CN106080753B - 一种融合主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮转向控制系统及其控制方法 - Google Patents
一种融合主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮转向控制系统及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种融合主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮转向控制系统及其控制方法，涉及电动轮转向控制领域。解决了目前电动助力转向系统转动惯性大，而且现有电动轮汽车取消了差速器，轮胎磨损严重，导致电动轮汽车行驶稳定性降低的问题。该系统中，扭矩传感器设在转向盘及转向管柱与前轴转向器之间，转角电机通过减速机构与后轴转向器连接，ECU控制模块根据反馈的车速、转向盘力矩、转向盘转角、质心侧偏角和横摆角速度信息，经过分析处理后确定驾驶员的驾驶意图、理想转向手力和主动转向附加转角，进而控制前后电动轮实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能。本发明适用于对电动轮进行转向控制。
Description
技术领域
本发明涉及电动轮转向控制领域。
背景技术
目前，转向系统已经完成了从机械转向系统到助力转向系统和主动转向系统的转变。现有电动助力转向系统虽然可以控制转向系统的力矩传递特性，并减轻驾驶员的转向力矩负担，但也有难以克服的缺陷，如系统转动惯量的增加导致转向路感和回正能力下降。宝马公司推出的主动转向系统既有转向助力的功能，又具有主动转向的功能。该主动转向系统虽然可以通过改变转向系统的角位移传递特性，提高汽车行驶主动安全性能，但是其在液压助力系统的基础上实现的，而液压助力系统在布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面的缺陷目前还是无法消除的。
此外，随着全球汽车保有量和能源消耗量的急剧增加，对环境保护造成了巨大压力。电动汽车作为一种安全、节能和环保的汽车而备受关注，并呈现加速发展的态势，而且电动轮驱动的转向技术成为电动汽车的发展方向，并成为电动轮汽车的研究重点和研究热点，但是，由于电动轮汽车取消了差速器，加剧了轮胎的磨损，降低了车辆高速行驶时的安全性和稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种融合主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮转向控制系统及其控制方法，目的在于解决目前电动助力转向系统转动惯性大，而且现有电动轮汽车取消了差速器，轮胎磨损严重，导致电动轮汽车行驶稳定性降低的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种融合主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮转向控制系统包括转向盘及转向管柱、扭矩传感器、前轴转向器、转角电机、减速机构、后轴转向器和ECU控制模块，所述扭矩传感器设在转向盘及转向管柱与前轴转向器之间，转角电机通过减速机构与后轴转向器连接，ECU控制模块接收扭矩传感器和车载传感器设备发送的信息并根据转向盘转矩、转向盘转角、车速、质心侧偏角以及横摆角速度信息控制前后电动轮实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制。
本发明的有益效果是：本发明通过在转向盘及转向管柱与前轴转向器之间设置扭矩传感器，扭矩传感器对转向盘的转矩和转角进行检测，ECU控制模块根据扭矩传感器以及车载传感器设备所发送的信息进行分析处理，通过控制前轴左前方电动轮和右前方电动轮中轮毂电机的转矩和转速输出特性，左前方电动轮和右前方电动轮的驱动转矩偏差产生转向助力矩，并与驾驶员施加的转向盘力矩进行线性叠加，共同驱动前轴转向器以克服转向轮的转向阻力矩；通过控制后轴左后方电动轮和右后方电动轮中轮毂电机的转矩和转速输出特性，左后方电动轮和右后方电动轮的驱动力偏差产生横摆力矩；而转角电机通过减速机构驱动后轴转向器产生后轮转角，进而实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的融合。
同时，在前轴，驾驶员施加手力驱动前轴转向器实现前轮转向功能，而左前方电动轮和右前方电动轮内安装的轮毂电机主要提供汽车行驶的驱动力和转向助力，取消了现有EPS系统的助力电机及与之相连的传动机构，减小了系统的转动惯量。
在后轴，转角电机通过传动机构驱动后轴转向器产生后轮转角，实现主动转向功能，而左后方电动轮和右后方电动轮内安装的轮毂电机主要通过改变左后方电动轮和右后方电动轮驱动力的大小实现直接横摆力矩控制和差速转向，降低了轮胎的磨损，从而提高了车辆在行驶过程中的稳定性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述ECU控制模块包括：
用于接收扭矩传感器测得的转向盘转矩信号和车速信号，并生成左前轮修正力矩控制信号和右前轮修正力矩控制信号的助力转向控制模块；
用于接收扭矩传感器测得的转向盘转角信号和车速信号，并生成变传动比控制所需的后轮转角信号的变传动比控制模块；
用于接收转向盘转角信号和变传动比控制所需的后轮转角信号，并生成横摆角速度期望值和质心侧偏角期望值的参考模型建立模块；
用于接收横摆角速度信号、质心侧偏角信号、横摆角速度期望值和质心侧偏角期望值，并生成横摆角速度偏差值和质心侧偏角偏差值的比较模块；
用于接收横摆角速度偏差值和质心侧偏角偏差值，并生成横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号的横摆角速度跟踪控制模块；
用于接收变传动比控制所需的后轮转角信号和横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号，经线性叠加后生成后轮转角控制信号的叠加模块；
用于接收横摆角速度信号、转向盘转角信号和车速信号，并生成左后轮修正力矩控制信号和右后轮修正力矩控制信号的直接横摆力矩控制模块。
采用上述进一步方案的有益效果是，ECU控制模块根据反馈的车速、转向盘力矩、转向盘转角、质心侧偏角和横摆角速度信息，经过分析处理后确定驾驶员的驾驶意图、理想转向手力和主动转向附加转角，进而控制前后电动轮实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能。
进一步，所述接收扭矩传感器测得的转向盘转矩信号和车速信号，并生成左前轮修正力矩控制信号和右前轮修正力矩控制信号的过程是由以下公式实现的：
其中，ΔTfl和ΔTfr分别为左前轮修正力矩和右前轮修正力矩，Ka(V)为与车速V有关的助力比函数，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，Ts为转向盘转矩，rw为车轮半径，rσ为主销横向偏移距。
进一步，所述接收扭矩传感器测得的转向盘转角信号和车速信号，并生成变传动比控制所需的后轮转角信号的过程是由以下公式实现的：
其中，δr'为变传动比控制所需的后轮转角，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，i*(V)为与车速V有关的理想传动比控制函数。
进一步，所述接收转向盘转角信号和变传动比控制所需的后轮转角信号，并生成横摆角速度期望值和质心侧偏角期望值的过程是由以下公式实现的：
其中，
rd为横摆角速度期望值，βd为质心侧偏角期望值，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，δ'r为变传动比控制所需的后轮转角，μ0为参考路面附着系数，m为整车质量，V为车速，Iz为整车绕Z坐标轴的转动惯量，lf和lr分别为前后轴到质心的距离，L为前后轴的轴距，Kf为前轮的初始侧偏刚度；
进一步，所述接收横摆角速度信号、转向盘转角信号和车速信号，并生成左后轮修正力矩控制信号和右后轮修正力矩控制信号的过程是由以下公式实现的：
其中，ΔTll和ΔTlr分别为左后轮修正力矩和右后轮修正力矩，r为横摆角速度，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，L为前后轴的轴距，V为车速，B为左右电动轮轮距，rw为车轮半径，λ为控制参数。
本发明为解决上述技术问题还提出了以上所述电动轮转向控制系统的控制方法，所述控制方法为根据转向盘转矩、转向盘转角、车速、质心侧偏角以及横摆角速度信息控制前后电动轮实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能。
进一步，所述控制方法包括：
用于生成左前轮修正力矩控制信号和右前轮修正力矩控制信号的助力转向控制步骤；
用于生成变传动比控制所需的后轮转角信号的变传动比控制步骤；
用于生成横摆角速度期望值和质心侧偏角期望值的参考模型建立步骤；
用于生成横摆角速度偏差值和质心侧偏角偏差值的比较步骤；
用于生成横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号的横摆角速度跟踪控制步骤；
用于生成后轮转角控制信号的叠加步骤；
用于生成左后轮修正力矩控制信号和右后轮修正力矩控制信号的直接横摆力矩控制步骤。
采用上述进一步方案的有益效果是，ECU控制模块根据反馈的车速、转向盘力矩、转向盘转角、质心侧偏角和横摆角速度信息，经过分析处理后确定驾驶员的驾驶意图、理想转向手力和主动转向附加转角，进而控制前后电动轮实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能。
进一步，所述控制方法具体实现过程为：
用于接收扭矩传感器测得的转向盘转矩信号和车速信号，并生成左前轮修正力矩控制信号和右前轮修正力矩控制信号的助力转向控制步骤；
用于接收扭矩传感器测得的转向盘转角信号和车速信号，并生成变传动比控制所需的后轮转角信号的变传动比控制步骤；
用于接收转向盘转角信号和变传动比控制所需的后轮转角信号，并生成横摆角速度期望值和质心侧偏角期望值的参考模型建立步骤；
用于接收横摆角速度信号、质心侧偏角信号、横摆角速度期望值和质心侧偏角期望值，并生成横摆角速度偏差值和质心侧偏角偏差值的比较步骤；
用于接收横摆角速度偏差值和质心侧偏角偏差值，并生成横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号的横摆角速度跟踪控制步骤；
用于接收变传动比控制所需的后轮转角信号和横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号，经线性叠加后生成后轮转角控制信号的叠加步骤；
用于接收横摆角速度信号、转向盘转角信号和车速信号，并生成左后轮修正力矩控制信号和右后轮修正力矩控制信号的直接横摆力矩控制步骤。
进一步，所述接收扭矩传感器测得的转向盘转矩信号和车速信号，并生成左前轮修正力矩控制信号和右前轮修正力矩控制信号的过程是由以下公式实现的：
其中，ΔTfl和ΔTfr分别为左前轮修正力矩和右前轮修正力矩，Ka(V)为与车速V有关的助力比函数，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，Ts为转向盘转矩，rw为车轮半径，rσ为主销横向偏移距。
进一步，所述接收扭矩传感器测得的转向盘转角信号和车速信号，并生成变传动比控制所需的后轮转角信号的过程是由以下公式实现的：
其中，δr'为变传动比控制所需的后轮转角，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，i*(V)为与车速V有关的理想传动比控制函数。
进一步，所述接收转向盘转角信号和变传动比控制所需的后轮转角信号，并生成横摆角速度期望值和质心侧偏角期望值的过程是由以下公式实现的：
其中，
rd为横摆角速度期望值，βd为质心侧偏角期望值，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，δ'r为变传动比控制所需的后轮转角，μ0为参考路面附着系数，m为整车质量，V为车速，Iz为整车绕Z坐标轴的转动惯量，lf和lr分别为前后轴到质心的距离，L为前后轴的轴距，Kf为前轮的初始侧偏刚度；
所述接收横摆角速度信号、转向盘转角信号和车速信号，并生成左后轮修正力矩控制信号和右后轮修正力矩控制信号的过程是由以下公式实现的：
其中，ΔTll和ΔTlr分别为左后轮修正力矩和右后轮修正力矩，r为横摆角速度，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，L为前后轴的轴距，V为车速，B为左右电动轮轮距，rw为车轮半径，λ为控制参数。
附图说明
图1为本发明所述的融合主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮转向控制系统的原理示意图；
图2为本发明所述的ECU控制模块的原理示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、转向盘及转向管柱，2、扭矩传感器，3、前轴转向器，4、转角电机，5、减速机构，6、后轴转向器，7、ECU控制模块，8、转向盘转矩信号，9、转向盘转角信号，10、车速信号，11、左前方电动轮，12、右前方电动轮，13、左后方电动轮，14、右后方电动轮，15、横摆角速度信号，16、质心侧偏角信号，17、左前轮修正力矩控制信号，18、右前轮修正力矩控制信号，19、左后轮修正力矩控制信号，20、右后轮修正力矩控制信号，21、后轮转角控制信号，22、助力转向控制模块，23、变传动比控制模块，24、参考模型建立模块，25、比较模块，26、横摆角速度跟踪控制模块，27、叠加模块，28、直接横摆力矩控制模块，29、变传动比控制所需的后轮转角信号，30、横摆角速度期望值，31、质心侧偏角期望值，32、横摆角速度偏差值，33、质心侧偏角偏差值，34、横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本实施例所述的融合主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮转向控制系统包括转向盘及转向管柱1、扭矩传感器2、前轴转向器3、转角电机4、减速机构5、后轴转向器6和ECU控制模块7，所述扭矩传感器2设在转向盘及转向管柱1与前轴转向器3之间，转角电机4通过减速机构5与后轴转向器6连接，ECU控制模块7接收扭矩传感器2和车载传感器设备发送的信息并根据转向盘转矩、转向盘转角、车速、质心侧偏角以及横摆角速度信息控制前后电动轮实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制。
本实施例中，通过在转向盘及转向管柱与前轴转向器之间设置扭矩传感器，扭矩传感器对转向盘的转矩和转角进行检测，ECU控制模块根据扭矩传感器和车载传感器设备所发送的信息进行分析处理，通过控制前轴左前方电动轮和右前方电动轮中轮毂电机的转矩和转速输出特性，左前方电动轮和右前方电动轮的驱动转矩偏差产生转向助力矩，并与驾驶员施加的转向盘力矩进行线性叠加，共同驱动前轴转向器以克服转向轮的转向阻力矩；通过控制后轴左后方电动轮和右后方电动轮中轮毂电机的转矩和转速输出特性，左后方电动轮和右后方电动轮的驱动力偏差产生横摆力矩；而转角电机通过减速机构驱动后轴转向器产生后轮转角，进而实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的融合。
具体实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制的过程如下：
ECU控制模块7通过转向盘转矩信号8和车载传感器设备所传递的车速信号10控制左前轮和右前轮的转矩差产生转向助力矩，进而实现助力转向功能；
ECU控制模块7通过转向盘转角信号9和车载传感器设备所传递的车速信号10、横摆角速度信号15和质心侧偏角信号16控制转角电机产生后轮转角，进而实现主动转向功能；
ECU控制模块7通过车载传感器设备所传递的横摆角速度信号15、转向盘转角信号9和车速信号10控制左后轮和右后轮产生横摆力矩，实现直接横摆力矩控制功能。
所述ECU控制模块7包括：
用于接收扭矩传感器2测得的转向盘转矩信号8和车速信号10，并生成左前轮修正力矩控制信号17和右前轮修正力矩控制信号18的助力转向控制模块22；
用于接收扭矩传感器2测得的转向盘转角信号9和车速信号10，并生成变传动比控制所需的后轮转角信号29的变传动比控制模块23；
用于接收转向盘转角信号9和变传动比控制所需的后轮转角信号29，并生成横摆角速度期望值30和质心侧偏角期望值31的参考模型建立模块24；
用于接收横摆角速度信号15、质心侧偏角信号16、横摆角速度期望值30和质心侧偏角期望值31，并生成横摆角速度偏差值32和质心侧偏角偏差值33的比较模块25；
用于接收横摆角速度偏差值32和质心侧偏角偏差值33，并生成横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号34的横摆角速度跟踪控制模块26；
用于接收变传动比控制所需的后轮转角信号29和横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号34，经线性叠加后生成后轮转角控制信号21的叠加模块27；
用于接收横摆角速度信号15、转向盘转角信号9和车速信号10，并生成左后轮修正力矩控制信号19和右后轮修正力矩控制信号20的直接横摆力矩控制模块28。
驾驶员转动转向盘时，扭矩传感器2测得转向盘转矩信号8和转向盘转角信号9，同时驱动前轴转向器3实现前轮转向功能。ECU控制模块7根据接收到的转向盘转矩信号8、转向盘转角信号9、车速信号10、横摆角速度信号15和质心侧偏角信号16，生成左前方电动轮11的左前轮修正力矩控制信号17、右前方电动轮12的右前轮修正力矩控制信号18、左后方电动轮13的左后轮修正力矩控制信号19、右后方电动轮14的右后轮修正力矩控制信号20和转角电机4的后轮转角控制信号21。
转角电机4根据后轮转角控制信号21输出转矩和转速，并通过后轴转向器6驱动左后方电动轮13和右后方电动轮14实现后轮转向，改变转向系统的角位移传递特性，即实现主动转向功能。
左前方电动轮11和右前方电动轮12分别根据左前轮修正力矩控制信号17和右前轮修正力矩控制信号18调整左前方电动轮11和右前方电动轮12的驱动力矩，通过左前方电动轮11和右前方电动轮12的转矩差产生转向助力矩，并与驾驶员施加的转向盘力矩进行线性叠加，共同驱动前轴转向器3以实现助力转向。
当汽车行驶在冰雪路面等极限工况下，左后方电动轮13和右后方电动轮14根据左后轮修正力矩控制信号19和右后轮修正力矩控制信号20调整左后方电动轮13和右后方电动轮14的驱动力矩，左后方电动轮13和右后方电动轮14的驱动力矩偏差产生横摆力矩，实现对汽车行驶姿态的调整，改善汽车在极限工况下的稳定性，即实现直接横摆力矩控制和差速转向控制。
在本发明对电动轮控制过程中存在许多数据信息的分析和处理，其中包括：
接收扭矩传感器2测得的转向盘转矩信号8和车速信号10，并生成左前轮修正力矩控制信号17和右前轮修正力矩控制信号18的过程是由以下公式实现的：
其中，ΔTfl和ΔTfr分别为左前轮修正力矩和右前轮修正力矩，Ka(V)为与车速V有关的助力比函数，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，Ts为转向盘转矩，rw为车轮半径，rσ为主销横向偏移距。
接收扭矩传感器2测得的转向盘转角信号9和车速信号10，并生成变传动比控制所需的后轮转角信号29的过程是由以下公式实现的：
其中，δr'为变传动比控制所需的后轮转角，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，i*(V)为与车速V有关的理想传动比控制函数。
接收转向盘转角信号9和变传动比控制所需的后轮转角信号29，并生成横摆角速度期望值30和质心侧偏角期望值31的过程是由以下公式实现的：
其中，
rd为横摆角速度期望值，βd为质心侧偏角期望值，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，δ'r为变传动比控制所需的后轮转角，μ0为参考路面附着系数，m为整车质量，V为车速，Iz为整车绕Z坐标轴的转动惯量，lf和lr分别为前后轴到质心的距离，L为前后轴的轴距，Kf为前轮的初始侧偏刚度。
接收横摆角速度信号15、转向盘转角信号9和车速信号10，并生成左后轮修正力矩控制信号19和右后轮修正力矩控制信号20的过程是由以下公式实现的：
其中，ΔTll和ΔTlr分别为左后轮修正力矩和右后轮修正力矩，r为横摆角速度，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，L为前后轴的轴距，V为车速，B为左右电动轮轮距，rw为车轮半径，λ为控制参数。
通过以上实施例可以看出，本发明在对电动轮进行转向控制过程中，通过驾驶员施加手力驱动前轴转向器实现转向功能的同时，通过左前方电动轮11和右前方电动轮12的转矩差，实现助力转向，进而实现前轴的转向控制；转角电机通过传动机构驱动后轴转向器产生后轮转角，实现主动转向功能；而通过改变左后方电动轮13和右后方电动轮14驱动力的大小实现直接横摆力矩控制和差速转向控制。
如图2所示，本发明为了能够实现同时具有主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮的转向控制系统，提出了该控制系统的控制方法，所述控制方法为根据转向盘转矩、转向盘转角、车速、质心侧偏角以及横摆角速度信息控制前后电动轮实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制。
通过转向盘转矩和车载传感器设备所传递的车速信息控制左前轮和右前轮的转矩差产生转向助力矩，进而实现助力转向功能；通过转向盘转角和车载传感器设备所传递的车速信息、横摆角速度信息和质心侧偏角信息控制转角电机产生后轮转角，进而实现主动转向功能；通过转向盘转角和车载传感器设备所传递的横摆角速度以及车速信息控制左后轮和右后轮产生横摆力矩，实现直接横摆力矩控制功能。
所述控制方法进一步包括：
用于生成左前轮修正力矩控制信号17和右前轮修正力矩控制信号18的助力转向控制步骤；
用于生成变传动比控制所需的后轮转角信号29的变传动比控制步骤；
用于生成横摆角速度期望值30和质心侧偏角期望值31的参考模型建立步骤；
用于生成横摆角速度偏差值32和质心侧偏角偏差值33的比较步骤；
用于生成横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号34的横摆角速度跟踪控制步骤；
用于生成后轮转角控制信号21的叠加步骤；
用于生成左后轮修正力矩控制信号19和右后轮修正力矩控制信号20的直接横摆力矩控制步骤。
所述控制方法实现的具体过程为：
用于接收扭矩传感器2测得的转向盘转矩信号8和车速信号10，并生成左前轮修正力矩控制信号17和右前轮修正力矩控制信号18的助力转向控制步骤；
用于接收扭矩传感器2测得的转向盘转角信号9和车速信号10，并生成变传动比控制所需的后轮转角信号29的变传动比控制步骤；
用于接收转向盘转角信号9和变传动比控制所需的后轮转角信号29，并生成横摆角速度期望值30和质心侧偏角期望值31的参考模型建立步骤；
用于接收横摆角速度信号15、质心侧偏角信号16、横摆角速度期望值30和质心侧偏角期望值31，并生成横摆角速度偏差值32和质心侧偏角偏差值33的比较步骤；
用于接收横摆角速度偏差值32和质心侧偏角偏差值33，并生成横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号34的横摆角速度跟踪控制步骤；
用于接收变传动比控制所需的后轮转角信号29和横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号34，经线性叠加后生成后轮转角控制信号21的叠加步骤；
用于接收横摆角速度信号15、转向盘转角信号9和车速信号10，并生成左后轮修正力矩控制信号19和右后轮修正力矩控制信号20的直接横摆力矩控制步骤。
ECU控制模块根据反馈的车速、转向盘力矩、转向盘转角、质心侧偏角和横摆角速度信息，经过分析处理后确定驾驶员的驾驶意图、理想转向手力和主动转向附加转角，进而控制前后电动轮实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制。
具体的，接收扭矩传感器2测得的转向盘转矩信号8和车速信号10，并生成左前轮修正力矩控制信号17和右前轮修正力矩控制信号18的过程是由以下公式实现的：
其中，ΔTfl和ΔTfr分别为左前轮修正力矩和右前轮修正力矩，Ka(V)为与车速V有关的助力比函数，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，Ts为转向盘转矩，rw为车轮半径，rσ为主销横向偏移距。
接收扭矩传感器2测得的转向盘转角信号9和车速信号10，并生成变传动比控制所需的后轮转角信号29的过程是由以下公式实现的：
其中，δ'r为变传动比控制所需的后轮转角，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，i*(V)为与车速V有关的理想传动比控制函数。
接收转向盘转角信号9和变传动比控制所需的后轮转角信号29，并生成横摆角速度期望值30和质心侧偏角期望值31的过程是由以下公式实现的：
其中，
rd为横摆角速度期望值，βd为质心侧偏角期望值，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，δr'为变传动比控制所需的后轮转角，μ0为参考路面附着系数，m为整车质量，V为车速，Iz为整车绕Z坐标轴的转动惯量，lf和lr分别为前后轴到质心的距离，L为前后轴的轴距，Kf为前轮的初始侧偏刚度。
接收横摆角速度信号15、转向盘转角信号9和车速信号10，并生成左后轮修正力矩控制信号19和右后轮修正力矩控制信号20的过程是由以下公式实现的：
其中，ΔTll和ΔTlr分别为左后轮修正力矩和右后轮修正力矩，r为横摆角速度，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，L为前后轴的轴距，V为车速，B为左右电动轮轮距，rw为车轮半径，λ为控制参数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种融合主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮转向控制系统，其特征在于，它包括转向盘及转向管柱(1)、扭矩传感器(2)、前轴转向器(3)、转角电机(4)、减速机构(5)、后轴转向器(6)和ECU控制模块(7)，所述扭矩传感器(2)设在转向盘及转向管柱(1)与前轴转向器(3)之间，转角电机(4)通过减速机构(5)与后轴转向器(6)连接，ECU控制模块(7)接收扭矩传感器(2)和车载传感器设备发送的信息并根据转向盘转矩、转向盘转角、车速、质心侧偏角以及横摆角速度信息控制前后电动轮实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制；
ECU控制模块(7)通过转向盘转矩信号(8)和车载传感器设备所传递的车速信号(10)控制左前轮和右前轮的转矩差产生转向助力矩，进而实现助力转向功能；
ECU控制模块(7)通过转向盘转角信号(9)和车载传感器设备所传递的车速信号(10)、横摆角速度信号(15)和质心侧偏角信号(16)控制转角电机产生后轮转角，进而实现主动转向功能；
ECU控制模块(7)通过车载传感器设备所传递的横摆角速度信号(15)、转向盘转角信号(9)和车速信号(10)控制左后轮和右后轮产生横摆力矩，实现直接横摆力矩控制功能；
所述ECU控制模块(7)包括：
用于接收扭矩传感器(2)测得的转向盘转矩信号(8)和车速信号(10)，并生成左前轮修正力矩控制信号(17)和右前轮修正力矩控制信号(18)的助力转向控制模块(22)；
用于接收扭矩传感器(2)测得的转向盘转角信号(9)和车速信号(10)，并生成变传动比控制所需的后轮转角信号(29)的变传动比控制模块(23)；
用于接收转向盘转角信号(9)和变传动比控制所需的后轮转角信号(29)，并生成横摆角速度期望值(30)和质心侧偏角期望值(31)的参考模型建立模块(24)；
用于接收横摆角速度信号(15)、质心侧偏角信号(16)、横摆角速度期望值(30)和质心侧偏角期望值(31)，并生成横摆角速度偏差值(32)和质心侧偏角偏差值(33)的比较模块(25)；
用于接收横摆角速度偏差值(32)和质心侧偏角偏差值(33)，并生成横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号(34)的横摆角速度跟踪控制模块(26)；
用于接收变传动比控制所需的后轮转角信号(29)和横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号(34)，经线性叠加后生成后轮转角控制信号(21)的叠加模块(27)；
用于接收横摆角速度信号(15)、转向盘转角信号(9)和车速信号(10)，并生成左后轮修正力矩控制信号(19)和右后轮修正力矩控制信号(20)的直接横摆力矩控制模块(28)。
2.根据权利要求1所述的一种融合主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮转向控制系统，其特征在于，接收扭矩传感器(2)测得的转向盘转矩信号(8)和车速信号(10)，并生成左前轮修正力矩控制信号(17)和右前轮修正力矩控制信号(18)的过程是由以下公式实现的：
<mrow>
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</mrow>
</mfrac>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，ΔTfl和ΔTfr分别为左前轮修正力矩和右前轮修正力矩，Ka(V)为与车速V有关的助力比函数，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，Ts为转向盘转矩，rw为车轮半径，rσ为主销横向偏移距；
接收扭矩传感器(2)测得的转向盘转角信号(9)和车速信号(10)，并生成变传动比控制所需的后轮转角信号(29)的过程是由以下公式实现的：
<mrow>
<msubsup>
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</msubsup>
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</mrow>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，δr'为变传动比控制所需的后轮转角，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，i*(V)为与车速V有关的理想传动比控制函数；
接收转向盘转角信号(9)和变传动比控制所需的后轮转角信号(29)，并生成横摆角速度期望值(30)和质心侧偏角期望值(31)的过程是由以下公式实现的：
<mrow>
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<mo>,</mo>
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其中，xd＝[rd,βd]T，ud＝[θsw,δr']T，
rd为横摆角速度期望值，βd为质心侧偏角期望值，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，δr'为变传动比控制所需的后轮转角，μ0为参考路面附着系数，m为整车质量，V为车速，Iz为整车绕Z坐标轴的转动惯量，lf和lr分别为前后轴到质心的距离，L为前后轴的轴距，Kf为前轮的初始侧偏刚度；
接收横摆角速度信号(15)、转向盘转角信号(9)和车速信号(10)，并生成左后轮修正力矩控制信号(19)和右后轮修正力矩控制信号(20)的过程是由以下公式实现的：
<mrow>
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<mo>,</mo>
</mrow>
其中，ΔTll和ΔTlr分别为左后轮修正力矩和右后轮修正力矩，r为横摆角速度，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，L为前后轴的轴距，V为车速，B为左右电动轮轮距，rw为车轮半径，λ为控制参数。
3.权利要求1-2任一项所述的一种融合主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮转向控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法为根据转向盘转矩、转向盘转角、车速、质心侧偏角以及横摆角速度信息控制前后电动轮实现主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制；
通过转向盘转矩和车载传感器设备所传递的车速信息控制左前轮和右前轮的转矩差产生转向助力矩，进而实现助力转向功能；通过转向盘转角和车载传感器设备所传递的车速信息、横摆角速度信息和质心侧偏角信息控制转角电机产生后轮转角，进而实现主动转向功能；通过转向盘转角和车载传感器设备所传递的横摆角速度以及车速信息控制左后轮和右后轮产生横摆力矩，实现直接横摆力矩控制功能；
所述控制方法进一步包括：
用于生成左前轮修正力矩控制信号(17)和右前轮修正力矩控制信号(18)的助力转向控制步骤；
用于生成变传动比控制所需的后轮转角信号(29)的变传动比控制步骤；
用于生成横摆角速度期望值(30)和质心侧偏角期望值(31)的参考模型建立步骤；
用于生成横摆角速度偏差值(32)和质心侧偏角偏差值(33)的比较步骤；
用于生成横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号(34)的横摆角速度跟踪控制步骤；
用于生成后轮转角控制信号(21)的叠加步骤；
用于生成左后轮修正力矩控制信号(19)和右后轮修正力矩控制信号(20)的直接横摆力矩控制步骤。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法实现的具体过程为：
用于接收扭矩传感器(2)测得的转向盘转矩信号(8)和车速信号(10)，并生成左前轮修正力矩控制信号(17)和右前轮修正力矩控制信号(18)的助力转向控制步骤；
用于接收扭矩传感器(2)测得的转向盘转角信号(9)和车速信号(10)，并生成变传动比控制所需的后轮转角信号(29)的变传动比控制步骤；
用于接收转向盘转角信号(9)和变传动比控制所需的后轮转角信号(29)，并生成横摆角速度期望值(30)和质心侧偏角期望值(31)的参考模型建立步骤；
用于接收横摆角速度信号(15)、质心侧偏角信号(16)、横摆角速度期望值(30)和质心侧偏角期望值(31)，并生成横摆角速度偏差值(32)和质心侧偏角偏差值(33)的比较步骤；
用于接收横摆角速度偏差值(32)和质心侧偏角偏差值(33)，并生成横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号(34)的横摆角速度跟踪控制步骤；
用于接收变传动比控制所需的后轮转角信号(29)和横摆角速度跟踪控制所需的后轮转角信号(34)，经线性叠加后生成后轮转角控制信号(21)的叠加步骤；
用于接收横摆角速度信号(15)、转向盘转角信号(9)和车速信号(10)，并生成左后轮修正力矩控制信号(19)和右后轮修正力矩控制信号(20)的直接横摆力矩控制步骤。
5.根据权利要求4的控制方法，其特征在于，接收扭矩传感器(2)测得的转向盘转矩信号(8)和车速信号(10)，并生成左前轮修正力矩控制信号(17)和右前轮修正力矩控制信号(18)的过程是由以下公式实现的：
<mrow>
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<mo>,</mo>
</mrow>
其中，ΔTfl和ΔTfr分别为左前轮修正力矩和右前轮修正力矩，Ka(V)为与车速V有关的助力比函数，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，Ts为转向盘转矩，rw为车轮半径，rσ为主销横向偏移距；
接收扭矩传感器(2)测得的转向盘转角信号(9)和车速信号(10)，并生成变传动比控制所需的后轮转角信号(29)的过程是由以下公式实现的：
<mrow>
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<mo>,</mo>
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其中，δr'为变传动比控制所需的后轮转角，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，i*(V)为与车速V有关的理想传动比控制函数。
6.根据权利要求4的控制方法，其特征在于，接收转向盘转角信号(9)和变传动比控制所需的后轮转角信号(29)，并生成横摆角速度期望值(30)和质心侧偏角期望值(31)的过程是由以下公式实现的：
<mrow>
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</mrow>
其中，xd＝[rd,βd]T，ud＝[θsw,δr']T，
rd为横摆角速度期望值，βd为质心侧偏角期望值，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，δr'为变传动比控制所需的后轮转角，μ0为参考路面附着系数，m为整车质量，V为车速，Iz为整车绕Z坐标轴的转动惯量，lf和lr分别为前后轴到质心的距离，L为前后轴的轴距，Kf为前轮的初始侧偏刚度；
接收横摆角速度信号(15)、转向盘转角信号(9)和车速信号(10)，并生成左后轮修正力矩控制信号(19)和右后轮修正力矩控制信号(20)的过程是由以下公式实现的：
<mrow>
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其中，ΔTll和ΔTlr分别为左后轮修正力矩和右后轮修正力矩，r为横摆角速度，θsw为转向盘转角，G为转向小齿轮转角到前轮转角的传动比，L为前后轴的轴距，V为车速，B为左右电动轮轮距，rw为车轮半径，λ为控制参数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180406 Termination date: 20180614 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |