[发明专利]一种差动制动/驱动协调防侧翻控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种差动制动/驱动协调防侧翻控制系统，其特征在于：包括传感器单元、信号采集处理单元、侧翻预警单元、最佳抗衡摆力矩计算单元、附着系数识别单元、整车控制器VCU、差动制动/驱动协调控制单元、左前轮电机控制器、左前轮盘式制动器、左前轮轮毂电机、右前轮电机控制器、右前轮盘式制动器、右前轮轮毂电机、左后轮电机控制器、左后轮盘式制动器、左后轮轮毂电机、右后轮电机控制器、右后轮盘式制动器和右后轮轮毂电机，所述传感器单元与信号采集处理单元连接，信号采集处理单元分别与侧翻预警单元、最佳抗衡摆力矩计算单元、附着系数识别单元连接，所述侧翻预警单元与整车控制器VCU连接，整车控制器VCU、最佳抗衡摆力矩计算单元和附着系数识别单元均与差动制动/驱动协调控制单元连接；

所述传感器单元包括用于采集汽车行驶速度v的汽车速度传感器、用于采集汽车轮速ω_i的汽车轮速传感器、用于采集汽车纵向加速度a_x的纵向加速度传感器、用于采集汽车横向加速度a_y的横向加速度传感器、用于采集汽车横摆角速度ω_r的横摆角速度传感器、用于测量悬挂质量侧倾角φ的悬挂质量侧倾角传感器，用于测量悬挂质量侧倾角速度的悬挂质量侧倾角速度传感器、用于测量悬挂质量侧倾角加速度的悬挂质量侧倾角加速度传感器和用于采集驾驶员踏板信号的驱动/制动踏板信号传感器；

所述差动制动/驱动协调控制单元包括轮胎垂直载荷计算单元、轮胎最大纵向力计算单元、车轮运动形式确定单元和最佳抗衡摆力矩分配单元；

传感器单元将采集到的数据输入到信号采集处理单元，信号采集处理单元将汽车横向加速度a_y、悬挂质量侧倾角φ输入到侧翻预警单元判断汽车是否存在侧翻危险，若判断汽车存在侧翻危险，侧翻预警单元输出危险信号到整车控制器VCU，整车控制器VCU输出信号启动差动制动/驱动协调控制单元，信号采集处理单元将汽车纵向加速度a_x、汽车横摆角速度ω_r、悬挂质量侧倾角速度悬挂质量侧倾角加速度输入到最佳抗衡摆力矩计算单元，最佳抗衡摆力矩计算单元输出最佳抗衡摆力矩ΔM并输入到车轮运动形式确定单元，同时信号处理单元将整车控制器VCU将驾驶员踏板信号输入到车轮运动形式确定单元，车轮运动形式确定单元输出车轮运动形式结果到最佳抗衡摆力矩分配单元，附着系数识别单元计算各个车轮在各自滑移率λ下的附着系数μ_i(λ)，将结果输入到轮胎最大纵向力计算单元，整车控制器VCU将汽车加速度a_x输入到轮胎垂直载荷计算单元，轮胎垂直载荷计算单元将各个车轮的垂向载荷F_zi输入到轮胎最大纵向力计算单元，i＝1，2，3，4，其中1代表左前轮，2代表右前轮，3代表左后轮，4代表右后轮；轮胎最大纵向力计算单元计算出各个轮胎所能提供的最大纵向力F_{xi_max}，i＝1，2，3，4，其中1代表左前轮，2代表右前轮，3代表左后轮，4代表右后轮；将结果输入到最佳抗衡摆力矩分配单元，最佳抗衡摆力矩分配单元根据最大纵向力F_{xi_max}发送调整信号到车轮运动形式确定单元，车轮运动形式确定单元将调整的车轮运动形式结果输入最佳抗衡摆力矩分配单元，最佳抗衡摆力矩分配单元将最终车轮纵向力分配结果输入到整车控制器VCU，整车控制器VCU控制左前轮电机控制器、右前轮电机控制器、左后轮电机控制器、右后轮电机控制器使左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机输出转矩和控制左前轮盘式制动器、右前轮盘式制动器、左后轮盘式制动器、右后轮盘式制动器工作提供制动力矩。

2.一种如权利要求1所述的差动制动/驱动协调防侧翻控制系统的控制方法，其特征在于：

所述控制方法包括以下步骤：

步骤1)确定汽车是否存在侧翻危险，是否启动差动制动/驱动防侧翻控制

信号采集处理单元通过传感器单元采集汽车横向加速度a_y、悬挂质量侧倾角φ，将数据发送到侧翻预警单元，计算横向载荷转移率LTR，LTR计算公式如下：

式中，m为汽车整车质量；m_s为悬挂质量；h为悬挂质量质心距侧倾轴的距离；h_r为侧倾中心距地面的距离；g为重力加速度；B为轮距；

定义汽车的LTR阈值LTR_t＝0.8，当|LTR|≥0.8时则判断汽车有侧翻危险，整车控制器VCU发出指令使差动制动/驱动协调控制单元工作启动差动制动/驱动防侧翻控制；当|LTR|＜0.8时，整车控制器VCU控制传感器单元重复采集数据计算横向载荷转移率LTR；

步骤2)初次确定车轮运动形式以及车轮制动力或驱动力的分配

最佳抗衡摆力矩单元输出最佳抗衡摆力矩ΔM并输入到车轮运动形式确定单元，整车控制器VCU输出驾驶员踏板信号到车轮运动形式确定单元；最佳抗衡摆力矩分配单元根据车轮运动形式确定单元确定的车轮运动形式分配汽车轮胎纵向力，定义车轮前进方向为正，按照如下公式进行纵向力大小分配：

式中，F_x1为左前轮纵向力；F_x2为右前轮纵向力；F_x3为左后轮纵向力；F_x4为右后轮纵向力；

步骤3)车轮运动形式的调整及车轮制动力或驱动力的重新分配

信号采集处理单元将汽车纵向加速度a_x输入到整车控制器VCU，整车控制器VCU将纵向加速度a_x输入到轮胎垂直载荷计算单元，计算出当前每个车轮垂直载荷F_zi，计算公式如下：

式中，F_z1为左前轮垂向载荷；F_z2为右前轮垂向载荷；F_z3为左后轮垂向载荷；F_z4为右后轮垂向载荷；a为前车轮中心到汽车质心的距离；b为后轮中心到汽车质心的距离；h_g为整车质心高度；

信号采集处理单元将汽车速度v、各个车轮轮速ω_i，汽车纵向加速度a_x输入到附着系数识别单元，附着系数识别单元将各个车轮当前滑移率下的附着系数μ_i(λ)输入到轮胎最大纵向力计算单元，轮胎最大纵向力计算单元计算出已经分配纵向力的车轮在垂直载荷和附着系数约束条件下所能提供的最大纵向力F_{xi_max}计算公式如下：

F_{xi_max}＝μ_i(λ)F_zi (4)

式中，μ_i(λ)为车轮附着系数，i＝1，2，3，4；F_zi为车轮垂直载荷，i＝1，2，3，4；

将根据驾驶员踏板信号和最佳抗衡摆力矩所分配的采取制动或驱动操作的车轮受力的大小与该车轮在垂直载荷和附着系数约束条件下所能提供的最大纵向力相比较，若所有已经施加纵向力的车轮受力满足条件F_xi≤F_{xi_max}，i＝1，3或2，4，其中1代表左前轮，2代表右前轮，3代表左后轮，4代表右后轮，则差动制动/驱动协调控制单元输出初次分配的车轮纵向力大小到整车控制器VCU；若初次分配纵向力的车轮受力大小存在F_xi＞F_{xi_max}，则进行车轮运动形式的调整；

按照如下公式进行制动力或驱动力的重新分配：

式中，F′_x1为重新分配的左前轮纵向力,F′_x2为重新分配的右前轮纵向力,F′_x3为重新分配的左后轮纵向力,F′_x4为重新分配的右后轮纵向力；

若重新分配后的车轮纵向力大小满足F′_xi＜F_{xi_max}，其中i＝1，2，3，4，则差动制动/驱动协调控制单元输出重新调整的车轮运动形式和式(5)分配的车轮纵向力大小到整车控制器VCU；

步骤4)车轮制动力或驱动力重新分配的修正

若重新分配后存在车轮纵向力满足F′_xi≥F_{xi_max}，则进行车轮制动力或驱动力重新分配的修正，使所有车轮的受力满足：

式中F″_x1为修正的左前轮纵向力，F″_x2为修正的右前轮纵向力，F″_x3为修正的左后轮纵向力，F″_x4为修正的右后轮纵向力；

若在修正后所有车轮均达到附着极限或

则提醒驾驶员采取紧急转向和刹车保证汽车行驶稳定性；

步骤5)差动制动/驱动协调控制单元输出结果的执行

差动制动/驱动协调控制单元将最终分配的车轮纵向力结果输入到整车控制器VCU，整车控制器VCU控制左前轮电机控制器、右前轮电机控制器、左后轮电机控制器、右后轮电机控制器，使左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机输出转矩和控制左前轮盘式制动器、右前轮盘式制动器、左后轮盘式制动器、右后轮盘式制动器工作提供制动力矩，实施相应差动制动/驱动操作且差动制动/驱动协调控制单元通过传感器单元实时采集的汽车运动状态数据调整差动制动/驱动操作。