本實用新型涉及轉向系統技術領域，尤其涉及一種復合轉向系統。

背景技術：

汽車轉向系統是決定汽車主動安全性的關鍵總成，傳統汽車轉向系統是機械系統，汽車的轉向運動是由駕駛員操縱轉向盤，通過轉向器傳遞到轉向車輪而實現的。

汽車線控轉向系統取消了方向盤與轉向輪之間的機械連接，完全由電控實現轉向，擺脫了傳統轉向系統的各種限制，不但可以自由設計汽車轉向的力傳遞特性，而且可以設計汽車轉向的角傳遞特性，給汽車轉向特性的設計帶來無限的空間，是汽車轉向系統的重大革新。但是同時由于無機械連接，可靠性較差。

電動助力轉向系統所能提供助力較小。對于大型客車而言，有時候電動助力轉向系統難以滿足轉向助力。為了滿足汽車在任何情況下都能提供相應的轉向助力，可能需要兩套助力轉向系統同時介入，但是兩套助力轉向系統同時工作時，會產生一定的能量浪費。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種復合轉向系統。

本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種復合轉向系統，包括電動助力轉向系統和線控四輪轉向系統；

所述電動助力轉向系統包含方向盤、方向盤轉角傳感器、轉向柱、減速機構、離合器、助力電機、轉向控制ECU、車速傳感器、側向加速度傳感器和齒輪齒條轉向器；

所述線控四輪轉向系統包括前軸、左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機、電機控制單元、左后輪輪轂電機、右后輪輪轂電機和后軸；

所述轉向柱一端和汽車的方向盤固定相連，另一端通過所述齒輪齒條轉向器和所述前軸相連；

所述方向盤轉角傳感器安裝在轉向柱上，用于獲取方向盤的轉角；

所述助力電機通過離合器與減速機構輸入端相連，用于提供轉向助力；

所述減速機構輸出端設置在轉向柱上；

所述車速傳感器和側向加速度傳感器安裝在汽車車身上，分別用于獲取汽車車速和汽車側向加速度；

所述前軸兩端分別與汽車的左前輪、右前輪相連；

所述左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機分別安裝在左前輪、右前輪上，分別用于驅動汽車的左前輪、右前輪；

所述后軸兩端分別與汽車的左后輪、右后輪相連；

所述左后輪輪轂電機、右后輪輪轂電機分別安裝在左后輪、右后輪上，分別用于驅動汽車的左后輪、右后輪；

所述轉向控制ECU分別和助力電機、方向盤轉角傳感器、車速傳感器、側向加速度傳感器、電機控制單元電氣相連，用于根據方向盤轉角傳感器、車速傳感器、側向加速度傳感器測得的方向盤轉角、汽車車速、側向加速度控制助力電機工作，計算左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機、左后輪輪轂電機、右后輪輪轂電機的力矩并產生相應的電流信號傳遞給所述電機控制單元；

所述電機控制單元分別和左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機、左后輪輪轂電機、右后輪輪轂電機、轉向控制ECU電氣相連，用于根據接收到的電流信號控制左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機、左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機工作。

本實用新型還公開了一種基于該復合轉向系統的模式切換方法，包含以下步驟：

步驟1)，轉向控制ECU根據方向盤轉角傳感器測得的方向盤轉角和車速傳感器測得的汽車車速信號計算當前汽車橫擺角速度；

步驟2)，轉向控制ECU根據當前橫擺角速度、汽車車速、方向盤轉角和汽車側向加速度計算當前轉向所需助力以及左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機、左后輪輪轂電機、右后輪輪轂電機的力矩；

步驟3)，轉向控制ECU根據左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機、左后輪輪轂電機、右后輪輪轂電機的力矩產生相應的電流信號傳遞給電機控制單元；

步驟4)，轉向控制ECU將計算得到的橫擺角速度ω_r和預設的汽車極限橫擺角速度閾值ω_r0比較；將車速傳感器測得的汽車車速u分別和預設的汽車低速閾值u₁、預設的汽車高速閾值u₂比較；將方向盤轉角傳感器測得的方向盤轉角θ_sw和預設的方向盤轉角閾值θ_sw0比較；將側向加速度傳感器測得的汽車側向加速度a_y和預設的汽車極限側向加速度閾值a_y0比較；

步驟4.1)，當橫擺角速度ω_r＞ω_r0時；

步驟4.1.1)，轉向控制ECU控制助力電機不工作；

步驟4.1.2)，電機控制單元控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機不工作、并根據接收到的電流信號左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機反向工作；

步驟4.2)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＞a_y0時；

步驟4.2.1)，轉向控制ECU控制助力電機不工作；

步驟4.2.2)，電機控制單元根據接收到的電流信號控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機正向工作、控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機反向工作；

步驟4.3)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＜a_y0、汽車車速u＜u₁、方向盤轉角θ_sw＞θ_sw0時；

步驟4.3.1)，轉向控制ECU根據當前轉向所需助力控制助力電機正向工作；

步驟4.3.2)，電機控制單元根據接收到的電流信號控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機正向工作、控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機正向工作；

步驟4.4)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＜a_y0、汽車車速u＜u₁、方向盤轉角θ_sw＜θ_sw0時；

步驟4.4.1)，轉向控制ECU控制助力電機不工作；

步驟4.4.2)，電機控制單元根據接收到的電流信號控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機正向工作、控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機正向工作；

步驟4.5)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＜a_y0、汽車車速u₁＜u＜u₂、方向盤轉角θ_sw＞θ_sw0時；

步驟4.5.1)，轉向控制ECU根據當前轉向所需助力控制助力電機正向工作；

步驟4.5.2)，電機控制單元根據接收到的電流信號控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機正向工作、控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機反向工作；

步驟4.6)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＜a_y0、汽車車速u₁＜u＜u₂、方向盤轉角θ_sw＜θ_sw0時；

步驟4.6.1)，轉向控制ECU根據當前轉向所需助力控制助力電機正向工作；

步驟4.6.2)，電機控制單元根據接收到的電流信號控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機正向工作，并控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機不工作；

步驟4.7)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＜a_y0、汽車車速u＞u₂、方向盤轉角θ_sw＞θ_sw0時；

步驟4.7.1)，轉向控制ECU根據當前轉向所需助力控制助力電機正向工作；

步驟4.7.2)，電機控制單元控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機不工作，并根據接收到的電流信號控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機反向工作；

步驟4.8)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＜a_y0、汽車車速u＞u₂、方向盤轉角θ_sw＜θ_sw0時；

步驟4.8.1)，轉向控制ECU根據當前轉向所需助力控制助力電機正向工作；

步驟4.8.2)，電機控制單元控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機不工作、控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機不工作。

作為本實用新型一種復合轉向系統的模式切換方法進一步的優化方案，步驟1)中轉向控制ECU根據方向盤轉角傳感器測得的方向盤轉角和車速傳感器測得的汽車車速信號計算當前汽車橫擺角速度的公式如下：

式中：a₀＝k₁k₂(a+b)²+(k₂b-k₁a)mu²；b₀＝k₁k₂(a+b)u；a為質心到前軸軸距；b為質心到后軸軸距；L＝a+b；u為汽車速度；ω_r為汽車橫擺角速度；θ_sw為方向盤轉角；K_s范圍可根據駕駛員喜好選取，該范圍為0.12-0.37 1/s；k₁、k₂為前后輪側偏剛度；m為整車質量。

本實用新型采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

1.在線控四輪轉向系統基礎上增設電動助力轉向系統，能夠彌補線控四輪轉向系統可靠性差的問題。

2.能夠解決在電動助力轉向不能提供足夠的轉向助力的問題。

3.可以根據不同的汽車行駛工況以及駕駛員操作，切換不同轉向助力工作模式，提供不同的助力效果。

附圖說明

圖1為本實用新型復合轉向系統結構圖；

圖2為本實用新型模式切換方法控制流程圖。

圖中，1-方向盤，2-方向盤轉角傳感器，3-轉向柱，4-減速機構，5-離合器，6-助力電機，7-轉向控制ECU，8-車速傳感器，9-側向加速度傳感器，10-齒輪齒條轉向器，11-前軸，12-左前輪輪轂電機，13-右前輪輪轂電機，14-電機控制單元，15-左后輪輪轂電機，16-右后輪輪轂電機，17-后軸。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明：

如圖1所示，本實用新型開發了一種復合轉向系統，包括電動助力轉向系統和線控四輪轉向系統；

所述電動助力轉向系統包含方向盤、方向盤轉角傳感器、轉向柱、減速機構、離合器、助力電機、轉向控制ECU、車速傳感器、側向加速度傳感器和齒輪齒條轉向器；

所述線控四輪轉向系統包括前軸、左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機、電機控制單元、左后輪輪轂電機、右后輪輪轂電機和后軸；

所述轉向柱一端和汽車的方向盤固定相連，另一端通過所述齒輪齒條轉向器和所述前軸相連；

所述方向盤轉角傳感器安裝在轉向柱上，用于獲取方向盤的轉角；

所述助力電機通過離合器與減速機構輸入端相連，用于提供轉向助力；

所述減速機構輸出端設置在轉向柱上；

所述車速傳感器和側向加速度傳感器安裝在汽車車身上，分別用于獲取汽車車速和汽車側向加速度；

所述前軸兩端分別與汽車的左前輪、右前輪相連；

所述左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機分別安裝在左前輪、右前輪上，分別用于驅動汽車的左前輪、右前輪；

所述后軸兩端分別與汽車的左后輪、右后輪相連；

所述左后輪輪轂電機、右后輪輪轂電機分別安裝在左后輪、右后輪上，分別用于驅動汽車的左后輪、右后輪；

所述轉向控制ECU分別和助力電機、方向盤轉角傳感器、車速傳感器、側向加速度傳感器、電機控制單元電氣相連，用于方向盤轉角傳感器、車速傳感器、側向加速度傳感器測得的數據控制助力電機工作，計算左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機、左后輪輪轂電機、右后輪輪轂電機的力矩并產生相應的電流信號傳遞給所述電機控制單元；

所述電機控制單元分別和左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機、左后輪輪轂電機、右后輪輪轂電機、轉向控制ECU電氣相連，用于根據接受到的電流信號控制左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機、左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機工作。

如圖2所示，本實用新型還公布了一種復合轉向系統模式切換方法，包含如下步驟：

步驟1)，轉向控制ECU根據方向盤轉角傳感器測得的方向盤轉角和車速傳感器測得的汽車車速信號計算當前汽車橫擺角速度：

式中：a₀＝k₁k₂(a+b)²+(k₂b-k₁a)mu²；b₀＝k₁k₂(a+b)u；a為質心到前軸軸距；b為質心到后軸軸距；L＝a+b；u為汽車速度；ω_r為汽車橫擺角速度；θ_sw為方向盤轉角；K_s范圍可根據駕駛員喜好選取，該范圍為0.12-0.37 1/s；k₁、k₂為前后輪側偏剛度；m為整車質量。

步驟2)，轉向控制ECU根據當前橫擺角速度、汽車車速、方向盤轉角和汽車側向加速度計算當前轉向所需助力以及左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機、左后輪輪轂電機、右后輪輪轂電機的力矩；

步驟3)，轉向控制ECU根據左前輪輪轂電機、右前輪輪轂電機、左后輪輪轂電機、右后輪輪轂電機的力矩產生相應的電流信號傳遞給電機控制單元；

步驟4)，轉向控制ECU將計算得到的橫擺角速度ω_r和預設的汽車極限橫擺角速度閾值ω_r0比較；將車速傳感器測得的汽車車速u分別和預設的汽車低速閾值u₁、預設的汽車高速閾值u₂比較；將方向盤轉角傳感器測得的方向盤轉角θ_sw和預設的方向盤轉角閾值θ_sw0比較；將側向加速度傳感器測得的汽車側向加速度a_y和預設的汽車極限側向加速度閾值a_y0比較；

步驟4.1)，當橫擺角速度ω_r＞ω_r0時，采用四輪轉向模式1：

步驟4.1.1)，轉向控制ECU控制助力電機不工作；

步驟4.1.2)，電機控制單元控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機不工作、并根據接收到的電流信號左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機反向工作；

步驟4.2)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＞a_y0時，采用四輪轉向模式2：

步驟4.2.1)，轉向控制ECU控制助力電機不工作；

步驟4.2.2)，電機控制單元根據接收到的電流信號控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機正向工作、控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機反向工作；

步驟4.3)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＜a_y0、汽車車速u＜u₁、方向盤轉角θ_sw＞θ_sw0時，采用復合轉向模式1：

步驟4.3.1)，轉向控制ECU根據當前轉向所需助力控制助力電機正向工作；

步驟4.3.2)，電機控制單元根據接收到的電流信號控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機正向工作、控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機正向工作；

步驟4.4)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＜a_y0、汽車車速u＜u₁、方向盤轉角θ_sw＜θ_sw0時，采用四輪轉向模式3：

步驟4.4.1)，轉向控制ECU控制助力電機不工作；

步驟4.4.2)，電機控制單元根據接收到的電流信號控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機正向工作、控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機正向工作；

步驟4.5)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＜a_y0、汽車車速u₁＜u＜u₂、方向盤轉角θ_sw＞θ_sw0時，采用復合轉向模式2：

步驟4.5.1)，轉向控制ECU根據當前轉向所需助力控制助力電機正向工作；

步驟4.5.2)，電機控制單元根據接收到的電流信號控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機正向工作、控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機反向工作；

步驟4.6)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＜a_y0、汽車車速u₁＜u＜u₂、方向盤轉角θ_sw＜θ_sw0時，采用復合轉向模式3：

步驟4.6.1)，轉向控制ECU根據當前轉向所需助力控制助力電機正向工作；

步驟4.6.2)，電機控制單元根據接收到的電流信號控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機正向工作，并控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機不工作；

步驟4.7)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＜a_y0、汽車車速u＞u₂、方向盤轉角θ_sw＞θ_sw0時，采用復合轉向模式4：

步驟4.7.1)，轉向控制ECU根據當前轉向所需助力控制助力電機正向工作；

步驟4.7.2)，電機控制單元控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機不工作，并根據接收到的電流信號控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機反向工作；

步驟4.8)，當橫擺角速度ω_r＜ω_r0、側向加速度a_y＜a_y0、汽車車速u＞u₂、方向盤轉角θ_sw＜θ_sw0時，采用電動助力轉向模式：

步驟4.8.1)，轉向控制ECU根據當前轉向所需助力控制助力電機正向工作；

步驟4.8.2)，電機控制單元控制左前輪輪轂電機和右前輪輪轂電機不工作、控制左后輪輪轂電機和右后輪輪轂電機不工作。

式中：ω_r0優先采用汽車穩定工況下極限橫擺角速度；a_y0優先采用汽車穩定工況下極限側向加速度。

本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本實用新型所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

以上所述的具體實施方式，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。