專利名稱：：用于車輛側(cè)翻控制的側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總體涉及一種提供車輛側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的系統(tǒng)和方法，所述指標(biāo)指示車輛側(cè)傾的潛在可能性，更具體地說，本發(fā)明涉及一種提供車輛側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的系統(tǒng)和方法，其中確定所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)包括計算車輛側(cè)傾能量和側(cè)傾能率，其中所述指標(biāo)指示車輛側(cè)傾的潛在可能性。
背景技術(shù)：
：已經(jīng)知道，在所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中，通過使用差動制動控制、后輪轉(zhuǎn)向控制、前輪轉(zhuǎn)向控制或者上述控制的任意組合來提供車輛側(cè)翻控制，從而防止車輛側(cè)翻。車輛側(cè)傾防止系統(tǒng)可以通過各種傳感器(例如橫擺率傳感器、側(cè)向加速度傳感器和側(cè)傾率傳感器)來接收車輛動態(tài)信息，從而確定采取適量的控制動作以防止車輛側(cè)翻。在控制車輛側(cè)傾運(yùn)動和車輛橫擺運(yùn)動之間典型地需要平衡，以便提供最佳的車輛響應(yīng)。從而，通常需要檢測特定的車輛狀況以提供側(cè)傾防止控制。在現(xiàn)有技術(shù)中，各種檢測所述車輛狀況的方法是公知的。特別地，可以基于來自側(cè)傾率傳感器的車輛側(cè)傾率和側(cè)傾角估計來進(jìn)行傾翻確定。在現(xiàn)有技術(shù)中，建立側(cè)傾率和側(cè)傾角的閾值來檢測即將發(fā)生的側(cè)翻。盡管側(cè)傾率和側(cè)傾角是用于檢測車輛側(cè)翻運(yùn)動的最重要的兩個參數(shù)，但它們無法反映最終確定車輛傾翻傾向的總車輛測傾能量。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了一種用于提供估計車輛側(cè)翻傾向的車輛側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)通過各種車輛傳感器來確定車輛運(yùn)動學(xué)參數(shù)，例如側(cè)傾率、橫擺率、側(cè)向加速度、車輛速度等等。通過這些運(yùn)動學(xué)參數(shù)值，該系統(tǒng)估計車輛的側(cè)傾角以及車輛的坡度角(bankangle)。所估計出的坡度角被用來校正側(cè)傾角。該系統(tǒng)根據(jù)校正后的側(cè)傾角來確定車輛的側(cè)傾能量和側(cè)傾能率。通過車輛的側(cè)傾能量和側(cè)傾能率，該系統(tǒng)計算出一個側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)，所述指標(biāo)定義車輪離開地面或者車輛發(fā)生側(cè)翻的潛在可能性。通過該側(cè)傾穩(wěn)定指標(biāo)，車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)可以采取適當(dāng)?shù)膭幼?。通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求書，本發(fā)明的附加特征會變得更加明顯。圖1是車輛處于側(cè)傾運(yùn)動中的示意圖。圖2是顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例估計車輛側(cè)傾能量并且產(chǎn)生側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的處理的流程圖。圖3是顯示了利用所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)來提供車輛傾斜和側(cè)翻控制的處理的流程圖。具體實施例方式下面對于本發(fā)明實施例的討論針對一種通過確定車輛側(cè)傾能量和側(cè)傾能率來確定車輛側(cè)翻可能性的處理，所述討論僅僅是說明性的，而不意圖對本發(fā)明或其應(yīng)用或用途進(jìn)行限制。如下文所述，本發(fā)明包括一種通過確定側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)以給出側(cè)傾能量來確定車輪離開地面(傾斜)或車輛發(fā)生側(cè)翻的可能性的系統(tǒng)和方法，其中作為側(cè)傾角和側(cè)傾率的函數(shù)來確定所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)。車輛側(cè)翻涉及作用在車輛上的力之間的復(fù)雜相互作用，這些力受到車輛操控和路面狀況的影響。車輛側(cè)傾運(yùn)動主要由慣性力、以及在高側(cè)滑角情況下由輪臺傾覆力矩導(dǎo)致。圖1是車輛10在O1XYZ參考系中處于側(cè)翻狀況下的示意圖，這里X是車輛10的前進(jìn)方向，Z是車輛10的垂直方向，Y是車輛10的側(cè)向方向。假設(shè)所述車輛10在一個水平面上移動并且忽略垂直自由度和輪胎傾覆力矩的影響。在側(cè)傾位置中示出所述車輛10的簧上質(zhì)量(spmgmass)固定的參考系Oxyz。在側(cè)傾過程中的穩(wěn)態(tài)狀況下，車輛10的簧上質(zhì)量的重心(CG)側(cè)向及垂直地移動并且遵循以下軌跡。Y＝Y(jié)()(1)Z＝Z()(2)其中，是車輛側(cè)傾角。車輛簧上質(zhì)量的動能T和勢能П()如下給出П()＝Пsusp()+MgZ()(4)其中，Io是車輛簧上質(zhì)量關(guān)于重心的側(cè)傾轉(zhuǎn)動慣量，M是車輛的質(zhì)量，“’”符號表示關(guān)于側(cè)傾角的微分，并且Пsusp()是在側(cè)傾運(yùn)動期間的懸架勢能。在線性區(qū)域中，Пsusp()＝K2，其中K是側(cè)傾剛度。但是，由于懸架行駛平順性和側(cè)傾率的非線性，其在整個區(qū)域內(nèi)為非線性函數(shù)。如果車輛10的質(zhì)量繞側(cè)傾中心旋轉(zhuǎn)，則有M(Y′2+Z′2)＝MH2(5)其中，H是車輛簧上質(zhì)量重心在側(cè)傾軸上方的高度。用(aY，aZ)和(ay，az)分別代表在參考系O1XYZ和Oxyz中的加速度矢量的分量，則有ay＝aycos-azsin(6)az＝aysin-+azcos(7)所測量的側(cè)向加速度aym＝ay+gsin以及azm＝az+gsin包括重力的影響。其合力的表達(dá)式為Q=-M(aYY&prime;+aZZ&prime;)-IXZr.---(8)]]>其中，Ixy是橫擺側(cè)傾慣量乘積，r是橫擺率。等式(8)可以如下定義運(yùn)動的拉格朗日等式如下其中，Il＝Io+M(Y′2+Z′2)。方程(10)對于側(cè)傾運(yùn)動的不同階段都是有效的，包括車輪離地前、一個車輪被抬起、兩個車輪被抬起等等。應(yīng)當(dāng)注意，在這些階段中，函數(shù)Y、Z、c、П的行為是不同的。車輛系統(tǒng)的能量于是可以被定義為側(cè)傾運(yùn)動期間的能量(側(cè)傾率)的變化是側(cè)傾能量E的導(dǎo)數(shù)根據(jù)等式(11)和(12)，依照本發(fā)明，側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)可以被計算為RI=c1EE2WL+c2E.E.critical---(13)]]>這里E2WL是抬起兩個車輪所需的預(yù)定能量，是車輛將要側(cè)翻時的能率的預(yù)定臨界數(shù)量，c1和c2是依賴于速度的常數(shù)。能量E2WL和臨界能率都可以通過車輛測試而以實驗方法確定。對于典型的SUV，E2WL＝1000Nm，并且下面的表1是一個示例性查找表，該表可以用來提供基于仿真的對應(yīng)于不同車速的依賴于速度的兩個常數(shù)c1和c2。表1<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="806">速度(kph)0306090120c10.80.91.01.11.2c20.90.951.01.051.1</table></tables>圖2是一個流程圖20，其顯示了一種根據(jù)本發(fā)明的一個實施例從等式(11)中確定車輛側(cè)傾能量E、從等式(12)中確定側(cè)傾能率以及從等式(13)中確定側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的方法。在方框24處，所述算法從適當(dāng)?shù)膫鞲衅?2中讀取多個傳感器參數(shù)，例如車輛側(cè)傾率、車輛橫擺率、車輛側(cè)向加速度、車速和/或方向盤轉(zhuǎn)角。提供該信息的傳感器22可以是用于該目的的任何適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，其中的許多種是已知的，并且將由本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。該算法接著在方框26處估計所述側(cè)傾角，并且在力框28處估計車輛坡度角θ。在本領(lǐng)域中已知有多種公式可以利用一個或多個上述傳感器測量值來估計車輛側(cè)傾角和車輛坡度角。在一個實施例中，GPS系統(tǒng)可以被用來估計側(cè)傾角和坡度角θ。用于此目的的一個適當(dāng)?shù)睦涌梢栽跇?biāo)題為“MethodandApparatusforEstimatingInclineandBankAng1esofaRoadSurface”的美國專利No.5,446,658中找到。根據(jù)所估計的側(cè)傾角和所估計的坡度角θ，所述算法在方框30處校正側(cè)傾角。根據(jù)校正后的側(cè)傾角，所述算法在方框32處從等式(1)計算側(cè)傾能量E，并且在方框34處從等式(12)計算側(cè)傾能率該算法隨后在方框36處根據(jù)車速從合適的查找表(例如表1)中確定所述依賴于速度的常數(shù)c1和c2。該算法接著在方框38處確定該特定車輛的能量E2WL和臨界能率所述算法隨后在方框40處利用等式(13)計算側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)RI。圖3是一個流程圖44，其顯示了一種算法的概要，該算法用于使用上文計算出的側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)RI來采取適當(dāng)動作以防止車輛側(cè)翻的側(cè)翻防止控制系統(tǒng)。所述算法首先在方框46處讀取側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)RI，并且隨后在判決菱形48中確定所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)RI是否小于第一閾值Th_1。在一個實施例中，所述閾值Th_1提供了對應(yīng)于特定車輛的表示車輪何時開始離開地面的第一閾值。在判決菱形48處，如果所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)RI小于所述第一閾值Th_1，那么所述車輛就不處在車輪離開地面的危險中，并且退出所述算法。在判決菱形52處，如果所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)RI大于所述第一閾值Th_1，則所述算法在判決菱形50處確定所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)RI是否小于第二閾值Th_2。在一個實施例中，閾值Th_2表示這樣一個閾值，如果超出該閾值，則在同一側(cè)的兩個車輪離開地面超過54mm。如果所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)RI大于第一閾值Th_1但是小于第二閾值Th_2，那么穩(wěn)定性控制系統(tǒng)就會在方框52處采取第一個較小的控制動作。該第一動作可以包括對于一個車輪的差動制動、調(diào)節(jié)方向盤轉(zhuǎn)角或者硬化懸架。如果在判決菱形52處確定側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)RI大于所述第二閾值，那么所述算法在判決菱形54處確定所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)RI是否小于第三閾值Th_3。如果所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)RI大于第二閾值Th_2但是小于第三閾值Th_3，那么所述穩(wěn)定性控制會在方框56處采取第二控制動作。所述第二控制動作可以相對于第一控制動作提高控制動作的強(qiáng)度，并且可能在不同控制系統(tǒng)處提供協(xié)調(diào)控制。如果在判決菱形54處確定所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)大于第三閾值Th_3，那么所述控制算法在方框58處采取第三控制動作。第三控制動作可以包括緊急制動以便迅速降低車速。上面的討論公開并描述了本發(fā)明的僅僅是示例性的實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，通過這些討論以及附圖和權(quán)利要求書，可以在不背離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行各種改變、修改和變化。權(quán)利要求1.一種產(chǎn)生側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的方法，所述指標(biāo)用于指示車輛發(fā)生傾斜或側(cè)翻的可能性，所述方法包括提供表示車輛側(cè)傾率的側(cè)傾率信號；提供表示車輛橫擺率的橫擺率信號；提供表示車輛側(cè)向加速度的側(cè)向加速度信號；提供表示車速的速度信號；提供表示車輛方向盤轉(zhuǎn)角的方向盤轉(zhuǎn)角信號；基于所述側(cè)傾率信號、橫擺率信號、側(cè)向加速度信號、速度信號和方向盤轉(zhuǎn)角信號當(dāng)中的一個或多個估計車輛的側(cè)傾角信號；基于所述側(cè)傾率信號、橫擺率信號、側(cè)向加速度信號、速度信號和方向盤轉(zhuǎn)角信號當(dāng)中的一個或多個估計車輛的坡度角信號；基于所估計的坡度角信號校正所述側(cè)傾角信號，從而提供校正后的側(cè)傾角信號；基于該校正后的側(cè)傾角信號計算側(cè)傾能量信號；基于該側(cè)傾能量信號計算側(cè)傾能率信號；確定臨界能量信號和臨界能率信號；以及基于所述側(cè)傾能量信號、側(cè)傾能率信號、臨界能量信號和臨界能率信號計算所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，計算所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)還包括使用依賴于速度的常數(shù)。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述依賴于速度的常數(shù)被提供在對應(yīng)于不同車速的查找表中。4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，使用下面的等式計算所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)RI=c1EE.2WL+c2E.E.critical]]>其中，RI是側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)，c1和c2是依賴于速度的常數(shù)，E2WL是臨界能量信號，是臨界能率信號，E是側(cè)傾能量信號，是側(cè)傾能率信號。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用下面的等式計算所述側(cè)傾能量信號其中，E是側(cè)傾能量信號，T是車輛的動能，∏是車輛的勢能，I1是側(cè)傾轉(zhuǎn)動慣量，M是車輛的質(zhì)量，是側(cè)傾角，∏susp是處在側(cè)傾運(yùn)動中的車輛懸架的勢能，g是重力常數(shù)，以及Z是車輛重心在垂直方向上的移動。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用下面的等式計算所述側(cè)傾能率信號其中，是側(cè)傾能率信號，是側(cè)傾角信號的導(dǎo)數(shù)，以及Q是車輛受到的合力。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述臨界能量信號和所述臨界能率信號包括通過車輛測試來實驗地確定所述臨界能量信號和臨界能率信號。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，估計側(cè)傾角信號和估計坡度角信號包括使用GPS信號。9.一種產(chǎn)生側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的方法，所述指標(biāo)用于指示車輛發(fā)生傾斜或側(cè)翻的可能性，所述方法包括提供車輛運(yùn)動學(xué)參數(shù)信號；根據(jù)所述車輛運(yùn)動學(xué)參數(shù)信號估計車輛的側(cè)傾角信號；基于所估計的側(cè)傾角信號來計算側(cè)傾能量信號；基于所估計的側(cè)傾能量信號來計算側(cè)傾能率信號；以及利用所述側(cè)傾能量信號和側(cè)傾能率信號來計算所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)。10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括確定臨界能量信號和臨界能率信號，其中，計算所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)還包括使用所述臨界能量信號和所述臨界能率信號。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，確定所述臨界能量信號和臨界能率信號包括通過車輛測試來實驗地確定所述臨界能量信號和臨界能率信號。12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，計算所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)還包括使用依賴于速度的常數(shù)。13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述依賴于速度的常數(shù)被提供在對應(yīng)于不同車速的查找表中。14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，計算所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)包括使用下面的等式RI=c1EE.2WL+c2E.E.critical]]>其中，RI是側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)，c1和c2是依賴于速度的常數(shù)，E2WL是臨界能量信號，是臨界能率信號，E是側(cè)傾能量信號，是側(cè)傾能率信號。15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，計算所述側(cè)傾能量信號包括使用下面的等式其中，E是側(cè)傾能量信號，T是車輛的動能，∏是車輛的勢能，I1是側(cè)傾轉(zhuǎn)動慣量，M是車輛的質(zhì)量，是側(cè)傾角，∏susp是處在側(cè)傾運(yùn)動中的車輛懸架的勢能，g是重力常數(shù)，以及Z是車輛重心在垂直方向上的移動。16.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，計算所述側(cè)傾能率信號包括使用下面的等式其中，是側(cè)傾能率信號，是側(cè)傾角信號的導(dǎo)數(shù)，以及Q是車輛受到的合力。17.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，估計所述側(cè)傾角信號包括使用GPS信號。18.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，提供車輛運(yùn)動學(xué)參數(shù)信號包括提供來自側(cè)傾率傳感器、橫擺率傳感器、側(cè)向加速度傳感器、車速傳感器和車輛方向盤轉(zhuǎn)角傳感器當(dāng)中的一個或多個的車輛運(yùn)動學(xué)參數(shù)信號。19.一種產(chǎn)生側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的系統(tǒng)，所述指標(biāo)指示車輛發(fā)生傾斜或側(cè)翻的可能性，所述系統(tǒng)包括用于提供車輛運(yùn)動學(xué)參數(shù)信息的多個車輛傳感器；根據(jù)所述車輛運(yùn)動學(xué)參數(shù)信息估計側(cè)傾角信號的裝置；基于所估計的側(cè)傾角信號計算側(cè)傾能量信號的裝置；基于所述側(cè)傾能量信號計算側(cè)傾能率信號的裝置；以及使用所述側(cè)傾能量信號和側(cè)傾能率信號計算所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的裝置。20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于確定臨界能量信號和臨界能率信號的裝置，其中，用于計算所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的裝置使用所述臨界能量信號和所述臨界能率信號。21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，用于確定所述臨界能量信號和所述臨界能率信號的裝置包括用于通過車輛測試來實驗地確定所述臨界能量信號和臨界能率信號的裝置。22.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，用于計算所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的裝置使用依賴于速度的常數(shù)。23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述依賴于速度的常數(shù)被提供在對應(yīng)于不同車速的查找表中。24.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，用于計算所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的裝置使用下面的等式RI=c1EE.2WL+c2E.E.critical]]>其中，RI是側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)，c1和c2是依賴于速度的常數(shù)，E2WL是臨界能量信號，是臨界能率信號，E是側(cè)傾能量信號，是側(cè)傾能率信號。25.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，用于計算側(cè)傾能量信號的裝置使用下面的等式其中，E是側(cè)傾能量信號，T是車輛的動能，∏是車輛的勢能，I1是側(cè)傾轉(zhuǎn)動慣量，M是車輛的質(zhì)量，是側(cè)傾角，∏susp是處在側(cè)傾運(yùn)動中的車輛懸架的勢能，g是重力常數(shù)，以及Z是車輛重心在垂直方向上的移動。26.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，用于計算所述側(cè)傾能率信號的裝置使用下面的等式其中，是側(cè)傾能率信號，是側(cè)傾角信號的導(dǎo)數(shù)，以及Q是車輛受到的合力。27.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，用于估計側(cè)傾角信號和估計坡度角信號的裝置包括使用GPS信號。28.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，提供車輛運(yùn)動學(xué)參數(shù)信號包括提供來自側(cè)傾率傳感器、橫擺率傳感器、側(cè)向加速度傳感器、車速傳感器和車輛方向盤轉(zhuǎn)角傳感器當(dāng)中的一個或多個的車輛運(yùn)動學(xué)參數(shù)信號。全文摘要本發(fā)明涉及一種提供估計車輛發(fā)生側(cè)翻的可能性的車輛側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)通過車輛傳感器來確定車輛運(yùn)動學(xué)參數(shù)，例如側(cè)傾率、橫擺率、側(cè)向加速度、車速等等。根據(jù)這些運(yùn)動學(xué)參數(shù)值，該系統(tǒng)估計車輛的側(cè)傾角和坡度角。根據(jù)所估計的坡度角，該系統(tǒng)提供校正后的側(cè)傾角。根據(jù)該校正后的側(cè)傾角，該系統(tǒng)確定車輛的側(cè)傾能量和側(cè)傾能率。根據(jù)所述側(cè)傾能量和側(cè)傾能率，該系統(tǒng)計算出一個側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)，該指標(biāo)表示車輛發(fā)生傾斜或側(cè)翻的可能性。車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)可以根據(jù)所述側(cè)傾穩(wěn)定性指標(biāo)采取適當(dāng)?shù)膭幼?。文檔編號B60W40/10GK101025387SQ20071009235公開日2007年8月29日申請日期2007年1月12日優(yōu)先權(quán)日2006年1月12日發(fā)明者N·K·莫什楚克,S·-K·陳,C·-F·陳申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司