一种电动汽车四轮转向系统及控制方法与流程

本发明涉及电动汽车零部件和控制系统领域，具体的说，是涉及一种电动汽车四轮转向系统及控制方法。

背景技术：

传统的汽车转向系统是前轮转向，后轮不参与转向；电动汽车大部分也沿用了这样的一种转向系统。这样的转向系统导致汽车在转弯时转弯半径较大，转向不灵活，尤其在空间狭小的闹市区或者停车场，车辆的转向受到比较大的限制。

为了克服前轮转向系统的不足，电动汽车零部件领域出现了一种四轮转向系统。

申请号为200510071886.x的专利文件公开了一种电动车辆四轮转向装置，其技术方案中包括前轮转向装置、电子控制单元、后轮转向装置，确认为最接近的现有技术；但该方案未设置速度传感器，不能根据速度不同采用不同的应对，在车速较快的情况下转向时依然采取灵活性较大的同步转向方式，导致转弯时危险性较大；

因此，设计一种新的电动汽车四轮转向系统，使得四轮转向系统在满足现有技术的功能之外，还能够根据速度不同采用更适合的转向模式以提高转弯时的安全性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

为了与所述新的电动汽车四轮转向系统配合，实现根据速度自动选择控制模式的设计目的，本领域技术人员还需要提出一种新的电动汽车四轮转向系统控制方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：设计一种新的电动汽车四轮转向系统，使得转向系统在转弯时前后轮转向系统均受控制转动之外，还能够根据速度不同，采用不同应对模式；还需要设计一种新的电动汽车四轮转向系统控制方法，以实现根据速度自动选择控制模式的功能。

为解决前述技术问题，本发明提出的技术方案如下：

一种电动汽车四轮转向系统，包括前轮转向系统和后轮转向系统，其特征在于：

其中，所述前轮转向系统包括方向盘、角度传感器、整车控制器、电动助力转向泵、前轮转向机构；

所述后轮转向系统包括方向盘、角度传感器、车速传感器、整车控制器、后轮转向控制器、后轮转向电机、位置传感器、后轮转向机构；

所述方向盘通过传动轴连接并带动前轮转向机构，所述角度传感器设置于方向盘上，通过can总线连接整车控制器并传递测量到的转向角度信号；所述车速传感器设置于车轮上，通过can总线连接整车控制器并传递测量到的速度信号；所述整车控制器通过can总线分别连接电动助力转向泵、后轮转向控制器并传递信号；所述电动助力转向泵连接前轮转向机构并在前轮转向机构动作时提供助力；所述后轮转向控制器与后轮转向电机电连接，后轮转向控制器能根据接收的角度信号、速度信号和预设的公式计算出需要的控制信号，并通过连接的电路将控制信号发送给后轮转向电机；所述后轮转向电机机械连接后轮转向机构，根据接收到的控制信号进行动作并带动后轮转向机构；所述位置传感器设置于后轮转向电机内部，连接后轮转向控制器并传递测量到的后轮转向电机转动的位置量信号。

优选的，所述车速传感器为磁电式车速传感器，所述位置传感器为光电式位置传感器。

一种电动汽车四轮转向系统的控制方法，包括如下步骤：

1.前轮转向系统控制方法：

步骤101：方向盘转动，带动前轮转向机构动作，同时角度传感器测得转向盘向角度并通过can总线传递给整车控制器；

步骤102：整车控制器根据获得的转向角度信息进行计算，得出电动助力转向泵所需的动作量，并通过can总线向电动助力转向泵发送相应的控制信号；

步骤103：电动助力转向泵得到转向控制信号，开始工作，给前轮转向机构的转向动作提供助力；

2.后轮转向系统控制方法：

步骤201：整车控制器将角度传感器发来的角度信号和车速传感器发来的车速信号通过can总线传递给后轮转向控制器；

步骤202：后轮转向控制器对车速信号进行判断；当车速大于20km/h时，执行步骤203；当车速小于等于20km/h时，执行步骤204；

步骤203：后轮转向控制器不给后轮转向电机供电，后轮转向电机不工作，后轮不转向，只有前轮跟随方向盘的转动而转动，如附图4所示；随后执行步骤209；

步骤204：后轮转向控制器将角度信号减去计算确定的偏差值，得到后轮的目标转向角度；所述偏差值由前后轮位置和前轮转向角度根据算法得出；

步骤205：位置传感器将后轮转向电机转动的位置量反馈给后轮转向控制器，后轮转向控制器计算出后轮实际转向角度；

步骤206：后轮转向控制器将后轮目标转向角度参考值与后轮实际转向角度做差得出后轮目标转向角度误差值；

步骤207：后轮转向控制器将计算出的后轮目标转向角度误差值转换为相应的为后轮转向电机供电的时间信号，后轮转向电机在得电的时间段内带动后轮转向机构转动相应的角度；规定转向角度左转为正，右转为负，后轮转向控制器给后轮转向电机的电压信号在左转时为正，右转时为负，来控制后轮转向电机向不同的方向转动；

步骤208：后轮转向控制器对后轮目标转向角度误差值进行判断，当后轮转向角度误差值等于0时，此时后轮已经达到目标转向角度，不需再转向，执行步骤209；当后轮转向角度误差值不等于0时，返回执行步骤205；

步骤209：结束。

与已有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明中的电动汽车四轮转向系统，通过车速传感器的设置和后轮转向控制器的作用，使得本系统在转弯时能根据车速选择较为适当的后轮动作模式，安全性更高。

2.本发明中的电动汽车四轮转向系统的控制方法，通过新的控制方法流程，使得所述电动汽车四轮转向系统设计中的更高安全性得以实现。

附图说明

图1为本发明电动汽车四轮转向系统实施例的结构示意图；

图2为本发明电动汽车四轮转向系统中后轮转向系统的工作原理框图；

图3为本发明电动汽车四轮转向系统实施例车速低于20km/h时工作示意图；

图4为本发明电动汽车四轮转向系统实施例车速高于20km/h时工作示意图；

图5为本发明电动汽车四轮转向系统中后轮转向系统控制流程图。

图中：101.方向盘，102.电动助力转向泵，103.角度传感器，104.车速传感器，105.整车控制器，106.后轮转向控制器，107.后轮转向电机，108.位置传感器，109.后轮转向机构，110.前轮转向机构。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明的实施方式进行详细说明如下：

如附图1所示，一种电动汽车四轮转向系统，包括前轮转向系统和后轮转向系统。

所述前轮转向系统包括：方向盘101、角度传感器103、整车控制器105、电动助力转向泵102、前轮转向机构103；

所述后轮转向系统包括：方向盘101、角度传感器103、车速传感器104、整车控制器105、后轮转向控制器106、后轮转向电机107、位置传感器108、后轮转向机构109。

所述整车控制器105也可简称为vcu。

所述前轮转向机构103和后轮转向机构109均包括方向机，所述方向机包括蜗轮蜗杆装置，所述蜗轮蜗杆装置控制车轮方向的变化。

所述方向盘101通过传动轴连接前轮转向机构103中的方向机蜗轮并为蜗轮的转动提供初始动力；所述角度传感器103设置于方向盘101的管柱下部，通过can总线连接整车控制器105并传递测量到的转向角度信号；所述车速传感器104设置于车轮上，通过can总线连接整车控制器105并传递测量到的速度信号；所述整车控制器105通过can总线分别连接电动助力转向泵102、后轮转向控制器106并传递信号；所述电动助力转向泵102以机械方式连接前轮转向机构103中的方向机蜗轮并为蜗轮的转动提供助力；所述后轮转向控制器106与后轮转向电机107电连接，后轮转向控制器106能根据接收的角度信号、速度信号和预设的公式计算出需要的控制信号，并通过连接的电路将控制信号发送给后轮转向电机107；所述后轮转向电机107以机械方式连接后轮转向机构109并带动后轮转向机构109做相应动作；所述前轮转向机构103和后轮转向机构109均为机械式结构，连接车轮，通过转向机构的动作而带动车轮方向的变化；所述后轮转向电机107内部还设置有位置传感器108，所述位置传感器108连接后轮转向控制器106并传递测量到的后轮转向电机107转动的位置量信号。

所述车速传感器104为磁电式车速传感器而不是常见的光电式，是因为磁电式速度传感器不需要电源供电，通过电磁感应就能将速度信号转换为电信号输出，能够简化这一部分的电路，减少电路接口；而且磁电式速度传感器输出功率大，抗干扰能力强，工作可靠性高，对于电场环境较常规汽车更复杂的电动汽车而言有其益处；车速传感器104设置在车轮位置而不是车辆里程表内部，是为了维护、安装方便，减少与其他系统的渗透，降低成本，避免转向系统的更换会导致转速表等其他系统外部件的更换。所述位置传感器108为光电式位置传感器，通过测量后轮转向电机107输出轴转动的角度来确定所述位置信号。

车辆转向时，前轮转向系统的工作过程如下所示：

当司机转动方向盘101时，所述方向盘101通过传动轴连接前轮转向机构103中的方向机，将转向力量作用于方向机中的蜗轮，使蜗轮转动并通过蜗杆带动车轮与方向盘101同向转动；角度传感器103测得转向盘101转向角度，随后通过can总线将转向角度传递至整车控制器105；整车控制器105根据获得的转向角度信息进行计算，得出电动助力转向泵102所需的转向控制信号，通过can总线传递至电动助力转向泵102；电动助力转向泵102得到转向控制信号，开始工作，为前轮转向机构110中的方向机蜗轮转动提供辅助力量，进一步通过蜗杆带动车轮转向，为司机转向提供助力。

车辆转向时，后轮转向系统的工作过程如下所示：

当司机转动方向盘101时，角度传感器103测得转向盘101转向角度，传递至整车控制器105；同时，所述车速传感器104从车轮上采集到当前车速信息，经整车控制器105传递至后轮转向控制器106。

后轮转向控制器106对车速进行判断，当车速小于等于20km/h时，后轮转向控制器106将角度信号减去一定的偏差做为后轮的目标转向角度，使得后轮的转向角度小于前轮的转向角度，目的是为了使得前轮和后轮的转向中心能够保持在同一点上，这样可以保证车轮在转向过程中保持纯滚动运行，保持操纵稳定性；前轮和后轮同时转向可以有效的减小车辆的转弯半径，便于车辆在狭小的空间中转弯；后轮转向控制器106将计算出的后轮转向角度转换为后轮转向电机107动作的时间信号，后轮转向电机107在相应的时间段内带动后轮转向机构109转动相应的角度；本实施例中规定转向角度左转为正，右转为负，后轮转向控制器106给后轮转向电机107的电压信号在左转时为正，右转时为负，来控制后轮转向电机107向不同的方向转动。当车速大于20km/h时，后轮转向控制器106发给后轮转向电机107的目标转向角度为0，后轮不转向，只有前轮转向，这样可以降低车速较快时车辆转向的灵活程度，增强车辆的稳定性，保证车辆的行驶安全。

后轮转向过程中，所述位置传感器108将后轮转向电机107转动的位置量反馈到后轮转向控制器106，形成一个闭环负反馈系统；以此保证后轮的转向角度与后轮转向控制器106计算出来的后轮目标转向角度一致。

本实施例所述的电动汽车四轮转向系统控制方法步骤如下：

1.前轮转向系统控制方法：

步骤101：方向盘101转动，带动前轮转向机构103动作，同时角度传感器103测得转向盘101转向角度并通过can总线传递给整车控制器105。

步骤102：整车控制器105根据获得的转向角度信息进行计算，得出电动助力转向泵102所需的动作量，并通过can总线向电动助力转向泵102发送相应的控制信号。

步骤103：电动助力转向泵102得到转向控制信号，开始工作，为前轮转向机构110的转向动作提供助力。

2.后轮转向系统控制方法：

步骤201：整车控制器105将角度传感器103发来的角度信号和车速传感器104发来的车速信号通过can总线传递给后轮转向控制器106。

步骤202：后轮转向控制器106对车速信号进行判断；当车速大于20km/h时，执行步骤203；当车速小于等于20km/h时，执行步骤204。

步骤203：后轮转向控制器106不给后轮转向电机107供电，后轮转向电机107不工作，后轮不转向，只有前轮跟随方向盘101的转动而转动，如附图4所示；随后执行步骤209。

步骤204：后轮转向控制器106将角度信号减去计算确定的偏差值，得到后轮的目标转向角度；所述偏差值由前后轮位置和前轮转向角度根据算法得出。

步骤205：位置传感器108将后轮转向电机107转动的位置量反馈给后轮转向控制器106，后轮转向控制器106计算出后轮实际转向角度。

步骤206：后轮转向控制器106将后轮目标转向角度参考值与后轮实际转向角度做差得出后轮目标转向角度误差值。

步骤207：后轮转向控制器106将计算出的后轮目标转向角度误差值转换为相应的为后轮转向电机107供电的时间信号，后轮转向电机107在得电的时间段内带动后轮转向机构109转动相应的角度；规定转向角度左转为正，右转为负，后轮转向控制器106给后轮转向电机107的电压信号在左转时为正，右转时为负，来控制后轮转向电机107向不同的方向转动。

步骤208：后轮转向控制器106对后轮目标转向角度误差值进行判断，当后轮转向角度误差值等于0时，此时后轮已经达到目标转向角度，不需再转向，执行步骤209；当后轮转向角度误差值不等于0时，返回执行步骤205。

步骤209：结束。

步骤202中车速判定标准是根据轮胎附着力曲线综合考虑后得到的；根据实验数据，当车速高于20km/h时，轮胎对地面的附着力下降的幅度会比较大，因为后轮转向系统是一个随动系统，如果后轮转向系统受到干扰，会因为轮胎对地面附着力的下降导致后轮转向误差增大，容易导致转向不受控制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。