CN106739918A - 车身姿态主动控制系统及主动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车身姿态主动控制系统及主动控制方法，其中车身姿态主动控制系统包括分体式的第一横向稳定杆和第二横向稳定杆、驱动该第一横向稳定杆的第一电机、驱动该第二横向稳定杆的第二电机及电子控制单元，该电子控制单元与该第一电机和该第二电机电连接，该车身姿态主动控制系统布置在前轴或后轴上，或者同时布置在前轴和后轴上。通过采用分体式的横向稳定杆，左右横向稳定杆通过两个电机分别控制，可对车身姿态进行实时主动调节，既可控制车身的侧倾，也可控制车身的俯仰。

Description

车身姿态主动控制系统及主动控制方法

技术领域

本发明涉及车身控制技术领域，特别是涉及一种车身姿态主动控制系统及主动控制方法。

背景技术

目前，车身姿态控制领域主要包括配备主动横向稳定杆和/或空气弹簧的两种悬架形式。主动横向稳定杆系统主要分电控和液压两种。

电控式主动横向稳定杆系统在分割的横向稳定杆之间添加了电机马达作动机构，当车辆进入弯道时，控制单元通过车身上的加速度传感器得到车身侧倾的信号，并按照预设程序计算出所要施加在车身上的侧倾力矩，然后指挥电机在两横向稳定杆之间产生一定的力矩，从而减少过弯时车身的晃动，提高舒适性。

液压式主动横向稳定杆系统与电控式的类似，不同点在于分体式稳定杆之间的作动机构从电动马达换成了液压作动机构，并需为其配备液压泵。当检测到车身侧倾的信号时，电控单元控制液压泵产生一定的压力驱动作动机构从而产生所需的车身侧倾力矩。

空气弹簧系统是在传动被动悬架的基础上通过使用空气弹簧替换螺旋弹簧，或在原来的螺旋弹簧上串联空气弹簧实现。利用空气弹簧可充放气的特性，实现车身姿态的调节，既可以消除车身因为装载不同而产生的姿态变化，也可以满足不同路况对车高的不同要求。

主动横向稳定杆技术只能调节车身侧倾角，无法对车身俯仰角进行调节，当车辆紧急制动或急加速时无法保证车身的水平，乘坐舒适性因此下降。

空气弹簧悬架虽然可以调节车身高度，但空气弹簧的充放气速度无法保证对车身姿态实时控制的要求。而且空气弹簧目前一般只用于车身高度整体调节，不涉及车身姿态的调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车身姿态主动控制系统及主动控制方法，采用分体式的横向稳定杆，左右横向稳定杆通过两个电机分别控制，可对车身姿态进行实时主动调节，既可控制车身的侧倾，也可控制车身的俯仰。

本发明提供一种车身姿态主动控制系统，包括分体式的第一横向稳定杆和第二横向稳定杆、驱动该第一横向稳定杆的第一电机、驱动该第二横向稳定杆的第二电机及电子控制单元，该电子控制单元与该第一电机和该第二电机电连接，该车身姿态主动控制系统布置在前轴或后轴上，或者同时布置在前轴和后轴上。

进一步地，该车身姿态主动控制系统还包括第一蜗轮和第二蜗轮、第一蜗杆和第二蜗杆，该第一蜗轮固定连接在该第一横向稳定杆上；该第二蜗轮固定连接在该第二横向稳定杆上；该第一蜗轮与该第一蜗杆啮合；该第二蜗轮与该第二蜗杆啮合；该第一蜗杆和该第二蜗杆分别连接在该第一电机和该第二电机的输出端上。

进一步地，该第一横向稳定杆和该第二横向稳定杆均呈L形，该第一横向稳定杆包括相互连接的第一杆体和第二杆体，该第二横向稳定杆包括相互连接的第三杆体和第四杆体，该第一蜗轮固定连接在该第一横向稳定杆的第一杆体上，该第二蜗轮固定连接在该第二横向稳定杆的第三杆体上。

进一步地，还包括第一轴承和第二轴承，该第一横向稳定杆的第二杆体的自由端部和该第二横向稳定杆的第四杆体的自由端部分别与悬架相连，该第一横向稳定杆的第一杆体的内端部布置在该第一轴承上，该第二横向稳定杆的第三杆体的内端部布置在该第二轴承上。

进一步地，还包括第一橡胶衬套和第二橡胶衬套，该第一横向稳定杆的第一杆体的外端部通过该第一橡胶衬套与车身或副车架连接，该第二横向稳定杆的第三杆体的外端部通过该第二橡胶衬套与车身或副车架连接；该第一横向稳定杆的第一杆体的内端部与该第一轴承的内圈相连；该第二横向稳定杆的第三杆体的内端部与该第二轴承的内圈相连；该第一轴承和该第二轴承的外圈与车身或副车架相连。

进一步地，还包括车身加速度传感器，该车身加速度传感器用于检测车身侧向加速度信号和车身纵向加速度信号，该电子控制单元与该车身加速度传感器电连接。

进一步地，该车身加速度传感器为一个集成式加速度传感器，用于同时检测出车身侧向加速度信号和车身纵向加速度信号；或者该车身加速度传感器包括车身侧向加速度传感器和车身纵向加速度传感器，其中该车身侧向加速度传感器用于检测车身侧向加速度信号，该车身纵向加速度传感器用于检测车身纵向加速度信号。

进一步地，还包括方向盘转角传感器，该方向盘转角传感器用于检测方向盘转角信号，该电子控制单元与该方向盘转角传感器电连接。

进一步地，该电子控制单元通过信号线路直接或者通过车辆总线间接与该车身加速度传感器和该方向盘转角传感器电连接。

本发明还提供一种利用上述的车身姿态主动控制系统对车身姿态进行主动控制的方法，该方法包括：

根据检测信号判断车辆的行驶工况；

当处于车身侧倾工况时，该电子控制单元控制该第一电机和该第二电机输出力矩，使该第一横向稳定杆和该第二横向稳定杆朝相反的方向旋转；

当处于车身俯仰工况时，该电子控制单元控制该第一电机和该第二电机输出力矩，使该第一横向稳定杆和该第二横向稳定杆朝相同的方向旋转；

当处于匀速直线行驶工况时，该电子控制单元控制该第一电机和该第二电机不输出任何力矩。

本发明提供的车身姿态主动控制系统及主动控制方法，通过采用分体式横向稳定杆，并为两根横向稳定杆分别配备一电机，通过改变电机的输出力矩可调节横向稳定杆的旋转角度和扭转刚度，电机的输出力矩由电子控制单元控制。由于各横向稳定杆均由对应电机单独控制，本系统可以实时地、任意地分别控制左右车轮同向或反向跳动，所以既可以实时控制车身的侧倾运动，也可以实时控制车身的俯仰运动，还可以同时举升或下降车身，从而保证在转弯、制动、加速等工况中车身保持水平；在匀速直线行驶时，取消电机力矩，抑制“路面复制”效应。

附图说明

图1是本发明实施例中车身姿态主动控制系统的结构示意图。

图2是图1中电机与蜗轮蜗杆机构的连接示意图。

图3是图1的车身姿态主动控制系统中电气元器件的连接示意图之一。

图4是图1的车身姿态主动控制系统中电气元器件的连接示意图之二。

图5是图1的车身姿态主动控制系统的工作流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明提供的车身姿态主动控制系统，是一种利用分体式横向稳定杆控制车身姿态(包括侧倾和俯仰)的主动悬架控制系统。本系统可单独应用在车辆的前轴或后轴，也可以同时应用在车辆的前轴和后轴。本系统能有效抑制车身在过弯、制动、加速等工况时的车身姿态晃动，提高乘坐舒适性及操控稳定性。

如图1至图4，本实施例提供的车身姿态主动控制系统包括分体式横向稳定杆(包括第一横向稳定杆1和第二横向稳定杆2)、第一蜗轮3和第二蜗轮4、第一蜗杆5和第二蜗杆6、第一电机7和第二电机8、电子控制单元9、车身加速度传感器10、第一轴承11和第二轴承12、第一橡胶衬套13和第二橡胶衬套14、方向盘转角传感器15以及车辆总线16。

分体式横向稳定杆区别于传统的横向稳定杆，传统的横向稳定杆在任一车轴上都是完整一体的，而分体式横向稳定杆在传统稳定杆的基础上从中间断开，形成左右各一的第一横向稳定杆1和第二横向稳定杆2。

第一横向稳定杆1和第二横向稳定杆2均呈L形，第一横向稳定杆1包括相互连接的第一杆体1a和第二杆体1b，第二横向稳定杆2包括相互连接的第三杆体2a和第四杆体2b。

第一横向稳定杆1的第二杆体1b的自由端部和第二横向稳定杆2的第四杆体2b的自由端部分别与悬架相连，第一横向稳定杆1的第一杆体1a的内端部布置在第一轴承11上，第二横向稳定杆2的第三杆体2a的内端部布置在第二轴承12上。第一轴承11和第二轴承12位于车轴的中部位置。具体地，第一横向稳定杆1的第一杆体1a的外端部通过第一橡胶衬套13与车身或副车架连接，第二横向稳定杆2的第三杆体2a的外端部通过第二橡胶衬套14与车身或副车架连接，第一横向稳定杆1的第一杆体1a的内端部与第一轴承11的内圈相连，第二横向稳定杆2的第三杆体2a的内端部与第二轴承12的内圈相连，第一轴承11和第二轴承12的外圈与车身或副车架相连。

第一蜗轮3固定连接在第一横向稳定杆1上；第二蜗轮4固定连接在第二横向稳定杆2上；具体地，第一蜗轮3固定连接在第一横向稳定杆1的第一杆体1a上，第二蜗轮4固定连接在第二横向稳定杆2的第三杆体2a上；第一蜗轮3与第一蜗杆5啮合；第二蜗轮4与第二蜗杆6啮合；第一蜗杆5和第二蜗杆6分别连接在第一电机7和第二电机8的输出端上，如图2所示。第一电机7和第二电机8的外壳与车身或副车架相连。

电子控制单元9与第一电机7和第二电机8通过信号线路电连接，电子控制单元9与车身加速度传感器10和方向盘转角传感器15通过信号线路电连接。电子控制单元9、车身加速度传感器10和方向盘转角传感器15均安装在车身上。

车身加速度传感器10用于检测车身侧向加速度信号和车身纵向加速度信号，并将检测的信号传送给电子控制单元9。

车身加速度传感器10可以是一个集成式加速度传感器，可以同时检测出车身侧向加速度信号和车身纵向加速度信号。

或者，车身加速度传感器10也可以是两个加速度传感器的集合，即包括车身侧向加速度传感器10a和车身纵向加速度传感器10b，其中车身侧向加速度传感器10a用于检测车身侧向加速度信号，车身纵向加速度传感器10b用于检测车身纵向加速度信号。

方向盘转角传感器15用于检测方向盘转角信号，并将检测的信号传送给电子控制单元9。

电子控制单元9可以通过信号线路直接与车身加速度传感器10和方向盘转角传感器15电连接，如图3所示。

或者，电子控制单元9也可以通过车辆总线16(如CAN总线或LIN总线)间接与车身加速度传感器10和方向盘转角传感器15电连接，如图4所示，此时车身加速度传感器10检测出的车身侧向加速度信号和车身纵向加速度信号以及方向盘转角传感器15检测出的方向盘转角信号均先上传至车辆总线16上，电子控制单元9再从车辆总线16上采集所需的信号。

本系统既可以布置在单一车轴(前轴或后轴)上，也可以同时布置在前轴和后轴上。图3和图4所示为在前轴和后轴上均布置本系统，同时布置能发挥出最大的性能。

图5是本系统的工作流程图，以下说明本系统的工作原理。

I.侧倾控制：

当车辆进入弯道(或因其他原因)车身开始侧倾，车身加速度传感器10检测出车身侧向加速度信号并将信号传送到电子控制单元9。电子控制单元9藉由接受到的信号判断车辆处于车身侧倾工况并按照预设程序输出控制信号到第一电机7和第二电机8。电机根据控制信号输出力矩驱动第一蜗杆5和第二蜗杆6转动，第一蜗轮3和第二蜗轮4因蜗杆的转动而开始转动，从而使第一横向稳定杆1和第二横向稳定杆2朝相反的方向旋转，对车身产生侧倾力矩，克服车身转向时由侧向加速度产生的侧倾效应，使车身在转向过程中保持水平。

若前后轴同时配备了本系统，在侧倾控制时，可通过电子控制单元9分配前后轴横向稳定杆的扭转刚度。当车速升高，前轴分配的扭转刚度增大，后轴的减小；当车速降低，前轴分配的扭转刚度减小，后轴的增大，保证车辆高速行驶的稳定性和中低速行驶的灵活性。

II.俯仰控制：

当车辆加速或减速行驶(或因其他原因)车身开始俯仰，车身加速度传感器10检测出车身纵向加速度信号并将信号传送到电子控制单元9。电子控制单元9根据接受到的信号判断车辆处于车身俯仰工况并按照预设程序输出控制信号到第一电机7和第二电机8。电机根据控制信号输出力矩驱动第一蜗杆5和第二蜗杆6转动，第一蜗轮3和第二蜗轮4因蜗杆的转动而开始转动，从而使第一横向稳定杆1和第二横向稳定杆2朝相同的方向旋转，对车身产生俯仰力矩，克服车身因加速或制动等原因产生的俯仰效应，使车身保持水平。

III.直线行驶：

当车辆匀速直线行驶时，方向盘转角传感器15检测出方向盘转角信号并将信号传送到电子控制单元9。电子控制单元9根据接受到的信号判定车辆处于匀速直线行驶工况并控制第一电机7和第二电机8不输出任何力矩，横向稳定杆系统的扭转刚度下降到极低的水平，从而抑制左右车轮相互“复制路面”的效应，提高舒适性。

本系统通过采用分体式横向稳定杆，在两根横向稳定杆上分别固定连接一蜗轮，并为两根横向稳定杆分别配备一电机驱动蜗杆，通过改变电机的输出力矩可调节横向稳定杆的旋转角度和扭转刚度，电机的输出力矩由电子控制单元控制。由于各横向稳定杆均由对应电机单独控制，本系统可以实时地、任意地分别控制左右车轮同向或反向跳动，所以既可以实时控制车身的侧倾运动，也可以实时控制车身的俯仰运动，还可以同时举升或下降车身，从而保证在转弯、制动、加速等工况中车身保持水平；在匀速直线行驶时，取消电机力矩，抑制“路面复制”效应。

采用本发明，第一，可以减小甚至消除车身在弯道中的侧倾角度，既提高了车辆的操纵性和舒适性，也提高了车辆发生侧翻事故的可能；第二，可以减小甚至抑制车辆制动或加速行驶产生的车身俯仰角，提高乘坐舒适性，尤其是减少乘客因频繁制动导致的眩晕感、呕吐感；第三，可以提高车辆直线行驶时的舒适性，尤其是当单边车轮经过凸块或凹坑的情况；第四，可以同时兼顾车辆高速过弯的稳定性和中低速过弯的灵活性。

在本发明其他实施例中，也可以省去两个蜗轮(即第一蜗轮3和第二蜗轮4)和省去两个蜗杆(即第一蜗杆5和第二蜗杆6)，而由两个电机(即第一电机7和第二电机8)直接带动两根横向稳定杆(第一横向稳定杆1和第二横向稳定杆2)旋转，或者由两个电机通过其他的传动机构带动两根横向稳定杆旋转，同样可以实现本发明的目的，也应包含在本发明的保护范围内。

以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种车身姿态主动控制系统，其特征在于，包括分体式的第一横向稳定杆(1)和第二横向稳定杆(2)、驱动该第一横向稳定杆(1)的第一电机(7)、驱动该第二横向稳定杆(2)的第二电机(8)及电子控制单元(9)，该电子控制单元(9)与该第一电机(7)和该第二电机(8)电连接，该车身姿态主动控制系统布置在前轴或后轴上，或者同时布置在前轴和后轴上。

2.根据权利要求1所述的车身姿态主动控制系统，其特征在于，该车身姿态主动控制系统还包括第一蜗轮(3)和第二蜗轮(4)、第一蜗杆(5)和第二蜗杆(6)，该第一蜗轮(3)固定连接在该第一横向稳定杆(1)上；该第二蜗轮(4)固定连接在该第二横向稳定杆(2)上；该第一蜗轮(3)与该第一蜗杆(5)啮合；该第二蜗轮(4)与该第二蜗杆(6)啮合；该第一蜗杆(5)和该第二蜗杆(6)分别连接在该第一电机(7)和该第二电机(8)的输出端上。

3.根据权利要求2所述的车身姿态主动控制系统，其特征在于，该第一横向稳定杆(1)和该第二横向稳定杆(2)均呈L形，该第一横向稳定杆(1)包括相互连接的第一杆体(1a)和第二杆体(1b)，该第二横向稳定杆(2)包括相互连接的第三杆体(2a)和第四杆体(2b)，该第一蜗轮(3)固定连接在该第一横向稳定杆(1)的第一杆体(1a)上，该第二蜗轮(4)固定连接在该第二横向稳定杆(2)的第三杆体(2a)上。

4.根据权利要求3所述的车身姿态主动控制系统，其特征在于，还包括第一轴承(11)和第二轴承(12)，该第一横向稳定杆(1)的第二杆体(1b)的自由端部和该第二横向稳定杆(2)的第四杆体(2b)的自由端部分别与悬架相连，该第一横向稳定杆(1)的第一杆体(1a)的内端部布置在该第一轴承(11)上，该第二横向稳定杆(2)的第三杆体(2a)的内端部布置在该第二轴承(12)上。

5.根据权利要求4所述的车身姿态主动控制系统，其特征在于，还包括第一橡胶衬套(13)和第二橡胶衬套(14)，该第一横向稳定杆(1)的第一杆体(1a)的外端部通过该第一橡胶衬套(13)与车身或副车架连接，该第二横向稳定杆(2)的第三杆体(2a)的外端部通过该第二橡胶衬套(14)与车身或副车架连接；该第一横向稳定杆(1)的第一杆体(1a)的内端部与该第一轴承(11)的内圈相连；该第二横向稳定杆(2)的第三杆体(2a)的内端部与该第二轴承(12)的内圈相连；该第一轴承(11)和该第二轴承(12)的外圈与车身或副车架相连。

6.根据权利要求1所述的车身姿态主动控制系统，其特征在于，还包括车身加速度传感器(10)，该车身加速度传感器(10)用于检测车身侧向加速度信号和车身纵向加速度信号，该电子控制单元(9)与该车身加速度传感器(10)电连接。

7.根据权利要求6所述的车身姿态主动控制系统，其特征在于，该车身加速度传感器(10)为一个集成式加速度传感器，用于同时检测出车身侧向加速度信号和车身纵向加速度信号；或者该车身加速度传感器(10)包括车身侧向加速度传感器(10a)和车身纵向加速度传感器(10b)，其中该车身侧向加速度传感器(10a)用于检测车身侧向加速度信号，该车身纵向加速度传感器(10b)用于检测车身纵向加速度信号。

8.根据权利要求6所述的车身姿态主动控制系统，其特征在于，还包括方向盘转角传感器(15)，该方向盘转角传感器(15)用于检测方向盘转角信号，该电子控制单元(9)与该方向盘转角传感器(15)电连接。

9.根据权利要求8所述的车身姿态主动控制系统，其特征在于，该电子控制单元(9)通过信号线路直接或者通过车辆总线(16)间接与该车身加速度传感器(10)和该方向盘转角传感器(15)电连接。

10.一种利用如权利要求1至9任一项所述的车身姿态主动控制系统对车身姿态进行主动控制的方法，其特征在于，该方法包括：

根据检测信号判断车辆的行驶工况；

当处于车身侧倾工况时，该电子控制单元(9)控制该第一电机(7)和该第二电机(8)输出力矩，使该第一横向稳定杆(1)和该第二横向稳定杆(2)朝相反的方向旋转；

当处于车身俯仰工况时，该电子控制单元(9)控制该第一电机(7)和该第二电机(8)输出力矩，使该第一横向稳定杆(1)和该第二横向稳定杆(2)朝相同的方向旋转；

当处于匀速直线行驶工况时，该电子控制单元(9)控制该第一电机(7)和该第二电机(8)不输出任何力矩。