[发明专利]一种基于控制力矩陀螺的车辆防侧翻方法

说明书

本发明涉及车辆抗侧翻领域，具体涉及一种基于控制力矩陀螺的车辆防侧翻方法。本发明在车辆转向或受到外部干扰激励下，测量装置检测车辆的响应，结合车辆本身的悬架机构动力学，通过车辆侧翻模型估计车辆的状态，控制力矩陀螺产生几千N·m的扭矩，用来保持车身的平衡，使车辆在任何情况下甚至碰撞的情况都不会翻倒。本发明的侧翻判断系统能准确估计车辆的侧倾状态，进行车辆侧翻的判断；同时充分考虑了车辆自身的机构特性，通过控制力矩陀螺输出的连续抗侧翻力矩，使车辆在任何情况下甚至碰撞的情况都不会翻倒；相应的控制算法能保证避免奇异和精确输出力矩。

技术领域

本发明涉及车辆抗侧翻领域，具体涉及一种基于控制力矩陀螺的车辆防侧翻方法。

背景技术

伴随着我国高速公路总里程和公路旅客运输总量的迅速增加，大客车辆在公路运输中的作用也越来越突出。由于大客车辆的载客量大，侧翻会造成较大的人员伤亡，社会影响较恶劣，大客车辆的侧翻安全问题已然成为全社会关注的焦点。研究如何提高大车辆的侧翻稳定性具有十分重要的现实意义。

汽车的防侧翻稳定措施主要有悬架组件、主动防侧翻杆、制动力调节、液压装置及主动转向等，但现有技术中的抗侧翻装置，结构庞大，控制程序复杂及造价较高。

以往应用控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope，简称CMG)来解决车辆的抗侧翻问题，主要应用在单轴两轮车上。控制力矩陀螺的优势在于动态响应平稳快速、输出连续光滑的控制力矩、提高力矩放大能力、控制精度高且主要使用电能，工作寿命高。如中国专利CN 203199113U中公布了一种应用电子平衡陀螺仪的新型自行平衡摩托车；美国LIT公司申报的专利CN103189267A和CN104246431A中公开了一种陀螺稳定车辆，通过调整与车辆框架联接的第一陀螺仪和第二陀螺仪飞轮的取向和旋转速度形成抵抗车辆侧翻的反力矩。美国LIT公司申报的专利CN 104136311A中公开了一种避免车辆碰撞的控制系统。美国LIT公司申报的专利CN 104583063A和US8919788B2中公开了一种车辆悬架中的陀螺仪系统。采用的车内电控陀螺仪能够产生几千N·m的扭矩，用来保持车身的平衡，使车辆在任何情况下甚至碰撞的情况都不会翻倒。但是现有技术只考虑了车辆运行时的一些状态参数，例如速度、加速度等，没有考虑车辆本身的机构特性，例如动力学的影响以及悬架的侧倾力学特性等，且没有公开相应的陀螺力矩计算方法，这就导致对于一些车型较大、载重较大或者一些特种车辆的防侧翻效果较差，甚至不能实现防侧翻。

在车辆上应用控制力矩陀螺并考虑车辆动力学以及悬架力学特性的影响，开发一种应用控制力矩陀螺的车辆抗侧翻方法，用于改善车辆的稳定性及安全性，已成为车辆抗侧翻技术领域迫切的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于控制力矩陀螺的车辆防侧翻方法，用以解决现有技术没有考虑车辆的悬架机构动力学导致防侧翻效果较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于控制力矩陀螺的车辆防侧翻方法，包括以下步骤：

检测车辆当前运行状态下的状态参数；

将所述状态参数代入侧翻计算模型，根据所述侧翻计算模型的计算结果与设定阈值的关系判断车辆是否有侧翻危险；

如果判定车辆有侧翻危险，则发出控制指令并结合车辆的悬架机构动力学，然后通过控制力矩陀螺输出控制力矩，所述控制力矩用来抵消使车辆发生侧翻的力矩。

进一步的，所述状态参数包括车速、方向盘转角和侧向加速度。

进一步的，所述控制指令与车辆状态的反馈产生控制力矩陀螺操纵率，将所述控制力矩陀螺操纵率输入到所述控制力矩陀螺的框架机构动力学，然后控制CMG运动学，产生所述控制力矩。

进一步的，所述框架机构动力学通过框架角进行反馈，从而调整所述控制力矩陀螺操纵率。

进一步的，所述车辆状态的反馈由车辆动力学得到。