CN109263717A - 一种多模式线控转向汽车及其转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模式线控转向汽车的转向控制方法，包括：当驾驶员切换转向模式时，转向控制器以当前转向模式、驾驶员切换的转向模式、切换时方向盘转角、切换时轮速为依据判断出满足模式切换的条件时，发出切换模式的触发信号；转向控制器根据切换后转向模式、切换后方向盘转角、切换后轮速以及切换后车轮转角信息计算目标车轮转角和转矩，并发送给车辆控制器和转向电机控制器，控制轮毂电机和转向电机工作，实现转向。通过单独的转向模式或者不同转向模式间的组合和切换控制，可以实现车辆更为灵活的变道超车、路边侧方停车等功能。

Description

一种多模式线控转向汽车及其转向控制方法

技术领域

本发明涉及线控转向汽车领域，尤其涉及一种多模式线控转向汽车及其 转向控制方法。

背景技术

汽车的转向系统是汽车行驶系统的主要组成部分之一，汽车转向系统的 功用是在汽车行驶中，能够使汽车按照驾驶员的意愿来控制行驶方向。汽车 转向系统可按转向能源的不同分为机械转向系统和动力转向系统。机械转向 系统是以驾驶员的体力作为转向时的全部动力源，由于其对驾驶员的负荷较 大，容易降低驾驶员的舒适性，且其机械零件较多，

而动力转向系统主要是指转向系统转向时转向动力源只有一小部分由驾 驶员提供，大部分由液压力或电机转矩来提供，也就是助力式转向结构。助 力式转向系统的优点是其转向操纵能够节省一部分驾驶员体力，并能获得转 向时的转向阻力反馈，使驾驶员能够获得转向时的路面信息。目前动力转向 系统中应用较为广泛的是电动助力转向系统，其在正常转向工作时所需的能 量，大部分由电机转矩来提供，但是由于人们对无人驾驶技术的不断探索， 助力式转向结构不能满足未来智能车技术发展的需要。

为此，人们又提出了线控转向系统的概念，线控转向系统取消了转向盘 与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各 种限制，不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向 的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间，是汽车转向系统的 重大革新。

发明内容

本发明为解决目前的技术不足之处，提供了一种多模式线控转向汽车， 其能实时检测车辆运行状况，并能对汽车模式转换作出及时的反馈。

本发明还提供了一种多模式线控转向汽车的转向控制方法，通过单独的 转向模式或者不同转向模式间的组合和切换控制，可以实现车辆更为灵活的 变道超车、路边侧方停车等功能。

本发明提供的技术方案为：一种多模式线控转向汽车，包括：

轮毂电机，其用于驱动汽车；

转向电机，其用于实现车轮转向；

转向控制器，其连接所述轮毂电机、所述转向电机，并用于控制各模式 间的切换，计算目标车轮转角和轮毂电机转矩；

转向电机控制器，其用于接收所述转向控制器的信号，控制所述转向电 机的工作状态；

车辆控制器，其用于接收所述转向控制器发送轮毂电机转矩方向指令， 并向所述转向控制器发送采集所述轮毂电机的转速信号。

优选的是，还包括：

转角传感器，其设置在方向盘上，用于检测方向盘转角；

速度传感器，其设置在车轮处，用于检测轮速。

优选的是，

转向控制器通过CAN总线与所述车辆控制器连接。

一种多模式线控转向汽车的转向控制方法，包括：

当驾驶员切换转向模式时，转向控制器以当前转向模式、驾驶员切换的 转向模式、切换时方向盘转角、切换时轮速为依据判断出满足模式切换的条 件时，发出切换模式的触发信号；

转向控制器根据切换后转向模式、切换后方向盘转角、切换后轮速以及 切换后车轮转角信息计算目标车轮转角和转矩，并发送给车辆控制器和转向 电机控制器，控制轮毂电机和转向电机工作，实现转向。

优选的是，

所述转向模式包括：驻车行驶、斜行、四轮转向、前轮转向和中心转向。

优选的是，

所述判断规则具体为：

当当前转向模式和切换转向模式在前轮转向、四轮转向、斜行三种模式 之间切换时，需满足方向盘转角为零；

当当前转向模式为驻车行驶或中心转向时，轮速和方向盘转角均为零的 条件下，可向其他模式切换。

优选的是，

当切换后的转向模式为前轮转向或四轮转向时，转向控制器控制前轮转 角θ₁满足：

θ₁＝α/i₁

式中，α为切换后方向盘转角，i₁为前轮转角与方向盘转角之间的角传动 比；

当切换后的转向模式为前轮转向时，后轮的转角为0；

当切换后的转向模式为四轮转向时，后轮转角大小与前轮转角大小相等， 方向相反。

优选的是，

当切换后的转向模式为斜行时，转向控制器控制前轮和后轮转角θ₂满足：

θ₂＝min{45,α/i₂}；

式中，i₂为切换为斜行后各轮转角与方向盘转角之间的角传动比。

优选的是，

当切换后的转向模式为驻车行驶时，转向控制器控制左前轮和右后轮顺 时针转动90°，左后轮和右前轮逆时针转动90°。

优选的是，

当切换后的转向模式为中心转向时，转向控制器控制各车轮转角大小满 足：

式中，θ₃为车轮转角绝对值，L为车辆的轴距，B为车辆的轮距。

本发明所述的有益效果：本发明可以实现车辆的常规行驶、四轮转向、 斜行、驻车行驶以及原地中心转向，转向模式丰富，实用性强；通过单独的 转向模式或者不同转向模式间的组合和切换控制，可以实现车辆更为灵活的 变道超车、路边侧方停车等非常实用的功能，这是常规车辆所无法实现的； 通过车辆的原地中心转向和大转角四轮转向，使得车辆能够在狭小的仓库、 巷道、车道内快速灵活地掉头，具有极高的机动灵活性。

附图说明

图1为本发明的所述四轮转向时汽车行驶的示意图。

图2为本发明的所述斜行时汽车行驶的示意图。

图3为本发明的所述驻车行驶时汽车行驶的示意图。

图4为本发明的所述中心转向时汽车行驶的示意图。

图5为本发明的车轮转角示意图。

图6为本发明的转向控制信号流。

图7为本发明的转向控制原理图。

图8为本发明的模式决策转换条件图。

图9为本发明的驻车行驶和中心转向模式下的转矩控制流程图。

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。

本发明的提供了一种多模式线控转向汽车，包括：轮毂电机，其用于驱 动汽车；转向电机，其用于实现车轮转向；转向控制器，其连接所述轮毂电 机、所述转向电机，并用于控制各模式间的切换，计算目标车轮转角和轮毂 电机转矩；转向电机控制器，其用于接收所述转向控制器的信号，控制所述 转向电机的工作状态；车辆控制器，其用于接收所述转向控制器发送轮毂电 机转矩方向指令，并向所述转向控制器发送采集所述轮毂电机的转速信号。 转角传感器，其设置在方向盘上，用于检测方向盘转角；速度传感器，其设 置在车轮处，用于检测轮速。转向控制器通过CAN总线与所述车辆控制器连 接。

本发明提供一种多模式线控转向汽车的转向控制方法

当驾驶员切换转向模式时，转向控制器SCU以当前转向模式、驾驶员切 换的转向模式、切换时方向盘转角、切换时轮速为依据判断出满足模式切换 的条件时，发出切换模式的触发信号；

转向控制器SCU根据切换后转向模式、切换后方向盘转角、切换后轮速 以及切换后车轮转角信息计算车轮转角转矩，并发送给车辆控制器，控制轮 毂电机工作，实现转向。

如图1-4所示，本发明所述的一种多模式线控转向汽车的转向控制方法 主要通过对四个车轮的转角控制实现不同的转向模式，包括：常规前轮转向、 四轮转向、斜行、驻车行驶以及原地中心转向。每个车轮的最大转角示意如 图5所示，转向时靠外侧的车轮最大转角为90°，靠内侧的车轮最大转角为 45°，即每个车轮可实现135°的转向角度。其中，四轮转向时汽车前轮和 后轮转动方向相反，角度相同。斜行时，汽车的前后四个车轮的转动角度及 方向都相同。驻车行驶时，四个车轮保持同方向90°转角。中心转向时四个 车轮为逆相位转角。

转向控制信号流和控制原理图如图6和7所示。转向控制器SCU通过当 前转向模式、驾驶员切换的转向模式、切换时方向盘转角、切换时轮速为依 据判断出满足模式切换的条件时，发出切换模式的触发信号；

计算出转向模式及目标车轮转角和轮毂电机转矩方向从而进行各模式间 的切换控制。驾驶员切换的转向模式信号是转向模式切换控制的唯一触发信 号，切换时方向盘转角、切换时轮速是模式切换的判断条件。其中，转向模 式、方向盘转角和车轮转角信号直接发送给转向控制器SCU，转向控制器SCU 向车辆控制器VCU发送轮毂电机转矩方向指令，车辆控制器VCU采集轮毂 电机的转速信号并发送给转向控制器SCU。

转向控制器SCU的控制流程包括模式决策和车轮转角、转矩计算两个步 骤。首先是模式决策。车辆启动后，默认进入常规前轮转向模式。在未得到 驾驶员转向意图前，车辆始终保持当前转向模式；收到驾驶员模式切换信号 后，转向控制器SCU通过驾驶员输入的转向模式和切换时方向盘转角信号得 到驾驶员的转向意图，并作为转向控制器SCU保持或切换模式的触发信号， 控制器根据当前车辆行驶参数进行模式保持或切换。模式决策转换条件如图 8所示。

当当前转向模式和切换模式是前轮转向、四轮转向、斜行中任意两种之 间进行切换时，转向控制器SCU在方向盘转角为零(steer＝0)的情况下实现 这3种模式之间的自由切换。

当当前转向模式为驻车行驶与其他模式切换时，转向控制器SCU在各轮 速(W＝0)和方向盘转角(steer＝0)均为零的条件下，根据方向盘转向方向 向左(右)驻车行驶或由驻车转向模式切换到其他模式；非零条件下忽略驾 驶员的转向意图，保持当前模式。

当当前转向模式为中心转向与其他模式切换时，转向控制器SCU在各轮 速和方向盘转角均为零的条件下，根据方向盘转向方向进行顺时针(逆时针) 转向或由中心转向模式切换到其他模式；非零条件下忽略驾驶员的转向意图， 保持当前模式。

得到转向模式后，转向控制器SCU根据切换后方向盘转角和设定的转角 参数(传动比)计算出车轮转角值和转矩方向，并发送给转向执行机构。

当切换后的转向模式为前轮转向和四轮转向模式下，转向控制器SCU根 据切换后方向盘转角信号，利用设定好的前轮转角与方向盘转角之间的角传 动比得到各车轮转角值。转向控制器通过控制转向电机来控制前轮转角θ₁满 足：

θ₁＝α/i₁

其中，α为切换后方向盘转角，i₁为前轮转角与方向盘转角之间的角传动 比；

前轮转向时，后轮的转角为0；四轮转向时，后轮转角大小与前轮转角 大小相等，方向相反。

当切换后的转向模式为斜行时，车辆的行驶方向和转角大小由方向盘控 制。该模式下各车轮最大转角为±45°。并且当车轮转角超过45°时，车轮保持 在最大转角不变。转向控制器控制前轮和后轮转角θ₂满足：

θ₂＝min{45,α/i₂}；

式中，i₂为切换为斜行后各轮转角与方向盘转角之间的角传动比。

当切换后的转向模式为中心转向和驻车转向模式下，转向控制器SCU需 要通过车辆控制器VCU控制轮毂电机转矩方向。转向控制器SCU采集转向 模式、方向盘转角和车轮转角信号，计算得到目标车轮转角和轮毂电机转矩 方向。转向控制器SCU通过CAN总线将目标车轮转角指令发送给转向电机 控制器MCU，将轮毂电机转矩指令发送给车辆控制器VCU，车辆控制器VCU 通过CAN总线将转矩方向指令发送给轮毂电机控制器MCU#，从而实现车辆 原地中心转向和驻车行驶。

当切换后的转向模式为驻车行驶时，驻车转向模式下，转向控制器向各 个车轮发出转角信号：左前轮和右后轮顺时针转动90°，左后轮和右前轮逆时 针转动90°。车辆驻车行驶的方向由轮毂电机实现。

当切换后的转向模式为中心转向模式时，转向控制器SCU将已经设计好 的车轮转角值指令发送给转向执行模块。顺时针和逆时针转向，则通过控制 轮毂电机转矩方向实现。原地中心转向模式下各车轮转角大小计算公式如下：

式中θ₃为车轮转角绝对值，单位为度，L为车辆的轴距，单位为米，B为 车辆的轮距，单位为米。

由于驻车行驶和中心转向模式的方向盘转角大小不影响转向方向，因此， 设定10°的方向盘转角死区以避免方向盘的误触碰。此外，如图9所示，这两 种模式下，转向控制器SCU采集各个车轮的实际转角信号，车轮转到目标转 角θ_d之前车轮驱动力为零。

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 (10)

1.一种多模式线控转向汽车，其特征在于，包括：

轮毂电机，其用于驱动汽车；

转向电机，其用于实现车轮转向；

转向控制器，其连接所述轮毂电机、所述转向电机，并用于控制各模式间的切换，计算目标车轮转角和轮毂电机转矩；

转向电机控制器，其用于接收所述转向控制器的信号，控制所述转向电机的工作状态；

车辆控制器，其用于接收所述转向控制器发送轮毂电机转矩方向指令，并向所述转向控制器发送采集所述轮毂电机的转速信号。

2.根据权利要求1所述的多模式线控转向汽车，其特征在于，还包括：

转角传感器，其设置在方向盘上，用于检测方向盘转角；

速度传感器，其设置在车轮处，用于检测轮速。

3.根据权利要求1所述的多模式线控转向汽车，其特征在于，

转向控制器通过CAN总线与所述车辆控制器连接。

4.一种多模式线控转向汽车的转向控制方法，其特征在于，包括：

当驾驶员切换转向模式时，转向控制器以当前转向模式、驾驶员切换的转向模式、切换时方向盘转角、切换时轮速为依据判断出满足模式切换的条件时，发出切换模式的触发信号；

转向控制器根据切换后转向模式、切换后方向盘转角、切换后轮速以及切换后车轮转角信息计算目标车轮转角和转矩，并发送给车辆控制器和转向电机控制器，控制轮毂电机和转向电机工作，实现转向。

5.根据权利要求4所述的多模式线控转向汽车的转向控制方法，其特征在于，

所述转向模式包括：驻车行驶、斜行、四轮转向、前轮转向和中心转向。

6.根据权利要求5所述的多模式线控转向汽车的转向控制方法，其特征在于，

所述判断规则具体为：

当当前转向模式和切换转向模式在前轮转向、四轮转向、斜行三种模式之间切换时，需满足方向盘转角为零；

当当前转向模式为驻车行驶或中心转向时，轮速和方向盘转角均为零的条件下，可向其他模式切换。

7.根据权利要求6所述的多模式线控转向汽车的转向控制方法，其特征在于，

当切换后的转向模式为前轮转向或四轮转向时，转向控制器控制前轮转角θ₁满足：

θ₁＝α/i₁

式中，α为切换后方向盘转角，i₁为前轮转角与方向盘转角之间的角传动比；

当切换后的转向模式为前轮转向时，后轮的转角为0；

当切换后的转向模式为四轮转向时，后轮转角大小与前轮转角大小相等，方向相反。

8.根据权利要求6所述的多模式线控转向汽车的转向控制方法，其特征在于，

当切换后的转向模式为斜行时，转向控制器控制前轮和后轮转角θ₂满足：

θ₂＝min{45,α/i₂}；

式中，i₂为切换为斜行后各轮转角与方向盘转角之间的角传动比。

9.根据权利要求6所述的多模式线控转向汽车的转向控制方法，其特征在于，

当切换后的转向模式为驻车行驶时，转向控制器控制左前轮和右后轮顺时针转动90°，左后轮和右前轮逆时针转动90°。

10.根据权利要求6所述的多模式线控转向汽车的转向控制方法，其特征在于，

当切换后的转向模式为中心转向时，转向控制器控制各车轮转角大小满足：

式中，θ₃为车轮转角绝对值，L为车辆的轴距，B为车辆的轮距。