專利名稱：一種車輛雙重轉向控制方法
技術領域：
本發明涉及一種電動車轉向控制方法，特別是關于一種四輪獨立驅動電動車的車輛雙重轉向控制方法。
背景技術：
目前，隨著電動車輛技術研究的不斷深入，電動機在底盤控制技術方面的潛力不 斷被挖掘，越來越多的研究集中于電動車輛的車輛動力學控制比如在《四輪獨立驅動電動 汽車的穩定性控制及其最優動力分配法》一文中，通過在各輪之間合理協調搭配驅動力，使 輪胎力不超過最大摩擦力，從而保證橫向的穩定性；又如研究主動前輪轉向系統(Active Front Steering System，簡稱AFS)與直接橫擺力矩(DYC)相融合的控制方法，通過轉向系 統和驅動系統的協調控制提高車輛的操穩性。上述兩種控制方法均屬于單純研究穩定性 的控制方法，并且目前的研究大多集中于通過驅動力的控制達到提高車輛操縱穩定性的目 的，尚沒有利用驅動力的控制對車輛本身轉向特性進行改變的相關研究。

發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種操縱穩定性較高、并能提高車輛機動性 的車輛雙重轉向控制方法。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案一種車輛雙重轉向控制方法，其包括 以下步驟(1)設置一包括全輪獨立電驅動車輛、狀態觀測和測量模塊、空擋判別模塊、設 置在全輪獨立電驅動車輛的儀表板上的中心轉向按鈕、中心轉向控制模塊、蠕行轉向控制 模塊、車速判別模塊和行駛轉向控制模塊的控制系統；(2)狀態觀測和測量模塊實時采集 全輪獨立電驅動車輛的行駛狀態數據，并將該行駛狀態數據送入空擋判別模塊內進行空擋 判別(3)當車輛掛入空檔時，按下中心轉向按鈕，進入中心轉向控制模塊，由中心轉向控 制模塊進行中心轉向控制；(4)當車輛掛入前進檔時，退出中心轉向控制模塊，進入蠕行轉 向控制模塊，蠕行轉向控制模塊將輸出的車速信號送入車速判別模塊內進行車速判別；(5) 當車速介于蠕行轉向設定值和行駛轉向設定值之間時，進入過渡期，由蠕行轉向控制模塊 的輸出值和行駛轉向控制模塊的輸出值，分別乘權重系數，并相加得到對整車的控制輸出 值，實現對四輪獨立驅動電動車的雙重轉向控制。所述步驟(3)中，所述中心轉向控制包括以下步驟①由狀態觀測和測量模塊檢 測出車輛的實際方向盤轉角、旋轉速度和加速踏板行程，根據實際方向盤轉角和加速踏板 行程由試驗標定分別得到旋轉速度最高限制值和直接橫擺力矩；②將計算出的旋轉速度最 高限制值、直接橫擺力矩以及旋轉速度進行考慮旋轉速度的橫擺力矩計算；③將得到的橫 擺力矩輸入驅動力分配模塊內，采用四輪平均分配，左右側方向相反的方式將驅動力分配 到全輪獨立電驅動車輛的四個驅動輪上。所述步驟(4)中，所述蠕行轉向控制模塊內的所述車速判別模塊判別方式如下 ①當車速低于行駛轉向設定值時，停留在蠕行轉向控制模塊，由蠕行轉向控制模塊進行蠕行轉向控制；②當車速高于行駛轉向設定值時，進入行駛轉向控制模塊，并由行駛轉向控制模塊進行行駛轉向控制。所述步驟①中，所述蠕行轉向控制包括以下步驟I )當駕駛員輸入實際方向盤 轉角，將車輛的縱向車速和實際方向盤轉角輸入預先設定的直接橫擺力矩計算函數模塊 內，得到輔助車輛轉向的直接橫擺力矩值；II )將直接橫擺力矩值和車輛的加速踏板行程 均輸入驅動力分配模塊內，根據全輪路面附著負荷指標最優的方法，將驅動力分配到全輪 獨立電驅動車輛的四個驅動輪上。所述步驟②中，所述行駛轉向控制包括以下步驟I )由狀態觀測和測量模塊測 得實際方向盤轉角和車輛的縱向車速作為計算出雙重轉向的假定方向盤轉角，并將該假定 方向盤轉角和車輛的縱向車速輸入三自由度參考車輛模型計算出橫擺角速度；II )以三自 由度參考車輛模型輸出的橫擺角速度作為參考值，計算狀態觀測和測量模塊測量的實際橫 擺角速度與參考橫擺角速度的橫擺角速度誤差值，并將該橫擺角速度誤差值輸入比例積分 微分控制器計算出橫擺力矩值；III)將橫擺力矩值重新分配后，對驅動力進行調整，采用全 輪路面附著負荷指標最優的方法，將驅動力分配到全輪獨立電驅動車輛的四個驅動輪上。所述步驟(5)中，所述權重系數為k，所述整車的控制輸出值計算公式為T。ut = kTd+(l-k)Tg，式中，Td為蠕行轉向控制程序的輸出值；Tg為行駛轉向控制程序的輸出值。本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明由于采用了傳統轉向 與拖滑轉向相結合的方式，由拖滑轉向輔助傳統轉向來實現。并且由于車輛在高速時只需 求小轉向角，因此高速時車輛的轉向由前輪轉角產生的運動實現，這樣提高了車輛的穩定 性。2、本發明由于在車輛行駛速度較低時，需求大轉向角，此時穩定性需求降低，車輛的轉 向由前輪轉角產生的運動和左右側驅動力產生的直接橫擺力矩疊加產生，這種采用拖滑轉 向能夠減小轉向半徑，因此大大提高了車輛的機動性。本發明可以廣泛應用于各種電動車 動力學控制技術領域中。


圖1是本發明的整體結構示意2是本發明的中心轉向控制流程示意3是本發明的蠕行轉向控制流程示意4是本發明的行駛轉向控制流程示意圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明的進行詳細的描述。如圖1所示，本發明的控制系統包括一全輪獨立電驅動車輛1、一狀態觀測和測量 模塊2、一空擋判別模塊3、一設置在全輪獨立電驅動車輛1的儀表板上的中心轉向按鈕4、 一中心轉向控制模塊5、一蠕行轉向控制模塊6、一車速判別模塊7和一行駛轉向控制模塊 8。本發明的控制方法采用傳統前輪轉向與拖滑轉向相結合的方式，將車輛一般轉向 運行工況分為中心轉向、蠕行轉向和行駛轉向三種運行工況，針對這三種運行工況分別制 定出相應的控制方法，組成完整的雙重轉向控制方法，進而提高車輛運行工況下的機動性能，其包括以下步驟1、狀態觀測和測量模塊2實時采集全輪獨立電驅動車輛1的行駛狀態數據，并將 該行駛狀態數據送入空擋判別模塊3進行空擋判別。2、如圖2所示，當車輛掛入空檔時，按下中心轉向按鈕4，進入中心轉向控制模塊 5，并由中心轉向控制模塊5直接進行中心轉向控制，其包括以下步驟①由狀態觀測和測量模塊2檢測出車輛的實際方向盤轉角、旋轉速度和加速踏板 行程，并根據實際方向盤轉角和加速踏板行程由試驗標定分別得到旋轉速度最高限制值和 直接橫擺力矩；②將計算出的旋轉速度最高限制值、直接橫擺力矩以及旋轉速度進行考慮旋轉 速 度的橫擺力矩計算；③將得到的橫擺力矩輸入驅動力分配模塊內，采用四輪平均分配，左右側方向相 反的方式將驅動力分配到全輪獨立電驅動車輛1的四個驅動輪上。3、如圖1所示，當車輛掛入前進檔時，退出中心轉向控制模塊5，進入蠕行轉向控 制模塊6，蠕行轉向控制模塊6將輸出的車速信號送入車速判別模塊7內進行車速判別1)如圖3所示，當車速低于行駛轉向設定值時，停留在蠕行轉向控制模塊6，并由 蠕行轉向控制模塊6直接進行蠕行轉向控制，其包括以下步驟①當駕駛員輸入實際方向盤轉角，前輪發生偏轉的情況除外，將車輛的縱向車速 和實際方向盤轉角輸入預先設定的直接橫擺力矩計算函數模塊內，進而得到輔助車輛轉向 的直接橫擺力矩值；上述直接橫擺力矩值隨著實際方向盤轉角的增大而增大，隨著車速的增加，直接 橫擺力矩值減??；直接橫擺力矩計算函數模塊由狀態觀測和測量模塊2檢測到的實際方向 盤轉角和縱向車速共同決定，同時保證旋轉速度不超過步驟2中的由方向盤轉角標定得到 的旋轉速度最高限制值；②將步驟①得到的直接橫擺力矩值和車輛的加速踏板行程均輸入驅動力分配模 塊內，根據全輪路面附著負荷指標最優的方法，將驅動力分配到全輪獨立電驅動車輛1的 四個驅動輪上；2)如圖4所示，當車速高于行駛轉向設定值時，進入行駛轉向控制模塊8，并由行 駛轉向控制模塊8進行行駛轉向控制，其包括以下步驟①由狀態觀測和測量模塊2測得實際方向盤轉角和車輛的縱向車速作為計算出 雙重轉向的假定方向盤轉角，并將該假定方向盤轉角和車輛的縱向車速輸入三自由度參考 車輛模型計算出橫擺角速度；②以三自由度參考車輛模型輸出的橫擺角速度作為參考值，計算狀態觀測和測量 模塊2測量的實際橫擺角速度與參考橫擺角速度的橫擺角速度誤差值，并將該橫擺角速度 誤差值輸入PID (比例積分微分)控制器計算出橫擺力矩值；③將上述步驟中的橫擺力矩值重新分配后，對驅動力進行調整，并采用全輪路面 附著負荷指標最優的方法，將驅動力分配到全輪獨立電驅動車輛1的四個驅動輪上。4、當車速介于蠕行轉向設定值和行駛轉向設定值之間時，進入過渡期，由蠕行轉 向控制模塊6的輸出值和行駛轉向控制模塊8的輸出值，分別乘權重系數，并相加得到對整 車的控制輸出值，進而實現對四輪獨立驅動電動車的雙重轉向控制。
上述步驟3中，由動力學方程可以得到三自由度參考車輛模型的動力學方程為
(1)
(2)四個輪胎上的垂向載荷分別為 公式(1) (3)中，m為車輛的質量；、為車輛的側向加速度；vx為車輛的縱向速 度；Y為車輛的橫擺角速度；Fyi為四個輪胎上的側向力，i = 1，2，3，4。12為車輛繞Z軸的 轉動慣量山為車輛質心到前軸的距離山為質心到后軸的距離；Fzl和Fz2分別為左前、右 前輪胎上的垂向載荷；Fz3和Fz4分別為左后、右后輪胎上的垂向載荷；ax為車輛縱向加速度； ay為車輛側向加速度；g為重力加速度；hg為質心高度；wf、^為前、后輪輪距；1為軸距。上述步驟4中，整車的控制輸出值計算公式為Tout = kTd+(l-k)Tg(5)式中，k為權重系數；Td為蠕行轉向控制的輸出值；Tg為行駛轉向控制的輸出值。上述實施例僅用于說明本發明，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變 化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保 護范圍之外。
權利要求
一種車輛雙重轉向控制方法，其包括以下步驟(1)設置一包括全輪獨立電驅動車輛、狀態觀測和測量模塊、空擋判別模塊、設置在全輪獨立電驅動車輛的儀表板上的中心轉向按鈕、中心轉向控制模塊、蠕行轉向控制模塊、車速判別模塊和行駛轉向控制模塊的控制系統；(2)狀態觀測和測量模塊實時采集全輪獨立電驅動車輛的行駛狀態數據，并將該行駛狀態數據送入空擋判別模塊內進行空擋判別(3)當車輛掛入空檔時，按下中心轉向按鈕，進入中心轉向控制模塊，由中心轉向控制模塊進行中心轉向控制；(4)當車輛掛入前進檔時，退出中心轉向控制模塊，進入蠕行轉向控制模塊，蠕行轉向控制模塊將輸出的車速信號送入車速判別模塊內進行車速判別；(5)當車速介于蠕行轉向設定值和行駛轉向設定值之間時，進入過渡期，由蠕行轉向控制模塊的輸出值和行駛轉向控制模塊的輸出值，分別乘權重系數，并相加得到對整車的控制輸出值，實現對四輪獨立驅動電動車的雙重轉向控制。
2.如權利要求1所述的一種車輛雙重轉向控制方法，其特征在于所述步驟(3)中，所 述中心轉向控制包括以下步驟①由狀態觀測和測量模塊檢測出車輛的實際方向盤轉角、旋轉速度和加速踏板行程， 根據實際方向盤轉角和加速踏板行程由試驗標定分別得到旋轉速度最高限制值和直接橫 擺力矩；②將計算出的旋轉速度最高限制值、直接橫擺力矩以及旋轉速度進行考慮旋轉速度的 橫擺力矩計算；③將得到的橫擺力矩輸入驅動力分配模塊內，采用四輪平均分配，左右側方向相反的 方式將驅動力分配到全輪獨立電驅動車輛的四個驅動輪上。
3.如權利要求1所述的一種車輛雙重轉向控制方法，其特征在于所述步驟(4)中，所 述蠕行轉向控制模塊內的所述車速判別模塊判別方式如下①當車速低于行駛轉向設定值時，停留在蠕行轉向控制模塊，由蠕行轉向控制模塊進 行蠕行轉向控制；②當車速高于行駛轉向設定值時，進入行駛轉向控制模塊，并由行駛轉向控制模塊進 行行駛轉向控制。
4.如權利要求3所述的一種車輛雙重轉向控制方法，其特征在于所述步驟①中，所述 蠕行轉向控制包括以下步驟I)當駕駛員輸入實際方向盤轉角，將車輛的縱向車速和實際方向盤轉角輸入預先設 定的直接橫擺力矩計算函數模塊內，得到輔助車輛轉向的直接橫擺力矩值；II)將直接橫擺力矩值和車輛的加速踏板行程均輸入驅動力分配模塊內，根據全輪路 面附著負荷指標最優的方法，將驅動力分配到全輪獨立電驅動車輛的四個驅動輪上。
5.如權利要求3所述的一種車輛雙重轉向控制方法，其特征在于所述步驟②中，所述 行駛轉向控制包括以下步驟I)由狀態觀測和測量模塊測得實際方向盤轉角和車輛的縱向車速作為計算出雙重 轉向的假定方向盤轉角，并將該假定方向盤轉角和車輛的縱向車速輸入三自由度參考車輛 模型計算出橫擺角速度；II )以三自由度參考車輛模型輸出的橫擺角速度作為參考值，計算狀態觀測和測量模 塊測量的實際橫擺角速度與參考橫擺角速度的橫擺角速度誤差值，并將該橫擺角速度誤差 值輸入比例積分微分控制器計算出橫擺力矩值；III)將橫擺力矩值重新分配后，對驅動力進行調整，采用全輪路面附著負荷指標最優 的方法，將驅動力分配到全輪獨立電驅動車輛的四個驅動輪上。
6.如權利要求1所述的一種車輛雙重轉向控制方法，其特征在于所述步驟(5)中，所 述權重系數為k，所述整車的控制輸出值計算公式為Tout = kTd+(l-k)Tg，式中，Td為蠕行轉向控制程序的輸出值；Tg為行駛轉向控制程序的輸出值。
全文摘要
本發明涉及一種車輛雙重轉向控制方法，其包括以下步驟(1)設置一包括全輪獨立電驅動車輛、狀態觀測和測量模塊、空擋判別模塊、設置在全輪獨立電驅動車輛的儀表板上的中心轉向按鈕、中心轉向控制模塊、蠕行轉向控制模塊、車速判別模塊和行駛轉向控制模塊的控制系統；(2)狀態觀測和測量模塊實時采集全輪獨立電驅動車輛的行駛狀態數據，并送入空擋判別模塊內(3)當車輛掛入空檔時，按下中心轉向按鈕，進入中心轉向控制模塊；(4)當車輛掛入前進檔時，進入蠕行轉向控制模塊；(5)當車速介于蠕行轉向設定值和行駛轉向設定值之間時，由蠕行轉向控制模塊的輸出值和行駛轉向控制模塊的輸出值，得到對整車的控制輸出值，實現對四輪獨立驅動電動車的雙重轉向控制。
文檔編號B62D101/00GK101844583SQ201010178630
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月17日 優先權日2010年5月17日
發明者張海林, 李克強, 楊殿閣, 王建強, 羅禹貢, 范晶晶, 連小珉, 鄭四發 申請人:清華大學