CN103419838B - 车轮控制装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车轮控制装置及其方法,具体而言,利用智能轮胎计算和测量的作用于轮胎的力量信息,计算偏离角,利用所计算的偏离角控制车轮。本发明的车轮控制装置包括,从智能轮胎接收作用于轮胎的力量信息的信息接收部;利用接收的信息计算轮胎的前轮或后轮中的至少某一个偏离角的偏离角计算部;利用所计算的偏离角,导出车轮控制时点、车轮控制量、控制对象车轮、汽车旋回方向、汽车旋回特性、转向过度(Oversteer)状态或转向不足(Understeer)状态中的至少某一个信息的特性导出部。
Description
技术领域
本发明涉及车轮控制装置及其方法。具体而言,本发明利用智能轮胎计算和测量的作用于轮胎的力量相关信息,计算偏离角,利用所计算的偏离角控制车轮。
背景技术
汽车的旋回稳定性控制技术,利用汽车上安装的测量旋转角速度的传感器-偏航传感器或测量横加速度的传感器-横加速度传感器,计算汽车的旋回特性,利用计算的旋回特性控制车轮。
为了将这些控制技术应用于汽车,汽车需要安装偏航率、横加速度传感器等各种传感器,也需要设计观测仪。
发明内容
为了实现上述的目的,本发明提出一种车轮控制装置,包括:从智能轮胎接收作用于轮胎的力量相关信息的信息接收部;利用接收的信息,计算轮胎的前轮或后轮中至少某一个偏离角的偏离角计算部;利用计算的偏离角,导出车轮控制时点、车轮控制量、控制对象车轮、汽车旋回方向、汽车旋回特性、转向过度(Oversteer)状态或转向不足(Understeer)状态中至少某一个信息的特性导出部。
理想的情况是,上述信息接收部从转向角传感器接收转向角相关的信息,上述特性导出部利用接收的转向角相关信息,导出控制对象车轮或汽车的旋回方向中至少某一个信息。
理想的情况是,上述车轮控制装置还包括,利用特性导出部导出的信息,控制车轮的控制部。
理想的情况是,上述信息接收部接收的作用于车轮的力量相关信息包括,轮胎侧力以及偏离刚度相关的信息,上述偏离角计算部利用信息接收部接收的轮胎侧力以及偏离刚度相关的信息,计算横向偏离角。
理想的情况是,上述偏离刚度是考虑到前轮或后轮中至少一个垂直力变化增益的值,上述垂直力变化增益是静态下的前轮或后轮中至少某一个垂直力和旋回运动时由智能轮胎计算和测量的前轮或后轮中至少某一个垂直力之间的比率计算的值,上述偏离角计算部利用反映轮胎侧力和垂直力变化增益的偏离刚度进行计算。
理想的情况是,上述偏离角计算部计算前轮和后轮的横向偏离角,上述的特性导出部导出的旋回特性是利用计算的前轮横向偏离角和后轮横向偏离角之差导出的。
理想的情况是,上述偏离角计算部计算前轮和后轮的横向偏离角,上述特性导出部导出的控制量是,利用前轮横向偏离角和后轮横向偏离角之差和事先设定的临界值之差导出的。
理想的情况是,上述控制量是利用垂直力,最优分别分配到前轮和后轮,导出各车轮的控制量。
为了实现上述的目的,本发明还提出一种车轮控制方法,包括:接收智能轮胎计算和测量的作用于轮胎的力量相关信息的信息接收阶段;利用接收的信息,计算轮胎的前轮或后轮中至少某一个偏离角的偏离角计算阶段;利用计算的偏离角,导出车轮控制时点、车轮控制量、控制对象车轮、汽车旋回方向、汽车旋回特性、转向过度(Oversteer)状态或转向不足(Understeer)状态中至少某一个信息的特性导出阶段。
理想的情况是,上述信息接收阶段从转向角传感器接收转向角相关的信息。上述特性导出阶段的特征在于,利用接收的转向角相关的信息,导出控制对象车轮或汽车旋回方向中至少某一个信息。
理想的情况是,上述车轮控制方法还包括,利用特性导出阶段导出的信息,控制车轮的控制阶段。
理想的情况是,上述信息接收阶段接收的作用于轮胎的力量相关信息包括,轮胎侧力以及偏离刚度相关的信息,上述偏离角计算阶段是利用信息接收阶段接收的轮胎侧力以及偏离刚度相关的信息,计算横向偏离角。
理想的情况是,上述偏离刚度是反映前轮或后轮中至少某一个垂直力变化增益的值,上述垂直力变化增益是静态下的前轮或后轮中至少某一个垂直力和旋回运动时,由智能轮胎计算和测量的前轮或后轮中至少某一个垂直力之间的比率计算的值,上述偏离角计算阶段利用反映轮胎侧力和垂直力变化增益的偏离刚度进行计算。
理想的情况是,上述偏离角计算阶段计算前轮以及后轮的横向偏离角,上述特性导出阶段导出的旋回特性是,利用算出的前轮横向偏离角和后轮横向偏离角之差导出的。
理想的情况是,上述偏离角计算阶段利用前轮和后轮的横向偏离角进行计算,特性导出阶段导出的控制量是,利用前轮横向偏离角和后轮横向偏离角之差和事先设定的临界值之差导出的。
理想的情况是,上述控制量是利用垂直力,最优分别分配到前轮和后轮,导出各车轮的控制量。
本发明的目的在于提供,利用智能轮胎计算和测量的作用于轮胎的力量相关的信息,计算偏离角,利用计算的偏离角控制车轮的车轮控制装置及其方法。
本发明的优点在于:
本发明中即使没有偏航率、横加速度传感器,也可以控制车轮,提高汽车的旋回稳定性。
并且,本发明减少了控制车轮所需的运算量,提高了控制的实时性。
并且,本发明直接利用轮胎的力量,给参数的变化赋予韧性,有助于提高性能。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中车轮控制装置相关的块状图;
图2为显示横向偏离角、轮胎侧力以及偏离刚度之间关系的图表;
图3为本发明中车轮控制装置的特性导出部相关一个例子的块状图;
图4为本发明的旋回特性判断部判断汽车旋回特性的一个方法相关的说明;
图5为本发明一个具体实施方式相关车轮控制方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的具体实施方式。下面的说明和附图中,实质上相同的构成要素都是用相同的符号标出,省略重复说明。并且,说明本发明时相关的已知功能或构成相关的具体说明,有可能会混淆本发明的要旨时,省略相关的详细说明。
某一个构成要素被阐述为‘连接’或‘接触’其他构成要素的,应该理解为直接连接或接触其他构成要素,或中间隔着其他构成要素。相反,某个构成要素被阐述为‘直接连接’或‘直接接触’某一个构成要素的,应该被理解为中间不隔着其他构成要素。
图1为本发明具体实施方式相关车轮控制装置的块状图。如图1所示,车轮控制装置100包括,信息接收部110、偏离角计算部120、特性导出部130以及控制部140。
信息接收部(110)接收,用于计算控制车轮所需信息的信息。具体而言,信息接收部110包括智能轮胎信息接收部112以及转向角传感器信息接收部114。
智能轮胎信息接收部(112)接收汽车智能轮胎计算和测量的作用于轮胎的力量相关的信息。智能轮胎可以计算和测量作用于轮胎的力量。比如,智能轮胎实时或随时检查胎压变化,计算和测量作用于轮胎的力量。智能轮胎计算和测量的作用于轮胎的力量,通过有线或无线传送到智能轮胎的信息接收部。
智能轮胎信息接收部112接收的作用于轮胎的力量信息包括,轮胎侧力、偏离刚度、作用于前轮的垂直力以及作用于后轮的垂直力等,直接作用于轮胎或通过其他连接轮胎的地方间接作用的力量。
转向角传感器信息接收部114通过有线或无线接收,转向角传感器收集到的汽车转向角相关的信息。
偏离角计算部120利用信息接收部110接收的作用于轮胎的力量相关信息,计算偏离角。具体而言,偏离角计算部120利用智能轮胎信息接收部112接收的轮胎侧力、偏离刚度、作用于前轮的垂直力以及作用于后轮的垂直力,计算横向偏离角。
图2为显示横向偏离角、轮胎侧力以及偏离刚度之间关系的图表。如图2所示,轮胎侧力在线性区间可以定义为偏离刚度和横向偏离角之乘。用数学公式表示,则如图公式1所示。
【数学公式1】
Fyf=Cf·αf,Fyr=Cr·αr
Fyf为前轮(Front)相关的轮胎侧力,Fyr为后轮(Rear)相关的轮胎侧力。Cf为前轮相关的偏离刚度,Cr为后轮相关的偏离刚度。αr为前轮相关的横向偏离角,ar为后轮的横向偏离角。
如图2所示,偏离刚度在线性区间可以定义为侧力和横向偏离角的倾斜度,垂直力越大,作用于轮胎的侧力越大。
一般来讲,将横向偏离角较小的区间(线性区间)内的倾斜度来定义静态下的偏离刚度系数。此时,如前所述,侧力可以表现为偏离刚度系数和横向偏离角之乘积。
偏离刚度可以反映垂直力变化增益进行修改。此时,轮胎侧力可以用数学公式2表示。
【数学公式2】
Fyf=(Cf·Fzfg)·af,Fyr=(Cr·Fzrg)·αr
Fzfg为作用于前轮的垂直力,Fzrg为作用于后轮的垂直力。
前轮和后轮的垂直力变化增益,可以利用静态下的前轮和后轮的垂直力和旋回运动下由智能轮胎计算和测量的前轮和后轮的垂直力之间比率进行计算。
利用侧力和经过修改的偏离刚度,可以计算前轮和后轮的横向偏离角。
用数学公式表示,则如公式3所示。
【数学公式3】
如数学公式3所示,作用于前轮的横向偏离角αf为,作用于前轮的轮胎侧力除以,作用于前轮的垂直力变化增益和作用于前轮的偏离刚度之间乘积。
作用于前轮的横向偏离角αr为,作用于后轮的轮胎侧力除以,作用于后轮的垂直力变化增益和作用于后轮的偏离刚度之间乘积。
特性导出部130利用偏离角计算部120计算的横向偏离角和转向角信息接收部接收的转向角信息是,计算或判断车轮控制时点、车轮控制量、控制对象车轮、汽车旋回方向、汽车旋回特性、转向过度(Oversteer)状态或转向不足(Understeer)状态中至少某一个信息来导出的。
图3为本发明车轮控制装置的特性导出部相关一个例示的块状图。如图3所示,特性导出部130包括,旋回方向计算部131、旋回特性判断部132、转向过度状态计算部133、转向不足状态计算部134、控制对象判断部135、控制时点计算部136以及控制量计算部137。
旋回方向计算部131基于转向角信息接收部接收的转向角信息,计算汽车的旋回方向。具体而言,旋回特性判断部132利用偏离角计算部120计算的前轮横向偏离角和后轮横向偏离角,判断汽车的旋回特性。
过去,汽车的旋回特性是根据司机转动方向盘发生的转向角来计算的ackerman目标偏航率和实际偏航率之差为基础,判断汽车旋回特性的。本发明的旋回特性判断部132基于偏离角计算部120计算的前轮横向偏离角和后轮横向偏离角之差来判断旋回特性。
图4为本发明旋回特性判断部判断汽车旋回特性的一个方法说明。如图4所示,关于旋回特性判断,图表上计算的前轮横向偏离角大于后轮横向偏离角时,即,前轮横向偏离角减去后轮横向偏离角等于正数时,判断为转向不足(Understeer)状态。相反,图表上计算的前轮横向偏离角小于后轮横向偏离角时,即,前轮横向偏离角减去后轮横向偏离角等于负数时,判断为转向过度(Oversteer)状态。
如旋回特性判断部132判断,转向过度状态计算部133利用前轮横向偏离角和后轮横向偏离角之差,判断是不是属于转向过度状态。转向过度状态时,也可以利用横向偏离角的差异程度,计算转向过度程度。
如旋回特性判断部132判断,转向不足状态计算部134利用前轮横向偏离角和后轮横向偏离角之差,判断是否为转向不足状态。转向不足状态时,也可以利用横向偏离角的差异程度,计算转向不足程度。
控制对象判断部135利用偏离角计算部120计算的前轮以及后轮的偏离角和转向角信息接收部接收的转向角信息,判断需要控制的车轮。具体而言,控制对象判断部135利用接收的转向角信息,旋回方向计算部131计算的汽车旋回方向和偏离角,以及旋回特性判断部132判断的汽车旋回特性,可以判断需要控制的左侧或右侧车轮。
控制时点判断部136利用旋回特性判断部132、转向过度状态计算部133或转向不足状态计算部134判断或计算的信息,判断需要控制汽车车轮的时点。
控制量计算部137利用偏离角计算部120计算的前轮和后轮的偏离角和事先设定的临界值-校正变量,计算车轮的控制量。具体参照数学公式4和数学公式5,说明控制量计算部137计算车轮控制量的方法。
【数学公式4】
Δα=(αf-αr)-threshold,Δα·Tcg
数学公式4为控制量计算部137计算的,车轮控制量相关的数学公式。Tcg为将Δα换算为制动扭矩单位的扭矩转换增益。Δα可以是前轮横向偏离角和后轮横向偏离角之差和事先设定的临界值-校正变量阈值之差。
控制量计算部137利用数学公式4算出的车轮控制量,分别计算分配到前轮和后轮的控制量。用数学公式表示,则如数学公式5所示。
【数学公式5】
Fzf为作用于前轮的垂直力,Fzr为作用于后轮的垂直力。
控制部140利用特性导出部130导出的信息,控制车轮。控制部140可以直接或间接连接到车轮。连接包括机械连接,有线连接等,也可以利用无线通信等无线连接控制车轮的控制信号,控制车轮。
本发明的车轮控制装置100利用轮胎所受的垂直力或侧力等力量相关的信息,可以随时计算前轮或后轮的轮胎偏离角。利用计算的偏离角,了解汽车的旋回特性等,适当控制车轮。
本发明的车轮控制装置100即使没有偏航率、横加速度传感器,也可以控制汽车的车轮,提高汽车的旋回稳定性。并且,本发明的车轮控制装置100减少控制车轮所需的运算量,提高了控制的实时性。并且,本发明的车轮控制装置100直接利用轮胎的力量,给参数变化赋予韧性,提高性能。
图5为本发明具体实施方式相关车轮控制方法的流程图。下面结合附图5说明车轮控制方法。信息接收部110从智能轮胎接收作用于轮胎的力量相关的信息以及从转向角传感器接收转向角信息。(S510阶段)
偏离角计算部120利用作用于轮胎的力量信息,计算偏离角。(S520阶段)
特性导出部130利用计算的偏离角和接收的转向角信息,计算车轮控制所需的特性信息并进行判断。(S530阶段)
车轮控制可能所需的特性信息有,车轮控制时点、车轮控制量、控制对象车轮、汽车旋回方向、汽车旋回特性、转向过度(Oversteer)状态或转向不足(Understeer)状态中的至少某一个信息。
控制部140利用计算的特性信息,控制车轮。(S540阶段)
本发明的车轮控制装置100利用轮胎所受的垂直力或侧力等力量相关的信息,可以实时计算前轮或后轮的轮胎偏离角,利用计算的偏离角,了解汽车的旋回特性,合理控制车轮。
本发明的车轮控制方法,即使没有偏航率、横加速度传感器也可以控制车轮,提高汽车的旋回稳定性。并且,本发明的车轮控制方法减少控制车轮所需的运算量,进一步提高控制的实时性。并且,本发明的车轮控制方法直接利用轮胎的力量,给参数变化赋予韧性,提高性能。
本发明具体实施方式的车轮控制装置100的块状图,应该理解为细化发明原理的例示性的概念性观点。同样,所有流程图都应该可以实际展现在计算机可以读取的记录媒体,不管计算机或处理器是否明确图示,都应该被理解为计算机或处理器执行的各种流程。
包括以处理器或类似的概念标注的功能块图的附图上表示的各种元件的功能,不仅可以通过专用硬件,还可以通过安装适当的软件有能力执行软件的硬件来提供。通过处理器来提供时,上述功能可以被单一的专用处理器、单一的共用处理器或复数个个别处理器来提供,其中的一部分还可以共享。
并且,处理器、控制或类似的概念出现的术语的使用上,不能对具有软件执行能力的硬件进行断章取义,应理解为包括隐含的数字信号处理器(DSP)硬件、保存软件的ROM、RAM以及非挥发性内存。还可以包括众所周之的惯用的其他硬件。
以上的说明只是本发明技术思想的例示性描述。在本发明所属的技术领域掌握一般知识的从业人员,在不超出本发明本质特性的范围内都可以进行各种修改、变更和置换。因此,本发明中采用的实施例以及附图都是以说明为目的,并不用来限定本发明的技术思想范围。本发明的保护范围以权利要求为准,在同等范围内的所有技术思想,都应理解为属于本发明权利范围。
Claims (12)
1.一种车轮控制装置,其特征在于,包括:
从智能轮胎接收作用于轮胎的力量信息的信息接收部;
利用接收的信息,计算轮胎的前轮或后轮中的至少某一个偏离角的偏离角计算部;
利用计算的偏离角,导出车轮控制时点、车轮控制量、控制对象车轮、汽车旋回方向、汽车旋回特性、转向过度状态或转向不足状态中的至少某一个信息的特性导出部,
上述信息接收部收到的作用于轮胎的力量相关的信息包括:轮胎侧力以及偏离刚度相关的信息,
上述偏离角计算部计算前轮以及后轮的横向偏离角,
上述特性导出部导出的旋回特性是利用算出的前轮横向偏离角和后轮的横向偏离角之差导出的,
上述特性导出部导出的控制量是利用前轮的横向偏离角和后轮的横向偏离角之差与事先设定的临界值之间的差异导出的。
2.根据权利要求1所述的车轮控制装置,其特征在于,
上述的信息接收部从转向角传感器接收转向角相关的信息,
上述的特性导出部利用接收的转向角相关信息,导出控制对象车轮或汽车的旋回方向中的至少某一个信息。
3.根据权利要求1所述的车轮控制装置,其特征在于,
上述车轮控制装置还包括,利用特性导出部导出的信息控制车轮的控制部。
4.根据权利要求1所述的车轮控制装置,其特征在于,
上述偏离角计算部利用信息接收部接收的轮胎侧力以及偏离刚度相关的信息,计算横向偏离角。
5.根据权利要求4所述的车轮控制装置,其特征在于,
上述偏离刚度为考虑前轮或后轮中至少某一个垂直力变化增益的值,
上述垂直力变化增益是静态下的前轮或后轮中至少某一个的垂直力,以及旋回运动时由智能轮胎计算的前轮或后轮中至少某一个垂直力之间的比率来计算的值,
上述偏离角计算部利用反映轮胎侧力和垂直力变化增益的偏离刚度进行计算。
6.根据权利要求1所述的车轮控制装置,其特征在于,
上述的控制量是利用垂直力,最优地分别分配到前轮和后轮,导出各轮胎的控制量。
7.一种车轮控制方法,其特征在于,包括:
从智能轮胎接收作用于轮胎的力量相关信息的信息接收阶段;
利用上述接收的信息,计算轮胎的前轮或后轮中至少某一个偏离角的偏离角计算阶段;
利用计算的偏离角,导出车轮控制时点、车轮控制量、控制对象车轮、汽车旋回方向、汽车旋回特性、转向过度状态或转向不足状态中的至少某一个信息的特性导出阶段,
上述信息接收阶段接收的作用于轮胎的力量信息包括,轮胎侧力以及偏离刚度相关的信息,
上述偏离角计算阶段计算前轮和后轮的横向偏离角,
上述特性导出阶段导出的旋回特性是利用计算的前轮横向偏离角和后轮横向偏离角之差导出的,
上述特性导出阶段导出的控制量是利用前轮横向偏离角和后轮横向偏离角之差与事先设定的临界值之差来导出的。
8.根据权利要求7所述的车轮控制方法,其特征在于,
上述信息接收阶段从转向角传感器接收转向角相关的信息;
特性导出阶段利用上述接收的转向角相关信息,导出控制对象车轮或汽车旋回方向中的至少一个信息。
9.根据权利要求7所述的车轮控制方法,其特征在于,
上述车轮控制方法还包括,利用特性导出阶段导出的信息控制车轮的控制阶段。
10.根据权利要求7所述的车轮控制方法,其特征在于,
上述偏离角计算阶段利用信息接收阶段接收的轮胎侧力以及偏离刚度相关的信息,计算横向偏离角。
11.根据权利要求10所述的车轮控制方法,其特征在于,
上述偏离刚度是反映前轮或后轮中至少某一个垂直力变化增益的值,
上述垂直力变化增益是静态下的前轮或后轮中至少某一个垂直力和旋回运动时由智能轮胎计算和测量的前轮或后轮中至少某一个垂直力之间的比率计算的值,
上述偏离角计算阶段利用反映轮胎侧力和垂直力变化增益的偏离刚度进行计算。
12.根据权利要求7所述的车轮控制方法,其特征在于,
上述的控制量是利用垂直力最优分别分配到前轮和后轮,导出各车轮的控制量。
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