CN113060210B - 基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆转向控制技术领域，公开了一种基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，包括前轮转向功能、后轮随动转向功能和驱动力差动转向功能，后轮随动转向功能包括标准工作工况和敏感工作工况：启动标准工作工况时，若车辆行驶速度V小于第一临界速度V₁，后轮转向系统按照λ₁的定比例系数进行动作，若车辆行驶速度V大于第一临界速度V₁且小于第二临界速度V₂，后轮转向系统按照λ₂的变比例系数进行动作，若车辆行驶速度V大于第二临界速度V₂，后轮转向系统按照λ₃的定比例系数进行动作，启动敏感工作工况时，若车辆行驶速度V大于第三临界速度V₃时，执行标准工作工况。不同的行驶速度对应后轮转向系统不同动作，提高汽车机动性。

Description

基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法

技术领域

本发明涉及车辆转向控制技术领域，尤其涉及一种基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法。

背景技术

随着用户对于驾乘体验化需求不断提升，当前车辆的尺寸尤其是车辆的轴距逐渐增大，导致汽车在城市行驶工况下掉头困难、转弯不灵活，驾乘体验感降低，对提升车辆机动性的需求迫切增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，以解决提升车辆机动性的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，包括可主动切换的前轮转向功能、后轮随动转向功能和驱动力差动转向功能，其中，所述后轮随动转向功能包括可主动切换的标准工作工况和敏感工作工况：

启动所述后轮随动转向功能的标准工作工况时，后轮转角σ_r＝λ*σ_f，其中，σ_f为前轮转角，λ为比例系数；

若车辆行驶速度V小于第一临界速度V₁，后轮转向系统按照λ₁的定比例系数进行动作，λ₁＝K'*R，其中，K'为标定常数，R为车辆的最小转弯半径，且所述后轮转角到达最大值后不随前轮转角增加而增加；

若所述车辆行驶速度V大于所述第一临界速度V₁且小于第二临界速度V₂，所述后轮转向系统按照λ₂的变比例系数进行动作，λ₂＝{[(m*a)/(K₂*L)]*V²-b}/{[(m*b)/(K₁*L)]*V²+a}，其中，m为所述车辆的质量，V为所述车辆的行驶速度，a为所述车辆的重心至所述车辆的前轴的距离，b为所述车辆的重心至所述车辆的后轴的距离，L＝a+b，K₁为所述车辆的前轴等效侧偏刚度，K₂为所述车辆的后轴等效侧偏刚度；

若所述车辆行驶速度V不小于所述第二临界速度V₂，所述后轮转向系统按照λ₃的定比例系数进行动作；

启动所述后轮随动转向功能的敏感工作工况时，后轮转角σ_r＝λ*σ_f，其中，σ_f为前轮转角，λ为比例系数；

若所述车辆行驶速度V小于第三临界速度V₃，后轮转向系统按照λ₄的定比例系数进行动作，λ₄＝σ_rmax/σ_ft，其中，σ_rmax为后轮的最大转向角，σ_ft为标定前轮转角，且所述后轮转角到达最大值后则不随前轮转角增加而增加；

若所述车辆行驶速度V大于所述第三临界速度V₃时，退出所述敏感工作工况并执行所述标准工作工况。

作为优选，所述第三临界速度V₃介于所述第一临界速度V₁和所述第二临界速度V₂之间。

作为优选，λ₃由后轮转向执行机构的响应速度和主观评价根据实时车辆的实际运行情况进行确定。

作为优选，所述驱动力差动转向功能包括极限转向工况：

若所述车辆行驶速度V小于第四临界速度V₄，且方向盘转角大于第一转向角J₁时，在前后两个外侧车轮施加驱动力执行差动驱动，使所述外侧车轮达到最大允许滑移率，其中所述第四临界速度V₄小于所述第三临界速度V₃。

作为优选，所述在前后两个外侧车轮施加驱动力执行差动驱动步骤之后包括：

若电子稳定系统检测到所述外侧车轮抱死，降低所述外侧车轮的驱动力。

作为优选，所述驱动力差动转向功能还包括敏感转向工况：

若所述车辆行驶速度V大于第四临界速度V₄且小于所述第三临界速度V₃，在前后两个外侧车轮施加驱动力执行差动驱动，使所述外侧车轮增加至Ke倍最大允许滑移率对应的驱动力，其中Ke为小于1的定值系数或变值系数。

作为优选，关闭所述驱动力差动转向功能时仪表盘显示其关闭。

作为优选，前轮转向功能、后轮随动转向功能和驱动力差动转向功能启动前均包括步骤：

获取方向盘转角和车辆行驶速度。

作为优选，通过转向盘转角传感器获取所述方向盘转角。

作为优选，通过车用惯导装置获取所述车辆行驶速度。

本发明的有益效果：前轮转向功能、后轮随动转向功能和驱动力差动转向功能之间可主动切换，进而提高了汽车机动性；并且后轮随动转向功能包括可主动切换的标准工作工况和敏感工作工况，不同的行驶速度对应后轮转向系统不同动作，进一步提高汽车机动性。

附图说明

图1是本申请实施例的后轮随动转向功能的流程示意图；

图2是本申请实施例的驱动力差动转向功能的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本发明提供一种基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，涉及到的车辆安装有四个车轮，且在左前，左后，右前，右后车轮安装有独立的驱动装置，其不限于轮毂电机或主动控制的差速装置，前悬架装有传统转向装置，后轮装有可根据前轮转角进行随动转向的后轮转向装置。

该方法涉及三个功能：前轮转向功能，后轮随动转向功能和驱动力差动转向功能。并且，前轮转向功能、后轮随动转向功能和驱动力差动转向功能三种功能可切换。例如，在前轮转向功能开启时，能够开启后轮随动转向功能或驱动力差动转向功能。在后轮随动转向功能开启时，能够开启驱动力差动转向功能。当然，在转换开启其他功能的时候，均依靠控制系统进行判断，驾驶员根据判断做出相应决定。

优选的，控制系统进行判断，也可直接做出相应决定，例如在定速巡航过程中，可以依靠控制系统自行控制。

该方法实现过程如下：

首先，获取车辆状态信息，包含获取方向盘转角和车辆行驶速度。

进一步，通过转向盘转角传感器获取所述方向盘转角。

进一步，通过车用惯导装置获取车辆行驶速度。需要说明的是，车辆行驶速度也可以根据制动电子稳定程序计算得出。

参见图1，后轮随动转向功能如下：

标准工作状态时，后轮转角σ_r＝λ*σ_f，其中，σ_f为前轮转角，λ为比例系数。

若车辆行驶速度V小于第一临界速度V₁，在本申请实施例中，第一临界速度V₁预设为40km/h，后轮转向系统按照λ₁的定比例系数进行动作，λ₁＝K'*R，其中，K'为标定常数，R为车辆的最小转弯半径，且后轮转角到达最大值后不随前轮转角增加而增加。

可以理解为，当车辆行驶速度较低时，例如以30km/h转向时，后轮转角和前轮转角始终保持固定比例，前轮转角逐渐增大，后轮转角逐渐增大，并在后轮转角到达最大值后保持不变。

若车辆行驶速度V大于第一临界速度V₁且小于第二临界速度V₂，在本申请实施例中，第二临界速度V₂预设为100km/h。后轮转向系统按照λ₂的变比例系数进行动作，λ₂＝{[(m*a)/(K₂*L)]*V²-b}/{[(m*b)/(K₁*L)]*V²+a}，其中，m为车辆的质量，V为车辆的行驶速度(km/h)，a为车辆的重心至车辆的前轴的距离(m)，b为车辆的重心至车辆的后轴的距离(m)，L＝a+b，K₁为车辆的前轴等效侧偏刚度(N/rad)，K₂为车辆的后轴等效侧偏刚度(N/rad)。

可以理解为，当车辆行驶速度较高时，例如以80km/h转向时，后轮转角和前轮转角之间为变比例函数进行动作，车辆转弯过程中，车速逐渐降低，后轮转角随速度变化而变化。

若车辆行驶速度V大于第二临界速度V₂，例如以110km/h转向时，后轮转向系统按照λ₃的定比例系数进行动作。

需要说明的是，λ₃为固定值，其可由后轮转向执行机构的响应速度和主观评价根据车辆的实际运行情况进行调试确定。

启动后轮随动转向功能的敏感工作工况时，后轮转角σ_r＝λ*σ_f，其中，σ_f为前轮转角，λ为比例系数。

若车辆行驶速度V小于第三临界速度V₃，在本申请实施例中，第三临界速度V₃设置为60km/h，后轮转向系统按照λ₄的定比例系数进行动作，λ₄＝σ_rmax/σ_ft，其中，σ_rmax为后轮的最大转向角，σ_ft为标定前轮转角，且后轮转角到达最大值后则不随前轮转角增加而增加。

在本申请实施例中，σ_ft可以设定为180°方向盘转角对应的前轮转角。

可以理解为，当启动后轮随动转向功能的敏感工作工况时后轮转角和前轮转角始终保持固定比例，前轮转角逐渐增大，后轮转角逐渐增大，并在后轮转角到达最大值后保持不变。

进一步，若车辆行驶速度V不小于第三临界速度V₃时，退出敏感工作工况并执行标准工作工况。

需要说明的是，一般情况下以标准工作工况进行，即具有第一临界速度V₁和第二临界速度V₂两个速度阈值，通过驾驶员输入指令进而启动敏感工作工况后，敏感工作工况覆盖了标准工作工况，并且只在车辆行驶速度V大于第三临界速度V₃时回到标准工作工况，两种工况不存在相互干涉。

参见图2，驱动力差动转向功能包括极限转向工况：

若车辆行驶速度V小于第四临界速度V₄，且方向盘转角大于第一转向角J₁时，在前后两个外侧车轮施加驱动力执行差动驱动，使所述外侧车轮达到最大允许滑移率。

在本申请实施例中，第四临界速度V₄预设为15km/h，第一转向角J₁预设为270°，则驱动力控制单元在前后两个外侧车轮施加驱动力执行差动驱动，使前后两个外侧车轮轮速增加至最大允许滑移率，需要说明的是，该滑移率通过标定进行确定，在本申请实施例中，最大允许滑移率预设为30％，以增加内外侧车轮的相对差动量，增加外侧车轮滚动距离，从而降低转弯半径。在驱动力差动转向功能启动过程中，若电子稳定系统(ESC)检测到外侧车轮抱死则通知驱动力控制单元降低外侧车轮驱动力，防止车轮抱死拖滑。

驱动力差动转向功能还包括敏感转向工况：

若车辆行驶速度V大于第四临界速度V₄且小于第三临界速度V₃，在前后两个外侧车轮施加驱动力执行差动驱动，使外侧车轮增加至Ke倍最大允许滑移率对应的驱动力，以增加内外侧车轮的相对差动量，增加外侧车轮滚动距离，从增加行驶机动性。其中，Ke为小于1的定值系数或变值系数。在本申请实施例中，Ke可预设为0.8。

进一步，当驶员手动关闭驱动力差动转向功能开关，该辅助功能关闭，并在驾驶员仪表板显示该功能关闭。

参见图2，系统首先判断车辆行驶速度V是否小于第四临界速度V₄，若是继续判断方向盘转角大于第一转向角J₁，若是则开启极限转向工况。

若车辆行驶速度V不小于第四临界速度V₄，继续判断是否小于第三临界速度V₃，若是，则开启敏感转向工况。另一方面，若车辆行驶速度V小于第四临界速度V₄，且方向盘转角不大于J₁，也开启敏感转向工况。

若车辆行驶速度V不小于第四临界速度V₄，且不小于第三临界速度V₃，退出该功能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，其特征在于，包括可主动切换的前轮转向功能、后轮随动转向功能和驱动力差动转向功能，其中，所述后轮随动转向功能包括可主动切换的标准工作工况和敏感工作工况：

启动所述后轮随动转向功能的标准工作工况时，后轮转角σ_r＝λ*σ_f，其中，σ_f为前轮转角，λ为比例系数；

若车辆行驶速度V小于第一临界速度V₁，后轮转向系统按照λ₁的定比例系数进行动作，λ₁＝K'*R，其中，K'为标定常数，R为车辆的最小转弯半径，且所述后轮转角到达最大值后不随前轮转角增加而增加；

若所述车辆行驶速度V大于所述第一临界速度V₁且小于第二临界速度V₂，所述后轮转向系统按照λ₂的变比例系数进行动作，λ₂＝{[(m*a)/(K₂*L)]*V²-b}/{[(m*b)/(K₁*L)]*V²+a}，其中，m为所述车辆的质量，V为所述车辆的行驶速度，a为所述车辆的重心至所述车辆的前轴的距离，b为所述车辆的重心至所述车辆的后轴的距离，L＝a+b，K₁为所述车辆的前轴等效侧偏刚度，K₂为所述车辆的后轴等效侧偏刚度；

若所述车辆行驶速度V大于所述第二临界速度V₂，所述后轮转向系统按照λ₃的定比例系数进行动作；

启动所述后轮随动转向功能的敏感工作工况时，后轮转角σ_r＝λ*σ_f，其中，σ_f为前轮转角，λ为比例系数；

若所述车辆行驶速度V小于第三临界速度V₃，所述第三临界速度V₃介于所述第一临界速度V₁和所述第二临界速度V₂之间，后轮转向系统按照λ₄的定比例系数进行动作，λ₄＝σ_rmax/σ_ft，其中，σ_rmax为后轮的最大转向角，σ_ft为标定前轮转角，且所述后轮转角到达最大值后则不随前轮转角增加而增加；

若所述车辆行驶速度V不小于所述第三临界速度V₃时，退出所述敏感工作工况并执行所述标准工作工况。

2.根据权利要求1所述的基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，其特征在于，λ₃由后轮转向执行机构的响应速度和主观评价根据实时车辆的实际运行情况进行确定。

3.根据权利要求1所述的基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，其特征在于，所述驱动力差动转向功能包括极限转向工况：

若所述车辆行驶速度V小于第四临界速度V₄，且方向盘转角大于第一转向角J₁时，在前后两个外侧车轮施加驱动力执行差动驱动，使所述外侧车轮达到最大允许滑移率，其中所述第四临界速度V₄小于所述第三临界速度V₃。

4.根据权利要求3所述的基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，其特征在于，所述在前后两个外侧车轮施加驱动力执行差动驱动步骤之后包括：

若电子稳定系统检测到所述外侧车轮抱死，降低所述外侧车轮的驱动力。

5.根据权利要求3所述的基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，其特征在于，所述驱动力差动转向功能还包括敏感转向工况：

若所述车辆行驶速度V大于第四临界速度V₄且小于所述第三临界速度V₃，在前后两个外侧车轮施加驱动力执行差动驱动，使所述外侧车轮增加至Ke倍最大允许滑移率对应的驱动力，其中Ke为小于1的定值系数或变值系数。

6.根据权利要求5所述的基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，其特征在于，关闭所述驱动力差动转向功能时仪表盘显示其关闭。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，其特征在于，前轮转向功能、后轮随动转向功能和驱动力差动转向功能启动前均包括步骤：

获取方向盘转角和车辆行驶速度。

8.根据权利要求7所述的基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，其特征在于，通过转向盘转角传感器获取所述方向盘转角。

9.根据权利要求7所述的基于四轮独立驱动及后轮转向提升汽车机动性的方法，其特征在于，通过车用惯导装置获取所述车辆行驶速度。

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