CN118124558A - 用于控制车辆的侧翻稳定性的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆的运动控制领域。本发明涉及一种用于控制车辆的侧翻稳定性的方法，所述方法包括以下步骤：S1：获取通过车辆的方向盘反映出的转向请求，所述转向请求用于在传递至车辆的车轮时引起车轮以预定方式发生偏转；S2：至少部分地基于所述转向请求预测当车轮以预定方式发生偏转时车辆的预计侧翻风险；S3：响应于预测出车辆的预计侧翻风险高于风险阈值，对所述转向请求向车轮的传递过程执行干预，以改善车辆的侧翻稳定性。本发明还涉及一种用于控制车辆的侧翻稳定性的设备和一种机器可读的存储介质。

Description

用于控制车辆的侧翻稳定性的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于控制车辆的侧翻稳定性的方法、一种用于控制车辆的侧翻稳定性的设备和一种机器可读的存储介质。

背景技术

随着经济快速发展，汽车保有量稳步上升。随之而来的是交通事故数量的增多，过度转向引起的侧翻是交通事故中比较危险的一类。一旦车辆发生侧翻，通常会造成严重人员伤亡。

目前的防侧翻功能主要依据摩擦圆原理，通过差速制动外侧车轮或改变驱动扭矩分配来增大轮胎与地面之间的纵向力，进而削弱横向加速度，最终实现车辆的侧翻抑制。但是，这些传统策略只能在侧翻趋势已出现时采取校正措施。一方面，当车速非常高时，过大的制动强度可能会造成车轮爆胎或车身猛烈晃动，另一方面，纵向干预的介入还会导致车辆严重偏离预期轨迹，容易导致事故发生。

在这种背景下，期待提供一种改进的车辆侧翻稳定性控制方案，以通过对转向过程的干预来预防侧翻风险，同时尽量满足驾驶员的期望轨迹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于控制车辆的侧翻稳定性的方法、一种用于控制车辆的侧翻稳定性的设备和一种机器可读的存储介质，以至少解决现有技术中的部分问题。

根据本发明的第一方面，提供一种用于控制车辆的侧翻稳定性的方法，所述方法包括以下步骤：

S1：获取通过车辆的方向盘反映出的转向请求，所述转向请求用于在传递至车辆的车轮时引起车轮以预定方式发生偏转；

S2：至少部分地基于所述转向请求预测当车轮以预定方式发生偏转时车辆的预计侧翻风险；以及

S3：响应于预测出车辆的预计侧翻风险高于风险阈值，对所述转向请求向车轮的传递过程执行干预，以改善车辆的侧翻稳定性。

本发明尤其包括以下技术构思：与传统的侧翻稳定性方案相比，本发明通过分析驾驶员的或由自动驾驶系统规划出的转向意图，可以快速准确地预测车辆的侧翻趋势，在转向意图尚未实际转化为车辆动作时通过干预措施来更有效预防侧翻发生。这样一来，即便后续仍需制动介入，对制动系统的控制难度也会大大降低。此外，由于不会直接干涉通过方向盘反映出的转向请求，避免了视觉上或驾驶体验上的突兀感，在总体上实现了更加温和有效的侧翻预防效果。

可选地，对转向请求向车轮的传递过程执行干预包括：改变方向盘与车轮之间的操作性连接，以降低车轮对方向盘的运动的敏感性。

由此，避免由方向盘反映出的转向指令直接引起车辆行驶方向突变，可在安全限度内更合理地考虑初始规划的转向意图。

可选地，通过以下方式改变车辆的方向盘与车轮之间的操作性连接：

增大方向盘与车轮之间的转向比；和/或

降低方向盘与车轮之间的机械耦合程度。

由此，通过动态改变机械耦合程度和转向比，在危急情况下可适当减少驾驶员输入占比或轨迹规划模块的输入占比，在一般场景中可将转向控制权限完全释放给驾驶员，实现了转向控制上的更大自由度。

可选地，对转向请求向车轮的传递过程执行干预包括：

求取车轮的用于使预计侧翻风险满足预设条件的目标转向角；以及

替代于将用于引起车轮以预定方式发生偏转的预期转向角施加在车轮上，将目标转向角施加在车轮上。

由此，通过与侧翻风险相关联地计算并施加目标转向角，可以更早地对转向轮的实际偏转进行动态控制，从而更精准有效地实现车辆的安全过弯，提升了安全性。

可选地，通过以下方式求取目标转向角：

在车轮的转向角与预计侧翻风险之间建立映射关系；

基于所述映射关系，借助前馈控制算法计算用于使预计侧翻风险动态趋近于且不超过极限阈值的转向角作为前馈转向角，所述极限阈值大于或等于所述风险阈值；以及

基于前馈转向角求取目标转向角。

通过前馈控制，可在较早时机触发转向干预，以将侧翻趋势以较温和方式消除在产生之前，有效避免了因对转向的过度纠正而造成车辆明显偏离预期轨迹。

可选地，通过以下方式求取目标转向角：

求取车辆的实际侧翻风险；

响应于求取出车辆的实际侧翻风险高于极限阈值，借助反馈控制算法计算用于减小车辆的实际侧翻风险与极限阈值之间的偏差的转向角作为反馈转向角，所述极限阈值大于或等于所述风险阈值；以及

基于反馈转向角求取目标转向角。

由此，对于不可测的扰动(例如路况、气流)和前馈未精确控制的偏差，也可借助反馈环节快速对其执行修正，进一步减少了侧翻事故概率。

可选地，

转向请求包括方向盘的转动角度和/或转动角速度；和/或

在步骤S2中，通过当车辆以预定方式发生偏转时车辆的预计横向加速度来度量预计侧翻风险。

通过了解上述参数，可更加精准地掌握通过方向盘反映出的转向意图，也可更加可靠地预估侧翻风险大小。

可选地，风险阈值的大小和/或风险阈值偏离极限阈值的程度是根据车辆的行驶速度、车辆的重心位置、车辆的轮距和/或路面附着系数动态确定的，其中，随着车辆的行驶速度的增大、车辆的重心位置的升高、车辆的轮距的减小和/或路面附着系数的降低，风险阈值被确定得更小和/或风险阈值被确定成更多地偏离于极限阈值。

由此，可针对不同工况和车型自由调整风险评判标准和干预措施的触发条件。例如可在高速时实现转向干预的更早介入和更保守控制，因此进一步提高了安全性。

可选地，在步骤S3中执行所述干预期间，仅干预车辆的前轮的偏转、仅干预车辆的后轮的偏转或者同时干预车辆的前轮和后轮的偏转。

可选地，在步骤S3中，

在执行所述干预期间首先仅干预车辆的前轮的偏转，如果在预定时间内车辆的实际侧翻风险高于极限阈值，附加地干预车辆的后轮的偏转，所述极限阈值大于或等于所述风险阈值。

通过仅干预前轮偏转，可使车辆较少地偏离期望轨迹。若风险较高，则可通过同时干预前轮和后轮偏转来更高效地改善侧翻稳定性。

可选地，所述方法还包括以下步骤：

求取车辆的实际侧翻风险；以及

基于实际侧翻风险借助车辆的制动执行机构通过向车辆的车轮施加制动力来改善车辆的侧翻稳定性，其中，在已经在步骤S3中执行所述干预的情况下限制向车轮施加的制动力的大小和/或限制向车轮施加的制动力的增加梯度。

可选地，其中，

求取车辆的实际侧翻风险；以及

基于实际侧翻风险借助车辆的驱动扭矩执行机构通过抑制待向车轮施加的驱动扭矩和/或改变在各个车轮上的驱动扭矩分配比例来改善车辆的侧翻稳定性，其中，在已经在步骤S3中执行所述干预的情况下限制对驱动扭矩的抑制程度和/或限制驱动扭矩分配比例从后轮向前轮的迁移程度。

通过与制动控制和驱动扭矩控制方案相配合，在路况急剧变化时，可通过制动力施加或驱动扭矩调节来快速减小横摆力矩，以可靠防止侧翻。另外，由于在侧翻风险尚未恶化时干预了转向行为，因此可使传统侧翻稳定性方案介入时更加温和，能够抑制因赋予过大制动力或较明显地抑制车速而造成车辆大幅改变行驶轨迹。通过这种适配，能够在保留传统稳定性控制系统的逻辑架构的前提下，使车辆横向和纵向引导协同作用，良好地维持车辆过弯性能，并抑制车辆侧翻。

根据本发明的第二方面，提供一种用于控制车辆的侧翻稳定性的设备，所述设备用于执行根据本发明的第一方面所述的方法，所述设备包括：

获取模块，其配置成能够获取通过车辆的方向盘反映出的转向请求，所述转向请求用于在传递至车辆的车轮时引起车轮以预定方式发生偏转；

预测模块，其配置成能够至少部分地基于所述转向请求预测当车轮以预定方式发生偏转时车辆的预计侧翻风险；以及

控制模块，其配置成能够响应于预测出车辆的预计侧翻风险高于风险阈值，对所述转向请求向车轮的传递过程执行干预，以改善车辆的侧翻稳定性。

根据本发明的第三方面，提供一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序用于当在计算机上运行时执行根据本发明的第一方面所述的方法。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于控制车辆的侧翻稳定性的设备的框图；

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的转向辅助系统的框图；

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的车轮的目标转向角的计算过程的原理性示意图；

图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于控制车辆的侧翻稳定性的方法的流程图；以及

图5在一个具体示例中示出了借助根据本发明的方法控制车轮的侧翻稳定性的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于控制车辆的侧翻稳定性的设备的框图。

如图1所示，用于控制车辆的侧翻稳定性的设备10包括获取模块11、预测模块12和控制模块13，这些模块在通信技术上彼此连接。设备10可被实施为对现有RMI(RollMovement Intervention：侧翻运动干预系统)的改进或补充。

另外，在图1中还示出操作状态传感器51、车辆状态传感器52和环境状态传感器53，它们分别用于检测车辆的操作状态、车辆的运动状态以及环境状态。

获取模块11用于获取通过车辆的方向盘反映出的转向请求，这种请求既可以是驾驶员通过操纵方向盘而手动施加的，也可以是由车辆的自动驾驶系统基于当前道路环境规划出并通过方向盘运动所呈现出来的。为此，获取模块11连接到车辆的操作状态传感器51。例如，获取模块11可借助操作状态传感器51检测方向盘的转动角度、转动角速度、转动方向和转动扭矩。通过了解与方向盘的工作状态相关联的上述参量，获取模块11可以精确掌握驾驶员给出的和/或由自动驾驶系统规划出的转向意图，从而识别出预期的车轮偏转方式。

在图1所示实施例中，预测模块12被进一步划分为侧翻预测单元121和侧翻检测单元122。

借助侧翻预测单元121，可以在车辆尚未采取某些动作之前，预测倘若车辆采取这些动作将会造成何种后果。具体地，借助侧翻预测单元121可以预测：当转向请求被转化为车轮的预期转向角且该预期转向角被施加给车轮时，车辆将会经历怎样的预计侧翻风险。例如，可以采用车辆的预计横向加速度作为“预计侧翻风险”的评估指标。为了更准确地预测未来时刻的预计侧翻风险，侧翻预测单元121还可从车辆状态传感器52和环境传感器53接收关于车辆当前的行驶速度、纵向加速度、横向加速度、横摆率、周围交通参与者的位置和行为、路面附着系数和车道走向等的信息。这些信息可以单独地或以任意组合的形式被用于对预计侧翻风险的预测。在一个实施例中，可以利用物理或数学模型计算对应于不同转向请求的预计侧翻风险。在另一实施例中，也可借助经训练的机器学习模型输出预计侧翻风险。

不同于侧翻预测单元121，侧翻检测单元122仅关注车辆当前的状态，并据此做出实际侧翻风险的判断。例如，可以采用车辆的实际横向加速度、横向载荷转移率、侧倾角、质心侧偏角等作为“实际侧翻风险”的评估指标。为此，侧翻检测单元121可直接从车辆的传感器接收关于车辆当前的行驶速度、纵向加速度、横向加速度、侧倾角、横摆率、加速/制动踏板位置等信息，并根据这些信息识别车辆发生侧翻的几率。

控制模块13用于在车辆的预计侧翻风险高于风险阈值时，对通过方向盘反映出的转向请求向车轮的传递过程执行干预，以改善车辆的侧翻稳定性。在一个实施例中，控制模块13可以访问布置在车辆本地或外部(例如云端)的数据库，在该数据库中针对预计侧翻风险的不同等级存储有对应的干预策略，不同干预策略例如在以下方面不同：

-方向盘与车轮之间的转向比；

-待向车轮施加的目标转向角的大小；

-方向盘与车轮之间的机械解耦程度。

因此，当控制模块13从预测模块12接收到高于风险阈值的预计侧翻风险时，控制模块13能够选择出与当前的风险等级相适配的干预策略，并将其应用于转向行为控制。在另一实施例中，控制模块13也可根据动态预测出的预计侧翻风险利用内置的物理/数学模型来实时计算最优目标转向角，并将其提供给转向执行机构20。在一个实施例中，转向执行机构20被实施为EPS系统(Electric Power Steering，电子助力转向)或其一部分，其被设计为接收由控制模块13发出的干预指令，并按照干预指令控制车辆的横向引导。通常，转向执行机构20仅包括前轮转向机构21，但有些情况下，如果其还包括后轮转向机构22，那么控制设备13会同时针对前轮和后轮分别计算目标转向角，并通过将它们施加到相应车轮上来实现对前轮和后轮转向行为的共同干预。

在一个可选实施例中，设备10除了可以通过干预车辆的横向引导来避免侧翻，还可通过控制车辆的驱动扭矩执行机构30来影响纵向引导。具体地，设备10可从操作状态传感器51实时获取车辆的加速踏板开度、制动踏板开度，以确定车辆的驱动扭矩需求。在正常行驶期间，对应于驱动扭矩需求的一定量的驱动扭矩会按照预设比例被分配给各个车轮。然而，如果借助预测模块12求取出车辆的实际侧翻风险高于极限阈值，则依据实际侧翻风险对待分配至车轮的驱动扭矩进行抑制，以使得较少的驱动扭矩被传递至车轮，同时，还可借助控制模块13对预设的驱动扭矩分配比例进行动态调节，以提升前轮分配到的比例份额。

在另一可选实施例中，设备10还可通过控制制动执行机构40来改善侧翻稳定性。具体地，当借助预测模块12确定车辆目前具有明显翻车趋势时，则可借助制动执行机构40向车轮施加制动力，以改善侧翻稳定性。该制动执行机构例如是液压制动系统，其在接收到来自设备10的触发指令后，可对制动主缸持续施加可调节的制动压力，然后将其分配给各制动轮缸，以对各车轮的旋转进行限制。还可能的是，制动执行机构40在接收到触发指令时直接对各制动轮缸进行增压。在此，具体的主动增压方式例如取决于车辆的制动控制类型，另外还可考虑本领域技术人员认为有意义的其他主动增压方式。通过增大纵向附着力的同时减小横向附着力，可以抑制实际横向加速度的进一步变大趋势，从而将侧翻稳定性控制在可接受范围内。一般地，可向转向曲线外侧的前车轮分配较大制动力，从而实现横向加速度的更明显降低。例如，在车辆具有右转侧翻危险时，可主要对左前轮进行制动，在具有左转侧翻危险时，则主要对右前轮进行制动。随着时间推移，还可使待施加的制动力增加梯度动态增大。

为了实现转向干预和制动/驱动扭矩干预的更好配合，在预先施加转向干预的前提下，可以对上面提到的制动力进行限制，以使该制动力以及该制动力在每单位时间内的增量小于未执行转向干预情况下向车轮赋予的制动力及其每单位时间的增量。附加地或替代地，还可限制对驱动扭矩的抑制程度以及驱动扭矩分配比例向前轮的迁移程度，从而在确保车辆稳定性的前提下，良好地维持轨迹。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的转向辅助系统的框图。

参见图2，转向辅助系统1包括图1所示的用于控制侧翻稳定性的设备10和转向执行机构20。

转向执行机构20由电子控制单元210和促动器单元212构成，方向盘6借助转向执行机构20操作性地连接至车辆的车轮7。在一个实施例中，转向执行机构20实施为主动式转向机构，促动器单元212包括集成于转向柱内的行星齿轮组以及与其相连的转向电机，转向电机可根据电子控制单元210的指示而按比例调节车轮转向角度，由此实现转向比在一定范围内的动态调节。在另一实施例中，转向执行机构20实施为线控转向机构，此时取消了方向盘6与车轮7之间的机械连接，电子控制单元210获得方向盘的运动数据并将其折算成具体的驱动数据，然后由电机形式的促动器单元212推动车轮偏转。

在正常行驶期间，电子控制单元210接收方向盘6的输入信号，然后将其折算成对应的预期转向角并传递至促动器单元212，以控制促动器单元212驱动车轮7以预定方式偏转。由此，如果车辆是被手动引导的，驾驶员可通过操纵方向盘6来控制车辆朝着期望方向行驶。或者，如果车辆是被自动引导的，那么自动驾驶系统的轨迹规划模块(未明确示出)也可根据周围环境信息求取出转向请求，并通过方向盘6的运动将其反映出来。

如借助图1已经阐述地，设备10同样从方向盘6收集驾驶员的和/或自动驾驶系统预规划出的转向请求，并结合车辆状态判断预计侧翻风险是否大于风险阈值。一旦发现与方向盘运动关联的转向请求反映出较大侧翻趋势，则可以借助设备10对电子控制单元210由转向请求折算出车轮的预期转向角的过程进行干预。

在一个实施例中，可以借助设备10向电子控制单元210和/或促动器单元212发出干预指令，以抑制方向盘6与车轮7之间的操作性连接。这种干预指令例如可以包括使方向盘6与车轮7之间的机械连接断开的指令，或者也可以是使两者之间的转向比增大的指令。随着预计侧翻风险等级的不同，可以适当调整干预指令的内容。

例如，可借助促动器单元212降低方向盘6与车轮7之间的机械耦合程度。为此，促动器单元212包括能够断开和接合方向盘6与车轮7之间的机械连接的转向离合机构。该转向离合机构例如可连接在方向盘6与车辆的转向轴之间，并且能够控制方向盘6与转向轴的连接状态。

又例如，也可借助促动器单元212增大车辆的转向比以抑制方向盘6与车轮7之间的操作性连接。为此，促动器单元212优选被构造为或包括机械式或电子式转向比调节机构。通过增大车辆的转向比，使得由方向盘6在特定情况下的运动几乎不会对车辆的行驶方向造成影响。在不存在侧翻风险时，驾驶员借助方向盘6主动施加的或通过方向盘6运动呈现出的转向请求仍可灵敏地被传递至车轮7，从而引起车辆按照预期改变行驶方向。例如，在车辆正常行驶期间，采用18∶1的固定转向比，这表示方向盘6转动18度，车轮7转动1度，而当出现较大预计侧翻风险时，则可使转向比在50∶1至80∶1之间动态变动。也就是说，当方向盘6转动50～80度时，车轮7才转动1度。在总体上，降低了车轮7对方向盘6的运动的敏感性。

在另一实施例中，可借助设备10直接计算出车轮7的使预计侧翻风险满足预设条件的目标转向角，然后将目标转向角发送至电子控制单元210。于是，电子控制单元210不再将由转向请求折算出的预期转向角经由促动器单元212传递至车轮7，而是借助促动器单元212强制性地将目标转向角施加在车轮7上。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的车轮的目标转向角的计算过程的原理性示意图。

在图3所示实施例中，借助方向盘的转动角度δ_sw和转动角速度ω_sw共同反映转向请求，与此对应地，借助预计横向加速度a_y反映预计侧翻风险。

在一具体示例中，当方向盘转过一特定角度(例如100°)且此时方向盘转动角速度ω_sw大于一特定速率(例如900°/秒)时，判定预计横向加速度a_y大于风险阈值a₀，此时判断出预计侧翻风险较高。从该时刻起，将方向盘的转向输入看作“扰动”，以预计侧翻风险动态趋近于且不超过极限阈值为控制目标，利用图3所示的前馈控制环节301对预计侧翻风险进行前馈控制。

具体地，假设借助预计横向加速度a_y表示预计侧翻风险。于是，可以在车轮(例如前轮)的转向角δ与预计横向加速度a_y之间建立如下映射关系：

其中，v为车辆当前的行驶速度，l为车辆的轴距，δ为车轮的转向角，其在正常行驶期间与方向盘转动角度δ_sw成正比或某种非线性正比关系，vch为车辆的特征车速。将通过式(1)求取的预计横向加速度a_y进行微分而推定出预计横向加速度变化率da_y/dt。然后，基于该映射关系设计前馈控制环节303的控制器结构和参数配置，并且以预计横向加速度a_y、预计横向加速度变化率da_y/dt和横向加速度极限a_ylim为输入，借助前馈控制算法对预计横向加速度a_y进行前馈控制，以使其动态趋近于且不超过横向加速度极限a_ylim。同时，借助前馈控制环节301实时计算出车轮的转向角作为前馈转向角δ_tarFF，然后基于该前馈转向角计算目标转向角δ_tar。

可选地，还可将车辆的行驶速度v、路面附着系数η和重心高度h作为附加输入项提供给前馈控制环节301，由此，随着车辆的行驶速度v的增加、地面粗糙度η的降低和/或重心高度h的升高，前馈控制会更早介入并实现更保守的控制。在一个未示出的实施例中，如果将上述方案扩展应用于不同车型或者轮距可调车辆，还可考虑附加地将车辆的轮距T(这例如可以指车辆的前轴轮距、后轴轮距或者前轴与后轴的平均轮距)提供作为前馈控制环节301的输入，以进一步根据轮距变化实现更精准的风险预测和转向干预控制。常规情况下，车辆的轮距T则可由预标定过程测得，并作为系统默认参数直接存储于控制模块中，以在需要时被调用。

对于不可测的扰动(例如路况、气流)和前馈未精确控制的偏差，利用图3中的反馈控制环节303以消除该偏差为目标进行反馈控制。具体地，如果车辆的实际横向加速度a_yact持续增加超出横向加速度极限a_ylim，则除前馈部分外，还以车辆当前的实际横向加速度a_yact和横向加速度极限a_ylim作为反馈控制环节303的输入，借助前馈控制算法对实际横向加速度a_yact进行反馈控制，以计算出反馈转向角δ_tarFB。最终，由已经得到的前馈转向角δ_tarFF和反馈转向角δ_tarFB计算出目标转向角δ_tar。

借助前馈与反馈的联合控制，不仅充分利用了前馈控制的及时性优点，而且发挥了反馈控制可靠消除偏差的优势，取得了良好的控制效果。在整体上，通过合理设定风险阈值a₀偏离极限阈值a_ylim的程度，可以更早地开始对车轮转角的动态控制，从而可靠防止由于不合理转向请求引起的侧翻风险，同时也使车辆更准确地满足预规划的期望轨迹。

图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于控制车辆的侧翻稳定性的方法的流程图。该方法示例性地包括步骤S1-S3，并且例如可以在使用图1所示的设备10的情况下实施。

在步骤S1中，获取通过车辆的方向盘反映出的转向请求，所述转向请求用于在传递至车辆的车轮时引起车轮以预定方式发生偏转。

作为示例，转向请求包括方向盘的转动角度δ_sw，和/或转动角速度ω_sw，这些参量可借助集成于方向盘的转角传感器或扭矩传感器来探测。相较于传统的依照车辆的实际横向加速度的侧翻稳定性控制策略，在此通过考虑预规划出的转向意图，对侧翻趋势的干预会更早激活。

转向请求向车轮的传递过程例如可借助机电式或电子式转向助力系统来实现。作为示例，当转向请求被不受干预地传递至车轮时，方向盘的转动角度会被折算成预期转向角，然后该预期转向角被施加在车轮上，以引起车轮以预定方式的偏转。

在上下文中，“以预定方式偏转”例如理解为：在方向盘与车轮之间存在预设的转向比和响应速率，因此，方向盘的转动角度或转动扭矩与车轮偏转之间存在明确对应关系。这种预设配置可以是固定的，也可能针对车辆的不同速度区间而具有不同取值。预设的转向比和响应速率可借助预标定过程求取、由经验数据得出或借助自学习过程生成。

在步骤S2中，至少部分地基于该转向请求预测当车轮以预定方式发生偏转时车辆的预计侧翻风险。

随着车辆转弯的进行，在车辆上引起横向加速度，这种横向加速度超过稳定极限将会导致车身侧倾角发生变化，严重时会引起车辆侧翻。因此，可通过预计横向加速度或者通过由预计横向加速度构成的函数来识别预计侧翻风险。作为另一示例，为更准确地求取预计侧翻风险，还可附加地考虑车辆的运动状态和环境状态。例如，当车辆行驶在覆盖雨雪的湿滑路面时，会比当车辆行驶在粗糙路面时预期到更大的侧翻风险。

这里，“预测”理解为：转向请求虽已产生，但其实则尚未转化为对应的车辆操纵指令并被应用于车轮。换言之，这表示，在车辆尚未采取驾驶员给出的或系统预期的转向动作时计算：假设车辆采取该预期转向动作，将会引起车辆的何种侧翻风险。

在一个实施例中，借助方向盘的转动角度δ_sw和/或转动角速度ω_sw来表示转向请求，借助预计横向加速度a_y来表示预计侧翻风险。预计侧翻风险例如成比例地取决于转动角度δ_sw和/或转动角速度ω_sw，它们之间的关系可通过求解经验微分方程得出，也可通过建立物理或数学建模而仿真得出，或者还可以借助经训练的机器学习模型获得。另外，还可将方向盘的转动角度δ_sw和/或转动角速度ω_sw与预计横向加速度a_y构成的组合存储在经验数据库中，从而针对不同转向请求，都可便捷地从经验数据库中调取出对应的预计侧翻风险。

在步骤S3中，响应于预测出车辆的预计侧翻风险高于风险阈值，对所述转向请求向车轮的传递过程执行干预，以改善车辆的侧翻稳定性。

为了评估侧翻稳定性，风险阈值和极限阈值的具体取值或满足的函数关系可根据车辆在不同工况下的过弯测试所确定。然而，也可按照下述公式来求取横向加速度极限a_ylim，并将其作为极限阈值：

a_ylim＝S_ayn*g (3)

S_dyn＝f(v，μ)×S_sta (4)

其中，S_sta为车辆的稳态横向稳定性系数，S_dyn为车辆的瞬态横向稳定性系数，T为车辆前后轴平均轮距，h为车辆的重心高度。车辆所承载荷不同时，重心高度h可能会产生较明显变化，v为车辆的行驶速度，μ为路面附着系数，g为重力加速度。当车辆的预计横向加速度a_y达到车辆的横向加速度极限a_ylim时，车辆转弯内侧车轮即将脱离地面，因此极限阈值可被看作是衡量侧翻稳定性的临界极限。

借助风险阈值，可确定转向干预措施的触发时机。风险阈值的大小和/或风险阈值偏离极限阈值的程度可根据车辆的行驶速度、车辆的重心位置、车辆的轮距和/或路面附着系数动态确定。例如，随着车辆的行驶速度的增大、车辆的重心位置的升高、车辆的轮距的减小和/或路面附着系数的降低，风险阈值被确定得更小和/或风险阈值被确定成更多地偏离于极限阈值。典型地，风险阈值被选取为不超过该极限阈值、优选是该极限阈值的85％-90％，以确保更早(更保守)的转向干预。

在执行干预期间，可以干预车辆的前轮的偏转。如果车辆还装配有独立的后轮转向机构，则可同时干预车辆的前轮和后轮的偏转，以更大程度地干预车辆的预期过弯行为，从而进一步降低侧翻风险。具体地，为避免通过干预后轮转向而使车辆明显偏离预期轨迹，可以优先考虑对前轮实施干预，在预定时间内，当干预前轮不足以使实际侧翻风险保持低于极限阈值时，才附加地干预后轮的偏转。

在一个实施例中，可通过改变方向盘与车轮之间的操作性连接来执行上述干预，以降低车轮对方向盘的运动的敏感性。例如，可通过下述方式来改变方向盘于车轮之间的操作性连接：增大车辆的转向比；降低方向盘与转向轮之间的机械耦合程度。例如，可通过断开转向执行机构中的特定离合器而使方向盘与车轮之间不再有任何机械连接，由此，车轮转向不再取决于或仅较少地取决于方向盘运动。由此，能有效避免方向盘的运动被直接传递至车轮。

在另一实施例中，还可求取车轮的用于使预计侧翻风险满足预设条件的目标转向角，并替代于将用于引起车轮以预定方式发生偏转的预期转向角施加在车轮上，将目标转向角施加在车轮上。

例如，可以求取出当预计横向加速度a_y等于横向加速度极限a_ylim时对应的方向盘极限转角δ_swmax，并规定，当方向盘转动超过该极限转角δ_swmax时，仅按照极限转角δ_swmax折算出对应的目标转向角δ_tar并将其施加到车轮上。也就是说，方向盘转动超出极限转角δ_swmax的部分不会引起车轮的对应幅度的偏转，车轮对于方向盘的响应角度范围被限制在该极限角度δ_swmax范围之内。

又例如，如已经结合图3详细阐述地，借助前馈控制算法计算用于使预计侧翻风险动态趋近于且不超过极限阈值的前馈转向角δ_tarFF，基于前馈转向角δ_tarFF求取目标转向角δ_tar。

在计算出前馈转向角δ_tarFF的基础上，还可借助反馈控制算法计算用于减小车辆的实际侧翻风险与极限阈值之间的偏差的反馈转向角δ_tarFB，然后基于反馈转向角δ_tarFB求取目标转向角δ_tar。

图5在一个具体示例中示出了借助根据本发明的方法控制车轮的侧翻稳定性的流程图。在图5所示实施例中，图4中的方法步骤S3例如包括步骤S31-S38。

步骤S1-S2可参照图4所介绍的方式进行，在此仅简要描述。在步骤S1中，检测方向盘的转动角度δ_sw，和/或转动角速度ω_sw。在步骤S2中，基于转动角度δ_sw，和/或转动角速度ω_sw，预测：当车轮按照方向盘的转向输入与车轮的转向输出之间的预设对应关系发生偏转时车辆的预计横向加速度a_y。

在步骤S31中，检查该预计横向加速度a_y是否大于风险阈值a₀。例如，判断是否满足：a_y＞0.9·a_ylim。

如果存在a_y≤0.9·a_ylim，则保持在步骤S31中并继续执行上述比较过程。

如果存在a_y＞0.9·a_ytim，则在步骤S32中借助对预计横向加速度a_y的前馈控制计算前馈转向角δ_tarFF，然后将δ_tarFF提供用于控制车辆的前轮的偏转。与步骤S32并行地或相继地，在步骤S33中获取车辆的实际横向加速度a_yact并检查实际横向加速度a_yact是否大于横向加速度极限a_ylim。如果存在a_yact≤a_ylim，则保持在步骤S32中继续执行前馈控制，并仅按照动态计算的前馈转向角δ_tarFF控制前轮偏转。

如果在步骤S33中发现实际横向加速度a_yact超过横向加速度极限a_ylim，则在步骤S34中对实际横向加速度a_yact执行反馈控制，以针对车辆的前轮计算出反馈转向角δ_tarFB。然后，可以仅基于反馈转向角δ_tarFB或者在结合前馈转向角δ_tarFF的情况下计算目标转向角J_tar，并将目标转向角δ_tar提供用于控制前轮偏转。

附加地或替代地，如果车辆还配备了后轮转向机构，则首先可在步骤S34中针对前轮计算反馈转向角δ_tarFB，若干预前轮不足以抑制实际侧翻趋势增长，则在步骤S35中附加地针对后轮计算反馈转向角，并同时控制后轮的偏转。

与步骤S34-S35并行地或交替地，还可分别在步骤S36-S37中通过控制制动执行机构和驱动扭矩执行机构来对车辆执行纵向控制，以进一步改善侧翻稳定性。然而，为使车辆的纵向控制和横向控制能够相互协调，在实施差速制动和驱动扭矩抑制时应考虑到对车辆转向的已实施的干预。例如，可以规定：在已经执行针对转向的干预的情况下，限制待施加到车轮上的制动力的大小、待施加到车轮上的制动力的增加梯度、限制对驱动扭矩的抑制程度和/或限制驱动扭矩分配比例从后轮向前轮的迁移程度。

在步骤S38中，再次检查车辆的预计侧翻风险是否小于风险阈值，如果满足这一条件则可结束对车辆的转向干预过程。于是，车辆可重新按照驾驶员期望方式或系统预先规划方式改变行驶方向。如果预计侧翻风险仍大于极限阈值，则可继续通过对转向请求向车轮的传递过程施加干预来改善车辆的侧翻稳定性。应注意，在步骤S38中设定的终止转向干预的条件不是唯一的，虽然在此示例性地借助预计侧翻风险与风险阈值的再次比较来实现风险评估，但是同样可通过将预计侧翻风险与不同于风险阈值的另一阈值的比较，或者借助对实际侧翻风险的衡量来实现上述评估，这均属于本发明的范畴。

尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

Claims (14)

1.一种用于控制车辆的侧翻稳定性的方法，所述方法包括以下步骤：

S1：获取通过车辆的方向盘(6)反映出的转向请求，所述转向请求用于在传递至车辆的车轮(7)时引起车轮(7)以预定方式发生偏转；

S2：至少部分地基于所述转向请求预测当车轮(7)以预定方式发生偏转时车辆的预计侧翻风险；以及

S3：响应于预测出车辆的预计侧翻风险高于风险阈值，对所述转向请求向车轮(7)的传递过程执行干预，以改善车辆的侧翻稳定性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对转向请求向车轮(7)的传递过程执行干预包括：改变方向盘(6)与车轮(7)之间的操作性连接，以降低车轮(7)对方向盘(6)的运动的敏感性。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过以下方式改变车辆的方向盘(6)与车轮(7)之间的操作性连接：

增大方向盘(6)与车轮(7)之间的转向比；和/或

降低方向盘(6)与车轮(7)之间的机械耦合程度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，对转向请求向车轮(7)的传递过程执行干预包括：

求取车轮(7)的用于使预计侧翻风险满足预设条件的目标转向角；

替代于将用于引起车轮(7)以预定方式发生偏转的预期转向角施加在车轮(7)上，将目标转向角施加在车轮(7)上。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过以下方式求取目标转向角：

在车轮(7)的转向角与预计侧翻风险之间建立映射关系；

基于所述映射关系，借助前馈控制算法计算用于使预计侧翻风险动态趋近于且不超过极限阈值的转向角作为前馈转向角，所述极限阈值大于或等于所述风险阈值；以及

基于前馈转向角求取目标转向角。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，通过以下方式求取目标转向角：

求取车辆的实际侧翻风险；

响应于求取出车辆的实际侧翻风险高于极限阈值，借助反馈控制算法计算用于减小车辆的实际侧翻风险与极限阈值之间的偏差的转向角作为反馈转向角，所述极限阈值大于或等于所述风险阈值；以及

基于反馈转向角求取目标转向角。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，

转向请求包括方向盘(6)的转动角度和/或转动角速度；和/或

在步骤S2中，通过当车辆以预定方式发生偏转时车辆的预计横向加速度来度量预计侧翻风险。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，

风险阈值的大小和/或风险阈值偏离极限阈值的程度是根据车辆的行驶速度、车辆的重心位置、车辆的轮距和/或路面附着系数动态确定的，其中，随着车辆的行驶速度的增大、车辆的重心位置的升高、车辆的轮距的减小和/或路面附着系数的降低，风险阈值被确定得更小和/或风险阈值被确定成更多地偏离于极限阈值。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，在步骤S3中执行所述干预期间，仅干预车辆的前轮的偏转、仅干预车辆的后轮的偏转或者同时干预车辆的前轮和后轮的偏转。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，在步骤S3中，

在执行所述干预期间首先仅干预车辆的前轮的偏转，如果在预定时间内车辆的实际侧翻风险高于极限阈值，附加地干预车辆的后轮的偏转，所述极限阈值大于或等于所述风险阈值。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：

求取车辆的实际侧翻风险；以及

基于实际侧翻风险借助车辆的制动执行机构通过向车辆的车轮(7)施加制动力来改善车辆的侧翻稳定性，其中，在已经在步骤S3中执行所述干预的情况下限制向车轮(7)施加的制动力的大小和/或限制向车轮(7)施加的制动力的增加梯度。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，

求取车辆的实际侧翻风险；以及

基于实际侧翻风险借助车辆的驱动扭矩执行机构通过抑制待向车轮(7)施加的驱动扭矩和/或改变在各个车轮(7)上的驱动扭矩分配比例来改善车辆的侧翻稳定性，其中，在已经在步骤S3中执行所述干预的情况下限制对驱动扭矩的抑制程度和/或限制驱动扭矩分配比例从后轮向前轮的迁移程度。

13.一种用于控制车辆的侧翻稳定性的设备(10)，所述设备(10)用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法，所述设备(10)包括：

获取模块(11)，其配置成能够获取通过车辆的方向盘(6)反映出的转向请求，所述转向请求用于在传递至车辆的车轮(7)时引起车轮(7)以预定方式发生偏转；

预测模块(12)，其配置成能够至少部分地基于所述转向请求预测当车轮(7)以预定方式发生偏转时车辆的预计侧翻风险；以及

控制模块(13)，其配置成能够响应于预测出车辆的预计侧翻风险高于风险阈值，对所述转向请求向车轮(7)的传递过程执行干预，以改善车辆的侧翻稳定性。

14.一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序用于当在计算机上运行时执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。