WO2015103940A1 - 车辆侧翻操作抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一种车辆侧翻操作抑制方法，分别采集车速、侧向加速度、横摆角速度和方向盘转角信号信息；侧翻控制器判断是否存在侧翻趋势；若存在，根据方向盘转角信号判断驾驶员是否采取避障操作来缓解或解除车辆侧翻趋势；若没有采取避障操作，侧翻控制器向车辆稳定性控制系统发出控制指令避免侧翻；若驾驶员继续采取使车辆侧翻趋势加剧的转向操作，侧翻控制器向电控转向系统发出控制指令来抑制驾驶员使车辆侧翻趋势加剧的转向操作。本方法只是调整转向助力，并不对转向角的产生有任何影响，一方面保证驾驶意图的满足，另一方面抑制加剧侧翻的操作；通过对驾驶员操作动作和车辆响应特性的同步，使车辆能够真实反映驾驶员在避障等剧烈操作时的意图。

Description

车辆侧翻操作抑制方法 技术领域
本发明属于车辆控制技术领域，涉及一种车辆侧翻操作抑制方法。
背景技术
随着汽车保有量的增加，道路交通安全和问题成为亟待解决的社会问题，对经济社会发展有着重要的影响。侧翻事故在交通事故中数量虽然不多，但是事故造成的损失严重，是道路交通安全和车辆安全研究领域的重要问题。
经过对道路交通安全问题的系统研究，已经形成事故前预防、事故中保护和事故后救援环节各阶段的完整体系。随着车辆电子电控系统的不断发展完善，事故前预防得到了巨大的发展空间，为从车辆系统出发对车辆侧翻预警控制、侧翻抑制的研究提供了基础。现有控制系统通过悬架调节载荷、通过制动系统调节横摆力矩来对车辆产生的侧翻趋势进行抑制，在车辆可能发生侧翻时，驾驶员本能地快速反打方向等避障操作，但是在车辆响应特性的限制下，前期的响应延迟会使得驾驶员认为车辆不能响应操作，于是进一步加剧操作，但是车辆响应后就会立刻放大驾驶员的操作，产生不合理的操作动作，反而不利于侧倾的抑制。
悬架调节载荷时，由于空气悬架的响应速度太慢，因此难以对剧烈驾驶带来的失稳进行控制从而有效避免侧翻；制动系统产生横摆力矩可以对车辆侧滑进行限制避免侧翻，但是对产生车辆侧滑的驾驶员 剧烈的方向盘操作没有很好的抑制，即并没有从侧翻产生的根源上抑制侧翻。对侧翻产生的完整过程进行分析，驾驶员的剧烈操作是侧翻产生的根源，而导致驾驶员剧烈操作的并非出于驾驶员的真实意愿，而是车辆在快速反打方向盘等操作时的响应速度与驾驶员的意图不同步。
发明内容
本发明的目的是提供一种车辆侧翻操作抑制方法，通过对驾驶员操作动作和车辆响应特性的同步，使得车辆能够真实反映驾驶员在避障等剧烈操作时的意图。
为实现上述目的，本发明的车辆侧翻操作抑制方法包括的步骤如下：
(1)分别采集车速、侧向加速度、横摆角速度和方向盘转角信号信息；
(2)将步骤(1)所采集信息上传给侧翻控制器，判断是否存在侧翻趋势；
(3)若是存在侧翻趋势，根据方向盘转角信号判断驾驶员是否采取避障操作来缓解或解除车辆侧翻趋势；
(4)若驾驶员没有采取避障操作，侧翻控制器向车辆稳定性控制系统发出控制指令避免侧翻；若驾驶员继续采取使车辆侧翻趋势加剧的转向操作，侧翻控制器向电控转向系统发出控制指令，通过主动增加转向系统传动比、转向力矩的方式，来抑制驾驶员使车辆侧翻趋势加剧的转向操作。
所述步骤(1)中分别采用车辆轮速传感器采集车速、利用陀螺获取车辆侧向加速度和横摆角速度、利用方向盘转向角传感器获取方 向盘转角信号信息。
所述步骤(2)中侧翻趋势是采用载荷转移率LTR进行侧翻趋势判断。
所述步骤(4)中若驾驶员没有采取避障操作，控制器向车辆稳定性控制系统发出控制指令，通过差动制动的方式避免侧翻。
本发明的车辆侧翻操作抑制方法增加了对转向助力系统的控制，通过助力特性的控制，加大增加侧翻趋势操作的难度，起到抑制侧翻操作的作用；本方法只是调整转向助力，并不对转向角的产生有任何影响，从而一方面保证驾驶意图的满足，另一方面抑制加剧侧翻的操作；通过对驾驶员操作动作和车辆响应特性的同步，使得车辆能够真实反映驾驶员在避障等剧烈操作时的意图。
附图说明
图1是实施例的系统原理示意图；
图2是实施例的侧翻稳定性控制器和执行机构系统示意图；
图3是实施例的系统结构示意图；
图4是实施例的流程图；
图5是LTR的原理示意图。
具体实施方式
在车辆侧翻预警、抑制研究中，感知方面，导航、雷达等扩展了预见范围，陀螺、轮速等传感器为车辆提供了状态信息，方向盘转角、制动压力传感器为车辆提供了驾驶员意图信息；在执行方面，电动转向系统、电子稳定性控制系统分别从转向和制动领域为车辆提供稳定性控制，提升车辆操作稳定性，进而保障车辆安全性。
现有技术中，没有专门从侧翻控制角度出发，对车辆电子电控系 统进行分析，充分结合车辆感知能力，利用车辆控制系统、执行机构，实现对车辆侧翻的预警、控制和抑制。
本车辆侧翻操作抑制方法流程如图4所示，具体步骤如下：
1)利用车辆轮速传感器获取车速V，经数据采集处理单元将处理信号通过车载网络传递给侧翻控制器；
2)利用陀螺获取车辆侧向加速度ay和横摆角速度r，经数据采集处理单元处理信号，得到侧倾角φ、侧翻趋势TTR信息，并通过车载网络传递给侧翻控制器；
3)利用方向盘转角传感器获取驾驶员转向意图δ，经数据采集处理单元4将处理信号通过车载网络传递给侧翻控制器；
4)侧翻控制器根据车速V、侧倾角φ、侧翻趋势TTR，输出控制信号至报警器，报警器进行提示或报警，提醒驾驶员车辆存在侧翻趋势；
5)侧翻控制器根据方向盘转角信号δ判断驾驶员是否采取合理的操纵来缓解或解除车辆侧翻趋势；
6)如果驾驶员没有采取合理的操纵，侧翻控制器向车辆稳定性控制系统发出控制指令，通过主动悬架控制系统控制载荷分配、横摆稳定性控制系统产生差动制动的方式避免侧翻；
7)如果驾驶员继续采取使车辆侧翻趋势增加的转向操作，侧翻控制器向电控转向系统发出控制指令，通过主动增加转向系传动比、转向力矩的方式，增加驾驶员通过转向产生侧翻趋势的难度，在保证驾驶员意图得到满足的前提下，对产生侧翻趋势的操作进行抑制。
步骤4)中侧翻是采用载荷转移率LTR进行侧翻趋势判断的方法：
Figure PCTCN2014096048-appb-000001
其中静态参数：h为质心高度，hR为侧倾中心高度，e为侧倾中心至质心垂向距离，t为轮距，m为车辆质量，Kφ为侧倾刚度；
其中动态参数：ay为侧向加速度。
LTR取值范围为[0，1]，当LTR值大于设定门限值
Figure PCTCN2014096048-appb-000002
(如0.7)时，即认为侧翻趋势产生。该LTR方法只是现有众多成熟的车辆状态信息判断侧翻趋势中的一种，由于车辆状态信息判断侧翻趋势已有大量研究成果，此处不再赘述。
步骤5)中合理的操作是指如：快速反打方向，即鱼钩试验和J-TURN试验中模拟的工况。这种情况下，驾驶员根据本能进行避障操作，在车辆响应特性的限制下，前期的响应延迟会使得驾驶员认为车辆不能响应操纵，于是进一步加剧操纵，但是车辆响应后就会立刻放大驾驶员的操纵，产生不合理的操纵动作。
稳定性控制系统根据车辆的横摆运动状态产生差动制动维持车辆稳定性，与本车辆侧翻操作抑制方法同时作用，互不干涉。
向电控转向系统发出控制指令，仅仅是加大增加侧翻趋势操纵的难度(减小转向助力甚至增大转向阻力)，从而间接影响驾驶动作，最后的转向角依然是由驾驶员直接产生，故驾驶员的操作与控制指令的动作并不存在相互干涉。
如图1、2、3所示，车速传感器为轮速传感器(也可通过其他方式获取车辆行驶速度，如：GPS、仪表等)，陀螺检测车辆横摆角速度 和侧向加速度信号，方向盘转角传感器检测驾驶员转向意图，上述传感器信息构成感知单元。并通过数据采集和处理单元，处理后的信号通过车载网络传递给侧翻控制器。报警器为蜂鸣器、指示灯或LED显示器，这样警示效果更加直观、明显且有效。
车辆稳定性控制系统为单片机，它将感知单元获取的车辆状态信息和驾驶员操纵意图进行处理，根据不同情况发出不同信号以防止车辆侧翻，例如：当侧倾角φ或侧翻趋势TTR超出系统标定预警门限值时，侧翻控制器发出信号给报警器，报警器进行提示或报警；报警过程中如果侧倾角φ或侧翻趋势TTR继续增加超出系统标定控制门限值时，侧翻控制器发出信号给车辆稳定性控制系统，稳定性控制系统根据稳定性控制目标协调主动悬架控制系统和横摆稳定性控制系统，产生载荷分配和差动制动防止车辆侧翻；在侧翻预警或控制过程中，侧翻控制器判断驾驶员转向意图δ，如果转向意图在向增加侧翻趋势的方向发展，则发出信号给电控转向系统，增加转向系传动比或转向力矩反馈，在保证驾驶员操纵意图的前提下，抑制加大侧翻趋势的操纵。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限定本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

  1. 车辆侧翻操作抑制方法，其特征在于，该方法包括的步骤如下：
    (1)分别采集车速、侧向加速度、横摆角速度和方向盘转角信号信息；
    (2)将步骤(1)所采集信息上传给侧翻控制器，判断是否存在侧翻趋势；
    (3)若是存在侧翻趋势，根据方向盘转角信号判断驾驶员是否采取避障操作来缓解或解除车辆侧翻趋势；
    (4)若驾驶员没有采取避障操作，侧翻控制器向车辆稳定性控制系统发出控制指令避免侧翻；若驾驶员继续采取使车辆侧翻趋势加剧的转向操作，侧翻控制器向电控转向系统发出控制指令，通过主动增加转向系统传动比、转向力矩的方式，来抑制驾驶员使车辆侧翻趋势加剧的转向操作。
  2. 根据权利要求1所述的车辆侧翻操作抑制方法，其特征在于：所述步骤(1)中分别采用车辆轮速传感器采集车速、利用陀螺获取车辆侧向加速度和横摆角速度、利用方向盘转向角传感器获取方向盘转角信号信息。
  3. 根据权利要求1所述的车辆侧翻操作抑制方法，其特征在于：所述步骤(2)中侧翻趋势是采用载荷转移率LTR进行侧翻趋势判断。
  4. 根据权利要求1-3中任一项所述的车辆侧翻操作抑制方法，其特征在于：所述步骤(4)中若驾驶员没有采取避障操作，控制器向车辆稳定性控制系统发出控制指令，通过差动制动的方式避免侧 翻。
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