CN112141206A - 转向系统的控制方法、转向系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种控制转向系统的方法、转向系统及车辆。转向系统包括两个转向车轮以及分别驱动两个转向车轮的两个子转向装置，控制方法包括：响应于获取到车辆的转向信号，确定与转向信号对应的目标转向车轮，以及目标转向车轮的第一目标转向角；根据目标转向车轮的第一目标转向角确定除目标转向车轮外的另一转向车轮的第二目标转向角，第一目标转向角和第二目标转向角满足转向角对应关系；控制两个子转向装置中的一个驱动目标转向车轮按照第一目标转向角转向，以及控制两个子转向装置中的另一个驱动除目标转向车轮外的另一车轮按照第二目标转向角转向。这样两个车轮能够以满足减小行驶过程中的附加阻力和轮胎过度磨损的转向角对应关系转向。

Description

转向系统的控制方法、转向系统及车辆

技术领域

本公开涉及车辆控制技术领域，具体地，涉及一种转向系统的控制方法、转向系统及车辆。

背景技术

随着车辆技术领域的不断发展，人们对驾乘过程中的舒适性提出了更高的要求。为减少转向时车辆行驶的附加阻力、轮胎过快磨损、转弯半径过大等问题，乘用车通常采用改进转向机构中的转向梯形的参数的方法，以保证转向车轮在转向时能够满足特定的转向角对应关系。然而目前转向梯形的设计结构还不够完善，且在面对小型车种时，乘用车的转向梯形所具有的机械结构往往受空间限制导致布置困难。

发明内容

为解决相关技术中存在的技术问题，本公开提供了一种转向系统的控制方法。

为了实现上述目的，本公开提供一种转向系统的控制方法，应用于车辆，所述车辆包括转向系统，所述转向系统包括两个转向车轮以及用于分别控制两个所述转向车轮的两个子转向装置，所述控制方法包括：

响应于获取到所述车辆的转向信号，确定与所述转向信号对应的目标转向车轮，以及所述目标转向车轮的第一目标转向角，所述目标转向车轮为左侧车轮或右侧车轮；

根据所述目标转向车轮的第一目标转向角确定除所述目标转向车轮外的另一转向车轮的第二目标转向角，所述第一目标转向角和所述第二目标转向角满足预定范围内的转向角对应关系；

控制两个所述子转向装置中的一个驱动所述目标转向车轮按照第一目标转向角转向，以及控制两个所述子转向装置中的另一个驱动除所述目标转向车轮外的另一车轮按照第二目标转向角转向。

可选地，所述控制方法还包括：在获取所述车辆的转向信号时，获取所述目标转向车轮的第一当前转向角和除所述目标转向车轮外的另一转向车轮的第二当前转向角

可选地，在所述转向信号表征向左转向时，所述目标转向车轮为所述左侧车轮，在所述转向信号表征向右转向时，所述目标转向车轮为所述右侧车轮。

可选地，所述转向角对应关系满足以下关系式：

其中，α为除目标车轮外的另一转向车轮的第二目标转向角，β为目标转向车轮的第一目标转向角，L为轴距，B为两主销轴线与地面交点间的距离。

本公开的第二个目的是提供一种转向系统，所述转向系统包括用于驱动所述第一转向车轮按照第一目标转向角转向的第一子转向装置以及用于驱动所述第二转向车轮按照第二目标转向角转向的第二子转向装置；其中，所述第一目标转向角是根据车辆的转向信号确定的，所述第二目标转向角是根据所述第一目标转向角确定的，所述第一目标转向角和所述第二目标转向角满足预定范围内的转向角对应关系。

可选地，所述第一子转向装置包括第一转向电机、以及分别与所述第一转向电机和悬架系统连接的第一传动轴；所述第二子转向装置包括第二转向电机、以及分别与所述第二转向电机和悬架系统连接的第二传动轴。

可选地，所述转向系统还包括：

控制器；和

存储器，用于存储转向角对应关系，其中：

所述控制器能够根据存储在所述存储器中的转向角对应关系控制所述第一子转向装置驱动所述第一转向车轮转向，以及控制所述第二子转向装置驱动所述第二转向车轮转向。

可选地，所述控制器为与所述第一子转向装置连接的第一控制器和与所述第二子转向装置连接的第二控制器，所述存储器集成在第一控制器或所述第二控制器中；或者

所述控制器为分别与所述第一子转向装置和所述第二子转向装置连接的第三控制器，所述存储器集成在所述第三控制器中。

本公开的第三个目的是提供一种车辆，包括上述的转向系统。

可选地，所述车辆为无人小型车辆。

通过上述技术方案，相较于相关技术中通过转向器带横拉杆连接转向车轮以构建转向梯形的方式，本公开通过两个子转向装置分别控制两个转向车轮，使得两个转向车轮之间不再具有复杂的机械连接结构，特别是针对小型车种，解决了受空间限制导致的布置困难的问题。此外，两个转向车轮能够在两个子转向装置的控制下协同动作，使得两个转向车轮按照能够减小行驶过程中的附加阻力和轮胎过度磨损的转向角对应关系转向。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开示例性实施方式提供的转向系统的控制方法流程图；

图2是本公开示例性实施方式提供的另一转向系统的控制方法流程图；

图3是本公开示例性实施方式提供的转向系统的立体图；

图4是本公开示例性实施方式提供的转向系统的结构框图；

图5是本公开示例性实施方式提供的另一转向系统的结构框图；

图6是本公开示例性实施方式提供的在左转向时最小转弯半径下的最大外轮转向角的示意图；

图7是本公开示例性实施方式提供的在右转向时最小转弯半径下的最大外轮转向角的示意图；

图8是本公开示例性实施方式提供的转向角对应关系曲线。

附图标记说明

1-第一转向车轮，2-第二转向车轮，3-车身，100-第一子转向装置，101-第一转向电机，102-第一传动轴，103-第一支架，104-第一锁紧螺母，105-第一安装垫片，200-第二子转向装置，201-第二转向电机，202-第二传动轴，310-第一控制器，320-第二控制器，330-第三控制器，400-存储器。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“前、后、左、右”通常是根据车辆在正常行驶状态下的方向所定义的，以车头方向为前、车尾方向为后。“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外。使用的术语“第一”、“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。另外，下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。

本公开提供了一种转向系统以及转向系统的控制方法。首先参考图3至图5说明根据本公开实施方式的转向系统。该转向系统包括用于驱动第一转向车轮1按照第一目标转向角转向的第一子转向装置100，以及用于驱动第二转向车轮2按照第二目标转向角转向的第二子转向装置200。第一子转向装置100和第二子转向装置200能够分别独立地驱动对应的转向车轮转向，并使得第一目标转向角和第二目标转向角满足预定范围内的转向角对应关系。这里的转向车轮是指能够被两个子转向装置驱动而转向的车轮。在图6和图7示出的实施方式中，第一转向车轮1和第二转向车轮2是指左右相对的两个前轮，即车辆采用前轮驱动的方式。同样的，为描述方便，在之后对转向系统的控制方法的描述中，目标转向车轮和除目标转向车轮外的另一转向车轮也是指左右相对的两个前轮。应当理解的是，当车辆采用后轮驱动的方式时，第一转向车轮1和第二转向车轮2则是指左右相对的两个后轮。此外本公开的转向系统和控制方法同样能够应用于四轮驱动的方式，本领域技术人员能够根据所公开的转向系统和控制方法加以简单的变形而实现。

以第一子转向装置100为例，具体的，如图3所示，第一子转向装置100可以包括第一转向电机101和第一传动轴102，第一传动轴102用于将第一转向电机101的动力传递给悬架系统以驱动第一转向轮1转向。其中，第一传动轴102与悬架系统配合，通过第一锁紧螺母104和第一安装垫片105将第一传动轴锁紧，第一支架103通过螺栓等紧固件与车身3连接，第一转向电机101与第一传动轴102通过花键配合，并通过螺栓等紧固件与第一支架103进行连接。第二子转向装置200可以与第一子转向装置100具有相同的组成，包括第二转向电机201和第二传动轴202，其连接关系也与第一子转向装置100相同，此处不再赘述。

本公开转向系统用于实现第一转向车轮1和第二转向车轮2在预定的范围内按照转向角对应关系变化。由于在本公开提供的上述转向系统中，第一转向车轮1和第二转向车轮2采用第一转向装置100和第二转向装置200分别驱动的方式，因此需要提供一种控制方法，使得第一转向装置100和第二转向装置200能够协同作用以满足转向角对应关系。

参考图1和图2说明根据本公开实施方式的转向系统的控制方法。举例来说，车辆在行驶的过程中，会遇到不同的驾驶场景，以物流小车或者智能机器人等小型无人驾驶车辆为例，在执行任务的过程中，需要根据预定的路线进行转向或者临时避开行进路线上的其他车辆。本公开提供的转向系统的控制方法包括：步骤S1，响应于获取到车辆的转向信号，确定与转向信号对应的目标转向车轮，以及目标转向车轮的第一目标转向角，目标转向车轮为左侧车轮或右侧车轮；步骤S2，根据目标转向车轮的第一目标转向角确定除目标转向车轮外的另一转向车轮的第二目标转向角，第一目标转向角和第二目标转向角满足预定范围内的转向角对应关系；以及步骤S3，控制两个子转向装置中的一个驱动所述目标转向车轮按照第一目标转向角转向，以及控制两个子转向装置中的另一个驱动除目标转向车轮外的另一转向车轮按照第二目标转向角转向。

当需要转向时，车辆将转向信号发送给转向系统，转向信号包括转向方向和转向角度信号。值得注意的是，本公开的转向系统同样能够应用于有人驾驶的车辆，通过设置角度传感器以将转向信号发送给转向系统。与转向信号对应的目标车轮可以是左侧车轮或者右侧车轮，这主要是根据车辆具体是向左转向还是向右转向而决定。例如将要在下面给出的一个具体的实施方式中，将“内轮”定义为目标转向车轮，也就是说，当车辆向左转向时，左侧转向车轮为目标转向车轮，而当车辆向右转向时，右侧转向车轮为目标转向车轮。在确定了与转向信号对应的目标转向车轮之后，便能够进一步确认该目标转向车轮的第一目标转向角度，由于转向信号包含有转向角度信号，因此转向信号所指示的转向角度即为目标转向车轮的第一目标转向角。

转向角对应关系可以构造为转向角对应关系曲线或者构造为转向角对应关系列表，转向系统能够查询该转向角对应关系以使得目标转向车轮和除目标转向车轮外的另一转向车轮按照满足预定范围内的转向角对应关系协同转向。当根据转向信号确定了目标转向车轮和第一目标转向角之后，通过查询转向角对应关系便能够确定与第一目标转向角对应的第二目标转向角。此时所确定了的第一目标转向角和第二目标转向角便满足转向角对应关系曲线。该转向角对应关系及其曲线的确定方法将在之后进行详细的说明，以使得满足该转向角对应关系的转向车轮按照能够减小行驶过程中的附加阻力和轮胎过度磨损的转向角对应关系转向。

在确定了目标转向车轮的第一目标转向角和除目标车轮外的另一转向车轮的第二目标转向角之后，车辆便能够控制两个子转向装置中的一个驱动目标转向车轮按照第一目标转向角转向，以及控制两个子转向装置中的另一个驱动除目标转向车轮外的另一转向车轮按照第二目标转向角转向。

通过上述技术方案，相较于相关技术中通过转向器带横拉杆连接转向车轮以构建转向梯形的方式，本公开通过两个子转向装置分别控制两个转向车轮，使得两个转向车轮之间不再具有复杂的机械连接结构，特别是针对小型车种，解决了受空间限制导致的布置困难的问题。此外，两个转向车轮能够在两个子转向装置的控制下协同动作，使得两个转向车轮按照能够减小行驶过程中的附加阻力和轮胎过度磨损的转向角对应关系转向。

转向系统的控制方法还可以进一步包括在获取车辆的转向信号时，获取目标转向车轮的第一当前转向角和除目标车轮外的另一转向车轮的第二当前转向角。例如，当向左转向时，第一目标转向角的目标角度为60°，此时若获取到目标转向车轮的第一当前转向角，发现目标转向车轮已经处于向左转向角为30°的位置，则为了达到目标角度，则只需要驱动目标转向车轮再向左转向30°即可。同理，除目标转向车轮外的另一转向车轮的第二目标转向角也可以根据第二当前转向角进行适应性调整。

为描述方便，在给出一种具体的转向系统的控制方法的实施例之前，下面首先对本公开中涉及的转向角对应关系进行介绍。该转向角对应关系可以进一步绘制成转向角关系曲线并存储在下面将要涉及的存储器400中，并能够在子转向装置驱动对应的转向车轮转向的过程中被查询，以使得目标转向车轮和除目标转向车轮外的另一转向车轮能够满足该转向角对应关系曲线。如图6所示，以车辆的向左转向为例进行说明，应当理解的是，以左转向为例推导出的转向角对应关系以及绘制出的对应关系曲线对于向右转向同样适用。为描述方便，这里将驱动左侧车轮的子转向装置定义为第一子转向装置100，相对应的左侧车轮即为第一转向车轮1，同时将左侧车轮设定为目标转向车轮；驱动右侧车轮的子转向装置定义为第二子转向装置200，相应的右侧车轮即为第二转向车轮2。

定义第一转向电机101为主控制电机，且定义向左转向角度(图6中左侧)为正，右转向角度为负。车辆整车参数为：轮距L＝550mm，两主销轴线与地面交点间的距离B＝1000mm。车辆向左转向时，当以左后轮为中心旋转时可获得的整车的最小转弯半径(最小转弯半径为右前轮与左后轮心间的距离)，在最小转弯半径下，通过L和B两个参数可以得到车辆外轮的最大转向角度(最大转角状态为内轮转角β＝90°时)。外轮的最大转向角度为

经计算，外轮的最大转角为α＝63.435°。

通过上述计算，可以得到第二转向车轮2(对应除目标转向车轮外的另一车轮)的转角范围在0-63.435°之间，第一转向车轮1(对应目标转向车轮)的转角范围在0-90°之间，并进一步完成转向角关系曲线的绘制。转向角对应关系式如下，转化曲线参见图8。

其中，α为除目标转向车轮外的另一转向车轮的第二目标转向角(在向左转向时对应第二转向车轮2)，β为目标转向车轮的第一目标转向角(在向左转向时对应第一转向车轮1)，L为轴距，B为两主销轴线与地面交点间的距离。

回到转向系统的控制方法，根据本公开的一种实施方式，在转向信号表征向左转向时，目标转向车轮为左侧车轮；在转向信号表征向右转向时，目标车轮为右侧车轮，也就是说，无论车辆是向左还是向右转向，总是以转向时的“内侧车轮”为目标车轮。具体的，如图2所示，转向系统的控制方法包括：步骤S11，响应于获取到车辆向左转向的信号，设定左侧车轮为目标车轮，确定左侧车轮的第一目标转向角，步骤S21，按照转向角对应关系，确定右侧车轮的第二目标转向角，以及步骤S31，控制两个子转向装置中的一个驱动左侧车轮按照第一目标转向角转向；控制两个子转向装置中的另一个驱动右侧车轮按照第二目标转向角转向。或者，步骤S12，响应于获取到车辆向右转向的信号，设定右侧车轮为目标车轮，确定右侧车轮的第一目标转向角，步骤S22，按照转向角对应关系，确定左侧车轮的第二目标转向角，以及步骤S32，控制两个子转向装置中的一个驱动右侧车轮按照第一目标转向角转向；控制两个子转向装置中的另一个驱动左侧车轮按照第二目标转向角转向。

同时参考图4和图5，本公开的转向系统还包括有控制器和存储器400，其中，控制器用于将转向方向信号和转向角度信号发送给转向系统，存储器400用于存储转向角关系对应曲线。控制器能够根据存储在存储器400中的转向角对应关系曲线控制第一子转向装置100驱动第一转向车轮1转向，以及控制第二子转向装置200驱动第二转向车轮2转向。控制器300则可以是MCU(微控制单元)，ECU(电子控制单元)或VCU(整车控制器)等具有控制功能的处理器。

根据本公开的一种实施方式，控制器可以为与第一子转向装置100连接的第一控制器310和与第二子转向装置200连接的第二控制器320。存储器400集成在第一控制器310或者第二控制器320中。例如在图4示出的实施方式中，存储器400集成在第一控制器310中。第一控制器310接收转向方向信号和转向角度信号以控制第一子转向装置100。

以存储器400集成在第一控制器310中为例，结合图6和图7进一步详细说明转向系统的控制方法。在转向信号表征向左转向时，左侧车轮(对应图6中的第一转向车轮1)被设定为目标转向车轮，此时转向信号所包含的转向角度即为第一目标转向角，第一子转向装置100根据该第一目标转向角驱动第一转向车轮1转向。第二子转向装置200从集成在第一子转向装置100中的存储器400中获取转换后的第二目标转向角，然后根据该第二目标转向角驱动除目标转向车轮外的另一转向车轮(对应图6中的第二转向车轮2)转向。或者在转向信号表征向右转向时，右侧车轮(对应图7中的第二转向车轮2)被设定为目标转向车轮，此时转向信号所包含的转向角度即为第一目标转向角，第二子转向装置200根据该第一目标转向角驱动第二转向车轮2转向。第一子转向装置100从集成在自身中的存储器400中直接获取转换后的第二目标转向角，然后根据该第二目标转向角驱动除目标转向车轮外的另一转向车轮(对应图7中的第一转向车轮1)转向。

在其他一些实施方式中，也可以在转向信号表征向左转向时，目标转向车轮为右侧车轮；在转向信号表征向右转向时，目标车轮为左侧车轮，也就是说，无论车辆是向左还是向右转向，总是以转向时的“外侧车轮”为目标车轮，同样可以实现上述控制方法，即实现目标转向车轮和除目标转向车轮外的另一转向车轮在预定范围内按照转向角对应关系变化。此外，在图5示出的实施方式中，控制器为分别与第一子转向装置100和第二子转向装置200连接的第三控制器330，存储器400集成在该第三控制器330中。与上述的存储器400集成在用于控制第一子转向装置100的第一控制器310中不同的是，转向角对应关系可以在第三控制器330直接转化，目标转向车轮和除目标转向车轮外的另一车轮分别直接执行转化后的转向目标角度，而无需由集成在第一控制器310中的存储器400转化转向角对应关系之后再发送给第二控制器320。

本发明实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM)，其用作外部高速缓存。本公开描述的装置和方法的存储器400旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

本发明上述实施例揭示的方法可以应用于控制器中，或者由控制器实现。控制器可以集成有集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过控制器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的控制器可以集成有通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本公开实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本公开还提供了一种车辆，该车辆包括上述的转向系统，且具有上述转向系统的所有有益效果，此处不再赘述。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种转向系统的控制方法，应用于车辆，其特征在于，所述车辆包括转向系统，所述转向系统包括两个转向车轮以及用于分别控制两个所述转向车轮的两个子转向装置，所述控制方法包括：

响应于获取到所述车辆的转向信号，确定与所述转向信号对应的目标转向车轮，以及所述目标转向车轮的第一目标转向角，所述目标转向车轮为左侧车轮或右侧车轮；

根据所述目标转向车轮的第一目标转向角确定除所述目标转向车轮外的另一转向车轮的第二目标转向角，所述第一目标转向角和所述第二目标转向角满足预定范围内的转向角对应关系；

控制两个所述子转向装置中的一个驱动所述目标转向车轮按照第一目标转向角转向，以及控制两个所述子转向装置中的另一个驱动除所述目标转向车轮外的另一转向车轮按照第二目标转向角转向。

2.根据权利要求1所述的转向系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：在获取所述车辆的转向信号时，获取所述目标转向车轮的第一当前转向角和除所述目标转向车轮外的另一转向车轮的第二当前转向角。

3.根据权利要求1所述的转向系统的控制方法，其特征在于，在所述转向信号表征向左转向时，所述目标转向车轮为所述左侧车轮；在所述转向信号表征向右转向时，所述目标转向车轮为所述右侧车轮。

4.根据权利要求1所述的转向系统的控制方法，其特征在于，所述转向角对应关系满足以下关系式：

其中，α为除目标车轮外的另一转向车轮的第二目标转向角，β为目标转向车轮的第一目标转向角，L为轴距，B为两主销轴线与地面交点间的距离。

5.一种转向系统，其特征在于，所述转向系统包括用于驱动第一转向车轮(1)按照第一目标转向角转向的第一子转向装置(100)以及用于驱动第二转向车轮(2)按照第二目标转向角转向的第二子转向装置(200)；其中，所述第一目标转向角是根据车辆的转向信号确定的，所述第二目标转向角是根据所述第一目标转向角确定的，所述第一目标转向角和所述第二目标转向角满足预定范围内的转向角对应关系。

6.根据权利要求5所述的转向系统，其特征在于，所述第一子转向装置(100)包括第一转向电机(101)、以及分别与所述第一转向电机(101)和悬架系统连接的第一传动轴(102)；所述第二子转向装置(200)包括第二转向电机(201)、以及分别与所述第二转向电机(201)和悬架系统连接的第二传动轴(202)。

7.根据权利要求5所述的转向系统，其特征在于，所述转向系统还包括：

控制器；和

存储器(400)，用于存储所述转向角对应关系，其中：

所述控制器能够根据存储在所述存储器(400)中的转向角对应关系控制所述第一子转向装置(100)驱动所述第一转向车轮(1)转向，以及控制所述第二子转向装置(200)驱动所述第二转向车轮(2)转向。

8.根据权利要求7所述的转向系统，其特征在于，所述控制器为与所述第一子转向装置(100)连接的第一控制器(310)和与所述第二子转向装置(200)连接的第二控制器(320)，所述存储器(400)集成在第一控制器(310)或所述第二控制器(320)中；或者

所述控制器为分别与所述第一子转向装置(100)和所述第二子转向装置(200)连接的第三控制器(330)，所述存储器(400)集成在所述第三控制器(330)中。

9.一种车辆，其特征在于，包括权利要求5-8中任意一项所述的转向系统。

10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述车辆为无人小型车辆。

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