾角速度，實(shí)行 自動(dòng)控制，具體方法如下： (a) 當(dāng)傳感器測得的車速信號(hào)不變，轉(zhuǎn)角信號(hào)不斷增大，ECU判定車輛處于高速入彎工 況，優(yōu)先進(jìn)行差速制動(dòng)，通過差速制動(dòng)產(chǎn)生的附加橫擺力矩W及對車速的降低達(dá)到降低側(cè) 翻危險(xiǎn)的效果； (b) 當(dāng)傳感器測得的轉(zhuǎn)角信號(hào)不變，車速信號(hào)不斷增大，ECU判定車輛處于加速過彎狀 態(tài)，此時(shí)，ECU接收車身側(cè)傾角速度信號(hào)，優(yōu)先進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)向，在前后轉(zhuǎn)角δ同時(shí)可控的情況 下進(jìn)行車輛控制。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)的方法，其特 征在于:所述(b)中情況下，車輛控制的方法具體如下： ① 當(dāng)車身側(cè)傾角速度信號(hào)小于Porad/s時(shí)，采用主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制； ② 當(dāng)車身側(cè)傾角速度信號(hào)大于Porad/s時(shí)，采用前輪、后輪轉(zhuǎn)向共同干預(yù)進(jìn)行控制； 所述Po為控制器設(shè)定的車身側(cè)傾角速度值。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)的方法，其特 征在于:所述Po-般選取為0.4-0.化ad/s。8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的融合車速變化的四輪轉(zhuǎn)向汽車防側(cè)翻控制系統(tǒng)的方法，其特 征在于:所述側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)F( V，δ)的具體擬合計(jì)算方法為： 步驟一:建立一個(gè)包含側(cè)傾、橫向和橫擺Ξ個(gè)方向的四輪轉(zhuǎn)向車輛側(cè)翻模型，求得當(dāng)前 狀態(tài)四輪轉(zhuǎn)向車輛的側(cè)傾角速度Ρ和側(cè)傾角滬t (1)沿7軸力平衡列式：其中，m為車輛質(zhì)量； Φ為車輛航向角； r為車輛橫擺角速度， 0為質(zhì)屯、側(cè)偏角； 為質(zhì)屯、側(cè)偏角加速度 時(shí)、如分別為車輛前、后輪轉(zhuǎn)角;巧為車身側(cè)傾角； Ρ為側(cè)傾角速度，公=每； U為車輛質(zhì)屯、處的速度； Ιζ、Ιχ、Ιχζ為對應(yīng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， Rf、Rr為前后車軸側(cè)傾剛度， hs為質(zhì)屯、高度， ms為車輛黃上質(zhì)量； ki、k2為輪胎側(cè)偏剛度； CV為側(cè)傾阻尼； 步驟二:根據(jù)汽車在側(cè)翻過程中汽車輪胎對路面的壓力進(jìn)行受力分析得：式中h為汽車質(zhì)屯、到旋轉(zhuǎn)軸的距離。 橫向載荷轉(zhuǎn)移率LTR即為汽車左右兩側(cè)輪胎垂直反力之差的絕對值與之和的比值：其中，F(xiàn)zl為左側(cè)車輪的縱向反力之和，F(xiàn)zr為右側(cè)車輪的縱向反力之和， 得到：步驟二： 設(shè)定縱向車速依次為[30-150]km/h，間隔為3-lOkm/h;可W得到不同縱向車速Vx下的車 輛狀態(tài)方程;當(dāng)車速為120km/h時(shí)，將前，后輪轉(zhuǎn)角輸入從0°開始逐漸增大至系統(tǒng)輸出的巧和 參使得LTR值為1，記錄下此時(shí)的前輪轉(zhuǎn)角Sf，后輪轉(zhuǎn)角Sr;同樣的方法，分別求得其他車速下 的使得LTR值到達(dá)極限值1時(shí)的前輪轉(zhuǎn)角Sf，后輪轉(zhuǎn)角Sr。 步驟四： 將步驟Ξ所測得的前輪轉(zhuǎn)角δ?作為X，后輪轉(zhuǎn)角δΗ乍為Y，車速Vx作為Z，進(jìn)行曲線擬合， 得到一個(gè)車速Vx相對于前輪轉(zhuǎn)角Sf，后輪轉(zhuǎn)角Sr的側(cè)翻評(píng)價(jià)函數(shù)。
【文檔編號(hào)】B62D101/00GK106080553SQ201610552073
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】趙萬忠, 季林, 王春艷
【申請人】南京航空航天大學(xué)