四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制系统及方法，控制方法包括：整车控制器根据驾驶员的方向盘手力需求，确定差动助力参考曲线；电动助力转向模块根据测得的方向盘转角数据，得到助力力矩指令，发送给EPS(Electronic Power Steering，电动助力转向系统)；差动助力转向模块根据测得数据，利用差动助力参考曲线得到电动汽车的前轴差动转矩；根据测得的车辆实际横摆角速度、方向盘转角和车速数据，得到参考横摆角速度，进而得到附加横摆力矩；整车控制器利用前轴差动转矩和附加横摆力矩得到四轮驱动电机目标输出转矩。与现有技术相比，本发明专利技术具有满足驾驶员的个性化需求、提升车辆行驶安全性和减小驾驶员操纵负担等优点。 1

Steering redundancy and integrated control system and method for four wheel independent drive electric vehicle

The invention relates to a steering redundancy and integrated control system and method of four wheel independent drive electric vehicle. The control method includes: the vehicle controller determines the differential force reference curve according to the driver's steering wheel force demand, and the electric power steering module obtains the force torque instruction according to the measured steering wheel angle data. It is sent to the EPS (Electronic Power Steering, electric power steering system); the differential power steering module obtains the differential torque of the front axle of the electric vehicle based on the measured data, and uses the differential force reference curve to get the differential torque of the front axle of the electric vehicle, and the reference yaw rate is obtained according to the actual yaw rate, the steering angle and the speed data of the measured vehicle. The additional yaw moment is obtained, and the output torque of the four wheel drive motor is obtained by using the differential torque of the front axle and the additional yaw moment. Compared with the prior art, the invention has the advantages of satisfying the individual requirement of the driver, enhancing the driving safety of the vehicle and reducing the driver's control burden. One

【技术实现步骤摘要】
四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制系统及方法
本专利技术涉及汽车控制领域，尤其是涉及一种四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制系统及方法。
技术介绍
四轮独立驱动电动汽车是将四个驱动电机分别直接安装在驱动轮内或驱动轮附近，具有结构简单、传动路径短、传动效率高等特点。电动机既是汽车的信息单元，又是快速反应的控制执行单元。由于各个电动轮均能独立控制，通过改变单个车轮电机的转矩和转速等参数，可以有效控制每个车轮的动力学状态。分布式驱动电动汽车在转向时，为了减轻驾驶员动作在方向盘上的操作力，使用外来动力而产生转向补助力的系统称为转向助力系统。目前，无论是电动转向助力系统还是线控转向系统均需要在转向系中增加助力电机，当助力电机失效或助力系统通讯故障时，驾驶员会明显感受到转向困难。对于线控转向系统，实现冗余控制不可或缺，但目前的解决方案硬件结构颇为繁杂。此外，对于四轮独立驱动电动汽车，还会产生差动助力转向曲线如何制定、差动助力转向与操纵性改善控制协调时四轮转矩分配等一系列问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制系统及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制方法，所述的方法包括以下步骤：S1、整车控制器根据驾驶员的方向盘手力需求，确定差动助力参考曲线；S2、电动助力转向模块根据测得的方向盘转角和车速数据，得到助力力矩指令，发送给EPS助力电机；S3、差动助力转向模块根据测得的方向盘转矩和车速数据，利用差动助力参考曲线得到电动汽车的前轴差动转矩；S4、根据测得的车辆实际横摆角速度、方向盘转角和车速数据，得到参考横摆角速度，并计算得到附加横摆力矩；S5、整车控制器利用前轴差动转矩和附加横摆力矩计算得到四轮驱动电机的目标输出转矩。优选地，所述的步骤S1中的差动助力参考曲线的三个坐标轴分别为差动力矩值、转向盘力矩和车速，差动助力参考曲线的助力特性表达式为：其中，|△Tf|为前轴差动助力转矩，K(V)为车速感应系数，|Msw|为方向盘转矩，|Msw,0|为开始助力时的方向盘转矩，|Msw,max|为达到最大助力力矩时的方向盘转矩，|Tf|max,v表示车速为v时提供的最大前轴差动力矩。优选地，所述的步骤S2中的电动助力转向模块和步骤S3中的差动助力转向模块共同构成转向冗余控制模块。优选地，所述的步骤S1中整车控制器根据驾驶员的方向盘手力需求，确定多种模式下的差动助力参考曲线，即调整相同转向盘力矩和车速下的前轴差动转矩值。优选地，所述的步骤S4具体为：S401、根据驾驶员输入的方向盘转角和纵向车速得到中性转向时横摆角速度作为车辆理想参考横摆角速度；S402、采用抗积分饱和算法使车辆的横摆角速度与车辆理想参考横摆角速度趋于一致，得到附加横摆力矩。优选地，所述的步骤S5具体为：S501、将前轮右电机转矩加上二分之一前轴差动转矩得到前轴右电机输出转矩，将前轮左电机转矩减去二分之一前轴差动转矩得到前轴左电机输出转矩；S502、将附加横摆力矩减去前轴差动直接横摆力矩得到后轴所需横摆力矩；S503、将后轮右电机转矩加上后轴所需横摆力矩对应的电机转矩得到后轴右电机最终输出转矩，将后轮左电机转矩减去后轴所需横摆力矩对应的电机转矩得到后轴左电机最终输出转矩。一种采用上述任一项所述的四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与控制方法的控制系统，该控制系统包括：转向冗余控制模块，用于根据驾驶员手力需求调整前轴差动转矩并在EPS电机失效时进行转向助力；操纵性改善控制模块，用于实时跟踪车辆理想参考横摆角速度，得到需求附加横摆力矩；转矩分配模块，利用转向冗余控制模块得到的前轴差动转矩和操纵性改善控制模块得到的附加横摆力矩，输出电动汽车四轮驱动电机的目标转矩。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)驾驶员可以根据自己的驾驶喜好，选择合适的方向盘手力模式，包括轻便、正常、运动等多种模式体验，相应调整差动助力参考曲线，充分体现以人为本的汽车设计理念，满足不同驾驶员的个性化需求；(2)当转向助力电机失效时或者转向助力系统通讯故障时，保证驾驶员能够正常转向，避免因电动助力转向故障导致的转向困难问题，差动助力转向的加入使得转向具备冗余功能，提升了车辆行驶的操纵性、安全性、可靠性；(3)转向冗余控制模块不仅可应用于转向助力系统，而且可应用于替代线控转向系统的冗余结构，实现线控转向车辆的冗余控制功能，对于线控转向系统而言，实现冗余控制无需再使用两组完整硬件，差动转向可以实现冗余控制，大大地简化了线控转向系统的结构；(4)差动助力转向控制算法能显著减小转向盘转矩，也能在一定程度上减小转向盘转角，有效地减小了驾驶员操纵负担，同时，差动助力随车速的增加而减小，有效地保证了驾驶员的路感信息；(5)操纵性改善控制明显提高了整车横摆角速度响应，有效地抑制了车辆的加速不足转向特性，显著地改善了四轮独立驱动电动汽车的操纵性能；(6)通过合理分配四轮的驱、制动电机转矩，有效地协调了差动助力转向控制和操纵性改善控制控制算法，在减小驾驶员负担的同时提升了车辆的横摆角速度响应，从而有效地改善了整车的操纵性能；(7)由于本专利技术提出的方法是基于四轮独立驱动电动汽车现有的传感器配置，因此在实现上述功能的同时不必额外增加硬件，降低了生产成本。附图说明图1为本专利技术的系统框架示意图；图2为差动助力转向的助力参考曲线图；图3为操纵性改善控制算法结构框图；图4为线性二自由度车辆模型示意图；图5为模拟EPS故障情况下有无差动助力转向实车试验效果对比图；其中，1为差动助力转向模块(DDAS)，2为电动助力转向模块(EPS)，3为操纵性改善控制模块(HIC)，4为四轮转矩分配控制模块。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。实施例如图1所示，本实施例提供了一种用于四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制系统，包括：转向冗余控制模块，用于实现驾驶员对方向盘手力的个性化需求且在EPS(ElectronicPowerSteering，电动助力转向系统)电机失效时完成转向助力功能；操纵性改善控制模块3，用于跟踪车辆理想的参考横摆角速度，改善车辆操纵稳定性；四轮转矩分配控制模块4，用于实现转向冗余控制模块与操纵性改善控制模块间功能协调。其中，转向冗余控制模块包括：差动助力转向模块1(DDAS，DifferentialDriveAssistedSteering)，根据当前车辆的方向盘转矩、车速信息产生需求的前轴差动转矩；电动助力转向模块2(EPS)，根据当前车辆的方向盘转角信息、车速信息产生EPS助力电机的助力转矩指令，作用于转向系统。所述转向冗余控制模块不仅可应用于转向助力系统，而且可应用于替代线控转向系统的冗余结构，实现线控转向车辆的冗余控制功能。基于上述系统，设计得到一种用于四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制方法，具体包括下列步骤：1)整车控制器根据驾驶员本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制方法，其特征在于，所述的方法

【技术特征摘要】
1.一种四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：S1、整车控制器根据驾驶员的方向盘手力需求，确定差动助力参考曲线；S2、电动助力转向模块根据测得的方向盘转角和车速数据，得到助力力矩指令，发送给EPS助力电机；S3、差动助力转向模块根据测得的方向盘转矩和车速数据，利用差动助力参考曲线得到电动汽车的前轴差动转矩；S4、根据测得的车辆实际横摆角速度、方向盘转角和车速数据，得到参考横摆角速度，并计算得到附加横摆力矩；S5、整车控制器利用前轴差动转矩和附加横摆力矩计算得到四轮驱动电机的目标输出转矩。2.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制方法，其特征在于，所述的步骤S1中的差动助力参考曲线的三个坐标轴分别为差动力矩值、转向盘力矩和车速，差动助力参考曲线的助力特性表达式为：其中，|△Tf|为前轴差动助力转矩，K(V)为车速感应系数，|Msw|为方向盘转矩，|Msw,0|为开始助力时的方向盘转矩，|Msw,max|为达到最大助力力矩时的方向盘转矩，|Tf|max,v表示车速为v时提供的最大前轴差动力矩。3.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制方法，其特征在于，所述的步骤S2中的电动助力转向模块和步骤S3中的差动助力转向模块共同构成转向冗余控制模块。4.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动电动汽车的转向冗余与集成控制方法，其特征在于，所述的步骤S1中整车控制器根据驾驶员的方向盘手力需求...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊璐，杨兴，冷搏，余卓平，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31