CN113085837A - 车辆主动侧倾控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆行驶稳定性控制技术领域，公开了一种车辆主动侧倾控制方法，所采用的技术措施为：设置一个变力矩系数K，依据车辆转向角修正量△θ改变转向内侧驱动轮的驱动扭矩；车辆行驶过程中，通过变力矩系数K和车辆转向角修正量△θ计算出力矩修正量△T，将转向内侧驱动轮的扭矩提高△T，左右两侧形成一定驱动力矩差使车辆在转向行驶之前呈现出反向转向的趋势，以提供反向离心力，为车辆的主动侧倾运动提供部分力矩，从而降低驱动车辆侧倾所需要的功率，可以减少车辆侧倾驱动模块所占用的空间、重量和成本。

Description

车辆主动侧倾控制方法

技术领域

本发明涉及一种车辆主动侧倾控制方法，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、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具有实际应用价值。

发明专利CN110341697、车辆转向主动侧倾控制方法，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，在保障了车辆行驶安全性，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主动侧倾控制方法，设置一个变力矩系数K，车辆在弯道侧倾行驶时，通过增加转向内侧驱动轮的瞬时驱动扭矩，提供反向离心力，以减小主动侧倾车辆侧倾驱动功率。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下：

车辆主动侧倾控制方法包括：

⑻给定车辆性能参数：车辆质量m，重力加速度g，车辆转向比i，变力矩系数K；设置车辆控制参数：车辆转向信号b，b>0表示车辆左转向行驶，b＝0表示车辆直线行驶，b<0表示车辆右转向行驶；设置车辆行驶参数：车辆行驶速度v，车辆转向角θ、初始车辆转向角θ₀＝0，车辆侧倾角β，初始车辆侧倾角β₀＝0、左驱动轮驱动力矩Tl，初始左驱动轮驱动力矩Tl₀、右驱动轮驱动力矩Tr，初始右驱动轮驱动力矩Tr₀；

⑼给出操作意图信息，包括车辆加、减速及转向信号；

⑽车辆行驶过程中，读取车辆转向信号b，车载传感器动态读取车辆行驶速度v、左驱动轮驱动力矩Tl、右驱动轮驱动力矩Tr；

⑾计算车辆转向角θ＝i×b；

⑿Tl₀＝Tl、Tr₀＝Tr；

⒀计算转向角修正量Δθ＝θ-θ₀；如果满足θ＝0且Δθ＝0，执行车辆侧倾角β＝0、侧倾回正，车辆直线行驶，转到步骤⑺；否则，计算变力矩修正量ΔT＝|K×Δθ|，计算车辆转弯半径r＝f₁(θ)，满足转弯时力矩平衡条件：mg×tanβ＝mv²/r，由tanβ＝v²/(g×r)解算出车辆侧倾角β；

顺序执行以下三项：

④如果Δθ>0，执行左驱动轮驱动力矩Tl＝Tl₀+ΔT，如果Δθ<0，执行右驱动轮驱动力矩Tr＝Tr₀+ΔT；

⑤执行侧倾角修正量Δβ＝β-β₀；

⑥执行转向角修正量Δθ＝θ-θ₀，车辆侧倾、转向行驶；

⒁β₀＝β、θ₀＝θ，回到步骤⑵继续。

设置一个变力矩系数K，依据转向角修正量Δθ改变转向内侧驱动轮的驱动扭矩；车辆行驶过程中，如果满足θ＝0且Δθ＝0，车辆直线行驶，不执行侧倾；否则，通过变力矩系数K和转向角修正量Δθ计算出力矩修正量ΔT，将转向内侧驱动轮的扭矩提高ΔT，使车辆产生反向转向的趋势，以提供反向离心力，为车辆的主动侧倾运动提供力矩以减小驱动车辆侧倾所需要的功率。

本发明的有益效果在于，所提出的一种车辆主动侧倾控制方法，通过变力矩系数K和转向角修正量Δθ计算出力矩修正量ΔT，将转向内侧驱动轮的扭矩提高ΔT，使车辆产生反向转向的趋势，以提供反向离心力，为车辆的主动侧倾运动提供力矩，从而降低驱动车辆侧倾所需要的功率，可以减少车辆侧倾驱动模块所占用的空间、重量和成本。

附图说明

图1为车辆主动侧倾控制方法流程图；

图2为前轮转向后轮驱动的侧倾正三轮车转向原理图；

图3为前轮转向后轮驱动的侧倾四轮车辆转向原理图；

图4为后轮转向前轮驱动的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所示的车辆主动侧倾控制方法流程图，车辆主动侧倾控制方法包括如下步骤：

⑴给定车辆性能参数：车辆质量m，重力加速度g，车辆转向比i，变力矩系数K；设置车辆控制参数：车辆转向信号b，b>0表示车辆左转向行驶，b＝0表示车辆直线行驶，b<0表示车辆右转向行驶；设置车辆行驶参数：车辆行驶速度v，车辆转向角θ、初始车辆转向角θ₀＝0，车辆侧倾角β、初始车辆侧倾角β₀＝0，左驱动轮驱动力矩Tl、初始左驱动轮驱动力矩Tl₀，右驱动轮驱动力矩Tr、初始右驱动轮驱动力矩Tr₀；

⑵给出操作意图信息，包括车辆加、减速及转向信号；

⑶车辆行驶过程中，读取车辆转向信号b，车载传感器动态读取车辆行驶速度v、左驱动轮驱动力矩Tl、右驱动轮驱动力矩Tr；

⑷计算车辆转向角θ＝i×b；

⑸Tl₀＝Tl、Tr₀＝Tr；

⑹计算转向角修正量Δθ＝θ-θ₀；如果满足θ＝0且Δθ＝0，执行车辆侧倾角β＝0、侧倾回正，车辆直线行驶，转到步骤⑺；否则，计算变力矩修正量ΔT＝|K×Δθ|，计算车辆转弯半径r＝f₁(θ)，满足转弯时力矩平衡条件：mg×tanβ＝mv²/r，由tanβ＝v²/(g×r)解算出车辆侧倾角β；

顺序执行以下三项：

①如果Δθ>0，执行左驱动轮驱动力矩Tl＝Tl₀+ΔT，如果Δθ<0，执行右驱动轮驱动力矩Tr＝Tr₀+ΔT，通过两个驱动轮的驱动力矩差，提供与转向方向相反的力矩，使车辆在转向行驶之前，产生反向转向的趋势，形成反向离心力，为车辆的主动侧倾运动提供力矩；

②执行侧倾角修正量Δβ＝β-β₀；

③执行转向角修正量Δθ＝θ-θ₀，车辆侧倾、转向行驶；

⑺β₀＝β、θ₀＝θ，回到步骤⑵继续。

设置一个变力矩系数K，依据转向角修正量Δθ改变转向内侧驱动轮的驱动扭矩；车辆行驶过程中，如果满足θ＝0且Δθ＝0，车辆直线行驶，不执行侧倾；否则，通过变力矩系数K和转向角修正量Δθ计算出力矩修正量ΔT，将转向内侧驱动轮的扭矩提高ΔT，使车辆产生反向转向的趋势，以提供反向离心力，为车辆的主动侧倾运动提供力矩。

信号检测和读取方法：车辆转向角θ和车辆侧倾角β，由型号为WHT905-485的陀螺仪检测得到，陀螺仪应放置于车辆侧倾部分质心处；车辆转向信号b，由型号为MCU-MPC5744P的控制器进行数据转换，通过CAN总线通信；车辆瞬时速度v，由型号为CM12-45P-1-24J轮速传感器检测得到；左驱动轮驱动力矩Tl、右驱动轮驱动力矩Tr，由型号为HCNJ-101的动态非接触扭矩传感器检测得到；

输出控制方法：左驱动轮驱动力矩Tl和右驱动轮驱动力矩Tr，由型号为EM-200/72600扭矩环控制器控制。

针对图2所示的前轮转向后轮驱动的侧倾正三轮车转向原理图，试验样机选取：车辆质量m＝200kg，变力矩系数K＝5Nm/°，驱动轮半径r_w＝0.25m，轮距B＝1m，轴距L＝2m。

降低驱动车辆侧倾所需功率的方法：车辆行驶过程中，Tr＝Tl＝125Nm，θ＝7°，Δθ＝5°时，此时，θ₀＝2°，车辆左转，通过变力矩系数K和转向角修正量Δθ计算出力矩修正量ΔT＝K×Δθ＝25Nm，使左驱动轮驱动力矩Tl＝Tl₀+ΔT＝150Nm；左右两侧形成一定驱动力矩差使车辆在转向行驶之前呈现出反向转向的趋势，以提供反向离心力F_c＝L×B×ΔT/(4r_w)＝1000N，为车辆的主动侧倾运动提供力矩，从而降低驱动车辆侧倾所需要的功率，可以减少车辆侧倾驱动模块所占用的空间、重量和成本。

图2所示的前轮转向后轮驱动的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，初始转向角θ₀，转弯半径r₀＝f₁(θ₀)＝L/tanθ₀。

图3所示的前轮转向后轮驱动的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，车辆轴距L、转向节主轴距离K，转向角θ，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＝f₁(θ)＝Lcot(θ_i)+K/2。

图4所示的后轮转向前轮驱动的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，转弯半径r＝f₁(θ)＝L/tanθ。

车辆主动侧倾控制方法中，车辆进行主动侧倾时，通过反向转向提供反向离心力，为车辆的主动侧倾运动提供力矩，从而降低驱动车辆侧倾所需要的功率，可以减少车辆侧倾驱动模块所占用的空间、重量和成本。

Claims (1)

1.车辆主动侧倾控制方法，其特征在于，包括：

⑴给定车辆性能参数：车辆质量m，重力加速度g，车辆转向比i，变力矩系数K；设置车辆控制参数：车辆转向信号b，b>0表示车辆左转向行驶，b＝0表示车辆直线行驶，b<0表示车辆右转向行驶；设置车辆行驶参数：车辆行驶速度v，车辆转向角θ、初始车辆转向角θ₀＝0，车辆侧倾角β，初始车辆侧倾角β₀＝0、左驱动轮驱动力矩Tl，初始左驱动轮驱动力矩Tl₀、右驱动轮驱动力矩Tr，初始右驱动轮驱动力矩Tr₀；

⑵给出操作意图信息，包括车辆加、减速及转向信号；

⑶车辆行驶过程中，读取车辆转向信号b，车载传感器动态读取车辆行驶速度v、左驱动轮驱动力矩Tl、右驱动轮驱动力矩Tr；

⑷计算车辆转向角θ＝i×b；

⑸Tl₀＝Tl、Tr₀＝Tr；

⑹计算转向角修正量Δθ＝θ-θ₀；如果满足θ＝0且Δθ＝0，执行车辆侧倾角β＝0、侧倾回正，车辆直线行驶，转到步骤⑺；否则，计算变力矩修正量ΔT＝|K×Δθ|，计算车辆转弯半径r＝f₁(θ)，满足转弯时力矩平衡条件：mg×tanβ＝mv²/r，由tanβ＝v²/(g×r)解算出车辆侧倾角β；

顺序执行以下三项：

①如果Δθ>0，执行左驱动轮驱动力矩Tl＝Tl₀+ΔT，如果Δθ<0，执行右驱动轮驱动力矩Tr＝Tr₀+ΔT；

②执行侧倾角修正量Δβ＝β-β₀；

③执行转向角修正量Δθ＝θ-θ₀，车辆侧倾、转向行驶；

⑺β₀＝β、θ₀＝θ，回到步骤⑵继续。

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