CN112519876A - 一种电动独立转向***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动独立转向***及其控制方法，属于机动车转向装置领域，包括:角度传感器、速度传感器、惯性导航模块、轴距测量模块、驻车信号测量单元、停机信号测量单元和控制单元，所述速度传感器设置在行驶轮上，所述惯性导航模块、轴距测量模块、驻车信号测量单元、停机信号测量单元、角度传感器和控制单元设置在车架上。本发明公开了一种电动独立转向***及其控制方法，通过对左右两侧转向轮的角度和方向进行控制，能够防止底盘滑移，溜坡；能够确保底盘转向的精确性，简化转向操作以确保尽快达到操作者预期的航向方向。

Description

一种电动独立转向***及其控制方法

技术领域

本发明公开了一种电动独立转向***及其控制方法，属于机动车转向装置领域。

背景技术

随着技术的发展，电动转向逐渐的取代传统机械转向。目前，普遍使用的电动转向***仍是采用单一电动机为驾驶员提供辅助转向力。左右侧转向轮在传动结构上依然采用阿克曼转向模型。这种电动转向***无法在本质上解决转向时左右侧车轮打滑的问题，此外在功能上无法满足现代复杂工况的需求。另外，随着使用工况越来越多样化，应用环境更加恶劣，移动平台固定的轴距已经无法满足使用要求。在狭小的使用空间，往往要求移动平台轴距较小，提高转向灵活性，进而提高平台通过性。在载重较大，重量分布不均的情况下，往往要求移动平台具有较大的轴距，减小载荷的轴向转移，提高移动平台的稳定性。显然，目前的电动转向***无法满足独立转向以及轴距变化情况下的转向需求。

发明内容

本发明设计开发了一种电动独立转向***控制方法，克服了现有电动转向***无法在本质上解决转向时左右侧车轮打滑等的问题以及现代复杂工况的需求。

本发明所要解决的问题是由以下技术方案实现的：

一种电动独立转向***，包括：角度传感器、速度传感器、惯性导航模块、轴距测量模块、驻车信号测量单元、停机信号测量单元和控制单元，所述速度传感器设置在行驶轮上，所述惯性导航模块、轴距测量模块、驻车信号测量单元、停机信号测量单元、角度传感器和控制单元设置在车架上。

优选的是，具体步骤如下：

步骤S10，通过驻车信号测量单元、停机信号测量单元判断是否能检测到驻车信号和停机信号,根据检测结果，测量轴距数据、输入转向数据和行驶速度数据；

步骤S20，通过轴距数据、输入转向数据和行驶速度数据得到左右侧转向轮的转向角。

优选的是，所述通过驻车信号测量单元、停机信号测量单元判断是否能检测到驻车信号和停机信号,根据检测结果，测量轴距数据、输入转向数据和行驶速度数据包括：

当检测到驻车信号和停机信号时，执行转向轮锁死，继续下一次检测；

当检测不到驻车信号和停机信号时，执行测量轴距数据、输入转向数据和行驶速度数据。

优选的是，当测量轴距数据、输入转向数据和行驶速度数据之前还包括确保当前为转向轮锁死解除状态。

优选的是，所述确保当前为转向轮锁死解除状态，包括当转向轮锁死状态时，将执行锁死解除状态。

优选的是，所述步骤S20的具体步骤如下：

步骤S201，通过所述轴距数据和输入转向数据得到内外侧转向轮转向角与转向角速度；

步骤S202，通过所述行驶速度数据得到行驶速度权重；

步骤S203，通过所述内外侧转向轮转向角与转向角速度和行驶速度权重得到左右侧转向轮的转向角。

优选的是，通过所述行驶速度数据得到行驶速度权重，包括：判断所述输入转向数据是否为零：

是，获取内外侧转向轮转向角度和方向，判断行驶速度数据是否为零；

否，通过所述行驶速度数据得到行驶速度权重。

优选的是，所述判断所述输入转向数据是否为零，包括：

是，重新获取所述行驶速度数据；

否，通过所述行驶速度数据得到行驶速度权重。

本发明的有益效果：本发明公开了一种新型电磁可控式柔性驱动装置及其控制方法，通过磁芯推杆在通电线圈产生的感应磁场中受力提供弹力，通过控制器调节线圈电流，实现对电磁柔性机构的弹性系数的实时控制。与已知的柔性驱动相比，具有结构紧凑可靠、可调节范围广、调节方式灵活等特点。

1、该电动独立转向***在驻车及停机状态下，通过对左右两侧转向轮的角度和方向进行控制，能够防止底盘滑移，溜坡。

2、该电动独立转向***具备自动回正功能，能够确保底盘转向的精确性，简化转向操作以确保尽快达到操作者预期的航向方向。

3、该电动独立转向***能够在底盘轴距改变时，根据底盘运动学模型重新分配左右侧转向轮转角，防止转向轮打滑。

4、该电动独立转向***能够根据底盘行驶速度，调整左右侧转向轮的转角及转向角速度，防止底盘发生侧滑，甩尾进而确保底盘的稳定性。

5、该电动独立转向***在直线行驶工况下，能够采集底盘的实际航向角，进而能够在底盘行驶路径偏移时及时进行行驶方向纠正。

附图说明

图1是本发明底盘总成正常转向示意图；

图2是本发明底盘总成转向轮锁死示意图；

图3是本发明底盘总成轴距改变时正常转向示意图；

图4是本发明转向***控制硬件架构；

图5是本发明转向***控制流程图；

图6是本发明转向***转向轮锁死流程图；

图7是本发明转向***转向轮锁死解除流程图；

图8是本发明转向***测量轴距流程图；

图9是本发明转向***自动回正流程图；

图10是本发明转向***惯导调整流程图；

图11是本发明转向***转向轮转向角及转向角速度计算流程图；

图12是本发明转向***行驶速度权重流程图；

图中，1行驶轮、2车架。

具体实施方式

以下根据附图1-12对本发明做进一步说明：

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明第一实施例在现有技术的基础上提供了一种电动独立转向***，包括：角度传感器、速度传感器、惯性导航模块、轴距测量模块、驻车信号测量单元、停机信号测量单元和控制单元，速度传感器安装在行驶轮1上，惯性导航模块、轴距测量模块、驻车信号测量单元、停机信号测量单元、角度传感器和控制单元安装在车架2上。其中，转向输入角度传感器其用于测量操作者输入的转向角度及转向角速度；速度传感器其作用在于测量底盘的行驶速度；惯性导航模块其用于测量底盘总成的航向角；轴距测量模块其用于测量底盘总成的轴距；驻车信号测量单元其用于测量驻车信号；停机信号测量单元其用于测量停机信号；控制单元其用于采集各传感器信号，并制定控制策略以及具体控制转向轮转向。

下面来介绍根据上面***的一种电动独立转向***控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤S10，通过驻车信号测量单元、停机信号测量单元判断是否能检测到驻车信号和停机信号,根据检测结果，测量轴距数据、输入转向数据和行驶速度数据，具体步骤如下：

S101：检测是否有驻车信号及停机信号。

S102：当存在驻车信号或停机信号时，执行转向轮锁死程序，回到步骤一。

其中，转向轮锁死程序其作用在于使左右两侧转向轮向相反方向旋转，防止底盘滑移及溜坡，其步骤如下：

步骤一：判断转向轮是否处于锁死状态；

步骤二：若转向轮处于锁死状态跳至步骤六，若转向轮不处于锁死状态，设置左侧转向轮转向方向为右；

步骤三：设置左侧转向轮转至最大转角位置；

步骤四：设置右侧转向轮转向方向为左；

步骤五：设置右侧转向轮转至最大转角位置；

步骤六：退出转向轮锁死程序。

S103：当不存在驻车信号或停机信号时，对转向轮锁死状态进行判断；

S104：当转向轮处于锁死状态时，执行转向轮锁死解除程序。

其中，转向轮锁死解除程序所述转向轮锁死解除程序其作用在于使左右两侧转向轮回归至绝对零点，其步骤如下：

步骤一：设置左侧转向轮转向方向为左；

步骤二：设置左侧转向轮转向角度为最大；

步骤三：设置左侧转向轮转向角速度为最大；

步骤四：设置右侧转向轮转向方向为右；

步骤五：设置右侧转向轮转向角度为最大；

步骤六：设置右侧转向轮转向角速度为最大；

步骤七：退出转向轮锁死解除程序。

S105：执行测量轴距程序，其作用在于测量底盘总成的轴距并建立底盘的运动学模型及动力学模型，步骤如下：

步骤一：测量底盘轴距l；

步骤二：底盘运动学模型建立；

步骤三：底盘运动学模型建立；

步骤四：退出测量轴距程序。

S106：采集操作者输入的转向角度及转向角速度；

S107：采集底盘总成的行驶速度；

步骤S20，通过轴距数据、输入转向数据和行驶速度数据得到左右侧转向轮的转向角，具体步骤如下：

S201：判断输入的转向角度是否为零。

S202：当输入的转向角度为零时执行自动回正程序，自动回正程序其作用在于使左右两侧转向轮回归至绝对零点，步骤如下：

步骤一：分别测量左右转向轮的方向；

步骤二：分别测量左右转向轮的角度；

步骤三：分别设置左右转向轮的方向；

步骤四：分别设置左右转向轮的角度；

步骤五：退出自动回正程序。

S203：判断底盘总成的行驶速度是否为零；

S204：当底盘总成的行驶速度为零时，回到S107；

S205：当底盘总成的行驶速度为零时执行惯导调整程序，其作用在于采集底盘总成的航向角并反复调整左右两侧转向轮的转向角使底盘总成按照预期航向角行驶，步骤如下：

步骤一：采集输入的转向角及转向角速度；

步骤二：判断转向角是否等于零，若不等于零，退出惯导调整程序；

步骤三：若输入的转向角等于零，采集底盘的航向角；

步骤四：判断底盘的航向角是否等于预期的航向角，若相等跳至步骤一；

步骤五：若底盘的航向角不等于预期的航向角，判断底盘的航向角是否大于预期航向角；

步骤六：若底盘的航向角大于预期的航向角，设置转向角的方向为预期航向角的反方向；

步骤七：设置转向角为实际航向角减预期航向角；

步骤八：根据底盘运动学模型分别计算左右转向轮转角；

步骤九：若底盘的航向角小于预期航向角，设置转向角的方向为预期航向角的方向；

步骤十：设置转向角为实际航向角减预期航向角；

步骤十一：根据底盘运动学模型分别计算左右转向轮转角；

步骤十二：跳至步骤一。

S206：执行内外侧转向轮转向角及转向角速度计算程序，内外侧转向轮转向角及转向角速度计算程序其作用在于根据操作者输入的转向角及转向角速度结合底盘总成的运动学模型计算内外侧转向轮的转向角及转向角速度，步骤如下：

步骤一：根据底盘运动学模型计算内侧转向轮转向角；

步骤二：根据底盘运动学模型计算内侧转向轮转向角速度；

步骤三：根据底盘运动学模型计算外侧转向轮转向角；

步骤四：根据底盘运动学，模型计算外侧转向轮转向角速度；

步骤五：退出内外侧转向轮转向角及转向角速度计算程序。

S207：执行行驶速度权重程序，其作用在于根据底盘的行驶速度结合底盘的动力学模型分别计算转向角及转向角速度的权重系数并对其进行修正，步骤如下：

步骤一：对行驶速度进行区间划分；

步骤二：根据行驶速度所述区间，结合底盘动力学模型计算转向角权重系数k(k1、k2.......km、kn)；

步骤三：根据行驶速度所述区间，结合底盘动力学模型计算转向角速度权重系数i(i1、i2.......im、in)；

步骤四：将内外侧转向角分别乘以k；

步骤五：将内外侧转向角速度分别乘以i；

步骤六：退出行驶速度权重程序。

S208：判断输入的转向角度是否大于零；

S209：输入的转向角度大于零，将内侧转向轮转向角及转向角速度赋值给右侧转向轮，将外侧转向轮转向角及转向角速度赋值给左侧转向轮，并进行转向，回到S101；

S210：输入的转向角度小于零，将内侧转向轮转向角及转向角速度赋值给左侧转向轮，将外侧转向轮转向角及转向角速度赋值给右侧转向轮，并进行转向，回到步S101。

具体工作过程：

控制单元首先利用驻车信号测量单元，停机信号测量单元采集底盘的驻车信号以及停机信号。当底盘处于驻车或停机状态时，控制单元将执行转向轮锁死程序。

在转向轮锁死程序中，控制单元首先判断转向轮是否处于“锁死”状态；当转向轮处于“锁死”状态时，控制单元直接退出转向轮锁死程序；当转向轮未处于“锁死”状态时，控制单元将左侧转向轮的转向方向设置为右；将左侧转向轮转向角设置为最大；将左侧转向轮转向角速度设置为最大；将右侧转向轮转向方向设置为左；将右侧转向轮转向角度设置为最大；将右侧转向轮转向角速度设置为最大；最后退出转向轮锁死程序。当底盘未处于驻车或停机状态时，控制单元判断转向轮是否处于“锁死”状态。

当转向轮处于“锁死”状态时，控制单元执行转向轮锁死解除程序，在转向轮锁死解除程序中，控制单元将左侧转向轮转向方向设置为左；将左侧转向轮转向角度设置为最大；将左侧转向轮转向角速度设置为最大；将右侧转向轮转向方向设置为右；将右侧转向轮转向角度设置为最大；将右侧转向轮转向角速度设置为最大；最后退出转向轮锁死解除程序。当转向轮未处于“锁死”状态时，控制单元执行测量轴距程序，在测量轴距程序中，控制单元利用轴距测量模块测量底盘的轴距；之后建立底盘的运动学模型；建立底盘的动力学模型；最后退出测量轴距程序。

之后控制单元利用转向输入角度传感器采集输入的转向角度及转向角速度。接着控制单元利用速度传感器采集底盘的行驶速度。紧接着判断采集的输入转向角度是否等于零。当输入转向角等于零时，控制单元执行自动回正程序，在自动回正程序中，控制单元利用转向输入角度传感器分别测量左右转向轮的方向、左右转向轮的角度；接着分别设置左右转向轮的方向及角度；最后退出自动回正程序。

在退出自动回正程序之后，判断行驶速度是否等于零。当行驶速度等于零时，控制单元转至行驶速度采集。当行驶速度不等于零时，控制单元执行惯导调整程序，在惯导调整程序中，控制单元利用转向输入角度传感器采集输入的转向角度及转向角速度；首先判断输入的转向角度是否等于零；若输入的转向角度不等于零，退出惯导调整子程序；若输入的转向角度等于零，控制单元利用惯性导航模块采集底盘的实际航向角；判断底盘的实际航向角是否等于预期航向角；若底盘的实际航向角等于预期航向角，转至采集输入的转向角度及转向角速度；若底盘的实际航向角不等于预期航向角，判断实际航向角是否大于预期航向角；若实际航向角大于预期航向角，将转向轮转向角的方向设置为预期航向角反向，将转向轮的转向角设置为实际航向角与预期航向角的差值，结合底盘的运动学模型分别计算左右转向轮的转角，最后转至采集输入的转向角度及转向角速度。若实际航向角小于预期航向角，将转向轮的转向角的方向设置为预期航向角方向，将转向轮的转向角设置为实际航向角与预期航向角的差值，结合底盘的运动学模型分别计算左右转向轮的转角，最后转至采集输入的转向角度及转向角速度。若输入的转向角度不等于零，控制单元执行内外侧转向轮转向角及转向角速度计算程序，在内外侧转向轮转向角及转向角速度计算程序中，首先根据底盘运动学模型计算内侧转向轮转向角；根据底盘运动学模型计算内侧转向轮转向角速度；接着根据底盘运动学模型计算外侧转向轮转向角；再接着根据底盘运动学模型计算外侧转向轮转向角速度；最后退出内外侧转向轮转向角及转向角速度计算程序。

接着控制单元执行行驶速度权重程序，在行驶速度权重程序中，首先对行驶速度划分区间；根据不同的区间结合底盘动力学模型计算转向角权重系数、转向角速度权重系数，并将内外侧转向角及转向角速度分别乘相应的系数，最后退出行驶速度权重程序。接着判断输入的转向角是否大于零。若输入的转向角大于零则右侧转向轮即为内侧转向轮，程序转至起始阶段检测驻车信号及停机信号。若输入的转向角小于零则左侧转向轮即为内侧转向轮，程序转至起始阶段检测驻车信号及停机信号。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，本发明技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡根据本发明实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动独立转向***，其特征在于，包括：角度传感器、速度传感器、惯性导航模块、轴距测量模块、驻车信号测量单元、停机信号测量单元和控制单元，所述速度传感器设置在行驶轮上，所述惯性导航模块、轴距测量模块、驻车信号测量单元、停机信号测量单元、角度传感器和控制单元设置在车架上。

2.一种电动独立转向***控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤S10，通过驻车信号测量单元、停机信号测量单元判断是否能检测到驻车信号和停机信号,根据检测结果，测量轴距数据、输入转向数据和行驶速度数据；

步骤S20，通过轴距数据、输入转向数据和行驶速度数据得到左右侧转向轮的转向角。

3.根据权利要求2所述的一种电动独立转向***控制方法，其特征在于，所述通过驻车信号测量单元、停机信号测量单元判断是否能检测到驻车信号和停机信号,根据检测结果，测量轴距数据、输入转向数据和行驶速度数据包括：

当检测到驻车信号和停机信号时，执行转向轮锁死，继续下一次检测；

当检测不到驻车信号和停机信号时，执行测量轴距数据、输入转向数据和行驶速度数据。

4.根据权利要求2所述的一种电动独立转向***控制方法，其特征在于，当测量轴距数据、输入转向数据和行驶速度数据之前还包括确保当前为转向轮锁死解除状态。

5.根据权利要求2所述的一种电动独立转向***控制方法，其特征在于，所述确保当前为转向轮锁死解除状态，包括当转向轮锁死状态时，将执行锁死解除状态。

6.根据权利要求1所述的一种电动独立转向***控制方法，其特征在于，所述步骤S20的具体步骤如下：

步骤S201，通过所述轴距数据和输入转向数据得到内外侧转向轮转向角与转向角速度；

步骤S202，通过所述行驶速度数据得到行驶速度权重；

步骤S203，通过所述内外侧转向轮转向角与转向角速度和行驶速度权重得到左右侧转向轮的转向角。

7.根据权利要求6所述的一种电动独立转向***控制方法，通过所述行驶速度数据得到行驶速度权重，包括：判断所述输入转向数据是否为零：

是，获取内外侧转向轮转向角度和方向，判断行驶速度数据是否为零；

否，通过所述行驶速度数据得到行驶速度权重。

8.根据权利要求7所述的一种电动独立转向***控制方法，其特征在于，所述判断所述输入转向数据是否为零，包括：

是，重新获取所述行驶速度数据；

否，通过所述行驶速度数据得到行驶速度权重。

Images