CN114030525A - 一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法 - Google Patents

一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114030525A
CN114030525A CN202111577987.XA CN202111577987A CN114030525A CN 114030525 A CN114030525 A CN 114030525A CN 202111577987 A CN202111577987 A CN 202111577987A CN 114030525 A CN114030525 A CN 114030525A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steering
torque
motor
front wheel
ecu
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111577987.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114030525B (zh
Inventor
王军年
王振宇
范瑞浩
付东旭
庄硕
周子栋
刘哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN202111577987.XA priority Critical patent/CN114030525B/zh
Publication of CN114030525A publication Critical patent/CN114030525A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114030525B publication Critical patent/CN114030525B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0442—Conversion of rotational into longitudinal movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0487—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures detecting motor faults

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

本发明公开了一种差动协同多模式线控转向系统，包括：方向盘单元、机械转向单元、线控转向单元、转向传动机构、差动转向单元以及电子控制单元；所述方向盘单元用于驾驶员操纵输入转向指令，所述机械转向单元用于传递驾驶员操纵力矩至所述转向传动机构，所述线控转向单元用于线控自动完成转向力矩产生并传递至所述转向传动机构，所述差动转向单元用于辅助或冗余所述线控转向单元；本发明还公开了一种差动协同多模式线控转向控制方法，在系统正常工作时，所述电子控制单元用于控制差动转向单元协同线控转向单元驱动车轮偏转，以降低线控转向系统能耗；当系统发生故障时，所述电子控制单元用于通过协调控制设置多种冗余模式提升线控转向系统安全性。

Description

一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其是线控转向技术领域。更具体地说，本发明涉及一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法。
背景技术
线控转向(SbW)通过电控信号控制转向执行电机驱动转向梯形完成车轮转向运动，实现了方向盘与汽车转向前轮的机械解耦。随着智能驾驶技术的应用和自动驾驶级别的提高，线控转向正吸引越来越多的研究，用于替代基于电动助力转向(EPS)的主动转向方案而被用于高级别自动驾驶汽车，以适应未来智能交通场景。但作为线控技术，由于与驾乘安全紧密相关，单一的线控转向技术至今仍未得到产业政策法规的支持；同时线控转向在面对高速紧急避障、中低速大角度转弯等转向工况时，存在转向执行电机电流较大易发热、负载较高响应慢的问题。
现阶段线控转向系统多采用被动容错方案，是指通过采用额外装置以保证在电子元件功能失效或发生控制环境变化时仍不失去转向性能，典型为设置电子元件备份和机械转向轴备份，如Infiniti Q50选用三个互为冗余的线控转向控制器控制两个执行电机实现线控转向，以保证在一个电机失效时另一个执行电机生效完成转向动作，同时还预备一套由电磁离合器接合和断开的机械转向装置来确保必要时恢复驾驶员机械转向。现阶段，采用双转向执行电机的线控主动转向系统在双电机匹配中存在两种方案，一种从安全性考虑采用备份匹配方案，一种从节能性考虑采用并行匹配方案；前者通常是两个转向执行电机可以独立工作，电机二选做电机一的备份且仅在电机一失效时工作，所以转向执行电机的功率、转矩等参数的选取标准为单个转向执行电机需要满足转向时的要求；后者选用两个小功率双转向执行电机协同并行工作，若一个电机存在失效的情况下，仅凭另一个执行电机工作，无法满足特定工况转向系统高转向功率所需动力，就需要约束汽车的转向速度或转向力矩。
差动转向可以利用左右轮毂电机驱动转矩差值在轮胎与地面间产生的地面驱动力差，围绕主销接地横向偏移距可以产生驱动转向梯形机构运动的转向力矩，从而被认为是一种利用驱动系统实现间接自动转向的新型线控转向方式。因此，该转向方式可以用作线控主动转向系统转向执行电机失效时的备份转向系统，大大提高线控转向系统的功能安全。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法，实现了在系统电子元件未失效的情况下，线控转向电子控制单元基于汽车动力学、轮毂电机MAP图、转向执行电机输出功率等方面因素，控制前轮轮毂电机在维持总驱动转矩不变的同时输出差动转向力矩，协同线控转向系统共同驱动前轮进行主动转向，以实现降低线控转向系统转向执行电机输出功率的节能作用；同时在线控转向系统电子器件故障的情况下，作为线控转向系统的冗余备份，差动转向产生转向力矩单独驱动前轮进行主动转向，仍能保证转向功能，提高了线控转向系统的安全性。
结合说明书附图，本发明的发明内容如下：
一种差动协同多模式线控转向系统，包括：方向盘单元Ⅰ、机械转向单元Ⅱ、线控转向单元Ⅲ、差动转向单元Ⅳ、转向传动机构Ⅴ以及电子控制单元Ⅵ。
所述方向盘单元Ⅰ包括：
方向盘(100)，其用于驾驶员操纵输入转向指令；
方向盘转角传感器(110)，其连接所述方向盘(100)，用于检测方向盘(100)转角并传输至电子控制单元Ⅵ；
方向盘扭矩传感器(120)，其连接所述方向盘(100)，用于检测方向盘(100)扭矩并传输至电子控制单元Ⅵ；
路感电机(130)，其用于接收并传输至电子控制单元Ⅵ输出的控制信号，输出路感反馈阻力转矩或转向助力转矩；
路感电机减速器(140)，其用于减速增扭所述路感电机(130)输出的力矩；
转向轴(150)，其用于连接和传递所述方向盘(100)转向力矩；
上转向传动轴(160)，其上端通过销钉与所述转向轴(150)相连，并侧方连接所述路感电机减速器(140)，并传递其路感反馈阻力转矩或转向助力转矩，下端与所述机械转向单元Ⅱ连接；
所述机械转向单元Ⅱ包括：
电磁离合器(200)，其用于接收电子控制单元Ⅵ控制信号，分离可以实现所述方向盘(100)与前轮的解耦，接合可以实现机械转向；
万向节(210)，用于变角度传递来自所述方向盘(100)的转向力矩；
下转向传动轴(220)，其通过所述万向节(210)连接所述电磁离合器(200)下端；
所述线控转向单元Ⅲ包括：
转向执行电机(300)，其用于接收电子控制单元Ⅵ的控制信号，输出转向力矩；
转向执行电机减速器(310)，其用于减速增扭所述转向执行电机(300)输出的转向力矩，输出至转向传动机构Ⅴ；
所述差动转向单元Ⅳ包括：
第一前轮(420)，其通过转向节与转向传动机构Ⅴ一侧相连受控偏转；
第二前轮(430)，其通过转向节与转向传动机构Ⅴ另一侧相连受控偏转；
第一前轮轮毂电机(400)，其用于接收电子控制单元Ⅵ输出的控制信号，驱动所述第一前轮；
第二前轮轮毂电机(410)，其用于接收电子控制单元Ⅵ输出的控制信号，驱动所述第二前轮；
前轮转角传感器(440)，其用于检测前轮转角，并传输至电子控制单元Ⅵ；
所述转向传动机构Ⅴ包括：
齿轮齿条转向器(510)，其用于接收所述转向执行电机减速器(310)和所述下转向传动轴(220)输出的转向力矩；
转向梯形臂(520)，其两端通过球销分别连接所述齿轮齿条转向器和车轮转向节臂，带动车轮偏转；
作为一种优选，所述齿轮齿条转向器(510)包括：
第一转向小齿轮(511)，其用于接收所述转向执行电机减速器(310)输出的转向力矩，驱动转向齿条(513)移动；
转向小齿轮转角传感器(512)，其用于检测所述第一转向小齿轮(511)转角，并传递至电子控制单元Ⅵ；
转向齿条(513)，其用于驱动所述转向梯形臂(520)移动；
齿条位移传感器(514)，其用于检测所述转向齿条(513)位移；
第二转向小齿轮(516)；其用于接收所述下转向传动轴(220)输出的转向力矩，驱动所述转向齿条(513)移动；
转向器壳体(515)，用于容置所述第一转向小齿轮(511)、所述转向齿条(513)和所述第二转向小齿轮(516)；
所述电子控制单元Ⅵ包括：
ECU(600)，其输入连接所述方向盘转角传感器(110)、所述方向盘扭矩传感器(120)、所述转向小齿轮转角传感器(512)、所述齿条位移传感器(514)和所述前轮转角传感器(440)等；输出连接所述路感电机(130)、所述电磁离合器(200)、所述转向执行电机(300)、所述第一前轮轮毂电机(400)和所述第二前轮轮毂电机(410)等。
本发明还提供了一种差动协同多模式线控转向控制方法，可以根据线控转向系统电子器件故障情况切换多种转向模式，包括工作模式、冗余模式一、冗余模式二、冗余模式三；其中，工作模式、冗余模式一和冗余模式二为线控主动转向模式；冗余模式一、冗余模式二以及冗余模式三对工作模式起到了失效保护作用。
作为一种优选，本发明所述的一种差动协同多模式线控转向控制方法的模式切换方法步骤如下：
步骤一、系统自检，所述ECU(600)读取所述转向执行电机(300)、所述前轮轮毂电机(400)(410)自检信号；
步骤二、判断若所有电机都未失效，所述ECU(600)执行所述工作模式；
步骤三、判断若存在任一电机失效，所述ECU(600)执行所述冗余模式一或冗余模式二或冗余模式三：
步骤四、判断若所述转向执行电机(300)自检信号异常、所述前轮轮毂电机(400)(410)自检信号正常，所述ECU(600)执行所述冗余模式一；
步骤五、判断若所述转向执行电机(300)自检信号正常、所述前轮轮毂电机(400)(410)自检信号异常，所述ECU(600)执行所述冗余模式二；
步骤六、判断若所述转向执行电机(300)自检信号和所述前轮轮毂电机(400)(410)自检信号异常，所述ECU(600)执行所述冗余模式三。
作为一种优选，本发明所述的一种差动协同多模式线控转向控制方法的各工作模式控制方法如下：
工作模式，所述ECU(600)控制所述电磁离合器(200)断电实现线控转向，并基于整车动力性、所述前轮轮毂电机(400)(410)MAP图以及所述转向执行电机(300)输出功率，从降低能耗的角度控制所述前轮轮毂电机(400)(410)输出差动转向力矩，协同所述转向执行电机(300)驱动所述前轮(420)(430)进行转向；所述ECU(600)控制所述路感电机(130)输出路感反馈阻力转矩。
冗余模式一，所述转向执行电机(300)故障，此模式可以实现差动主动转向；所述ECU(600)控制所述电磁离合器(200)断电并控制所述前轮轮毂电机(400)(410)输出差动转向力矩，驱动所述前轮(420)(430)进行转向；所述ECU(600)控制所述路感电机(130)输出路感反馈阻力转矩。
冗余模式二，所述前轮轮毂电机(400)(410)故障，此模式可以实现线控主动转向；所述ECU(600)控制所述电磁离合器(200)断电，所述ECU(600)控制所述转向执行电机(300)输出转向力矩；所述ECU(600)控制所述路感电机(130)输出路感反馈阻力转矩。
冗余模式三，所述转向执行电机(300)和所述前轮轮毂电机(400)(410)同时故障，此模式可以实现电动助力转向；所述ECU(600)控制所述电磁离合器(200)通电，所述ECU(600)控制所述路感电机(130)输出转向助力转矩，驾驶员通过所述方向盘(100)施加转矩驱动所述前轮(420)(430)进行转向。
作为一种优选，所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法也可以应用于智能驾驶车辆；当工作于自动驾驶状态，且转向模式为前三种线控主动转向模式时，所述ECU(600)控制所述路感电机(130)停止输出路感反馈阻力转矩，其他电机工作情况不变。
作为一种优选，所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法应用于智能驾驶汽车时，如汽车处于L4级以上自动驾驶状态时，此时ECU(600)控制所述路感电机保持方向盘中位静止；如汽车处于L3级自动驾驶状态时，此时ECU控制路感电机按照前轮转角方向和角度带动方向盘同方向线性比例角度随动。
本发明与现有成果相比包括以下有益效果：
1.经济性更优
现有线控转向车辆，无论是双电机主从备份方案还是同等并行方案，在正常工作模式下转向动作完全由线控转向执行电机驱动车辆转向，存在功率消耗大的问题；本发明所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法与传统的线控转向系统相比，在正常工作模式下应用了差动转向协同线控转向系统工作，可以在不增加驱动能耗的基础上有效降低线控转向系统能耗，经济性更好；而且，在转向执行电机失效的情况下，可以利用差动转向来直接接管转向执行电机动作，不需要接通电磁离合器，因此控制更为简单，控制能耗更小。
2.安全性更好
现有线控转向车辆，为了提高线控转向功能安全，一般采用两套完全一样的线控转向执行电机进行双电机主从备份工作或同等并行工作，因两套都为转向系统执行机构，双电机主从备份的线控转向系统在其中一个线控转向执行电机因外部干扰或碰撞造成失效时，另一个也一般存在同时失效的可能；双电机同等并行的线控转向系统由于采用两个小功率转向执行电机并行工作，在其中一个线控转向执行电机失效时，另一个因功率不足，在大功率转向需求下也容易增加失效风险，因此两种安全可靠性都不高；本发明所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法与传统的线控转向系统相比，在线控转向执行电机失效时，通过驱动系统的左右两侧轮毂电机的差动工作可以产生迫使转向系统工作的转向力矩，与转向系统分属为两套不同的系统，工作安全性大大提高；另外，即使轮毂电机差动转向系统也同时失效，还可通过布置在转向轴上的电磁离合器的接合，使车辆恢复为传统机械转向系统，并在路感电机作用下辅助驾驶员完成转向动作，转向功能和品质得以完全保持，功能安全则更为可靠。
3.节省空间明显
本发明所述的一种差动协同多模式线控转向系统与传统的线控转向系统相比，无需布置两套完全一样的线控转向执行电机进行双电机主从备份工作或同等并行工作以确保功能安全，因此转向系统占用空间小、成本更低；另外本发明所述的一种差动协同多模式线控转向系统是一种应用于分布式轮毂电机驱动车辆的线控主动转向系统，轮毂电机本身属于驱动系统，无需为转向功能额外设置其他机电装置，不会对汽车空间、质量和成本等造成影响。
附图说明：
图1为本发明所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法的结构简图。
图2为本发明所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法的模式切换流程图。
图3为本发明所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法的工作模式子流程图。
图4为本发明所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法的冗余模式一子流程图。
图5为本发明所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法的冗余模式二子流程图。
图6为本发明所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法的线控转向模式中的车速-方向盘转角-角传动比MAP图。
图7为本发明所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法的工作模式中的前轮轮毂电机MAP图。
具体实施方法：
下面将参照附图详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示，一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法，包括：方向盘单元Ⅰ、机械转向单元Ⅱ、线控转向单元Ⅲ、差动转向单元Ⅳ、转向传动机构Ⅴ以及电子控制单元Ⅵ。
所述方向盘单元Ⅰ包括方向盘(100)、方向盘转角传感器(110)、方向盘扭矩传感器(120)、路感电机(130)、路感电机减速器(140)、转向轴(150)和上转向传动轴(160)。所述方向盘(100)接收驾驶员转向输入力矩并通过花键传递给所述转向轴(150)；所述转向轴(150)上端通过花键连接所述方向盘(100)，下端通过销钉连接所述上转向传动轴(160)，以便发生汽车正面碰撞时让销钉断裂以增加溃缩空间，确保驾驶员安全；所述方向盘转角传感器(110)和所述方向盘扭矩传感器(120)中心固定在所述转向轴(150)上，其壳体通过螺栓固定于车体，通过中心与壳体的相对转动分别检测方向盘(100)输出的转角和扭矩并将信号传递给所述电子控制单元Ⅵ；所述路感电机(130)接收所述电子控制单元Ⅵ控制信号输出路感反馈力矩或转向助力转矩，经所述路感电机减速器(140)减速增扭后输出到所述上转向传动轴(160)侧方；所述上转向传动轴(160)下端通过花键与机械转向单元Ⅱ上端相连。
所述机械转向单元Ⅱ包括电磁离合器(200)、万向节(210)和下转向传动轴(220)。所述电磁离合器(200)接收所述电子控制单元Ⅵ控制信号，根据不同应用情况，通过其接合与分离状态实现线控转向与机械转向的切换，所述电磁离合器(200)输入端通过花键连接所述上转向传动轴(160)下端，输出端连接所述万向节(210)后通过花键连接所述下转向传动轴(220)上端；所述下转向传动轴(220)下端通过花键与所述齿轮齿条转向器(510)中所述第二转向小齿轮(516)相连。
所述线控转向单元Ⅲ包括转向执行电机(300)和转向执行电机减速器(310)。所述转向执行电机(300)为永磁同步电机，接收所述电子控制单元Ⅵ的控制信号，输出转向力矩；所述转向执行电机(300)一般包括转向执行电机壳体、转向执行电机定子、转向执行电机转子和转向执行电机输出轴。所述转向执行电机壳体固定在汽车副车架上或固定在转向传动机构Ⅴ的壳体上；转向执行电机定子安装在所述转向执行电机壳体内壁上；所述转向执行电机转子通过轴承支撑在所述转向执行电机壳体上，并与所述转向执行电机定子形成气隙配合；所述转向执行电机转子下端通过花键将转向力矩输出所述转向执行电机输出轴；所述转向执行电机减速器(310)输入端通过花键连接所述转向执行电机输出轴，对电机输出转矩进行减速增扭后通过花键连接传递至所述齿轮齿条转向器(510)中所述第一转向小齿轮(511)。
所述差动转向模块Ⅳ包括第一前轮轮毂电机(400)、第二前轮轮毂电机(410)、第一前轮(420)、第二前轮(430)和前轮转角传感器(440)。所述第一前轮(420)通过转向节与转向传动机构Ⅴ一侧相连受控完成偏转；所述第二前轮(430)通过转向节与转向传动机构Ⅴ另一侧相连受控完成偏转；所述第一前轮轮毂电机(400)用于接收电子控制单元Ⅵ输出的控制信号驱动所述第一前轮(420)转动驱动汽车行驶；所述第二前轮轮毂电机(410)用于接收电子控制单元Ⅵ输出的控制信号驱动所述第二前轮(430)转动驱动汽车行驶；所述前轮转角传感器(440)检测所述前轮(420)(430)转角，并将信号传递给电子控制单元Ⅵ。
所述转向传动机构Ⅴ包括齿轮齿条转向器(510)和转向梯形臂(520)。所述齿轮齿条转向器(510)接收所述转向执行电机(300)经所述线控转向单元Ⅲ输出的转向力矩或直接由驾驶员经机械转向单元Ⅱ输出的转向力矩，驱动所述转向梯形臂(520)移动；作为一种优选，所述齿轮齿条转向器(510)包括第一转向小齿轮(511)、转向小齿轮转角传感器(512)、转向齿条(513)、齿条位移传感器(514)、转向器壳体(515)和第二转向小齿轮(516)。所述第一转向小齿轮(511)轴端通过轴承安装在所述转向器壳体(515)上，通过花键与所述转向执行电机减速器(310)输出端连接；所述转向齿条(513)两端通过球头副与所述转向梯形臂(520)一端连接，所述转向梯形臂(520)另一端通过球头副连接车轮的转向节臂；所述第二转向小齿轮(516)轴端通过轴承安装在所述转向器壳体(515)上，通过花键与所述下转向传动轴(220)连接；所述转向小齿轮转角传感器(512)和所述齿条位移传感器(514)分别检测所述第一转向小齿轮(511)转角和所述转向齿条(513)位移，并将信号传递到所述电子控制单元Ⅵ。
所述电子控制单元Ⅵ包括ECU(600)，ECU(600)与所述方向盘转角传感器(110)、所述方向盘扭矩传感器(120)、所述路感电机(130)、所述电磁离合器(200)、所述转向执行电机(300)、所述转向小齿轮转角传感器(512)、所述齿条位移传感器(514)、所述第一前轮轮毂电机(400)、所述第二前轮轮毂电机(410)和所述前轮转角传感器(440)通过信号线连接并通过CAN总线获取车辆车速、故障等状态信号。其中，所述ECU(600)接收所述方向盘转角传感器(110)和所述方向盘扭矩传感器(120)采集的信号，判断出驾驶员期望前轮转角，根据驾驶员期望前轮转角和所述前轮转角传感器(440)采集的实际前轮转角对所述转向执行电机(300)、所述第一前轮轮毂电机(400)以及所述第二前轮轮毂电机(410)发送控制信号以实现线控自动转向动作；所述ECU(600)通过控制所述电磁离合器(200)的通电或断电，切换线控转向或机械转向；当转向模式为线控转向时，所述ECU(600)根据当前车速、实际前轮转角等信号控制所述路感电机(130)输出路感反馈阻力转矩以保证驾驶员对当前工况有更好的把握；当转向模式为机械转向时，所述ECU(600)根据当前车速、实际前轮转角等信号控制所述路感电机(130)输出转向助力转矩，以减轻驾驶员转向手力。
本发明还提供一种差动协同多模式线控转向控制方法，可以根据线控转向系统电子器件故障情况切换多种转向模式，包括工作模式、冗余模式一、冗余模式二、冗余模式三。各个转向模式切换规则如表1所示：
表1多模式线控转向系统模式切换规则
Figure BDA0003425968490000081
Figure BDA0003425968490000091
其中，工作模式、冗余模式一和冗余模式二为线控主动转向模式；冗余模式一、冗余模式二以及冗余模式三对工作模式起到了失效保护作用，分别处理所述转向执行电机故障(300)、所述前轮轮毂电机(400)(410)故障以及所述转向执行电机故障(300)和所述前轮轮毂电机(400)(410)同时故障等情况；下面对多种转向模式进行具体说明：
工作模式，所述ECU(600)控制所述电磁离合器(200)断电实现线控转向，并基于整车动力性、所述前轮轮毂电机(400)(410)MAP图以及所述转向执行电机(300)输出功率，从降低能耗的角度控制所述前轮轮毂电机(400)(410)输出差动转向力矩，协同所述转向执行电机(300)驱动所述前轮(420)(430)进行转向；所述ECU(600)控制所述路感电机(130)输出路感反馈阻力转矩。
冗余模式一，所述转向执行电机(300)故障，此模式可以实现差动主动转向；所述ECU(600)控制所述电磁离合器(200)断电并控制所述前轮轮毂电机(400)(410)输出差动转向力矩，驱动所述前轮(420)(430)进行转向；所述ECU(600)控制所述路感电机(130)输出路感反馈阻力转矩。
冗余模式二，所述前轮轮毂电机(400)(410)故障，此模式可以实现线控主动转向；所述ECU(600)控制所述电磁离合器(200)断电，所述ECU(600)控制所述转向执行电机(300)输出转向力矩；所述ECU(600)控制所述路感电机(130)输出路感反馈阻力转矩。
冗余模式三，所述转向执行电机(300)和所述前轮轮毂电机(400)(410)同时故障，此模式可以实现电动助力转向；所述ECU(600)控制所述电磁离合器(200)通电，所述ECU(600)控制所述路感电机(130)输出转向助力转矩，驾驶员通过所述方向盘(100)施加转矩驱动所述前轮(420)(430)进行转向。
作为一种优选，所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法也可以应用于智能驾驶车辆；当工作于自动驾驶状态，且转向模式为前三种线控主动转向模式时，所述ECU(600)控制所述路感电机(130)停止输出路感反馈阻力转矩，其他电机工作情况不变。
作为一种优选，所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法应用于智能驾驶汽车时，如汽车处于L4级以上自动驾驶状态时，此时ECU(600)控制所述路感电机保持方向盘中位静止；如汽车处于L3级自动驾驶状态时，此时ECU控制路感电机按照前轮转角方向和角度带动方向盘同方向线性比例角度随动。
如图2所示，本发明所述的一种差动协同多模式线控转向控制方法的模式切换方法流程步骤如下：
步骤一、系统自检，所述ECU(600)读取所述转向执行电机(300)、所述第一前轮轮毂电机(400)和第二前轮轮毂电机(410)的自检信号；
步骤二、判断若所有电机都未失效，所述ECU(600)执行所述工作模式后结束；
步骤三、判断若存在任一电机失效，所述ECU(600)进入冗余模式，并跳转步骤四；
步骤四、判断若所述转向执行电机(300)自检信号异常、所述第一前轮轮毂电机(400)和第二前轮轮毂电机(410)自检信号正常，所述ECU(600)执行所述冗余模式一后结束；
步骤五、判断若所述转向执行电机(300)自检信号正常、所述第一前轮轮毂电机(400)和第二前轮轮毂电机(410)自检信号异常，所述ECU(600)执行所述冗余模式二后结束；
步骤六、判断若所述转向执行电机(300)自检信号和所述第一前轮轮毂电机(400)和第二前轮轮毂电机(410)自检信号均异常，所述ECU(600)执行所述冗余模式三后结束。
如图3所示，本发明所述的一种差动协同多模式线控转向控制方法的工作模式子流程步骤如下：
步骤一、ECU(600)读取方向盘转角δh、方向盘转矩Th、车速u、整车横摆角速度ω、整车质心侧偏角β，油门踏板和前轮转角δf等信号，并控制电磁离合器(200)断电，断开上转向传动轴(160)与下转向传动轴(220)连接，实现线控转向模式；
步骤二、ECU(600)将油门踏板信号转换为期望车速ud，将当前车速u和期望车速ud差值输入PID控制器中，得出整车需求的总驱动力矩Tre，作为一种优选，PID参数由单纯形法优化得出；
步骤三、ECU(600)根据方向盘转角δh、车速u到图6所示线控转向模式中的车速-方向盘转角-角传动比MAP图中选取当前角传动比i；
步骤四、ECU(600)根据选取的角传动比i及转向盘转角δh计算得到期望前轮转角值δfd，计算公式如下：
Figure BDA0003425968490000101
步骤五、ECU(600)根据线控转向系统的动力学方程计算差动协同线控输出总的转向力矩TZ；
其中，线控转向系统的动力学方程如下：
Figure BDA0003425968490000111
TZ＝TΔz+T*gm (3)
式中，Mr为转向器质量；K为前轮转角到齿条位移的比例系数；δf为当前前轮转角；rp为转向小齿轮半径；Br为转向器齿条阻力系数；FAT为回正力矩产生的转向阻力；Ff为摩擦力矩产生的转向阻力；TΔz为差动转向力矩；T为转向执行电机输出力矩；gm转向执行电机减速器减速比。
根据上述线控转向系统的动力学方程，依据下述公式(4)可以计算转向执行电机(300)与第一前轮轮毂电机(400)和第二前轮轮毂电机(410)协同输出的总的转向力矩TZ如下：
Figure BDA0003425968490000112
其中，e1＝δfd-δf (5)
其中，
Figure BDA0003425968490000113
其中，
Figure BDA0003425968490000114
其中，
Figure BDA0003425968490000115
其中，c＝rp*K*Mr (9)
式中，a1为回正阻力系数；a2为摩擦阻力系数；k1和k2为系统稳定系数。
步骤六、ECU(600)结合车速u以及前轮转角δf从车速-前轮输出转角-kf MAP数据表中选取对应的前轮转矩分配系数kf。前轮转矩分配系数kf的定义如下式：
Figure BDA0003425968490000116
Figure BDA0003425968490000117
式中，T1为第一前轮轮毂电机轮毂电机(400)输出力矩；Tf为前轴应输出的总驱动转矩。
其中，作为一种实施例，所述车速u-前轮输出转角δf-kfMAP图在不同车速下的数据表汇总于表2和表3。
表2低车速u(km/h)-大前轮输出转角δf(°)-kf MAP图
Figure BDA0003425968490000121
表3中高车速u(km/h)-前轮输出转角δf(°)-kfMAP图
Figure BDA0003425968490000122
前轮转矩分配系数kfMAP图由离线仿真优化求出，并存储于所述ECU(600)中，使用仿真软件限定汽车以固定车速行驶在定半径的圆周轨迹上以保证车辆操纵性；离线仿真优化以基于图7中示出的前轮轮毂电机MAP图的前轮轮毂电机功率和转向执行电机输出功率为优化函数，在汽车满足当前车速、转弯半径以及汽车动力性能的约束条件基础上，以三者驱动能耗最小为优化目标决策最佳前轮转矩分配系数kf；具体离线优化算法作为一种优选，可以采用遗传粒子群混合优化算法，离线优化的优化函数如下：
Figure BDA0003425968490000123
式中，T1为第一前轮轮毂电机(400)输出转矩；n1为第一前轮轮毂电机(400)输出转速；ε1第一前轮轮毂电机(400)输出效率；T2为第二前轮轮毂电机(410)输出转矩；n2为第二前轮轮毂电机(410)输出转速；ε2第二前轮轮毂电机(410)输出效率；T为转向执行电机(300)输出转矩；n为转向执行电机(300)输出转速；ε为转向执行电机(300)输出效率。
步骤七、ECU(600)控制第一前轮轮毂电机(400)和第二前轮轮毂电机(410)计算得到分配给第一前轮(420)转矩T1、第二前轮(430)转矩T2和两前轮差动驱动产生差动转向力矩TΔz，计算公式如下：
T1＝kf*Tf (13)
T2＝(1-kf)*Tf (14)
Figure BDA0003425968490000131
式中，kf为ECU从车速-前轮输出转角-kf MAP图中读取的前轮转矩分配系数；Tf为前轴应输出的总驱动转矩；it为转向传动机构角传动比；is为转向器角传动比；rw为车轮滚动半径；rσ主销偏置距；
同时，ECU(600)控制转向执行电机(300)输出转向力矩T，计算如下：
Figure BDA0003425968490000132
转向执行电机(300)输出转向力矩T经转向执行电机减速器(310)后与第一前轮轮毂电机(400)和第二前轮轮毂电机(410)输出的差动转向力矩TΔz叠加在一起共同推动第一前轮(420)和第二前轮(430)偏转完成转向动作。
步骤八、ECU(600)控制路感电机(130)输出路感反馈阻力转矩；如果汽车具备自动驾驶功能，作为一种优选，如汽车此时处于L4级以上自动驾驶状态时，此时ECU(600)控制路感电机(130)保持方向盘中位静止即可，驾驶员无需应急准备接管车辆；如汽车处于L3级自动驾驶状态时，此时ECU(600)控制路感电机(130)按照前轮转角传感器(440)测得的前轮转角方向和角度带动方向盘同方向线性比例角度随动转动，以方便驾驶员随时监控汽车行驶状态和接管转向操作控制车辆。
如图4所示，本发明所述的一种差动协同多模式线控转向控制方法的冗余模式一子流程步骤如下：
步骤一、ECU(600)读取方向盘转角δh、方向盘转矩Th、车速u、整车横摆角速度ω、整车质心侧偏角β，油门踏板和前轮转角δf等信号，并控制电磁离合器(200)断电，断开上转向传动轴(160)与下转向传动轴(220)连接，实现线控转向模式。
步骤二、ECU(600)将油门踏板信号转换为期望车速ud，将当前车速u和期望车速ud差值输入PID控制器中，得出整车需求的总驱动力矩Tre，PID参数由单纯形法优化得出。
步骤三、ECU(600)根据方向盘转角δh、车速u到图6所示线控转向模式中的车速-方向盘转角-角传动比MAP图中选取当前角传动比i。
步骤四、ECU(600)根据选取的角传动比i及转向盘转角δh计算得到期望前轮转角值δfd；计算公式如下：
Figure BDA0003425968490000141
步骤五、ECU(600)根据线控转向系统的动力学方程计算得到总转向力矩TZ；
其中，线控转向系统的动力学方程如式(2)至(3)所示，总转向力矩TZ根据公式(4)至(9)计算得到。
步骤六、ECU(600)根据横摆角速度ω与质心侧偏角β判断此时车辆稳定性，稳定性约束条件为：
β＜β0，Δω＜∈ (18)
式中，β0为所述第一轮毂电机(400)和所述第二轮毂电机(410)输出相同转矩时汽车质心侧偏角；Δω为当前横摆角速度与所述第一轮毂电机(400)和所述第二轮毂电机(410)输出相同转矩时的横摆角速度差值；∈为设置的约束值。
若满足条件则此时表示汽车稳定，进行下一步骤；若此时汽车不稳定，则ECU(600)控制前轮轮毂电机(400)(410)停止输出差动转向力矩，同时控制电磁离合器(200)通电，切换所述冗余模式三。
步骤七、ECU(600)控制第一前轮轮毂电机(400)和第二前轮轮毂电机(410)输出差动转向力矩TΔZ：
TΔZ＝TZ (19)
步骤八、ECU(600)控制第一前轮轮毂电机(400)和第二前轮轮毂电机(410)输出根据差动转向力矩TΔZ计算得到分配给第一前轮(420)的转矩指令T1和第二前轮(430)的转矩指令T2，计算公式如下：
Figure BDA0003425968490000142
Figure BDA0003425968490000143
Figure BDA0003425968490000144
Figure BDA0003425968490000145
第一前轮轮毂电机(400)和第二前轮轮毂电机(410)输出的转矩差经地面作用产生对转向系统的差动转向力矩TΔZ，从而推动第一前轮(420)和第二前轮(430)偏转完成转向动作。
步骤九、ECU(600)控制路感电机(130)输出路感反馈阻力转矩；如果汽车具备自动驾驶功能，作为一种优选，因此时存在转向执行电机(300)故障，处于安全驾驶考虑，如汽车此时处于L3级以上自动驾驶状态时，此时ECU(600)控制路感电机(130)按照前轮转角传感器(440)测得的前轮转角方向和角度带动方向盘同方向线性比例角度随动转动，以方便驾驶员随时监控汽车行驶状态和接管转向操作控制车辆。
如图5所示，本发明所述的一种差动协同多模式线控转向控制方法的冗余模式二子流程步骤如下：
步骤一、ECU(600)读取方向盘转角δh、方向盘转矩Th、车速u、整车横摆角速度ω、整车质心侧偏角β，油门踏板和前轮转角δf等信号，并控制电磁离合器(200)断电，断开上转向传动轴(160)与下转向传动轴(220)连接，实现线控转向模式。
步骤二、ECU(600)根据方向盘转角δh、车速u到图6所示线控转向模式中的车速-方向盘转角-角传动比MAP图中选取当前角传动比i。
步骤三、ECU(600)根据选取的角传动比i及转向盘转角δh计算得到期望前轮转角值δfd，计算公式如下：
Figure BDA0003425968490000151
步骤四、ECU(600)根据线控转向系统的动力学方程计算得到总转向力矩TZ；
其中，线控转向系统的动力学方程如式(2)至(3)所示，总转向力矩TZ根据公式(4)至(9)计算得到。
步骤五、ECU(600)根据下式计算并控制转向执行电机(300)输出转向力矩T：
Figure BDA0003425968490000152
其中，gm转向执行电机减速器减速比；
转向执行电机(300)输出转向力矩T经转向执行电机减速器(310)减速增扭后推动第一前轮(420)和第二前轮(430)偏转完成转向动作。
步骤六、ECU(600)控制路感电机(130)输出路感反馈阻力力矩；如果汽车具备自动驾驶功能，作为一种优选，因此时存在第一前轮轮毂电机(400)和/或第二前轮轮毂电机(410)故障，处于安全驾驶考虑，如汽车此时处于L3级以上自动驾驶状态时，此时ECU(600)控制路感电机(130)按照前轮转角传感器(440)测得的前轮转角方向和角度带动方向盘同方向线性比例角度随动转动，以方便驾驶员随时监控汽车行驶状态和接管转向操作控制车辆。
作为一种实施例，本发明所述的一种差动协同多模式线控转向控制方法的冗余模式三子流程步骤如下：
步骤一、所述ECU(600)控制所述电磁离合器(200)通电，使上转向传动轴(160)与下转向传动轴(220)连接实现电动助力转向；
步骤二、ECU(600)控制路感电机(130)输出转向助力转矩；此时，驾驶员通过方向盘(100)输入的转向力矩经转向轴(150)、上转向传动轴(160)、电磁离合器(200)、下转向传动轴(220)后输出到齿轮齿条转向器(510)，在路感电机(130)输出的转向助力转矩辅助下共同推动前轮(420)(430)偏转完成转向动作。
本发明所述的一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法，在电子器件未发生故障时，通过差动转向协同线控转向降低了转向执行电机以及前轮轮毂电机的综合输出功率，提升了整车的经济性；当电子器件发生故障时，通过设置多种冗余模式很大程度上提升了线控主动转向系统的安全性。

Claims (10)

1.一种差动协同多模式线控转向系统，其特征在于，包括：
方向盘单元，其用于驾驶员操纵输入转向指令；
机械转向单元，其连接所述方向盘单元传递驾驶员输入转向力矩，包括：电磁离合器，万向节，下转向传动轴；
线控转向单元，其用于线控自动完成转向力矩产生；
转向传动机构，其用于接收机械转向单元和线控转向单元传递的转向力矩；
差动转向单元，其用于辅助或冗余所述线控转向单元；
电子控制单元，用于采集所述方向盘单元转角、扭矩信号，和所述转向传动机构转角信号，并根据控制程序控制所述方向盘单元、所述电磁离合器、所述线控转向单元和差动转向单元的协同动作。
2.如权利要求1所述的差动协同多模式线控转向系统，其特征在于，所述方向盘单元包括：
方向盘，其用于接收驾驶员输入转向力矩；
方向盘转角传感器，其连接所述方向盘，用于检测方向盘转角并输入至电子控制单元；
方向盘扭矩传感器，其连接所述方向盘，用于检测方向盘扭矩并输入至电子控制单元；
路感电机，其用于接收所述电子控制单元输出的控制信号，输出路感反馈阻力转矩或转向助力转矩；
路感电机减速器，其用于减速增扭所述路感电机输出的转矩；
转向轴，其用于连接和传递所述方向盘转向力矩；
上转向传动轴，其上端通过销钉与所述转向轴相连，并侧方连接所述路感电机减速器，传递所述路感反馈阻力转矩或转向助力转矩至驾驶员，下端与所述电磁离合器连接。
3.如权利要求1所述的差动协同多模式线控转向系统，其特征在于，所述线控转向单元包括：
转向执行电机，其用于接收所述电子控制单元输出的控制信号，输出自动转向力矩；
转向执行电机减速器，其用于减速增扭所述转向执行电机输出的转向力矩，输出至所述转向传动机构。
4.如权利要求1所述的差动协同多模式线控转向系统，其特征在于，所述差动转向单元包括：
第一前轮，其通过转向节与所述转向传动机构一侧相连；
第二前轮，其通过转向节与所述转向传动机构另一侧相连；
第一前轮轮毂电机，其用于接收所述电子控制单元输出的控制信号，驱动所述第一前轮；
第二前轮轮毂电机，其用于接收所述电子控制单元输出的控制信号，驱动所述第二前轮；
前轮转角传感器，其用于检测前轮转角，并传输至所述电子控制单元。
5.如权利要求1所述的差动协同多模式线控转向系统，其特征在于，所述转向传动机构包括：
齿轮齿条转向器，其用于接收转向执行电机减速器和所述下转向传动轴输出的转向力矩；
转向梯形臂，其两端通过球销分别连接所述齿轮齿条转向器和车轮转向节臂；
作为一种优选，所述齿轮齿条转向器还包括：
第一转向小齿轮，其用于接收转向执行电机减速器输出的转向力矩；
转向小齿轮转角传感器，其用于检测所述第一转向小齿轮转角，并传递至所述电子控制单元；
转向齿条，其用于驱动所述转向梯形臂移动；
齿条位移传感器；其用于检测所述转向齿条位移，并传递至所述电子控制单元；
第二转向小齿轮；其用于接收所述下转向传动轴输出的转向力矩，驱动所述转向齿条移动；
转向器壳体，用于容置所述第一转向小齿轮、所述转向齿条和所述第二转向小齿轮。
6.一种差动协同多模式线控转向控制方法，其特征在于，包括：
工作模式，用于控制电磁离合器断电实现线控转向并基于整车动力性、前轮轮毂电机MAP图以及转向执行电机输出功率，从降低能耗的角度控制第一前轮轮毂电机和第二前轮轮毂电机输出差动转向力矩，协同转向执行电机驱动前轮进行转向，ECU控制路感电机输出路感反馈阻力转矩；
冗余模式一，用于转向执行电机故障，此模式可以实现差动主动转向，ECU控制电磁离合器断电，ECU控制第一前轮轮毂电机和第二前轮轮毂电机输出差动转向力矩，利用产生的地面驱动力差间接驱动车轮进行转向，ECU控制路感电机输出路感反馈阻力转矩；
冗余模式二，用于前轮轮毂电机故障，此模式可以实现线控主动转向，ECU控制电磁离合器断电，ECU控制转向执行电机输出转向力矩，ECU控制路感电机输出路感反馈阻力转矩；
冗余模式三，用于转向执行电机和前轮轮毂电机同时故障，此模式可以实现电动助力转向，ECU控制电磁离合器通电，使上转向传动轴与下转向传动轴连接，ECU控制路感电机输出转向助力转矩，协同驾驶员通过方向盘施加的转向力矩驱动车轮进行转向；
其特征在于，还包括：
系统自检、ECU读取转向执行电机、前轮轮毂电机自检信号：
若所有电机都未失效，ECU执行所述工作模式；
若存在任一电机失效，ECU执行所述冗余模式一，或所述冗余模式二，或所述冗余模式三：
若转向执行电机自检信号异常、前轮轮毂电机自检信号正常，ECU执行所述冗余模式一；
若转向执行电机自检信号正常、前轮轮毂电机自检信号异常，ECU执行所述冗余模式二；
若转向执行电机自检信号和前轮轮毂电机自检信号均异常，ECU执行所述冗余模式三。
7.如权利要求6所述的差动协同多模式线控转向控制方法，其特征在于，所述工作模式包括：
步骤一、ECU读取方向盘转角δh、方向盘转矩Th、车速u、整车横摆角速度ω、整车质心侧偏角β、油门踏板和前轮转角δf等信号，并控制电磁离合器断电，断开上转向传动轴与下转向传动轴连接，实现线控转向模式；
步骤二、ECU将油门踏板信号转换为期望车速ud，将当前车速u和期望车速ud差值输入PID控制器中，得出整车需求的总驱动力矩Tre；
步骤三、ECU根据方向盘转角δh、车速u查MAP图表选取当前角传动比i；
步骤四、ECU根据选取的角传动比i及转向盘转角δh计算得到期望前轮转角值δfd：
Figure FDA0003425968480000021
步骤五、ECU根据线控转向系统动力学方程计算转向执行电机与前轮轮毂电机协同输出转向力矩TZ：
Figure FDA0003425968480000022
e1＝δfd-δf
Figure FDA0003425968480000023
Figure FDA0003425968480000024
Figure FDA0003425968480000025
c＝rp*K*mr
其中，a1为回正阻力系数；a2为摩擦阻力系数；k1和k2为系统稳定系数；Mr为转向器质量；K为前轮转角到齿条位移的比例系数；δf为当前前轮转角；rp为转向小齿轮半径；Br为转向器齿条阻力系数；
步骤六、ECU结合车速u以及前轮转角δf从车速-前轮输出转角kf的MAP数据表中选取对应的前轮转矩分配系数kf；作为一种优选，前轮转矩分配系数kfMAP数据表可由综合两前轮轮毂电机输出功率和转向执行电机输出功率作为优化函数，以总功率最小为优化目标经离线仿真优化求出，优化结果数据表存储于ECU中，具体优化函数如下：
Figure FDA0003425968480000026
其中，T1为第一前轮轮毂电机输出转矩；n1为第一前轮轮毂电机输出转速；ε1第一前轮轮毂电机输出效率；T2为第二前轮轮毂电机输出转矩；n2为第二前轮轮毂电机输出转速；ε2第二前轮轮毂电机输出效率；T为转向执行电机输出转矩；n为转向执行电机输出转速；ε为转向执行电机输出效率；
步骤七、ECU计算并输出控制第一前轮轮毂电机和第二前轮轮毂电机执行分配给第一前轮转矩T1、第二前轮转矩T2进行差动驱动产生差动转向力矩TΔz，分别计算如下：
T1＝kf*Tf
T2＝(1-kf)*Tf
Figure FDA0003425968480000027
其中，kf为ECU从车速-前轮输出转角kfMAP数据表中读取的前轮转矩分配系数；Tf为前轴应输出的总驱动转矩；it为转向传动机构角传动比；is为转向器角传动比；rw为车轮滚动半径；rσ为主销偏置距；
ECU计算转向执行电机输出转向力矩T：
Figure FDA0003425968480000031
其中，gm转向执行电机减速器减速比；
转向执行电机输出转向力矩T经转向执行电机减速器后与第一、第二轮毂电机输出的差动转向力矩TΔz叠加，驱动前轮完成转向动作；
步骤八、ECU控制路感电机输出路感反馈阻力转矩让驾驶员获得转向路感；作为一种优选，如汽车处于L4级以上自动驾驶状态时，此时ECU控制路感电机保持方向盘中位静止；如汽车处于L3级自动驾驶状态时，此时ECU控制路感电机按照前轮转角方向和角度带动方向盘同方向线性比例角度随动。
8.如权利要求7所述的差动协同多模式线控转向控制方法，其特征在于，所述冗余模式一包括：
步骤一、ECU读取方向盘转角δh、方向盘转矩Th、车速u、整车横摆角速度ω、整车质心侧偏角β，油门踏板和前轮转角δf等信号，并控制电磁离合器断电，断开上转向传动轴与下转向传动轴连接，实现线控转向模式；
步骤二、ECU将油门踏板信号转换为期望车速ud，将当前车速u和期望车速ud差值输入PID控制器中，得出整车需求的总驱动力矩Tre；
步骤三、ECU根据方向盘转角δh、车速u查MAP图表选取当前角传动比i；
步骤四、ECU根据选取的角传动比i及转向盘转角δh计算得到期望前轮转角值δfd：
Figure FDA0003425968480000032
步骤五、ECU根据线控转向系统动力学方程计算转向执行电机与前轮轮毂电机协同输出转向力矩TZ；
步骤六、ECU根据横摆角速度ω与质心侧偏角β判断此时车辆稳定性：
β<β0,Δω<∈
其中，β0为所述第一轮毂电机和第二轮毂电机输出相同转矩时汽车质心侧偏角；Δω为当前横摆角速度与第一轮毂电机和第二轮毂电机输出相同转矩时的横摆角速度差值；ε为设置的约束值；
若满足条件则此时汽车稳定，进行下一步骤；若此时汽车不稳定，则ECU控制前轮轮毂电机停止输出差动转向力矩，同时控制电磁离合器通电，切换所述冗余模式三；
步骤七、ECU计算需求的前轮轮毂电机输出差动转向力矩TΔZ：
TΔZ＝TZ
步骤八、ECU计算并输出控制第一前轮轮毂电机和第二前轮轮毂电机执行分配给第一前轮转矩T1和第二前轮转矩T2：
Figure FDA0003425968480000033
Figure FDA0003425968480000034
Figure FDA0003425968480000035
Figure FDA0003425968480000036
第一前轮轮毂电机和第二前轮轮毂电机输出差对转向系统产生差动转向力矩TΔZ，驱动前轮完成转向动作；
步骤九、ECU控制路感电机输出路感反馈阻力转矩；作为一种优选，如汽车处于L3级以上自动驾驶状态时，此时ECU控制路感电机按照前轮转角方向和角度带动方向盘同方向线性比例角度随动。
9.如权利要求7所述的差动协同多模式线控转向控制方法，其特征在于，所述冗余模式二包括：
步骤一、ECU读取方向盘转角δh、方向盘转矩Th、车速u、整车横摆角速度ω、整车质心侧偏角β，油门踏板和前轮转角δf等信号，并控制电磁离合器断电，断开上转向传动轴与下转向传动轴连接，实现线控转向模式；
步骤二、ECU根据方向盘转角δh、车速u查MAP图表选取当前角传动比i；
步骤三、ECU根据选取的角传动比i及转向盘转角δh计算得到期望前轮转角值δfd：
Figure FDA0003425968480000041
步骤四、ECU根据线控转向系统动力学方程计算转向执行电机与前轮轮毂电机协同输出转向力矩TZ；
步骤五、ECU计算并控制转向执行电机输出转向力矩T：
Figure FDA0003425968480000042
转向执行电机输出转向力矩T经转向执行电机减速器后完成转向动作；
步骤六、ECU控制路感电机输出路感反馈阻力转矩；作为一种优选，如汽车处于L3级以上自动驾驶状态时，从安全角度出发，此时ECU控制路感电机按照前轮转角方向和角度带动方向盘同方向线性比例角度随动。
10.如权利要求7所述的差动协同多模式线控转向控制方法，其特征在于，所述冗余模式三包括：
步骤一、ECU控制电磁离合器通电，使上转向传动轴与下转向传动轴连接实现电动助力转向；
步骤二、ECU控制路感电机输出转向助力转矩；此时，驾驶员通过方向盘输入的转向力矩经转向轴、上转向传动轴、电磁离合器、下转向传动轴后输出到齿轮齿条转向器，驱动前轮完成转向动作。
CN202111577987.XA 2021-12-22 2021-12-22 一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法 Active CN114030525B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111577987.XA CN114030525B (zh) 2021-12-22 2021-12-22 一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111577987.XA CN114030525B (zh) 2021-12-22 2021-12-22 一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114030525A true CN114030525A (zh) 2022-02-11
CN114030525B CN114030525B (zh) 2023-12-19

Family

ID=80141029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111577987.XA Active CN114030525B (zh) 2021-12-22 2021-12-22 一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114030525B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113548108A (zh) * 2020-04-23 2021-10-26 华为技术有限公司 车辆转向装置和车辆
CN114735076A (zh) * 2022-05-19 2022-07-12 吉林大学 一种差动协同线控转向的容错控制方法
CN114987605A (zh) * 2022-06-29 2022-09-02 燕山大学 一种线控独立转向系统及其容错控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102180194A (zh) * 2011-04-28 2011-09-14 南京航空航天大学 适时四轮驱动电动轮汽车自适应转向系统及其控制方法
WO2015007418A1 (de) * 2013-07-17 2015-01-22 Thyssenkrupp Presta Ag Verfahren zum betreiben der lenkung eines kraftfahrzeugs
CN111923996A (zh) * 2020-07-07 2020-11-13 南京天航智能装备研究院有限公司 一种线控底盘多模式电液转向系统及控制方法
US20210269087A1 (en) * 2018-12-18 2021-09-02 Nanjing University Of Aeronautics And Astronautics Active Fault Tolerance and Fault Mitigation System Based on Steer-by-wire with Dual Motors and Control Method Therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102180194A (zh) * 2011-04-28 2011-09-14 南京航空航天大学 适时四轮驱动电动轮汽车自适应转向系统及其控制方法
WO2015007418A1 (de) * 2013-07-17 2015-01-22 Thyssenkrupp Presta Ag Verfahren zum betreiben der lenkung eines kraftfahrzeugs
US20210269087A1 (en) * 2018-12-18 2021-09-02 Nanjing University Of Aeronautics And Astronautics Active Fault Tolerance and Fault Mitigation System Based on Steer-by-wire with Dual Motors and Control Method Therefor
CN111923996A (zh) * 2020-07-07 2020-11-13 南京天航智能装备研究院有限公司 一种线控底盘多模式电液转向系统及控制方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113548108A (zh) * 2020-04-23 2021-10-26 华为技术有限公司 车辆转向装置和车辆
CN113548108B (zh) * 2020-04-23 2023-02-14 华为技术有限公司 车辆转向装置和车辆
CN114735076A (zh) * 2022-05-19 2022-07-12 吉林大学 一种差动协同线控转向的容错控制方法
CN114987605A (zh) * 2022-06-29 2022-09-02 燕山大学 一种线控独立转向系统及其容错控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114030525B (zh) 2023-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114030525B (zh) 一种差动协同多模式线控转向系统及控制方法
CN110001765B (zh) 一种具有冗余机构的车用线控转向装置及控制方法
US11332140B2 (en) Steering system
CN109291991B (zh) 一种双电机线控复合转向系统及其控制方法
CN109808764B (zh) 一种具备冗余功能的线控转向装置及控制方法
CN109774791B (zh) 一种线控四轮主动转向电动轮系统及其转向容错控制方法
US20050178606A1 (en) Motor vehicle steering system
CN109774786B (zh) 一种基于线控转向的多模式助力转向系统及其控制方法
JP2679803B2 (ja) 車両の後輪操舵装置
JP2003200840A (ja) 三重の冗長性を有する車両用電動ステアリング装置
US20210046972A1 (en) Steering device
CN111674458A (zh) 一种冗余机构线控转向装置和控制方法
CN114735076B (zh) 一种差动协同线控转向的容错控制方法
CN114179905B (zh) 双模式后轮主动转向系统控制方法
KR102167906B1 (ko) 조향 제어 장치 및 이를 포함하는 조향 보조 시스템
CN211196343U (zh) 乘用车多模式电机驱动线控转向系统
CN114524019A (zh) 一种商用车双绕组双电机线控转向系统及其控制方法
CN111717278A (zh) 一种电动汽车转向失效的容错控制方法及系统
JP2009248660A (ja) 車両用電動式操舵装置
CN110696912A (zh) 乘用车多模式电机驱动线控转向系统及其转向控制方法
CN114987605B (zh) 一种线控独立转向系统及其容错控制方法
US6564131B2 (en) Four-wheel steering algorithm with functional and diagnostic states and modes
CN209739155U (zh) 一种线控四轮主动转向电动轮系统
CN110901753A (zh) 一种带中位自锁功能的后轮线控转向器及其控制方法
JP4030871B2 (ja) 電気自動車の操舵機構

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant