CN104773175A - 一种车辆侧翻的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆侧翻检测方法，通过具有主动制动功能的制动器(3)和(5)对车轮轴上左、右车轮(2)和(6)施加主动制动激励，获得车轮在制动激励下的车轮角速度和角加速度响应，由车轮旋转动力学方程推算出路面作用在车轮上的纵向力。在假定左、右车轮路面附着相同及特定路面附着条件下，利用轮胎模型中纵向力与滑移率、车轮载荷的关系，估计左、右车轮上的名义载荷，该名义载荷与车轮上实际载荷近似成比例关系。因此利用名义载荷可准确估计车辆的横向载荷转移率，判断车辆侧翻风险。本方法不受车辆结构参数的影响，侧翻预测的准确性和可靠性高。

Description

一种车辆侧翻的检测方法

技术领域

本发明涉及车辆安全技术领域，具体而言，涉及车辆在高速转向时的侧翻风险检测。

背景技术

随着汽车工业的蓬勃发展，汽车保有量在世界范围内不断增长，汽车在人类的日常生活中扮演着越来越重要的角色，成为人类必不可少的主要交通工具。发动机技术的改进、汽车电子控制技术的发展使得行驶车速进一步提高，从而引发了汽车行驶安全性的问题。

随着汽车安全技术的发展，各种针对汽车安全的装置和***被应用到汽车上。近年来，由于汽车侧翻事故以及侧翻引起的二次事故所造成的人类生命财产损失比率的增长，汽车侧向稳定性引起了人们的重视。

车辆在高速转向时，操作不当可能发生侧翻，尤其对于重载货运车辆，由于重心高，更容易发生侧翻危险。现有车辆侧翻检测或预测方法主要有：

基于车辆的动力学原理检测车辆侧翻风险。利用侧向加速度，当侧向加速度达到设定阈值时，判定车辆可能发生侧翻；利用车辆侧倾角和侧倾角速度二维图划定车辆侧翻的危险区域；利用车辆的侧向运动的动能、侧倾运动的动能和势能来计算车辆侧翻风险的指标；利用方向盘转角、侧向加速度和车速等，建立车辆模型来估计或预测车辆的侧倾角状态及变化，预测车辆发生侧翻的风险和时刻。上述方法的准确性和可靠性受车辆结构参数如载荷质量、重心位置、悬架特性、轮胎特性等影响，需要进行严格标定。但车辆在使用过程中，上述特性参数如载荷重量、重心位置等将发生变化，因此降低了侧翻检测的准确性和可靠性。

直接估计轮胎与路面的法向接触力或车轮载荷，判断车辆侧翻风险。利用车轴端部的竖向剪应力和对应车轴端部的车轮竖向加速度，得到车轮与路面的接触力；利用轮胎胎压估计车轮与路面接触力；利用悬架变形量或空气悬架的内部压力等估计车轮与路面的接触力。上述方法需要额外传感器，增加了***成本。

判断车辆侧翻风险最直接、准确的方法是直接测量轮胎与路面的接触力，但此类传感器成本高昂，且不易安装。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术手段存在的不足，设计一种利用现有具有主动制动功能的车辆制动***部件，且不受车辆结构参数影响的车辆侧翻检测方法。

本发明的基本思想在于，在车辆一个轮轴的左、右车轮上同时主动施加制动激励，使车轮产生减速度，由车轮旋转动力学推算路面作用在车轮上的纵向力，进而由轮胎模型估计左、右车轮上的垂向名义载荷，得到车辆横向载荷转移率，由该值判断车辆是否存在侧翻风险。

本发明所述方法的特征包括：利用具有主动制动功能的制动***部件实现主动施加制动激励、制动压力反馈和车轮角速度检测。本发明所述方法运行于控制器(1)，控制左制动器(3)和右制动器(5)，分别向左车轮(2)和右车轮(6)施加制动激励，制动压力信号分别由左制动器(3)和右制动(5)反馈给控制器(1)，并由左轮速传感器(4)和右轮速传感器(7)分别检测左、右车轮的旋转角速度，并输入到控制器(1)。

为实现仅在必要时对车轮主动施加制动激励，利用辅助信号使能主动制动激励。该主动制动激励的使能阈值采用固定保守阈值，即在任何工况下，只要车辆存在发生侧翻的可能，主动制动激励都将被使能，以进一步准确、可靠的检测车辆是否存在侧翻风险。该辅助信号可以是直接测量或间接估计的侧向加速度、侧倾角及侧倾角速度，横摆角速度等，以及由方向盘转角和车速所计算的车辆侧翻判据信号等。

主动制动激励工作时，控制器(1)控制左、右制动器(3)和(5)，使其在左、右车轮上产生设定模式的制动力，制动力可以是恒定的或按设定规律变化，制动模式的特征参数如波形、幅值、循环周期等通过道路试验确定，使其满足如下要求：制动能量的输入要使车轮角加速度信号具有足够高的信噪比，产生的制动冲击不影响主观驾乘舒适性，由制动激励导致的车轮滑移率在轮胎纵向力模型线性区以内，即滑移率小于Sp(图2)。

根据制动器模型和制动压力反馈，实时计算制动器作用在左、右车轮上的制动力矩T_bl和T_br，并由车轮转速信号计算左、右车轮角加速度和以及左、右车轮纵向滑移率S_l和S_r。由车轮旋转动力学方程：

$\begin{array}{c}{F}_{\mathrm{fl}}\·R-T_{\mathrm{bl}}=J{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_l\\ F_{\mathrm{fr}}\·R-T_{\mathrm{br}}=J{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_r\end{array}$

计算得到路面作用在左、右车轮上的纵向力F_fl和F_fr，R为车轮滚动半径，J为车轮转动惯量。假定左、右车轮的路面附着条件相同，并假定路面附着条件，结合车轮滑移率，由路面作用在轮胎上的纵向力与滑移率、车轮载荷的关系(图2)计算得到左、右车轮上的名义载荷和因为实际路面附着条件是未知的，车轮载荷是按照假定的路面附着条件计算，所以计算得到的左、右车轮上的载荷称为名义载荷。对于各种路面，在特定滑移率下，路面与车轮之间的纵向作用力与车轮载荷呈近似的线性关系，由此可认为计算得到的左、右车轮上的名义载荷与实际载荷成特定倍数关系，对于横向载荷转移率LLTR：

$\mathrm{LLTR}=\frac{|{\stackrel{\‾}{F}}_l-{\stackrel{\‾}{F}}_r|}{{\stackrel{\‾}{F}}_l+{\stackrel{\‾}{F}}_r}$

由名义载荷计算得到的LLTR与由实际载荷计算得到的LLTR近似一致。当LLTR接近1时，即某侧车轮即将离开路面，车辆存在侧翻风险。

本方法的优点是：LLTR计算过程中仅涉及车轮和路面-轮胎模型，与整车其他结构参数无关，而车轮参数在车辆使用过程中变化很小，而由路面-轮胎模型的建模误差引起的车轮载荷估计误差可通过同时估计左、右车轮的载荷予以消除。因而本方法对车辆侧翻风险检测的准确性和可靠性高。

附图说明

图1：本方法实施的硬件框图；

图2：轮胎模型——路面作用在轮胎上的纵向力与滑移率、车轮载荷的关系；

图3：本方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法的实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别说明的是，本发明中所涉及的制动器模型、轮胎模型等，不特指某一特定的模型或方法，本领域周知的制动器和轮胎模型均可在本方法中采用，这里均统称为制动器模型、轮胎模型。另外，在以下描述中，已知的功能和设计方法的详细描述也许会淡化本发明的主要内容，这些描述在这里将被忽略。

图1给出本方法实施的硬件框图，本方法的逻辑、算术计算与控制在控制器(1)上实现。侧向加速度传感器(8)将检测的车辆侧向加速度输入到控制器(1)作为辅助信号，当达到设定阈值时，使能主动制动激励。控制器(1)通过具有主动施加制动力的左制动器(3)和右制动器(5)(该制动部件的具体实例包括但不限于电控制动器EBS、EPS***中阀和制动执行器构成的主动制动器)向一个轮轴的左、右车轮上施加一定幅值、周期变化的制动激励。制动压力信号通过左制动器(3)和右制动器(5)反馈给控制器(1)。左、右轮速信号分别经左轮速传感器(4)和右轮速传感器(7)反馈给控制器(1)。

本方法的实施流程如图3所示。根据制动压力和制动器模型，得到由左制动器(3)和右制动器(5)施加在左、右车轮上的制动力Tbl和Tbr。轮速信号经滤波和差分后得到左、右车轮角加速度和根据车轮旋转动力学方程：

$\begin{array}{c}{F}_{\mathrm{fl}}\·R-T_{\mathrm{bl}}=J{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_l\\ F_{\mathrm{fr}}\·R-T_{\mathrm{br}}=J{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_r\end{array}$

得到路面作用在左、右车轮上的纵向力F_fl和F_fr，并对其进行低通滤波，以抑制噪声干扰。假定道路为高附着的水泥或柏油路面，根据图2轮胎模型所描述的路面作用在轮胎上的纵向力与车轮载荷、滑移率之间的关系，通过解析模型或查表插值的方法得到左、右车轮上的名义载荷和对名义载荷低通滤波后，计算车辆横向载荷转移率LLTR：

$\mathrm{LLTR}=\frac{|{\stackrel{\‾}{F}}_l-{\stackrel{\‾}{F}}_r|}{{\stackrel{\‾}{F}}_l+{\stackrel{\‾}{F}}_r}$

计算得到的LLTR与设定阈值进行比较，大于阈值时认为车辆将发生侧翻，否则认为车辆没有侧翻风险。

Claims (6)

1.一种通过主动制动激励的车辆侧翻检测方法，其特征在于包括：

主动制动激励的使能逻辑，对轮轴上左、右车轮实施主动制动激励，根据制动力以及制动激励下车轮角速度、角加速度响应计算左、右车轮上的名义载荷，由名义载荷代替实际载荷计算车辆横向载荷转移率，判断车辆侧翻风险。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过直接测量或通过测量其他信号而观测估计的车辆侧向加速度、侧倾角及侧倾角速度，横摆角速度等辅助信号使能主动制动激励，仅当辅助信号达到设定的保守阈值时，即车辆只要存在侧翻可能时，就使能主动制动激励，以进一步准确检测车辆侧翻风险。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于对车辆上至少一个轮轴的左、右车轮进行主动制动激励，所用于激励的制动力呈规律变化或保持不变。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于根据制动力以及制动激励下车轮的角速度和角加速度响应，由车轮旋转动力学方程计算路面对车轮的纵向作用力。假定左、右车轮所处的路面附着条件相同，并在假定的特定路面附着条件下，根据轮胎模型中关于轮胎纵向力与载荷、滑移率的关系，计算得到左、右车轮上的名义载荷和

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，左、右车轮名义载荷(和)与车轮上的实际载荷不相同，但左、右车轮上的名义载荷与实际载荷的比值近似相同。车辆的横向载荷转移率LLTR由名义载荷计算：LLTR与设定阈值进行比较，当LLTR大于阈值时，判断车辆将发生侧翻。

6.一种车辆侧翻检测***，包括具有主动制动功能的制动器、制动压力传感器和车轮速度传感器，具有对权利要求2所述的辅助信号的检测传感器，或估计辅助信号时所需其他信号的传感器，并具有上述权利要求中任一权利要求所述的侧翻检测方法。