CN102317129A - 用于利用集成的避免倾翻的功能稳定车辆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节车辆的行驶动力学的设备。预定用于为调节车辆的横向动力学的额定参数（
Figure DEST_PATH_IMAGE001
）以及将该额定参数限制到最大值，该最大值设定为使车辆的横向加速度（
Figure 623211DEST_PATH_IMAGE002
）不超过阈值（
Figure DEST_PATH_IMAGE003
）。以此方式防止车辆以狭小的弯道半径行驶并倾翻。

Description

用于利用集成的避免倾翻的功能稳定车辆的方法
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于调节车辆的行驶动力学的设备以及一种按权利要求8前序部分所述的用于调节的相应的方法。
背景技术
公知的行驶动力学调节器，如ESP（电子稳定程序），通常调节车辆的偏转比率和浮动角。为此必须确定，车辆应采取何种行动（额定值）以及实际上采取何种行动（实际值）。通常这样来计算额定值，使车辆尽可能精确地遵循由驾驶员通过方向盘和加速踏板调整预定的运动轨迹（驾驶员意愿）。在此，问题在于，行驶动力学调节器即使在有倾翻危险的情况下，也将车辆调节到驾驶员期望的运动轨迹上。由此使车辆遭受过高的横向加速度并倾翻。
为了防止车辆倾翻，已知一些单独的设备，它们在横向加速度过高的情况下干预行驶并例如通过自动制动干预或转向干预来稳定车辆。由WO 99/37516例如已知，确定车辆的侧倾趋势并在此基础上这样调节车辆的横向动力学，使车辆不会倾翻。由WO 2006/018349 A1已知，基于各种预定义的车辆行驶状况来识别倾翻。但所有系统的共同点在于，它们除了行驶动力学调节器外，还被实现为带自有的传感器和自有的信号处理装置的单独的设备，因而意味着高昂的附加费用。
发明内容
就此而言，本发明所要解决的技术问题是，创造一种设备和一种方法，用这种设备或方法可以十分简单地实现避免倾翻的功能。
按照本发明，该技术问题通过独立权利要求的特征解决。本发明其它的设计方案是从属权利要求的内容。
本发明的一个主要方面在于，将避免倾翻的功能集成到传统的行驶动力学调节器中，例如ESP中，并且车辆借助修正后的行驶动力学调节器被强制到一个具有比驾驶员所期望的更大的弯道半径的运动轨迹中。由此限制车辆的横向加速度。为此，按照本发明设额定值发生器，它在考虑到驾驶员意愿的情况下至少求出调节器的额定值。在危急的行驶情况下，即车辆的横向加速度过大时，倘若行驶动力学调节器遵循驾驶员的意愿，那么按照本发明，限定额定值的最大值。在此这样设定该最大值，使车辆的横向加速度不超过阈值且车辆因而至少不会倾翻。在临界情况下，即在车速过高时驾驶员预先确定过小的弯道半径时，车辆不再精确地遵循驾驶员所期望的运动轨迹，而是遵循有更大半径的轨迹并且实施有较小偏转比率的偏转运动。以此方式可以及时且和谐地对抗过高的横向加速度，从而使车辆不再倾翻。因此，通过简单的限定调节器额定值，可以和标准的行驶动力学调节一起实现避免倾翻的功能。
横向加速度的阈值可以例如定义成这样的值，在该值下，车辆会倾翻。但也可以选择更小的值。
按照本发明，“行驶动力学调节器”优选是这样一种系统，它至少调节行驶动力学的至少一个状态参数，例如车辆的偏转比率和/或浮动角。相关的额定值发生器优选包括数学的车辆模型（算法），该模型由各种测量参数，例如转向角或车速计算求出额定值，以及必要时由估计的参数计算求出额定值。
按照本发明的一种优选的实施形式，根据作用在前轮和/或作用在后轮上的横向力计算额定值。至少一个横向力在此被限制为一个值，该值设定成使车辆的横向加速度不超过允许的阈值。优选限制前轮的横向力。
附图说明
接下来借助附图示例性地进一步阐释本发明。附图中：
图1是车辆的行驶动力学调节器的方块图；
图2是车辆的单道模型的示意性视图；
图3a是在一段时间内的转向角的图表；
图3b示出了带本发明的额定值发生器和不带本发明的额定值发生器的车辆的摆动角的示例性时间变化曲线。
具体实施方式
图1示出了用于调节车辆的横向动力学的行驶动力学调节器100，带有调节回路。行驶动力学调节器100包括额定值发生器110，其在此计算用于本来的调节器130的额定偏转比率                                                
Figure 964504DEST_PATH_IMAGE001
。额定值发生器110包括数学的车辆模型（算法），例如由现有技术公开的单道模型，车辆模型在考虑到转向角
Figure 881645DEST_PATH_IMAGE002
和车辆纵向速度
Figure 661382DEST_PATH_IMAGE003
的情况下，计算额定偏转比率
Figure 56591DEST_PATH_IMAGE001
。优选测量所述参数。
在节点120上，由额定偏转比率以及实际偏转比率
Figure 808647DEST_PATH_IMAGE001
或
Figure 631109DEST_PATH_IMAGE004
计算调节差
Figure 898142DEST_PATH_IMAGE005
，所述调节差被传递给行驶动力学调节器130。在调节差过高时，每个车轮的行驶动力学调节器130计算单独的制动干预，该制动干预借助车轮制动器实施。作为调节对象的车辆示意性地用方块140表示。
与传统的行驶动力学调节器不同的是，额定值
Figure 952872DEST_PATH_IMAGE001
在此被限定到一个值，这个值最大大到使车辆的横向加速度决不超过阈值。这样安排横向加速度的阈值，从而使车辆至少不倾翻。
额定值发生器110的车辆模型在图2中示出。用于确定额定偏转比率的相关的模型方程式为：
Figure 638248DEST_PATH_IMAGE007
     （1）
Figure 375260DEST_PATH_IMAGE008
       （2）。
为了计算额定偏转比率，除车辆专有的参数，如围绕z-轴的车辆惯性、车辆质量
Figure 757066DEST_PATH_IMAGE010
和前与后轮距车辆重心
Figure 32189DEST_PATH_IMAGE011
的轮距
Figure 800294DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 135460DEST_PATH_IMAGE013
外，额定值发生器110也需要测量参数，如转向角
Figure 802065DEST_PATH_IMAGE002
和纵向速度
Figure 880880DEST_PATH_IMAGE003
。此外，时间相关的参数，如前轮（指数F）的横向力
Figure 378857DEST_PATH_IMAGE014
和后轮（指数R）的横向力
Figure 150504DEST_PATH_IMAGE015
也是必需的，这些参数可以由测量参数以及从模型方程（1）、（2）的之前的解计算得出。用于确定这些参数的附加的传感器不是绝对必要的。
横向力、
Figure 176458DEST_PATH_IMAGE015
与单个车轮的各侧偏角、
Figure 409173DEST_PATH_IMAGE017
非线性相关。它们例如用特性曲线确定。侧偏角
Figure 847108DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 267725DEST_PATH_IMAGE017
又与额定偏转比率
Figure 927245DEST_PATH_IMAGE001
和横向速度
Figure 40695DEST_PATH_IMAGE018
非线性相关。
额定值发生器110用模型方程（1）、（2）除计算额定偏转比率
Figure 965925DEST_PATH_IMAGE001
外，还计算车辆的横向速度
Figure 190233DEST_PATH_IMAGE018
以及横向加速度
Figure 189413DEST_PATH_IMAGE019
。
为了确定当前的额定偏转比率
Figure 473764DEST_PATH_IMAGE001
，额定值发生器110首先在最后计算的额定偏转比率
Figure 886291DEST_PATH_IMAGE020
和最后计算的横向速度
Figure 101240DEST_PATH_IMAGE018
的基础上计算当前的侧偏角
Figure 282823DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 472496DEST_PATH_IMAGE017
，并且在相应的特性曲线中查阅单个车轮的相关的横向力
Figure 372319DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 876112DEST_PATH_IMAGE015
。若横向力
Figure 177781DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 538355DEST_PATH_IMAGE015
大到使车辆的横向加速度超过最大值
Figure 112425DEST_PATH_IMAGE021
，那么限制至少一个横向力值。然后在限制的横向力
Figure 482226DEST_PATH_IMAGE022
的基础上计算额定偏转比率
Figure 372822DEST_PATH_IMAGE001
。由此借助行驶动力学调节器确保该额定偏转比率的调整，使车辆不会倾翻。
参考模型的横向加速度由此确定
Figure 169876DEST_PATH_IMAGE023
                         （3）。
在当前实施例中，限制前轮的横向力值
Figure 716395DEST_PATH_IMAGE024
。当
Figure 889888DEST_PATH_IMAGE025
是最大允许的横向加速度时，如下从方程（3）中得出最大允许的横向力
Figure 900569DEST_PATH_IMAGE026
：
Figure 868525DEST_PATH_IMAGE027
                         （4）。
额定值发生器110现在求出前轮的横向力
Figure 151608DEST_PATH_IMAGE024
并且检验它是否超过最大的横向力
Figure 863212DEST_PATH_IMAGE026
。若超过，那么额定值发生器在模型方程（1）、（2）中就以限定的值为基础，否则就以实际求出的值为基础。
图3a和3b示出了车辆中各种测量值的变化曲线，变化曲线一条被伴随着限定额定偏转比率地调节，一条则被不限定额定偏转比率地调节。由转向角
Figure 388368DEST_PATH_IMAGE002
的图表210可知，车辆在近S形弯道上行驶。
在近S形弯道上行驶时，车辆在不限制额定偏转比率
Figure 638084DEST_PATH_IMAGE001
的情况下侧倾（见图表220中的虚线222）。车辆先时沿一个方向摆动约10°，然后又运动回到中立位置，接着沿另一个方向摆动，其中，摆动角大到使车辆倾翻。
在同样的行驶动作下，车辆在限制额定偏转比率
Figure 810308DEST_PATH_IMAGE001
的情况下虽然同样沿两个方向摆动（见实线221），但摆动角在这两种情况下都要小于10°，因此车辆不会倾翻。

Claims (8)

1.用于调节车辆的行驶动力学的设备，其包括用于为调节车辆的横向动力学的调节器（130）预定额定参数（                                                ）的额定值发生器（110），其特征在于，额定值发生器（110）包括用于将额定参数（
Figure 802735DEST_PATH_IMAGE001
）限制到最大值的器件。
2.按权利要求1所述的设备，其特征在于，这样设定最大值，使得车辆的横向加速度（
Figure 15542DEST_PATH_IMAGE002
）不超过阈值（
Figure 659013DEST_PATH_IMAGE003
）。
3.按权利要求2所述的设备，其特征在于，阈值小于车辆发生倾翻时的临界值。
4.按前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，额定值发生器（110）求出额定偏转比率（
Figure 994179DEST_PATH_IMAGE001
）作为额定参数。
5.按前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，额定值发生器（110）包括数学模型，该数学模型在考虑到测得的转向角（
Figure 723101DEST_PATH_IMAGE004
）和测得的纵向速度（）的情况下求出额定参数（
Figure 504422DEST_PATH_IMAGE001
）。
6.按前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，额定值发生器（110）包括数学模型，该数学模型在考虑到作用在车辆的前轮和/或后轮上的横向力（
Figure 276069DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 164390DEST_PATH_IMAGE007
）的情况下求出额定参数（
Figure 46896DEST_PATH_IMAGE001
）。
7.按权利要求6所述的设备，其特征在于，所述数学模型限制至少一个横向力值（
Figure 399379DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 528878DEST_PATH_IMAGE007
），以致于车辆的横向加速度不超过预定的阈值（
Figure 966813DEST_PATH_IMAGE003
）。
8.用于调节车辆的行驶动力学的方法，其特征在于下列步骤：
求出用于调节车辆的横向动力学的额定参数（
Figure 387430DEST_PATH_IMAGE001
）以及将待预定的额定参数（
Figure 860000DEST_PATH_IMAGE001
）限制到最大值，该最大值设定成使车辆的横向加速度（
Figure 911132DEST_PATH_IMAGE008
）不超过阈值（
Figure 836363DEST_PATH_IMAGE003
）。
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