阅读说明：本技术 主动侧倾控制装置及方法 (Active roll control device and method ) 是由 金秉柱 罗银友 于 2019-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及主动侧倾控制装置及方法。主动侧倾控制装置包括第一执行机构,所述第一执行机构设置为邻近于前车轮或者后车轮,并且配置成调整侧倾刚度。当车辆处于低摩擦转向行驶状态时,控制器在侧倾角增大的方向上以逆相控制方式操作第一执行机构。(The invention relates to an active roll control device and method. The active roll control device includes a first actuator disposed adjacent to either the front or rear wheel and configured to adjust the roll stiffness. The controller operates the first actuator in a reverse phase control manner in a direction in which the roll angle increases when the vehicle is in a low-friction steering drive state.)

主动侧倾控制装置及方法

技术领域

本发明涉及车辆的车轮控制技术，更具体地涉及用于以逆相控制方式控制车辆的后车轮的主动侧倾控制装置及方法。

背景技术

现有技术已经开发出基于横摆率估算误差的前车轮和后车轮分配比控制方法。在已经开发出的方法中，基于车辆速度传感器和转向角传感器所获得的信息计算横摆率误差，并且基于横摆率误差进行前车轮和后车轮分配比控制操作。具体地，如果横摆率过大，后车轮分配比就会降低。相反，当横摆率不足时，后车轮分配比增加。即，只执行分配比控制操作，而不改变控制总量或方向。

然而，这种分配比控制的情况，在需要确保稳定性的低摩擦行驶条件下，有发生轮胎抓地力/侧向力反而降低的问题。因此，与一般车辆相比，这样的车辆的稳定性变差，例如，打滑失控的概率增加，或者抓地力的极限范围减小。

发明内容

本发明的示例性实施方案致力于提供一种以逆相控制方式控制车辆的后车轮的主动侧倾控制装置和方法。

本发明的其它目的和优点可以通过如下描述而理解，并且参考本发明的示例性实施方案而变得清楚。同样地，本发明所属领域的技术人员显而易见的是，本发明的目的和优点可以通过要求保护的方法或其组合而实现。

根据本发明的示例性实施方案，主动侧倾控制装置可以包括：第一执行机构，其设置为邻近于前车轮或者后车轮，并且配置成调整侧倾刚度；控制器，其配置成当车辆处于低摩擦转向行驶状态时，在侧倾角增大的方向上以逆相控制方式操作第一执行机构。

主动侧倾控制装置可以进一步包括车辆传感器，所述车辆传感器配置成生成车辆状态信息，所述控制器可以配置成使用所述车辆状态信息来判断车辆是否处于低摩擦转向行驶状态。所述第一执行机构可以设置为邻近于后车轮。主动侧倾控制装置可以进一步包括第二执行机构，所述第二执行机构设置为邻近于前车轮或者后车轮，并且配置成调整侧倾刚度。所述控制器可以配置成：以大于车辆处于正常的转向行驶状态时所使用的控制率的控制率、在侧倾角减小的方向上操作第二执行机构。所述正常的转向行驶状态是保持正常的主动侧倾稳定(ARS)控制操作，从而使车辆能够在当前的转向情况下行驶。所述第二执行机构可以设置为邻近于前车轮。

此外，所述车辆状态信息可以包括车辆速度、转向角以及侧向加速度。对车辆是否处于低摩擦转向行驶状态的判断可以通过将预设参考值与估算误差进行比较来进行，所述估算误差为基于车辆速度和转向角估算的估算侧向加速度值和实际侧向加速度值之间的估算误差。所述估算侧向加速度值可以使用阿克曼车辆模型(Ackermann vehicle model)来计算，所述阿克曼车辆模型是2自由度车辆动力学模型。

在良好的转向情况下，所述第一执行机构可以被防止在侧倾角增大的方向上以逆相方式进行操作。所述控制器可以配置成使用车辆状态信息来判断车辆是否在良好的转向情况下。所述车辆状态信息可以包括车辆速度、侧向加速度、横摆率、转向角以及转向角速度。对车辆是否在良好的转向情况下的判断可以使用车辆速度、侧向加速度、横摆率、转向角以及转向角速度来进行。

根据本发明的示例性实施方案，主动侧倾控制装置可以包括：车辆传感器，其配置成生成车辆状态信息；第一执行机构，其设置为邻近于前车轮，并且配置成调整侧倾刚度；第二执行机构，其设置为邻近于后车轮，并且配置成调整侧倾刚度；控制器，其配置成使用所述车辆状态信息来判断车辆是否处于低摩擦行驶状态，并基于所判断的结果来操作所述第一执行机构和所述第二执行机构以执行转向稳定性改善控制操作或者正常控制操作。

根据本发明的示例性实施方案，主动侧倾控制方法可以包括：由车辆传感器生成车辆状态信息；由控制器利用所述车辆状态信息来判断车辆是否处于低摩擦行驶状态；由控制器基于所判断的结果来执行转向稳定性改善控制操作或者正常控制操作；由设置为邻近于前车轮的第一执行机构以及设置为邻近于后车轮的第二执行机构基于转向稳定性改善控制操作或者正常控制操作来调整侧倾刚度。

附图说明

图1是显示根据本发明的示例性实施方案的主动侧倾控制装置的构造的框图。

图2是显示根据本发明的示例性实施方案的图1中所示的控制器的详细构造的框图。

图3是显示根据本发明的示例性实施方案的后车轮控制过程的流程图。

图4是显示根据本发明的示例性实施方案的判断为低摩擦状态的概念的图。

图5是根据本发明的示例性实施方案的横摆率的情况，显示在判断当前行驶状态为低摩擦行驶状态后，在车道变换期间的性能分析结果的图。

图6是根据本发明的示例性实施方案的偏离角的情况，显示在判断当前行驶状态为低摩擦行驶状态后，在车道变换期间的性能分析结果的图。

具体实施方式

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或者“车辆的”或者其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它替代性燃料车辆(例如源于非石油资源的燃料)。

虽然示例性实施方案描述为使用多个单元以执行示例性的过程，但是应当理解，示例性的过程也可以由一个或者多个模块执行。此外，应当理解的是术语控制器/控制单元表示包括存储器和处理器的硬件设备。该存储器被配置成存储模块，并且处理器具体被配置成执行所述模块以执行以下进一步描述的一个或者多个过程。

此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非瞬态计算机可读介质，其包括由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光碟(CD)-ROM、磁带、软盘、闪盘驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机系统上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或者控制器区域网络(CAN)以分布方式存储和执行。

除非特别声明或者从上下文显而易见的，本文所使用的术语“约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可以被理解为在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或者0.01％之内。除非从上下文清楚的，本文提供的所有数值通过术语“约”进行修饰。

现在将对本发明的各个实施方案详细地作出引用，本发明的示例性实施方案可以以多种方式修改为不同形式，实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。然而，这并不旨在将本发明限制为特定实践模式，并且应当理解,不脱离本发明的精神和技术范围的所有变化、等价形式和替代形式都包含在本发明中。

贯穿本发明的各个附图和实施方案，相同或相似的附图标记指代相同或相似的元件。可以理解的是，虽然“第一”、“第二”等术语在此可以用于描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。

例如，下面讨论的第一元件可以称为第二元件，而不脱离本发明的教示。类似地，第二元件也可以被称为第一元件。术语“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何和所有组合。除非另有定义，本文使用的术语，包括技术术语和科学术语，具有与本发明所属技术领域相关的一般技术人员所理解的意义相同的意义。可以进一步理解，在本文中使用的术语应理解为具有与其在本说明书和相关领域的语境中的含义一致的含义，并且不理解为理想化或过于形式化的意义，除非在本申请中明确如此定义。

下面，根据本发明的示例性实施方案的主动侧倾控制装置和方法将参照附图详细描述。

图1是显示根据本发明的示例性实施方案的主动侧倾控制装置100的构造的框图。如图1所示，主动侧倾控制装置100可以包括：第1个至第n个车辆传感器110-1至110-n，控制器120，执行机构141和142，以及电池130。所述第1个至第n个车辆传感器110-1至110-n可以配置成生成车辆状态信息。所述控制器120可以配置成使用车辆状态信息判断车辆是否处于低摩擦行驶状态，并且基于所判断的结果执行转向稳定性改善控制操作或正常控制操作。所述执行机构141和142可以配置成在控制器120的控制下通过操作侧杆151和152调整侧倾刚度。所述电池130可以配置成向电子元件供电。

第1个至第n个车辆传感器110-1至110-n可以包括：车辆速度传感器、转向角传感器、横摆率传感器、侧向加速度传感器等等。所述第1个至第n个车辆传感器110-1至110-n可以安装于车辆内部和外部的适当位置，并且联接至控制器120。所述第一个至第n个车辆传感器110-1至110-n可以配置成生成车辆状态信息，例如车辆速度、转向角、侧向加速度、横摆率和角速度，并且将车辆状态信息传输至控制器120。

控制器120可以配置成与车辆的电子元件交换数据、信号等，并且操作电子元件。虽然在图1中，单个控制器120显示为操作第一执行机构141和第二执行机构142二者，但控制器120也可以由两个控制器组成。换句话说，第一执行机构141和第二执行机构142可以与各自的控制器联接。

第一执行机构141和第二执行机构142可以配置成在控制器120的控制下操作相应的侧杆151和152。当车辆发生侧倾时，所述第一执行机构141和第二执行机构142可以操作以强制提升车身的相应一侧，从而使侧倾运动最小化。特别地，控制器120可以配置成执行后车轮逆相控制操作(其中所述逆相控制操作在侧倾角增大的方向上执行)和增加前车轮的控制率的前车轮控制率增加操作。换句话说，可以由后车轮逆相控制操作引起悬架的变形(图中未示出)，从而可以确保侧倾转向/侧向力转向。特别地，可以增加转向不足，并且可以提高车辆的稳定性。

如图1所示，第一侧杆151和第二侧杆152中的每一个均显示为单个侧杆，但第一侧杆151和第二侧杆152中的每一个都可以由一对侧杆组成，并且第一侧杆151和第二侧杆152可以分别安装为邻近于前车轮和后车轮。特别地，第一执行机构141可以设置为邻近于前车轮，并且分别邻近于两侧的前车轮安装的一对第一侧杆151可以联接至第一执行机构141。此外，一对第一侧杆151可以分别联接至两侧的悬架(图中未示出)。第二执行机构142可以设置为邻近于后车轮，并且分别邻近于两侧的后车轮安装的一对第二侧杆152可以联接至第二执行机构142。一对第二侧杆152可以分别联接至两侧的悬架(图中未示出)。

电子执行机构可以用作第一执行机构141和第二执行机构142中的每一个。电池130可以配置成向作为电子元件的车辆传感器110-1至110-n、控制器120、执行机构141和142等提供电力。铅蓄电池或者蓄电池组可以用作电池130。所述蓄电池组可以包括串联和/或者并联的电池单元(图中未示出)。所述电池单元可以是用于电动汽车的高压电池，如镍金属电池、锂离子电池、锂聚合物电池、固态电池等。通常，高压电池可以是作为使电动汽车运转的动力源的电池，并且可以产生100V或者更高的电压。然而，本发明不限于此，也可以使用低压电池。

图2是详细示出图1中所示的控制器120的构造的框图。如图2所示，控制器120可以包括计算模块210、判断模块220和控制模块230。所述计算模块210可以配置成计算基于车辆状态信息的车辆速度和转向角估算的侧向加速度值。所述判断模块220可以配置成比较估算的侧向加速度值和由传感器测量的实际的侧向加速度值，并判断车辆是否处于低摩擦行驶状态。所述控制模块230可以配置成根据所判断的结果执行转向稳定性改善控制操作或者正常控制操作。

特别地，计算模块210可以配置成计算估算的侧向加速度值，以判断当前的行驶状态是否处于低摩擦行驶状态。通常，在低摩擦行驶状态下，侧向加速度在恒定的车辆速度/转向角输入的情况下可能减小。因此，可以使用2自由度车辆动力学模型计算估算的侧向加速度值。这可以表达为下述等式。

等式1

其中，V表示车辆速度，L表示一对前车轮或者后车轮之间的距离，K表示坡度，δ表示转向角，g表示横轴。

判断模块220可以配置成将估算的侧向加速度值和由传感器测量的实际的侧向加速度值之间的估算误差与参考值进行比较，并判断车辆是否处于低摩擦行驶状态。另外，判断模块220可以配置成判断用于转向稳定性改善控制操作的介入条件。具体地，在良好的转向情况下，可以执行控制不介入操作，以防止因频繁的控制介入而引起的侧倾不协调感的发生。换句话说，只有当低摩擦力行驶判断条件和偏离良好转向区域的条件同时满足时，才执行转向稳定性改善控制操作。

此外，控制模块230可以配置成执行通过判断模块220判断的转向稳定性改善控制操作。具体地，后车轮逆相控制操作和前车轮控制率增加操作可以执行。换句话说，控制率增加操作可以在前车轮上执行，以补偿因后车轮逆相控制操作造成的侧倾力矩损失，从而防止侧倾不协调感的发生。对于后车轮，在转向角增大方向的控制操作可以执行。换句话说，由侧向加速度导致的负载偏移率可以被抵消，并且侧倾/侧向力转向生成率可以增加。因此，通过增加轮胎抓地力的极限范围和后车轮的转向力，可以使车辆的稳定性提高。

在图2提及的术语“模块”指的是用于处理至少一个功能或者操作的单元，并且这可以呈现为硬件、软件或者硬件和软件的结合。硬件可以呈现为设计为执行上述功能的设备，例如，呈现为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)设备、可编程逻辑设备(PLD)、微处理器、其他电子单元或者它们的组合。软件可以呈现为配置成执行上述功能的模块。软件可以存储在存储单元中，并且由处理器执行。存储单元或者处理器可以使用本领域技术人员所知道的各种手段。

图3是显示根据本发明的示例性实施方案的后车轮控制过程的流程图。如图3所示，后车轮控制过程可以在车辆行驶时执行，并且可以在车辆的发动机(图中未示出)点火时开始。当车辆行驶时，控制器(图1中的120)可以配置成基于车辆速度/转向角信息估算侧向加速度，并计算估算的侧向加速度值(在步骤S310)。这个过程利用2自由度车辆动力学模型估算侧向加速度。

随后，控制器120可以配置成实时监测估算的侧向加速度值和车辆传感器测量的实际的侧向加速度值之间的误差，并判断估算误差是否过大(例如，大于特定的值)(在步骤S320)。作为步骤S320的判断的结果，当估算误差过大时，可以判断当前的行驶状态为低摩擦行驶状态，并且判断是否需要控制介入(在步骤S330)。特别地，可以判断当前的行驶状态是否是需要转向稳定性改善控制操作的行驶状态，以减少转向稳定性改善控制操作的执行频率，从而防止出现侧倾不协调感的情况。

随后，控制器120可以配置成基于车辆速度、侧向加速度、横摆率、转向角/角速度信号(在步骤S340)，检测当前的转向情况是否已经偏离预定的良好的转向区域。作为检测的结果，在当前的转向情况已经偏离良好的转向区域时，可以执行转向稳定性改善控制操作(在步骤S350)。具体地，可以在前车轮上执行控制率增加操作，并且可以在后车轮上执行逆相控制操作。

相反地，在步骤S340，在当前的转向情况没有偏离良好的转向区域(例如，保持在该区域内)时，控制器120可以配置成保持正常的主动侧倾稳定性(ARS)控制操作(在步骤S360)。此外，作为步骤S320的判断的结果，当估算误差不过大时，控制器120可以配置成维持正常的ARS控制操作(在步骤S360)。

图4是显示根据本发明的示例性实施方案的判断为低摩擦状态的概念的图。如图4所示，估算误差可以由正常道路曲线421和低摩擦状态曲线422之间的侧向角度值的差值限定。当估算误差410约为30％或者更大时，当前的状态可以判断为低摩擦行驶状态。

图5是根据本发明的示例性实施方案的横摆率的情况，显示在判断当前行驶状态为低摩擦行驶状态后，在车道变换期间的性能分析结果的图。如图5所示，在低摩擦行驶状态下，当发生车道变换时，会产生如附图标记510所示的打滑失控。

图6是根据本发明的示例性实施方案的偏离角的情况，显示在判断当前行驶状态为低摩擦行驶状态后，在车道变换期间的性能分析结果的图。如图6所示，在低摩擦行驶状态下，当发生车道变换时，会产生如附图标记610所示的打滑失控。

此外，参照本说明书中提出的示例性实施方案所描述的算法的方法或者步骤可以通过各种计算机系统执行的程序指令的形式实现，并且可以记录在非临时性计算机可读介质中。非临时性计算机可读介质还可以以独立的或者以组合的形式包括程序(指令)代码、数据文件、数据结构等等。

记录在介质中的程序(指令)代码可以是为本发明专门设计和构建的，也可以对于计算机软件技术方面的技术人员来说是众所周知的并且能够得到的。计算机可读介质的示例可以包括诸如硬盘、软盘和磁带的磁性介质；诸如CD-ROM碟片、DVD、蓝光碟片的光学介质；以及诸如只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)和闪存的半导体存储设备，它们专门用于存储和执行程序(指令)代码。程序(指令)代码的示例不仅可以包括编译器生成的机器代码，还可以包括能够由计算机使用解释器等执行的高级语言代码。所述硬件设备可以配置成操作为一个或者多个模块或者单元，以执行上述实施方案的操作，反之亦然。

如上所述，在本发明的示例性实施方案中，响应于判断车辆处于低摩擦行驶状态，通过增加侧倾/侧向力转向和转向力，使得车辆的转向稳定性可以提高。此外，通过抵消由转向导致的负载偏移，使得轮胎抓地力的极限范围和/或转向力可以增加。通过后车轮逆相控制操作可以引起悬架的变形，从而可以确保侧倾转向/侧向力转向。因此，可以增加转向不足，并且/或者可以提高车辆的稳定性。在示例性实施方案中，轮胎抓地力的极限范围可以增加，并且/或者打滑失控现象可以被防止。此外，由于后车轮逆相控制操作所导致的侧倾力矩损失可以通过增加前车轮控制率而补偿，从而可以使侧倾角响应特性保持不变，并且/或者防止侧倾不协调感的发生。

尽管本发明已经参照示例性实施方案进行了描述，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离由所附的的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种变化和修改。