专利名称：能使车辆回到车身力扰动之前朝向的横摆稳定性控制系统的制作方法
技术领域：
根据权利要求1的前序部分，本发明涉及一种横摆稳定性控制系统。 此外，根据权利要求11的前序部分，本发明涉及一种控制用于车辆的横 摆稳定性控制系统的方法。
背景技术：
目前存在数种用于增加车辆驾驶员的驾驶能力的车辆控制系统。这些
控制系统包括防抱死制动系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)和稳定性 控制。示例稳定性控制系统为电子稳定性控制(ESC)系统或有时称为横 摆稳定性控制(YSC)系统。这种类型的系统有时也称为电子稳定性程序 (ESP)系统或动态稳定性牵引力控制(DSTC)系统。
稳定性控制系统用于维持受控稳定的车辆运转用于改善的车辆和乘 客安全。稳定性控制系统经常用于随着驾驶员所需的行驶方向维持车辆的 控制以防止车辆打滑出去和/或冲出去，和/或防止或减轻翻滚事故。
更加具体地，上述横摆稳定性控制系统通常比较基于方向盘转角的驾 驶员所需的车辆方向和从位于车辆上的运动传感器确定的行驶路径。通过 调节车辆每个拐角处的制动量和车辆与转向的牵引力，可以维持期望的行
驶路径。
现有的稳定性控制系统设计用于修正由轮胎力扰动(例如由于道路表 面扰动或由于驾驶员的驾驶意图与道路表面条件不匹配的轮胎力差异)造 成的不需要的车辆运动。这种不匹配常常在应用至车辆的前轮胎横向力和 后轮胎横向力之间存在较大不同(称为横向轮胎力差异)或左轮胎纵向轮 胎力和右轮胎纵向轮胎力之间存在较大不同(称为纵向轮胎力差异)或二者的组合时发生。这种轮胎力差异称为轮胎力扰动(TFD)。
现有的横摆稳定性控制系统对控制由于上述的轮胎力扰动造成的不 需要的车辆运动是有效的。横摆稳定性控制系统激活制动器、减少发动机 扭矩、或改变个别车轮或车桥的驱动扭矩以便产生主动轮胎力差异以抵消 轮胎力扰动的效果。即，控制机构和车辆扰动来自于相同的源轮胎力变
化或轮胎力差异。
在车辆接收轮胎力扰动以外的力扰动时导致的横摆力矩扰动也可产
生不需要的横摆运动。其一个示例为称为车身力扰动(BFD)的作用至车 身的外力扰动。当车辆撞击固定物体例如树时或当车辆被另一移动物体例 如车辆撞击时可发生车身力扰动。当车辆经历作用至车身的突然的强风时 也可发生车身力扰动。
尽管轮胎力扰动的大小受到道路表面的驾驶条件的限制，车身力扰动 的大小可以大得多。例如，两个移动车辆的碰撞可产生大小比总轮胎力大 数倍的车身力扰动。在轻微碰撞中，车身力扰动的大小可以与总轮胎力非 常接近。车身力扰动与从轮胎力差异产生的轮胎力扰动不同。经历车身力 扰动的车辆可具有平衡的轮胎力(即4个轮胎之间没有明显的轮胎力差异) 且可具有比正常更大的车辆运动例如横摆运动。
当车辆从外部源接收车身力扰动时可产生横摆运动。由于轮胎力在接 受车身力扰动前后可很好地平衡(即4个轮胎之间没有明显的轮胎力差 异)，现有的稳定性控制由于其设计用于处理由轮胎差异产生的轮胎力扰 动的车辆横摆运动而无效。
同样，目前的稳定性控制系统设计用于辅助车辆驾驶员执行驾驶员意 图的动作或过程。这在由即将发生或实际作用的车身力扰动导致的车辆驾 驶员惊慌时可导致增加的不稳定性和/或碰撞。在车身力扰动事件期间，驾 驶员会惊慌并执行不适当或猛烈的驾驶任务试图避免接收外部车身力扰 动，其可能致使更不期望的事故。由于车辆的反常路径和大的路线偏差可 发生其它的事故。根据最近的研究所有导致严重受伤的车辆与车辆的事故的大约三分 之一包括多于一次的冲撞。其还显示如果首次冲撞相对较轻则其常常伴随 严重的二次冲撞。该第二次冲撞可包括多种冲撞类型的一种或多种，如车 辆与车辆的碰撞、车辆与物体的碰撞、摇晃翻滚或非摇晃翻滚和驶离道路。
在当今生产的车辆中存在的横摆稳定性控制系统设计用于在普通道 路状况期间为驾驶员提供稳定性辅助，例如当车辆加速度受道路摩擦力限 制时。在相关车辆从轻微碰撞冲撞接收到车身力扰动后横摆稳定性控制系 统的效率过度依赖于驾驶员在车身力扰动后如何反应。当前的横摆稳定性 控制系统的一个问题在于他们提供了依赖于驾驶员反应的辅助。
许多首次冲撞使车辆摇晃，例如通过在车辆后部的横向撞击。在这种 情况下，由于导致的车辆横摆率较大，车辆在冲撞的短时间内改变行驶方 向，且驾驶员随后必须非常快地进行修正如果他要避免离开车道/意图的路 径。现有技术的横摆率稳定性控制器通常作为横摆率误差的函数来执行制 动干预，其中横摆率误差确定为基于驾驶员意图的转向确定的横摆率目标 和来自横摆率传感器的感应到的横摆率测量值之间的差异，并因此在车辆 已经稳定后将不会干预，因为即使存在大的横摆角(汽车方位角)误差也 没有大的横摆率误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于车辆的改进的横摆稳定性控制系统， 其能够在改变车辆朝向的车身力扰动之后使车辆回到车身力扰动之前的 朝向或至少与之接近的朝向。
根据本发明的第一个方面，依照权利要求l实现了该目的，其详细说 明了一种用于车辆的横摆稳定性控制系统，包含至少一个车身力扰动检 测单元；和至少一个设置用于生成指示车辆横摆率的横摆率传感器；和响 应横摆率误差并设置用于提供用于执行车辆横摆稳定性控制运转的系统 的输入的控制器，该控制器响应检测到的车身力扰动进一步配置用于激 活控制器的横摆角控制部分以开始执行横摆角误差的控制以便获得由车 身力扰动导致的车辆横摆角的修正；并将信号输入用于执行车辆横摆稳定性控制运转的系统以执行车身力扰动横摆稳定性控制运转用于消除有车 身力扰动导致的车辆横摆角并使车辆返回至车身力扰动之前的朝向。
本发明进一步的目的在于提供一种控制用于车辆的横摆稳定性控制 系统的改进的方法，通过这种方法横摆稳定性控制系统能够使车辆在改变 车辆朝向的车身力扰动后返回至车身力扰动之前的朝向，或至少与其接近 的朝向。
根据本发明的第二个方面，依照权利要求11实现了该目的，其详细 描述了一种控制用于车辆的横摆稳定性控制系统的方法，该车辆包含至
少一个车身力扰动检测单元；和至少一个设置用于产生指示车辆横摆率的
信号的横摆率传感器；以及响应横摆率误差并设置用于向用于执行车辆横 摆稳定性控制运转的系统提供输入的控制器，该方法包含下列步骤设置 该控制器用于响应检测到的车身力扰动激活控制器的横摆角控制部分以 开始执行横摆角误差控制以便获得由车身力扰动导致的车辆横摆角的修 正；并将信号输入用于执行车辆横摆稳定性控制运转的系统以执行车身力 扰动横摆稳定性控制运转用于消除由车身力扰动导致的车辆横摆角并使 车辆回到车身力扰动之前的朝向。
附属权利要求中列出了进一步的实施例。
应了解本发明的特征可以任何组合方式组合而不脱离由权利要求限 定的本发明的范围。
现仅以示例的方式参考附图描述本发明实施例，其中
图l说明了根据本发明的将车身力扰动触发的横摆角控制部分添加至 目前的稳定性控制算法的设想。
图2说明了对于具有现有技术横摆稳定性控制系统的车辆和具有根据 本发明的横摆稳定性控制系统的车辆的不同干预的制动压力的差别。
图3说明了具有现有技术横摆稳定性控制系统的车辆和具有根据本发 明的横摆稳定性控制系统的车辆在接收车身力扰动后轨迹的比较。
具体实施例方式
从下面结合附图的详细说明中，本发明的其它目的及特征将变得显而 易见。然而应了解，附图仅仅设计用于说明目的而并非作为对本发明的限 定，本发明的范围限定应当参考所附权利要求。应进一步了解附图并不需 要按比例绘制，且除非有所指示，否则其仅意味着概念性地说明本文描述 的结构和步骤。相同的附图标记将用于说明不同附图中的相应特征。
本发明优选地与现有的横摆稳定性控制系统结合使用，对于车辆需要 在该系统上增加使车辆回到其在遭受车身力扰动之前的朝向的功能。
本发明基于这样的理解，即如果稳定性控制的运转范围延伸至包括车 身力扰动应用(例如轻微车辆与车辆的冲撞)的车辆动力学的范围则比较 有利。即稳定性控制持续激活制动控制并提供额外的制动控制这样减轻在 车身力扰动之后的期间内的车辆动力学的过度水平。总之以此提出了一种 在车身力扰动事件期间保持稳定性控制被激活这样可能消除车身力扰动 导致的车辆横摆角并使车辆回到所需朝向的方法，该所需朝向可能是车身 力扰动之前的横摆角例如朝向。
例如在首次冲撞后进一步辅助驾驶员控制车辆也是一种减少二次冲 撞数量的方法。这种增加的辅助可能致使完全避免或至少减轻二次冲撞。
与根据本发明的用于车辆的横摆稳定性控制系统相反，当车辆稳定 时，由于没有大的横摆率误差，即使有大的方位角误差，常常作为横摆率 误差的函数来执行制动干预的现有技术横摆率稳定性控制器也不干预。
作为该问题的解决方案，根据本发明提出了将车身力扰动触发的横摆 角控制部分1添加至普通的现有技术稳定性控制算法。在普通的现有技术 稳定性控制算法中包括这种车身力扰动触发的横摆角控制部分1意味着该 算法将包括在车身力扰动情况中的直接方位角控制。因此，本发明基于在 普通的现有技术横摆率控制器中包括这种车身力扰动触发的横摆角控制
部分1，如今该现有技术横摆率控制器其通常仅具有横摆率比例部分2和 横摆率微分部分3。
在本发明的第一优选实施例中，如图l中示意性显示，说明了将车身力扰动触发的横摆角控制部分1添加至当前的稳定性控制算法的设想。
图1说明了响应横摆率误差的横摆率控制器，此处显示为具有横摆率
比例部分2和横摆率微分部分3。在控制器中横摆率误差^^确定为由输入 有方向盘角度5的横摆率参考模型4提供横摆率目标和由动态传感器5 提供的感应的横摆率^"之间的差值，其中基于横摆率误差^^执行制动干 预。横摆率误差^^由控制器横摆率比例部分2和横摆率微分部分3处理 并求和作为制动驱动器6的输入。该输入可被看作带有横摆扭矩请求。
根据本发明除了控制器的横摆率比例部分2和横摆率微分部分3之外 提供了控制器的车身力扰动触发的横摆角部分1。由确定车辆遭遇到了车 身力扰动7所触发，重置并激活横摆角控制部件1以开始对横摆率进行积 分(从"度/秒"积分为"秒")作为感应的横摆率^^的积分和横摆率目 标A《的积分的差值。该差值代表了被合适地成比例变化并输入至制动驱 动器6的横摆角误差^^，从而将由车身力扰动导致的方位角的改变(例 如横摆角误差)提供给制动驱动器6。
车身力扰动检测传感器7用于在车辆被移动物体例如另一车辆撞击或 撞击静止或固定物体时检测车身力扰动。车身力扰动检测传感器7也可位 于车辆上任何位置并响应车身力扰动产生车身力扰动检测信号。车身力扰 动检测传感器7可包括用作车辆状态传感器的传感器，例如横摆率传感器、 橫向加速度传感器和纵向加速度传感器。车身力扰动检测传感器7还可为 加速度计、速率陀螺仪、压电式传感器、压阻式传感器、压力传感器、接 触传感器、应变计、冲撞传感器、封闭环境传感器的形式或可为其它现有 技术中已知的形式。
为了处理由于冲撞而在非常短的时间段内达到非常高的值的横摆率， 可在处理器(未显示，例如与传感器连接的处理器相同的处理器)中进行 积分。可使用通常用于横摆稳定性控制的横摆率传感器5和例如用于冲撞 感应的传感器的车身力扰动传感器7。随后可将横摆角信号与通常设置在 制动控制器模块6中的稳定性控制处理器(未显示)通信。
车身力扰动传感器7可配置用于区分"轻微"和"严重"车身力扰动。因此，在替代实施例中，响应探测到"轻微"车身力扰动将驾驶员方向盘 转角输入参考模型，而相应检测到"严重"车身力扰动将车身力扰动之
前的驾驶员方向盘转角输入横摆率参考模型4。这样可以制止"严重"车
身力扰动事件期间任何驾驶员惊慌转向的效果。
假设车辆装备有包括用于驱动与车辆车轮相关联的车辆制动器的制
动控制器6的常规制动控制系统。制动器可通过制动控制器6独立驱动。 制动控制器6可控制车辆的液压系统或电动可驱动制动器。如今， 一些横 摆稳定性控制系统也使用转向机构作为额外的驱动器。本文描述的横摆稳 定性控制系统也可使用转向机构作为额外的驱动器。
在车身力扰动时间期间，使用参考横摆角的横摆角误差的闭环控制是 使车辆努力回到先前的车身力扰动过程的关键，其中所述参考横摆角为参 考横摆率从"度/秒"至"度"的积分。这在模拟中已证明相当有效，且相 当容易实施因为能维持现有技术横摆稳定性控制系统的基本功能。
这种解决方案被认为是对驾驶员意图的估算。这根据对驾驶员的意图 从即将接收车身力扰动之前(例如在冲撞前几秒钟的时间段)至紧接着冲 撞后(例如冲撞后几秒钟)进行积分而完成。因此对于普通横摆稳定性功 能的改变安全地限时在这些例如车身力扰动事件后的几秒钟。横摆角控制 部分l的影响应当合适地设置以朝着该时间段的结束而减弱，以便逐渐将 完全控制还给车辆驾驶员。
可通过预定长度的时间段或来确定时间段的结束，或可替代地可设定 时间段的结束与车辆侧滑角-相关，这样例如当侧滑角p太大而不能使制 动干预产生有用的稳定轮胎-道路力时时间段与车身力扰动事件的部分相 关联。例如当车辆侧滑角-降到40度以下时可确定为时间段结束。
如上面所提到的，为了确保包括车身力扰动事件的第一部分，将必须 从即将冲撞之前开始积分。优选地应当在碰撞前0.1秒-1秒开始积分。为 了达到这一点，可使用窗口积分，通过其可越过限定的围绕碰撞瞬时的时 间窗口对横摆率误差积分。
因此，本发明可实现为用于车辆的横摆稳定性控制系统，其中所述车辆包含至少一个车身力扰动检测单元7;和至少一个设置用于产生指示 车辆横摆率^^的信号的横摆率传感器5;以及响应确定为横摆率目标V^, 与感应到的横摆率^一的差值的横摆率误差*『的控制器，例如如图所示具 有横摆率比例部分2和横摆率微分部分3的控制器设置用于求和作为用于 执行车辆横摆稳定性控制运转的系统6的输入，该控制器设置用于响应检 测到的车身力扰动激活例如如图所示可与控制器的横摆率比例部分2和 横摆率微分部分3平行设置的控制器的横摆角控制部分1;开始执行横摆 角误差的闭环控制以便获得由车身力扰动导致的车辆横摆角的修正；并将 信号输入用于执行车辆横摆稳定性控制运转的系统6以执行车身力扰动横
摆稳定性控制运转用于消除由车身力扰动导致的车身横摆角并使车辆回 到所需的朝向，该朝向可为车身力扰动之前的朝向。
已经在模拟环境中实施并证明了用于冲撞之后方位角修正的提议方 案的简单实施方案。该模拟结果显示了系统为被动驾驶员模型提供的辅助
水准的大幅增长。在描绘了对于不同干预的制动压力差别的图2中注意到
了该增加的辅助。
在图2的干预制动压力比较中，虚线代表装备有标准横摆稳定性控制 的车辆而实线代表除了标准横摆稳定性控制外还装备有根据本发明的冲 撞后方位角修正的车辆。在整个模拟期间模拟被动驾驶员，冲撞前车速为 150 km/h且方向盘转角5固定为零。
还可通过比较冲撞后的车辆轨迹来显现冲撞后方位角修正的益处。图 3以模拟例描绘了这些轨迹，其中从右后角侧面撞击车辆。黑色车辆装备 有标准横摆稳定性控制而白色车辆除了标准横摆稳定性控制外还装备有 依照本发明的冲撞后方位角修正。在整个模拟期间模拟被动驾驶员，冲撞 前车速为150km/h且方向盘转角5固定为零。
根据本发明还想象了一种机动车辆，其包含如上所描述的横摆稳定性 控制系统。
此外，根据本发明还想象了一种控制用于车辆的横摆稳定性控制系统 的方法。根据本发明该方法包含至少一个车身力扰动检测单元7;和至少一个设置用于产生指示车辆横摆率的信号^^的横摆率传感器5;以及 响应确定为横摆率目标^^,和感应到的横摆率^^之间的差值的横摆率误 差的控制器，如图所示具有横摆率比例部分2和横摆率微分部分3的控制
器配置用于被求和并提供作为用于执行车辆横摆稳定性控制运转6的系统
的输入，该方法进一步包含下列步骤设置控制器用于响应检测到的车 身力扰动激活例如如图所示可与控制器的横摆率比例部分2和横摆率微分 部分3平行设置的控制器的横摆角控制部分1以开始执行横摆角误差的控 制以便获得由车身力扰动导致的车辆横摆角的修正；并将信号输入用于执 行车辆横摆稳定性控制运转的系统6以执行车身力扰动横摆稳定性控制运
转用于消除由车身力扰动导致的车身横摆角并使车辆回到所需的朝向，该 朝向可为先前的车身力扰动朝向。
可以对前面描述的本发明实施例进行修改而不脱离由权利要求限定 的本发明的范围。
用于描述和主张本发明的例如"包括"、"包含"、"合并"、"由…… 组成"、"具有"、"是"的表达意图以非排他方式解释，即还允许未被 明确描述的项目、部件或元素存在。参照单数描述的也可被理解为涉及复 数的，反之亦然。
所附权利要求中的括号内包括的数字意图帮助对权利要求的理解，且 不应当以任何方式解释为限制这些权利要求所要求保护的主题。
因此，尽管已经显示、描述并指出了应用于本发明优选实施例的本发 明的主要新颖性特征，应了解本领域技术人员可在所说明装置的形式和细 节以及其操作上做出各种省略、替换和变化。例如，显然那些元件和/或基 本以基本相同方式基本执行基本相同功能从而达到基本相同结果的方法 步骤的所有组合都在本发明的范围之内。而且应当意识到，与本发明的任 何公开形式或实施例相联系而显示和/或描述的结构和/或元件和/或方法 步骤均可以结合到任何其它的公开或描述或启示的方法或实施例中，以作 为设计选择的方案。因此，本发明旨在由所述权利要求的范围限定。
权利要求
1.一种用于车辆的横摆稳定性控制系统，包含至少一个车身力扰动检测单元(7)；和至少一个设置用于产生指示车辆横摆率的信号( id="icf0001" file="A2009100056670002C1.tif" wi="7" he="4" top= "39" left = "171" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>)横摆率传感器(5)；以及响应横摆率误差并设置用于向用于执行车辆横摆稳定性控制运转(6)的系统提供输入的控制器，其特征在于所述控制器响应检测到的车身力扰动进一步配置用于激活所述控制器的横摆角控制部分(1)以开始执行所述横摆角误差的控制以便获得由所述车身力扰动导致的所述车辆横摆角的修正；以及将信号输入所述用于执行车辆横摆稳定性控制运转(6)的系统以执行车身力扰动横摆稳定性控制运转用于消除由所述车身力扰动导致的所述车辆横摆角并使所述车辆回到车身力扰动之前的朝向。
2. 根据权利要求1所述的横摆稳定性控制系统，其特征在于所述控 制器设置用于通过对所述横摆率从"度/秒"至"度"进行积分来执行所述 横摆角误差(Ww)的控制，其中作为所述感应到的横摆率(*^)的积分 和所述横摆率目标(*re/)的积分之间的差值获得所述横摆角误差(yOT)。
3. 根据权利要求2所述的横摆稳定性控制系统，其特征在于所述控制器设置用于在即将检测到所述车身力扰动之前开始所述横摆率的积分。
4. 根据权利要求3所述的横摆稳定性控制系统，其特征在于所述控 制器配置用于在检测到所述车身力扰动之前0.1秒-1秒开始所述横摆率的 积分。
5. 根据权利要求4所述的横摆稳定性控制系统，其特征在于所述控 制器配置用于在围绕车身力扰动瞬时的预定时间段对所述横摆率进行积 分。
6. 根据权利要求5所述的横摆稳定性控制系统，其特征在于所述控 制器配置用于使用窗口积分在围绕车身力扰动瞬时的预定时间段对所述 横摆率进行积分，通过所述窗口积分越过限定的时间窗口对横摆率误差积 分。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的横摆稳定性控制系统，其特 征在于设置所述控制器这样所述横摆角控制部分的影响将朝着所述预定 时间段的结束减弱以便逐渐将完全控制返还给所述车辆的驾驶员。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的横摆稳定性控制系统，其特 征在于所述控制器设置用于将信号输入用于执行车辆横摆稳定性控制运 转(6)的系统以执行车身力扰动横摆稳定性控制运转用于消除由所述车 身力扰动导致的所述车辆横摆角并通过执行制动干预使所述车辆回到车 身力扰动之前的朝向。
9. 根据前述的权利要求中任一项所述的横摆稳定性控制系统，其特 征在于所述控制器设置用于当所述车辆的侧滑角(々)降到40度以下则 结束所述预定时间段和横摆角控制。
10. —种机动车辆，其特征在于其包含根据前述权利要求中任一项的 横摆稳定性控制系统。
11. 一种用于控制用于车辆的横摆稳定性控制系统的方法，所述车辆 包含至少一个车身力扰动检测单元(7);和至少一个设置用于产生指示 车辆横摆率的信号横摆率传感器(5);以及响应横摆率误差并设 置用于向用于执行车辆横摆稳定性控制运转(6)的系统提供输入的控制 器，其特征在于所述方法包含下列步骤设置所述控制器用于响应检 测到的车身力扰动激活所述控制器的横摆角控制部分(1)以开始执行所 述横摆角误差的控制以便获得由所述车身力扰动导致的所述车辆横摆角 的修正；以及将信号输入所述用于执行车辆横摆稳定性控制运转(6)的系统以执行车身力扰动横摆稳定性控制运转用于消除由所述车身力扰动导致的所 述车辆横摆角并使所述车辆回到车身力扰动之前的朝向。
全文摘要
本发明涉及一种用于车辆的横摆稳定性控制系统。至少一个横摆率传感器(5)设置用于产生指示车辆横摆率的信号。控制器响应横摆率误差(ψ<sub>err</sub>)。该控制器设置用于响应被至少一个车身力扰动检测单元(7)检测到的车身力扰动来激活控制器的横摆角控制部分(1)，并开始执行横摆角误差的控制以便获得由车身力扰动导致的车辆横摆角的修正，并将信号输入用于执行车辆横摆稳定性控制运转(6)的系统以执行车身力扰动横摆稳定性控制性运转用于消除由车身力扰动导致的车辆横摆角并使车辆回到车身力扰动之前的朝向。
文档编号B60W30/08GK101565044SQ20091000566
公开日2009年10月28日 申请日期2009年2月16日 优先权日2008年4月25日
发明者吕健波, 力 徐, 本特·雅各布森, 迈克尔·托尔 申请人:福特全球技术公司