專利名稱：一種車輛雙重轉(zhuǎn)向控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動車轉(zhuǎn)向控制方法，特別是關(guān)于一種四輪獨立驅(qū)動電動車的車輛雙重轉(zhuǎn)向控制方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著電動車輛技術(shù)研究的不斷深入，電動機在底盤控制技術(shù)方面的潛力不 斷被挖掘，越來越多的研究集中于電動車輛的車輛動力學控制比如在《四輪獨立驅(qū)動電動 汽車的穩(wěn)定性控制及其最優(yōu)動力分配法》一文中，通過在各輪之間合理協(xié)調(diào)搭配驅(qū)動力，使 輪胎力不超過最大摩擦力，從而保證橫向的穩(wěn)定性；又如研究主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Active Front Steering System，簡稱AFS)與直接橫擺力矩(DYC)相融合的控制方法，通過轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制提高車輛的操穩(wěn)性。上述兩種控制方法均屬于單純研究穩(wěn)定性 的控制方法，并且目前的研究大多集中于通過驅(qū)動力的控制達到提高車輛操縱穩(wěn)定性的目 的，尚沒有利用驅(qū)動力的控制對車輛本身轉(zhuǎn)向特性進行改變的相關(guān)研究。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種操縱穩(wěn)定性較高、并能提高車輛機動性 的車輛雙重轉(zhuǎn)向控制方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種車輛雙重轉(zhuǎn)向控制方法，其包括 以下步驟(1)設(shè)置一包括全輪獨立電驅(qū)動車輛、狀態(tài)觀測和測量模塊、空擋判別模塊、設(shè) 置在全輪獨立電驅(qū)動車輛的儀表板上的中心轉(zhuǎn)向按鈕、中心轉(zhuǎn)向控制模塊、蠕行轉(zhuǎn)向控制 模塊、車速判別模塊和行駛轉(zhuǎn)向控制模塊的控制系統(tǒng)；(2)狀態(tài)觀測和測量模塊實時采集 全輪獨立電驅(qū)動車輛的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將該行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)送入空擋判別模塊內(nèi)進行空擋 判別(3)當車輛掛入空檔時，按下中心轉(zhuǎn)向按鈕，進入中心轉(zhuǎn)向控制模塊，由中心轉(zhuǎn)向控 制模塊進行中心轉(zhuǎn)向控制；(4)當車輛掛入前進檔時，退出中心轉(zhuǎn)向控制模塊，進入蠕行轉(zhuǎn) 向控制模塊，蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊將輸出的車速信號送入車速判別模塊內(nèi)進行車速判別；(5) 當車速介于蠕行轉(zhuǎn)向設(shè)定值和行駛轉(zhuǎn)向設(shè)定值之間時，進入過渡期，由蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊 的輸出值和行駛轉(zhuǎn)向控制模塊的輸出值，分別乘權(quán)重系數(shù)，并相加得到對整車的控制輸出 值，實現(xiàn)對四輪獨立驅(qū)動電動車的雙重轉(zhuǎn)向控制。所述步驟(3)中，所述中心轉(zhuǎn)向控制包括以下步驟①由狀態(tài)觀測和測量模塊檢 測出車輛的實際方向盤轉(zhuǎn)角、旋轉(zhuǎn)速度和加速踏板行程，根據(jù)實際方向盤轉(zhuǎn)角和加速踏板 行程由試驗標定分別得到旋轉(zhuǎn)速度最高限制值和直接橫擺力矩；②將計算出的旋轉(zhuǎn)速度最 高限制值、直接橫擺力矩以及旋轉(zhuǎn)速度進行考慮旋轉(zhuǎn)速度的橫擺力矩計算；③將得到的橫 擺力矩輸入驅(qū)動力分配模塊內(nèi)，采用四輪平均分配，左右側(cè)方向相反的方式將驅(qū)動力分配 到全輪獨立電驅(qū)動車輛的四個驅(qū)動輪上。所述步驟(4)中，所述蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊內(nèi)的所述車速判別模塊判別方式如下 ①當車速低于行駛轉(zhuǎn)向設(shè)定值時，停留在蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊，由蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊進行蠕行轉(zhuǎn)向控制；②當車速高于行駛轉(zhuǎn)向設(shè)定值時，進入行駛轉(zhuǎn)向控制模塊，并由行駛轉(zhuǎn)向控制模塊進行行駛轉(zhuǎn)向控制。所述步驟①中，所述蠕行轉(zhuǎn)向控制包括以下步驟I )當駕駛員輸入實際方向盤 轉(zhuǎn)角，將車輛的縱向車速和實際方向盤轉(zhuǎn)角輸入預(yù)先設(shè)定的直接橫擺力矩計算函數(shù)模塊 內(nèi)，得到輔助車輛轉(zhuǎn)向的直接橫擺力矩值；II )將直接橫擺力矩值和車輛的加速踏板行程 均輸入驅(qū)動力分配模塊內(nèi)，根據(jù)全輪路面附著負荷指標最優(yōu)的方法，將驅(qū)動力分配到全輪 獨立電驅(qū)動車輛的四個驅(qū)動輪上。所述步驟②中，所述行駛轉(zhuǎn)向控制包括以下步驟I )由狀態(tài)觀測和測量模塊測 得實際方向盤轉(zhuǎn)角和車輛的縱向車速作為計算出雙重轉(zhuǎn)向的假定方向盤轉(zhuǎn)角，并將該假定 方向盤轉(zhuǎn)角和車輛的縱向車速輸入三自由度參考車輛模型計算出橫擺角速度；II )以三自 由度參考車輛模型輸出的橫擺角速度作為參考值，計算狀態(tài)觀測和測量模塊測量的實際橫 擺角速度與參考橫擺角速度的橫擺角速度誤差值，并將該橫擺角速度誤差值輸入比例積分 微分控制器計算出橫擺力矩值；III)將橫擺力矩值重新分配后，對驅(qū)動力進行調(diào)整，采用全 輪路面附著負荷指標最優(yōu)的方法，將驅(qū)動力分配到全輪獨立電驅(qū)動車輛的四個驅(qū)動輪上。所述步驟(5)中，所述權(quán)重系數(shù)為k，所述整車的控制輸出值計算公式為T。ut = kTd+(l-k)Tg，式中，Td為蠕行轉(zhuǎn)向控制程序的輸出值；Tg為行駛轉(zhuǎn)向控制程序的輸出值。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明由于采用了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向 與拖滑轉(zhuǎn)向相結(jié)合的方式，由拖滑轉(zhuǎn)向輔助傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)。并且由于車輛在高速時只需 求小轉(zhuǎn)向角，因此高速時車輛的轉(zhuǎn)向由前輪轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的運動實現(xiàn)，這樣提高了車輛的穩(wěn)定 性。2、本發(fā)明由于在車輛行駛速度較低時，需求大轉(zhuǎn)向角，此時穩(wěn)定性需求降低，車輛的轉(zhuǎn) 向由前輪轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的運動和左右側(cè)驅(qū)動力產(chǎn)生的直接橫擺力矩疊加產(chǎn)生，這種采用拖滑轉(zhuǎn) 向能夠減小轉(zhuǎn)向半徑，因此大大提高了車輛的機動性。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各種電動車 動力學控制技術(shù)領(lǐng)域中。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的中心轉(zhuǎn)向控制流程示意3是本發(fā)明的蠕行轉(zhuǎn)向控制流程示意4是本發(fā)明的行駛轉(zhuǎn)向控制流程示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的進行詳細的描述。如圖1所示，本發(fā)明的控制系統(tǒng)包括一全輪獨立電驅(qū)動車輛1、一狀態(tài)觀測和測量 模塊2、一空擋判別模塊3、一設(shè)置在全輪獨立電驅(qū)動車輛1的儀表板上的中心轉(zhuǎn)向按鈕4、 一中心轉(zhuǎn)向控制模塊5、一蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊6、一車速判別模塊7和一行駛轉(zhuǎn)向控制模塊 8。本發(fā)明的控制方法采用傳統(tǒng)前輪轉(zhuǎn)向與拖滑轉(zhuǎn)向相結(jié)合的方式，將車輛一般轉(zhuǎn)向 運行工況分為中心轉(zhuǎn)向、蠕行轉(zhuǎn)向和行駛轉(zhuǎn)向三種運行工況，針對這三種運行工況分別制 定出相應(yīng)的控制方法，組成完整的雙重轉(zhuǎn)向控制方法，進而提高車輛運行工況下的機動性能，其包括以下步驟1、狀態(tài)觀測和測量模塊2實時采集全輪獨立電驅(qū)動車輛1的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將 該行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)送入空擋判別模塊3進行空擋判別。2、如圖2所示，當車輛掛入空檔時，按下中心轉(zhuǎn)向按鈕4，進入中心轉(zhuǎn)向控制模塊 5，并由中心轉(zhuǎn)向控制模塊5直接進行中心轉(zhuǎn)向控制，其包括以下步驟①由狀態(tài)觀測和測量模塊2檢測出車輛的實際方向盤轉(zhuǎn)角、旋轉(zhuǎn)速度和加速踏板 行程，并根據(jù)實際方向盤轉(zhuǎn)角和加速踏板行程由試驗標定分別得到旋轉(zhuǎn)速度最高限制值和 直接橫擺力矩；②將計算出的旋轉(zhuǎn)速度最高限制值、直接橫擺力矩以及旋轉(zhuǎn)速度進行考慮旋轉(zhuǎn) 速 度的橫擺力矩計算；③將得到的橫擺力矩輸入驅(qū)動力分配模塊內(nèi)，采用四輪平均分配，左右側(cè)方向相 反的方式將驅(qū)動力分配到全輪獨立電驅(qū)動車輛1的四個驅(qū)動輪上。3、如圖1所示，當車輛掛入前進檔時，退出中心轉(zhuǎn)向控制模塊5，進入蠕行轉(zhuǎn)向控 制模塊6，蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊6將輸出的車速信號送入車速判別模塊7內(nèi)進行車速判別1)如圖3所示，當車速低于行駛轉(zhuǎn)向設(shè)定值時，停留在蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊6，并由 蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊6直接進行蠕行轉(zhuǎn)向控制，其包括以下步驟①當駕駛員輸入實際方向盤轉(zhuǎn)角，前輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況除外，將車輛的縱向車速 和實際方向盤轉(zhuǎn)角輸入預(yù)先設(shè)定的直接橫擺力矩計算函數(shù)模塊內(nèi)，進而得到輔助車輛轉(zhuǎn)向 的直接橫擺力矩值；上述直接橫擺力矩值隨著實際方向盤轉(zhuǎn)角的增大而增大，隨著車速的增加，直接 橫擺力矩值減小；直接橫擺力矩計算函數(shù)模塊由狀態(tài)觀測和測量模塊2檢測到的實際方向 盤轉(zhuǎn)角和縱向車速共同決定，同時保證旋轉(zhuǎn)速度不超過步驟2中的由方向盤轉(zhuǎn)角標定得到 的旋轉(zhuǎn)速度最高限制值；②將步驟①得到的直接橫擺力矩值和車輛的加速踏板行程均輸入驅(qū)動力分配模 塊內(nèi)，根據(jù)全輪路面附著負荷指標最優(yōu)的方法，將驅(qū)動力分配到全輪獨立電驅(qū)動車輛1的 四個驅(qū)動輪上；2)如圖4所示，當車速高于行駛轉(zhuǎn)向設(shè)定值時，進入行駛轉(zhuǎn)向控制模塊8，并由行 駛轉(zhuǎn)向控制模塊8進行行駛轉(zhuǎn)向控制，其包括以下步驟①由狀態(tài)觀測和測量模塊2測得實際方向盤轉(zhuǎn)角和車輛的縱向車速作為計算出 雙重轉(zhuǎn)向的假定方向盤轉(zhuǎn)角，并將該假定方向盤轉(zhuǎn)角和車輛的縱向車速輸入三自由度參考 車輛模型計算出橫擺角速度；②以三自由度參考車輛模型輸出的橫擺角速度作為參考值，計算狀態(tài)觀測和測量 模塊2測量的實際橫擺角速度與參考橫擺角速度的橫擺角速度誤差值，并將該橫擺角速度 誤差值輸入PID (比例積分微分)控制器計算出橫擺力矩值；③將上述步驟中的橫擺力矩值重新分配后，對驅(qū)動力進行調(diào)整，并采用全輪路面 附著負荷指標最優(yōu)的方法，將驅(qū)動力分配到全輪獨立電驅(qū)動車輛1的四個驅(qū)動輪上。4、當車速介于蠕行轉(zhuǎn)向設(shè)定值和行駛轉(zhuǎn)向設(shè)定值之間時，進入過渡期，由蠕行轉(zhuǎn) 向控制模塊6的輸出值和行駛轉(zhuǎn)向控制模塊8的輸出值，分別乘權(quán)重系數(shù)，并相加得到對整 車的控制輸出值，進而實現(xiàn)對四輪獨立驅(qū)動電動車的雙重轉(zhuǎn)向控制。
上述步驟3中，由動力學方程可以得到三自由度參考車輛模型的動力學方程為
(1)
(2)四個輪胎上的垂向載荷分別為 公式(1) (3)中，m為車輛的質(zhì)量；、為車輛的側(cè)向加速度；vx為車輛的縱向速 度；Y為車輛的橫擺角速度；Fyi為四個輪胎上的側(cè)向力，i = 1，2，3，4。12為車輛繞Z軸的 轉(zhuǎn)動慣量山為車輛質(zhì)心到前軸的距離山為質(zhì)心到后軸的距離；Fzl和Fz2分別為左前、右 前輪胎上的垂向載荷；Fz3和Fz4分別為左后、右后輪胎上的垂向載荷；ax為車輛縱向加速度； ay為車輛側(cè)向加速度；g為重力加速度；hg為質(zhì)心高度；wf、^為前、后輪輪距；1為軸距。上述步驟4中，整車的控制輸出值計算公式為Tout = kTd+(l-k)Tg(5)式中，k為權(quán)重系數(shù)；Td為蠕行轉(zhuǎn)向控制的輸出值；Tg為行駛轉(zhuǎn)向控制的輸出值。上述實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變 化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保 護范圍之外。
權(quán)利要求
一種車輛雙重轉(zhuǎn)向控制方法，其包括以下步驟(1)設(shè)置一包括全輪獨立電驅(qū)動車輛、狀態(tài)觀測和測量模塊、空擋判別模塊、設(shè)置在全輪獨立電驅(qū)動車輛的儀表板上的中心轉(zhuǎn)向按鈕、中心轉(zhuǎn)向控制模塊、蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊、車速判別模塊和行駛轉(zhuǎn)向控制模塊的控制系統(tǒng)；(2)狀態(tài)觀測和測量模塊實時采集全輪獨立電驅(qū)動車輛的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將該行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)送入空擋判別模塊內(nèi)進行空擋判別(3)當車輛掛入空檔時，按下中心轉(zhuǎn)向按鈕，進入中心轉(zhuǎn)向控制模塊，由中心轉(zhuǎn)向控制模塊進行中心轉(zhuǎn)向控制；(4)當車輛掛入前進檔時，退出中心轉(zhuǎn)向控制模塊，進入蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊，蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊將輸出的車速信號送入車速判別模塊內(nèi)進行車速判別；(5)當車速介于蠕行轉(zhuǎn)向設(shè)定值和行駛轉(zhuǎn)向設(shè)定值之間時，進入過渡期，由蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊的輸出值和行駛轉(zhuǎn)向控制模塊的輸出值，分別乘權(quán)重系數(shù)，并相加得到對整車的控制輸出值，實現(xiàn)對四輪獨立驅(qū)動電動車的雙重轉(zhuǎn)向控制。
2.如權(quán)利要求1所述的一種車輛雙重轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于所述步驟(3)中，所 述中心轉(zhuǎn)向控制包括以下步驟①由狀態(tài)觀測和測量模塊檢測出車輛的實際方向盤轉(zhuǎn)角、旋轉(zhuǎn)速度和加速踏板行程， 根據(jù)實際方向盤轉(zhuǎn)角和加速踏板行程由試驗標定分別得到旋轉(zhuǎn)速度最高限制值和直接橫 擺力矩；②將計算出的旋轉(zhuǎn)速度最高限制值、直接橫擺力矩以及旋轉(zhuǎn)速度進行考慮旋轉(zhuǎn)速度的 橫擺力矩計算；③將得到的橫擺力矩輸入驅(qū)動力分配模塊內(nèi)，采用四輪平均分配，左右側(cè)方向相反的 方式將驅(qū)動力分配到全輪獨立電驅(qū)動車輛的四個驅(qū)動輪上。
3.如權(quán)利要求1所述的一種車輛雙重轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于所述步驟(4)中，所 述蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊內(nèi)的所述車速判別模塊判別方式如下①當車速低于行駛轉(zhuǎn)向設(shè)定值時，停留在蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊，由蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊進 行蠕行轉(zhuǎn)向控制；②當車速高于行駛轉(zhuǎn)向設(shè)定值時，進入行駛轉(zhuǎn)向控制模塊，并由行駛轉(zhuǎn)向控制模塊進 行行駛轉(zhuǎn)向控制。
4.如權(quán)利要求3所述的一種車輛雙重轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于所述步驟①中，所述 蠕行轉(zhuǎn)向控制包括以下步驟I)當駕駛員輸入實際方向盤轉(zhuǎn)角，將車輛的縱向車速和實際方向盤轉(zhuǎn)角輸入預(yù)先設(shè) 定的直接橫擺力矩計算函數(shù)模塊內(nèi)，得到輔助車輛轉(zhuǎn)向的直接橫擺力矩值；II)將直接橫擺力矩值和車輛的加速踏板行程均輸入驅(qū)動力分配模塊內(nèi)，根據(jù)全輪路 面附著負荷指標最優(yōu)的方法，將驅(qū)動力分配到全輪獨立電驅(qū)動車輛的四個驅(qū)動輪上。
5.如權(quán)利要求3所述的一種車輛雙重轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于所述步驟②中，所述 行駛轉(zhuǎn)向控制包括以下步驟I)由狀態(tài)觀測和測量模塊測得實際方向盤轉(zhuǎn)角和車輛的縱向車速作為計算出雙重 轉(zhuǎn)向的假定方向盤轉(zhuǎn)角，并將該假定方向盤轉(zhuǎn)角和車輛的縱向車速輸入三自由度參考車輛 模型計算出橫擺角速度；II )以三自由度參考車輛模型輸出的橫擺角速度作為參考值，計算狀態(tài)觀測和測量模 塊測量的實際橫擺角速度與參考橫擺角速度的橫擺角速度誤差值，并將該橫擺角速度誤差 值輸入比例積分微分控制器計算出橫擺力矩值；III)將橫擺力矩值重新分配后，對驅(qū)動力進行調(diào)整，采用全輪路面附著負荷指標最優(yōu) 的方法，將驅(qū)動力分配到全輪獨立電驅(qū)動車輛的四個驅(qū)動輪上。
6.如權(quán)利要求1所述的一種車輛雙重轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于所述步驟(5)中，所 述權(quán)重系數(shù)為k，所述整車的控制輸出值計算公式為Tout = kTd+(l-k)Tg，式中，Td為蠕行轉(zhuǎn)向控制程序的輸出值；Tg為行駛轉(zhuǎn)向控制程序的輸出值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車輛雙重轉(zhuǎn)向控制方法，其包括以下步驟(1)設(shè)置一包括全輪獨立電驅(qū)動車輛、狀態(tài)觀測和測量模塊、空擋判別模塊、設(shè)置在全輪獨立電驅(qū)動車輛的儀表板上的中心轉(zhuǎn)向按鈕、中心轉(zhuǎn)向控制模塊、蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊、車速判別模塊和行駛轉(zhuǎn)向控制模塊的控制系統(tǒng)；(2)狀態(tài)觀測和測量模塊實時采集全輪獨立電驅(qū)動車輛的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，并送入空擋判別模塊內(nèi)(3)當車輛掛入空檔時，按下中心轉(zhuǎn)向按鈕，進入中心轉(zhuǎn)向控制模塊；(4)當車輛掛入前進檔時，進入蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊；(5)當車速介于蠕行轉(zhuǎn)向設(shè)定值和行駛轉(zhuǎn)向設(shè)定值之間時，由蠕行轉(zhuǎn)向控制模塊的輸出值和行駛轉(zhuǎn)向控制模塊的輸出值，得到對整車的控制輸出值，實現(xiàn)對四輪獨立驅(qū)動電動車的雙重轉(zhuǎn)向控制。
文檔編號B62D101/00GK101844583SQ201010178630
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者張海林, 李克強, 楊殿閣, 王建強, 羅禹貢, 范晶晶, 連小珉, 鄭四發(fā) 申請人:清華大學