一种四轮独立转向汽车的转向控制方法
专利汇可以提供一种四轮独立转向汽车的转向控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于 汽车 转向控制技术领域,涉及一种四轮独立转向汽车的转向控制方法，步骤如下：1) 数据采集 处理模 块 实时采集处理驾驶员转向意图信息和汽车状态信息；2)根据步骤1)的数据信息，转向模式判别模块判别目标转向模式为调整模式、四轮模式、过渡模式Ⅰ或过渡模式Ⅱ中的一种；3)根据步骤1)的数据信息， 车轮 转 角 计算模块计算调整模式下的车轮转角和四轮模式下的车轮转角；4)根据步骤2)和步骤3)的结果，转向模式协调模块确定汽车的执行转向模式，计算最终车轮转角并将其传递给转向执行模块执行；本发明有效地解决了四轮独立转向汽车的转向控制问题，提高了轮胎侧向 力 利用率，改善了汽车的转向 稳定性 和安全性，同时也降低了转向能耗。，下面是一种四轮独立转向汽车的转向控制方法专利的具体信息内容。
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δSW、纵向车速Vx、侧向车速Vy和横摆角速度ωr；
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β；
质心侧偏角β的计算公式为：β＝arctan(Vy/Vx)；
其中，Vx表示纵向车速，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δSW和方向盘转角阈值δTSW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模块。
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模式；如果方向盘转角小于设定的阈值，则认为汽车转向模式应转换为调整模式；
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：
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；
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；
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；
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；
103)保存步骤101)的当前判断结果；
104)输出目标转向模式。
5.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；
所述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；
所述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δSW，计算调整模式下的车轮转角数值；
所述四轮模式车轮转角计算模块根据实时采集处理的方向盘转角δSW、纵向车速Vx、质心侧偏角β和横摆角速度ωr，计算四轮模式下的车轮转角数值。
6.根据权利要求5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：
所述计算调整模式下的车轮转角数值的具体计算过程为：
201)根据方向盘转角δSW以及设定的转向传动比i，计算前轴中心等效转角δf'，所述前轴中心等效转角δf'的计算公式为：δf'＝δSW/i；
202)根据前轴中心等效转角δf'，计算内、外前轮转角δif'、δof'，其计算公式如下：
其中，Tf表示前轮轮距，L表示轴距；
203)如果汽车左转，此时内前轮为左前轮、外前轮为右前轮，则令δfl'＝δif'，δfr'＝δof'；如果汽车右转，此时内前轮为右前轮、外前轮为左前轮，则令δfl'＝δof'，δfr'＝δif'；
其中，δfl'表示调整模式下的左前轮转角，δfr'表示调整模式下的右前轮转角；
204)给定两后轮转角数值为0，具体地，令：δrl'＝δrr'＝0；
其中，δrl'表示调整模式下的左后轮转角，δrr'表示调整模式下的右后轮转角；
205)输出调整模式下四个车轮转角的数值δij'；这里ij＝fl,fr,rl,rr，其中fl表示左前轮、fr表示右前轮、rl表示左后轮、rr表示右后轮。
7.根据权利要求5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：
所述计算四轮模式下的车轮转角数值的具体计算过程为：
301)根据方向盘转角δSW以及设定的转向传动比i，计算参考前轮转角 所述参考前轮转角的计算公式为：
302)根据纵向车速Vx和参考前轮转角 计算汽车的理想横摆角速度ωrd和理想质心侧偏角βd，计算公式如下：
且， |ωrd|≤|0.85·μ·g/Vx|
其中，Gω表示理想横摆角速度的稳态增益；
K表示车辆的稳定性因数；
τω表示惯性环节时间常数；
μ表示路面附着系数；
g表示重力加速度；
a、b分别表示汽车质心至前、后轴距离；
s代表拉普拉斯算子；
303)计算质心侧偏角β与理想质心侧偏角βd，以及横摆角速度ωr与理想横摆角速度ωrd之间的差值，得到相应的质心侧偏角误差eβ和横摆角速度误差eω；
304)根据质心侧偏角误差eβ、横摆角速度误差eω、纵向车速Vx和参考前轮转角 利用模型跟踪最优控制律计算前、后轮转角基值δF、δR，模型跟踪最优控制律如下：
-1 T -1 T T -1 T -1
u＝-R BPe-R B(A-PBR B) PBdud (3)
-1 T T -1 T -1
+R B(A-PBR B) P(A-Ad)xd
T
且，u＝[δF δR],
T
xd＝[βd ωrd]，
其中，Iz表示汽车的横摆转动惯量；
kf、kr代表前、后轮侧偏刚度；
m表示整车质量；
T -1 T
P为黎卡提方程PA+Q+AP-PBR BP＝0的解；
Q为控制参数；
R为控制参数；
305)计算车轮转角增值ΔδF1、ΔδF2、ΔδR1、ΔδR2，其公式如下：
且，
其中，k代表车轮转角增值系数，其取值在(0,0.25]之间；
306)利用参考前轮转角 纵向车速Vx，纵向车速阈值VTx和横摆角速度误差eω，对汽车运动状态进行判定；根据不同汽车运动状态，利用车轮转角基值δF、δR和增值ΔδF1、ΔδF2、ΔδR1、ΔδR，以合理分配轮胎侧向力为目标，计算四轮模式车轮转角，具体如下：
当Vx≥VTx, eω＜0时，判定汽车处于高速、左转、不足转向状态，采取的车轮转角计算策略为：
当Vx≥VTx, eω≥0时，判定汽车处于高速、左转、过度转向状态，采取的车轮转角计算策略为：
当Vx≥VTx, eω＜0时，判定汽车处于高速、右转、过度转向状态，采取的车轮转角计算策略为：
当Vx≥VTx, eω≥0时，判定汽车处于高速、右转、不足转向状态，采取的车轮转角计算策略为：
当Vx＜VTx, eω＜0时，判定汽车处于低速、左转、不足转向状态，采取的车轮转角计算策略为：
当Vx＜VTx, eω≥0时，判定汽车处于低速、左转、过度转向状态，采取的车轮转角计算策略为：
当Vx＜VTx, eω＜0时，判定汽车处于低速、右转、过度转向状态，采取的车轮转角计算策略为：
当Vx＜VTx, eω≥0时，判定汽车处于低速、右转、不足转向状态，采取的车轮转角计算策略为：
其中，δfl表示四轮模式下的左前轮转角，δfr表示四轮模式下的右前轮转角，δrl表示四轮模式下的左后轮转角，δrr表示四轮模式下的右后轮转角；
307)输出四轮模式下四个车轮转角的数值δij；这里ij＝fl,fr,rl,rr，其中fl表示左前轮、fr表示右前轮、rl表示左后轮、rr表示右后轮。
8.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ⅳ)中，根据汽车的目标转向模式、调整模式下的车轮转角数值δij'和四轮模式的下车轮转角数值δij，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，计算最终车轮转角并将计算结果传送至转向执行模块。
9.根据权利要求8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：
所述确定汽车的执行转向模式并计算最终车轮转角具体步骤如下：
401)通过读取内部定时器工作标志，判断汽车的前转向模式是否为过渡模式且该过渡模式未完成；
402)如果内部定时器正在工作，此时不允许进行转向模式转换，读取保存的前转向模式和定时器运行时间T并以前转向模式为执行转向模式，根据相应的计算策略计算最终车轮转角数值；
403)如果内部定时器并未工作，此时允许进行转向模式转换，对目标转向模式信息进行判别：
当目标转向模式为过渡模式Ⅰ时，启动定时器并保存过渡模式Ⅰ为前转向模式，系统以过渡模式Ⅰ为执行转向模式，并按照过渡模式Ⅰ的相应策略计算最终车轮转角final_δij，其相应计算策略为：
其中，T代表定时器运行时间；
Ttotal代表定时器设定的过渡模式总时长，Ttotal取值与转向模式判别模块中设定的时间步Tp一致；
当目标转向模式为过渡模式Ⅱ时，启动定时器并保存过渡模式Ⅱ为前转向模式，系统以过渡模式Ⅱ为执行转向模式，并按照过渡模式Ⅱ的相应策略计算最终车轮转角final_δij，其相应计算策略为：
当目标转向模式为四轮模式时，系统以四轮模式为执行转向模式，并按照四轮模式的相应策略计算最终车轮转角final_δij，其相应计算策略为：
final_δij＝δij (7)
当目标转向模式为调整模式时，系统以调整模式为执行转向模式，并按照调整模式的相应策略计算最终车轮转角final_δij，其相应计算策略为：
final_δij＝δij' (8)
404)输出最终车轮转角值final_δij；这里ij＝fl,fr,rl,rr，其中fl表示左前轮、fr表示右前轮、rl表示左后轮、rr表示右后轮。
10.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：
所述的步骤ⅳ)中的转向执行模块，根据转向模式协调模块计算的最终车轮转角以及数据采集处理模块实时采集处理的实际车轮转角，产生相应的控制指令，实现车辆转向。
一种四轮独立转向汽车的转向控制方法
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