CN101844583A - 一种车辆双重转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆双重转向控制方法，其包括以下步骤：(1)设置一包括全轮独立电驱动车辆、状态观测和测量模块、空挡判别模块、设置在全轮独立电驱动车辆的仪表板上的中心转向按钮、中心转向控制模块、蠕行转向控制模块、车速判别模块和行驶转向控制模块的控制系统；(2)状态观测和测量模块实时采集全轮独立电驱动车辆的行驶状态数据，并送入空挡判别模块内：(3)当车辆挂入空档时，按下中心转向按钮，进入中心转向控制模块；(4)当车辆挂入前进档时，进入蠕行转向控制模块；(5)当车速介于蠕行转向设定值和行驶转向设定值之间时，由蠕行转向控制模块的输出值和行驶转向控制模块的输出值，得到对整车的控制输出值，实现对四轮独立驱动电动车的双重转向控制。

Description

一种车辆双重转向控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动车转向控制方法，特别是关于一种四轮独立驱动电动车的车辆双重转向控制方法。

背景技术

目前，随着电动车辆技术研究的不断深入，电动机在底盘控制技术方面的潜力不断被挖掘，越来越多的研究集中于电动车辆的车辆动力学控制：比如在《四轮独立驱动电动汽车的稳定性控制及其最优动力分配法》一文中，通过在各轮之间合理协调搭配驱动力，使轮胎力不超过最大摩擦力，从而保证横向的稳定性；又如研究主动前轮转向系统(Active Front Steering System，简称AFS)与直接横摆力矩(DYC)相融合的控制方法，通过转向系统和驱动系统的协调控制提高车辆的操稳性。上述两种控制方法均属于单纯研究稳定性的控制方法，并且目前的研究大多集中于通过驱动力的控制达到提高车辆操纵稳定性的目的，尚没有利用驱动力的控制对车辆本身转向特性进行改变的相关研究。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种操纵稳定性较高、并能提高车辆机动性的车辆双重转向控制方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种车辆双重转向控制方法，其包括以下步骤：(1)设置一包括全轮独立电驱动车辆、状态观测和测量模块、空挡判别模块、设置在全轮独立电驱动车辆的仪表板上的中心转向按钮、中心转向控制模块、蠕行转向控制模块、车速判别模块和行驶转向控制模块的控制系统；(2)状态观测和测量模块实时采集全轮独立电驱动车辆的行驶状态数据，并将该行驶状态数据送入空挡判别模块内进行空挡判别：(3)当车辆挂入空档时，按下中心转向按钮，进入中心转向控制模块，由中心转向控制模块进行中心转向控制；(4)当车辆挂入前进档时，退出中心转向控制模块，进入蠕行转向控制模块，蠕行转向控制模块将输出的车速信号送入车速判别模块内进行车速判别；(5)当车速介于蠕行转向设定值和行驶转向设定值之间时，进入过渡期，由蠕行转向控制模块的输出值和行驶转向控制模块的输出值，分别乘权重系数，并相加得到对整车的控制输出值，实现对四轮独立驱动电动车的双重转向控制。

所述步骤(3)中，所述中心转向控制包括以下步骤：①由状态观测和测量模块检测出车辆的实际方向盘转角、旋转速度和加速踏板行程，根据实际方向盘转角和加速踏板行程由试验标定分别得到旋转速度最高限制值和直接横摆力矩；②将计算出的旋转速度最高限制值、直接横摆力矩以及旋转速度进行考虑旋转速度的横摆力矩计算；③将得到的横摆力矩输入驱动力分配模块内，采用四轮平均分配，左右侧方向相反的方式将驱动力分配到全轮独立电驱动车辆的四个驱动轮上。

所述步骤(4)中，所述蠕行转向控制模块内的所述车速判别模块判别方式如下：①当车速低于行驶转向设定值时，停留在蠕行转向控制模块，由蠕行转向控制模块进行蠕行转向控制；②当车速高于行驶转向设定值时，进入行驶转向控制模块，并由行驶转向控制模块进行行驶转向控制。

所述步骤①中，所述蠕行转向控制包括以下步骤：Ⅰ)当驾驶员输入实际方向盘转角，将车辆的纵向车速和实际方向盘转角输入预先设定的直接横摆力矩计算函数模块内，得到辅助车辆转向的直接横摆力矩值；Ⅱ)将直接横摆力矩值和车辆的加速踏板行程均输入驱动力分配模块内，根据全轮路面附着负荷指标最优的方法，将驱动力分配到全轮独立电驱动车辆的四个驱动轮上。

所述步骤②中，所述行驶转向控制包括以下步骤：Ⅰ)由状态观测和测量模块测得实际方向盘转角和车辆的纵向车速作为计算出双重转向的假定方向盘转角，并将该假定方向盘转角和车辆的纵向车速输入三自由度参考车辆模型计算出横摆角速度；Ⅱ)以三自由度参考车辆模型输出的横摆角速度作为参考值，计算状态观测和测量模块测量的实际横摆角速度与参考横摆角速度的横摆角速度误差值，并将该横摆角速度误差值输入比例积分微分控制器计算出横摆力矩值；Ⅲ)将横摆力矩值重新分配后，对驱动力进行调整，采用全轮路面附着负荷指标最优的方法，将驱动力分配到全轮独立电驱动车辆的四个驱动轮上。

所述步骤(5)中，所述权重系数为k，所述整车的控制输出值计算公式为：T_out＝kT_d+(1-k)T_g，式中，T_d为蠕行转向控制程序的输出值；T_g为行驶转向控制程序的输出值。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用了传统转向与拖滑转向相结合的方式，由拖滑转向辅助传统转向来实现。并且由于车辆在高速时只需求小转向角，因此高速时车辆的转向由前轮转角产生的运动实现，这样提高了车辆的稳定性。2、本发明由于在车辆行驶速度较低时，需求大转向角，此时稳定性需求降低，车辆的转向由前轮转角产生的运动和左右侧驱动力产生的直接横摆力矩叠加产生，这种采用拖滑转向能够减小转向半径，因此大大提高了车辆的机动性。本发明可以广泛应用于各种电动车动力学控制技术领域中。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图

图2是本发明的中心转向控制流程示意图

图3是本发明的蠕行转向控制流程示意图

图4是本发明的行驶转向控制流程示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

如图1所示，本发明的控制系统包括一全轮独立电驱动车辆1、一状态观测和测量模块2、一空挡判别模块3、一设置在全轮独立电驱动车辆1的仪表板上的中心转向按钮4、一中心转向控制模块5、一蠕行转向控制模块6、一车速判别模块7和一行驶转向控制模块8。

本发明的控制方法采用传统前轮转向与拖滑转向相结合的方式，将车辆一般转向运行工况分为中心转向、蠕行转向和行驶转向三种运行工况，针对这三种运行工况分别制定出相应的控制方法，组成完整的双重转向控制方法，进而提高车辆运行工况下的机动性能，其包括以下步骤：

1、状态观测和测量模块2实时采集全轮独立电驱动车辆1的行驶状态数据，并将该行驶状态数据送入空挡判别模块3进行空挡判别。

2、如图2所示，当车辆挂入空档时，按下中心转向按钮4，进入中心转向控制模块5，并由中心转向控制模块5直接进行中心转向控制，其包括以下步骤：

①由状态观测和测量模块2检测出车辆的实际方向盘转角、旋转速度和加速踏板行程，并根据实际方向盘转角和加速踏板行程由试验标定分别得到旋转速度最高限制值和直接横摆力矩；

②将计算出的旋转速度最高限制值、直接横摆力矩以及旋转速度进行考虑旋转速度的横摆力矩计算；

③将得到的横摆力矩输入驱动力分配模块内，采用四轮平均分配，左右侧方向相反的方式将驱动力分配到全轮独立电驱动车辆1的四个驱动轮上。

3、如图1所示，当车辆挂入前进档时，退出中心转向控制模块5，进入蠕行转向控制模块6，蠕行转向控制模块6将输出的车速信号送入车速判别模块7内进行车速判别：

1)如图3所示，当车速低于行驶转向设定值时，停留在蠕行转向控制模块6，并由蠕行转向控制模块6直接进行蠕行转向控制，其包括以下步骤：

①当驾驶员输入实际方向盘转角，前轮发生偏转的情况除外，将车辆的纵向车速和实际方向盘转角输入预先设定的直接横摆力矩计算函数模块内，进而得到辅助车辆转向的直接横摆力矩值；

上述直接横摆力矩值随着实际方向盘转角的增大而增大，随着车速的增加，直接横摆力矩值减小；直接横摆力矩计算函数模块由状态观测和测量模块2检测到的实际方向盘转角和纵向车速共同决定，同时保证旋转速度不超过步骤2中的由方向盘转角标定得到的旋转速度最高限制值；

②将步骤①得到的直接横摆力矩值和车辆的加速踏板行程均输入驱动力分配模块内，根据全轮路面附着负荷指标最优的方法，将驱动力分配到全轮独立电驱动车辆1的四个驱动轮上；

2)如图4所示，当车速高于行驶转向设定值时，进入行驶转向控制模块8，并由行驶转向控制模块8进行行驶转向控制，其包括以下步骤：

①由状态观测和测量模块2测得实际方向盘转角和车辆的纵向车速作为计算出双重转向的假定方向盘转角，并将该假定方向盘转角和车辆的纵向车速输入三自由度参考车辆模型计算出横摆角速度；

②以三自由度参考车辆模型输出的横摆角速度作为参考值，计算状态观测和测量模块2测量的实际横摆角速度与参考横摆角速度的横摆角速度误差值，并将该横摆角速度误差值输入PID(比例积分微分)控制器计算出横摆力矩值；

③将上述步骤中的横摆力矩值重新分配后，对驱动力进行调整，并采用全轮路面附着负荷指标最优的方法，将驱动力分配到全轮独立电驱动车辆1的四个驱动轮上。

4、当车速介于蠕行转向设定值和行驶转向设定值之间时，进入过渡期，由蠕行转向控制模块6的输出值和行驶转向控制模块8的输出值，分别乘权重系数，并相加得到对整车的控制输出值，进而实现对四轮独立驱动电动车的双重转向控制。

上述步骤3中，由动力学方程可以得到三自由度参考车辆模型的动力学方程为：

$m({\stackrel{\·}{v}}_y=v_x\mathrm{\γ})=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{yi}}---\left(1\right)$

$I_z\stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}=(F_{y1}+F_{y2})l_f-(F_{y3}+F_{y4})l_r---\left(2\right)$

四个轮胎上的垂向载荷分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{F}_{z1}=\frac{{\mathrm{mgl}}_r}{2l}-\frac{{\mathrm{ma}}_x{h}_g}{2l}+\frac{{\mathrm{ma}}_y{l}_r{h}_g}{{\mathrm{lw}}_f}\\ F_{z2}=\frac{{\mathrm{mgl}}_r}{2l}-\frac{{\mathrm{ma}}_x{h}_g}{2l}-\frac{{\mathrm{ma}}_y{l}_r{h}_g}{{\mathrm{lw}}_f}\\ F_{z3}=\frac{{\mathrm{mgl}}_f}{2l}+\frac{{\mathrm{ma}}_x{h}_g}{2l}+\frac{{\mathrm{ma}}_y{l}_f{h}_g}{{\mathrm{lw}}_r}\\ F_{z4}=\frac{{\mathrm{mgl}}_f}{2l}+\frac{{\mathrm{ma}}_x{h}_g}{2l}-\frac{{\mathrm{ma}}_y{l}_f{h}_g}{{\mathrm{lw}}_r}\end{array}\right.---\left(3\right)$

公式(1)～(3)中，m为车辆的质量；

为车辆的侧向加速度；v_x为车辆的纵向速度；γ为车辆的横摆角速度；F_yi为四个轮胎上的侧向力，i＝1，2，3，4。I_z为车辆绕Z轴的转动惯量；l_f为车辆质心到前轴的距离；l_r为质心到后轴的距离；F_z1和F_z2分别为左前、右前轮胎上的垂向载荷；F_z3和F_z4分别为左后、右后轮胎上的垂向载荷；a_x为车辆纵向加速度；a_y为车辆侧向加速度；g为重力加速度；h_g为质心高度；w_f、w_r为前、后轮轮距；l为轴距。

上述步骤4中，整车的控制输出值计算公式为：

T_out＝kT_d+(1-k)T_g(5)

式中，k为权重系数；T_d为蠕行转向控制的输出值；T_g为行驶转向控制的输出值。

上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种车辆双重转向控制方法，其包括以下步骤：

(1)设置一包括全轮独立电驱动车辆、状态观测和测量模块、空挡判别模块、设置在全轮独立电驱动车辆的仪表板上的中心转向按钮、中心转向控制模块、蠕行转向控制模块、车速判别模块和行驶转向控制模块的控制系统；

(2)状态观测和测量模块实时采集全轮独立电驱动车辆的行驶状态数据，并将该行驶状态数据送入空挡判别模块内进行空挡判别：

(3)当车辆挂入空档时，按下中心转向按钮，进入中心转向控制模块，由中心转向控制模块进行中心转向控制；

(4)当车辆挂入前进档时，退出中心转向控制模块，进入蠕行转向控制模块，蠕行转向控制模块将输出的车速信号送入车速判别模块内进行车速判别；

(5)当车速介于蠕行转向设定值和行驶转向设定值之间时，进入过渡期，由蠕行转向控制模块的输出值和行驶转向控制模块的输出值，分别乘权重系数，并相加得到对整车的控制输出值，实现对四轮独立驱动电动车的双重转向控制。

2.如权利要求1所述的一种车辆双重转向控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述中心转向控制包括以下步骤：

①由状态观测和测量模块检测出车辆的实际方向盘转角、旋转速度和加速踏板行程，根据实际方向盘转角和加速踏板行程由试验标定分别得到旋转速度最高限制值和直接横摆力矩；

②将计算出的旋转速度最高限制值、直接横摆力矩以及旋转速度进行考虑旋转速度的横摆力矩计算；

③将得到的横摆力矩输入驱动力分配模块内，采用四轮平均分配，左右侧方向相反的方式将驱动力分配到全轮独立电驱动车辆的四个驱动轮上。

3.如权利要求1所述的一种车辆双重转向控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述蠕行转向控制模块内的所述车速判别模块判别方式如下：

①当车速低于行驶转向设定值时，停留在蠕行转向控制模块，由蠕行转向控制模块进行蠕行转向控制；

②当车速高于行驶转向设定值时，进入行驶转向控制模块，并由行驶转向控制模块进行行驶转向控制。

4.如权利要求3所述的一种车辆双重转向控制方法，其特征在于：所述步骤①中，所述蠕行转向控制包括以下步骤：

Ⅰ)当驾驶员输入实际方向盘转角，将车辆的纵向车速和实际方向盘转角输入预先设定的直接横摆力矩计算函数模块内，得到辅助车辆转向的直接横摆力矩值；

Ⅱ)将直接横摆力矩值和车辆的加速踏板行程均输入驱动力分配模块内，根据全轮路面附着负荷指标最优的方法，将驱动力分配到全轮独立电驱动车辆的四个驱动轮上。

5.如权利要求3所述的一种车辆双重转向控制方法，其特征在于：所述步骤②中，所述行驶转向控制包括以下步骤：

Ⅰ)由状态观测和测量模块测得实际方向盘转角和车辆的纵向车速作为计算出双重转向的假定方向盘转角，并将该假定方向盘转角和车辆的纵向车速输入三自由度参考车辆模型计算出横摆角速度；

Ⅱ)以三自由度参考车辆模型输出的横摆角速度作为参考值，计算状态观测和测量模块测量的实际横摆角速度与参考横摆角速度的横摆角速度误差值，并将该横摆角速度误差值输入比例积分微分控制器计算出横摆力矩值；

Ⅲ)将横摆力矩值重新分配后，对驱动力进行调整，采用全轮路面附着负荷指标最优的方法，将驱动力分配到全轮独立电驱动车辆的四个驱动轮上。

6.如权利要求1所述的一种车辆双重转向控制方法，其特征在于：所述步骤(5)中，所述权重系数为k，所述整车的控制输出值计算公式为：

T_out＝kT_d+(1-k)T_g，

式中，T_d为蠕行转向控制程序的输出值；T_g为行驶转向控制程序的输出值。

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