一种用于汽车驱动桥的差矩助力转向系统及其控制方法与流程

本发明属于汽车技术领域，具体讲是一种用于汽车驱动桥的差矩助力转向系统及其控制方法。

背景技术：

汽车转向系统是一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，其作用是保证汽车能够按照驾驶员的意志而进行转向行驶，汽车转向系统的性能将直接影响到车辆的操纵稳定性和安全性。目前普遍采用助力转向系统提高汽车的转向性能，助力转向系统是一套兼用驾驶员体力和外来动力为转向能源的转向系统，是为了满足人们对驾驶轻便性的要求而产生的。当驾驶员操作车辆转向时，在助力转向系统的作用下，驾驶员只需要对转向盘施加较小的力，就能够使车辆完成转向。助力转向系统使驾驶变的更加简单和轻松，并且让车辆反应更加敏捷，同时也在一定程度上提高了车辆的安全性。

现在常见的助力转向系统主要有机械液压助力转向系统、电子液压助力转向系统和电动助力转向系统，这些助力转向系统无一例外都需要以发动机作为动力源。机械液压助力转向系统的助力特性无法调节，且无论车辆是否转向其油泵均处在工作状态，能耗较高；电子液压助力转向系统在机械液压助力转向系统的基础上增设电子控制装置，通过电动机驱动油泵，降低了能耗，并可以实现对助力特性的调节，同时满足车辆高速和低速时的助力要求，但是仍无法彻底解决液压助力转向系统的缺点，并且因为在原有的液压助力转向系统上增加了电子控制系统，使其结构更加复杂；电动助力转向系统由电动机直接提供转向助力，且电动机仅在车辆转向时工作，减少了能量消耗，电动助力转向系统还可以改善车辆的转向助力特性，并具有零件少、质量轻、结构紧凑和易于匹配等优点。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种用于汽车驱动桥的差矩助力转向系统及其控制方法，当驾驶员转动转向盘时，利用与驱动桥左右半轴连接的辅助电机和左右两侧驱动车轮上的制动器，使左右两侧驱动车轮具有不同的驱动力矩或制动力矩，并使车辆产生一个辅助驾驶员转向的横摆力矩，从而减小驾驶员施加在转向盘上的力，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感。本发明具有与上述电动助力转向系统相似的优点，同时可以进一步降低助力转向系统的能耗，使车辆具有更好的安全性、舒适性、操纵稳定性和动力性，并有望实现更多扩展功能。

本发明所采用的技术方案是一种用于汽车驱动桥的差矩助力转向系统，主要包括：执行机构、检测机构、工作模式选择单元和电子控制单元。

所述差矩助力转向系统可以用于前驱汽车的前驱动桥或后驱汽车的后驱动桥，若用于前驱汽车的前驱动桥，应保证车辆前轮主销偏距为正值；

所述执行机构包括辅助电机、电机齿轮、电磁离合器、半轴齿轮、电池和制动器；所述辅助电机通过所述电磁离合器和一对啮合的所述电机齿轮和所述半轴齿轮与驱动桥的半轴连接；所述辅助电机既可以用做发电机又可以用做电动机；所述辅助电机包括第一辅助电机和第二辅助电机；所述第一辅助电机和所述第二辅助电机的结构相同大小相等；所述第一辅助电机用于为驱动桥的左半轴提供阻力矩和驱动力矩；所述第二辅助电机用于为驱动桥的右半轴提供阻力矩和驱动力矩；所述辅助电机应保证，驾驶员转动转向盘，所述差矩助力转向系统工作时，在多数工况下，所述差矩助力转向系统仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩使两侧驱动车轮产生的力矩差值，可以实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感；所述电机齿轮包括第一电机齿轮和第二电机齿轮；所述第一电机齿轮和所述第二电机齿轮的结构相同大小相等；所述电磁离合器包括第一电磁离合器和第二电磁离合器；所述第一电磁离合器和所述第二电磁离合器的结构相同大小相等；所述第一电磁离合器一端与所述第一辅助电机的转轴连接，另一端与所述第一电机齿轮连接；所述第二电磁离合器一端与所述第二辅助电机的转轴连接，另一端与所述第二电机齿轮连接；所述电磁离合器用于，在车速超过车速设定值(如车速＞60km/h)时，即所述差矩助力转向系统不需要为驾驶员提供转向助力时，切断所述辅助电机与所述电机齿轮间的动力传输，避免所述辅助电机高速空转；所述电磁离合器的初始状态为接合状态；所述半轴齿轮包括第一半轴齿轮和第二半轴齿轮；所述第一半轴齿轮和所述第二半轴齿轮的结构相同大小相等；所述第一半轴齿轮安装在驱动桥的左半轴上；所述第一半轴齿轮与所述第一电机齿轮啮合；所述第二半轴齿轮安装在驱动桥的右半轴上；所述第二半轴齿轮与所述第二电机齿轮啮合；所述电池用于存储所述辅助电机发出的电能，并为所述辅助电机提供电能；所述制动器包括第一制动器和第二制动器；所述第一制动器和所述第二制动器的结构相同大小相等；所述第一制动器为驱动桥左侧车轮上的制动器；所述第二制动器为驱动桥右侧车轮上的制动器；所述制动器用于，在少数工况下，所述差矩助力转向系统仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩使两侧驱动车轮产生的力矩差值，不能实现差矩助力转向或不能为驾驶员提供较好的转向手感时，配合所述辅助电机工作，对一侧车轮施加一定的制动力，以增大两侧驱动车轮的力矩差值；

所述检测机构包括转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器、转速传感器、电压传感器和电流传感器；所述转向盘转角传感器安装在转向系统的转向轴上，用于测量转向盘转角的大小和方向，并将转向盘转角信息传送到所述电子控制单元；所述转向盘转矩传感器安装在转向系统的转向轴上，用于测量转向轴上转矩的大小和方向，即驾驶员作用在转向盘上的力矩的大小和方向，并将转向盘转矩信息传送到所述电子控制单元；所述转速传感器包括第一转速传感器、第二转速传感器、第三转速传感器和第四转速传感器；所述第一转速传感器、所述第二转速传感器、所述第三转速传感器和所述第四转速传感器分别用于测量左侧驱动车轮、右侧驱动车轮、左侧非驱动车轮和右侧非驱动车轮的转速，并将轮速信息传送到所述电子控制单元；所述电压传感器用于测量所述电池的端电压，并将电池电压信息传送到所述电子控制单元；所述电流传感器用于测量所述电池的充放电电流，并将电池电流信息传送到所述电子控制单元；

所述工作模式选择单元用于供驾驶员选择所述差矩助力转向系统不同的工作模式，并将工作模式信息传送到所述电子控制单元，所述电子控制单元将根据不同的工作模式对所述差矩助力转向系统的控制策略进行调整；所述工作模式包括四种模式：节能模式、平衡模式、性能模式和自动模式；当所述差矩助力转向系统为所述节能模式时，所述电子控制单元将优先考虑使驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作，同时另一侧的所述辅助电机空转，利用所述辅助电机发电时的阻力矩使两侧驱动车轮具有不同的驱动力矩或制动力矩，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感，如果仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩使两侧驱动车轮产生的力矩差值，不能实现差矩助力转向或不能为驾驶员提供较好的转向手感，再控制所述制动器配合所述辅助电机工作，利用一侧所述制动器对车轮施加一定的制动力，以增大两侧驱动车轮的力矩差值，此时作为发电机工作的所述辅助电机对半轴施加的阻力矩为第一阻力矩；所述第一阻力矩为所述辅助电机在当前工况下所能提供的最大阻力矩；当所述差矩助力转向系统为所述平衡模式时，所述电子控制单元将控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作，同时控制另一侧的所述辅助电机作为电动机工作，利用一侧所述辅助电机发电时的阻力矩和另一侧所述辅助电机提供的驱动力矩，使两侧驱动车轮具有不同的驱动力矩或制动力矩，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感，此时作为发电机工作的所述辅助电机对半轴施加的阻力矩和作为电动机工作的所述辅助电机对半轴施加的驱动力矩近似相等；当所述差矩助力转向系统为所述性能模式时，所述电子控制单元将优先考虑使驱动桥一侧的所述辅助电机作为电动机工作，同时另一侧的所述辅助电机空转，利用所述辅助电机提供的驱动力矩使两侧驱动车轮具有不同的驱动力矩，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感，如果仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为电动机工作提供的驱动力矩使两侧驱动车轮产生的驱动力矩差值，不能实现差矩助力转向或不能为驾驶员提供较好的转向手感，再控制驱动桥另一侧的所述辅助电机作为发电机工作，配合作为电动机工作的所述辅助电机，对另一侧半轴施加一定的阻力矩，以增大两侧驱动车轮的力矩差值，此时作为电动机工作的所述辅助电机对半轴施加的驱动力矩为第一驱动力矩；所述第一驱动力矩为所述辅助电机在当前工况下所能提供的最大驱动力矩；当所述差矩助力转向系统为所述自动模式时，所述电子控制单元将综合考虑接收到的信息，控制所述辅助电机和所述制动器工作，在保证所述差矩助力转向系统高效节能的前提下，使车辆具有较好的转向手感，并提高车辆的安全性、舒适性、操纵稳定性和动力性，同时使所述电池的soc维持在一个合理的范围内(如40％＜soc＜70％)；所述差矩助力转向系统的默认模式为所述自动模式；当所述差矩助力转向系统为所述平衡模式或所述性能模式时，如果所述电池的soc低于soc设定值(如soc＜20％)，所述电子控制单元将对所述工作模式进行干预，并将其切换为所述自动模式；

所述电子控制单元包括输入模块、运算模块、工作模式控制模块、电磁离合器控制模块、辅助电机控制模块、制动器控制模块和输出模块；所述电子控制单元根据所述工作模式信息、所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息、所述电池电压信息和所述电池电流信息控制所述工作模式的切换和所述电磁离合器、所述辅助电机和所述制动器工作，使左右两侧驱动车轮具有不同的驱动力矩或制动力矩，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感；所述输入模块接收所述工作模式信息、所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息、所述电池电压信息和所述电池电流信息，并将信息传送到所述运算模块；所述运算模块首先根据所述电池电压信息和所述电池电流信息生成电池soc信息；并根据所述电池soc信息，判断所述电池的soc是否低于soc设定值(如soc＜20％)；其次根据所述轮速信息计算出当前车速、第一辅助电机转速和第二辅助电机转速；并根据所述车速，判断当前车速是否等于零；若当前车速不等于零，则判断当前车速是否超过车速设定值(如车速＞60km/h)；再次根据所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息和所述车速，计算出左右车轮的目标力矩差值；最后根据所述工作模式信息、所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息、所述电池电压信息、所述电池电流信息、所述电池soc信息、所述车速、所述第一辅助电机转速、所述第二辅助电机转速和所述目标力矩差值，计算出所述第一辅助电机和所述第二辅助电机的阻力矩或驱动力矩和所述第一制动器和所述第二制动器的制动力矩；所述运算模块将判定结果和计算结果传送到所述工作模式控制模块、所述电磁离合器控制模块、所述辅助电机控制模块和所述制动器控制模块；当为所述节能模式时，所述运算模块将计算出所述第一辅助电机或所述第二辅助电机的第一阻力矩；所述第一阻力矩为所述辅助电机在当前工况下所能提供的最大阻力矩；并判断是否需要所述制动器工作，即判断所述目标力矩差值是否大于所述第一阻力矩；若需要所述制动器工作，即所述目标力矩差值大于所述第一阻力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩不能使两侧驱动车轮的力矩差值等于所述目标力矩差值，所述运算模块将计算出所述第一制动器或所述第二制动器的制动力矩；若不需要所述制动器工作，即所述目标力矩差值小于等于所述第一阻力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩可以使两侧驱动车轮的力矩差值等于所述目标力矩差值，所述运算模块将计算出所述第一辅助电机或所述第二辅助电机的阻力矩；当为所述平衡模式时，驱动桥两侧的所述辅助电机同时工作，一侧所述辅助电机作为发电机工作，同时另一侧所述辅助电机作为电动机工作，且作为发电机工作的所述辅助电机对半轴施加的阻力矩和作为电动机工作的所述辅助电机对半轴施加的驱动力矩近似相等，所述运算模块将计算出所述第一辅助电机和所述第二辅助电机的阻力矩或驱动力矩；当为所述性能模式时，所述运算模块将计算出所述第一辅助电机或所述第二辅助电机的第一驱动力矩；所述第一驱动力矩为所述辅助电机在当前工况下所能提供的最大驱动力矩；并判断是否需要两侧所述辅助电机同时工作，即判断所述目标力矩差值是否大于所述第一驱动力矩；若需要两侧所述辅助电机同时工作，即所述目标力矩差值大于所述第一驱动力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为电动机工作提供的驱动力矩不能使两侧驱动车轮的力矩差值等于所述目标力矩差值，所述运算模块将计算出另一侧所述辅助电机的阻力矩；若不需要两侧所述辅助电机同时工作，即所述目标力矩差值小于等于所述第一驱动力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为电动机工作提供的驱动力矩可以使两侧驱动车轮的力矩差值等于所述目标力矩差值，所述运算模块将计算出所述第一辅助电机或所述第二辅助电机的驱动力矩；当为所述自动模式时，所述运算模块将综合考虑接收到的信息，计算出所述第一辅助电机和所述第二辅助电机的阻力矩或驱动力矩和所述第一制动器和所述第二制动器的制动力矩，在保证所述差矩助力转向系统高效节能的前提下，使车辆具有较好的转向手感，并提高车辆的安全性、舒适性、操纵稳定性和动力性，同时使所述电池的soc维持在一个合理的范围内(如40％＜soc＜70％)；所述工作模式控制模块根据所述判定结果和计算结果生成工作模式控制指令，并将控制指令传送到所述输出模块，在所述差矩助力转向系统为所述平衡模式或所述性能模式，且所述电池的soc低于soc设定值(如soc＜20％)时，将所述差矩助力转向系统切换为所述自动模式；所述电磁离合器控制模块根据所述判定结果和计算结果生成第一电磁离合器控制指令和第二电磁离合器控制指令，并将控制指令传送到所述输出模块；所述辅助电机控制模块根据所述判定结果和计算结果生成第一辅助电机控制指令和第二辅助电机控制指令，并将控制指令传送到所述输出模块；所述制动器控制模块根据所述判定结果和计算结果生成第一制动器控制指令和第二制动器控制指令，并将控制指令传送到所述输出模块；所述输出模块与所述工作模式选择单元、所述第一电磁离合器、所述第二电磁离合器、所述第一辅助电机、所述第二辅助电机和abs控制单元连接，并将工作模式控制指令、电磁离合器控制指令和辅助电机控制指令传送到目标设备，控制目标设备工作，将制动器控制指令传送到abs控制单元，通过abs控制单元控制所述制动器工作。

本发明提供一种用于汽车驱动桥的差矩助力转向系统的控制方法，所述的差矩助力转向系统包括四种工作模式：节能模式、平衡模式、性能模式和自动模式；

所述节能模式包括如下步骤：

步骤101，根据所述车速，判断当前车速是否等于零；

步骤102，如果当前车速不等于零，则判断当前车速是否超过车速设定值(如车速＞60km/h)；

步骤103，如果当前车速没有超过车速设定值，则所述电磁离合器接合；

步骤104，根据所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息和所述车速，计算出左右车轮的目标力矩差值；

步骤105，根据所述轮速信息、所述电池电压信息、所述电池电流信息、所述电池soc信息、所述第一辅助电机转速和所述第二辅助电机转速，计算出所述第一辅助电机或所述第二辅助电机的第一阻力矩；所述第一阻力矩为所述辅助电机在当前工况下所能提供的最大阻力矩；

步骤106，判断是否需要所述制动器工作，即判断所述目标力矩差值是否大于所述第一阻力矩；

步骤107，如果需要所述制动器工作，即所述目标力矩差值大于所述第一阻力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩不能使两侧驱动车轮的力矩差值等于所述目标力矩差值，则计算出所述第一制动器或所述第二制动器的制动力矩；

步骤108，所述辅助电机作为发电机工作，同时所述制动器制动，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感，此时所述辅助电机对半轴施加的阻力矩为所述第一阻力矩；

步骤109，如果不需要所述制动器工作，即所述目标力矩差值小于等于所述第一阻力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩可以使两侧驱动车轮的力矩差值等于所述目标力矩差值，则计算出所述第一辅助电机或所述第二辅助电机的阻力矩；

步骤110，所述辅助电机作为发电机工作，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感；

步骤111，如果当前车速超过车速设定值，则所述电磁离合器分离，避免所述辅助电机高速空转；

步骤112，如果当前车速等于零，则判断所述差矩助力转向系统是否断电；

步骤113，如果所述差矩助力转向系统没有断电，则所述辅助电机停止工作，同时所述制动器释放；

所述平衡模式包括如下步骤：

步骤201，根据所述车速，判断当前车速是否等于零；

步骤202，如果当前车速不等于零，则判断当前车速是否超过车速设定值(如车速＞60km/h)；

步骤203，如果当前车速没有超过车速设定值，则所述电磁离合器接合；

步骤204，根据所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息和所述车速，计算出左右车轮的目标力矩差值；

步骤205，计算出所述第一辅助电机和所述第二辅助电机的阻力矩或驱动力矩，且阻力矩和驱动力矩近似相等；

步骤206，两侧的所述辅助电机同时工作，一侧所述辅助电机作为发电机工作，同时另一侧所述辅助电机作为电动机工作，对两侧半轴分别施加阻力矩和驱动力矩，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感；

步骤207，如果当前车速超过车速设定值，则所述电磁离合器分离，避免所述辅助电机高速空转；

步骤208，如果当前车速等于零，则判断所述差矩助力转向系统是否断电；

步骤209，如果所述差矩助力转向系统没有断电，则所述辅助电机停止工作；

所述性能模式包括如下步骤：

步骤301，根据所述车速，判断当前车速是否等于零；

步骤302，如果当前车速不等于零，则判断当前车速是否超过车速设定值(如车速＞60km/h)；

步骤303，如果当前车速没有超过车速设定值，则所述电磁离合器接合；

步骤304，根据所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息和所述车速，计算出左右车轮的目标力矩差值；

步骤305，根据所述轮速信息、所述电池电压信息、所述电池电流信息、所述电池soc信息、所述第一辅助电机转速和所述第二辅助电机转速，计算出所述第一辅助电机或所述第二辅助电机的第一驱动力矩；所述第一驱动力矩为所述辅助电机在当前工况下所能提供的最大驱动力矩；

步骤306，判断是否需要两侧所述辅助电机同时工作，即判断所述目标力矩差值是否大于所述第一驱动力矩；

步骤307，如果需要两侧所述辅助电机同时工作，即所述目标力矩差值大于所述第一驱动力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为电动机工作提供的驱动力矩不能使两侧驱动车轮的力矩差值等于所述目标力矩差值，则计算出另一侧所述辅助电机的阻力矩；

步骤308，两侧的所述辅助电机同时工作，一侧所述辅助电机作为发电机工作，同时另一侧所述辅助电机作为电动机工作，对两侧半轴分别施加阻力矩和驱动力矩，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感，此时所述辅助电机对半轴施加的驱动力矩为所述第一驱动力矩；

步骤309，如果不需要两侧所述辅助电机同时工作，即所述目标力矩差值小于等于所述第一驱动力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为电动机工作提供的驱动力矩可以使两侧驱动车轮的力矩差值等于所述目标力矩差值，则计算出所述第一辅助电机或所述第二辅助电机的驱动力矩；

步骤310，所述辅助电机作为电动机工作，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感；

步骤311，如果当前车速超过车速设定值，则所述电磁离合器分离，避免所述辅助电机高速空转；

步骤312，如果当前车速等于零，则判断所述差矩助力转向系统是否断电；

步骤313，如果所述差矩助力转向系统没有断电，则所述辅助电机停止工作；

所述自动模式包括如下步骤：

步骤401，根据所述车速，判断当前车速是否等于零；

步骤402，如果当前车速不等于零，则判断当前车速是否超过车速设定值(如车速＞60km/h)；

步骤403，如果当前车速没有超过车速设定值，则所述电磁离合器接合；

步骤404，根据所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息和所述车速，计算出左右车轮的目标力矩差值；

步骤405，计算出所述第一辅助电机和所述第二辅助电机的阻力矩或驱动力矩和所述第一制动器和所述第二制动器的制动力矩，计算结果应保证车辆的安全性、舒适性、操纵稳定性和动力性；

步骤406，所述辅助电机工作，所述制动器制动，在保证所述差矩助力转向系统高效节能的前提下，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感；

步骤407，如果当前车速超过车速设定值，则所述电磁离合器分离，避免所述辅助电机高速空转；

步骤408，如果当前车速等于零，则判断所述差矩助力转向系统是否断电；

步骤409，如果所述差矩助力转向系统没有断电，则所述辅助电机停止工作，同时所述制动器释放。

本发明的有益效果是：

1)本发明所述的差矩助力转向系统利用与驱动桥左右半轴连接的辅助电机和左右两侧驱动车轮上的制动器，实现了对左右两侧驱动车轮的驱动力矩或制动力矩的独立控制。

2)本发明所述的差矩助力转向系统通过使左右两侧驱动车轮具有不同的驱动力矩或制动力矩，并使车辆产生一个辅助驾驶员转向的横摆力矩，从而减小驾驶员施加在转向盘上的力，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感，具有与电动助力转向系统相似的优点，并有望实现更低的能耗。

3)本发明所述的差矩助力转向系统具有四种工作模式；考虑到驾驶员通常会在转弯前制动减速，在节能模式时，辅助电机作为发电机工作，实现差矩助力转向，提高车辆的安全性，并实现能量回收；考虑到转弯时外侧车轮附着力增大，在平衡模式时，车辆转弯，内侧辅助电机作为发电机工作，外侧辅助电机作为电动机工作，实现差矩助力转向，并使车辆的总驱动力不变，提高车辆的舒适性、操纵稳定性和动力性，在性能模式时，辅助电机作为电动机工作，实现差矩助力转向，并使车辆具有更好的动力性；在自动模式时，依据整车安全性、舒适性、操纵稳定性和动力性计算出辅助电机的阻力矩和驱动力矩和制动器的制动力矩。

4)本发明所述的差矩助力转向系统有望实现更多扩展功能，如在车辆制动时，利用辅助电机发电，降低制动系统的负荷，实现对制动能量的回收，在车辆加速时，利用辅助电机提供一定的驱动力，提高车辆的加速性能，并降低燃油消耗。

5)本发明所述的差矩助力转向系统中车辆原有动力系统和所述辅助电机均可以为车轮提供驱动力矩，且所述差矩助力转向系统具有发电功能，因此，本发明在内燃机汽车、混合动力汽车和电动汽车上均具有应用潜力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中控制系统的结构示意图；

图3是本发明控制方法中节能模式的步骤流程图；

图4是本发明控制方法中平衡模式的步骤流程图；

图5是本发明控制方法中性能模式的步骤流程图；

图6是本发明控制方法中自动模式的步骤流程图。

图中，1、第一辅助电机；2、第二辅助电机；3、第一电磁离合器；4、第二电磁离合器；5、第一电机齿轮；6、第二电机齿轮；7、第一半轴齿轮；8、第二半轴齿轮；9、第一制动器；10、第二制动器；11、电池；12、半轴；13、车轮；14、主减速器大齿轮；15、差速器；16、电子控制单元。

具体实施方式

下面结合附图具体实施方式对本发明一种用于汽车驱动桥的差矩助力转向系统及其控制方法作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

所述差矩助力转向系统可以用于前驱汽车的前驱动桥或后驱汽车的后驱动桥，若用于前驱汽车的前驱动桥，应保证车辆前轮主销偏距为正值。

如图1所示，本发明一种用于汽车驱动桥的差矩助力转向系统包括第一辅助电机1、第二辅助电机2、第一电磁离合器3、第二电磁离合器4、第一电机齿轮5、第二电机齿轮6、第一半轴齿轮7、第二半轴齿轮8、第一制动器9、第二制动器10、电池11、半轴12、车轮13、主减速器大齿轮14、差速器15和电子控制单元16；所述辅助电机通过所述电磁离合器和一对啮合的所述电机齿轮和所述半轴齿轮与驱动桥的半轴12连接；所述辅助电机既可以用做发电机又可以用做电动机；所述辅助电机包括第一辅助电机1和第二辅助电机2；所述第一辅助电机1和所述第二辅助电机2的结构相同大小相等；所述第一辅助电机1用于为驱动桥的左半轴12提供阻力矩和驱动力矩；所述第二辅助电机2用于为驱动桥的右半轴12提供阻力矩和驱动力矩；所述辅助电机应保证，驾驶员转动转向盘，所述差矩助力转向系统工作时，在多数工况下，所述差矩助力转向系统仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩使两侧驱动车轮13产生的力矩差值，可以实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感；所述电磁离合器包括第一电磁离合器3和第二电磁离合器4；所述第一电磁离合器3和所述第二电磁离合器4的结构相同大小相等；所述第一电磁离合器3一端与所述第一辅助电机1的转轴连接，另一端与所述第一电机齿轮5连接；所述第二电磁离合器4一端与所述第二辅助电机2的转轴连接，另一端与所述第二电机齿轮6连接；所述电磁离合器用于，在车速超过车速设定值(如车速＞60km/h)时，即所述差矩助力转向系统不需要为驾驶员提供转向助力时，切断所述辅助电机与所述电机齿轮间的动力传输，避免所述辅助电机高速空转；所述电磁离合器的初始状态为接合状态；所述电机齿轮包括第一电机齿轮5和第二电机齿轮6；所述第一电机齿轮5和所述第二电机齿轮6的结构相同大小相等；所述半轴齿轮包括第一半轴齿轮7和第二半轴齿轮8；所述第一半轴齿轮7和所述第二半轴齿轮8的结构相同大小相等；所述第一半轴齿轮7安装在驱动桥的左半轴12上；所述第一半轴齿轮7与所述第一电机齿轮5啮合；所述第二半轴齿轮8安装在驱动桥的右半轴12上；所述第二半轴齿轮8与所述第二电机齿轮6啮合；所述制动器包括第一制动器9和第二制动器10；所述第一制动器9和所述第二制动器10的结构相同大小相等；所述第一制动器9为驱动桥左侧车轮13上的制动器；所述第二制动器10为驱动桥右侧车轮13上的制动器；所述制动器用于，在少数工况下，所述差矩助力转向系统仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩使两侧驱动车轮13产生的力矩差值，不能实现差矩助力转向或不能为驾驶员提供较好的转向手感时，配合所述辅助电机工作，对一侧车轮13施加一定的制动力，以增大两侧驱动车轮13的力矩差值；所述电池11用于存储所述辅助电机发出的电能，并为所述辅助电机提供电能；所述主减速器大齿轮14和所述差速器15的壳体固定连接，并将发动机的输出转矩传递到所述差速器15；所述差速器15用于将转矩分配给两侧所述半轴12；所述电子控制单元16根据接收到的信息控制所述工作模式的切换和所述电磁离合器、所述辅助电机和所述制动器工作，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感。

如图2所示，本发明控制系统包括检测机构、工作模式选择单元、电子控制单元16、abs控制单元和执行机构；所述检测机构包括转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器、转速传感器、电压传感器和电流传感器；所述转向盘转角传感器安装在转向系统的转向轴上，用于测量转向盘转角的大小和方向，并将转向盘转角信息传送到所述电子控制单元16；所述转向盘转矩传感器安装在转向系统的转向轴上，用于测量转向轴上转矩的大小和方向，即驾驶员作用在转向盘上的力矩的大小和方向，并将转向盘转矩信息传送到所述电子控制单元16；所述转速传感器包括第一转速传感器、第二转速传感器、第三转速传感器和第四转速传感器；所述第一转速传感器、所述第二转速传感器、所述第三转速传感器和所述第四转速传感器分别用于测量左侧驱动车轮13、右侧驱动车轮13、左侧非驱动车轮13和右侧非驱动车轮13的转速，并将轮速信息传送到所述电子控制单元16；所述电压传感器用于测量所述电池11的端电压，并将电池电压信息传送到所述电子控制单元16；所述电流传感器用于测量所述电池11的充放电电流，并将电池电流信息传送到所述电子控制单元16；所述工作模式选择单元用于供驾驶员选择所述差矩助力转向系统不同的工作模式，并将工作模式信息传送到所述电子控制单元16，所述电子控制单元16将根据不同的工作模式对所述差矩助力转向系统的控制策略进行调整；所述工作模式包括四种模式：节能模式、平衡模式、性能模式和自动模式；当所述差矩助力转向系统为所述节能模式时，所述电子控制单元16将优先考虑使驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作，同时另一侧的所述辅助电机空转，利用所述辅助电机发电时的阻力矩使两侧驱动车轮13具有不同的驱动力矩或制动力矩，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感，如果仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩使两侧驱动车轮13产生的力矩差值，不能实现差矩助力转向或不能为驾驶员提供较好的转向手感，再控制所述制动器配合所述辅助电机工作，利用一侧所述制动器对车轮13施加一定的制动力，以增大两侧驱动车轮13的力矩差值，此时作为发电机工作的所述辅助电机对半轴12施加的阻力矩为第一阻力矩；所述第一阻力矩为所述辅助电机在当前工况下所能提供的最大阻力矩；当所述差矩助力转向系统为所述平衡模式时，所述电子控制单元16将控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作，同时控制另一侧的所述辅助电机作为电动机工作，利用一侧所述辅助电机发电时的阻力矩和另一侧所述辅助电机提供的驱动力矩，使两侧驱动车轮13具有不同的驱动力矩或制动力矩，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感，此时作为发电机工作的所述辅助电机对半轴12施加的阻力矩和作为电动机工作的所述辅助电机对半轴12施加的驱动力矩近似相等；当所述差矩助力转向系统为所述性能模式时，所述电子控制单元16将优先考虑使驱动桥一侧的所述辅助电机作为电动机工作，同时另一侧的所述辅助电机空转，利用所述辅助电机提供的驱动力矩使两侧驱动车轮13具有不同的驱动力矩，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感，如果仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为电动机工作提供的驱动力矩使两侧驱动车轮13产生的驱动力矩差值，不能实现差矩助力转向或不能为驾驶员提供较好的转向手感，再控制驱动桥另一侧的所述辅助电机作为发电机工作，配合作为电动机工作的所述辅助电机，对另一侧半轴12施加一定的阻力矩，以增大两侧驱动车轮13的力矩差值，此时作为电动机工作的所述辅助电机对半轴12施加的驱动力矩为第一驱动力矩；所述第一驱动力矩为所述辅助电机在当前工况下所能提供的最大驱动力矩；当所述差矩助力转向系统为所述自动模式时，所述电子控制单元16将综合考虑接收到的信息，控制所述辅助电机和所述制动器工作，在保证所述差矩助力转向系统高效节能的前提下，使车辆具有较好的转向手感，并提高车辆的安全性、舒适性、操纵稳定性和动力性，同时使所述电池11的soc维持在一个合理的范围内(如40％＜soc＜70％)；所述差矩助力转向系统的默认模式为所述自动模式；当所述差矩助力转向系统为所述平衡模式或所述性能模式时，如果所述电池11的soc低于soc设定值(如soc＜20％)，所述电子控制单元16将对所述工作模式进行干预，并将其切换为所述自动模式；所述电子控制单元16包括输入模块、运算模块、工作模式控制模块、电磁离合器控制模块、辅助电机控制模块、制动器控制模块和输出模块；所述电子控制单元16根据所述工作模式信息、所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息、所述电池电压信息和所述电池电流信息控制所述工作模式的切换和所述电磁离合器、所述辅助电机和所述制动器工作，使左右两侧驱动车轮13具有不同的驱动力矩或制动力矩，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感；所述输入模块接收所述工作模式信息、所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息、所述电池电压信息和所述电池电流信息，并将信息传送到所述运算模块；所述运算模块首先根据所述电池电压信息和所述电池电流信息生成电池soc信息；并根据所述电池soc信息，判断所述电池11的soc是否低于soc设定值(如soc＜20％)；其次根据所述轮速信息计算出当前车速、第一辅助电机转速和第二辅助电机转速；并根据所述车速，判断当前车速是否等于零；若当前车速不等于零，则判断当前车速是否超过车速设定值(如车速＞60km/h)；再次根据所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息和所述车速，计算出左右车轮13的目标力矩差值；最后根据所述工作模式信息、所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息、所述电池电压信息、所述电池电流信息、所述电池soc信息、所述车速、所述第一辅助电机转速、所述第二辅助电机转速和所述目标力矩差值，计算出所述第一辅助电机1和所述第二辅助电机2的阻力矩或驱动力矩和所述第一制动器9和所述第二制动器10的制动力矩；所述运算模块将判定结果和计算结果传送到所述工作模式控制模块、所述电磁离合器控制模块、所述辅助电机控制模块和所述制动器控制模块；当为所述节能模式时，所述运算模块将计算出所述第一辅助电机1或所述第二辅助电机2的第一阻力矩；所述第一阻力矩为所述辅助电机在当前工况下所能提供的最大阻力矩；并判断是否需要所述制动器工作，即判断所述目标力矩差值是否大于所述第一阻力矩；若需要所述制动器工作，即所述目标力矩差值大于所述第一阻力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩不能使两侧驱动车轮13的力矩差值等于所述目标力矩差值，所述运算模块将计算出所述第一制动器9或所述第二制动器10的制动力矩；若不需要所述制动器工作，即所述目标力矩差值小于等于所述第一阻力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩可以使两侧驱动车轮13的力矩差值等于所述目标力矩差值，所述运算模块将计算出所述第一辅助电机1或所述第二辅助电机2的阻力矩；当为所述平衡模式时，驱动桥两侧的所述辅助电机同时工作，一侧所述辅助电机作为发电机工作，同时另一侧所述辅助电机作为电动机工作，且作为发电机工作的所述辅助电机对半轴12施加的阻力矩和作为电动机工作的所述辅助电机对半轴12施加的驱动力矩近似相等，所述运算模块将计算出所述第一辅助电机1和所述第二辅助电机2的阻力矩或驱动力矩；当为所述性能模式时，所述运算模块将计算出所述第一辅助电机1或所述第二辅助电机2的第一驱动力矩；所述第一驱动力矩为所述辅助电机在当前工况下所能提供的最大驱动力矩；并判断是否需要两侧所述辅助电机同时工作，即判断所述目标力矩差值是否大于所述第一驱动力矩；若需要两侧所述辅助电机同时工作，即所述目标力矩差值大于所述第一驱动力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为电动机工作提供的驱动力矩不能使两侧驱动车轮13的力矩差值等于所述目标力矩差值，所述运算模块将计算出另一侧所述辅助电机的阻力矩；若不需要两侧所述辅助电机同时工作，即所述目标力矩差值小于等于所述第一驱动力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为电动机工作提供的驱动力矩可以使两侧驱动车轮13的力矩差值等于所述目标力矩差值，所述运算模块将计算出所述第一辅助电机1或所述第二辅助电机2的驱动力矩；当为所述自动模式时，所述运算模块将综合考虑接收到的信息，计算出所述第一辅助电机1和所述第二辅助电机2的阻力矩或驱动力矩和所述第一制动器9和所述第二制动器10的制动力矩，在保证所述差矩助力转向系统高效节能的前提下，使车辆具有较好的转向手感，并提高车辆的安全性、舒适性、操纵稳定性和动力性，同时使所述电池11的soc维持在一个合理的范围内(如40％＜soc＜70％)；所述工作模式控制模块根据所述判定结果和计算结果生成工作模式控制指令，并将控制指令传送到所述输出模块，在所述差矩助力转向系统为所述平衡模式或所述性能模式，且所述电池11的soc低于soc设定值(如soc＜20％)时，将所述差矩助力转向系统切换为所述自动模式；所述电磁离合器控制模块根据所述判定结果和计算结果生成第一电磁离合器控制指令和第二电磁离合器控制指令，并将控制指令传送到所述输出模块；所述辅助电机控制模块根据所述判定结果和计算结果生成第一辅助电机控制指令和第二辅助电机控制指令，并将控制指令传送到所述输出模块；所述制动器控制模块根据所述判定结果和计算结果生成第一制动器控制指令和第二制动器控制指令，并将控制指令传送到所述输出模块；所述输出模块与所述工作模式选择单元、所述第一电磁离合器3、所述第二电磁离合器4、所述第一辅助电机1、所述第二辅助电机2和abs控制单元连接，并将所述工作模式控制指令、所述电磁离合器控制指令和所述辅助电机控制指令传送到目标设备，控制目标设备工作，将所述制动器控制指令传送到abs控制单元，通过abs控制单元控制所述制动器工作。

本发明提供一种用于汽车驱动桥的差矩助力转向系统的控制方法，所述的差矩助力转向系统包括四种工作模式：节能模式、平衡模式、性能模式和自动模式。

如图3所述，本发明控制方法中节能模式的步骤流程图，包括如下步骤：

步骤101，根据所述车速，判断当前车速是否等于零；

步骤102，如果当前车速不等于零，则判断当前车速是否超过车速设定值(如车速＞60km/h)；

步骤103，如果当前车速没有超过车速设定值，则所述电磁离合器接合；

步骤104，根据所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息和所述车速，计算出左右车轮13的目标力矩差值；

步骤105，根据所述轮速信息、所述电池电压信息、所述电池电流信息、所述电池soc信息、所述第一辅助电机转速和所述第二辅助电机转速，计算出所述第一辅助电机1或所述第二辅助电机2的第一阻力矩；所述第一阻力矩为所述辅助电机在当前工况下所能提供的最大阻力矩；

步骤106，判断是否需要所述制动器工作，即判断所述目标力矩差值是否大于所述第一阻力矩；

步骤107，如果需要所述制动器工作，即所述目标力矩差值大于所述第一阻力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩不能使两侧驱动车轮13的力矩差值等于所述目标力矩差值，则计算出所述第一制动器9或所述第二制动器10的制动力矩；

步骤108，所述辅助电机作为发电机工作，同时所述制动器制动，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感，此时所述辅助电机对半轴12施加的阻力矩为所述第一阻力矩；

步骤109，如果不需要所述制动器工作，即所述目标力矩差值小于等于所述第一阻力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为发电机工作提供的阻力矩可以使两侧驱动车轮13的力矩差值等于所述目标力矩差值，则计算出所述第一辅助电机1或所述第二辅助电机2的阻力矩；

步骤110，所述辅助电机作为发电机工作，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感；

步骤111，如果当前车速超过车速设定值，则所述电磁离合器分离，避免所述辅助电机高速空转；

步骤112，如果当前车速等于零，则判断所述差矩助力转向系统是否断电；

步骤113，如果所述差矩助力转向系统没有断电，则所述辅助电机停止工作，同时所述制动器释放。

如图4所述，本发明控制方法中平衡模式的步骤流程图，包括如下步骤：

步骤201，根据所述车速，判断当前车速是否等于零；

步骤202，如果当前车速不等于零，则判断当前车速是否超过车速设定值(如车速＞60km/h)；

步骤203，如果当前车速没有超过车速设定值，则所述电磁离合器接合；

步骤204，根据所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息和所述车速，计算出左右车轮13的目标力矩差值；

步骤205，计算出所述第一辅助电机1和所述第二辅助电机2的阻力矩或驱动力矩，且阻力矩和驱动力矩近似相等；

步骤206，两侧的所述辅助电机同时工作，一侧所述辅助电机作为发电机工作，同时另一侧所述辅助电机作为电动机工作，对两侧半轴12分别施加阻力矩和驱动力矩，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感；

步骤207，如果当前车速超过车速设定值，则所述电磁离合器分离，避免所述辅助电机高速空转；

步骤208，如果当前车速等于零，则判断所述差矩助力转向系统是否断电；

步骤209，如果所述差矩助力转向系统没有断电，则所述辅助电机停止工作。

如图5所述，本发明控制方法中性能模式的步骤流程图，包括如下步骤：

步骤301，根据所述车速，判断当前车速是否等于零；

步骤302，如果当前车速不等于零，则判断当前车速是否超过车速设定值(如车速＞60km/h)；

步骤303，如果当前车速没有超过车速设定值，则所述电磁离合器接合；

步骤304，根据所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息和所述车速，计算出左右车轮13的目标力矩差值；

步骤305，根据所述轮速信息、所述电池电压信息、所述电池电流信息、所述电池soc信息、所述第一辅助电机转速和所述第二辅助电机转速，计算出所述第一辅助电机1或所述第二辅助电机2的第一驱动力矩；所述第一驱动力矩为所述辅助电机在当前工况下所能提供的最大驱动力矩；

步骤306，判断是否需要两侧所述辅助电机同时工作，即判断所述目标力矩差值是否大于所述第一驱动力矩；

步骤307，如果需要两侧所述辅助电机同时工作，即所述目标力矩差值大于所述第一驱动力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为电动机工作提供的驱动力矩不能使两侧驱动车轮13的力矩差值等于所述目标力矩差值，则计算出另一侧所述辅助电机的阻力矩；

步骤308，两侧的所述辅助电机同时工作，一侧所述辅助电机作为发电机工作，同时另一侧所述辅助电机作为电动机工作，对两侧半轴12分别施加阻力矩和驱动力矩，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感，此时所述辅助电机对半轴12施加的驱动力矩为所述第一驱动力矩；

步骤309，如果不需要两侧所述辅助电机同时工作，即所述目标力矩差值小于等于所述第一驱动力矩，此时仅控制驱动桥一侧的所述辅助电机作为电动机工作提供的驱动力矩可以使两侧驱动车轮13的力矩差值等于所述目标力矩差值，则计算出所述第一辅助电机1或所述第二辅助电机2的驱动力矩；

步骤310，所述辅助电机作为电动机工作，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感；

步骤311，如果当前车速超过车速设定值，则所述电磁离合器分离，避免所述辅助电机高速空转；

步骤312，如果当前车速等于零，则判断所述差矩助力转向系统是否断电；

步骤313，如果所述差矩助力转向系统没有断电，则所述辅助电机停止工作。

如图6所述，本发明控制方法中自动模式的步骤流程图，包括如下步骤：

步骤401，根据所述车速，判断当前车速是否等于零；

步骤402，如果当前车速不等于零，则判断当前车速是否超过车速设定值(如车速＞60km/h)；

步骤403，如果当前车速没有超过车速设定值，则所述电磁离合器接合；

步骤404，根据所述转向盘转角信息、所述转向盘转矩信息、所述轮速信息和所述车速，计算出左右车轮13的目标力矩差值；

步骤405，计算出所述第一辅助电机1和所述第二辅助电机2的阻力矩或驱动力矩和所述第一制动器9和所述第二制动器10的制动力矩，计算结果应保证车辆的安全性、舒适性、操纵稳定性和动力性；

步骤406，所述辅助电机工作，所述制动器制动，在保证所述差矩助力转向系统高效节能的前提下，实现差矩助力转向，并为驾驶员提供较好的转向手感；

步骤407，如果当前车速超过车速设定值，则所述电磁离合器分离，避免所述辅助电机高速空转；

步骤408，如果当前车速等于零，则判断所述差矩助力转向系统是否断电；

步骤409，如果所述差矩助力转向系统没有断电，则所述辅助电机停止工作，同时所述制动器释放。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。