CN110341697B - 车辆转向主动侧倾控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆行驶稳定性控制技术领域，公开了一种车辆转向主动侧倾控制方法，所采用的技术措施为：车辆行驶转弯时发出转向指令后先执行侧倾动作，延时特定时长后执行转向动作，实现车辆侧倾、延时转向方式驶入弯道，消除进入弯道时离心力对人体瞬时冲击作用所产生的负面效果，通过车辆侧倾复位回零、转向延时回正方式驶出弯道，在保障车辆行驶安全性基础上，提高了车辆的驾驭平顺性和乘坐舒适性，应用于主动侧倾车辆行驶控制技术。

Description

车辆转向主动侧倾控制方法

技术领域

本发明涉及一种车辆转向主动侧倾控制方法，属于车辆行驶稳定性控制技术领域，应用于主动侧倾车辆行驶控制技术。

背景技术

主动侧倾控制系统通过控制车辆在转弯时向转弯内侧倾斜程度，提高了车辆转弯时的操纵稳定性、平顺性、通行速度和安全性，车辆主动侧倾技术可以使车辆在过弯时自动倾斜一定角度，产生一个平衡力矩，来抵抗车辆受到的离心力、避免车辆侧翻，以保持轮距小的微型车辆或重心高的车辆稳定的行驶姿态。

针对车辆行驶安全性，发明专利CN109353406、车辆转向侧倾装置及侧倾控制方法，通过车辆转向与车身侧倾独立控制，提出了车辆行驶过程中的转向侧倾、独立侧倾或独立转向控制方法，实现车辆在过弯时或者驶过倾斜路面时自动倾斜一定角度来抵抗离心力或侧翻力，保持车辆稳定的行驶姿态；车辆行驶进入弯道时离心力对人体瞬时冲击作用会产生身体不适及其它负面效果，在保障车辆行驶安全性基础上，为了提高驾驭平顺性和乘坐舒适性，进一步研究车辆在转弯时侧倾和转向控制方式，实现车辆转向主动侧倾控制，对提高车辆行驶稳定性和舒适性具有实际应用价值。

发明内容

本发明目的是要提供一种车辆转向主动侧倾控制方法，车辆行驶转弯时发出转向指令后先执行侧倾动作，延时特定时长后执行转向动作，实现车辆侧倾、延时转向方式驶入弯道，消除进入弯道时离心力对人体瞬时冲击作用，提高驾驭平顺性和乘坐舒适性。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下：

车辆转向主动侧倾控制方法包括如下步骤：

(1)、车辆以速度v₀转弯时，给出方向盘转角α；

(2)、计算转向角θ＝α/i，计算车辆转弯半径r＝f(θ)，满足转弯时力平衡条件：mg×tanβ＝mv₀ ²/r，由tanβ＝v₀ ²/(g×r)解出侧倾角β；

(3)、执行侧倾角β、车辆侧倾；

(4)、执行转向角θ＝α/i、车辆转向，驶入弯道；

(5)、车辆在弯道内行驶：

①.当方向盘转角改变时，车辆在弯道内行驶时方向盘转角为α₁、行驶速度为v，

计算转向角θ₁＝α₁/i，计算车辆转弯半径r₁＝f(θ₁)，由tanβ₁＝v²/(g×r₁)解出侧倾角β₁，

执行侧倾角修正量Δβ＝β₁-β、车辆侧倾修正，

执行转向角修正量Δθ＝θ₁-θ、车辆转向修正，车辆继续弯道内行驶，转到步骤(6)；

②.当行驶速度改变时，车辆在弯道内行驶速度为v，

由tanβ₂＝v²/(g×r)解出侧倾角β₂，执行侧倾角修正量Δβ＝β₂-β、车辆侧倾修正，

车辆继续弯道内行驶，转到步骤(6)；

③.否则：保持速度v₀、方向盘转角α、侧倾角β、转向角θ，车辆继续弯道内行驶；

(6)、车辆驶出弯道时，方向盘回正、α＝0，车辆侧倾复位、β＝0；

(7)、转向车轮回正、θ＝0，驶出弯道；

(8)、保持方向盘转角α＝0、侧倾角β＝0、转向角θ＝0，车辆直线行驶、行驶速度v；

(9)、直至发出转向指令，车辆行驶速度v降至安全转弯速度以下v₀，回到步骤(1)继续。

其中：转向器减速比i，重力加速度g，侧倾运动部分车身质量m；车辆转弯半径函数f(θ)，受车辆轴距、轮距、转向方式等影响，转向角θ越大，转弯半径r＝f(θ)越小。

车辆转向主动侧倾控制方法工作原理：参照摩托车转向压弯原理，通过车辆侧倾、延时转向方式驶入弯道，消除进入弯道时离心力对人体瞬时冲击作用所产生的负面效果，通过车辆侧倾复位回零、转向延时回正方式驶出弯道，提高了车辆的驾驭平顺性和乘坐舒适性。

上述的车辆转向主动侧倾控制方法中，为适应车辆高速过弯，引入延时时长Δt，通过选择Δt以便适应不同的过弯速度v₀，进一步提高车辆的驾驭平顺性和乘坐舒适性，车辆转向主动侧倾控制方法包括如下步骤：

(1)、车辆以速度v₀转弯时，给出方向盘转角α；

(2)、车辆侧倾、延时转向驶入弯道，以下两项同步进行：

①.计算转向角θ＝α/i，计算车辆转弯半径r＝f(θ)，满足转弯时力平衡条件：mg×tanβ＝mv₀ ²/r，

由tanβ＝v₀ ²/(g×r)解出侧倾角β，执行侧倾角β、车辆侧倾；

②.延时时长Δt后，执行转向角θ＝α/i、车辆转向；

(3)、车辆在弯道内行驶：

①.当方向盘转角改变时，车辆在弯道内行驶时方向盘转角为α₁、行驶速度为v，

计算转向角θ₁＝α₁/i，计算车辆转弯半径r₁＝f(θ₁)，由tanβ₁＝v²/(g×r₁)解出侧倾角β₁，

执行侧倾角修正量Δβ＝β₁-β、车辆侧倾修正，

执行转向角修正量Δθ＝θ₁-θ、车辆转向修正，车辆继续弯道内行驶，转到步骤(4)；

②.当行驶速度改变时，车辆在弯道内行驶速度为v，

由tanβ₂＝v²/(g×r)解出侧倾角β₂，执行侧倾角修正量Δβ＝β₂-β、车辆侧倾修正，

车辆继续弯道内行驶，转到步骤(4)；

③.否则：保持速度v₀、方向盘转角α、侧倾角β、转向角θ，车辆继续弯道内行驶；

(4)、车辆侧倾复位、转向延时回正驶出弯道，以下两项同步进行：

①.方向盘回正、α＝0，车辆侧倾复位、β＝0；

②.延时时长Δt后，转向车轮回正、θ＝0；

(5)、保持方向盘转角α＝0、侧倾角β＝0、转向角θ＝0，车辆直线行驶、行驶速度v；

(6)、直至发出转向指令，车辆行驶速度v降至安全转弯速度v₀，回到步骤(1)继续。

其中：延时时长Δt＝0.01～0.5s，进入弯道时车辆行驶速度v₀越高，延时时长Δt越短。

本发明的有益效果在于，所提出的一种车辆转向主动侧倾控制方法，通过车辆侧倾、延时转向方式驶入弯道，以及车辆侧倾复位回零、转向延时回正方式驶出弯道，在保障车辆行驶安全性基础上，提高了车辆的驾驭平顺性和乘坐舒适性。

附图说明

图1为车辆转向主动侧倾控制方法流程图；

图2为车辆转向主动侧倾控制方法延时流程图；

图3为车辆转向过程行驶轨迹图；

图4为车辆转向主动侧倾控制方法控制原理图；

图5为车辆转向主动侧倾控制方法引入Δt控制原理图；

图6为单轮转向转弯半径确定原理图；

图7为双轮等腰梯形机构转向原理图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的实施例进行描述。

图1所示的车辆转向主动侧倾控制方法流程图，车辆转向主动侧倾控制方法包括如下步骤：

(1)、车辆以速度v₀转弯时，给出方向盘转角α；

(2)、计算转向角θ＝α/i，计算车辆转弯半径r＝f(θ)，满足转弯时力平衡条件：mg×tanβ＝mv₀ ²/r，由tanβ＝v₀ ²/(g×r)解出侧倾角β；

(3)、执行侧倾角β、车辆侧倾；

(4)、执行转向角θ＝α/i、车辆转向，驶入弯道；

(5)、车辆在弯道内行驶(如图3所示)：

①.当方向盘转角改变时，车辆在弯道内行驶时方向盘转角为α₁、行驶速度为v，

计算转向角θ₁＝α₁/i，计算车辆转弯半径r₁＝f(θ₁)，由tanβ₁＝v²/(g×r₁)解出侧倾角β₁，

执行侧倾角修正量Δβ＝β₁-β、车辆侧倾修正，

执行转向角修正量Δθ＝θ₁-θ、车辆转向修正，车辆继续弯道内行驶，转到步骤(6)；

②.当行驶速度改变时，车辆在弯道内行驶速度为v，

由tanβ₂＝v²/(g×r)解出侧倾角β₂，执行侧倾角修正量Δβ＝β₂-β、车辆侧倾修正，

车辆继续弯道内行驶，转到步骤(6)；

③.否则：保持速度v₀、方向盘转角α、侧倾角β、转向角θ，车辆继续弯道内行驶；

(6)、车辆驶出弯道时，方向盘回正、α＝0，车辆侧倾复位、β＝0；

(7)、转向车轮回正、θ＝0，驶出弯道；

(8)、保持方向盘转角α＝0、侧倾角β＝0、转向角θ＝0，车辆直线行驶、行驶速度v；

(9)、直至驾驶员发出转向指令，车辆行驶速度v降至安全转弯速度以下v₀，回到步骤(1)继续。

其中：转向器减速比i≥1，重力加速度g＝9.8m/s²，侧倾运动部分车身质量m；车辆转弯半径函数f(θ)，受车辆轴距、轮距、转向方式等影响，转向角θ越大，转弯半径r＝f(θ)越小；当α＝0时，θ＝α/i＝0，r→∞，此时β＝0，车辆直线行驶无侧倾。图6所示的单轮转向转弯半径确定原理图，为具有侧倾功能的前轮转向、后轮驱动、轴距L的正三轮车，转弯半径r＝L/tanθ。

图4所示的车辆转向主动侧倾控制方法控制原理图，图中横坐标为车辆过弯行驶时间t，实线为侧倾角β变化规律，虚线为转向角θ变化规律；车辆转向主动侧倾控制方法工作原理为：参照摩托车转向压弯原理，通过车辆侧倾、延时转向方式驶入弯道，消除进入弯道时离心力对人体瞬时冲击作用所产生的负面效果，通过车辆侧倾复位回零、转向延时回正方式驶出弯道，提高了车辆的驾驭平顺性和乘坐舒适性。

图2所示的车辆转向主动侧倾控制方法延时流程图，车辆转向主动侧倾控制方法中，为适应车辆高速过弯，引入延时时长Δt，通过选择Δt以便适应不同的过弯速度v₀，进一步提高车辆的驾驭平顺性和乘坐舒适性，车辆转向主动侧倾控制方法包括如下步骤：

(1)、车辆以速度v₀转弯时，给出方向盘转角α；

(2)、车辆侧倾、延时转向驶入弯道，以下两项同步进行：

①.计算转向角θ＝α/i，计算车辆转弯半径r＝f(θ)，满足转弯时力平衡条件：mg×tanβ＝mv₀ ²/r，

由tanβ＝v₀ ²/(g×r)解出侧倾角β，执行侧倾角β、车辆侧倾；

②.延时时长Δt后，执行转向角θ＝α/i、车辆转向；

(3)、车辆在弯道内行驶(如图3所示)：

①.当方向盘转角改变时，车辆在弯道内行驶时方向盘转角为α₁、行驶速度为v，

计算转向角θ₁＝α₁/i，计算车辆转弯半径r₁＝f(θ₁)，由tanβ₁＝v²/(g×r₁)解出侧倾角β₁，

执行侧倾角修正量Δβ＝β₁-β、车辆侧倾修正，

执行转向角修正量Δθ＝θ₁-θ、车辆转向修正，车辆继续弯道内行驶，转到步骤(4)；

②.当行驶速度改变时，车辆在弯道内行驶速度为v，

由tanβ₂＝v²/(g×r)解出侧倾角β₂，执行侧倾角修正量Δβ＝β₂-β、车辆侧倾修正，

车辆继续弯道内行驶，转到步骤(4)；

③.否则：保持速度v₀、方向盘转角α、侧倾角β、转向角θ，车辆继续弯道内行驶；

(4)、车辆侧倾复位、转向延时回正驶出弯道，以下两项同步进行：

①.方向盘回正、α＝0，车辆侧倾复位、β＝0；

②.延时时长Δt后，转向车轮回正、θ＝0；

(5)、保持方向盘转角α＝0、侧倾角β＝0、转向角θ＝0，车辆直线行驶、行驶速度v；

(6)、直至驾驶员发出转向指令，车辆行驶速度v降至安全转弯速度v₀，回到步骤(1)继续。

其中：延时时长Δt＝0.1～0.5s，进入弯道时车辆行驶速度v₀越高，延时时长Δt越短。为适应车辆高速过弯，引入延时时长Δt，通过选择Δt以便适应不同的过弯速度v₀，进一步拓宽了车辆转向主动侧倾控制方法的应用范围。

其中：转向器减速比i≥1，重力加速度g＝9.8m/s²，侧倾运动部分车身质量m；车辆转弯半径函数f(θ)，受车辆轴距、轮距、转向方式等影响，转向角θ越大，转弯半径r＝f(θ)越小；当α＝0时，θ＝α/i＝0，r→∞，此时β＝0，车辆直线行驶无侧倾。图7所示的双轮等腰梯形机构转向原理图，为具有侧倾功能的双前轮转向、后轮驱动的四轮车或倒三轮车，车辆轴距L、转向节主轴距离K，转向角θ时，由转向器驱动等腰梯形转向机构获得外车轮偏转角θ_e、内车轮偏转角θ_i，满足阿克曼转向条件：cot(θ_e)-cot(θ_i)＝K/L，车辆转弯半径r＝Lcot(θ_i)+K/2。

图5所示的车辆转向主动侧倾控制方法引入Δt控制原理图，图中横坐标为车辆过弯行驶时间t，实线为侧倾角β变化规律，虚线为转向角θ变化规律；车辆转向主动侧倾控制方法工作原理为：参照摩托车转向压弯原理，通过车辆侧倾、延时转向方式驶入弯道，消除进入弯道时离心力对人体瞬时冲击作用所产生的负面效果，通过车辆侧倾复位回零、转向延时回正方式驶出弯道，在保障车辆行驶安全性基础上，提高了车辆的驾驭平顺性和乘坐舒适性。

Claims (2)

1.车辆转向主动侧倾控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、车辆以速度v₀转弯时，给出方向盘转角α；

(2)、计算转向角θ＝α/i、其中i为转向器减速比，计算车辆转弯半径r＝f(θ)，由tanβ＝v₀ ²/(g×r)解出侧倾角β；

(3)、执行侧倾角β、车辆侧倾；

(4)、执行转向角θ＝α/i、车辆转向，驶入弯道；

(5)、车辆在弯道内行驶：

①.当方向盘转角改变时，车辆在弯道内行驶时方向盘转角为α₁、行驶速度为v，

计算转向角θ₁＝α₁/i，计算车辆转弯半径r₁＝f(θ₁)，由tanβ₁＝v²/(g×r₁)解出侧倾角β₁，

执行侧倾角修正量Δβ＝β₁-β、车辆侧倾修正，

执行转向角修正量Δθ＝θ₁-θ、车辆转向修正，车辆继续弯道内行驶，转到步骤(6)；

②.当行驶速度改变时，车辆在弯道内行驶速度为v，

由tanβ₂＝v²/(g×r)解出侧倾角β₂，执行侧倾角修正量Δβ＝β₂-β、车辆侧倾修正，

车辆继续弯道内行驶，转到步骤(6)；

③.否则：保持速度v₀、方向盘转角α、侧倾角β、转向角θ，车辆继续弯道内行驶；

(6)、车辆驶出弯道时，方向盘回正、α＝0，车辆侧倾复位、β＝0；

(7)、转向车轮回正、θ＝0，驶出弯道；

(8)、保持方向盘转角α＝0、侧倾角β＝0、转向角θ＝0，车辆直线行驶、行驶速度v；

(9)、直至发出转向指令，车辆行驶速度v降至安全转弯速度以下v₀，回到步骤(1)继续。

2.根据权利要求1所述的车辆转向主动侧倾控制方法，其特征在于，所述的车辆转向主动侧倾控制方法包括如下步骤：

(1)、车辆以速度v₀转弯时，给出方向盘转角α；

(2)、车辆侧倾、延时转向驶入弯道，以下两项同步进行：

①.计算转向角θ＝α/i、其中i为转向器减速比，计算车辆转弯半径r＝f(θ)，满足转弯时力平衡条件：mg×tanβ＝mv₀ ²/r，由tanβ＝v₀ ²/(g×r)解出侧倾角β，执行侧倾角β、车辆侧倾；

②.延时时长Δt后，执行转向角θ＝α/i、车辆转向；

(3)、车辆在弯道内行驶：

①.当方向盘转角改变时，车辆在弯道内行驶时方向盘转角为α₁、行驶速度为v，

计算转向角θ₁＝α₁/i，计算车辆转弯半径r₁＝f(θ₁)，由tanβ₁＝v²/(g×r₁)解出侧倾角β₁，

执行侧倾角修正量Δβ＝β₁-β、车辆侧倾修正，

执行转向角修正量Δθ＝θ₁-θ、车辆转向修正，车辆继续弯道内行驶，转到步骤(4)；

②.当行驶速度改变时，车辆在弯道内行驶速度为v，

由tanβ₂＝v²/(g×r)解出侧倾角β₂，执行侧倾角修正量Δβ＝β₂-β、车辆侧倾修正，

车辆继续弯道内行驶，转到步骤(4)；

③.否则：保持速度v₀、方向盘转角α、侧倾角β、转向角θ，车辆继续弯道内行驶；

(4)、车辆侧倾复位、转向延时回正驶出弯道，以下两项同步进行：

①.方向盘回正、α＝0，车辆侧倾复位、β＝0；

②.延时时长Δt后，转向车轮回正、θ＝0；

(5)、保持方向盘转角α＝0、侧倾角β＝0、转向角θ＝0，车辆直线行驶、行驶速度v；

(6)、直至发出转向指令，车辆行驶速度v降至安全转弯速度v₀，回到步骤(1)继续。

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