CN110281911A - 车辆稳定控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使车辆转弯时的车辆稳定控制的精度提高的车辆稳定控制装置。该车辆稳定控制装置产生用于抵消车辆转弯时产生的变动横摆力矩的反向横摆力矩。在F_Driver为相对于车辆的要求驱动力、h为重心高度、A_y为横向加速度、g为重力加速度时，反向横摆力矩以F_Driver×h×A_y/g来表示。

Description

车辆稳定控制装置

技术领域

本发明涉及车辆转弯时的车辆稳定控制。

背景技术

若转弯中的车辆进行加减速，则产生载荷移动，从而转弯半径发生变化，转向特性发生变化。例如，若转弯中的车辆加速，则不足转向特性变强。相反，若转弯中的车辆减速，则过度转向特性变强。从车辆稳定化的观点考虑，抑制这样的转向特性的变化较为重要。

专利文献1为了抑制上述那样的转向特性的变化，公开了一项控制车辆的横摆力矩的技术。具体而言，推断因转弯中的加减速而产生的变动横摆力矩。之后，以产生抵消该变动横摆力矩的反向横摆力矩的方式控制车辆。例如，能够通过在转弯外轮或转弯内轮产生制动力来产生反向横摆力矩。

专利文献1：日本特开平9-86203号公报

在行驶中的车辆作用有滚动阻力、空气阻力之类的“行驶阻力”。在车辆转弯时，该行驶阻力也对变动横摆力矩造成影响。然而，在上述专利文献1中，未考虑该行驶阻力的影响，存在反向横摆力矩过大或过小的担忧。过大或过小的反向横摆力矩使车辆稳定控制的精度降低，因而并不优选。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一项能够使车辆转弯时的车辆稳定控制的精度提高的技术。

第一发明提供一种搭载于车辆的车辆稳定控制装置。

上述车辆稳定控制装置具备：

横摆力矩产生装置，其产生横摆力矩；以及

控制装置，其对上述横摆力矩产生装置进行控制，以产生用于抵消上述车辆转弯时产生的变动横摆力矩的反向横摆力矩。

在F_Driver为相对于上述车辆的要求驱动力、h为上述车辆的重心高度、A_y为上述车辆的横向加速度、g为重力加速度时，上述反向横摆力矩以F_Driver×h×A_y/g来表示。

第二发明提供一种搭载于车辆的车辆稳定控制装置。

上述车辆稳定控制装置具备：

横摆力矩产生装置，其产生横摆力矩；以及

控制装置，其对上述横摆力矩产生装置进行控制，以产生用于抵消上述车辆转弯时产生的变动横摆力矩的反向横摆力矩。

不考虑行驶阻力的情况下的上述反向横摆力矩为基准反向横摆力矩，考虑了上述行驶阻力的情况下的上述反向横摆力矩是以上述基准反向横摆力矩与偏移横摆力矩的和来表示的修正反向横摆力矩，

上述偏移横摆力矩的方向为促进上述车辆的转弯的方向，

上述控制装置以产生上述修正反向横摆力矩的方式对上述横摆力矩产生装置进行控制。

本发明所涉及的车辆稳定控制装置产生用于抵消车辆转弯时产生的变动横摆力矩的反向横摆力矩。该反向横摆力矩考虑了行驶阻力的影响而被决定。由于考虑了行驶阻力的影响，所以车辆稳定控制的精度提高。这有助于相对于车辆稳定控制的信赖的提高。

附图说明

图1是用于对本发明的实施方式所涉及的车辆以及车辆稳定控制装置进行说明的示意图。

图2是用于对本发明的实施方式中的变动横摆力矩进行说明的示意图。

图3是用于对本发明的实施方式中的基准反向横摆力矩与修正反向横摆力矩进行说明的示意图。

图4是用于对因本发明的实施方式中的空气阻力引起的第二变动横摆力矩进行说明的示意图。

图5是表示本发明的实施方式所涉及的车辆稳定控制装置的构成例的框图。

附图标记说明：

1…车辆；10…车轮；100…车辆稳定控制装置；110…车辆状态传感器；120…横摆力矩产生装置；121…驱动装置；122…制动装置；123…转向装置；130…控制装置。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式进行说明。

1.概要

图1是用于对本实施方式所涉及的车辆1以及车辆稳定控制装置100进行说明的示意图。车辆1具备车轮10。车轮10包括左前轮10FL、右前轮10FR、左后轮10RL以及右后轮10RR。在以下的说明中，左前轮10FL与右前轮10FR统称为“前轮”，左后轮10RL与右后轮10RR统称为“后轮”。另外，左前轮10FL与左后轮10RL统称为“左轮”，右前轮10FR与右后轮10RR统称为“右轮”。

车辆稳定控制装置100搭载于车辆1，进行车辆稳定控制。特别地，在本实施方式中，对车辆1转弯时的车辆稳定控制进行研究。在以下的说明中，转弯加减速是指车辆1同时进行转弯与加减速的情况。因此，转弯加减速包括在转弯中进行加减速的情况，也包括在加减速中进行转弯的情况。转弯加减速亦能够称为产生前后加速度与横向加速度这两者的状态。

由于转弯加减速，产生载荷移动，使得转弯半径发生变化，从而转向特性发生变化。例如，若转弯中的车辆1加速，则不足转向特性变强。相反，若转弯中的车辆1减速，则过度转向特性变强。从车辆稳定化的观点考虑，抑制这样的转向特性的变化较为重要。本实施方式所涉及的车辆稳定控制装置100为了抑制因转弯加减速引起的转向特性的变化，使车辆1的举动稳定化，因而进行横摆力矩的控制。

更详细的说，由于转弯加减速，车辆1的横摆力矩发生变动。以下，将该横摆力矩的变动称为“变动横摆力矩M_z”。以下，将抵消变动横摆力矩M_z的力矩称为“反向横摆力矩M_zc”。图1中的箭头表示基于各横摆力矩的车辆1的转弯方向。车辆稳定控制装置100产生抵消变动横摆力矩M_z的反向横摆力矩M_zc，抑制转向特性的变化。

这里，欲留意在行驶中的车辆1还作用有滚动阻力、空气阻力之类的“行驶阻力”。在车辆1转弯时，该行驶阻力也对变动横摆力矩M_z造成影响。因此，在本实施方式中，还考虑行驶阻力的影响，对变动横摆力矩M_z以及反向横摆力矩M_zc进行计算。

图2是用于对本实施方式中的变动横摆力矩M_z进行说明的示意图。在本实施方式中，考虑基准变动横摆力矩M_z0、第一变动横摆力矩M_ztire、以及第二变动横摆力矩M_zair这3种。

首先，基准变动横摆力矩M_z0是不考虑行驶阻力的现有的变动横摆力矩。像专利文献1等中记载的那样，现有的基准变动横摆力矩M_z0用下式(1)表达。这里，m是指车辆质量，g是指重力加速度，h是指车辆1的重心高度，A_x是指车辆1的前后加速度，A_y是指车辆1的横向加速度。

[式1]

基准变动横摆力矩M_z0取决于前后加速度A_x以及横向加速度A_y。图2中的箭头表示车辆1的转弯方向为左方向时的基于各变动横摆力矩的车辆1的转弯方向。在转弯加速时(A_x>0)，基准变动横摆力矩M_z0向抑制车辆1的转弯的方向作用。另一方面，在转弯减速时(A_x<0)，基准变动横摆力矩M_z0向促进车辆1的转弯的方向作用。

接下来，第一变动横摆力矩M_ztire是因滚动阻力而引起的变动横摆力矩。各车轮10的滚动阻力取决于接地载荷，随着接地载荷的增加而增加。在图2所示的左方向转弯时，右轮(外轮)的接地载荷大于左轮(内轮)的接地载荷。因此，在右轮与左轮之间产生滚动阻力的差。因该滚动阻力的左右差而产生第一变动横摆力矩M_ztire。如图2所示，不论是加速还是减速，第一变动横摆力矩M_ztire均向抑制车辆1的转弯的方向作用。另外，第一变动横摆力矩M_ztire不仅在转弯加减速时产生，在车辆1以一定速度转弯的情况下也产生。

接下来，第二变动横摆力矩M_zair是因空气阻力而引起的变动横摆力矩。空气阻力相对于车辆1的着力点从车轮10的接地面向上方分离。因此，因空气阻力的作用而产生纵摆力矩，产生向后方向的载荷移动。因该向后方向的载荷移动而导致不足转向特性变强。即，产生抑制车辆1的转弯的方向的第二变动横摆力矩M_zair。该第二变动横摆力矩M_zair不仅在转弯加减速时产生，在车辆1以一定速度转弯的情况下也产生。

从图2可知，在转弯加速时(A_x>0)，第一变动横摆力矩M_ztire以及第二变动横摆力矩M_zair的方向与基准变动横摆力矩M_z0的方向相反。另一方面，在转弯减速时(A_x<0)，第一变动横摆力矩M_ztire以及第二变动横摆力矩M_zair的方向与基准变动横摆力矩M_z0的方向相同。因此，根据上述式(1)计算的基准变动横摆力矩M_z0相对于实际的变动横摆力矩M_z过大或过小。

根据本实施方式，还考虑行驶阻力的影响而对反向横摆力矩M_zc进行计算。考虑了行驶阻力的情况下的反向横摆力矩M_zc用下式(2)表达。

[式2]

M_zc＝M_zc0+M_{zc_off}…(2)

式(2)中的M_zc0是指抵消基准变动横摆力矩M_z0的反向横摆力矩，以下称为“基准反向横摆力矩M_zc0”。即，基准反向横摆力矩M_zc0是不考虑行驶阻力的现有的反向横摆力矩。基准反向横摆力矩M_zc0用下式(3)表达。

[式3]

式(2)中的M_{zc_off}是反向横摆力矩M_zc相对于基准变动横摆力矩Mz0的偏移，以下称为“偏移横摆力矩M_{zc_off}”。偏移横摆力矩M_{zc_off}是抵消上述第一变动横摆力矩M_ztire以及第二变动横摆力矩M_zair的至少一部分的反向横摆力矩。从图2可知，偏移横摆力矩M_{zc_off}的方向是促进车辆1的转弯的方向。

这样，本实施方式所涉及的反向横摆力矩M_zc用基准反向横摆力矩M_zc0与偏移横摆力矩M_{zc_off}的和表达。也可以说是反向横摆力矩M_zc相对于基准反向横摆力矩M_zc0修正了反映行驶阻力的影响的偏移横摆力矩M_{zc_off}的量。在该意思中，本实施方式所涉及的反向横摆力矩M_zc还称为“修正反向横摆力矩M_zc”。

图3是用于对基准反向横摆力矩M_zc0与修正反向横摆力矩M_zc进行说明的示意图。横轴表示前后加速度A_x。假设横向加速度A_y是正的一定值。基准反向横摆力矩M_zc0根据前后加速度A_x而变动(参照式(3))。修正反向横摆力矩M_zc相对于基准反向横摆力矩M_zc0修正了反映行驶阻力的影响的偏移横摆力矩M_{zc_off}的量。特别是在前后加速度A_x较低的区域中，修正的影响相对大。另外，即便前后加速度A_x为0，也需要修正反向横摆力矩M_zc。因此，本实施方式所涉及的修正反向横摆力矩M_zc不仅在转弯加减速时能够应用，在车辆1以一定速度转弯的情况下也能够应用。

本实施方式所涉及的车辆稳定控制装置100在车辆1转弯时不是产生基准反向横摆力矩M_zc0，而是产生修正反向横摆力矩M_zc，进行车辆稳定控制。由于考虑了行驶阻力的影响，因而车辆稳定控制的精度提高。这有助于相对于车辆稳定控制的信赖的提高。

另外，根据本实施方式，由于抵消了变动横摆力矩M_z，因而抑制转弯半径的变化。这意味着即便进行转弯加减速，车辆1的行进方向也不混乱。因此，车辆1的操纵性提高。

另外，在本实施方式所涉及的车辆稳定控制装置100应用于自动驾驶车辆的情况下，相对于目标路径的追随性提高。

2.各种式的导出

2-1.第一变动横摆力矩M_ztire

首先，对表达因滚动阻力而引起的第一变动横摆力矩M_ztire的式进行说明。作用于轮胎接地面的轮胎阻力F_tire用下式(4)表达。式(4)中的c为轮胎阻力系数。

[式4]

F_tire＝-cmg…(4)

第一变动横摆力矩M_ztire用下式(5)表达。在式(5)中，F_zfl、F_zfr、F_zrl、以及F_zrr分别为左前轮10FL、右前轮10FR、左后轮10RL以及右后轮10RR的接地载荷，t_f以及t_r分别为前轮以及后轮的轮距。

[式5]

另一方面，针对车辆1的侧倾力矩(m_Ayh)，下式(6)成立。

[式6]

因此，第一变动横摆力矩M_ztire用以下的简单的式(7)表达。

[式7]

第一变动横摆力矩M_ztire不取决于前后加速度A_x，而取决于横向加速度A_y。特别是在横向加速度A_y高的区域中，第一变动横摆力矩M_ztire大幅度影响转向特性。

2-2.第二变动横摆力矩M_zair

接下来，对表达因空气阻力而引起的第二变动横摆力矩M_zair的式进行说明。作用于车辆1的空气阻力F_air用下式(8)表达。在式(8)中，ρ是指空气密度，C_d是指空气阻力系数，A是指车辆1的前方投影面积，V是指车速(车辆1的速度)。

[式8]

如图4所示，空气阻力F_air的着力点的高度用重心高度h与差量Δh_air的和表达。因空气阻力的作用而产生纵摆力矩，产生向后方向的载荷移动。因该向后方向的载荷移动而引起的第二变动横摆力矩M_zair用下式(9)表达。

[式9]

第二变动横摆力矩M_zair不取决于前后加速度A_x，而取决于车速V与横向加速度A_y。特别是在车速V高的区域中，第二变动横摆力矩M_zair大幅度影响转向特性。

2-3.修正反向横摆力矩M_zc

本实施方式所涉及的修正反向横摆力矩M_zc除了抵消基准变动横摆力矩M_z0之外，还抵消第一变动横摆力矩M_ztire以及第二变动横摆力矩M_zair的至少一部分。例如，修正反向横摆力矩M_zc用下式(10)表达。

[式10]

M_zc＝-(M_z0+M_ztire+M_zair)…(10)

若使用上述式(1)、(7)、(9)，则式(10)变形为下式(11)。

[式11]

在空气阻力F_air的着力点的高度与重心高度h相等的情况下，或者在即便认为成相等也无影响的情况下，Δh_air为零。在该情况下，修正反向横摆力矩M_zc用下式(12)表达。

[式12]

另外，还能够使用轮胎阻力F_tire以及空气阻力_Fair将式(10)变形为下式(13)。

[式13]

这里，车辆1的前后方向的运动方程式用下式(14)表达。式(14)中的F_Driver是相对于车辆1要求的要求驱动力。

[式14]

mA_x＝F_tire+F_air+F_Driver…(14)

根据式(13)与式(14)能够获得下式(15)。

[式15]

在空气阻力F_air的着力点的高度与重心高度h相等的情况下，或者在即便认为相等也无影响的情况下，Δh_air为零。在该情况下，修正反向横摆力矩M_zc用以下的简单的式(16)表达。

[式16]

在使用式(16)的情况下，能够基于要求驱动力F_Driver与横向加速度A_y简单地决定修正反向横摆力矩M_zc。此时，不需要与前后加速度A_x相关的信息。与表达基准反向横摆力矩M_zc0的上述式(3)进行对比可知：“mA_x”被要求驱动力F_Driver替换。即，作为前后方向的力而使用要求驱动力F_Driver来代替“mA_x”，由此行驶阻力的影响自动地反映于反向横摆力矩。

3.车辆稳定控制装置的构成例

图5是表示本实施方式所涉及的车辆稳定控制装置100的构成例的框图。车辆稳定控制装置100搭载于车辆1，进行车辆稳定控制。更详细地说，车辆稳定控制装置100具备车辆状态传感器110、横摆力矩产生装置120以及控制装置130。

车辆状态传感器110检测车辆1的行驶状态。车辆状态传感器110包括前后加速度传感器、横向加速度传感器、车速传感器、车轮速传感器等。前后加速度传感器检测前后加速度A_x。横向加速度传感器检测横向加速度A_y。车轮速传感器检测各车轮10的转弯速度。车速传感器检测车速V。车辆状态传感器110将检测信息输送至控制装置130。

横摆力矩产生装置120是产生车辆1的横摆力矩的机构。具体而言，横摆力矩产生装置120包括驱动装置121、制动装置122以及转向装置123中的至少一个。横摆力矩产生装置120可以是驱动装置121、制动装置122以及转向装置123中的任意多个装置的组合。

驱动装置121构成为能够分别独立地控制左右的驱动力。例如，驱动装置121是配置于各驱动轮的附近的轮内马达。使用驱动装置121适当地控制左右的驱动力的差，由此能够产生所希望的修正反向横摆力矩M_zc。

制动装置122构成为能够分别独立地控制各车轮10的制动力。典型地，制动装置122包括能够分别独立地控制向各车轮10的车轮制动油缸供给的制动液的压力的制动器促动器。使用制动装置122来适当地控制左右的制动力的差，由此能够产生所希望的修正反向横摆力矩M_zc。

转向装置123使车轮10转向。例如，转向装置123包括电动助力转向(EPS：ElectricPower Steering)装置。使用转向装置123适当地控制车轮10的转向角，由此能够产生所希望的修正反向横摆力矩M_zc。

控制装置130控制车辆1的行驶。典型地，控制装置130是具备处理器以及存储装置的微机。控制装置130还称为ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)。在存储装置储存有控制程序。处理器执行储存于存储装置的控制程序，由此实现基于控制装置130的各种处理。

例如，控制装置130通过使驱动装置121动作来产生所希望的驱动力。另外，控制装置130通过使制动装置122动作来产生所希望的制动力。

而且，控制装置130在车辆1转弯时进行车辆稳定控制。具体而言，控制装置130基于车辆1的行驶状态(A_x、A_y、V、F_Driver)对横摆力矩产生装置120进行控制，以产生修正反向横摆力矩M_zc。前后加速度A_x、横向加速度A_y以及车速V通过车辆状态传感器110获得。车速V可以根据由车轮速传感器检测的车轮速来计算。要求驱动力F_Driver是控制驱动装置121以及制动装置122的控制装置130始终把握的参数。例如，根据驾驶员进行的加速器踏板的操作量来决定由驾驶员要求的要求驱动力F_Driver。在自动驾驶车辆的情况下，要求驱动力F_Driver由自动驾驶系统决定。

此外，修正反向横摆力矩M_zc的计算中所需的其他参数是固定值，预先储存于控制装置130的存储装置。

4.修正反向横摆力矩M_zc的各种例子

4-1.第一例

控制装置130根据上述式(16)计算修正反向横摆力矩M_zc。在该情况下，不需要前后加速度A_x的信息，而能够基于要求驱动力F_Driver与横向加速度A_y简单地计算修正反向横摆力矩M_zc。

4-2.第二例

控制装置130根据上述式(12)计算修正反向横摆力矩M_zc。在该情况下，使用前后加速度A_x、横向加速度A_y以及车速V的信息。

4-3.第三例

控制装置130根据下式(17)计算修正反向横摆力矩M_zc。

[式17]

式(17)的右边的第二项表示偏移横摆力矩M_{zc_off}(参照式(2))。以下，该第二项中的参数P_off称为“偏移参数P_off”。在偏移参数P_off用下式(18)表达的情况下，式(17)与式(12)相等。

[式18]

偏移参数P_off不局限于式(18)。作为式(18)的近似式，可以使用下式(19)。

[式19]

可以预先制成表示车速V与偏移参数P_off的对应关系的设定表，并将其存储于控制装置130的存储装置。控制装置130基于该设定表与车速V来获得偏移参数P_off。在哪种情况下，偏移参数P_off即偏移横摆力矩M_{zc_off}均随着车速V增加而增加。

或者，偏移参数P_off可以为常量。例如，偏移参数P_off设定为常量“cmg”。该情况下的偏移横摆力矩M_{zc_off}是抵消第一变动横摆力矩M_ztire(参照式(7))的反向横摆力矩。即便在该情况下，也考虑了行驶阻力的一部分，因而车辆稳定控制的精度比现有技术提高。

4-4.第四例

控制装置130根据上述式(11)或式(15)计算修正反向横摆力矩M_zc。由于还考虑了Δh_air，由此能够更精密地计算修正反向横摆力矩M_zc。

4-5.第五例

控制装置130根据下式(20)来计算修正反向横摆力矩M_zc。

[式20]

式(20)中的M_ay是与因空气阻力Fair而引起的纵摆力矩中的与Δh_air相当的量。在纵摆力矩M_ay用下式(21)表达的情况下，式(20)与式(15)相等。

[式21]

作为式(21)的近似式，可以使用下式(22)。

[式22]

可以预先制成表示车速V与纵摆力矩M_ay的对应关系的设定表，并将其储存于控制装置130的存储装置。控制装置130基于该设定表与车速V来获得纵摆力矩M_ay。在哪种情况下，纵摆力矩M_ay均随着车速V增加而增加。或者，作为纵摆力矩M_ay，也可以使用常量。

Claims (3)

1.一种车辆稳定控制装置，其搭载于车辆，其中，

所述车辆稳定控制装置具备：

横摆力矩产生装置，其产生横摆力矩；以及

控制装置，其对所述横摆力矩产生装置进行控制，以产生用于抵消所述车辆转弯时产生的变动横摆力矩的反向横摆力矩，

在F_Driver为相对于所述车辆的要求驱动力、h为所述车辆的重心高度、A_y为所述车辆的横向加速度、g为重力加速度时，所述反向横摆力矩以F_Driver×h×A_y/g来表示。

2.一种车辆稳定控制装置，其搭载于车辆，其中，

所述车辆稳定控制装置具备：

横摆力矩产生装置，其产生横摆力矩；以及

控制装置，其对所述横摆力矩产生装置进行控制，以产生用于抵消所述车辆转弯时产生的变动横摆力矩的反向横摆力矩，

不考虑行驶阻力的情况下的所述反向横摆力矩为基准反向横摆力矩，

考虑了所述行驶阻力的情况下的所述反向横摆力矩是以所述基准反向横摆力矩与偏移横摆力矩的和来表示的修正反向横摆力矩，

所述偏移横摆力矩的方向为促进所述车辆的转弯的方向，

所述控制装置以产生所述修正反向横摆力矩的方式对所述横摆力矩产生装置进行控制。

3.根据权利要求2所述的车辆稳定控制装置，其中，

所述偏移横摆力矩随着所述车辆的速度增加而增加。