轮边驱动转向差速控制方法、控制装置、设备及汽车与流程

本发明涉及汽车领域，特别设计一种轮边驱动转向差速控制方法、控制装置、设备及汽车。

背景技术

随着车辆技术的不断进步，人们对车辆的安全性有了较高的要求，其中，车辆在转向行驶过程中的安全性尤为重要，传统汽车转向控制系统没有考虑轴荷转移情况及轮胎侧偏的影响，不能更好的控制驱动轮驱动扭矩的输出，影响了车辆转向时的安全性及稳定性。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轮边驱动转向差速控制方法、控制装置、设备及汽车，解决了车辆转向控制系统没有考虑轴荷转移情况及轮胎侧偏的影响的问题。

本发明的一个方面提供了一种轮边驱动转向差速控制方法，应用于车辆，所述方法包括：

获取车辆的方向盘转角信号；

响应所述方向盘转角信号，根据所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率；

若所计算获得的滑移率大于第一滑移率阈值，则输出减小所述驱动轮的驱动转矩的第一控制信号；若所计算获得的滑移率小于第二滑移率阈值，则输出增大所述驱动轮的驱动转矩的第二控制信号；所述第一滑移率阈值大于所述第二滑移率阈值。

可选的，所述根据所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率的步骤包括：

获取当前所述车辆的车轮状态参数；

根据所述车轮状态参数和所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的当前轮速；

根据所述车辆的当前车速和所述驱动轮的当前轮速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率。

可选的，所述车轮状态参数包括：

驱动轮轮距dr，转向节转角δ，驱动轮中心到车辆重心的距离b和前轮中心到车辆重心的距离a。

可选的，所述根据所述车辆的当前车速和所述驱动轮的当前轮速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率的方式采用如下公式：

s＝(v0-vw)/v0；

其中，s为滑移率，v0为当前车速，vw为当前轮速。

可选的，所述方法还包括：

获取所述车辆转向时的实际横摆角速度；

将所述实际横摆角速度与预设目标横摆角速度进行比较，根据比较结果，确定目标滑移率；

将所述目标滑移率加上预设偏移值，计算获得所述第一滑移率阈值；将所述目标滑移率减去预设偏移值，计算获得所述第二滑移率阈值。

可选的，将所述实际横摆角速度与预设目标横摆角速度进行比较，根据比较结果，确定目标滑移率包括：

当所述实际横摆角速度小于或等于预设目标横摆角速度时，确定所述目标滑移率为预设滑移率；

当所述实际横摆角速度大于预设目标横摆角速度时，确定所述目标滑移率为预设滑移率与系数ks相乘获得的数值，其中0<ks<1。

可选的，所述获取车辆的方向盘转角信号之后，所述方法还包括：

根据所述方向盘转角信号获取方向盘转向角度，以及根据所述加速踏板信号获取加速踏板力度；

根据所述方向盘转向角度和所述加速踏板力度，计算驱动轮输出的驱动扭矩。

本发明的再一个方面提供了一种轮边驱动转向差速控制装置，包括：

第一信号获取模块，用于获取车辆的方向盘转角信号；

滑移率计算模块，用于响应所述方向盘转角信号，根据所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率；

驱动扭矩调整模块，用于若所计算获得的滑移率大于第一滑移率阈值，则输出减小所述驱动轮的驱动转矩的第一控制信号；若所计算获得的滑移率小于第二滑移率阈值，则输出增大所述驱动轮的驱动转矩的第二控制信号；所述第一滑移率阈值大于所述第二滑移率阈值。

可选的，所述滑移率计算模块还包括：

第一信号获取单元，用于获取当前所述车辆的车轮状态参数；

驱动轮轮速计算单元，用于根据所述车轮状态参数和所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的当前轮速；

驱动轮滑移率计算单元，用于根据所述车辆的当前车速和所述驱动轮的当前轮速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率。

可选的，所述车轮状态参数包括：

驱动轮轮距dr，转向节转角δ，驱动轮中心到车辆重心的距离b和前轮中心到车辆重心的距离a。

可选的，所述驱动轮滑移率计算单元采用以下公式计算所述车辆的驱动轮的滑移率：

s＝(v0-vw)/v0；

其中，s为滑移率，v0为当前车速，vw为当前轮速。

可选的，所述装置还包括：

第二信号获取模块，用于获取所述车辆转向时的实际横摆角速度；

目标滑移率确定模块，用于将所述实际横摆角速度与预设目标横摆角速度进行比较，根据比较结果，确定目标滑移率；

滑移率阈值确定模块，用于将所述目标滑移率加上预设偏移值，计算获得所述第一滑移率阈值，将所述目标滑移率减去预设偏移值，计算获得所述第二滑移率阈值。

可选的，所述目标滑移率确定模块将所述实际横摆角速度与预设目标横摆角速度进行比较，根据比较结果，确定目标滑移率包括：

当所述实际横摆角速度小于或等于预设目标横摆角速度时，确定所述目标滑移率为预设滑移率；

当所述实际横摆角速度大于预设目标横摆角速度时，确定所述目标滑移率为预设滑移率与系数ks相乘获得的数值，其中0<ks<1。

可选的，所述装置还包括：

第三信号获取模块，用于根据所述方向盘转角信号获取方向盘转向角度，以及根据所述加速踏板信号获取加速踏板力度；

驱动扭矩计算模块，用于根据所述方向盘转向角度和所述加速踏板力度，计算驱动轮输出的驱动扭矩。

本发明的再一个方面提供了一种控制设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的轮边驱动转向差速控制方法中的步骤。

本发明的再一个方面提供了一种车辆，包括所述的轮边驱动转向差速控制装置。

本发明的实施例的有益效果是：

本发明实施例所述轮边驱动转向差速控制方法，充分考虑了汽车转向行驶时轴荷转移和轮胎侧偏的影响，对转向车轮的滑移率进行了计算分析，将扭矩配合与车轮滑移率控制相结合，使车辆转向时能够更为稳定的行驶。

附图说明

图1表示本发明实施例所述汽车的电动轮边驱动结构示意图；

图2表示本发明实施例所述轮边驱动转向差速控制方法示意图；

图3表示本发明实施例所述轮边驱动转向差速控制方法的流程图之一；

图4表示本发明实施例所述轮边驱动转向差速控制方法的流程图之二；

图5表示本发明实施例所述汽车转向模型的示意图；

图6表示本发明实施例所述轮边驱动转向差速控制方法的流程图之三；

图7表示本发明实施例所述轮边驱动转向差速控制方法的流程图之四；

图8表示本发明实施例所述轮边驱动转向差速控制方法的流程图之五；

图9表示本发明实施例所述轮边驱动转向差速控制装置的结构框图之一；

图10表示本发明实施例所述轮边驱动转向差速控制装置的结构框图之二；

图11表示本发明实施例所述轮边驱动转向差速控制装置的结构框图之三；

图12表示本发明实施例所述轮边驱动转向差速控制装置的结构框图之四。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明的实施例提供了一种轮边驱动转向差速控制方法，所述控制方法应用于汽车的电动轮边驱动结构。所述汽车的电动轮边驱动结构，如图1所示，包括整车控制系统(vehiclecontrolunit，vcu)、电池管理系统(batterymanagementsystem，bms)、动力电池、驱动电机控制器((microcontrollerunit，mcu)、驱动电机和轮边减速器。所述驱动电机和所述轮边减速器均为两个，所述驱动电机经轮边减速器连接到后车轮为整车提供动力，以此形成前轮转向，后轮轮边电机驱动的方式。

所述汽车的电动轮边驱动结构的控制系统主要包括vcu、bms和2个mcu，其中每个mcu单独控制一个轮边驱动电机，两个mcu之间的信号交互和协调控制由vcu来完成，各个控制器之间都通过can网络交互信息。本发明实施例所述的轮边驱动转向差速控制方法，可以应用于vcu中，能够获得驱动轮的驱动转矩的控制信号，并将该信号发送给两个mcu，以控制轮边驱动电机进行扭矩输出。

如图2所示，采用本发明实施例所述的轮边驱动转向差速控制方法时，具体地，vcu中可以包括扭矩分配层与滑移率控制层。扭矩分配层接收驾驶员的加速踏板信号和方向盘转角信号，计算出驱动轮的需求扭矩，并分配给两个驱动轮；滑移率控制层通过对左右车轮滑移率进行调节，输出扭矩调节指令，最终得出左右驱动电机的扭矩输出值，保证车辆能够进行稳定的转向行驶。

具体的，本发明的实施例提供的一种轮边驱动转向差速控制方法，如图3所示，包括：

步骤31、获取车辆的方向盘转角信号；

步骤32、响应所述方向盘转角信号，根据所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率；

步骤33、若所计算获得的滑移率大于第一滑移率阈值，则输出减小所述驱动轮的驱动转矩的第一控制信号；若所计算获得的滑移率小于第二滑移率阈值，则输出增大所述驱动轮的驱动转矩的第二控制信号；所述第一滑移率阈值大于所述第二滑移率阈值。

其中，在步骤33中，若所计算获得的滑移率大于第一滑移率阈值，则表明驱动转矩过大，车轮出现过度滑转，则输出减小所述驱动轮的驱动转矩的第一控制信号；若所计算获得的滑移率小于第二滑移率阈值，则表明驱动转矩过小，车轮没有充分的利用路面所提供的的附着力，则输出增大所述驱动轮的驱动转矩的第二控制信号；若计算获得的滑移率小于第一滑移率阈值且大于第二滑移率阈值，则表明车轮的附着条件，并不需要对驱动转矩进行调节，则不输出控制信号。

在所述轮边驱动转向差速控制方法的控制下，若车辆转向行驶时某一驱动轮发生滑转，则其驱动转矩将迅速减小，使车轮滑转得到抑制，使得车辆能够按照驾驶员的期望进行行驶；当减小驱动转矩后，车轮的滑移率逐渐降低，若滑移率低于第二滑移率阈值，则控制系统会增大所述驱动轮的驱动转矩，维持车辆的稳定行驶，如此往复循环直到车辆结束转向行驶，保证车辆转向行驶的稳定性与安全性。

进一步的，如图4所示，步骤32中所述根据所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率的步骤，包括：

步骤41、获取当前所述车辆的车轮状态参数；

步骤42、根据所述车轮状态参数和所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的当前轮速；

步骤43、根据所述车辆的当前车速和所述驱动轮的当前轮速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率。

需要说明的是，步骤43中，所述驱动轮包括左驱动轮和右驱动轮，也即分别为车辆的左后轮和右后轮。采用本发明实施例所述方法，需要分别计算车辆的左驱动的滑移率和右驱动轮的滑移率。

进一步的，步骤41所述车轮状态参数包括：

驱动轮轮距dr，转向节转角δ，驱动轮中心到车辆重心的距离b和前轮中心到车辆重心的距离a。

进一步的，步骤42所述根据所述车轮状态参数和所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的当前轮速的方式为：

考虑转向行驶过程中向心力、轴荷转移及车轮侧偏角的影响，建立如图5所示的汽车转向模型，根据该模型表明的汽车转向中的几何关系，得出左驱动轮与右驱动轮的轮速计算公式：

其中，v0为当前车速，v1为左驱动轮当前轮速，v2为右驱动轮当前轮速，r为驱动轮轮距，δ为转向节转角，b为驱动轮中心到车辆重心的距离，a为前轮中心到车辆重心的距离。

所述当前车速v0由车速传感器直接采集得到。

进一步的，步骤43所述根据所述车辆的当前车速和所述驱动轮的当前轮速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率的方式采用如下公式：

其中，s1为左驱动轮当前滑移率，v0为当前车速，v1为左驱动轮当前轮速，s2为右驱动轮当前滑移率，v0为当前车速，v2为右驱动轮当前轮速。

另外，如图6所示，所述轮边驱动转向差速控制方法还包括：

步骤61、获取所述车辆转向时的实际横摆角速度；

步骤62、将所述实际横摆角速度与预设目标横摆角速度进行比较，根据比较结果，确定目标滑移率；

步骤63、将所述目标滑移率加上预设偏移值，计算获得所述第一滑移率阈值；将所述目标滑移率减去预设偏移值，计算获得所述第二滑移率阈值。

需要说明的是，所述偏移量的取值根据不同的路面可能会有差异，例如可以根据实验经验取值0.02，以保证目标滑移率的阈值范围在一个良性区间且不会造成不良问题。

进一步的，步骤62中将所述实际横摆角速度与预设目标横摆角速度进行比较，根据比较结果，确定目标滑移率包括：

当所述实际横摆角速度小于或等于预设目标横摆角速度时，确定所述目标滑移率为预设滑移率；

所述预设滑移率根据预先设定的路面情况与预设滑移率的对应关系得出。

当所述实际横摆角速度大于预设目标横摆角速度时，确定所述目标滑移率为预设滑移率与系数ks相乘获得的数值，其中0<ks<1。

所述系数ks，根据预先设定的车辆转向过度的等级与控制常数的对应关系得出。

另外，如图7所示，所述的轮边驱动转向差速控制方法，在所述获取车辆的方向盘转角信号之后，所述方法还包括：

步骤71、根据所述方向盘转角信号获取方向盘转向角度，以及根据所述加速踏板信号获取加速踏板力度；

步骤72、根据所述方向盘转向角度和所述加速踏板力度，计算驱动轮输出的驱动扭矩。

可以理解的是，结合图2，图3所示过程中的步骤可以应用于图2中的滑移率控制层，图6所示过程中的步骤可以应用于图2中的扭矩分配层。

进一步的，步骤72中所述方向盘转向角度和所述加速踏板力度，得出驱动轮输出的驱动扭矩，采用以下方式：

根据预先设定的加速踏板力度与驱动扭矩的对应关系得出总的驱动扭矩需求值；

将所述总的驱动扭矩需求值分配至左驱动轮和右驱动轮，得到左驱动轮与右驱动轮的输出驱动扭矩，具体分配方式采用以下公式：

其中，tl为左驱动轮的输出驱动扭矩、tr右驱动轮的输出驱动扭矩、kl为左轮扭矩的分配系数、kr为右驱动轮的扭矩分配系数、tcmd为总的驱动扭矩需求值、fzrl为左驱动轮的垂向载荷、fzrr为右驱动轮的垂向载荷。

本实施例提供的转向差速控制方法的具体流程，如图8所示，包括：

步骤81、获取驾驶员输入的方向盘转角信号、加速踏板信号和车速信号；

步骤82、若方向盘转角为0，则跳出此程序；

步骤83、若方向盘转角不为0，则响应驾驶员输入的方向盘转角信号，根据所述加速踏板信号获取加速踏板力度，根据预先设定的加速踏板力度与驱动扭矩的对应关系，得出总的驱动扭矩需求值；

步骤84、将所述总的驱动扭矩需求值分配至左驱动轮和右驱动轮，得到左驱动轮与右驱动轮的输出驱动扭矩；

步骤85、获取车辆运动状态，即车辆转向时的实际横摆角速度，将所述实际横摆角速度与预设目标横摆角速度进行比较，根据比较结果，确定目标滑移率，将所述目标滑移率加上预设偏移值，计算获得所述第一滑移率阈值，将所述目标滑移率减去预设偏移值，计算获得所述第二滑移率阈值；

步骤86、获取当前所述车辆的车轮状态参数；

步骤87、根据所述车轮状态参数和所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的当前轮速，根据所述车辆的当前车速和所述驱动轮的当前轮速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率；

步骤88、采用逻辑门限值的控制方法对驱动轮的滑移率进行控制，保证滑移率在目标滑移率阈值的范围内，具体的控制策略为：若驱动轮的滑移率超出了滑移率第一阈值，则表明驱动转矩过大，车轮出现过度滑转，此时减小驱动转矩，若驱动轮的滑移率处于滑移率第一阈值和滑移率第二阈值之间，则表明车轮的附着条件，并不需要对驱动转矩进行调节，若驱动轮的滑移率低于滑移率第二阈值，则表明驱动转矩过小，车轮没有充分的利用路面所提供的的附着力，此时相应的增大驱动转矩。

在该控制策略的控制下，若车辆转向行驶时某一车轮发生滑转，则其驱动力会迅速减小，车轮滑转得到抑制，使得车辆能够按照驾驶员的期望进行行驶；当减小驱动转矩后，车轮的滑移率逐渐降低，若滑移率又低于下限值，则控制系统会再增大驱动转矩，维持车辆的稳定行驶，如此往复循环直到车辆结束转向行驶，控制系统退出转向差速控制。

本发明的实施例还提供了一种轮边驱动转向差速控制装置，所述控制装置置于汽车的vcu的扭矩控制模块中。如图9所示，所述轮边驱动转向差速控制装置包括：

第一信号获取模块91，用于获取车辆的方向盘转角信号；

滑移率计算模块92，用于响应所述方向盘转角信号，根据所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率；

驱动扭矩调整模块93，用于若所计算获得的滑移率大于第一滑移率阈值，则输出减小所述驱动轮的驱动转矩的第一控制信号；若所计算获得的滑移率小于第二滑移率阈值，则输出增大所述驱动轮的驱动转矩的第二控制信号；若计算获得的滑移率小于第一滑移率阈值且大于第二滑移率阈值，则不输出控制信号。所述第一滑移率阈值大于所述第二滑移率阈值。

进一步的，如图10所示，所述滑移率计算模块82包括：

第一信号获取单元101，用于获取当前所述车辆的车轮状态参数；

驱动轮轮速计算单元102，用于根据所述车轮状态参数和所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的当前轮速；

驱动轮滑移率计算单元103，用于根据所述车辆的当前车速和所述驱动轮的当前轮速，计算所述车辆的驱动轮的滑移率。

其中，所述车轮状态参数包括：

驱动轮轮距dr，为转向节转角δ，驱动轮中心到车辆重心的距离b和前轮中心到车辆重心的距离a。

进一步的，驱动轮轮速计算单元102所述根据所述车轮状态参数和所述车辆的当前车速，计算所述车辆的驱动轮的当前轮速，采用如下公式：

其中，v0为当前车速，v1为左驱动轮当前轮速，v2为右驱动轮当前轮速。

所述当前车速v0由车速传感器直接采集得到。

进一步的，所述驱动轮滑移率计算单元103采用以下公式计算所述车辆的驱动轮的滑移率：

其中，s1为左驱动轮当前滑移率，v0为当前车速，v1为左驱动轮当前轮速，s2为右驱动轮当前滑移率，v0为当前车速，v2为右驱动轮当前轮速。

另外，如图11所示，所述轮边驱动转向差速控制装置还包括：

第二信号获取模块111，用于获取所述车辆转向时的实际横摆角速度；

目标滑移率确定模块112，用于将所述实际横摆角速度与预设目标横摆角速度进行比较，根据比较结果，确定目标滑移率；

滑移率阈值确定模块113，用于将所述目标滑移率加上预设偏移值，计算获得所述第一滑移率阈值，将所述目标滑移率减去预设偏移值，计算获得所述第二滑移率阈值。

需要说明的是，所述偏移量的取值根据不同的路面可能会有差异，根据实验经验取值0.02，可以保证目标滑移率的阈值范围在一个良性区间且不会造成不良问题。

进一步的，所述目标滑移率确定模块82将所述实际横摆角速度与预设目标横摆角速度进行比较，根据比较结果，确定目标滑移率的方式为：

当所述实际横摆角速度小于或等于预设目标横摆角速度时，确定所述目标滑移率为预设滑移率；

所述预设滑移率根据预先设定的路面情况与预设滑移率的对应关系得出。

当所述实际横摆角速度大于预设目标横摆角速度时，确定所述目标滑移率为预设滑移率与系数ks相乘获得的数值，其中0<ks<1。

所述系数ks，根据预先设定的车辆转向过度的等级与控制常数的对应关系得出。

另外，如图12所示，所述轮边驱动转向差速控制装置还包括：

第三信号获取模块121，用于根据所述方向盘转角信号获取方向盘转向角度，以及根据所述加速踏板信号获取加速踏板力度；

驱动扭矩计算模块122，用于根据所述方向盘转向角度和所述加速踏板力度，计算驱动轮输出的驱动扭矩。

进一步的，驱动扭矩计算模块112中所述方向盘转向角度和所述加速踏板力度，得出驱动轮输出的驱动扭矩，采用以下方式：

根据预先设定的加速踏板力度与驱动扭矩的对应关系得出总的驱动扭矩需求值；

将所述总的驱动扭矩需求值分配至左驱动轮和右驱动轮，得到左驱动轮与右驱动轮的输出驱动扭矩，具体分配方式采用以下公式：

其中，tl为左驱动轮的输出驱动扭矩、tr右驱动轮的输出驱动扭矩、kl为左轮扭矩的分配系数、kr为右驱动轮的扭矩分配系数、tcmd为总的驱动扭矩需求值、fzrl为左驱动轮的垂向载荷、fzrr为右驱动轮的垂向载荷。

本发明的实施例还提供了一种控制设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的轮边驱动转向差速控制方法中的步骤。

本发明的实施例还提供了一种车辆，其中，包括上述结构所述的轮边驱动转向差速控制装置。

根据以上的详细说明，本领域技术人员应该能够了解采用本发明实施例所述轮边驱动转向差速控制装置的车辆的具体结构，在此不再详细说明。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。