CN113954958A - 车辆及其线控转向系统前轮驱动控制方法、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆及其线控转向系统前轮驱动控制方法、装置，该控制方法包括：获取实时车辆状态参数和驾驶员的实时转角请求；根据实时车辆状态参数和实时转角请求确定前轮基准转角；根据实时车辆状态参数确定前轮补偿转角；根据前轮基准转角和前轮补偿转角确定转向执行目标转角；根据所述转向执行目标转角驱动车辆的前轮电机动作。本发明根据驾驶员的转角请求和车辆状态数据对前轮转向进行补偿控制，有利于提升车辆的操纵稳定性，提升驾驶体验。
Description
技术领域
本发明涉及车辆转向控制技术领域，尤其涉及一种车辆及其线控转向系统前轮驱动控制方法、装置。
背景技术
随着车辆电动化、智能化的快速发展，自动驾驶功能配置成为车辆的主流发展趋势，线控转向系统作为转向控制的下一代核心技术，能够实现自动驾驶领域的深度融合，实现人机共驾，给整车带来更好的操控体验。
在现有技术中，线控转向系统取消了方向盘与转向轮之间的机械连接,可以根据驾驶员的驾驶习惯设置转向传动比。但是，现有的线控转向系统存在以下问题，线控转向系统通常采用闭环控制策略，基于上一采样时刻车辆的前轮转向角度计算电机驱动的输入参数，导致转向控制的反应时间增加，无法及时对驾驶员的驾驶控制指令做出响应，影响转向控制精度和驾驶操作体验。
发明内容
本发明提供一种车辆及其线控转向系统前轮驱动控制方法、装置，以实现根据驾驶员的转角请求和车辆数据对前轮转向进行补偿控制，提升车辆的操纵稳定性。
第一方面，本发明实施例提供了一种线控转向系统前轮驱动控制方法，包括以下步骤：
获取实时车辆状态参数和驾驶员的实时转角请求；
根据所述实时车辆状态参数和所述实时转角请求确定前轮基准转角；
根据所述实时车辆状态参数确定前轮补偿转角；
根据所述前轮基准转角和所述前轮补偿转角确定转向执行目标转角；
根据所述转向执行目标转角驱动车辆的前轮电机动作。
第二方面，本发明实施例还提供了一种线控转向系统前轮驱动控制装置，包括：车辆状态观测模块、中央控制器、前轮决策控制模块和前轮转向执行模块；所述车辆状态观测模块，用于对所述前轮决策控制模块提供实时车辆状态参数；所述中央控制器，用于对所述前轮决策控制模块输出实时转角请求；所述前轮决策控制模块，用于根据所述实时车辆状态参数和所述实时转角请求确定前轮基准转角和前轮补偿转角，并根据所述前轮基准转角和所述前轮补偿转角确定转向执行目标转角；所述前轮转向执行模块，用于根据所述转向执行目标转角驱动车辆的前轮电机动作。
第三方面，本发明实施例还提供了一种车辆，包括上述线控转向系统前轮驱动控制装置，所述控制装置用于执行上述线控转向系统前轮驱动控制方法。
本发明实施例提供的车辆和线控转向系统前轮驱动控制装置，执行前轮驱动控制方法，该控制方法通过车辆状态观测模块获取实时车辆状态参数，根据驾驶员的转角请求和实时车辆状态参数计算前轮基准转角，并根据实时车辆状态参数计算前轮补偿转角，根据前轮基准转角和前轮补偿转角确定转向执行目标转角，基于车辆状态参数实现前轮转角补偿决策，解决了现有的转向控制系统效率低、响应慢的问题，有利于优化前轮转角控制策略，充分发挥车辆的性能优势，提升车辆的操纵稳定性，提升驾驶体验。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种线控转向系统前轮驱动控制方法的流程图；
图2是本发明实施例一提供的另一种线控转向系统前轮驱动控制方法的流程图；
图3是本发明实施例一提供的一种前轮转角补偿算法的结构示意图；
图4是本发明实施例一提供的又一种线控转向系统前轮驱动控制方法的流程图；
图5是本发明实施例一提供的又一种线控转向系统前轮驱动控制方法的流程图；
图6是本发明实施例二提供的一种线控转向系统前轮驱动控制装置的结构示意图；
图7是本发明实施例三提供的一种车辆的结构示意图。
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。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种线控转向系统前轮驱动控制方法的流程图，本实施例可适用于根据驾驶员的驾驶意图实现前轮主动转向控制的应用场景，该方法可以由前轮转角决策控制装置来执行。
如图1所示，该线控转向系统前轮驱动控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取实时车辆状态参数和驾驶员的实时转角请求。
其中，实时车辆状态参数可为车辆状态观测模块输出的用于表征车辆转向状态及行驶状态的参数；实时转角请求可为车载中央控制器输出的转向控制指令。
可选地，实时车辆状态参数可包括下述至少一项：方向盘转角、方向盘扭矩、车速、轮速、横摆角速度、车辆稳定性因数或者侧向加速度。
其中，车辆状态观测模块的输入量包括但不限于：车载传感器采样得到的方向盘转角采样值、方向盘扭矩采样值、车速采样值、轮速采样值、纵向加速度采样值、侧向加速度采样值、横摆角速度采样值和路面状态采样值。
具体地，车辆状态观测模块根据输入量实时估算对应的实时车辆状态参数，例如，车辆状态观测模块可根据车载传感器采样得到的方向盘转角采样值和方向盘扭矩采样值估算方向盘转角和方向盘扭矩；根据车载传感器采样得到的车速采样值和轮速采样值估算车速和轮速。
步骤S2：根据实时车辆状态参数和实时转角请求确定前轮基准转角。
其中，前轮基准转角为基于变传动控制算法计算得到的转角。
在本步骤中，通过执行变传动控制算法，将实时转角请求、方向盘转角、方向盘扭矩、车速、轮速及车辆稳定性因数作为输入量，输出前轮基准转角，该前轮基准转角为前轮主动转向控制的基础参量，此部分控制算法的输入量不包括车辆状态观测模块输出的横摆角速度，无法对横摆角速度引起的车辆不稳定状态进行补偿。
步骤S3：根据实时车辆状态参数确定前轮补偿转角。
其中，前轮补偿转角为基于前轮转角补偿算法，根据横摆角速度进行前轮转向补偿得到的转角。
在本步骤中，通过执行前轮转角补偿算法，将方向盘转角、车速、车辆稳定性因数及横摆角速度作为输入量，输出前轮补偿转角。
步骤S4：根据前轮基准转角和前轮补偿转角确定转向执行目标转角。
其中，转向执行目标转角即为基于当前的车辆状态决策出的转向执行器的目标转角。
步骤S5：根据转向执行目标转角驱动车辆的前轮电机动作。
具体地，在执行车辆转向控制的过程中，车辆状态观测模块观测车辆转向及行驶状态，输出实时车辆状态参数，前轮转角决策控制装置接收车辆状态观测模块提供的实时车辆状态参数及中央控制器输出的实时转角请求，根据实时车辆状态参数及实时转角请求同步执行变传动控制算法和前轮转角补偿算法，在执行变传动控制算法时，将实时转角请求、方向盘转角、方向盘扭矩、车速、轮速、车辆稳定性因数及侧向加速度作为输入量，决策得到前轮基准转角；在执行前轮转角补偿算法时，将方向盘转角、车速、车辆稳定性因数及横摆角速度作为输入量，决策得到前轮补偿转角，对两个算法输出的前轮基准转角和前轮补偿转角进行叠加，得到转向执行目标转角，根据转向执行目标转角生成电机驱动控制指令，驱动车辆的前轮电机运行，实现转向控制，解决了现有的转向控制系统效率低、响应慢的问题，有利于优化前轮转角控制策略，充分发挥车辆的性能优势，提升车辆的操纵稳定性，提升驾驶体验。
可选地，图2是本发明实施例一提供的另一种线控转向系统前轮驱动控制方法的流程图，在图1的基础上，示出了一种前轮转角补偿算法的具体实施方式，而非对上述步骤的限定。
如图2所示，该线控转向系统前轮驱动控制方法包括以下步骤：
步骤S1：获取车辆状态观测模块输出的实时车辆状态参数和驾驶员的实时转角请求。
步骤S2：根据实时车辆状态参数和实时转角请求确定前轮基准转角。
步骤S301：根据方向盘转角、车速及车辆稳定性因数，计算期望横摆角速度。
其中，期望横摆角速度为转向系统在采样时刻的车速、方向盘转角下，计算得到的理想的横摆角速度值。
步骤S302：根据期望横摆角速度和实时横摆角速度，基于预设前馈算法和预设反馈算法，确定前轮补偿转角。
其中，预设前馈算法为根据车辆稳定性的干扰量对期望横摆角速度进行调节的算法，典型地，车辆稳定性的干扰量包括车速和转角；预设反馈算法为根据期望横摆角速度和实时横摆角速度之间的偏差对期望横摆角速度进行调节的算法，通过前馈和反馈算法的融合，有利于改善反馈的及时性。
步骤S4：根据前轮基准转角和前轮补偿转角确定转向执行目标转角。
步骤S5：根据转向执行目标转角驱动车辆的前轮电机动作。
可选地，图3是本发明实施例一提供的一种前轮转角补偿算法的结构示意图。
如图3所示，前轮转角补偿算法包括：根据方向盘转角、期望横摆角速度及车速，基于预设前馈算法，计算前馈补偿转角；根据期望横摆角速度及实时横摆角速度之间的差值，基于预设反馈算法，计算反馈补偿转角；根据前馈补偿转角及反馈补偿转角确定前轮补偿转角。
具体地，上述步骤S301至S302记载了一种前轮转角补偿算法的具体实施方式，其中，前轮转角补偿算法可包括期望横摆角速度决策算法、预设前馈算法和预设反馈算法。期望横摆角速度决策算法的输入量为方向盘转角、车速和车辆稳定性因数，基于预设横摆角阈值进行算法计算，输出期望横摆角速度。结合图3所示，在得到期望横摆角速度之后，通过预设前馈算法和预设反馈算法，预设前馈算法的输入量为方向盘转角、期望横摆角速度及车速，输出量为前馈横摆角速度转角；预设反馈算法的输入量为期望横摆角速度和实时横摆角速度，输出量为反馈横摆角速度转角。根据前馈及反馈算法对期望横摆角速度进行偏航调节，对前馈横摆角速度转角及反馈横摆角速度转角进行加权运算，计算得到横摆角速度补偿转角，即前轮补偿转角。由此，通过前馈和反馈算法的补偿，实现侧向加速度和横摆角速度控制的最优化，充分发挥车辆的性能优势，有利于提升车辆的操纵稳定性，提升驾驶体验。
可选地，图4是本发明实施例一提供的又一种线控转向系统前轮驱动控制方法的流程图，在图1的基础上，示出了一种变传动控制算法的具体实施方式，而非对上述步骤的限定。
如图4所示，该线控转向系统前轮驱动控制方法包括以下步骤：
步骤S1：获取实时车辆状态参数和驾驶员的实时转角请求。
步骤S201：根据实时转角请求、方向盘转角及方向盘扭矩计算前轮初始转角。
步骤S202：根据车速、轮速及车辆稳定性因数确定目标变传动比。
可选地，目标变传动比与车速和轮速正相关；目标变传动比与车辆稳定性因数负相关，在变传动比控制算法中，变传动比的数值越大，车辆转向系统的灵敏度越小。
步骤S203：根据目标变传动比及前轮初始转角计算前轮基准转角。
步骤S3：根据实时车辆状态参数确定前轮补偿转角。
步骤S4：根据前轮基准转角和前轮补偿转角确定转向执行目标转角。
步骤S5：根据转向执行目标转角驱动车辆的前轮电机动作。
具体地，上述步骤S201至步骤S203记载了一种变传动控制算法的具体实施方式，该变传动控制算法可通过标定建立车速及侧向加速度与变传动比之间的函数模型，根据实时转角请求、方向盘转角及方向盘扭矩计算前轮初始转角，将车速、轮速及车辆稳定性因数作为输入量，代入标定的函数模型，输出目标变传动比，该目标变传动比在车辆低速行驶时的数值较小，车辆转向系统的转向灵敏度较大，驾驶员在进行大转向操作时，只需要转动较小的转向盘转角即可，以满足低速时转向灵活、操作轻便的要求；该目标变传动比在车辆高速行驶时的数值较大，车辆转向系统的转向灵敏度较小，驾驶员需较大幅度地转动转向盘才能完成期望的转向操作，为其预留一定的“缓冲”时间，避免驾驶员在高速行驶时精神压力过大，达到高速状态下转向沉稳、车辆易于控制的目的
可选地，根据车速、轮速及车辆稳定性因数确定目标变传动比，包括：根据标定数据建立车速增益模型和侧向加速度增益模型，其中，车速增益模型将车速或者轮速作为输入量，输出对应的车速增益系数；侧向加速度增益模型将侧向加速度作为输入量，输出对应的侧向加速度增益系数，当车速大于或者等于预设车速阈值，且侧向加速度小于或者等于预设侧向加速度阈值时，根据车速增益系数及侧向加速度增益系数计算目标变传动比，有利于提高车辆的转向稳定性。
可选地，图5是本发明实施例一提供的又一种线控转向系统前轮驱动控制方法的流程图。
如图5所示，该线控转向系统前轮驱动控制方法包括以下步骤：
步骤S1：获取实时车辆状态参数和驾驶员的实时转角请求。
步骤S2：根据实时车辆状态参数和实时转角请求确定前轮基准转角。
步骤S3：根据实时车辆状态参数确定前轮补偿转角。
步骤S4：根据前轮基准转角和前轮补偿转角确定转向执行目标转角。
步骤S501：根据转向执行目标转角确定至少一个转向电机驱动电流。
步骤S502：根据至少一个转向电机驱动电流驱动前轮电机动作。
在本发明实施例中，可设置至少一个电机驱动控制器，至少一个电机驱动控制器与至少一个转向电机驱动电流一一对应，电机驱动控制器用于驱动对应的前轮电机执行转向动作。
具体地，上述步骤S501至步骤S502示出了一种根据转向执行目标转角驱动车辆的前轮电机动作的具体实施方式，根据变传动控制算法和前轮转角补偿算法决策输出的转向执行目标转角，基于电机控制理论，计算目标驱动电流。为了提高系统可靠性，设置至少一个电机驱动控制器驱动前轮电机，对目标驱动电流进行再分配，得到至少一个转向电机驱动电流，每个电机驱动控制器根据对应的转向电机驱动电流输出电机驱动控制指令，驱动前轮电机运行。
可选地，至少一个转向电机驱动电流的电流值大小相等，相位相同。
可选地，可设置互为冗余的主从控制单元，主从控制单元分别根据转向执行目标转角计算目标驱动电流，在正常工作模式下，根据主控制单元输出的驱动电流控制前轮电机动作，从控制单元用于对主控制单元进行监控；若主控制单元发生故障，则根据从控制单元输出的驱动电流控制前轮电机动作。
可选地，前轮电机可为六相双绕组电机，有利于改善电机的动态特性，提升转向控制精度。
可选地，线控转向系统前轮驱动控制方法还包括：获取前轮电机检测参数；根据前轮电机检测参数对实时车辆状态参数进行修正。
其中，前轮电机检测参数包括前轮电机输出扭矩及电机转子位置。
具体地，在前轮转向控制过程中，前轮转角决策控制装置接收前轮电机反馈的前轮电机输出扭矩及电机转子位置，根据前轮电机输出扭矩及电机转子位置计算实际转向执行转角及扭矩，并将实际转向执行转角及扭矩发送至车辆状态观测模块，车辆状态观测模块将实际转向执行转角及扭矩作为输入量，与车载传感器采样得到的方向盘转角采样值、方向盘扭矩采样值、车速采样值、轮速采样值、纵向加速度采样值、侧向加速度采样值、横摆角速度采样值和路面状态采样值配合，估算对应的实时车辆状态参数，实现车辆状态参数的闭环修正，有利于优化前轮转角控制策略，提升车辆的操纵稳定性，提升驾驶体验。
实施例二
本发明实施例二提供了一种线控转向系统前轮驱动控制装置，该装置可用于执行上述任一线控转向系统前轮驱动控制方法，具备执行上述控制方法相应的功能模块和有益效果。
图6是本发明实施例二提供的一种线控转向系统前轮驱动控制装置的结构示意图。
如图6所示，该线控转向系统前轮驱动控制装置00包括：车辆状态观测模块101、中央控制器102、前轮决策控制模块103和前轮转向执行模块104；车辆状态观测模块101，用于对前轮决策控制模块提供实时车辆状态参数；中央控制器102，用于对前轮决策控制模块输出实时转角请求；前轮决策控制模块103，用于根据实时车辆状态参数和实时转角请求确定前轮基准转角和前轮补偿转角，并根据前轮基准转角和前轮补偿转角确定转向执行目标转角；前轮转向执行模块104，用于根据转向执行目标转角驱动车辆的前轮电机动作。
可选地，实时车辆状态参数包括下述至少一项：方向盘转角、方向盘扭矩、车速、轮速、横摆角速度、车辆稳定性因数或者侧向加速度。
可选地，前轮决策控制模块103用于根据方向盘转角、车速及车辆稳定性因数，计算期望横摆角速度；根据期望横摆角速度和实时横摆角速度，基于预设前馈算法和预设反馈算法，确定前轮补偿转角。
可选地，前轮决策控制模块103还用于根据方向盘转角、期望横摆角速度及车速，基于预设前馈算法，计算前馈补偿转角；根据期望横摆角速度及实时横摆角速度之间的差值，基于预设反馈算法，计算反馈补偿转角；根据前馈补偿转角及反馈补偿转角确定前轮补偿转角。
可选地，前轮决策控制模块103还用于根据实时转角请求、方向盘转角及方向盘扭矩计算前轮初始转角；根据车速、轮速及侧向加速度确定目标变传动比；根据目标变传动比及前轮初始转角计算前轮基准转角。
可选地，目标变传动比与车速和轮速正相关；目标变传动比与侧向加速度负相关。
可选地，前轮转向执行模块104用于根据转向执行目标转角确定至少一个转向电机驱动电流，并根据至少一个转向电机驱动电流驱动前轮电机动作；前轮电机为六相双绕组电机。
实施例三
基于上述实施例，本发明实施例三提供了一种车辆，可执行上述任一实施例提供的线控转向系统前轮驱动控制方法，具备执行前轮驱动控制方法的功能模块和有益效果。
图7是本发明实施例三提供的一种车辆的结构示意图。
如图7所示，该车辆100包括上述线控转向系统前轮驱动控制装置00，该控制装置用于执行上述线控转向系统前轮驱动控制方法。
本发明实施例提供的车辆和线控转向系统前轮驱动控制装置，执行前轮驱动控制方法，该控制方法通过车辆状态观测模块获取实时车辆状态参数，根据驾驶员的转角请求和实时车辆状态参数计算前轮基准转角，并根据实时车辆状态参数计算前轮补偿转角，根据前轮基准转角和前轮补偿转角确定转向执行目标转角，基于车辆状态参数实现前轮转角补偿决策，解决了现有的转向控制系统效率低、响应慢的问题，有利于优化前轮转角控制策略，充分发挥车辆的性能优势，提升车辆的操纵稳定性，提升驾驶体验。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域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。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种线控转向系统前轮驱动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取实时车辆状态参数和驾驶员的实时转角请求；
根据所述实时车辆状态参数和所述实时转角请求确定前轮基准转角；
根据所述实时车辆状态参数确定前轮补偿转角；
根据所述前轮基准转角和所述前轮补偿转角确定转向执行目标转角；
根据所述转向执行目标转角驱动车辆的前轮电机动作。
2.根据权利要求1所述的线控转向系统前轮驱动控制方法，其特征在于，所述实时车辆状态参数包括下述至少一项：方向盘转角、方向盘扭矩、车速、轮速、横摆角速度、车辆稳定性因数或者侧向加速度。
3.根据权利要求2所述的线控转向系统前轮驱动控制方法，其特征在于，根据所述实时车辆状态参数确定前轮补偿转角，包括：
根据所述方向盘转角、所述车速及所述车辆稳定性因数，计算期望横摆角速度；
根据所述期望横摆角速度和实时横摆角速度，基于预设前馈算法和预设反馈算法，确定前轮补偿转角。
4.根据权利要求3所述的线控转向系统前轮驱动控制方法，其特征在于，根据所述期望横摆角速度和实时横摆角速度，基于预设前馈算法和预设反馈算法，确定前轮补偿转角，包括：
根据所述方向盘转角、所述期望横摆角速度及所述车速，基于所述预设前馈算法，计算前馈补偿转角；
根据所述期望横摆角速度及所述实时横摆角速度之间的差值，基于所述预设反馈算法，计算反馈补偿转角；
根据所述前馈补偿转角及所述反馈补偿转角确定前轮补偿转角。
5.根据权利要求2所述的线控转向系统前轮驱动控制方法，其特征在于，根据所述实时车辆状态参数和所述实时转角请求确定前轮基准转角，包括：
根据所述实时转角请求、所述方向盘转角及所述方向盘扭矩计算前轮初始转角；
根据所述车速、所述轮速及所述车辆稳定性因数确定目标变传动比；
根据所述目标变传动比及所述前轮初始转角计算所述前轮基准转角。
6.根据权利要求5所述的线控转向系统前轮驱动控制方法，其特征在于，所述目标变传动比与所述车速和所述轮速正相关；
所述目标变传动比与所述车辆稳定性因数负相关。
7.根据权利要求1-6任一项所述的线控转向系统前轮驱动控制方法，其特征在于，根据所述转向执行目标转角驱动车辆的前轮电机动作，包括：
根据所述转向执行目标转角确定至少一个转向电机驱动电流，并根据所述至少一个转向电机驱动电流驱动所述前轮电机动作；
所述前轮电机为六相双绕组电机。
8.根据权利要求1-6任一项所述的线控转向系统前轮驱动控制方法，其特征在于，还包括：
获取前轮电机检测参数；
根据所述前轮电机检测参数对所述实时车辆状态参数进行修正。
9.一种线控转向系统前轮驱动控制装置，其特征在于，包括：车辆状态观测模块、中央控制器、前轮决策控制模块和前轮转向执行模块；
所述车辆状态观测模块，用于对所述前轮决策控制模块提供实时车辆状态参数；
所述中央控制器，用于对所述前轮决策控制模块输出实时转角请求；
所述前轮决策控制模块，用于根据所述实时车辆状态参数和所述实时转角请求确定前轮基准转角和前轮补偿转角，并根据所述前轮基准转角和所述前轮补偿转角确定转向执行目标转角；
所述前轮转向执行模块，用于根据所述转向执行目标转角驱动车辆的前轮电机动作。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的线控转向系统前轮驱动控制装置，所述控制装置用于执行权利要求1-8任一项所述的线控转向系统前轮驱动控制方法。
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