CN110667562A - 一种基于车轮转速的车辆直行保持控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于车轮转速的车辆直行保持控制方法及装置，属于车辆动力学控制技术领域。本发明通过在车辆直行状态下检测车辆前后轴各车轮的转速，根据检测到的转速和标定转速确定车辆是否发生了偏转，在车辆发生偏转后，控制车辆方向盘向相反方向转动，对车辆的行驶方向进行修正，保证了车辆的直线行驶，该方法实现简单，无需更换或增加硬件，成本低，且不需要进行中位标定，提高了控制的稳定性。

Description

一种基于车轮转速的车辆直行保持控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于车轮转速的车辆直行保持控制方法及装置，属于车辆动力学控制技术领域。

背景技术

直线行驶保持能力是车辆驾驶性能的一个考量指标，具备良好的直行行驶保持能力的车辆可有效缓解驾驶人员的操作强度，提高驾驶舒适性和行驶安全性。由于车辆零部件的制造误差以及零部件组装的安装误差，甚至于车辆行驶一段时间后左右部件的磨损程度差异等，都会带来车辆直线行驶稳定性变差，因此，如何实现车辆直行保持是一个重要的研究方向。目前车辆一般通过定期进行四轮定位或更换零部件解决跑偏问题，产生不必要的维护成本和资源浪费；或者通过转向系统的转角传感器对转向中位进行标定，例如，公布号为CN106741178A的专利申请文件，该专利申请文件公开了一种电动助力转向系统的方向盘中位自适应控制方法，该方法通过当前方向盘转角对方向盘中位偏置进行修正，该方法能够校正车辆使用过程中转向机齿轮齿条的机械磨损带来的方向盘中位偏移，但由于悬架、车身姿态等因素都对转向系统的中位存在影响，因此，该控制方法稳定性差，当车辆行驶一段时间后，易出现标定中位与实际不符，辅助系统反而起了相反左右。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于车轮转速的车辆直行保持控制方法及装置，以解决目前车辆直行保持控制中存在的成本高、稳定性差的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种基于车轮转速的车辆直行保持控制方法，该控制方法包括以下步骤：

1)检测车辆行驶状态，判断车辆是否处于直行状态；

2)在车辆处于直行状态时，检测车辆各车轮的轮速，计算左、右轮速差，根据当前状态的轮速差和标定状态的转速差确定车轮偏差；

3)根据车轮偏差判断车辆偏转方向，当车辆向左偏转时，控制方向盘向右转动；当车辆向右偏转时，控制方向盘向左转动。

本发明通过在车辆直行状态下检测车辆前后轴各车轮的转速，根据检测到的转速和标定转速确定车辆是否发生了偏转，在车辆发生偏转后，控制车辆方向盘向相反方向转动，对车辆的行驶方向进行修正，保证了车辆的直线行驶，该方法实现简单，无需更换或增加硬件，成本低，且不需要进行中位标定，提高了控制的稳定性。

进一步地，为防止因为采集数据误差导致车辆转向频繁控制，本发明设置了容差，当车轮偏差大于Δτ时，判定车辆出现向左偏差，当车轮偏差小于-Δτ时，判定车辆出现向右偏差，其中Δτ为设定容差。

进一步地，为了实现对车辆直线的精准控制，本发明给出方向盘的转向角度，当车辆向左偏转时，控制方向盘向右转动的角度为：

其中i为转向系统传动比，L为车辆轴距，B为后轴轴距，R1为后轴左轮轨迹半径，ω3为后轴左轮转速，r_左为后轴左轮转动半径，ω4为后轴右轮转速，r_右为后轴右轮转动半径。

进一步地，为了实现对车辆直线的精准控制，本发明给出方向盘的转向角度，当车辆向右偏转时，控制方向盘向左转动的角度为：

其中i为转向系统传动比，L为车辆轴距，B为后轴轴距，R1为后轴左轮轨迹半径，ω3为后轴左轮转速，r_左为后轴左轮转动半径，ω4为后轴右轮转速，r_右为后轴右轮转动半径。

进一步地，本发明还给出了车轮偏差的计算方式，所述的车轮偏差τ的计算公式为：

τ＝Δω-Δω_标

Δω＝ω2-ω1

Δω_标＝ω2_标-ω1_标

其中，Δω为前轴左右轮速差，Δω_标为标定状态的前轴左右轮速差，ω1为前轴左轮转速，ω2为前轴右轮转速，ω1_标为前轴左轮标定转速，ω2_标为前轴右轮标定转速。

本发明还提供了一种基于车轮转速的车辆直行保持控制装置，该控制装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

1)检测车辆行驶状态，判断车辆是否处于直行状态；

2)在车辆处于直行状态时，检测车辆各车轮的轮速，计算左、右轮速差，根据当前状态的轮速差和标定状态的转速差确定车轮偏差；

3)根据车轮偏差判断车辆偏转方向，当车辆向左偏转时，控制方向盘向右转动；当车辆向右偏转时，控制方向盘向左转动。

进一步地，当车轮偏差大于Δτ时，判定车辆出现向左偏差，当车轮偏差小于-Δτ时，判定车辆出现向右偏差，其中Δτ为设定容差。

进一步地，当车辆向左偏转时，控制方向盘向右转动的角度为：

其中i为转向系统传动比，L为车辆轴距，B为后轴轴距，R1为后轴左轮轨迹半径，ω3为后轴左轮转速，r_左为后轴左轮转动半径，ω4为后轴右轮转速，r_右为后轴右轮转动半径。

进一步地，当车辆向右偏转时，控制方向盘向左转动的角度为：

其中i为转向系统传动比，L为车辆轴距，B为后轴轴距，R1为后轴左轮轨迹半径，ω3为后轴左轮转速，r_左为后轴左轮转动半径，ω4为后轴右轮转速，r_右为后轴右轮转动半径。

进一步地，所述的车轮偏差τ的计算公式为：

τ＝Δω-Δω_标

Δω＝ω2-ω1

Δω_标＝ω2_标-ω1_标

其中，Δω为前轴左右轮速差，Δω_标为标定状态的前轴左右轮速差，ω1为前轴左轮转速，ω2为前轴右轮转速，ω1_标为前轴左轮标定转速，ω2_标为前轴右轮标定转速。

附图说明

图1是基于车轮转速的车辆直行保持控制方法的流程图；

图2是车辆参数示意图；

图3是车辆小角度转向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明基于车轮转速的车辆直行保持控制方法，该控制方法首先检测车辆行驶状态，判断车辆是否处于直行状态；然后在车辆处于直行状态时，检测车辆各车轮的轮速，计算左、右轮速差，根据当前状态的轮速差和标定状态的转速差确定车轮偏差；最后根据车轮偏差判断车辆偏转方向，当车辆向左偏转时，控制方向盘向右转动；当车辆向右偏转时，控制方向盘向左转动。该方法的流程如图1所示，下面以两轴车为例，对本发明的具体实施过程进行说明。

1.判断车辆是否处于直行状态。

本发明通过采集方向盘输入扭矩是否小于设定值判断是否为直线行驶工况，当采集到的方向盘输入扭矩小于设定值时，说明目前车辆处于直线行驶工况。

2.检测车辆各车轮的轮速，计算左、右轮速差，根据当前状态的轮速差和标定状态的转速差确定车轮偏差。

本发明所针对的两轴车如图2所示，包括前轴左、右车轮和后轴左、右车轮，采集上述四个车轮的转速分别为ω1、ω2、ω3和ω4，其中ω1为前轴左轮转速，ω2为前轴右轮转速，ω3为后轴左轮转速，ω4为后轴右轮转速，前轴左右轮转速差Δω为ω2-ω1。

考虑左右轮胎胎压不同、磨损程度不同等条件下，保持直行左右轮转速会存在一定差异，因此对车辆状态进行直行标定试验，标定状态的转速差记为：Δω_标＝ω2_标-ω1_标。

车载控制系统均有标定程序和标定试验，本发明涉及的标定试验为驾驶员以1个或多个车速状态(如10km/h、20km/h…)连续保持直线行驶，标定程序采集左右车轮传感器的转速，并记录平均偏差为标定状态的偏差。标定程序可为系统之外的专用设备标定，也可集成至系统中，通过按钮或编程指令触发等实现激活。

当车辆出现左转向时，右轮转速高，Δω＞Δω_标，当出现右转向时，左轮转速高，Δω＜Δω_标，将Δω与Δω_标的差值记为τ＝Δω-Δω_标；

考虑数据采集的误差导致转向频繁控制，需对τ设定容差Δτ，那么当τ＞Δτ时，判断车辆出现左转向；τ＜-Δτ时，判断车辆出现右转向；-Δτ≤τ≤Δτ时，判断车辆直行保持。

3.根据车轮偏差判断车辆偏转方向，当车辆向左偏转时，控制方向盘向右转动；当车辆向右偏转时，控制方向盘向左转动。

车辆小角度转向轨迹如图3所示，车辆轴距L，后轴轮距B，后轴左右轮转动半径r_左、r_右，后轴左轮轨迹半径记为R1，右轮轨迹半径记为R2，车辆绕转动中心O的转动角速度记为ω。

当车辆向左偏转时，R1＜R2，车辆转弯半径R≈R1+B/2，ω*R1＝ω3*r_左，ω*R2＝ω4*r_右，R2-R1＝B。

则

由于车辆转角较小，可认为前轴车轮转角为：δ_轮≈L/R，则方向盘转角为δ＝i*δ_轮≈i*L/R，其中，i为转向系统传动比。

因此方向盘向右转动的角度为：

其中i为转向系统传动比，L为车辆轴距，B为后轴轴距，R1为后轴左轮轨迹半径，ω3为后轴左轮转速，r_左为后轴左轮转动半径，ω4为后轴右轮转速，r_右为后轴右轮转动半径。

同理，当车辆向右偏转时，R1＞R2，车辆转弯半径R≈R2+B/2，方向盘向左转动的角度为：

其中i为转向系统传动比，L为车辆轴距，B为后轴轴距，R1为后轴左轮轨迹半径，ω3为后轴左轮转速，r_左为后轴左轮转动半径，ω4为后轴右轮转速，r_右为后轴右轮转动半径。

车辆换为三轴车时，同样适用，因为，第三轴的车轮为随动轮，无需采集第三轴车轮转速。

上述方法可以作为一种计算机程序，存储在车辆直行保持控制装置中的存储器中并可在OFDM信号的车辆直行保持控制装置中的处理器上运行，该装置中的处理器可以采用单片机、FPGA、DSP、PLC或MCU等实现，存储器可以采用RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域已知的任何其他形式的存储介质，可以将该存储介质耦接至处理器，使处理器能够从该存储介质读取信息，或者该存储介质可以是处理器的组成部分。该车辆直行保持控制装置中所用到的车轮转速信息、方向盘输入扭矩信息等车辆运行状态信息均可利用车辆现有的传感器获取，无需增加新的硬件设备，节约了成本，且方式简单易行。

Claims (10)

1.一种基于车轮转速的车辆直行保持控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

1)检测车辆行驶状态，判断车辆是否处于直行状态；

2)在车辆处于直行状态时，检测车辆各车轮的轮速，计算左、右轮速差，根据当前状态的轮速差和标定状态的转速差确定车轮偏差；

3)根据车轮偏差判断车辆偏转方向，当车辆向左偏转时，控制方向盘向右转动；当车辆向右偏转时，控制方向盘向左转动。

2.根据权利要求1所述的基于车轮转速的车辆直行保持控制方法，其特征在于，当车轮偏差大于Δτ时，判定车辆出现向左偏差，当车轮偏差小于-Δτ时，判定车辆出现向右偏差，其中Δτ为设定容差。

3.根据权利要求1或2所述的基于车轮转速的车辆直行保持控制方法，其特征在于，当车辆向左偏转时，控制方向盘向右转动的角度为：

其中i为转向系统传动比，L为车辆轴距，B为后轴轴距，R1为后轴左轮轨迹半径，ω3为后轴左轮转速，r_左为后轴左轮转动半径，ω4为后轴右轮转速，r_右为后轴右轮转动半径。

4.根据权利要求1或2所述的基于车轮转速的车辆直行保持控制方法，其特征在于，当车辆向右偏转时，控制方向盘向左转动的角度为：

其中i为转向系统传动比，L为车辆轴距，B为后轴轴距，R1为后轴左轮轨迹半径，ω3为后轴左轮转速，r_左为后轴左轮转动半径，ω4为后轴右轮转速，r_右为后轴右轮转动半径。

5.根据权利要求2所述的基于车轮转速的车辆直行保持控制方法，其特征在于，所述的车轮偏差τ的计算公式为：

τ＝Δω-Δω_标

Δω＝ω2-ω1

Δω_标＝ω2_标-ω1_标

其中，Δω为前轴左右轮速差，Δω_标为标定状态的前轴左右轮速差，ω1为前轴左轮转速，ω2为前轴右轮转速，ω1_标为前轴左轮标定转速，ω2_标为前轴右轮标定转速。

6.一种基于车轮转速的车辆直行保持控制装置，其特征在于，该控制装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

1)检测车辆行驶状态，判断车辆是否处于直行状态；

2)在车辆处于直行状态时，检测车辆各车轮的轮速，计算左、右轮速差，根据当前状态的轮速差和标定状态的转速差确定车轮偏差；

3)根据车轮偏差判断车辆偏转方向，当车辆向左偏转时，控制方向盘向右转动；当车辆向右偏转时，控制方向盘向左转动。

7.根据权利要求6所述的基于车轮转速的车辆直行保持控制装置，其特征在于，当车轮偏差大于Δτ时，判定车辆出现向左偏差，当车轮偏差小于-Δτ时，判定车辆出现向右偏差，其中Δτ为设定容差。

8.根据权利要求6或7所述的基于车轮转速的车辆直行保持控制装置，其特征在于，当车辆向左偏转时，控制方向盘向右转动的角度为：

其中i为转向系统传动比，L为车辆轴距，B为后轴轴距，R1为后轴左轮轨迹半径，ω3为后轴左轮转速，r_左为后轴左轮转动半径，ω4为后轴右轮转速，r_右为后轴右轮转动半径。

9.根据权利要求6或7所述的基于车轮转速的车辆直行保持控制装置，其特征在于，当车辆向右偏转时，控制方向盘向左转动的角度为：

其中i为转向系统传动比，L为车辆轴距，B为后轴轴距，R1为后轴左轮轨迹半径，ω3为后轴左轮转速，r_左为后轴左轮转动半径，ω4为后轴右轮转速，r_右为后轴右轮转动半径。

10.根据权利要求7所述的基于车轮转速的车辆直行保持控制装置，其特征在于，所述的车轮偏差τ的计算公式为：

τ＝Δω-Δω_标

Δω＝ω2-ω1

Δω_标＝ω2_标-ω1_标

其中，Δω为前轴左右轮速差，Δω_标为标定状态的前轴左右轮速差，ω1为前轴左轮转速，ω2为前轴右轮转速，ω1_标为前轴左轮标定转速，ω2_标为前轴右轮标定转速。

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