CN117864106A - 主动侧倾车辆防侧翻控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆行驶稳定性控制技术，公开了一种主动侧倾车辆防侧翻控制方法，所采用的技术措施为：基于反向转向技术响应及时、几乎与离心力变化同步，后轮单侧点刹、瞬时制动，是实现反向转向效应、提供瞬时离心力变化最简技术措施，且对车辆行驶轨迹影响甚微；主动侧倾车辆行驶过程中，一旦工作至车辆极限侧倾角后，当受到路面条件不利因素干扰时，采用单侧后轮瞬时制动、产生反向转向效应避免所需侧倾角超越车辆极限侧倾角，防止车辆向弯道外侧侧翻，保障车辆行驶安全。

Description

主动侧倾车辆防侧翻控制方法

技术领域

本发明涉及一种主动侧倾车辆防侧翻控制方法，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弯道内侧倾斜程度，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，对于小轮距、窄体车辆，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，以保持车辆稳定的行驶姿态。

针对车辆行驶安全性，发明专利车辆侧倾控制方法CN2020105579660，设置了一个车辆许用最大侧倾角，车辆转向行驶过程中，依据计算所需侧倾角与许用最大侧倾角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；其关键技术措施是，执行车辆减速、防止车辆克服离心力所需侧倾角超越所设置的许用最大侧倾角，采用车辆减速技术措施响应较慢，同时会受到车辆载荷、路面条件影响。反向转向技术响应及时、几乎与离心力变化同步，后轮单侧点刹、瞬时制动，是实现反向转向效应、提供瞬时离心力变化最简技术措施，且对车辆行驶轨迹影响甚微；对于双后轮独立制动车辆，后轮单侧瞬时制动，具备显著的向该侧转向趋势，特别是双后轮轮毂电机驱动车辆，轮毂电机自备的“高刹”瞬时制动，更易实现自动控制。

对于主动侧倾车辆弯道行驶过程中，如果车辆自动控制侧倾至极限侧倾角后，当车辆需要避障加大转向角、或者受到下坡等路面条件不利因素干扰时，导致离心力急剧变大、超越车辆所能够承受的极限值后，可能造成车辆向弯道外侧侧翻；应用单侧后轮瞬时制动、反向转向效应避免所需侧倾角超越车辆极限侧倾角，防止车辆向弯道外侧侧翻，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主动侧倾车辆防侧翻控制方法，基于反向转向技术原理，采用后轮单侧瞬时制动，产生反向转向效应、提供瞬时离心力变化，主动侧倾车辆行驶过程中，一旦工作至车辆极限侧倾角后，当受到路面条件不利因素干扰时，避免所需侧倾角超越车辆极限侧倾角，防止车辆向弯道外侧侧翻，保障车辆行驶安全。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下：

主动侧倾车辆防侧翻控制方法包括：

⑴、给定车辆性能参数：车辆极限侧倾角β_m，制动系数k，控制参数初值β₀=0、θ₀=0；

⑵、读入驾驶意图信息，包括车辆加、减速信息及方向控制信息；

⑶、执行车辆加、减速、转向角；

⑷、车载传感器动态读取车辆行驶速度v、转向角θ；

⑸、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；

⑹、如果β≤β_m，执行侧倾角修正量∆β=β-β₀，β₀=β，转到步骤⑻；

否则，车辆行驶驱动电机停止加速，并进行以下逻辑判断：

如果β₀＜β_m，执行侧倾角修正量∆β=β_m-β₀，转到步骤⑺；

否则，进行下一步；

⑺、β₀=β_m，并进行以下逻辑判断、启动单侧后轮瞬时制动：

如果车辆左转向，执行右后轮单侧瞬时制动、制动时长t=k(β-β_m)，转到步骤⑻；

如果车辆右转向，执行左后轮单侧瞬时制动、制动时长t=k(β-β_m)，转到步骤⑻；

否则，进行下一步；

⑻、执行转向角修正量∆θ=θ-θ₀；

⑼、θ₀=θ，回到步骤⑵继续。

其中：重力加速度g，车辆侧倾部分质量m，制动系数k<1（单位s/度）；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。

上述的主动侧倾车辆防侧翻控制方法中，步骤⑻、转向角修正量∆θ=θ-θ₀是必选执行项，确保车辆行驶方向受控于驾驶意图。

由车辆硬件或者车载软件设定一个车辆极限侧倾角β_m，依据车辆行驶参数，计算消除弯道行驶离心力所需侧倾角β，通过β与β_m的关系判断是否执行弯道外侧后轮瞬时制动，避免离心力突然变大，导致车辆向弯道外侧侧翻，保障车辆行驶安全。车辆转向行驶过程中，如果β≤β_m时，执行侧倾角修正量∆β=β-β₀、然后执行转向角修正量∆θ=θ-θ₀，消除弯道行驶离心力，车辆侧倾、转向行驶；

对于主动侧倾车辆弯道行驶过程中，如果车辆自动控制侧倾至极限侧倾角后，行驶驱动电机停止加速条件下，当车辆需要避障加大转向角、或者受到下坡等路面条件不利因素干扰时，导致离心力急剧变大、超越车辆所能够承受的极限值后，可能造成车辆向弯道外侧侧翻；采用单侧后轮瞬时制动、反向转向效应避免所需侧倾角超越车辆极限侧倾角，防止车辆向弯道外侧侧翻，保障车辆行驶安全，应用于双后轮独立制动的轻型、窄体主动侧倾车辆，特别是双后轮轮毂电机驱动车辆，由轮毂电机自备的“高刹”执行瞬时制动，更易实现自动控制。

本发明的有益效果在于，所提出的一种主动侧倾车辆防侧翻控制方法，主动侧倾车辆行驶过程中，一旦工作至车辆极限侧倾角后，当受到路面条件不利因素干扰时，采用单侧后轮瞬时制动、产生反向转向效应避免所需侧倾角大于极限侧倾角，防止车辆向弯道外侧侧翻，保障车辆行驶安全。

附图说明

图1为主动侧倾车辆防侧翻控制方法流程图；

图2为主动侧倾三轮车左转向、侧倾弯道行驶状态图；

图3为主动侧倾三轮车右转向、侧倾弯道行驶状态图；

图4为主动侧倾三轮车转向原理图。

实施方式

下面根据附图对本发明的实施例进行描述。

图1所示的主动侧倾车辆防侧翻控制方法流程图，主动侧倾车辆防侧翻控制方法包括如下步骤：

⑴、给定车辆性能参数：车辆极限侧倾角β_m，制动系数k，控制参数初值β₀=0、θ₀=0；

⑵、读入驾驶意图信息，包括车辆加、减速信息及方向控制信息；

⑶、执行车辆加、减速、转向角；

⑷、车载传感器动态读取车辆行驶速度v、转向角θ；

⑸、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；

⑹、如果β≤β_m，执行侧倾角修正量∆β=β-β₀，车辆到达所需的侧倾角β，β₀=β，转到步骤⑻；

否则，车辆行驶驱动电机停止加速，并进行以下逻辑判断：

如果β₀＜β_m，执行侧倾角修正量∆β=β_m-β₀，车辆到达极限侧倾角β_m，转到步骤⑺；

否则，车辆已达到极限侧倾角β_m，进行下一步；

⑺、β₀=β_m，并进行以下逻辑判断、启动单侧后轮瞬时制动：

如果车辆左转向，如图2所示，执行右后轮W_R单侧瞬时制动、制动时长t=k(β-β_m)，转到步骤⑻；

如果车辆右转向，如图3所示，执行左后轮W_L单侧瞬时制动、制动时长t=k(β-β_m)，转到步骤⑻；

否则，进行下一步；

⑻、执行转向角修正量∆θ=θ-θ₀，无条件实现转向角θ，满足方向控制驾驶意图；

⑼、θ₀=θ，回到步骤⑵继续。

其中：重力加速度g、g=9.8m/s²，车辆侧倾部分质量m，制动系数k（单位s/度）、0<k<1。

上述的主动侧倾车辆防侧翻控制方法中，步骤⑺、转向角修正量∆θ=θ-θ₀是必选执行项，确保车辆行驶方向受控于驾驶意图。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4所示的主动侧倾三轮车转向原理图，为具有侧倾功能的前轮转向、双后轮轮毂电机驱动的正三轮车，车辆轴距L，转向角θ时，转弯半径r=L/tanθ。

由车辆硬件或者车载软件设定一个车辆极限侧倾角β_m，依据车辆行驶参数，计算消除弯道行驶离心力所需侧倾角β，通过β与β_m的关系判断是否执行弯道外侧后轮瞬时制动，避免离心力突然变大，导致车辆向弯道外侧侧翻，保障车辆行驶安全。车辆转向行驶过程中，如果β≤β_m时，执行侧倾角修正量∆β=β-β₀、然后执行转向角修正量∆θ=θ-θ₀，消除弯道行驶离心力，车辆侧倾、转向行驶；

针对图2、3所示的主动侧倾三轮车，采用前轮转向、双后轮轮毂电机驱动车辆行驶；侧倾电机通过减速器驱动小锥齿轮转动，小锥齿轮分别与左、右锥齿轮啮合传动，左、右锥齿轮分别驱动两上摆杆反向等角度转动，通过减震器驱动两下摆杆转动，两车轮相对车身反向运动，车身相对地面侧倾、实现侧倾角β；由硬件限位车辆最大侧倾角45°，软件设定一个车辆极限侧倾角β_m=42°，对于城市道路行驶，取制动系数k=0.15 s/度，由轮毂电机自备的“高刹”执行单侧瞬时制动。

信号检测和读取方法：车辆行驶速度v，由型号为CM12-45P-1-24J轮速传感器检测得到；转向角θ，由型号为PandAuto P3036-C-90-V1-L-5的角度传感器检测得到；传感器采样周期0.01s，对于城市道路行驶，控制瞬时制动时长t=0.1~1s，即可满足车辆行驶安全。

基于反向转向技术响应及时、几乎与离心力变化同步，后轮单侧点刹、瞬时制动，是实现反向转向效应、提供瞬时离心力变化最简技术措施，且对车辆行驶轨迹影响甚微；对于双后轮独立制动车辆，后轮单侧瞬时制动，具备显著的向该侧转向趋势；对于主动侧倾车辆弯道行驶过程中，如果车辆自动控制侧倾至极限侧倾角后，行驶驱动电机停止加速条件下，当车辆需要避障加大转向角、或者受到下坡等路面条件不利因素干扰时，导致离心力急剧变大、超越车辆所能够承受的极限值后，可能造成车辆向弯道外侧侧翻；采用单侧后轮瞬时制动、反向转向效应避免所需侧倾角超越车辆极限侧倾角，防止车辆向弯道外侧侧翻，保障车辆行驶安全，应用于双后轮独立制动的轻型、窄体主动侧倾车辆。

Claims (1)

1.主动侧倾车辆防侧翻控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

⑴、给定车辆性能参数：车辆极限侧倾角β_m，制动系数k，控制参数初值β₀=0、θ₀=0；

⑵、读入驾驶意图信息，包括车辆加、减速信息及方向控制信息；

⑶、执行车辆加、减速、转向角；

⑷、车载传感器动态读取车辆行驶速度v、转向角θ；

⑸、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；

⑹、如果β≤β_m，执行侧倾角修正量∆β=β-β₀，β₀=β，转到步骤⑻；

否则，车辆行驶驱动电机停止加速，并进行以下逻辑判断：

如果β₀＜β_m，执行侧倾角修正量∆β=β_m-β₀，转到步骤⑺；

否则，进行下一步；

⑺、β₀=β_m，并进行以下逻辑判断、启动单侧后轮瞬时制动：

如果车辆左转向，执行右后轮瞬时制动、制动时长t=k(β-β_m)，转到步骤⑻；

如果车辆右转向，执行左后轮瞬时制动、制动时长t=k(β-β_m)，转到步骤⑻；

否则，进行下一步；

⑻、执行转向角修正量∆θ=θ-θ₀；

⑼、θ₀=θ，回到步骤⑵继续；

其中：重力加速度g，车辆侧倾部分质量m。