CN115285108A - 一种四驱车辆的转弯控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四驱车辆的转弯控制方法及装置。获取用户基于驾驶场景所选择的目标转弯控制模式；获取当前转向信息和通过加速踏板输出的当前驱动扭矩；若选择非铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个前轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对内后轮进行抱死控制并对外后轮进行滑转控制；若选择铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个后轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对两个后轮进行甩尾控制；若选择原地掉头控制模式，则基于当前转向信息，将当前驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制。本发明解决了不同工况下缩小转弯半径的问题，降低转向操作的复杂性和转向所用时间，提高了车辆的驾控体验和车辆的使用便利性。
Description
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种四驱车辆的转弯控制方法及装置。
背景技术
随着时代的进步和汽车的逐渐普及，人们的物质生活愈发优越，汽车成为了出行的主要工具，且人们对车辆的便捷性和适应性提出了更高的要求。汽车都会有一个最小转弯半径，汽车的最小转弯半径是汽车前轮处于最大极限转角条件下，低速转弯时前外轮中心与地面接触点的轨迹构成圆周半径。转弯半径表示汽车通过狭窄弯曲地带或绕开障碍物的能力，转弯半径越小，则汽车转向所需场地就愈小，汽车的机动性就越好。
传统的汽车转向系统由差速器和分动器的配合使用，缩小转弯半径。但是对于并不配备差速器和分动器的四驱车辆，转弯时由转向盘控制转向方向，从而前轮转向，后轮不参与转向。
在一些转向工况下，由于场地大小的限制，车辆无法完成一次性转向，必须要反复挡位切换，方能完成调头或转向，增加了驾驶员的操作复杂度，增加了车辆转向所用时间；除此之外，此种缩小转弯半径的方法并不适用于各种不同的工况。因此，如何高效便捷且全面的减小四驱车辆的转弯半径是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种四驱车辆的转弯控制方法及装置，以解决不同工况下缩小转弯半径的问题，降低转向操作的复杂性和转向所用时间，提高了车辆的驾控体验和车辆的使用便利性。
第一方面，本发明提供了一种四驱车辆的转弯控制方法，该方法包括：
获取用户基于驾驶场景所选择的目标转弯控制模式；
获取当前转向信息和通过加速踏板输出的当前驱动扭矩；
若目标转弯控制模式为非铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个前轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对内后轮进行抱死控制以及对外后轮进行滑转控制；
若目标转弯控制模式为铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个后轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对两个后轮进行甩尾控制；
若目标转弯控制模式为原地掉头控制模式，则基于当前转向信息，将当前驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制。
第二方面，本发明提供了一种四驱车辆的转弯控制装置，该装置包括：
转弯模式获取模块，用于获取用户基于驾驶场景所选择的目标转弯控制模式；
驱动扭矩获取模块，用于获取当前转向信息和通过加速踏板输出的当前驱动扭矩；
非铺装路面控制模块，用于若目标转弯控制模式为非铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个前轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对内后轮进行抱死控制以及对外后轮进行滑转控制；
铺装路面控制模块，用于若目标转弯控制模式为铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个后轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对两个后轮进行甩尾控制；
原地掉头控制模块，用于若目标转弯控制模式为原地掉头控制模式，则基于当前转向信息，将当前驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制。
本发明实施例的技术方案，通过获取用户基于驾驶场景所选择的目标转弯控制模式；获取当前转向信息和通过加速踏板输出的当前驱动扭矩；若目标转弯控制模式为非铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个前轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对内后轮进行抱死控制以及对外后轮进行滑转控制；若目标转弯控制模式为铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个后轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对两个后轮进行甩尾控制；若目标转弯控制模式为原地掉头控制模式，则基于当前转向信息，将当前驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制。上述技术方案，可以解决不同工况下缩小转弯半径的问题，降低转向操作的复杂性和转向所用时间，提高了车辆的驾控体验和车辆的使用便利性。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种四驱车辆的转弯控制方法的流程图；
图2为本发明实施例二提供的一种四驱车辆的转弯控制方法的流程图；
图3为本发明实施例三提供的一种四驱车辆的转弯控制方法的内后轮目标转速随时间变化图；
图4为本发明实施例四提供的一种四驱车辆的转弯控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一预设条件”、“第二预设条件”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种四驱车辆的转弯控制方法的流程图。本实施例可适用于不同工况下缩小转弯半径的场景，以使用户驾乘时可以高效便捷的完成车辆的转向功能。该方法可以由四驱车辆的转弯控制装置来执行，该四驱车辆的转弯控制装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该装置一般可以集成在汽车中。如图1所示，该方法包括：
S110、获取用户基于驾驶场景所选择的目标转弯控制模式；
其中，驾驶场景为用户驾驶目标车辆所处的环境，例如地面摩擦力较小的越野环境，泥泞、沙地、雪地等工况；地面摩擦力较大的铺装路面环境，柏油路面、水泥路面等工况；极度狭窄路况，路面空间只允许车辆原地调头、转向。目标转弯控制模式为根据不同的路况，用户根据实际工况选择对应的控制模式，控制模式可以包括：非铺装路面控制模式、铺装路面控制模式和狭窄路况原地掉头模式。
具体的，用户根据当前所处的工况环境，可以通过车辆中控菜单选择相应的模式，也可以通过在目标车辆上集成对应功能的按键，用户根据工况选择任意一种模式后，在仪表提示该模式的激活状态，提醒用户该模式已经激活。当选择了一种目标转弯控制模式后，车辆的控制器读取到用户所选择的模式。
示例性的，用户当前所处的环境为柏油路面，柏油路面的表面摩擦力较大，通过目标车辆控制面的菜单选择适用于路面的表面摩擦力较大的铺装路面控制模式，车辆的控制器读取到用户所选择的铺装路面控制模式。
S120、获取当前转向信息和通过加速踏板输出的当前驱动扭矩。
其中，当前转向信息是用户转向的方向以及转向角度的大小，可以通过转动目标车辆的方向盘表明用户转向的方向以及转向角度，转向的方向可以是向右转向，也可以是向左转向，转向角度的大小表明了用户的转向意图，与当前路况的的转弯弧度有关。加速踏板是目标车辆上配置的硬件结构，可以是地板式加速踏板也可以是悬挂式加速踏板，加速踏板可以控制发动机节气门的开度，从而控制发动机的动力输出。当前驱动扭矩为用户踩下加速踏板，加速踏板上可以安装有位移传感器，当驾驶员踩踏加速踏板时，车辆控制器会采集踏板上位移传感器的开度变化以及加速度，根据位移传感器的开度变化以及加速度通过计算来判断用户的驾驶意图，然后向发动机节气门的控制电机发送相应的控制信号，从而控制发动机的动力输出，车辆控制器根据发动机动力输出的大小可以计算当前的驱动扭矩。
具体的，当用户在行驶的过程中遇到需要目标车辆转弯的路况，根据实际的路况用户判断转弯的方向和转向角度，用户转动目标车辆的方向盘可以决定转弯的方向和转角的大小；同时，用户踩加速踏板，踩加速踏板的深浅可以表明用户需要转弯的快慢。
示例性的，用户在行驶过程中需要向右转小弯，此时用户向右打的方向盘相对较小的角度，并浅踩加速踏板需要相对较小的驱动扭矩，此时用户通过方向盘和加速踏板表达了转向意图，车辆的控制器可以读取到这些信息。
S131、若目标转弯控制模式为非铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个前轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对内后轮进行抱死控制以及对外后轮进行滑转控制；
其中，非铺装路面控制模式是应用于越野工况下，例如泥泞、沙地、雪地等工况。此模式为平稳转向模式，需要驾驶员平缓控制加速踏板。此模式下，需要底盘车身稳定控制系统(Electronic Stability Program，ESC)退出对后轮滑转率的控制，避免对本策略的干扰。两个前轮为目标车辆四个轮胎的其中两个，为目标车辆车头方向对应的两个车轮。驱动控制是通过电动汽车驱动控制系统实现的，电动汽车驱动控制系统是电动汽车的核心子系统，主要包括动力电池、驱动电机和驱动控制器，其主要功能是在电动汽车正常行驶时，将存储在动力电池中的电能通过电机转化为电动汽车的动能，制动时将车辆的部分动能转换为电能存储到动力电池中。抱死控制为车辆控制器控制目标车辆制动系统持续给车轮施加制动力，制动器将轮胎夹紧，轮胎对于制动器没有相对运动，轮胎相对地面滑动。滑转控制目标车辆在一定时间内转动距离小于车辆走行距离，车轮呈原地转动的滑动状态。
S132、若目标转弯控制模式为铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个后轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对两个后轮进行甩尾控制；
其中，铺装路面控制模式是此模式应用于铺装路面，例如柏油路面、水泥路面。此模式为激进转向模式，需要驾驶员深踩加速踏板，通过甩尾的方式完成转向，缩小转向半径。此模式下，需要底盘车身稳定控制系统(ESC)退出对四轮滑转率的控制，避免对本策略的干扰。两个后轮为目标车辆四个轮胎的其中两个，为目标车辆车尾方向对应的两个车轮。甩尾控制为车辆处于后驱形式，当用户快速深踩加速踏板后，两后轮发生滑转，此时驾驶员通过控制转向盘实现甩尾转向，可大幅缩短转弯半径。
S133、若目标转弯控制模式为原地掉头控制模式，则基于当前转向信息，将当前驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制。
其中，原地掉头控制模式应用于极度狭窄路况，路面空间只允许车辆原地调头、转向。此模式的剧烈程度由驾驶员控制，驾驶员浅踩加速踏板，车辆缓慢进行原地调头；驾驶员深踩加速踏板，车辆快速进行原地调头。此模式下，需要底盘车身稳定控制系统(ESC)退出对四轮滑转率的控制，避免对本策略的干扰。
本实施例的技术方案，用户根据不同的工况选择不同的目标转弯控制模式；并通过当前转向信息和通过加速踏板输出的当前驱动扭矩表达转向意图；目标转弯控制模式可以为非铺装路面控制模式、铺装路面控制模式和原地掉头控制模式，其不同目标转弯控制模式对应不同的缩小转弯半径的控制方式，从而解决了不同工况下缩小转弯半径的问题，降低转向操作的复杂性和转向所用时间，提高了车辆的驾控体验和车辆的使用便利性。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种四驱车辆的转弯控制方法的流程图，本发明实施例在上述实施例的基础上，对每种转弯控制模式下的具体控制过程进行详细描述，，本发明实施例可以与上述一个或者多个实施例中各个可选方案结合。其中与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。如图2所示，四驱车辆的转弯控制方法具体包括以下步骤：
S210、获取用户基于驾驶场景所选择的目标转弯控制模式。
S220、获取当前转向信息和通过加速踏板输出的当前驱动扭矩。
S230、若目标转弯控制模式为非铺装路面控制模式，将当前驱动扭矩平均分配至两个前轮，确定每个前轮的正扭矩。
S231、基于每个前轮的正扭矩对相应的前轮进行向前驱动。
在本实施例中，当用户通过控制面板选择非铺装路面控制模式，车辆控制器激活了非铺装路面控制模式，当用户平缓控制加速踏板，此时产生的当前驱动扭矩被车辆的控制器平均分配到两个前轮，驱动扭矩为正扭矩，两个前轮向前驱动。示例性的，用户踩下加速踏板产生500N·m的驱动扭矩，那么两个前轮分别得到250N·m的扭矩，目标车辆的前轮向前驱动。
S232、基于当前转向方向，确定内后轮和外后轮。
具体的，用户转动转向盘确定转向方向，当方向盘向左转时，将左后轮确定为内后轮，右后轮确定为外后轮；当方向盘向右转时，将右后轮确定为内后轮，左后轮确定为外后轮。
S233、对内后轮进行抱死控制。
其中，抱死控制是制动器将轮胎夹紧，轮胎对于制动器没有相对运动。也就是说轮胎不转了，车辆就像一块砖头一样在路面滑动。在本实施例中将内后轮的轮速设置为零，从而可以实现抱死控制；另外，为了避免内后轮的同一部位长时间滑动摩擦，防止车轮不同部位的磨损量不一致，影响行驶品质，可以设置内后轮轮速实现周期性的变化，同样可以达到内后轮抱死的效果，但是可以减小轮胎的磨损。
接下来详细解释如何内后轮轮速实现周期性变化，进而对内后轮进行抱死控制，包括：
获取内后轮的目标轮速，其中，目标轮速为周期性变化轮速，每个周期内的部分时间段为零车速，其余时间段为非零车速；
基于内后轮的目标轮速，对内后轮的实际轮速进行PID控制，确定内后轮的负扭矩，并基于内后轮的负扭矩对内后轮进行向后驱动。
在本实施例中，内后轮目标转速内后轮目标转速是预先设定的。可以是一个固定的值，也可以是随时间周期性变化的变化值。示例性的，内后轮目标轮速在[0，1]km/h之间变化，保持0km/h 3秒后，向1km/h变化。
具体的，目标车辆的内后轮的目标轮速是预先设置的周期性变化的值。基于内后轮的目标轮速，对内后轮的实际轮速进行PID控制，确定内后轮的负扭矩，并基于内后轮的负扭矩对内后轮进行向后驱动。根据目标轮速与实际轮速可以通过采用PID控制器控制扭矩的输出，得到内后轮的扭矩值后，目标车辆的控制器将内后轮的扭矩设定为这一计算值。扭矩计算公式如公式(1)所示：
其中，Tin_rear为内后轮扭矩；kp为比例项系数，需实车标定确定其值；ki为积分项系数，需实车标定确定其值；kd为微分项系数，需实车标定确定其值；vin_act为实际内后轮轮速，由轮速传感器提供；vin_tgt为内后轮目标轮速。
S234、确定内后轮抱死时外后轮的目标轮速。
其中，当内后轮抱死时，外后轮的目标轮速可以根据车辆动力学原理计算得到。内后轮抱死时外后轮的转速计算公式如公式(2)所示：
vout_rear＝(vFR+vFL)cosδ (2)
其中，vout_rear为外后轮目标轮速，vFR为右前轮实际轮速，vFL为左前轮实际轮速，δ为前轮转向角。右前轮实际轮速和左前轮实际轮速可以通过目标车辆对应车轮的轮速传感器采集并传送到车辆控制器，前轮转向角可以通过转向角传感器采集并传送到车辆控制器。
S235、基于外后轮的目标轮速，对外后轮的实际轮速进行PID控制，确定外后轮的正扭矩，并基于外后轮的正扭矩对内后轮进行向前驱动。
在本实施例中，由于S234已经确定外后轮的目标轮速，而外后轮的实际轮速可以通过目标车辆对应车轮的轮速传感器采集并传送到车辆控制器。PID控制可以将目标车辆的实际轮速控制在目标轮速的附近。进而确定外后轮的正扭矩，并基于外后轮的正扭矩对内后轮进行向前驱动。根据目标轮速与实际轮速可以通过采用PID控制器控制扭矩的输出，得到外后轮的扭矩值后，目标车辆的控制器将外后轮的扭矩设定为这一计算值。
S240、若目标转弯控制模式为铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个后轮进行驱动控制。
S241、基于方向盘的当前转向角度，确定每个后轮的目标滑转率。
其中，后轮目标滑转率初始值根据驾驶员的转向盘转角相关，转向盘角度代表了驾驶员的转向意图大小，后轮滑转率越大，车辆的甩尾越充分，转向半径越小，转向盘角度可以通过传感器采集的到。转向盘转角越大，后轮目标滑转率初始值越大，车辆实际参数需要根据标定结果确定。
在本实施例中，首先根据车辆方向盘转角信号、车速信号和侧向加速度信号计算车辆目标横摆率。所计算的目标横摆率能够代表驾驶员的转向意图，同时能够保证目标横摆率不超过车辆与路面所允许的物理极限范围。由横摆传感器可以得到车辆实际横摆率，实际横摆率与驾驶员目标横摆率同向时，当实际横摆率大于驾驶员目标横摆率时，说明此时发生过多转向，应该减小后轮目标滑转率；当实际横摆率小于驾驶员目标横摆率时，说明此时发生不足转向，应该增大后轮目标滑转率。使用PID控制器对目标滑转率进行闭环调整，目的是根据实际横摆率与驾驶员目标横摆率的差别计算调整目标滑转率，如公式(3)所示：
其中，kp为比例项系数，需实车标定确定其值；ki为积分项系数，需实车标定确定其值；kd为微分项系数，需实车标定确定其值；γact为实际横摆率，由横摆传感器提供；γtgt为目标横摆率，由二自由度模型计算而来；Δslip为后轮目标滑转率的修正量。后轮总目标滑转率为滑转率初始值与后轮目标滑转率的修正量之和。当实际横摆率与驾驶员目标横摆率反向时，说明驾驶员需要减小车辆的甩尾程度，所以需要减少后轮滑转率。
S242、根据每个后轮的目标滑转率，确定每个后轮的目标轮速。
得到目标滑转率后通过现有技术可以得到目标转速，因此在确定了每个后轮的目标滑转率后可以得到每个后轮的目标轮速。
S243、基于每个后轮的目标轮速，对每个后轮的实际轮速进行PID控制，确定每个后轮的正扭矩，并基于每个后轮的正扭矩对每个后轮进行向前驱动。
同样使用PID控制器将后轮的实际转速控制在目标转速附近，并确定每个后轮的正扭矩，基于每个后轮的正扭矩对每个后轮进行向前驱动，可实现甩尾转向，大幅缩小转弯半径，此PID控制器的作用是使后轮实际滑转率等于目标滑转率。
S250、若目标转弯控制模式为原地掉头控制模式，基于当前转向方向，确定两个内侧车轮和两个外侧车轮。
在本实施例中，原地掉头控制模式应用于非常狭窄的路况，使车辆在原地进行调头。该模式要求用户保持方向盘处于回正位置，用户通过按键选择向左或向右调头，按键可以集成在目标车辆的控制面板上。因为该模式需要区分目标车辆的内侧车轮和外侧车轮，进而分配扭矩，内侧车轮分配负扭矩，外侧车轮分配正扭矩。示例性的，向左调头时，右侧两轮为外侧车轮，左侧两轮为内侧车轮；向右调头时，左侧两轮为外侧车轮，右侧两轮为内侧车轮。
S251、将当前驱动扭矩平均分配至两个内侧车轮和两个外侧车轮，确定每个内侧车轮的负扭矩和每个外侧车轮的正扭矩。
S252、基于每个内侧车轮的负扭矩，对每个内侧车轮进行向后驱动，以及基于每个外侧车轮的正扭矩，对每个外侧车轮进行向前驱动。
用户踩下制动踏板产生的扭矩均分给四个车轮，按照外侧车轮向前驱动，内侧车轮向后驱动原则分配，示例性的，用户踩下制动踏板产生的扭矩为1000N·m，则外前轮为250N·m、外后轮为250N·m、内前轮为-250N·m、内后轮为-250N·m。随后两个内侧车轮向后驱动，两个外侧车轮向前驱动。
示例性的，在S252之后，还可以包括：
若检测到四驱车辆的实际横摆率大于最大横摆率，则基于最大横摆率，对四驱车辆的实际横摆率进行PID控制，确定四个车轮对应的目标驱动扭矩，并将目标驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制。
其中，最大横摆率为预先设定的横摆率值，可以根据目标车辆实车标定，示例性的，可以为4rad/s。目标驱动扭矩扭矩为根据最大横摆率，对四驱车辆的实际横摆率进行PID控制，确定的四个车轮的总扭矩。
具体的，当用户踩下制动踏板的位移行程相对较大时，此时用的的需求扭矩足够大时，车辆便会发生原地横摆运动，当用户感觉车辆转向角度满足需求后，便可抬起加速踏板，停止转向功能。为防止加速踏板踩下过深，车轮发生剧烈滑转，此模式需要开发特有的滑转率控制功能。车轮滑转率过大时，不仅加剧轮胎的磨损，而且会降低转向能力，所以要对车辆的滑转率进行控制。且在此模式下，ESC的TCS功能已经无法正常工作，如果驾驶员踩下加速踏板过深，车轮会发生剧烈滑转，对轮胎磨损较大。并且车辆发生剧烈横摆运动，较为危险，所以要限制车轮的最大横摆率。
当车辆实际横摆率超过最大横摆率后，采用PID控制器降低驾驶员需求扭矩，计算公式(4)所示：
其中，Tdriver为目标车辆的总扭矩；kp为比例项系数，需实车标定确定其值；ki为积分项系数，需实车标定确定其值；kd为微分项系数，需实车标定确定其值；γact为实际横摆率，由横摆组合传感器提供；γtgt为外后轮目标横摆率。
上述技术方案，用户根据不同的工况选择不同的目标转弯控制模式，保证本技术方案覆盖全部铺装路面和非铺装路面。在非铺装路面控制模式控制中，左右后轮模拟开放式差速器策略，实现缩小转弯半径效果；在铺装路面控制模式中，根据驾驶员转向角度大小控制后轮滑转率，实现在铺装路面上甩尾转向，缩小转弯半径；在原地掉头控制模式中，采用左右扭矩分配策略，实现原地转向调头功能，并提出最大横摆率限制策略。上述技术方案，可以实现保持挡位不变(例如，D挡)，在全部铺装路面、非铺装路面以及狭窄的场地内实现一次性调头或转向，解决不同工况下缩小转弯半径的问题，降低转向操作的复杂性和转向所用时间，设置了转向过程中的极限值，确保转向过程中用户和目标车辆的安全，提高了车辆的驾控体验和车辆的使用便利性。
实施例三
在本发明实施例中，以一个具体的实施方式介绍四驱车辆的转弯控制的过程，具体包括以下步骤：
一、模式设定
本实施例提出三种缩短转向半径的模式，分别应用于不同工况，需要驾驶员根据实际工况进行选择。选择的方式可以设计为通过车辆中控菜单选择相应的模式。以下三种模式可以覆盖所有工况，根据实际情况选择采用哪种模式进行小半径转向。
(1)越野工况小半径转向模型
此模式应用于越野工况下，例如泥泞、沙地、雪地等工况。此模式为平稳转向模式，需要驾驶员平缓控制加速踏板，在本策略的辅助下，车辆表现出低于正常模式转向半径的性能。此模式下，需要ESC退出对后轮滑转率的控制，避免对本策略的干扰。
(2)铺装路面小半径转向模型
此模式应用于铺装路面，例如柏油路面、水泥路面。此模式为激进转向模式，需要驾驶员深踩加速踏板，在本策略的辅助下，通过甩尾的方式完成转向，缩小转向半径。此模式下，需要ESC退出对四轮滑转率的控制，避免对本策略的干扰。
(3)狭窄路况原地掉头模型
此模式应用于极度狭窄路况，路面空间只允许车辆原地调头、转向。此模式的剧烈程度由驾驶员控制，驾驶员浅踩加速踏板，车辆缓慢进行原地调头；驾驶员深踩加速踏板，车辆快速进行原地调头。此模式下，需要底盘车身稳定控制系统(ESC)退出对四轮滑转率的控制，避免对本策略的干扰。
驾驶员选择任意一种模式后，需要在仪表提示该模式的激活状态，提醒驾驶员该模式已经激活。
二、控制策略
(1)越野工况小半径转向模式
在越野工况下，通过对内后轮进行负扭矩控制、外后轮进行正扭矩控制，使内后车轮抱死、外后车轮滑转的同时给车辆造成一个横摆扭矩。由于两后轮纵向发生滑移/滑转，两后轮的侧向附着能力小于两前轮的侧向附着能力，在横摆扭矩的作用下，后轮较前轮容易发生侧滑，增加车辆过多转向特性，进而缩小转弯半径。
此模式适合应用于附着系数不高的非铺装路面，例如沙地、土路、泥泞路况、雪地、冰面等。在此模式下，需要将驾驶员需求扭矩全部分配给前轮，后轮扭矩由如下策略计算。
内后轮负扭矩控制策略：
①当方向盘向左转时，将左后轮确定为内后轮；当方向盘向右转时，将右后轮确定为内后轮。
②图3为本发明实施例三提供的一种四驱车辆的转弯控制方法的内后轮目标转速随时间变化图。内后轮目标轮速在[0,1]km/h之间变化，保持0km/h 3秒后，向1km/h变化(实际值需要根据标定最终确定)，目的是避免内后轮的同一部位长时间滑动摩擦，防止车轮不同部位的磨损量不一致，影响行驶品质。
③控制方式采用PID控制器，扭矩计算公式如下：
其中，Tin_rear为内后轮扭矩；kp为比例项系数，需实车标定确定其值；ki为积分项系数，需实车标定确定其值；kd为微分项系数，需实车标定确定其值；vin_act为实际内后轮轮速，由轮速传感器提供；vin_tgt为内后轮目标轮速。
外后轮正扭矩控制策略：
①外后轮目标轮速计算
在配备开放式差速器车辆上，通过对内后轮进行制动控制实现缩小转弯半径。在配备分动器的车型上，由于差速器的存在，内后轮抱死时，外后轮转速增加，外后轮发生滑转，原因是分动器的作用是使前后轴平均转速相等，所有当内后轮抱死时，外后轮必然增速。在分布式四驱车辆上，无开放式差速器，本文通过外后轮转速闭环控制，模拟分动器加开放式差速器作用。当外后轮滑转时，外后轮的侧向附着能力下降，使车尾更易于发生侧滑，缩小转弯半径。
根据车辆动力学原理，结合差速器特性可知，内后轮抱死时外后轮的转速应为：
vout_rear＝(vFR+vFL)cosδ (6)
其中，vout_rear为外后轮目标轮速，vFR为右前轮实际轮速，vFL为左前轮实际轮速，δ为前轮转向角。右前轮实际轮速和左前轮实际轮速可以通过目标车辆对应车轮的轮速传感器采集并传送到车辆控制器，前轮转向角可以通过转向角传感器采集并传送到车辆控制器。
②外后轮扭矩计算
得到外后轮目标轮速后，同样使用PID控制器将外后轮的实际转速控制在目标转速附近，即可模仿开发式差速器的效果，使内后轮抱死的同时外后轮滑转。
其中，Tin_rear为内后轮扭矩；kp为比例项系数，需实车标定确定其值；ki为积分项系数，需实车标定确定其值；kd为微分项系数，需实车标定确定其值；vin_act为实际内后轮轮速，由轮速传感器提供；vin_tgt为内后轮目标轮速。
(2)铺装路面小半径转向模式
与越野工况不同，在铺装路面多为附着系数较高的路面，如果采用内后轮抱死控制方式，由于单后轮抱死，车辆难以起步；而且在内后轮抱死时，其他车轮也不易发生侧滑，对缩小转弯半径无明显效果，所以内后轮抱死控制方式不适用于铺装路面。
当驾驶员选择进入铺装路面小半径转向模式后，本策略会将驱动扭矩全部均匀分配给两后轮，使车辆处于后驱形式，当驾驶员快速深踩加速踏板后，两后轮发生滑转，此时驾驶员通过控制转向盘实现甩尾转向，可大幅缩短转弯半径。
①目标滑转率初始值计算
在此模式下，后轮目标滑转率初始值根据驾驶员的转向盘转角相关，如下表格所示。转向盘角度代表了驾驶员的转向意图大小，后轮滑转率越大，车辆的甩尾越充分，转向半径越小。转向盘转角越大，后轮目标滑转率初始值越大，车辆实际参数需要根据标定结果确定。原理为车轮的滑转率越大，侧向附着力越小。得到目标滑转率后即可得到目标转速，同样使用PID控制器将后轮的实际转速控制在目标转速附近，可实现甩尾转向，大幅缩小转弯半径。此PID控制器的作用是使后轮实际滑转率等于目标滑转率。
②横摆闭环控制
本专利首先根据车辆方向盘转角信号、车速信号和侧向加速度信号计算车辆目标横摆率，目标横摆率计算详细步骤可以基于现有方式确定。所计算的目标横摆率能够代表驾驶员的转向意图，同时能够保证目标横摆率不超过车辆-路面所允许的物理极限范围。
由横摆传感器可以得到车辆实际横摆率，实际横摆率与驾驶员目标横摆率同向时，当实际横摆率大于驾驶员目标横摆率时，说明此时发生过多转向，应该减小后轮目标滑转率；当实际横摆率小于驾驶员目标横摆率时，说明此时发生不足转向，应该增大后轮目标滑转率。使用PID控制器对目标滑转率进行闭环调整，目的是根据实际横摆率与驾驶员目标横摆率的差别计算调整目标滑转率，公式如下：
其中，kp为比例项系数，需实车标定确定其值；ki为积分项系数，需实车标定确定其值；kd为微分项系数，需实车标定确定其值；γact为实际横摆率，由横摆传感器提供；γtgt为目标横摆率，由二自由度模型计算而来；Δslip为后轮目标滑转率的修正量。后轮总目标滑转率为滑转率初始值与后轮目标滑转率的修正量之和。当实际横摆率与驾驶员目标横摆率反向时，说明驾驶员需要减小车辆的甩尾程度，所以需要减少后轮滑转率。
(3)狭窄路况原地掉头模式
本模式应用于非常狭窄的路况，使车辆在原地进行调头，车辆回转圆心为四轮的中心对称点。由于本模式四个车轮同时发生较大滑转，所以建议在非铺装路面等附着系数较低的路况使用，防止轮胎发生较大磨损。
本模式要求驾驶员保持方向盘处于回正位置，驾驶员通过按键选择向左或向右调头。向左调头时，右侧两轮为外侧车轮，左侧两轮为内侧车轮；向右调头时，左侧两轮为外侧车轮，右侧两轮为内侧车轮。本文提出的策略将驾驶员需求扭矩均分给四个车轮，按照外侧车轮向前驱动，内侧车轮向后驱动原则分配(例如：驾驶员请求扭矩为1000N·m，那么外前轮为250N·m、外后轮为250N·m、内前轮为-250N·m、内后轮为-250N·m)。当驾驶员的需求扭矩足够大时，车辆便会发生原地横摆运动，当驾驶员感觉车辆转向角度满足需求后，便可抬起加速踏板，停止转向功能。
为防止加速踏板踩下过深，车轮发生剧烈滑转，此模式需要开发特有的滑转率控制功能。车轮滑转率过大时，不仅加剧轮胎的磨损，而且会降低转向能力，所以要对车辆的滑转率进行控制。
本策略提出限制车辆的最大横摆率γMAX(例如4rad/s，可标定)，原因为在此模式下，ESC的TCS功能已经无法正常工作，如果驾驶员踩下加速踏板过深，车轮会发生剧烈滑转，对轮胎磨损较大。并且车辆发生剧烈横摆运动，较为危险，所以要限制车轮的最大横摆率。
当车辆实际横摆率超过最大横摆率后，采用PID控制器降低驾驶员需求扭矩，计算公式如下：
其中，Tdriver为目标车辆的总扭矩；kp为比例项系数，需实车标定确定其值；ki为积分项系数，需实车标定确定其值；kd为微分项系数，需实车标定确定其值；γact为实际横摆率，由横摆组合传感器提供；γtgt为外后轮目标横摆率。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种四驱车辆的转弯控制装置的结构示意图，该装置可以执行本发明实施例所提供的四驱车辆的转弯控制方法。该装置包括：
转弯模式获取模块410，用于获取用户基于驾驶场景所选择的目标转弯控制模式；
驱动扭矩获取模块420，用于获取当前转向信息和通过加速踏板输出的当前驱动扭矩；
非铺装路面控制模块431，用于若目标转弯控制模式为非铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个前轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对内后轮进行抱死控制以及对外后轮进行滑转控制；
铺装路面控制模块432，用于若目标转弯控制模式为铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个后轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对两个后轮进行甩尾控制；
原地掉头控制模块433，用于若目标转弯控制模式为原地掉头控制模式，则基于当前转向信息，将当前驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制。
在上述各技术方案的基础上，非铺装路面控制模块431包括：
前轮扭矩确定单元，用于将当前驱动扭矩平均分配至两个前轮，确定每个前轮的正扭矩；
向前驱动单元，用于基于每个前轮的正扭矩对相应的前轮进行向前驱动；
在上述各技术方案的基础上，非铺装路面控制模块431还包括：
内外后轮确定单元，用于基于当前转向方向，确定内后轮和外后轮；
后轮抱死控制单元，用于对内后轮进行抱死控制；
目标轮速确定单元，用于确定内后轮抱死时外后轮的目标轮速；
后轮控制单元，用于基于外后轮的目标轮速，对外后轮的实际轮速进行PID控制，确定内后轮的正扭矩，并基于内后轮的正扭矩对内后轮进行向前驱动。
在上述各技术方案的基础上，铺装路面控制模块还包括：
目标滑转率确定单元，用于基于方向盘的当前转向角度，确定每个后轮的目标滑转率；
目标轮速确定单元，用于根据每个后轮的目标滑转率，确定每个后轮的目标轮速；
后轮控制单元，用于基于每个后轮的目标轮速，对每个后轮的实际轮速进行PID控制，确定每个后轮的正扭矩，并基于每个后轮的正扭矩对每个后轮进行向前驱动。
在上述各技术方案的基础上，目标滑转率确定单元包括：
初始滑转率确定子单元，用于根据方向盘的当前转向角度，确定每个后轮的初始滑转率；
目标横摆率确定子单元，用于根据方向盘的当前转向角度、行驶车速和侧向加速度，确定四驱车辆的目标横摆率；
滑转率修正量确定子单元，用于基于目标横摆率，对四驱车辆的实际横摆率进行PID控制，确定滑转率修正量；
目标滑转率确定子单元，用于根据初始滑转率和滑转率修正量，确定每个后轮的目标滑转率。
在上述各技术方案的基础上，原地掉头控制模块还包括：驱动控制子模块。驱动控制子模块包括：
内外车轮确定单元，用于基于当前转向方向，确定两个内侧车轮和两个外侧车轮；
外侧车轮控制单元，用于将当前驱动扭矩平均分配至两个内侧车轮和两个外侧车轮，确定每个内侧车轮的负扭矩和每个外侧车轮的正扭矩；
内侧车轮控制单元，用于基于每个内侧车轮的负扭矩，对每个内侧车轮进行向后驱动，以及基于每个外侧车轮的正扭矩，对每个外侧车轮进行向前驱动。
在上述各技术方案的基础上，原地掉头控制模块还包括：
若检测到四驱车辆的实际横摆率大于最大横摆率，则基于最大横摆率，对四驱车辆的实际横摆率进行PID控制，确定四个车轮对应的目标驱动扭矩，并将目标驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制。
在上述各技术方案的基础上，原地掉头控制模块还包括：
若目标转弯控制模式为原地掉头控制模式，则提醒用户保持方向盘处于回正位置，并获取用户通过按键选择的当前转向方向。
本发明实施例所提供的一种四驱车辆的转弯控制装置可执行本发明任意实施例所提供的四驱车辆的转弯控制方法，采用本发明实施例的四驱车辆的转弯控制装置，以解决不同工况下缩小转弯半径的问题，降低转向操作的复杂性和转向所用时间，提高了车辆的驾控体验和车辆的使用便利性。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种四驱车辆的转弯控制方法，其特征在于，包括：
获取用户基于驾驶场景所选择的目标转弯控制模式；
获取当前转向信息和通过加速踏板输出的当前驱动扭矩；
若所述目标转弯控制模式为非铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个前轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对内后轮进行抱死控制以及对外后轮进行滑转控制；
若所述目标转弯控制模式为铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个后轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对两个后轮进行甩尾控制；
若所述目标转弯控制模式为原地掉头控制模式，则基于当前转向信息，将当前驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将当前驱动扭矩分配至两个前轮进行驱动控制，包括：
将当前驱动扭矩平均分配至两个前轮，确定每个前轮的正扭矩；
基于每个前轮的正扭矩对相应的前轮进行向前驱动。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于当前转向信息对内后轮进行抱死控制以及对外后轮进行滑转控制，包括：
基于当前转向方向，确定内后轮和外后轮；
对所述内后轮进行抱死控制；
确定所述内后轮抱死时所述外后轮的目标轮速；
基于所述外后轮的目标轮速，对所述外后轮的实际轮速进行PID控制，确定所述外后轮的正扭矩，并基于所述外后轮的正扭矩对所述内后轮进行向前驱动。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述内后轮进行抱死控制，包括：
获取所述内后轮的目标轮速，其中，所述目标轮速为周期性变化轮速，每个周期内的部分时间段为零车速，其余时间段为非零车速；
基于所述内后轮的目标轮速，对所述内后轮的实际轮速进行PID控制，确定所述内后轮的负扭矩，并基于所述内后轮的负扭矩对所述内后轮进行向后驱动。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于当前转向信息对两个后轮进行甩尾控制，包括：
基于方向盘的当前转向角度，确定每个后轮的目标滑转率；
根据每个后轮的目标滑转率，确定每个后轮的目标轮速；
基于每个后轮的目标轮速，对每个后轮的实际轮速进行PID控制，确定每个后轮的正扭矩，并基于每个后轮的正扭矩对每个后轮进行向前驱动。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于方向盘的当前转向角度，确定每个后轮的目标滑转率，包括：
根据方向盘的当前转向角度，确定每个后轮的初始滑转率；
根据方向盘的当前转向角度、行驶车速和侧向加速度，确定四驱车辆的目标横摆率；
基于所述目标横摆率，对四驱车辆的实际横摆率进行PID控制，确定滑转率修正量；
根据所述初始滑转率和所述滑转率修正量，确定每个后轮的目标滑转率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于当前转向信息，将当前驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制，包括：
基于当前转向方向，确定两个内侧车轮和两个外侧车轮；
将当前驱动扭矩平均分配至两个内侧车轮和两个外侧车轮，确定每个内侧车轮的负扭矩和每个外侧车轮的正扭矩；
基于每个内侧车轮的负扭矩，对每个内侧车轮进行向后驱动，以及基于每个外侧车轮的正扭矩，对每个外侧车轮进行向前驱动。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于当前转向信息，将当前驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制之后，还包括：
若检测到四驱车辆的实际横摆率大于最大横摆率，则基于所述最大横摆率，对四驱车辆的实际横摆率进行PID控制，确定四个车轮对应的目标驱动扭矩，并将所述目标驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取当前转向信息，包括：
若所述目标转弯控制模式为原地掉头控制模式，则提醒用户保持方向盘处于回正位置，并获取用户通过按键选择的当前转向方向。
10.一种四驱车辆的转弯控制装置，其特征在于，包括：
转弯模式获取模块，用于获取用户基于驾驶场景所选择的目标转弯控制模式；
驱动扭矩获取模块，用于获取当前转向信息和通过加速踏板输出的当前驱动扭矩；
非铺装路面控制模块，用于若所述目标转弯控制模式为非铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个前轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对内后轮进行抱死控制以及对外后轮进行滑转控制；
铺装路面控制模块，用于若所述目标转弯控制模式为铺装路面控制模式，则将当前驱动扭矩分配至两个后轮进行驱动控制，并基于当前转向信息对两个后轮进行甩尾控制；
原地掉头控制模块，用于若所述目标转弯控制模式为原地掉头控制模式，则基于当前转向信息，将当前驱动扭矩分配至四个车轮进行驱动控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |