CN103863392A - 一种抑制汽车侧翻的控制方法和电动助力转向装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种抑制汽车侧翻的控制方法和装置，该方法包括以下步骤：（A）根据车速v获得极限角度w'',该极限角度w''表示对应于车速v的，即将侧翻时的方向盘转角角度；（B）判断方向盘转角角度w是否大于安全角度w'，该安全角度w'相对于极限角度w''被设置；（C）当判断方向盘转角角度w大于安全角度w'时，控制电机向方向盘输出阻力。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子控制技术，并且尤其涉及一种抑制汽车侧翻的方法和电动助力转向装置。
背景技术
当汽车在高速行驶时，驾驶员的突然转向将有可能引起汽车侧翻。为了避免汽车侧翻，现有技术方案在车身上加装侧倾传感器，当发现车身出现了较大的倾斜或者存在倾斜趋势时，通过紧急制动外侧转向轮来抑制车速。然而这种技术方案需要额外加装传感器，增加了汽车成本，而且紧急制动对车身产生的冲击较大，当车速非常高时，外侧转向轮可能因为冲击过大而爆胎。
发明内容
本发明公开一种抑制汽车侧翻的控制方法，包括以下步骤：
（A）根据车速v获得极限角度w'',该极限角度w''表示对应于车速v的，即将侧翻时的方向盘转角角度；
（B）判断方向盘转角角度w是否大于安全角度w'，该安全角度w'相对于极限角度w''被设置；
（C）当判断方向盘转角角度w大于安全角度w'时，控制电机向方向盘输出阻力。
优选地，在步骤（C）中，当判断方向盘转角角度w大于安全角度w'，并且判断存在转向意图时，控制电机向方向盘输出阻力，其中，判断存在转向意图的步骤包括：
获得对应于车速v和方向盘角速度q的预置方向盘扭矩f'，
当方向盘扭矩f大于预置方向盘扭矩f'时，确定存在转向意图。
优选地，在步骤（C）中，根据方向盘角速度q计算侧翻风险等级，其中，风险等级按照方向盘转角角度w达到极限角度w''的时间来确定。
优选地，在步骤（C）中，根据计算得到的侧翻风险等级控制电机向方向盘输出相应的阻力，其中不同的侧翻风险等级对应于不同的电机阻力输出曲线。
优选地，安全角度w'等于极限角度w''的85%。
本发明还公开一种抑制汽车侧翻的电动阻力转向装置，包括，
极限角度计算模块，用于根据车速v获得极限角度w'',该极限角度w''表示对应于车速v的，即将侧翻时的方向盘转角角度；
侧翻风险计算模块，用于判断方向盘转角角度w是否大于安全角度w'，该安全角度w'相对于极限角度w''被设置；
控制器模块，当方向盘转角角度w大于安全角度w'时，控制器模块被配置成控制电机向方向盘输出阻力。
优选地，还包括，
转向意图判断模块，用于判断是否存在转向意图，其中，
该转向意图判断模块被配置成获得对应于车速v和方向盘角速度q的预置方向盘扭矩f'，当方向盘扭矩f大于预置方向盘扭矩f'时，确定存在转向意图，
控制器模块被配置成，当方向盘转角角度w大于安全角度w'并且存在转向意图时，控制电机向方向盘输出阻力。
优选地，侧翻风险计算模块还被配置成根据方向盘角速度q计算侧翻风险等级，其中，风险等级按照方向盘转角角度w达到极限角度w''的时间来确定。
优选地，还包括，
阻力计算模块，用于根据计算得到的侧翻风险等级控制电机向方向盘输出相应的阻力，其中不同的侧翻风险等级对应于不同的电机阻力输出曲线。
附图说明
在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，本领域技术人员将会更清楚地了解本发明的各个方面。本领域技术人员应当理解的是，这些附图仅仅用于配合具体实施方式说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。其中，
图1是根据本发明实施例的抑制汽车侧翻的控制方法的步骤示意图。
图2是根据另一本发明实施例的抑制汽车侧翻的控制方法的步骤示意图。
图3是根据本发明实施例的抑制汽车侧翻的电动阻力转向装置的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。在下面的描述中，为了解释的目的，陈述许多具体细节以便提供对实施例的一个或多个方面的透彻理解。然而，对于本领域技术人员可以显而易见的是，可以这些具体细节的较少程度来实践各实施例的一个或多个方面。因此下面的描述不被视为局限性的，而是通过所附权利要求来限定保护范围。
如图1所示，根据本发明的一种抑制汽车侧翻的控制方法，
在步骤S101中，根据车速v获得极限角度w'',
在步骤S102中，判断方向盘转角角度w是否大于安全角度w'，
在步骤S103中，当判断方向盘转角角度w大于安全角度w'时，控制电机向方向盘输出阻力。
在上述方案中，极限角度w''表示对应于车速v的，即将侧翻时的方向盘转角角度；安全角度w'可以相对于极限角度w''被设置，例如安全角度w'等于极限角度w''的85%。但是，安全角度w'还可以是预先设置的低于极限角度w''的其它角度值。
具体地，极限角度w''是车速v的函数。本发明根据车速计算汽车在该速度下汽车能维持不侧翻的最小转弯半径，即极限转弯半径，然后再根据该最小转弯半径计算出其对应的方向盘转角角度，该计算得到的方向盘转角角度即为汽车在该车速下的极限角度。
下面说明如何计算极限角度。汽车在做圆周运动时，地面对内外侧车轮施加的侧向摩擦力等于车身的惯性离心力。当汽车即将侧翻时，内侧车轮即将离地，不再受到侧向摩擦力，所有的侧向摩擦力由外侧车轮提供，因此，此时车身与地面的接触点仅有两个外侧车轮。由于此时车身并未侧翻，因此重力相对于外侧轮接地点的力矩，刚好等于离心力相对于外侧轮接地点的力矩，其中离心力的力臂是汽车质心高度，重力的力臂是轮距的一半。由此，可以计算出此时离心力的大小，即为当前车速下的极限离心力。
具体地，重力相对于外侧轮接地点的力矩为mg×L1，其中，m为汽车质量，L1为重力的力臂。极限离心力F2相对于外侧轮接地点的力矩为F2×L2，其中，L2为离心力的力臂。可以通过下式计算极限离心力：F2=mg×L1/L2。
进一步，做圆周运动的汽车所受到的离心力可以通过下式计算：F=mv2/r，其中F为离心力，v为车速，r为转弯半径。
由此，可以根据极限离心力和车速，可以计算出转弯半径r，即该车速下的极限转弯半径。通过等式mg×L1/L2=mv2/r，得到极限转弯半径r=v2L2/gL1。
进一步，可以根据极限转弯半径r，可以计算出极限角度w''。通过下式计算极限角度：w''=arc tan(L3/r)=arc tan[L3×g×L1/( v2×L2)]，其中r为极限转弯半径，w''为极限角度，L3为汽车轴距。
如图1所示的本发明的方法步骤，能够在汽车侧翻前，施加阻力到方向盘，使得方向盘转角角度w不能到达极限角度w''之前，从而避免汽车侧翻。
图2是根据另一本发明实施例的抑制汽车侧翻的控制方法的步骤示意图。与图1相比，图2的方法步骤增加了判断是否存在转向意图的步骤S203。在该实施例中，通过判断是否存在转向意图，明确驾驶员的转向操作属于正常的修正、路面干扰引起震动还是意志很坚定的转向。当在特定车速下，方向盘转角角度w超过安全角度w'时，对于驾驶员意志很坚定的转向操作需要开始施加阻力，以防止向盘转角角度w达到极限角度w''而导致汽车侧翻。这是因为，如果不进行转向意图的判断，仅仅是当转角角度w到一定的阈值（例如，安全角度w'）便开始施加阻力，则可能会出现正常转向得不到响应，或者突然施加转向阻力而引起的抖动现象。
具体地，可以根据方向盘角速度和方向盘扭矩来判断是否存在转向意图。对方向盘转角角度w求微分，可以得到方向盘角速度。可以通过下式得到方向盘角速度：q=dw/dt，其中，w是方向盘转角角度。判断存在转向意图的步骤包括：获得对应于车速v和方向盘角速度q的预置方向盘扭矩f'，当方向盘扭矩f大于预置方向盘扭矩f'时，确定存在转向意图。
在一个示例中，可以通过试验或者仿真，可以拟合出，在一定车速下，方向盘角速度q为低速300°/s、中速600°/s和高速900°/s时所对应的扭矩，然后通过插值便可以得出其他车速和转速对应的典型扭矩，作为预置扭矩。判断转向意图的条件可以是：当前测得的方向盘力矩是否小于对应于当前车速v和方向盘角速度q的典型扭矩的80%。例如，假设当车速为0时，以300°/s转动方向盘所需力矩的典型值应该是2Nm，那么如果当前测得的力矩是1Nm，因为1<2×80%=1.6，则确定没有转向意图。
在其它实施例中，还可以根据方向盘角速度q计算侧翻风险等级，其中，风险等级按照方向盘转角角度w达到极限角度w''的时间来确定。当前方向盘转角角度w到达极限角度的时间Tn可以通过下式计算得到：Tn=(Amax-An)/q，其中，An为当前转角角度，Amax为极限转角角度，q为当前方向盘角速度。例如，当Tn<0.6s时，可以判断侧翻风险等级为高风险；当0.6s<Tn<1s时可以判断侧翻风险等级为中等风险，当1s <Tn时，可以判断侧翻风险等级为低风险。
在其它实施例中，还可以根据计算得到的侧翻风险等级控制电机向方向盘输出相应的阻力，其中不同的侧翻风险等级对应于不同的电机阻力输出曲线。在一个示例中，对不同的侧翻风险等级设置不同的阻力输出曲线，例如对于高风险的情况，控制电机输出快速增大的阻力；而低风险的情况，使得电机的阻力上升较慢，稳定后的阻力也比较小。阻力曲线是一个可标定的指数变化曲线，其随风险等级逐次降低，每条曲线都设置有最大值。该最大值是可标定的。例如，人施加在方向盘的力通常在0-6Nm内，所以可以设置高、中、低风险阻力曲线最大值分别为4、3、2Nm。
图3是根据本发明实施例的抑制汽车侧翻的电动阻力转向装置的结构示意图。如图所示，电动阻力转向装置可以包括极限角度计算模块、侧翻风险计算模块、控制器模块，以及可选的转向意图判断模块、阻力计算模块。极限角度计算模块，用于根据车速v获得极限角度w'',该极限角度w''表示对应于车速v的，即将侧翻时的方向盘转角角度。侧翻风险计算模块，用于判断方向盘转角角度w是否大于安全角度w'，该安全角度w'相对于极限角度w''被设置。控制器模块，当方向盘转角角度w大于安全角度w'时，控制器模块被配置成控制电机向方向盘输出阻力。
根据本文上述的方法实施例，转向意图判断模块用于判断是否存在转向意图，其中，该转向意图判断模块被配置成获得对应于车速v和方向盘角速度q的预置方向盘扭矩f'，当方向盘扭矩f大于预置方向盘扭矩f'时，确定存在转向意图，控制器模块被配置成，当方向盘转角角度w大于安全角度w'并且存在转向意图时，控制电机向方向盘输出阻力。
在其它实施例中，侧翻风险计算模块还被配置成根据方向盘角速度q计算侧翻风险等级，其中，风险等级按照方向盘转角角度w达到极限角度w''的时间来确定。
根据本文上述的方法实施例，阻力计算模块，用于根据计算得到的侧翻风险等级控制电机向方向盘输出相应的阻力，其中不同的侧翻风险等级对应于不同的电机阻力输出曲线。
可以各种形式来实施所概括的各个方面。下面的描述借助于图解显示了可实践各方面的各种组合和构造。应当理解的是，所描述的各方面和/或实施例仅仅是实例，并且可采用其他方面和/或实施例，且在不背离本公开的范围的情况下可做出结构的和功能的修改。另外，尽管可以仅关于若干实施方式中的一个公开了实施例的特定特征或方面，但可针对任何给定的或特定的应用所期望和有利的那样，这种特征或方面可与其他实施方式的一种或多个其他特征或方面相组合。
通过以上实施方式的描述，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
Claims (10)
1. 一种抑制汽车侧翻的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（A）根据车速v获得极限角度w'',该极限角度w''表示对应于车速v的，即将侧翻时的方向盘转角角度；
（B）判断方向盘转角角度w是否大于安全角度w'，该安全角度w'相对于极限角度w''被设置；
（C）当判断方向盘转角角度w大于安全角度w'时，控制电机向方向盘输出阻力。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（C）中，当判断方向盘转角角度w大于安全角度w'，并且判断存在转向意图时，控制电机向方向盘输出阻力，其中，判断存在转向意图的步骤包括：
获得对应于车速v和方向盘角速度q的预置方向盘扭矩f'，
当方向盘扭矩f大于预置方向盘扭矩f'时，确定存在转向意图。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤（C）中，根据方向盘角速度q计算侧翻风险等级，其中，风险等级按照方向盘转角角度w达到极限角度w''的时间来确定。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤（C）中，根据计算得到的侧翻风险等级控制电机向方向盘输出相应的阻力，其中不同的侧翻风险等级对应于不同的电机阻力输出曲线。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，安全角度w'等于极限角度w''的85%。
6. 一种抑制汽车侧翻的电动阻力转向装置，其特征在于，包括，
极限角度计算模块，用于根据车速v获得极限角度w'',该极限角度w''表示对应于车速v的，即将侧翻时的方向盘转角角度；
侧翻风险计算模块，用于判断方向盘转角角度w是否大于安全角度w'，该安全角度w'相对于极限角度w''被设置；
控制器模块，当方向盘转角角度w大于安全角度w'时，控制器模块被配置成控制电机向方向盘输出阻力。
7. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括，
转向意图判断模块，用于判断是否存在转向意图，其中，
该转向意图判断模块被配置成获得对应于车速v和方向盘角速度q的预置方向盘扭矩f'，当方向盘扭矩f大于预置方向盘扭矩f'时，确定存在转向意图，
控制器模块被配置成，当方向盘转角角度w大于安全角度w'并且存在转向意图时，控制电机向方向盘输出阻力。
8. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，侧翻风险计算模块还被配置成根据方向盘角速度q计算侧翻风险等级，其中，风险等级按照方向盘转角角度w达到极限角度w''的时间来确定。
9. 如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括，
阻力计算模块，用于根据计算得到的侧翻风险等级控制电机向方向盘输出相应的阻力，其中不同的侧翻风险等级对应于不同的电机阻力输出曲线。
10. 如权利要求9所述的装置，其特征在于，安全角度w'等于极限角度w''的85%。
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