[发明专利]一种汽车转向稳定性控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车智能转向领域，尤其涉及一种汽车转向稳定性控制系统及其控制方法。

背景技术

汽车的稳定性是指当驾驶员通过操纵方向盘而给定汽车一个行驶方向时，汽车能够抵御企图改变其行驶轨迹的外力或外力矩等各种干扰而保持稳定行驶的能力。汽车稳定性的好坏将直接影响其操纵性的优劣，稳定性的丧失常易导致驾驶员失去对车辆的控制，使得车辆的动态行为变得不可预测，从而引发严重的交通事故。

主动前轮转向系统通过转向转角的叠加，可根据车速控制转向转动比的大小，实现理想转向传动比，通过系统力特性的控制，实现转向轻便性和转向路感的协调统一。另一方面，汽车在行驶过程中时常会遭遇各种意外情况，例如路面附着系数的变化，侧向风干扰等，这些外界干扰都会对汽车的行驶稳定性产生巨大的影响，且驾驶员一般无法及时而准确的对此做出修正。此外，轮胎的非线性特性也会对汽车行驶特性产生影响，当汽车运行在非线性范围内时，驾驶员将很难按自己的意志对汽车进行操纵。主动前轮转向系统可通过对前轮施加附加转角产生附加的横摆力矩，控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角，保持车辆行驶稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种汽车转向稳定性控制系统及其控制方法，可有效提高汽车在危险工况以及各种干扰下的行驶稳定性，能够避免各种危险情况的发生，极大地提高了行车安全性能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种汽车稳定性控制系统，包含齿轮齿条转向器、助力电机、蜗轮蜗杆、转向电机、双行星排齿轮机构、电子控制单元ECU、方向盘转矩传感器、方向盘转角传感器车速传感器、横摆角速度传感器、质心侧偏角传感器、侧向加速度传感器和前轮转角传感器；

所述齿轮齿条转向器的输入端和所述蜗轮蜗杆的输出端连接、输出端通过转向横拉杆与汽车两个前轮的车轴连接；

所述蜗轮蜗杆的一个输入端和所述助力电机的输出端连接，另一个输入端和所述双行星排齿轮机构的输出端连接；

所述双行星排齿轮机构的一个输入端和所述转向电机的输出端连接，另一个输入端依次通过方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器连接；

所述方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器分别用于获取汽车方向盘的转角、汽车方向盘的转矩后将其传递给所述电子控制单元ECU；

所述车速传感器、横摆角速度传感器、质心侧偏角传感器、侧向加速度传感器均设置在汽车上，分别用于获取汽车的车速、横摆角速度、质心侧偏角和侧向加速度后将其传递给所述电子控制单元ECU；

所述前轮转角传感器设置在汽车的一个前轮的轮毂上，用于获得汽车的前轮转角，并将其传递给所述电子控制单元ECU；

所述电子控制单元ECU分别和所述车速传感器、横摆角速度传感器、质心侧偏角传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器、前轮转角传感器、助力电机、转向电机电气相连，用于根据接收到的汽车方向盘的转矩、方向盘的转角、车速、横摆角速度、质心侧偏角、侧向加速度、前轮转角控制所述转向电机、助力电机工作，以提高汽车的稳定性。

本发明还公开了一种基于该汽车稳定性控制系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤1)，当驾驶员转动汽车的方向盘时，电子控制单元ECU通过方向盘转角传感器、车速传感器采集到汽车方向盘的转角以及汽车的车速，根据变传动比规律及参考模型得到汽车该时刻的理想横摆角速度；

步骤2)，电子控制单元ECU建立整车转向二自由度模型以及齿轮齿条转向器模型，并根据整车转向二自由度模型、齿轮齿条转向器模型求取鲁棒控制器；

步骤3)，通过横摆角速度传感器采集实时的横摆角速度，将实时的横摆角速度与求得的理想横摆角速度做差得到横摆角速度差值，并将横摆角速度差值输入到鲁棒控制器；

步骤4)，鲁棒控制器根据输入的横摆角速度差值计算出需要增加的附加转角，电子控制单元ECU控制转向电机工作，使得双行星齿轮机构将所述附加转角与方向盘转角进行叠加后输入到齿轮齿条转向器，并传递到汽车前轮；

步骤5)，电子控制单元ECU根据所述附加转角信号控制助力电机输出相应的力矩，并通过蜗轮蜗杆机构将力矩作用到齿轮齿条转向器，提供转向助力力矩以减轻驾驶员负担。

作为本发明一种汽车稳定性控制系统的控制方法进一步的优化方案，所述步骤1)中理想横摆角速度r^*的计算公式如下：