CN115320707B - 汽车后轮转向控制系统及方法 - Google Patents

汽车后轮转向控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种汽车后轮转向控制系统及方法，所述方法是在加速度信号大于第一设定阈值时，控制模块将目标后轮转动角速度调减，在加速度信号小于第一设定阈值时，控制模块将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度传递至执行模块，从而执行模块控制电机按照目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度运动。本发明通过整车车况监测，将后轮转向角速度进行动态调整，从而使实车的航向角在安全范围内，达到提高整车稳定性目的。

Description

汽车后轮转向控制系统及方法
技术领域
本发明属于转向控制安全领域，具体涉及汽车后轮转向控制系统及方法。
背景技术
目前社会主流车型大多数为中大型的轿车和SUV，随之而来的问题就是车辆转向半径较大。针对这一点，在某些高端的中大型车辆上增加后轮转向功能来减小转弯直径，在提升转向性能的同时，也能减小因动力转向器齿条行程过大带来的整车布置压力。当前，后轮转向的控制原理大多数是基于方向盘转角和车速的信息，通过比例曲线控制实现后轮转向。这种控制方式在转角和车速线性变化时，控制效果可以得到保障。但是在车速突然大幅变化，如紧急制动车速快速降低，方向盘角度变化时，这个时候通过比例控制的方式就会有后轮快速转动的情况，如果遇到湿滑路面会有车辆失控风险。
公开号为CN109094644A的专利提供了一种极限工况下的主动后轮转向与直接橫摆力矩控制方法，主要通过控制层与执行层的相互协作进行车辆动力学的动态自适应控制，实现对期望后轮转角与期望后轮转矩差的控制，进而提高车辆在极限工况下的操纵稳定性。公开号为CN113665669A的专利公开了一种车辆稳定性控制系统，根据后轮转向反馈控制数据和后轮转向前馈控制数据确定后轮的第一转角数据，以及根据车辆的行驶信息确定的第二转角数据，确定目标转角数据，执行控制模块，基于目标转角数据，控制车辆后轮的转向操作，并通过设置约束数据使车辆在行驶过程中车辆的横摆角速度等特性不会产生过大的偏差，保证了车辆的稳定性。上述专利都是通过后轮转向控制器与其他控制器（如直接横摆力矩控制器），在控制后轮转角的同时，还要对其他变量（如橫摆力矩）进行监控、控制，尽管提升了车辆的稳定性，但是并没有给出具体的实施方法，且系统复杂，实现难度大。
因此，需要一种简单高效机构及控制方法，面对车速大幅变化，尤其是方向盘转动时保证车辆安全。
发明内容
本发明公开的汽车后轮转向控制系统，当后轮转向控制面对车速突然变化的，通过控制后轮转动角速度，保证方向盘转动时车辆安全。
本发明公开的汽车后轮转向控制方法，当后轮转向控制面对车速突然变化的，通过控制后轮转动角速度，保证方向盘转动时车辆安全。
本发明公开的汽车后轮转向控制系统，包括感知模块、控制模块和执行模块；
所述感知模块获取整车的车速信号、加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号及航向角信号，解析并传递至控制模块；
所述控制模块通过车速信号、加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号计算目标后轮转动角度和目标后轮转动角速度，进而再计算第一航向角；在加速度信号大于第一设定阈值时，控制模块将目标后轮转动角速度调减；在加速度信号小于第一设定阈值时，控制模块将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度传递至执行模块；执行模块控制电机按照目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度运动。
进一步地，在加速度信号大于第一设定阈值且第一航向角大于第二设定阈值时，控制模块将目标后轮转动角速度调减。
进一步地，目标后轮转动角速度调减原则为：加速度绝对值越大，目标后轮转动角速度减小越多；方向盘转动角速度越大，目标后轮转动角速度减小越多。
进一步地，控制模块包括驾驶模式判断器、整车动力学模型器和计算求解器；
所述驾驶模式判断器在加速度信号绝对值大于第一设定阈值时，将驾驶模式归为极限驾驶工况，在加速度信号绝对值小于第一设定阈值时，将驾驶模式归为正常驾驶工况；
所述整车动力学模型器，根据车速信号、加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号、航向角信号、目标后轮转动角度、目标后轮转动角速度计算求解第一航向角；
所述计算求解器计算目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度，在驾驶模式判断器判断为极限驾驶工况且整车动力学器中第一航向角大于第二设定阈值时，对目标后轮转动角速度进行调减。
进一步地，目标后轮转动角速度调减原则为：加速度绝对值越大，目标后轮转动角速度减小越多；方向盘转动角速度越大，目标后轮转动角速度减小越多。
进一步地，执行器将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度转换为后轮转向电机的驱动电流值；按照驱动电流值输出电流，使电机按照目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度运动。
本发明公开的汽车后轮转向控制方法，包括以下步骤，
步骤S001,感知模块获取加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号以及航向角信号；
步骤S002，感知器解析获取的信号，并将其传递至控制器；
步骤S003，控制器通过加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号计算目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度；
步骤S004，控制器对当前的加速度绝对值进行判断，若大于第一设定阈值，判定属于极限驾驶工况，则进入步骤S005；否则，判定属于正常驾驶工况，进入步骤S006；
步骤S005，对步骤S003中的目标后轮转动角速度进行调减，并将调整后的目标后轮转动角速度更新至步骤S003中值；
步骤S006，控制模块将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度传递至执行层。
进一步地，步骤S004包括以下步骤，
步骤S00401控制器对当前的加速度绝对值进行判断；若大于等于第一设定阈值，判定属于极限驾驶工况，进入步骤S00402；若小于第一设定阈值，判定属于正常驾驶工况，进入步骤S006；
步骤S00402，控制器中的整车动力学模型结合当前的目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度，求解第一航向角，进入步骤S00403；
步骤S00403,控制器对第一航向角进行判断，如若其值大于等于第二设定阈值，则跳转至步骤S005，否则，跳转至步骤S006。
进一步地，步骤S005中，目标后轮转动角速度调减原则为：加速度绝对值越大，目标后轮转动角速度减小越多；方向盘转动角速度越大，目标后轮转动角速度减小越多。
进一步地，还包括以下步骤，
步骤S007，执行模块将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度转换为后轮转向电机的驱动电流值；
步骤S008，执行模块按照步骤S007中的驱动电流值输出电流，使电机按照目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度运动。
本发明有益技术效果为：在加速度信号大于第一设定阈值时，控制模块将目标后轮转动角速度调减，在加速度信号小于第一设定阈值时，控制模块将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度传递至执行模块，从而执行模块控制电机按照目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度运动。本发明通过整车车况监测，将后轮转向角速度进行动态调整，从而使实车的航向角在安全范围内，达到提高整车稳定性目的。
附图说明
图1为本发明汽车后轮转向控制系统架构图；
图2为本发明汽车后轮转向控制方法逻辑流程图；
图3为本发明施例中的插值曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做详细说明。
后轮转向的具体功能是可以实现后轮的转动，提升车辆转向性能，具体表现是当车辆处于中高速行驶时，前后轮的转动方向相同，当车辆处于低速行驶时，前后轮的转动方向相反。而目前后轮转向的控制原理大多数是基于方向盘转角和车速的信息，通过比例曲线控制实现后轮转向。基于当前的功能实现与控制原理，如若车速大幅变化，尤其是方向盘转动时，后轮的转动角度快速变化，极可能导致车辆航向角偏大，使得车辆有侧翻的风险。
本发明公开的汽车后轮转向控制系统，包括感知模块、控制模块和执行模块。
感知模块通过CAN网络获取整车的车速信号、加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号及航向角信号，并传递至控制模块。
这里，所述航向角信号是从感知模块获得的，是车辆当前的航向角，是描述整车稳定性的一个状态量，从CAN总线获取后便可知道当前整车稳定性。
控制模块包括驾驶模式判断器、整车动力学模型器和计算求解器；
驾驶模式判断器在加速度信号绝对值大于第一设定阈值时，将驾驶模式归为极限驾驶工况，在加速度信号绝对值小于第一设定阈值时，将驾驶模式归为正常驾驶工况；
整车动力学模型器，根据车速信号、加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号、航向角信号、目标后轮转动角度、目标后轮转动角速度计算求解第一航向角。这里，所述第一航向角是通过以上信号、角度、角速度计算求解得到的预测值，是从控制模块中计算得到，用于预测在前述信号状态下的整车稳定性。
计算求解器通过加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号计算目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度。计算求解器在驾驶模式判断器判断为极限驾驶工况且整车动力学器中第一航向角大于第二设定阈值时，对目标后轮转动角速度进行调减。计算求解器在加速度信号小于第一设定阈值时，将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度传递至执行模块。
目标后轮转动角速度调减原则为：加速度绝对值越大，目标后轮转动角速度减小越多；方向盘转动角速度越大，目标后轮转动角速度减小越多。
执行模块将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度转换为后轮转向电机的驱动电流值；按照驱动电流值输出电流，使电机按照目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度运动。
本发明还公开了汽车后轮转向控制方法，包括以下步骤，
步骤S001,感知模块通过CAN网络获取加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号以及航向角信号；
步骤S002，感知器解析获取的信号，并将其传递至控制器；
步骤S003，控制器通过加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号计算目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度；
步骤S004包括以下步骤，
步骤S00401控制器对当前的加速度绝对值进行判断；若大于等于第一设定阈值，判定属于极限驾驶工况，进入步骤S00402；若小于第一设定阈值，判定属于正常驾驶工况，进入步骤S006；
步骤S00402，控制器中的整车动力学模型结合当前的目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度，求解第一航向角，进入步骤S00403；
步骤S00403,控制器对第一航向角进行判断，如若其值大于等于第二设定阈值，则跳转至步骤S005，否则，跳转至步骤S006。
步骤S005，对步骤S003中的目标后轮转动角速度进行调减，并将调整后的目标后轮转动角速度更新至步骤S003中值；目标后轮转动角速度调减原则为：加速度绝对值越大，目标后轮转动角速度减小越多；方向盘转动角速度越大，目标后轮转动角速度减小越多。调减算法采用插值法，如图3为某一实施例图。调整后轮转动角速度的目的是确保航向角较小，提升整车稳定性。
步骤S006，控制模块将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度传递至执行模块，这里的执行模块为后轮驱动模块。
步骤S007，执行模块将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度转换为后轮转向电机的驱动电流值；
步骤S008，执行模块按照步骤S009中的驱动电流值输出电流，使电机按照目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度运动。
以上，通过特定的具体实例说明了本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用。
需说明的是，在不冲突的情况下，以上实施例及实施例中的特征可以相互组合，即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，本申请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，只要能够实现本申请公开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，并不构成对本申请保护范围的限制。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。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (7)

1.汽车后轮转向控制系统，其特征在于：包括感知模块、控制模块和执行模块；
所述感知模块获取整车的车速信号、加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号及航向角信号，解析并传递至控制模块；
所述控制模块通过车速信号、加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号以及航向角信号计算目标后轮转动角度、目标后轮转动角速度，进而再计算第一航向角；
在加速度信号绝对值大于等于第一设定阈值且第一航向角大于等于第二设定阈值时，控制模块将目标后轮转动角速度调减；在加速度信号绝对值小于第一设定阈值时，或者加速度信号绝对值大于等于第一设定阈值且第一航向角小于第二设定阈值时，控制模块将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度传递至执行模块；目标后轮转动角速度调减原则为：加速度绝对值越大，目标后轮转动角速度减小越多；方向盘转动角速度越大，目标后轮转动角速度减小越多；
所述执行模块控制电机按照目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度运动。
2.如权利要求1所述的汽车后轮转向控制系统，其特征在于：控制模块包括驾驶模式判断器、整车动力学模型器和计算求解器；
所述驾驶模式判断器在加速度信号绝对值大于等于第一设定阈值时，将驾驶模式归为极限驾驶工况，在加速度信号绝对值小于第一设定阈值时，将驾驶模式归为正常驾驶工况；
所述整车动力学模型器，根据车速信号、加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号、航向角信号、目标后轮转动角度、目标后轮转动角速度计算求解第一航向角；
所述计算求解器计算目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度，在驾驶模式判断器判断为极限驾驶工况且整车动力学模型器中第一航向角大于第二设定阈值时，对目标后轮转动角速度进行调减。
3.如权利要求2所述的汽车后轮转向控制系统，其特征在于：目标后轮转动角速度调减原则为：加速度绝对值越大，目标后轮转动角速度减小越多；方向盘转动角速度越大，目标后轮转动角速度减小越多。
4.如权利要求1至3任一项所述的汽车后轮转向控制系统，其特征在于：
执行器将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度转换为后轮转向电机的驱动电流值；按照驱动电流值输出电流，使电机按照目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度运动。
5.汽车后轮转向控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤S001,感知模块获取加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号以及航向角信号；
步骤S002，感知器解析获取的信号，并将其传递至控制器；
步骤S003，控制器通过加速度信号、方向盘转动角度信号、方向盘转动角速度信号计算目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度；
步骤S004，控制器对当前的加速度绝对值进行判断，若大于等于第一设定阈值，判定属于极限驾驶工况，则进入步骤S005；否则，判定属于正常驾驶工况，进入步骤S006；
步骤S005，对步骤S003中的目标后轮转动角速度进行调减，并将调整后的目标后轮转动角速度更新至步骤S003中值；
步骤S006，控制模块将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度传递至执行模块；
步骤S004包括以下步骤，
步骤S00401控制器对当前的加速度绝对值进行判断；若大于等于第一设定阈值，判定属于极限驾驶工况，进入步骤S00402；若小于第一设定阈值，判定属于正常驾驶工况，进入步骤S006；
步骤S00402，控制器中的整车动力学模型结合当前的目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度，求解第一航向角，进入步骤S00403；
步骤S00403,控制器对第一航向角进行判断，如若其值大于等于第二设定阈值，则跳转至步骤S005，否则，跳转至步骤S006。
6.如权利要求5所述的汽车后轮转向控制方法，其特征在于：步骤S005中，目标后轮转动角速度调减原则为：加速度绝对值越大，目标后轮转动角速度减小越多；方向盘转动角速度越大，目标后轮转动角速度减小越多。
7.如权利要求5所述的汽车后轮转向控制方法，其特征在于：还包括以下步骤，
步骤S007，执行器将目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度转换为后轮转向电机的驱动电流值；
步骤S008，执行器按照步骤S007中的驱动电流值输出电流，使电机按照目标后轮转动角度与目标后轮转动角速度运动。
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