用于降低设置有可控悬架系统的机动车辆的翻覆风险的方法

摘要

本发明涉及一种方法，包括：第一计算步骤，根据所述可控悬架系统的传感器(28、29)所传送的多个信号来计算测定量(TCm)作为负载转移的有效值(TC)；第二计算步骤，根据放置在车辆上的运动传感器(50-58)所传送的信号和所述车辆的动态模型来计算估计量(TCe)，当所述测定量不可用时，所述估计量被视为所述负载转移的有效值；根据所述负载转移的有效值(TC)来评估所述翻覆风险的步骤；以及，在翻覆风险增加的情况下，发出安全信号(S)的步骤。

说明书

技术领域

本发明涉及用于主动管理机动车辆的使用安全以防止机动车辆在使用中发 生翻覆的方法和系统。

在本申请中，机动车辆指的是包括在使用中存在横向倾斜风险的推进装置 的任意车辆。该推进装置例如可以位于在坡地上使用的农用车辆中，并且该农 用车辆的负载可以显著变化，该农用车辆的重心高度可以通过驾驶员启动针对 主动式悬架的控制装置来修改。

本发明更加具体地涉及用于配备有可控悬架系统的机动车辆的方法和系 统。

背景技术

在本申请中，可控悬架系统是可以在恒定的总质量下修改车辆的重心位置 的任意系统。该可控悬架系统可以例如包含用于校正主动式悬架的姿态使得可 以将车轮连接到车辆的底盘上的系统。这样的主动式悬架可以为液压的、气压 的、电的等等。

对于可控悬架系统的适当的传感器(例如，液压主动式悬架情况下的一对 压力传感器)所完成的测量，已知的是，确定可控悬架系统的瞬时状态并由此 得出表示倾斜风险的测定量。根据该测定量的瞬时值，实施安全策略以向驾驶 员或位于该机动车辆附近的人员告警和/或向该机动车辆的具体执行人发出指 令以避免该机动车辆倾斜(例如，通过修改速度、转向角、重心的高度等)。

然而，使用可控悬架系统的传感器完成的测量无法在任何时候都能确定该 可控悬架系统的瞬时状态。例如，在主动式悬架处于完全收缩状态或驾驶员改 变机动车辆的重心的高度的情况。该测定量不可用。这种情况可以持续数秒， 这足以使倾斜风险不再受到控制并使车辆翻覆。

于是本发明人寻求替代方法来计算表示倾斜风险的测定量。

随后他们将在全地形车辆的情况下所获得的结果应用到机动车辆上，这些 结果被记录在文献“RolloverpreventionsystemdedicatedtoATVsonnatural ground(专用于自然地面上的ATV的防翻覆系统)”中。该文献公开了一种能 够对表示ATV的倾斜风险的估计量进行计算的方法。配备有包括处理链的系统 的ATV可以获取相对于ATV的运动测量值，并随后经由ATV的动态模块对这 些运动测量值进行处理，以估计出该估计量的瞬时值。

将这样的处理链实施在葡萄收割机(作为机动车辆的具体示例)上的结果被 描述在文献“Preservingstabilityofhugeagriculturalmachineswithinternal mobilities:applicationtoagrapeharvester(利用内部的机动性来保持大型农用机 的稳定性:葡萄收割机的应用)”中。该文献在下文中被称为文献II。

然而，本发明人观察到，仅仅转录用于ATV情况下的算法不足以应用在机 动车辆的情况。实际上，在这种情况下，处理链所用的动态模型取决于诸如重 心的高度和车辆的总质量之类的参数。

这两个参数在机动车辆的使用中显著变化(例如，使用空的或装满的储料 器、桶等)，该动态模型随时间演化。因此，在活动(session)开始时设置参数 的动态模型导致该估计量的瞬时值背离真实值。因此，估计量的瞬时值不能被 当作操作安全装置以寻求避免机动车辆翻覆所基于的变量来进行使用。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决该问题。

为此，本发明涉及一种用于降低包括可控悬架系统的机动车辆的翻覆风险 的方法，其特征在于，该方法包括：

第一计算步骤，根据所述可控悬架系统的传感器所传送的多个信号来计算 测定量TCm作为负载转移的有效值TC；

第二计算步骤，根据放置在所述车辆上的运动传感器所传送的信号和所述 车辆的动态模型来计算估计量TCe，当所述测定量不可用时，所述估计量被视 为所述负载转移的有效值；

根据所述负载转移的有效值TC来评估所述翻覆风险的步骤；以及，在翻 覆风险增加的情况下，

发出安全信号的步骤。

根据具体实施例，按照单独考虑或根据所有技术上的可能组合，该方法包 括以下特征中的一个或更多个：

当所述测定量可用时，所述方法包括：对第二计算步骤中所用的所述车辆 的动态模型的至少一个参数进行重新校准的步骤，所述重新校准步骤包括：

评估所述测定量与所述估计量之间的偏差；以及，当所述偏差超过阈值时，

找出所述参数随时间演化的规律，所述规律有助于降低所述偏差；以及， 当所述测定量可用时，

在所述第二计算步骤的每次迭代中，利用所述变化规律来修改所述车辆的 动态模型的参数。

所述车辆的动态模型M的参数为质量G或重心的高度H。

针对所述重心的高度H的时间演化规律通过以下类型的关系式给出： $\Delta H={\gamma }_H\frac{\delta TC}{\delta H}e\left(t\right),$

并且针对质量G的时间演化规律通过以下类型的关系式给出： $\Delta G={\gamma }_G\frac{\delta TC}{\delta G}e\left(t\right),$

其中，e(t)是当前时刻下测量的负载转移TCm与估计的负载转移TCe之间 的偏差，是所述质量与所述负载转移之间的已知关系式TC(G)随质量G 的变化率；是所述高度与所述负载转移之间的已知关系式TC(H)随高度 H的变化率，以及γ是预先确定或动态评估的权值。

所述车辆的动态模型包括两个参数，即质量和重心的高度，所述方法包括： 使用一系数对这两个参数中的每个参数的时间演化规律进行加权的步骤，所述 系数通过对需要重新校准的原因进行可能性计算而得到。

所述可控悬架系统包括主动式悬架，根据表示每个主动式悬架所产生的力 的信号来计算所述测定量。

根据以下信号来计算所述估计量：

由多普勒雷达传送的纵向速度；

由两个倾斜仪传送的所述车辆的纵向倾斜角和横向倾斜角；

由惯性单元传送的相对于垂直轴的瞬时旋转速度；以及

由车轮角度传感器传送的每个车轮的转向角。

所述重新校准步骤可以间接地估计所述车辆的瞬时质量。

在可控姿态校正系统的启动步骤中将所述安全信号考虑在内，以避免所述 车辆翻覆。

在用于调节所述车辆的推进装置和/或转向装置的步骤中将所述安全信号 考虑在内，以防止所述车辆翻覆。

本发明还涉及一种信息记录介质，其特征在于，所述信息记录介质包括指 令，当所述指令由电子计算机执行时，所述指令用于实施根据上述方法所述的 用于降低包括可控悬架系统的机动车辆的翻覆风险的方法。

本发明还涉及一种用于降低包括可控悬架系统的机动车辆的翻覆风险的系 统，包括车载计算机，其特征在于，所述车载计算机被编程为执行根据上述方 法所述的方法。

优选地，所述系统包括：

多普勒雷达，能够传送纵向速度；

两个倾斜仪，能够传送所述车辆的纵向倾斜角和横向倾斜角；

惯性单元，能够传送相对于垂直轴的瞬时旋转速度；以及

车轮传感器，能够传送每个车轮的转向角。

本发明还涉及一种包括可控悬架系统的机动车辆，其特征在于，所述车辆 具有根据上述系统所述的用于降低翻覆风险的车载系统。

优选地，在所述系统的输出端处生成的所述安全信号被所述车辆的可控悬 架系统的启动模块和/或推进装置和/或转向装置的调节模块所考虑，以避免车辆 翻覆。

因此，有利地，在机动车辆配备有可控悬架系统的情况下，本发明源自用 来计算测定量的第一链和用来计算估计量的第二链的使用，当计算量不可用时， 第二链被用于安全目的；并且，当测定量可用时，第二链不仅用于安全目的， 而且还用于重新校准在计算估计量中的动态模型的参数。因此，当测定量不再 可用时，估计量是精确的。

附图说明

阅读以下仅作为示例提供并参照附图进行的描述将更好地理解本发明及其 优点，在附图中：

图1为葡萄收割机的示意图，该葡萄收割机配备有主动式悬架和用于实施 降低该收割机的翻覆风险的方法的系统；

图2为图1系统的框图形式的示意图；以及

图3为一曲线图，该曲线图示出了在根据图1的收割机的使用期中对动态 模型的参数重新校准和不重新校准的情况下，在图2的系统输出端处所获得的 测定量和估计量。

具体实施方式

参照图1，作为机动车辆的示例的葡萄收割机10在基板水平的平面P上 移动。

收割机10包括箱体12和四个车轮14至17。

对于任意车辆，参照XYZ与箱体12的几何中心相关：轴X为朝箱体的 前方定向的纵轴；轴Y为从左向右对箱体进行定向的横轴；以及，轴Z为向上 定向的与轴X和轴Y垂直的轴。

重心C在收割机10的使用期间随着该收割机的姿态和/或该收割机的负载 状态(即该车辆的总质量G)移动。在图1中，重心C被显示为静止于平面 XZ中。

每个车轮14至17被耦接到推进装置(广义而言，即诸如发动机之类的牵 引推进和诸如发动机或制动组件之类的制动推进)和转向装置(在图中未示出) 上。

每个车轮14至17通过主动式悬架24至27连接到箱体12上。该组主动 式悬架例如属于作为可控悬架系统的示例的可控姿态校正系统。

在液压悬架的特定情况下，主动式悬架包括能够滑入汽缸的主腔室的活 塞。该活塞将主腔室再分为上腔室和下腔室。

双向机电阀门22将上腔室连接到下腔室。于是由主动式悬架生成的力依 赖于该阀门的状态。该阀门的状态由应用适当的设定值来命令。

上腔室与下腔室之间的压力差表明该阀门的状态。因此，每个主动式悬架 包括能够生成与下腔室中的压力测量值对应的信号的第一压力传感器28和能 够生成与上腔室中的压力测量值对应的信号的第二压力传感器29。

可替换地，可以考虑其他类型的主动式悬架(尤其是电的或气动的主动式 悬架)并使用其他类型的传感器以能够确定这些悬架组的瞬时状态。

由不同压力传感器发出的信号经由收割机10的通信网络32(例如 CANBus网络)发送至车载计算机30。

此外，收割机10被配备有不同的运动传感器。在当前考虑的实施例中， 该收割机包括：

多普勒雷达50，可以测量该收割机沿轴X的线性移动速度；

第一倾斜仪52，可以测量轴X与水平平面之间的角度；

第二倾斜仪54，可以确定轴Y与水平平面之间的角度；

惯性单元56，可以确定该收割机绕轴Z的瞬时旋转速度。

优选地，每个车轮配备有角度传感器58，该角度传感器可以测量车轮的 转向角。

这些不同的运动传感器50至58经由网络32发出用于计算机30的测量信 号。

计算机30包括诸如处理器之类的耦合装置和诸如随机存取存储器和只读 存储器之类的存储装置。该处理器能够执行来自计算机程序的储存在只读存储 器中的指令。

在储存在存储装置中的程序中，计算机30包括用于评估翻覆风险的程序 100，现将对其进行说明。

如图2所示，用于评估翻覆风险的系统包括压力传感器28和29、运动传 感器50至58以及采用程序100编程的计算机30。

程序100包括第一处理链110、第二处理链120和重新校准链130。

第一处理链110可以获取由主动式悬架24至27的不同的压力传感器28 和29发出的测量信号。

针对主动式悬架的每对压力传感器，不同的模块112可以计算表明对应的 主动式悬架的状态的压力差。

这四个压力差被施加在计算模块114的输入端处，该计算模块能够传送负 载转移的原始测量值TCb。

所用公式为下面的公式(1)：

${\mathrm{TC}}_b=\frac{P_{14}-P_{15}+\alpha (P_{16}-P_{17})}{P_{14}+P_{15}+\alpha (P_{16}+P_{17})}$

其中α为表示收割机10的前悬架24和25与后悬架26和27之间的结构 差的系数；P₁₄为前左轮14的主动式悬架中测得的压力差，P₁₅为前右轮的悬架 中测得的压力差，P₁₆为后左轮的悬架中测得的压力差，P₁₇为后右轮的悬架中测 得的压力差。

最后，第一链110包括验证模块116，该验证模块将负载转移的原始测量 值TCb作为输入并传送负载转移的测量值TCm作为输出。模块116验证该原 始测量值是否处于有效范围内。如果该原始测量值处于有效范围内，负载转移 的测量值TCm等于原始值TCb。否则，负载转移的测量值TCm被设置为零。

第二处理链120可以获取由不同的运动传感器50至58发出的测量信号。 对应的测量信号被施加在计算模块124的输入端处，该计算模块能够传送负载 转移的估计值TCe。

模块124实施收割机10的行为的动态模型M。该模型被描述在上述文献 II中。

该动态模型M是参数的。该动态模型依赖于重心C相对于车轮14至17 的平均平面的高度H和收割机的总质量G。这些参数根据收割机10的使用而 随时间演化。

因此，模块124将重新校准链130的输出端处传送的质量G和高度H的 瞬时值作为在每个执行时刻下的输入。

程序100包括比较模块140，该比较模块能够将负载转移的测量值TCm 与零值进行比较。如果负载转移的测量值TCm不等于零，则意味着该测量值是 可用的。随后，模块144将负载转移的测量值TCm分配给负载转移的瞬时值 TC。

否则，当负载转移的测量值TCm等于零时，这意味着该负载转移的测量 值TCm是不可用的。在这种情况下，模块142将负载转移的估计值TCe分配 给负载转移的瞬时值TC。

程序100包括用于评估翻覆风险的模块150，该模块将负载转移的瞬时值 TC作为输入并传送安全信号S作为输出。信号S例如是在负载转移的瞬时值 TC的绝对值大于0.8时发出的。

重新校准链130可以在负载转移的测量值TCm可用时重新校准第二链 120的动态模型M中所用的参数H和G的值。

为此，重新校准链130包括偏差计算模块132，该偏差计算模块能够通过 负载转移的测量值TCm与估计值TCe之间的差来计算瞬时偏差e(t)。

该链130包括比较器133，该比较器可以确定偏差e(t)是否大于阈值偏差 e0。如果为否，则模块134将前一刻t-1下的质量值G(t-1)和高度值H(t-1)分配 为当前时刻t下的质量的瞬时值G(t)和高度的瞬时值H(t)。

如果为是，则执行该链130的模块135。模块135能够根据时间演化规律 确定质量的变化ΔG或高度的变化ΔH。在当前优选的实施例中，该规律如下所 述：

$\Delta H={\gamma }_H\frac{\delta TC\left(H\right)}{\delta H}e\left(t\right)$

$\Delta G={\gamma }_G\frac{\delta TC\left(G\right)}{\delta G}e\left(t\right)$

其中，e(t)为当前时刻下测量的负载转移TCm与估计的负载转移TCe之 间的偏差，是所述质量与所述负载转移之间的已知关系式TC(G)随质量 G的变化率，是所述高度与所述负载转移之间的已知关系式TC(H)随高 度H的变化率，以及γ为预先确定或动态评估的权值，下文将对此进行描述。

重新校准链130的模块136能够将前一刻t-1下的质量值G(t-1)和高度值 H(t-1)加上由模块135确定的质量的变化ΔM或高度的变化ΔH分配为当前时刻 t下的质量的瞬时值G(t)和高度的瞬时值H(t)。

参数G和H的更新值被施加在模块124的输入端处。

可替换地，重新校准链130包括通过使用系数γ对模型M的两个参数中 的每个参数的时间演化规律进行加权的加权模块137，系数γ的值通过对TCm 与TCe之间的偏差的可能性计算而得到。

计算机30包括用于降低翻覆风险的程序200，该程序能够将在程序100 的输出端处所传送的信号S考虑在内来评估所述风险。

程序200包括用于启动车辆的可控姿态校正系统的模块210。基于信号S 并可选地基于负载转移TC的当前值，模块210能够对针对主动式悬架24至27 的控制参数的不同的设定值进行计算。由此确定的设定值被施加到主动式悬架 的阀门上以被立刻考虑在内，从而修改由每个悬架生成的力并调整重心的高度 (尤其是降低高度)来避免车辆翻覆。

程序200包括用于调节车辆的速度的模块220。基于信号S并可选地基于 负载转移TC的当前值，模块220能够对用于调节车辆的推进装置的参数(发 动机额定值、制动启动等)和/或转向装置的参数(转向角等)的不同的设定值 进行计算。由此确定的设定值被施加到车辆的推进装置和/或转向装置上以被立 刻考虑在内，从而修改车辆的速度(尤其降低车辆的横向加速度)以避免车辆 翻覆。

现将对来自于实施上述程序100的方法进行说明。

在每次执行时，执行第一处理链110的模块。

在获取由主动式悬架24至27的不同的压力传感器28、29完成的测量值 的步骤之后，计算针对主动式悬架的每对压力传感器的压力差。

四个确定的压力差接下来用于计算负载转移的原始测量值TCb。该计算基 于上述公式(1)。

最后，在验证步骤期间，负载转移的原始测量值TCb与有效范围进行比 较。如果该测量值处于所述范围内，负载转移的测量值TCm等于原始值TCb。 相反，如果该测量值处于所述范围外，负载转移的测量值TCm被设置为零。

与此同时，执行第二处理链120的模块。

在获取由不同的运动传感器50至58完成的测量值之后，执行计算模块 124以计算负载转移的估计值TCe。

模块124所用的动态模型M将当前时刻t下的质量值G(t)和重心的高度 值H(t)考虑在内。

执行程序100继续至将负载转移的测量值TCm与零值进行比较的步骤。 如果负载转移的测量值TCm不等于零，则意味着该测量值可用。随后，执行模 块144以将负载转移的测量值TCm分配给负载转移的瞬时值TC。

否则，当负载转移的测量值TCm等于零时，这意味着该负载转移的测量 值TCm不可用。在这种情况下，执行模块142以将负载转移的估计值TCe分 配给负载转移的瞬时值TC。

在下一个步骤中，执行模块150以根据负载转移的当前值TC确定是否存 在翻覆风险。如果负载转移的瞬时值TC的绝对值大于0.8，则存在翻覆风险。 随后发出安全信号S。

在第一处理链110和第二处理链120的模块的每个执行周期后，并当负载 转移的测量值TCm可用时，执行重新校准链130的模块以重新校准在动态模型 M中所用的参数H和参数G的值。

为此，计算步骤导致通过负载转移的测量值TCm与估计值TCe之间的差 来确定偏差。

随后，由此获得的偏差e(t)与阈值偏差e0进行比较。如果该偏差低于所 述阈值，则执行模块134以将前一刻t-1下的质量值G(t-1)和高度值H(t-1)分配 为当前时刻t下的质量值G(t)和高度值H(t)。

然而，如果该偏差高于所述阈值，则执行模块135以根据时间演化规律确 定质量或高度的变化。

随后，在下一个步骤中，执行模块136以将前一刻t-1下的质量值G(t-1) 和高度值H(t-1)加上由模块135确定的质量或高度的变化分配为当前时刻t下的 质量值G(t)和高度值H(t)。

参数G和H的更新值可用于模块124的下次执行。

可替换地，附加步骤可以使用通过对需要重新校准的原因进行可能性计算 而得到的系数来对两个参数中的每个参数的时间演化规律进行加权。

以这种方式，动态模型M被更新以有效地描述收割机的行为。

这在图3中示出。图3以曲线图的形式示出了在沿着垂直于大约15°地形 坡度的方向上的基本笔直的路径以1.5m/s的速度完成往返200m期间实施本方 法的结果。

该曲线图示出了随时间变化的负载转移的测量值TCm。在该曲线图的左 边部分中，主动式悬架通常回到邻接。因此，TCm通常不可用(锯齿波状信号， 这是因为TCm通常等于0)。

在大约90m与110m之间的中心部分中，该葡萄收割机转半圈。操作员故 意阻止该姿态校正系统使得TCm完全不可用(TCm＝0)。

最后，在右边部分中，在返回路径上，主动式悬架被调整到与去向路程 (outgoingjourney)的值不同的值，使得该主动式悬架不经常返回到邻接位置。 TCm几乎在每一时刻都是可用的。

曲线TCe1也示出了负载转移的估计值，但不执行针对动态模型的参数的 重新校准步骤。当测量值是可用的时，该估计值远离该测量值。因此，当测量 值不可用时，无法使用该估计值来评估翻覆风险。

曲线TCe2示出了在实施针对动态模型的参数的重新校准步骤下的负载转 移的估计值。该估计值非常接近测量值并遵循测量值的变化。因此，当测量值 不可用时，这些估计值可用作表示翻覆风险的量。

值得注意的是，间接地获得了车辆的总质量的瞬时值G(t)。该信息能够有 利地用于车辆配备的其他系统，使得这些系统的操作能够基于车辆质量的实际 值而被实时地优化。

安全信号S被在计算机30上执行的其他程序考虑在内，例如用于降低翻 覆风险的程序200。

因此，执行用于启动车辆的可控姿态校正系统的模块210计算了设计为施 加到主动式悬架的不同的设定值，以例如降低重心的高度。

因此，执行用于调节车辆速度的模块220计算了用于调节车辆的推进装置 和/或转向装置的不同的设定值。由此确定的设定值被施加在这些装置的输入端 处，以例如减少车辆的横向加速度。

有利地，程序200的执行提供了仲裁，从而导致翻覆风险的降低在启动姿 态校正系统与启动推进装置和/或转向装置之间分布。