CN103171623A - 车辆横摆稳定控制方法及其*** - Google Patents

Abstract

一种车辆横摆稳定控制方法及其***，包含一个侦测模组、一个数据库、一个计算模组，及一个控制模组。该计算模组分别根据以该侦测模组取得的车辆的侧向加速度、轮轴悬吊负载、车速、方向盘转向讯号对应该数据库取得个别转向特性权重值，并计算出一个转向特性值，来决定理想横摆率，且在实际横摆率未趋近等于理想横摆率时，以理想横摆率与实际横摆率的差值计算出该车轮所需的稳态转向角度，使前述车轮的转向角度调控在稳态转向角度。借此，利用动态的权重比例，决定理想横摆率，不但能够提升准确性，且能够使车辆在动态的过程中，保持稳定状况，提升行车的安全性。

Description

车辆横摆稳定控制方法及其***

技术领域

本发明涉及一种控制方法及其***，特别是涉及一种车辆横摆稳定控制方法及其***。

背景技术

道路交通事故，使人们蒙受重大的生命财产损失，还引发难以弥补的家庭与社会问题。为了提高道路交通的安全性，学术界与汽车工业界莫不致力于研发更安全、更智慧化的车辆，协助驾驶者避开危急的情况，防止事故发生或降低事故伤害。

而车辆的电子稳定控制***能够在人力来不及应变的紧急时刻主动介入，快速修正车辆的剎车与引擎出力等，协助驾驶者平安度过危机。例如当车辆在高速过弯或车身重心较高时，会有侧向滑动与横摆转动，此时，过大的车身侧滑角(slip angle)，代表车身打滑，过大的横摆角速度(yaw rate)，常伴随着车身失控偏转，而过小的横摆角速度则无法顺利转向，因此，为了稳定车辆的侧向运动，前述电子稳定控制***会根据车辆目前的行驶轨迹与驾驶者的操作意图，自动调整轮胎剎车力矩(煞车介入)或轮胎转向角(转向介入)，以产生修正车辆运动轨迹所需的侧向力与横摆力矩。

以美国专利第7143864B2号案为例，主要是根据方向盘的转向角度计算出理想横摆率，并以此理想横摆率控制车辆实际的转向角，借此达到车辆稳态控制的目的。

以美国专利第7191048B2号案为例，主要是以车辆的侧向加速度为根据，对车辆进行煞车的动作，借此达到车辆稳态控制的目的。

以美国专利第7584042B2号案为例，主要是以实际横摆率与目标横摆率两者间的差值做积分，而得到一个补偿角度值，然后，通过转向***或煞车***来产生一个横摆力矩，补偿实际横摆角度与目标的车辆横摆角度，借此达到车辆稳态控制的目的。

然而，由于煞车介入的方式，会因为油压建立的延迟时间，有反应速率较慢，及使车辆减速的缺点。

且车辆会因为前轮驱动或后轮驱动等重心配置的不同，造成车轮转向特性不同，因此，利用既有的方向盘转向角度，及车速、负载为参数，进行横摆率的预估，或作为转向控制的根据，并无法适用各类型车款，尤其是负载比差异化的前驱车款与后驱车款，在准确度与稳态效果方面，仍然有可提升的空间，此外，仅以车速来决定车轮转向的变化，所计算的理想横摆率不一定符合实际需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效提升横摆率准确度及稳态效果的车辆横摆稳定控制方法及其***。

本发明的车辆横摆稳定控制方法，包含下列步骤，步骤1：测量车辆的实际横摆率。步骤2：侦测车辆的车辆动态参数值，所述车辆动态参数值包括侧向加速度、轮轴悬吊负载、车速及方向盘转向讯号，并将上述取得的车辆各个车辆动态参数值分别转换为对应的第一至第四转向特性权重值而决定出一个转向特性值。步骤3：将该转向特性值与上述取得车辆的各个车辆动态参数值根据所建构的方程式计算出一个理想横摆率。步骤4：比对车辆的实际横摆率及理想横摆率，以理想横摆率与实际横摆率的差值计算出该车轮所需的稳态转向角度来调控及补偿车轮转向。

本发明的车辆横摆稳定控制方法，步骤4中，当车辆的侧向加速度大于一个预定门槛值时，调控该车轮的转向角度，并进行煞车介入或调降引擎力矩输出。

本发明的车辆横摆稳定控制方法，步骤2中，该第一转向特性权重值会随着侧向加速度愈来愈大而降低权重比例，该第二转向特性权重值会随着轮轴悬吊负载愈大而降低权重比例，该第三转向特性权重值会随着车速愈快而提升权重比例，该第四转向特性权重值会随着方向盘转向讯号愈大而降低权重比例，且该转向特性值是由第一至第四转向特性权重值相乘的积。

本发明的车辆横摆稳定控制方法，包含下列步骤，步骤1：测量车辆的实际横摆率。步骤2：侦测车辆的车辆动态参数值，所述车辆动态参数值包括侧向加速度、轮轴悬吊负载、车速及方向盘转向讯号，并将上述取得的车辆各个车辆动态参数值分别转换为对应的第一至第四转向特性权重值而决定出一个转向特性值。步骤3：将该转向特性值与上述取得车辆的各个车辆动态参数值根据所建构的方程式计算出一个理想横摆率，及一个最大容许横摆率。步骤4：比对该车辆的实际横摆率及理想横摆率，当该理想横摆率不大于最大容许横摆率时，以理想横摆率计算出该车轮所需的转向角度来调控车轮转向，当理想横摆率大于最大容许横摆率时，以最大容许横摆率所计算出该车轮所需的转向角度来调控车轮转向。

本发明的车辆横摆稳定控制方法，步骤4中，当车辆的侧向加速度大于一个预定门槛值时，调控该车轮的转向角度，并进行煞车介入或调降引擎力矩输出。

本发明的车辆横摆稳定控制方法，步骤2中，该第一转向特性权重值会随着侧向加速度愈来愈大而降低权重比例，该第二转向特性权重值会随着轮轴悬吊负载愈大而降低权重比例，该第三转向特性权重值会随着车速愈快而提升权重比例，该第四转向特性权重值会随着方向盘转向讯号愈大而降低权重比例，且该转向特性值是由第一至第四转向特性权重值相乘的积。

本发明的车辆横摆稳定控制***，安装在一台车辆，该车辆至少具有一支输出动力的轮轴、与该轮轴同轴转动且至少具有一对决定行动方向的车轮，及控制至少一对车轮转向角度的一个方向盘，该车辆横摆稳定控制***包含：一个侦测模组、一个数据库、一个计算模组及一个控制模组。该侦测模组用于侦测该车辆的车辆态参数值，所述车辆动态参数值包括侧向加速度、该轮轴的悬吊负载、车速及方向盘转向讯号。该数据库建置包括有与侧向加速度相对应的第一转向特性权重数据、与轮轴的悬吊负载相对应的第二转向特性权重数据、与车速相对应的第三转向特性权重数据，及与方向盘的转向讯号相对应的第四转向特性权重数据。该计算模组根据取自该数据库中与所侦测到的侧向加速度相对应的一个第一转向特性权重值、取自该数据库中与所侦测到的轮轴悬吊负载相对应的一个第二转向特性权重值、取自该数据库中与所侦测到的车速相对应的一个第三转向特性权重值，及取自该数据库中与所侦测到的方向盘转向讯号相对应的一个第四转向特性权重值，以计算出一个转向特性值，及通过该转向特性值与前述各个车辆动态参数值计算出一个理想横摆率，及一个最大容许横摆率，当该理想横摆率不大于最大容许横摆率时，由理想横摆率转换为横摆率对应转向角输出，当该理想横摆率大于最大容许横摆率时，由最大容许横摆率转换为横摆率对应转向角输出。该控制模组由所转换出的横摆率对应转向角来调控前述车轮的转向角。

本发明的车辆横摆稳定控制***，当车辆的侧向加速度大于一个预定门槛值时，该控制模组用于通过煞车介入或调降引擎力矩输出。

本发明的车辆横摆稳定控制***，该第一转向特性权重值会随着侧向加速度愈来愈大而降低权重比例，该第二转向特性权重值会随着轮轴悬吊负载愈大而降低权重比例，该第三转向特性权重值会随着车速愈快而提升权重比例，该第四转向特性权重值会随着方向盘转向讯号愈大而降低权重比例。

本发明的车辆横摆稳定控制***，该转向特性值是由第一至第四转向特性权重值相乘的积。

本发明的有益效果在于：利用动态的权重比例，决定理想横摆率及最大容许横摆率，不但能够提升准确性，且能够使车辆在动态的过程中，保持稳定状况，提升行车的安全性。

附图说明

图1是一示意图，说明本发明车辆横摆稳定控制方法及其***的一较佳实施例；

图2是该较佳实施例的一示意图；及

图3是该较佳实施例的一流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图1，本发明的车辆横摆稳定控制***的一个较佳实施例，是配合一个转向***(图未示)安装在一台车辆1。所述的转向***可为主动式前轮转向***(Active Front wheel Steer：AFS)、线控转向***(Steer-by-wire：SBW)或四轮转向***(Four wheel Steering：4WS)任何一种。本实施例的车辆是搭配主动式转向***，该车辆1至少具有一支输出动力的轮轴11，及与该轮轴11同轴转动且至少具有一对决定行动方向的车轮13、14、控制该轮轴11转向角度的一个方向盘15，及输出动能至该轮轴11的一个引擎16。该车辆横摆稳定控制***包含一个侦测模组2、一个数据库3、一个计算模组4，及一个控制模组5。

该侦测模组2用于侦测该车辆1行车动态中的各车辆动态参数值，所述车辆动态参数值包括该车辆1的侧向加速度、该轮轴11悬吊的负载、车速，及该方向盘15的转向讯号(包括转向角度与/或角速度趋势)。其中，所述的轮轴11悬吊负载是指与轮轴悬吊对应车轮垂向的负载状态，因此也能够是轮轴11垂直负载或车轮负载状态。

该数据库3建置包括有与车辆1的侧向加速度相对应的第一转向特性权重数据、与轮轴11悬吊负载相对应的第二转向特性权重数据、与车速相对应的第三转向特性权重数据，及与方向盘转向角度或角速度趋势相对应的第四转向特性权重数据。参阅图2，各个转向特性权重值依照适应的比率定义，其中，第一转向特性权重值会随着侧向加速度愈来愈大而降低，第二转向特性权重值会随着轮轴11悬吊负载愈大而降低权重比例，该第三转向特性权重值会随着车速愈快而提升权重比例，该第四转向特性权重值会随着方向盘转向角速度愈大而降低权重比例。

该计算模组4可持续地由该侦测模组2中取得行车动态中的四种车辆动态参数值，自该数据库3中取得与所侦测到的该车辆侧向加速度相对应的一个第一转向特性权重值K₁、自该数据库3中取得与所侦测到的该轮轴11悬吊负载相对应的一个第二转向特性权重值K₂、自该数据库3中取得与所侦测到的车速相对应的一个第三转向特性权重值K₃，及自该数据库3中取得与所侦测到的方向盘15转向讯号(转向角速度)相对应的一个第四转向特性权重值K₄；再由上述四个转向特性权重值K₁～K₄计算出一个转向特性值K，于本实施例中，该转向特性值K是由第一至第四转向特性权重值K₁～K₄相乘的积。

该计算模组4将该转向特性值K与上述取得车辆各个车辆动态参数值根据所建构的方程式计算出一个理想横摆率γ_ideal，及一个最大容许横摆率γ_max，当该理想横摆率γ_ideal不大于最大容许横摆率γ_max时，由该理想横摆率γ_ideal转换为横摆率对应转向角输出，当该理想横摆率γ_ideal大于最大容许横摆率γ_max时，由该最大容许横摆率γ_max转换为横摆率对应转向角输出。值得一提的是，所述的横摆率对应转向角的换算，可由横摆率与转向角的增益效益比率关系进行推算。

上述提及的理想横摆率γ_ideal是与四种转向特性权重值K₁～K₄呈特定的关系，换算的方程式如下：

$\frac{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ideal}}}{\mathrm{\δ}}=\frac{V/L}{1+{\mathrm{KV}}^2/57.3L}$ K＝K₁×K₂×K₃×K₄

γ_ideal为理想横摆率；V为车速；L为轴距；K为转向特性值；δ为方向盘的转向角度。

上述提及的最大容许横摆率换算的方程式如下：

$\frac{{\mathrm{\γ}}_{\max }}{\mathrm{\δ}}=\frac{V/L}{1+V^2/57.3L}$

γ_max为最大容许横摆率；V为车速；L为轴距；δ为方向盘的转向角度。

该控制模组5由最终确认的该理想横摆率γ_ideal或该最大容许横摆率γ_max转换出的横摆率对应转向角来调控前述车轮13、14的转向角，较佳的，以理想横摆率γ_ideal与测量所得的实际横摆率γ的差值计算出前述车轮13、14所需的稳态转向角度来调控补偿车轮转向。另外，当车辆11的侧向加速度大于一个预定门槛值时，该控制模组5可通过煞车介入或调降引擎力矩输出并同时控制车轮的转向角，至于利用煞车介入或调降引擎力矩输出修正车辆运动轨迹所需的横摆力矩这些介入方式已为习知所载的技术，故不多加赘述。

参阅图3，并配合图1，以下即针对本发明车辆横摆稳定控制方法并结合实施例步骤说明如后：

步骤51：于车辆的重心位置以感应器测量出实际横摆率γ。

步骤52：以该侦测模组2在该车辆1行驶的过程中，侦测该车辆1的侧向加速度、该轮轴11的悬吊负载、车速及该方向盘15的转向角度与角速度等车辆动态参数值，该计算模组4根据该数据库3回传的分别对应于所侦测得到的车辆1的侧向加速度、轮轴11的悬吊负载、车速，及该方向盘15的转向角度与角速度的第一至第四转向特性权重值K₁～K₄计算出转向特性值K。

步骤53：该计算模组4根据该侦测模组2取得的车速、前述轮轴11的悬吊负载、该方向盘15的转向角度、转向特性值K等参数计算出理想横摆率γ_ideal，及一个以前述车辆参数值计算出最大容许横摆率γ_max。

步骤54：该控制模组5判断实际横摆率γ是否等于理想横摆率γ_ideal？如果是，进行步骤55，如果否，进行步骤56。

步骤55：该控制模组5控制前述车轮13、14实际的转向角度等于该方向盘15对应的等效角。

步骤56：该控制模组5比对理想横摆率γ_ideal与最大容许横摆率γ_max。若理想横摆率γ_ideal不大于最大容许横摆率γ_max则采以理想横摆率γ_ideal接续执行步骤57；若理想横摆率γ_ideal大于最大容许横摆率γ_max，采以最大容许横摆率γ_max接续执行步骤57。

步骤57：该计算模组4根据实际横摆率γ与理想横摆率γ_ideal或最大容许横摆率γ_max的差异，并计算出前述车轮13、14所需的稳态转向角度。

步骤58：该控制模组5判断侧向加速度是否大于预设门槛值？如果否，进行步骤59，如果是，表示该车辆1面临车辆失控状态，则进行步骤60。

步骤59：该控制模组5以转向介入方式，控制该轮轴11实际的转向角度等于步骤57稳态转向角度。

步骤60：该控制模组5以煞车或控制引擎16力矩的方式，降低该轮轴11输出的动能，同时以转向介入的方式，控制前述车轮13、14实际的转向角度等于步骤57稳态转向角度。

据上所述可知，本发明的车辆横摆稳定控制方法及其***具有下列优点及功效：

1、本发明主要是根据该车辆1的横摆率，以转向介入的方式，控制该车辆1在行进中保持稳态，而本发明计算横摆率时，先导入修正因素，如方向盘15的转向角度、方向盘转向角速度、该轮轴悬吊负载、车速、侧向加速度等参数，相较于先前技术只是通过方向盘转向角度，及车速等参数所获得的预算值，不但能够提升计算横摆率时的准确性，且能够大幅提升在不同车款上的稳定性与适用性。

2、本发明同时能够以侧向加速度的参数，抉择是否进行转向介入，或同时进行以煞车介入的方式，抑制该车辆1的横摆率，确保该车辆1的横摆率保持在合适的范围内，提升车辆1的稳定性与安全性。

3、由于本发明导入如方向盘15的转向讯号、该轮轴11的悬吊负载、车速、侧向加速度等参数修正因素，所以在实际修正转向角时，是不会受到不同转向***发生无法配合状况，故本发明于配合车辆各类型转向***适用性与公用性较以往为佳。

Claims (10)

1.一种车辆横摆稳定控制方法，其特征在于：该方法包含下列步骤：

步骤1：测量车辆的实际横摆率；

步骤2：侦测车辆的车辆动态参数值，所述车辆动态参数值包括侧向加速度、轮轴悬吊负载、车速及方向盘转向讯号，并将上述取得的车辆各个车辆动态参数值分别转换为对应的第一至第四转向特性权重值而决定出一个转向特性值；

步骤3：将该转向特性值与上述取得车辆的各个车辆动态参数值根据所建构的方程式计算出一个理想横摆率；及

步骤4：比对车辆的实际横摆率及理想横摆率，以理想横摆率与实际横摆率的差值计算出该车轮所需的稳态转向角度来调控及补偿车轮转向。

2.根据权利要求1所述的车辆横摆稳定控制方法，其特征在于：步骤4中，当车辆的侧向加速度大于一个预定门槛值时，调控该车轮的转向角度，并进行煞车介入或调降引擎力矩输出。

3.根据权利要求1所述的车辆横摆稳定控制方法，其特征在于：步骤2中，该第一转向特性权重值会随着侧向加速度愈来愈大而降低权重比例，该第二转向特性权重值会随着轮轴悬吊负载愈大而降低权重比例，该第三转向特性权重值会随着车速愈快而提升权重比例，该第四转向特性权重值会随着方向盘转向讯号愈大而降低权重比例，且该转向特性值是由第一至第四转向特性权重值相乘的积。

4.一种车辆横摆稳定控制方法，其特征在于：该方法包含下列步骤：

步骤1：测量车辆的实际横摆率；

步骤2：侦测车辆的车辆动态参数值，所述车辆动态参数值包括侧向加速度、轮轴悬吊负载、车速及方向盘转向讯号，并将上述取得的车辆各个车辆动态参数值分别转换为对应的第一至第四转向特性权重值而决定出一个转向特性值；

步骤3：将该转向特性值与上述取得车辆的各个车辆动态参数值根据所建构的方程式计算出一个理想横摆率，及一个最大容许横摆率；及

步骤4：比对该车辆的实际横摆率及理想横摆率，当该理想横摆率不大于最大容许横摆率时，以理想横摆率计算出该车轮所需的转向角度来调控车轮转向，当理想横摆率大于最大容许横摆率时，以最大容许横摆率所计算出该车轮所需的转向角度来调控车轮转向。

5.根据权利要求4所述的车辆横摆稳定控制方法，其特征在于：步骤4中，当车辆的侧向加速度大于一个预定门槛值时，调控该车轮的转向角度，并进行煞车介入或调降引擎力矩输出。

6.根据权利要求4所述的车辆横摆稳定控制方法，其特征在于：步骤2中，该第一转向特性权重值会随着侧向加速度愈来愈大而降低权重比例，该第二转向特性权重值会随着轮轴悬吊负载愈大而降低权重比例，该第三转向特性权重值会随着车速愈快而提升权重比例，该第四转向特性权重值会随着方向盘转向讯号愈大而降低权重比例，且该转向特性值是由第一至第四转向特性权重值相乘的积。

7.一种车辆横摆稳定控制***，安装在一台车辆，该车辆至少具有一支输出动力的轮轴、与该轮轴同轴转动且至少具有一对决定行动方向的车轮，及控制至少一对车轮转向角度的一个方向盘，其特征在于：该车辆横摆稳定控制***包含：

一个侦测模组，用于侦测该车辆的车辆态参数值，所述车辆动态参数值包括侧向加速度、该轮轴的悬吊负载、车速及方向盘转向讯号；

一个数据库，建置包括有与侧向加速度相对应的第一转向特性权重数据、与轮轴的悬吊负载相对应的第二转向特性权重数据、与车速相对应的第三转向特性权重数据，及与方向盘的转向讯号相对应的第四转向特性权重数据；

一个计算模组，根据取自该数据库中与所侦测到的侧向加速度相对应的一个第一转向特性权重值、取自该数据库中与所侦测到的轮轴悬吊负载相对应的一个第二转向特性权重值、取自该数据库中与所侦测到的车速相对应的一个第三转向特性权重值，及取自该数据库中与所侦测到的方向盘转向讯号相对应的一个第四转向特性权重值，以计算出一个转向特性值，及通过该转向特性值与前述各个车辆动态参数值计算出一个理想横摆率，及一个最大容许横摆率，当该理想横摆率不大于最大容许横摆率时，由理想横摆率转换为横摆率对应转向角输出，当该理想横摆率大于最大容许横摆率时，由最大容许横摆率转换为横摆率对应转向角输出；及

一个控制模组，由所转换出的横摆率对应转向角来调控前述车轮的转向角。

8.根据权利要求7所述的车辆横摆稳定控制***，其特征在于：当车辆的侧向加速度大于一个预定门槛值时，该控制模组用于通过煞车介入或调降引擎力矩输出。

9.根据权利要求7所述的车辆横摆稳定控制***，其特征在于：该第一转向特性权重值会随着侧向加速度愈来愈大而降低权重比例，该第二转向特性权重值会随着轮轴悬吊负载愈大而降低权重比例，该第三转向特性权重值会随着车速愈快而提升权重比例，该第四转向特性权重值会随着方向盘转向讯号愈大而降低权重比例。

10.根据权利要求9所述的车辆横摆稳定控制***，其特征在于：该转向特性值是由第一至第四转向特性权重值相乘的积。

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