CN117400746A - 一种四驱车辆横向控制的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种四驱车辆横向控制的方法及装置。基于车辆的驾驶信息，针对性地获取目标车辆的期望横摆力矩、车轮的纵向路面利用附着系数和横向路面利用附着系数。当两系数的均方根值大于或等于预设附着系数时，说明车轮的横、纵向受力达到附着极限，车辆容易产生不需要的偏移。此时输出与车辆转向方向相反的期望横摆力矩，阻碍车辆转向，起到维持稳定的作用。当两系数的均方根值小于预设附着系数时，说明横、纵向受力未达到附着极限，此时输出与车辆转向方向相同的期望横摆力矩，可帮助车辆在方向盘角度一定时更轻松转向。本申请的方法为自主研发，可在不依赖国外供应商的前提下，准确实现对四驱车辆的横向控制。

Description

一种四驱车辆横向控制的方法及装置

技术领域

本申请涉及车辆技术领域，特别涉及一种四驱车辆横向控制的方法及装置。

背景技术

随着车辆技术的发展，分布式驱动车辆的车轮可以实现正负扭矩大小和前后旋转方向自由控制。常规车辆驱动方向上前驱车辆为“拉”，后驱车辆为“推”，驾驶过程中车辆的转向趋势有多种情况，由于车辆结构不同，前驱车和后驱车在通过弯道时倾向于不同的转向趋势。在转向过程中，由于车轮横、纵向受力的不同，可能产生不必要的偏移或转向困难，也就是失稳现象，需要对车辆进行横向控制，来保证驾驶的稳定性和安全性。

现有技术中，针对四驱车辆的横向控制，多采用车辆转向不足时动力向后轴转移，转向过度时动力向前轴转移的固定策略，无法具体地根据路面和驾驶信息等来准确协调各电机扭矩。且横向控制技术大多依赖国外供应商，目前存在的控制方法难以实现技术的主动掌握。

因此，如何在不依赖国外供应商的前提下，准确实现对四驱车辆的横向控制，成为了一个亟需解决的问题。

发明内容

基于上述问题，本申请提供了一种四驱车辆横向控制的方法及装置，以在不依赖国外供应商的前提下，准确实现对四驱车辆的横向控制。

本申请公开了一种四驱车辆横向控制的方法，所述方法包括：

基于车辆的方向盘转角和纵向车速获取期望横摆力矩；

获取所述车辆的踏板角度和轮荷比例，结合所述期望横摆力矩、所述车辆的纵向加速度，得到所述车辆的车轮的纵向路面利用附着系数；

获取并根据所述车辆的横向加速度和横摆角加速度，得到所述车轮的横向路面利用附着系数；

判断所述纵向路面利用附着系数和横向路面利用附着系数的均方根值是否大于或等于预设附着系数；

若是，则控制电机输出与所述车辆转向方向相反的所述期望横摆力矩，以阻碍所述车辆转向；

若否，则控制电机输出与所述车辆转向方向相同的所述期望横摆力矩，以辅助所述车辆转向。

可选的，所述基于车辆的方向盘转角和纵向车速获取期望横摆力矩，包括：

根据所述车辆的方向盘转角和纵向车速得到期望横摆角速度，获取期望横摆力矩。

可选的，所述获取所述车辆的踏板角度和轮荷比例，结合所述期望横摆力矩、所述车辆的纵向加速度，得到所述车辆的车轮的纵向路面利用附着系数，包括：

基于所述踏板角度获取四个所述车轮的需求扭矩；

基于所述期望横摆力矩和所述需求扭矩进行驱动扭矩分配，将分配到所述车轮的驱动扭矩和所述车轮的半径之商作为所述车轮的驱动力；

获取所述纵向加速度，并与所述驱动力计算得到整车质量；

获取所述轮荷比例，并与所述整车质量计算得到所述车轮的垂向力；

根据所述垂向力和所述驱动力获取所述车轮的纵向路面利用附着系数。

可选的，所述获取所述纵向加速度，并与所述驱动力计算得到整车质量，包括：

获取所述车辆的第一时刻纵向加速度，与所述驱动力计算得到阻力；

获取所述驱动力与所述阻力的差值，将所述差值除以第二时刻纵向加速度，得到整车质量；所述第一时刻在所述第二时刻之前。

可选的，所述获取所述轮荷比例，并与所述整车质量计算得到所述车轮的垂向力，包括：

根据压力传感器获取的信息，得到所述轮荷比例；

根据所述整车质量和所述轮荷比例，获取轮荷质量；

将所述轮荷质量乘以重力加速度，获得所述垂向力。

基于上述一种四驱车辆横向控制的方法，本申请还公开了一种四驱车辆横向控制的装置，包括：横摆力矩获取单元、纵向系数获取单元、横向系数获取单元、失稳判断单元、稳定转向单元和辅助转向单元；

所述横摆力矩获取单元，用于基于车辆的方向盘转角和纵向车速获取期望横摆力矩；

所述纵向系数获取单元，用于获取所述车辆的踏板角度和轮荷比例，结合所述期望横摆力矩、所述车辆的纵向加速度，得到所述车辆的车轮的纵向路面利用附着系数；

所述横向系数获取单元，用于获取并根据所述车辆的横向加速度和横摆角加速度，得到所述车轮的横向路面利用附着系数；

所述失稳判断单元，用于判断所述纵向路面利用附着系数和横向路面利用附着系数的均方根值是否大于或等于预设附着系数；

所述稳定转向单元，用于控制电机输出与所述车辆转向方向相反的所述期望横摆力矩，以阻碍所述车辆转向；

所述辅助转向单元，用于控制电机输出与所述车辆转向方向相同的所述期望横摆力矩，以辅助所述车辆转向。

可选的，所述横摆力矩获取单元，包括：

横摆角速度计算子单元，用于根据所述车辆的方向盘转角和纵向车速得到期望横摆角速度，获取期望横摆力矩。

可选的，所述纵向系数获取单元，包括：

需求扭矩获取子单元，用于基于所述踏板角度获取四个所述车轮的需求扭矩；

驱动分配子单元，用于基于所述期望横摆力矩和所述需求扭矩进行驱动扭矩分配，将分配到所述车轮的驱动扭矩和所述车轮的半径之商作为所述车轮的驱动力；

质量获取子单元，用于获取所述纵向加速度，并与所述驱动力计算得到整车质量；

垂向力获取子单元，用于获取所述轮荷比例，并与所述整车质量计算得到所述车轮的垂向力；

纵向系数计算子单元，用于根据所述垂向力和所述驱动力获取所述车轮的纵向路面利用附着系数。

可选的，所述质量获取子单元，包括：

阻力获取子单元，用于获取所述车辆的第一时刻纵向加速度，与所述驱动力计算得到阻力；

质量计算子单元，用于获取所述驱动力与所述阻力的差值，将所述差值除以第二时刻纵向加速度，得到整车质量；所述第一时刻在所述第二时刻之前。

可选的，所述垂向力获取子单元，包括：

轮荷比例获取子单元，用于根据压力传感器获取的信息，得到所述轮荷比例；

轮荷质量获取子单元，用于根据所述整车质量和所述轮荷比例，获取轮荷质量；

垂向力计算子单元，用于将所述轮荷质量乘以重力加速度，获得所述垂向力。

本申请公开了一种四驱车辆横向控制的方法及装置。基于车辆的驾驶信息，针对性地获取目标车辆的期望横摆力矩、车轮的纵向路面利用附着系数和横向路面利用附着系数。当两系数的均方根值大于或等于预设附着系数时，说明车轮的横、纵向受力达到附着极限，车辆容易产生不需要的偏移。此时输出与车辆转向方向相反的期望横摆力矩，阻碍车辆转向，起到维持稳定的作用。当两系数的均方根值小于预设附着系数时，说明横、纵向受力未达到附着极限，此时输出与车辆转向方向相同的期望横摆力矩，可帮助车辆在方向盘角度一定时更轻松转向。本申请的方法为自主研发，可在不依赖国外供应商的前提下，准确实现对四驱车辆的横向控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种四驱车辆横向控制的方法的流程示意图；

图2为本申请实施例公开的多电机分布式驱动模型示意图；

图3为本申请实施例公开的一种四驱车辆横向控制的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

实施例一：本申请公开了一种四驱车辆横向控制的方法。

具体的，请参阅图1，本实施例公开的一种四驱车辆横向控制的方法包括以下步骤：

步骤101：基于车辆的方向盘转角和纵向车速获取期望横摆力矩。

在本实施例所述的方法中，可基于二自由度模型，根据方向盘转角和纵向车速获取期望横摆角速度，也就是稳态横摆角速度。根据汽车理论中的二自由度汽车微分方程，可获得稳态横摆角速度：

式中，ω_z为稳态横摆角速度，m为整车质量，v_x为纵向车速，L_f和L_r分别是汽车质心至前、后轴的距离,k₁和k₂分别为前、后轴轮胎侧偏刚度，δ为前轴车轮转角。

作为一种可选的方法，可以建立车辆的多电机分布式车辆四驱运动模型。图2为本申请实施例公开的多电机分布式驱动模型示意图，如图2所示：固结于汽车上的oxyz直角坐标系即车辆坐标系，xoz处于汽车左右对称的平面内，当车辆在水平路面上处于静止时，x轴平行于地面指向前方，z轴通过质心指向上方，y轴指向驾驶员左侧，坐标原点o与质心重合。根据该模型可以得到车辆在纵向、横向和横摆三个维度的动力学方程，分别为：

纵向(沿x轴)运动方程：

式中，v_x为纵向加速度，v_y为横向车速，F′_{x_fl}为左前轮纵向分力，F′_{x_fr}为右前轮纵向分力，F′_{x_rl}为左后轮纵向分力，F′_{x_rr}为右后轮纵向分力。

横向(沿y轴)运动方程：

式中，v_y为横向加速度，F′_{y_fl}为左前轮横向分力，F′_{y_fr}为右前轮横向分力，F′_{y_rl}为左后轮横向分力，F′_{y_rr}为右后轮横向分力。

横摆(绕z轴)运动方程：

式中，J_z为整车绕z轴的转动惯量，d为底盘左右轮距。

各分力间关系如下：

F′_{x_i}＝F_{x_i}cosδ_i-F_{y_i}sinδ_i (5)

F′_{y_i}＝F_{x_i}sinδ_i+F_{y_i}cosδ_i (6)

式中，F′_{x_i}、F′_{y_i}分别为地面对4个轮胎的切向反作用力F_{x_i}和侧向反作用力F_{y_i}沿车辆纵向x轴和横向y轴上投影。

综合上述公式，计算得到期望横摆角速度后，将期望质心侧偏角β设为0，得到期望横摆力矩。

步骤102：获取所述车辆的踏板角度和轮荷比例，结合所述期望横摆力矩、所述车辆的纵向加速度，得到所述车辆的车轮的纵向路面利用附着系数。

在本实施例所述的方法中，基于所述踏板角度获取四个所述车轮的需求扭矩。基于期望横摆力矩和需求扭矩进行驱动扭矩分配，将分配到每个车轮的驱动扭矩和该车轮的半径之商作为车轮的驱动力。具体地，如下式所示：

式中，J_w为车轮的转动惯量，ω为车轮旋转角速度的加速度，T_w为车轮驱动力矩，F_x为地面阻力，R为车轮的半径。

获取车辆的第一时刻纵向加速度，与驱动力计算得到阻力，获取驱动力与阻力的差值，将差值除以第二时刻纵向加速度，得到整车质量。其中，第一时刻在第二时刻之前。

根据压力传感器获取的信息，得到轮荷比例，根据整车质量和轮荷比例，获取轮荷质量，将轮荷质量乘以重力加速度，获得垂向力。驱动力与垂向力的比值即为车轮的纵向路面利用附着系数。

步骤103：获取并根据车辆的横向加速度和横摆角加速度，得到所述车轮的横向路面利用附着系数。

在本实施例所述的方法中，车轮的横向路面利用附着系数为前轮横向加速度和后轮横向加速度与重力加速度的比值。其中前轮横向加速度和后轮横向加速度可由公式(8)、(9)、(10)得到。

式中，a_y为横向加速度，β是质心侧偏角。

式中，a_yf为前轮横向加速度，为横摆角加速度。

式中，a_yr为后轮横向加速度。

步骤104：判断所述纵向路面利用附着系数和横向路面利用附着系数是否均大于或等于预设附着系数。若是，则进入步骤105，否则进入步骤106。

在本实施例所述的方法中，预设附着系数为路面峰值附着系数，可以通过上一段时间内滑移率情况和上一时刻路面峰值附着系数判断得到。当纵向路面利用附着系数和横向路面利用附着系数的均方根值不小于预设附着系数，说明车轮的横、纵向受力达到附着极限，车辆转向容易产生不需要的偏移，也就是失稳现象，需要通过分布式驱动电机输出横摆力矩来维护稳定性。当纵向路面利用附着系数和横向路面利用附着系数的均方根值小于预设附着系数，说明车轮的横、纵向受力未达到附着极限，车辆不会失稳，可以通过分布式驱动电机输出横摆力矩帮助驾驶员在车辆在方向盘角度一定时更轻松转向。

步骤105：控制电机输出与所述车辆转向方向相反的所述期望横摆力矩，以阻碍所述车辆转向。

在本实施例所述的方法中，控制电机输出一个与车辆转向方向相反的期望横摆力矩，阻碍车辆转向，起到稳定转向的作用。

步骤106：控制电机输出与所述车辆转向方向相同的所述期望横摆力矩，以辅助所述车辆转向。

在本实施例所述的方法中，控制电机输出一个与车辆转向方向相同的期望横摆力矩，可辅助车辆转向，无需过多转动方向盘。

在本实施例所述的方法中，基于车辆的驾驶信息，针对性地获取目标车辆的期望横摆力矩、车轮的纵向路面利用附着系数和横向路面利用附着系数。当两系数的均方根值大于或等于预设附着系数时，说明车轮的横、纵向受力达到附着极限，车辆转向容易产生不需要的偏移。此时输出与车辆转向方向相反的期望横摆力矩，阻碍车辆转向，起到稳定转向的作用。当两系数均小于预设附着系数时，说明横、纵向受力未达到附着极限，此时输出与车辆转向方向相同的期望横摆力矩，可帮助车辆在方向盘角度一定时更轻松转向。本申请的方法为自主研发，可在不依赖国外供应商的前提下，准确实现对四驱车辆的横向控制。

基于上述实施例公开的一种四驱车辆横向控制的方法，本实施例对应公开了一种四驱车辆横向控制的装置。请参阅图3，所述一种四驱车辆横向控制的装置包括：摆力矩获取单元301、纵向系数获取单元302、横向系数获取单元303、失稳判断单元304、稳定转向单元305和辅助转向单元306；

所述横摆力矩获取单元301，用于基于车辆的方向盘转角和纵向车速获取期望横摆力矩；

所述纵向系数获取单元302，用于获取所述车辆的踏板角度和轮荷比例，结合所述期望横摆力矩、所述车辆的纵向加速度，得到所述车辆的车轮的纵向路面利用附着系数；

所述横向系数获取单元303，用于获取并根据所述车辆的横向加速度和横摆角加速度，得到所述车轮的横向路面利用附着系数；

所述失稳判断单元304，用于判断所述纵向路面利用附着系数和横向路面利用附着系数的均方根值是否大于或等于预设附着系数；

所述稳定转向单元305，用于控制电机输出与所述车辆转向方向相反的所述期望横摆力矩，以阻碍所述车辆转向；

所述辅助转向单元306，用于控制电机输出与所述车辆转向方向相同的所述期望横摆力矩，以辅助所述车辆转向。

可选的，所述横摆力矩获取单元301，包括：

横摆角速度计算子单元，用于根据所述车辆的方向盘转角和纵向车速得到期望横摆角速度，将期望质心侧偏角设为0，获取期望横摆力矩。

可选的，所述纵向系数获取单元302，包括：

需求扭矩获取子单元，用于基于所述踏板角度获取四个所述车轮的需求扭矩；

驱动分配子单元，用于基于所述期望横摆力矩和所述需求扭矩进行驱动扭矩分配，将分配到所述车轮的驱动扭矩和所述车轮的半径之商作为所述车轮的驱动力；

质量获取子单元，用于获取所述纵向加速度，并与所述驱动力计算得到整车质量；

垂向力获取子单元，用于获取所述轮荷比例，并与所述整车质量计算得到所述车轮的垂向力；

纵向系数计算子单元，用于根据所述垂向力和所述驱动力获取所述车轮的纵向路面利用附着系数。

可选的，所述质量获取子单元，包括：

阻力获取子单元，用于获取所述车辆的第一时刻纵向加速度，与所述驱动力计算得到阻力；

质量计算子单元，用于获取所述驱动力与所述阻力的差值，将所述差值除以第二时刻纵向加速度，得到整车质量；所述第一时刻在所述第二时刻之前。

可选的，所述垂向力获取子单元，包括：

轮荷比例获取子单元，用于根据压力传感器获取的信息，得到所述轮荷比例；

轮荷质量获取子单元，用于根据所述整车质量和所述轮荷比例，获取轮荷质量；

垂向力计算子单元，用于将所述轮荷质量乘以重力加速度，获得所述垂向力。

本说明书中实施例采用递进的方式描述。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本说明书中实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种四驱车辆横向控制的方法，其特征在于，包括：

基于车辆的方向盘转角和纵向车速获取期望横摆力矩；

获取所述车辆的踏板角度和轮荷比例，结合所述期望横摆力矩、所述车辆的纵向加速度，得到所述车辆的车轮的纵向路面利用附着系数；

获取并根据所述车辆的横向加速度和横摆角加速度，得到所述车轮的横向路面利用附着系数；

判断所述纵向路面利用附着系数和横向路面利用附着系数的均方根值是否大于或等于预设附着系数；

若是，则控制电机输出与所述车辆转向方向相反的所述期望横摆力矩，以阻碍所述车辆转向；

若否，则控制电机输出与所述车辆转向方向相同的所述期望横摆力矩，以辅助所述车辆转向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于车辆的方向盘转角和纵向车速获取期望横摆力矩，包括：

根据所述车辆的方向盘转角和纵向车速得到期望横摆角速度，获取期望横摆力矩。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述车辆的踏板角度和轮荷比例，结合所述期望横摆力矩、所述车辆的纵向加速度，得到所述车辆的车轮的纵向路面利用附着系数，包括：

基于所述踏板角度获取四个所述车轮的需求扭矩；

基于所述期望横摆力矩和所述需求扭矩进行驱动扭矩分配，将分配到所述车轮的驱动扭矩和所述车轮的半径之商作为所述车轮的驱动力；

获取所述纵向加速度，并与所述驱动力计算得到整车质量；

获取所述轮荷比例，并与所述整车质量计算得到所述车轮的垂向力；

根据所述垂向力和所述驱动力获取所述车轮的纵向路面利用附着系数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述纵向加速度，并与所述驱动力计算得到整车质量，包括：

获取所述车辆的第一时刻纵向加速度，与所述驱动力计算得到阻力；

获取所述驱动力与所述阻力的差值，将所述差值除以第二时刻纵向加速度，得到整车质量；所述第一时刻在所述第二时刻之前。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述轮荷比例，并与所述整车质量计算得到所述车轮的垂向力，包括：

根据压力传感器获取的信息，得到所述轮荷比例；

根据所述整车质量和所述轮荷比例，获取轮荷质量；

将所述轮荷质量乘以重力加速度，获得所述垂向力。

6.一种四驱车辆横向控制的装置，其特征在于，包括：横摆力矩获取单元、纵向系数获取单元、横向系数获取单元、失稳判断单元、稳定转向单元和辅助转向单元；

所述横摆力矩获取单元，用于基于车辆的方向盘转角和纵向车速获取期望横摆力矩；

所述纵向系数获取单元，用于获取所述车辆的踏板角度和轮荷比例，结合所述期望横摆力矩、所述车辆的纵向加速度，得到所述车辆的车轮的纵向路面利用附着系数；

所述横向系数获取单元，用于获取并根据所述车辆的横向加速度和横摆角加速度，得到所述车轮的横向路面利用附着系数；

所述失稳判断单元，用于判断所述纵向路面利用附着系数和横向路面利用附着系数的均方根值是否大于或等于预设附着系数；

所述稳定转向单元，用于控制电机输出与所述车辆转向方向相反的所述期望横摆力矩，以阻碍所述车辆转向；

所述辅助转向单元，用于控制电机输出与所述车辆转向方向相同的所述期望横摆力矩，以辅助所述车辆转向。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述横摆力矩获取单元，包括：

横摆角速度计算子单元，用于根据所述车辆的方向盘转角和纵向车速得到期望横摆角速度，获取期望横摆力矩。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述纵向系数获取单元，包括：

需求扭矩获取子单元，用于基于所述踏板角度获取四个所述车轮的需求扭矩；

驱动分配子单元，用于基于所述期望横摆力矩和所述需求扭矩进行驱动扭矩分配，将分配到所述车轮的驱动扭矩和所述车轮的半径之商作为所述车轮的驱动力；

质量获取子单元，用于获取所述纵向加速度，并与所述驱动力计算得到整车质量；

垂向力获取子单元，用于获取所述轮荷比例，并与所述整车质量计算得到所述车轮的垂向力；

纵向系数计算子单元，用于根据所述垂向力和所述驱动力获取所述车轮的纵向路面利用附着系数。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述质量获取子单元，包括：

阻力获取子单元，用于获取所述车辆的第一时刻纵向加速度，与所述驱动力计算得到阻力；

质量计算子单元，用于获取所述驱动力与所述阻力的差值，将所述差值除以第二时刻纵向加速度，得到整车质量；所述第一时刻在所述第二时刻之前。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述垂向力获取子单元，包括：

轮荷比例获取子单元，用于根据压力传感器获取的信息，得到所述轮荷比例；

轮荷质量获取子单元，用于根据所述整车质量和所述轮荷比例，获取轮荷质量；

垂向力计算子单元，用于将所述轮荷质量乘以重力加速度，获得所述垂向力。