CN108674484B - 单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统，通过与铰接转向车辆原有的液压转向系统相互配合，能有效的提高铰接转向车辆的转向灵活性，降低转向能耗。本发明还公开了单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的控制方法，根据方向盘角速度采用比例控制器计算出合适的差动转矩施加到驱动轴左右两侧驱动轮上，使一侧驱动轮转矩增加的同时另一侧驱动轮转矩减小，从而形成一个直接横摆力矩，与液压转向系统协同作用实现车辆转向。从而达到减少转向时间，降低液压转向系统能耗的目的。

Description

单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆转向技术领域，具体涉及单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统及其控制方法。

背景技术

工程车辆采用液压驱动的形式已经有几十年的历史。相对传统的机械驱动方式，液压驱动系统容易实现无极调速和过载保护；能简化传动系统，节约布置空间；操纵简单，便于和电气控制系统组成电液复合系统，实现自动化。尤其是随着液压技术的发展和液压元件材质的改良，液压驱动系统在工程车辆上的应用愈加广泛。

同时，随着全球环境问题的日益严峻以及传统能源的枯竭，工程车辆也在向新能源方向发展。尤其是随着电动轮驱动技术的逐渐成熟，采用以轮毂电机为动力的电动轮驱动的工程车辆或以轮毂液压马达为动力的液驱工程车辆也逐渐增多。由于采用电动轮驱动的工程车辆具有诸多优点，如环保节能；工作时噪音小；传动系统结构简单，易于维护；电机响应快，加速性能好等，必将有更加广阔的前景。

由于工程车辆的转向工况较为频繁，故工程车辆的转向机动灵活性和经济性有着紧密关系。为提高其机动性，除了提高自动化控制程度，选择合适的转向系统也是一个重要途径。目前，很多工程车辆采用了铰接转向技术。铰接转向车辆普遍采用液压转向系统，即通过控制前后车体铰接点左右两侧液压缸的伸缩完成转向。这种转向技术具有转向灵活、转弯半径小、方便布置大直径宽胎面的低压轮胎等优点。但是，由于液压转向系统存在响应慢和耗能高的问题，且铰接转向车辆的工作性质特殊，需要频繁转向，使得其转向能耗是传统转向方式的3-4倍。

为了在不增加转向液压系统功率的前提下提高铰接转向车辆的转向灵活性，国内外有一些研究人员进行过相关研究。如日本东京大学的Michihisa Iidaa,HiroshiNakashimab等人在将基于四个车轮的差动制动的直接横摆力矩控制应用于提高轮式装载机的转弯机动性方面取得了一定效果。虽然差动制动能够一定程度上提高车辆的转弯机动性、降低转弯半径或在受侧向干扰时能够维持直线行驶，但是实施制动会降低车速、增加汽车无功损耗，转向液压系统功率虽不用增加，但是整车驱动功耗将随之增长，得不偿失，故上述研究只应用在工程车辆较高车速直线行驶时维持车辆的稳定性上。

发明内容

本发明设计开发了单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统，本发明的发明目的是利用差动驱动实现对原有液压铰接转向的辅助，协同完成转向动作。

本发明设计开发了单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的控制方法，本发明的发明目的是利用差动驱动实现对原有液压铰接转向的辅助，协同完成转向动作，在不增加整车驱动能耗的同时降低液压转向系统的转向功耗。

本发明提供的技术方案为：

单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统，包括：

前车体；

后车体，其与所述前车体铰接连接；

液压缸，其设置在所述前车体和所述后车体之间，所述液压缸的两端分别与所述前车体和所述后车体铰接相连；

方向盘，其通过转向轴与转阀相连，用于改变液压油的流向；

转速传感器，用于监测车轮的转速并将数据信号输出；

位移传感器，用于监测所述液压缸的位移并将数据信号输出；

方向盘转角传感器，用于监测所述方向盘转角并将数据输出；

差动协同转向控制器，其电联所述转速传感器、所述位移传感器和所述方向盘转角传感器，用于接收转速数据信号、位移数据信号和方向盘转角数据信号；

其中，当所述前车体包括驱动轮时，所述后车体包括从动轮；或者

当所述后车体包括驱动轮时，所述前车体包括从动轮；

所述差动协同转向控制器通过CAN总线与所述驱动轮控制器连接，对所述驱动轮输出的差动转矩进行控制。

优选的是，所述前车体和所述后车体通过销轴铰接。

优选的是，所述控制器包括MC9S12x单片机。

优选的是，所述液压缸包括左侧液压缸和右侧液压缸。

优选的是，还包括：

液压油箱，其同时与所述左侧液压缸和右侧液压缸相连通；

其中，所述方向盘通过所述转向轴带动所述转阀转动，进而改变液压油在所述液压油箱、所述左侧液压缸和右侧液压缸中的流向，进而使得所述左侧液压缸和右侧液压缸的伸缩带动所述前车体和所述后车体的偏转完成转向。

单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的控制方法，使用所述的转向系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、确定所述转向系统应用于前轴独立驱动或者后轴独立驱动，对差动协同转向控制器中的控制参数阈值进行确定，通过传感器采集监测数据，并且对所述监测数据进行优化处理；

步骤二、根据所述参数阈值和所述监测数据判断是否启动差动协同转向控制器，当V≥V₀，|Φ_w|＜ε₁，X_l≥X_l0或X_r≥X_r0时，不启动差动协同转向控制系统，否则，启动差动协同转向控制系统；其中，V为车速，V₀为车速阈值，Φ_w为方向盘转角，ε₁为方向盘转角门限值，为方向盘角速度，ε₂为方向盘角速度门限值，X_l为左侧液压缸位移，X_l0为左侧液压缸位移阈值，X_r为右侧液压缸位移，X_r0为右侧液压缸位移阈值；

步骤三、计算当前车速下的差动转矩式中，K为比例系数；

步骤四、当所述转向系统应用于后轴独立驱动时，初步设定内侧驱动轮转矩为T_i＝T_i+ΔT/2，外侧驱动轮转矩为T_o＝T_o-ΔT/2；当所述转向系统应用于前轴独立驱动时，初步设定外侧驱动轮转矩为T_o＝T_o+ΔT/2，内侧驱动轮转矩为T_i＝T_i-ΔT/2；

步骤五、当所述转向系统应用于后轴独立驱动时，当s_i＞s_i0时，根据内侧驱动车轮滑转率s_i和内侧驱动车轮滑转率阈值s_i0的差值e_is通过PID控制器确定差动转矩ΔT的修正量ΔT′，再进行计算内侧驱动轮转矩T_i＝T_i+ΔT′，外侧驱动轮转矩为T_o＝T_o-ΔT′，当s_i≤s_i0时，内侧驱动轮转矩为T_i＝T_i+ΔT/2，外侧驱动轮转矩为T_o＝T_o-ΔT/2；以及

当所述转向系统应用于前轴独立驱动时，当s_o＞s_o0时，根据外侧驱动车轮滑转率s_o和外侧驱动车轮滑转率阈值s_o0的差值e_os通过PID控制器确定差动转矩ΔT的修正量ΔT′，再进行计算外侧驱动轮转矩T_o＝T_o+ΔT′，内侧驱动轮转矩为T_i＝T_i-ΔT′，当s_o≤s_o0时，外侧驱动轮转矩为T_o＝T_o+ΔT/2，内侧驱动轮转矩为T_i＝T_i-ΔT/2。

优选的是，在所述步骤一中，对传感器采集的监测数据进行卡尔曼滤波处理；其中，进行卡尔曼滤波处理的监测数据包括左侧液压缸位移数据，右侧液压缸位移数据，方向盘转角数据。

优选的是，在所述步骤一中，车速通过四个车轮转速计算得到。

优选的是，在所述步骤三中，比例系数K通过实验进行标定，标定过程包括：

在车辆使用过程中的车速范围内选择一系列车速点V_i，通过调整比例系数K多次重复测量车辆通过某一连续弯道的能耗，将车辆能耗到达最低的比例系数记录为该车速下的最优比例系数，根据各车速点下获得的最优比例系数拟合得到所述车速范围内比例系数K和车速V的关系图，根据所述关系图能够获得任意车速下的比例系数。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统能够改善液压转向系统的响应特性，减少转向时间，提高转向机动灵活性；

2、本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统能够降低车辆转向时液压转向系统的能量消耗；

3、本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统在降低转向系统能耗的同时可以保证不增加整车驱动能耗，对整车实现真正的节能；

4、本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统对于由轮毂液压马达独立驱动的铰接转向车辆同样适用；

5、本发明不同于现有技术，主要工作在工程车辆频繁工作的工况，即原地或低速满载频繁转向工况，同时，本发明还可以应用于空载高速行驶的稳定性控制上。

附图说明

图1为本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统所适用的后轴独立驱动铰接转向车辆机械结构。

图2为本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统所适用的前轴独立驱动铰接转向车辆机械结构。

图3为本发明所述的液压转向系统示意图。

图4为本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的电气连接关系图。

图5为本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的控制器结构组成框图。

图6为本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统应用于后轴独立驱动铰接转向车辆上时的控制流程框图。

图7为本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统应用于前轴独立驱动铰接转向车辆上时的控制流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明是用于单轴独立驱动铰接转向车辆的差动协同转向系统，优选的是车辆采用轮毂液压马达驱动或电动轮驱动，因此，将本系统应用于其他能够实现单轴独立驱动的铰接转向车辆上并不视为对本发明的创新，通过与铰接转向车辆原有的液压转向系统相互配合，能有效的提高铰接转向车辆的转向灵活性，降低转向能耗。

如图1、图3所示，本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统所适用的后轴独立驱动铰接转向车辆主要由前后车体、从动轮、驱动系统和液压转向系统组成。其中，前车体111和后车体112通过销轴113铰接连接。左从动轮123和右从动轮124布置在前车体起到支撑车体和行驶的作用。驱动系统包括两个结构完全相同的左驱动轮121和右驱动轮122。液压转向系统包括方向盘131、转向轴132、两个结构相同的左液压缸133和右液压缸134、液压油箱135。其中，左、右液压缸133、134两端均通过铰接的方式与前后车体连接。当驾驶员转动方向盘131时，方向盘131通过转向轴132带动液压转向系统的转阀转动，改变液压转向系统中液压油的流向，使得左右两侧液压缸的伸缩带动前后车体相对偏转进而完成转向。

如图2、图3所示，本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统所适用的前轴独立驱动铰接转向车辆主要由前后车体、从动轮、驱动系统和液压转向系统组成。其中，前车体111和后车体112通过销轴113铰接连接。左从动轮123和右从动轮124布置在后车体起到支撑车体和行驶的作用。驱动系统包括两个结构完全相同的左驱动轮121和右驱动轮122。液压转向系统包括方向盘131、转向轴132、两个结构相同的左液压缸133和右液压缸134、液压油箱135。其中，左、右液压缸133、134两端均通过铰接的方式与前后车体连接。当驾驶员转动方向盘131时，方向盘131通过转向轴132带动液压转向系统的转阀转动，改变液压转向系统中液压油的流向，使得左右两侧液压缸的伸缩带动前后车体相对偏转进而完成转向。

如图1～4所示，单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的硬件部分包括信号采集器件，差动协同转向控制器和执行机构。

如图4、5所示，信号采集器件包括四个结构相同的左从动轮转速传感器221、右从动轮转速传感器222、左驱动轮转速传感器223和右驱动轮转速传感器224；两个结构相同的左液压缸位移传感器231和右液压缸位移传感器232和方向盘转角传感器241。所述各传感器的信号输出端分别与差动协同转向控制器的模拟量、开关量、脉冲量输入接口电路相连。具体如下：左、右液压缸位移传感器231、232和方向盘转角传感器241的信号输出端分别和差动协同转向控制器的模拟量输入接口电路的三路低通滤波器电阻的一端连接；系统使能开关的信号输出端与开关量输入接口电路的光电耦合器信号输入端连接；四个结构相同的转速传感器221、222、223和224的信号输出端分别和脉冲输入接口电路的高速光电耦合器信号输入端连接。

执行机构包括两个结构相同的左、右驱动轮。差动协同转向控制器通过CAN总线与左、右驱动轮的控制器连接。差动协同转向控制器发出的控制指令控制左、右驱动轮输出差动转矩。

如图5所示，差动协同转向控制器包括型号为MC9S12x的单片机、信号输入接口电路、CAN收发模块、控制器电源模块和BDI程序下载接口电路。其中：信号输入接口电路包括通用的模拟量输入接口电路、开关量输入接口电路和脉冲输入接口电路。

型号为MC9S12x的单片机内部存储器存储有自编的差动协同转向控制程序，通过BDI程序下载接口电路与外部下载设备连接后完成程序烧写。控制器电源模块通过导线与车载12V电源的正极相连，差动协同转向控制器的壳体搭铁连接。控制器电源模块+5V接口分别与型号为MC9S12x的单片机、模拟量输入接口电路、开关量输入接口电路、CAN收发模块、BDI程序下载接口电路和脉冲输入接口电路的电源接口端连接予以供电。模拟量输入接口电路分别和左、右液压缸位移传感器231、232和方向盘转角传感器241的信号输出端连接。模拟量输入接口电路是由光电耦合器、稳压二极管、通用电压变换电路组成。上述信号经模拟量输入接口电路整形为0-5V电平经三路导线与型号为MC9S12x的单片机对应的PA接口连接。开关量输入接口电路通过单一导线与系统使能开关连接，同时通过导线与型号为MC9S12x的单片机对应的PB接口连接。脉冲输入接口电路分别通过四根导线与四个霍尔转速传感器信号输出端连接，信号经脉冲输入接口电路整形滤波后通过四根导线与型号为MC9S12x的单片机上的4个PT接口连接。

后轴独立驱动铰接转向车辆(如图1所示)和前轴独立驱动铰接转向车辆(如图2所示)左、右驱动轮的差动转矩作用的车体和产生的差动协同转向效应存在明显差异。对于后轴独立驱动铰接转向车辆，左、右后驱动轮的差动转矩对后车体产生的横摆力偶矩必须和铰接车辆的转向运动方向相反才会产生有助于减小液压转向系统功率的协同转向作用；而对于前轴独立驱动铰接转向车辆，左、右前驱动轮的差动转矩对前车体产生的横摆力偶矩只需和铰接车辆的转向运动方向保持相同就会产生有助于减小液压转向系统功率的协同转向作用。

本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向控制系统的工作原理为：差动协同转向控制器通过各传感器检测到的车速信号、方向盘转角信号和液压缸位移信号等判断驾驶员意图及当前行驶工况，根据方向盘角速度采用比例控制器计算出合适的差动转矩施加到驱动轴左右两侧驱动轮上，使一侧驱动轮转矩增加的同时另一侧驱动轮转矩减小，从而形成一个直接横摆力矩，与液压转向系统协同作用实现车辆转向，从而达到减少转向时间，降低液压转向系统能耗的目的。施加差动转矩时，需保证两侧驱动轮的总驱动转矩不变，即两侧驱动轮的总功率维持不变，只进行重新分配，故可以认为，施加差动转矩前后，驱动轮几乎没有额外能耗损失。

本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的控制方法对于前轴或后轴独立驱动铰接转向车辆存在一定差异，下面结合具体的实施例进行详细描述。

实施例1

如图6所示，本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的控制方法应用于后轴独立驱动铰接转向车辆上时的控制流程具体如下：

步骤一、上电后，差动协同转向控制器初始化，完成自检过程，并读取型号为MC9S12x的单片机中存储的控制参数，主要包括：

1、控制阈值：车速阈值V₀(km/h)；左、右液压缸位移阈值X_l0、X_r0(mm)；方向盘转角门限值ε₁(°)；方向盘角速度门限值ε₂(°/s)；内侧驱动轮滑转率阈值s_i0；

2、差动协同转向系统使能状态参数ipb：车辆重新点火，差动协同转向控制器上电后，使能状态参数ipb为1；

3、比例控制器比例系数K和车速V的关系图；

步骤二、差动协同转向控制器读取各传感器信号：内外侧驱动轮转速信号ω_iq、ω_oq(r/min)以及内外侧从动轮转速信号ω_ic、ω_oc(r/min)；左、右侧液压缸位移信号X_l、X_r(mm)；方向盘转角信号Φ_w(°)；使能开关信号ipb；从CAN总线中获取内外侧驱动轮转矩信号T_i、T_o(N)；在本实施中，作为一种优选，通过四个车轮转速计算得到车速信号V(km/h)；

步骤三、对传感器测得的模拟量信号(左、右侧液压缸位移信号X_l、X_r，方向盘转角信号Φ_w)进行滤波处理；在本实施例中，作为一种优选，采用卡尔曼滤波；

步骤四、根据差动协同转向控制器读取的信号判断在当前驾驶员意图及行驶工况下，是否满足启动差动协同转向控制系统的要求；判断条件包括：

1、V≥V₀，当前车速V是否超过车速阈值V₀，对于铰接转向车辆，当车速过高时，直线行驶会出现蛇行现象，此时若再施加差动转矩形成一个横摆力矩容易使车辆失稳，发生侧翻，故超过该速度门限时，本发明所述差动协同转向系统不起作用；

2、|Φ_w|＜ε₁，方向盘转角是否小于门限值ε₁，门限值ε₁是为了避免由车辆振动以及机械配合间隙引起的方向盘振荡造成对本发明所述差动协同转向系统频繁启停的影响；

3、方向盘角速度是否小于门限值ε₂。当驾驶员缓慢转动方向盘时，车辆近似处于稳态。此时若再施加差动转矩，反而会影响驾驶员操作；

4、X_l≥X_l0或者X_r≥X_r0，当前液压缸位移X_l(或X_r)是否超过液压缸位移阈值X_l0(或X_r0)，当液压缸位移X_l(或X_r)达到阈值X_l0(或X_r0)时，意味着液压缸即将达到最大伸长量，此时若继续施加差动转矩可能会对车辆的机械部件及液压系统造成损坏；

若当前行驶工况满足上述判断条件中任意一项，则不启动差动协同转向控制系统，程序直接结束；若当前行驶工况下，上述判断条件均不满足，则进行步骤五；

步骤五、根据当前车速信号V和单片机中存储的比例控制器比例系数K和车速V的关系图得到当前车速下比例控制器的比例系数，再根据方向盘角速度采用比例控制器初步计算差动转矩比例系数K为正值，具体数值是通过实验标定的方法获得的，具体标定过程为：

1、根据车辆在使用过程中的车速范围选择一系列车速点V_i(i＝1,2,3)；

2、对每一车速点V_i，在保证车辆稳定性的前提下，不断调整比例控制器比例系数K，多次重复测量车辆通过某同一连续弯道的能耗；

3、将使车辆能耗到达最低的比例控制器比例系数K记为该车速下的最优比例系数K_i；

4、根据各车速点下获得的比例控制器最优比例系数K拟合得到整个车速范围内比例系数K和车速V的关系图；

步骤六、初定内侧驱动轮转矩为T_i＝T_i+ΔT/2，外侧驱动车轮转矩为T_o＝T_o-ΔT/2，即内侧驱动轮(内后轮)的转矩大于外侧驱动轮(外后轮)的转矩；

步骤七、滑转率控制模块计算内后驱动车轮滑转率s_i，由于本发明所述的差动协同转向系统主要工作在原地或较低车速下的满载转向过程，由于车速较低，故忽略转向运动过程中的载荷横向转移，且车身负载较大(满载物料)，减少驱动转矩的外侧驱动轮也很难因为载荷变小发生打滑现象，相反内侧驱动车轮由于驱动转矩增加，存在车轮打滑的可能，为避免出现车轮打滑导致轮胎与地面附着能力下降，影响动力性和转向运动，故要求在进行差动转矩分配时要避免转矩增加一侧的内轮出现明显打滑问题。

步骤八、判断内侧驱动车轮滑转率s_i是否超过内侧驱动车轮滑转率阈值s_i0，若s_i＞s_i0，说明施加的差动转矩ΔT过大；执行步骤十；若s_i≤s_i0，说明步骤六计算得出的差动转矩ΔT合适，执行步骤九；

步骤九、差动协同转向控制器将步骤六中计算得到的内外侧驱动车轮转矩信号T_i和T_o通过CAN收发模块发送给内外侧驱动轮控制器。并返回执行步骤二，进行下一个循环；

步骤十、计算内侧驱动车轮滑转率s_i和车轮滑转率阈值s_i0的差值e_is＝s_i-s_i0；

步骤十一、根据内侧驱动车轮滑转率s_i和阈值s_i0的差值e_is通过PID控制器求取差动转矩ΔT的修正量ΔT′(ΔT′为负值)；

步骤十二、重新计算内侧车轮转矩为T_i＝T_i+ΔT′，外侧车轮转矩为T_o＝T_o-ΔT′，并返回执行步骤七；

实施例2

如图7所示，本发明所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的控制方法应用于前轴独立驱动铰接转向车辆上时的控制流程具体如下：

步骤一、上电后，差动协同转向控制器初始化，完成自检过程，并读取型号为MC9S12x的单片机中存储的控制参数，主要包括：

1、控制阈值：车速阈值V₀(km/h)；左、右液压缸位移阈值X_l0、X_r0(mm)；方向盘转角门限值ε₁(°)；方向盘角速度门限值ε₂(°/s)；外侧驱动轮滑转率阈值s_o0；

2、差动协同转向系统使能状态参数ipb：车辆重新点火，差动协同转向控制器上电后，使能状态参数ipb为1；

3、比例控制器比例系数K和车速V的关系图；

步骤二、差动协同转向控制器读取各传感器信号：内外侧驱动轮转速信号ω_iq、ω_oq(r/min)以及内外侧从动轮转速信号ω_ic、ω_oc(r/min)；左、右侧液压缸位移信号X_l、X_r(mm)；方向盘转角信号Φ_w(°)；使能开关信号ipb；从CAN总线中获取内外侧驱动轮转矩信号T_i、T_o(N)；在本实施中，作为一种优选，通过四个车轮转速计算得到车速信号V(km/h)；

步骤三、对传感器测得的模拟量信号(左、右侧液压缸位移信号X_l、X_r，方向盘转角信号Φ_w)进行滤波处理；在本实施例中，作为一种优选，采用卡尔曼滤波；

步骤四、根据差动协同转向控制器读取的信号判断在当前驾驶员意图及行驶工况下，是否满足启动差动协同转向控制系统的要求；判断条件包括：

1、V≥V₀，当前车速V是否超过车速阈值V₀，对于铰接转向车辆，当车速过高时，直线行驶会出现蛇行现象，此时若再施加差动转矩形成一个横摆力矩容易使车辆失稳，发生侧翻，故超过该速度门限时，本发明所述差动协同转向系统不起作用；

2、|Φ_w|＜ε₁，方向盘转角是否小于门限值ε₁，门限值ε₁是为了避免由车辆振动以及机械配合间隙引起的方向盘振荡造成对本发明所述差动协同转向系统频繁启停的影响；

3、方向盘角速度是否小于门限值ε₂。当驾驶员缓慢转动方向盘时，车辆近似处于稳态。此时若再施加差动转矩，反而会影响驾驶员操作；

4、X_l≥X_l0或者X_r≥X_r0，当前液压缸位移X_l(或X_r)是否超过液压缸位移阈值X_l0(或X_r0)，当液压缸位移X_l(或X_r)达到阈值X_l0(或X_r0)时，意味着液压缸即将达到最大伸长量，此时若继续施加差动转矩可能会对车辆的机械部件及液压系统造成损坏；

若当前行驶工况满足上述判断条件中任意一项，则不启动差动协同转向控制系统，程序直接结束；若当前行驶工况下，上述判断条件均不满足，则进行步骤五；

步骤五、根据当前车速信号V和单片机中存储的比例控制器比例系数K和车速V的关系图得到当前车速下比例控制器的比例系数，再根据方向盘角速度采用比例控制器初步计算差动转矩比例系数K为正值，具体数值是通过实验标定的方法获得的，具体标定过程为：

1、根据车辆在使用过程中的车速范围选择一系列车速点V_i(i＝1,2,3)；

2、对每一车速点V_i，在保证车辆稳定性的前提下，不断调整比例控制器比例系数K，多次重复测量车辆通过某同一连续弯道的能耗；

3、将使车辆能耗到达最低的比例控制器比例系数K记为该车速下的最优比例系数K_i；

4、根据各车速点下获得的比例控制器最优比例系数K拟合得到整个车速范围内比例系数K和车速V的关系图；

步骤六、初定外侧驱动轮转矩为T_o＝T_o+ΔT/2，内侧驱动车轮转矩为T_i＝T_i-ΔT/2，即外侧驱动轮(外前轮)的转矩大于内侧驱动轮(内前轮)的转矩；

步骤七、滑转率控制模块计算外前驱动车轮滑转率s_o，由于本发明所述的差动协同转向系统主要工作在原地或较低车速下的满载转向过程，由于车速较低，故忽略转向运动过程中的载荷横向转移，且车身负载较大(满载物料)，减少驱动转矩的内侧驱动轮也很难因为载荷变小发生打滑现象，相反外侧驱动车轮由于驱动转矩增加，存在车轮打滑的可能，为避免出现车轮打滑导致轮胎与地面附着能力下降，影响动力性和转向运动，故要求在进行差动转矩分配时要避免转矩增加一侧的外轮出现明显打滑问题。

步骤八、判断外侧驱动车轮滑转率s_o是否超过外侧驱动车轮滑转率阈值s_o0，若s_o＞s_o0，说明施加的差动转矩ΔT过大；执行步骤十；若s_o≤s_o0，说明步骤六计算得出的差动转矩ΔT合适，执行步骤九；

步骤九、差动协同转向控制器将步骤六中计算得到的内外侧驱动车轮转矩信号T_i和T_o通过CAN收发模块发送给内外侧驱动轮控制器。并返回执行步骤二，进行下一个循环；

步骤十、计算外侧驱动车轮滑转率s_o和车轮滑转率阈值s_o0的差值e_os＝s_o-s_o0；

步骤十一、根据外侧驱动车轮滑转率s_o和阈值s_o0的差值e_os通过PID控制器求取差动转矩ΔT的修正量ΔT′(ΔT′为负值)；

步骤十二、重新计算外侧车轮转矩为T_o＝T_o+ΔT′，内侧车轮转矩为T_i＝T_i-ΔT′，并返回执行步骤七；

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、确定所述转向系统应用于前轴独立驱动或者后轴独立驱动，对差动协同转向控制器中的控制参数阈值进行确定，通过传感器采集监测数据，并且对所述监测数据进行优化处理；

步骤二、根据所述参数阈值和所述监测数据判断是否启动差动协同转向控制器，当V≥V₀，|Φ_w|＜ε₁，X_l≥X_l0或X_r≥X_r0时，不启动差动协同转向控制系统，否则，启动差动协同转向控制系统；其中，V为车速，V₀为车速阈值，Φ_w为方向盘转角，ε₁为方向盘转角门限值，为方向盘角速度，ε₂为方向盘角速度门限值，X_l为左侧液压缸位移，X_l0为左侧液压缸位移阈值，X_r为右侧液压缸位移，X_r0为右侧液压缸位移阈值；

步骤三、计算当前车速下的差动转矩式中，K为比例系数；

步骤四、当所述转向系统应用于后轴独立驱动时，初步设定内侧驱动轮转矩为T_i＝T_i+ΔT/2，外侧驱动轮转矩为T_o＝T_o-ΔT/2；当所述转向系统应用于前轴独立驱动时，初步设定外侧驱动轮转矩为T_o＝T_o+ΔT/2，内侧驱动轮转矩为T_i＝T_i-ΔT/2；

步骤五、当所述转向系统应用于后轴独立驱动时，当s_i＞s_i0时，根据内侧驱动车轮滑转率s_i和内侧驱动车轮滑转率阈值s_i0的差值e_is通过PID控制器确定差动转矩ΔT的修正量ΔT′，再进行计算内侧驱动轮转矩T_i＝T_i+ΔT′，外侧驱动轮转矩为T_o＝T_o-ΔT′，当s_i≤s_i0时，内侧驱动轮转矩为T_i＝T_i+ΔT/2，外侧驱动轮转矩为T_o＝T_o-ΔT/2；以及

当所述转向系统应用于前轴独立驱动时，当s_o＞s_o0时，根据外侧驱动车轮滑转率s_o和外侧驱动车轮滑转率阈值s_o0的差值e_os通过PID控制器确定差动转矩ΔT的修正量ΔT′，再进行计算外侧驱动轮转矩T_o＝T_o+ΔT′，内侧驱动轮转矩为T_i＝T_i-ΔT′，当s_o≤s_o0时，外侧驱动轮转矩为T_o＝T_o+ΔT/2，内侧驱动轮转矩为T_i＝T_i-ΔT/2。

2.如权利要求1所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，对传感器采集的监测数据进行卡尔曼滤波处理；其中，进行卡尔曼滤波处理的监测数据包括左侧液压缸位移数据，右侧液压缸位移数据，方向盘转角数据。

3.如权利要求1所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，车速通过四个车轮转速计算得到。

4.如权利要求1所述的单轴独立驱动铰接转向车辆差动协同转向系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤三中，比例系数K通过实验进行标定，标定过程包括：

在车辆使用过程中的车速范围内选择一系列车速点V_i，通过调整比例系数K多次重复测量车辆通过某一连续弯道的能耗，将车辆能耗到达最低的比例系数记录为该车速下的最优比例系数，根据各车速点下获得的最优比例系数拟合得到所述车速范围内比例系数K和车速V的关系图，根据所述关系图能够获得任意车速下的比例系数。