CN109353332A - 一种主动后轮转向系统及整车稳定性协调控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种主动后轮转向系统及整车稳定性协调控制装置，包括协调控制单元、ECU电子控制单元、后轮转向电机、主动后轮转向控制器和转角采集模块，其中，ECU电子控制单元分别与协调控制单元、主动后轮转向控制器、后轮转向电机、转角采集模块相连接，当协调控制器发出期望后轮转角指令后，ECU电子控制单元一方面向后轮转向电机发出电流脉冲指令，控制电机转动一定角度，另一方面通过转角采集模块反馈得到实际后轮转角，并根据实际转角与期望转角指令的偏差修正电流脉冲指令，最终使后轮的实际转角跟踪协调控制器的期望后轮转角指令。本发明对车辆进行动力学控制，从而有效提高汽车的操纵稳定性。

Description

一种主动后轮转向系统及整车稳定性协调控制装置

技术领域

本发明涉及汽车主动转向系统领域，具体是一种主动后轮转向系统及整车稳定性协调控制装置。

背景技术

当前，在汽车操纵稳定性控制领域，大多数研究都采用一种控制方式，与之相配合的系统或机构也比较单一。例如直接横摆力矩控制的控制对象是分布式驱动电动汽车，防侧倾控制的控制对象是安装了主动悬架的汽车，主动制动技术则需要汽车集成了独立液压制动油路。另外一些专利申请者提出了主动前轮转向系统以及由此衍生出的复合转向系统，其核心是行星齿轮系，控制器输出的转角通过行星齿轮系叠加到转向器上，直接干预驾驶员的转向操纵来调整汽车的行驶状态。然而在某些工况下，上述单一控制方法有很大的局限性，难以保证车辆稳定行驶。例如基于主动前轮转向装置的汽车稳定性控制系统不可避免地会对驾驶员的路感产生不利影响。

因此，将主动转向的焦点从前轮移到后轮，设计一种主动后轮转向系统，并充分利用机电一体化的特点，通过ECU电控单元间接修正驾驶员的转向操作，可实现在不影响驾驶员转向的前提下改变汽车的运动状态，是未来发展智能车和无人驾驶汽车的关键技术。此外，按照整体优于部分之和的原则，将两种控制方式融合在一起，形成整体协调控制，可以避免单一控制的缺陷，大大提高汽车稳定性控制系统的控制效果。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种主动后轮转向系统及整车稳定性协调控制装置，综合考虑了低附着路面、高车速等极限工况，以及路面不平度、侧向风等外界干扰的影响，提出了一种整车稳定性协调控制器，其以主动后轮转向系统为载体，对车辆进行动力学控制，从而有效提高汽车的操纵稳定性。

本发明包括协调控制单元、ECU电子控制单元、后轮转向电机、主动后轮转向控制器和转角采集模块，其中，ECU电子控制单元分别与协调控制单元、主动后轮转向控制器、后轮转向电机、转角采集模块相连接，当协调控制器发出期望后轮转角指令后，ECU电子控制单元一方面向后轮转向电机发出电流脉冲指令，控制电机转动一定角度，另一方面通过转角采集模块反馈得到实际后轮转角，并根据实际转角与期望转角指令的偏差修正电流脉冲指令，最终使后轮的实际转角跟踪协调控制器的期望后轮转角指令。

所述的主动后轮转向控制器包括减速机构、齿轮齿条式转向器、转向横拉杆、转向摇臂，其中，齿轮齿条式转向器分别通过转向横拉杆、转向摇臂与汽车两后轮的轮毂电机连接，转向机构通过减速机构与齿轮齿条式转向器连接，转角采集模块设置在转向电机和减速机构之间。

所述的协调控制单元包括上层和下层。

所述的上层包括传感器采集模块、变传动比map图、参考模型、多态加权评价体系，其中，传感器采集模块采集车速u和转向盘转角θ_sw并传给变传动比map图,然后输入到参考模型，得到参考横摆角速度γ^*和参考质心侧偏角β^*；上层接收来自下层的实际横摆角速度γ和质心侧偏角β信号，连同参考横摆角速度γ^*和质心侧偏角β^*一起经多态加权评价体系判定后，传给协调控制器，协调控制器向ECU电子控制单元发出期望后轮转角指令δ_r ^*，向两后轮轮毂电机发出期望后轮转矩差指令ΔT_r ^*。

所述的下层包括主动后轮转向系统、后轮轮毂电机模块，主动后轮转向系统接收控制器的期望后轮转角指令δ_r ^*，最终使后轮产生微小转角，从而修正车辆行驶轨迹和运动姿态；两后轮轮毂电机接收控制器的期望后轮转矩差指令ΔT_r ^*，使两个后轮产生指定的驱动转矩差；整车模型在实际后轮转矩差ΔT_r、实际后轮转角δ_r、驾驶员转向盘转角输入θ_sw和外界干扰的共同作用下，产生实际横摆角速度γ和质心侧偏角β，经由传感器采集模块测量后重新传回到上层。

本发明有益效果在于：

1、本发明的主动后轮转向系统具有结构简单、响应速度快、控制精确、不影响驾驶员路感等优点，是进行汽车稳定性控制的新载体。通过主动后轮转向系统可以间接干预驾驶员的转向操作，在不影响驾驶员路感的同时修正车辆的行驶轨迹和姿态，极大地提高汽车的操纵稳定性。

2、本发明充分考虑到路面不平整度、外界干扰等因素，提出了一种汽车稳定性协调控制器。相比于现有的单一控制器，协调控制器能针对主动后轮转向和直接横摆力矩控制的特点，根据当前行驶工况和车辆状态，协调两种控制量的权重，因此执行效率高、能耗低、响应速度快且调节精度高，能既快又好地跟踪参考横摆角速度，而且能抑制外界扰动等不利因素的影响，显著改善汽车的行驶稳定性。

附图说明

图1为主动后轮转向系统结构示意图。

图2为整车稳定性协调控制器流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明采用的主动后轮转向系统的结构如附图1所示，其包括ECU电子控制单元、转向电机、减速机构、齿轮齿条式转向器、转向横拉杆、转向摇臂和转角采集模块，其中ECU电子控制单元分别与稳定性协调控制器、后轮转向电机、转角采集模块相连接。协调控制器发出期望后轮转角指令δ_r ^*后，ECU一方面向后轮转向电机发出电流脉冲指令，控制电机转动一定角度；另一方面通过转角采集模块反馈得到实际后轮转角δ_r，并根据δ_r与δ_r ^*的偏差修正电流脉冲指令，最终使后轮的实际转角很好地跟踪期望转角。

附图2是整车稳定性协调控制器流程图，包括上层和下层。为便于分析，假设以转向盘转角θ_sw作为输入量。

在上层中，传感器采集模块采集车速u和转向盘转角θ_sw并传给变传动比map图，插值得到理想传动比i^*，再由i^*和θ_sw的微分计算出参考前轮转角δ_f ^*的微分，经积分后输入到参考模型，就能得到参考横摆角速度γ^*和参考质心侧偏角β^*；然后连同下层传回的实际横摆角速度γ和质心侧偏角β一起，传给多态加权评价体系，经判定后传给协调控制器。最后，协调控制器向下层发出期望后轮转角指令δ_r ^*和期望后轮转矩差指令ΔT_r ^*。

在下层中，主动后轮转向系统中的ECU接收上层的指令δ_r ^*，然后向转向电机发出电流脉冲指令，使转向电机和后轮转动某一角度，此外ECU还通过转角采集模块反馈得到转向实际后轮转角δ_r，并根据δ_r ^*和δ_r的偏差来修正电流脉冲指令；两个后轮轮毂电机对上层的指令ΔT_r ^*做出响应，使两后轮产生驱动转矩差ΔT_r。最后，整车模型在实际后轮转矩差ΔT_r、实际后轮转角δ_r、实际转向盘转角输入θ_sw和路面不平度等干扰的共同作用下，计算得到实际横摆角速度γ和质心侧偏角β，并将这两种信号重新输入到上层。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种主动后轮转向系统及整车稳定性协调控制装置，其特征在于：包括协调控制单元、ECU电子控制单元、后轮转向电机、主动后轮转向控制器和转角采集模块，其中，ECU电子控制单元分别与协调控制单元、主动后轮转向控制器、后轮转向电机、转角采集模块相连接，当协调控制器发出期望后轮转角指令后，ECU电子控制单元一方面向后轮转向电机发出电流脉冲指令，控制电机转动一定角度，另一方面通过转角采集模块反馈得到实际后轮转角，并根据实际转角与期望转角指令的偏差修正电流脉冲指令，最终使后轮的实际转角跟踪协调控制器的期望后轮转角指令。

2.根据权利要求1所述的主动后轮转向系统及整车稳定性协调控制装置，其特征在于：所述的主动后轮转向控制器包括减速机构、齿轮齿条式转向器、转向横拉杆、转向摇臂，其中，齿轮齿条式转向器分别通过转向横拉杆、转向摇臂与汽车两后轮的轮毂电机连接，转向机构通过减速机构与齿轮齿条式转向器连接，转角采集模块设置在转向电机和减速机构之间。

3.根据权利要求1或2所述的主动后轮转向系统及整车稳定性协调控制装置，其特征在于：所述的协调控制单元包括上层和下层；

所述的上层包括传感器采集模块、变传动比map图、参考模型、多态加权评价体系，其中，传感器采集模块采集车速u和转向盘转角θ_sw并传给变传动比map图,然后输入到参考模型，得到参考横摆角速度γ^*和参考质心侧偏角β^*；上层接收来自下层的实际横摆角速度γ和质心侧偏角β信号，连同参考横摆角速度γ^*和质心侧偏角β^*一起经多态加权评价体系判定后，传给协调控制器，协调控制器向ECU电子控制单元发出期望后轮转角指令δ_r ^*，向两后轮轮毂电机发出期望后轮转矩差指令ΔT_r ^*；

所述的下层包括主动后轮转向系统、后轮轮毂电机模块，主动后轮转向系统接收控制器的期望后轮转角指令δ_r ^*，最终使后轮产生微小转角，从而修正车辆行驶轨迹和运动姿态；两后轮轮毂电机接收控制器的期望后轮转矩差指令ΔT_r ^*，使两个后轮产生指定的驱动转矩差；整车模型在实际后轮转矩差ΔT_r、实际后轮转角δ_r、驾驶员转向盘转角输入θ_sw和外界干扰的共同作用下，产生实际横摆角速度γ和质心侧偏角β，经由传感器采集模块测量后重新传回到上层。