一种线控四轮转向汽车制造技术

本实用新型专利技术公开了一种线控四轮转向汽车，包括方向盘，上转向柱，方向盘转角传感器，路感电机，前轮转向电机及其减速机构，前轮转向电机转矩传感器，下转向柱，前轮齿轮齿条转向器，前转向横拉杆，前转向节臂，前转向节，前轮轮胎，后轮转向电机及其减速机构，后轮转向电机转矩传感器，下转向柱，后轮齿轮齿条转向器，后转向横拉杆，后转向节臂，后转向节，后轮轮胎，轮胎力传感器，横摆角速度传感器，侧向加速度传感器。

A Wire-Controlled Four-Wheel Steering Vehicle

The utility model discloses a wire-controlled four-wheel steering vehicle, which comprises a steering wheel, an upper steering column, a steering wheel angle sensor, a road induction motor, a front wheel steering motor and its deceleration mechanism, a front wheel steering motor torque sensor, a lower steering column, a front wheel gear rack steering gear, a front steering horizontal pull rod, a front steering knuckle, a front wheel tyre, a rear wheel steering motor and its reduction. Speed mechanism, rear wheel steering motor torque sensor, down steering column, rear wheel gear rack steering gear, rear steering tie rod, rear steering knuckle arm, rear steering knuckle, rear wheel tire, tire force sensor, yaw angular speed sensor, lateral acceleration sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种线控四轮转向汽车
本技术属于汽车转向系统
，具体涉及一种线控四轮转向汽车，尤其是一种具有容错功能的线控四轮转向汽车。
技术介绍
现代汽车技术不断发展，尤其是汽车电子技术给整车性能的提高带来了巨大空间。在现有机械结构基本成型的前提下，电子技术与机械合理结合将成为未来汽车进一步提高自身性能的重要手段。随着汽车向高速化、智能化发展,线控转向系统取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接，由电机驱动转向系统控制汽车的转向运动，同时转向时的方向盘阻力矩也由电机模拟产生。线控转向系统完全摆脱了传统转向系统机械连接的限制，理论上可以自由设计汽车转向系统的角传递特性和力传递特性，为汽车转向特性的设计带来了广阔的空间，具有广泛的应用市场和发展前景。四轮转向技术并不是一项新兴的技术，早在20世纪初，日本政府颁发的四轮转向专利证书开启了人们对四轮转向技术的研究。该系统不仅可以提高汽车低速行驶的灵活性，而且可以改善汽车高速行驶时的稳定性和安全性。线控四轮转向汽车，结合了线控转向系统和四轮转向系统，依靠前轮和后路两个主动输入，使汽车具有最优的转向性能。通过转向电机的转矩内环控制和线控四轮转向汽车的轮胎力外环控制，有效的完成线控四轮转向汽车的稳定性控制。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本技术提供一种线控四轮转向汽车，提供了线控四轮转向汽车基于轮胎力和转向电机转矩的直接控制方法，使线控四轮转向汽车拥有良好的转向特性。技术方案：为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种线控四轮转向汽车，其特征在于：包括ECU和分别与其连接的方向盘控制系统、轮胎控制系统及传感器系统；其中，所述方向盘控制系统依次包括方向盘与上转向柱和路感电机；所述轮胎控制系统由前轮控制系统和后轮控制系统组成，分别均包括依次连接的前后轮转向电机、轮胎转向电机减速器、轮胎下转向柱、轮胎齿轮齿条转向器、轮胎转向横拉杆、轮胎转向节臂、轮胎转向节和轮胎；所述ECU分别连接路感电机和前后轮转向电机；所述传感器系统将信号传输给ECU，经ECU处理后输出相应的信号给前后轮转向电机；所述传感器系统包括：方向盘转角传感器，位于上转向柱上，用于检测并输出方向盘转角信号；轮胎转向电机转矩传感器，位于轮胎下转向柱上，用于检测并输出轮胎转向电机输出转矩信号；轮胎转角传感器，位于轮胎转向节上，用于检测并输出轮胎转角信号；轮胎力传感器，位于轮胎上，用于检测并输出轮胎侧向力信号；横摆角速度传感器，位于车身上，用于检测并输出车辆横摆角速度信号；侧向加速度传感器，位于汽车质心处，用于检测并输出加速度信号；。所述ECU包括相互连接的：参考模型模块，用于接收转角信号，并得出理想角度参数；角度偏差求解器，用于求解理想角度参数与实际角度参数的角度偏差值；μ外环控制器，用于根据角度偏差值得到理想轮胎力信号；转化模块，用于将理想轮胎力信号转化为理想转向电机转矩信号；电机转矩偏差求解器，用于求解理想转向电机转矩信号与实际转向电机输出转矩信号的电机转矩偏差值；PID内环控制器，用于根据电机转矩偏差值得到前后轮转向电机的电压输入信号，转向电机的电压输入信号输出至前后轮转向电机。进一步的，轮胎转向电机转矩传感器测得轮胎转向电机输出转矩，实现汽车的转向电机转矩的PID内环控制；轮胎力传感器测得轮胎侧向力，实现汽车的轮胎力μ外环控制。进一步的，还包括线控四轮转向不确定系统，角度偏差求解器、μ外环控制器、线控四轮转向不确定系统相互连接形成μ控制系统，用于求解μ外环控制器，根据角度偏差值得到理想轮胎力信号。上述的线控四轮转向汽车的控制方法，包括以下步骤：步骤1.参考模型模块根据方向盘转角传感器(2)传输的方向盘转角信号和汽车制动系统中的速度传感器传输的车速信号，得到汽车的理想角度参数，所述角度参数包括质心侧偏角和横摆角速度；此处的车速信号指的是汽车行驶速度，关于汽车的速度传感器属于制动系统，制动系统中的速度传感器信号通过CAN总线共享到转向系统中。步骤2.角度偏差求解器根据理想角度参数与实际角度参数的偏差，得到角度偏差值；步骤3.μ外环控制器根据角度偏差值得到理想轮胎力信号；步骤4.理想轮胎力信号经转化模块转化为理想转向电机转矩信号，与轮胎转向电机转矩传感器传输的实际转向电机转矩信号，通过电机转矩偏差求解器得到电机转矩偏差值，经过PID控制器得到前后轮转向电机的电压输入信号，前后轮转向电机电压输入信号输出到前后轮转向电机，完成线控四轮转向汽车内外环控制。进一步的，所述理想角度参数中的理想质心侧偏角β*取值为0；理想横摆角速度r*由下列公式求得：式中，ux为汽车车速，L为汽车轴距，Gsw为理想横摆角速度增益，a为质心到前轴轴距，b为质心到后轴轴距，k1为前轮偏侧刚度，k2为后轮偏侧刚度，δf为前轮转角，δd为方向盘转角信号，is为汽车转向系统传动比。进一步的，所述步骤3中，μ外环控制器根据角度偏差值得到理想轮胎力信号的具体方法为：首先建立线控四轮转向汽车的二自由度模型：式中，m为整车质量，a为质心到前轴轴距，b为质心到后轴轴距，δf为前轮转角，δr为后轮转角，Iz为整车绕z轴转动惯量，β为车辆质心侧偏角，r为车辆横摆角速度，FYf为前轮轮胎侧偏力，FYr为后轮轮胎侧偏力，ux为汽车车速；将侧向轮胎力定为参数不确定性，表示为：式中，和分别为FYf和FYr的名义值，Δ1和Δ2为侧向轮胎力的不确定性；以汽车车速为控制输入，以理想横摆角速度r*和理想质心侧偏角β*为外部输入，求取前后轮胎力外环控制的μ外环控制器；角度偏差求解器、μ外环控制器、线控四轮转向不确定系统相互连接形成μ控制系统；根据Matlab鲁棒控制器sysic函数建立线控四轮转向不确定系统，并根据dksyn函数求解μ外环控制器。进一步的，所述质心侧偏角信号β采用状态参数估计，应用自适应卡尔曼滤波算法求解，具体估计过程为：根据线控四轮转向汽车的整车二自由度方程式(1)求得β；且量测方程为：式中，ay为侧向加速度；滤波方程预测方程为：式中，为k-1时刻线控四轮转向系统的状态量；uk-1|k-1为k-1时刻线控四轮转向系统的输入量；Φk|k-1和Ψk|k-1为系统状态矩阵；为中间时刻的估计量；误差协方差预测方程：Pk|k-1＝SkΦk,k-1Pk-1|k-1Φk,k-1T+Γk,k-1Qk-1Γk,k-1T(6)式中，Sk为自适应卡尔曼滤波加权矩阵；Pk-1|k-1为k-1时刻的协方差矩阵；Qk-1为k-1时刻的噪声变化矩阵；Γk,k-1为噪声矩阵转化矩阵；Pk|k-1为中间时刻估计的协方差矩阵；卡尔曼增益方程为：式中，Hk为系统观测矩阵；Rk为噪声矩阵；Kk为卡尔曼增益；状态估计校正方程为：式中，为k时刻线控四轮转向系统状态估计值；误差协方差估计校正：Pk|k＝[I-KkHk]Pk|k-1(9)式中，Pk|k为k时刻的协方差矩阵。进一步的，所述步骤4中，由转向电机电压输入到转向电机输出转矩，由转向电机的微分方程求得：转向电机电枢回路的微分方程为：式中，Lm为转向电机电枢电感，i为转向电机电枢电流，R为转向电机电枢电阻，Em为转向电机反电动势，U为转向电机电枢两端电压，Kb为转向电机反电动势常数，θm为转向电机转角；根据牛顿运动定律，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线控四轮转向汽车，其特征在于：包括ECU(21)和分别与其连接的方向盘控制系统、轮胎控制系统及传感器系统；其中，所述方向盘控制系统依次包括方向盘(1)与上转向柱(3)和路感电机(4)；所述轮胎控制系统由前轮控制系统和后轮控制系统组成，分别均包括依次连接的前后轮转向电机(5、13)、轮胎转向电机减速器(6、14)、轮胎下转向柱(7、15)、轮胎齿轮齿条转向器(8、16)、轮胎转向横拉杆(9、17)、轮胎转向节臂(10、18)、轮胎转向节(11、19)和轮胎(12、20)；所述ECU(21)分别连接路感电机(4)和前后轮转向电机(5、13)；所述传感器系统将信号传输给ECU(21)，经ECU(21)处理后输出相应的信号给前后轮转向电机(5、13)；所述传感器系统包括：方向盘转角传感器(2)，位于上转向柱(3)上，用于检测并输出方向盘转角信号；轮胎转向电机转矩传感器，位于轮胎下转向柱(7、15)上，用于检测并输出轮胎转向电机输出转矩信号；轮胎转角传感器，位于轮胎转向节(11、19)上，用于检测并输出轮胎转角信号；轮胎力传感器，位于轮胎(12、20)上，用于检测并输出轮胎侧向力信号；横摆角速度传感器，位于车身上，用于检测并输出车辆横摆角速度信号；侧向加速度传感器，位于汽车质心处，用于检测并输出加速度信号；所述ECU(21)包括相互连接的：参考模型模块，用于接收转角信号，并得出理想角度参数；角度偏差求解器，用于求解理想角度参数与实际角度参数的角度偏差值；μ外环控制器，用于根据角度偏差值得到理想轮胎力信号；转化模块，用于将理想轮胎力信号转化为理想转向电机转矩信号；电机转矩偏差求解器，用于求解理想转向电机转矩信号与实际转向电机输出转矩信号的电机转矩偏差值；PID内环控制器，用于根据电机转矩偏差值得到前后轮转向电机(5、13)的电压输入信号，转向电机的电压输入信号输出至前后轮转向电机(5、13)。...

【技术特征摘要】
1.一种线控四轮转向汽车，其特征在于：包括ECU(21)和分别与其连接的方向盘控制系统、轮胎控制系统及传感器系统；其中，所述方向盘控制系统依次包括方向盘(1)与上转向柱(3)和路感电机(4)；所述轮胎控制系统由前轮控制系统和后轮控制系统组成，分别均包括依次连接的前后轮转向电机(5、13)、轮胎转向电机减速器(6、14)、轮胎下转向柱(7、15)、轮胎齿轮齿条转向器(8、16)、轮胎转向横拉杆(9、17)、轮胎转向节臂(10、18)、轮胎转向节(11、19)和轮胎(12、20)；所述ECU(21)分别连接路感电机(4)和前后轮转向电机(5、13)；所述传感器系统将信号传输给ECU(21)，经ECU(21)处理后输出相应的信号给前后轮转向电机(5、13)；所述传感器系统包括：方向盘转角传感器(2)，位于上转向柱(3)上，用于检测并输出方向盘转角信号；轮胎转向电机转矩传感器，位于轮胎下转向柱(7、15)上，用于检测并输出轮胎转向电机输出转矩信号；轮胎转角传感器，位于轮胎转向节(11、19)上，用于检测并输出轮胎转角信号；轮胎力传感器，位于轮胎(12、20)上，用于检测并输出轮胎侧向力信号；横摆角速度传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦晓熙，赵万忠，王春燕，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32