一种线控四轮转向汽车及其控制方法.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CN109159816A(43)申请公布日2019.01.08(21)申请号201810519260.8(22)申请日2018.05.28(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人赵万忠秦晓熙王春燕(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249代理人张婷婷(51)Int.Cl.B62D5/04(2006.01)权利要求书4页说明书7页附图1页(54)发明名称一种线控四轮转向汽车及其控制方法(57)摘要本发明公开了一种线控四轮转向汽车及其控制方法，包括方向盘，上转向柱，方向盘转角传感器，路感电机，前轮转向电机及其减速机构，前轮转向电机转矩传感器，下转向柱，前轮齿轮齿条转向器，前转向横拉杆，前转向节臂，前转向节，前轮轮胎，后轮转向电机及其减速机构，后轮转向电机转矩传感器，下转向柱，后轮齿轮齿条转向器，后转向横拉杆，后转向节臂，后转向节，后轮轮胎，轮胎力传感器，横摆角速度传感器，侧向加速度传感器。本发明提供了线控四轮转向汽车基于轮胎力和转向电机转矩的直接控制方法，使线控四轮转向汽车拥有良好的转向特性。CN109159816ACN109159816A权利要求书1/4页1.一种线控四轮转向汽车，其特征在于：包括ECU(21)和分别与其连接的方向盘控制系统、轮胎控制系统及传感器系统；其中，所述方向盘控制系统依次包括方向盘(1)与上转向柱(3)和路感电机(4)；所述轮胎控制系统由前轮控制系统和后轮控制系统组成，分别均包括依次连接的前后轮转向电机(5、13)、轮胎转向电机减速器(6、14)、轮胎下转向柱(7、15)、轮胎齿轮齿条转向器(8、16)、轮胎转向横拉杆(9、17)、轮胎转向节臂(10、18)、轮胎转向节(11、19)和轮胎(12、20)；所述ECU(21)分别连接路感电机(4)和前后轮转向电机(5、13)；所述传感器系统将信号传输给ECU(21)，经ECU(21)处理后输出相应的信号给前后轮转向电机(5、13)；所述传感器系统包括：方向盘转角传感器(2)，位于上转向柱(3)上，用于检测并输出方向盘转角信号；轮胎转向电机转矩传感器，位于轮胎下转向柱(7、15)上，用于检测并输出轮胎转向电机输出转矩信号；轮胎转角传感器，位于轮胎转向节(11、19)上，用于检测并输出轮胎转角信号；轮胎力传感器，位于轮胎(12、20)上，用于检测并输出轮胎侧向力信号；横摆角速度传感器，位于车身上，用于检测并输出车辆横摆角速度信号；侧向加速度传感器，位于汽车质心处，用于检测并输出加速度信号；。所述ECU(21)包括相互连接的：参考模型模块，用于接收转角信号，并得出理想角度参数；角度偏差求解器，用于求解理想角度参数与实际角度参数的角度偏差值；μ外环控制器，用于根据角度偏差值得到理想轮胎力信号；转化模块，用于将理想轮胎力信号转化为理想转向电机转矩信号；电机转矩偏差求解器，用于求解理想转向电机转矩信号与实际转向电机输出转矩信号的电机转矩偏差值；PID内环控制器，用于根据电机转矩偏差值得到前后轮转向电机(5、13)的电压输入信号，转向电机的电压输入信号输出至前后轮转向电机(5、13)。2.根据权利要求1所述的线控四轮转向汽车，其特征在于：轮胎转向电机转矩传感器测得轮胎转向电机输出转矩，实现汽车的转向电机转矩的PID内环控制；轮胎力传感器测得轮胎侧向力，实现汽车的轮胎力μ外环控制。3.根据权利要求1所述的线控四轮转向汽车，其特征在于：还包括线控四轮转向不确定系统，角度偏差求解器、μ外环控制器、线控四轮转向不确定系统相互连接形成μ控制系统，用于求解μ外环控制器，根据角度偏差值得到理想轮胎力信号。4.根据权利要求1至3任一所述的线控四轮转向汽车的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1.参考模型模块根据方向盘转角传感器(2)传输的方向盘转角信号和汽车制动系统中的速度传感器传输的车速信号，得到汽车的理想角度参数，所述角度参数包括质心侧偏角和横摆角速度；步骤2.角度偏差求解器根据理想角度参数与实际角度参数的偏差，得到角度偏差值；步骤3.μ外环控制器根据角度偏差值得到理想轮胎力信号；步骤4.理想轮胎力信号经转化模块转化为理想转向电机转矩信号，与轮胎转向电机转2CN109159816A权利要求书2/4页矩传感器传输的实际转向电机转矩信号，通过电机转矩偏差求解器得到电机转矩偏差值，经过PID控制器得到前后轮转向电机的电压输入信号，前后轮转向电机电压输入信号输出到前后轮转向电机，完成线控四轮转向汽车内外环控制。5.根据权利要求4所述的线控四轮转向汽车的控制方法，其特征在于：所述理想角度参数中的理想质心侧偏角β*取值为0；理想横摆角速度r*由下列