CN104709341A - 车辆后轮辅助转向的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆后轮辅助转向的控制系统及其控制方法。解决了汽车过弯不安全的问题，技术方案为：包括控制器、数据执行模块、数据采集模块、后轮主动转向装置、车轮偏角测量仪和转速测量仪，车轮偏角测量仪安装在前轮处用于测试前轮的转向角度，转速测量仪也安装在前轮处用于测试前轮的速度，车轮偏角测量仪和转速测量仪的输出端与数据采集模块电连接，数据采集模块与控制器电连接，控制器与数据执行模块的控制端电连接，后轮主动转向装置安装在汽车后轮处，后轮主动转向装置的控制端与数据执行模块的输出端电连接，控制器与汽车的ECU电连接，每个汽车座椅内均设置有重量传感器，重量传感器与控制器电连接。

Description

车辆后轮辅助转向的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明是一种车辆后轮辅助转向的控制方法及系统，特别是涉及一种安装有后轮主动转向装置的汽车车辆后轮辅助转向的控制系统及其控制方法。

背景技术

如今，随着经济的发展以及人们生活水平的大幅度提高，汽车基本已经走入千家万户。汽车已经成为了主流的交通运输方式，无论是家用车还是大型货车以及载车辆，凭借其自身无法取代的优点占据了交通行业的半壁江山。随着城市化的不断扩张，家用车数量的与日俱增，公路大面积覆盖，大大小小的弯道不计其数。凡是过弯，车辆在不同的速度下，由于转弯半径的不同，都会有侧翻的危险，但是如果车辆在转弯时时刻都能够保持汽车的转弯半径在安全范围内，那么车辆转弯就会很安全。在开车时，转弯和掉头不可避免，对于开车技术不过硬的人来说是十分难以把握的，由于判断的失误难免会发生危险。现在的车在原地掉头等低速情况下转弯的转弯半径都过大，需要很大的空间，在车辆人流密集的都市生活中是十分不便的。而在高速情况下，汽车在转弯过程中，普通汽车随着前轮的导向，后轮难免会发生摩擦，这样车子在转弯的过程中会不稳定，遇到突发情况时的操作可靠性就无法保证。

中国专利申请号：CN201420437339.3，在2014年12月3日公开了一种后轮主动转向装置及其控制系统，包括力矩放大装置总成、后轮转向系 统总成、转向节和车轮系统总成，转向节固定在车轮系统总成的轮毂电机的电机轴上，后轮转向系统总成的转向拉杆与转向节的转向梯形臂相连，力矩放大装置总成下端的支架与后轮转向系统总成的转向传动轴相连。本发明应用于采用轮毂电机独立驱动的电动汽车上，通过力矩放大装置可以对后轮转向力矩进行放大，以适应于转向困难的场合，同时，电控单元通过对后轮轮毂电机的差速调节，能够辅助实现后轮转向。但是此类技术缺少合理的控制策略，导致控制安全性比较差，在原地掉头等低速情况下转弯的转弯半径都过大，需要很大的空间，在车辆人流密集的都市生活中是十分不便的。而在高速情况下，汽车在转弯过程中，普通汽车随着前轮的导向，后轮难免会发生摩擦，这样车子在转弯的过程中会不稳定，遇到突发情况时的操作可靠性就无法保证。

发明内容

本发明的目的是为解决目前的技术方案存在在原地掉头等低速情况下转弯的转弯半径都过大，需要很大的空间，在车辆人流密集的都市生活中是十分不便的。而在高速情况下，汽车在转弯过程中，普通汽车随着前轮的导向，后轮难免会发生摩擦，这样车子在转弯的过程中会不稳定的问题，提供一种车辆后轮辅助转向的控制系统及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种车辆后轮辅助转向的控制系统，适用于配设有后轮主动转向装置的汽车，由汽车电源供电，包括控制器、数据执行模块、数据采集模块、后轮主动转向装置、车轮偏角测量仪和转速测量仪，所述车轮偏角测量仪安装在前轮处用于测试前轮 的转向角度，转速测量仪也安装在前轮处用于测试前轮的速度，所述车轮偏角测量仪和转速测量仪的输出端与所述数据采集模块电连接，所述数据采集模块与所述控制器电连接，所述控制器与所述数据执行模块的控制端电连接，所述的后轮主动转向装置安装在所述汽车后轮处，所述后轮主动转向装置的控制端与所述数据执行模块的输出端电连接，所述控制器与所述汽车的ECU电连接，每个所述汽车座椅内均设置有重量传感器，所述重量传感器与所述的控制器电连接。本发明这样设置，使得搭载了后轮辅助转向的汽车在低速环境下后轮主动转向装置运行，汽车后轮旋转θ角度后与汽车前轮逆向，能够以更小的半径完成过弯，后轮辅助转向系统对在高速行驶情况下的车辆转弯进行的辅助，使得后轮也能够做纯滚动，这样能够使车辆转弯更加稳定可靠。

作为优选，所述车架和前车桥之间还设置有两个起爆气囊，所述车架和后车桥之间也设置有两个起爆气囊，所述四个起爆气囊的控制端均与所述的数据执行模块电连接。

作为优选，所述控制器为单片机。

作为优选，还包括有倍数调节按钮，所述倍数调节按钮与所述控制器电连接，所述倍数调节按钮配设在所述的汽车控制台上。

一种车辆后轮辅助转向的控制方法，适用于如权利要求4所述的车辆后轮辅助转向的控制系统，包括以下步骤：

步骤一，人工设定现有参数，现有参数包括轮距B和轴距L、净车身重量M和标准车身中心位置G，标准车身中心位置G由半轮距数据a和预设重心高度 数据h构成，

步骤二，在转弯时，车辆后轮辅助转向的控制系统获取左车轮偏转角θ₁和左前轮速度v₁，所述车辆后轮辅助转向的控制系统根据净车身重量M和所有重量传感器的数值之和得到汽车重量m，瞬时中心至左前轮轴心的距离r₁为目标计算值，同时读取预设的最小转弯半径r₀和预设车轮安全转速v₀，若v₁＞v₀则停止车辆后轮辅助转向的控制系统中的后轮主动转向装置运行，汽车后轮为纯滚动，若v₁≤v₀则执行步骤三，

步骤三，控制器根据现有参数和以下公式计算向心力矩T_G：

$T_G=\mathrm{mh}[r_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+(B-a)]{\left(\frac{v_1}{r_1}\right)}^2,$

因为，由力矩平衡得出T_G＝T_重，得到以下算法：

$\mathrm{mga}=\mathrm{mh}[r_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+(B-a)]{\left(\frac{v_1}{r_1}\right)}^2,$

因此获得以下算法：

$r_1=\frac{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+\sqrt{\cos {\left({\mathrm{\θ}}_1\right)}^2-4\mathrm{ga}(a-B)/v_1^2}}{2\mathrm{ga}/v_1^2},$

获得出瞬时中心至左前轮轴心的距离r₁，若r₁＜r₀则停止车辆后轮辅助转向的控制系统中的后轮主动转向装置运行，若r₁≥r₀则执行步骤四，

步骤四，根据上述所有参数，计算目标后轮转角θ₂：

${\mathrm{\θ}}_2=\mathrm{ta}{n}^{-1}\left(\frac{L-r_1\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{r_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}\right),$

步骤五，将目标后轮转角θ₂乘以调节倍数后得出最终后轮转角θ，最终后轮转角θ输出至后轮主动转向装置，后轮主动转向装置运行，汽车后轮旋转θ角 度后与汽车前轮逆向。

作为优选，在步骤二中，若v₁＞1.5倍的v₀且1.5倍的r₁＜r₀，则控制器输出控制信号至转向侧的起爆气囊，转向侧的起爆气囊起爆。本发明这样设置，起爆气囊起爆可以起到辅助正位的作用。本发明这个系统能够自动准确的判断车子的实时工作状态，来采取正确的应对方法。

作为优选，所述步骤五中的调节倍数为控制器根据倍数调节按钮输入得出的调节倍数。

本发明的实质性效果是：本发明这样设置，使得搭载了后轮辅助转向的汽车在低速环境下后轮主动转向装置运行，汽车后轮旋转θ角度后与汽车前轮逆向，能够以更小的半径完成过弯，后轮辅助转向系统对在高速行驶情况下的车辆转弯进行的辅助，使得后轮也能够做纯滚动，这样能够使车辆转弯更加稳定可靠，搭载本发明和使用本发明的方法之后，汽车特别适合路上进行大转弯和车辆在狭小空间内停车和出车操作，本发明中预设车轮安全转速v₀的设施，使得本发明这个系统能够自动准确的判断车子的实时工作状态，来采取正确的应对方法，汽车安全性也有长足的进步。

附图说明

图1是搭载本发明的汽车低速过弯指示图；

图2是搭载本发明的汽车高速过弯指示图；

图3是未搭载本发明的汽车低速过弯指示图；

图4是汽车中心示意图；

图5是本发明的力学分析图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例1：

一种车辆后轮辅助转向的控制系统(参见附图1至5)，适用于配设有后轮主动转向装置的汽车，由汽车电源供电，包括控制器、数据执行模块、数据采集模块、后轮主动转向装置、车轮偏角测量仪和转速测量仪，所述车轮偏角测量仪安装在前轮处用于测试前轮的转向角度，转速测量仪也安装在前轮处用于测试前轮的速度，所述车轮偏角测量仪和转速测量仪的输出端与所述数据采集模块电连接，所述数据采集模块与所述控制器电连接，所述控制器与所述数据执行模块的控制端电连接，所述的后轮主动转向装置安装在所述汽车后轮处，所述后轮主动转向装置的控制端与所述数据执行模块的输出端电连接，所述控制器与所述汽车的ECU电连接，每个所述汽车座椅内均设置有重量传感器，所述重量传感器与所述的控制器电连接。所述车架和前车桥之间还设置有两个起爆气囊，所述车架和后车桥之间也设置有两个起爆气囊，所述四个起爆气囊的控制端均与所述的数据执行模块电连接。所述控制器为单片机。还包括有倍数调节按钮，所述倍数调节按钮与所述控制器电连接，所述倍数调节按钮配设在所述的汽车控制台上。

一种车辆后轮辅助转向的控制方法，适用于如权利要求4所述的车辆后轮辅助转向的控制系统，包括以下步骤：

步骤一，人工设定现有参数，现有参数包括轮距B和轴距L、净车身重量M和 标准车身中心位置G，标准车身中心位置G由半轮距数据a和预设重心高度数据h构成，

步骤二，在转弯时，车辆后轮辅助转向的控制系统获取车轮偏转角θ₁和左前轮速度v₁，所述车辆后轮辅助转向的控制系统根据净车身重量M和所有重量传感器的数值之和得到汽车重量m，瞬时中心至左前轮轴心的距离r₁为目标计算值，同时读取预设的最小转弯半径r₀和预设车轮安全转速v₀，若v₁＞v₀则停止车辆后轮辅助转向的控制系统中的后轮主动转向装置运行，汽车后轮为纯滚动，若v₁≤v₀则执行步骤三，

由汽车重心处的向心力F_G：

$F_G=m\frac{v_G^2}{r_G}=m{r}_G{\mathrm{\ω}}^2,$

汽车在汽车车轴方向上的向心力矩为：

$T_G=\mathrm{mh}{r}_G{\mathrm{\ω}}^2\cos \left({\mathrm{\θ}}_G\right)=\mathrm{mh}[r_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+(B-a)]{\left(\frac{v_1}{r_1}\right)}^2,$

推导得出步骤三，其中v_g、r_g、θ_g和ω分别为：汽车中心点速度、汽车中心点转角度，汽车中心点至旋转中心角O的夹角和角速度，

步骤三，控制器根据现有参数和以下公式计算向心力矩T_G：

$T_G=\mathrm{mh}[r_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+(B-a)]{\left(\frac{v_1}{r_1}\right)}^2,$

因为，由力矩平衡得出T_G＝T_重，得到以下算法：

$\mathrm{mga}=\mathrm{mh}[r_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+(B-a)]{\left(\frac{v_1}{r_1}\right)}^2,$

因此获得以下算法：

$r_1=\frac{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+\sqrt{\cos {\left({\mathrm{\θ}}_1\right)}^2-4\mathrm{ga}(a-B)/v_1^2}}{2\mathrm{ga}/v_1^2},$

获得出瞬时中心至左前轮轴心的距离r₁，若r₁＜r₀则停止车辆后轮辅助转向的控制系统中的后轮主动转向装置运行，若r₁≥r₀则执行步骤四，

步骤四，根据上述所有参数，计算目标后轮转角θ₂：

${\mathrm{\θ}}_2=\mathrm{ta}{n}^{-1}\left(\frac{L-r_1\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{r_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}\right),$

步骤五，将目标后轮转角θ₂乘以调节倍数后得出最终后轮转角θ，最终后轮转角θ输出至后轮主动转向装置，后轮主动转向装置运行，汽车后轮旋转θ角度后与汽车前轮逆向。

在步骤二中，若v₁＞1.5倍的v₀且1.5倍的r₁＜r₀，则控制器输出控制信号至转向侧的起爆气囊，转向侧的起爆气囊起爆。

所述步骤五中的调节倍数为控制器根据倍数调节按钮输入得出的调节倍数。

本实施例这样设置，如图3为普通车辆转90°弯时的情况，而图1则为搭载了后轮辅助转向的汽车，在低速环境下能够以更小的半径完成过弯，而图2则后轮辅助转向系统对在高速行驶情况下的车辆转弯进行的辅助，使得后轮也能够做纯滚动，这样能够使车辆转弯更加稳定可靠。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种车辆后轮辅助转向的控制系统，适用于配设有后轮主动转向装置的汽车，由汽车电源供电，其特征在于：包括控制器、数据执行模块、数据采集模块、后轮主动转向装置、车轮偏角测量仪和转速测量仪，所述车轮偏角测量仪安装在前轮处用于测试前轮的转向角度，转速测量仪也安装在前轮处用于测试前轮的速度，所述车轮偏角测量仪和转速测量仪的输出端与所述数据采集模块电连接，所述数据采集模块与所述控制器电连接，所述控制器与所述数据执行模块的控制端电连接，所述的后轮主动转向装置安装在所述汽车后轮处，所述后轮主动转向装置的控制端与所述数据执行模块的输出端电连接，所述控制器与所述汽车的ECU电连接，每个所述汽车座椅内均设置有重量传感器，所述重量传感器与所述的控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的车辆后轮辅助转向的控制系统，其特征在于：所述车架和前车桥之间还设置有两个起爆气囊，所述车架和后车桥之间也设置有两个起爆气囊，所述四个起爆气囊的控制端均与所述的数据执行模块电连接。

3.根据权利要求3所述的车辆后轮辅助转向的控制系统，其特征在于：所述控制器为单片机。

4.根据权利要求2所述的车辆后轮辅助转向的控制系统，其特征在于：还包括有倍数调节按钮，所述倍数调节按钮与所述控制器电连接，所述倍数调节按钮配设在所述的汽车控制台上。

5.一种车辆后轮辅助转向的控制方法，适用于如权利要求4所述的车辆后轮辅助转向的控制系统，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，人工设定现有参数，现有参数包括轮距B和轴距L、净车身重量M和标准车身中心位置G，标准车身中心位置G由半轮距数据a和预设重心高度数据h构成，

步骤二，在转弯时，车辆后轮辅助转向的控制系统获取车左轮偏转角θ₁和左前轮速度v₁，所述车辆后轮辅助转向的控制系统根据净车身重量M和所有重量传感器的数值之和得到汽车重量m，瞬时中心至左前轮轴心的距离r₁为目标计算值，同时读取预设的最小转弯半径r₀和预设车轮安全转速v₀，若v₁＞v₀则停止车辆后轮辅助转向的控制系统中的后轮主动转向装置运行，汽车后轮为纯滚动，若v₁≤v₀则执行步骤三，

步骤三，控制器根据现有参数和以下公式计算向心力矩T_G：

$T_G=\mathrm{mh}[r_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+(B-a)]{\left(\frac{v_1}{r_1}\right)}^2,$

因为，由力矩平衡得出T_G＝T_重，得到以下算法：

$\mathrm{mga}=\mathrm{mh}[r_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+(B-a)]{\left(\frac{v_1}{r_1}\right)}^2,$

因此获得以下算法：

$r_1=\frac{\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+\sqrt{\cos {\left({\mathrm{\θ}}_1\right)}^2-4\mathrm{ga}(a-B)/v_1^2}}{2\mathrm{ga}/v_1^2},$

获得出瞬时中心至左前轮轴心的距离r₁，若r₁＜r₀则停止车辆后轮辅助转向的控制系统中的后轮主动转向装置运行，若r₁≥r₀则执行步骤四，

步骤四，根据上述所有参数，计算目标后轮转角θ₂：

${\mathrm{\θ}}_2={\mathrm{tab}}^{-1}\left(\frac{L-r_1\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{r_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}\right),$

步骤五，将目标后轮转角θ₂乘以调节倍数后得出最终后轮转角θ，最终后轮转角θ输出至后轮主动转向装置，后轮主动转向装置运行，汽车后轮旋转θ角度后与汽车前轮逆向。

6.根据权利要5所述的车辆后轮辅助转向的控制方法，其特征在于：在步骤二中，若v₁＞1.5倍的v₀且1.5倍的r₁＜r₀，则控制器输出控制信号至转向侧的起爆气囊，转向侧的起爆气囊起爆。

7.根据权利要5所述的车辆后轮辅助转向的控制方法，其特征在于：所述步骤五中的调节倍数为控制器根据倍数调节按钮输入得出的调节倍数。