一种四轮独立转向汽车的转向控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于汽车转向控制技术领域，尤其是涉及一种四轮独立转向汽车的转向控 制方法。
【背景技术】
[0002] 随着汽车性能与行车速度的不断提高，汽车的转向稳定性和安全性一直是车辆动 力学研宄中的热点问题，尤其是高速转向时的稳定性和安全问题。作为一种重要的汽车转 向控制技术，四轮转向技术自诞生以来便受到人们的广泛关注。与传统的前轮转向技术相 比，四轮转向技术控制汽车的后轮与前轮一起参与转向运动，以此改善汽车高速转向时的 稳定性以及低速转向时的机动性。按照控制方案的不同，四轮转向技术可以划分为三类：① 主动后轮转向技术，又称为传统的四轮转向技术；②主动四轮转向技术；③四轮独立转向 技术。
[0003] 主动后轮转向技术中，汽车的前轮由驾驶员通过方向盘控制，后轮由转向控制系 统根据车速和前轮转角进行控制。由于主动后轮转向控制系统只有后轮转角一个控制量， 且其通常选择质心侧偏角或横摆角速度之一作为控制目标，对汽车的转向稳定性改善十分 有限。
[0004] 主动四轮转向技术结合了主动前轮和主动后轮转向技术，该种技术利用方向盘转 角作为转向指令，由控制器根据方向盘转角同时计算汽车的前轮和后轮转角。主动四轮转 向技术克服了主动后轮转向技术的缺点，可以同时满足质心侧偏角或横摆角速度两个指 标。然而，主动四轮转向控制系统默认两前轮转角和两后轮转角各自相等，忽略了汽车转向 时由于垂直载荷转移造成的各轮侧向力差异，未能通过合理分配轮胎侧向力实现转向稳定 性的进一步提高。此外，单纯以方向盘转动体现转向意图，也忽略了汽车直线行驶时的微调 校正过程，造成了能量的不必要消耗。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足而提供一种四轮独立转向汽车的 转向控制方法，有效地解决四轮独立转向汽车的转向控制问题，提高轮胎侧向力利用率，改 善四轮独立转向汽车的转向稳定性和安全性，同时降低汽车的转向能耗。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007] -种四轮独立转向汽车的转向控制方法，该方法的具体步骤如下：
[0008] i)数据采集处理模块实时采集驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息，并对 采集的驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息进行初步处理；
[0009] ii)根据步骤i)的驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息，转向模式判别模 块将当前状态下汽车的目标转向模式判别为调整模式、四轮模式、过渡模式I或过渡模式 II中的一种；
[0010] iii)根据步骤i)的驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息，车轮转角计算模 块同时计算调整模式下的车轮转角数值和四轮模式下的车轮转角数值；
[0011] iv)根据步骤ii)和步骤iii)的结果，转向模式协调模块对汽车的目标转向模式 进行协调转换，确定汽车的执行转向模式，计算最终车轮转角数值，并将最终车轮转角数值 传递至转向执行模块执行。
[0012] 所述步骤i)中的数据采集处理模块分别与转向模式判别模块、车轮转角计算模 块和转向执行模块相连，所述的转向模式协调模块同时连接转向模式判别模块、车轮转角 计算模块和转向执行模块；
[0013] 数据采集处理模块包括采集模块和处理模块两部分；
[0014] 所述采集模块实时采集驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息；所述采集模块 包括纵向车速传感器、侧向车速传感器、方向盘转角传感器、陀螺仪和车轮转角传感器；采 集模块采集的驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息包括转向灯状态、实际车轮转角、 方向盘转角Ssw、纵向车速vx、侧向车速vy和横摆角速度《 ^
[0015] 所述处理模块对采集的驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息的初步处理是 指进行国际单位转换和计算质心侧偏角0;
[0016] 质心侧偏角|3的计算公式为：|3 =arctan(Vy/Vx);
[0017]其中，示纵向车速，Vy表示侧向车速；
[0018] 所述步骤ii)中，转向模式判别模块根据实时采集处理的转向灯状态、纵向车速 Vx、纵向车速阈值VTx、方向盘转角Ssw和方向盘转角阈值STSW信息，将汽车的目标转向模式 判别为调整模式、四轮模式、过渡模式I或过渡模式II中的一种，并将结果传送至转向模式 协调t吴块；
[0019] 所述将汽车的目标转向模式判别为调整模式、四轮模式、过渡模式I或过渡模式 II中的一种的具体判别的步骤如下：
[0020] 101)判断汽车是否应转换为四轮模式，具体判断过程如下：
[0021] 如果转向灯开启，则认为汽车转向模式应转换为四轮模式；如果转向灯未开启，则 对纵向车速进行判定；
[0022] 如果纵向车速大于等于设定的阈值，即Vx>VTx，则认为汽车转向模式应转换为四 轮模式；如果纵向车速小于设定的阈值，即vx<VTx，则对方向盘转角进行判定；
[0023] 如果方向盘转角大于等于设定的阈值，即5sw>6TSW，则认为汽车转向模式应转 换为四轮模式；如果方向盘转角小于设定的阈值，即Ssw<STSW，则认为汽车转向模式应转 换为调整模式；
[0024] 102)设定时间步为Tp，将步骤101)的当前判断结果与上一时间步判断结果进行 比较，做出最终判定：
[0025] 若当前判断结果为四轮模式，上一时间步判断结果为四轮模式，则目标转向模式 判定为四轮模式；
[0026] 若当前判断结果为四轮模式，上一时间步判断结果为调整模式，则目标转向模式 判定为过渡模式I;
[0027] 若当前判断结果为调整模式，上一时间步判断结果为四轮模式，则目标转向模式 判定为过渡模式II;
[0028] 若当前判断结果为调整模式，上一时间步判断结果为调整模式，则目标转向模式 判定为调整模式；
[0029] 103)保存步骤101)的当前判断结果；
[0030] 104)输出目标转向模式。
[0031] 所述步骤iii)中，车轮转角计算模块利用数据采集处理模块采集处理的驾驶员转 向意图信息和汽车状态参数信息计算调整模式下的车轮转角数值和四轮模式下的车轮转 角数值，并将结果传送至转向模式协调模块。车轮转角计算模块包括调整模式车轮转角计 算模块和四轮模式车轮转角计算模块两部分。
[0032]调整模式车轮转角计算模块根据实时采集处理的方向盘转角Ssw计算调整模式 下的车轮转角数值，具体计算过程为：
[0033] 201)根据方向盘转角Ssw以及设定的转向传动比i，计算前轴中心等效转角Sf'， 所述前轴中心等效转角Sf'的计算公式为：6f' = 6sw/i;
[0034]202)根据前轴中心等效转角Sf'，计算内、外前轮转角Sif'、S。/，其计算公式如 下：
【主权项】
1. 一种四轮独立转向汽车的转向控制方法，其特征在于，包括如下步骤： i )数据采集处理模块实时采集驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息，并对采集 的驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息进行初步处理； ii )根据步骤i)的驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息，转向模式判别模块将 当前状态下汽车的目标转向模式判别为调整模式、四轮模式、过渡模式I或过渡模式II中 的一种； iii) 根据步骤i)的驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息，车轮转角计算模块同 时计算调整模式下的车轮转角数值和四轮模式下的车轮转角数值； iv) 根据步骤ii)和步骤iii)的结果，转向模式协调模块对汽车的目标转向模式进行 协调转换，确定汽车的执行转向模式，计算最终车轮转角数值，并将最终车轮转角数值传递 至转向执行模块执行。
2. 根据权利要求1所述的一种四轮独立转向汽车的转向控制方法，其特征在于： 所述步骤i)中的数据采集处理模块分别与转向模式判别模块、车轮转角计算模块和 转向执行模块相连，所述的转向模式协调模块同时连接转向模式判别模块、车轮转角计算 模块和转向执行模块； 数据采集处理模块包括采集模块和处理模块两部分； 所述采集模块实时采集驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息；所述采集模块包括 纵向车速传感器、侧向车速传感器、方向盘转角传感器、陀螺仪和车轮转角传感器；采集模 块采集的驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息包括转向灯状态、实际车轮转角、方向 盘转角Ssw、纵向车速Vx、侧向车速Vy和横摆角速度《 ^ 所述处理模块对采集的驾驶员转向意图信息和汽车状态参数信息的初步处理是指进 行国际单位转换和计算质心侧偏角0 ; 质心侧偏角0的计算公式为：0 =arctan(Vy/Vx); 其中，示纵向车速，Vy表示侧向车速。
3. 根据权利要求1所述的一种四轮独立转向汽车的转向控制方法，其特征在于： 所述步骤ii)中，转向模式判别模块根据实时采集处理的转向灯状态、纵向车速Vx、纵 向车速阈值VTx、方向盘转角Ssw和方向盘转角阈值STSW信息，将汽车的目标转向模式判别 为调整模式、四轮模式、过渡模式I或过渡模式II中的一种，并将结果传送至转向模式协调 丰旲块。
4. 根据权利要求3所述的一种四轮独立转向汽车的转向控制方法，其特征在于： 所述将汽车的目标转向模式判别为调整模式、四轮模式、过渡模式I或过渡模式II中 的一种的具体判别的步骤如下： 101)判断汽车是否应转换为四轮模式，具体判断过程如下： 如果转向灯开启，则认为汽车转向模式应转换为四轮模式；如果转向灯未开启，则对纵 向车速进行判定； 如果纵向车速大于等于设定的阈值，则认为汽车转向模式应转换为四轮模式；如果纵 向车速小于设定的阈值，则对方向盘转角进行判定； 如果方向盘转角大于等于设定的阈值，则认为汽车转向模式应转换为四轮