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原文传递一种基于电动助力转向装置的车辆防侧翻系统及控制方法

专利名称：	一种基于电动助力转向装置的车辆防侧翻系统及控制方法
摘要：	本发明公开了一种基于电动助力转向装置的车辆防侧翻系统及控制方法，所述车辆防侧翻系统包含传感器模块、电动助力转向装置、侧翻评价单元、转角限制单元，所述传感器模块包含车速传感器、方向盘转角传感器、坡度角传感器、车身侧倾角传感器、横摆角速度传感器。本发明通过转角限制单元在车辆侧倾角超过阈值时计算出安全的汽车车轮转角，传递给电动助力转向装置的电子控制单元，通过角度闭环系统使过大的汽车车轮转角减少到安全值，从而进行防侧翻控制，避免了汽车在行驶时发生侧翻，适用于任意使用电动助力转向装置的车辆，具有普遍适用性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	华南理工大学
发明人：	严汶均;吕辉;上官文斌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-09T00:00:00+0800
申请号：	CN201910353704.X
公开号：	CN110103950A
代理机构：	广州粤高专利商标代理有限公司
代理人：	何淑珍;黄海波
分类号：	B60W30/04(2006.01);B;B60;B60W;B60W30
申请人地址：	510640 广东省广州市天河区五山路381号
主权项：	1.一种基于电动助力转向系统的车辆防侧翻系统，其特征在于，包括：传感器模块、电动助力转向装置、侧翻评价单元、转角限制单元，所述传感器模块包括车速传感器、方向盘转角传感器、坡道传感器、车身侧倾角传感器、横摆角速度传感器、车轮转角传感器，分别用于测量所述车辆的车速、方向盘转角、车身侧倾角、横摆角速度和车身侧倾角、车轮转角信号；所述侧翻评价单元分别和车身侧倾角传感器、坡道传感器相连，根据接收到的坡道角数据计算出理论侧倾角以及理论侧向加速度，并与所述侧倾角传感器所得的侧倾角数据对比，若侧倾角数据大于理论侧倾角则发送报警和理论侧向加速度信号至转角限制单元；所述的转角限制单元与车速传感器、方向盘转角传感器、横摆角速度传感器相连，用于根据车速传感器、方向盘转角传感器感应数据结合汽车二自由度模型计算出理想的车轮转角，并将其发送到电动助力转向装置；所述电动助力转向装置通过CAN网络获取车轮传感器的感应数据以及转角限制单元计算得到的理想车轮转角，使用PID控制器实现对车轮转角的控制，使车轮转角能达到理想值。 2.根据权利要求1所述的基于电动助力转向系统的车辆防侧翻系统，其特征在于，所述电动助力转向装置具体包括方向盘、转向管柱、中间轴、助力电机、蜗轮蜗杆减速器、齿轮齿条减速器、转向机构以及电子控制单元(ECU)，所述电子控制单元通过CAN网络分别与侧翻评价单元、转角限制单元、转角传感器、车速传感器进行数据交换，并通过控制助力电机的助力力矩实现对车轮转角的控制。 3.一种如权利要求1或2中任一项所述车辆防侧翻系统的控制方法，其特征在于，包含步骤： S1：坡道传感器、侧倾角传感器分别感应所述道路的坡道角、车辆的侧倾角，并将所得数据传递给侧翻评价单元；横摆角速度传感器感应所述汽车的横摆角速度，并将感应数据传递给转角限制单元；车速传感器、方向盘转角传感器感应所述汽车的车速、方向盘转角，并将感应数据传递给转角限制单元以及电动助力转向装置的电子控制单元； S2：侧翻评价单元根据接收到的坡道角数据计算出理论侧倾角以及理论侧向加速度，并与所述侧倾角传感器所得的侧倾角数据对比，若侧倾角数据大于理论侧倾角则发送报警信号和理论侧向加速度至转角限制单元； S3：转角限制单元接受到报警后，根据车速信号、方向盘转角信号、理论侧向加速度信号结合汽车二自由度模型计算得到理论车轮转角，并将所述理论车轮转角传递给电动助力转向系统的电子控制单元，作为角度闭环的目标角度； S4：电动助力转向装置的电子控制单元根据接收到的理论车轮转角作为角度闭环的目标角度控制所述车辆的前轮转角。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S2中，计算所述理论侧倾角时，先由以下公式得到静态侧翻角Φ，忽略汽车悬架及轮胎的弹性变形可得：其中，ay为侧向加速度，B为汽车轮距，hg为汽车质心高度，β为坡度角，Fzi为汽车内侧轮胎的垂直反力，当汽车内侧轮胎垂直反力Fzi等于0后，可得静态侧翻角Φ，将所述静态侧翻角Φ作为理论侧倾角，超过静态侧翻角Φ汽车将会发生侧翻：为了令计算结果更贴近实际情况，使用汽车在阶跃转向工况时将瞬态侧翻角Φ1作为作为理论侧倾角用于汽车侧翻评价，对于轿车和多用途车辆，瞬态侧翻角Φ1为： Φ1＝0.7Φ 对于货车，瞬态侧翻角Φ1为： Φ1＝0.5Φ；对比瞬态侧翻角Φ1与侧倾角传感器的检测数值，若侧倾角检测数值比瞬态侧翻角Φ1要大，则置起报警标志，传递报警信号与侧翻角对应的侧向加速度给转角限制单元。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，将当前时刻及相邻若干时刻的平均坡度值作为当前时刻的坡度值用于瞬态侧翻角的计算。 6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S2采用当前时刻及相邻若干时刻的平均瞬态侧翻角作为当前时刻的瞬态侧翻角。 7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述根据车速信号、方向盘转角信号、理论侧向加速度信号结合汽车二自由度模型计算得到理论车轮转角的汽车二自由度模型由以下公式表示：其中，ax纵向加速度，ay为侧向加速度，u为纵向车速，v为侧向车速，wr为横摆角速度，m为汽车质量，k1、k2分别为前、后轮侧偏刚度，a、b分别为前、后轮质心距，Iz为汽车绕z轴的转动惯量，βs为质心侧偏角，δ为车轮转角，所述质心侧偏角βs以及车轮转角δ为未知数，通过联立方程式即可得到所述理论车轮转角。 8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：电动助力转向装置的电子控制单元根据理论车轮转角信号、车轮转角传感器的感应数据并通过PID控制器构成角度闭环控制系统，控制助力电机的助力力矩使将要侧翻车辆的转向角度强制减少，使车轮转角回到理论值。 9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述PID控制器中包括比例-积分-微分模块，其中比例-积分-微分参数的调试将在电动助力转向装置台架上实现。 10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述PID控制器的比例-积分-微分参数随车速变化而变化，以避免高速行驶时转向过快引发意外。
所属类别：	发明专利