一种转向防侧翻控制装置

1.本实用新型涉及车辆智能辅助驾驶领域，具体涉及一种转向防侧翻控制装置。


背景技术：

2.货车和运动型多用途车辆(suvs)由于重心较高，高速运动时转弯幅度稍大就会导致车身失去稳定，发生侧翻，造成严重的安全事故。因此，重心较高的车辆上通常配备了用于防止侧翻的控制系统，包括完全制动防侧翻控制，前轮制动防侧翻控制，差动制动防侧翻控制和主动转向防侧翻控制等。路面附着系数和车辆状态是影响车身稳定性的关键因素，路面附着系数直接影响着轮胎可以提供的作用力，车辆状态反馈影响着控制器的控制精度。综上，如何在保证系统稳定的前提下，设计结构和构造经过改进的转向防侧翻控制装置，以优化当前车辆系统的车身防侧翻能力，具有重要的实际应用意义。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本实用新型提出一种转向防侧翻控制系统，通过设置多个传感器，以及对中部机构和执行机构的构造进行重新设计，达到车身转向防侧翻控制的目的。
4.对此，本实用新型提出一种转向防侧翻控制装置，包括传感器部分、中部机构和执行机构；其中，
5.传感器部分包括声波传感器、湿度传感器、惯性测量单元和压力传感器；所述中部机构包括神经网络分类器、滤波器、自适应状态观测器、载荷转移控制器、控制器激活单元、防侧翻控制器和执行机构控制器；所述执行机构是车辆的转向系统；
6.声波传感器、湿度传感器与神经网络分类器相连接，神经网络分类器与自适应状态观测器相连接；
7.惯性测量单元通过滤波器与自适应状态观测器相连接；
8.自适应状态观测器与载荷转移控制器、防侧翻控制器均相互连接；压力传感器与载荷转移控制器相连接；
9.并且，载荷转移控制器、控制器激活单元、防侧翻控制器和执行机构控制器依次相互连接后，与执行机构相连接，来形成主动转向防侧翻控制的连接线路。
10.进一步，所述惯性测量单元包括纵向加速度测量单元、横向加速度测量单元、滚转角加速度测量单元和横摆角加速度测量单元，采集车辆的纵向加速度、横向加速度、滚转角加速度和横摆角加速度，通过滤波器过滤噪声后作为自适应状态观测器的输入。
11.进一步，车辆的前保险杠下方靠近两个前轮处各设置一个所述湿度传感器和所述声波传感器。
12.进一步，所述湿度传感器正对应于路面，用于采集靠近路面的湿度信息。
13.进一步，所述惯性测量单元包括加速度计和角速度计。
14.进一步，所述惯性测量单元是由三个轴加速度传感器及三个轴的陀螺仪组成的六
轴惯性传感器。
15.进一步，所述湿度传感器设置有电阻式湿敏元件，来确定轮胎与路面之间的湿度。
16.进一步，所述湿度传感器和所述声波传感器与所述前保险杠集成一体设置。
17.本实用新型通过设置多个传感器，以及对中部机构和执行机构的构造进行重新设计，达到车身转向防侧翻控制的目的。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例一种转向防侧翻控制装置结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例一种转向防侧翻控制装置传感器安装位置示意图。
具体实施方式
20.下面将结合附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
24.如图1所示，本实用新型的一个实施例公开了一种转向防侧翻控制装置。所述转向防侧翻控制装置按照硬件可以分为三个部分，包括传感器部分100，中部机构200和执行机构300。
25.传感器部分100包括声波传感器101、湿度传感器102、惯性测量单元(imu)103和压力传感器104。中部机构200包括了用于路面状况分类的神经网络分类器201、滤波器202、自适应状态观测器203、载荷转移控制器204、控制器激活单元205、防侧翻控制器206和执行机构控制器207。执行机构300是车辆的转向系统。
26.声波传感器101、湿度传感器102与神经网络分类器201相连接，神经网络分类器201与自适应状态观测器203相连接；惯性测量单元103通过滤波器202与自适应状态观测器203相连接；自适应状态观测器203与载荷转移控制器204、防侧翻控制器206均相互连接；压力传感器104与载荷转移控制器204相连接；并且，载荷转移控制器204、控制器激活单元205、防侧翻控制器206和执行机构控制器207依次相互连接后，与执行机构300相连接，来形
成主动转向防侧翻控制的连接线路。
27.本实用新型中，声波传感器101、湿度传感器102、惯性测量单元(imu)103、压力传感器104、神经网络分类器201、滤波器202、自适应状态观测器203、载荷转移控制器204、控制器激活单元205、防侧翻控制器206、执行机构控制器207、执行机构300，均为现有技术中常规的传感器、机械部件、元器件等，本实用新型并不对这些传感器、机械部件、元器件做相关的技术改进，也不对其检测方法、控制指令、控制形式等中间过程做相关的技术改进，上述部件的功能均为其基本功能，以下记载的各项部件功能只是对其做完整性说明，本实用新型中各项检测技术、控制技术、控制指令均采用现有技术，其不是本实用新型的技术发明点。本实用新型只是对各个传感器、单元、车辆的原有线路的连接关系、结构和构造所做出相关的技术改进，以形成全新的转向防侧翻控制的连接线路和构造。
28.其中，惯性测量单元103用于为车辆中的所有控制单元提供车辆的即时运动状态。惯性测量单元103对车辆的纵向加速度、横向接速度、滚转角加速度和横摆角加速度的信号进行采集，并通过标准接口传输至数据总线。惯性测量单元103包括加速度计和角速度计(陀螺仪)。加速度计是敏感轴向加速度并转换成可用输出信号的传感器；陀螺仪是能够敏感运动体相对于惯性空间的运动角速度的传感器。优选地，本实用新型使用的惯性测量单元103采用六轴惯性传感器。它主要由三个轴加速度传感器及三个轴的陀螺仪组成惯性传感器，对车辆的物理运动做出反应，如线性位移或角度旋转，并将这种反应转换成电信号，通过电子电路进行放大和处理。三个加速度计和三个陀螺仪组合形成可以敏感载体3个方向的线加速度和3个方向的加速度，利用三维异构集成技术，将加速度计、陀螺仪、压力传感器、磁传感器和信号处理电路等功能零件集成在硅芯片内。
29.整个转向防侧翻控制装置的总体工作流程如下(该工作流程中所涉及的各项检测技术、控制技术、控制指令均采用现有技术，工作流程中所涉及的控制方法、控制指令等，并不作为对本实用新型权利要求保护范围的限定，本实用新型所要求保护的范围仅为对产品的结构、构造所提出的改进)：首先，通过传感器部分100采集系统所需要的信息，包括车辆状态信息和路面状态信息，然后将采集的数据传输到中部机构200里的不同功能模块，经过一系列模块的计算得到控制命令，最后执行机构300按照控制命令进行动作以完成车辆的防侧翻控制。具体实现过程如下，惯性测量单元(imu)103采集车辆的纵向加速度、横向加速度、滚转角加速度和横摆角加速度，通过滤波器202过滤噪声后作为自适应状态观测器203的输入，观测器203根据输入信息可以估计出车辆的车速、滚转角、横摆角速度以及路面附着系数。与此同时，声波传感器101采集轮胎和道路接触产生的声音信息和湿度传感器102采集的轮胎和道路接触面附近的湿度信息，通过神经网络辨识出道路的状况，如果判断出道路状况存在较大的变化时，重新初始化自适应观测器203的参数，使其估计值快速收敛。在得到估计的车辆状态和路面附着系数后，将滚转角信号和压力传感器信号传递给载荷转移控制器204来实时计算车辆的载荷转移率，将载荷转移率传递给控制器激活单元205产生控制器激活信号；将路面附着系数作为切换信号传递给防侧翻控制器206进行不同控制模式的切换，将车速、滚转角和横摆角速度信息传递给切换到的控制器进行防侧翻控制。转向防侧翻控制器产生的附加转向角命令通过执行机构控制器207转换成数字信号形式的下层控制命令。执行机构300接收到控制命令后，按照命令进行动作以完成车辆的防侧翻控制。
30.特别是，如图2所示，本实用新型增加使用了声波传感器101检测轮胎和道路接触
产生的声音信息，在车辆10中安装了声波传感器101。声波传感器101的安装位置需要与车辆排气系统和发动机保持足够的距离，以减少发动机噪声对采集信号的影响。为了对路面检测更加准确，声波传感器应靠近轮胎，因此本技术将声波传感器设置在汽车10的前保险杠11下方靠近前轮轮胎12的位置，具体位置如附图2所示，使得声波传感器101能够准确接收车轮12激发路面的声音响应，实现对路面状况检测的准确性。
31.此外，本实用新型增加使用了车外湿度传感器102，用于检测轮胎和道路接触面的附近的湿度。由于路面湿度也是影响路面附着系数的重要因素，只靠超声波传感器101的信息很难确定路面的状况。本实用新型增加湿度传感器102，以提高对道路状态分类的准确度。所述湿度传感器102通过电阻式湿敏元件，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。为了对路面状态检测更加准确，并确保湿度传感器和超声波传感器检测信息的一致性，所述湿度传感器102安装于声波传感器101附近，优选地，所述湿度传感器102与声波传感器101集成为一体，设置在汽车10的前保险杠11下方靠近轮胎12的位置。结合声波传感器101和湿度传感器102的信息，可以进一步提高路面状况监测的准确性。优选地，湿度传感器102设置在声波传感器101的前方，能够实现更准确的湿度检测，并确保湿度传感器和超声波传感器检测信息的一致性。
32.当遇到道路状况发生突变时，被观测状态也会出现阶跃的变化。因为传统状态观测器没有检测到突变的机制，不能自适应的改变被观测状态的初始值，因此传统观测器的收敛速度比较慢，导致控制器不能很好地应对紧急情况，从而存在安全隐患。本实用新型增加的声波传感器101和湿度传感器102用于检测道路状况的突变情况，如果出现突变就立刻重新初始化状态观测器的初值，从而提高其收敛速度，以提高整个系统的相应速度。
33.复杂道路情况下，各个轮胎接触的路面可能存在较大的差异，为了更全面的检测汽车行驶路面的情况，本实用新型在两个前轮12的响应位置各安装一个湿度传感器102和声波传感器101。
34.本实用新型中通过神经网络基于声波和湿度传感器信息对路面进行分类，然后基于路面类型和路面附着系数的映射关系计算附着系数初始值，当路面类型发生变化时，用此初始值重新初始化观测器实现观测器的快速收敛，然后将路面附着系数观测值作为切换信号进行防侧翻控制器的模式切换。
35.最后说明的是，以上仅对本实用新型具体实施例进行详细描述说明。但本实用新型并不限制于以上描述具体实施例。本领域的技术人员对本实用新型进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本实用新型范围内。