CN201362249Y - 四轮转向汽车稳定性控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种四轮转向汽车稳定性控制系统，包括实时对车体质心处速度方向相对于车体纵向轴线的偏转角度即车体侧偏角进行检测的车体侧偏角测量装置、实时对车体实际转动角速度与驾驶员给定转动角速度间的车体转动角速度偏差进行检测的车体转动角速度偏差测量装置，以及根据车体侧偏角测量装置和车体转动角速度偏差测量装置实时所输出信号相应对后轮转角控制器和制动轮判定及制动力矩分配控制器进行控制的电子控制单元；所述制动轮判定及制动力矩分配控制器分别对四个车轮的车轮制动器进行控制。本实用新型结构合理且使用操作简便，可有效改善汽车在极限或危险工况下的行驶稳定性，提高汽车在光滑路面高速大转角转向时的安全性。
Description
四轮转向汽车稳定性控制系统
技术领域
本实用新型涉及汽车转向与制动综合控制技术领域，尤其是涉及 一 种 四轮转向汽车稳定性控制系统。
背景技术
汽车的稳定性是指当驾驶员通过搡纵方向盘而给定汽车 一 个行驶方 向时，汽车能够抵御企图改变其行驶轨迹的外力或外力矩等干扰而保持稳 定行驶的能力。汽车稳定性的好坏将直接影响其操纵性的优劣，稳定性的 丧失常易导致驾驶员失去对车辆的控制，使得车辆的动态行为变得不可预 测，从而引发严重的交通事故。
引起车辆失稳的原因主要有以下几个方面：1)由于汽车纵向和侧向 加速度引起的前、后轴以及左、右侧载荷转移，在某些情况下可以使车辆 由转向不足变为转向过多，从而引发失稳；2)汽车的转动角速度响应往 往滞后于驾驶员对方向盘的操纵，当汽车进行紧急变道时，由于这种滞后 会使车辆在转向时产生比较大的横摆力矩，作用一段时间后会引起较大的 车体侧偏角，因而在较大的车体侧偏角下，驾驶员往往很难操纵车辆而引 发失稳；3)汽车轮胎分别处于不同摩擦系数的路面上（分离路面）时， 易引起汽车发生很大姿态的改变；此外，不平路面对车辆的干扰以及侧向 风等干扰也会引起汽车姿态的改变，当因这种改变引起的车体侧偏角很大 时，就可能使汽车失稳；4)当驾驶员遇到紧急情况时，由于慌乱而操作 不当使轮胎侧向力达到饱和，这时汽车会产生很大的车体侧偏角，使驾驶 员无法通过进一步的调整来搡纵车辆，引起失稳。
综合分析上述原因，可以归纳得出：过大的车体侧偏角与不合适的车 体转动角速度（转向不足或转向过多）是引发车辆失稳的两个主要原因，因此通过对二者的合理控制是改善汽车行驶稳定性的有效方法，但是对于 目前常见的单纯前轮转向汽车，在危险情况下仅依靠驾驶员通过方向盘对 汽车前轮转角的调整来保证其稳定性通常效果甚微，因此需要附加有效的 辅助控制系统以改善车辆的行驶稳定性状况。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提 供一种四轮转向汽车稳定性控制系统，其结构合理且使用操作简便，可有 效改善汽车在极限或危险工况下的行驶稳定性，提高汽车在光滑路面高速 大转角转向时的安全性。
为解决上述技术问题，本实用新型釆用的技术方案是： 一种四轮转向汽 车稳定性控制系统，其特征在于：包括实时对车体质心处速度方向相对于
车体纵向轴线的偏转角度即车体侧偏角进行检测的车体侧偏角测量装置、 实时对车体实际转动角速度与驾驶员给定转动角速度间的车体转动角速
度偏差进行检测的车体转动角速度偏差测量装置，以及根据车体侧偏角测 量装置和车体转动角速度偏差测量装置实时所输出信号相应对后轮转角 控制器和制动轮判定及制动力矩分配控制器进行控制的电子控制单元；
所述制动轮判定及制动力矩分配控制器为根据电子控制单元所输出 信号，判定是否需要对四轮转向汽车的左侧或右侧车轮进行制动以及相应 具体分配需制动侧前后轮的制动力矩的控制器；所述制动轮判定及制动力 矩分配控制器分别对四个车轮的车轮制动器进行控制。
所述车体侧偏角测量装置包括实时对车体纵向速度进行检测的纵向 速度传感器、实时对车体侧向速度进行检测的侧向速度传感器，以及根据 纵向速度传感器和侧向速度传感器所检测信号相应计算得出所述车体侧 偏角的车体侧偏角控制器。
所述车体转动角速度偏差测量装置包括实时对方向盘转角进行检测 的方向盘转角传感器、实时对车体转动角速度进行检测的车体转动角速度传感器，以及对方向盘转角传感器和车体转动角速度传感器所检测信号进 行分析比较并结合推算得出的理想车辆动力学模型，相应计算得出所述车 体转动角速度偏差的车体转动角速度偏差控制器；所述车体转动角速度传 感器安装在车体质心。
性判定功能模块，以及根据车辆稳定性判定功能模块所输出信号相应对后 轮转角控制器和制动轮判定及制动力矩分配控制器进行控制的模糊控制
功能模块；所述车辆稳定性判定功能模块为根据车体侧偏角测量装置和车
体转动角速度偏差测量装置所输出信号相应对模糊控制功能模块进行控 制。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点，1、提高了汽车在光滑路
面高速大转角转向时的行驶稳定性。2、降低了汽车因失稳而引发的激转、 倾翻、碰撞等交通事故发生的机率。3、釆用后轮也参与转向的四轮转向
汽车，四轮转向汽车是指除车辆的前轮转动可由驾驶员通过方向盘控制以
外，其后轮通过控制器也可进行转动；由于后轮主动参与了转向，因而可 减小车体侧偏角并增加轮胎侧向力的裕度，使其远离饱和状态；由于充分
利用了所有轮胎的侧向力，所以釆用四轮转向在一定程度上提高了汽车的 行驶稳定性。此外，当车辆即将失去稳定性时，对各个车轮采取主动制动， 一方面可降低车辆行驶速度而降低危险，另一方面也可对轮胎的纵向力进 行调节以改变驱使车辆转动的横摆力矩而保证稳定性，所以对车轮进行主 动制动也是提高汽车行驶稳定性的一种方法。显然，釆用四轮转向与主动 制动联合作用，对提高车辆的行驶稳定性将会更为有效，综上，本实用新 型在提高车辆稳定性的同时，又改善了车辆的操纵性；4、釆用稳定性分 析判断技术，可有效避免控制系统的频繁作用而造成对汽车正常行驶的干 扰。综上，本实用新型结构合理且使用操作简便，可有效改善汽车在极限 或危险工况下的行驶稳定性，提高汽车在光滑路面高速大转角转向时的安 全性，主要适用于汽车行驶在路面摩擦条件恶劣（如光滑结冰路面）情况，限，若驾驶员再进行高速大转角 转向车辆很容易失去稳定性，而本稳定性控制系统能充分有效发挥作用。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的电路框图
附图标记说明： l一方向盘转角传感器；
4一电子控制单元；
7 —模糊控制功能模块;
2—车体转动角速度传 感器；
5 —后轮转角控制器； 8—车辆稳定性判定功
挑
H匕
模块;
IO—车体侧偏角测量装 ll一纵向速度传感器;
14一制动轮判定及制 动力矩分配控制器。
13 —车体转动角速度偏
差控制器；
3 —车体转动角速度
偏差测量装置；
6 —车轮制动控制器；
9一侧向速度传感器；
12 —车体侧偏角控制
器；
具体实施方式
如图i所示，本实用新型包括实时对车体质心处速度方向相对于车体 纵向轴线的偏转角度即车体侧偏角进行检测的车体侧偏角测量装置io、实 时对车体实际转动角速度与驾驶员给定转动角速度间的车体转动角速度
偏差进行检测的车体转动角速度偏差测量装置3，以及根据车体侧偏角测 量装置10和车体转动角速度偏差测量装置3实时所输出信号相应对后轮 转角控制器5和制动轮判定及制动力矩分配控制器14进行控制的电子控 制单元4。
其中，所述制动轮判定及制动力矩分配控制器14为根据电子控制单 元4所输出信号，判定是否需要对四轮转向汽车的左侧或右侧车轮进行制动以及相应具体分配需制动侧前后轮的制动力矩的控制器。所述制动轮判 定及制动力矩分配控制器14分别对四个车轮的车轮制动器6进行控制。
所述车体侧偏角测量装置io包括实时对车体纵向速度进行检测的纵
向速度传感器ll、实时对车体侧向速度进行检测的侧向速度传感器9,以 及根据纵向速度传感器11和侧向速度传感器9所检测信号相应计算得出 所述车体侧偏角的车体侧偏角控制器12。
所述车体转动角速度偏差测量装置3包括实时对方向盘转角进行检测
的方向盘转角传感器1、实时对车体转动角速度进行检测的车体转动角速 度传感器2，以及对方向盘转角传感器1和车体转动角速度传感器2所检 测信号进行分析比较并结合推算得出的理想车辆动力学模型，相应计算得 出所述车体转动角速度偏差的车体转动角速度偏差控制器13。其中，车体 转动角速度是指车体绕过车体质心垂直轴线转动的角速度。所述车体转动 角速度传感器2安装在车体质心。
所述电子控制单元4包括对车辆稳定性进行实时分析判断的车辆稳定 性判定功能模块8,以及根据车辆稳定性判定功能模块8所输出信号相应 对后轮转角控制器5和制动轮判定及制动力矩分配控制器14进行控制的 模糊控制功能模块7。所述车辆稳定性判定功能模块8为根据车体侧偏角 测量装置10和车体转动角速度偏差测量装置3所输出信号相应对模糊控 制功能模块7进行控制。
本实用新型的工作过程是：在汽车行驶过程中，车体侧偏角测量装置 10实时检测车体质心速度方向相对于车体纵向对称轴线的偏转角度（即车 体侧偏角），上述偏转角度即车体侧偏角不能通过传感器直接测量，而是 由车体侧偏角控制器12按照车辆运动学关系对纵向速度传感器11与侧向 速度传感器9所检测信号进行分析处理运算所得；与此同时，车体转动角 速度偏差测量装置3通过车体转动角速度传感器2 (通常为车载陀螺仪） 实时检测车体的实际转动角速度值，并通过车体转动角速度偏差控制器13 将该车体实际转动角速度值与驾驶员给定的车体转动角速度值进行对比
8并得出二者之间偏差。其中，驾驶员给定转动角速度体现了驾驶员预定的 转向意图，代表了汽车一种理想的转向状态，它通过方向盘转角传感器l 所检测信号以及通过车辆行驶速度并按照给定的车辆动力学关系即结合 理想车辆动力学模型，由车体转动角速度偏差控制器13计算得出。之后， 车体侧偏角测量装置10与车体转动角速度偏差测量装置3将其所得出的
车体侧偏角与转动角速度偏差值输送至电子控制单元4。电子控制单元4 首先通过其内嵌的车辆稳定性判定功能模块8，对所接受到的车体偏转角
度与转动角速度偏差量按照设定的阈值进行分析，若二者超出所设定的阈 值则认为车辆已接近失稳状态而需要进行稳定性控制，若二者小于所设定 的阈值则认为汽车仍在安全行驶状态而不需要进行稳定性控制。当需要进
行稳定性控制时，电子控制单元4中的模糊控制功能模块7将发挥作用， 模糊控制功能模块7实质为一二维模糊控制器，该控制器具有给定的隶属 函数与模糊推理规则，其控制输入参数即为上述的车体侧偏角与转动角速 度偏差量，而其输出的控制量则为汽车后轮转角以及所需要的校正横摆力 矩值；此时，制动轮判定及制动力矩分配模块14将对所接收到的校正横 摆力矩信号的方向与大小进行分析，以确定是需要对汽车的左侧还是右侧 车轮进行制动，同时按照设定的方法对汽车需制动侧前、后轴车轮各自所 需要的制动力矩大小进行具体分配，并将所确定信号输送至需制动的车轮 制动控制器6;最后，后轮转角控制器5和车轮制动器6将根据所获得的 后轮转角与车轮制动信号而相应对车辆进行控制，最终达到校正汽车的失 稳状况，避免交通事故发生与提高行驶安全性的目的。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限 制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更 以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种四轮转向汽车稳定性控制系统，其特征在于：包括实时对车体质心处速度方向相对于车体纵向轴线的偏转角度即车体侧偏角进行检测的车体侧偏角测量装置(10)、实时对车体实际转动角速度与驾驶员给定转动角速度间的车体转动角速度偏差进行检测的车体转动角速度偏差测量装置(3)，以及根据车体侧偏角测量装置(10)和车体转动角速度偏差测量装置(3)实时所输出信号相应对后轮转角控制器(5)和制动轮判定及制动力矩分配控制器(14)进行控制的电子控制单元(4)； 所述制动轮判定及制动力矩分配控制器(14)为根据电子控制单元(4)所输出信号，判定是否需要对四轮转向汽车的左侧或右侧车轮进行制动以及相应具体分配需制动侧前后轮的制动力矩的控制器；所述制动轮判定及制动力矩分配控制器(14)分别对四个车轮的车轮制动器(6)进行控制。
2. 按照权利要求1所述的四轮转向汽车稳定性控制系统，其特征在于： 所述车体侧偏角测量装置（10)包括实时对车体纵向速度进行检测的纵向 速度传感器（11 )、实时对车体侧向速度进行检测的侧向速度传感器（9 ), 以及根据纵向速度传感器（11)和侧向速度传感器（9)所检测信号相应 计算得出所述车体侧偏角的车体侧偏角控制器（12)。
3. 按照权利要求1或2所述的四轮转向汽车稳定性控制系统，其特征在于：所述车体转动角速度偏差测量装置（3)包括实时对方向盘转角进 行检测的方向盘转角传感器（1)、实时对车体转动角速度进行检测的车 体转动角速度传感器（2)，以及对方向盘转角传感器（1)和车体转动角 速度传感器（2)所检测信号进行分析比较并结合推算得出的理想车辆动 力学模型，相应计算得出所述车体转动角速度偏差的车体转动角速度偏差 控制器（13);所述车体转动角速度传感器（2)安装在车体质心。
4. 按照权利要求l或2所述的四轮转向汽车稳定性控制系统，其特征 在于：所述电子控制单元（4)包括对车辆稳定性进行实时分析判断的车 辆稳定性判定功能模块（8)所输出信号相应对后轮转角控制器（5)和制动轮判定及制动力矩分配控制器（14)进行控制的模糊控制功能模块（7); 所述车辆稳定性判定功能模块（8)为根据车体侧偏角测量装置（10)和 车体转动角速度偏差测量装置（3)所输出信号相应对模糊控制功能模块 (7)进行控制。
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- 2009-03-04 CN CNU2009200320930U patent/CN201362249Y/zh not_active Expired - Lifetime
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