CN111232054B - 一种集成防侧翻系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种集成防侧翻系统及其控制方法，液压油箱通过两油路与液压缸左右两侧连接，主油路一的两分油路分别与左前轮制动器和右侧减振器连通，两分油路上分别设有第一单向电磁阀和第四电磁阀，左前轮制动器通过第一电磁阀与液压油箱相连，主油路二的两分油路分别与右前轮制动器和左侧减振器连通，两分油路上分别设有第二单向电磁阀和第二电磁阀，右前轮制动器通过第三电磁阀与液压油箱相连；ECU根据转向请求类型，打开通道电磁阀相应通道、能够增加制动器油路压力的电磁阀，ECU控制产生差动横摆力矩和防侧翻力矩的电磁阀的闭合时间点，产生差动横摆力矩和防侧翻力矩。本发明减少液压系统迟滞性，横摆力矩与防侧翻力矩耦合，防侧翻效果好。

Description

一种集成防侧翻系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及汽车安全领域，具体涉及一种集成防侧翻系统及其控制方法。
背景技术
汽车作为使用最多的交通工具，一方面为人们日常出行提供了极大的便利，另一方面也为人身安全带来了巨大交通事故的威胁。其中，商用车一般由于重心高的原因，令其在高低速转弯时往往会容易受到离心力影响，从而可能发生侧翻事故。
在现有技术中，很多专家学者都进行了单一控制系统的抗侧翻研究，不同的单一系统抗侧翻控制，都有不同的优缺点，例如主动悬架防侧翻抗侧翻力矩大、防倾翻效果好，适合于各种车辆，但需要额外增加硬件，成本高，电液悬架时滞时间过长等；差动制动可以基于防抱死刹车系统ABS或电子机械制动EMB等来设计控制器，易于实现、成本低，但防倾翻效果有限；主动转向控制在提高车辆倾翻稳定性的同时，减小了侧向加速度，但降低了车辆转弯能力，使汽车不能有效地规避障碍。现有技术还将以上单一控制进行集成，但只是将控制程序进行集成，只能解决程序冲突问题，但由于执行机构是独立的，没有有效的集成到一起，无法做到节能、高效地防侧翻。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种集成防侧翻系统及其控制方法，在车辆转向时进行液压转向、差动制动以及主动悬架的集成控制，将横摆力矩与防侧翻力矩耦合，防侧翻效果更好，可以有效地减少因为大半径转弯、躲避障碍物等工况下汽车的侧翻所造成的交通事故，提高汽车行驶的安全性。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种集成防侧翻系统，包括液压油箱，液压油箱分别通过主油路一和主油路二与液压缸左右两侧连通，主油路一连通左前轮制动器、右侧减振器的液压管路上分别设有第一单向电磁阀、第四电磁阀，主油路二连通右前轮制动器、左侧减振器的液压管路上分别设有第二单向电磁阀、第二电磁阀，左前轮制动器连通液压油箱的液压管路上设有第一电磁阀，右前轮制动器连通液压油箱的液压管路上设有第三电磁阀，主油路一、主油路二分别通过通道电磁阀的通道二、通道一与油泵相连；所述左侧减振器和右侧减振器均采用变阻尼减振器；
还包括ECU，ECU与油泵、通道电磁阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一单向电磁阀和第二单向电磁阀连接。
上述技术方案中，所述变阻尼减振器的储油腔出油口处的壳体加工为中空的腔体，腔体底端一侧设有阻尼调节器油路输入口，腔体内部从上到下依次设有固定连接的阻尼调节器和阻尼调节器活塞，阻尼调节器外部套设限位弹簧，腔体内部还安装阻尼调节器位移传感器。
上述技术方案中，所述阻尼调节器活塞下部为调节阻尼调节器油腔。
上述技术方案中，所述阻尼调节器油路输入口与液压油箱连通。
上述技术方案中，所述ECU与方向盘转矩/转角传感器、左前轮速传感器、右前轮速传感器、阻尼调节器位移传感器和车身侧倾角传感器连接。
一种集成防侧翻系统的控制方法，ECU获取转向请求，根据转向请求的类型，打开通道电磁阀相应的通道，打开能够增加制动器油路压力的电磁阀，ECU控制产生差动横摆力矩和防侧翻力矩的电磁阀的闭合时间点，从而产生差动横摆力矩和防侧翻力矩。
进一步，所述转向请求的类型包括左转和右转。
更进一步，当转向请求为左转时，通道电磁阀的通道二打开，第二电磁阀、第三电磁阀和第二单向电磁阀闭合，第一单向电磁阀导通，ECU控制第一电磁阀的闭合时间点，使左前轮产生差动横摆力矩，同时ECU制第四电磁阀的闭合时间点，产生防侧翻力矩。
更进一步，当转向请求为右转时，通道电磁阀的通道一打开，第一电磁阀、第四电磁阀和第一单向电磁阀闭合，第二单向电磁阀导通，ECU控制第三电磁阀的闭合时间点，使右前轮产生差动横摆力矩，同时ECU制第四电磁阀的闭合时间点，产生防侧翻力矩。
更进一步，所述第二电磁阀、第四电磁阀的闭合时间点由阻尼调节器活塞的位置控制，通过所述闭合时间点调节阻尼调节器油腔内液压油的压力，使阻尼调节器活塞驱动阻尼调节器到达指定位置，控制进出储油腔出油口的流速，实现变阻尼控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在车辆转向时就能做好防侧翻准备，根据转向请求类型控制油泵和电磁阀，产生差动横摆力矩和防侧翻力矩，耦合作用于车身，从而保证汽车行驶的安全性。本发明具有的优点包括：
1.本发明在现有的转向结构和液压助力系统上，增加液压油路和相应的电磁阀，实现液压转向、差动制动以及主动悬架的集成控制，结构简单，易于实现。
2.本发明变阻尼减振器中阻尼调节器位移传感器实时采集阻尼调节器活塞的位置，由第二电磁阀或第四电磁阀的闭合时间点调节阻尼调节器油腔内液压油的压力，使阻尼调节器活塞驱动阻尼调节器到达指定位置，从而控制进出储油腔出油口的流速，实现变阻尼控制，从而进行防侧翻控制。
3.本发明减振器的阻尼调节器由转向油路提供动力源，转向同时进行阻尼调节，减小了液压系统的迟滞性。
4.本发明在车辆转向时，ECU控制产生差动横摆力矩和防侧翻力矩的电磁阀的闭合时间点，从而产生差动横摆力矩和防侧翻力矩，并耦合差动横摆力矩和防侧翻力矩，具有更好的防侧翻效果。
附图说明
图1为本发明一种集成防侧翻系统示意图；
图2为本发明中减振器的剖视图；
图3为本发明转向时集成防侧翻控制流程图；
图4为本发明中转向请求为左转时液压油流动方向示意图；
图5为本发明中转向请求为右转时液压油流动方向示意图；
图中，1、方向盘；2、液压油箱；3、第一电磁阀；4、油泵；5、通道电磁阀；6、第一单向电磁阀；7、左前轮制动器；8、左侧悬架；9、左侧减振器；10、第二电磁阀；11、左前轮轮速传感器；12、左前轮制动盘；13、左前轮；14、转向柱管；15、液压缸；16、活塞；17、ECU；18、方向盘转矩/转角传感器；19、第三电磁阀；20、第二单向电磁阀；21、右前轮制动器；22、右侧悬架；23、右侧减振器；24、第四电磁阀；25、右前轮轮速传感器；26、右前轮制动盘；27、右前轮；91、减振器壳体；92、活塞柱；93、工作腔；94、减振器活塞；95、储油腔；96、阻尼调节器；97、限位弹簧；98、阻尼调节器活塞；99、阻尼调节器油腔；910、阻尼调节器油路输入口；911、阻尼调节器位移传感器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，一种集成防侧翻系统，包括方向盘1、液压油箱2、车轮(包括左前轮13和右前轮27)、液压缸15、信号采集单元、电子控制单元ECU17和执行机构。左前轮13上设有左前轮制动器7、左前轮轮速传感器11和左前轮制动盘12，左前轮制动器7安装在左前轮13内部，左前轮轮速传感器11安装在左前轮13的悬架支撑上，左前轮制动盘12安装在轮毂上；右前轮27上设有右前轮制动器21、右前轮轮速传感器25和右前轮制动盘26，右前轮制动器21安装在右前轮27内部，右前轮轮速传感器25安装在右前轮27悬架支撑上，右前轮制动盘26安装在轮毂上。制动时，制动器与制动盘接触。
液压油箱2分别通过主油路一和主油路二与液压缸15左右两侧连通；主油路一连通左前轮制动器7、右侧减振器23的液压管路上分别设有第一单向电磁阀6、第四电磁阀24；主油路二连通右前轮制动器21、左侧减振器9的液压管路上分别设有第二单向电磁阀20、第二电磁阀10；左前轮制动器7通过液压管路与液压油箱2相连，且该液压管路上设有第一电磁阀3；右前轮制动器21通过液压管路与液压油箱2相连，且该液压管路上设有第三电磁阀19；主油路一、主油路二分别通过通道电磁阀5的通道二、通道一与油泵4相连，油泵4与液压油箱2连通。左侧减振器9安装在左侧悬架8内部，右侧减振器23安装在右侧悬架22内部。
左前轮13、右前轮27的悬架支撑分别通过转向横拉杆与液压缸15内部的齿条连接，齿条上固定有活塞16；用于转向时，油泵4将油泵入液压缸15一侧，推动活塞16，给方向盘1提供转向助力，实现液压助力。
液压缸15与转向柱管14固定连接，转向柱管14与方向盘1固定连接，且转向柱管14上设有方向盘转矩/转角传感器18。
信号采集单元包括方向盘转矩/转角传感器18、左前轮速传感器11、右前轮速传感器25、阻尼调节器位移传感器911和车身侧倾角传感器；方向盘转矩/转角传感器18用于检测方向盘1的转角信号，左前轮速传感器11用于检测左前轮13的轮速信号，右前轮速传感器25用于检测右前轮27的轮速信号，阻尼调节器位移传感器911用于检测阻尼调节器活塞98的位置，车身侧倾角传感器用于测量车身侧倾角；信号采集单元与ECU17通过信号线连接，将采集的信号传输给ECU17。
执行机构包括油泵4、通道电磁阀5、第一电磁阀3、第二电磁阀10、第三电磁阀19、第四电磁阀24、第一单向电磁阀6和第二单向电磁阀20，执行机构与ECU17通过信号线连接，用于接收ECU17的指令。
ECU17根据方向盘1的转矩/转角信号、横向载荷转移率LTR的值，控制执行机构，同时产生横摆力矩和防侧翻力矩，作用于车身，保证车辆行驶的安全性。
横向载荷转移率LTR作为侧翻指标，计算公式为：
Figure GDA0003057613050000041
式中：LTR为横向载荷转移率，CS为等效侧倾阻尼系数，
Figure GDA0003057613050000042
为车身侧倾角，KS为悬架等效侧倾刚度，m为整车质量，g为重力加速度，B为车辆轮距；所述ECU17将计算出LTR值与阈值(取经验值0.9)比较，当LTR值小于阈值时，相应的电磁阀打开；当LTR值大于阈值时，相应的电磁阀闭合；相应的电磁阀根据车辆的转向情况确定，具体见控制方法中的步骤(2)、(3)。
如图2所示，减振器的结构示意图，包括减振器壳体91、活塞柱92、工作腔93、减振器活塞94、储油腔95、阻尼调节器96、限位弹簧97、阻尼调节器活塞98、阻尼调节器油腔99、阻尼调节器油路输入口910和阻尼调节器位移传感器911；减振器壳体91内部设有活塞柱92和减振器活塞94，活塞柱92顶端伸出减振器壳体91，通过吊耳与车身连接，活塞柱92底端与减振器活塞94固定连接，减振器壳体91底端通过吊耳与悬架支撑连接；减振器活塞94将减振器内腔分为工作腔93和储油腔95；储油腔95出油口处的减振器壳体91加工为中空的腔体，腔体底端一侧设有阻尼调节器油路输入口910，阻尼调节器油路输入口910与液压油箱2连通，腔体内部从上到下依次设有阻尼调节器96和阻尼调节器活塞98，阻尼调节器96设置在储油腔95出油口处，阻尼调节器96和阻尼调节器活塞98固定连接，阻尼调节器96外部套设限位弹簧97，限位弹簧97上端与减振器壳体91连接，下端与阻尼调节器活塞98接触，阻尼调节器活塞98下部为调节阻尼调节器油腔99，腔体内部安装阻尼调节器位移传感器911。
该变阻尼减振器的工作原理为：阻尼调节器位移传感器911实时采集阻尼调节器活塞98的位置，并传输给ECU17，ECU17通过控制第二电磁阀10(或第四电磁阀24)的闭合时间点调节阻尼调节器油腔99内液压油的压力，使阻尼调节器活塞98驱动阻尼调节器96到达指定位置，从而控制进出储油腔95出油口的流速，实现变阻尼控制。
图3所示为一种商用车的集成防侧翻系统的控制方法，具体步骤如下：
步骤(1)，ECU17接收方向盘转矩/转角传感器18和车身侧倾角的信号，根据方向盘1转矩/转角和LTR值控制油泵4与电磁阀；当转向请求为左转时，执行步骤(2)；当转向请求为右转时，执行步骤(3)；
步骤(2)，ECU17控制通道电磁阀5的通道二打开、通道一闭合，第二电磁阀10、第三电磁阀19和第二单向电磁阀20处于闭合状态，第一单向电磁阀6处于导通状态，油泵4工作，液压油箱2内的液压油由油泵4分别送到液压缸15的左侧、左前轮制动器7和右侧减振器23；ECU17再根据方向盘1的转矩/转角以及LTR值与阈值的大小关系，控制第一电磁阀3的闭合时间点，左前轮制动器7工作使左前轮13降到指定轮速(为现有技术)，产生差动横摆力矩；同时ECU17根据阻尼调节器活塞98的位置控制第四电磁阀24的闭合时间点，增大整车右侧悬架刚度，从而产生防侧翻力矩，与横摆力矩耦合共同作用于车身，直到LTR值在阈值范围内，左转防侧翻控制结束；左转过程中液压油流动方向如图4所示；
步骤(3)，ECU17控制通道电磁阀5的通道一打开、通道二闭合，第一电磁阀3、第四电磁阀24和第一单向电磁阀6处于闭合状态，第二单向电磁阀20处于导通状态，油泵4工作，液压油箱2内的液压油由油泵4分别送到液压缸15的右侧、右前轮制动器21和左侧减振器9；ECU17再根据方向盘1转矩/转角以及LTR值与阈值的大小关系，控制第三电磁阀19的闭合时间点，右前轮制动器21工作使右前轮27降到指定轮速，产生差动横摆力矩；同时ECU17根据阻尼调节器活塞98的位置控制第二电磁阀10的闭合时间点，从而产生防侧翻力矩，与横摆力矩耦合共同作用于车身，直到LTR值在阈值范围内，右转防侧翻控制结束；右转过程中液压油流动方向如图5所示。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种集成防侧翻系统的控制方法，其特征在于，ECU(17)根据转向请求类型，打开通道电磁阀(5)的相应通道、能够增加制动器油路压力的电磁阀，ECU(17)控制产生差动横摆力矩和防侧翻力矩的电磁阀的闭合时间点，从而产生差动横摆力矩和防侧翻力矩；
所述转向请求的类型包括左转和右转；
当转向请求为左转时，通道电磁阀(5)的通道二打开，第二电磁阀(10)、第三电磁阀(19)和第二单向电磁阀(20)闭合，第一单向电磁阀(6)导通，ECU(17)控制第一电磁阀(3)的闭合时间点，使左前轮(13)产生差动横摆力矩，同时ECU(17)控制第四电磁阀(24)的闭合时间点，产生防侧翻力矩；
当转向请求为右转时，通道电磁阀(5)的通道一打开，第一电磁阀(3)、第四电磁阀(24)和第一单向电磁阀(6)闭合，第二单向电磁阀(20)导通，ECU(17)控制第三电磁阀(19)的闭合时间点，使右前轮(27)产生差动横摆力矩，同时ECU(17)控制第二电磁阀(10)的闭合时间点，产生防侧翻力矩；
所述第二电磁阀(10)、第四电磁阀(24)的闭合时间点由阻尼调节器活塞(98)的位置控制，通过所述闭合时间点调节阻尼调节器油腔(99)内液压油的压力，使阻尼调节器活塞(98)驱动阻尼调节器(96)到达指定位置，控制进出储油腔出油口的流速，实现变阻尼控制；
液压油箱(2)分别通过主油路一和主油路二与液压缸(15)左右两侧连通，主油路一连通左前轮制动器(7)、右侧减振器(23)的液压管路上分别设有第一单向电磁阀(6)、第四电磁阀(24)，主油路二连通右前轮制动器(21)、左侧减振器(9)的液压管路上分别设有第二单向电磁阀(20)、第二电磁阀(10)，左前轮制动器(7)连通液压油箱(2)的液压管路上设有第一电磁阀(3)，右前轮制动器(21)连通液压油箱(2)的液压管路上设有第三电磁阀(19)，主油路一、主油路二分别通过通道电磁阀(5)的通道二、通道一与油泵(4)相连；所述左侧减振器(9)和右侧减振器(23)均采用变阻尼减振器。
2.一种实现权利要求1所述的控制方法的集成防侧翻系统，其特征在于，包括液压油箱(2)，液压油箱(2)分别通过主油路一和主油路二与液压缸(15)左右两侧连通，主油路一连通左前轮制动器(7)、右侧减振器(23)的液压管路上分别设有第一单向电磁阀(6)、第四电磁阀(24)，主油路二连通右前轮制动器(21)、左侧减振器(9)的液压管路上分别设有第二单向电磁阀(20)、第二电磁阀(10)，左前轮制动器(7)连通液压油箱(2)的液压管路上设有第一电磁阀(3)，右前轮制动器(21)连通液压油箱(2)的液压管路上设有第三电磁阀(19)，主油路一、主油路二分别通过通道电磁阀(5)的通道二、通道一与油泵(4)相连；所述左侧减振器(9)和右侧减振器(23)均采用变阻尼减振器；
还包括ECU(17)，ECU(17)与油泵(4)、通道电磁阀(5)、第一电磁阀(3)、第二电磁阀(10)、第三电磁阀(19)、第四电磁阀(24)、第一单向电磁阀(6)和第二单向电磁阀(20)连接。
3.根据权利要求2所述的集成防侧翻系统，其特征在于，所述变阻尼减振器的储油腔出油口处的壳体加工为中空的腔体，腔体底端一侧设有阻尼调节器油路输入口(910)，腔体内部从上到下依次设有固定连接的阻尼调节器(96)和阻尼调节器活塞(98)，阻尼调节器(96)外部套设限位弹簧(97)，腔体内部还安装阻尼调节器位移传感器(911)。
4.根据权利要求3所述的集成防侧翻系统，其特征在于，所述阻尼调节器活塞(98)下部为调节阻尼调节器油腔(99)。
5.根据权利要求3所述的集成防侧翻系统，其特征在于，所述阻尼调节器油路输入口(910)与液压油箱(2)连通。
6.根据权利要求5所述的集成防侧翻系统，其特征在于，所述ECU(17)与方向盘转矩/转角传感器(18)、左前轮速传感器(11)、右前轮速传感器(25)、阻尼调节器位移传感器(911)和车身侧倾角传感器连接。
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