一种基于动态规划的双电机线控转向系统的协调控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于动态规划的双电机线控转向系统的协调控制方法，涉及自动驾驶转向控制技术领域，解决了双电机线控转向系统能耗较高的技术问题，其技术方案要点是通过建立双电机耦合转向模型，并推导了以电机能耗最低为目标的协调控制模型；基于动态规划方法将协调控制模型进行离散求解，实现对双电机线控转向系统的动态转矩分配，在保证转向安全的前提下使汽车双电机线控转向系统能量最优，从而在不同工况下匹配最佳转向模式，提高了转向效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态规划的双电机线控转向系统的协调控制方法


[0001]本申请涉及自动驾驶转向控制
，尤其涉及一种基于动态规划的双电机线控转向系统的协调控制方法。

技术介绍

[0002]线控转向系统作为线控底盘系统的关键组成部分，一直是国内外汽车厂商及学术界研究的热点。根据中国《智能网联汽车技术路线图》规划，将在2025年实现智能线控底盘系统产业化推广应用。线控转向系统通过线控化、智能化可以实现个性驾驶、辅助驾驶、无人驾驶等目标，是智能网联汽车落地的关键技术。
[0003]线控转向系统主要结构特征在于，相比于传统机械转向系统，取消了转向管柱等机械连接装置，由电线或者电信号实现指令传递从而操纵汽车，其灵活的控制方式及快速精确的响应特性，高度符合现代汽车电动化、智能化的发展需求。通过协调控制线控转向部件，可以使转向系统具备容错功能。采用双电机线控转向系统可以大幅提升转向系统的容错能力，当一个电机发生故障时，可以由另一个电机执行转向操作，从而保证车辆的正常行驶。但是增加电机数量会带来能耗上升的问题，如何分配多个电机的输出功率，兼顾双电机转向系统的冗余安全和经济节能，是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种基于动态规划的双电机线控转向系统的协调控制方法，其技术目的是在保证车辆转向安全的情况下降低线控转向系统的整体能耗。
[0005]本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]一种基于动态规划的双电机线控转向系统的协调控制方法，双电机线控转向系统包括上层电控单元、左转向电机控制器、右转向电机控制器、左转向电机、右转向电机、左离合器、右离合器、扭矩耦合器、转向齿轮、齿条、左转向横拉杆、右转向横拉杆、左前轮和右前轮，上层电控单元对左转向电机控制器和右转向电机控制器进行控制；左转向电机控制器通过扭矩信号控制左转向电机，并控制左离合器的接合状态；右转向电机控制器通过扭矩信号控制右转向电机，并控制右离合器的接合状态；左离合器和右离合器的输出端均与扭矩耦合器的输入端连接，扭矩耦合器的输出端与转向齿轮连接，转向齿轮与齿条连接，齿条通过左转向横拉杆和右转向横拉杆分别与左前轮和右前轮连接；该方法包括：
[0007]S1：构建双电机线控转向系统的动力学模型，通过动力学模型建立双电机线控转向系统的效率模型；
[0008]S2：通过效率模型得到双电机线控转向系统的协调控制模型的待优化目标函数；
[0009]S3：构建左转向电机和右转向电机的失效模型，根据失效模型和耦合特性得到双电机线控转向系统的协调控制模型的约束条件；
[0010]S4：根据待优化目标函数和约束条件构建协调控制模型；
[0011]S5：对协调控制模型的最优解进行求解，根据最优解对双电机线控转向系统进行
协调控制。
[0012]本申请的有益效果在于：本申请所述的基于动态规划的双电机线控转向系统的协调控制方法，该方法建立了双电机耦合转向模型，并推导了以电机能耗最低为目标的协调控制模型；基于动态规划方法将协调控制模型进行离散求解，实现对双电机线控转向系统的动态转矩分配，在保证转向安全的前提下使汽车双电机线控转向系统能量最优，从而在不同工况下匹配最佳转向模式，提高了转向效率。
附图说明
[0013]图1为本申请实施例中双电机线控转向系统的结构示意图；
[0014]图2为本申请实施例中基于动态规划的双电机线控转向系统的协调控制方法的流程图；
[0015]图中：1
‑
上层电控单元，2
‑
左转向电机控制器，3
‑
左转向电机，4
‑
左离合器，5
‑
右离合器，6
‑
右转向电机，7右转向电机控制器，8
‑
扭矩耦合器，9
‑
转向齿轮，10
‑
齿条，11
‑
左前轮，12
‑
左转向横拉杆，13
‑
右转向横拉杆，14
‑
右前轮。
具体实施方式
[0016]下面将结合附图对本申请技术方案进行详细说明。
[0017]图1为本申请实施例中双电机线控转向系统的结构示意图，如图1所示，该双电机线控转向系统包括一个上层电控单元1，该上层控制单元1通过接收车辆期望前轮转向角命令δ
f
，经过双电机线控转向协调控制策略的计算，将电机的输出扭矩命令发送到左转向电机控制器2和右转向电机控制器7。左转向电机控制器2控制左转向电机3，经过左离合器4将扭矩输出到扭矩耦合器8的输入端。右转向电机控制器7控制右转向电机6，经过右离合器5将扭矩输出到扭矩耦合器8的输入端。扭矩耦合器8将耦合过后的扭矩经输出端输出到连接的转向齿轮9。齿轮齿条中的转向齿轮9转动到特定角度θ使齿条10产生横向位移。齿条10带动左转向横拉杆12和右转向横拉杆13产生位移，最后使左前轮11和右前轮14被拉动，完成转向指令。
[0018]图2为本申请实施例中基于动态规划的双电机线控转向系统的协调控制方法的流程图，该方法的具体步骤包括：
[0019]S1：构建双电机线控转向系统的动力学模型，通过动力学模型建立双电机线控转向系统的效率模型。
[0020]具体地，双电机线控转向系统的动力学模型表示为：
[0021][0022]其中，θ表示齿轮转角，B
R
表示等效阻尼系数，J
R
表示等效转动惯量，G表示齿轮转角到车轮的减速，T表示扭矩耦合器的输出扭矩，τ
R
表示轮胎的回正力矩，t
L
和t
R
分别表示左前轮和右前轮的拖距，β表示车辆质心侧偏角，a表示车辆质心到前轴的距离，u表示车辆纵向车速，ω
r
表示横摆角速度，δ
f
表示前轮转角，k1表示前轮侧偏刚度。
[0023]通过动力学模型建立双电机线控转向系统的效率模型，包括：
[0024]根据动力学模型，通过上层电控单元获取车辆的期望齿轮转角θ
req
，并对车辆需求的转向扭矩T
req
进行计算，将需求的转向扭矩T
req
按比例α在左转向电机和右转向电机之间进行分配，表示为：
[0025][0026]其中，T
m1
表示左转向电机提供的转向扭矩，T
m2
表示右转向电机提供的转向扭矩；
[0027]根据T
m1
和T
m2
建立双电机线控转向系统的效率模型，表示为：
[0028][0029]其中，P
m1
和P
m2
分别表示左转向电机和右转向电机的功率，ω
m1
和ω
m2
分别表示左转向电机和右转向电机的转速，η
m1
和η
m2<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态规划的双电机线控转向系统的协调控制方法，双电机线控转向系统包括上层电控单元、左转向电机控制器、右转向电机控制器、左转向电机、右转向电机、左离合器、右离合器、扭矩耦合器、转向齿轮、齿条、左转向横拉杆、右转向横拉杆、左前轮和右前轮，上层电控单元对左转向电机控制器和右转向电机控制器进行控制；左转向电机控制器通过扭矩信号控制左转向电机，并控制左离合器的接合状态；右转向电机控制器通过扭矩信号控制右转向电机，并控制右离合器的接合状态；左离合器和右离合器的输出端均与扭矩耦合器的输入端连接，扭矩耦合器的输出端与转向齿轮连接，转向齿轮与齿条连接，齿条通过左转向横拉杆和右转向横拉杆分别与左前轮和右前轮连接；其特征在于，该方法包括：S1：构建双电机线控转向系统的动力学模型，通过动力学模型建立双电机线控转向系统的效率模型；S2：通过效率模型得到双电机线控转向系统的协调控制模型的待优化目标函数；S3：构建左转向电机和右转向电机的失效模型，根据失效模型和耦合特性得到双电机线控转向系统的协调控制模型的约束条件；S4：根据待优化目标函数和约束条件构建协调控制模型；S5：对协调控制模型的最优解进行求解，根据最优解对双电机线控转向系统进行协调控制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，动力学模型表示为：其中，θ表示齿轮转角，B
R
表示等效阻尼系数，J
R
表示等效转动惯量，G表示齿轮转角到车轮的减速，T表示扭矩耦合器的输出扭矩，τ
R
表示轮胎的回正力矩，t
L
和t
R
分别表示左前轮和右前轮的拖距，β表示车辆质心侧偏角，a表示车辆质心到前轴的距离，u表示车辆纵向车速，ω
r
表示横摆角速度，δ
f
表示前轮转角，k1表示前轮侧偏刚度；通过动力学模型建立双电机线控转向系统的效率模型，包括：根据动力学模型，通过上层电控单元获取车辆的期望齿轮转角θ
req
，并对车辆需求的转向扭矩T
req
进行计算，将需求的转向扭矩T
req
按比例α在左转向电机和右转向电机之间进行分配，表示为：其中，T
m1
表示左转向电机提供的转向扭矩，T
m2
表示右转向电机提供的转向扭矩；根据T
m...

【专利技术属性】
技术研发人员：方振伍，韩东明，王金湘，严永俊，张奇祥，殷国栋，温成浩，黄思遥，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：