TWI471239B

TWI471239B - Vehicle Yaw Stability Control Method and Its System

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Publication number: TWI471239B
Application number: TW100138289A
Authority: TW
Original assignee: Automotive Res & Testing Ct
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2015-02-01
Also published as: TW201317150A; US8670905B2; US20130103263A1

Description

車輛橫擺穩定控制方法及其系統

本發明是有關於一種控制方法及其系統，特別是指一種車輛橫擺穩定控制方法及其系統。

道路交通事故，使人們蒙受重大的生命財產損失，更引發難以彌補的家庭與社會問題。為了提高道路交通的安全性，學術界與汽車工業界莫不致力於研發更安全、更智慧化的車輛，協助駕駛避開危急的情況，防止事故發生或降低事故傷害。

而車輛的電子穩定控制系統能夠在人力不及應變的緊急時刻主動介入，快速修正車輛的剎車與引擎出力等，協助駕駛平安度過危機。例如當車輛在高速過彎或車身重心較高時，會有側向滑動與橫擺轉動，此時，過大的車身側滑角(slip angle)，代表車身打滑，過大的橫擺角速度(yaw rate)，常伴隨著車身失控偏轉，而過小的橫擺角速度則無法順利轉向，因此，為了穩定車輛的側向運動，前述電子穩定控制系統會依據車輛目前的行駛軌跡與駕駛的操作意圖，自動調整輪胎剎車力矩(煞車介入)或輪胎轉向角(轉向介入)，以產生修正車輛運動軌跡所需的側向力與橫擺力矩。

以美國專利第7143864B2號案為例，主要是根據方向盤的轉向角度計算出理想橫擺率，並以此理想橫擺率控制車輛實際的轉向角，藉此達到車輛穩態控制的目的。

以美國專利第7191048B2號案為例，主要是以車輛的側向加速度為依據，對車輛進行煞車的動作，藉此達到車輛穩態控制的目的。

以美國專利第7584042B2號案為例，主要是以實際橫擺率與目標橫擺率兩者間的差值做積分，而得到一補償角度值，然後，透過轉向系統或煞車系統來產生一橫擺力矩，補償實際橫擺角度與目標之車輛橫擺角度，藉此達到車輛穩態控制的目的。

惟，由於煞車介入的方式，會因為油壓建立的延遲時間，有反應速率較慢，及使車輛減速的缺失。

且車輛會因為前輪驅動或後輪驅動等重心配置的不同，造成車輪轉向特性不同，因此，利用既有的方向盤轉向角度，及車速、負載為參數，進行橫擺率的預估，或做為轉向控制的依據，並無法適用各類型車款，尤其是負載比差異化的前驅車款與後驅車款，在準確度與穩態效果方面，仍然有可提升的空間，此外，僅以車速來決定車輪轉向的變化，所計算的理想橫擺率不一定符合實際需求。

因此，本發明之目的，即在提供一種能夠有效提升橫擺率準確度及穩態效果的車輛橫擺穩定控制方法及其系統。

於是，本發明之車輛橫擺穩定控制方法，包含下列步驟，步驟1：量測車輛的實際橫擺率；步驟2：偵測車輛的側向加速度、車速、輪軸懸吊負載及方向盤轉向訊號，並將上述取得的車輛各個轉向的特性數值分別轉換為對應的第一至第四轉向特性權重值而決定出一轉向特性值；步驟3：將該轉向特性值與上述取得各車輛轉向特性數值依據所建構的方程式計算出一理想橫擺率；步驟4：比對車輛的實際橫擺率及理想橫擺率，當實際橫擺率未趨近等於理想橫擺率時，以理想橫擺率與實際橫擺率之差值計算出該車輪所需的穩態轉向角度來調控補償車輪轉向。

更進一步的，本發明之車輛橫擺穩定控制方法，更可依據當下的車速以及轉向角以所建構的方程式計算出一最大容許橫擺率，且當該理想橫擺率大於最大容許橫擺率時，則以該最大容許橫擺率計算出該車輪所需的轉向角度來進行補償及調控車輪轉向。

本發明之車輛橫擺穩定控制系統，安裝在一車輛，該車輛至少具有二輸出動力的輪軸、與該輪軸同軸轉動且至少具有一對決定行動方向的車輪，及控制至少一對車輪轉向角度的一方向盤，該車輛橫擺穩定控制系統包含一偵測模組、一資料庫、一計算模組及一控制模組。該偵測模組用於偵測該車輛的側向加速度、該方向盤的轉向角與角速度，及該輪軸懸吊的負載、車速；該資料庫建置有側向加速度、該方向盤的轉向角度與角速度，及該輪軸的負載、車速等轉向特性權重資料；該計算模組根據來自該車輛側向加速度對應於該資料庫取得一第一轉向特性權重值、來自該輪軸懸吊負載對應該資料庫取得的一第二轉向特性權重值、來自車速對應於該資料庫取得的一第三轉向特性權重值，及來自方向盤轉向角速度對應於該資料庫取得的一第四轉向特性權重值，藉此決定一轉向特性值，並透過該轉向特性值與前述各個車輛動態參數值計算出一理想橫擺率，及一最大容許橫擺率，當該理想橫擺率不大於最大容許橫擺率時，由理想橫擺率轉換為橫擺率對應轉向角輸出，當該理想橫擺率大於最大容許橫擺率時，由最大容許橫擺率轉換為橫擺率對應轉向角輸出；該控制模組由所計算出的橫擺率對應轉向角來進行調控及補償該等車輪的轉向。

本發明的有益效果在於：利用動態的權重比例，決定理想橫擺率及最大容許橫擺率，不但能夠提升準確性，且能夠使車輛在動態的過程中，保持穩定狀況，提升行車的安全性。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，本發明之車輛橫擺穩定控制系統的一較佳實施例，是配合一轉向系統(圖未示)安裝在一車輛1。所述的轉向系統可為主動式前輪轉向系統(Active Front wheel Steer：AFS)、線控轉向系統(Steer-by-wire：SBW)或四輪轉向系統(Four wheel Steering：4WS)任何一種。本實施例之車輛是搭配主動式轉向系統，該車輛1至少具有一輸出動力的輪軸11，及與該輪軸11同軸轉動且至少具有一對決定行動方向的車輪13、14、控制該輪軸11轉向角度的一方向盤15，及輸出動能至該輪軸11的一引擎16。該車輛橫擺穩定控制系統包含一偵測模組2、一資料庫3、一計算模組4，及一控制模組5。

該偵測模組2用於偵測該車輛1的側向加速度、該方向盤15的轉向角度與角速度，及該輪軸11懸吊的負載變化、車速。其中，所述的輪軸11懸吊負載是指與輪軸懸吊對應車輪垂向的負載狀態，因此也可以是輪軸11垂直負載或車輪負載狀態。

該資料庫3建置有依據側向加速度的第一轉向特性權值資料、輪軸11懸吊負載的第二轉向特性權值資料、車速的第三轉向特性權重資料，及方向盤轉向角度或角速度趨勢的第四轉向特向權值資料。參閱圖2，各個轉向特性權重值依照適應的比率定義，其中，第一轉向特性權值會隨著側向加速度愈來愈大而降低，第二轉向特性權重值會隨著輪軸11懸吊負載愈大而降低權重比例，該第三轉向特性權重值會隨著車速愈快而提升權重比例，該第四轉向特性權重值會隨著方向盤轉向角速度愈大而降低權重比例。

該計算模組4可持續的由該偵測模組2中取得行車動態中的四種車輛動態參數值，根據來自該車輛側向加速度對應於該資料庫3取得一第一轉向特性權重值K₁ 、來自該輪軸11懸吊負載對應該資料庫3取得的一第二轉向特性權重值K₂ 、來自車速對應於該資料庫3取得的一第三轉向特性權重值K₃ ，及來自方向盤15轉向角速度對應於該資料庫3取得的一第四轉向特性權重值K₄ ；再由上述四個轉向特性權重值K₁ ～K₄ 計算出一轉向特性值K，於本實施例中，該轉向特性值K是由第一至第四轉向特性權重值K₁ ～K₄ 相乘之積。

該計算模組4將該轉向特性值K與上述取得車輛各個車輛動態參數值依據所建構的方程式計算出一理想橫擺率γ _ideal ，及一最大容許橫擺率γ _max ，當該理想橫擺率γ _ideal 不大於最大容許橫擺率γ _max 時，由該理想橫擺率γ _ideal 轉換為橫擺率對應轉向角輸出，當該理想橫擺率γ _ideal 大於最大容許橫擺率γ _max 時，由該最大容許橫擺率γ _max 轉換為橫擺率對應轉向角輸出。值得一提的是，所述的橫擺率對應轉向角的換算，可由橫擺率與轉向角的增益效益比率關係進行推算。

上述提及的理想橫擺率γ _ideal 是與四種轉向特性權重值K₁ ～K₄ 呈特定之關係，換算的方程式如下：

γ _ideal 為理想橫擺率；V 為車速；L 為軸距；K 為轉向特向值；δ為方向盤的轉向角度。

上述提及的最大容許橫擺率換算的方程式如下：

γ _max 為最大容許橫擺率；V 為車速；L 為軸距；δ為方向盤的轉向角度。

該控制模組5由最終確認的該理想橫擺率γ _ideal 或該最大容許橫擺率γ _max 轉換出的橫擺率對應轉向角來調控該等車輪13、14的轉向角，較佳的，以理想橫擺率γ _max 與測量所得的實際橫擺率γ 之差值計算出該車輪12、13所需的穩態轉向角度來調控補償車輪轉向。另當車輛的側向加速度大於一預定門檻值，該控制模組5可透過煞車介入或調降引擎力矩輸出並同時控制車輪的轉向角，至於利用煞車介入或調降引擎力矩輸出修正車輛運動軌跡所需的橫擺力矩此等介入方式已為習知所載之技藝，故不多加贅述。

參閱圖3，並配合圖1，以下即針對本發明車輛橫擺穩定控制方法並結合實施例步驟說明如後：

步驟51：於車輛的重心位置以感應器量測出實際橫擺率γ 。

步驟52：以該偵測模組2在該車輛1行駛的過程中，偵測該方向盤15的轉向角度與角速度、該輪軸11的懸吊負載變化、車速、該車輛1的側向加速度等車輛動態特性數值，該計算模組4根據該資料庫3回傳的輪軸11車速、該等輪軸11、12的懸吊負載，及該方向盤15的轉向角度等參數。

步驟53：該計算模組4根據該偵測模組2取得的車速、該等輪軸11、12的懸吊負載、該方向盤15的轉向角度、一由轉向特性值K等參數計算出的理想橫擺率γ _ideal ，及一以該等車輛參數值計算出的最大容許橫擺率γ _max 。

步驟54：該控制模組5判斷實際橫擺率γ 是否等於理想橫擺率γ _ideal ？如果是，進行步驟55，如果否，進行步驟56。

步驟55：該控制模組5控制該等車輪13、14實際的轉向角度等於該方向盤15對應的等效角。

步驟56：該控制模組5比對理想橫擺率γ _ideal 與最大容許橫擺率γ _max ？若理想橫擺率γ _ideal 不大於最大容許橫擺率γ _max 則採以理想橫擺率γ _ideal 接續執行步驟57；若理想橫擺率γ _ideal 大於最大容許橫擺率γ _max ，採以最大容許橫擺率γ _max 接續執行步驟57。

步驟57：該計算模組4根據實際橫擺率γ與理想橫擺率γ _ideal 或最大容許橫擺率γ _max 的差異，並計算出該等車輪13、14所需的穩態轉向角度。

步驟58：該控制模組5判斷側向加速度是否大於預設門檻值？如果否，進行步驟59，如果是，表示該車輛1面臨車輛失控狀態，則進行步驟60。

步驟59：該控制模組5以轉向介入方式，控制該輪軸11實際的轉向角度等於步驟56穩態轉向角度。

步驟60：該控制模組5以煞車或控制引擎16力矩的方式，降低該輪軸11輸出的動能，同時以轉向介入的方式，控制該等車輪13、14實際的轉向角度等於步驟56穩態轉向角度。

據上所述可知，本發明之車輛橫擺穩定控制方法及其系統具有下列優點及功效：

1、本發明主要是根據該車輛1的橫擺率，以轉向介入的方式，控制該車輛1在行進中保持穩態，而本發明計算橫擺率時，先導入修正因素，如方向盤15的轉向角度、方向盤轉向角、該輪軸11的懸吊負載、車速、側向加速度等參數，相較於先前技術只是透過方向盤轉向角度，及車速等參數所獲得的預算值，不但能夠提升計算橫擺率時的準確性，且能夠大幅提升在不同車款上的穩定性與適用性。

2、本發明同時能夠以側向加速度之參數，抉擇是否進行轉向介入，或同時進行以煞車介入的方式，抑制該車輛1的橫擺率，確保該車輛1的橫擺率保持在合適的範圍內，提升車輛1的穩定性與安全性。

3、由於本發明導入如方向盤15的轉向訊號、該輪軸11的懸吊負載、車速、側向加速度等參數修正因素，所以在實際修正轉向角時，是不會受到不同轉向系統發生無法配合狀況，故本發明於配合車輛各類型轉向系統適用性與公用性較以往為佳。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1．．．車輛

11．．．輪軸

13．．．車輪

14．．．車輪

15．．．方向盤

16．．．引擎

2．．．偵測模組

3．．．資料庫

4．．．計算模組

5．．．控制模組

51~60．．．步驟流程

圖1是一示意圖，說明本發明車輛橫擺穩定控制方法及其系統的一較佳實施例；

圖2是該較佳實施例的一示意圖；及

圖3是該較佳實施例的一流程圖。