CN110861706A - 电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统，包括：转向齿条，其设置在左转向轮和右转向轮之间，能够产生横向位移，并拉动所述左转向轮和所述右转向轮转向；行星齿轮机构，其包括：第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述输出端连接所述转向齿条，能够驱动所述转向齿条产生横向位移；转角耦合电机，其输出轴连接所述第一输入端；转向盘输入轴，其连接所述第二输入端；其中，所述的行星齿轮机构能够实现转向盘输入轴的输入转角和转角耦合电机的输入转角之间的耦合；左轮边独立驱动系统和右轮边独立驱动系统，实现车辆的驱动并提供转向助力，本发明还公开了一种电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统控制方法。

Description

电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统及其控制 方法

技术领域

本发明属于电动汽车转向技术领域。更具体的说，本发明涉及一种电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统和一种电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向控制方法。

背景技术

随着环境问题和能源危机的日益严峻，电动化成为汽车行业的重要发展方向。其中，电动轮独立驱动汽车更是凭借诸多优势，得到了越来越多的关注。尤其是，电动轮驱动汽车各驱动轮转矩独立可控这一特点使其可以应用一种新型的转向助力技术——差动助力转向(DDAS)技术。其基本原理是通过对前轴两侧驱动车轮施加不同的驱动转矩从而抵消转向阻力矩，实现助力转向。该技术在不需要转向助力机构的条件下可以同电动助力转向(EPS)一样实现随速助力，从而使转向系统结构更加紧凑、布置更为灵活；另外，差动助力转向系统的控制器可以集成在整车控制器上，从而提高系统的集成度和可靠性。

同时，为了从根本上解决转向系统“轻”与“灵”的矛盾，改善低速转向灵活性和高速操纵稳定性，能够实现可变转向传动比转向的主动前轮转向(AFS)技术也应运而生。目前，已有多家公司推出原理基本相同的AFS系统，如宝马和ZF公司联合开发的以2K-H型行星齿轮机构为核心的AFS系统，奥迪公司推出的以谐波齿轮为核心的动态转向系统等。但AFS系统的干预会对DDAS系统产生干扰。一方面，AFS系统施加的附加转角干预会导致前轮转角发生变化，而在一定转角范围内，可以认为转向操纵力矩与前轮转角近似成线性关系。因此，AFS系统的干预会导致转向盘转矩的瞬时波动，不利于安全驾驶。另一方面，DDAS系统采用的转向盘转矩直接控制策略是根据车速和转向盘转角查表得到参考转向盘转矩的，由于AFS系统干预时转向盘转角未发生改变，经查表得到的参考转向盘转矩也就与AFS系统干预前相同，因此，转向盘转矩的稳态值也就与AFS系统干预前相同。这就导致驾驶员无法正确感知当前的路面信息以及车辆的行驶状态。

除此之外，在采用DDAS系统的车辆上装备AFS系统时，还存在一个更为凸显的问题。由于DDAS系统是通过对前轴两侧车轮施加不同的驱动转矩从而实现助力转向的，这就导致DDAS系统在提供转向助力的同时，会对车辆引入一个绕整车质心的横摆力偶矩。这个横摆力偶矩会改变车辆的稳态横摆角速度增益，即改变了AFS控制系统中由理想转向盘角传动比所决定的转向盘转角横摆角速度增益，影响车辆的转向特性。

发明内容

本发明提供了一种电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统，行星齿轮机构能够实现转向盘输入轴的输入转角和转角耦合电机的输入转角之间的耦合，实现车辆的主动转向，并通过两套相同的轮边独立驱动系统实现车辆的驱动并提供转向助力，使转向系统更加轻便灵活。

本发明还提供了一种电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统控制方法，通过对AFS系统和DDAS系统原有控制策略进行修正，能有效抑制差动助力转向功能对主动转向系统的转向增益特性的影响，使车辆较好的保持理想的转向特性，并能够有效的削弱主动转向系统介入时导致的差动助力转向系统控制的转向盘转矩瞬时波动，保证驾驶员能够感受到正确的路面信息。

本发明提供的技术方案为：

2、一种电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统，其特征在于，包括：

转向齿条，其设置在左转向轮和右转向轮之间，能够产生横向位移，并拉动所述左转向轮和所述右转向轮转向；

行星齿轮机构，其包括：第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述输出端连接所述转向齿条，能够驱动所述转向齿条产生横向位移；

转角耦合电机，其输出轴连接所述第一输入端；

转向盘输入轴，其连接所述第二输入端；

其中，所述行星齿轮机构能够实现转向盘输入轴的输入转角和转角耦合电机的输入转角之间的耦合；

左轮边独立驱动系统，其包括：

左轮毂电机支撑轴；

左侧转向节，其可拆卸设置在所述左轮毂电机支撑轴一端，所述左侧转向节一端连接所述转向齿条，另一端固定在左侧悬架上；

左轮毂电机定子，其固定套设在所述左轮毂电机支撑轴上；

左轮毂电机绕组，其设置在所述左轮毂电机定子上；

左轮毂电机永磁体，其设置在所述左轮毂电机转子上；

左轮毂电机转子，其可旋转套设在所述左轮毂电机支撑轴上，且可拆卸连接左侧车轮轮辋，能够带动左侧车轮旋转；

右轮边独立驱动系统，其包括：

右轮毂电机支撑轴；

右侧转向节，其可拆卸设置在所述右轮毂电机支撑轴一端，所述右侧转向节一端连接所述转向齿条，另一端固定在右侧悬架上；

右轮毂电机定子，其固定套设在所述右轮毂电机支撑轴上；

右轮毂电机绕组，其设置在所述右轮毂电机定子上；

右轮毂电机永磁体，其设置在所述右轮毂电机转子上；

右轮毂电机转子，其可旋转套设在所述右轮毂电机支撑轴上，且可拆卸连接右侧车轮轮辋，能够带动右侧车轮旋转。

优选的是，还包括转向操纵机构，其包括：

转向轴，其一端连接所述转向盘，能够接收所述转向盘的旋转动力；

转向传动轴，其一端通过万向节连接所述转向轴另一端，所述转向传动轴另一端通过万向节连接所述转向盘输入轴；

其中，所述转向传动轴长度可调；

电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统控制方法，包括：

步骤一、采集转向盘转角信号和转矩信号，并根据所述转向盘转角信号和转矩信号判断车辆行驶状态；其中，所述行驶状态包括：转向状态、回正状态和直行状态；

步骤二、若车辆处于转向状态，计算转向时转角耦合电机输出转角和转向时两驱动轮驱动转矩差；

若车辆处于回正状态，计算回正时转角耦合电机转角信号和回正时两驱动轮驱动转矩差；

步骤三、将所述转角耦合电机输出转角、内外侧驱动轮轮毂电机转矩信号分别发送到转角耦合电机控制器和两个轮毂电机控制器实现汽车转向系统的控制。

优选的是，所述步骤一中的车辆行驶状态判断过程为：

将转向盘转矩与助力门限值作比较，并计算转向盘转角与转向盘角速度的乘积；

若转向盘转矩不小于助力门限值或者转向盘转角与转向盘角速度的乘积不为负，则将时间值设置为0，并判定车辆处于转向状态；

若转向盘转矩不小于助力门限值且转向盘转角与转向盘角速度的乘积为负，开始计时，并将时间值与时间门限值作比较，若时间值大于门限值，则判定车辆为回正状态。

优选的是，所述步骤二中的转向时转角耦合电机输出转角计算过程为：

步骤a、采集车速、转向盘转角和横摆角速度，并根据所述车速和所述转向盘转角，通过理想传动比MAP图查表得到当前工况下的理想传动比；

步骤b、根据所述理想传动比和转向盘转角信号，计算转角耦合电机转角理论值，其计算公式为：

其中，

为转角耦合电机转角理论值，

为行星齿轮机构将行星架固定时从第二输入端到输出端的传动比，i_ws为转向器传动比，i_M为转角耦合电机减速机构传动比，i_d为理想传动比，δ_h为转向盘转角信号；

步骤c、计算实际横摆角速度与参考横摆角速度的差值：

其中，e_ω为实际横摆角速度与参考横摆角速度的差值，ω_r为实际横摆角速度，

为参考横摆角速度，

V为车速信号，L为汽车轴距，δ_h为转向盘转角信号，i_d为理想传动比；

步骤d、将所述实际横摆角速度与参考横摆角速度的差值输入PID控制器计算得到转角耦合电机转角修正量Δδ_ac；

步骤e、计算转角耦合电机输出转角：

其中，δ_ac为转角耦合电机输出转角，

为转角耦合电机转角理论值，Δδ_ac为转角耦合电机转角修正量。

优选的是，所述步骤二中的转向时两驱动轮驱动转矩差计算过程为：

步骤1、根据所述转向盘转角和转角耦合电机转角计算小齿轮转角：

其中，δ_p为小齿轮转角，δ_h为转向盘转角信号，

为行星齿轮机构将行星架固定时从第二输入端到输出端的传动比，i_M为转角耦合电机减速机构传动比，δ_ac为转角耦合电机转角；

步骤2、计算修正后参考转向盘转矩；

其中，

为修正后参考转向盘转矩，

为原始参考转向盘转矩，原始参考转向盘转矩根据车速信号和转向盘转角通过参考转向盘转矩MAP图查表得到；k₁为感知系数，

为等效参考转向盘转矩，根据车速信号和小齿轮转角通过参考转向盘转矩MAP图查表得到；

步骤3、计算实际转向盘转矩和修正后参考转向盘转矩的差值；

其中，e_T为实际转向盘转矩和修正后参考转向盘转矩的差值，T_d为实际转向盘转矩，

为修正后参考转向盘转矩；

步骤4、将所述实际转向盘转矩和修正后参考转向盘转矩的差值输入PID控制器计算修正的两驱动轮驱动转矩差ΔT₁，并根据转向盘转矩的微分计算两驱动轮驱动转矩差ΔT₂；

步骤5、计算转向时两驱动轮驱动转矩差：

ΔT＝ΔT₁+ΔT₂；

其中，ΔT为转向时两驱动轮驱动转矩差。

优选的是，所述步骤二中的回正时转角耦合电机转角计算过程为：

首先，读取转向盘转角和开始回正时转角耦合电机转角信号；

然后，计算回正时转角耦合电机转角：

其中，

为回正时转角耦合电机转角信号，δ_ac0为开始回正时转角耦合电机转角信号，δ_h为转向盘转角。

优选的是，所述步骤二中的回正时两驱动轮驱动转矩差为：

其中，ΔT^H为回正时两驱动轮驱动转矩差，δ_h为转向盘转角，K_p,K_i,K_d分别为PID控制器的比例、积分和微分系数。

优选的是，所述步骤三中的转矩分配子流程包括：

首先，计算内外侧驱动轮轮毂电机转矩；

其中，T_i为内侧驱动轮轮毂电机转矩，T_o为外侧驱动轮轮毂电机转矩；T_dri为总驱动转矩，ΔT为转向时或回正时两驱动轮驱动转矩差；

然后，计算外侧驱动轮滑转率

其中，u_w为车轮中心的速度，r为车轮滚动半径，ω为车轮的角速度；

将所述外侧驱动轮滑转率与外侧驱动轮滑转率阈值作比较，若所述外侧驱动轮滑转率不大于外侧驱动轮滑转率阈值，将内外侧驱动轮轮毂电机转矩输出到轮毂电机控制器实现汽车转向系统的控制；

若所述外侧驱动轮滑转率大于外侧驱动轮滑转率阈值，则将外侧驱动轮滑转率和滑转率阈值的差值输入PID控制器求取差动转矩的修正量T_c；

重新计算内侧驱动轮转矩为T_i′＝T_i-T_c，外侧驱动轮转矩为T₀′＝T₀-T_c；

其中，T_i′为重新计算得到的内侧驱动轮轮毂电机转矩，T₀′重新计算得到的外侧驱动轮轮毂电机转矩，T_i为内侧驱动轮轮毂电机转矩信号，T_o为外侧驱动轮轮毂电机转矩信号；

最后，重新计算外侧驱动轮滑转率，并与外侧驱动轮滑转率阈值作比较，若所述外侧驱动轮滑转率不大于外侧驱动轮滑转率阈值，将重新计算得到的内外侧驱动轮轮毂电机转矩输出到轮毂电机控制器实现汽车转向系统的控制。

本发明的有益效果

1.本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统能够保证前轮随转向盘同时、快速、准确的回到中位。

2.本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统能够自动判断车辆转向或回正的状态。

3.本发明针对电动轮前轴独立驱动汽车提出一种差动协同主动转向系统及其控制方法。通过对AFS系统和DDAS系统原有控制策略进行修正，从而降低两个子系统之间的相互干扰。一方面，通过横摆角速度反馈控制对AFS系统耦合电机转角进行修正，以降低DDAS系统对车辆原有转向特性的影响；另一方面，根据AFS系统叠加转角对DDAS系统的参考转向盘转矩进行修正，以保证驾驶员能够感受到正确的路面信息。并采用转向盘转矩微分控制削弱AFS系统干预时转向盘转矩的瞬时波动。

附图说明

图1为本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统的机械结构组成简图。

图2为本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统的电气连接关系图。

图3为本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统的主控制流程图。

图4为本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统的模式判断子流程图。

图5为本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统转向时AFS子系统控制流程图。

图6为本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统转向时DDAS子系统控制流程图。

图7为本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统回正时AFS子系统控制流程图。

图8为本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统回正时DDAS子系统控制流程图。

图9为本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统的转矩分配子流程图。

图10为本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统的理想传动比MAP图。

图11为本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统的参考转向盘转矩MAP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。

如图1所示，本发明提供的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统包括转向操纵机构、转角耦合机构、转向器与转向传动机构、轮边独立驱动系统、信号采集器件、转向与驱动集成控制器和CAN总线。其中，转向与驱动集成控制器501通过模拟信号线连接转向盘转角、转矩传感器502，通过CAN总线连接其他车载传感器、耦合电机202的控制器和左右侧轮毂电机控制器513、523，实现车辆的转向与驱动控制。

本发明提供的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统的转向操纵机构包括转向盘101、转向轴102、第一万向节103、转向传动轴104、第二万向节105和转向盘输入轴106。转向盘101可按需选用三幅式或四幅式转向盘。转向轴102上端通过花键与转向盘101连接。转向传动轴104由加工有内花键的套管和加工有外花键的轴套装在一起，通过套管和轴之间的相对滑动可以调节传动轴104的长度。转向传动轴104上端通过第一万向节103与转向轴102连接，下端通过第二万向节105与转向盘输入轴106连接。通过第一万向节103、第二万向节105和长度可调节的转向传动轴104可以适应不同车型的总体布置要求。

如图1所示，本发明提出的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统的转角耦合机构包括一套二自由度的行星齿轮机构201和转角耦合电机202。行星齿轮机构201和转角耦合电机202的壳体固定在车身上。行星齿轮机构201有两个相互独立的输入端和一个共同的输出端，两个输入端分别连接转向盘输入轴106和转角耦合电机202，输出端连接转向器小齿轮301。行星齿轮机构201可以实现转向盘101输入转角和转角耦合电机202输入转角的耦合，通过控制转角耦合电机202可以给转向器小齿轮301提供一个附加转角，实现车辆的主动转向。

本发明所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统的转向器与转向传动机构包括转向器小齿轮301、转向器壳302、转向齿条303、两个结构相同的横拉杆球头销304、横拉杆305和转向节臂球头销306。转向器壳302固定在车身上。转向器小齿轮301上端与行星齿轮机构201的输出端通过花键连接，下端与转向齿条303啮合。转向齿条303两端通过左右两个横拉杆球头销304与左右两个横拉杆305铰接，左右两个横拉杆305再通过左右两个转向节臂球头销306与左右车轮的转向节411和421铰接。转向齿条303的水平移动通过左右转向横拉杆转化为转向节的转动，实现车轮转向。

如图1所示，本发明提供的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统的轮边独立驱动系统采用外转子轮毂电机驱动的形式。其中左侧轮毂电机具体包括左侧转向节411、左轮毂电机定子412、左轮毂电机绕组413、左轮毂电机支撑轴414、左轮毂电机转子415、左轮毂电机永磁体416、左侧车轮417和左侧悬架418。左侧转向节411通过螺栓与左轮毂电机支撑轴414连接。左轮毂电机转子415通过轴承支承在左轮毂电机支撑轴414上。左轮毂电机定子412与左轮毂电机支撑轴414固定连接。左侧车轮417通过轮辋螺栓与左轮毂电机转子415的外壳连接。左轮毂电机绕组413安装在左轮毂电机定子412上。左轮毂电机永磁体416安装在左轮毂电机转子415上。车辆行驶时，电机转子为旋转部件，通过轮辋螺栓带动车轮旋转。支撑轴和电机定子为固定部件，支撑轴与悬架连接，与悬架保持相对静止，由此实现车辆的正常行驶。汽车另一侧车轮的驱动方式与之完全相同，故不再赘述。本发明所述的轮边独立驱动系统，可以实现左右两侧车轮的独立驱动，并可利用左右车轮驱动力差值提供转向助力。

如图2-11所示，转向与驱动集成控制器501除通过CAN总线连接左右侧轮毂电机的控制器513、523，控制两轮毂电机输出转矩驱动车辆正常行驶以外，还需要控制转角耦合电机202实现车辆的主动转向，控制左右轮毂电机差动驱动实现差动助力转向。

如图3所示，电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向控制方法，包括：

步骤S100：通电后，转向与驱动集成控制器初始化，完成自检过程，并读取存储的控制参数，主要包括：

(1)AFS系统理想传动比MAP图，即理想传动比与车速和转向盘转角的关系图。图10给出了理想传动比MAP图的一个实施例。

(2)DDAS系统参考转向盘转矩MAP图，即参考转向盘转矩与车速和转向盘转角的关系图。图11给出了参考转向盘转矩MAP图的一个实施例。

(3)控制阈值：滑转率阈值s₀、转向盘转角阈值δ_h0、助力门限值T_h0、时间门限值i₀。

步骤S200：转向与驱动集成控制器读取各传感器信号，主要包括：转向盘转角信号δ_h和转矩信号T_h；内外侧驱动轮转速信号n_i和n_o、从CAN总线中获取车速信号V和横摆角速度信号ω_r、内外侧驱动轮轮毂电机转矩信号T_i和T_o。并对传感器测得的模拟量信号(转向盘转角信号δ_h和转矩信号T_h)进行滤波处理。

步骤S300：判断转向盘转角δ_h是否超过转向盘转角阈值δ_h0。若δ_h≤δ_h0，则认为转向盘在中位附近轻微振荡，车辆处于直行状态，返回步骤S200重新读取各传感器信号。若δ_h＞δ_h0，则继续执行步骤S400。

步骤S400：调用模式判断子流程，判断车辆当前处于转向状态或回正状态。

步骤S500：若flag＝0，则当前车辆处于转向状态，调用转向时AFS子系统控制流程S510、转向时DDAS子系统控制流程S520以及转矩分配子流程S550。若flag＝1，则当前车辆处于回正状态，调用回正时AFS子系统控制流程S530、回正时DDAS子系统控制流程S540以及转矩分配子流程S550。

步骤S600：将调用各子控制流程计算得到的控制信号δ_ac、T_i和T_o分别发送到转角耦合电机控制器和两个轮毂电机控制器。

如图4所示，模式判断子流程，即主动回正标志符的判断过程具体如下：

步骤S401：读取转向盘转角信号δ_h和转矩信号T_h。

步骤S402：判断转向盘转矩T_h是否小于助力门限值T_h0。若|T_h|＜T_h0，继续执行步骤S403；否则，将i置为0，并输出flag＝0。

步骤S403：判断转向盘转角δ_h与转向盘角速度

之积否小于0。若

继续执行步骤S404；否则，将i置为0，并输出flag＝0。

步骤S404：判断主动回正标志符flag是否为0。若flag＝0，说明主动回正控制尚未激活，开始计时，继续执行步骤S405；否则，输出flag＝1。

步骤S405：判断时间值i是否大于时间门限值i₀。若i＞i₀，输出flag＝1；否则，令i＝i+1，并返回步骤S401。

如图5所示，本技术方案中所述的转向时AFS子系统控制流程具体如下：

步骤S511：读取车速信号V、转向盘转角信号δ_h和横摆角速度信号ω_r。

步骤S512：根据车速V和转向盘转角δ_h通过AFS系统理想传动比MAP图查表得到当前工况下的理想传动比i_d。

步骤S513：计算转角耦合电机转角理论值

式中，

为行星齿轮机构201将行星架固定时从第二输入端到输出端的传动比，i_ws为转向器传动比，i_M为转角耦合电机减速机构传动比。

步骤S514：计算参考横摆角速度

式中，L为汽车轴距。

步骤S515：计算实际横摆角速度ω_r与参考横摆角速度

的差值

步骤S516：根据e_ω通过PID控制器计算转角耦合电机转角修正量Δδ_ac。这个修正量是考虑到DDAS系统在通过对前轴两侧驱动轮施加驱动转矩差实现转向助力的同时，会引入一个绕汽车质心的附加横摆力偶矩M_zd，M_zd会改变车辆的稳态横摆角速度增益。即改变了根据车速和转向盘转角查表得到的由理想转向盘角传动比所决定的转向盘转角横摆角速度增益，影响了转向系统的动态特性。因此，本发明通过横摆角速度反馈控制，使车辆的转向过程更加接近理想的转向特性。

步骤S517：计算转角耦合电机输出转角

如图6所示，本技术方案中所述的转向时DDAS子系统控制流程具体如下：

步骤S521：读取车速信号V、转向盘转角信号δ_h和转角耦合电机信号δ_ac。

步骤S522：根据车速V和转向盘转角δ_h通过参考转向盘转矩MAP图查表得到原始参考转向盘转矩

步骤S523：根据转向盘转角δ_h和转角耦合电机转角δ_ac计算小齿轮转角

步骤S524：根据车速V和转向盘转角δ_p通过参考转向盘转矩MAP图查表得到等效参考转向盘转矩

步骤S525：计算修正后参考转向盘转矩

式中，k₁为感知系数。对参考转向盘转矩进行修正的原因是：AFS系统施加的附件转角干预会改变车辆的前轮转角，进而导致回正力矩发生变化。但DDAS系统的原始参考转向盘转矩

是根据车速V和转向盘转角δ_h查表得到的，由于AFS系统的干预并没有改变转向盘转角δ_h，因此查表得到的参考转向盘转矩也就不会发生变化，系统达到稳态时，驾驶员的手力也就不会改变，这就意味着驾驶员无法正确感受到路面信息以及车辆的行驶状态。而根据车速V和转向盘转角δ_p查表得到的等效参考转向盘转矩

能如实反映车辆当前的行驶状态。但直接将

作为参考转向盘转矩又会导致转向盘转矩的波动过大，易引发驾驶员误操作，不利于安全驾驶。因此，本发明将

作为原始参考转向盘转矩

的修正量，这部分也就是驾驶员实际感受到的转矩变化量。

步骤S526：计算实际转向盘转矩T_d和修正后参考转向盘转矩

的差值

步骤S527：根据e_T通过PID控制器计算两驱动轮驱动转矩差ΔT₁。

步骤S528：根据转向盘转矩T_d的微分计算驱动转矩差ΔT₂。进行转向盘转矩微分控制的原因是：AFS系统施加的附件转角干预会引起回正力矩的改变，从而导致转向盘转矩发生瞬时波动。严重时会产生打手的现象，影响正常驾驶。因此，本发明通过转向盘转矩微分控制模块得到驱动转矩差ΔT₂，用来抑制转向盘转矩的剧烈变化。

步骤S529：初定两驱动轮驱动转矩差为ΔT＝ΔT₁+ΔT₂。

如图7所示，本技术方案中所述的回正时AFS子系统控制流程具体如下：

步骤S531：读取转向盘转角信号δ_h和开始回正时转角耦合电机转角信号δ_ac0。

步骤S532：计算转角耦合电机转角

如图8所示，本技术方案中所述的回正时DDAS子系统控制流程具体如下：

步骤S541：读取转向盘转角信号δ_h。

步骤S542：判断转向盘转角是否大于20°。若|δ_h|＞20°，则执行步骤S543；否则，执行步骤S544。

步骤S543：计算两驱动轮驱动转矩差为：

步骤S544：计算两驱动轮驱动转矩差为：

其中，K_p,K_i,K_d分别为PID控制器的比例、积分和微分系数。

如图9所示，本技术方案中所述的转矩分配子流程具体如下：

步骤S551：读取车速信号V、内外侧驱动轮轮毂电机转矩信号T_i和T_o、内外侧驱动轮转速信号n_i和n_o、两驱动轮驱动转矩差ΔT。

步骤S552：计算内外侧驱动轮轮毂电机转矩。内侧驱动转矩为：

外侧驱动转矩为：

式中T_dri为总驱动转矩。

步骤S553：计算外侧驱动轮滑转率

式中，u_w为车轮中心的速度，r为车轮滚动半径，ω为车轮的角速度。

步骤S554：判断外侧驱动轮滑转率s是否超过外侧驱动轮滑转率阈值s₀，s₀根据车辆的实际工况进行设定，在本实施例中，取s₀＝0.25，若s＞s₀，说明施加的差动转矩ΔT过大；执行步骤S555；若s≤s₀，说明差动转矩ΔT合适，输出内外侧驱动轮转矩为T_i和T_o。

步骤S555：计算外侧驱动轮滑转率s和滑转率阈值s₀的差值e_s＝s-s₀。

步骤S556：根据e_s计算通过PID控制器求取差动转矩ΔT的修正量T_c。

步骤S557：重新计算内侧驱动轮转矩为T_i＝T_i-T_c，外侧驱动轮转矩为T_o＝T_o-T_c，以维持助力用差动转矩不变，并返回执行步骤S553。

本发明提供了一种电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统，行星齿轮机构能够实现转向盘输入轴的输入转角和转角耦合电机的输入转角之间的耦合，实现车辆的主动转向。同时，通过两套相同的轮边独立驱动系统实现车辆的驱动并提供转向助力，使转向系统更加轻便灵活。

本发明还提供了一种电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统控制方法，通过对AFS系统和DDAS系统原有控制策略进行修正，从而降低两个子系统之间的相互干扰，一方面，能有效抑制差动助力转向功能对主动转向系统的转向增益特性的影响，使车辆较好的保持理想的转向特性；另一方面，能够有效的削弱主动转向系统介入时导致的差动助力转向系统控制的转向盘转矩瞬时波动，并保证驾驶员能够感受到正确的路面信息。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不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 (9)

1.一种电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统，其特征在于，包括：

转向齿条，其设置在左转向轮和右转向轮之间，能够产生横向位移，并拉动所述左转向轮和所述右转向轮转向；

行星齿轮机构，其包括：第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述输出端连接所述转向齿条，能够驱动所述转向齿条产生横向位移；

转角耦合电机，其输出轴连接所述第一输入端；

转向盘输入轴，其连接所述第二输入端；

其中，所述行星齿轮机构能够实现转向盘输入轴的输入转角和转角耦合电机的输入转角之间的耦合；

左轮边独立驱动系统，其包括：

左轮毂电机支撑轴；

左侧转向节，其可拆卸设置在所述左轮毂电机支撑轴一端，所述左侧转向节一端连接所述转向齿条，另一端固定在左侧悬架上；

左轮毂电机定子，其固定套设在所述左轮毂电机支撑轴上；

左轮毂电机绕组，其设置在所述左轮毂电机定子上；

左轮毂电机永磁体，其设置在所述左轮毂电机转子上；

左轮毂电机转子，其可旋转套设在所述左轮毂电机支撑轴上，且可拆卸连接左侧车轮轮辋，能够带动左侧车轮旋转；

右轮边独立驱动系统，其包括：

右轮毂电机支撑轴；

右侧转向节，其可拆卸设置在所述右轮毂电机支撑轴一端，所述右侧转向节一端连接所述转向齿条，另一端固定在右侧悬架上；

右轮毂电机定子，其固定套设在所述右轮毂电机支撑轴上；

右轮毂电机绕组，其设置在所述右轮毂电机定子上；

右轮毂电机永磁体，其设置在所述右轮毂电机转子上；

右轮毂电机转子，其可旋转套设在所述右轮毂电机支撑轴上，且可拆卸连接右侧车轮轮辋，能够带动右侧车轮旋转。

2.根据权利要求1所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统，其特征在于，还包括转向操纵机构，其包括：

转向轴，其一端连接所述转向盘，能够接收所述转向盘的旋转动力；

转向传动轴，其一端通过万向节连接所述转向轴另一端，所述转向传动轴另一端通过万向节连接所述转向盘输入轴；

其中，所述转向传动轴长度可调。

3.电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统控制方法，其特征在于，包括：

步骤一、采集转向盘转角信号和转矩信号，并根据所述转向盘转角信号和转矩信号判断车辆行驶状态；其中，所述行驶状态包括：转向状态、回正状态和直行状态；

步骤二、若车辆处于转向状态，计算转向时转角耦合电机输出转角和转向时两驱动轮驱动转矩差；

若车辆处于回正状态，计算回正时转角耦合电机转角信号和回正时两驱动轮驱动转矩差；

步骤三、将所述转角耦合电机输出转角、内外侧驱动轮轮毂电机转矩信号分别发送到转角耦合电机控制器和两个轮毂电机控制器实现汽车转向系统的控制。

4.根据权利要求3所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统控制方法，其特征在于，所述步骤一中的车辆行驶状态判断过程为：

将转向盘转矩与助力门限值作比较，并计算转向盘转角与转向盘角速度的乘积；

若转向盘转矩不小于助力门限值或者转向盘转角与转向盘角速度的乘积不为负，则将时间值设置为0，并判定车辆处于转向状态；

若转向盘转矩不小于助力门限值且转向盘转角与转向盘角速度的乘积为负，开始计时，并将时间值与时间门限值作比较，若时间值大于门限值，则判定车辆为回正状态。

5.根据权利要求4所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统控制方法，其特征在于，所述步骤二中的转向时转角耦合电机输出转角计算过程为：

步骤a、采集车速、转向盘转角和横摆角速度，并根据所述车速和所述转向盘转角，通过理想传动比MAP图查表得到当前工况下的理想传动比；

步骤b、根据所述理想传动比和转向盘转角信号，计算转角耦合电机转角理论值，其计算公式为：

其中，

为转角耦合电机转角理论值，

为行星齿轮机构将行星架固定时从第二输入端到输出端的传动比，i_ws为转向器传动比，i_M为转角耦合电机减速机构传动比，i_d为理想传动比，δ_h为转向盘转角信号；

步骤c、计算实际横摆角速度与参考横摆角速度的差值：

其中，e_ω为实际横摆角速度与参考横摆角速度的差值，ω_r为实际横摆角速度，

为参考横摆角速度，

V为车速信号，L为汽车轴距，δ_h为转向盘转角信号，i_d为理想传动比；

步骤d、将所述实际横摆角速度与参考横摆角速度的差值输入PID控制器计算得到转角耦合电机转角修正量Δδ_ac；

步骤e、计算转角耦合电机输出转角：

其中，δ_ac为转角耦合电机输出转角，

为转角耦合电机转角理论值，Δδ_ac为转角耦合电机转角修正量。

6.根据权利要求4或5所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统控制方法，其特征在于，所述步骤二中的转向时两驱动轮驱动转矩差计算过程为：

步骤1、根据所述转向盘转角和转角耦合电机转角计算小齿轮转角：

其中，δ_p为小齿轮转角，δ_h为转向盘转角信号，

为行星齿轮机构将行星架固定时从第二输入端到输出端的传动比，i_M为转角耦合电机减速机构传动比，δ_ac为转角耦合电机转角；

步骤2、计算修正后参考转向盘转矩；

其中，

为修正后参考转向盘转矩，

为原始参考转向盘转矩，原始参考转向盘转矩根据车速信号和转向盘转角通过参考转向盘转矩MAP图查表得到；k₁为感知系数，

为等效参考转向盘转矩，根据车速信号和小齿轮转角通过参考转向盘转矩MAP图查表得到；

步骤3、计算实际转向盘转矩和修正后参考转向盘转矩的差值；

其中，e_T为实际转向盘转矩和修正后参考转向盘转矩的差值，T_d为实际转向盘转矩，

为修正后参考转向盘转矩；

步骤4、将所述实际转向盘转矩和修正后参考转向盘转矩的差值输入PID控制器计算修正的两驱动轮驱动转矩差ΔT₁，并根据转向盘转矩的微分计算两驱动轮驱动转矩差ΔT₂；

步骤5、计算转向时两驱动轮驱动转矩差：

ΔT＝ΔT₁+ΔT₂；

其中，ΔT为转向时两驱动轮驱动转矩差。

7.根据权利要求4所述电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统控制方法，其特征在于，所述步骤二中的回正时转角耦合电机转角计算过程为：

首先，读取转向盘转角和开始回正时转角耦合电机转角信号；

然后，计算回正时转角耦合电机转角：

其中，

为回正时转角耦合电机转角信号，δ_ac0为开始回正时转角耦合电机转角信号，δ_h为转向盘转角。

8.根据权利要求4或7所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统控制方法，其特征在于，所述步骤二中的回正时两驱动轮驱动转矩差为：

其中，ΔT^H为回正时两驱动轮驱动转矩差，δ_h为转向盘转角，K_p,K_i,K_d分别为PID控制器的比例、积分和微分系数。

9.根据权利要求3所述的电动轮前轴独立驱动汽车差动协同主动转向系统控制方法，其特征在于，所述步骤三中的转矩分配子流程包括：

首先，计算内外侧驱动轮轮毂电机转矩；

其中，T_i为内侧驱动轮轮毂电机转矩，T_o为外侧驱动轮轮毂电机转矩；T_dri为总驱动转矩，ΔT为转向时或回正时两驱动轮驱动转矩差；

然后，计算外侧驱动轮滑转率

其中，u_w为车轮中心的速度，r为车轮滚动半径，ω为车轮的角速度；

将所述外侧驱动轮滑转率与外侧驱动轮滑转率阈值作比较，若所述外侧驱动轮滑转率不大于外侧驱动轮滑转率阈值，将内外侧驱动轮轮毂电机转矩输出到轮毂电机控制器实现汽车转向系统的控制；

若所述外侧驱动轮滑转率大于外侧驱动轮滑转率阈值，则将外侧驱动轮滑转率和滑转率阈值的差值输入PID控制器求取差动转矩的修正量T_c；

重新计算内侧驱动轮转矩为T_i′＝T_i-T_c，外侧驱动轮转矩为T₀′＝T₀-T_c；

其中，T_i′为重新计算得到的内侧驱动轮轮毂电机转矩，T₀′重新计算得到的外侧驱动轮轮毂电机转矩，T_i为内侧驱动轮轮毂电机转矩信号，T_o为外侧驱动轮轮毂电机转矩信号；

最后，重新计算外侧驱动轮滑转率，并与外侧驱动轮滑转率阈值作比较，若所述外侧驱动轮滑转率不大于外侧驱动轮滑转率阈值，将重新计算得到的内外侧驱动轮轮毂电机转矩输出到轮毂电机控制器实现汽车转向系统的控制。

Images