CN103204158B - 车辆防侧翻系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于缓解车辆侧翻的系统和方法，该方法包括通过倾斜传感器监测车辆倾斜并且感应车辆在特定方向上的侧翻。另外，该系统通过中央处理单元根据计算的倾斜阈值确定侧翻的发生。在感应的侧翻方向上使车辆转向、在同一方向上使车辆加速以及在感应到侧翻降低的情况下制动车辆能够使车辆最终稳定并返回车道，以上均通过控制器控制。

Description

车辆防侧翻系统

技术领域

本发明总体上涉及车辆防侧翻系统领域，更具体地，涉及通过对某些车内系统进行系统、电子的控制防止软牵绊的车辆侧翻的系统。

背景技术

车辆侧翻已经在赛车运动、赛车比赛、越野驾驶或激进的道路驾驶中看到。因此，已经随着时间的推移开发出了侧翻保护和防侧翻系统，并应用于保护车辆及其乘员不受伤害。一些保护系统为单纯结构性的，而其他解决方案提供电子控制的防侧翻的措施。由此，这样的侧翻保护系统也已经应用于市售车辆。

当车辆滑出道路而撞击固定障碍物时，例如路缘或固定车辆，轮胎和/或车体经历来自横向方向上的非常大的冲击力。这种横向冲击力可以造成车辆侧翻，相应的侧翻被称为硬牵绊的侧翻（hard tripped rollover）。另一方面，在没有大的横向冲击力或具有小的横向牵绊力的情况下发生的侧翻造成软牵绊（soft-tripped rollover）的侧翻。当车辆滑出道路而其轮胎陷入松软的泥土中时，当车辆的一侧骑在物体上或车辆的一侧发生急剧下降时，可能发生软牵绊的侧翻。当转弯或在一个方向上急剧转向时引起的车辆不平衡造成的其他侧翻可以归类为无牵绊（untripped rollover）的侧翻。在常规车辆中，电子控制系统，例如侧倾稳定性控制，可以看作对防无牵绊的侧翻有效。然而，大多数侧翻为有牵绊的侧翻（包括硬牵绊和软牵绊的侧翻），在这样的常规系统中，有牵绊的侧翻限制横摆稳定控制系统的功能。更具体地，当与测量到的转向激进一起感应到车身的倾斜超过预定阈值时，横摆稳定控制系统通过向某个/某些车轮大力地制动减少由驾驶员的激进转向操作造成的侧翻的风险。这种横摆稳定控制系统已经限制防止牵绊的侧翻的有效性，该牵绊的侧翻不必然取决于驾驶员的转向激进。

在执行操作的同时，一些系统警告车辆驾驶员侧翻的可能性。然而，这样的系统取决于驾驶员在侧翻发生前控制和稳定车辆的能力。在这种情况下，侧翻的可能性及其后果依赖于驾驶员的努力和驾驶员及时反应的能力，这可能随时间改变。另外，由于诸如疲劳的因素的驾驶员迟钝、心烦意乱甚至慌乱可能损害该侧翻警告机构的有效性。

因此，需要一种车辆防侧翻系统，帮助驾驶员完成任何对侧翻的响应措施，并且保持对前方道路的注意力集中。

发明内容

本发明的一个实施例描述了一种用于防车辆侧翻的方法。该方法包括通过倾斜传感器监测车辆倾斜并且感应车辆在某方向上的侧翻。另外，通过中央处理单元执行根据计算的倾斜阈值对侧翻的发生的确定，该中央处理单元设置在控制器内。在感应的侧翻方向上使车辆转向、通过在同一方向上改变油门位置使车辆加速以及在感应侧翻减小的情况下制动车辆，最终稳定车辆。转向、油门和制动器均由控制器控制。

本发明的另一实施例描述了一种用于防止车辆侧翻的系统。该系统包括车辆、倾斜传感器、车辆加速器、车辆制动器、车辆转向系统。倾斜传感器安装在车辆上，用于监测车辆相对于水平的倾斜，并感应车辆在特定方向上的侧翻。控制器与倾斜传感器、车辆制动器、车辆加速器和车辆转向系统连接。在感应的侧翻期间，控制器配置用于在侧翻方向上使车辆转向、在保持同一方向上的转向的情况下使车辆加速并且在感应到侧翻减小时制动车辆。

附图说明

以下描述的附图列举并示出本发明的多个示例性实施例。在所有附图中，相同的附图标记标示同一或功能相似的元件。附图实际上是用作说明的，并不限制范围。

图1是根据本发明的示例性车辆防侧翻系统的示意图。

图2A示出了经历侧翻的车辆的示例性现有技术的操作顺序。

图2B示出了在侧翻方向上转向的车辆的示例性现有技术的操作顺序。

图2C示出了在侧翻方向上加速的车辆的示例性现有技术的操作顺序。

图2D示出了通过稳定和制动克服侧翻的车辆的示例性现有技术的操作顺序。

图3是描述了防侧翻系统的示例性操作方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，对具体实施方式说明如下。描述的示例性实施例用于阐述本发明的主题，并非限制其范围，本发明范围由权利要求书限定。

概述

总体上，本发明描述了根据车辆倾斜超过计算的阈值作出响应的防止软牵绊的侧翻的系统。为了达到该目的，该系统使用监控并检测行驶期间的车辆倾斜的倾斜传感器。在确定倾斜以及可能的侧翻的情况下，与倾斜传感器连接的控制器电子地并且顺序地控制某些车辆输入，例如，用于对车辆导向的车辆转向、用于提供车辆加速度变化的油门控制以及用于停止并且最终稳定车辆的车辆制动器。

示例性实施例

图1示出了安装在车辆104中的示例性防侧翻系统100。该系统100包括控制器102，控制器102包括中央处理单元（CPU）106、计算模块108和存储设备110。控制器102与倾斜传感器118连接，并且不断地检索车辆倾斜信息，并且还与车辆转向装置112、车辆加速器或车辆油门114和车辆制动器116连接。诸如以上提到的连接为控制器102提供持续的通讯模式，以便根据感应到的状态控制车辆104的转向装置112、油门114和制动器116，这在下文中做进一步描述。

控制器102是基于微处理器的设备，并且包括CPU106，该CPU106能够处理来自倾斜传感器118的输入信息，作为可擦除存储器单元的RAM和/或ROM以及相关联的输入和输出总线。控制器102可以配置为应用特定的集成电路，或通过现有技术公知的其他逻辑设备形成。更具体地，控制器102可以形成车辆电子控制单元（ECU）模块的一部分，例如安全ECU模块、车辆动态ECU模块、约束控制模块，或者可选地配置为单机ECU。出于功能性和检修考虑，控制器102可以配置在车辆仪表板、车辆面板内或车辆104内任何其他部分，从这些位置用户可易于使用系统100。

倾斜传感器118安装在车辆104上，用于监测车辆相对水平的倾斜，并且感应车辆在某一方向上的侧翻。更具体地，倾斜传感器118是双轴传感器的形式，例如连续监测并确定车辆倾斜的双轴加速计。这样的加速计的输出信号是向设置在控制器102内的CPU106提供的模拟电压。因此，CPU106通过倾斜传感器118发挥感应并确定车辆倾斜的值，以及可能的车辆侧翻的方向的作用。

可选地，惯性传感器的组合或软件传感器可以取代倾斜传感器118的功能，其中，通过使用车载传感器，例如侧倾率、横摆率及其他加速度传感器，估计倾斜指标。

在本发明的另一实施例中，倾斜传感器118的功能可以用存在车辆侧翻帘激活标记取代。这样的激活标记可以作为倾斜阈值（之后描述），激活并展开防侧翻系统100。另外，计算并测量的信号，例如侧倾角、纵向速度、纵向滑移比率、制动压力、发动机转矩等，也可以形成防侧翻系统100的输入。

某些环境传感器也可以取代倾斜传感器118，用于确定车辆104的倾斜信息。这样的环境传感器可以用于确定车辆104相对于水平的倾斜，此外还保持与所讨论的倾斜传感器118类似的功能。

如上述所提到的，装在控制器112内的CPU106在结构上可以是现有技术中公知的类型，因此，可以是基于微处理器的单元，用作侧翻计算器，并且可以确定侧翻的发生。这样的确定可以通过配置在CPU106内的系统逻辑执行。因此，CPU106可以配置用于首先接收来自倾斜传感器118的作为逻辑电压的输入信号，对其进行处理，并由此确定侧翻的发生。一旦某些信号确定车辆侧翻，CPU106可以处理这样的信号，以确定车辆104的有效角度侧倾。车辆104的角度侧倾可以取决于在侧倾“A”（如图2所示）方向上作用于车辆104的质心的加速度的量的因素，并可以通过CPU106确定。角度侧倾可以确定为垂直于车辆地板并穿过车辆104的质心的虚拟轴线偏离垂直于地面并穿过同一质量中心的虚拟轴线之间的计算的角度。

出于上述原因，可以确定一倾斜阈值，该倾斜阈值被理解为在某一车速时足以造成侧倾的最小角度倾斜值。特定侧翻的倾斜阈值主要取决于2个因素，首先是车辆的质心，其次是车辆的瞬时速度，所述倾斜阈值可以根据状态不同而不同。例如，在可能的软牵绊状态下，低速行驶的车辆将保持更稳定，并且可以比以高速行驶的车辆具有更低的侧翻几率。因此，随着状态不同而改变的瞬时车速可以导致阈值也随状态不同而改变。因此，通过CPU106为每个可能的车辆侧翻计算倾斜阈值。

因此，CPU106可以配置用于将有效角度侧倾和计算的倾斜阈值进行对比，以确定侧翻的发生以及是否存在潜在的或即将发生的侧翻，并将结果提供给控制器102。

形成控制器102的主要部分，计算模块108与CPU106在结构上相似，并且包括一个或多个用于实施特定任务的处理器。这样的任务可以是通过与车辆速度计连接的速度数据传感器（未示出）提取车速和加速度的相关信息。可以通过与速度数据传感器连接的束线执行这种信息向计算模块108的传递。

例如，通过配置在控制器102内的计算模块108确定的车辆侧翻的特定方面是侧翻的性质。可以通过监测车辆的横向加速度确定软牵绊（Soft-tripped）的侧翻并将其与由硬牵绊（hard trip）区分，这种监测通过安装在车辆上的加速计执行。如果在大的侧倾角或侧倾角速度形成之前或侧翻帘激活之前横向加速度的量小于特定阈值，则通过计算模块108确定侧翻的性质作为软牵绊。否则，侧翻可以分类为硬牵绊和无牵绊的侧翻。在感应到硬牵绊或无牵绊的状态下，系统100不能协助提供侧翻保护和防侧翻，因此可能保持不激活。

在车辆104超过倾斜阈值之前或恰好在侧翻发生时，根据感应的车速确定侧翻的严重性值。一旦直接与车速成比例并与倾斜阈值相关的侧翻的严重性值得以确定，就可以形成优化且智能的输入。这种输入可以向转向装置112提供指令，以转动一定量，并向油门114提供指令，以改变位置并释放一定量的燃料，从而使车辆104加速，并向制动器116提供指令，以施加一定的压力比，从而停止并最终稳定车辆104。

设置在控制器102内的存储设备110可以是储存与防侧翻系统100的侧翻功能相关信息的非易失性存储介质。因此，存储设备110可以包括在感应的车辆侧翻期间需要应用的车辆信息，例如，车辆重量、尺寸、高度、外形、质心、计算的倾斜阈值、侧翻计算方法、车辆的具体特征等。

通过控制器102电子控制的系统100的其他组件，即转向装置112、油门114和制动器116为现有技术公知的，因此未在本发明中讨论。

图2A、2B、2C和2D描述的图示顺序示出了克服车辆250的软牵绊的侧翻的示例性现有技术方法。

因此，如图2A所示，示出了经历软牵绊的侧翻的车辆250。这种在方向A上的侧翻促使车辆250的驾驶员启动响应措施，以克服造成的不稳定。

在图2B中，作为响应措施的一部分，驾驶员可以在方向A上通过转向装置112使车辆250转向，以对抗侧翻，目的在于稳定车辆250并将其所有车轮接触到正在行驶的地面。

在图2C中，未能通过转向装置112完成上述过程，驾驶员可以随后踩下油门114，向车辆的燃烧室释放迅速并且过量的燃料。这种响应的目的在于加速车辆250并且向车辆250的后部引入特定负载转移，同时消解车轮的轮胎侧向力，以便从不稳定的侧倾状态中恢复。

当这样的措施最终稳定车辆250时，驾驶员可以应用制动116，以使车辆250完全停下来。因此，这种稳定在图2D中示出。一旦停下，可以根据驾驶员的处置继续驾驶车辆250。

在车辆250配备防侧翻系统100的情况下，如果驾驶员成功地使车辆250处于稳定状态，避免侧翻，则防侧翻系统100将保持不激活。另一方面，如果驾驶员未提供足够的努力以稳定车辆250或者驾驶员慌乱并加重侧翻趋势，则防侧翻系统100将激活，以缓解侧翻。本发明的方法通过图3的流程图描述。该方法是图1所讨论的系统100和图2A、图2B、图2C和图2D的顺序示图所讨论的现有技术的措施的结合。因此，图3示出了系统100的示例性方法300，并且操作流程描述如下。

在阶段302，可以在车辆内方便设置的界面，例如开关机构、触屏、旋钮、操作杆等，提供防侧翻系统100。更具体地，这种界面可以设置在车辆仪表板、车辆面板上，或以系统100可以保持用户可随时操作的方式设置。可选地，系统100还可以配置成在车辆104的操作开始时自动开启。在检测到软牵绊的侧翻的情况下，方法300激活安装的防侧翻系统100。

在阶段304，倾斜传感器118监测车辆104在行驶期间的倾斜，该倾斜为相对水平的倾斜。利用通过与车辆速度计连接的速度数据传感器持续感应的车辆104的速度或使用诸如制动控制模块的控制模块中的车载传感器计算的速度估值，以及用于确定侧翻方向的倾斜传感器118，判断侧翻的可能性。可以通过侧翻计算器，例如CPU106，通过从存储设备110中检索计算方法进行这种判断。

在本发明的另一实施例中，防侧翻系统100可以基于检测到的侧倾角和速率或如上所述根据侧翻帘的激活标记而激活。在这样的设置中，倾斜传感器118的功能可以不是独立的硬件，而是软件传感器，其基于车载传感器的计算获得其数值，例如，侧倾速率、横摆率、横向加速度、纵向加速度等。

在可能发生侧翻的情况下，在阶段306，CPU106确定倾斜阈值。通过如上所述的监测瞬时车速并且从存储设备110提取与车辆104的质心相关的数据，确定该倾斜阈值。相应地，根据观察的车辆的横向加速度变化和大的车辆侧倾角，可以将侧翻检测作为软牵绊。在完成该阶段306时，通过计算倾斜阈值并且将其与车辆104的有效侧倾角进行对比，完成侧翻判断。识别侧倾角为大于计算的倾斜阈值的数值使控制器102以适时的方式使用转向装置112、油门114和制动器116的可用控制采取依序的控制动作。

因此，在随后的阶段308中，控制器102使用转向装置112进行控制，首先在感应的侧翻方向上使车辆104转向，该方向通过倾斜传感器118感应，并且控制器102根据从倾斜传感器118接收的输入发挥作用。如前所述，所需转向的正确量可以通过计算模块108确定。转向装置112可以是电子动力转向辅助系统（EPAS）、主动前轮转向系统（AFS）或EPAS和AFS的结合。

假设在初始转向控制后车辆104观察到进一步倾斜，控制器102将使用油门114启动控制，其因此适于迅速且过量地释放燃料，以在侧翻方向上保持转向装置112的情况下使车辆104加速，以达到最终稳定车辆104的目的。在阶段310，还通过控制器102提供这种功能。另外，在侧翻期间检测到至少一个车轮具有大的滑移比率时，控制器102向地面上的车轮提供牵引力。因此，如果抬起的车轮具有大的滑移比率，使用制动或抗滑差速器（LSD）或电子抗滑差速器（eLSD）的转矩定向作用于抬起的车轮，以允许对应的在地面上的车轮产生牵引力。

在车辆的油门动作之后，一旦感应到侧翻减小，车辆104开始稳定，控制器102可以减轻油门114，以停止过量燃料释放，并且可以随后应用制动器116。为了保持一致，这种制动可以在阶段312应用，以便在随后的阶段314获得因此产生的完全的车辆稳定。在阶段314结束时，释放制动器116，车辆104稳定，并且控制器102将转向装置112返回至初始位置，并且对驾驶员恢复转向装置112、油门114和制动116的控制，使车辆104能够根据驾驶员的处置继续行驶。因此，一旦应用制动器116，并且在感应车辆倾斜减小预定量的情况下，控制器102使车辆104返回至正常操作，所述车辆倾斜减小根据计算的倾斜阈值确定。

在本发明的可选实施例中，在侧翻的所有状态中，倾斜阈值可以保持在平均值上不变。然而，这种实际上并不精确的规定可以导致重量轻并且更简单的系统。

本说明书已经列举多个具体实施方式，但本领域技术人员应当理解，在具体应用和周围环境中实施本发明的主题的过程中，这些实施例将自然地发生变化。还应当理解，这些和其余的变化落入本发明的范围内。列举那些可能的变化和上述的具体示例并非限制本发明的范围。相反，本发明的范围仅由权利要求书限定。

Claims (10)

1.用于防车辆侧翻的方法，其特征在于，该方法包括：

通过倾斜传感器监测车辆倾斜并感应车辆在某方向上的侧翻；

通过设置在控制器内的中央处理器根据计算的倾斜阈值确定侧翻的发生；

在感应的侧翻方向上使车辆转向，所述转向通过控制器控制；

随着转向通过改变油门位置使车辆加速，所述油门通过控制器控制；以及

在感应到侧翻降低时通过制动器制动车辆，所述制动器通过控制器控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括使用配置在控制器内的计算模块确定侧翻性质为软牵绊。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在车辆到达倾斜阈值之前，根据感应的车辆速度确定侧翻的严重性值，所述速度通过下列的其中一个感应：

与车辆速度计相连的速度数据传感器；以及

车载传感器。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，倾斜传感器为下列的其中一个：

双轴加速计；

惯性传感器的组合；以及

软件传感器，该软件传感器通过车载传感器的估计获得车辆倾斜指标。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一旦应用制动器，并且在感应到车辆倾斜存在预定的降低时，控制器将车辆返回至正常操作，所述车辆倾斜的预定降低根据计算的倾斜阈值确定。

6.用于防止车辆侧翻的系统，其特征在于，该系统包括：

车辆，

安装在车辆上的倾斜传感器，用于监测车辆相对于水平的倾斜，并且感应车辆在某一方向上的侧翻；

车辆加速器，配置为车辆的油门，

车辆制动器，

车辆转向装置；以及

与倾斜传感器、车辆制动器、车辆加速器和车辆转向装置连接的控制器，其首先在车辆的侧翻方向上使车辆转向，并且在最初转向控制之后随着在侧翻方向上保持转向使车辆加速，并且在车辆的油门动作之后在感应到侧翻降低的情况下制动车辆。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，配置在控制器内的计算模块确定侧翻的性质为软牵绊。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在车辆到达倾斜阈值之前，根据感应的车辆速度确定侧翻的严重性值，所述速度通过下列的其中一个感应：

与车辆速度计相连的速度数据传感器；以及

车载传感器。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，倾斜传感器为下列的其中一个：

双轴加速计；

惯性传感器的组合；以及

软件传感器，该软件传感器通过车载传感器的估计获得车辆倾斜。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，控制器包括根据计算的倾斜阈值确定侧翻发生的中央处理单元。