用于轮式独立驱动车辆的线控差动转向系统及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109515512A(43)申请公布日2019.03.26(21)申请号201811215017.3(22)申请日2018.10.18(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市包河区屯溪路193号(72)发明人王其东曹也赵林峰谭洪亮王慧然魏振亚谢有浩陈无畏(74)专利代理机构合肥金安专利事务所(普通合伙企业)34114代理人吴娜(51)Int.Cl.B62D5/04(2006.01)B62D5/00(2006.01)B60L15/20(2006.01)权利要求书3页说明书12页附图4页(54)发明名称用于轮式独立驱动车辆的线控差动转向系统及其控制方法(57)摘要本发明涉及一种用于轮式独立驱动车辆的线控差动转向系统，包括：信息检测模块，用于检测车辆的各种状态信息；控制器，用于根据检测到的车辆各种状态信息，进行转向模式的判别，包括线控转向模式与线控差动转向模式，决策出各电机所需的目标转矩，并发送出相应的电机控制信号；转向执行模块，用于根据电机控制信号作出相应的转矩响应，以驱动转向机构运动，实现电动汽车的差动转向。本发明还公开了一种用于轮式独立驱动车辆的线控差动转向系统的控制方法。本发明以前轴左右轮轮毂电机为转向动力源，去除了转向机械连接与转向助力装置等，简化了转向系统结构，增大了车内可用空间，更易于系统的集成，降低了成本。CN109515512ACN109515512A权利要求书1/3页1.一种用于轮式独立驱动车辆的线控差动转向系统，其特征在于：包括：信息检测模块，用于检测车辆的各种状态信息；控制器，用于根据检测到的车辆各种状态信息，进行转向模式的判别，包括线控转向模式与线控差动转向模式，决策出各电机所需的目标转矩，并发送出相应的电机控制信号；转向执行模块，用于根据电机控制信号作出相应的转矩响应，以驱动转向机构运动，实现电动汽车的差动转向。2.根据权利要求1所述的用于轮式独立驱动车辆的线控差动转向系统，其特征在于：所述信息检测模块包括：方向盘转角/矩传感器，与方向盘转向管柱相连，用于检测驾驶员转动的方向盘转角及转动方向盘时的输入转矩；齿条位移传感器，安装在转向齿条上，用于检测实际转向齿条位移；电机霍尔传感器，安装在电机内部，充当轮速传感器以测量各轮速度；横摆角速度传感器，安装在车上，用于测量车辆的横摆角速度；加速度传感器，安装在车上，用以测量车辆的横纵向加速度。3.根据权利要求1所述的用于轮式独立驱动车辆的线控差动转向系统，其特征在于：所述控制器包括：整车控制器，集成整车驱动控制器、转向模式控制器、线控转向控制器、线控差动转向非线性控制器以及转矩分配控制器，用于计算决策出各电机相应的目标转矩；电机控制器，用于根据输入的目标转矩，输出相应的电机控制信号。4.根据权利要求1所述的用于轮式独立驱动车辆的线控差动转向系统，其特征在于：所述转向执行模块包括：轮毂电机，安装在车轮里，用于驱动车轮及转向机构运动；转向执行组件，包括左右横拉杆和转向齿条，其中左右横拉杆分别与前轴左右转向轮相连；转向执行组件用于连接前轴左右转向轮，驱动两前轮同步转向。5.根据权利要求3所述的用于轮式独立驱动车辆的线控差动转向系统，其特征在于：所述整车控制器包括：整车驱动控制器，用于接收信息检测模块采集到的纵向加速度、轮速及踏板信息，对车辆纵向车速进行估计，计算出实现驾驶员期望车速所需的总的驱动转矩；转向模式控制器，用于接收信息检测模块采集到状态信息，判断线控转向系统是否失效，若失效则切换至线控差动转向模式；线控转向控制器，用于在线控转向模式下通过控制转向电机驱动转向机构运动，实现车辆转向；线控差动转向非线性控制器，用于接收信息检测模块采集到的轮速、加速度及横摆角速度等信息，计算出电动汽车转向时所需的前轴差动转矩，使得车辆实际转向角跟随期望值；转矩分配控制器，用于将总的驱动转矩与汽车转向所需的前轴差动转矩按制定的分配方案分配给四个轮毂电机，得到各轮的目标输出转矩。6.根据权利要求1所述的用于轮式独立驱动车辆的线控差动转向系统的控制方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：2CN109515512A权利要求书2/3页(1)建立简化的等效齿条动力学模型，分析转向齿条位移与前轴差动转矩之间的关系；(2)设计线控差动转向非线性控制器：首先，将采集到的驾驶员方向盘转角信号经一传动比转化为期望齿条位移，以转向齿条位移为反馈控制量来间接地实现左右两转向轮各自的转角跟踪；其次，将得到的期望齿条位移信号输入到线控差动转向非线性控制器，根据期望齿条位移的值以及实时反馈的车辆实际齿条位移、侧向加速度、横摆角速度、车速以及轮速，计算出目标前轴差动转矩；(3)进行车辆的差动转向控制：将计算出的目标前轴差