專利名稱：用于控制車輛的側向穩定性的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制車輛的側向穩定性的方法和裝置，其控 制車輛的橫擺角速率，以便于減弱由側向施加于車輛的外部擾動引起 的傾覆力矩，從而避免車輛偏離行駛車道并避免交通事故。
10
背景技術：
已經開發了許多用于車輛安全的控制技術，比如用于車輛穩定行
駛的先進安全車輛技術(ASV)。
此種控制技術(比如ASV技術)采用了執行對駕駛員使車輛轉向 的意圖低的直路進行控制干預的方法，而對駕駛員使車輛轉向的意圖 15高的彎路不執行控制干預，并且將控制移交給駕駛員。
然而，當在車輛正沿彎路行駛的同時側向擾動(比如側風)突然 施加于車輛時，由于側向擾動引起的橫擺角分量而產生傾覆力矩。用 于車輛安全的控制技術存在的問題是，它們沒有提供適當的控制或措 施以抵消此種側向擾動，使得駕駛員偏離他們要沿其行駛的道路，并 20因此可能發生嚴重的交通事故。
在背景部分公開的上述信息只是用于增進對本發明背景的理解， 并且因此其可能包含不形成對于本國本領域普通技術人員公知的現有 技術的信息。
25
發明內容
一方面，本發明提供了一種用于控制車輛的側向穩定性的方法和 裝置，其控制車輛的橫擺角速率，以便于減弱當發生側向擾動時由側 向擾動引起的傾覆力矩，從而避免車輛駛離行駛車道并使交通事故的 發生和危險降到最小。 30 在更具體的方面，本發明提供了一種用于控制車輛的側向穩定性
的裝置，當發生側向擾動時，該裝置穩定車輛的運行狀態。以本發明 的某些特定優選方面為特征的裝置包括用于檢測側向擾動的側向擾動檢測單元；目標橫擺角速率計算單元，其用于在檢測到側向擾動時
計算駕駛員的轉向角；以及車輛橫擺角速率控制單元，其用于控制車 輛橫擺角速率，以便于減弱由側向擾動引起的傾覆力矩，從而使得被 控制的車輛橫擺角速率趨進于己計算的目標橫擺角速率。 5 在某些實施方式例中，本發明提供了一種用于控制車輛的側向穩
定性的裝置，當發生側向擾動時，該裝置穩定車輛的運行狀態，該裝
置包括用于檢測側向擾動的側向擾動檢測單元；目標橫擺角速率計
算單元，其用于在檢測到側向擾動時計算駕駛員的轉向角，并使用已 計算的駕駛員的轉向角以及包括車輛運行狀態信息和車輛規格信息的
10車輛信息來計算目標橫擺角速率；以及車輛橫擺角速率控制單元，其 用于控制車輛橫擺角速率，以便于減弱由側向擾動引起的傾覆力矩， 從而使得被控制的車輛橫擺角速率趨進于己計算的目標橫擺角速率。
另外，在示例性的實施方式中，本發明提供了一種控制車輛的側 向穩定性的方法，當發生側向擾動時該方法穩定車輛的運行狀態，該
15 方法包括(a)檢測側向擾動的側向擾動檢測步驟；(b)目標橫擺角 速率計算步驟，該步驟在檢測到側向擾動時計算駕駛員的轉向角，并 使用已計算的駕駛員的轉向角以及包括車輛運行狀態信息和車輛規格 信息的車輛信息來計算目標橫擺角速率；以及(c)車輛橫擺角速率控 制步驟，該步驟控制車輛橫擺角速率，以便于減弱由側向擾動引起的
20 傾覆力矩，從而使得被控制的車輛橫擺角速率趨進于已計算的目標橫 擺角速率。
本發明包括一種機動車輛，其包括如本文所述的用于控制車輛的 側向穩定性的裝置。
要理解的是本文使用的術語"車輛"或"車輛的"或其他類似術 25 語通常包括下列的機動車例如，包括多功能運動車(SUV)和公共 汽車、卡車、各種商務車的客車，包括各種艇和船的船只，飛行器和 類似物。
本發明的上述特征和優點從附圖和下面的詳細描述中將是顯而易 見的或者在附圖和下面的詳細描述中得以更加詳細地闡明，附圖合并 30 入并且形成本說明書的一部分，附圖和下面的具體描述一起用于通過 實施例來解釋本發明的原理。
從下面的詳述結合附圖將更清楚地理解本發明的上述和其它目 的、特征和優點，其中-5 圖1是根據本發明的用于控制側向穩定性的裝置的框圖。
圖2是根據本發明的控制側向穩定性的方法的流程圖。
圖3是示出當發生側向擾動時，基于側向穩定性控制方法的應用， 車輛橫擺角速率控制的模擬結果曲線圖。
圖4A到4C是模擬結果曲線圖，圖中示出當在車輛沿直路行駛的 io同時發生側向擾動時，在應用側向穩定性控制的情況下與在沒有應用 側向穩定性控制的情況下移動度的比較。
圖5A到5C是模擬結果曲線圖，圖中示出當在車輛沿彎路行駛的 同時發生側向擾動時，在應用側向穩定性控制的情況下與在沒有應用 側向穩定性控制的情況下移動度的比較。
1具體實施例方式
如本文所述，本發明的特征在于一種用于控制車輛的側向穩定性 的裝置，當發生側向擾動時該裝置能穩定車輛的性能，該裝置包括 用于檢測側向擾動的側向擾動檢測單元；目標橫擺角速率計算單元， 20 其用于在檢測到側向擾動時計算駕駛員的轉向角；以及車輛橫擺角速 率控制單元，其用于控制車輛橫擺角速率，以便于減弱由側向擾動引 起的傾覆力矩，從而使得被控制的車輛橫擺角速率趨進于已計算的目 標橫擺角速率。
在本發明的某些優選實施方式中，使用已計算的駕駛員的轉向角 25以及包括車輛運行狀態信息和車輛規格信息的車輛信息計算目標橫擺 角速率。在本發明的其他優選實施方式中，側向擾動檢測單元使用橫 擺角速率傳感器檢測側向擾動。在其他的某些優選實施方式中，目標 橫擺角速率計算單元使用轉向角傳感器計算駕駛員的轉向角。
在其他的實施方式中，本發明包括一種用于控制車輛的側向穩定 30 性的方法，該方法包括檢測車輛的側向擾動，計算轉向角，以及控 制橫擺角速率，由此控制車輛的側向穩定性。可根據如本文所述的任一實施方式執行該方法。
本發明還可包括一種機動車輛，其包括如本文所述的用于控制車 輛的側向穩定性的裝置。
現在將參照附圖，其中在所有不同附圖中使用相同的附圖標記來 5 標注相同或類似的元件。
將參照
本發明的實施方式。
圖1是根據本發明的某些優選實施方式的用于控制側向穩定性的 裝置的框圖。
如圖1所示，用于在行駛的車輛中發生側向擾動時穩定車輛運行 10 狀態的側向穩定性控制裝置100可適當地包括:側向擾動檢測單元110，
目標橫擺角速率計算單元120，以及車輛橫擺角速率控制單元130。在
進一步的實施方式中，側向穩定性控制裝置100可適當地包括用于 檢測轉向角的轉向角傳感器和用于檢測橫擺角速率的橫擺角速率傳感 器。
15 根據優選實施方式，側向擾動檢測單元110檢測側向擾動。使用
橫擺角速率傳感器執行該檢測。
當檢測到側向擾動時，目標橫擺角速率計算單元120計算駕駛員
的轉向角，并使用已計算的駕駛員的轉向角以及包括但不限于車輛運 行狀態信息和車輛規格信息的車輛信息來計算目標橫擺角速率。
20 車輛橫擺角速率控制單元130控制車輛橫擺角速率，使得適當地
由側向擾動檢測單元110檢測的側向擾動所產生的傾覆力矩被減弱，
并且使得被控制的車輛橫擺角速率趨進于先前由目標橫擺角速率計算
單元120計算的目標橫擺角速率。
目標橫擺角速率計算單元120使用轉向角傳感器適當地計算上述
25的駕駛員的轉向角。
目標橫擺角速率計算單元120可通過在采樣周期的間隔提取與采 樣數量相等的在側向擾動檢測單元110檢測到側向擾動的時間點之前 測量的轉向角，并適當地計算與采樣數量相等的轉向角的平均值來適 當地計算駕駛員的轉向角。因此，如果采樣周期是10秒，采樣數量是 30 5并且側向擾動檢測單元110在50秒的時間點檢測到側向擾動，則參 考檢測時間點是50秒的時間點，并且目標橫擺角速率計算單元在0秒、10秒、20秒、30秒和40秒時從轉向角傳感器中適當地接收轉向角， 并通過將這五個接收到的轉向角除以5 (即采樣數量)來計算平均值。 計算的平均值是駕駛員的轉向角。
目標橫擺角速率計算單元120適當地計算前輪轉向角，該轉向角 5用于從使用上述方法計算的駕駛員的轉向角來獲得目標橫擺角速率。 在示例性的實施方式中，可使用下述方程1計算前輪轉向角
~=3*丄*(^ (1) y 180
前輪轉向角(弧度)
&駕駛員的轉向角(度數) 10 GR:齒輪齒速比
目標橫擺角速率計算單元120通過基于第一車輛信息和第二車輛 信息和包括車輛運行狀態信息和車輛規格信息的車輛信息適當地求解 下述方程2的微分方程來適當地計算目標橫擺角速率，上述第一車輛 信息和第二車輛信息是使用由駕駛員的轉向角計算而得的前輪轉向角 15來適當地獲得的。在下述方程2中，目標橫擺角加速度是通過對目標
橫擺角速率求微分獲得的分量
力"如;^+Ia (2) 《目標橫擺角加速度(弧度/秒2)
^ :目標橫擺角速率(弧度/秒) 20 ~:前輪轉向角(弧度)
K:第一車輛信息 T:第二車輛信息
使用包括在車輛信息中的車輛運行狀態信息和車輛規格信息，可 適當地獲得上述第一車輛信息K和第二車輛信息T。在優選實施方式 25 中，使用例如但不限于組成車輛信息的車輛速度、車輛質量、前輪比 拐彎力、后輪比拐彎力、從車輛的重心到車輛的前輪的距離、從車輛 的重心到車輛的后輪的距離以及轉向系統的慣性力矩，可獲得第一和
第二車輛信息K和T。在某些優選實施方式中，可使用下述方程3適 當地獲得第一車輛信息，并可使用下述方程4適當地獲得第二車輛信<formula>formula see original document page 10</formula>
V:車輛速度(米/秒)5 m:車輛質量(千克)
//:從車輛的重心到前輪的距離(米)從車輛的重心到后輪的距離(米)/z:轉向系統的慣性力矩(千克'米2)
&=2*《,，前輪比拐彎力(牛頓/弧度)10 C,=2*^， 后輪比拐彎力(牛頓/弧度)
圖2是根據本發明的優選方面的控制側向穩定性的方法的流程圖。如圖2所示，用于在發生側向擾動時穩定車輛運行狀態的側向穩
定性控制方法包括檢測側向擾動的側向擾動檢測步驟200;當檢測到側向擾動時，計算駕駛員的轉向角并使用已計算的駕駛員的轉向角以15 及包括但不限于車輛運行狀態信息和車輛規格信息的車輛信息來計算目標橫擺角速率的目標橫擺角速率計算步驟S202;以及車輛橫擺角速
率控制步驟S204，該步驟控制車輛橫擺角速率以減弱由側向擾動引起的傾覆力矩，從而適當地使被控制的車輛橫擺角速率趨進于先前計算的目標橫擺角速率。20 根據本發明的優選實施方式，在目標橫擺角速率計算步驟S202中，
通過優選地以采樣周期的間隔使用轉向角傳感器提取與采樣數量相等的在側向擾動檢測步驟S200中檢測到側向擾動的時間點之前測量的轉向角，并計算提取的與采樣數量相等的轉向角的平均值來優選地計算上述駕駛員的轉向角。
25 包括車輛運行狀態信息和車輛規格信息的上述車輛信息包括但不限于車輛速度、車輛質量、前輪比拐彎力、后輪比拐彎力、從車輛
的重心到前輪的距離、從車輛的重心到后輪的距離以及轉向系統的慣性力矩。
根據本發明的其他優選實施方式，在目標橫擺角速率計算步驟
30S202中，通過使用上述駕駛員的轉向角和車輛信息為目標橫擺角速率建立微分方程，例如上述的方程2，并求解該微分方程來獲得目標橫擺角速率。如上所述獲得的目標橫擺角速率是可被適當地用作在車輛橫
擺角速率控制步驟S204中控制車輛橫擺角速率的參考的信息。
圖3是示出當發生側向擾動時，基于側向穩定性控制方法的應用，5車輛橫擺角速率控制的模擬結果曲線圖。關于側向擾動輸入條件，以從0.5秒到2.5秒的適當周期輸入側向擾動，并且由于輸入的側向擾動產生側力和傾覆力矩。
根據本發明，側向穩定性控制方法優選地是用于避免駕駛員因為由側向擾動產生的側力或傾覆力矩而離開預定道路的方法。該方法適io當地執行控制，其方式使得通過控制車輛橫擺角速率來減弱由側向擾動產生的橫擺角分量所產生的傾覆力矩，由此使得車輛橫擺角速率趨進于行駛所需的目標橫擺角速率。
如圖3所示，可以看出車輛橫擺角速率通過根據本發明的側向穩定性控制方法的適當應用而趨進于已計算的目標橫擺角速率。在優選15實施方式中，根據本發明的側向穩定性控制方法執行控制，使得車輛橫擺角速率趨進于目標橫擺角速率。
圖4A到4C是示例性的模擬結果曲線圖，其示出當在車輛沿直路行駛的同時發生側向擾動時，在應用側向穩定性控制的情況下與在不應用側向穩定性控制的情況下移動度的比較。20 圖4A是曲線圖，其示出當沒有發生側向擾動時沿直路行駛的車輛
的示例性運行狀態，該曲線圖被用作參考以確定當發生側向擾動時的移動度。
圖4B是曲線圖，圖中示出在車輛沿直路行駛的同時當側向擾動發生了2秒(從0.5秒到2.5秒)時，由于其中沒有設置側向穩定性控制25裝置而沒有應用側向穩定性控制的車輛的示例性運行狀態。
圖4C是曲線圖，其示出在車輛沿直路行駛的同時當側向擾動發生了2秒(從0.5秒到2.5秒)時，由于其中設置側向穩定性控制裝置而應用側向穩定性控制的車輛的示例性運行狀態。
在圖4A、 4B和4C中，曲線圖的水平軸代表時間，其垂直軸代表30 車輛隨時間變化在側向方向上的移動距離。
從圖4A中可以看出，由于適當地沒有發生側向擾動，在整個時間范圍內側向方向上的移動距離是0。這表明車輛正在以正常狀態沿直路行駛。
如圖4B所示，由于發生側向擾動，與正常狀態中的車輛相比，在
2秒的側向擾動持續時間后的2.5秒的點處，沒有設置側向穩定性控制5裝置的車輛在側向方向上移動的距離等于或大于2米。在某些實例中，這樣的移動可導致交通事故。
相反地，如圖4C所示，可以看出，當發生與圖4B相同的側向擾動時，與正常狀態中的車輛相比，在2.5秒的點處，設置側向穩定性控制裝置的車輛在側向方向上移動的距離等于或小于25厘米。因此，將io 如圖4C所示的設置側向穩定性控制裝置的車輛與如圖4B所示沒有設置側向穩定性控制裝置的車輛進行比較，圖4C中的移動距離與圖4B相比減少了2米。
因此，設置在沿直路行駛的車輛中的側向穩定性控制裝置適當地控制車輛橫擺角速率，以便于在發生側向擾動時減弱由側向擾動帶來15的傾覆力矩，從而避免車輛離開預定的道路并避免交通事故的發生和危險。
圖5A到5C是模擬結果曲線圖，圖中示出當在車輛沿彎路行駛的同時適當地發生側向擾動時，在應用側向穩定性控制的情況下與在沒有應用側向穩定性控制的情況下移動度的比較。20 圖5A是曲線圖，其示出當沒有發生側向擾動時沿彎路行駛的車輛
的運行狀態，該圖被用作參考以確定當適當地發生側向擾動時車輛移動度。
圖5B是曲線圖，其示出在車輛沿彎路行駛的同時，當側向擾動適當地發生了 2秒(從0.5秒到2.5秒)時，由于其中沒有設置側向穩定25性控制裝置而沒有應用側向穩定性控制的車輛的運行狀態。
圖5C是曲線圖，其示出在車輛沿彎路行駛的同時，當側向擾動適當地發生了2秒(從0.5秒到2.5秒)時，由于在其中設置側向穩定性控制裝置而應用了側向穩定性控制的車輛的示例性運行狀態。
在圖5A、 5B和5C中，曲線圖的水平軸代表時間，其垂直軸代表30車輛隨時間變化在側向方向上的移動距離
圖5A示出在整個時間范圍內車輛的正常行駛。從該圖中可以看出，在0秒點處車輛在側向方向上的移動距離是0米，并且在2.5秒點處車輛在側向方向上的移動距離是大約1.5米。
如圖5B所示，由于發生側向擾動，與正常狀態中的車輛相比，在側向擾動持續了 2秒后的2.5秒點處，沒有設置側向穩定性控制裝置5的車輛在側向方向上移動了 4米，比在正常狀態中的1.5米多出約2米。這樣的移動可適當地導致交通事故。
相反地，如圖5C所示，可以看出，盡管發生了與圖5B相同的側向擾動，與正常狀態中的車輛相比，在2.5秒的點處，設置側向穩定性控制裝置的車輛在側向方向上移動了 1.7米，比在正常狀態中的1.5米io多出約25厘米。也就是說，可以看出移動距離相應地非常短。這意味著與圖4B中的2米相比，移動距離適當地減少。
因此，設置在車輛中的側向穩定性控制裝置控制車輛橫擺角速率，以便于當在彎路以及圖4的直路中發生側向擾動時，減弱由外界擾動帶來的傾覆力矩，使得側向穩定性控制裝置具有避免車輛離開預定道15 路并避免交通事故的發生和危險的優點。
上述發明的優點在于控制車輛橫擺角速率，以便于在發生側向擾動時減弱由外界擾動帶來的傾覆力矩，從而避免車輛離開道路并避免交通事故的發生和危險。
盡管為了說明的目的已公開了本發明的優選實施方式，但對于本20 領域技術人員要理解的是，在不背離如所附權利要求公開的本發明的范圍和精神的情況下，可以進行各種變更、添加和置換。
權利要求
1. 一種用于控制車輛的側向穩定性的裝置，當發生側向擾動時所述裝置穩定所述車輛的運行狀態，所述裝置包括用于檢測側向擾動的側向擾動檢測單元；目標橫擺角速率計算單元，其用于在檢測到所述側向擾動時計算駕駛員的轉向角，并使用已計算的駕駛員的轉向角以及包括車輛運行狀態信息和車輛規格信息的車輛信息來計算目標橫擺角速率；以及車輛橫擺角速率控制單元，其用于控制車輛橫擺角速率，以便于減弱由所述側向擾動引起的傾覆力矩，從而使得被控制的車輛橫擺角速率趨進于已計算的目標橫擺角速率。
2. 如權利要求1所述的裝置，其中所述側向擾動檢測單元使用橫 擺角速率傳感器檢測所述側向擾動。15
3. 如權利要求l所述的裝置，其中所述目標橫擺角速率計算單元使用轉向角傳感器計算所述駕駛員的轉向角。
4. 如權利要求l所述的裝置，其中所述目標橫擺角速率計算單元20通過以采樣周期的間隔提取數量與采樣數量相等的、在檢測到所述側向擾動的時間點之前測量的轉向角，并計算與所述采樣數量相等的轉 向角的平均值來計算所述駕駛員的轉向角。
5. 如權利要求l所述的裝置，其中所述目標橫擺角速率計算單元25通過基于使用已計算的駕駛員的轉向角計算的前輪轉向角以及使用所 述車輛信息獲得的第一車輛信息和第二車輛信息來求解下面的微分方 程而獲得所述目標橫擺角速率 , 1 、《目標橫擺角加速度(弧度/秒2 ) 30 目標橫擺角速率(弧度/秒)~:前輪轉向角(弧度)K:第一車輛信息 T:第二車輛信息。
6.如權利要求5所述的裝置，其中使用所述車輛的速度、所述車 5輛的質量、前輪比拐彎力、后輪比拐彎力、從所述車輛的重心到所述 車輛的前輪的距離、從所述車輛的重心到所述車輛的后輪的距離以及 轉向系統的慣性力矩來獲得所述第一車輛信息K和所述第二車輛信息T。
7. —種控制車輛的側向穩定性的方法，當發生側向擾動時所述方法穩定所述車輛的運行狀態，所述方法包括(a) 檢測側向擾動的側向擾動檢測步驟；(b) 目標橫擺角速率計算步驟，該歩驟在檢測到所述側向擾動時計算駕駛員的轉向角，并使用已計算的駕駛員的轉向角以及包括車輛運行狀態信息和車輛規格信息的車輛信息來計算目標橫擺角速率；以 及(C)車輛橫擺角速率控制步驟，該步驟控制車輛橫擺角速率，以 便于減弱由所述側向擾動引起的傾覆力矩，從而使得被控制的車輛橫 擺角速率趨進于已計算的目標橫擺角速率。
8. 如權利要求7所述的方法，其中所述目標橫擺角速率計算步驟 (b)通過以采樣周期的間隔提取與采樣數量相等的在檢測到所述側向擾動的時間點之前測量的轉向角，并計算與所述采樣數量相等的轉向 角的平均值來計算所述駕駛員的轉向角。
9. 如權利要求7所述的方法，其中所述車輛信息包括所述車輛 的速度、所述車輛的質量、前輪比拐彎力、后輪比拐彎力、從所述車 輛的重心到所述車輛的前輪的距離、從所述的車輛重心到所述車輛的 后輪的距離以及轉向系統的慣性力矩。
10. —種用于控制車輛的側向穩定性的裝置，當發生側向擾動時所 述裝置穩定所述車輛的運行狀態，所述裝置包括用于檢測側向擾動的側向擾動檢測單元，其中所述側向擾動檢測 單元使用橫擺角速率傳感器檢測所述側向擾動；目標橫擺角速率計算單元，其用于在檢測到所述側向擾動時使用 轉向角傳感器計算駕駛員的轉向角；以及車輛橫擺角速率控制單元，其用于控制車輛橫擺角速率，以便于 減弱由所述側向擾動弓I起的傾覆力矩。
11.如權利要求io所述的用于控制車輛的側向穩定性的裝置，其中所述車輛橫擺角速率控制單元進一步使得被控制的車輛橫擺角速率 趨進于己計算的目標橫擺角速率。
12. 如權利要求IO所述的用于控制車輛的側向穩定性的裝置，其 中使用已計算的駕駛員的轉向角以及包括車輛運行狀態信息和車輛規 格信息的車輛信息來計算目標橫擺角速率。
13. —種用于控制車輛的側向穩定性的方法，其包括(a) 檢測車輛的側向擾動；(b) 計算轉向角；以及 (C)控制橫擺角速率， 由此控制所述車輛的側向穩定性。
14. 一種機動車輛，其包括如權利要求1所述的用于控制車輛的側 向穩定性的裝置。
15. —種機動車輛，其包括如權利要求10所述的用于控制車輛的側向穩定性的裝置。
全文摘要
本發明提供了一種用于控制車輛的側向穩定性的方法和裝置。當發生側向擾動時，該裝置穩定車輛的運行狀態。該裝置包括側向擾動檢測單元、目標橫擺角速率計算單元以及車輛橫擺角速率控制單元。側向擾動檢測單元檢測側向擾動。目標橫擺角速率計算單元在檢測到側向擾動時計算駕駛員的轉向角，并利用已計算的駕駛員的轉向角和車輛信息(包括車輛運行狀態信息和車輛規格信息)計算目標橫擺角速率。車輛橫擺角速率控制單元控制車輛橫擺角速率，以便于減弱由側向擾動引起的傾覆力矩，從而使得受控制的車輛橫擺角速率趨進于已計算的目標橫擺角速率。
文檔編號B60W30/00GK101456418SQ20081017183
公開日2009年6月17日 申請日期2008年11月12日 優先權日2007年12月12日
發明者李仲烈, 申東晧 申請人:現代自動車株式會社