CN100513224C - 车辆姿态控制设备 - Google Patents

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Abstract

一种车辆姿态控制设备，其包括：悬挂各个左前轮、左后轮、右前轮及右后轮(Wfl、Wrl、Wfr、Wrr)的悬架装置(Sfl、Srl、Sfr及Srr)；对四个车轮进行独立驱动的电动机(21、22、23、24)；横向加速度传感器(31)；以及控制器(32)。该控制器(32)利用检测得到的横向加速度来计算车体(BD)的侧倾角及侧倾方向。此外，控制器(32)根据计算得到的侧倾角及侧倾方向来使由各个电动机(21至24)产生的驱动转矩增加或减小驱动转矩改变量。在车辆侧倾时，相对于电动机(21至24)产生的驱动转矩增加或减小的驱动转矩改变量在车体向上运动那侧(向上运动那侧的悬架装置确定的各个瞬心处)产生向下的力，而在车体向下运动那侧(向下运动那侧的悬架装置确定的各个瞬心处)产生向上的力。

Description

车辆姿态控制设备
技术领域
本发明涉及抑制车辆侧倾的车辆姿态控制设备。
背景技术
例如在日本专利申请早期公开(kokai)号2002-301939中所描述的，一直以来已知设置有独立驱动四个车轮中的每一个的四个电动机(致动器)的车辆。在这类车辆中，产生自四个电动机的驱动转矩被独立地控制以改进车辆转向性能。
但是，上述现有技术并未对车辆的侧倾给予足够重视。因此，为了抑制车辆的侧倾，需要增加盘簧的弹性系数或将车辆的减震器的阻尼力设定为较高的值。但这会导致驾乘舒适性劣化的问题。
发明内容
本发明是着眼于上述问题而完成的，旨在提供一种车辆姿态控制设备，该车辆姿态控制设备能够通过对与四个车轮对应的致动器(以电动机为例)产生的驱动转矩进行独立控制来抑制车辆侧倾，从而在侧倾时提高驾乘舒适性。
为了实现上述目的，本发明的特征在于一种车辆姿态控制设备，其设置有四个致动器，该四个致动器独立地驱动通过悬架设备悬挂在车体上的四个车轮，而且该车辆姿态控制设备能够通过对所述四个致动器产生的驱动转矩的独立控制而控制车辆行驶姿态。所述车辆姿态控制设备包括：侧倾检测装置，其检测车辆的侧倾；及驱动转矩控制装置，其根据检测得到的车辆侧倾来使所述四个致动器产生的所述驱动转矩产生差异，以由此对所述车体施加与所述侧倾方向相反的力。
所述驱动转矩控制装置可以使所述车体中由于所述车辆侧倾而向上运动那侧的前轮及后轮对应的致动器所产生的驱动转矩产生差异，使得在所述车体向上运动那侧，所述前轮及所述后轮中产生的力在所述车辆的前后方向上相反，由此在向上运动的所述车体处产生向下的力；所述驱动转矩控制装置也可以使所述车体中由于所述车辆侧倾而向下运动那侧的前轮及后轮对应的致动器所产生的驱动转矩产生差异，使得在所述车体向下运动那侧，所述前轮及所述后轮中产生的力在所述车辆的前后方向上相反，由此在向下运动的所述车体处产生向上的力。
例如，所述侧倾检测装置检测所述车体的侧倾角；所述驱动转矩控制装置可以包括例如：改变量计算装置，该改变量计算装置利用检测得到的所述车体的侧倾角来计算改变由所述四个致动器产生的驱动转矩的改变量；驱动转矩计算装置，该驱动转矩计算装置利用计算得到的所述改变量来计算所述四个致动器产生的驱动转矩；以及驱动控制装置，该驱动控制装置根据计算得到的所述驱动转矩来驱动并控制所述四个致动器。在此情况下，所述侧倾检测装置可以包括例如：横向加速度传感器，该横向加速度传感器检测所述车辆横向(side-to-side direction)上的横向加速度；以及侧倾角计算装置，该侧倾角计算装置根据检测得到的所述横向加速度来计算所述车体的所述侧倾角。
如果根据由侧倾检测装置检测得到的车辆侧倾而在由四个致动器产生的驱动转矩中产生差异，则可以向车体施加与侧倾方向相反的力。具体而言，因为四个车轮通过悬架而悬挂在车体上，故通过在由四个致动器产生的驱动转矩中产生差异，由前轮及后轮产生的在车辆前后方向上的力可以经由悬架而施加至车体。因此可抑制车辆侧倾，由此可以提高侧倾时的驾乘舒适性。
附图说明
图1是示意性侧视图，示出了从内部观察时车辆右前轮及右后轮处的悬架，该车辆设置有根据本发明的一个实施例的车辆姿态控制设备；
图2是图1所示的车辆姿态控制设备的电控设备的框图；
图3是示出由图2的控制器执行的程序的流程图；
图4是示出侧倾角相对于横向加速度的改变特性的图表；
图5是示出驱动转矩改变量相对于侧倾角的改变特性的图表；
图6A至6D是用于解释在车辆向右侧倾时的姿态控制的示意图；及
图7A至7D是用于解释在车辆向左侧倾时的姿态控制的示意图。
具体实施方式
以下，将参考附图对本发明的一个实施例进行描述。图1是示出从内部观察的右前轮及右后轮的示意性侧视图。
车辆的左前轮Wfl、左后轮Wrl、右前轮Wfr及右后轮Wrr通过悬架Sfl、Srl、Sfr及Srr而悬挂在车体BD上(见图2)。悬架Sfl、Srl、Sfr及Srr在车辆的左侧及右侧上具有相同的结构，因此仅对位于车辆右侧的悬架Sfr及Srr进行详细描述，而将省略对位于车辆左侧的悬架Sfl及Srl的详细描述。
前悬架Sfr具有上臂11以及下臂12。上臂11于其内端部11a及11b可旋转地安装在车体BD上以绕大体上在车辆的前后方向上延伸的轴线旋转，并于其外端部11c可旋转地安装在支撑右前轮Wfr的托架13上。下臂12于其内端部12a及12b可旋转地安装在车体BD上以绕大体上在车辆的前后方向上延伸的轴线旋转，并于其外端部12c可旋转地安装在托架13上。
上臂11的内端部11a及11b的轴线以及下臂12的内端部12a及12b的轴线在交点O处相交，相对于右前轮Wfr的接地表面Q，该交点O位于朝向车体后部的上方。该交点O为右前轮Wrf相对于车体BD的瞬心。例如，当朝向车辆前部的力作用在右前轮Wfr的接地表面Q上时，与该向前的力相应的力沿着连接交点O与接地表面Q的线段OQ的方向作用在交点O处。相反，当朝向车辆后部的力作用在右前轮Wfr的接地表面Q上时，与该向后的力相应的力沿着线段QO的方向作用在交点O处。
后悬架Srr具有上臂14和15以及下臂16。上臂14和15分别于其内端部14a及15a可旋转地安装在车体BD上以绕大体上在车辆的前后方向上延伸的轴线旋转，并分别于其外端部14b及15b可旋转地安装在支撑右后轮Wrr的托架17上。下臂16于其内端部16a可旋转地安装在车体BD上以绕大体上在车辆的前后方向上延伸的轴线旋转，并于其外端部16b可旋转地安装在托架17上。
连接上臂14及15的内端部14a及15a的轴线与下臂16的内端部16a的轴线在交点P处相交，相对于右后轮Wrr的接地表面R，该交点P位于朝向车辆前部的上方。该交点P为右后轮Wrr相对于车体BD的瞬心。例如，当朝向车辆后部的力作用在右后轮Wrr的接地表面R上时，与该向后的力相应的力沿着连接交点P与接地表面R的线段PR的方向作用在交点P处。相反，当朝向车辆的前部的力作用在右后轮Wrr的接地表面R上时，与该向前的力相应的力沿着线段RP的方向作用在交点P处。
如图2所示，电动机21、22、23、24的固定至未示出的车轮侧元件的转轴分别被一体地安装在车辆的左前轮Wfl、左后轮Wrl、右前轮Wfr及右后轮Wrr上。电动机21、22、23、24具有内部减速齿轮，且左前轮Wfl、左后轮Wrl、右前轮Wfr及右后轮Wrr通过减速齿轮的旋转被独立地驱动。电动机21、22、23、24起致动器的作用。
接着，将描述对电动机21、22、23、24的驱动转矩进行控制的电控设备。该电控设备包括横向加速度传感器31。横向加速度传感器31检测车辆横向方向上的横向加速度Gy，并连接至控制器32。横向加速度传感器31在其值为正时表明对于车辆产生了向右的加速度，而当其值为负时表明对于车辆产生了向左的加速度。除了横向加速度传感器31之外，横向加速度Gy还可以通过使用其他车辆运动状态来计算。例如，设置用于检测车速的车速传感器以及用于检测控制转向角(handle steering angle)的转向角检测传感器，而横向加速度Gy可通过检测得到的车速及转向角来计算。
控制器32包括具有CPU、ROM、RAM等主要部件的微计算机。控制器32通过执行图3所示的侧倾抑制控制程序来控制电动机21、22、23、24的运转。控制器32连接至驱动电路33、34、35、36并连接至加速度传感器31。电能从蓄电池37供应至控制器32以及驱动电路33、34、35、36。
驱动电路33、34、35、36分别连接至电流传感器33a、34a、35a、36a，电流传感器33a、34a、35a、36a感应流至电动机21、22、23、24的驱动电流，驱动电流与电动机21、22、23、24产生的驱动转矩大小相符。响应于来自控制器32的指令，驱动电路33、34、35、36与电流传感器33a、34a、35a、36a协作以控制来自电动机21、22、23、24的转矩来驱动左前轮Wfl、左后轮Wrl、右前轮Wfr及右后轮Wrr。当车体BD没有发生侧倾时，控制器32控制电动机21、22、23、24，使得产生自电动机21、22、23、24的各个驱动转矩彼此大体相等。除了电流传感器33a、34a、35a、36a之外，也可以设置转矩传感器来检测左前轮Wfl、左后轮Wrl、右前轮Wfr及右后轮Wrr的驱动转矩。
接着，将描述具有上述结构的第一实施例的操作。控制器32以规定的较短时间间隔重复执行图3所示的侧倾抑制控制程序。在步骤S10开始对该程序的执行。在步骤S12，从横向加速度传感器31输入表明横向加速度Gy的检测信号。
接着，在步骤S14，控制器32参考设置在其中的侧倾角图表以基于在步骤S12输入的横向加速度Gy来计算车体BD的侧倾角RA及侧倾方向。如图4所示，侧倾角图表存储从“0”至预定正值随着横向加速度Gy的增加而成比例增加的侧倾角RA，以及从“0”至预定负值随着横向加速度Gy的减小而成比例减小的侧倾角RA。注意，正的侧倾角RA表明车体BD向右侧倾，而负的侧倾角RA表明车体BD向左侧倾。
在步骤S14的程序之后，在步骤S16判定侧倾角RA是否为“0”。首先，当车辆在平整路面上向前直线行驶时，在车辆上不会产生侧倾，由此在步骤S16判定为“否”以结束执行该程序。在该状态下，控制器32与驱动电路33、34、35、36协作以通过执行未示出的程序来控制电动机21、22、23、24的驱动转矩，由此旋转地驱动左前轮Wfl、左后轮Wrl、右前轮Wfr及右后轮Wrr。
接着，将说明向前直线行驶的车辆开始向左转向的情况。在此情况下，随着车辆向左转向，作用在车辆的向右横向加速度Gy逐渐增大，由此使得车体BD开始向右侧倾(如图6A所示)。因此，车体BD的侧倾角RA表现为正值，由此在步骤S16中判定为“否”并在步骤S18中判定为“是”以执行步骤S20及S22中的程序。
在步骤S20，控制器32参考设置在其中的驱动转矩改变图表来计算驱动转矩改变量ΔTr，利用在步骤S14计算得到的车体BD的侧倾角RA及侧倾方向，而改变与左前轮Wfl及左后轮Wrl对应的电动机21及22所产生的驱动转矩。如图5所示，驱动转矩改变图表存储随侧倾角RA的绝对值|RA|的增大而逐渐增大的驱动转矩改变量ΔTr。在计算了驱动转矩改变量ΔTr之后，控制器32使与左前轮Wfl对应的电动机21产生的驱动转矩增加驱动转矩改变量ΔTr，并使与左后轮Wrl对应的电动机22产生的驱动转矩减小驱动转矩改变量ΔTr。
在步骤S22，控制器32计算驱动转矩改变量ΔTr，用来改变与右前轮Wfr及右后轮Wrr对应的电动机23及24产生的驱动转矩。在此情况下，根据车体BD的侧倾角RA，控制器32使与右前轮Wfr对应的电动机23产生的驱动转矩减小驱动转矩改变量ΔTr，并使与右后轮Wrr对应的电动机24产生的驱动转矩增加驱动转矩改变量ΔTr。
因此，如图6B所示，根据增加及减小的驱动转矩改变量ΔTr，彼此大小相同并且方向相反的各个力ΔF在车辆的前后方向上施加到转向方向内部轨迹的左前轮Wfl及左后轮Wrl。此外，彼此大小相同并且方向相反的各个力ΔF在车辆的前后方向上施加到转向方向外部轨迹的右前轮Wfr及右后轮Wrr。
因此，在转向方向的内部轨迹上，即在车体BD因车辆的侧倾而向上运动的左侧，向下的力施加在由左侧的悬架Sfl及Srl确定的各个瞬心上(如图6C所示)。此外，在转向方向的外部轨迹上，即在车体BD因车辆的侧倾而向下运动的右侧，向上的力施加在由右侧的悬架Sfr及Srr确定的各个瞬心上(如图6D所示)。因此，可以抑制车体BD向右侧倾。在此情况下，因为在左前轮Wfl、左后轮Wrl、右前轮Wfr及右后轮Wrr上产生的那些力ΔF的总和就车辆整体而言为“0”，故车辆不会产生前后方向上的加速度，而那些力ΔF在车辆的前部及后部以及左侧及右侧处于相反的方向，故不会在车辆上产生横摆力矩。
在步骤S22的程序之后，在步骤S28，该程序的执行暂时结束。当车辆继续向左转向时，重复进行步骤S20及S22的程序。由此，抑制了车体BD向右侧倾，由此可以改进侧倾时的驾乘舒适性。
接着，将说明向前直线行驶的车辆开始向右转向的情况。在此情况下，随着车辆向右转向，作用在车辆的向左横向加速度Gy逐渐增大，由此使得车体BD开始向左侧倾(如图7A所示)。因此，车体BD的侧倾角RA表现为负值，由此在步骤S16及步骤S18中判定为“否”以执行步骤S24及S26中的程序。
在步骤S24，类似于前述步骤S20的情况，控制器32参考设置在其中的驱动转矩改变图表，通过利用在步骤S14计算得到的车体BD的侧倾角RA及侧倾方向，来计算与车体BD侧倾角的绝对值|RA|对应的驱动转矩改变量ΔTr。然后，控制器32使与右前轮Wfr对应的电动机23产生的驱动转矩增加驱动转矩改变量ΔTr，并使与右后轮Wrr对应的电动机24产生的驱动转矩减小驱动转矩改变量ΔTr。
在步骤S26，控制器32使与左前轮Wfl对应的电动机21产生的驱动转矩减小驱动转矩改变量ΔTr，并使与左后轮Wrl对应的电动机22产生的驱动转矩增加驱动转矩改变量ΔTr。
因此，如图7B所示，根据增加及减小的驱动转矩改变量ΔTr，彼此大小相同并且方向相反的各个力ΔF在车辆的前后方向上施加到转向方向内部轨迹的右前轮Wfr及右后轮Wrr。此外，彼此大小相同并且方向相反的各个力ΔF在车辆的前后方向上施加到转向方向外部轨迹的左前轮Wfl及左后轮Wrl。
因此，在转向方向的内部轨迹上，即在车体BD因车辆的侧倾而向上运动的右侧，向下的力施加在由右侧的悬架Sfr及Srr确定的各个瞬心上(如图7C所示)。此外，在转向方向的外部轨迹上，即在车体BD因车辆的侧倾而向下运动的左侧，向上的力施加在由左侧的悬架Sfl及Srl确定的各个瞬心上(如图7D所示)。因此，可以抑制车体BD向左侧倾。在此情况下，在车辆中，不会产生车辆前后方向上的加速度以及横摆力矩。
在步骤S26的程序之后，在步骤S28，该程序的执行暂时结束。当车辆继续向右转向时，重复进行步骤S24及S26的程序。由此，抑制了车体BD向左侧倾，由此可以改进侧倾时的驾乘舒适性。
接着，当车辆未处于转向状态但车体BD例如因左前轮Wfl及左后轮Wrl行驶经过路面上的障碍而开始像图6A所示那样向右侧倾时，执行步骤S20及S22中的程序，类似于车辆开始向左转向的情况。因此，在车体BD因车辆的侧倾而向上运动的左侧，向下的力施加在由左侧的悬架Sfl及Srl确定的各个瞬心上(如图6C所示)。此外，在车体BD因车辆的侧倾而向下运动的右侧，向上的力施加在由右侧的悬架Sfr及Srr确定的各个瞬心上(如图6D所示)。因此，可以抑制车体BD向右侧倾。
类似的，当车辆未处于转向状态但车体BD例如因右前轮Wfr及右后轮Wrr行驶经过路面上的障碍而开始像图7A所示那样向左侧倾时，执行步骤S24及S26中的程序，类似于车辆开始向右转向的情况。因此，在车体BD因车辆的侧倾而向上运动的右侧，向下的力施加在由右侧的悬架Sfr及Srr确定的各个瞬心上(如图7C所示)。此外，在车体BD因车辆的侧倾而向下运动的左侧，向上的力施加在由左侧的悬架Sfl及Srl确定的各个瞬心上(如图7D所示)。因此，可以抑制车体BD向左侧倾。
以上已描述了根据本发明的一个实施例，但本发明并不限于上述实施例，在实现本发明的目的的同时可对其进行各种改变。
例如，在上述实施例中，侧倾检测装置由横向加速度传感器31、步骤S12、以及步骤S14构成，其中车体BD的侧倾角RA通过利用由横向加速度传感器31检测的横向加速度Gy来计算。但是，也可以布置用于检测车体BD的侧倾角RA的侧倾角检测传感器，该侧倾角检测传感器可被用作侧倾检测装置。
在上述实施例中，在车辆侧倾时，与左前轮Wlf及左后轮Wrl对应的电动机21及22产生的驱动转矩以及与右前轮Wfr及右后轮Wrr对应的电动机23及24产生的驱动转矩都增加或减小了驱动转矩改变量ΔTr，由此抑制车辆的侧倾。但是，也可以只使与左侧前后轮Wfl、Wrl和右侧前后轮Wfr、Wrr中任一侧前后轮对应的电动机产生的驱动转矩增加或减小驱动转矩改变量ΔTr。具体而言，在图3所示的程序中，可以省去步骤S20及步骤S22中的任一程序，也可以省去步骤S24及步骤S26中的任一程序。
在上述实施例中，说明了由前悬架Sfl及Sfr所确定的瞬心布置在前轮的接地表面的后上方，以及由后悬架Srl及Srr所确定的瞬心布置在后轮的接地表面的前上方的情况。但是，瞬心并不限于这些位置。例如，由前悬架Sfl及Sfr所确定的瞬心可以布置在前轮的接地表面的前下方，同时由后悬架Srl及Srr所确定的瞬心布置在后轮的接地表面的后下方(第一改变)；或者，由前悬架Sfl及Sfr所确定的瞬心可以布置在前轮的接地表面的前上方，同时由后悬架Srl及Srr所确定的瞬心布置在后轮的接地表面的后上方(第二改变)；或者，由前悬架Sfl及Sfr所确定的瞬心可以布置在前轮的接地表面的后下方，同时由后悬架Srl及Srr所确定的瞬心布置在后轮的接地表面的前下方(第三改变)。
在此情况下，在第一改变中，类似于上述实施例的方式，与车体BD向上运动那侧的前轮(车体BD向下运动那侧的后轮)对应的电动机产生的驱动转矩根据车体BD的侧倾角RA而增加驱动转矩改变量ΔTr，而与车体BD向上运动那侧的后轮(车体BD向下运动那侧的前轮)对应的电动机产生的驱动转矩减小驱动转矩改变量ΔTr，由此向下的力可产生在由车体BD向上运动那侧的那些悬架所确定的各个瞬心处(向上的力可产生在由车体BD向下运动那侧的那些悬架所确定的各个瞬心处)。
相反，在第二及第三改变中，与上述实施例及第一改变相反，与车体BD向上运动那侧的前轮(车体BD向下运动那侧的后轮)对应的电动机产生的驱动转矩根据车体BD的侧倾角RA而减小驱动转矩改变量ΔTr，而与车体BD向上运动那侧的后轮(车体BD向下运动那侧的前轮)对应的电动机产生的驱动转矩增加驱动转矩改变量ΔTr，由此向下的力可产生在由车体BD向上运动那侧的那些悬架所确定的各个瞬心处(向上的力可产生在由车体BD向下运动那侧的那些悬架所确定的各个瞬心处)。

Claims (4)

1.一种车辆姿态控制设备，包括：
四个致动器，该四个致动器独立地驱动通过悬架设备悬挂在车体上的四个车轮，而且该车辆姿态控制设备能够通过对所述四个致动器产生的驱动转矩的独立控制而控制车辆行驶姿态；
侧倾检测装置，其检测车辆的侧倾；及
驱动转矩控制装置，
其特征在于：
所述驱动转矩控制装置根据检测得到的车辆侧倾来使与所述车体中由于所述车辆侧倾而向上运动那侧的前轮及后轮对应的致动器所产生的驱动转矩产生差异，使得在所述车体向上运动那侧，所述前轮及所述后轮中产生的力在所述车辆的前后方向上相反，由此在向上运动的所述车体处产生向下的力；所述驱动转矩控制装置也可以使与所述车体中由于所述车辆侧倾而向下运动那侧的前轮及后轮对应的致动器所产生的驱动转矩产生差异，使得在所述车体向下运动那侧，所述前轮及所述后轮中产生的力在所述车辆的前后方向上相反，由此在向下运动的所述车体处产生向上的力，由此对所述车体施加与所述侧倾方向相反的力。
2.根据权利要求1所述的车辆姿态控制设备，其中，
所述侧倾检测装置检测所述车体的侧倾角；且
所述驱动转矩控制装置包括：改变量计算装置，该改变量计算装置利用检测得到的所述车体的侧倾角来计算改变由与所述车体中向上运动那侧或所述车体中向下运动那侧的前轮及后轮对应的致动器产生的驱动转矩的改变量；驱动转矩计算装置，该驱动转矩计算装置利用计算得到的所述改变量来计算与所述车体中向上运动那侧或所述车体中向下运动那侧的前轮及后轮对应的致动器产生的驱动转矩；以及驱动控制装置，该驱动控制装置根据计算得到的所述驱动转矩来驱动并控制与所述车体中向上运动那侧或所述车体中向下运动那侧的前轮及后轮对应的致动器。
3.根据权利要求2所述的车辆姿态控制设备，其中，
所述侧倾检测装置包括：横向加速度传感器，该横向加速度传感器检测所述车辆横向上的横向加速度；以及侧倾角计算装置，该侧倾角计算装置根据检测得到的所述横向加速度来计算所述车体的侧倾角。
4.根据权利要求2所述的车辆姿态控制设备，其中，
改变所述驱动转矩的所述改变量随着检测得到的所述车体的侧倾角的增大而增大。
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