CN101289095A - 用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统。旨在克服现有技术存在的转向系统惯量和装车成本增加等问题。技术方案中增装了整车控制器(2)。其包括处理器、脉冲输入接口电路、CAN通信接口电路1、模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2等。其上的DI5、DI6、DI7与DI8引脚与轮速传感器(14)线连接；CAN2_H与CAN2_L引脚和右转向轮轮边电机控制器(4)线连接；CAN1_H与CAN1_L引脚和左转向轮轮边电机控制器(3)线连接；电源接口与12V～24V的电源连接；AI0和AI1引脚与转向盘转矩转角传感器(9)中的转矩和转角的信号线连接。本发明在传统车辆上也具备应用的潜力。

Description

用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统

技术领域

本发明涉及一种应用于转向轮独立驱动电动车的助力转向机构，更具体地说，它涉及一种用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统。

背景技术

目前，常用的动力转向方式有液压助力转向(HPS)、电控液压助力转向(EHPS)、电动助力转向(EPS)、主动电动助力转向(AEPS)以及线控转向(SBW)等。普及率很高的传统液压式助力转向正逐步被节能环保且很好的协调转向轻便性及路感回馈的电动助力转向所取代。主动电动助力转向又是在提高汽车主动安全的背景下从电动助力转向的基础上演变而来。而当下研究较热的线控转向仍由于可靠性及法律法规的限制尚未普及开来。因此，在电动车上绝大多数配备的都是电动助力转向系统。

然而，应用在转向轮独立驱动电动车上的电动助力转向系统由于在转向系统中额外的增加了助力电机，无形中增加了转向系统惯量、装车成本，同时也使结构复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的转向系统惯量和装车成本的增加及结构复杂问题，提供一种用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统。既体现转向轮独立驱动电动车的独有优势及避免转向系统惯量的增加，又能够与电动助力转向系统一样在满足转向轻便性的同时，增强转向系统对驾驶员的路感回馈。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案实现的：其包括有左转向轮轮边电机控制器、右转向轮轮边电机控制器、左转向轮轮边电机、转向盘转矩转角传感器、右转向轮轮边电机与四个轮速传感器，左转向轮轮边电机控制器与左转向轮轮边电机电线连接，右转向轮轮边电机控制器与右转向轮轮边电机电线连接，左转向轮轮边电机输出轴固定在左前轮的轮毂上，右转向轮轮边电机输出轴固定在右前轮的轮毂上，再此基础上还安装一个具备差动助力转向功能的整车控制器。

整车控制器上的输入端DI5、DI6、DI7与DI8引脚分别与四个相同的轮速传感器的信号线连接。

整车控制器上的CAN2_H与CAN2_L引脚分别和右转向轮轮边电机控制器的CAN通信线的CANH及CANL线连接。

整车控制器上的CAN1_H与CAN1_L引脚分别和左转向轮轮边电机控制器的CAN通信线的CANH及CANL线连接。

整车控制器上的电源接口与12V～24V的直流电源连接。

整车控制器中的AI0引脚与转向盘转矩转角传感器中的转矩信号线连接，整车控制器中的AI1引脚与转向盘转矩转角传感器中的转角信号线连接。

技术方案中所述的整车控制器是由嵌入自编计算机程序的处理器、脉冲输入接口电路、CAN通信接口电路2、CAN通信接口电路1、控制器供电电路、模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2组成。脉冲输入接口电路上的输出端分别和处理器的MDA15、MDA27、MDA28与MDA29引脚线相连。CAN通信接口电路1的另两接口与处理器A_CNTX0、A_CNRX0引脚线连接。CAN通信接口电路2的另两接口与处理器B_CNTX0、B_CNRX0引脚线连接。控制器供电电路2.6V的输出接口与处理器2.6V的电源接口线连接，控制器供电电路5V的输出接口和脉冲输入接口电路、CAN通信接口电路2、CAN通信接口电路1、模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2的5V电源接口线连接。模拟量输入接口电路1的输出端与处理器的AN66的引脚线连接。模拟量输入接口电路2的输出端与处理器的AN69的引脚线连接；所述的脉冲输入接口电路上的输出端是指：型号为74HC14的反向器的10端、型号为74HC14的反向器的12端、型号为74HC14的反向器的14端与型号为74HC14的反向器的16端；所述的CAN通信接口电路1的另两接口是指：CAN通信接口电路1采用的是PCA82C250收发器芯片，其上的与处理器上的A_CNTX0、A_CNRX0引脚线连接的TXD与RXD引脚。所述的CAN通信接口电路2的另两接口是指：CAN通信接口电路2采用的是PCA82C250收发器芯片，其上的与处理器上的B_CNTX0、B_CNRX0引脚线连接的TXD与RXD引脚；所述的嵌入自编计算机程序的处理器选择的是Motorola32位型号为MPC565的CPU。所述的模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2中选用型号为MAX4630的具有静电保护功能的四通道SPST模拟开关芯片。其通道一的1端与第一稳压管的一端连接构成整车控制器的转矩信号输入端AI0，其通道二的11端与第二稳压管的一端连接构成整车控制器的转角信号输入端AI1；所述的整车控制器是装有自编的统一协调和控制整车助力转向的计算机程序装置，在整车控制器的控制下使得差动助力转向系统实现了如下的工作流程：

1)整车控制器通过模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2读取转向盘转矩和转角信号；并通过脉冲量输入接口电路读取各轮轮速信号；

2)依据转向盘转角信号值及各轮轮速信号值，经车速估算软件模块计算出实际车速；

3)根据检测到的转向盘转角信号变化方向判断驾驶员是转向过程还是回正过程；

4)若是转向过程：则差动助力转向程序模块依据驾驶员输入转矩及当前车速，经助力特性曲线插值获得差动助力转矩；

若是回正过程：则差动助力转向程序模块依据转向盘转角与0的差值，经积分分离式PID控制计算输出对应的差动回正助力转矩；

5)将输出的差动助力转矩经公式：

$\mathrm{\ΔT}=T_{\mathrm{st}}\frac{r_w}{r_{\mathrm{\σ}}}---\left(1\right)$

式中：ΔT-两侧转向轮驱动转矩差(N.m)；

T_st-由助力特性曲线得到的驱动转向力矩(N.m)；

r_w-转向轮滚动半径(m)；

r_σ-主销偏置距(m)；

计算得出左、右转向轮驱动扭矩差值，平分后与整车控制器依据整车动力性及安全性计算出的分配给两前轮的驱动电机目标转矩分别求代数和后作为两侧转向轮轮边电机控制器的目标输出转矩；

6)将计算出的左、右转向轮输出转矩分别经CAN通信接口电路1、CAN通信接口电路2传送至左转向轮轮边电机控制器3、右转向轮轮边电机控制器4。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.各轮独立驱动的电动汽车较传统内燃机汽车不仅有节能环保等优势，更重要的是其在驱动方式的革新。本发明充分利用了电动轮驱动汽车的驱动特点，提出了基于改变左右转向轮驱动转矩而提供转向助力方式的差动助力转向系统。体现了电动轮驱动汽车的独特优势及潜能发挥。

2.本发明在电动轮驱动汽车上，较电动助力转向系统具有成本较低，结构简单的优势。

3.本发明在车辆上应用的关键是转向轮驱动转矩独立可控。传统内燃机车随着电控限滑转率差速器的应用也能够实现各轮转矩独立控制，因此，本发明在传统车辆上也具备应用的潜力。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统的结构示意图；

图2为用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统的助力特性曲线示意图；

图3为用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统的整车控制器结构示意框图；

图4为用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统中的整车控制器的转矩转角模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2的电路原理图；

图5为用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统中的整车控制器的四个轮速传感器脉冲量输入接口与输出接口的电路原理图；

图6为用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统中的整车控制器的CAN通信接口电路1与CAN通信接口电路2电路原理图；

图7为用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统中型号为MPC565的32位处理器的电路原理图；

图8为用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统的计算机程序控制流程示意框图；

图中：1.转向盘，2.整车控制器，3.左转向轮轮边电机控制器，4.右转向轮轮边电机控制器，5.前轮主销，6.左前轮，7.左转向轮轮边电机，8.转向横拉杆，9.转向盘转矩转角传感器，10.转向柱，11.右前轮，12.右转向轮轮边电机，13.转向器，14.轮速传感器，R1-R34.电阻，R48-R59.电阻，R88-R89.电阻，C5.电容，C46-C50.电容，C507-C508.电容，C511-C512.电容，JP1-JP2.跳线，U10-U11.收发器芯片，U15E-U15H.反向器，U2.三端监控器，BDM.插接头，D5.肖特基势垒二极管，U20-U23.光电耦合器，U22A.第一运算放大器，U22B.第二运算放大器，Y1-Y2.晶体振荡器，Z1.第一稳压管，Z2.第二稳压管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1至图7，传统车的左右转向轮传动轴由于是通过机械差速器相连接的。由于主销偏置距的存在，轮胎印迹上的纵向力将产生绕主销的力矩，一般良好路面上左右转向轮驱动力产生的绕主销的力矩大小大体相等，方向相反，故而在转向梯形下相互抵消。而对于转向轮独立驱动电动汽车，由于左右转向轮是由独立的轮边电机进行驱动，故每个车轮的驱动力可以单独控制，且轮边电机产生的驱动转矩迅速准确，转弯时左右转向轮的驱动力可以不相等，那么驱动力对主销轴线的力矩将不再互相抵消，也就是说驱动转向力矩不再为零，由于两转向轮是通过机械转向梯形相连接，驱动转向力矩将会驱动两侧转向轮朝驱动力矩小的一侧转向。因此对电动轮驱动的汽车，理论上按照一定规律及驾驶员转向要求控制左右转向轮的输出转矩，将可以利用产生的驱动转向力矩实现助力转向的作用。

在车辆转弯时，用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统就是通过改变左右转向轮驱动转矩差，从而改变左右两侧地面对车轮的驱动力，产生两侧绕各自主销转动的力矩差，该力矩差作为驱动转向力矩和驾驶员输入力矩一同克服两侧车轮回正力矩、转向器摩擦力矩及转向主销摩擦力矩，驱动车轮转向内侧方向，从而实现转向助力目的。

用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统是在原有机械转向系统的基础上，增加设置一个整车控制器2。这时，用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统包括有整车控制器2、左转向轮轮边电机控制器3、右转向轮轮边电机控制器4、左转向轮轮边电机7、转向横拉杆8、转向盘转矩转角传感器9、右转向轮轮边电机12与轮速传感器14。

左转向轮轮边电机控制器3与左转向轮轮边电机7电线连接，右转向轮轮边电机控制器4与右转向轮轮边电机12电线连接；左转向轮轮边电机7的输出轴与左前轮6的轮毂采用花键连接，左转向轮轮边电机7的壳体与车身是固定连接，右转向轮轮边电机12的输出轴与右前轮11的轮毂采用花键连接，右转向轮轮边电机12的壳体与车身是固定连接；左前轮6与右前轮11之间通过转向横拉杆8连接，转向横拉杆8通过转向器13与转向柱10采用齿轮齿条转动连接，转向盘转矩转角传感器9安装在转向柱10上，用以测量驾驶员输入的转向力矩及转向盘转角。整车控制器2安装在车身上，整车控制器2上的输入端DI5、DI6、DI7与DI8引脚分别与四个相同的轮速传感器14的信号线连接。整车控制器2上的CAN2_H与CAN2_L引脚分别和右转向轮轮边电机控制器4的CAN通信线的CANH及CANL线连接。整车控制器2上的CAN1_H与CAN1_L引脚分别和左转向轮轮边电机控制器3的CAN通信线的CANH及CANL线连接。整车控制器2上的电源接口与12V～24V的直流电源连接。整车控制器2中的AI0引脚与转向盘转矩转角传感器9中的转矩信号线连接，整车控制器2中的AI1引脚与转向盘转矩转角传感器9中的转角信号线连接。

所述的整车控制器2是自行设计的程序软件与硬件相结合的一个部件。包括有嵌入自编计算机程序的型号为MPC565的处理器、采用型号为82C50接收发送驱动器(收发器芯片)的CAN通信接口电路1、采用型号为82C50接收发送驱动器(收发器芯片)的CAN通信接口电路2、脉冲输入接口电路、控制器供电电路、模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2。脉冲输入接口电路上的输出端分别和处理器的MDA15、MDA27、MDA28与MDA29引脚线相连。所述的脉冲输入接口电路上的输出端是指：型号为74HC14的反向器U15E的10端、型号为74HC14的反向器U15F的12端、型号为74HC14的反向器U15G的14端与型号为74HC14的反向器U15G的16端。CAN通信接口电路1的另两接口与处理器A_CNTX0、A_CNRX0引脚线连接。所述的CAN通信接口电路1的另两接口是指：CAN通信接口电路1采用的是PCA82C250收发器芯片U10，其上的与处理器上的A_CNTX0、A_CNRX0引脚线连接的TXD与RXD引脚。CAN通信接口电路2的另两接口与处理器B_CNTX0、B_CNRX0引脚线连接。所述的CAN通信接口电路2的另两接口是指：CAN通信接口电路2采用的是PCA82C250收发器芯片U11，其上的与处理器上的B_CNTX0、B_CNRX0引脚线连接的TXD与RXD引脚。控制器供电电路2.6V的输出接口与处理器2.6V的电源接口线连接，控制器供电电路5V的输出接口和脉冲输入接口电路、CAN通信接口电路2、CAN通信接口电路1、模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2的5V电源接口线连接。模拟量输入接口电路1的输出端与处理器的AN66的引脚线连接。模拟量输入接口电路2的输出端与处理器的AN69的引脚线连接。

整车控制器2选择Motorola32位的型号为MPC565的处理器作为CPU，其最高工作频率是56MHz。系统外括4M Flash作为程序存贮器，2M高速SRAM作为数据存贮器，外部晶振4MHz；具备3路CAN通信接口，其接收发送驱动器为82C50集成电路；且具备2路模拟信号输入电路。其电气连接为转向盘转矩转角模拟信号经转向盘转矩转角传感器采集后，经过低通滤波及相位补偿后送入处理器。其车速信号是由车速估算模块经轮速传感器采集到的四轮车速信号估算得到，并经过脉冲输入接口电路的通信接口发送给处理器。处理器依据采集到的转向盘转矩和转角信号及估算的车速信号，经控制程序计算得到左右轮转矩差，再经CAN通信接口电路1和CAN通信接口电路2分配到左前轮轮边电机控制器3和右前轮轮边电机控制器4，实现左右轮差动，从而提供转向助力转矩。

驾驶员驾驶汽车转向时，整车控制器2基于车辆底盘固有参数：车轮半径、主销偏置距等，并依据转向柱上的转向盘转矩转角传感器9测得的转向盘1转向力矩及转角信号，以及依据各车轮轮速传感器测得的轮速信号及转向盘转角信号估算出的车速值，依据制定的差动助力转向助力特性曲线插值获得驱动助力转矩，再经函数式(1)：

$\mathrm{\ΔT}=T_{\mathrm{st}}\frac{r_w}{r_{\mathrm{\σ}}}---\left(1\right)$

式中：ΔT-两侧转向轮驱动转矩差(N.m)；

T_st-由助力特性曲线得到的驱动转向力矩(N.m)；

r_w-转向轮滚动半径(m)；

r_σ-主销偏置距(m)；

计算得到两侧转向轮的驱动转矩差。

再依据函数式(2)：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_o=\frac{T_d\×D_R+\mathrm{\ΔT}}{2}\\ T_i=\frac{T_d\×D_R-\mathrm{\ΔT}}{2}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中：T_o-外侧车轮驱动转矩(N.m)；

T_i-内侧车轮驱动转矩(N.m)；

T_d-由驾驶员踏板输入决定的总驱动转矩(N.m)；

D_R-前轴驱动转矩占总驱动转矩的比例；

ΔT-两侧转向轮驱动转矩差(N.m)；

分配左、右转向轮驱动转矩。从而在保证总的驱动力矩不变的情况下及牵引力控制系统的协调作用下产生地面对两侧车轮的驱动力差，该驱动力差通过转向横拉杆8产生驱动左右转向轮绕其主销5旋转的助力转矩，在电动车转弯时提供转向助力。

在转向轮回正时，由于转向系内部摩擦转矩的存在，转向盘1不能准确回正且常常伴有回正过度，产生残余横摆角速度，这将降低汽车的行车安全性及增加驾驶员负担。整车控制器2中的回正控制模块依据来自转向盘转矩转角传感器9的转向盘转角信号与0取差，经积分分离式PID控制计算出对应的回正助力矩，以克服转向系统中的摩擦阻力，实现快速准确回正并抑制回正摆头现象。

综述如下：

参阅图4，转向盘转矩转角传感器9的转矩信号线与整车控制器2的AI0引脚线连接。转向盘转矩转角传感器9的转角信号线与整车控制器2的AI1引脚线连接。分别经模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2后与型号为MPC565的处理器的AN66与AN69引脚相连。两接口电路中的型号为MAX4630的四通道SPST模拟开关芯片的通道一U22A与通道二U22B具有静电保护功能，额定电压为5.1V的第一稳压管Z1与额定电压为5.1V的第二稳压管Z2对输入信号进行过压保护，模拟开关芯片的通道一U22A的1端与第一稳压管的一端连接构成整车控制器2的转矩信号输入端AI0，模拟开关芯片的通道二U22B的11端与第二稳压管的一端连接构成整车控制器2的转角信号输入端AI1。紧接模拟开关芯片的通道一U22A的2端与模拟开关芯片的通道二U22B的10端之后设两级RC低通滤波，可根据需要调整滤波常数。模拟量输入接口电路1的第二级RC低通滤波即电阻R57的一端与电容C48的一端相连接构成其输出端和处理器的AN66引脚相连。模拟量输入接口电路2的第二级RC低通滤波即电阻R59的一端与电容C50的一端相连接构成其输出端和处理器的AN69引脚相连。

参阅图5，四个相同的轮速传感器14采集车轮转速信号的信号线分别与整车控制器2的DI5、DI6、DI7、DI8引脚线连接，然后又分别经四路脉冲量输入接口电路后与型号为MPC565的处理器的MDA15、MDA27、MDA28、MDA29引脚相连。该四路接口电路中的型号为PC410的光电耦合器U20、光电耦合器U21、光电耦合器U22与光电耦合器U23起到信号的光电隔离作用，信号经型号为74HC14的反向器U15E、反向器U15F、反向器U15G与反向器U15H整形后输出，型号为74HC14的反向器U15E、反向器U15F、反向器U15G与反向器U15H的10端、12端、14端与16端构成四路脉冲量输入接口电路的输出端，它们分别与型号为MPC565的处理器的MDA15、MDA27、MDA28、MDA29引脚相连。

参阅图6，型号为MPC565的处理器通过CAN通信接口电路1和CAN通信接口电路2与左转向轮轮电机控制器3和右转向轮轮电机控制器4进行数据通信。左转向轮轮电机控制器3的CAN通信线的CANH及CANL分别与整车控制器2的CAN1_H与CAN1_L线连接，右转向轮轮电机控制器4的CAN通信线的CANH及CANL分别与整车控制器2的CAN2_H与CAN2_L线连接。分别经两个CAN通信收发电路后与型号为MPC565的处理器的A_CNTX0、A_CNRX0及B_CNTX0、B_CNRX0引脚连接。两个CAN通信收发电路选用的是型号为PCA82C250的收发器芯片U10与收发器芯片U11。从而组成了两路独立的CAN通信接口电路1与CAN通信接口电路2。型号为PCA82C250的收发器芯片U10上的TXD和RXD引脚与处理器的A_CNTX0和A_CNRX0引脚连接，型号为PCA82C250的收发器芯片U10上的VCC引脚与5V电源连接，型号为PCA82C250的收发器芯片U10上的CANH和CANL引脚构成整车控制器2的CAN1_H与CAN1_L引脚接左转向轮轮电机控制器3。型号为PCA82C250的收发器芯片U11上的TXD和RXD引脚与处理器的B_CNTX0和B_CNRX0引脚连接，型号为PCA82C250的收发器芯片U11上的VCC引脚与5V电源连接，型号为PCA82C250的收发器芯片U11上的CANH和CANL引脚构成整车控制器2的CAN2_H与CAN2_L引脚接右转向轮轮电机控制器4。

用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统的控制流程：

参阅图8，在实际工作中，在整车控制器2的控制下，用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统是按如下流程工作的：

1.通过整车控制器的模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2读取转向盘转矩和转角信号；并通过脉冲量输入接口电路读取各轮轮速信号。

2.依据转向盘转角信号值及各轮轮速信号值，经车速估算软件模块计算出实际车速；

3.根据检测到的转向盘转角信号变化方向判断驾驶员是转向过程还是回正过程。

4.若是转向过程，则整车控制器2依据驾驶员输入转矩及当前车速，经助力特性曲线插值获得差动助力转矩。若是回正过程，则整车控制器2依据转向盘转角与0的差值(前提是先完成安装后的传感器标定过程，确定中间位置)，经积分分离式PID控制计算输出对应的差动回正助力矩。

5.将输出的差动助力转矩经公式：

$\mathrm{\ΔT}=T_{\mathrm{st}}\frac{r_w}{r_{\mathrm{\σ}}}---\left(1\right)$

式中：ΔT-两侧转向轮驱动转矩差(N.m)；

T_st-由助力特性曲线得到的驱动转向力矩(N.m)；

r_w-转向轮滚动半径(m)；

r_σ-主销偏置距(m)；

计算得出左、右转向轮驱动扭矩差值，平分后与整车控制器依据整车动力性及安全性计算出的分配给两前轮的驱动电机目标转矩分别求代数和后作为两侧转向轮轮边电机控制器的目标输出转矩。

6.将计算出的左、右转向轮输出转矩分别经CAN通信接口电路1、CAN通信接口电路2传送至左转向轮轮边电机控制器3与右转向轮轮边电机控制器4。

上面所介绍的是属于开环控制。为保证差动助力转矩的有效实施，实际应用时还可以进行闭环控制，可与牵引力控制系统结合对两轮在最优滑转率控制的基础上进行差动转矩分配的动态调节以及应用电机响应误差的主动补偿方法进行电机误差的动态补偿。具体动态调节方法为，更改工作流程第5步与第6步，并添加第7与第8步。

第5步：将输出的差动助力转矩经公式：

$\mathrm{\ΔT}=T_{\mathrm{st}}\frac{r_w}{r_{\mathrm{\σ}}}---\left(1\right)$

式中：ΔT-两侧转向轮驱动转矩差(N.m)；

T_st-由助力特性曲线得到的驱动转向力矩(N.m)；

r_w-转向轮滚动半径(m)；

r_σ-主销偏置距(m)；

计算得出左、右转向轮驱动扭矩差值，平分后与整车控制器依据整车动力性及安全性计算出的分配给两前轮的驱动电机目标转矩分别求代数和后作为两侧转向轮轮边电机控制器的初始目标输出转矩。并判断第8步计算出的代数差是否大于或等于零，如大于或等于零，将此代数差与左转向轮轮边电机控制器的初始目标输出转矩求代数和后作为左转向轮轮边电机控制器的目标输出转矩。如小于零，将此代数差与右转向轮轮边电机控制器的初始目标输出转矩求代数和后作为右转向轮轮边电机控制器的目标输出转矩。

第6步：计算出的左、右转向轮输出转矩先经牵引力控制系统调节后，再经CAN通信接口电路1、CAN通信接口电路2传送至左转向轮轮边电机控制器3与右转向轮轮边电机控制器4。

第7步：左、右轮边电机控制器经电流传感器检测出左、右轮边电机定子电流，并由此计算出电机实际的输出转矩。

第8步：将计算出的左、右轮轮边电机实际输出转矩取代数差与第5步计算得出的左右转向轮目标驱动扭矩差取代数差，并反馈到第5步。

从而构成差动转矩的闭环控制，实现动态调节。

Claims (6)

1.一种用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统，包括有左转向轮轮边电机控制器(3)、右转向轮轮边电机控制器(4)、左转向轮轮边电机(7)、转向盘转矩转角传感器(9)与右转向轮轮边电机(12)，左转向轮轮边电机控制器(3)与左转向轮轮边电机(7)电线连接，右转向轮轮边电机控制器(4)与右转向轮轮边电机(12)电线连接，左转向轮轮边电机(7)的输出轴与左前轮(6)的轮毂花键连接，右转向轮轮边电机(12)的输出轴与右前轮(11)的轮毂花键连接，其特征在于，还安装一个具备差动助力转向功能的整车控制器(2)；

整车控制器(2)上的输入端DI5、DI6、DI7与DI8引脚分别与四个相同的轮速传感器(14)的信号线连接；

整车控制器(2)上的CAN2_H与CAN2_L引脚分别和右转向轮轮边电机控制器(4)的CAN通信线的CANH及CANL线连接；

整车控制器(2)上的CAN1_H与CAN1_L引脚分别和左转向轮轮边电机控制器(3)的CAN通信线的CANH及CANL线连接；

整车控制器(2)上的电源接口与12V～24V的直流电源连接；

整车控制器(2)中的AI0引脚与转向盘转矩转角传感器(9)中的转矩信号线连接，整车控制器(2)中的AI1引脚与转向盘转矩转角传感器(9)中的转角信号线连接。

2.按照权利要求1所述的用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统，其特征在于，所述的整车控制器(2)是由嵌入自编计算机程序的处理器、脉冲输入接口电路、CAN通信接口电路2、CAN通信接口电路1、控制器供电电路、模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2组成；

脉冲输入接口电路上的输出端分别和处理器的MDA15、MDA27、MDA28与MDA29引脚线相连；

CAN通信接口电路1的另两接口与处理器A_CNTX0、A_CNRX0引脚线连接；

CAN通信接口电路2的另两接口与处理器B_CNTX0、B_CNRX0引脚线连接；

控制器供电电路2.6V的输出接口与处理器2.6V的电源接口线连接，控制器供电电路5V的输出接口和脉冲输入接口电路、CAN通信接口电路2、CAN通信接口电路1、模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2的5V电源接口线连接；

模拟量输入接口电路1的输出端与处理器的AN66的引脚线连接；

模拟量输入接口电路2的输出端与处理器的AN69的引脚线连接。

3.按照权利要求2所述的用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统，其特征在于，所述的脉冲输入接口电路上的输出端是指：型号为74HC14的反向器(U15E)的10端、型号为74HC14的反向器(U15F)的12端、型号为74HC14的反向器(U15G)的14端与型号为74HC14的反向器(U15G)的16端。

4.按照权利要求2所述的用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统，其特征在于，所述的CAN通信接口电路1的另两接口是指：CAN通信接口电路1采用的是PCA82C250收发器芯片(U10)，其上的与处理器上的A_CNTX0和A_CNRX0引脚线连接的TXD和RXD引脚；

所述的CAN通信接口电路2的另两接口是指：CAN通信接口电路2采用的是PCA82C250收发器芯片(U11)，其上的与处理器上的B_CNTX0和B_CNRX0引脚线连接的TXD和RXD引脚。

5.按照权利要求2所述的用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统，其特征在于，所述的嵌入自编计算机程序的处理器选择的是Motorola32位型号为MPC565的CPU；

所述的模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2中选用型号为MAX4630的具有静电保护功能的四通道SPST模拟开关芯片，其通道一(U22A)的1端与第一稳压管的一端连接构成整车控制器(2)的转矩信号输入端AI0，其通道二(U22B)的11端与第二稳压管的一端连接构成整车控制器(2)的转角信号输入端AI1。

6.按照权利要求1所述的用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统，其特征在于，所述的整车控制器(2)是装有自编的统一协调和控制整车助力转向的计算机程序装置，在整车控制器(2)的控制下使得差动助力转向系统实现了如下的工作流程：

1)整车控制器(2)通过模拟量输入接口电路1与模拟量输入接口电路2读取转向盘转矩和转角信号；并通过脉冲量输入接口电路读取各轮轮速信号；

2)依据转向盘转角信号值及各轮轮速信号值，经车速估算软件模块计算出实际车速；

3)根据检测到的转向盘转角信号变化方向判断驾驶员是转向过程还是回正过程；

4)若是转向过程：则差动助力转向程序模块依据驾驶员输入转矩及当前车速，经助力特性曲线插值获得差动助力转矩；

若是回正过程：则差动助力转向程序模块依据转向盘转角与0的差值，经积分分离式PID控制计算输出对应的差动回正助力转矩；

5)将输出的差动助力转矩经公式：

$\mathrm{\ΔT}=T_{\mathrm{st}}\frac{r_w}{r_{\mathrm{\σ}}}---\left(1\right)$

式中：ΔT-两侧转向轮驱动转矩差(N.m)；

T_st-由助力特性曲线得到的驱动转向力矩(N.m)；

r_w-转向轮滚动半径(m)；

r_σ-主销偏置距(m)；

计算得出左、右转向轮驱动扭矩差值，平分后与整车控制器依据整车动力性及安全性计算出的分配给两前轮的驱动电机目标转矩分别求代数和后作为两侧转向轮轮边电机控制器的目标输出转矩；

6)将计算出的左、右转向轮输出转矩分别经CAN通信接口电路1、CAN通信接口电路2传送至左转向轮轮边电机控制器3与右转向轮轮边电机控制器4。

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