CN104296722A - 车辆侧倾状态检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆侧倾状态检测方法，先采集车辆侧向加速度abh和垂直地面方向加速度abv；然后求得车辆侧倾角和车辆相对大地坐标系的侧向加速度ay，将求得车辆侧倾角与设定的侧倾范围进行比较，判断得到车辆侧倾状态；本发明利用双轴向加速度传感器直接计算车辆侧倾角的方式来获得辆侧倾状态信息，而不是现有技术中通过对车辆侧倾运动中侧向加速度的变化规律来间接反映，能够更加直接、快速的获取有效的车辆侧倾状态信息，为后续的侧倾控制及预警提供有效技术支持，避免车辆侧翻事故的发生。

Description

车辆侧倾状态检测方法
技术领域
本发明属于车辆侧倾控制技术领域，涉及一种车辆侧倾状态检测方法。
背景技术
车辆在受到侧向加速度过程中，会绕自身的侧倾中心发生倾斜，产生车辆侧倾。侧倾超出一定程度便会导致车辆舒适性、操纵稳定性变差，甚至导致车辆侧翻，造成交通事故。车辆侧倾控制对车辆侧倾状态进行分析，对潜在的侧翻趋势进行判断，从而提高车辆的安全性。目前可用于车辆侧向运动状态测量的传感器主要有侧向加速度传感器，但是目前侧向加速度传感器的安装和传感器信息处理方法不能够获取有效的车辆侧倾状态，难于用于车辆侧倾控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种车辆侧倾状态检测方法，以快速获取有效的车辆侧倾状态信息。
为实现上述目的，本发明的车辆侧倾状态检测方法包括的步骤如下：
（1）采集车辆侧向加速度abh和垂直地面方向加速度abv；
（2）根据步骤（1）所得加速度求得车辆侧倾角和车辆相对大地坐标系的侧向加速度ay，
（3）将求得车辆侧倾角与设定的侧倾范围进行比较，判断得到车辆侧倾状态。
所述车辆侧向加速度和垂直地面方向加速度的采集是通过双轴向加速度传感器采集，该双轴向加速度传感器设于车身的侧倾平面上，且双轴向加速度传感器中心与车辆质心重合。
若双轴向加速度传感器因安装位置限制而不能安装到预定位置，则需保证传感器安装在车辆中心线，同时根据安装位置和质心之间的位置关系，将传感器信息折算至质心。
所述步骤（3）中设定的侧倾范围是侧倾角应在[-10°,10°]。还包括步骤（4）若判断车辆在设定的侧倾范围之内，说明有侧倾趋势，需对车辆进行侧倾控制或侧翻预警。
本发明的车辆侧倾状态检测方法利用双轴向加速度传感器直接计算车辆侧倾角的方式来获得辆侧倾状态信息，而不是现有技术中通过对车辆侧倾运动中侧向加速度的变化规律来间接反映，能够更加直接、快速的获取有效的车辆侧倾状态信息，为后续的侧倾控制及预警提供有效技术支持，避免车辆侧翻事故的发生。
附图说明
图1是传感器安装和车辆侧倾平面内加速度示意图；
图2是侧倾过程中传感器采集车辆加速度状态信息示意图；
图3是双轴向惯性加速度传感器示意图；
图4是传感器信息折算例子示意图。
附图中标号代表的含义为：1，车身；2，底盘；3，加速度传感器；4，车身侧倾平面内加速度；5，加速度传感器测量方向。
具体实施方式
车辆侧倾运动指的是车辆沿纵向运动轴线的转动，对图1进行了纵向运动轴线、侧倾运动方向的标注，以便于了解侧倾平面定义。图1中1表示车身，2表示底盘，3表示加速度传感器，4表示车身侧倾平面内加速度，5表示加速度传感器测量方向。
本车辆侧倾状态检测方法仅给出侧倾角的计算方法（即车身坐标系bv-o-hv与大地坐标系H-O-V之间的侧倾角），用于对车辆侧倾状态有更好地测量：能够直接反映车辆侧倾运动的车辆状态参数是车辆的侧倾角，但是现有陀螺传感器（稳定性控制系统部件）的布置方案只用于采集车辆侧向加速度和横摆角速度（即需要用到车辆运行的其他状态），在目前的车载产品中没有通过改变陀螺传感器的布置方案来获取侧倾角，以用于侧倾运动预测。
车辆侧倾状态检测方法采用一个双轴向加速度传感器在车辆侧倾平面布置的方案，该双轴向加速度传感器中心与车辆质心重合。双轴向加速度传感器采集车身在侧倾平面中车身垂向加速度abv和侧向加速度abh，当然也可分别安装可测量侧向加速度abh的传感器和车辆垂直地面方向加速度abv。车身侧倾产生时，加速度传感器由于安装在车身侧倾平面，因此跟随车身与大地坐标系产生侧倾角传感器中心应与车辆质心重合，如因安装位置限制而不能安装到预定位置，则需保证传感器安装在车辆中心线，同时根据安装位置和质心之间的位置关系，将传感器信息折算至质心。折算需要考虑车辆横摆角速度信号等，在稳定性控制系统的设计中有相应介绍，不是本方法介绍的重点。以图4为例对折算进行简单说明，r为横摆角速度，安装位置距质心距离为ls，此时：ay=a′y-r·ls，其中ay为质心处侧向加速度，a′y为传感器安装位置的侧向加速度。
如图1、2、3所示，车身垂向和侧向加速度由分别车辆侧向加速度ay和重力加速度g在传感器安装方向的分量构成。即：
将侧倾角和侧向加速度ay的测量问题转变为车身垂向加速度abv和侧向加速度abh的测量，和求解公式1的超越方程问题。为在控制系统中实现超越方程求解，根据实际侧倾产生时，侧倾角较小阶段三角函数的一些近似关系，对方程进行简化。
由于车辆侧倾主要发生在侧倾角即情况下，此时有如下近似：
联立公式(1)和(2)，在可得：
通过双轴向加速度传感器布置和计算方法，可以获得车辆相对大地坐标系的侧向加速度ay和车辆侧倾角根据侧倾角和侧向加速度，可以判断车辆因侧向加速度作用而产生的车身与底盘之间的侧倾角，同时结合车身与大地之间的侧倾角，就可以更加准确的区分道路设计或路面不平造成的车身倾斜和侧向力作用下车身倾斜，根据车辆运行的其他状态，对车辆进行侧倾控制或侧翻预警，提高车辆舒适性、操纵稳定性和安全性等性能。
实例：车辆侧倾运动过程中，传感器随车身一起与大地坐标系产生了一个夹角（即车辆侧倾角）。下面根据本车辆侧倾状态检测方法，通过传感器双轴向加速度采集，获取车辆侧倾角和侧向加速度信息。
1）采集到了abv=-9.6(m/s2)和abh=-3(m/s2)两个方向的加速度，通过本方法获取车辆侧倾角和车辆相对大地坐标系的侧向加速度。
2）根据公式3计算车辆侧倾角和侧向加速度信息。
3）计算可得该条件下侧向加速度ay=-2.26(m/s2)，侧倾角即
4）此时计算得到的侧倾角在设定的侧倾范围[-10°,10°]之内，满足发明内容步骤（3）中的要求，能够准确反映车辆的实际侧倾角。侧倾控制系统根据此角度判断是否有发生侧倾的可能性，故需要采取相应的侧倾控制措施，并发出侧倾预警，避免车辆侧倾事故的发生。设定的侧倾范围是一种理想的范围，此范围按照本发明方法能够准确反映车辆实际侧倾角；超出此范围时，利用本发明方法得出的侧倾角也可供侧倾控制系统参考。

Claims (5)

1.车辆侧倾状态检测方法，其特征在于，该方法包括的步骤如下：
（1）采集车辆侧向加速度abh和垂直地面方向加速度abv；
（2）根据步骤（1）所得加速度求得车辆侧倾角和车辆相对大地坐标系的侧向加速度ay，
（3）将求得车辆侧倾角与设定的侧倾范围进行比较，判断得到车辆侧倾状态。
2.根据权利要求1所述的车辆侧倾状态检测方法，其特征在于：所述车辆侧向加速度和垂直地面方向加速度的采集是通过双轴向加速度传感器采集，该双轴向加速度传感器设于车身的侧倾平面上，且双轴向加速度传感器中心与车辆质心重合。
3.根据权利要求2所述的车辆侧倾状态检测方法，其特征在于：若双轴向加速度传感器因安装位置限制而不能安装到预定位置，则需保证传感器安装在车辆中心线，同时根据安装位置和质心之间的位置关系，将传感器信息折算至质心。
4.根据权利要求1所述的车辆侧倾状态检测方法，其特征在于：所述步骤（3）中设定的侧倾范围是侧倾角应在[-10°,10°]。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的车辆侧倾状态检测方法，其特征在于，还包括步骤（4）若判断车辆在设定的侧倾范围之内，说明有侧倾趋势，需对车辆进行侧倾控制或侧翻预警。
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