CN101537828A - 四轮转向汽车稳定性控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四轮转向汽车稳定性控制***，包括实时对车体质心处速度方向相对于车体纵向轴线的偏转角度即车体侧偏角进行检测的车体侧偏角测量装置、实时对车体实际转动角速度与驾驶员给定转动角速度间的车体转动角速度偏差进行检测的车体转动角速度偏差测量装置，以及根据车体侧偏角测量装置和车体转动角速度偏差测量装置实时所输出信号相应对后轮转角控制器和制动轮判定及制动力矩分配控制器进行控制的电子控制单元；所述制动轮判定及制动力矩分配控制器分别对四个车轮的车轮制动器进行控制。本发明结构合理且使用操作简便，可有效改善汽车在极限或危险工况下的行驶稳定性，提高汽车在光滑路面高速大转角转向时的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车转向与制动综合控制技术领域，尤其是涉及一种四轮转向汽车稳定性控制***。
背景技术
汽车的稳定性是指当驾驶员通过操纵方向盘而给定汽车一个行驶方向时，汽车能够抵御企图改变其行驶轨迹的外力或外力矩等干扰而保持稳定行驶的能力。汽车稳定性的好坏将直接影响其操纵性的优劣，稳定性的丧失常易导致驾驶员失去对车辆的控制，使得车辆的动态行为变得不可预测，从而引发严重的交通事故。
引起车辆失稳的原因主要有以下几个方面：1)由于汽车纵向和侧向加速度引起的前、后轴以及左、右侧载荷转移，在某些情况下可以使车辆由转向不足变为转向过多，从而引发失稳；2)汽车的转动角速度响应往往滞后于驾驶员对方向盘的操纵，当汽车进行紧急变道时，由于这种滞后会使车辆在转向时产生比较大的横摆力矩，作用一段时间后会引起较大的车体侧偏角，因而在较大的车体侧偏角下，驾驶员往往很难操纵车辆而引发失稳；3)汽车轮胎分别处于不同摩擦系数的路面上(分离路面)时，易引起汽车发生很大姿态的改变；此外，不平路面对车辆的干扰以及侧向风等干扰也会引起汽车姿态的改变，当因这种改变引起的车体侧偏角很大时，就可能使汽车失稳；4)当驾驶员遇到紧急情况时，由于慌乱而操作不当使轮胎侧向力达到饱和，这时汽车会产生很大的车体侧偏角，使驾驶员无法通过进一步的调整来操纵车辆，引起失稳。
综合分析上述原因，可以归纳得出：过大的车体侧偏角与不合适的车体转动角速度(转向不足或转向过多)是引发车辆失稳的两个主要原因，因此通过对二者的合理控制是改善汽车行驶稳定性的有效方法，但是对于目前常见的单纯前轮转向汽车，在危险情况下仅依靠驾驶员通过方向盘对汽车前轮转角的调整来保证其稳定性通常效果甚微，因此需要附加有效的辅助控制***以改善车辆的行驶稳定性状况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种四轮转向汽车稳定性控制***，其结构合理且使用操作简便，可有效改善汽车在极限或危险工况下的行驶稳定性，提高汽车在光滑路面高速大转角转向时的安全性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种四轮转向汽车稳定性控制***，其特征在于：包括实时对车体质心处速度方向相对于车体纵向轴线的偏转角度即车体侧偏角进行检测的车体侧偏角测量装置、实时对车体实际转动角速度与驾驶员给定转动角速度间的车体转动角速度偏差进行检测的车体转动角速度偏差测量装置，以及根据车体侧偏角测量装置和车体转动角速度偏差测量装置实时所输出信号相应对后轮转角控制器和制动轮判定及制动力矩分配控制器进行控制的电子控制单元；
所述制动轮判定及制动力矩分配控制器为根据电子控制单元所输出信号，判定是否需要对四轮转向汽车的左侧或右侧车轮进行制动以及相应具体分配需制动侧前后轮的制动力矩的控制器；所述制动轮判定及制动力矩分配控制器分别对四个车轮的车轮制动器进行控制。
所述车体侧偏角测量装置包括实时对车体纵向速度进行检测的纵向速度传感器、实时对车体侧向速度进行检测的侧向速度传感器，以及根据纵向速度传感器和侧向速度传感器所检测信号相应计算得出所述车体侧偏角的车体侧偏角控制器。
所述车体转动角速度偏差测量装置包括实时对方向盘转角进行检测的方向盘转角传感器、实时对车体转动角速度进行检测的车体转动角速度传感器，以及对方向盘转角传感器和车体转动角速度传感器所检测信号进行分析比较并结合推算得出的理想车辆动力学模型，相应计算得出所述车体转动角速度偏差的车体转动角速度偏差控制器；所述车体转动角速度传感器安装在车体质心。
所述电子控制单元包括对车辆稳定性进行实时分析判断的车辆稳定性判定功能模块，以及根据车辆稳定性判定功能模块所输出信号相应对后轮转角控制器和制动轮判定及制动力矩分配控制器进行控制的模糊控制功能模块；所述车辆稳定性判定功能模块为根据车体侧偏角测量装置和车体转动角速度偏差测量装置所输出信号相应对模糊控制功能模块进行控制。
本发明与现有技术相比具有以下优点，1、提高了汽车在光滑路面高速大转角转向时的行驶稳定性。2、降低了汽车因失稳而引发的激转、倾翻、碰撞等交通事故发生的机率。3、采用后轮也参与转向的四轮转向汽车，四轮转向汽车是指除车辆的前轮转动可由驾驶员通过方向盘控制以外，其后轮通过控制器也可进行转动；由于后轮主动参与了转向，因而可减小车体侧偏角并增加轮胎侧向力的裕度，使其远离饱和状态；由于充分利用了所有轮胎的侧向力，所以采用四轮转向在一定程度上提高了汽车的行驶稳定性。此外，当车辆即将失去稳定性时，对各个车轮采取主动制动，一方面可降低车辆行驶速度而降低危险，另一方面也可对轮胎的纵向力进行调节以改变驱使车辆转动的横摆力矩而保证稳定性，所以对车轮进行主动制动也是提高汽车行驶稳定性的一种方法。显然，采用四轮转向与主动制动联合作用，对提高车辆的行驶稳定性将会更为有效，综上，本发明在提高车辆稳定性的同时，又改善了车辆的操纵性；4、采用稳定性分析判断技术，可有效避免控制***的频繁作用而造成对汽车正常行驶的干扰。综上，本发明结构合理且使用操作简便，可有效改善汽车在极限或危险工况下的行驶稳定性，提高汽车在光滑路面高速大转角转向时的安全性，主要适用于汽车行驶在路面摩擦条件恶劣(如光滑结冰路面)情况，此时地面所能提供给轮胎的侧向力极为有限，若驾驶员再进行高速大转角转向车辆很容易失去稳定性，而本稳定性控制***能充分有效发挥作用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的电路框图。
图2为本发明的控制原理图。
附图标记说明：
1-方向盘转角传感器； 2-车体转动角速度传 3-车体转动角速度
感器； 偏差测量装置；
4-电子控制单元； 5-后轮转角控制器； 6-车轮制动控制器；
7-模糊控制功能模块； 8-车辆稳定性判定功 9-侧向速度传感器；
能模块；
10-车体侧偏角测量装 11-纵向速度传感器； 12-车体侧偏角控制
置； 器；
13-车体转动角速度偏 14-制动轮判定及制 15-理想车辆动力学
差控制器； 动力矩分配控制器； 模型；
16-四轮转向汽车。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括实时对车体质心处速度方向相对于车体纵向轴线的偏转角度即车体侧偏角进行检测的车体侧偏角测量装置10、实时对车体实际转动角速度与驾驶员给定转动角速度间的车体转动角速度偏差进行检测的车体转动角速度偏差测量装置3，以及根据车体侧偏角测量装置10和车体转动角速度偏差测量装置3实时所输出信号相应对后轮转角控制器5和制动轮判定及制动力矩分配控制器14进行控制的电子控制单元4。
其中，所述制动轮判定及制动力矩分配控制器14为根据电子控制单元4所输出信号，判定是否需要对四轮转向汽车的左侧或右侧车轮进行制动以及相应具体分配需制动侧前后轮的制动力矩的控制器。所述制动轮判定及制动力矩分配控制器14分别对四个车轮的车轮制动器6进行控制。
所述车体侧偏角测量装置10包括实时对车体纵向速度进行检测的纵向速度传感器11、实时对车体侧向速度进行检测的侧向速度传感器9，以及根据纵向速度传感器11和侧向速度传感器9所检测信号相应计算得出所述车体侧偏角的车体侧偏角控制器12。
所述车体转动角速度偏差测量装置3包括实时对方向盘转角进行检测的方向盘转角传感器1、实时对车体转动角速度进行检测的车体转动角速度传感器2，以及对方向盘转角传感器1和车体转动角速度传感器2所检测信号进行分析比较并结合推算得出的理想车辆动力学模型15，相应计算得出所述车体转动角速度偏差的车体转动角速度偏差控制器13。其中，车体转动角速度是指车体绕过车体质心垂直轴线转动的角速度。所述车体转动角速度传感器2安装在车体质心。
所述电子控制单元4包括对车辆稳定性进行实时分析判断的车辆稳定性判定功能模块8，以及根据车辆稳定性判定功能模块8所输出信号相应对后轮转角控制器5和制动轮判定及制动力矩分配控制器14进行控制的模糊控制功能模块7。所述车辆稳定性判定功能模块8为根据车体侧偏角测量装置10和车体转动角速度偏差测量装置3所输出信号相应对模糊控制功能模块7进行控制。
本发明的工作过程是：在汽车行驶过程中，车体侧偏角测量装置10实时检测车体质心速度方向相对于车体纵向对称轴线的偏转角度(即车体侧偏角)，上述偏转角度即车体侧偏角不能通过传感器直接测量，而是由车体侧偏角控制器12按照车辆运动学关系对纵向速度传感器11与侧向速度传感器9所检测信号进行分析处理运算所得；与此同时，车体转动角速度偏差测量装置3通过车体转动角速度传感器2(通常为车载陀螺仪)实时检测车体的实际转动角速度值，并通过车体转动角速度偏差控制器13将该车体实际转动角速度值与驾驶员给定的车体转动角速度值进行对比并得出二者之间偏差。其中，驾驶员给定转动角速度体现了驾驶员预定的转向意图，代表了汽车一种理想的转向状态，它通过方向盘转角传感器1所检测信号以及通过车辆行驶速度并按照给定的车辆动力学关系即结合理想车辆动力学模型15，由车体转动角速度偏差控制器13计算得出。之后，车体侧偏角测量装置10与车体转动角速度偏差测量装置3将其所得出的车体侧偏角与转动角速度偏差值输送至电子控制单元4。电子控制单元4首先通过其内嵌的车辆稳定性判定功能模块8，对所接受到的车体偏转角度与转动角速度偏差量按照设定的阈值进行分析，若二者超出所设定的阈值则认为车辆已接近失稳状态而需要进行稳定性控制，若二者小于所设定的阈值则认为汽车仍在安全行驶状态而不需要进行稳定性控制。当需要进行稳定性控制时，电子控制单元4中的模糊控制功能模块7将发挥作用，模糊控制功能模块7实质为一二维模糊控制器，该控制器具有给定的隶属函数与模糊推理规则，其控制输入参数即为上述的车体侧偏角与转动角速度偏差量，而其输出的控制量则为汽车后轮转角以及所需要的校正横摆力矩值；此时，制动轮判定及制动力矩分配模块14将对所接收到的校正横摆力矩信号的方向与大小进行分析，以确定是需要对汽车的左侧还是右侧车轮进行制动，同时按照设定的方法对汽车需制动侧前、后轴车轮各自所需要的制动力矩大小进行具体分配，并将所确定信号输送至需制动的车轮制动控制器6；最后，后轮转角控制器5和车轮制动器6将根据所获得的后轮转角与车轮制动信号而相应对车辆即四轮转向汽车16进行控制，最终达到校正汽车的失稳状况，避免交通事故发生与提高行驶安全性的目的。
结合图2，电子控制单元4中的车辆稳定性判定功能模块8，首先以车体质心侧偏角β的相轨迹以及车体实际转动角速度r与驾驶员给定转动角速度rd的偏差e作为车辆是否失去稳定性的联合判定信号，并进行车辆即四轮转向汽车16的失稳判定。当判定车辆即将或已经丧失稳定性时，模糊控制功能模块7将发挥作用，经过模糊推理后控制器将输出为了校正车辆失稳而所需的后轮转角δr与校正横摆力矩值ΔM，该校正横摆力矩ΔM是通过对车辆的左侧或右侧车轮的前、后轴车轮即前后轮同时进行制动获得的；各个车轮制动器的制动力矩Tb是根据校正横摆力矩ΔM的方向及大小由制动轮判定及制动力矩分配模块14给定的，具体过程是：首先根据校正横摆力矩ΔM的方向来判定是需要对汽车的左侧还是右侧车轮进行制动；然后根据校正横摆力矩ΔM的大小，并按照设定的方法对汽车需制动侧前、后轴车轮各自所需要的制动力矩大小进行具体分配；车辆的前轮转角δf是由驾驶员通过方向盘进行控制的。最终，在前轮转角δf、后轮转角δr与制动器制动力矩Tb的共同作用下，车辆将被强制恢复至稳定状态，从而避免交通事故的发生。其中，车体实际转动角速度r是由车体转动角速度传感器4(通常为车载陀螺仪)测量所得；驾驶员给定转动角速度rd利用驾驶员对方向盘的输入转角δw，并按照理想车辆模型动力学关系计算所得；δw为方向盘转角，可通过所给定的转向传动比i转换为对应的前轮转角δf(δf＝δw/i)；车体侧偏角β是车体侧偏角控制器12按照车辆运动学关系对纵向速度传感器11与侧向速度传感器9所输出信号进行计算所得出的车体质心侧偏角。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种四轮转向汽车稳定性控制***，其特征在于：包括实时对车体质心处速度方向相对于车体纵向轴线的偏转角度即车体侧偏角进行检测的车体侧偏角测量装置(10)、实时对车体实际转动角速度与驾驶员给定转动角速度间的车体转动角速度偏差进行检测的车体转动角速度偏差测量装置(3)，以及根据车体侧偏角测量装置(10)和车体转动角速度偏差测量装置(3)实时所输出信号相应对后轮转角控制器(5)和制动轮判定及制动力矩分配控制器(14)进行控制的电子控制单元(4)；
所述制动轮判定及制动力矩分配控制器(14)为根据电子控制单元(4)所输出信号，判定是否需要对四轮转向汽车的左侧或右侧车轮进行制动以及相应具体分配需制动侧前后轮的制动力矩的控制器；所述制动轮判定及制动力矩分配控制器(14)分别对四个车轮的车轮制动器(6)进行控制。
2.按照权利要求1所述的四轮转向汽车稳定性控制***，其特征在于：所述车体侧偏角测量装置(10)包括实时对车体纵向速度进行检测的纵向速度传感器(11)、实时对车体侧向速度进行检测的侧向速度传感器(9)，以及根据纵向速度传感器(11)和侧向速度传感器(9)所检测信号相应计算得出所述车体侧偏角的车体侧偏角控制器(12)。
3.按照权利要求1或2所述的四轮转向汽车稳定性控制***，其特征在于：所述车体转动角速度偏差测量装置(3)包括实时对方向盘转角进行检测的方向盘转角传感器(1)、实时对车体转动角速度进行检测的车体转动角速度传感器(2)，以及对方向盘转角传感器(1)和车体转动角速度传感器(2)所检测信号进行分析比较并结合推算得出的理想车辆动力学模型(15)，相应计算得出所述车体转动角速度偏差的车体转动角速度偏差控制器(13)；所述车体转动角速度传感器(2)安装在车体质心。
4.按照权利要求1或2所述的四轮转向汽车稳定性控制***，其特征在于：所述电子控制单元(4)包括对车辆稳定性进行实时分析判断的车辆稳定性判定功能模块(8)所输出信号相应对后轮转角控制器(5)和制动轮判定及制动力矩分配控制器(14)进行控制的模糊控制功能模块(7)；所述车辆稳定性判定功能模块(8)为根据车体侧偏角测量装置(10)和车体转动角速度偏差测量装置(3)所输出信号相应对模糊控制功能模块(7)进行控制。
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