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CN104802803B - 一种汽车特征车速测量方法 - Google Patents

一种汽车特征车速测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车特征车速测量方法，包括如下步骤：步骤一、获取汽车的轴距、轮距、车轮滚动半径、质心到后轴的距离等参数，并使用传感器采集汽车行驶时转向盘转角、横摆角速度以及左右后轮旋转速度；步骤二、使用步骤一获取的数据，计算汽车转弯时质心处的转弯半径；步骤三、利用阿克曼方程，得到汽车特征车速与质心处的转弯半径关系式，并利用步骤二中计算得到的质心处的转弯半径，计算出汽车的特征车速。本发明提供的汽车特征车速测量方法，不需要专门的试验装置测得车轮的侧偏特性，只需使用常规传感器测量汽车转弯行驶过程中的基本参数，即可计算得到汽车的特征车速，使测量过程简单易行。

Description

一种汽车特征车速测量方法
技术领域
本发明涉及汽车行驶参数测试技术领域，特别涉及一种汽车特征车速测量方法。
背景技术
汽车底盘稳定性控制系统可明显提高汽车主动安全性，其在欧美发达国家装车率已非常普遍，美国已通过立法强制要求将汽车电子稳定控制系统做汽车标准配置。特征车速是表征汽车不足转向量的参数，是汽车稳定性控制过程中比较重要的参数之一。目前特征车速主要的计算方法是通过轮胎的侧偏刚度求得。
基于轮胎侧偏刚度的特征车速常用的计算公式
式中，CV为前轮侧偏刚度，CH为后轮侧偏刚度，a为质心到前轴的距离，b为质心到后轴的距离。
从上式可以看出，要得到汽车的特征车速，需要事先求得前后轮的侧偏刚度。轮胎的侧偏刚度的获取首先要知道轮胎的侧偏特性，轮胎的侧偏特性一般要通过室内试验台测试、实际路面试验台或实车试验等方法测定。采用这些方法测定轮胎的侧偏特性皆需要专门的测试设备或者实验场地，且耗时较多，资金成本和时间成本都比较高。
发明内容
本发明设计开发了一种汽车特征车速测量方法，目的解决现有技术中需要测量轮胎侧偏性难度大、成本高的问题，实现了只需使用常规传感器测量汽车转弯时的基本参数即可得到汽车的特征车速，使测量过程简单易行。
本发明提供的技术方案为：
一种汽车特征车速测量方法，包括以下步骤：
步骤一、使用传感器采集汽车行驶时转向盘转角、横摆角速度以及左右后轮旋转速度；
步骤二、计算汽车转弯时质心处的转弯半径；
步骤三、得到汽车特征车速与质心处的转弯半径的关系式
其中，νch为特征车速，L为汽车轴距，δ为转向盘转角，R为汽车质心处转弯半径，ω为横摆角速度；
并利用步骤二中计算得到的质心处的转弯半径，计算出汽车的特征车速。
优选的是，步骤二中，首先判断汽车处于常规稳态行驶过程中或者低速稳态行驶过程中，然后利用常规稳态行驶过程或者低速稳态行驶过程的公式计算质心处的转弯半径。
优选的是，汽车处于常规稳态行驶过程时，利用如下公式计算汽车质心处的转弯半径：
其中，B为汽车轮距，ωrl为转弯时外侧后轮旋转速度，ωrr为转弯时内侧后轮旋转速度，rw为车轮的滚动半径，b为质心到后轴的距离。
优选的是，汽车处于低速稳态行驶过程时，利用如下公式计算汽车质心处的转弯半径：
优选的是，当汽车行驶速度小于等于10km/h时则判断汽车处于低速稳态状态；当汽车行驶速度大于10km/h时则判断汽车处于常规稳态状态。
优选的是，所述横摆角速度采用横摆角速度传感器测量得到，所述横摆角速度传感器设置在汽车质心处。
一种汽车电子稳定控制系统，使用上述的汽车特征车速测量方法测量汽车转弯时的特征车速，并根据测量得到的特征车速控制助力转向器进行助力转向。
一种汽车，包括上述的汽车稳定控制系统。
本发明的有益效果是：本发明提供的汽车特征车速测量方法，不需要专门的试验装置测得车轮的侧偏特性。在汽车行驶过程中，根据现有较常见的传感器得到汽车转弯时的参数，计算得到汽车的特征车速，使测量过程简单易行。并且本发明将汽车转弯过程分为常规稳态状态和低速稳态状态，并根据不同的计算公式来计算汽车的特征车速，使计算结果更为准确。
附图说明
图1为本发明所述的特征车速测量装置结构示意图。
图2为本发明所述的常规稳态时转弯半径关系图。
图3为本发明所述的低速稳态时转弯半径关系图。
图4为本发明所述的汽车特征车速测量方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明使用一种汽车特征车速测量装置来测量汽车的特征车速，所述汽车特征车速测量装置包括设置在四个车轮5上四个轮速传感器1、2、3、4，用来测量车轮的轮速，设置在转向盘上的转向盘转角传感器6，用来测量转向盘转角，以及设置在汽车的质心处的横摆角速度传感器8，用来测量汽车质心处的横摆角速度。本装置还包括控制器7，其分别与四个轮速传感器1、2、3、4，转向盘转角传感器6，横摆角速度传感器8连接，以获取它们传递的测量信号，控制器7通过对这些测量数据的分析处理，得到汽车特征车速。
本发明提供了一种汽车特征车速测量方法，特征车速是表征汽车不足转向的参数，由Ackermann方程
其中，ω为横摆角速度，ν为汽车行驶速度，δ为转向盘转角，νch为特征车速，L为汽车轴距。
由于汽车在转弯瞬时可以看作圆周运动，因此汽车的执行处转弯半径R满足如下关系
因此汽车的特征车速νch为
由上式可知，汽车的特征车速νch与转弯时汽车质心处的转弯半径R有关。汽车转弯时分为常规稳态状态与低速稳态状态，当汽车行驶速度小于等于10km/h时，认为汽车处于低速稳态状态；当汽车行驶速度大于10km/h时，则认为汽车处于常规稳态状态。
如图2所示，在常规稳态状态下，车轮未打滑，以汽车进行右转弯为例，从瞬心P向汽车纵轴做垂线，垂足为H，Or为汽车后轴的中心，Orl左后轮的中心，Orr为右后轮的中心，X为左后轮的转弯半径与汽车纵轴的交点。
左后轮的转弯半径Rrl为
其中，ωrl为转弯时左后轮旋转速度，rw为车轮的滚动半径。
右后轮的转弯半径Rrr为
其中，ωrr为转弯时右后轮旋转速度
三角形POrlOrr三边为已知量，令
∠POrlOrr＝α
在三角形POrlOrr中，根据余弦定理
其中，B为汽车轮距。
在三角形XOrlOr中
因此
故
三角形XPH和三角形XOrlOr为相似直角三角形，则
由勾股定理
其中，b为质心到后轴的距离。
最终得到汽车质心处的转弯半R为
如图3所示，在低速稳态状态下，例如汽车在停车场转向等情况，以汽车进行右转向为例，轮胎产生的侧偏力很小，故侧偏角也很小，可以认为汽车转向中心在后轴的延长线上。
右后轮的转弯半径Rrr为
假定汽车左右对称，Or为汽车后轴的中心，C为汽车的质心，P为速度瞬心，三角形PCOr为直角三角形，由勾股定理，汽车质心处的转弯半R为
因此，
在得到常规稳态或低速稳态状态下汽车质心处的转弯半R后，即可得到汽车的特征速度。
如图4所示，本发明提供的汽车特征车速测量方法过程如下：
步骤一S100：获取汽车的轴距、轮距、车轮滚动半径、质心到后轴的距离等参数，并使用传感器采集汽车行驶时转向盘转角、横摆角速度以及左右后轮旋转速度。四个轮速传感器1、2、3、4分别安装在四个车轮5处，以测量四个车轮的轮速。横摆角速度传感器8设置在汽车的质心处，用来测量横摆角速度。转向盘转角传感器6与转向盘连接，测量转向盘转角。微处理器7分别与四个轮速传感器1、2、3、4，转向盘转角传感器6，横摆角速度传感器8连接，获取它们传递的测量信号，并将测量信号进行处理和计算。
步骤二S200：微处理器7根据步骤一获取的数据，计算汽车转弯时质心处的转弯半径；
步骤三S300：利用阿克曼方程，得到汽车特征车速与质心处的转弯半径关系式，并利用步骤二中计算得到的质心处的转弯半径，计算出汽车的特征车速。
在上述技术方案中，只需要使用常规传感器，测量出汽车转弯时的基本参数，即可得到汽车的特征车速，使测量过程简单易行。
在另一实施例中，步骤二S200分为以下分步骤：
S210：判断汽车处于常规稳态行驶过程中或者低速稳态行驶过程中，判断依据为汽车转弯时的行驶速度，即当汽车行驶速度小于等于10km/h时则判断汽车处于低速稳态状态；当汽车行驶速度大于10km/h时则判断汽车处于常规稳态状态。
S220：当汽车处于常规稳态行驶过程时，利用如下公式计算汽车质心处的转弯半径：
S230：当汽车处于低速稳态行驶过程时，利用如下公式计算汽车质心处的转弯半径：
在得到汽车质心处的转弯半径后，根据汽车的特征车速与质心处的转弯半径的关系式，得到汽车的特征车速
微处理器7经过对得到的信号进行处理和计算后，得到汽车的特征车速，微处理器7可以将的到的特征车速传给汽车的显示面板，显示出汽车的特征车速，也可以将得到的特征车速值，传递给其他的微处理器，用于整车的控制。例如，汽车的特征车速是表征汽车不足转向的参数，微处理器7得到的汽车特征参数可以传递给助力转向的控制器，用于助力转向的控制。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种汽车特征车速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、使用传感器采集汽车行驶时转向盘转角、横摆角速度以及左右后轮旋转速度；
步骤二、计算汽车转弯时质心处的转弯半径；
其中，当汽车处于常规稳态行驶过程时，利用如下公式计算汽车质心处的转弯半径：
其中，B为汽车轮距，ωrl为转弯时外侧后轮旋转速度，ωrr为转弯时内侧后轮旋转速度，rw为车轮的滚动半径，b为质心到后轴的距离；
步骤三、得到汽车特征车速与质心处的转弯半径的关系式
其中，νch为特征车速，L为汽车轴距，δ为转向盘转角，R为汽车质心处转弯半径，ω为横摆角速度；
并利用步骤二中计算得到的质心处的转弯半径，计算出汽车的特征车速。
2.根据权利要求1所述的汽车特征车速测量方法，其特征在于，汽车处于低速稳态行驶过程时，利用如下公式计算汽车质心处的转弯半径：
3.根据权利要求1或2所述的汽车特征车速测量方法，其特征在于，当汽车行驶速度小于等于10km/h时则判断汽车处于低速稳态状态；当汽车行驶速度大于10km/h时则判断汽车处于常规稳态状态。
4.根据权利要求3所述的汽车特征车速测量方法，其特征在于，所述横摆角速度采用横摆角速度传感器测量得到，所述横摆角速度传感器设置在汽车质心处。
5.一种汽车电子稳定控制系统，其特征在于，使用如权利要求1-4中任一项所述的汽车特征车速测量方法测量汽车转弯时的特征车速，并根据测量得到的特征车速控制助力转向器进行助力转向。
6.一种汽车，其特征在于，包括权利要求5所述的汽车电子 稳定控制系统。
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