CN111688672B - 车辆侧倾控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆行驶稳定性控制技术领域，公开了一种车辆侧倾控制方法，所采用的技术措施为：通过设置一个车辆许用最大侧倾角β_m，车辆转向行驶过程中，依据计算所需侧倾角β与β_m的关系判断是否执行车辆减速，同时执行车辆侧倾、转向，保障车辆行驶稳定性；设置一个许用最大侧向力P_m，通过分析车辆瞬时侧向力P，抵消由于地形变化引起车辆侧翻力(P‑P_m)，保障车辆行驶安全性；引入侧倾控制系数k，保留了驾乘者的转向体验感；通过保留不大于P_m部分侧向力，以便保留驾乘者的横坡行驶体验感。

Description

车辆侧倾控制方法

技术领域

本发明涉及一种车辆侧倾控制方法，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，发明专利车辆转向侧倾装置及侧倾控制方法CN109353406，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、安全性和乘坐舒适性，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。

发明专利车辆转向主动侧倾控制方法CN110341697，通过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。

发明内容

本发明目的是要提供一种车辆侧倾控制方法，设置一个车辆许用最大侧倾角β_m，车辆转向行驶过程中，依据计算消除转弯离心力所需侧倾角β与β_m的关系判断是否执行车辆减速，同时执行车辆侧倾、转向，保障车辆行驶稳定性；设置一个许用最大侧向力P_m，通过分析车辆瞬时侧向力P，消除由于地形变化引起车辆侧翻力(P-P_m)，保障车辆行驶安全性。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下：

车辆侧倾控制方法包括：

(1)、给定车辆性能参数：转向器减速比i，许用最大侧倾角β_m，许用最大侧向力P_m，β₀＝0、θ₀＝0；

(2)、车辆行驶过程中，给出驾驶意图信息，包括车辆加、减速信息及方向控制信息；

(3)、执行车辆加、减速或方向盘转角；

(4)、车载传感器动态读取车辆瞬时速度v、方向盘转角α；

(5)、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＝mv²/r，由tanβ＝v²/(g×r)解算出侧倾角β；

如果β＞β_m，计算制动加速度a＝[v-(gr×tanβ_m)^0.5]/t₀，执行制动加速度a，车辆减速，取β＝β_m，执行侧倾角修正量Δβ＝β-β₀，转到步骤(6)；

否则，执行侧倾角修正量Δβ＝kβ-β₀，进行下一步；

(6)、执行转向角修正量Δθ＝θ-θ₀，车辆侧倾、转向行驶；

(7)、车载传感器动态读取车辆瞬时侧向加速度c，计算车辆瞬时侧向力P＝mc；

(8)、如果P≤P_m，车辆继续行驶，转到步骤(9)；

否则，计算侧倾角修正量Δβ＝arctan[(P-P_m)/(m×g)]，执行侧倾角修正量Δβ，车辆侧倾修正行驶；

(9)、β₀＝β、θ₀＝θ，读入驾驶意图信息，回到步骤(3)继续。

其中：转向器减速比i，重力加速度g，车辆侧倾部分质量m，侧倾控制系数k、0＜k≤1，紧急制动时间t₀；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。

通过设置一个车辆许用最大侧倾角β_m，依据计算消除转弯离心力所需侧倾角β与β_m的关系判断是否执行车辆减速，同时执行车辆侧倾、转向，保障车辆行驶稳定性；车辆转向行驶过程中，如果β≤β_m时，执行侧倾角修正量Δβ＝kβ-β₀和转向角修正量Δθ＝θ-θ₀，消除转弯离心力，车辆侧倾、转向行驶；由于行驶速度v太高，产生β＞β_m时，车辆执行减速，同时执行侧倾角修正量Δβ＝β_m-β₀和转向角修正量Δθ＝θ-θ₀，消除转弯离心力，车辆侧倾、转向行驶。设置一个许用最大侧向力P_m，由于地形变化车辆产生侧向加速度c，引起车辆侧向力P＝mc，依据P与P_m的关系判断是否执行侧翻力抵消操作；车辆行驶过程中，地形变化引起车辆横滚运动，当P＞P_m时，车辆主动侧倾消除侧翻力(P-P_m)，保障车辆行驶安全性。其中：侧倾控制系数k、0＜k≤1，车辆转向行驶过程中，车辆侧倾到侧倾角kβ，残留部分转弯离心力，保留了驾乘者的转向体验感。

本发明的有益效果在于，所提出的一种车辆侧倾控制方法，设置一个车辆许用最大侧倾角β_m，车辆转向行驶过程中，依据计算所需侧倾角β与β_m的关系判断是否执行车辆减速，同时执行车辆侧倾、转向，保障车辆行驶稳定性；设置一个许用最大侧向力P_m，通过分析车辆瞬时侧向力P，抵消由于地形变化引起车辆侧翻力(P-P_m)，保障车辆行驶安全性；引入侧倾控制系数k，保留了驾乘者的转向体验感。

附图说明

图1为车辆侧倾控制方法流程图；

图2为前轮转向侧倾正三轮车转向原理图；

图3为前轮转向侧倾四轮车辆转向原理图；

图4为后轮转向侧倾倒三轮车转向原理图；

图5为前轮转向侧倾倒三轮车转向原理图。

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所示的车辆侧倾控制方法流程图，车辆侧倾控制方法包括如下步骤：

(1)、给定车辆性能参数：转向器减速比i，许用最大侧倾角β_m，许用最大侧向力P_m，β₀＝0、θ₀＝0；

(2)、车辆行驶过程中，给出驾驶意图信息，包括车辆加、减速信息及方向控制信息；

(3)、执行车辆加、减速或方向盘转角；

(4)、车载传感器动态读取车辆瞬时速度v、方向盘转角α；

(5)、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＝mv²/r，由tanβ＝v²/(g×r)解算出侧倾角β；

如果β＞β_m，计算制动加速度a＝[v-(gr×tanβ_m)^0.5]/t₀，执行制动加速度a，车辆减速，取β＝β_m，执行侧倾角修正量Δβ＝β-β₀，消除转弯离心力，转到步骤(6)；

否则，执行侧倾角修正量Δβ＝kβ-β₀，消除部分转弯离心力，进行下一步；

(6)、执行转向角修正量Δθ＝θ-θ₀，车辆侧倾、转向行驶；

(7)、车载传感器动态读取车辆瞬时侧向加速度c，计算车辆瞬时侧向力P＝mc；

(8)、如果P≤P_m，车辆继续行驶，转到步骤(9)；

否则，计算侧倾角修正量Δβ＝arctan[(P-P_m)/(m×g)]，执行侧倾角修正量Δβ，消除侧翻力(P-P_m)，

车辆侧倾修正行驶；

(9)、β₀＝β、θ₀＝θ，读入驾驶意图信息，回到步骤(3)继续。

其中：转向器减速比i，重力加速度g、g＝9.8m/s²，车辆侧倾部分质量m，紧急制动时间t₀，侧倾控制系数k、0＜k≤1；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。

通过设置一个车辆许用最大侧倾角β_m，依据计算消除转弯离心力所需侧倾角β与β_m的关系判断是否执行车辆减速，同时执行车辆侧倾、转向，保障车辆行驶稳定性；车辆转向行驶过程中，如果β≤β_m时，执行侧倾角修正量Δβ＝kβ-β₀和转向角修正量Δθ＝θ-θ₀，消除转弯离心力，车辆侧倾、转向行驶；由于行驶速度v太高，产生β＞β_m时，车辆执行减速，同时执行侧倾角修正量Δβ＝β_m-β₀和转向角修正量Δθ＝θ-θ₀，消除转弯离心力，车辆侧倾、转向行驶。设置一个许用最大侧向力P_m，由于地形变化车辆产生侧向加速度c，引起车辆侧向力P＝mc，依据P与P_m的关系判断是否执行侧翻力抵消操作；车辆行驶过程中，地形变化引起车辆横滚运动，当P＞P_m时，车辆主动侧倾消除侧翻力(P-P_m)，保障车辆行驶安全性。其中：侧倾控制系数k、0＜k≤1，车辆转向行驶过程中，车辆侧倾到侧倾角kβ，残留部分转弯离心力，保留了驾乘者的转向体验感。

针对图5所示的前轮转向侧倾倒三轮车转向原理图，试验样机选取：转向器减速比i＝3，侧倾控制系数k＝0.9，许用最大侧倾角β_m＝45°，许用最大侧向力P_m＝200N，紧急制动时间t₀＝0.25s。

信号检测和读取方法：方向盘转角α，由型号为PandAuto P3036-C-90-V1-L-5的角度传感器检测得到；车辆瞬时速度v，由型号为CM12-45P-1-24J轮速传感器检测得到；侧向加速度c，由型号为GY-521 MPU6050的加速度计检测得到，最大加速度分辨率为16384LSB/g，应放置于车辆侧倾部分质心处。

车辆转向行驶过程中，计算消除转弯离心力所需侧倾角β，由于车辆行驶速度v太高、产生β＞β_m时，车辆需要减速，此时车辆转向角θ、转弯半径r，此时满足转弯力平衡条件为：mg×tanβ＝mv²/r，同时许用力平衡条件为：mg×tanβ_m＝mv_m ²/r，此时满足转弯力平衡条件下的许用行驶速度v_m，则v_m＝v-a×t₀，即a＝(v-v_m)/t₀，故制动加速度

执行制动加速度a，车辆减速至v_m，同时执行侧倾角修正量Δβ＝β_m-β₀，车辆侧倾到许用最大侧倾角β_m，消除转弯离心力，保障车辆行驶稳定性。

车辆侧翻力消除方法：车辆在行使过程中，侧向力P由地形变化、或侧坡行驶导致车身与地面产生倾斜，于是车辆侧翻力P-P_m＝mg×tanΔβ，由此解出侧倾角修正量Δβ＝arctan[(P-P_m)/(m×g)]，执行侧倾角修正量Δβ，消除侧翻力(P-P_m)，车辆侧倾修正行驶，避免侧翻，保障车辆行驶安全性。

车辆转弯半径函数r＝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；当转向角θ＝0，r→∞，车辆直线行驶。

图2所示的前轮转向侧倾正三轮车转向原理图，为具有侧倾功能的前轮转向、后轮驱动的正三轮车，车辆轴距L，转向角θ时，转弯半径r＝L/tanθ。

图3所示的前轮转向侧倾四轮车辆转向原理图，为具有侧倾功能的双前轮转向、后轮驱动的四轮车辆，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4所示的后轮转向侧倾倒三轮车转向原理图，为具有侧倾功能的后轮转向、前轮驱动的倒三轮车，车辆轴距L，转向角θ时，转弯半径r＝L/tanθ。

图5所示的前轮转向侧倾倒三轮车转向原理图，为具有侧倾功能的双前轮转向、后轮驱动的倒三轮车，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(θ₁)+K/2。

车辆侧倾控制方法中，通过设置一个车辆许用最大侧倾角β_m，车辆转向行驶过程中，依据计算所需侧倾角β与β_m的关系判断是否执行车辆减速，同时执行车辆侧倾、转向，保障车辆行驶稳定性；设置一个许用最大侧向力P_m，通过分析车辆瞬时侧向力P，抵消由于地形变化引起车辆侧翻力(P-P_m)，保障车辆行驶安全性；引入侧倾控制系数k，保留了驾乘者的转向体验感；通过保留不大于P_m部分侧向力，以便保留驾乘者的横坡行驶体验感。

Claims (1)

1.车辆侧倾控制方法，其特征在于，包括：

(1)、给定车辆性能参数：转向器减速比i，许用最大侧倾角β_m，许用最大侧向力P_m，紧急制动时间t₀，侧倾控制系数k、0＜k≤1，侧倾角初值β₀＝0，转向角初值θ₀＝0；

(2)、车辆行驶过程中，给出驾驶意图信息，包括车辆加、减速信息及方向控制信息；

(3)、执行车辆加、减速或方向盘转角；

(4)、车载传感器动态读取车辆瞬时速度v、方向盘转角α；

(5)、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＝mv²/r，由tanβ＝v²/(g×r)解算出侧倾角β；

如果β＞β_m，计算制动加速度a＝[v-(gr×tanβ_m)^0.5]/t₀，执行制动加速度a，车辆减速，取β＝β_m，执行侧倾角修正量Δβ＝β-β₀，转到步骤(6)；

否则，执行侧倾角修正量Δβ＝kβ-β₀，进行下一步；

(6)、执行转向角修正量Δθ＝θ-θ₀，车辆侧倾、转向行驶；

(7)、车载传感器动态读取车辆瞬时侧向加速度c，计算车辆瞬时侧向力P＝mc；

(8)、如果P≤P_m，车辆继续行驶，转到步骤(9)；

否则，计算侧倾角修正量Δβ＝arctan[(P-P_m)/(m×g)]，执行侧倾角修正量Δβ，车辆侧倾修正行驶；

(9)、β₀＝β、θ₀＝θ，读入驾驶意图信息，回到步骤(3)继续。

Images