主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制方法及系統的製作方法
2023-06-05 06:40:51 1
主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制系統，採用空氣動力學的方法產生作用在車身上的輔助空氣動力和橫擺力偶矩。在車輛車速大於或等於80Km/h行駛時，穩定性控制系統根據駕駛員輸入的轉向盤角度、油門踏板位置、和制動主缸壓力等信號判斷駕駛員的行車意圖，又根據橫擺角速度、側向加速度，判斷車輛的真實行駛工況，通過調節主動風翼板的開度主動改變車輛左、右側的迎風面積而產生的空氣阻力之差直接構成輔助氣動橫擺力偶矩，同時通過對車輛左右側驅制動力控制，以操縱車輛，使車輛行駛狀況儘可能地接近駕駛員的行車意圖。
【專利說明】主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制方法及系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及汽車控制領域，特別是一種主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制 方法及系統。
【背景技術】
[0002] 傳統的車輛穩定性控制系統（ESP)主要在大側向加速度、大側偏角的極限工況下 工作，利用左右兩側制動力之差產生的橫擺力偶矩來防止出現難以控制的側滑現象，如彎 道行駛中因前軸側滑而死去路徑跟蹤能力的駛出現象及後軸側滑甩尾而失去穩定性的激 轉現象等危險工況。
[0003] ESP主要控制處於極限工況下的汽車運動，使駕駛者可以按正常駕駛方法順利通 過原本令人難以駕馭的危險工況。ESP根據駕駛員輸入的轉向盤角度、油門踏板位置與制動 系統油壓判斷駕駛員的行車意圖；又根據車輛橫擺角速度、側向加速度，判斷車輛的真實行 駛工況；ESP通過控制液壓調節制動系統，對各車輪施加制動力，同時，還可根據需要與發 動機管理系統進行通信調節發動機功率，由左右側驅/制動力之差構成所需要的車輛橫擺 力矩，以操縱車輛，使車輛行駛工況儘可能地接近駕駛員的行車意圖。
[0004] 傳統的車輛穩定性控制系統主要通過控制輪胎力來實現車輛控制，其受輪胎的垂 向載荷、路面附著係數等影響，在極限工況下(在車輛嚴重不足轉向情況下車速大於或等於 80Km/h行駛或在車輛嚴重過度轉向情況下車速大於或等於80Km/h行駛）可能工作在飽和 狀態（即穩定性控制所需的輪胎力超出輪胎所能提供的極限值)，因此其控制效果有待進一 步改善。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制方法，可有效 提1?車輛的穩定性。
[0006] 本發明採用以下方案實現：一種主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制方法， 其特徵在於：採用空氣動力學的方法產生作用在車身上的輔助空氣動力和橫擺力偶矩；在 車輛車速大於或等於80Km/h行駛時，根據駕駛員輸入的轉向盤角度、油門踏板位置、和制 動主缸壓力信號判斷駕駛員的行車意圖，又根據橫擺角速度、側向加速度，判斷車輛的真實 行駛工況，通過調節設置於車頂上的左風翼板、右風翼板的開度主動改變車輛左、右側的迎 風面積而產生的空氣阻力之差直接構成輔助氣動橫擺力偶矩，同時通過對車輛左、右側車 輪的驅動/制動控制，以操縱車輛，使車輛行駛狀況接近駕駛員的行車意圖。
[0007] 在本發明一實施例中，對左、右風翼板、左、右側車輪進行控制由實現車輛穩定性 控制所需的橫擺力偶矩尾的正負所決定；以車輛的質心為坐標原點在俯視圖上車輛穩定性 控制所需的橫擺力偶矩尾繞z軸逆時針方向為正，反之為負；設橫擺力矩的控制死區閾值 為馬w且為^>〇,即當-時不進行穩定性控制，即左、右風翼板開度均為零，左、 右車輪不控制；當筆># &3，時對左風翼板以及右側車輪進行制動控制，反之對右風翼板及左 側車輪進行制動控制；在車輛車速大於或等於80Km/h行駛時ECU不斷採集風向風速信息 且計算單側風翼板所能提供的空氣阻力，並計算出由差動氣動力所產生的氣動輔助橫擺力 偶矩的極限值#__;當#~〈I 4 I〈1你_」時，控制相應側的風翼板開度調節該側的迎風 面積產生氣動輔助橫擺力矩；當I 4 I >/#_」時，控制目標側風翼板全開，同時提高該側 車輪目標滑移率降低另一側車輪目標滑移率，以降低該側車輪驅動力提高另一側車輪驅動 力，以減小車輛橫擺角速度偏差使車輛回到目標行駛方向。
[0008] 在本發明一實施例中，兩側車輪滑移率的控制通過調節發動機輸出轉矩和車輪輪 缸的制動壓力來實現。
[0009] 本發明的另一目的是提供一種主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制系統，其 特徵在於：由四輪輪速傳感器、橫擺角速度傳感器、側向加速度傳感器、轉向盤轉角傳感器、 制動主缸壓力傳感器、風向風速傳感器、左/右風翼板調節裝置、左/右風翼板開度傳感器、 車輛穩定控制電控單元、制動系統組成，所述車輛穩定控制電控單元接收輪速傳感器、橫擺 角速度傳感器、側向加速度傳感器、轉向盤轉角傳感器、風向風速傳感器信號；通過計算向 風翼板調節裝置發出開度控制指令，並向發動機和制動系統發出驅動/制動控制指令，實 現兩側空氣動力控制與兩側車輪驅動/制動控制，達到控制車輛穩定性的目的。
[0010] 在本發明一實施例中，對左、右風翼板、左、右側車輪進行控制由實現車輛穩定性 控制所需的橫擺力偶矩尾的正負所決定；以車輛的質心為坐標原點在俯視圖上車輛穩定性 控制所需的橫擺力偶矩尾繞Z軸逆時針方向為正，反之為負；設橫擺力矩的控制死區閾值 為馬^且為^>〇,即當-時不進行穩定性控制，即左、右風翼板開度均為零，左、 右車輪不控制；當筆># &3，時對左風翼板以及右側車輪進行制動控制，反之對右風翼板及左 側車輪進行制動控制；在車輛車速大於或等於80Km/h行駛時ECU不斷採集風向風速信息 且計算單側風翼板所能提供的空氣阻力，並計算出由差動氣動力所產生的氣動輔助橫擺力 偶矩的極限值#__;當#~〈I 4 I〈1你_」時，控制相應側的風翼板開度調節該側的迎風 面積產生氣動輔助橫擺力矩；當I 4 I >/#_」時，控制目標側風翼板全開，同時提高該側 車輪目標滑移率降低另一側車輪目標滑移率，以降低該側車輪驅動力提高另一側車輪驅動 力，以減小車輛橫擺角速度偏差使車輛回到目標行駛方向。
[0011] 本發明適用於車速大於或等於80Km/h行駛的車輛(包含乘用車和商用車)，通過在 車頂加裝兩組主動風翼板，可控地改變車輛左右側的迎風面積，產生輔助橫擺力偶矩，減輕 傳統車穩定性控制系統中輪胎的工作負荷(避免輪胎工作在飽和狀態)。在無需啟動車輛穩 定性控制的情況下（即正常行駛工況）關閉主動風翼板（即主動風翼板的開度為0)，不會產 生額外的空氣阻力。在需啟動車輛穩定控制的情況下（即極限工況)，由E⑶控制左右側主 動風翼板的開度和左右側車輪的滑移率產生輔助橫擺力偶矩。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制系統結構示意圖。圖中，1為制動 器，2為輪速傳感器，3為制動力調節裝置，4為制動主缸壓力傳感器，5為轉向盤，6為轉向盤 轉角傳感器，7為穩定性控制系統的電控單元（ESP ECU)，8為車輛橫擺角速度傳感器和側 向加速度傳感器，9為主動空氣動力調節裝置（主動風翼板），10為風翼開度傳感器、11為 風向風速傳感器，12為發動機電控單元（Engine E⑶)，13為發動機。
[0013] 圖2安裝有主動風翼板的車輛示意圖。
[0014] 圖3在車速大於或等於80Km/h行駛工況下車輛行駛穩定性控制流程圖。
[0015] 圖4車輛穩定性控制執行機構示意圖。圖中，14為左前輪，15為左風翼板，16為左 後輪，17為右後輪,18為右風翼板,19為右前輪。
[0016] 圖5在車輛嚴重不足轉向情況下車速大於或等於80Km/h行駛時車輛穩定性控制 效果示意圖。
[0017] 圖6在車輛嚴重過度轉向情況下車速大於或等於80Km/h行駛時車輛穩定性控制 效果示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明 的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0019] 在以下描述中闡述了具體細節以便於充分理解本發明。但是本發明能夠以多種不 同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類 似推廣。因此本發明不受下面公開的【具體實施方式】的限制。
[0020] 本實施例提供一種主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制方法，其特徵在於： 採用空氣動力學的方法產生作用在車身上的輔助空氣動力和橫擺力偶矩；在車輛車速大於 或等於80Km/h行駛時，根據駕駛員輸入的轉向盤角度、油門踏板位置、和制動主缸壓力信 號判斷駕駛員的行車意圖，又根據橫擺角速度、側向加速度，判斷車輛的真實行駛工況，通 過調節設置於車頂上的左風翼板、右風翼板的開度主動改變車輛左、右側的迎風面積而產 生的空氣阻力之差直接構成輔助氣動橫擺力偶矩，同時通過對車輛左、右側車輪的驅動/ 制動控制，以操縱車輛，使車輛行駛狀況接近駕駛員的行車意圖。
[0021] 在本發明一實施例中，對左、右風翼板、左、右側車輪進行控制由實現車輛穩定性 控制所需的橫擺力偶矩尾的正負所決定；以車輛的質心為坐標原點在俯視圖上車輛穩定性 控制所需的橫擺力偶矩尾繞Z軸逆時針方向為正，反之為負；設橫擺力矩的控制死區閾值 為馬w且為^>〇,即當-時不進行穩定性控制，即左、右風翼板開度均為零，左、 右車輪不控制；當筆># &3，時對左風翼板以及右側車輪進行制動控制，反之對右風翼板及左 側車輪進行制動控制；在車輛車速大於或等於80Km/h行駛時ECU不斷採集風向風速信息 且計算單側風翼板所能提供的空氣阻力，並計算出由差動氣動力所產生的氣動輔助橫擺力 偶矩的極限值#__;當#~〈I 4 I〈1你_」時，控制相應側的風翼板開度調節該側的迎風 面積產生氣動輔助橫擺力矩；當I 4 I >/#_」時，控制目標側風翼板全開，同時提高該側 車輪目標滑移率降低另一側車輪目標滑移率，以降低該側車輪驅動力提高另一側車輪驅動 力，以減小車輛橫擺角速度偏差使車輛回到目標行駛方向。兩側車輪滑移率的控制通過調 節發動機輸出轉矩和車輪輪缸的制動壓力來實現。
[0022] 請參照圖1，圖1主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制系統結構示意圖，本發 明所述的主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制系統由四輪輪速傳感器、橫擺角速度傳 感器、側向加速度傳感器、轉向盤轉角傳感器、制動主缸壓力傳感器、風向風速傳感器、主動 空氣動力調節裝置(主動風翼板)、風翼板開度傳感器、車輛穩定控制電控單元（ECU)、制動 力調節裝置和制動器組成，如圖1所示。車輛穩定控制電控單元（ECU)接收輪速傳感器、橫 擺角速度傳感器、側向加速度傳感器、轉向盤轉角傳感器、風向風速傳感器信號，通過計算 向王動氣動系統發出開度控制指令並向發動機和制動系統發出驅動/制動控制指令，實現 兩側空氣動力控制與兩側車輪驅動/制動控制，達到控制車輛穩定性的目的，且可用利用 空氣阻力之和控制車輛縱向減速度。由汽車空氣動力學原理，車輛兩側空氣動力控制可通 過調節兩側風翼板開度以改變兩側的迎風面積來實現。由輪胎-地面力學原理，車輛兩側 車輪驅動/制動力控制可通過調節兩側車輪目標滑轉率來實現。
[0023] 車輛與空氣相對運動並相互作用，會在車身上產生一個空氣阻力巧和升力巧，如 下式：
【權利要求】
1. 一種主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制方法，其特徵在於：採用空氣動力學 的方法產生作用在車身上的輔助空氣動力和橫擺力偶矩；在車輛車速大於或等於80Km/h 行駛時，根據駕駛員輸入的轉向盤角度、油門踏板位置、和制動主缸壓力信號判斷駕駛員的 行車意圖，又根據橫擺角速度、側向加速度，判斷車輛的真實行駛工況，通過調節設置於車 頂上的左風翼板、右風翼板的開度主動改變車輛左、右側的迎風面積而產生的空氣阻力之 差直接構成輔助氣動橫擺力偶矩，同時通過對車輛左、右側車輪的驅動/制動控制，以操縱 車輛，使車輛行駛狀況接近駕駛員的行車意圖。
2. 根據權利要求1所述的主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制方法，其特徵 在於：對左、右風翼板、左、右側車輪進行控制由實現車輛穩定性控制所需的橫擺力偶矩 尾的正負所決定；以車輛的質心為坐標原點在俯視圖上車輛穩定性控制所需的橫擺力偶 矩尾繞z軸逆時針方向為正，反之為負；設橫擺力矩的控制死區閾值為且#&,>0,即 當-來時不進行穩定性控制，即左、右風翼板開度均為零，左、右車輪不控制；當 尾〉為^時對左風翼板以及右側車輪進行制動控制，反之對右風翼板及左側車輪進行制動控 制；在車輛車速大於或等於80Km/h行駛時ECU不斷採集風向風速信息且計算單側風翼板所 能提供的空氣阻力，並計算出由差動氣動力所產生的氣動輔助橫擺力偶矩的極限值#"_ ; 當#&,〈| 4 | /#_」時，控制目標側風翼板全開，同時提高該側車輪目標滑移率降低 另一側車輪目標滑移率，以降低該側車輪驅動力提高另一側車輪驅動力，以減小車輛橫擺 角速度偏差使車輛回到目標行駛方向。
3. 根據權利要求2所述的主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制方法，其特徵在 於：兩側車輪滑移率的控制通過調節發動機輸出轉矩和車輪輪缸的制動壓力來實現。
4. 一種主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制系統，其特徵在於：由四輪輪速傳感 器、橫擺角速度傳感器、側向加速度傳感器、轉向盤轉角傳感器、制動主缸壓力傳感器、風向 風速傳感器、左/右風翼板調節裝置、左/右風翼板開度傳感器、車輛穩定控制電控單元、制 動系統組成，所述車輛穩定控制電控單元接收輪速傳感器、橫擺角速度傳感器、側向加速度 傳感器、轉向盤轉角傳感器、風向風速傳感器信號；通過計算向風翼板調節裝置發出開度控 制指令，並向發動機和制動系統發出驅動/制動控制指令，實現兩側--氣動力控制與兩側 車輪驅動/制動控制，達到控制車輛穩定性的目的。
5. 根據權利要求1所述的主動空氣動力輔助控制的車輛穩定性控制系統，其特徵 在於：對左、右風翼板、左、右側車輪進行控制由實現車輛穩定性控制所需的橫擺力偶矩 尾的正負所決定；以車輛的質心為坐標原點在俯視圖上車輛穩定性控制所需的橫擺力偶 矩尾繞ζ軸逆時針方向為正，反之為負；設橫擺力矩的控制死區閾值為且#&,>0,即 當-來時不進行穩定性控制，即左、右風翼板開度均為零，左、右車輪不控制；當 尾〉為^時對左風翼板以及右側車輪進行制動控制，反之對右風翼板及左側車輪進行制動控 制；在車輛車速大於或等於80Km/h行駛時ECU不斷採集風向風速信息且計算單側風翼板所 能提供的空氣阻力，並計算出由差動氣動力所產生的氣動輔助橫擺力偶矩的極限值#"_ ; 當#&,〈| 4 | /#_」時，控制目標側風翼板全開，同時提高該側車輪目標滑移率降低 另一側車輪目標滑移率，以降低該側車輪驅動力提高另一側車輪驅動力，以減小車輛橫擺 角速度偏差使車輛回到目標行駛方向。
【文檔編號】B60W10/184GK104097701SQ201410369193
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】吳乙萬, 趙雲 申請人:福州大學