CN114435055B - 主动侧倾控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了主动侧倾控制的方法和系统。提供了一种用于车身主动侧倾控制的系统，该系统包括可操作以监测车身倾斜的传感器和悬架系统。该悬架系统包括主动摆杆，该摆杆包括第一杆部、第二杆部和设置在第一杆部与第二杆部之间的主动侧倾控制马达。主动侧倾控制马达可操作以相对于第二杆部转动第一杆部。该系统还包括计算机化主动侧倾控制控制器，该控制器可操作来监测包括直线驾驶和在道路上拐弯之一的驾驶模式，监测传感器的输出，基于驾驶模式和传感器的输出确定期望的侧倾力矩，并基于期望的侧倾力矩控制主动侧倾控制马达。

Description

主动侧倾控制的方法和系统
技术领域
本公开总体上涉及用于主动侧倾控制的方法和系统。
背景技术
车辆包括悬架系统，该悬架系统用于缓冲车辆受到的道路上高低不平特征的影响。悬架包括减震设备，该减震设备包括内部弹簧和阻尼机构，以过滤掉车辆的颠簸或不稳定。车辆悬架系统可以是电子调整的，例如，悬架系统的刚度或其他性质可以针对诸如乘坐品质或平稳性和性能等品质进行调整。
发明内容
提供了一种用于主动侧倾控制的系统。该系统包括：两个车轮，包括左轮和右轮；车辆的车身；传感器，其可操作来监测车身倾斜；车辆悬架系统，其可操作来将车身支撑在两个车轮上方。车辆悬架系统包括主动摆杆，该主动摆杆可操作以将力从车辆悬架系统的第一侧传递到车辆悬架系统的第二侧，以便提供对车身倾斜的控制。主动摆杆包括第一杆部、第二杆部和设置在第一杆部与第二杆部之间的主动侧倾控制马达。主动侧倾控制马达可操作以相对于第二杆部转动第一杆部。该系统还包括计算机化主动侧倾控制控制器，该控制器可操作来监测包括直线驾驶和在道路上拐弯之一的驾驶模式，监测传感器的输出，基于驾驶模式和传感器的输出确定期望的侧倾力矩，并基于期望的侧倾力矩控制主动侧倾控制马达。
在一些实施例中，驾驶模式包括直线驾驶，控制主动侧倾控制马达包括相对于第二杆部转动第一杆部，以优化和控制由侧向路面不规则性导致的车身侧倾加速度。
在一些实施例中，当驾驶模式包括在道路上拐弯时，控制主动侧倾控制马达包括相对于第二杆部转动第一杆部，以增加传递的力并导致车身相对于地面的倾斜减小。
在一些实施例中，基于驾驶模式确定期望的侧倾力矩包括混合优先考虑乘坐品质的期望侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望侧倾力矩。
在一些实施例中，基于车辆速度、车辆横向加速度、横摆率和方向盘输入来混合优先考虑乘坐品质的期望侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望侧倾力矩。
在一些实施例中，确定期望的侧倾力矩包括确定车身的总侧倾力矩。
在一些实施例中，确定车身的总侧倾力矩包括利用前馈侧倾力矩确定和反馈侧倾力矩确定。
根据替代实施例，提供了一种用于主动侧倾控制的系统。该系统包括：四个车轮，包括两个前车轮和两个后车轮；车辆的车身；以及传感器，其可操作来监测车身倾斜。该系统还包括车辆悬架系统，该车辆悬架系统可操作以将车身支撑在前轮和后轮上方。车辆悬架系统包括对应于两个前车轮的第一主动摆杆，第一主动摆杆可操作以将力从车辆悬架系统的第一侧传递到车辆悬架系统的第二侧，以便提供对车身倾斜的控制。第一主动摆杆包括第一杆部、第二杆部和设置在第一杆部与第二杆部之间的第一主动侧倾控制马达。第一主动侧倾控制马达可操作以相对于第二杆部转动第一杆部。车辆悬架系统还包括对应于两个后车轮的第二主动摆杆，其可操作以将力从车辆悬架系统的第一侧传递到车辆悬架系统的第二侧，以便提供对车身倾斜的控制。第二主动摆杆包括第三杆部、第四杆部和设置在第三杆部与第四杆部之间的第二主动侧倾控制马达。第二主动侧倾控制马达可操作以相对于第四杆部转动第三杆部。该系统还包括计算机化主动侧倾控制控制器，该计算机化主动侧倾控制控制器可操作来监测包括直线驾驶和在道路上拐弯之一的驾驶模式，并监测传感器的输出。计算机化主动侧倾控制控制器还可操作用于基于驾驶模式和传感器的输出确定第一主动侧倾控制马达的第一期望侧倾力矩，并基于驾驶模式和传感器的输出确定第二主动侧倾控制马达的第二期望侧倾力矩。计算机化主动侧倾控制控制器还可操作以基于第一期望侧倾力矩控制第一主动侧倾控制马达，并基于第二期望侧倾力矩控制第二主动侧倾控制马达。
在一些实施例中，当驾驶模式包括直线驾驶时，控制第一主动侧倾控制马达包括相对于第二杆部转动第一杆部，以优化和控制由侧向路面不规则性导致的车身侧倾加速度。在一些实施例中，当驾驶模式包括直线驾驶时，控制第二主动侧倾控制马达包括相对于第四杆部转动第三杆，以优化和控制由侧向路面不规则性导致的车身侧倾加速度。
在一些实施例中，当驾驶模式包括在道路上拐弯时，控制第一主动侧倾控制马达包括相对于第二杆部转动第一杆部，以增加传递的力并导致车身相对于地面的倾斜减小。在一些实施例中，当驾驶模式包括在道路上拐弯时，控制第二主动侧倾控制马达包括相对于第四杆部转动第三杆部，以增加传递的力并导致车身相对于地面的倾斜减小。
在一些实施例中，基于驾驶模式确定第一期望侧倾力矩包括混合优先考虑乘坐品质的期望侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望侧倾力矩。
在一些实施例中，确定第一期望侧倾力矩和第二期望侧倾力矩包括确定车身的总侧倾力矩。
在一些实施例中，确定车身的总侧倾力矩包括利用前馈侧倾力矩确定和反馈侧倾力矩确定。
在一些实施例中，计算机化主动侧倾控制控制器还可操作来基于期望的侧倾力矩估计车身重心与车身侧倾中心之间的距离。在一些实施例中，车身重心与车身侧倾中心之间的距离用于改进确定车身总侧倾力矩的未来迭代。
根据替代实施例，提供了一种用于主动侧倾控制的方法。该方法包括：在车辆内的计算机化处理器内，监测包括直线驾驶和在道路上拐弯之一的驾驶模式；监测传感器的输出，传感器可操作来监测车辆车身倾斜；以及基于驾驶模式和传感器的输出确定期望的侧倾力矩。该方法还包括在计算机化处理器内，基于期望的侧倾力矩控制车辆悬架系统的主动摆杆的主动侧倾控制马达。主动摆杆可操作以将力从车辆悬架系统的第一侧传递到车辆悬架系统的第二侧，以便提供对车身倾斜的控制。
在一些实施例中，当驾驶模式包括直线驾驶时，控制主动侧倾控制马达包括相对于主动摆杆的第二杆部转动主动摆杆的第一杆部，以优化和控制由侧向路面不规则性导致的车身侧倾加速度。
在一些实施例中，当驾驶模式包括在道路上拐弯时，控制主动侧倾控制马达包括相对于主动摆杆的第二杆部转动主动摆杆的第一杆部，以增加传递的力并导致车身相对于地面的倾斜减小。
在一些实施例中，基于驾驶模式确定期望的侧倾力矩包括混合优先考虑乘坐品质的期望侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望侧倾力矩。
在一些实施例中，混合优先考虑乘坐品质的期望侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望侧倾力矩是基于车辆速度、车辆横向加速度和方向盘输入。
在一些实施例中，确定期望的侧倾力矩包括确定车身的总侧倾力矩。
在一些实施例中，确定车身的总侧倾力矩包括利用前馈侧倾力矩确定和反馈侧倾力矩确定。
本发明可以包括以下方案：
1.一种用于主动侧倾控制的系统，包括：
两个车轮，包括左轮和右轮；
车辆的车身；
传感器，其可操作来监测所述车身的倾斜；
车辆悬架系统，其可操作以将所述车身支撑在所述两个车轮上方，并且包括：
主动摆杆，其可操作以将力从所述车辆悬架系统的第一侧传递到所述车辆悬架系统的第二侧，以便提供对所述车身的倾斜的控制，包括：
第一杆部；
第二杆部；和
主动侧倾控制马达，其设置在所述第一杆部与第二杆部之间，其中所述主动侧倾控制马达可操作以相对于所述第二杆部转动所述第一杆部；和
计算机化主动侧倾控制控制器，其操作以：
监测驾驶模式，所述驾驶模式包括直线驾驶和在道路上拐弯中的一种；
监测所述传感器的输出；
基于所述驾驶模式和所述传感器的输出确定期望的侧倾力矩；和
基于所述期望的侧倾力矩控制所述主动侧倾控制马达。
2.根据方案1所述的系统，其中当所述驾驶模式包括直线驾驶时，控制所述主动侧倾控制马达包括相对于所述第二杆部转动所述第一杆部，以优化和控制由侧向路面不规则性导致的车身侧倾加速度。
3.根据方案1所述的系统，其中当所述驾驶模式包括在道路上拐弯时，控制所述主动侧倾控制马达包括相对于所述第二杆部转动所述第一杆部，以增加传递的力，并导致所述车身相对于地面的倾斜减小。
4.根据方案1所述的系统，其中基于所述驾驶模式确定所述期望的侧倾力矩包括混合优先考虑乘坐品质的期望的侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望的侧倾力矩。
5.根据方案4所述的系统，其中混合优先考虑乘坐品质的期望的侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望的侧倾力矩是基于车辆速度、车辆横向加速度、横摆率和方向盘输入。
6.根据方案1所述的系统，其中确定期望的侧倾力矩包括确定车身的总侧倾力矩。
7.根据方案6所述的系统，其中确定车身的总侧倾力矩包括利用前馈侧倾力矩确定和反馈侧倾力矩确定。
8.根据方案6所述的系统，其中所述计算机化主动侧倾控制控制器还可操作用于基于所述期望的侧倾力矩来估计车身重心与车身侧倾中心之间的距离；和
其中所述车身重心与所述车身侧倾中心之间的距离用于改进确定所述车身的总侧倾力矩的未来迭代。
9.一种用于主动侧倾控制的系统，包括：
四个车轮，包括两个前车轮和两个后车轮；
车辆的车身；
传感器，其可操作来监测所述车身的倾斜；
车辆悬架系统，其可操作以将所述车身支撑在所述前轮和所述后轮上方，包括：
第一主动摆杆，其对应于所述两个前车轮，可操作以将力从所述车辆悬架系统的第一侧传递到所述车辆悬架系统的第二侧，以便提供对所述车身的所述倾斜的控制，包括：
第一杆部；
第二杆部；和
第一主动侧倾控制马达，其设置在所述第一杆部与所述第二杆部之间，其中所述第一主动侧倾控制马达可操作以相对于所述第二杆部转动所述第一杆部；
第二主动摆杆，其对应于所述两个后车轮，其可操作以将力从所述车辆悬架系统的第一侧传递到所述车辆悬架系统的第二侧，以便提供对所述车身的倾斜的控制，包括：
第三杆部；
第四杆部；和
第二主动侧倾控制马达，其设置在所述第三杆部与所述第四杆部之间，其中所述第二主动侧倾控制马达可操作以相对于所述第四杆部转动所述第三杆部；和
计算机化主动侧倾控制控制器，其操作以：
监测驾驶模式，所述驾驶模式包括直线驾驶和在道路上拐弯中的一种；
监测所述传感器的输出；
基于所述驾驶模式和所述传感器的输出确定用于第一主动侧倾控制马达的第一期望的侧倾力矩；
基于所述驾驶模式和所述传感器的输出确定用于第二主动侧倾控制马达的第二期望的侧倾力矩；
基于所述第一期望的侧倾力矩控制所述第一主动侧倾控制马达；和
基于所述第二期望的侧倾力矩控制所述第二主动侧倾控制马达。
10.根据方案9所述的系统，其中，当所述驾驶模式包括直线驾驶时，
控制所述第一主动侧倾控制马达包括相对于所述第二杆部转动所述第一杆部，以优化和控制由侧向路面不规则性导致的车身侧倾加速度，以及
控制所述第二主动侧倾控制马达包括相对于所述第四杆部转动所述第三杆部，以优化和控制由侧向路面不规则性导致的车身侧倾加速度。
11.根据方案9所述的系统，其中，当所述驾驶模式包括在所述道路上拐弯时，控制所述第一主动侧倾控制马达包括：相对于所述第二杆部转动所述第一杆部，以增加传递的力，并导致所述车身相对于地面的倾斜减小；和
控制所述第二主动侧倾控制马达包括相对于所述第四杆部转动所述第三杆部，以增加传递的力并导致所述车身相对于地面的倾斜减小。
12.根据方案9所述的系统，其中基于所述驾驶模式确定第一期望的侧倾力矩包括混合优先考虑乘坐品质的期望的侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望的侧倾力矩。
13.根据方案9所述的系统，其中确定所述第一期望的侧倾力矩和所述第二期望的侧倾力矩包括确定所述车身的总侧倾力矩。
14.根据方案13所述的系统，其中确定车身的总侧倾力矩包括利用前馈侧倾力矩确定和反馈侧倾力矩确定。
15.一种主动侧倾控制方法，包括：
在车辆内的计算机化处理器内，
监测驾驶模式，所述驾驶模式包括直线驾驶和在道路上拐弯中的一种；
监测传感器的输出，所述传感器可操作来监测所述车辆的车身倾斜；
基于所述驾驶模式和所述传感器的输出确定期望的侧倾力矩；和
基于所述期望的侧倾力矩控制车辆悬架系统的主动摆杆的主动侧倾控制马达；和
其中所述主动摆杆可操作以将力从所述车辆悬架系统的第一侧传递到所述车辆悬架系统的第二侧，以便提供对车身倾斜的控制。
16.根据方案15所述的方法，其中当所述驾驶模式包括直线驾驶时，控制所述主动侧倾控制马达包括相对于所述主动摆杆的第二杆部转动所述主动摆杆的第一杆部，以优化和控制由侧向路面不规则性导致的车身侧倾加速度。
17.根据方案15所述的方法，其中当所述驾驶模式包括在道路上拐弯时，控制所述主动侧倾控制马达包括相对于所述主动摆杆的第二杆部转动所述主动摆杆的第一杆部，以增加传递的力，并导致所述车身相对于地面的倾斜减小。
18.根据方案15所述的方法，其中基于驾驶模式确定期望的侧倾力矩包括混合优先考虑乘坐品质的期望的侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望的侧倾力矩。
19.根据方案18所述的方法，其中混合优先考虑乘坐品质的期望的侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望的侧倾力矩是基于车辆速度、车辆横向加速度、横摆率和方向盘输入。
20.根据方案19所述的方法，其中确定期望的侧倾力矩包括确定所述车身的总侧倾力矩。
附图说明
图1示意性地示出了根据本公开的包括可调整摆杆的示例性车辆悬架系统的部分；
图2示意性地示出了根据本公开的示例性车身和图1的车辆悬架系统；
图3示意性地示出了根据本公开的示例性计算机化主动侧倾控制控制器；
图4示出了根据本公开的在图3的计算机化主动侧倾控制控制器内实现主动侧倾控制的示例性数据流；
图5用曲线图示出了根据本公开作为车辆横向加速度的函数的侧倾角度测量的侧倾梯度测试结果；
图6用曲线图示出了根据本公开的侧倾增益和相位与车辆速度的关系；
图7示出了根据本公开的图3的计算机化主动侧倾控制控制器内的示例性数据流，以混合主动侧倾控制中的性能和乘坐品质因素；和
图8是示出根据本公开的用于车辆中主动侧倾控制的示例性方法的流程图。
具体实施方式
主动侧倾控制是一个过程，通过该过程，影响车辆悬架系统操作的因素被修改以实现期望的结果。这些期望的结果可能影响描述乘坐平稳性的乘坐品质和描述车辆性能、响应性和道路驾驶特性的操纵中的一者或两者。
根据一个示例性方法，主动侧倾控制可以通过利用一个或多个主动摆杆来实现。被动摆杆是将左悬架部件连接到右悬架部件的杆或扭簧。当悬架部件之一相对于车身移动时，被动摆杆将力从该悬架部件传递到相对侧的悬架部件，以控制车身相对于悬架部件和地面移动的量。主动摆杆包括将摆杆的第一半连接到摆杆的第二半的电动特征，其中电动特征的激活使得计算机化的控制器能够调制或调整在相对的悬架部件之间传递多少力。主动摆杆的这种调整可用于控制车辆的乘坐品质和性能。利用主动侧倾杆和控制算法，可以在不降低操纵性能的情况下改进乘坐品质。提供了一种系统和方法来减小侧倾梯度、改进横摆响应和改进乘坐品质。
所公开的系统和方法可以利用经由前馈传感器信息和/或侧倾角反馈来控制侧倾梯度的算法。该算法使用侧倾运动控制来改进乘坐品质。基于车辆速度、车辆横向加速度、横摆率和方向盘输入的混合算法可用于合并或平衡影响乘坐品质和性能的因素。
所公开的系统和方法可以基于可选择的驾驶员模式，例如偏好乘坐品质的模式或偏好改进性能的模式，允许使用多个侧倾梯度。所公开的系统和方法可以实现独立于悬架设计(例如，空气弹簧静态和动态速率)的恒定侧倾梯度。
根据一示例性方法，主动侧倾控制可以包括读取车辆水平信号和部件水平信号，根据本文描述的过程和方法计算请求的前和后主动摇摆控制马达扭矩，并基于计算的请求的前和后主动摇摆马达扭矩经由主动侧倾控制马达施加主动摇摆控制马达扭矩。
根据可根据本公开利用的一个示例性系统，这种系统可包括前和后主动侧倾控制马达、将马达连接到车身和其他悬架部件的杆、实施本文公开的方法的电子控制单元(ECU)、以及为了实施本文公开的方法而测量车辆的若干条件的传感器(例如，侧倾角传感器、侧倾率传感器和位置/加速度传感器)。
图1示意性地示出了包括可调整摆杆的示例性车辆悬架系统。图示的车辆悬架系统100包括主动摆杆120和计算机化主动侧倾控制控制器10。主动摆杆120被图示为包括主动侧倾控制马达160、第一杆部140、第二杆部130和车辆底盘安装轴承或橡胶衬套122。车辆底盘安装轴承或橡胶衬套122可将第一杆部140和第二杆部130中的每一个相对于车辆底盘构件保持就位，允许第一杆部140和第二杆部130各自分别相对于由车辆底盘安装轴承或橡胶衬套122保持的圆杆段的纵向轴线旋转。主动侧倾控制马达160可包括一个或多个电机，其被配置成控制第一杆部140相对于第二杆部130的旋转取向。在中立或被动位置，主动侧倾控制马达160可以使第一杆部140和第二杆部130对称地定向，使得第一杆部140的端部中的孔142和第二杆部130的端部中的孔132可以彼此对齐。主动侧倾控制马达160可沿第一方向被激励，以使第一杆部140相对于第二杆部130在第一旋转方向上旋转，这可导致在车辆中孔142比孔132更高。主动侧倾控制马达160可在第二方向上被激励，以使第一杆部140相对于第二杆部130在第二旋转方向上旋转，这可导致在车辆中孔142低于孔132。这样，主动侧倾控制马达160的控制可用于控制通过主动摆杆120传递的扭矩，并相应地控制车辆悬架系统100的操作。
孔132和孔142可以各自直接连接到其他车辆悬架部件，例如控制臂、转向节或减震器。在图1的实施例中，连杆170被示出配置成在第一端分别附连到孔132和孔142。连杆170可以在第二端附连到车辆悬架部件，例如控制臂或减震器。
计算机化主动侧倾控制控制器10被图示为与主动侧倾控制马达160进行电子通信。
图2示意性地示出了示例性车身210和图1的车辆悬架系统100的主要部分。车辆200被图示为包括车身210、车辆悬架系统100的主要部分、左轮222和右轮232。左轮222和右轮232可以是车辆200的前轮或车辆200的后轮。左轮222被图示为通过悬架部件附连到左减震设备220，右轮232被图示为通过悬架部件附连到右减震设备230。车身210被图示为相对于地面205向左倾斜一定角度248。左轮222和右轮232各自设置在地面205上。车身210附连到左减震设备220和右减震设备230，使得车身210中的倾斜产生左减震设备220与右减震设备230相比的相对压缩和缩短。示出了车身210的重心242和车身210的侧倾中心240。
图2示出了作用在车辆200上的多个力。重力244被图示为作用在重心242上。还示出了作用在重心242上的横向力246。车轮支撑力252被图示为向上作用在左轮222上，车轮支撑力254图示为向上作用在右轮232上。另外，可以定义从重心到地面205的距离250。另外，可以定义左轮222中心与右轮232中心之间的距离。所公开的方法和系统可以基于主动侧倾控制信号来估计重心与侧倾中心之间的距离251。该校正距离251可用于使主动侧倾控制信号的未来迭代更准确，例如，通过校正总侧倾力矩计算。
图3示意性地示出了示例性计算机化主动侧倾控制控制器10。可以测量多个输入51，并将其提供给计算机化主动侧倾控制控制器10。输入51可以包括方向盘角度、方向盘速度、横摆率、横向加速度、制动激活信号、侧倾角度传感器、车轮中心高度(其可以被描述为拐角轮眉(corner trim)高度、车轮中心与车身上的一点之间的竖直距离)、车辆速度、加速度传感器输出、驾驶员模式(运动、乘坐品质、牵引等)以及轮眉高度或车身在车辆悬架系统上维持的高度。输入51被提供给侧倾刚度控制模块12、乘坐品质增强模块14和动态轮胎横向载荷传递分布(TLLTD)模块16中的每一个。侧倾刚度控制模块12包括编程以基于输入51确定有利于车辆操纵/性能输出的期望车身侧倾力矩。乘坐品质增强模块14包括编程以基于输入51确定有利于乘坐品质输出的期望车身侧倾力矩。混合功能模块18监测由侧倾刚度控制模块12和乘坐品质增强模块14产生的期望侧倾力矩输出，并包括编程以基于车辆的驾驶模式选择性地混合两个期望侧倾力矩。在一个实施例中，驾驶模式可以包括确定车辆是在直路上直线驾驶还是在转弯或在道路上拐弯行进。
基于不同的车辆驾驶模式，可能希望车辆悬架具有不同的刚度。在包括直线驾驶的驾驶模式中，乘客对操纵/性能的要求可能较低，不需要车辆快速转弯。在直线驾驶模式中，沿着主动摆杆传递力可以被不断地调整，以优化和控制由侧向路面不规则性驱动的车身侧倾加速度，从而缓冲乘坐的颠簸并提高乘坐品质。优化和控制车身侧倾加速度可能包括不同情况下的不同控制功能。在一个示例中，车身侧倾加速度可以被最小化以提供更平稳的乘坐。在另一个示例中，车身侧倾加速度可以被控制以提供额外的车身侧倾，例如，以实现期望的车辆操纵特性。在道路驾驶模式下在道路上拐弯时，车辆的操纵或性能是维持车辆在经过弯道时正确控制的主要因素。类似地，当车辆拐弯时，车辆的乘坐品质可能不是主要的。优先考虑车辆操纵可包括通过增加沿主动摆杆传递的力来减小或减轻车辆在经过弯道时的倾斜或侧倾。
减小或减轻沿主动摆杆传递的力可以包括控制主动侧倾控制马达，以在允许车身相对于地面呈现更大倾斜的方向上扭转主动摆杆的两个部分。增加沿主动摆杆传递的力可以包括控制主动侧倾控制马达，以使主动摆杆的两个部分在一个方向上扭转，该方向使得车身呈现出更小倾斜，直到包括在机动车上看到的相对于地面的负侧倾角。
混合功能模块18提供混合侧倾力矩输出，该输出被提供给稳态TLLTD：前和后分配模块20，该模块确定混合的前侧倾力矩输出53和混合的后侧倾力矩输出55。
动态TLLTD模块16包括编程以确定阻尼侧倾力矩输出，该输出被提供给动态TLLTD：前和后分配模块22。动态TLLTD：前和后分配模块22提供瞬时前侧倾力矩输出57和瞬时后侧倾力矩输出59。求和模块24使用混合的前侧倾力矩输出53和瞬时前侧倾力矩输出57的和来产生请求的前侧倾力矩输出，该输出被提供给前致动器动力学控制器28。求和模块26使用混合的后侧倾力矩输出55和瞬时后侧倾力矩输出59的和来产生请求的后侧倾力矩输出，该输出被提供给后致动器动力学控制器30。前致动器动力学控制器28和后致动器动力学控制器30分别提供对前车辆悬架和后车辆悬架的控制，包括对主动摆杆的至少一个主动侧倾控制马达的控制。车辆200的动态受到前车辆悬架和后车辆悬架的控制的影响，并且与这些动态相关的各种参数可以被监测并作为输入51提供。
计算机化主动侧倾控制控制器10可以包括计算机化处理设备、可操作来通过通信电路(例如车辆数据总线)传递和接收数据的通信设备、输入/输出协调设备和存储器存储设备。处理设备可以包括存储处理器可执行指令的存储器，例如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，以及执行处理器可执行指令的一个或多个处理器。在处理设备包括两个或更多处理器的实施例中，处理器可以以并行或分布方式操作。处理设备可以执行计算机化主动侧倾控制控制器10的操作系统。根据所公开的系统和方法，处理设备可以包括执行包括根据所公开的系统和方法的可执行步骤的编程代码或计算机化过程或方法的一个或多个模块。所示模块可以包括单个物理设备或跨越多个物理设备的功能。
对主动摆杆的调整可以描述为对摆杆力矩的调整。期望的或总车身侧倾力矩可用于确定期望的摆杆力矩。在一个实施例中，总车身侧倾力矩可用于参考一参考表，该参考表可提供用于控制一个或多个主动侧倾控制马达的相对应期望侧倾力矩。
图4示出了图3的计算机化主动侧倾控制控制器内，特别是侧倾刚度控制模块12内为了实现主动侧倾控制的示例性数据流300。数据流300确定车辆的期望或总侧倾力矩，该力矩可用于确定期望的摆杆力矩，该摆杆力矩可通过主动侧倾控制马达来控制。基于转向输入和横向加速度传感器模块304的横向加速度计算被提供输入302并产生横向加速度输出306，输入302可以包括方向盘角度、方向盘速度、横摆率、横向加速度和车辆速度。乘法框312输入横向加速度输出306、簧上质量值308以及车身重心与车身的侧倾中心之间的距离310。侧倾中心会随着轮眉高度或车轮中心位置而变化，其通常会以两倍的速度移动。可以通过查找表或类似设备在控制算法中捕捉计算这种效果。簧上质量值308可以基于估计值来校准或自适应地改变。车身的重心与车身的侧倾中心之间的距离310可以基于估计值来校准或自适应地改变。乘法框312提供输出311。
期望侧倾角度计算模块318被提供输入316，输入316可以包括方向盘角度、方向盘速度、横摆率、横向加速度、车辆速度和制动信号。期望侧倾角计算模块318提供期望侧倾角输出319。乘法框324输入从查找表提供的期望侧倾角输出319和弹簧侧倾率314，并提供输出325。求和框326提供输出311和输出325的负值，并提供输出327。输出327被提供给低通滤波器框330，低通滤波器框330提供输出331。输出331被提供给自适应增益框332，自适应增益框332提供前馈侧倾力矩输出333。
提供侧倾角确定模块322，其基于输入320估计或计算侧倾角。输入320可以包括侧倾角传感器输出、位置传感器输出和加速度传感器输出。侧倾角确定模块322提供侧倾角输出323。求和框328被提供期望侧倾角输出319和侧倾角输出323的负值，并提供输出329。反馈控制器334被提供输出329，并应用算法，例如比例积分微分(PID)控制，以产生反馈侧倾力矩输出335。前馈侧倾力矩输出333和反馈侧倾力矩输出335被提供给求和框336，求和框336提供总侧倾力矩输出338。总侧倾力矩输出338示出了图3的侧倾刚度控制模块12的示例性输出。
图4中的设计基于车辆的侧倾动力学，可通过以下方程式描述：
其中是车辆侧倾角，/>是车辆侧倾速度，/>是车辆侧倾加速度，/>是没有主动侧倾控制的侧倾刚度，m是车辆质量，g是重力常数，h是重心与侧倾中心之间的距离，Ix是侧倾惯性矩，Ct是侧倾阻尼系数，MARC是主动侧倾控制算法施加的侧倾力矩。在稳态转弯过程中，由于稳态时侧倾速度和侧倾加速度为零，上述方程式简化为以下方程式。
因此，我们可以将h计算为
方程式(2)描述了稳态转弯期间侧倾力矩如何平衡。MARC从主动侧倾控制算法已知，是来自悬架中其他部件(如空气弹簧或螺旋弹簧)的侧倾力矩。这里，/>表示侧倾力矩来自已知弹簧常数/>的弹簧。在一些系统中，来自其他部件的侧倾力矩可以通过查找表或悬架信号中的不同信号例如空气弹簧压力或位置传感器的非线性函数来描述。m可以通过多种方法来计算，例如空气弹簧模型或质量估计算法。ay是横向加速度，其可以从传感器获得。/>从传感器直接测量或计算。如果来自其他悬架部件的侧倾力矩按照本文所描述的构思进行不同的描述，也可以进行h的类似计算。此外，当在瞬时转弯过程中侧倾速度和侧倾加速度不为零时，我们可以设计卡尔曼滤波器或对方程式(1)应用其他估计算法来估计h，h为重心与侧倾中心之间的距离。重心与侧倾中心之间的估计距离可以提供给倾翻缓解系统并改进车辆稳定性。
图5用曲线图示了作为车辆横向加速度的函数的侧倾角的侧倾梯度测试结果。侧倾梯度可以描述为侧倾角相对于横向加速度的导数，也可以描述为侧倾角随着横向加速度变化的变化。提供曲线图400，其示出了作为车辆横向加速度的函数的侧倾角。提供竖直轴线402以表示车身的侧倾角度数。提供水平轴线404以重力单位表示车辆横向加速度。实线410示出了目标或期望的曲线，近似于接近直线的对角线，这将表示恒定值侧倾梯度。数据点412示出了用所公开的系统和方法进行测试时获得的实际值。
图6用曲线图示出了作为恒转角方向盘(constant steering angle wheel)激励变化手轮频率的函数的侧倾增益和相位与手轮速度的关系。提供曲线图500，其在顶部510以曲线530示出了侧倾增益，在底部520以曲线540示出了侧倾相位，二者都是方向盘频率的函数。顶部竖直轴线512以度/克表示侧倾增益。底部竖直轴线522以度表示侧倾相位。提供公共水平轴线514来表示方向盘输入频率，单位为赫兹。如图6所示，如本文所公开的主动侧倾控制可以改变侧倾增益和相位的形状。更平坦的响应曲线表示更稳定的车辆水平响应。
图7示出了图3的计算机化主动侧倾控制控制器10内为了混合主动侧倾控制中性能和乘坐品质因素的示例性数据流600。乘坐品质增强模块610被提供包括侧倾角602和侧倾速度604的输入，并提供乘坐品质控制命令力矩输出611。乘坐品质控制命令力矩输出611包括基于使乘坐品质最佳的悬架系统命令。混合机构模块620被提供包括乘坐品质控制命令力矩输出611、侧倾刚度控制命令力矩输出622和包括方向盘角度、横向加速度、横摆率和车辆速度的输入624的输入。在一个实施例中，侧倾刚度控制命令力矩输出622可以是相同的值，或者可以由图4的总侧倾力矩输出338值提供。侧倾刚度控制命令力矩输出622包括基于使车辆操纵/性能特性最佳的悬架系统命令。混合机构模块620包括编程以利用输入624来混合控制命令，并基于乘坐品质控制命令力矩输出611与侧倾刚度控制命令力矩输出622之间的组合或折衷来提供期望的总侧倾力矩输出626。在期望更平稳乘坐的条件下，优先考虑乘坐品质控制命令力矩输出611。在期望更好的车辆操纵/性能的条件下，优先考虑侧倾刚度控制命令力矩输出622。
本文公开的方法包括优化甩头(head toss)的算法，例如，利用线性二次调节器(LQR)控制算法。这种LQR控制算法可以平衡甩头(2-5Hz)、能量消耗和道路隔离(10+Hz)性能。直线驾驶期间的侧倾动力学方程可由以下方程4-6表示。
W(t)＝干扰(6)
其中为车辆侧倾角，/>是车辆侧倾速度，/>是车辆侧倾加速度，/>为侧倾刚度，m为车辆质量，g为重力常数，h为重心与侧倾中心之间的距离，Ix为侧倾惯性矩，Ct为侧倾阻尼系数，U为侧倾力矩。W(t)是由于一次转弯或多次转弯撞击道路输入而对车辆侧倾造成的干扰。侧倾力矩可以由图7所示的过程提供，具体地作为乘坐品质控制命令力矩输出611。这些侧倾动力学方程可以通过下面的方程7和8变换成状态空间模型。
/>
当汽车突然进行侧倾运动时，就会发生甩头。在不平坦的道路上，具有大范围频率的侧倾运动从道路传递给驾驶员或乘客。人类对侧倾运动的感知或敏感度取决于运动的频率。在低于1–2Hz的低频下，头部随着身体移动。在2–8Hz的频率范围内，头部加速度的振幅增加，表明由于在颈椎处递送的加速度的线性分量，围绕身体低旋转中心振荡可能在该频率范围内引起大角度移动。在较高的频率下，头部的加速度随着相关联相位滞后增加而衰减，这可能是由于上部躯干吸收了输入加速度。
这里以状态空间模型的形式构建了一个过滤器，该过滤器将侧倾角度和侧倾速度转换为驾驶员感觉到的甩头：
其中，Xf是与驾驶员感觉到的甩头相关的变量，Af和Bf是状态和输入矩阵，可以通过实验进行校准或确定。
此外，我们可以结合方程式7、8和9，并获得新的状态空间模型：
其中
可以基于(7)设计LQR控制器。其他控制方法，如鲁棒控制和非线性控制，也可用于平衡甩头、能量消耗和高频道路噪声隔离。
图8是示出用于车辆中主动侧倾控制的示例性方法700的流程图。方法700开始于步骤702。在步骤704，监测车辆操作，包括诸如转向角、转向速度、横摆率、横向加速度和制动信号的值。在步骤706，驾驶模式被确定为包括直线驾驶和在道路上拐弯之一。在步骤708，基于有利于乘坐品质来确定期望的侧倾力矩，并且该期望的侧倾力矩用于控制车辆的悬架系统。在步骤710，基于有利于车辆的操纵来确定期望的侧倾力矩，并且该期望的侧倾力矩用于控制车辆的悬架系统。步骤708和710可以同时执行。在步骤712，在图7中示为混合机构模块620的过程中，可以混合在步骤708和710中确定的值。在步骤714，确定车辆是否在继续操作。如果车辆继续操作，方法700返回到步骤704。如果车辆没有继续操作，方法700前进到步骤716，在此方法结束。提供方法700作为本文公开的系统和方法可以如何操作的非限制性示例。本公开不旨在局限于本文提供的示例。
虽然已经详细描述了实施本公开的最佳方式，但是本公开所涉及领域的技术人员将会认识到在所附权利要求的范围内用于实施本公开的各种替代设计和实施例。

Claims (16)

1.一种用于主动侧倾控制的系统，包括：
两个车轮，包括左轮和右轮；
车辆的车身；
传感器，其可操作来监测所述车身的倾斜；
车辆悬架系统，其可操作以将所述车身支撑在所述两个车轮上方，并且包括：
主动摆杆，其可操作以将力从所述车辆悬架系统的第一侧传递到所述车辆悬架系统的第二侧，以便提供对所述车身的倾斜的控制，包括：
第一杆部；
第二杆部；和
主动侧倾控制马达，其设置在所述第一杆部与第二杆部之间，其中所述主动侧倾控制马达可操作以相对于所述第二杆部转动所述第一杆部；和
计算机化主动侧倾控制控制器，其操作以：
监测驾驶模式，所述驾驶模式包括直线驾驶和在道路上拐弯中的一种；
监测所述传感器的输出；
基于所述驾驶模式和所述传感器的输出确定期望的侧倾力矩；和
基于所述期望的侧倾力矩控制所述主动侧倾控制马达，
其中，确定期望的侧倾力矩包括确定车身的总侧倾力矩，
其中，所述计算机化主动侧倾控制控制器还可操作用于基于所述期望的侧倾力矩来估计车身重心与车身侧倾中心之间的距离；
其中，所述车身重心与所述车身侧倾中心之间的距离用于改进确定所述车身的总侧倾力矩的未来迭代。
2.根据权利要求1所述的系统，其中当所述驾驶模式包括直线驾驶时，控制所述主动侧倾控制马达包括相对于所述第二杆部转动所述第一杆部，以优化和控制由侧向路面不规则性导致的车身侧倾加速度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中当所述驾驶模式包括在道路上拐弯时，控制所述主动侧倾控制马达包括相对于所述第二杆部转动所述第一杆部，以增加传递的力，并导致所述车身相对于地面的倾斜减小。
4.根据权利要求1所述的系统，其中基于所述驾驶模式确定所述期望的侧倾力矩包括混合优先考虑乘坐品质的期望的侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望的侧倾力矩。
5.根据权利要求4所述的系统，其中混合优先考虑乘坐品质的期望的侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望的侧倾力矩是基于车辆速度、车辆横向加速度、横摆率和方向盘输入。
6.根据权利要求1所述的系统，其中确定车身的总侧倾力矩包括利用前馈侧倾力矩确定和反馈侧倾力矩确定。
7.一种用于主动侧倾控制的系统，包括：
四个车轮，包括两个前车轮和两个后车轮；
车辆的车身；
传感器，其可操作来监测所述车身的倾斜；
车辆悬架系统，其可操作以将所述车身支撑在前轮和后轮上方，包括：
第一主动摆杆，其对应于所述两个前车轮，可操作以将力从所述车辆悬架系统的第一侧传递到所述车辆悬架系统的第二侧，以便提供对所述车身的所述倾斜的控制，包括：
第一杆部；
第二杆部；和
第一主动侧倾控制马达，其设置在所述第一杆部与所述第二杆部之间，其中所述第一主动侧倾控制马达可操作以相对于所述第二杆部转动所述第一杆部；
第二主动摆杆，其对应于所述两个后车轮，其可操作以将力从所述车辆悬架系统的第一侧传递到所述车辆悬架系统的第二侧，以便提供对所述车身的倾斜的控制，包括：
第三杆部；
第四杆部；和
第二主动侧倾控制马达，其设置在所述第三杆部与所述第四杆部之间，其中所述第二主动侧倾控制马达可操作以相对于所述第四杆部转动所述第三杆部；和
计算机化主动侧倾控制控制器，其操作以：
监测驾驶模式，所述驾驶模式包括直线驾驶和在道路上拐弯中的一种；
监测所述传感器的输出；
基于所述驾驶模式和所述传感器的输出确定用于第一主动侧倾控制马达的第一期望的侧倾力矩；
基于所述驾驶模式和所述传感器的输出确定用于第二主动侧倾控制马达的第二期望的侧倾力矩；
基于所述第一期望的侧倾力矩控制所述第一主动侧倾控制马达；和
基于所述第二期望的侧倾力矩控制所述第二主动侧倾控制马达，
其中，确定所述第一期望的侧倾力矩和所述第二期望的侧倾力矩包括确定所述车身的总侧倾力矩，
其中，所述计算机化主动侧倾控制控制器还可操作用于基于第一和第二期望的侧倾力矩来估计车身重心与车身侧倾中心之间的距离；
其中，所述车身重心与所述车身侧倾中心之间的距离用于改进确定所述车身的总侧倾力矩的未来迭代。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，当所述驾驶模式包括直线驾驶时，
控制所述第一主动侧倾控制马达包括相对于所述第二杆部转动所述第一杆部，以优化和控制由侧向路面不规则性导致的车身侧倾加速度，以及
控制所述第二主动侧倾控制马达包括相对于所述第四杆部转动所述第三杆部，以优化和控制由侧向路面不规则性导致的车身侧倾加速度。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，当所述驾驶模式包括在所述道路上拐弯时，
控制所述第一主动侧倾控制马达包括：相对于所述第二杆部转动所述第一杆部，以增加传递的力，并导致所述车身相对于地面的倾斜减小；和
控制所述第二主动侧倾控制马达包括相对于所述第四杆部转动所述第三杆部，以增加传递的力并导致所述车身相对于地面的倾斜减小。
10.根据权利要求7所述的系统，其中基于所述驾驶模式确定第一期望的侧倾力矩包括混合优先考虑乘坐品质的期望的侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望的侧倾力矩。
11.根据权利要求7所述的系统，其中确定车身的总侧倾力矩包括利用前馈侧倾力矩确定和反馈侧倾力矩确定。
12.一种主动侧倾控制方法，包括：
在车辆内的计算机化处理器内，
监测驾驶模式，所述驾驶模式包括直线驾驶和在道路上拐弯中的一种；
监测传感器的输出，所述传感器可操作来监测所述车辆的车身倾斜；
基于所述驾驶模式和所述传感器的输出确定期望的侧倾力矩；和
基于所述期望的侧倾力矩控制车辆悬架系统的主动摆杆的主动侧倾控制马达；和
其中所述主动摆杆可操作以将力从所述车辆悬架系统的第一侧传递到所述车辆悬架系统的第二侧，以便提供对车身倾斜的控制，
其中，确定期望的侧倾力矩包括确定车身的总侧倾力矩，
所述方法还包括在所述车辆内的所述计算机化处理器内，基于所述期望的侧倾力矩来估计车身重心与车身侧倾中心之间的距离；
其中，所述车身重心与所述车身侧倾中心之间的距离用于改进确定所述车身的总侧倾力矩的未来迭代。
13.根据权利要求12所述的方法，其中当所述驾驶模式包括直线驾驶时，控制所述主动侧倾控制马达包括相对于所述主动摆杆的第二杆部转动所述主动摆杆的第一杆部，以优化和控制由侧向路面不规则性导致的车身侧倾加速度。
14.根据权利要求12所述的方法，其中当所述驾驶模式包括在道路上拐弯时，控制所述主动侧倾控制马达包括相对于所述主动摆杆的第二杆部转动所述主动摆杆的第一杆部，以增加传递的力，并导致所述车身相对于地面的倾斜减小。
15.根据权利要求12所述的方法，其中基于驾驶模式确定期望的侧倾力矩包括混合优先考虑乘坐品质的期望的侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望的侧倾力矩。
16.根据权利要求15所述的方法，其中混合优先考虑乘坐品质的期望的侧倾力矩和优先考虑车辆操纵的期望的侧倾力矩是基于车辆速度、车辆横向加速度、横摆率和方向盘输入。
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