CN115071822B - 车辆转向监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆转向监测方法，包括：根据工况参数判断车辆是否满足转向特性的监测条件；转向特性的监测条件包括特定时间内的方向盘转角的波动率小于或等于转角波动阈值；若是，根据工况参数计算车辆的实际转弯半径和理论转弯半径；计算实际转弯半径和理论转弯半径的偏差，并根据偏差与预设不稳定阈值的比对结果判断车辆是否出现不足转向或过度转向。本发明监测过程不限定车速或方向盘转角，可以在日常行驶工况下对车辆转向特性的判断，且参考多个参数，逐步判断，判断结果准确，提高车辆的行驶稳定性及安全性。

Description

车辆转向监测方法
技术领域
本发明属于车辆控制技术领域，特别涉及一种车辆转向监测方法。
背景技术
目前，车辆已成为普遍的交通使用工具，在转弯行驶过程中，有的车辆会发生不足转向或过度转向。转向不足表现为车辆在弯中的实际转向角度比前轮的转动角度小，也就是前轮出现了向外侧的滑动；转向过度表现为车辆在弯中的实际转向角度比前轮的转动角度大，也就是后轮出现了向外侧的滑动。严重的不足转向或过度转向会影响车辆的行驶稳定性及安全性，可能会导致车辆失控。
为提高行车安全，需要监测车辆转向情况，现有技术通常在车辆行驶前检测转向情况，方法是保持车速恒定，逐渐增加方向盘转角，在车速较低时，车辆横摆角速度与方向盘转角呈正比，即车辆横摆角速度增益为固定值。当方向盘转角逐渐增大时，横摆角速度增益会发生变化，如果变大(方向盘逐渐增加转角，车辆横摆角速度明显增大)，则说明车辆转向过度，反之转向不足。但这种方法对场地具有较高的要求，且不适合日常行驶工况下对车辆转向特性的判断。
发明内容
本发明的目的在于解决现有车辆缺乏日常行驶工况对车辆转向特性的判断，从而可能发生不足转向或过度转向影响车辆的行驶稳定性及安全性的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种车辆转向监测方法，车辆转向监测方法包括：
S1：获取车辆的工况参数，并根据工况参数判断车辆是否满足转向特性的监测条件；若是，则进入步骤S2；若否，则继续获取工况参数；
S2：根据工况参数计算车辆的实际转弯半径和理论转弯半径；
S3：计算实际转弯半径和理论转弯半径的偏差，并根据偏差与预设不稳定阈值的比对结果判断车辆是否出现不足转向或过度转向；
其中，工况参数包括方向盘转角、车速、侧向加速度、车辆重量、外轮转角、转向轮的转动半径、以及车辆轴距；转向特性的监测条件包括，特定时间内的方向盘转角的波动率小于或等于转角波动阈值；预设不稳定阈值包括不足阈值和过度阈值。
采用上述方案，先确定稳定行驶条件下，根据车速、侧向加速度、整车重量等确定实际转弯半径和理论转弯半径的偏差，并根据偏差判断车辆是否出现不足转向或过度转向，从而提升了车辆的行驶稳定性及安全性。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的车辆转向监测方法，转向特性的监测条件包括，特定时间内的车速的波动率小于或等于车速波动阈值；根据工况参数判断车辆是否满足转向特性的监测条件的步骤包括：
S101：判断特定时间内的方向盘转角的波动率是否小于或等于转角波动阈值；若是，则进入步骤S102；若否，则继续获取工况参数；
S102：判断特定时间内的车速的波动率是否小于或等于车速波动阈值；若是，则进入步骤S2；若否，则继续获取工况参数。
采用上述方案，同时要求进行稳定的转向、稳定的行驶速度作为判断车辆是否出现不足转向或过度转向的条件，排除行驶过程的影响因素，提高监测的准确性。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的车辆转向监测方法，在根据工况参数计算车辆的实际转弯半径和理论转弯半径的步骤中，
实际转弯半径的计算公式为：
R实际＝V2/ay；
理论转弯半径的计算公式为：
R理论＝L/sinα+r+ηGV；
其中，R实际为实际转弯半径，单位为m；V为车速，单位为m/s；ay为侧向加速度，单位为m/s2；R理论为理论转弯半径，单位为m；L为车辆轴距，单位为m；α为外轮转角，单位为度；r为转向轮的转动半径，单位为m；G为车辆重量，单位为kg；η为车辆惯性系数，单位为s/kg。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的车辆转向监测方法，车辆惯性系数通过标定获得，标定方法包括：车辆以特定角度、特定速度进行转向，使实际转弯半径等于理论转弯半径，采集工况参数，并根据工况参数计算车辆惯性系数。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的车辆转向监测方法，其特征在于，获取外轮转角的步骤包括根据方向盘转角计算外轮转角，且外轮转角的计算公式为：
α＝iθ，
其中，i为转角传动比，θ为方向盘转角，单位为度。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的车辆转向监测方法，步骤S3中，根据偏差与预设不稳定阈值的比对结果确定车辆是否出现不足转向或过度转向包括：比较偏差是否大于或等于不足阈值；若是，则判断为车辆出现不足转向；若否，则比较偏差是否小于或等于过渡阈值；若是，则判断车辆出现过度转向；
偏差的计算公式为：
ΔR＝(R实际-R理论)/R理论×100％；
其中，ΔR为偏差。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的车辆转向监测方法，不足阈值为15％；过度阈值为-15％。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的车辆转向监测方法，车速为特定时间内采集的实时车速的平均值；侧向加速度为特定时间内采集的实时侧向加速度的平均值；方向盘转角为特定时间内采集的实时方向盘转角的平均值。
采用上述方案，提高了车速、侧向加速度、方向盘转角参数的准确性，进而保证转向特性的判断准确性。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的车辆转向监测方法，每次车辆启动时获取车辆重量，获取车辆重量的步骤包括：分别采集车辆左前、右前、左后、右后四个位置的重量，计算四个位置的重量与车辆簧下质量之和，获得车辆重量。
采用上述方案，提高了重量参数的准确性，进而保证转向特性的判断准确性。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开的车辆转向监测方法，车辆转向监测方法还包括：S4：若判断车辆出现不足转向或过度转向，产生报警信号以提醒驾驶员。
采用上述方案，当判断车辆出现不足转向或过度转向，产生的报警信号及时提醒驾驶员对车辆进行检查，以提升驾驶车辆的安全稳定性。
本发明的有益效果是：
本发明提供的车辆转向监测方法，在确定稳定行驶条件下，根据车速、侧向加速度、整车重量等确定实际转弯半径和理论转弯半径的偏差，并根据偏差判断车辆是否出现不足转向或过度转向；监测过程不限定车速或方向盘转角，可以在日常行驶工况下对车辆转向特性的判断，且参考多个参数，判断结果准确，提高车辆的行驶稳定性及安全性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的车辆转向监测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的车辆转向监测方法的原理示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供一种车辆转向监测方法，该方法由转向监测系统执行，转向监测系统包括控制器，具体可以是转向控制器和/或整车控制器，还包括与控制器连接的采集装置。
如图1所示，车辆转向监测方法包括：S1：获取车辆的工况参数，并根据工况参数判断车辆是否满足转向特性的监测条件，其中，转向特性的监测条件包括特定时间t内的方向盘转角的波动率小于或等于转角波动阈值；若是，则进入步骤S2；若否，则继续获取工况参数。S2：根据工况参数计算车辆的实际转弯半径和理论转弯半径；S3：计算实际转弯半径和理论转弯半径的偏差，并根据偏差与预设不稳定阈值的比对结果判断车辆是否出现不足转向或过度转向。
下面结合转向监测系统对转向监测方法的步骤进行进一步说明。
S1：采集装置采集车辆的部分工况参数，将采集的部分工况参数发送至控制器，控制器获取所有工况参数，并根据工况参数判断车辆是否满足转向特性的监测条件；若是，则进入步骤S2；若否，则继续获取工况参数。其中，工况参数包括方向盘转角、车速、侧向加速度、车辆重量、外轮转角、转向轮的转动半径、以及车辆轴距。
采集装置为分别用于采集部分工况参数的传感器、控制器等装置；具体地，采集装置可以包括设置在车辆质心位置(乘用车取半载质心位置，商用车取满载质心位置)的陀螺仪，用于采集车辆侧向加速度；还包括设置在转向管柱上的EPS(电动助力转向系统，Electric Power Steering)，用于采集方向盘转角及在该转角下的时间；包括VCU(整车控制器，Vehicle Control Unit)，用于采集车速。转向轮的转动半径具体指转向轮绕主销的转动半径，出厂确定；车辆轴距是指汽车前轴中心到后轴中心的距离，出厂确定。
外轮转角可以通过测量获得，也可以通过计算获得，在本发明的其中一种实施方式中，控制器获取外轮转角的步骤包括根据方向盘转角计算外轮转角，且外轮转角的计算公式为：
α＝iθ，
其中，i为转角传动比，θ为方向盘转角，单位为度。
车辆重量可以为出厂获得的重量，也可以为一定时间测得的。在本发明的其中一种实施方式中，为提高参数准确性，每次车辆启动时获取车辆重量，获取车辆重量的步骤包括：分别采集车辆、右前、左后、右后四个位置的重量，计算四个位置的重量与车辆簧下质量之和，获得车辆重量。
更为具体的，配置有空气悬挂的车辆设置有空气弹簧控制器，分别布置在前后左右四个减振器上，每一个空气弹簧控制器均可采集到自身弹簧所承受的重量，通过空气弹簧控制器分别采集左前重量G1、左前右前G2、左后重量G3、右后重量G4，将四个重量传递给控制器可计算出整车重量G，G＝G1+G2+G3+G3+G5，其中G5为车辆簧下质量，具体指的是非车辆悬挂系统支撑的重量，包括弹簧、避震筒、上下摆臂、轮毂、轮胎、刹车盘、传动轴的部分质量等，车辆设计完成时即可得出。
进一步地，车辆只有在进行稳定的转向时，适合进行转向特性的监测，因此转向特性的监测条件是表明是否进行稳定的转向的条件，因此，转向特性的监测条件包括，实时监测车辆的方向盘转角，当在特定时间t的方向盘转角的波动率小于或等于转角波动阈值；具体地，转角波动阈值标定获得，用于确定转角稳定性，不同车型、不同转角大小，获得波动阈值可能不同。例如车辆在转弯时，在5秒范围内，方向盘转角维持在60°，转角波动率小于等于2％，就可以判断车辆在进行稳定的转向。根据本发明的其中一种实施方式，如图1所示，转向特性的监测条件还包括，特定时间内的车速的波动率小于或等于车速波动阈值；根据工况参数判断车辆是否满足转向特性的监测条件的步骤包括：
S101：判断特定时间t内的方向盘转角的波动率是否小于或等于转角波动阈值；若是，则进入步骤S102；若否，则继续获取工况参数；
S102：采集方向盘转角稳定的时间t内的车速，并判断车速的波动率是否小于或等于车速波动阈值；若是，则进入步骤S2；若否，则返回第一步重新开始继续获取工况参数。
同时要求进行稳定的转向、稳定的行驶速度作为判断车辆是否出现不足转向或过度转向的条件，排除行驶过程的影响因素，提高监测的准确性。
S2：控制器根据工况参数计算车辆的实际转弯半径和理论转弯半径。具体的，在本发明的其中一种实施方式中，
实际转弯半径的计算公式为：
R实际＝V2/ay；
理论转弯半径的计算公式为：
R理论＝L/sinα+r+ηGV；
其中，R实际为实际转弯半径，单位为m；V为车速，单位为m/s；ay为侧向加速度，单位为m/s2；R理论为理论转弯半径，单位为m；L为车辆轴距，单位为m；α为外轮转角，单位为度；r为转向轮的转动半径，单位为m；G为车辆重量，单位为kg；η为车辆惯性系数，单位为s/kg。
进一步地，为提高参数准确性，在本发明的其中一种实施方式中，车速为特定时间t内采集的实时车速的平均值；侧向加速度为特定时间t内采集的实时侧向加速度的平均值；方向盘转角为特定时间t内采集的实时方向盘转角的平均值。特定时间t具体可以为4-8s，车辆重量为每次车辆启动时采集的整车重量。
车辆惯性系数可通过车辆标定得到，本发明的其中一种实施方式中，标定方法包括：固定地车辆以特定角度、特定速度进行转向，使实际转弯半径等于理论转弯半径，即R实际＝R理论，V2/ay＝L/sinα+r+ηGV，采集工况参数V、ay、L、α、r、G，并根据工况参数计算车辆惯性系数。
S3：控制器计算实际转弯半径和理论转弯半径的偏差，并根据偏差与预设不稳定阈值的比对结果判断车辆是否出现不足转向或过度转向；其中，预设不稳定阈值包括不足阈值和过度阈值。当确定车辆的理论转弯半径与实际转弯半径偏差较大时，即可判断车辆发生了不足转向或过度转向。具体的偏差可以为实际转弯半径和理论转弯半径的差值，也可以是差值的比例等。
根据本发明的其中一种实施方式，根据偏差与预设不稳定阈值的比对结果确定车辆是否出现不足转向或过度转向包括：比较偏差是否大于或等于不足阈值；若是，则判断为车辆出现不足转向；若否，则比较偏差是否小于或等于过度阈值；若偏差小于或等于过度阈值，则判断车辆出现过度转向，若否，则表明转向正常。
其中，偏差的计算公式为：
ΔR＝(R实际-R理论)/R理论×100％；
其中，ΔR为偏差。
不足阈值和过度阈值具体根据经验或标定确定，不同的车型获得的不足阈值和过度阈值可能不同。
本方案具体原理如图2所示，方向1显示为正常车辆正常转向的行驶方向，即R实际＝R理论的方向，方向2显示为车辆出现不足转向时的转动方向，此时R实际大于R理论时的方向，方向3显示为车辆出现过度转向时的转动方向，此时R实际小于R理论时的方向。因此本发明根据实际转弯半径和理论转弯半径的偏差判断车辆是否出现不足转向或过度转向。
根据本发明的其中一种实施方式，不足阈值为15％；过度阈值为-15％。当ΔR≥15％，判断出现不足转向；当ΔR≤-15％，判断出现过度转向；当-15％＜ΔR＜15％，判断正常转向。
根据本发明的其中一种实施方式，如图1所示，车辆转向监测方法还包括：S4：控制器若判断车辆出现不足转向或过度转向，产生报警信号以提醒驾驶员。
更为具体的，转向监测系统还包括仪表，控制器若判断车辆出现不足转向或过度转向，直接或间接通过整车控制器(VCU)将报警信息通过仪表显示，提醒驾驶员检查车辆底盘状态，以提升驾驶车辆的安全稳定性。
本发明提供的车辆转向监测方法，在确定稳定行驶条件下，根据车速、侧向加速度、整车重量等确定实际转弯半径和理论转弯半径的偏差，并根据偏差判断车辆是否出现不足转向或过度转向；监测过程不限定车速或方向盘转角，可以在日常行驶工况下对车辆转向特性的判断，且参考多个参数，判断结果准确，提高车辆的行驶稳定性及安全性。进一步地，当监测到车辆有不足转向或过度转向时，产生报警信息以提醒驾驶员及时检查车辆状态，提升驾驶车辆的安全稳定性。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种车辆转向监测方法，其特征在于，所述车辆转向监测方法包括：
S1：获取车辆的工况参数，并根据所述工况参数判断车辆是否满足转向特性的监测条件；
若是，则进入步骤S2；
若否，则继续获取所述工况参数；
其中，所述工况参数包括方向盘转角、车速、侧向加速度、车辆重量、外轮转角、转向轮的转动半径、以及车辆轴距；
所述转向特性的监测条件包括，特定时间内的所述方向盘转角的波动率小于或等于转角波动阈值；
S2：根据所述工况参数计算车辆的实际转弯半径和理论转弯半径；
所述实际转弯半径的计算公式为：
R实际=V2/ay；
所述理论转弯半径的计算公式为：
R理论=L/sinα+r+ηGV；
其中，R实际为所述实际转弯半径，单位为m；V为所述车速，单位为m/s；ay为所述侧向加速度，单位为m/s2；R理论为所述理论转弯半径，单位为m；L为所述车辆轴距，单位为m；α为所述外轮转角，单位为度；r为所述转向轮的转动半径，单位为m；G为所述车辆重量，单位为kg；η为车辆惯性系数，单位为s/kg；
所述车辆惯性系数通过标定获得，标定方法包括：车辆以特定角度、特定速度进行转向，使所述实际转弯半径等于所述理论转弯半径，采集所述工况参数，并根据所述工况参数计算所述车辆惯性系数；
S3：计算所述实际转弯半径和所述理论转弯半径的偏差，并根据所述偏差与预设不稳定阈值的比对结果判断车辆是否出现不足转向或过度转向；
其中，所述预设不稳定阈值包括不足阈值和过度阈值。
2.如权利要求1所述的车辆转向监测方法，其特征在于，所述转向特性的监测条件还包括，所述特定时间内的所述车速的波动率小于或等于车速波动阈值；根据所述工况参数判断车辆是否满足所述转向特性的监测条件的步骤包括：
S101：判断所述特定时间内的所述方向盘转角的波动率是否小于或等于所述转角波动阈值；
若是，则进入步骤S102；
若否，则继续获取所述工况参数；
S102：判断所述特定时间内的所述车速的波动率是否小于或等于所述车速波动阈值；
若是，则进入步骤S2；
若否，则继续获取所述工况参数。
3.如权利要求1所述的车辆转向监测方法，其特征在于，获取所述外轮转角的步骤包括根据所述方向盘转角计算所述外轮转角，且所述外轮转角的计算公式为：
α=iθ，
其中，i为转角传动比，θ为所述方向盘转角，单位为度。
4.如权利要求1所述的车辆转向监测方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据所述偏差与所述预设不稳定阈值的比对结果确定车辆是否出现不足转向或过度转向包括：
比较所述偏差是否大于或等于所述不足阈值；
若是，则判断为车辆出现不足转向；
若否，则比较所述偏差是否小于或等于所述过度阈值；
若是，则判断车辆出现过度转向；
其中，所述偏差的计算公式为：
ΔR=(R实际- R理论)/ R理论×100%；
其中，ΔR为所述偏差。
5.如权利要求4所述的车辆转向监测方法，其特征在于，所述不足阈值为15%；所述过度阈值为-15%。
6.如权利要求1-5任一项所述的车辆转向监测方法，其特征在于，所述车速为所述特定时间内采集的实时车速的平均值；所述侧向加速度为所述特定时间内采集的实时侧向加速度的平均值；所述方向盘转角为所述特定时间内采集的实时方向盘转角的平均值。
7.如权利要求1-5任一项所述的车辆转向监测方法，其特征在于，每次车辆启动时获取所述车辆重量，获取所述车辆重量的步骤包括：
分别采集车辆左前、右前、左后、右后四个位置的重量，计算四个位置的重量与车辆簧下质量之和，获得所述车辆重量。
8.如权利要求1-5任一项所述的车辆转向监测方法，其特征在于，所述车辆转向监测方法还包括：
S4：若判断车辆出现不足转向或过度转向，产生报警信号以提醒驾驶员。
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