双模式后轮主动转向系统控制方法技术方案

本发明专利技术设计开发了双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于，包括：上层控制程序、执行器控制程序、模式切换控制程序。上层控制程序根据系统工作状态指令符的赋值，决策出不同工况下的期望后轮转角；执行器控制程序读取期望后轮转角，并根据模式切换模块执行器工作相位指令符的赋值，决策出不同工况下执行器的输出；所述模式切换控制程序依据当前车辆驾驶工况的变化，通过控制执行器的工作状态来实现左右后轮同向偏转或相向偏转两种工作模式的切换，从而适应汽车在直线行驶、直行减速、低速转向、高速转向等工况对两后轮转角变化规律的需求，可有效提高汽车在低速转向时的机动性、高速转向时的操纵稳定性和制动工况下的方向稳定性。稳定性。稳定性。

【技术实现步骤摘要】
双模式后轮主动转向系统控制方法


[0001]本专利技术涉及汽车转向
，尤其是电控后轮主动转向
更具体地说，本专利技术涉及双模式后轮主动转向系统控制方法。

技术介绍

[0002]后轮转向作为一种辅助转向技术，在汽车低速行驶状态下，能够抑制转向不足特性，提高狭小空间下的转向机动性；在汽车高速行驶状态下，能够抑制过多转向特性，改善操纵稳定性。现有机械随动转向和机械式传动转向存在可控性较差、转角控制规律单一等问题，无法适应当下主动线控底盘对车辆性能改善和提升的技术需求。近年来汽车底盘线控化趋势下，出现了形式多样的电控后轮主动转向技术。目前已经在整车上得以应用的后轮主动转向执行器的工作方式主要分为两种。一种是单一执行器带动一套机械结构实现两后轮转动，如宝马7系轿车中配备的Integral后轮主动转向，采用一个后桥侧偏控制电机驱动螺杆螺母副产生轴向位移实现最大3
°
的后轮转角；凯迪拉克CT6的ARS后轮主动转向，采用了伺服电机配合五连杆悬挂实现最大3.5
°
的后轮转向角；德尔福的Quadrasteer四轮转向系统，通过后轴壳体内的电控电机驱动转向齿条执行器，根据转向盘转角信号和车速信号，控制后轮的转向动作；雷克萨斯GS350的后轮动态转向系统(DRS)中，通过直流电机驱动后转向连杆总成，控制后轮实现转向控制ECU计算出的后轮转角；奥迪RSQ8的全轮转向通过后桥中间布置的伺服电机驱动转向拉杆控制束角，实现后轮转向效果。另一种是左右后轮各由独立的执行器控制实现转动，如采埃孚公司研发出的AKC后轮主动转向装置，使用两套直流无刷电机驱动连杆机构，分别改变左右后轮前束以提供最大6
°
的后轮转角，在保时捷911Turbo、911GT3等车型上均有配备。随着底盘线控化，后轮主动转向系统已成为越来越多高端汽车的标配之一。
[0003]后轮主动转向的控制方法早期多采用古典控制理论，以质心侧偏角为零来设计后轮转角与前轮转角的比例控制。随着现代控制理论的发展，后轮主动转向也逐步采用自适应控制、鲁棒控制、μ综合控制、基于神经网络的控制等方法，能够更好地适应车辆道路系统的非线性变化和随机扰动变化来控制后轮转角，改善汽车操纵稳定性。
[0004]另外，在制动工况下，如果后轴出现侧滑，那么整车极易出现失稳的危险。因此，后轮转角除了可以用于转向工况下改善低速时的车辆机动性和高速时的操纵稳定性以外，还可以通过减小后轮前束，即控制两后轮实现八字前束，来改善汽车制动时的方向稳定性。目前市场上本田讴歌TLX
‑
L应用了一套名为PAWS的后轮主动转向技术来实现上述三种使用工况的后轮转角要求。由于讴歌的PAWS技术采用两个机电执行器，能够较为容易的控制两个后轮的独立转角，使后轮转角能够在
±
1.8
°
内独立调整。但双电机独立控制的可靠性较差，一旦单侧的执行电机损坏，那么左右后轮的运动规律将被破坏，容易对驾驶员驾驶带来危险，因此其功能安全尤为重要，目前该技术是通过冗余控制器来实现的软件冗余。但总体上，现有研究并没有对汽车左右后轮具有同向偏转和相向偏转两种模式的双模式后轮主动转向系统控制方法进行论述。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是，设计开发一种能够使双模式后轮主动转向系统通过控制左右后轮同向偏转或相向偏转两种工作模式的切换，从而适应汽车在直线行驶、直行减速、低速转向、高速转向等工况对两后轮转角变化规律需求的控制方法，可有效提高汽车在低速行驶时的机动性、高速行驶时的操纵稳定性和制动工况下的方向稳定性。
[0006]为了实现本专利技术的目的，提供的技术方案为：
[0007]双模式后轮主动转向系统控制方法，包括：
[0008]上层控制程序、执行器控制程序、模式切换控制程序。所述上层控制程序根据双模式后轮主动转向系统工作状态指令符的赋值，决策出不同工况下的期望后轮转角；所述执行器控制程序读取期望后轮转角，并根据模式切换模块执行器工作相位指令符的赋值，决策出不同工况下转角控制模块执行器与模式切换模块执行器的工作相位，通过控制两个执行器的输出，得到实际后轮转角。当系统的所工作的工况发生切换时，通过控制所述转角控制模块执行器与所述模式切换模块执行器的工作状态来实现模式切换控制。
[0009]上层控制程序包括如下步骤：
[0010]步骤一：读取CAN总线上程序所需要的信号。
[0011]步骤二：调用程序所需要的预先设定的参数。
[0012]步骤三：调用双模式后轮主动转向系统工作状态指令符与模式切换模块执行器工作相位指令符检测子程序。该子程序通过制动踏板角位移信号、汽车行驶车速信号、前轮转角信号，对双模式后轮主动转向系统工作状态的指令符“state”进行赋值。
[0013]步骤四：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为0，若判断为是，则结束程序；若判断为否，则进行步骤五。
[0014]步骤五：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为1，若判断为是，则进行步骤七；若判断为否，则进行步骤六。
[0015]步骤六：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为2，若判断为是，则进行步骤九；若判断为否，则进行步骤十。
[0016]步骤七：实时计算车身此时横向轨迹与制动初始时刻轨迹的横向位移Δy，或实时计算车身此时航向与制动初始时刻航向角位移Δξ。
[0017]步骤八：分别计算车身横向位移Δy或航向角位移Δξ，与制动初始时刻车身横向位移Δy0或制动初始时刻车身航向角位移Δξ0的偏差e
y
与e
ξ
，并将其作为控制输入，输出制动工况下维持车辆制动时方向稳定性的期望后轮转角δ
r_ref
，然后将计算出的δ
r_ref
与期望后轮转角最大值δ
r_max
进行比较，若δ
r_ref
＜δ
r_max
，则输出δ
r_ref
；若δ
r_ref
≥δ
r_max
，则输出δ
r_ref
＝δ
r_max
。
[0018]步骤九：根据建立的线性二自由度模型，计算期望横摆角速度ω
r_ref
。然后计算实际横摆角速度ω
r
与理想横摆角速度ω
r_ref
的偏差e
ω
，将e
ω
作偏差控制的输入，得到高速转向下提高车辆操纵稳定性的期望后轮转角δ
r_ref
，然后将计算出的δ
r_ref
与δ
r_max
进行比较，若δ
r_ref
＜δ
r_max
，则输出δ
r_ref
；若δ
r_ref
≥δ
r_max
，则输出δ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于，包括：上层控制程序、执行器控制程序、模式切换控制程序；其中，上层控制程序根据双模式后轮主动转向系统工作状态指令符的赋值，决策出不同工况下的期望后轮转角；执行器控制程序读取期望后轮转角，并根据模式切换模块执行器工作相位指令符的赋值，决策出不同工况下转角控制模块执行器与模式切换模块执行器的工作相位，通过控制两个执行器的输出，得到实际后轮转角；模式切换控制程序，当系统的所工作的工况发生切换时，通过控制转角控制模块执行器与模式切换模块执行器的工作状态来实现模式切换控制。2.如权利要求1所述的双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于，所述上层控制程序包括如下步骤：步骤一：读取CAN总线上程序所需要的信号；步骤二：调用程序所需要的预先设定的参数；步骤三：调用双模式后轮主动转向系统工作状态指令符与模式切换模块执行器工作相位指令符检测子程序，该子程序通过制动踏板角位移信号、汽车行驶车速信号、前轮转角信号，对双模式后轮主动转向系统工作状态的指令符“state”进行赋值；步骤四：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为0，若判断为是，则结束程序；若判断为否，则进行步骤五；步骤五：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为1，若判断为是，则进行步骤七；若判断为否，则进行步骤六；步骤六：判断双模式后轮主动转向系统工作状态指令符state是否取值为2，若判断为是，则进行步骤九；若判断为否，则进行步骤十；步骤七：实时计算车身此时横向轨迹与制动初始时刻轨迹的横向位移Δy，或实时计算车身此时航向与制动初始时刻航向角位移Δξ；步骤八：计算制动工况下的期望后轮转角δ
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；步骤九：计算高速转向工况下的期望后轮转角δ
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；步骤十：计算低速转向工况下的期望后轮转角δ
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；步骤十一：输出期望后轮转角δ
r_ref
，结束。3.如权利要求1所述的双模式后轮主动系统控制方法，其特征在于，所述执行器控制程序包括如下步骤：步骤一：读取期望后轮转角δ
r_ref
；步骤二：检测转角控制模块执行器和模式切换模块执行器是否失效，若至少一个失效，则向双模式后轮主动转向ECU返回执行器维修指令；若两个都未失效，则执行步骤三；步骤三：调用双模式后轮主动转向系统工作状态指令符与模式切换模块执行器工作相位指令符检测子程序，该子程序依据制动踏板角位移信号、汽车行驶车速信号和前轮转角信号，对模式切换模块执行器工作相位指令符“mode”进行赋值；步骤四：判断模式切换模块执行器工作相位指令符mode是否取值为1，若判断为是，则模式切换模块执行器调至制动相位，然后执行步骤六；若判断为否，则执行步骤五；步骤五：判断模式切换模块执行器工作相位指令符mode是否取值为2，若判断为是，则
模式切换模块执行器调至转向相位，然后执行步骤六；若判断为否，则结束程序；步骤六：选择转角控制模块执行器工作相位；步骤七：计算转角控制模块执行器的广义工作行程x；步骤八：判断转角控制模块执行器广义工作行程x是否小于转角控制模块执行器允许的最大工作行程x
max
，若判断为是，则输出x；若判断为否，则输出x＝x
max
；步骤九：计算实际后轮转角δ
r
；步骤十：将得到的实际后轮转角δ
r
返回步骤七，作闭环控制；步骤十一：结束程序。4.如权利要求2或3所述的双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于，上层控制程序和执行器控制程序，通过调用双模式后轮主动转向系统工作状态指令符与模式切换模块执行器工作相位指令符检测子程序，对双模式后轮主动转向系统工作状态的指令符“state”和模式切换模块执行器工作相位指令符“mode”进行赋值，具体赋值规则如下：定义“state＝0”为双模式后轮主动转向系统不工作时的指令，“state＝1”为双模式后轮主动转向系统工作在直行减速工况下的指令，“state＝2”为双模式后轮主动转向系统工作在高速转向工况下的指令，“state＝3”为双模式后轮主动转向系统工作在低速转向工况下的指令；定义“mode＝0”为模式切换模块执行器不工作的指令，“mode＝1”为模式切换模块执行器调至制动相位的指令，“mode＝2”为模式切换模块执行器调至转向相位的指令；当制动踏板角位移θ
b
＞θ
b0
时，汽车处于制动工况，接下来判断前轮转角δ
f
是否为0，若δ
f
＝0，则输出指令“state＝1”、“mode＝1”，若δ
f
≠0，则输出指令“state＝0”、“mode＝0”；当制动踏板角位移θ
b
≤θ
b0
时，汽车处于非制动工况，接下来先判断前轮转角δ
f
是否为0，若δ
f
＝0，则输出指令“state＝0”、“mode＝0”，若δ
f
≠0，则继续判断汽车车速u
c
是否小于低车速阈值u
low
，若u
c
＜u
low
，则输出指令符“state＝3”、“mode＝2”，若u
c
≥u
low
，则继续判断汽车车速u
c
是否大于高车速阈值u
high
，若u
c
＞u
high
，则输出指令符“state＝2”、“mode＝2”，若u
c
≤u
high
，则输出指令符“state＝0”、“mode＝0”；作为一种优选，低车速阈值u
low
可以选作30km/h，高车速阈值u
high
可以选作60km/h；作为一种优选，制动踏板角位移阈值θ
b0
可以取一个较大的开度角，因为只有制动力较大时，制动跑偏的可能性才较大，目的是当制动减速度达到一定程度时才输出“state＝1”。5.如权利要求2所述的双模式后轮主动转向系统控制方法，其特征在于，上层控制程序还包括：由驾驶员模型的简化传递函数公式计算出车身横向位移Δy，其中T为前视时间，该公式的含义为汽车横向位移Δy对预期轨迹输入f的传递函数；由公式e
y
＝Δy
‑
Δy0计算车身横...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军年，朱可夫，付东旭，庄硕，范瑞浩，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：