一种主动防侧翻控制方法及系统与流程

1.本发明属于车辆防侧翻技术领域，具体涉及一种主动防侧翻控制方法及系统。


背景技术：

2.车辆侧翻是指路面车辆的侧翻，其侧翻类型一般可分为两类，一类是绊倒侧翻，另一类是非绊倒侧翻。其中，绊倒侧翻，是指车辆在行驶中由于受到外部干扰的作用造成的侧翻事故，如车辆碰到围栏、石块等障碍物，或是轮胎接触到大的凸凹地面，路面倾斜等造成的侧翻；非绊倒侧翻，是指车辆在超车、避障、急转弯等情况下，由于车速过高、转向角过大造成侧翻；它常常发生在高质心乘用车或重型商用车上。
3.随着自动驾驶技术在重型商用车上逐步应用，自动驾驶卡车的载货种类将更加丰富，在重载、载液体货物的情况下，不考虑防侧翻控制，将十分危险。而对于重型商用车的高重心、易侧翻的特点，仅通过限制转向角度来防止侧翻，能够达到的防侧翻效果较差。因此，如何设计一种主动防侧翻控制方法及系统，提高车辆的防侧翻效果，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种主动防侧翻控制方法，以解决现有技术中的上述技术问题。本发明的另一目的是提供一种主动防侧翻系统。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
6.一种主动防侧翻控制方法，其包括以下步骤：
7.步骤s1、获取车辆的侧向加速度；
8.步骤s2、按照公式：ltr＝(2h/d)
×
(a/g+φ)，计算出侧翻指数；其中ltr为侧翻指数，h为侧倾半径，是常数；φ为侧倾角，a为侧向加速度，d为轮距，g为重力加速度；
9.步骤s3、实时监测侧翻指数的绝对值是否大于设定值，若为是，则执行步骤s4，若为否，则车辆正常行驶；
10.步骤s4、对前轮转向角进行修正，使得前轮转向角减小，车辆的转弯曲率减小，以减小侧向加速度；若仅通过对前轮转向角进行修正不能使侧翻指数的绝对值不大于设定值，则对前轮进行差动制动，以进一步减小侧向加速度，直至侧翻指数的绝对值不大于设定值。
11.优选地，在步骤s1中，侧向加速度通过车辆的自动驾驶系统中的传感器模块获得。
12.优选地，在步骤s4中，通过车辆的线控转向系统对前轮转向角进行修正。
13.优选地，在步骤s4中，通过车辆的线控制动系统实现对前轮的差动制动。
14.优选地，在步骤s3中，所述设定值的取值范围为0.88至0.92。
15.一种主动防侧翻系统，其包括上述任一项所述的主动防侧翻控制方法。
16.优选地，整车控制器根据车辆上的地图模块、v2x obu设备和激光雷达，获取前方路面的信息，并决定是否提前开启主动防侧翻系统。
17.优选地，前方路面的信息包括道路等级、路面附着力、路面斜坡等。
18.本发明的有益效果在于：
19.本发明的主动防侧翻控制方法，其通过对车辆的侧翻指数进行实时监测，能够及时发现车辆是否有侧翻风险，一旦侧翻指数的绝对值大于设定值，将会对前轮转向角进行修正，使得前轮转向角减小，车辆的转弯曲率减小，以减小侧向加速度，来降低该绝对值，若仅通过对前轮转向角进行修正不能将该绝对值降低至不大于设定值，则对前轮进行差动制动，以进一步减小侧向加速度，直至侧翻指数的绝对值不大于设定值，以消除侧翻风险。可见，本发明能够对侧翻指数进行实时监测，先通过修正前轮转向角，来降低侧翻指数的绝对值，以使得该绝对值满足要求，若这样不能使该绝对值满足要求，再对前轮实行差动制动，以进一步降低该绝对值，直至该绝对值满足要求，从而能够及时有效地消除侧翻风险，达到较好地防侧翻效果。
20.本发明的主动防侧翻系统同样具有上述有益效果。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，并将结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细说明，其中
22.图1为本发明实施例提供的主动防侧翻控制方法的流程图。
23.图2为本发明实施例提供的车辆的受力分析图。
具体实施方式
24.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合具体实施例对本方案作进一步地详细介绍。
25.如图1所示，本发明实施例提供了一种主动防侧翻控制方法，其包括以下步骤：
26.步骤s1、获取车辆的侧向加速度；
27.步骤s2、按照公式：ltr＝(2h/d)
×
(a/g+φ)，计算出侧翻指数；其中ltr为侧翻指数，h为侧倾半径，是常数；φ为侧倾角，a为侧向加速度，d为轮距，g为重力加速度；
28.步骤s3、实时监测侧翻指数的绝对值是否大于设定值，若为是，则执行步骤s4，若为否，则车辆正常行驶；
29.步骤s4、对前轮转向角进行修正，使得前轮转向角减小，车辆的转弯曲率减小，以减小侧向加速度；若仅通过对前轮转向角进行修正不能使侧翻指数的绝对值不大于设定值，则对前轮进行差动制动，以进一步减小侧向加速度，直至侧翻指数的绝对值不大于设定值。
30.本发明实施例提供的主动防侧翻控制方法，其通过对车辆的侧翻指数进行实时监测，能够及时发现车辆是否有侧翻风险，一旦侧翻指数的绝对值大于设定值，即表示车辆有侧翻风险，将会对前轮转向角进行修正，使得前轮转向角减小，车辆的转弯曲率减小，以减小侧向加速度，来降低该绝对值，若仅通过对前轮转向角进行修正不能将该绝对值降低至不大于设定值，则对前轮进行差动制动，以进一步减小侧向加速度，直至侧翻指数的绝对值不大于设定值，以消除侧翻风险。可见，本发明能够对侧翻指数进行实时监测，先通过修正
前轮转向角，来降低侧翻指数的绝对值，以使得该绝对值满足要求，若这样不能使该绝对值满足要求，再对前轮实行差动制动，以进一步降低该绝对值，直至该绝对值满足要求，从而能够及时有效地消除侧翻风险，达到较好地防侧翻效果。
31.进一步地，在步骤s1中，侧向加速度通过车辆的自动驾驶系统中的传感器模块实时获得。
32.具体地，在步骤s4中，通过车辆的线控转向系统对前轮转向角进行修正。可以理解的是，线控转向系统的前轮转向角的修正，是在侧翻发生之前，给予前轮转向角一个修正值，从而减小车辆的转弯曲率，进而来减小车辆的侧向加速度，以避免侧翻。
33.进一步地，在步骤s4中，通过车辆的线控制动系统实现对前轮的差动制动。可以理解的是，利用线控制动系统对车辆进行差动制动，来减小车辆的侧向加速度，使车辆从有侧翻风险恢复到安全状态。
34.具体地，在步骤s3中，所述设定值的取值范围为0.88至0.92。可以优选，该设定值为0.9。
35.可以理解的是，ltr英文全称为load transfer ratio，中文全称为轮胎竖向载荷转移系数，用其描述车轮的竖向载荷在左右两侧车轮的分配情况，即左右侧前车轮的竖向载荷之差与之和的比值。将其作为侧翻指数，来衡量汽车的侧翻稳定性，只需通过适当措施保证|ltr|《设定值，汽车便不会发生侧翻，该设定值最大为1。但在实际车辆中，左右侧前车轮的竖向载荷的大小较难获取，因此，本技术将ltr简化为(2h/d)
×
(a/g+φ)，具体原因如下：
36.ltr的一般表达式为：
[0037][0038]
其中，f
r,w
为右侧前车轮的竖向载荷；f
l,w
为左侧前车轮的竖向载荷。
[0039]
根据图2所示，其中虚线为车辆未倾侧时的位置，实线为车辆侧倾时的位置，z为车辆未侧倾时的竖直中心面的位置，z’为车辆侧倾后竖直中心面的位置，k为弹簧，c为阻尼；为简化分析，忽略簧下质量m1的侧倾运动；a
m2
为簧上质量m2的侧向加速度，也即为车辆的侧向加速度a。簧上质量在侧向力的作用下绕侧倾轴r侧倾，侧倾角为φ，簧上质量的侧倾造成了其重心从车辆中心向外侧轮胎的偏离，内外两侧轮胎的竖向载荷在侧向力和重力的共同作用下发生转移。假设簧下质量的重心高度为h1，根据牛顿原理，考虑绕汽车路面轨迹中线的力矩平衡，有：
[0040][0041]
其中，簧下质量的侧向加速度ay＝车辆的侧向加速度a＝簧上质量的侧向加速度a
m2
由；于侧倾角φ比较小，sinφ约等于φ，cosφ约等于1，可得：
[0042][0043]
为获得更为简洁的ltr表达式，以便进行控制，做出如下合理假设：
[0044]
1)簧下质量m1远小于簧上质量m2，即m2约等于m；m为车身质量；
[0045]
2)簧下质量质心高度h1很低，即h1约等于0；
[0046]
3)侧倾中心高度h
rc
远小于侧倾半径h，即h
rc
+h＝h。
[0047]
则公式可以简化为：
[0048]
由于a＝a
m2
，也即ltr＝(2h/d)
×
(a/g+φ)
[0049]
另外在小角度假设下，有：
[0050][0051]
其中，v
x
为车速；为横摆角速度，顶部加一点即为的一阶导；φ顶部加两点即为φ的二阶导。
[0052]
可以理解的是，车辆的车速v
x
，前轮转向角δ、侧倾角φ和横摆角速度均可通过车身传感器直接获取，而后传输给自动驾驶系统中的gps+imu组合导航模块，使其能够实时获得车辆的侧向加速度、前轮转向角δ、侧倾角φ，从而实时获得车辆的ltr，实现对车辆状态的监测。
[0053]
在车辆行驶过程中，前轮转向角δ＝δb+δc，其中δa为自动驾驶系统或驾驶员的转向指令所指示的角度，δc为主动防侧翻系统提供的修正角度；在没有侧翻风险时，即当安全驾驶时，主动防侧翻系统关闭，δc＝0，此时前轮转向角δ的控制值为自动驾驶系统或驾驶员的转向指令所指示的角度，即δ＝δb；当车辆有侧翻风险时，即|ltr|大于0.9时，主动防侧翻系统启动，这时δc不再等于0，前轮转向角的控制值为δb+δc；当车辆恢复到安全状态，即|ltr|不大于0.9时，主动防侧翻系统关闭，重新由自动驾驶系统或驾驶员控制前轮转向角，即由δb控制。
[0054]
当主动防侧翻系统的控制器判断仅通过修正前轮转向角，无法使|ltr|不大于0.9时，这时启动差动制动，实时分配车轮的制动力来调整车辆的横摆力矩，以减小侧向加速度，由于差动制动具有响应速度快，车辆轨迹变化小等特点，可以在线控转向系统无法矫正车辆姿态后介入，且可与线控转向系统叠加效果，使得车辆恢复到安全状态。
[0055]
本发明在较紧急情况下即仅修正前轮转向角无法达到防侧翻的目的时，再启用差动制动方法，这样通过修正前轮转向角和差动制动方法的同时应用，既能够减小先使用和一直使用差动制动造成的冲击，还能够提高防侧翻控制的调节速度；车辆在车道线内行驶时，利用线控转向系统对其前轮转向角进行修正时，在车辆地图模块中车道线范围内修正转向角，同时在使用时还能够设定差动制动和前轮转向角修正这两种方法对ltr干预的比例，当ltr的绝对值小于阈值时，即停止干预，车辆恢复安全状态。
[0056]
本发明实施例还提供了一种主动防侧翻系统，其包括上述任一技术方案所述的主动防侧翻控制方法。
[0057]
本发明的主动防侧翻系统同样具有上述技术效果。
[0058]
进一步地，整车控制器根据车辆上的地图模块、v2x obu设备(中文全称是车联网车端设备)和激光雷达，获取前方路面的信息，并决定是否提前开启主动防侧翻系统，从而能够有效地减少主动防侧翻系统的反应时间，进而提高车辆的安全性；同时在不需要开启主动防侧翻系统时，整车控制器可以将主动防侧翻系统关闭，使得车辆较为节能。可以理解的是，v2x obu设备为用于与路侧通信的设备。
[0059]
具体地，前方路面的信息包括道路等级、路面附着力、路面斜坡等，从而使得整车控制器得到前方路面是否湿滑、是否有侧向斜坡等信息，来判断车辆是否有侧翻风险，并确定是否提前开启主动防侧翻系统，根据具体情况作出提前减速、停车、转向角修正等方式来防止侧翻事故的发生。
[0060]
本发明中车辆的前轮转向角由自动驾驶系统或驾驶员以及主动防侧翻系统共同控制，主动防侧翻系统根据侧翻指数ltr来决定是否介入，该主动防侧翻系统可在自动驾驶车辆和具备线控转向线控制动的普通车辆中广泛应用，具有很高的适用性。在车辆具有侧翻风险时，优先通过控制前轮转向角来减小侧向加速度，在仅通过控制前轮转向角无法使车辆恢复到安全状态时，启动差动制动的方法来纠正车辆姿态，这样能够尽可能减小使用差动制动带来的乘员的不适感，并保证车辆安全。利用自动驾驶车辆的激光雷达、高精度地图及v2x obu设备能够感知前方道路情况，并选择是否提前开启主动防侧翻系统，可以减少防侧翻系统的反应时间，提高车辆的安全性。
[0061]
以上仅是本发明的优选实施方式，需要指出的是，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，而且，在阅读了本发明的内容之后，本领域相关技术人员可以对本发明做出各种改动或修改，这些等价形式同样落入本技术所附权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种主动防侧翻控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤s1、获取车辆的侧向加速度；步骤s2、按照公式：ltr＝(2h/d)
×
(a/g+φ)，计算出侧翻指数；其中ltr为侧翻指数，h为侧倾半径，是常数；φ为侧倾角，a为侧向加速度，d为轮距，g为重力加速度；步骤s3、实时监测侧翻指数的绝对值是否大于设定值，若为是，则执行步骤s4，若为否，则车辆正常行驶；步骤s4、对前轮转向角进行修正，使得前轮转向角减小，车辆的转弯曲率减小，以减小侧向加速度；若仅通过对前轮转向角进行修正不能使侧翻指数的绝对值不大于设定值，则对前轮进行差动制动，以进一步减小侧向加速度，直至侧翻指数的绝对值不大于设定值。2.根据权利要求1所述的主动防侧翻控制方法，其特征在于，在步骤s1中，侧向加速度通过车辆的自动驾驶系统中的传感器模块获得。3.根据权利要求1所述的主动防侧翻控制方法，其特征在于，在步骤s4中，通过车辆的线控转向系统对前轮转向角进行修正。4.根据权利要求1所述的主动防侧翻控制方法，其特征在于，在步骤s4中，通过车辆的线控制动系统实现对前轮的差动制动。5.根据权利要求1所述的主动防侧翻控制方法，其特征在于，在步骤s3中，所述设定值的取值范围为0.88至0.92。6.一种主动防侧翻系统，其特征在于，其包括上述任一项所述的主动防侧翻控制方法。7.根据权利要求6所述的主动防侧翻系统，其特征在于，整车控制器根据车辆上的地图模块、v2x obu设备和激光雷达，获取前方路面的信息，并决定是否提前开启主动防侧翻系统。8.根据权利要求7所述的主动防侧翻系统，其特征在于，前方路面的信息包括道路等级、路面附着力、路面斜坡等。

技术总结
本发明提供了一种主动防侧翻控制方法及系统，其中控制方法包括：步骤S1、获取车辆的侧向加速度；步骤S2、按照公式：LTR＝(2h/d)(a/g+φ)，计算出侧翻指数LTR；步骤S3、实时监测侧翻指数的绝对值是否大于设定值，若为是，则执行步骤S4，若为否，则车辆正常行驶；步骤S4、对前轮转向角进行修正，使得前轮转向角减小，车辆的转弯曲率减小，以减小侧向加速度；若仅通过对前轮转向角进行修正不能使侧翻指数的绝对值不大于设定值，则对前轮进行差动制动，以进一步减小侧向加速度，直至侧翻指数的绝对值不大于设定值。本发明具有较好地防侧翻效果。本发明具有较好地防侧翻效果。本发明具有较好地防侧翻效果。


技术研发人员：王强 吴琼 操叶芳 谢廷船 袁忠鑫 裴明亮 费远喜
受保护的技术使用者：安徽江淮汽车集团股份有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/6/27