CN115402044A - 一种基于整车性能的车身稳态侧倾控制方法、系统、电子设备及车辆 - Google Patents

一种基于整车性能的车身稳态侧倾控制方法、系统、电子设备及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于整车性能的车身稳态侧倾控制方法、系统、电子设备及车辆，包括：车辆稳态车身侧倾角估计及稳态车身侧倾角控制两部分。其中车辆稳态车身侧倾角估计包括信号处理模块、悬架参数计算模块、轮心处侧倾角估算模块、稳定杆实时贡献侧倾力矩反算模块、车辆相对地面稳态车身侧倾角估算模块。通过以上模块实时计算车辆相对地面稳态车身侧倾角，用于稳态车身侧倾角控制策略实现。稳态车身侧倾角控制包含信号处理模块、理想侧倾角计算模块、整车抗侧倾力矩计算模块、前后抗侧倾力矩分配系数计算模块、前后稳定杆扭矩计算模块，通过各模块实现车辆从整车级性能目标分解到系统级到零部件级需求上，最后输出稳定杆扭矩。本发明能够根据用户需求，实现车辆稳态车身侧倾控制，提高车辆行驶性能。

Description

一种基于整车性能的车身稳态侧倾控制方法、系统、电子设备 及车辆
技术领域：
本发明涉及与汽车整车性能相关控制领域，具体涉及基于整车性能标定的车身稳态侧倾控制技术。
背景技术：
随着汽车新四化(电动化、智能化、网联化、共享化)普及，用户对车辆性能要求已有大幅提升。本发明提供一种基于整车性能标定的车身稳态控制技术，主要专注于通过主动稳定杆应用层算法实现整车在稳态下不同场景的整车性能需求，控制整车抗侧倾力矩、并完成前后轴抗侧倾力矩分配，最后计算到稳定杆力矩信号需求。主动稳定杆对车辆稳态车身侧倾进行控制，提升车辆过弯性能。主动稳定杆可让驾驶员在不同的行驶场景，进行驾驶模式选择，进入不同模式后，主动稳定杆通过控制方法进行稳定杆力矩调节，进行整车性能控制。当稳态过弯时，保证车辆按照用户需求的侧倾角行驶，从而使用户体验最好；当瞬态变线时，保证车辆按照用户需求的横摆角速度及侧倾角速度行驶；当在破损路面时，综合评估行驶工况，保证操稳、舒适性能符合用户需求。
目前，对车辆整车性能要求越高，与车辆整车性能相关控制算法所依赖场景就必须更丰富，且与实际场景要更接近。对车辆稳态车身侧倾进行控制，通常包括两方面：稳态车身侧倾角估计及稳态车身侧倾角控制。其中关于车身侧倾角估计，现有技术大多采用陀螺仪及侧倾角传感器直接测试，如专利文献201810128235.7公开了一种主动横向稳定杆及其控制方法，这种直接测试方式对车身侧倾角传感器有较高需求，并且市场上目前常用的为陀螺仪，精度越高，成本越高，不利于实现产品量产；又如专利文献201410281621.1公开了一种基于卡尔曼滤波的车辆侧倾角与俯仰角估计方法，是通过对侧向加速度、车速等进行测量，再采用卡尔曼滤波的方式对未知参数侧倾角进行估计。然而在复杂道路环境下，一些外在非随机干扰比如传感器故障，碰撞等极端情况往往会影响卡尔曼滤波算法的估计效果。
在稳态侧倾角控制方面，如专利文献201621418166.6公开的电机式主动稳定杆控制系统，仅以侧向加速度进行理想侧倾角计算，且通过对比现有专利都建立侧向加速度与理想侧倾角关系进行理想侧倾角计算，但该方式并不能体现用户对不同场景的性能需求。如在低速大转角及高速小转角两种场景下，车辆可能是同一侧向加速度，但驾驶员对上述两种场景的理想侧倾角需求是不一样的。
另外，要实现整车性能标定下车身稳态侧倾控制技术，必须保证在控制侧倾角同时，其他整车性能更优。如过弯时除了车辆侧倾角要符合乘客预期，其次要在底盘电控技术加持下，要提升过弯车辆响应等需求。而目前关于主动稳定杆侧倾控制相关技术中，均是通过控制算法直接控制输出稳定杆力矩更有一些直接输出电机电流，这些方法均未考虑整车性能的标定，即使侧倾角达成目标但整车性能无法保证。
发明内容
本发明内容旨在提供一种基于整车性能的车身稳态侧倾控制方法及系统，从整车性能入手，计算出车辆总抗侧倾力矩，并进行根据车辆状态(如不足转向、过度转向等)进行前后轴抗侧倾力矩分配计算，最后再分解到稳定杆电机所需扭矩，进行车辆侧倾控制，使车辆在稳态行驶工况，车身抗侧倾性能更优。
本发明的技术方案如下：
本发明所述的一种基于整车性能的车身稳态侧倾控制方法，主要包括如下步骤：
步骤，11、获取车辆信号并滤波处理：通过信号采集获得车速信号、方向盘转角信号、方向盘转速信号、车辆侧向加速度信号、横摆角速度信号，并对各信号进行滤波处理。
步骤12、获取理想侧倾角；
本步骤中，较优的是，全面从用户感知出发，通过方向盘转角及车速进行三维查表，获取最佳理想侧倾角。
当然，也可以通过其它方式获取理想侧倾角，例如专利文献“电机式主动稳定杆控制系统”采用的侧向加速度进行理想侧倾角查表方式，又或是进行经验公式计算等。
但是，通过建立侧向加速度与理想侧倾角关系进行理想侧倾角计算，并不能体现用户对不同场景的性能需求。因为如在不同方向盘转角、不同车速下可能对应同一侧向加速度，但驾驶员对侧倾角的需求可能是不一样的，所以仍然建议首选本专利推荐方式。
步骤13、计算车辆总抗侧倾力矩：基于理想侧倾角与估算的车辆相对地面稳态侧倾角之差，通过可调控制参数的PD控制闭环输出车辆总抗侧倾力矩；同时根据理想侧倾角计算理想总抗侧倾力矩；最后在理想总抗侧倾力矩容差限制下，进行车辆总抗侧倾力矩控制输出。
步骤14、获取前后抗侧倾力矩分配系数。优选地，包括如下步骤：
步骤14.1、获取理想横摆角速度，通过方向盘转角及车速进行三维查表获取用户理想横摆角速度。
步骤14.2、通过理想横摆角速度与实际横摆角速度之差进行D控制，并通过驾驶模式进行限值调节，获取前后力矩分配系数。当然也可采取其他除PID以外的控制方式如模糊控制、滑膜控制、最优控制等，通过理想横摆角速度与实际横摆角速度之差，获得前后抗侧倾力矩分配系数。
步骤15、计算前后稳定杆所需扭矩：通过运用车辆总抗侧倾力矩及前后抗侧倾力矩分配系数进行前后轴各自抗侧倾力矩计算，通过正向分解如图9，至上而下分解到悬架贡献抗侧倾力矩及稳定杆贡献抗侧倾力矩，再由稳定杆贡献抗侧倾力矩正算出前后稳定杆所需扭矩，通过减速比计算出前后电机所需扭矩，并将电机闭环控制后输出的扭矩发送给整车，实现车辆稳态车身侧倾控制。
在上述控制方法中，需要实时对车辆进行稳态车身侧倾角估计，将估计结果作为步骤3车辆总抗侧倾力矩计算的输入。现有技术已有各种稳态车身侧倾角估计的方式，有通过实际测量方法，也有通过估算的方式，利用这些方法得到的车辆总抗侧倾力矩估计值，虽然也可以作为以上控制方法的输入，但是存在背景技术中阐明的一些不足，因此，本发明进一步提出了一种对稳态车身侧倾角估计的方法。
具体包括如下步骤：
步骤21、信号处理，采集车辆高度信号及稳定杆返回的扭矩信号，滤波处理。
步骤22、轮心处侧倾角估算：利用车辆高度信号，计算悬架产生侧倾角。
步骤23、悬架参数计算：根据车辆质量参数，车辆尺寸参数、弹性原件参数、硬点相关参数(如稳定杆杠杆比等)计算悬架零部件参数到系统级参数，包括悬架刚度、悬架侧倾刚度、轮胎贡献侧倾刚度、车辆侧倾力臂。
步骤24、稳定杆实时贡献侧倾力矩反算：由主动稳定杆实时提供的扭矩，反算稳定杆贡献给前后轴的抗侧倾力矩；
步骤25、车辆相对地面稳态车身侧倾角估算：主要用于估算总的车身相对地面侧倾角。总的车身相对地面侧倾角由轮心处侧倾角与轮胎贡献侧倾角之和得到。车辆相对地面稳态车身侧倾角估算模块包含通过悬架参数计算模块、稳定杆贡献抗侧倾力矩模块、轮心处侧倾角估算模块输出参数，进行前后轴抗侧倾力矩计算；其中前后轴抗侧倾力矩为稳定杆贡给献前后轴抗侧倾力矩与悬架贡献抗侧倾之和。悬架贡献抗侧倾力矩为悬架侧倾刚度与轮心侧倾角的乘积。轮胎贡献侧倾角为前后轴抗侧倾力矩除以轮胎侧倾刚度所得。
通过以上方法步骤实时计算车辆相对地面稳态车身侧倾角，用于稳态车身侧倾角控制策略实现。
本申请在另一方面，还提供一种车身稳态侧倾控制系统，包含稳态车身侧倾角控制模块，所述稳态车身侧倾角控制模块包括第一信号处理模块、理想侧倾角计算模块、车辆总抗侧倾力矩计算模块、前后抗侧倾力矩分配系数计算模块、前后稳定杆所需扭矩计算模块，通过各模块实现车辆从整车级性能目标分解到系统级到零部件级需求上，最后输出稳定杆电机扭矩。
所述第一信号处理模块用于获取车辆信号并滤波处理，所述信号包括车速信号、方向盘转角信号、方向盘转速信号、车辆侧向加速度信号、横摆角速度信号。
所述理想侧倾角计算模块用于获取理想侧倾角。
所述车辆总抗侧倾力矩计算模块用于基于理想侧倾角与估算的车辆相对地面稳态车身侧倾角之差，通过可调控制参数的PD控制闭环输出车辆总抗侧倾力矩；同时根据理想侧倾角计算理想总抗侧倾力矩；最后在理想总抗侧倾力矩容差限制下，进行车辆总抗侧倾力矩控制输出。
所述前后抗侧倾力矩分配系数计算模块用于获取前后抗侧倾力矩分配系数。
所述前后稳定杆所需扭矩计算模块用于通过运用车辆总抗侧倾力矩及前后抗侧倾力矩分配系数对前后轴各自抗侧倾力矩进行计算，采用正向分解技术，至上而下分解到悬架贡献的抗侧倾力矩及稳定杆贡献的抗侧倾力矩，再由稳定杆贡献的抗侧倾力矩正算出前后稳定杆所需扭矩，通过减速比计算出前后电机所需扭矩，并将电机闭环控制后输出的扭矩发送给整车，实现车辆稳态车身侧倾控制。
进一步，所述系统包括车辆稳态车身侧倾角估计模块，所述车辆稳态车身侧倾角估计模块包括第二信号处理模块、悬架参数计算模块、轮心处侧倾角估算模块、稳定杆实时贡献侧倾力矩反算模块、车辆相对地面稳态车身侧倾角估算模块，通过以上模块实时计算车辆相对地面稳态车身侧倾角，用于稳态车身侧倾角控制策略实现。
所第二信号处理模块用于采集车辆高度信号及稳定杆返回的扭矩信号，并滤波处理。
轮心处侧倾角估算模块用于利用车辆高度信号，计算悬架产生的侧倾角。
所述悬架参数计算模块用于根据车辆质量参数、车辆尺寸参数、弹性原件参数、硬点相关参数计算悬架零部件参数到系统级参数，包括悬架刚度、悬架侧倾刚度、轮胎贡献侧倾刚度、车辆侧倾力臂。
所述稳定杆实时贡献侧倾力矩反算模块用于由主动稳定杆实时提供的扭矩，反算稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩。
所述车辆相对地面稳态车身侧倾角估算模块用于估算总的车辆相对地面稳态车身侧倾角，总的车身相对地面侧倾角是由轮心处侧倾角与轮胎贡献侧倾角之和得到；所述轮胎贡献侧倾角为前后轴抗侧倾力矩除以轮胎侧倾刚度，所述前后轴抗侧倾力矩为稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩与悬架贡献抗侧倾力矩之和，所述悬架贡献抗侧倾力矩为悬架侧倾刚度与轮心处侧倾角的乘积。
在本申请的第三方面，提供一种电子设备，其包括：
一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现前面所述的车身稳态侧倾控制方法。
本申请在第四方面，还提供一种车辆，所述车辆配置有上述电子设备。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的车身稳态侧倾控制方法应用了正向分解技术，实现从整车级到系统级到零部件级分解，如在计算前后稳定杆所需扭矩时(模块M608)，是通过对车辆抗侧倾力矩分解到系统级(前后轴抗侧倾力矩)再到稳定杆贡献抗侧倾力矩，最后到零部件级(稳定杆电机扭矩)；在估算车辆相对地面稳态车身侧倾角时，又由零部件级由下至上验证到系统级到整车级，如图9流程图展示。这样，通过控制算法输出整车抗侧倾力矩，运用整车性能标定下车身稳态侧倾控制技术，在保证整车性能更优的前提下，对车身侧倾角进行控制，控制输出整车抗侧倾力矩，并考虑车辆状态，基于车辆横摆响应如模块M607完成前后轴抗侧倾力矩分配，最后计算到稳定杆力矩信号需求发送给电机，可以保证在控制侧倾角同时，其他整车性能更优。
2、本发明的车身稳态侧倾控制方法以用户实际感知为切入点，抛掉以往仅以侧向加速度查找理想侧倾角的普遍方法，建立方向盘转角、车速与理想侧倾角关系，以不同车速不同方向盘转角进行车辆理想侧倾角标定(查表)，为后续不同场景提供更好用户体验埋下基石。
3、本发明基于稳态车身抗侧倾控制，还提出了一种稳态下车身相对地面侧倾角估算方法，该方法未使用陀螺仪等侧倾角相关传感器，也未使用复杂的滤波算法估计，在精度可保证的前提下，成本更优，对后续实现量产提供更好保证。同时，采用高度传感器对轮心处侧倾角进行估计，并将侧倾角分成轮心处(悬架)及轮胎两部分进行计算，闭环利用稳定杆力矩计算侧倾角，稳健性高，精度足。
4、本发明基于整车性能标定，结合可变控制参数的PD控制算法，如子模块M6061可以根据车辆状态，考虑当方向盘转速以及车速不一样时，车辆可以通过该模块对比例调节系数进行选择，从而使车辆在稳态定圆与居中转向等不同场景，进行控制参数选择使其具有很好控制效果。
5、本发明提供的技术对于量产车型，算法响应快，易实现，稳健性高，对后续控制器硬件设计提供便捷，更易被主机厂采用。
附图说明
图1是本实施例中稳态车身侧倾控制的车辆示范功能块图；
图2是本实施例中稳态车身侧倾控制模块的原理框图；
图3是本实施例中稳态车身侧倾控制的信号流图；
图4是本实施例中整车侧倾控制正向分解流程图；
图5是本实施例中轮心处侧倾角估算模块原理框图；
图6是本实施例中车辆相对地面稳态车身侧倾角估算模块原理框图；
图7是本实施例中车辆总抗侧倾力矩计算模块原理框图；
图8是本实施例中车辆总抗侧倾力矩计算模块中子模块实车抗侧倾力矩控制模块原理框图；
图9是本实施例中前后抗侧倾力矩分配系数计算模块原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。应该理解，本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，可以使用下面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
以下实施例展示的是车身稳态侧倾控制的两部分内容，稳态车身侧倾角估计和车身稳态侧倾控制，总的控制包括：车辆根据高度传感器信号、方向盘转角信号、车速信号、方向盘角速度信号、侧向加速度信号及横摆角速度信号，结合车辆质量参数、系统零部件参数，对车身侧倾角进行实时估计，并与理想侧倾角进行比较，通过可变控制参数的PD控制算法输出整车抗侧倾力矩；基于理想横摆角速度与实际横摆角速度之差，对其进行控制输出前后抗侧倾力矩分配系数，借用整车正向分解技术，至上而下进行分解生成前后稳定杆扭矩。
下面用一个完整的车身稳态侧倾控制系统来对本发明的控制方法的实现进行详细说明：
如图1所示，是包含稳态车身侧倾控制模块60的车辆10的示例性实例。
本实施例中，信号获取模块包括4个安装在车轮上的高度传感器11、21、31、41，及OBD接口传输的整车CAN信号(未示出)中的方向盘转角信号、方向盘转速信号、车速信号及IMU(未示出)中测试侧向加速度信号、横摆角速度信号等。其中高度传感器11用于测量每一时刻前左悬架相对车身高度信号并传递给控制模块60。高度传感器21用于测量每一时刻前右悬架相对车身高度信号并传递给控制模块60。高度传感器31用于测量每一时刻后左悬架相对车身高度信号并传递给控制模块60。高度传感器41用于测量每一时刻后右悬架相对车身高度信号并传递给控制模块60。OBD接口直接获取整车CAN信号中的方向盘转角信号、方向盘转速信号、车速信号及IMU中测试侧向加速度信号、横摆角速度信号等。
控制模块60包含两方面：一方面车身相对地面侧倾角估算；第二方面为稳态车身侧倾控制策略实现方法。对车辆稳态车身侧倾进行控制输出整车抗侧倾力矩，借用整车正向分解技术，至上而下进行分解生成前后稳定杆扭矩信号，并传递给前后稳定杆电机12、22，电机12、22分别操纵前后主动稳定杆15、25对车辆进行性能调节。其中电机12是实现需求的前稳定杆扭矩的执行机构；电机22实现需求的后稳定杆扭矩的执行机构。
如图2所示，该原理框图示出了图1中的控制模块60的示例性实例。在各实施例中，控制模块60可以包括一个或多个子模块及数据存储器。可以理解的是图2所示子模块可以组合并且/或者进一步划分，从而以相似的方式产生稳态车身侧倾控制的稳定杆扭矩信号。向控制模块60输入的信号可以由车辆10的左前高度传感器11、右前高度传感器21、左后高度传感器31、右后高度传感器41、OBD接口信号输出的方向盘转角信号、方向盘转速信号、车速信号侧向加速度信号、横摆角速度信号等，也可以由车辆10的其他控制模块(未示出)提供，可以被模型化，以及，或者被预先定义。
在一个示例中，控制模块60包括两大模块：稳态车身侧倾角估算模块M60-1、稳态车身侧倾角控制模块M60-2。
其中稳态车身侧倾角估算模块M60-1包括第第二信号处理模块M609-1、轮心处侧倾角估算模块M601、悬架参数计算模块M602、稳定杆实时贡献侧倾力矩反算模块M603、车辆相对地面稳态车身侧倾角估算模块M604。
稳态车身侧倾角控制模块M60-2包括第一信号处理模块M609-2、理想侧倾角计算模块M605、整车抗侧倾力矩计算模块M606、前后抗侧倾力矩分配系数计算模块M607、前后稳定杆所需扭矩计算模块M608。
在所述稳态车身侧倾角估算模块M60-1中，第一信号处理模块M609-1采用低通滤波处理来4个自高度传感器中的信号S35、S45、S55、S65，并传递给轮心处侧倾角估算模块M601，如图4所示。
在稳态车身侧倾角估算中，悬架参数计算需要用到各种参数，包括车辆质量参数C63、车辆尺寸参数C53、弹性原件参数C43、硬点相关参数C33等。
在本实施例中，车辆质量参数C63包括整车质量、前后轴荷、整车质心高度等参数。车辆尺寸参数C53包括前后轮距、轴距等参数；弹性原件参数C43包括弹簧刚度、衬套寄生刚度、缓冲块刚度、轮胎径向刚度、稳定杆衬套刚度等参数。硬点相关参数C33包括如弹簧杠杆比、稳定杆杠杆比、稳定杆节臂长度、前轴侧倾中心高度等参数。它们均用于悬架参数计算模块M602计算悬架刚度、悬架贡献侧倾刚度、轮胎贡献侧倾刚度、车辆侧倾力臂等系统级参数。
本实施例中，稳定杆实时贡献侧倾力矩反算模块M603是利用从前、后稳定杆电机返回的扭矩信号计算每一时刻稳定杆贡献抗侧倾力矩。
最后将以上模块M601、M602、M603计算结果均发送到车辆相对地面稳态车身侧倾角估算模块M604中进行整车每一时刻抗侧倾力矩计算、轮胎贡献侧倾角计算、车身相对地面侧倾角计算。
如图3所示，将稳态车身侧倾角估算模块M60-1中每一时刻计算结果发送到稳态车身侧倾角控制模块M60-2中。在稳态车身侧倾角控制模块M60-2中，第一信号处理模块M609-2将方向盘转角信号S21、车速信号S31、侧向加速度信号S41、方向盘转速信号S51、横摆角速度信号S61进行低通滤波处理。第一信号处理模块M609-2将方向转角信号S21及车速信号S31发送给理想侧倾角计算模块M605。理想侧倾角计算模块M605将标定的与方向盘转角、车速相关的理想侧倾角传递给车辆总抗侧倾力矩计算模块M606中，通过可调控制参数的PD控制使实际车辆稳态侧倾角与理想侧倾角差值控制在0.05°(可变)以内，并将车辆总抗侧倾力矩输入给前后稳定杆所需扭矩计算模块M608中。另外，第一信号处理模块M609-2将处理后横摆角度信号S61、车速信号S31、方向盘转角信号S21传送给前后抗侧倾力矩分配系数计算模块M607中，通过D控制使理论横摆角速度与实际车辆横摆角速度插值控制在1°/s(可变)内，并将前后抗侧倾力矩分配系数传递给前后稳定杆所需扭矩计算模块M608中。前后稳定杆所需扭矩计算模块M608通过来自车辆总抗侧倾力矩计算模块M606的抗侧倾力矩及前后抗侧倾力矩分配系数计算模块M607的抗侧力矩分配系数，计算前后轴抗侧倾力矩，并基于悬架参数计算模块M602计算的悬架参数，从整车至上而下进行分解，得出前后稳定杆电机扭矩S18、S28，返回到图1中车辆示例10中的前后电机，电机触发前后稳定杆运动，实现车辆稳态车身抗侧倾控制。如图3中所示，该信号流图示出了图2中控制模块60的示例性实例。
如图5中所示，该控制框图给出了轮心处侧倾角估算模块M601的实施例。经过第二信号处理模块M609-1低通滤波处理后的4个高度传感器信号S35、S45、S55、S65输入到轮心处侧倾角估算模块M601中。前轴轮心处侧倾角
Figure BDA0003852801190000121
可由下式进行计算：
Figure BDA0003852801190000131
其中，
Figure BDA0003852801190000132
为前轴轮心处侧倾角，HLfwc为前左轮心压缩量即高度传感器S35测量数据，HRfwc为前右轮心压缩量即高度传感器S55测量数据，Tfw由车辆尺寸参数C53进行外部设置的前轮距。同理后轮心处侧倾角
Figure BDA0003852801190000133
采用相同原理进行计算，最后车身轮心处侧倾角
Figure BDA0003852801190000134
由式(2)取前后轮心处侧倾角的平均值。
Figure BDA0003852801190000135
稳态车身侧倾角估算模块M60-1中，悬架参数计算模块M602提供前后悬架刚度、悬架贡献侧倾刚度、前后轮胎贡献侧倾刚度、侧倾力臂的计算。
稳定杆实时贡献侧倾力矩反算模块M603，其中稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩由下式进行计算：
Figure BDA0003852801190000136
其中，MARB为稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩；TARB为前后稳定杆电机反馈扭矩信号S27、S17；Tw为车辆轮距；lARB_arm为稳定杆力臂；iARB为稳定杆轮心杠杆比。
如图6所示，该控制框图给出了车辆相对地面稳态车身侧倾角估算模块M604的实施例。稳定杆实时贡献侧倾力矩反算模块M603计算稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩S603-1、S603-2；轮心处侧倾角估算模块M601计算前后轮心处侧倾角S601-1、S601-2；悬架参数计算模块M602计算前后悬架刚度S602-1、S602-2及前后轮胎侧倾刚度S602-3、S602-4(考虑更换轮胎后系统性能变化，加入前后轮胎等效系数进行估算)；以上信号均输入到车辆相对地面稳态车身侧倾角估算模块M604中进行计算。在稳态工况下，车辆相对地面稳态车身侧倾角S604-1由轮心处侧倾角及轮胎贡献侧倾角之和组成，算法中为避免后续换轮胎对估算的影响，加入轮胎等效系数进行标定，并且将前后分开考虑，即图中的前轮胎等效系数和后轮胎等效系数，取前后侧倾角平均值，这样估算模型更加精确，通过验证实测与估算值差异控制在0.02°(可变)以内。
返回图3中，在稳态车身侧倾角控制模块M60-2中，理想侧倾角计算模块M605以经过第一信号处理模块M609-2低通滤波处理后的方向盘转角信号S21-1、车速信号S31-1，建立与用户可感知的理想侧倾角的三维关系，并进行查找获得理想侧倾角信号S605-1。
如图7所示，该控制框图给出了车辆总抗侧倾力矩计算模块M606的实施例。该模块中主要括3个子模块：稳态理想总抗侧倾力矩计算模块M6063、可调控制参数选择模块M6061、实车抗侧倾力矩控制输出模块M6062。按照如图6中所示连接关系进行信号传送，用于最后实车所需总抗侧倾力矩计算。
其中子模块稳态理想总抗侧倾力矩计算模块M6063，主要是根据理想侧倾角信号S605-1、车辆侧倾力臂信号S604-3(由模块M602计算的悬架参数，传送给模块M604中进行输出)、滤波后的车辆侧向加速度信号S41-1，采用如下式进行理想总抗侧倾力矩计算：
Figure BDA0003852801190000141
其中，Mopencal为理想总抗侧倾力矩，m为整车质量，ay为车辆侧向加速度信号S41-1，h为车辆侧倾力臂，g为重力加速度，
Figure BDA0003852801190000151
为理想侧倾角信号S605-1。
子模块可调控制参数选择模块M6061，主要是考虑当方向盘转速以及车速不一样时，车可以通过该模块对比例调节系数进行选择，从而使车辆在稳态不同场景都具有很好控制效果。该模块通过建立方向盘转速S51-1、车速S31-1与比例控制参数S6061的三维关系，后续可根据开放式进行匹配标定。这样比例调节系数通过三维查表即可获得。
如图8所示，该控制框图给出了实车抗侧倾力矩控制输出模块M6062的实施例。该子模块根据理想侧倾角S605-1与估算的车辆相对地面稳态车身侧倾角S604-1间差值进行闭环控制，通过下式进行所需抗侧倾力矩输出：
Figure BDA0003852801190000152
Figure BDA0003852801190000153
其中，Mneed为通过闭环控制输出的信号S606-1，Mlast为上一时刻作用于车辆的总抗侧倾力矩S604-2，Kd为根据理想侧倾角S605-1与估算的车辆相对地面稳态车身侧倾角S604-1间差值通过查表获得的D增益值，steplength为采样步长，Kp为可调比例系数S6061，
Figure BDA0003852801190000154
为实时估算车身相对地面侧倾角，errup为抗侧倾力矩容差上限，errlower为抗侧倾力矩容差下限(考虑这个因数比较不同)，M为通过与理想抗侧倾力矩容差限值后最终输出的车辆总抗侧倾力矩S606。
如图所示，该控制框图给出了前后抗侧倾力矩分配系数计算模块M607的实施例。该模块首先通过建立方向盘转角信号S21-1及车速信号S31-1与理想横摆角速度信号S607-1之间三维关系。将经过滤波后的车辆实际横摆角速度S61-1与理想横摆角速度S607-1进行差值计算，并查表得出增益值S607-2，与上一时刻前后抗侧倾力矩分配系数相加得到当前时刻前后抗侧倾力矩分配系数S607-3，并进行动态限值处理得出最终前后抗侧倾力矩分配系数S607。
最后，所述前后稳定杆所需扭矩计算计算模块M608，通过获取车辆总抗侧倾力矩计算模块M606输出的车辆总抗侧倾力矩S606及前后抗侧倾力矩分配系数计算模块M607输出的前后抗侧倾力矩分配系数S607，如图9所示，通过至上而下分解计算出前后轴抗侧力矩，并将前后轴抗侧倾力矩分解到悬架贡献的抗侧倾力矩及稳定杆贡献的抗侧倾力矩。再通过前面的公式(3)，由稳定杆贡献的前后抗侧倾力矩计算出稳定杆所需扭矩信号S18、S28，分别发送给前后稳定杆电机。
虽然本发明结合有限数量的实例进行了详细描述，但是应当容易理解的是，本发明并不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改以结合此前未描述的任意数量的变化、改变、替代或等价的方法，但是其与本发明的精神和范围相当。此外，虽然本发明的多个实施例被描述，但是应当理解的是，本发明的多个方面可以仅包括所描述实施例中的一些。此外，本发明不应被看作受前面描述的限制。

Claims (14)

1.一种基于整车性能的车身稳态侧倾控制方法，其特征在于，包括：
步骤11、获取车辆信号并滤波处理，所述信号包括车速信号、方向盘转角信号、方向盘转速信号、车辆侧向加速度信号、横摆角速度信号；
步骤12、获取理想侧倾角；
步骤13、计算车辆总抗侧倾力矩并输出：基于理想侧倾角与估算的车辆相对地面稳态车身侧倾角之差，通过可调控制参数的PD控制闭环输出车辆总抗侧倾力矩；同时根据理想侧倾角计算理想总抗侧倾力矩；最后在理想总抗侧倾力矩容差限制下，进行所需车辆总抗侧倾力矩控制输出；
步骤14、获取前后抗侧倾力矩分配系数；
步骤15、计算前后稳定杆所需扭矩:通过运用车辆总抗侧倾力矩及前后抗侧倾力矩分配系数对前后轴各自抗侧倾力矩进行计算,采用正向分解技术，至上而下分解到悬架贡献的抗侧倾力矩及稳定杆贡献的抗侧倾力矩，再由稳定杆贡献的抗侧倾力矩正算出前后稳定杆所需扭矩，通过减速比计算出前后电机所需扭矩,并将电机闭环控制后输出的扭矩发送给整车实现车辆稳态车身侧倾控制。
2.根据权利要求1所述的车身稳态侧倾控制方法，其特征在于，所述步骤12中，获取理想侧倾角包括：通过方向盘转角及车速进行三维查表，获取理想侧倾角；或者通过建立侧向加速度与理想侧倾角关系进行理想侧倾角计算。
3.根据权利要求1所述的车身稳态侧倾控制方法，其特征在于，所述步骤13具体包括：
13.1，理想总抗侧倾力矩计算，公式如下：
Figure FDA0003852801180000021
其中，Mopencal为理想总抗侧倾力矩，m为整车质量，ay为车辆侧向加速度信号，h为车辆侧倾力臂，g为重力加速度，
Figure FDA0003852801180000022
为理想侧倾角；
13.2，可调控制参数选取：通过建立的与方向盘转速、车速的三维关系表查表得到可调控制参数；
13.3，所需抗侧倾力矩控制输出：是根据理想侧倾角与估算的车辆相对地面稳态车身侧倾角间差值进行闭环控制，通过下式进行所需抗侧倾力矩输出：
Figure FDA0003852801180000023
Figure FDA0003852801180000024
其中，Mneed为通过闭环控制输出的信号，Mlast为上一时刻作用于车辆的总抗侧倾力矩输出，Kd为根据理想侧倾角与估算的车辆相对地面稳态车身侧倾角间差值通过查表获得的D增益值，steplength为采样步长，Kp为可调比例系数，
Figure FDA0003852801180000025
为估算的车辆相对地面稳态车身侧倾角，errup为抗侧倾力矩容差上限，errlower为抗侧倾力矩容差下限，M为通过理想总抗侧倾力矩容差限值后最终输出的车辆总抗侧倾力矩。
4.根据权利要求1所述的车身稳态侧倾控制方法，其特征在于，所述步骤14包括：
步骤14.1，获取理想横摆角速度：通过方向盘转角及车速进行三维查表获取用户的理想横摆角速度；
步骤14.2，通过理想横摆角速度与实际横摆角速度之差进行D控制,并通过驾驶模式进行限值调节，获取前后抗侧倾力矩分配系数；或者采取其他除PID以外的控制方式，通过理想横摆角速度与实际横摆角速度之差，获得前后抗侧倾力矩分配系数。
5.根据权利要求4所述的车身稳态侧倾控制方法，其特征在于，所述步骤14.2是，将理想横摆角速度与实际横摆角速度进行差值计算，并查表得出增益值，再与上一时刻前后抗侧倾力矩分配系数相加得到当前时刻前后抗侧倾力矩分配系数，然后进行动态限值处理得出最终前后抗侧倾力矩分配系数。
6.根据权利要求1所述的车身稳态侧倾控制方法，其特征在于，所述步骤15中，由稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩计算出前后稳定杆电机反馈扭矩，计算公式为：
Figure FDA0003852801180000031
其中，MARB为稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩；TARB为前后稳定杆电机反馈扭矩；Tw为车辆轮距；lARB_arm为稳定杆力臂；iARB为稳定杆轮心杠杆比。
7.根据权利要求1所述的车身稳态侧倾控制方法，其特征在于，所述估算的车俩相对地面稳态车身倾角是采用如下方法得到：
步骤21，信号处理，采集车辆高度信号及稳定杆返回的扭矩信号，滤波处理；
步骤22，轮心处侧倾角估算：利用车辆高度信号、轮距等车辆尺寸参数计算悬架产生的侧倾角即轮心处侧倾角；
步骤23，悬架参数计算：根据车辆质量参数，车辆尺寸参数、弹性原件参数、硬点相关参数计算悬架零部件参数到系统级参数，包括悬架刚度、悬架侧倾刚度、轮胎贡献侧倾刚度、车辆侧倾力臂；
步骤24，稳定杆实时贡献侧倾力矩反算：由主动稳定杆实时提供的扭矩，反算稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩；
步骤25，车辆相对地面稳态车身侧倾角估算：由轮心处侧倾角与轮胎贡献侧倾角之和得到总的车身相对地面侧倾角，所述轮胎贡献侧倾角为前后轴抗侧倾力矩除以轮胎侧倾刚度，所述前后轴抗侧倾力矩为稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩与悬架贡献抗侧倾力矩之和，所述悬架贡献抗侧倾力矩为悬架侧倾刚度与轮心处侧倾角的乘积。
8.根据权利要求7所述的车身稳态侧倾控制方法，其特征在于，所述轮心处侧倾角估算包括：
由下式计算前轮心处侧倾角
Figure FDA0003852801180000041
Figure FDA0003852801180000042
其中，
Figure FDA0003852801180000043
为前轴轮心处侧倾角，HLfwc为前左轮心压缩量，HRfwc为前右轮心压缩量，Tfw由车辆尺寸参数进行外部设置的前轮距；
后轮心处侧倾角
Figure FDA0003852801180000044
采用计算前轮心处侧倾角相同原理进行计算，最后取前后轮心处侧倾角的平均值得到车身轮心处侧倾角
Figure FDA0003852801180000051
Figure FDA0003852801180000052
9.根据权利要求7所述的车身稳态侧倾控制方法，其特征在于，稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩由下式进行计算：
Figure FDA0003852801180000053
其中，MARB为稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩；TARB为前后稳定杆电机反馈扭矩；Tw为车辆轮距；lARB_arm为稳定杆力臂；iARB为稳定杆轮心杠杆比。
10.根据权利要求7所述的车身稳态侧倾控制方法，其特征在于，在估算车辆相对地面稳态车身侧倾角中，加入轮胎等效系数进行标定，并且将前后分开考虑，取前后侧倾角平均值。
11.一种车身稳态侧倾控制系统，实现权利要求1-10任一项所述的车身稳态侧倾控制方法，其特征在于，包含稳态车身侧倾角控制模块，所述稳态车身侧倾角控制模块包括第一信号处理模块、理想侧倾角计算模块、车辆总抗侧倾力矩计算模块、前后抗侧倾力矩分配系数计算模块、前后稳定杆所需扭矩计算模块，通过各模块实现车辆从整车级性能目标分解到系统级到零部件级需求上，最后输出稳定杆电机扭矩；
所述第一信号处理模块用于获取车辆信号并滤波处理，所述信号包括车速信号、方向盘转角信号、方向盘转速信号、车辆侧向加速度信号、横摆角速度信号；
所述理想侧倾角计算模块用于获取理想侧倾角；
车辆总抗侧倾力矩计算模块用于基于理想侧倾角与估算的车辆相对地面稳态车身侧倾角之差，通过可调控制参数的PD控制闭环输出车辆总抗侧倾力矩；同时根据理想侧倾角计算理想总抗侧倾力矩；最后在理想总抗侧倾力矩容差限制下，进行车辆总抗侧倾力矩控制输出；
前后抗侧倾力矩分配系数计算模块用于获取前后抗侧倾力矩分配系数；
前后稳定杆所需扭矩计算模块用于通过运用车辆总抗侧倾力矩及前后抗侧倾力矩分配系数对前后轴各自抗侧倾力矩进行计算,采用正向分解技术，至上而下分解到悬架贡献的抗侧倾力矩及稳定杆贡献的抗侧倾力矩，再由稳定杆贡献的抗侧倾力矩正算出前后稳定杆所需扭矩，通过减速比计算出前后电机所需扭矩,并将电机闭环控制后输出的扭矩发送给整车，实现车辆稳态车身侧倾控制。
12.根据权利要求11所述的车身稳态侧倾控制系统，其特征在于，还包括车辆稳态车身侧倾角估计模块，所述车辆稳态车身侧倾角估计模块包括第二信号处理模块、悬架参数计算模块、轮心处侧倾角估算模块、稳定杆实时贡献侧倾力矩反算模块、车辆相对地面稳态车身侧倾角估算模块，通过以上模块实时计算车辆相对地面稳态车身侧倾角，用于稳态车身侧倾角控制策略实现。
所第二信号处理模块用于采集车辆高度信号及稳定杆返回的扭矩信号，并滤波处理；
轮心处侧倾角估算模块利用车辆高度信号、轮距等车辆尺寸参数计算悬架产生的侧倾角即轮心处侧倾角；
所述悬架参数计算模块用于根据车辆质量参数、车辆尺寸参数、弹性原件参数、硬点相关参数计算悬架零部件参数到系统级参数，包括悬架刚度、悬架侧倾刚度、轮胎贡献侧倾刚度、车辆侧倾力臂；
所述稳定杆实时贡献侧倾力矩反算模块用于由主动稳定杆实时提供的扭矩，反算稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩；
所述车辆相对地面稳态车身侧倾角估算模块用于估算总的车辆相对地面稳态车身侧倾角，总的车身相对地面侧倾角是由轮心处侧倾角与轮胎贡献侧倾角之和得到；所述轮胎贡献侧倾角为前后轴抗侧倾力矩除以轮胎侧倾刚度，所述前后轴抗侧倾力矩为稳定杆贡献的前后轴抗侧倾力矩与悬架贡献抗侧倾力矩之和，所述悬架贡献抗侧倾力矩为悬架侧倾刚度与轮心处侧倾角的乘积。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现权利要求1至10中任一项所述的车身稳态侧倾控制方法。
14.一种车辆，其特征在于，所述车辆配置有权利要求13所述的电子设备。
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