CN101618733B - 汽车前后轮主动转向控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明是一种汽车工程技术领域的汽车前后轮主动转向控制***,方向盘转向角传感器分别连接主动转向电子控制单元,方向盘转向角传感器一端与方向盘连接,方向盘转向角传感器另一端与前轮转向电机伺服控制单元连接,前轮转向电机伺服控制单元分别与前轮转向角位移传感器和前轮转向执行机构连接,后轮转向电机伺服控制单元分别与后轮转向角位移传感器和后轮转向执行机构连接,前轮转向执行机构连接前轮,后轮转向执行机构连接后轮。本发明将前轮主动转向和后轮主动转向结合起来,提高车辆的侧向动力学性能;改善驾驶员驾驶特性,增强车辆的操纵稳定性;根据车辆行驶工况和运行参数,实时改变前、后轮转向角,保证车辆响应跟随参考车辆模型的输出响应。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种汽车工程技术领域的控制***,具体是一种汽车前后轮主动转向控制***。
背景技术
汽车转向控制***主要用来控制汽车的侧向运动。近年来,主动转向***,包括前轮主动转向***(AFS)和后轮主动转向***(ARS),已经在实车上得到应用。前轮主动转向***根据车辆行驶工况,提供一个修正的前轮转向角,能够为驾驶员提供更好的操控性能。后轮主动转向(也称为四轮转向,4WS)控制后轮转向角,改变后轮侧向力,使后轮直接参与车辆侧向运动的控制。但是,无论是前轮主动转向还是后轮主动转向都只能提供一个控制输入:前轮修正转向角或者后轮转向角。横摆角速度和质心侧偏角是汽车侧向动力学中的两个重要变量。为了提高车辆动力学性能,需要同时控制横摆角速度和质心侧偏角。从控制理论的角度来讲,要同时控制这两个变量则至少需要两个独立的控制输入。对于装备电子稳定性程序(ESP)或者直接横摆力矩控制(DYC)的汽车,通过影响左右车轮纵向力(制动力或驱动力)来控制车辆运动,能够提高汽车主动安全性。虽然制动力或者驱动力可以作为除转向角外的另一个控制输入,但是由于ESP、DYC不能直接对车轮侧向力进行控制,在大多数情况下,ESP、DYC不能对汽车侧向运动进行有效控制。而且由于制动会导致车辆减速,影响驾驶员驾驶舒适性。
经对现有技术文献的检索发现,公开号为:CN1986319A的中国专利申请,公开了一种汽车主动转向控制***与方法,该技术自述:汽车主动转向的控制***,包括:固定传动比控制单元,具有固定的传动比,用于根据方向盘的转角得到固定的车轮转向角;车速传感器,用于感测车辆的运行速度;可变传动比控制单元,用于根据所述车速传感器感测得到车辆行驶速度提供可变传动比,并根据该可变传动比和固定的车轮转向角获得车轮转向角。但是,由于只有一个独立的控制输入,无法同时控制汽车侧向动力学中的横摆角速度和质心侧偏角。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足,提出一种汽车前后轮主动转向控制***,把主动前轮转向***和主动后轮转向***结合起来,提供两个独立的控制输入构成前后轮主动转向***,根据车辆行驶状态,它能够主动控制前后车轮转向角,同时优化横摆角速度γ和质心侧偏角β响应,提高汽车侧向动力学性能。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明包括:主动转向电子控制单元、方向盘转向角传感器、车速传感器、横摆角速度传感器、侧向加速度传感器、前轮转向电机伺服控制单元、后轮转向电机伺服控制单元、前轮转向执行机构、后轮转向执行机构、前轮、后轮、前轮转向角位移传感器、后轮转向角位移传感器、方向盘,方向盘转向角传感器分别连接主动转向电子控制单元,方向盘转向角传感器一端与方向盘连接,方向盘转向角传感器另一端与前轮转向电机伺服控制单元连接,前轮转向电机伺服控制单元分别与前轮转向角位移传感器和前轮转向执行机构连接,后轮转向电机伺服控制单元分别与后轮转向角位移传感器和后轮转向执行机构连接,前轮转向执行机构连接前轮,后轮转向执行机构连接后轮。
所述的主动转向电子控制单元接收来自方向盘转向角传感器、车速传感器、横摆角速度传感器和侧向加速度传感器的方向盘转向角信号、车速信号、横摆角速度信号和侧向加速度信号进行分析和处理,输出控制信号发送给前轮转向电机伺服控制单元、后轮转向电机伺服控制单元。
所述的前轮转向电机伺服控制单元、后轮转向电机伺服控制单元根据接收的控制信号和前轮转向角位移信号和后轮转向角位移信号控制前轮转向执行机构和后轮转向执行机构,实现前、后轮的主动转向。
所述的主动转向电子控制单元设有一模型跟踪控制模块,模型跟踪控制模块包括:前馈控制器和反馈控制器,模型跟踪控制模块采用前馈控制+反馈控制结构,其中,参考车辆模型根据方向盘转向角信号和车速信号计算期望的车辆横摆角速度和质心侧偏角;前馈控制器使前、后轮转向角产生的横摆角速度和质心侧偏角响应满足参考车辆模型的输出响应;反馈控制器使车辆的实际的横摆角速度和质心侧偏角和参考车辆模型之间的误差最小,抑制***参数变化和外部干扰。
所述的前馈控制器和反馈控制器根据方向盘转向角、车速、横摆角速度和侧向加速度等车辆运行参数,分别产生前馈和反馈控制信号,经相加求和后,得到最终的前轮修正转向角和后轮转向角信号,并将该信号分别输入到前转向电机伺服控制单元和后转向电机伺服控制单元。
本发明在车辆行驶过程中,当驾驶员转动方向盘或者受到侧向风干扰以及进入两侧地面摩擦系数不同的对开路面时,主动转向电子控制单元根据方向盘转向角传感器、车速传感器、横摆角速度传感器和侧向加速度传感器的信号输入,分析并判断当前车辆的行驶状态,根据参考车辆模型设计前馈控制器,计算前馈控制输入;同时根据横摆角速度信号、车速信号以及侧向加速度信号得出当前车辆的横摆角速度和质心侧偏角,并将其与参考车辆模型的期望值进行比较,计算当前值与期望值之间的误差,并根据该误差设计反馈控制器,计算反馈控制输入。前馈控制输入和反馈控制输入综合后产生最终的控制输入。前、后转向电机伺服控制单元根据该控制输入以及前、后轮转向角位移传感器的输入信号来控制转向执行机构,实现前、后车轮的主动转向。
由于采用了上述方案,本发明所具有的积极效果是:
1.将前轮主动转向和后轮主动转向结合起来,提供两个独立的控制输入,能同时控制和优化车辆的横摆角速度γ和质心侧偏角β响应,提高车辆的侧向动力学性能。
2.改善驾驶员驾驶特性,增强车辆的操纵稳定性。根据车辆行驶工况和运行参数,前后轮主动转向控制***实时改变前、后轮转向角,保证车辆响应跟随参考车辆模型的输出响应。
3.采用转向电机伺服控制,能实现前、后轮转向角的精确控制,提高***的响应速度。
附图说明
图1为本发明实施例的前后轮主动转向***示意图;
图2为本发明实施例的主动转向控制***结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示,本实施例包括:主动转向电子控制单元 1、方向盘转向角传感器2、车速传感器3、横摆角速度传感器4、侧向加速度传感器5、前轮转向电机伺服控制单元6、后轮转向电机伺服控制单元7、方向盘14。主动转向电子控制单元设 有一模型跟踪控制模块,模型跟踪控制模块采用前馈控制+反馈控制结构。主动转向电子控制单元1分别连接方向盘转向角传感器2、车速传感器3、横摆角速度传感器4、侧向加速度传感器5、前轮转向电机伺服控制单元6和后轮转向电机伺服控制单元7。方向盘转向角传感器2一端与方向盘14相连,方向盘转向角传感器2另一端与前轮转向电机伺服控制单元6相连。
前轮转向角位移传感器12和前轮转向执行机构8分别连接前轮转向电机伺服控制单元6,前轮转向执行机构8连接前轮10;后轮转向角位移传感器13和后轮转向执行机构9分别连接后轮转向电机伺服控制单元7,后轮转向执行机构9连接后轮11。
驾驶员操纵方向盘14时,方向盘转向角传感器2实时检测方向盘转向角δsw。主动转向电子控制单元1对各种传感器的输入信号进行分析和处理,输出控制信号(前轮修正转向角Δδf和后轮转向角δr);前轮转向电机伺服控制单元6、后轮转向电机伺服控制单元7接受主动转向电子控制单元1输出的控制信号和前轮转向角位移传感器12及后轮转向角位移传感器13的转向角位移信号,控制前轮转向执行机构8和后轮转向执行机构9,实现前轮10和后轮11的主动转向。
如图2所示,前后轮主动转向控制***基于模型跟踪控制理论,采用前馈控制+反馈控制结构。参考车辆模型根据方向盘转向角δsw和车速u计算期望的横摆角速度γd和质心侧偏角βd。质心侧偏角估计器根据车速u、横摆角速度γ和侧向加速度ay来估算车辆实际的质心侧偏角β。前馈控制器根据参考模型的输出响应计算前馈控制输入(Δδff、δrf);反馈控制器以车辆的实际的横摆角速度γ和质心侧偏角β和参考车辆模型之间的误差作为输入,基于最优控制理论或者鲁棒控制理论,计算反馈控制输入(Δδfb、δrb),使跟踪误差最小。根据方向盘转向角δsw、车速u、横摆角速度γ和侧向加速度ay等车辆运行参数,前馈控制器产生的前馈控制信号和反馈控制器产生的反馈控制信号相加求和后产生最终的控制信号(前轮修正转向角Δδf和后轮转向角δr)输入到前轮转向电机伺服控制单元6和后轮转向电机伺服控制单元7。
本实施例将前轮主动转向和后轮主动转向结合起来,提供两个独立的控制输入:前轮修正转向角Δδf和后轮转向角δr,同时控制车辆的横摆角速度γ和质心侧偏角β,使其跟踪参考车辆模型的响应。最终的前轮转向角输入δf由驾驶员方向 盘转向角δsw和前轮修正转向角Δδf叠加而成。后轮转向角δr由主动转向电子控制单元输出的后轮转向角信号通过后轮转向电机伺服控制单元和后轮转向执行机构来实现。当车辆受到侧风干扰或者行驶在两侧地面摩擦系数不同的对开路面上时,该***能实施前后轮向,使车辆保持行驶稳定性。尤其是在对开路面上行驶时,前后轮主动转向控制***向能够更加直接和持续地对车辆动力学特性进行干预,减小外部干扰,提高车辆的行驶舒适性和安全性。
Claims (4)
1.一种汽车前后轮主动转向控制***,包括:主动转向电子控制单元、方向盘转向角传感器、车速传感器、横摆角速度传感器、侧向加速度传感器、前轮转向电机伺服控制单元、后轮转向电机伺服控制单元、前轮、后轮和方向盘,其特征在于,还包括:前轮转向角位移传感器、后轮转向角位移传感器、前轮转向执行机构和后轮转向执行机构,方向盘转向角传感器分别连接主动转向电子控制单元,方向盘转向角传感器一端与方向盘连接,方向盘转向角传感器另一端与前轮转向电机伺服控制单元连接,前轮转向电机伺服控制单元分别与前轮转向角位移传感器和前轮转向执行机构连接,后轮转向电机伺服控制单元分别与后轮转向角位移传感器和后轮转向执行机构连接,前轮转向执行机构连接前轮,后轮转向执行机构连接后轮;
所述的前轮转向电机伺服控制单元、后轮转向电机伺服控制单元根据接收的控制信号和前转向角位移信号和后转向角位移信号控制前轮转向执行机构和后轮转向执行机构,实现前、后轮的主动转向。
2.根据权利要求1所述的汽车前后轮主动转向控制***,其特征是,所述的主动转向电子控制单元接收来自方向盘转向角传感器、车速传感器、横摆角速度传感器和侧向加速度传感器的方向盘转向角信号、车速信号、横摆角速度信号和侧向加速度信号进行分析和处理,输出控制信号发送给前轮转向电机伺服控制单元、后轮转向电机伺服控制单元。
3.根据权利要求1所述的汽车前后轮主动转向控制***,其特征是,所述的主动转向电子控制单元设有一模型跟踪控制模块,模型跟踪控制模块包括:前馈控制器和反馈控制器,模型跟踪控制模块采用前馈控制+反馈控制结构,其中,参考车辆模型根据方向盘转向角信号和车速信号计算期望的车辆横摆角速度和质心侧偏角;前馈控制器使前、后轮转向角产生的横摆角速度和质心侧偏角响应满足参考车辆模型的输出响应;反馈控制器使车辆的实际的横摆角速度和质心侧偏角和参考车辆模型之间的误差最小,抑制***参数变化和外部干扰。
4.根据权利要求3所述的汽车前后轮主动转向控制***,其特征是,所述的前馈控制器和反馈控制器根据方向盘转向角、车速、横摆角速度和侧向加速度等车辆运行参数,分别产生前馈和反馈控制信号,经相加求和后,得到最终的前轮修正转向角和后轮转向角信号,并将该信号分别输入到前转向电机伺服控制单元和后转向电机伺服控制单元。
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