车辆的四轮转向控制方法、装置及车辆与流程

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种车辆的四轮转向控制方法、装置及车辆。

背景技术：

相比较于前轮转向，四轮转向可以根据驾驶员的驾驶意图合理分配后轮转角，不但使得车辆可以很好地满足驾驶员的驾驶意图，而且有效提高了车辆的稳定性。

然而，目前车辆的四轮转向控制对车辆后轮转角计算不够精确，导致驾驶意图无法很好的体现，使得车辆转向时，后轮转角的跟踪性能较差，易达不到理想的驾驶转向特性，甚至出现与驾驶员驾驶意图背道而驰的情况，不但使驾驶员驾驶体验变差，而且具有潜在的交通事故风险，使得车辆的安全性和可靠性较差，亟待解决。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种车辆的四轮转向控制方法，该方法可以使车辆更能接近驾驶员的驾驶意图，提高车辆的稳定性，有效保证车辆的安全性和可靠性。

本发明的另一个目的在于提出一种车辆的四轮转向控制装置。

本发明的再一个目的在于提出一种车辆。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种车辆的四轮转向控制方法，包括以下步骤：检测当前车速；获取车辆当前前轮等效转角；根据所述当前车速和所述车辆当前前轮等效转角得到车辆后轮转角；采集当前车辆横摆角速度；根据所述当前车辆横摆角速度和预设的车辆横摆角速度之间的差值对车辆横摆角速度进行pi控制，得到后轮转角修正量；根据所述后轮转角修正量修正所述车辆后轮转角，并根据修正后的所述车辆后轮转角控制车辆转向。

本发明实施例的车辆的四轮转向控制方法，通过当前车速和车辆当前前轮等效转角得到车辆后轮转角，并且通对车辆横摆角速度进行pi控制，从而修正车辆后轮转角，实现对后轮转角进行实时监控并有效修正，使车辆更能接近驾驶员的驾驶意图，提高车辆的稳定性，有效保证车辆的安全性和可靠性，提升驾驶体验。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取车辆当前前轮等效转角，进一步包括：采集当前方向盘转角；根据所述当前方向盘转角和转向传动比得到所述车辆当前前轮等效转角。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取车辆当前前轮等效转角，进一步包括：采集左前轮的当前前轮转角和右前轮的当前前轮转角；根据所述左前轮的当前前轮转角和所述右前轮的当前前轮转角的平均值得到所述车辆当前前轮等效转角。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述预设的车辆横摆角速度为车辆理想横摆角速度，计算公式为：

其中，ωd为所述车辆理想横摆角速度，k为稳定性因数，a和b分别为汽车质心至前轴和后轴距离，l为轴距，k1和k2分别为前轴轮胎侧偏刚度和后轴轮胎侧偏刚度，m为车辆质量，u为所述当前车速，δf为所述车辆当前前轮等效转角。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述车辆后轮转角通过以下步骤获取：根据汽车质心至后轴距离与汽车质心至前轴的距离、车辆质量、后轴轮胎侧偏刚度、轴距和所述当前车速的平方之积相加得到第一子控制因子；根据所述汽车质心至前轴距离与所述汽车质心至后轴距离、所述车辆质量、前轴轮胎侧偏刚度、所述轴距和所述当前车速的平方之积相减得到第二子控制因子；根据所述第一子控制因子的负值和所述第二子控制因子相除得到控制因子；根据所述控制因子和所述车辆当前前轮等效转角相乘得到所述车辆后轮转角。

另外，在本发明的一个实施例中，通过以下公式得到所述车辆后轮转角，公式为：

其中，δr为所述车辆后轮转角，为所述控制因子，a和b分别为汽车质心至前轴和后轴距离，l为所述轴距，k1和k2分别为所述前轴轮胎侧偏刚度和所述后轴轮胎侧偏刚度，m为所述车辆质量，u为所述当前车速，δf为所述车辆当前前轮等效转角。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种车辆的四轮转向控制装置，包括：检测模块，用于检测当前车速；获取模块，用于获取车辆当前前轮等效转角；计算模块，用于根据所述当前车速和所述车辆当前前轮等效转角得到车辆后轮转角；采集模块，用于采集当前车辆横摆角速度；处理模块，用于根据所述当前车辆横摆角速度和预设的车辆横摆角速度之间的差值对车辆横摆角速度进行pi控制，得到后轮转角修正量；控制模块，用于根据所述后轮转角修正量修正所述车辆后轮转角，并根据修正后的所述车辆后轮转角控制车辆转向。

本发明实施例的车辆的四轮转向控制装置，通过当前车速和车辆当前前轮等效转角得到车辆后轮转角，并且通对车辆横摆角速度进行pi控制，从而修正车辆后轮转角，实现对后轮转角进行实时监控并有效修正，使车辆更能接近驾驶员的驾驶意图，提高车辆的稳定性，有效保证车辆的安全性和可靠性，提升驾驶体验。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取模块具体用于采集当前方向盘转角，并且根据所述当前方向盘转角和转向传动比得到所述车辆当前前轮等效转角；或者采集左前轮的当前前轮转角和右前轮的当前前轮转角，并且根据所述左前轮的当前前轮转角和所述右前轮的当前前轮转角的平均值得到所述车辆当前前轮等效转角。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述预设的车辆横摆角速度为车辆理想横摆角速度，计算公式为：

其中，ωd为所述车辆理想横摆角速度，k为稳定性因数，a和b分别为汽车质心至前轴和后轴距离，l为轴距，k1和k2分别为前轴轮胎侧偏刚度和后轴轮胎侧偏刚度，m为车辆质量，u为所述当前车速，δf为所述车辆当前前轮等效转角。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制模块具体用于根据汽车质心至后轴距离与汽车质心至前轴的距离、车辆质量、后轴轮胎侧偏刚度、轴距和所述当前车速的平方之积相加得到第一子控制因子，并根据所述汽车质心至前轴距离与所述汽车质心至后轴距离、所述车辆质量、前轴轮胎侧偏刚度、所述轴距和所述当前车速的平方之积相减得到第二子控制因子，从而根据所述第一子控制因子的负值和所述第二子控制因子相除得到控制因子，进而根据所述控制因子和所述车辆当前前轮等效转角相乘得到所述车辆后轮转角。

另外，在本发明的一个实施例中，通过以下公式得到所述车辆后轮转角，公式为：

其中，δr为所述车辆后轮转角，为所述控制因子，a和b分别为汽车质心至前轴和后轴距离，l为所述轴距，k1和k2分别为所述前轴轮胎侧偏刚度和所述后轴轮胎侧偏刚度，m为所述车辆质量，u为所述当前车速，δf为所述车辆当前前轮等效转角。

为达到上述目的，本发明再一方面实施例提出了一种车辆，其包括上述的车辆的四轮转向控制装置。该车辆可以通过当前车速和车辆当前前轮等效转角得到车辆后轮转角，并且通对车辆横摆角速度进行pi控制，从而修正车辆后轮转角，实现对后轮转角进行实时监控并有效修正，使车辆更能接近驾驶员的驾驶意图，提高车辆的稳定性，有效保证车辆的安全性和可靠性，提升驾驶体验。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的车辆的四轮转向控制方法的流程图；

图2为根据本发明一个具体实施例的车辆的四轮转向控制方法的流程图；

图3为根据本发明一个实施例的车辆的四轮转向控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的车辆的四轮转向控制方法、装置及车辆，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的车辆的四轮转向控制方法。

图1是本发明一个实施例的车辆的四轮转向控制方法的流程图。

如图1所示，该车辆的四轮转向控制方法包括以下步骤：

在步骤s101中，检测当前车速。

在步骤s102中，获取车辆当前前轮等效转角。

其中，在本发明的一个实施例中，获取车辆当前前轮等效转角，进一步包括：采集当前方向盘转角；根据当前方向盘转角和转向传动比得到车辆当前前轮等效转角，如通过当前方向盘转角除以转向传动比得到商值，进而得到车辆当前前轮等效转角。

进一步地，在本发明的另一个实施例中，获取车辆当前前轮等效转角，进一步包括：采集左前轮的当前前轮转角(即左当前前轮转角)和右前轮的当前前轮转角(即右当前前轮转角)；根据左前轮的当前前轮转角和右前轮的当前前轮转角的平均值得到车辆当前前轮等效转角。

可以理解的是，车辆当前前轮等效转角δf的获取方式可以有多种，例如，如图2所示，驾驶员操作方向盘转向，车辆整车模型当前方向盘转角传感器可采集当前方向盘转角大小，和/或当前前轮转角传感器可采集两当前前轮转角大小，此时当前前轮等效转角可以有两种计算方式：一种是由当前方向盘转角除以转向传动比得到车辆当前前轮等效转角δf；另一种是由两当前前轮转角求平均值得到车辆当前前轮等效转角δ。

在步骤s103中，根据当前车速和车辆当前前轮等效转角得到车辆后轮转角。

进一步地，在本发明的一个实施例中，车辆后轮转角通过以下步骤获取：根据汽车质心至后轴距离与汽车质心至前轴的距离、车辆质量、后轴轮胎侧偏刚度、轴距和当前车速的平方之积相加得到第一子控制因子；根据汽车质心至前轴距离与汽车质心至后轴距离、车辆质量、前轴轮胎侧偏刚度、轴距和当前车速的平方之积相减得到第二子控制因子；根据第一子控制因子的负值和第二子控制因子相除得到控制因子；根据控制因子和车辆当前前轮等效转角相乘得到车辆后轮转角。

例如，通过以下公式得到车辆后轮转角，公式为：

其中，δr为车辆后轮转角，为控制因子，a和b分别为汽车质心至前轴和后轴距离，l为轴距，k1和k2分别为前轴轮胎侧偏刚度和后轴轮胎侧偏刚度，m为车辆质量，u为当前车速，δf为车辆当前前轮等效转角。

可以理解的是，针对于车辆后轮转角δr，由车速和前轮等效转角可以计算车辆后轮转角的大小，其中，车速可以由斜率法求出，即四个轮速传感器采集得到四个车轮转速大小，从而取最大轮速作为车辆初始车速大小，加速度传感器可采集出车辆加/减速度大小，随着车辆行驶，当前车速等于车辆初始车速加上当前车辆加/减速度对时间的积分，然后由四轮转向模型计算出后轮转角大小，计算公式如下：

其中，a和b分别为汽车质心至前轴和后轴距离，单位为m；l为轴距，单位为m；k1和k2分别为前轴轮胎侧偏刚度和后轴轮胎侧偏刚度，且为负值，单位为n/rad；m为车辆质量，单位为kg；u为当前车速，单位为m/s。

举例而言，随着驾驶员转动方向盘，假设向左打方向盘，即方向为正，在不同车速下，后轮转角方向和大小不同，当车速在较小范围内变化时，公式分子始终为负，分母始终为正，前后轮转角方向相反，可有效减小转弯半径，在这范围内随车速增大，后轮与当前前轮转角比例逐渐减小，可防止转弯过渡而出现的不稳定现象；当车速在较高范围内变化时，公式分子始终为正，公式分母也始终为正，前后轮转角方向相同，可防止因车身转向产生的侧向力较大而出现的不稳定现象，且车速越高，后轮与当前前轮转角比例逐渐增大，趋近1，即在高速时，为了车身保持稳定性，无论驾驶员怎么打方向盘，车轮前后转角趋于相等，车身斜着行驶直线行驶，但不会产生侧向力，有效保证车辆的安全性。

在步骤s104中，采集当前车辆横摆角速度。

在步骤s105中，根据当前车辆横摆角速度和预设的车辆横摆角速度之间的差值对车辆横摆角速度进行pi控制，得到后轮转角修正量。

在步骤s106中，根据后轮转角修正量修正车辆后轮转角，并根据修正后的车辆后轮转角控制车辆转向。

应理解，步骤s101至步骤s106的设置仅为了描述的方便，而不用于限制方法的执行顺序，在此不作具体限制。

其中，在本发明的一个实施例中，预设的车辆横摆角速度为车辆理想横摆角速度，计算公式为：

其中，ωd为车辆理想横摆角速度，k为稳定性因数，a和b分别为汽车质心至前轴和后轴距离，l为轴距，k1和k2分别为前轴轮胎侧偏刚度和后轴轮胎侧偏刚度，m为车辆质量，u为所述当前车速，δf为所述车辆当前前轮等效转角。

可以理解的是，针对于车辆后轮转角修正量，利用上述公式计算的后轮转角属于四轮转向理论计算，但没有考虑到车辆在转向过程中是否处于稳态，导致在转向过程中不能很精确的反映驾驶员的驾驶意图和车辆实际行驶状态，因此需要对计算的后轮转角进行有效修正。举例而言，如图2所示，可以由线性二自由度汽车模型计算出车辆理想横摆角速度大小，并与车辆横摆角速度传感器采集出的车辆实际横摆角速度大小作差，从而利用pi控制逻辑对实际横摆角速度进行控制，pi控制器输出变量可定义为修正后轮转角量，其中，通过调pi控制器的参数使其转向效果更好，观测控制效果，在相同车速和相同方向盘转角的条件下，比较两者侧向加速度大小，质心侧偏角大小及轨迹变化等，为减少冗余，在此不作详细描述。

需要说明的是，车辆理想横摆角速度计算公式如下：

其中，u为车速，单位为km/h；a、b及l为分别为质心至前轴距离、质心至后轴距离及轴距，单位为m；k1和k2分别为前后轴轮胎侧偏刚度，单位为n/rad；k为稳定性因数，单位为s²/m²。

根据本发明实施例的车辆的四轮转向控制方法，通过当前车速和车辆当前前轮等效转角得到车辆后轮转角，并且通对车辆横摆角速度进行pi控制，从而修正车辆后轮转角，即可以根据采集当前前轮转角、当前车速、横摆角速度等信号，对后轮转角进行合理分配，并且基于四轮转向理论模型计算，对后轮转角进行有效修正，减小驾驶员操作疲劳，输出驾驶员更想要的转向特性，提高车身转向时的操作稳定性，不但使车辆更接近驾驶员驾驶意图，而且提高驾驶性能和操作稳定性，有效保证车辆的安全性和可靠性，提升驾驶体验。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的车辆的四轮转向控制装置。

图3是本发明一个实施例的车辆的四轮转向控制的结构示意图。

如图3所示，该车辆的四轮转向控制10包括：检测模块100、获取模块200、计算模块300、采集模块400、处理模块500和控制模块600。

其中，检测模块100用于检测当前车速。获取模块200用于获取车辆当前前轮等效转角。计算模块300用于根据当前车速和车辆当前前轮等效转角得到车辆后轮转角。采集模块400用于采集当前车辆横摆角速度。处理模块500用于根据当前车辆横摆角速度和预设的车辆横摆角速度之间的差值对车辆横摆角速度进行pi控制，得到后轮转角修正量。控制模块600用于根据后轮转角修正量修正车辆后轮转角，并根据修正后的车辆后轮转角控制车辆转向。本发明实施例的控制装置10可以对后轮转角进行实时监控并有效修正，使车辆更能接近驾驶员的驾驶意图，提高车辆的稳定性，有效保证车辆的安全性和可靠性，提升驾驶体验。

进一步地，在本发明的一个实施例中，获取模块200具体用于采集当前方向盘转角，并且根据当前方向盘转角和转向传动比得到车辆当前前轮等效转角；或者采集左前轮的当前前轮转角和右前轮的当前前轮转角，并且根据左前轮的当前前轮转角和右前轮的当前前轮转角的平均值得到车辆当前前轮等效转角。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制模块600具体用于根据汽车质心至后轴距离与汽车质心至前轴的距离、车辆质量、后轴轮胎侧偏刚度、轴距和当前车速的平方之积相加得到第一子控制因子，并根据汽车质心至前轴距离与汽车质心至后轴距离、车辆质量、前轴轮胎侧偏刚度、轴距和当前车速的平方之积相减得到第二子控制因子，从而根据第一子控制因子的负值和第二子控制因子相除得到控制因子，进而根据控制因子和车辆当前前轮等效转角相乘得到车辆后轮转角。

例如，通过以下公式得到车辆后轮转角，公式为：

其中，δr为车辆后轮转角，a和b分别为汽车质心至前轴和后轴距离，l为轴距，k1和k2分别为前轴轮胎侧偏刚度和后轴轮胎侧偏刚度，m为车辆质量，u为当前车速，δf为车辆当前前轮等效转角。

进一步地，在本发明的一个实施例中，预设的车辆横摆角速度为车辆理想横摆角速度，计算公式为：

其中，ωd为车辆理想横摆角速度，k为稳定性因数，a和b分别为汽车质心至前轴和后轴距离，l为轴距，k1和k2分别为前轴轮胎侧偏刚度和后轴轮胎侧偏刚度，m为车辆质量，u为所述当前车速，δf为所述车辆当前前轮等效转角。

需要说明的是，前述对方法实施例的解释说明也适用于该实施例的装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例的车辆的四轮转向控制装置，通过当前车速和车辆当前前轮等效转角得到车辆后轮转角，并且通对车辆横摆角速度进行pi控制，从而修正车辆后轮转角，即可以根据采集当前前轮转角、当前车速、横摆角速度等信号，对后轮转角进行合理分配，并且基于四轮转向理论模型计算，对后轮转角进行有效修正，减小驾驶员操作疲劳，输出驾驶员更想要的转向特性，提高车身转向时的操作稳定性，不但使车辆更接近驾驶员驾驶意图，而且提高驾驶性能和操作稳定性，有效保证车辆的安全性和可靠性，提升驾驶体验。

此外，本发明实施例还提出了一种车辆，该车辆包括上述的车辆的四轮转向控制装置。该车辆可以通过当前车速和车辆当前前轮等效转角得到车辆后轮转角，并且通对车辆横摆角速度进行pi控制，从而修正车辆后轮转角，即可以根据采集当前前轮转角、当前车速、横摆角速度等信号，对后轮转角进行合理分配，并且基于四轮转向理论模型计算，对后轮转角进行有效修正，减小驾驶员操作疲劳，输出驾驶员更想要的转向特性，提高车身转向时的操作稳定性，不但使车辆更接近驾驶员驾驶意图，而且提高驾驶性能和操作稳定性，有效保证车辆的安全性和可靠性，提升驾驶体验。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。