汽车车身稳定动作控制方法及装置 技术领域 本发明涉及利用高速转动的转子的转速变化而产生的力矩来控制车辆运动姿态 的方法及装置。
背景技术 关 于 行 走 中 的 车 辆 行 为 的 控 制 装 置， 已知的有防止车辆横向滑动的 ESC(Electronic Stability Control) 等方法。
但是现在的 ESC( 电子稳定控制 ) 车辆技术主要是对车轮和地面接触的情况下进 行车辆运动姿态控制。ESC 无法在与地面非接触的情况下进行车辆运动姿态控制。
发明内容 前述的 ESC 系统， 是根据计算机发出的指令， 适当地调整各个车轮的刹车动作， 对 车辆的行进方向进行修正和维持控制， 利用车胎和地面的摩擦力对车辆的运动姿态进行控 制。如果车胎和地面之间没有接触， ESC 系统对车辆姿态的控制将无法实现。
本发明的目的， 是提供了新的车辆运动姿态进行控制的方法和装置。也就是汽车 车身防止翻车的动作控制方法及装置。
并且， 本发明专利的另外一个目的是提供了即使在轮胎和地面非接触的状况下， 也可以达成对车辆的运动姿态进行控制的方法及装置， 也就是在轮胎和地面非接触的状况 下提供汽车车身防止翻车的动作控制方法及装置。
本专利申请的第一个发明内容是， 发明了装备了高速转动的转子的车辆的运动姿 态的控制方法。 是提供了利用高速旋转的高速转动的转子的转速变化而产生的力矩来对车 辆的运动姿态进行控制为特征的车辆运动姿态控制方法。
另外， 本发明申请的第二个发明内容是， 该车辆的运动姿态控制装置由以下几部 分组成 ： a， 用于对车辆的运动姿态进行测量的所必须的至少一个传感器 ； b， 高速转动的旋 转体 ( 转子 ) ； c， 前面所述的高速转动的一个或多个转子转速变化而各个转子的转速加速 及减速控制装置， 即能量转换控制器 ； d， 及前面所述的由传感器所测定的测量值为基础对 车辆的运动姿态进行推算， 并给前面所述的倾斜机构发出倾斜动作指令的控制机构。
关于发明的效果的说明
依据本发明申请的发明， 对应于不同的车辆的运动姿态， 对车体的运动姿态可以 进行随意的控制。比如 ； 在车辆和路面非接触的情况下， 也可以向任意的方向发生科氏力， 并利用此高速转动的转子的转速变化而产生的力矩来替代刹车控制或与刹车控制组合在 一起， 对车辆的运动姿态进行控制。
本发明实施时最佳方案的说明
一， 高速转动转子转速变化而产生力矩的利用。首先就本发明申请中的力矩的产 生来进行说明 ： 转子转速变化而产生力矩陀螺效应是指， 当为了改变旋转体的转速而向旋 转体发生加速和减速控制时， 对应于这个改变旋转转速的方向的力矩的相反方向的效应。
具体来说就是， 向旋转体加入转速的增加及减小控制时， 对支持旋转体的支撑部分产生与 改变旋转体转速的力矩的相反方向力矩的效应。
图 1 是本发明申请中的力矩产生的模型图。
图 1 中， 在相交的 X 轴、 Y 轴、 Z 轴组成的 3 维空间里安装了上下轴线方向的两旋转 体和支撑旋转体在其上旋转的两个轴， 两个轴被固定在基座上， 即固定在车体上。
从本图的上方看， 两个旋转体以角速度 ω 的围绕各种的轴旋转。 ( 而且， 两个旋转 体的旋转方向既可以为顺时针方向， 也可以为逆时针方向。)
在图 1 的状态下， 为通过图中的能量转换装置， 对两个旋转轴分别进行加速和减 速控制， 或将其中一个旋转体的减速时发出的能量通过转换为电力之后转换或直接将机械 能转换到另一个旋转体， 使其加速， 那么， 在支撑这两个旋转体的两个轴上将产生力矩。由 于这两个转轴被固定在基座上， 即车体上， 这样通过控制这两个旋转体的转速变化， 将在车 体上产生力矩。由旋转体的转速变化而产生的力矩 ( 旋转轴周围的力矩 M) 可以由以下算 式算出。
公式 1 ：
I： 旋转体的惯性矩 [N·M] m： 旋转体的重量 [Kg] R： 旋转体的半径 [M] 公式 2 ：M： 旋转体的旋转轴周围的力矩 [N·M]
J： 转动惯量 [Kg M2]
β： 旋转体的角加速度 [rad/s]
ω： 旋转体的旋转速度 [rad/s]
二， 利用本发明进行车辆运动姿态控制的应用例 ：
上述高速转动转子转速变化而产生力矩的模型图作为适用于车辆行为控制的略 图， 由图 2 来表示。图 2(a)， 图 3(a) 表示车辆直行中的状态， 图 2(a)， 图 3(b) 表示沿车辆 行进方向向左旋转时产生的操纵失灵 ( 转向不足 ) 状态。并且， 在图 2 中， X 轴为车辆的前 后方向， Y 轴为车辆的左右方向， Z 轴为车辆的上下方向。在各个轴的相交处作为轴臂 1 的 倾斜支点的 O 点， 虽然希望它尽可能处于车辆的重心附近， 但不需要对它的位置进行特别 限定。
[ 旋转时 ]
当车辆旋转时左侧的前后轮沿行进方向浮起的情况下， 使车辆上预先安装的高速 转动转子转速变化而产生力矩， 并使产生的力矩的方向与需要的将上述左侧的前后轮压回 路面 ( 使之接地 ) 的力矩力方向一致 ( 图 2(b)， 图 3(b))。
另一方面， 右侧的前后轮沿行进方向浮起的情况下， 可以使高速转动转子转速变 化而产生力矩的方向与向行进方向的相反方向倾斜所需力矩方向一致。 这样一来就会产生
将上述右侧的前后轮压回路面科氏力。( 无图示 )。
[ 设计上的注意点 ]
作用于旋转体 2 的旋转体 ( 转子 ) 转速变化而产生力矩可以由上述算式算出。即 对旋转体进行加速和减速控制， 由角加速度的大小和方向来决定所产生的力矩的大小和方 向。
【应用例 1】
全体构成说明 ：
图 4 是本发明的第一应用例的车辆运动姿态控制装置的略图。
应用本发明的车辆运动姿态控制装置由， 传感器 10， 旋转体 20， 能量转换装置 30 及控制机构 40 组成。
并且， 应用本发明的车辆运动姿态控制装置， 可以以和车辆整体结合我为一体的 方式提供， 也可以以作为一个单体， 追加安装在现有的车辆上的方式提供。
(2) 传感器 10
传感器 10 是安装在车辆上用来对车辆的运动姿态进行推算所需的各种信号进行 测量的装置。
传感器 10， 可以是用来检测车辆的倾斜的倾斜度传感器， 检测前后方向加速度的 加速度传感器， 检测车辆左右方向的加速度的加速度传感器， 车速传感器。对与本发明， 可 以是能用来推算出车辆运动姿态的任何种类的传感器。并且， 可以用多种传感器组合在一 起来用。
(3) 旋转体装置 20 ：
旋转体装置 20， 也就是指可以如轴承一样旋转的机构。本发明的应用例中的旋转 体装置 20， 由作为轴的 21 和装置轴臂上的旋转体 22 组成。轴和基座 ( 车体 ) 固定在一起。
前述的旋转体 22 是可以进行高速旋转 (30000rpm-40000rpm) 的机构， 比如可以利 用磁轴承。 并且， 此旋转体装置可以同时作为最初安装于车辆上的车辆的倾斜传感器， 角速 度传感器及加速度传感器使用。
(4) 能量转换装置 30
能量转换 30 是前面所述的从控制机构接收指令， 按指令对前述的旋转体装置 20 的旋转体 22 进行加速和减速操作， 或将其中一个的加速时发生的运动能转换为电能， 之后 对令一个旋转体进行加速控制， 也可以用齿轮机构来直接进行两个旋转体之间的机械能量 转换的旋转体的转动能量控制机构。
(5) 控制机构 40
控制机构 40 是由写入了软件的电子装置组成的控制装置。其依据传感器 10 所检 测的信号的数据， 对车辆的运动姿态 ( 倾斜状态 ) 进行推算， 并依据所推算的信息， 对要发 生转动转子转速变化而产生力矩进行判断， 对需要向什么方向， 需要发生多大的力矩进行 计算和做出决定， 之后向能量控制装置发出各个旋转体所需的角加速度的倾斜信息和动作 指令。一般状况下， 各个传感器预先定下一定的阈值， 如果传感器所检测的信号超过了阈 值， 将发出特定的倾斜信息和动作指令。
(6) 控制方法
图 5 是本发明的车辆的运动姿态控制方法的流程图。一下对各个步骤进行说明。1， 计量 (S100)
不论车辆在行进中或是停止时， 随时测量 / 监视车辆的状态。当发生转向不足， 过 度转向， 急速发动， 急速停车等现象时， 由于车辆行为 ( 负荷平衡 ) 发生变化， 可以观测到各 种传感器 ( 倾斜传感器， 前后加速度传感器， 横向加速度传感器， 车速传感器等 ) 的测量值 发生变化。
2， 行为的推定 (s210)
基于上述测量值来推测车辆的行为状态 . 例如， 如果观测到倾斜传感器发生激烈 变化时， 可以推测出车辆的轮胎浮起并发生倾斜。并且， 如果观测到加速度急速上下变化 时， 可以推测出车辆处于急速发动或急速停车状态。
3， 必要性的判断·角加速度信息的決定 (s220、 s230)
基于上述推测到的车辆的行为信息， 判断是否应使之产生转动转子转速变化而产 生力矩的同时， 测定向哪个方向产生多大程度的力矩， 并决定角加速度变化信息。 在角加速 度变化信息里包含了转动转子转速变化而产生力矩的方向， 力矩持续的时间， 各个旋转体 之间的角加速度变化分配等信息。
4， 发出动作指令 (s240)
作为动作指令将上述角加速度信息发送出去。 5， 实施角加速度变化控制 (s300) 基于与上述动作指令同时接受的角加速度变化信息， 使转动转子转速变化而产生力矩。 6， 结论
通过反复操作以上工序 (s100 ～ s300) 来持续控制车辆的行为。
【应用例 2】
本发明的第 2 应用例说明。
本发明可以在一台车辆上设置一个或多个旋转体 20。
图 6 是本发明的第 2 个应用例的车辆运动姿态控制模型图。即， 在车辆上设置 4 个旋转体 20， 各个旋转体可以被分别独立的控制。而且， 图 6 中， 虽然在 X 轴的两端分别设 置了两个旋转体 20， 但它们相对的设置位置可以任意。只要控制机构能够事先把握它们的 位置变化而引起的力矩的变化， 将其变化也作为变化参数进行控制将有同样有效。
依据本应用例， 相对于只用一个旋转体， 如果应用多个旋转体并对其进行角加速 度变化控制， 将有利于相应于不同的车辆的运动姿态达成更细微的控制。
【图的简单说明】
【图 1】 转动转子转速变化而产生力矩的模型图。
【图 2】 将图 1 的模型图应用与车辆的运动姿态控制的略图。
【图 3】 本发明的车辆运动姿态控制装置略图。
【图 4】 本发明的车辆运动姿态控制装置略图。
【图 5】 本发明的车辆运动姿态控制方法流程示意图。
【图 6】 复数个的旋转体使用时的车辆运动姿态控制装置略图。
【符号说明】
1： 轴臂
2： 旋转体 10 ： 传感器 20 ： 旋转体 ( 转子 ) 装置 21 ： 轴 22 ： 旋转体 30 ： 能量转换器 40 ： 控制方法