專利名稱：一種輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制方法及系統，屬于電動汽車控制技術領域。
背景技術：
汽車在轉向行駛過程中，前輪(轉向輪)均采用主動轉向控制，后輪分為隨動轉向控制和主動轉向控制兩種。主動轉向控制指輪胎的轉向角度受轉向系統控制，與方向盤旋轉角度成一定比例；隨動轉向控制指輪胎的轉向角度不受轉向系統控制，與方向盤旋轉角度無關。后輪隨動轉向的轉向角由后輪與懸掛、懸掛與車身的連接方式決定，即在后輪與懸掛、懸掛與車身之間布置了一些橡膠軟墊，通過橡膠使懸掛和車身實現柔性連接，由于橡膠存在一定彈性，所以在汽車轉彎時，后懸掛連接點的橡膠軟墊在橫向力的作用下能發生一定程度的彈性形變，從而帶動車輪做一定角度的變化。通常情況下，后輪的轉向角度都在3度以下。后輪主動轉向指后輪轉向角由轉向系統控制，并與方向盤旋轉角度成一定比例。按照控制方式分為兩類，第一類是機械式后輪轉向控制系統，即后輪轉向與前輪轉向屬于機械聯動系統，但是轉向角度存在差異(由后輪轉向機構齒輪決定)；第二類是電子控制后輪轉向系統，系統采集方向盤旋轉角度，根據內部算法確定后輪所需的轉向角，并驅動后輪轉向機構工作，前后輪轉向機構沒有機械連接。現階段，客車的前輪為轉向輪，后輪為驅動輪。后輪采用隨動轉向控制，轉向過程中兩輪之間轉速差由車橋上的差速器決定。隨著新能源客車產業的不斷壯大，輪邊/輪轂電機集成技術的不斷成熟，輪邊/輪轂電機驅動的純電動客車具備車內空間大、整體低地板、空間利用率高等傳統新能源客車無法具備的優勢，因此輪邊/輪轂電機驅動的純電動客車將成為未來新能源客車市場發展標志。但是現階段的轉向控制方法不能滿足輪邊/輪轂電機驅動客車轉向行駛的要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制方法及系統，以解決輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向行駛時出現的不平穩問題。本發明為解決上述技術問題而提供一種輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制方法，該轉向控制方法的步驟如下I).實時采集車輛方向盤的旋轉角度a工，當旋轉角度a工不為零時，根據該旋轉角度h計算車輛的轉向角a ；2).檢測兩驅動輪的電機轉速Ii1和112然后計算當前的車速Vtl;3).檢測制動踏板信號，判斷該信號是否為0，如果不為0，進入步驟7)，如果為零，進入步驟4)；4).根據整車質量相關量計算車輛轉彎時的向心力大小，確定車輛轉彎限制車速Vt，判斷當前車速Vtl是否小于限制車速Vt，如果Vtl小于Vt時，判斷是否有油門踏板信號，如果有，則進入步驟5)，如果沒有，進入步驟6)，如果當前車速Vtl大于限制車速Vt，給出超速提示信號，并根據超速比例給定制動信號，然后進入步驟7)；5).根據油門踏板信號、當前轉向角a和當前車速Vtl確定驅動電機轉速增量An1和An2，并將八叫和An2作為PI調節器的輸入，得到后輪驅動電機轉矩值T1和T2，然后根據電機輸出功率與電池能夠提供的功率之間的關系，確定驅動電機最終的輸出轉矩，使車輛的后輪的驅動電機輪按照該輸出轉矩驅動后輪運轉，返回步驟I)重新判斷方向盤的旋轉角度；6).根據當前車速Vtl和車輛轉向角a計算兩個后輪的轉向速度V1和V2，再根據后輪轉彎速度V1和V2計算出驅動電機期望轉速值II1*和n2%根據驅動電機當前轉速值II1和n2，計算期望轉速值與當前轉速值的差值ei和e2，將所得差值ei和e2作為控制輸入代入電機控制PI調節器，得到后輪驅動電機轉矩值T1和T2，然后根據電機輸出功率與電池能夠提供的功率之間的關系，確定驅動電機最終的輸出轉矩，使車輛的后輪的驅動電機按照該輸出轉矩驅動后輪運轉，返回步驟I)重新判斷方向盤的旋轉角度；I).根據制動踏板制動信號、當前轉向角a和當前車速Vtl計算驅動電機轉速減速度 < 和a/以及前輪電機轉速減速度a/和a/，利用和a/計算四個車輪減少轉速Anp A n2> AnjP An4,并將Anp A n2> A n3> A n4作為控制輸入代入轉向控制PI調節器，得出車輪期望的制動轉矩Tzl、Tz2、Tz3和Tz4，根據車輛能夠吸收的制動功率與總制動功率之間的關系，確定兩個后輪驅動電機回饋制動轉矩和四個輪的盤剎行車制動轉矩，使車輛按照上述要求轉向行駛，并返回步驟I重新判斷方向盤旋轉角度。所述的步驟5)或6)中的根據電機輸出功率與電池能夠提供的功率之間的關系來確定驅動電機最終的輸出轉矩的過程為判斷電機的期望輸出功率與動力電池能夠提供的功率的關系，如果動力電池能夠提供的功率不小于電機的期望輸出功率，驅動電機的最終輸出轉矩為T1*和T2% T1* = T1, T2* = T2 ;如果動力電池能夠提供的功率小于電機的期望輸出功率，調節電機輸出功率SP1*和P2%根據調節后電機輸出功率計算驅動電機的最終輸出轉矩為T1*和T2'所述的步驟7)中根據車輛能夠吸收的制動功率與總制動功率之間的關系來確定兩個后輪驅動電機回饋制動轉矩和四個輪的盤剎行車制動轉矩的步驟為a.根據輸出車輪期望的制動轉矩Tzl和Tz2計算電機軸處制動轉矩Tzl*和Tz2%再根據電機軸處制動轉矩Tzl*和Tz/以及電機軸轉速計算總制動功率；b.判斷車輛能夠吸收的制動功率與總制動功率的大小，如果總制動功率大于車輛能夠吸收的制動功率，則執行步驟C，若總制動功率不大于車輛能夠吸收的制動功率，則執行步驟d ；c.確定回饋制動功率為車輛能夠吸收的制動功率，根據回饋制動功率計算驅動電機回饋制動功率，根據驅動電機回饋制動功率再計算驅動電機回饋制動轉矩，根據電機軸處制動轉矩和驅動電機回饋制動轉矩計算后輪盤剎行車制動轉矩，而前輪盤剎行車制動轉矩為前輪的期望的制動轉矩，從而確定了車輛驅動電機的回饋制動轉矩和四個輪的盤剎行 車制動轉矩；d.根據電機軸處制動轉矩Tzl*和Tz/確定驅動電機的回饋制動轉矩Tml和Tm2，Tml=Tzl*, Tffl2 = Tj,后輪盤剎行車制動轉矩為零，前輪盤剎行車制動轉矩為前輪的期望的制動轉矩。本發明為解決上述技術問題還提供一種輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制系統，該轉向控制系統包括整車控制器、行車制動控制器、電機轉矩分配控制器、左后輪電機控制器和右后輪電機控制器，電機轉矩分配控制器的通過數據總線分別與整車控制器和行車制動控制器相連，電機轉矩分配控制器通過控制總線與左后輪電機控制器和右后輪電機控制器控制連接，左后輪電機控制器和右后輪電機控制器分別用于控制左后輪電機和右后輪電機。所述的整車控制器主要負責采集方向盤旋轉角度、油門踏板深度和制動踏板深度信號，將轉向控制相關量通過數據總線發給電機轉矩分配控制器，并接受電機轉矩分配控制器返回的相關量；所述的電機轉矩分配控制器主要負責電機轉矩控制算法，通過數據和控制總線得到相關控制算法輸入量，計算后輪輪邊/輪轂電機的輸出力矩和四個輪胎上盤剎的制動力矩，并利用控制總線和數據總線向電機控制器和行車制動控制器發送相應的轉矩控制命令；所述的行車制動控制器主要負責控制各個輪胎的制動轉矩，通過數據總線獲得執行命令和輪胎制動力的大小，驅動制動部件完成制動力輸出；所述的電機控制器主要負責按照通過控制總線獲得電機轉動命令和輸出轉矩大小，驅動相應的輪邊/輪轂電機轉矩輸出，并將采集電機轉速信息發給電機轉矩分配控制器。本發明的有益效果是本發明以方向盤旋轉角度為依據，推算后輪驅動力矩矢量大小、方向和兩后輪各自的轉速，建立前輪轉向角和后輪轉速差的關系。通過控制兩后輪上電機的輸出力矩和整車前后四個輪胎上行車制動器的輸出力矩，實現輪邊/輪轂電機后輪驅動客車的定速、加速和減速轉向行駛。該轉向控制平臺及方法不改變傳統客車駕駛習慣；增加轉彎車速限定功能，提高了車輛轉彎時的安全性；減少了前后輪輪胎轉彎時的磨損，提升了部分零部件的使用壽命；并具有數據及算法運算精度、速度高等特點，從根本上解決了輪邊/輪轂電機后輪驅動客車平穩轉向的問題。
圖I是本發明實施例中所用的轉向控制平臺的系統框圖；圖2是本發明實施例中汽車轉向角的幾何關系圖；圖3是本發明輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制方法的流程圖；圖4是本發明實施例中自由轉彎控制過程的流程圖；圖5是本發明實施例中加速轉彎控制過程的流程圖；圖6是本發明實施例中制動轉彎控制過程的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做進一步說明。 輪邊/輪轂電機后輪驅動客車前輪為轉向輪，轉向方向角度受轉向系統控制；后輪為驅動輪，為隨動轉向。但是新型電動客車兩后輪之間沒有車橋連接，即為獨立懸架，轉向時兩個輪胎的速度只能通過各輪胎的驅動力矩調節。因此本發明的核心是建立不同轉向行駛模式下的兩后輪驅動力矩調節模型，通過控制驅動電機的轉矩實現控制轉速差，而且確保兩電機合成力矩的方向不會發生偏轉，導致轉向過度或轉向不足。本發明的輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制過程如圖3所示，該控制方法的具體步驟如下I.根據整車控制器采集到的方向盤旋轉角度Ci1，判斷Ci1是否為0，如果Ci1不為0，計算該車輛的轉向角a，汽車轉向行駛過程中，a = $，其中K為方向盤與車輛轉向外前輪的角度比。2.通過控制總線獲取兩驅動輪電機轉速Ii1和n2以及車輛當前車速Vtl，根據當前
的車速Vtl和車輛的轉向角a計算四個車輪的轉向速度乂”‘ 和乂^乂”‘ 和乂彳分別
為右后輪、左后輪、右前輪和左前輪的轉向速度，其計算過程如下設車輛運行速度R= 1 2 2，而車輛的軸距為L，兩輪寬為B，右前輪轉向角a都
是已知量，0為車輛四個輪胎運行軌跡的圓心，Rp R2、R3和R4分別為車輛的右后輪、左后輪、右前輪和左前輪到圓心0的距離，如圖2所示，則R1 = Lcota，R2 = Lcot a -B，
權利要求
1.一種輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制方法，其特征在于該轉向控制方法的步驟如下 1).實時采集車輛方向盤的旋轉角度，當旋轉角度不為零吋，根據該旋轉角度計算車輛的轉向角； 2).檢測兩個后輪的電機轉速然后計算當前車速； 3).檢測制動踏板信號，判斷該信號是否為O，如果不為O，進入步驟7)，如果為零，進入步驟4); 4).根據整車質量相關量計算車輛轉彎時的向心力大小，確定車輛轉彎限制車速，判斷當前車速是否小于轉彎限制車速，如果當前車速小于轉彎限制車速吋，判斷是否有油門踏板信號，如果有，則進入步驟5)，如果沒有，進入步驟6)，如果當前車速大于轉彎限制車速，給出超速提示信號，并根據超速比例給定制動信號，然后進入步驟7)； 5).根據油門踏板信號、當前車輛轉向角和當前車速確定兩個后輪驅動電機轉速増量，并將這兩個后輪驅動電機轉速増量作為PI調節器的輸入，得到這兩個后輪驅動電機轉矩值，然后根據這兩個后輪驅動電機輸出功率與電池能夠提供的功率之間的關系，確定這兩個后輪驅動電機最終的輸出轉矩，使這兩個后輪驅動電機按照該輸出轉矩驅動后輪運轉，返回步驟I)重新判斷方向盤的旋轉角度； 6).根據當前車速和車輛轉向角計算兩個后輪的轉向速度，根據兩個后輪轉向速度計算出其相應兩個后輪驅動電機的期望轉速值，根據這兩個后輪驅動電機當前轉速值，計算這兩個后輪驅動電機期望轉速值與當前轉速值的差值，將所得兩個差值作為控制輸入代入電機控制PI調節器，得到這兩個后輪驅動電機轉矩值，然后根據這兩個后輪驅動電機輸出功率與電池能夠提供的功率之間的關系，確定這兩個后輪驅動電機最終的輸出轉矩，使車輛的這兩個后輪驅動電機按照該輸出轉矩驅動相應的后輪運轉，并返回步驟I)重新判斷方向盤的旋轉角度； 7).根據制動踏板制動信號、當前轉向角和當前車速計算兩個后輪驅動電機轉速減速度和以及兩個前輪電機轉速減速度，利用這四個輪的電機轉速減速度計算這四個車輪相應減少轉速，并將這四個車輪相應減少轉速作為控制輸入代入轉向控制PI調節器，得出這四個車輪電機的期望制動轉矩，根據車輛能夠吸收的制動功率與總制動功率之間的關系，確定這兩個后輪的驅動電機回饋制動轉矩和四個輪的盤剎行車制動轉矩，使車輛按照上述要求轉向行駛，并返回步驟I重新判斷方向盤旋轉角度。
2.根據權利要求I所述的輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制方法，其特征在于所述的步驟5)或6)中的根據兩個后輪驅動電機輸出功率與電池能夠提供的功率之間的關系來確定兩個后輪驅動電機最終的輸出轉矩的過程為判斷這兩個后輪驅動電機的期望輸出功率與動カ電池能夠提供的功率的關系，如果動カ電池能夠提供的功率不小于這兩個后輪驅動電機的期望輸出功率和，這兩個后輪驅動電機的最終輸出轉矩為這兩個后輪驅動電機期望轉矩值；如果動カ電池能夠提供的功率小于這兩個后輪驅動電機期望輸出功率之和，調節這兩個后輪驅動電機的輸出功率，根據調節后輸出功率計算這兩個后輪驅動電機的最終輸出轉矩。
3.根據權利要求I所述的輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制方法，其特征在于所述的步驟7)中根據車輛能夠吸收的制動功率與車輪的期望總制動功率之間的關系來確定兩個后輪驅動電機回饋制動轉矩和四個輪的盤剎行車制動轉矩的步驟為 a.根據兩個后輪驅動電機的期望制動轉矩計算這兩個電機軸處制動轉矩，再根據這兩個后輪驅動電機軸處制動轉矩和這兩個電機的軸轉速計算總制動功率； b.判斷車輛能夠吸收的制動功率與總制動功率的大小，如果總制動功率大于車輛能夠吸收的制動功率，則執行步驟C，若總制動功率不大于車輛能夠吸收的制動功率，則執行步驟d; c.確定回饋制動功率為車輛能夠吸收的制動功率，根據回饋制動功率計算兩個后輪驅動電機的回饋制動功率，根據這兩個后輪驅動電機的回饋制動功率再計算這兩個后輪驅動電機回饋制動轉矩，根據電機軸處制動轉矩和驅動電機回饋制動轉矩計算后輪盤剎行車制動轉矩，而前輪盤剎行車制動轉矩為前輪的期望的制動轉矩，從而確定了車輛兩個后輪驅 動電機的回饋制動轉矩和四個輪的盤剎行車制動轉矩； d.根據兩個后輪驅動電機軸處制動轉矩確定這兩個后輪驅動電機的回饋制動轉矩為其相應電機軸處制動轉矩，兩個后輪盤剎行車制動轉矩為零，兩個前輪盤剎行車制動轉矩為這兩個前輪驅動電機的期望的制動轉矩。
4.一種輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制系統，其特征在于該轉向控制系統包括整車控制器、行車制動控制器、電機轉矩分配控制器、左后輪電機控制器和右后輪電機控制器，電機轉矩分配控制器的通過數據總線分別與整車控制器和行車制動控制器相連，電機轉矩分配控制器通過控制總線與左后輪電機控制器和右后輪電機控制器控制連接，左后輪電機控制器和右后輪電機控制器分別用于控制左后輪電機和右后輪電機。
5.根據權利要求4所述的輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制系統，其特征在于所述的整車控制器主要負責采集方向盤旋轉角度、油門踏板深度和制動踏板深度信號，將轉向控制相關量通過數據總線發給電機轉矩分配控制器，并接受電機轉矩分配控制器返回的相關量； 所述的電機轉矩分配控制器主要負責電機轉矩控制算法，通過數據和控制總線得到相關控制算法輸入量，計算后輪輪邊/輪轂電機的輸出力矩和四個輪胎上盤剎的制動カ矩，并利用控制總線和數據總線向電機控制器和行車制動控制器發送相應的轉矩控制命令； 所述的行車制動控制器主要負責控制各個輪胎的制動轉矩，通過數據總線獲得執行命令和輪胎制動カ的大小，驅動制動部件完成制動カ輸出； 所述的電機控制器主要負責按照通過控制總線獲得電機轉動命令和輸出轉矩大小，驅動相應的輪邊/輪轂電機轉矩輸出，并將采集電機轉速信息發給電機轉矩分配控制器。
全文摘要
本發明涉及一種輪邊/輪轂電機后輪驅動車輛轉向控制方法及系統，本發明以方向盤旋轉角度為依據，推算后輪驅動力矩矢量大小、方向和兩后輪各自的轉速，建立前輪轉向角和后輪轉速差的關系。通過控制兩后輪上電機的輸出力矩和整車前后四個輪胎上行車制動器的輸出力矩，實現輪邊/輪轂電機后輪驅動客車的定速、加速和減速轉向行駛。該轉向控制方法不改變傳統客車駕駛習慣，增加轉彎車速限定功能，提高了車輛轉彎時的安全性，減少了前后輪輪胎轉彎時的磨損，提升了部分零部件的使用壽命，從根本上解決了輪邊/輪轂電機后輪驅動客車平穩轉向的問題。
文檔編號B62D109/00GK102632923SQ20121009022
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月30日 優先權日2012年3月30日
發明者張磊, 李會仙, 李飛 申請人:鄭州宇通客車股份有限公司