专利名称：：用于车辆侧翻控制的侧倾稳定性指标的制作方法
技术领域：
：本发明总体涉及一种提供车辆侧倾稳定性指标的系统和方法，所述指标指示车辆侧倾的潜在可能性，更具体地说，本发明涉及一种提供车辆侧倾稳定性指标的系统和方法，其中确定所述侧倾稳定性指标包括计算车辆侧倾能量和侧倾能率，其中所述指标指示车辆侧倾的潜在可能性。
背景技术：
：已经知道，在所属
技术领域：
中，通过使用差动制动控制、后轮转向控制、前轮转向控制或者上述控制的任意组合来提供车辆侧翻控制，从而防止车辆侧翻。车辆侧倾防止系统可以通过各种传感器(例如横摆率传感器、侧向加速度传感器和侧倾率传感器)来接收车辆动态信息，从而确定采取适量的控制动作以防止车辆侧翻。在控制车辆侧倾运动和车辆横摆运动之间典型地需要平衡，以便提供最佳的车辆响应。从而，通常需要检测特定的车辆状况以提供侧倾防止控制。在现有技术中，各种检测所述车辆状况的方法是公知的。特别地，可以基于来自侧倾率传感器的车辆侧倾率和侧倾角估计来进行倾翻确定。在现有技术中，建立侧倾率和侧倾角的阈值来检测即将发生的侧翻。尽管侧倾率和侧倾角是用于检测车辆侧翻运动的最重要的两个参数，但它们无法反映最终确定车辆倾翻倾向的总车辆测倾能量。
发明内容根据本发明的教导，公开了一种用于提供估计车辆侧翻倾向的车辆侧倾稳定性指标的系统和方法。所述系统通过各种车辆传感器来确定车辆运动学参数，例如侧倾率、横摆率、侧向加速度、车辆速度等等。通过这些运动学参数值，该系统估计车辆的侧倾角以及车辆的坡度角(bankangle)。所估计出的坡度角被用来校正侧倾角。该系统根据校正后的侧倾角来确定车辆的侧倾能量和侧倾能率。通过车辆的侧倾能量和侧倾能率，该系统计算出一个侧倾稳定性指标，所述指标定义车轮离开地面或者车辆发生侧翻的潜在可能性。通过该侧倾稳定指标，车辆稳定性控制系统可以采取适当的动作。通过下面结合附图的详细描述和所附权利要求书，本发明的附加特征会变得更加明显。图1是车辆处于侧倾运动中的示意图。图2是显示了根据本发明的一个实施例估计车辆侧倾能量并且产生侧倾稳定性指标的处理的流程图。图3是显示了利用所述侧倾稳定性指标来提供车辆倾斜和侧翻控制的处理的流程图。具体实施例方式下面对于本发明实施例的讨论针对一种通过确定车辆侧倾能量和侧倾能率来确定车辆侧翻可能性的处理，所述讨论仅仅是说明性的，而不意图对本发明或其应用或用途进行限制。如下文所述，本发明包括一种通过确定侧倾稳定性指标以给出侧倾能量来确定车轮离开地面(倾斜)或车辆发生侧翻的可能性的系统和方法，其中作为侧倾角和侧倾率的函数来确定所述侧倾稳定性指标。车辆侧翻涉及作用在车辆上的力之间的复杂相互作用，这些力受到车辆操控和路面状况的影响。车辆侧倾运动主要由惯性力、以及在高侧滑角情况下由轮台倾覆力矩导致。图1是车辆10在O1XYZ参考系中处于侧翻状况下的示意图，这里X是车辆10的前进方向，Z是车辆10的垂直方向，Y是车辆10的侧向方向。假设所述车辆10在一个水平面上移动并且忽略垂直自由度和轮胎倾覆力矩的影响。在侧倾位置中示出所述车辆10的簧上质量(spmgmass)固定的参考系Oxyz。在侧倾过程中的稳态状况下，车辆10的簧上质量的重心(CG)侧向及垂直地移动并且遵循以下轨迹。Y＝Y()(1)Z＝Z()(2)其中，是车辆侧倾角。车辆簧上质量的动能T和势能П()如下给出П()＝Пsusp()+MgZ()(4)其中，Io是车辆簧上质量关于重心的侧倾转动惯量，M是车辆的质量，“’”符号表示关于侧倾角的微分，并且Пsusp()是在侧倾运动期间的悬架势能。在线性区域中，Пsusp()＝K2，其中K是侧倾刚度。但是，由于悬架行驶平顺性和侧倾率的非线性，其在整个区域内为非线性函数。如果车辆10的质量绕侧倾中心旋转，则有M(Y′2+Z′2)＝MH2(5)其中，H是车辆簧上质量重心在侧倾轴上方的高度。用(aY，aZ)和(ay，az)分别代表在参考系O1XYZ和Oxyz中的加速度矢量的分量，则有ay＝aycos-azsin(6)az＝aysin-+azcos(7)所测量的侧向加速度aym＝ay+gsin以及azm＝az+gsin包括重力的影响。其合力的表达式为Q=-M(aYY′+aZZ′)-IXZr.---(8)]]>其中，Ixy是横摆侧倾惯量乘积，r是横摆率。等式(8)可以如下定义运动的拉格朗日等式如下其中，Il＝Io+M(Y′2+Z′2)。方程(10)对于侧倾运动的不同阶段都是有效的，包括车轮离地前、一个车轮被抬起、两个车轮被抬起等等。应当注意，在这些阶段中，函数Y、Z、c、П的行为是不同的。车辆系统的能量于是可以被定义为侧倾运动期间的能量(侧倾率)的变化是侧倾能量E的导数根据等式(11)和(12)，依照本发明，侧倾稳定性指标可以被计算为RI=c1EE2WL+c2E.E.critical---(13)]]>这里E2WL是抬起两个车轮所需的预定能量，是车辆将要侧翻时的能率的预定临界数量，c1和c2是依赖于速度的常数。能量E2WL和临界能率都可以通过车辆测试而以实验方法确定。对于典型的SUV，E2WL＝1000Nm，并且下面的表1是一个示例性查找表，该表可以用来提供基于仿真的对应于不同车速的依赖于速度的两个常数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>图2是一个流程图20，其显示了一种根据本发明的一个实施例从等式(11)中确定车辆侧倾能量E、从等式(12)中确定侧倾能率以及从等式(13)中确定侧倾稳定性指标的方法。在方框24处，所述算法从适当的传感器22中读取多个传感器参数，例如车辆侧倾率、车辆横摆率、车辆侧向加速度、车速和/或方向盘转角。提供该信息的传感器22可以是用于该目的的任何适当的传感器，其中的许多种是已知的，并且将由本领域技术人员所理解。该算法接着在方框26处估计所述侧倾角，并且在力框28处估计车辆坡度角θ。在本领域中已知有多种公式可以利用一个或多个上述传感器测量值来估计车辆侧倾角和车辆坡度角。在一个实施例中，GPS系统可以被用来估计侧倾角和坡度角θ。用于此目的的一个适当的例子可以在标题为“MethodandApparatusforEstimatingInclineandBankAng1esofaRoadSurface”的美国专利No.5,446,658中找到。根据所估计的侧倾角和所估计的坡度角θ，所述算法在方框30处校正侧倾角。根据校正后的侧倾角，所述算法在方框32处从等式(1)计算侧倾能量E，并且在方框34处从等式(12)计算侧倾能率该算法随后在方框36处根据车速从合适的查找表(例如表1)中确定所述依赖于速度的常数c1和c2。该算法接着在方框38处确定该特定车辆的能量E2WL和临界能率所述算法随后在方框40处利用等式(13)计算侧倾稳定性指标RI。图3是一个流程图44，其显示了一种算法的概要，该算法用于使用上文计算出的侧倾稳定性指标RI来采取适当动作以防止车辆侧翻的侧翻防止控制系统。所述算法首先在方框46处读取侧倾稳定性指标RI，并且随后在判决菱形48中确定所述侧倾稳定性指标RI是否小于第一阈值Th_1。在一个实施例中，所述阈值Th_1提供了对应于特定车辆的表示车轮何时开始离开地面的第一阈值。在判决菱形48处，如果所述侧倾稳定性指标RI小于所述第一阈值Th_1，那么所述车辆就不处在车轮离开地面的危险中，并且退出所述算法。在判决菱形52处，如果所述侧倾稳定性指标RI大于所述第一阈值Th_1，则所述算法在判决菱形50处确定所述侧倾稳定性指标RI是否小于第二阈值Th_2。在一个实施例中，阈值Th_2表示这样一个阈值，如果超出该阈值，则在同一侧的两个车轮离开地面超过54mm。如果所述侧倾稳定性指标RI大于第一阈值Th_1但是小于第二阈值Th_2，那么稳定性控制系统就会在方框52处采取第一个较小的控制动作。该第一动作可以包括对于一个车轮的差动制动、调节方向盘转角或者硬化悬架。如果在判决菱形52处确定侧倾稳定性指标RI大于所述第二阈值，那么所述算法在判决菱形54处确定所述侧倾稳定性指标RI是否小于第三阈值Th_3。如果所述侧倾稳定性指标RI大于第二阈值Th_2但是小于第三阈值Th_3，那么所述稳定性控制会在方框56处采取第二控制动作。所述第二控制动作可以相对于第一控制动作提高控制动作的强度，并且可能在不同控制系统处提供协调控制。如果在判决菱形54处确定所述侧倾稳定性指标大于第三阈值Th_3，那么所述控制算法在方框58处采取第三控制动作。第三控制动作可以包括紧急制动以便迅速降低车速。上面的讨论公开并描述了本发明的仅仅是示例性的实施例。本领域的技术人员将会认识到，通过这些讨论以及附图和权利要求书，可以在不背离由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种改变、修改和变化。权利要求1.一种产生侧倾稳定性指标的方法，所述指标用于指示车辆发生倾斜或侧翻的可能性，所述方法包括提供表示车辆侧倾率的侧倾率信号；提供表示车辆横摆率的横摆率信号；提供表示车辆侧向加速度的侧向加速度信号；提供表示车速的速度信号；提供表示车辆方向盘转角的方向盘转角信号；基于所述侧倾率信号、横摆率信号、侧向加速度信号、速度信号和方向盘转角信号当中的一个或多个估计车辆的侧倾角信号；基于所述侧倾率信号、横摆率信号、侧向加速度信号、速度信号和方向盘转角信号当中的一个或多个估计车辆的坡度角信号；基于所估计的坡度角信号校正所述侧倾角信号，从而提供校正后的侧倾角信号；基于该校正后的侧倾角信号计算侧倾能量信号；基于该侧倾能量信号计算侧倾能率信号；确定临界能量信号和临界能率信号；以及基于所述侧倾能量信号、侧倾能率信号、临界能量信号和临界能率信号计算所述侧倾稳定性指标。2.如权利要求1所述的方法，其中，计算所述侧倾稳定性指标还包括使用依赖于速度的常数。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述依赖于速度的常数被提供在对应于不同车速的查找表中。4.如权利要求2所述的方法，其中，使用下面的等式计算所述侧倾稳定性指标RI=c1EE.2WL+c2E.E.critical]]>其中，RI是侧倾稳定性指标，c1和c2是依赖于速度的常数，E2WL是临界能量信号，是临界能率信号，E是侧倾能量信号，是侧倾能率信号。5.如权利要求1所述的方法，其中，使用下面的等式计算所述侧倾能量信号其中，E是侧倾能量信号，T是车辆的动能，∏是车辆的势能，I1是侧倾转动惯量，M是车辆的质量，是侧倾角，∏susp是处在侧倾运动中的车辆悬架的势能，g是重力常数，以及Z是车辆重心在垂直方向上的移动。6.如权利要求1所述的方法，其中，使用下面的等式计算所述侧倾能率信号其中，是侧倾能率信号，是侧倾角信号的导数，以及Q是车辆受到的合力。7.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述临界能量信号和所述临界能率信号包括通过车辆测试来实验地确定所述临界能量信号和临界能率信号。8.如权利要求1所述的方法，其中，估计侧倾角信号和估计坡度角信号包括使用GPS信号。9.一种产生侧倾稳定性指标的方法，所述指标用于指示车辆发生倾斜或侧翻的可能性，所述方法包括提供车辆运动学参数信号；根据所述车辆运动学参数信号估计车辆的侧倾角信号；基于所估计的侧倾角信号来计算侧倾能量信号；基于所估计的侧倾能量信号来计算侧倾能率信号；以及利用所述侧倾能量信号和侧倾能率信号来计算所述侧倾稳定性指标。10.如权利要求9所述的方法，还包括确定临界能量信号和临界能率信号，其中，计算所述侧倾稳定性指标还包括使用所述临界能量信号和所述临界能率信号。11.如权利要求10所述的方法，其中，确定所述临界能量信号和临界能率信号包括通过车辆测试来实验地确定所述临界能量信号和临界能率信号。12.如权利要求10所述的方法，其中，计算所述侧倾稳定性指标还包括使用依赖于速度的常数。13.如权利要求12所述的方法，其中，所述依赖于速度的常数被提供在对应于不同车速的查找表中。14.如权利要求12所述的方法，其中，计算所述侧倾稳定性指标包括使用下面的等式RI=c1EE.2WL+c2E.E.critical]]>其中，RI是侧倾稳定性指标，c1和c2是依赖于速度的常数，E2WL是临界能量信号，是临界能率信号，E是侧倾能量信号，是侧倾能率信号。15.如权利要求9所述的方法，其中，计算所述侧倾能量信号包括使用下面的等式其中，E是侧倾能量信号，T是车辆的动能，∏是车辆的势能，I1是侧倾转动惯量，M是车辆的质量，是侧倾角，∏susp是处在侧倾运动中的车辆悬架的势能，g是重力常数，以及Z是车辆重心在垂直方向上的移动。16.如权利要求9所述的方法，其中，计算所述侧倾能率信号包括使用下面的等式其中，是侧倾能率信号，是侧倾角信号的导数，以及Q是车辆受到的合力。17.如权利要求9所述的方法，其中，估计所述侧倾角信号包括使用GPS信号。18.如权利要求9所述的方法，其中，提供车辆运动学参数信号包括提供来自侧倾率传感器、横摆率传感器、侧向加速度传感器、车速传感器和车辆方向盘转角传感器当中的一个或多个的车辆运动学参数信号。19.一种产生侧倾稳定性指标的系统，所述指标指示车辆发生倾斜或侧翻的可能性，所述系统包括用于提供车辆运动学参数信息的多个车辆传感器；根据所述车辆运动学参数信息估计侧倾角信号的装置；基于所估计的侧倾角信号计算侧倾能量信号的装置；基于所述侧倾能量信号计算侧倾能率信号的装置；以及使用所述侧倾能量信号和侧倾能率信号计算所述侧倾稳定性指标的装置。20.如权利要求19所述的系统，其进一步包括用于确定临界能量信号和临界能率信号的装置，其中，用于计算所述侧倾稳定性指标的装置使用所述临界能量信号和所述临界能率信号。21.如权利要求20所述的系统，其中，用于确定所述临界能量信号和所述临界能率信号的装置包括用于通过车辆测试来实验地确定所述临界能量信号和临界能率信号的装置。22.如权利要求20所述的系统，其中，用于计算所述侧倾稳定性指标的装置使用依赖于速度的常数。23.如权利要求22所述的系统，其中，所述依赖于速度的常数被提供在对应于不同车速的查找表中。24.如权利要求22所述的系统，其中，用于计算所述侧倾稳定性指标的装置使用下面的等式RI=c1EE.2WL+c2E.E.critical]]>其中，RI是侧倾稳定性指标，c1和c2是依赖于速度的常数，E2WL是临界能量信号，是临界能率信号，E是侧倾能量信号，是侧倾能率信号。25.如权利要求19所述的系统，其中，用于计算侧倾能量信号的装置使用下面的等式其中，E是侧倾能量信号，T是车辆的动能，∏是车辆的势能，I1是侧倾转动惯量，M是车辆的质量，是侧倾角，∏susp是处在侧倾运动中的车辆悬架的势能，g是重力常数，以及Z是车辆重心在垂直方向上的移动。26.如权利要求19所述的系统，其中，用于计算所述侧倾能率信号的装置使用下面的等式其中，是侧倾能率信号，是侧倾角信号的导数，以及Q是车辆受到的合力。27.如权利要求19所述的系统，其中，用于估计侧倾角信号和估计坡度角信号的装置包括使用GPS信号。28.如权利要求19所述的系统，其中，提供车辆运动学参数信号包括提供来自侧倾率传感器、横摆率传感器、侧向加速度传感器、车速传感器和车辆方向盘转角传感器当中的一个或多个的车辆运动学参数信号。全文摘要本发明涉及一种提供估计车辆发生侧翻的可能性的车辆侧倾稳定性指标的系统和方法。该系统通过车辆传感器来确定车辆运动学参数，例如侧倾率、横摆率、侧向加速度、车速等等。根据这些运动学参数值，该系统估计车辆的侧倾角和坡度角。根据所估计的坡度角，该系统提供校正后的侧倾角。根据该校正后的侧倾角，该系统确定车辆的侧倾能量和侧倾能率。根据所述侧倾能量和侧倾能率，该系统计算出一个侧倾稳定性指标，该指标表示车辆发生倾斜或侧翻的可能性。车辆稳定性控制系统可以根据所述侧倾稳定性指标采取适当的动作。文档编号B60W40/10GK101025387SQ20071009235公开日2007年8月29日申请日期2007年1月12日优先权日2006年1月12日发明者N·K·莫什楚克,S·-K·陈,C·-F·陈申请人:通用汽车环球科技运作公司