CN113799764B - 一种用于车辆四轮转向系统的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于车辆四轮转向系统的控制方法及装置，通过车辆的运动信息识别车辆的运行工况，进而计算车辆在该运行工况下的期望后轮转角，从而按照预设后轮转角允许范围限幅所得到的实际后轮转角以及预设后轮转速允许范围控制四轮转向系统。本发明所提供的车辆四轮转向系统的控制方案对于量产车的所有工况具备适应性，从而提高四轮转向控制的精度。

Description

一种用于车辆四轮转向系统的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，更具体地说，涉及一种用于车辆四轮转向系统的控制方法及装置。

背景技术

相比较于传统的前轮转向，四轮转向有诸多优势，例如，提高了汽车在高速行驶时和湿滑路面上的转向性能，驾驶员操纵方向盘反映灵敏，而且在进行急转弯时，也能保持汽车行驶稳定性，在低速时后轮转向与前轮转向方向相反，减小转弯半径等。

但是，目前缺少一种应用于量产车且考虑所有工况的四轮转向控制方案。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种用于车辆四轮转向系统的控制方法及装置。技术方案如下：

一种用于车辆四轮转向系统的控制方法，所述方法包括：

根据车辆的运动信息识别所述车辆的运行工况；

计算所述车辆在所述运行工况下的期望后轮转角；

按照所述车辆的预设后轮转角允许范围，对所述期望后轮转角进行限幅得到实际后轮转角；其中，所述实际后轮转角和所述车辆的预设后轮转速允许范围是控制四轮转向系统的基础或依据。

优选的，所述根据车辆的运动信息识别所述车辆的运行工况，包括：

当监测到所述车辆启动时，确定所述车辆进入常规工况；

判断所述车辆的EPS电动助力转向系统信号是否失效；

如果所述EPS信号失效，确定所述车辆进入第一转向失效工况；

如果所述EPS信号未失效，判断所述车辆的方向盘手力是否处于所述车辆的预设方向盘手力范围、所述车辆的方向盘转角是否处于所述车辆的第一预设方向盘转角范围；

如果所述方向盘手力不处于所述预设方向盘手力范围、且所述方向盘转角处于所述第一预设方向盘转角范围，确定所述车辆进入第二转向失效工况；

如果所述方向盘手力处于所述预设方向盘手力范围、或者所述方向盘转角不处于所述第一预设方向盘转角范围，判断所述车辆的车速是否处于所述车辆的预设车速范围、所述车辆的方向盘转速是否大于所述车辆的预设方向盘转速阈值；

如果所述车速处于所述预设车速范围、且所述方向盘转速大于所述预设方向盘转速阈值，确定所述车辆进入紧急转弯工况；

如果所述车速不处于所述预设车速范围、或者所述方向盘转速不大于所述预设方向盘转速阈值，返回执行所述确定所述车辆进入常规工况。

优选的，所述运行工况为所述常规工况，所述计算所述车辆在所述运行工况下的期望后轮转角，包括：

判断所述车速是否大于第一车速阈值，所述第一车速阈值小于所述预设车速范围中的最小车速；

如果所述车速大于所述第一车速阈值，根据所述车速和标定的二自由度车辆模型中的部分参数计算所述车辆的第一转角比；其中，所述第一转角比为所述车辆在所述常规工况下的转角比，所述转角比表征所述车辆的后轮转角与前轮转角之比，所述部分参数包括前轴距质心距离、后轴距质心距离、整车质量、轴距、前轮侧偏刚度绝对值、后轮侧偏刚度绝对值和绕Z轴转动惯量；

如果所述车速不大于所述第一车速阈值，根据所述车辆在静止时的后轮最快转速、方向盘最大转速和第一转向传动比，计算所述第一转角比；

基于所述第一转角比、所述方向盘转角和所述二自由度车辆模型中的第二转向传动比，计算所述车辆在所述常规工况下的期望后轮转角。

优选的，所述运行工况为所述第一转向失效工况，所述计算所述车辆在所述运行工况下的期望后轮转角，包括：

判断所述车速是否大于第二车速阈值，所述第二车速阈值小于所述第一车速阈值；

如果所述车速大于所述第二车速阈值，将所述第一转角比作为所述车辆的第二转角比，所述第二转角比为所述车辆在所述第一转向失效工况下的转角比；

如果所述车速不大于所述第二车速阈值，判断所述车速是否小于第三车速阈值，所述第三车速阈值小于所述第二车速阈值；

如果所述车速小于所述第三车速阈值，增大所述第一转角比，并将增大后的第一转角比作为所述第二转角比；

如果所述车速不小于所述第三车速阈值，根据所述第一车速阈值和所述第二车速阈值增大所述第一转角比，并将增大后的第一转角比作为所述第二转角比；

基于所述第二转角比、所述方向盘转角和所述方向盘到前轮的传动比，计算所述车辆在所述第一转向失效工况下的期望后轮转角。

优选的，所述运行工况为所述第二转向失效工况，所述计算所述车辆在所述运行工况下的期望后轮转角，包括：

判断所述方向盘手力是否处于所述车辆的预设方向盘手力允许范围；其中，所述预设方向盘手力允许范围中的最大允许方向盘手力大于所述预设方向盘手力范围中的最大方向盘手力；

如果所述方向盘手力处于所述预设方向盘手力允许范围，根据所述预设后轮转角允许范围中的最大允许后轮转角和所述方向盘手力，计算所述车辆在所述第二转向失效工况下的期望后轮转角；

如果所述方向盘手力不处于所述预设方向盘手力允许范围，将所述预设后轮转角允许范围中的最大允许后轮转角作为所述车辆在所述第二转向失效工况下的期望后轮转角。

优选的，所述运行工况为所述紧急转弯工况，所述计算所述车辆在所述运行工况下的期望后轮转角，包括：

判断所述方向盘转角是否处于所述车辆的第二预设方向盘转角范围，所述第二预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角大于所述第一预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角；

如果所述方向盘转角不处于所述第二预设方向盘转角范围，增大所述第一转角比，并将增大后的第一转角比作为所述车辆的第三转角比，所述第三转角比为所述车辆在所述紧急转弯工况下的转角比；

如果所述方向盘转角处于所述第二预设方向盘转角范围，判断所述方向盘转角是否处于所述第一预设方向盘转角范围；

如果所述方向盘转角不处于所述第一预设方向盘转角范围，根据所述第一预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角和第二预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角，增大所述第一转角比，并将增大后的第一转角比作为所述第三转角比；

如果所述方向盘转角处于所述第一预设方向盘转角范围，将所述第一转角比作为所述第三转角比；

基于所述第三转角比、所述方向盘转角和所述方向盘到前轮的传动比，计算所述车辆在所述第一转向失效工况下的期望后轮转角。

一种用于车辆四轮转向系统的控制装置，所述装置包括：

识别模块，用于根据车辆的运动信息识别所述车辆的运行工况；

计算模块，用于计算所述车辆在所述运行工况下的期望后轮转角；

限幅模块，用于按照所述车辆的预设后轮转角允许范围，对所述期望后轮转角进行限幅得到实际后轮转角；其中，所述实际后轮转角和所述车辆的预设后轮转速允许范围是控制四轮转向系统的基础或依据。

优选的，所述识别模块，具体用于：

当监测到所述车辆启动时，确定所述车辆进入常规工况；判断所述车辆的EPS电动助力转向系统信号是否失效；如果所述EPS信号失效，确定所述车辆进入第一转向失效工况；如果所述EPS信号未失效，判断所述车辆的方向盘手力是否处于所述车辆的预设方向盘手力范围、所述车辆的方向盘转角是否处于所述车辆的第一预设方向盘转角范围；如果所述方向盘手力不处于所述预设方向盘手力范围、且所述方向盘转角处于所述第一预设方向盘转角范围，确定所述车辆进入第二转向失效工况；如果所述方向盘手力处于所述预设方向盘手力范围、或者所述方向盘转角不处于所述第一预设方向盘转角范围，判断所述车辆的车速是否处于所述车辆的预设车速范围、所述车辆的方向盘转速是否大于所述车辆的预设方向盘转速阈值；如果所述车速处于所述预设车速范围、且所述方向盘转速大于所述预设方向盘转速阈值，确定所述车辆进入紧急转弯工况；如果所述车速不处于所述预设车速范围、或者所述方向盘转速不大于所述预设方向盘转速阈值，返回执行所述确定所述车辆进入常规工况。

优选的，所述计算模块，具体用于：

在所述运行工况为所述常规工况的情况下，判断所述车速是否大于第一车速阈值，所述第一车速阈值小于所述预设车速范围中的最小车速；如果所述车速大于所述第一车速阈值，根据所述车速和标定的二自由度车辆模型中的部分参数计算所述车辆的第一转角比；其中，所述第一转角比为所述车辆在所述常规工况下的转角比，所述转角比表征所述车辆的后轮转角与前轮转角之比，所述部分参数包括前轴距质心距离、后轴距质心距离、整车质量、轴距、前轮侧偏刚度绝对值、后轮侧偏刚度绝对值和绕Z轴转动惯量；如果所述车速不大于所述第一车速阈值，根据所述车辆在静止时的后轮最快转速、方向盘最大转速和第一转向传动比，计算所述第一转角比；基于所述第一转角比、所述方向盘转角和所述二自由度车辆模型中的第二转向传动比，计算所述车辆在所述常规工况下的期望后轮转角。

优选的，所述计算模块，具体用于：

在所述运行工况为所述第一转向失效工况的情况下，判断所述车速是否大于第二车速阈值，所述第二车速阈值小于所述第一车速阈值；如果所述车速大于所述第二车速阈值，将所述第一转角比作为所述车辆的第二转角比，所述第二转角比为所述车辆在所述第一转向失效工况下的转角比；如果所述车速不大于所述第二车速阈值，判断所述车速是否小于第三车速阈值，所述第三车速阈值小于所述第二车速阈值；如果所述车速小于所述第三车速阈值，增大所述第一转角比，并将增大后的第一转角比作为所述第二转角比；如果所述车速不小于所述第三车速阈值，根据所述第一车速阈值和所述第二车速阈值增大所述第一转角比，并将增大后的第一转角比作为所述第二转角比；基于所述第二转角比、所述方向盘转角和所述方向盘到前轮的传动比，计算所述车辆在所述第一转向失效工况下的期望后轮转角。

以上本发明提供的一种用于车辆四轮转向系统的控制方法及装置，通过车辆的运动信息识别车辆的运行工况，进而计算车辆在该运行工况下的期望后轮转角，从而按照预设后轮转角允许范围限幅所得到的实际后轮转角以及预设后轮转速允许范围控制四轮转向系统。本发明所提供的车辆四轮转向系统的控制方案对于量产车的所有工况具备适应性，从而提高四轮转向控制的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的RWS控制器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的用于车辆四轮转向系统的控制方法的方法流程图；

图3为本发明实施例提供的用于车辆四轮转向系统的控制方法的部分方法流程图；

图4为本发明实施例提供的稳态的K1随车速的关系曲线示意图；

图5为本发明实施例提供的用于车辆四轮转向系统的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明首先建立二自由度车辆模型(2DOF)，标定车辆模型参数，如前轴距质心距离l_f、后轴距质心距离l_r、整车质量m、轴距l、前轮侧偏刚度绝对值k_f、后轮侧偏刚度绝对值k_r和绕Z轴转动惯量I、(方向盘到前轮)转向传动比n。

需要说明的是，本发明实施例中，后续标定的二自由度车辆模型中转向传动比n为第二转向传动比。

其次，在以下几种经典工况实车试验，进行验证实二自由度模型的正确性。

1)不同车速下阶跃方向盘转角输入，稳态圆周行驶，并保持侧向加速度处于0.4g以内；

2)保持匀速，Sine Wave方向盘转角输入；

3)DLC双移线工况。

通过以上稳态圆周、Sine Wave方向盘转角输入以及DLC等典型工况下的试验，将2DOF车辆模型参数与实车对标，标定出在线性区域最匹配实车的车辆模型参数。

2DOF车辆模型参数与实车对标后，再进行本发明中RWS(Rear WheelSteer，后轮转向)控制器的设计。图1为本发明实施例提供的RWS控制器的结构示意图。

本发明实施例提供的用于车辆四轮转向系统的控制方法，能够应用于RWS控制器，该方法的方法流程图如图2所示，包括如下步骤：

S10，根据车辆的运动信息识别车辆的运行工况。

本发明实施例中，车辆的运行工况一般包括常规工况、转向失效工况和紧急转弯工况。其中，常规工况是指正常的直行、转弯等非故障模式，转向失效工况是指由于机械故障、电气故障等导致前轮转向卡死而无法转动的故障模式，紧急转弯工况则是指紧急避让行人或者障碍物而快速打方向盘的模式。

具体实现过程中，步骤S10“根据车辆的运动信息识别车辆的运行工况”可以采用如下步骤，方法流程图如图3所示：

S101，当监测到车辆启动时，确定车辆进入常规工况。

本发明实施例中，车辆开始运行时，默认进入常规工况。

S102，判断车辆的EPS电动助力转向系统信号是否失效。若是，则执行步骤S103；若否，则执行步骤S104。

本发明实施例中，根据EPS(Electric Power Steering，电动助力转向系统，依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统)信号来判断车辆是否失去助力，从而进入第一类的转向失效工况，即第一转向失效工况。

S103，确定车辆进入第一转向失效工况。

S104，判断车辆的方向盘手力是否处于车辆的预设方向盘手力范围、车辆的方向盘转角是否处于车辆的第一预设方向盘转角范围。若是(方向盘手力不处于预设方向盘手力范围、且方向盘转角处于第一预设方向盘转角范围)，则执行步骤S105；若否(方向盘手力处于预设方向盘手力范围、或者方向盘转角不处于第一预设方向盘转角范围)则执行步骤S106。

本发明实施例中，根据方向盘手力、方向盘转角来判断车辆是否出现前轮卡死且方向盘无法转动的情况，从而进入第二类的转向失效工况，即第二转向失效工况。

具体的，预设方向盘手力范围中包含一个最大方向盘手力，本实施例中该最大方向盘手力指的是方向盘手力的最大数值，而不考虑方向。在实际应用中，方向盘手力分为正向和反向(对应方向盘的顺时针和逆时针)，即预设方向盘手力范围为[-Tq1,Tq1]，其中，Tq1为最大方向盘手力。

第一预设方向盘转角范围中包含一个最大方向盘转角，本实施例中该最大方向盘转角指的是方向盘转角的最大数值，而不考虑方向。在实际应用中，方向盘转角分为正向和反向(对应方向盘的顺时针和逆时针)，即第一预设方向盘转角范围为[-WhlAng1,WhlAng1]，其中，WhlAng1为最大方向盘转角。

此外，为提高第二转向失效工况识别的精度，还可以设置针对方向盘手力的时长判定条件，即车辆的方向盘手力不处于预设方向盘手力范围的持续时长超过指定时长、且方向盘转角处于第一预设方向盘转角范围时，才确定车辆进入第二转向失效工况。

S105，确定车辆进入第二转向失效工况。

S106，判断车辆的车速是否处于车辆的预设车速范围、车辆的方向盘转速是否大于车辆的预设方向盘转速阈值。若是(车速处于预设车速范围、且方向盘转速大于预设方向盘转速阈值)，则执行步骤S107；若否，则返回执行步骤S101。

本发明实施例中，根据车速和方向盘转速来判断车辆是否出现紧急转弯的情况，从而进入紧急转弯工况。

具体的，预设车速范围为[VelSpd1,VelSpd2]其中，VelSpd1和VelSpd2为用户设置的车速等级，预设方向盘转速阈值WhlSpd为用户设置的方向盘转速等级，

S107，确定车辆进入紧急转弯工况。

S20，计算车辆在运行工况下的期望后轮转角。

本发明实施例中，常规工况下，后轮控制目标是使车辆的质心侧偏角恒为0，从而实现车辆的航向始终与行驶方向一致。通过后轮转角与前轮转角的传递函数表示为如下公式(1)：

其中，δ_r(s)为后轮转角，δ_f(s)为前轮转角，k(s)为后轮转角与前轮转角的传递函数，s为拉普拉斯算子。

相应与前轮转角，对侧偏角进行求解得到如下公式(2)：

其中，β(s)为，V为车速。

设定k(s)使公式(2)的分子为零，即如下公式(3)所示：

则传递函数对转向盘响应的传递函数为零，此时求解k(s)如下公式(4)所示：

其中，k₀如下公式(5)所示，如下公式(6)所示：

在实际应用中，为将k(s)编译到RWS控制器中，需要将k(s)连续型传递函数离散化，以双线性方式离散化，得到以下公式(7)：

其中，δ_r为离散后的k(s)，T_s为离散化的步长，z^-1为滞后的一个步长。

基于公式(7)可以计算出期望后轮转角，在低速范围，特别的车速为0时，根据公式(4)计算此时后轮转角/前轮转角

方向盘转速最大能达到W0，第一转向传动比n＝i，前轮最大转向速度为

如果K1取

则需要后轮以

的转向速度执行。通常由于后轮转向执行器受功率、转速以及机械限制，无法达到如此高的转速，如果K1保持

会造成后轮转向滞后，因此对K1进行限制。

首先对实车试验，得到车辆静止时后轮最快转速W1，方向盘最大转速为W0，根据转向传动比i，计算出静止时K1绝对值的最大值

以某A级SUV车的参数为例，画出其稳态的K1随车速的关系曲线如图4所示，不同车型K1曲线亦不相同。

根据K1＝-K1_max时，在K1曲线上得到相应车速，车速等于Vel。因此，当车速高于Vel，通过公式(7)计算后轮转角；当车速低于Vel，后轮转角等于前轮转角乘以-K1_max。

进一步，对于转向失效工况，需要从以下两种极端工况分析：第一转向失效工况，EPS助力失效，导致转向时需要的手力很大；第二转向失效工况，前轮处于小角度时卡死，导致前轮无法转向，由于机械连接，方向盘也无法转动。

第一转向失效工况，车速低于VelSpd0，汽车的转向力矩主要由回正力矩组成，车辆静止时，主要由摩擦力矩及回正力矩组成。因此当前轮转向失去助力且车速较低时，转弯需要的方向盘手力较大，而车辆静止时转向所需的方向盘手力最大。此时后轮转角/前轮转角K2比常规工况下的K1更大，在相同方向盘转角，后轮提供更大的转角，降低低速转弯时驾驶员的操作强度，使得车辆能够按照驾驶员意向转弯。

第二转向失效工况，当前轮及方向盘处于某一小角度无法转动的状态(方向盘转角处于[-WhlAng1,WhlAng1])后轮转角根据方向盘扭矩提供一定程度转角，即预设后轮转角允许范围，使车辆能够保持直行以及小转弯行驶到安全区域。

其中，设后轮转角允许范围包含一个最大允许后轮转角，本实施例中该最大允许后轮转角指的是后轮转角被允许的最大数值，而不考虑方向。在实际应用中，后轮转角分为正向和反向(对应车轮的顺时针和逆时针)，即预设后轮转角允许范围为[-Ang1，Ang1]，其中，Ang1为最大允许后轮转角。

由于方向盘与前轮通过转向机机械连接，方向盘转动而前轮无法转动，此时，后轮转角正比于方向盘手力，为减小驾驶员操作强度，在方向盘手力达到最大允许方向盘手力Tq_whl时，后轮转角转到最大位置Ang1。

此外，对于紧急转弯工况，后轮转角提供比常规工况下更大的转角，以实现快速转弯。

具体实现过程中，为实现常规工况下改善四轮转向车辆机动性和操纵稳定性，步骤S20“计算车辆在运行工况下的期望后轮转角”，采用如下步骤：

判断车速是否大于第一车速阈值，第一车速阈值小于预设车速范围中的最小车速；

如果车速大于第一车速阈值，根据车速和标定的二自由度车辆模型中的部分参数计算车辆的第一转角比；其中，第一转角比为车辆在常规工况下的转角比，转角比表征车辆的后轮转角与前轮转角之比，部分参数包括前轴距质心距离、后轴距质心距离、整车质量、轴距、前轮侧偏刚度绝对值、后轮侧偏刚度绝对值和绕Z轴转动惯量；

如果车速不大于第一车速阈值，根据车辆在静止时的后轮最快转速、方向盘最大转速和转向传动比，计算第一转角比；

基于第一转角比、方向盘转角和二自由度车辆模型中的方向盘到前轮的传动比，计算车辆在常规工况下的期望后轮转角。

在本实施例中，第一车速阈值为Vel＜VelSpd1。当车速大于Vel时，后轮转角/前轮转角，即第一转角比

当车速小于Vel时，后轮转角/前轮转角，即第一转角比K1＝-K1_max。

此时，期望后轮转角

其中，δ为方向盘转角。

具体实现过程中，为提高转向失效工况的驾驶安全性，用后轮转向作为冗余，第一转向失效工况下，步骤S20“计算车辆在运行工况下的期望后轮转角”，采用如下步骤：

判断车速是否大于第二车速阈值，第二车速阈值小于第一车速阈值；

如果车速大于第二车速阈值，将第一转角比作为车辆的第二转角比，第二转角比为车辆在第一转向失效工况下的转角比；

如果车速不大于第二车速阈值，判断车速是否小于第三车速阈值，第三车速阈值小于第二车速阈值；

如果车速小于第三车速阈值，根据第一车速阈值和第二车速阈值增大第一转角比，并将增大后的第一转角比作为第二转角比；

如果车速不小于第三车速阈值，减小第一转角比，并将减小后的第一转角比作为第二转角比；

基于第二转角比、方向盘转角和方向盘到前轮的传动比，计算车辆在第一转向失效工况下的期望后轮转角。

在该实施例中，第二车速阈值Vel1大于第三车速阈值Vel2、且小于第一车速阈值Vel。

当车速大于Vel1时，后轮转角/前轮转角，即第二转角比K2＝K1；当车速小于时Vel2，后轮转角/前轮转角，即第二转角比K2＝2K1；当车速处于不小于Vel2、且不大于Vel1时，后轮转角/前轮转角，即第二转角比

此时，期望后轮转角

具体实现过程中，为提高转向失效工况的驾驶安全性，用后轮转向作为冗余，第二转向失效工况下，步骤S20“计算车辆在运行工况下的期望后轮转角”，采用如下步骤：

判断方向盘手力是否处于车辆的预设方向盘手力允许范围；其中，预设方向盘手力允许范围中的最大允许方向盘手力大于预设方向盘手力范围中的最大方向盘手力；

如果方向盘手力处于预设方向盘手力允许范围，根据预设后轮转角允许范围中的最大允许后轮转角和方向盘手力，计算车辆在第二转向失效工况下的期望后轮转角；

如果方向盘手力不处于预设方向盘手力允许范围，将预设后轮转角允许范围中的最大允许后轮转角作为车辆在第二转向失效工况下的期望后轮转角。

在该实施例中，与预设方向盘手力范围相同，预设方向盘手力允许范围中包含一个最大允许方向盘手力，本实施例中该最大允许方向盘手力指的是方向盘手力被允许的最大数值，而不考虑方向。在实际应用中，方向盘手力分为正向和反向(对应方向盘的顺时针和逆时针)，即预设方向盘手力允许范围为[-Tq2,Tq2]，其中，Tq2为最大允许方向盘手力，Tq2＞Tq1。

当方向盘手力处于[-Tq2,Tq2]时，期望后轮转角RearAnger3＝Ang1/Tq2；当方向盘手力大于Tq2时，期望后轮转角RearAnger3＝Ang1；当方向盘手力小于Tq2时，RearAnger3＝-Ang1。

具体实现过程中，为降低紧急转弯工况下的碰撞风险，步骤S20“计算车辆在运行工况下的期望后轮转角”，采用如下步骤：

判断方向盘转角是否处于车辆的第二预设方向盘转角范围，第二预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角大于第一预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角；

如果方向盘转角不处于第二预设方向盘转角范围，增大第一转角比，并将增大后的第一转角比作为车辆的第三转角比，第三转角比为车辆在紧急转弯工况下的转角比；

如果方向盘转角处于第二预设方向盘转角范围，判断方向盘转角是否处于第一预设方向盘转角范围；

如果方向盘转角不处于第一预设方向盘转角范围，根据第一预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角和第二预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角，增大第一转角比，并将增大后的第一转角比作为第三转角比；

如果方向盘转角处于第一预设方向盘转角范围，将第一转角比作为第三转角比；

基于第三转角比、方向盘转角和方向盘到前轮的传动比，计算车辆在第一转向失效工况下的期望后轮转角。

在本实施例中，与第一预设方向盘转角范围相同，第二预设方向盘转角范围中包含一个最大方向盘转角，本实施例中该最大方向盘转角指的是方向盘转角的最大数值，而不考虑方向。在实际应用中，方向盘转角分为正向和反向(对应方向盘的顺时针和逆时针)，即第二预设方向盘转角范围为[-WhlAng2,WhlAng2]，其中，WhlAng2为最大方向盘转角，WhlAng2＞WhlAng1。

当方向盘转角不处于[-WhlAng2,WhlAng2]时，后轮转角/前轮转角，即第三转角比K3＝1.5*K1；当方向盘转角处于[-WhlAng1,WhlAng1]时，后轮转角/前轮转角，即第三转角比K3＝K1；当方向盘转角处于(-WhlAng2,-WhlAng1)或者(WhlAng1,WhlAng2)时，后轮转角/前轮转角，即第三转角比

此时，期望后轮转角

S30，按照车辆的预设后轮转角允许范围，对期望后轮转角进行限幅得到实际后轮转角；其中，实际后轮转角和车辆的预设后轮转速允许范围是控制四轮转向系统的基础或依据。

本发明实施例中，受限于后轮转向执行器的功率、电机转速、最大转角等因素，对后轮转角和后轮转速进行如下限制：

要求期望后轮转角处于[-Ang1，Ang1]内，对于未处于该范围内的后轮转角，进行限幅处理。具体的，

期望后轮转角高于Ang1，实际后轮转角被设置为Ang1；期望后轮转角低于-Ang1，实际后轮转角被设置为-Ang1；期望后轮转角处于[-Ang1，Ang1]内，实际后轮转角则为期望后轮转角。

此外，预设后轮转速允许范围针对的是后轮转角跟随前轮转角的变化率，要求后轮转角跟随前轮转角的变化率≤AngSpd。

四轮转向车辆通过应用本发明实施例提供的控制方法将实现以下技术效果：1)在中高速转向时可以使车辆稳定性更好；2)在低速时有更小的转弯半径，机动性和灵活性更好；3)在前轮转向失去助力或无法转向时，后轮转向可以作为前轮转向冗余，使车辆能行驶到安全区域；4)当紧急转弯时，后轮增大反向转动角度，减小转弯半径。

基于上述实施例提供的用于车辆四轮转向系统的控制方法，本发明实施例则提供执行上述用于车辆四轮转向系统的控制方法的装置，该装置的结构示意图如图5所示，包括：

识别模块10，用于根据车辆的运动信息识别车辆的运行工况；

计算模块20，用于计算车辆在运行工况下的期望后轮转角；

限幅模块30，用于按照车辆的预设后轮转角允许范围，对期望后轮转角进行限幅得到实际后轮转角；其中，实际后轮转角和车辆的预设后轮转速允许范围是控制四轮转向系统的基础或依据。

可选的，识别模块，具体用于：

当监测到车辆启动时，确定车辆进入常规工况；判断车辆的EPS电动助力转向系统信号是否失效；如果EPS信号失效，确定车辆进入第一转向失效工况；如果EPS信号未失效，判断车辆的方向盘手力是否处于车辆的预设方向盘手力范围、车辆的方向盘转角是否处于车辆的第一预设方向盘转角范围；如果方向盘手力不处于预设方向盘手力范围、且方向盘转角处于第一预设方向盘转角范围，确定车辆进入第二转向失效工况；如果方向盘手力处于预设方向盘手力范围、或者方向盘转角不处于第一预设方向盘转角范围，判断车辆的车速是否处于车辆的预设车速范围、车辆的方向盘转速是否大于车辆的预设方向盘转速阈值；如果车速处于预设车速范围、且方向盘转速大于预设方向盘转速阈值，确定车辆进入紧急转弯工况；如果车速不处于预设车速范围、或者方向盘转速不大于预设方向盘转速阈值，返回执行确定车辆进入常规工况。

可选的，计算模块20，具体用于：

在运行工况为常规工况的情况下，判断车速是否大于第一车速阈值，第一车速阈值小于预设车速范围中的最小车速；如果车速大于第一车速阈值，根据车速和标定的二自由度车辆模型中的部分参数计算车辆的第一转角比；其中，第一转角比为车辆在常规工况下的转角比，转角比表征车辆的后轮转角与前轮转角之比，部分参数包括前轴距质心距离、后轴距质心距离、整车质量、轴距、前轮侧偏刚度绝对值、后轮侧偏刚度绝对值和绕Z轴转动惯量；如果车速不大于第一车速阈值，根据车辆在静止时的后轮最快转速、方向盘最大转速和第一转向传动比，计算第一转角比；基于第一转角比、方向盘转角和二自由度车辆模型中的第二转向传动比，计算车辆在常规工况下的期望后轮转角。

可选的，计算模块20，具体用于：

在运行工况为第一转向失效工况的情况下，判断车速是否大于第二车速阈值，第二车速阈值小于第一车速阈值；如果车速大于第二车速阈值，将第一转角比作为车辆的第二转角比，第二转角比为车辆在第一转向失效工况下的转角比；如果车速不大于第二车速阈值，判断车速是否小于第三车速阈值，第三车速阈值小于第二车速阈值；如果车速小于第三车速阈值，增大第一转角比，并将增大后的第一转角比作为第二转角比；如果车速不小于第三车速阈值，根据第一车速阈值和第二车速阈值增大第一转角比，并将增大后的第一转角比作为第二转角比；基于第二转角比、方向盘转角和方向盘到前轮的传动比，计算车辆在第一转向失效工况下的期望后轮转角。

可选的，计算模块20，具体用于：

在运行工况为第二转向失效工况的情况下，判断方向盘手力是否处于车辆的预设方向盘手力允许范围；其中，预设方向盘手力允许范围中的最大允许方向盘手力大于预设方向盘手力范围中的最大方向盘手力；如果方向盘手力处于预设方向盘手力允许范围，根据预设后轮转角允许范围中的最大允许后轮转角和方向盘手力，计算车辆在第二转向失效工况下的期望后轮转角；如果方向盘手力不处于预设方向盘手力允许范围，将预设后轮转角允许范围中的最大允许后轮转角作为车辆在第二转向失效工况下的期望后轮转角。

可选的，计算模块20，具体用于：

在运行工况为紧急转弯工况的情况下，判断方向盘转角是否处于车辆的第二预设方向盘转角范围，第二预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角大于第一预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角；如果方向盘转角不处于第二预设方向盘转角范围，增大第一转角比，并将增大后的第一转角比作为车辆的第三转角比，第三转角比为车辆在紧急转弯工况下的转角比；如果方向盘转角处于第二预设方向盘转角范围，判断方向盘转角是否处于第一预设方向盘转角范围；如果方向盘转角不处于第一预设方向盘转角范围，根据第一预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角和第二预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角，增大第一转角比，并将增大后的第一转角比作为第三转角比；如果方向盘转角处于第一预设方向盘转角范围，将第一转角比作为第三转角比；基于第三转角比、方向盘转角和方向盘到前轮的传动比，计算车辆在第一转向失效工况下的期望后轮转角。

本发明实施例提供的用于车辆四轮转向系统的控制装置，对于量产车的所有工况具备适应性，从而提高四轮转向控制的精度。

以上对本申请所提供的一种用于车辆四轮转向系统的控制方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种用于车辆四轮转向系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

根据车辆的运动信息识别所述车辆的运行工况；

计算所述车辆在所述运行工况下的期望后轮转角；

按照所述车辆的预设后轮转角允许范围，对所述期望后轮转角进行限幅得到实际后轮转角；其中，所述实际后轮转角和所述车辆的预设后轮转速允许范围是控制四轮转向系统的基础或依据；

其中，所述根据车辆的运动信息识别所述车辆的运行工况，包括：

当监测到所述车辆启动时，确定所述车辆进入常规工况；

判断所述车辆的EPS信号是否失效；

如果所述EPS信号失效，确定所述车辆进入第一转向失效工况；

如果所述EPS信号未失效，判断所述车辆的方向盘手力是否处于所述车辆的预设方向盘手力范围、所述车辆的方向盘转角是否处于所述车辆的第一预设方向盘转角范围；

如果所述方向盘手力不处于所述预设方向盘手力范围、且所述方向盘转角处于所述第一预设方向盘转角范围，确定所述车辆进入第二转向失效工况；

如果所述方向盘手力处于所述预设方向盘手力范围、或者所述方向盘转角不处于所述第一预设方向盘转角范围，判断所述车辆的车速是否处于所述车辆的预设车速范围、所述车辆的方向盘转速是否大于所述车辆的预设方向盘转速阈值；

如果所述车速处于所述预设车速范围、且所述方向盘转速大于所述预设方向盘转速阈值，确定所述车辆进入紧急转弯工况；

如果所述车速不处于所述预设车速范围、或者所述方向盘转速不大于所述预设方向盘转速阈值，返回执行所述确定所述车辆进入常规工况；

其中，所述运行工况为所述常规工况，所述计算所述车辆在所述运行工况下的期望后轮转角，包括：

判断所述车速是否大于第一车速阈值，所述第一车速阈值小于所述预设车速范围中的最小车速；

如果所述车速大于所述第一车速阈值，根据所述车速和标定的二自由度车辆模型中的部分参数计算所述车辆的第一转角比；其中，所述第一转角比为所述车辆在所述常规工况下的转角比，所述转角比表征所述车辆的后轮转角与前轮转角之比，所述部分参数包括前轴距质心距离、后轴距质心距离、整车质量、轴距、前轮侧偏刚度绝对值、后轮侧偏刚度绝对值和绕Z轴转动惯量；

如果所述车速不大于所述第一车速阈值，根据所述车辆在静止时的后轮最快转速、方向盘最大转速和第一转向传动比，计算所述第一转角比；

基于所述第一转角比、所述方向盘转角和所述二自由度车辆模型中的第二转向传动比，计算所述车辆在所述常规工况下的期望后轮转角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运行工况为所述第一转向失效工况，所述计算所述车辆在所述运行工况下的期望后轮转角，包括：

判断所述车速是否大于第二车速阈值，所述第二车速阈值小于所述第一车速阈值；

如果所述车速大于所述第二车速阈值，将所述第一转角比作为所述车辆的第二转角比，所述第二转角比为所述车辆在所述第一转向失效工况下的转角比；

如果所述车速不大于所述第二车速阈值，判断所述车速是否小于第三车速阈值，所述第三车速阈值小于所述第二车速阈值；

如果所述车速小于所述第三车速阈值，增大所述第一转角比，并将增大后的第一转角比作为所述第二转角比；

如果所述车速不小于所述第三车速阈值，根据所述第一车速阈值和所述第二车速阈值增大所述第一转角比，并将增大后的第一转角比作为所述第二转角比；

基于所述第二转角比、所述方向盘转角和所述方向盘到前轮的传动比，计算所述车辆在所述第一转向失效工况下的期望后轮转角。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运行工况为所述第二转向失效工况，所述计算所述车辆在所述运行工况下的期望后轮转角，包括：

判断所述方向盘手力是否处于所述车辆的预设方向盘手力允许范围；其中，所述预设方向盘手力允许范围中的最大允许方向盘手力大于所述预设方向盘手力范围中的最大方向盘手力；

如果所述方向盘手力处于所述预设方向盘手力允许范围，根据所述预设后轮转角允许范围中的最大允许后轮转角和所述方向盘手力，计算所述车辆在所述第二转向失效工况下的期望后轮转角；

如果所述方向盘手力不处于所述预设方向盘手力允许范围，将所述预设后轮转角允许范围中的最大允许后轮转角作为所述车辆在所述第二转向失效工况下的期望后轮转角。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运行工况为所述紧急转弯工况，所述计算所述车辆在所述运行工况下的期望后轮转角，包括：

判断所述方向盘转角是否处于所述车辆的第二预设方向盘转角范围，所述第二预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角大于所述第一预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角；

如果所述方向盘转角不处于所述第二预设方向盘转角范围，增大所述第一转角比，并将增大后的第一转角比作为所述车辆的第三转角比，所述第三转角比为所述车辆在所述紧急转弯工况下的转角比；

如果所述方向盘转角处于所述第二预设方向盘转角范围，判断所述方向盘转角是否处于所述第一预设方向盘转角范围；

如果所述方向盘转角不处于所述第一预设方向盘转角范围，根据所述第一预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角和第二预设方向盘转角范围中的最大方向盘转角，增大所述第一转角比，并将增大后的第一转角比作为所述第三转角比；

如果所述方向盘转角处于所述第一预设方向盘转角范围，将所述第一转角比作为所述第三转角比；

基于所述第三转角比、所述方向盘转角和所述方向盘到前轮的传动比，计算所述车辆在所述第一转向失效工况下的期望后轮转角。

5.一种用于车辆四轮转向系统的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

识别模块，用于根据车辆的运动信息识别所述车辆的运行工况；

计算模块，用于计算所述车辆在所述运行工况下的期望后轮转角；

限幅模块，用于按照所述车辆的预设后轮转角允许范围，对所述期望后轮转角进行限幅得到实际后轮转角；其中，所述实际后轮转角和所述车辆的预设后轮转速允许范围是控制四轮转向系统的基础或依据；

其中，所述识别模块，具体用于：

当监测到所述车辆启动时，确定所述车辆进入常规工况；判断所述车辆的EPS信号是否失效；如果所述EPS信号失效，确定所述车辆进入第一转向失效工况；如果所述EPS信号未失效，判断所述车辆的方向盘手力是否处于所述车辆的预设方向盘手力范围、所述车辆的方向盘转角是否处于所述车辆的第一预设方向盘转角范围；如果所述方向盘手力不处于所述预设方向盘手力范围、且所述方向盘转角处于所述第一预设方向盘转角范围，确定所述车辆进入第二转向失效工况；如果所述方向盘手力处于所述预设方向盘手力范围、或者所述方向盘转角不处于所述第一预设方向盘转角范围，判断所述车辆的车速是否处于所述车辆的预设车速范围、所述车辆的方向盘转速是否大于所述车辆的预设方向盘转速阈值；如果所述车速处于所述预设车速范围、且所述方向盘转速大于所述预设方向盘转速阈值，确定所述车辆进入紧急转弯工况；如果所述车速不处于所述预设车速范围、或者所述方向盘转速不大于所述预设方向盘转速阈值，返回执行所述确定所述车辆进入常规工况；

其中，所述计算模块，具体用于：

在所述运行工况为所述常规工况的情况下，判断所述车速是否大于第一车速阈值，所述第一车速阈值小于所述预设车速范围中的最小车速；如果所述车速大于所述第一车速阈值，根据所述车速和标定的二自由度车辆模型中的部分参数计算所述车辆的第一转角比；其中，所述第一转角比为所述车辆在所述常规工况下的转角比，所述转角比表征所述车辆的后轮转角与前轮转角之比，所述部分参数包括前轴距质心距离、后轴距质心距离、整车质量、轴距、前轮侧偏刚度绝对值、后轮侧偏刚度绝对值和绕Z轴转动惯量；如果所述车速不大于所述第一车速阈值，根据所述车辆在静止时的后轮最快转速、方向盘最大转速和第一转向传动比，计算所述第一转角比；基于所述第一转角比、所述方向盘转角和所述二自由度车辆模型中的第二转向传动比，计算所述车辆在所述常规工况下的期望后轮转角。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算模块，具体用于：

在所述运行工况为所述第一转向失效工况的情况下，判断所述车速是否大于第二车速阈值，所述第二车速阈值小于所述第一车速阈值；如果所述车速大于所述第二车速阈值，将所述第一转角比作为所述车辆的第二转角比，所述第二转角比为所述车辆在所述第一转向失效工况下的转角比；如果所述车速不大于所述第二车速阈值，判断所述车速是否小于第三车速阈值，所述第三车速阈值小于所述第二车速阈值；如果所述车速小于所述第三车速阈值，增大所述第一转角比，并将增大后的第一转角比作为所述第二转角比；如果所述车速不小于所述第三车速阈值，根据所述第一车速阈值和所述第二车速阈值增大所述第一转角比，并将增大后的第一转角比作为所述第二转角比；基于所述第二转角比、所述方向盘转角和所述方向盘到前轮的传动比，计算所述车辆在所述第一转向失效工况下的期望后轮转角。

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