一种转向耦合主动悬架抗侧翻集成控制装置及其控制方法与流程

本发明涉及汽车安全领域，特别是涉及一种转向耦合主动悬架抗侧翻集成控制装置及其控制方法。

背景技术：

微型客车一般有轮距较小、重心高、悬架刚度小等特点，令其在道路行驶时更容易发生侧翻事故。单一控制系统的抗侧翻，很多专家学者都进行了相关研究，不同的单一系统的抗侧翻控制，都有不同的优缺点，例如差动制动，可以基于防抱死刹车系统abs或电子机械制动emb等来设计控制器，易于实现，成本低，但防倾翻效果有限；对于主动防倾翻杆，防倾翻效果较好，但系统复杂，成本较高；主动悬架防侧翻抗侧翻力矩大，防倾翻效果好，适合于各种车辆，但需要额外增加硬件，成本高，电液悬架时滞时间过长等；主动转向控制在提高车辆倾翻稳定性的同时，减小了侧向加速度，但降低了车辆转弯能力和车道保持能力，改变了驾驶员的驾驶意图，使汽车不能有效地规避障碍。主动转向系统耦合主动悬架系统抗侧翻通过集成控制，可以合理利用两种控制系统优点，避开控制系统的缺点。单一控制系统的抗侧翻效果有限，主动转向系统耦合主动悬架系统抗侧翻集成控制通过合理的力矩分配，在常规工况和极限工况下，提高汽车的主动安全指标，改善车辆的抗侧翻性能，可以取得较单一控制系统更好的抗侧翻效果。

技术实现要素：

本发明抗侧翻集成控制装置在建立主动转向耦合主动悬架抗侧翻动力学模型的基础上，实施集成控制，比单一的抗侧翻控制装置具有更好的抗侧翻效果，可以有效地减少因为大半径转弯、躲避障碍物等工况下汽车的侧翻所造成的交通事故，提高汽车行驶的安全性。

本发明的技术方案是：

一种转向耦合主动悬架抗侧翻集成控制装置，包括控制单元、转向控制器、悬架控制器、侧倾角传感器、主动转向系统、主动悬架系统；

所述侧倾角传感器用于测量车身侧倾角，并将其传输给所述控制单元；

所述控制单元分别与侧倾角传感器、转向控制器、悬架控制器电连接，所述控制单元根据接收到的所述侧倾角传感器测量的车身侧倾角信号利用侧翻预警算法进行运算，得到横向载荷转移率的绝对值作为侧翻指标，并根据运算的结果向所述转向控制器和所述悬架控制器发出控制指令；

所述转向控制器与所述主动转向系统电连接，所述转向控制器得到来自所述控制单元的控制指令后传递信号给所述主动转向系统，所述主动转向系统抗侧翻发生作用，对所述转向控制器使用h∞控制，所述主动转向系统根据车辆的运行状态和驾驶员意图，通过对前轮转向角进行适当修正主动转向可以自动调整转向角，减小车轮的转角；

所述悬架控制器与所述主动悬架系统电连接，所述悬架控制器得到来自所述控制单元的控制指令后传递信号给所述主动悬架系统，对所述主动悬架系统使用h∞控制，所述主动悬架系统控制车辆左右悬架的作用力，根据车辆状态，抬高外侧或倾斜侧车身的高度；

该控制装置通过对所述主动转向系统和所述主动悬架系统进行集成控制，使车辆在发生侧翻危险时，能对车身进行调整，使其不会发生侧翻。

进一步，所述侧倾角传感器与所述控制单元之间设有传感器信号处理机构，所述传感器信号处理机构分别与所述侧倾角传感器和所述控制单元电连接，所述传感器信号处理机构将所述侧倾角传感器输入的信号进行放大、降噪和抗干扰处理之后，再把模拟信号转换成数字信号输出到所述控制单元。

进一步，所述传感器信号处理机构包括放大电路、降噪和防干扰电路、模数转换电路，所述传感器信号处理机构先将接收到的信号通过放大电路进行放大，再将信号输入降噪和防干扰电路进行降噪、防干扰处理，最后信号通过模数转换电路进行模数转换。

进一步，通过侧翻预警算法得到横向载荷转移率的过程如下：

输入信号是车身侧倾角，横向载荷转移率的计算公式为；

式中ltr为横向载荷转移率，cs为等效侧倾阻尼系数，为汽车簧载质量侧倾角，ks为悬架等效侧倾刚度，m为整车质量，g为重力加速度，b为车辆轮距，所述控制单元根据计算出的ltr值与阈值比较，根据比较结果控制输出高电平触发控制指令信号。

进一步，所述主动转向系统采用主动前轮转向系统(afs)，主动前轮转向系统(afs)利用一套双行星齿轮机构连接汽车方向盘及车辆转向轮，通过对转向前轮施加一个附加转向角从而实现主动转向控制；当被控车辆在正常行驶的时候，可以通过传感器实时监控车辆的行驶状态，再根据侧翻趋势，计算出要在转向轮上施加的控制转矩，该控制转矩产生的转角与驾驶员的操纵转角方向相反，从而有效地降低汽车的侧向加速度；所述主动转向系统根据车辆的运行状态和驾驶员意图，通过对前轮转向角进行修正主动转向可以自动调整转向角，减小车轮的转角，并通过主动转向控制来改变车辆的运行状态，提高车辆的侧倾稳定性，避免侧翻事故的发生。

进一步，所述主动悬架系统采用全主动悬架，全主动悬架的机械结构由液压动力源、液压输出缸还有电磁控制阀门所组成，汽车的主动悬架防侧翻可以通过液压输出缸的压力改变来实现，从而产生一个可以抗侧倾的力矩，防止车辆的过度侧倾，降低由于车辆紧急转弯造成的车辆侧倾危险，改善车辆的侧倾稳定性，所述主动悬架系统将力和力矩分配到全主动悬架上，控制车辆左右悬架的作用力，根据车辆状态，抬高外侧或倾斜侧车身的高度，从而使车辆避免在高速转弯或躲避障碍物的过程中发生的侧翻危险。

进一步，该控制装置串联手动开关，从而在装置一旦发生错误时间过长时，车主可以手动关闭装置，重新打开电源可以使装置重启。

本发明还提供转向耦合主动悬架抗侧翻集成控制装置的控制方法，包括以下步骤：

s1：侧倾角传感器把车辆的车身侧倾角信号输入到传感器信号处理机构，传感器信号处理机构将传感器输入的信号进行放大、降噪、抗干扰处理之后，把模拟信号转换成数字信号输入到控制单元中去；

s2：控制单元接收侧倾角传感器传送过来的处理过的车身侧倾角信号，利用侧翻预警算法进行运算，选取ltr(横向载荷转移率)的绝对值为侧翻指标，如果ltr达到0.9的阈值，立即发出高电平触发控制指令信号给转向控制器；

s3：转向控制器接收到控制指令信号之后，转向控制器传递信号给主动转向系统，主动转向系统抗侧翻发生作用，主动转向系统对转向控制器使用h∞控制，通过主动转向抗侧翻要在保证ltr的绝对值在阈值0.9的前提下，改变转向角，从而改善主动转向控制的缺点，控制单元再次通过侧倾角传感器对车辆侧翻程度的估算，即在改变转向角后，通过侧翻预警算法再次计算ltr的绝对值是否超出0.9的阈值，假如主动转向控制可以达到抗侧翻控制的要求，即ltr绝对值没有超出0.9阈值，则控制单元不再发送信号给悬架控制器，主动悬架系统就不启动，但是如果进行主动转向控制之后，还是没有办法满足系统对抗侧翻的控制要求的情况下，即ltr绝对值超出0.9阈值，控制单元就会发出高电平触发控制指令信号给悬架控制器，悬架控制器传递信号给主动悬架系统，主动悬架系统对悬架控制器也使用h∞控制，通过主动悬架系统调整车身平衡；

s4：在改变转向角和车身两侧平衡后，控制单元再一次通过侧倾角传感器对车辆侧翻程度进行估算，通过侧翻预警算法再一次计算ltr的绝对值是否超出0.9的阈值，超出的话再次启动主动转向系统进行转向控制，循环步骤s3，直至当ltr的绝对值不超出0.9的阈值时，控制单元向转向控制器、悬架控制器发出控制信号，转向控制器、悬架控制器控制主动悬架系统和主动转向系统回位，主动悬架系统和主动转向系统恢复到原来的状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：主动转向系统耦合主动悬架系统抗侧翻可以通过合理的力矩分配，在常规工况和极限工况下，提高汽车的主动安全指标，改善车辆的抗侧翻性能。抗侧翻集成控制装置在建立主动转向耦合主动悬架抗侧翻动力学模型的基础上，实施分层集成控制，比单一的抗侧翻控制装置具有更好的抗侧翻效果，可以有效地减少因为大半径转弯、躲避障碍物等工况下汽车的侧翻所造成的交通事故。

附图说明

图1是本发明的控制装置示意图。

图2是本发明的控制装置的控制方法流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1：

如图1所示，一种转向耦合主动悬架抗侧翻集成控制装置，包括控制单元、转向控制器、悬架控制器、侧倾角传感器、主动转向系统、主动悬架系统；

所述侧倾角传感器用于测量车身侧倾角，并将其传输给所述控制单元；

所述控制单元分别与侧倾角传感器、转向控制器、悬架控制器电连接，所述控制单元根据接收到的所述侧倾角传感器测量的车身侧倾角信号利用侧翻预警算法进行运算，得到横向载荷转移率的绝对值作为侧翻指标，并根据运算的结果向所述转向控制器和所述悬架控制器发出控制指令；

所述转向控制器与所述主动转向系统电连接，所述转向控制器得到来自所述控制单元的控制指令后传递信号给所述主动转向系统，所述主动转向系统抗侧翻发生作用，对所述转向控制器使用h∞控制，所述主动转向系统根据车辆的运行状态和驾驶员意图，通过对前轮转向角进行适当修正主动转向可以自动调整转向角，减小车轮的转角；

所述悬架控制器与所述主动悬架系统电连接，所述悬架控制器得到来自所述控制单元的控制指令后传递信号给所述主动悬架系统，对所述主动悬架系统使用h∞控制，所述主动悬架系统控制车辆左右悬架的作用力，根据车辆状态，抬高外侧或倾斜侧车身的高度；

该控制装置通过对所述主动转向系统和所述主动悬架系统进行集成控制，使车辆在发生侧翻危险时，能对车身进行调整，使其不会发生侧翻。

在本实施例中，所述侧倾角传感器与所述控制单元之间设有传感器信号处理机构，所述传感器信号处理机构分别与所述侧倾角传感器和所述控制单元电连接，所述传感器信号处理机构将所述侧倾角传感器输入的信号进行放大、降噪和抗干扰处理之后，再把模拟信号转换成数字信号输出到所述控制单元。

在本实施例中，所述传感器信号处理机构包括放大电路、降噪和防干扰电路、模数转换电路，所述传感器信号处理机构先将接收到的信号通过放大电路进行放大，再将信号输入降噪和防干扰电路进行降噪、防干扰处理，最后信号通过模数转换电路进行模数转换。

在本实施例中，通过侧翻预警算法得到横向载荷转移率的过程如下：

输入信号是车身侧倾角，横向载荷转移率的计算公式为；

式中ltr为横向载荷转移率，cs为等效侧倾阻尼系数，为汽车簧载质量侧倾角，ks为悬架等效侧倾刚度，m为整车质量，g为重力加速度，b为车辆轮距，所述控制单元根据计算出的ltr值与阈值比较，根据比较结果控制输出高电平触发控制指令信号。

在本实施例中，所述主动转向系统采用主动前轮转向系统(afs)，主动前轮转向系统(afs)利用一套双行星齿轮机构连接汽车方向盘及车辆转向轮，通过对转向前轮施加一个附加转向角从而实现主动转向控制；当被控车辆在正常行驶的时候，可以通过传感器实时监控车辆的行驶状态，再根据侧翻趋势，计算出要在转向轮上施加的控制转矩，该控制转矩产生的转角与驾驶员的操纵转角方向相反,从而有效地降低汽车的侧向加速度；所述主动转向系统根据车辆的运行状态和驾驶员意图，通过对前轮转向角进行修正主动转向可以自动调整转向角，减小车轮的转角，并通过主动转向控制来改变车辆的运行状态，提高车辆的侧倾稳定性，避免侧翻事故的发生。

在本实施例中，所述主动悬架系统采用全主动悬架，全主动悬架的机械结构由液压动力源、液压输出缸还有电磁控制阀门所组成，汽车的主动悬架防侧翻可以通过液压输出缸的压力改变来实现，从而产生一个可以抗侧倾的力矩，防止车辆的过度侧倾，降低由于车辆紧急转弯造成的车辆侧倾危险，改善车辆的侧倾稳定性，所述主动悬架系统将力和力矩分配到全主动悬架上，控制车辆左右悬架的作用力，根据车辆状态，抬高外侧或倾斜侧车身的高度，从而使车辆避免在高速转弯或躲避障碍物的过程中发生的侧翻危险。

在本实施例中，该控制装置串联手动开关，从而在装置一旦发生错误时间过长时，车主可以手动关闭装置，重新打开电源可以使装置重启。

在本实施例中，该控制装置由车身自带电源进行供电，并且，控制单元采用单片机即可实现。

如图2所示，本发明还提供转向耦合主动悬架抗侧翻集成控制装置的控制方法，包括以下步骤：

s1：侧倾角传感器把车辆的车身侧倾角信号输入到传感器信号处理机构，传感器信号处理机构将传感器输入的信号进行放大、降噪、抗干扰处理之后，把模拟信号转换成数字信号输入到控制单元中去；

s2：控制单元接收侧倾角传感器传送过来的处理过的车身侧倾角信号，利用侧翻预警算法进行运算，选取ltr(横向载荷转移率)的绝对值为侧翻指标，如果ltr达到0.9的阈值，立即发出高电平触发控制指令信号给转向控制器；

s3：转向控制器接收到控制指令信号之后，转向控制器传递信号给主动转向系统，主动转向系统抗侧翻发生作用，主动转向系统对转向控制器使用h∞控制，通过主动转向抗侧翻要在保证ltr的绝对值在阈值0.9的前提下，改变转向角，从而改善主动转向控制的缺点，控制单元再次通过侧倾角传感器对车辆侧翻程度的估算，即在改变转向角后，通过侧翻预警算法再次计算ltr的绝对值是否超出0.9的阈值，假如主动转向控制可以达到抗侧翻控制的要求，即ltr绝对值没有超出0.9阈值，则控制单元不再发送信号给悬架控制器，主动悬架系统就不启动，但是如果进行主动转向控制之后，还是没有办法满足系统对抗侧翻的控制要求的情况下，即ltr绝对值超出0.9阈值，控制单元就会发出高电平触发控制指令信号给悬架控制器，悬架控制器传递信号给主动悬架系统，主动悬架系统对悬架控制器也使用h∞控制，通过主动悬架系统调整车身平衡；

s4：在改变转向角和车身两侧平衡后，控制单元再一次通过侧倾角传感器对车辆侧翻程度进行估算，通过侧翻预警算法再一次计算ltr的绝对值是否超出0.9的阈值，超出的话再次启动主动转向系统进行转向控制，循环步骤s3，直至当ltr的绝对值不超出0.9的阈值时，控制单元向转向控制器、悬架控制器发出控制信号，转向控制器、悬架控制器控制主动悬架系统和主动转向系统回位，主动悬架系统和主动转向系统恢复到原来的状态。

主动转向系统的控制策略，利用了主动转向响应速度快、易于实现、所需的控制力小、成本低的优点，也有改变了驾驶员的驾驶意图的缺点。车辆运动姿态的控制涉及到的主要车辆动力学参数包括横摆角速度、侧偏角以及侧倾角等，而转向角输入则是汽车产生横摆运动与侧向运动的直接原因，因此通过调整汽车的转向角就能够直接调整汽车的横摆运动和侧倾运动，从而实现车辆运动姿态保持控制。在实施主动转向控制抗侧翻的时候，车辆实际控制转向角为驾驶员输入转角与主动转向控制转角的和，进行主动转向抗侧翻要在保证侧翻因子ltr(横向载荷转移率)在安全值的前提下，考虑到不过多地改变汽车的行驶轨迹控制，也就是不过多地改变驾驶员的行驶转向操纵意图。主动转向抗侧翻的附加转角绝对值越大，横摆角速度就越小，也就是改变驾驶员转向意图越大。根据需要，通过主动转向抗侧翻要在保证侧翻因子ltr(横向载荷转移率)在安全值(即0.9的阈值)的前提下，适度改变转角，不过多改变转向角，从而改善主动转向控制的缺点。

主动悬架的控制策略，利用了主动悬架防侧翻抗侧翻力矩大，防倾翻效果好的优点，同时也避开了主动悬架响应时滞时间过长的缺点。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。