CN114179905B - 双模式后轮主动转向系统控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设计开发了双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于，包括：上层控制程序、执行器控制程序、模式切换控制程序。上层控制程序根据系统工作状态指令符的赋值，决策出不同工况下的期望后轮转角；执行器控制程序读取期望后轮转角，并根据模式切换模块执行器工作相位指令符的赋值，决策出不同工况下执行器的输出；所述模式切换控制程序依据当前车辆驾驶工况的变化，通过控制执行器的工作状态来实现左右后轮同向偏转或相向偏转两种工作模式的切换，从而适应汽车在直线行驶、直行减速、低速转向、高速转向等工况对两后轮转角变化规律的需求，可有效提高汽车在低速转向时的机动性、高速转向时的操纵稳定性和制动工况下的方向稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车转向技术领域，尤其是电控后轮主动转向技术领域。更具体地说，本发明涉及双模式后轮主动转向系统控制方法。
背景技术
后轮转向作为一种辅助转向技术，在汽车低速行驶状态下，能够抑制转向不足特性，提高狭小空间下的转向机动性；在汽车高速行驶状态下，能够抑制过多转向特性，改善操纵稳定性。现有机械随动转向和机械式传动转向存在可控性较差、转角控制规律单一等问题，无法适应当下主动线控底盘对车辆性能改善和提升的技术需求。近年来汽车底盘线控化趋势下，出现了形式多样的电控后轮主动转向技术。目前已经在整车上得以应用的后轮主动转向执行器的工作方式主要分为两种。一种是单一执行器带动一套机械结构实现两后轮转动，如宝马7系轿车中配备的Integral后轮主动转向，采用一个后桥侧偏控制电机驱动螺杆螺母副产生轴向位移实现最大3°的后轮转角；凯迪拉克CT6的ARS后轮主动转向，采用了伺服电机配合五连杆悬挂实现最大3.5°的后轮转向角；德尔福的Quadrasteer四轮转向系统，通过后轴壳体内的电控电机驱动转向齿条执行器，根据转向盘转角信号和车速信号，控制后轮的转向动作；雷克萨斯GS350的后轮动态转向系统(DRS)中，通过直流电机驱动后转向连杆总成，控制后轮实现转向控制ECU计算出的后轮转角；奥迪RSQ8的全轮转向通过后桥中间布置的伺服电机驱动转向拉杆控制束角，实现后轮转向效果。另一种是左右后轮各由独立的执行器控制实现转动，如采埃孚公司研发出的AKC后轮主动转向装置，使用两套直流无刷电机驱动连杆机构，分别改变左右后轮前束以提供最大6°的后轮转角，在保时捷911Turbo、911GT3等车型上均有配备。随着底盘线控化，后轮主动转向系统已成为越来越多高端汽车的标配之一。
后轮主动转向的控制方法早期多采用古典控制理论，以质心侧偏角为零来设计后轮转角与前轮转角的比例控制。随着现代控制理论的发展，后轮主动转向也逐步采用自适应控制、鲁棒控制、μ综合控制、基于神经网络的控制等方法，能够更好地适应车辆道路系统的非线性变化和随机扰动变化来控制后轮转角，改善汽车操纵稳定性。
另外，在制动工况下，如果后轴出现侧滑，那么整车极易出现失稳的危险。因此，后轮转角除了可以用于转向工况下改善低速时的车辆机动性和高速时的操纵稳定性以外，还可以通过减小后轮前束，即控制两后轮实现八字前束，来改善汽车制动时的方向稳定性。目前市场上本田讴歌TLX-L应用了一套名为PAWS的后轮主动转向技术来实现上述三种使用工况的后轮转角要求。由于讴歌的PAWS技术采用两个机电执行器，能够较为容易的控制两个后轮的独立转角，使后轮转角能够在±1.8°内独立调整。但双电机独立控制的可靠性较差，一旦单侧的执行电机损坏，那么左右后轮的运动规律将被破坏，容易对驾驶员驾驶带来危险，因此其功能安全尤为重要，目前该技术是通过冗余控制器来实现的软件冗余。但总体上，现有研究并没有对汽车左右后轮具有同向偏转和相向偏转两种模式的双模式后轮主动转向系统控制方法进行论述。
发明内容
本发明的目的是，设计开发一种能够使双模式后轮主动转向系统通过控制左右后轮同向偏转或相向偏转两种工作模式的切换，从而适应汽车在直线行驶、直行减速、低速转向、高速转向等工况对两后轮转角变化规律需求的控制方法，可有效提高汽车在低速行驶时的机动性、高速行驶时的操纵稳定性和制动工况下的方向稳定性。
为了实现本发明的目的，提供的技术方案为：
双模式后轮主动转向系统控制方法，包括：
上层控制程序、执行器控制程序、模式切换控制程序。所述上层控制程序根据双模式后轮主动转向系统工作状态指令符的赋值，决策出不同工况下的期望后轮转角；所述执行器控制程序读取期望后轮转角，并根据模式切换模块执行器工作相位指令符的赋值，决策出不同工况下转角控制模块执行器与模式切换模块执行器的工作相位，通过控制两个执行器的输出，得到实际后轮转角。当系统的所工作的工况发生切换时，通过控制所述转角控制模块执行器与所述模式切换模块执行器的工作状态来实现模式切换控制。
上层控制程序包括如下步骤：
步骤一：读取CAN总线上程序所需要的信号。
步骤二：调用程序所需要的预先设定的参数。
步骤三：调用双模式后轮主动转向系统工作状态指令符与模式切换模块执行器工作相位指令符检测子程序。该子程序通过制动踏板角位移信号、汽车行驶车速信号、前轮转角信号，对双模式后轮主动转向系统工作状态的指令符“state”进行赋值。
步骤四：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为0，若判断为是，则结束程序；若判断为否，则进行步骤五。
步骤五：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为1，若判断为是，则进行步骤七；若判断为否，则进行步骤六。
步骤六：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为2，若判断为是，则进行步骤九；若判断为否，则进行步骤十。
步骤七：实时计算车身此时横向轨迹与制动初始时刻轨迹的横向位移Δy，或实时计算车身此时航向与制动初始时刻航向角位移Δξ。
步骤八：分别计算车身横向位移Δy或航向角位移Δξ，与制动初始时刻车身横向位移Δy0或制动初始时刻车身航向角位移Δξ0的偏差ey与eξ，并将其作为控制输入，输出制动工况下维持车辆制动时方向稳定性的期望后轮转角δr_ref，然后将计算出的δr_ref与期望后轮转角最大值δr_max进行比较，若δr_ref＜δr_max，则输出δr_ref；若δr_ref≥δr_max，则输出δr_ref＝δr_max。
步骤九：根据建立的线性二自由度模型，计算期望横摆角速度ωr_ref。然后计算实际横摆角速度ωr与理想横摆角速度ωr_ref的偏差eω，将eω作偏差控制的输入，得到高速转向下提高车辆操纵稳定性的期望后轮转角δr_ref，然后将计算出的δr_ref与δr_max进行比较，若δr_ref＜δr_max，则输出δr_ref；若δr_ref≥δr_max，则输出δr_ref＝δr_max。
步骤十：计算期望横摆角速度ωr_ref，计算实际横摆角速度ωr与理想横摆角速度ωr_ref的偏差eω，将eω作偏差控制的输入，得到低速转向下提高车辆机动性的期望后轮转角δr_ref，然后将计算出的δr_ref与δr_max进行比较，若δr_ref＜δr_max，则输出δr_ref；若δr_ref≥δr_max，则输出δr_ref＝δr_max。
步骤十一：输出期望后轮转角δr_ref，结束。
执行器控制程序包含如下步骤：
步骤一：读取期望后轮转角δr_ref。
步骤二：检测转角控制模块执行器和模式切换模块执行器是否失效，若至少一个失效，则向双模式后轮主动转向系统ECU返回执行器维修指令；若两个都未失效，则执行步骤三。
步骤三：调用双模式后轮主动转向系统工作状态指令符与模式切换模块执行器工作相位指令符检测子程序。该子程序依据制动踏板角位移信号、汽车行驶车速信号和前轮转角信号，对模式切换模块执行器工作相位指令符“mode”进行赋值。
步骤四：判断模式切换模块执行器工作相位指令符mode是否取值为1，若判断为是，则模式切换模块执行器调至制动相位，然后执行步骤六；若判断为否，则执行步骤五。
步骤五：判断模式切换模块执行器工作相位指令符mode是否取值为2，若判断为是，则模式切换模块执行器调至转向相位，然后执行步骤六；若判断为否，则结束程序。
步骤六：选择转角控制模块执行器工作相位。
步骤七：计算转角控制模块执行器的广义工作行程x。
步骤八：判断转角控制模块执行器广义工作行程x是否小于转角控制模块执行器允许的最大工作行程xmax，若判断为是，则输出x；若判断为否，则输出x＝xmax。
步骤九：计算实际后轮转角δr。
步骤十：将得到的实际后轮转角返回步骤七，作闭环控制。
步骤十一：结束程序。
模式切换控制程序包括步骤：
当双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符由“state＝1”切换至“state＝2”时，需要先过渡到“state＝0”，此时需要转角控制模块执行器调至与原工作相位相反至车轮回正，即δr＝0，然后转角控制模块执行器停止工作，模式切换模块执行器由制动相位调至中位，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符为“state＝0”；接下来由“state＝0”切换至“state＝2”，此时模式切换模块执行器调至转向相位，然后转角控制模块执行器选择工作相位并上电工作使两后轮同向偏转，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符为“state＝2”。
当双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符由“state＝2”切换至“state＝1”时，仍需要先过渡到“state＝0”，此时需要转角控制模块执行器调至与原工作相位相反至车轮回正，即δr＝0，然后转角控制模块执行器停止工作，模式切换模块执行器由转向相位调至中位，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符为“state＝0”；接下来由“state＝0”切换至“state＝1”，此时模式切换模块执行器调至制动相位，然后转角控制模块执行器选择工作相位并上电工作使两后轮相向偏转，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符为“state＝1”。
在双模式后轮主动转向系统的实施例2中，200a为模式切换总成一、200b为模式切换总成二、400a为左后轮运动转换机构总成、400b为右后轮运动转换机构总成。在该实施例中，基于同步器的结构特点，可以在所述直流转角控制电机一直正转的情况下，直接通过控制所述模式切换总成一200a和所述模式切换总成二200b中各自的直流模式切换电机的正转和反转，独立的选择左右后轮的偏转相位。当两个后轮由相向偏转向同向右转切换时，所述模式切换总成二200b的直流模式切换电机反转，使右后轮单独切换到右转相位；反之，则所述模式切换总成二200b的直流模式切换电机反转，使右后轮单独切换到左转相位；当两个后轮由相向偏转向同向左转切换时，所述模式切换总成一200a的直流模式切换电机反转，使左后轮单独切换到左转相位；反之，则所述模式切换总成一200a的直流模式切换电机反转，使左后轮单独切换到右转相位。
本发明至少包括如下有益效果：
1.本发明所述双模式后轮主动转向系统控制方法控制逻辑清晰可靠，通过上层控制程序和执行器控制程序的分层控制，可以实现左右后轮同向偏转或相向偏转两种工作模式的控制。
2.本发明所述双模式后轮主动转向系统控制方法既可以实现汽车在传统后轮主动转向下的低速行驶提高机动性、高速行驶时提高操纵稳定性的性能，又可以通过控制两个后轮的八字前束提高汽车在制动工况下的方向稳定性。
3.本发明所述双模式后轮主动转向系统控制方法既可以在当下新生的新的电子电气架构下，集成在底盘域控制器中作为一个分功能对后轮转向实施主动控制；亦可以对于传统汽车电子控制架构下，独立集成在一个双模式后轮主动转向控制器中，易于与整车控制器作联合开发，具有广泛的实用价值。
附图说明
图1为本发明所述双模式后轮主动转向系统控制方法的上层控制程序流程图。
图2为本发明所述双模式后轮主动转向系统控制方法的双模式后轮主动转向系统工作状态指令符与模式切换模块执行器工作相位指令符检测子程序流程图。
图3为本发明所述双模式后轮主动转向系统控制方法的执行器控制程序流程图。
图4为本发明所述双模式后轮主动转向系统控制方法的模式切换控制程序流程图。
图5为本发明所述双模式后轮主动转向系统控制方法的实施例一。
图6为本发明所述双模式后轮主动转向系统控制方法的实施例二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供双模式后轮主动转向系统控制方法，其控制流程包含上层控制程序和执行器控制程序。上层控制程序根据双模式后轮主动转向系统工作状态指令符的赋值，决策出不同取值下的期望后轮转角，执行器控制程序读取期望后轮转角，并根据模式切换模块执行器工作相位指令符的赋值，决策出不同取值下转角控制模块执行器与模式切换模块执行器的工作相位，通过控制两个执行器的输出，输出实际后轮转角。
上层控制程序如图1所示，包括如下步骤：
步骤一：读取CAN总线上由方向盘转角传感器得到的方向盘转角信号δsw、由车速传感器得到的整车车速信号uc、由制动踏板位置传感器得到的制动踏板开度角信号θb、由陀螺仪测得的车身航向角位移信号Δξ、由横摆角速度传感器得到的整车横摆角速度信号ωr。
步骤二：调用转向系角传动比iω0、制动踏板角位移阈值θb0、低车速阈值ulow、高车速阈值uhigh、汽车轴距L、整车绕z轴的转动惯量Iz、路面附着系数μ、重力加速度g、整车质量m、汽车质心到前轴的距离a、质心到后轴的距离b、前轴侧偏刚度k1、后轴侧偏刚度k2、制动初始时刻车身横向位移Δy0、制动初始时刻车身航向角位移Δξ0、期望后轮转角最大值δr_max、转角控制模块执行器允许的最大工作行程xmax、双模式后轮主动转向系统转角控制模块执行器输出端到整个系统输出端的减速比iR；若转角控制模块执行器采用直流伺服电机，则还需调用电机电阻R、反电动势系数Ke、磁链电感L、转矩系数Kt、电机转子转动惯量J、阻尼系数B。
步骤三：调用双模式后轮主动转向系统工作状态指令符与模式切换模块执行器工作相位指令符检测子程序，其控制流程图如图2所示：
首先，由公式(1)计算前轮转角δf，其中iω0为转向系角传动比：
定义“state”为双模式后轮主动转向系统工作状态的指令符。其中，“state＝0”为双模式后轮主动转向系统不工作时的指令，“state＝1”为双模式后轮主动转向系统工作在直行减速工况下的指令，“state＝2”为双模式后轮主动转向系统工作在高速转向工况下的指令，“state＝3”为双模式后轮主动转向系统工作在低速转向工况下的指令。指令符“state”的赋值规则如下：当制动踏板角位移θb＞θb0时，汽车处于制动工况，接下来判断前轮转角δf是否为0，若δf＝0，则输出指令“state＝1”，若δf≠0，则输出指令“state＝0”。当制动踏板角位移θb≤θb0时，汽车处于非制动工况，接下来先判断前轮转角δf是否为0。若δf＝0，则输出指令“state＝0”，若δf≠0，则继续判断汽车车速uc是否小于低车速阈值ulow，若uc＜ulow，则输出指令符“state＝3”，若uc≥ulow，则继续判断汽车车速uc是否大于高车速阈值uhigh，若uc＞uhigh，则输出指令符“state＝2”，若uc≤uhigh，则输出指令符“state＝0”。作为一种优选，低车速阈值ulow可以选作30km/h，高车速阈值uhigh可以选作60km/h。
作为一种优选，制动踏板角位移阈值θb0可以取一个较大的开度，如50％；因为只有制动力较大时，制动跑偏的可能性才较大，目的是当制动减速度达到一定程度时才输出“state＝1”。
步骤四：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为0，若判断为是，则结束程序；若判断为否，则进行步骤五。
步骤五：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为1，若判断为是，则进行步骤七；若判断为否，则进行步骤六。
步骤六：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为2，若判断为是，则进行步骤九；若判断为否，则进行步骤十。
步骤七：由驾驶员模型的简化传递函数公式(2)计算出车身横向位移Δy。
其中T为前视时间，该公式的含义为汽车横向位移Δy对预期轨迹输入f的传递函数。
步骤八：由公式(3)计算车身横向位移Δy与制动初始时刻车身横向位移Δy0的偏差ey，将ey作为偏差控制的输入，得到制动工况下维持车辆方向稳定性的期望后轮转角δr_ref，然后将计算出的δr_ref与期望后轮转角最大值δr_max进行比较，若δr_ref＜δr_max，则输出δr_ref；若δr_ref≥δr_max，则输出δr_ref＝δr_max。
ey＝Δy-Δy0··········(3)
作为一种优选，为了保证汽车在直行减速状态下制动方向稳定性不发生跑偏，Δy0可以取为0。
作为一种优选，所述偏差控制可以选用PID控制器。
作为一种优选，期望后轮转角最大值δr_max可以选为5°。
在另一实施例中，也可以通过车身航向角位移Δξ与制动初始时刻航向角位移的偏差Δξ0作为控制输入，得到制动工况下维持车辆方向稳定性的期望后轮转角δr_ref。作为一种优选，为了保证汽车在直行减速状态下制动方向稳定性不发生跑偏，Δξ0可以取为0。
步骤九：由公式(4)建立线性二自由度模型，计算理想横摆角速度ωr_ref。通常情况下，驾驶员驾驶具有后轮转向的汽车时期望的感受应与前轮转向汽车相同，即车辆的稳态转向响应作为唯一考虑因素，在相同的前轮转角输入下，驾驶员期望获得与前轮转向车辆相同的横摆角速度响应，此时，具有后轮转向的车辆的稳态横摆角速度可以用参数不变的前轮转向车辆稳态横摆角速度值来代替。故用公式(5)计算稳态横摆角速度，即驾驶员期望的理想横摆角速度：
式中，ωr为横摆角速度，β为质心侧偏角，Iz为整车绕z轴的转动惯量，L为汽车轴距，μ为路面附着系数，g为重力加速度，K为稳定性因数，表达式为其中m为整车质量，a为汽车质心到前轴的距离，b为质心到后轴的距离，k1为前轴侧偏刚度，k2为后轴侧偏刚度。
由公式(6)计算汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的偏差eω，将eω作偏差控制的输入，得到高速转向下提高车辆操纵稳定性的期望后轮转角δr_ref，然后将计算出的δr_ref与期望后轮转角最大值δr_max进行比较，若δr_ref＜δr_max，则输出δr_ref；若δr_ref≥δr_max，则输出δr_ref＝δr_max。
eω＝ωr-ωr_ref········(6)
作为一种优选，所述偏差控制可以选用PID控制器。
步骤十：由公式(5)计算汽车实时的理想横摆角速度ωr_ref，由公式(6)计算汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的偏差eω，将eω作偏差控制的输入，得到低速转向下提高车辆机动性的期望后轮转角δr_ref，然后将计算出的δr_ref与期望后轮转角δr_max进行比较，若δr_ref＜δr_max，则输出δr_ref；若δr_ref≥δr_max，则输出δr_ref＝δr_max。
作为一种优选，所述偏差控制可以选用PID控制器。
步骤十一：输出期望后轮转角δr_ref，结束。
下面结合图3介绍所述双模式后轮主动转向系统控制方法的执行器控制程序。双模式后轮主动转向系统应主要包含两个子模块：转角控制模块和模式切换模块，两个模块各自配有执行器，其中，模式切换模块执行器保证两个后轮能够工作在同向偏转和相向偏转两个模式，即转向模式和制动模式，转角控制模块执行器保证两个后轮具有四个工作相位，其具体工作相位应遵循如表1所示的模式切换表。
表1 双模式后轮主动转向系统执行器模式切换表
具体控制流程如下：
步骤一：读取期望后轮转角δr_ref。
步骤二：检测转角控制模块执行器和模式切换模块执行器是否失效，若至少一个失效，则向双模式后轮主动转向ECU返回执行器维修指令；若两个都未失效，则执行步骤三。
步骤三：调用双模式后轮主动转向系统工作状态指令符与模式切换模块执行器工作相位指令符检测子程序，其控制流程图如图2所示。
定义“mode”为模式切换模块执行器工作相位指令符。其中，“mode＝0”为模式切换模块执行器不工作的指令，“mode＝1”为模式切换模块执行器调至制动相位的指令，“mode＝2”为模式切换模块执行器调至转向相位的指令。其指令符的赋值规则如下：当制动踏板角位移θb＞θb0时，汽车处于制动工况，作为一种优选，制动踏板角位移阈值θb0可以取一个较大的开度，如50％，接下来判断前轮转角δf是否为0，若δf＝0，则输出指令“mode＝1”，若δf≠0，则输出指令“mode＝0”；当制动踏板角位移θb≤θb0时，汽车处于非制动工况，接下来先判断前轮转角δf是否为0，若δf＝0，则输出指令“mode＝0”，若δf≠0，则继续判断汽车车速uc是否小于低车速阈值ulow，若uc＜ulow，则输出指令符“mode＝2”，若uc≥ulow，则继续判断汽车车速uc是否大于高车速阈值uhigh，若uc＞uhigh，则输出指令符“mode＝2”，若uc≤uhigh，则输出指令符“mode＝0”；作为一种优选，低车速阈值ulow可以选作30km/h，高车速阈值uhigh可以选作60km/h。
步骤四：判断模式切换模块执行器工作相位指令符mode是否取值为1，若判断为是，则模式切换模块执行器调至制动相位，然后执行步骤六；若判断为否，则执行步骤五。
步骤五：判断模式切换模块执行器工作相位指令符mode是否取值为2，若判断为是，则模式切换模块执行器调至转向相位，然后执行步骤六；若判断为否，则结束程序。
步骤六：选择转角控制模块执行器工作相位。作为一种优选，转角控制模块执行器可以采用直流无刷伺服电机，此时转角控制模块执行器的工作相位为电机正转、电机反转。
步骤七：计算转角控制模块执行器的广义工作行程x。作为一种优选，转角控制模块执行器可以采用直流无刷伺服电机，此时的转角控制电机的角位移θm可以由公式(7)—公式(8)计算，具体计算步骤如下：
首先，由公式(7)计算实际后轮转角与期望后轮转角的偏差，其中实际后轮转角由步骤九计算返回。
eδ＝δr-δr_ref·········(7)
将偏差eδ作为偏差控制的输入，得到转角控制电机的电压U。作为一种优选，偏差控制可以采用PID控制。然后由直流电机的电压方程和运动方程，如公式(8)所示，得到转角控制电机的输出转速n，再经一次积分，得到转角控制电机的角位移θm。
其中，U为转角控制电机的输出电压，I为输出电流，R为电阻，n为转速，Ke为反电动势系数，为磁链，L为电感，Kt为转矩系数，Te为电机输出转矩，J为电机转子的转动惯量，B为阻尼系数。
步骤八：判断转角控制模块执行器广义工作行程x是否小于转角控制模块执行器允许的最大工作行程xmax，若判断为是，则输出x；若判断为否，则输出x＝xmax。
步骤九：计算实际后轮转角δr，若转角控制模块执行器采用直流无刷伺服电机，则可以由公式(9)计算，其中，iR为双模式后轮主动转向系统转角控制模块执行器输出端到整个系统输出端的减速比：
步骤十：将得到的实际后轮转角返回步骤七，作闭环控制。
步骤十一：结束程序。
下面结合图4介绍双模式后轮主动转向系统控制方法的模式切换控制程序。
当双模式后轮主动转向系统由工作在一种工况向工作在另一种工况进行切换时，需要考虑模式切换控制的问题。系统的工作状态的依赖于整车所处工况的变化，其模式切换的实现则通过转角控制模块执行器与模式切换模块执行器的工作状态来实现。例如，在直行减速的工况下，驾驶员突然大角度转动方向盘，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符需要依据汽车实时车速由“state＝1”切换至“state＝2”或“state＝3”；当驾驶员在高速转向过程中突然踩下制动踏板，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符需要由“state＝2”切换至“state＝1”。
以双模式后轮主动转向系统在直行减速工况和高速转向工况间的互相切换为例，通过状态机介绍其模式切换流程：
当双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符由“state＝1”切换至“state＝2”时，需要先过渡到“state＝0”，此时需要转角控制模块执行器调至与原工作相位相反至车轮回正，即δr＝0，然后转角控制模块执行器停止工作，模式切换模块执行器由制动相位调至中位，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符为“state＝0”；接下来由“state＝0”切换至“state＝2”，此时模式切换模块执行器调至转向相位，然后转角控制模块执行器选择工作相位并上电工作使两后轮同向偏转，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符为“state＝2”。
当双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符由“state＝2”切换至“state＝1”时，仍需要先过渡到“state＝0”，此时需要转角控制模块执行器调至与原工作相位相反至车轮回正，即δr＝0，然后转角控制模块执行器停止工作，模式切换模块执行器由转向相位调至中位，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符为“state＝0”；接下来由“state＝0”切换至“state＝1”，此时模式切换模块执行器调至制动相位，然后转角控制模块执行器选择工作相位并上电工作使两后轮相向偏转，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符为“state＝1”。
在如图5所示的双模式后轮主动转向系统的实施例1中，100为转角控制电机总成、200为模式切换总成、300为减速传动齿轮组、400为运动转换机构总成、500为壳体总成、600为转向梯形及车轮组件。在该实施例中，所述转角控制电机总成100的执行器为直流转角控制电机，所述模式切换总成200的执行器为直流模式切换电机，两个执行器均采用直流无刷伺服电机。此时，转角控制模块执行器的工作相位为所述直流转角控制电机的正转和反转，模式切换模块执行器的工作相位为通过直流模式切换电机的正转和反转带动拨叉选择同步器的左右两个挡位。
在如图6所示的双模式后轮主动转向系统的实施例2中，200a为模式切换总成一、200b为模式切换总成二、400a为左后轮运动转换机构总成、400b为右后轮运动转换机构总成。在该实施例中，基于同步器的结构特点，可以在所述直流转角控制电机一直正转的情况下，直接通过控制所述模式切换总成一200a和所述模式切换总成二200b中各自的直流模式切换电机的正转和反转，独立的选择左右后轮的偏转相位。当两个后轮由相向偏转向同向右转切换时，所述模式切换总成二200b的直流模式切换电机反转，使右后轮单独切换到右转相位；反之，则所述模式切换总成二200b的直流模式切换电机反转，使右后轮单独切换到左转相位；当两个后轮由相向偏转向同向左转切换时，所述模式切换总成一200a的直流模式切换电机反转，使左后轮单独切换到左转相位；反之，则所述模式切换总成一200a的直流模式切换电机反转，使左后轮单独切换到右转相位。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于，包括：
上层控制程序、执行器控制程序、模式切换控制程序；
其中，上层控制程序根据双模式后轮主动转向系统工作状态指令符的赋值，决策出不同工况下的期望后轮转角，其包括如下步骤：
步骤一：读取CAN总线上程序所需要的信号；
步骤二：调用程序所需要的预先设定的参数；
步骤三：调用双模式后轮主动转向系统工作状态指令符与模式切换模块执行器工作相位指令符检测子程序，该子程序通过制动踏板角位移信号、汽车行驶车速信号、前轮转角信号，对双模式后轮主动转向系统工作状态的指令符“state”进行赋值；
步骤四：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为0，若判断为是，则结束程序；若判断为否，则进行步骤五；
步骤五：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为1，若判断为是，则进行步骤七；若判断为否，则进行步骤六；
步骤六：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为2，若判断为是，则进行步骤九；若判断为否，则进行步骤十；
步骤七：实时计算车身此时横向轨迹与制动初始时刻轨迹的横向位移Δy，或实时计算车身此时航向与制动初始时刻航向角位移Δξ；
步骤八：计算制动工况下的期望后轮转角δr_ref；
步骤九：计算高速转向工况下的期望后轮转角δr_ref；
步骤十：计算低速转向工况下的期望后轮转角δr_ref；
步骤十一：输出期望后轮转角δr_ref，结束；
执行器控制程序读取期望后轮转角，并根据模式切换模块执行器工作相位指令符的赋值，决策出不同工况下转角控制模块执行器与模式切换模块执行器的工作相位，通过控制两个执行器的输出，得到实际后轮转角，其包括如下步骤：
步骤一：读取期望后轮转角δr_ref；
步骤二：检测转角控制模块执行器和模式切换模块执行器是否失效，若至少一个失效，则向双模式后轮主动转向ECU返回执行器维修指令；若两个都未失效，则执行步骤三；
步骤三：调用双模式后轮主动转向系统工作状态指令符与模式切换模块执行器工作相位指令符检测子程序，该子程序依据制动踏板角位移信号、汽车行驶车速信号和前轮转角信号，对模式切换模块执行器工作相位指令符“mode”进行赋值；
步骤四：判断模式切换模块执行器工作相位指令符mode是否取值为1，若判断为是，则模式切换模块执行器调至制动相位，然后执行步骤六；若判断为否，则执行步骤五；
步骤五：判断模式切换模块执行器工作相位指令符mode是否取值为2，若判断为是，则模式切换模块执行器调至转向相位，然后执行步骤六；若判断为否，则结束程序；
步骤六：选择转角控制模块执行器工作相位；
步骤七：计算转角控制模块执行器的广义工作行程x；
步骤八：判断转角控制模块执行器广义工作行程x是否小于转角控制模块执行器允许的最大工作行程xmax，若判断为是，则输出x；若判断为否，则输出x＝xmax；
步骤九：计算实际后轮转角δr；
步骤十：将得到的实际后轮转角δr返回步骤七，作闭环控制；
步骤十一：结束程序；
模式切换控制程序，当系统的工况在转向工况和制动工况间切换时，通过控制转角控制模块执行器与模式切换模块执行器的工作状态来实现模式切换控制。
2.如权利要求1所述的双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于，上层控制程序和执行器控制程序，通过调用双模式后轮主动转向系统工作状态指令符与模式切换模块执行器工作相位指令符检测子程序，对双模式后轮主动转向系统工作状态的指令符“state”和模式切换模块执行器工作相位指令符“mode”进行赋值，具体赋值规则如下：
定义“state＝0”为双模式后轮主动转向系统不工作时的指令，“state＝1”为双模式后轮主动转向系统工作在直行减速工况下的指令，“state＝2”为双模式后轮主动转向系统工作在高速转向工况下的指令，“state＝3”为双模式后轮主动转向系统工作在低速转向工况下的指令；
定义“mode＝0”为模式切换模块执行器不工作的指令，“mode＝1”为模式切换模块执行器调至制动相位的指令，“mode＝2”为模式切换模块执行器调至转向相位的指令；
当制动踏板角位移θb＞θb0时，汽车处于制动工况，接下来判断前轮转角δf是否为0，若δf＝0，则输出指令“state＝1”、“mode＝1”，若δf≠0，则输出指令“state＝0”、“mode＝0”；
当制动踏板角位移θb≤θb0时，汽车处于非制动工况，接下来先判断前轮转角δf是否为0，若δf＝0，则输出指令“state＝0”、“mode＝0”，若δf≠0，则继续判断汽车车速uc是否小于低车速阈值ulow，若uc＜ulow，则输出指令符“state＝3”、“mode＝2”，若uc≥ulow，则继续判断汽车车速uc是否大于高车速阈值uhigh，若uc＞uhigh，则输出指令符“state＝2”、“mode＝2”，若uc≤uhigh，则输出指令符“state＝0”、“mode＝0”。
3.如权利要求1所述的双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于，上层控制程序还包括：
由驾驶员模型的简化传递函数公式计算出车身横向位移Δy，其中T为前视时间，该公式的含义为汽车横向位移Δy对预期轨迹输入f的传递函数；
由公式ey＝Δy-Δy0计算车身横向位移Δy与制动初始时刻车身横向位移Δy0的偏差ey，将ey作为偏差控制的输入，得到制动工况下维持车辆制动时方向稳定性的期望后轮转角δr_ref，然后将计算出的δr_ref与期望后轮转角最大值δr_max进行比较，若δr_ref＜δr_max，则输出δr_ref；若δr_ref≥δr_max，则输出δr_ref＝δr_max。
4.如权利要求1所述的双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于，上层控制程序还包括：
由线性二自由度模型推导的公式计算汽车实时的理想横摆角速度ωr_ref；
式中，ωr为横摆角速度，β为质心侧偏角，Iz为整车绕z轴的转动惯量，L为汽车轴距，μ为路面附着系数，g为重力加速度，K为稳定性因数，表达式为其中m为整车质量，a为汽车质心到前轴的距离，b为质心到后轴的距离，k1为前轴侧偏刚度，k2为后轴侧偏刚度；
由公式eω＝ωr-ωr_ref计算汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的偏差eω，将eω作偏差控制的输入，得到高速转向下提高车辆操纵稳定性或低速转向下提高汽车机动性的期望后轮转角δr_ref，然后将计算出的δr_ref与期望后轮转角最大值δr_max进行比较，若δr_ref＜δr_max，则输出δr_ref；若δr_ref≥δr_max，则输出δr_ref＝δr_max。
5.如权利要求1所述的双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于：执行器控制程序中，双模式后轮主动转向系统应主要包含两个子模块：转角控制模块和模式切换模块，两个模块各自配有执行器，其中，模式切换模块通过控制执行器在转向相位和制动相位两种相位间切换，保证两个后轮能够工作在同向偏转和相向偏转两个模式，即转向模式和制动模式；转角控制模块执行器能够在工作相位一和工作相位二两种相位间切换；故可以通过切换两个执行器的工作相位，控制左、右后轮的偏转相位，具体如下：
当转角控制模块执行器工作在工作相位一，模式切换模块执行器工作在转向相位时，两后轮同向右转；
当转角控制模块执行器工作在工作相位二，模式切换模块执行器工作在转向相位时，两后轮同向左转；
当转角控制模块执行器工作在工作相位一，模式切换模块执行器工作在制动相位时，两后轮八字前束；
当转角控制模块执行器工作在工作相位二，模式切换模块执行器工作在制动相位时，两后轮八字后束。
6.如权利要求1所述的双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于，执行器控制程序还包括：
转角控制模块执行器采用直流无刷伺服电机，此时实际后轮转角计算公式为其中iR为双模式后轮主动转向系统转角控制模块执行器输出端到整个系统输出端的减速比。
7.如权利要求1所述的双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于，所述模式切换控制程序包括如下步骤：
当双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符由“state＝1”切换至“state＝2”时，需要先过渡到“state＝0”，此时需要转角控制模块执行器调至与原工作相位相反至车轮回正，即δr＝0，然后转角控制模块执行器停止工作，模式切换模块执行器由制动相位调至中位，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符为“state＝0”；接下来由“state＝0”切换至“state＝2”，此时模式切换模块执行器调至转向相位，然后转角控制模块执行器选择工作相位并上电工作使两后轮同向偏转，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符为“state＝2”；
当双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符由“state＝2”切换至“state＝1”时，仍需要先过渡到“state＝0”，此时需要转角控制模块执行器调至与原工作相位相反至车轮回正，即δr＝0，然后转角控制模块执行器停止工作，模式切换模块执行器由转向相位调至中位，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符为“state＝0”；接下来由“state＝0”切换至“state＝1”，此时模式切换模块执行器调至制动相位，然后转角控制模块执行器选择工作相位并上电工作使两后轮相向偏转，此时双模式后轮主动转向系统的工作状态指令符为“state＝1”。
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