[发明专利]用于估计车辆状态以便避免倾翻的系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种用于估计车辆状态的系统和方法，并且尤其涉及一 种用于估计车辆倾侧率(roll-rate)、车辆倾侧角、车辆横向速度和车辆横摆 角速度(yaw-rate)以用于防止倾翻(rollover)目的的系统和方法。

背景技术

在本领域中已知使用差动制动控制、后轮转向控制、前轮转向控制或其任 何组合来加强车辆控制以便帮助防止车辆遇到会增加倾翻可能性的情况。这些 系统可以接收来自各个传感器的车辆动态信息以便确定适当的控制动作，所述 传感器诸如是横摆角速度传感器、横向加速度传感器和轮胎/车轮传感器。这些 系统还可以包括倾侧率传感器和倾侧角估计部件以便在操纵期间估计倾翻可能 性并且提供响应的控制增强。一般需要在控制车辆倾侧运动和车辆横摆运动之 间提供平衡以便提供最优的车辆响应。从而，通常必须检测某些车辆情况以便 提供优化的车辆控制增强。

可以使用输出反馈来设计车辆增强控制。然而，典型情况下基于状态反馈 的设计通常可以提供更多的设计自由度并且获得更高的潜在性能。此外，激活 车辆控制通常要求监视车辆状态。然而多数情况下，由于诸如传感器成本、实 施困难等各种不利情况，所以不能测量所有的车辆状态。因此，通常估计车辆 状态来用于避免倾翻的目的。

在本领域中已经研究了估计诸如横摆角速度、横向速度和倾侧率之类的车 辆状态以用于在横摆平面中发展车辆稳定性增强。因此，焦点已经集中在估计 车辆横向运动而不是倾侧运动，其对避免倾翻来说是特别有意义的。

发明内容

依照本发明的教导，公开了一种用于估计诸如车辆倾侧率、车辆倾侧角、 车辆横向速度和车辆横摆角速度之类的车辆状态的系统和方法。系统使用用于 测量车辆转向角的转向角信号的转向角传感器、用于测量所述车辆横摆角速度 的横摆角速度信号的横摆角速度传感器、用于测量所述车辆的倾侧率的倾侧率 信号的倾侧率传感器、用于测量所述车辆速度的速度信号的速度传感器和用于 测量所述车辆横向加速度的横向加速度信号的横向加速度传感器。所述系统包 括对转向角信号、横摆角速度信号、倾侧率信号、速度信号和横向加速度信号 作出响应的扩展卡尔曼滤波器观察器，用于计算所估计的横摆角速度信号、估 计的倾侧率、估计的倾侧角和估计的横向速度。所述系统还包括对倾侧率信号、 所估计的倾侧角信号、所估计的横向速度信号和横向加速度信号作出响应的横 向速度估计处理器，用于当所述车辆在非线性区域中操作时计算所修改的横向 速度估计信号。

所述系统还可以包括传感器前置滤波处理器，用于滤出信号的低频分量并 且根据转向角信号、横摆角速度信号、倾侧率信号、速度信号和横向加速度信 号的低频分量来估计传感器偏置。

根据以下描述和所附权利要求，结合附图，本发明的附加特征将变得清楚。

附图说明

图1是包括避免倾翻系统的车辆的平面图；

图2是在图1的避免倾翻系统中所使用的用于估计车辆状态的系统的框 图；

图3是用于示出在车辆模型的三个自由度中所使用变量的车辆的顶部平面 图；和

图4是用于示出所述在车辆模型的三个自由度中所使用变量的车辆的正视 图。

具体实施方式

针对为了避免车辆倾翻目的的用于估计车辆状态的系统和方法的本发明 实施例的以下论述实质上仅仅是示例性的，并且决不旨在限制本发明或其应用 或使用。例如，使用系统和方法来估计车辆状态以用于避免倾翻目的。然而， 可以使用本发明的系统和方法来估计车辆状态以用于其它应用。

本发明包括一种使用各个车辆传感器来估计车辆状态以便避免倾翻的系 统和方法。用于避免倾翻的状态估计的主要挑战来自车辆动力的非线性化，特 别是当车辆处于接近倾翻情况时。在转弯操纵期间，车辆横摆运动生成用于导 致车辆倾侧的横向加速度。倾侧运动引入横向负载转移，这导致轮胎转弯力改 变，这改变了横摆响应。当横向加速度更大并且车辆倾侧运动变得更猛烈时， 车辆悬架和轮胎进入非线性区域。尽管存在试图对这些车辆进行非线性建模的 非线性模型，不过通常为了估计和控制目的优选线性模型。本发明提出当车辆 在线性区域中操作时使用基于线性区域的估计，继而通过增加补偿 (complimentary)估计模块来扩展对非线性区域的估计。

对于以下论述来说，使用以下命名：

M_u    簧下质量；