專利名稱：汽車前后輪主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種汽車工程技術(shù)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)，具體是一種汽車前后輪 主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)主要用來控制汽車的側(cè)向運動。近年來，主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)， 包括前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(AFS)和后輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ARS)，已經(jīng)在實車上得到應(yīng)用。 前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)車輛行駛工況，提供一個修正的前輪轉(zhuǎn)向角，能夠為駕駛 員提供更好的操控性能。后輪主動轉(zhuǎn)向(也稱為四輪轉(zhuǎn)向，4WS)控制后輪轉(zhuǎn)向角， 改變后輪側(cè)向力，使后輪直接參與車輛側(cè)向運動的控制。但是，無論是前輪主動 轉(zhuǎn)向還是后輪主動轉(zhuǎn)向都只能提供一個控制輸入前輪修正轉(zhuǎn)向角或者后輪轉(zhuǎn)向 角。橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角是汽車側(cè)向動力學(xué)中的兩個重要變量。為了提高車 輛動力學(xué)性能，需要同時控制橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角。從控制理論的角度來講， 要同時控制這兩個變量則至少需要兩個獨立的控制輸入。對于裝備電子穩(wěn)定性程 序(ESP)或者直接橫擺力矩控制(DYC)的汽車，通過影響左右車輪縱向力(制動力 或驅(qū)動力)來控制車輛運動，能夠提高汽車主動安全性。雖然制動力或者驅(qū)動力 可以作為除轉(zhuǎn)向角外的另一個控制輸入，但是由于ESP、 DYC不能直接對車輪側(cè)向 力進行控制，在大多數(shù)情況下，ESP、 DYC不能對汽車側(cè)向運動進行有效控制。而 且由于制動會導(dǎo)致車輛減速，影響駕駛員駕駛舒適性。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，公開號為CN1986319A的中國專利申請，公 開了一種汽車主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與方法，該技術(shù)自述汽車主動轉(zhuǎn)向的控制系統(tǒng)，
包括固定傳動比控制單元，具有固定的傳動比，用于根據(jù)方向盤的轉(zhuǎn)角得到固 定的車輪轉(zhuǎn)向角；車速傳感器，用于感測車輛的運行速度；可變傳動比控制單元， 用于根據(jù)所述車速傳感器感測得到車輛行駛速度提供可變傳動比，并根據(jù)該可變 傳動比和固定的車輪轉(zhuǎn)向角獲得車輪轉(zhuǎn)向角。但是，由于只有一個獨立的控制輸 入，無法同時控制汽車側(cè)向動力學(xué)中的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種汽車前后輪主動轉(zhuǎn)向控制系 統(tǒng)，把主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和主動后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)合起來，提供兩個獨立的控制輸 入構(gòu)成前后輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，根據(jù)車輛行駛狀態(tài)，它能夠主動控制前后車輪轉(zhuǎn)向 角，同時優(yōu)化橫擺角速度y和質(zhì)心側(cè)偏角^響應(yīng)，提高汽車側(cè)向動力學(xué)性能。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括主動轉(zhuǎn)向電子控制單元、 方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器、車速傳感器、橫擺角速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器、前 輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元、后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元、前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)、后 輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)、前輪、后輪、前輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器、后輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器、 方向盤，方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器分別連接主動轉(zhuǎn)向電子控制單元，方向盤轉(zhuǎn)向角傳 感器一端與方向盤連接，方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器另一端與前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單
元連接，前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元分別與前輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器和前輪轉(zhuǎn)向執(zhí) 行機構(gòu)連接，后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元分別與后輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器和后輪轉(zhuǎn) 向執(zhí)行機構(gòu)連接，前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)連接前輪，后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)連接后輪。
所述的主動轉(zhuǎn)向電子控制單元接收來自方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器、車速傳感器、 橫擺角速度傳感器和側(cè)向加速度傳感器的方向盤轉(zhuǎn)向角信號、車速信號、橫擺角 速度信號和側(cè)向加速度信號進行分析和處理，輸出控制信號發(fā)送給前輪轉(zhuǎn)向電機 伺服控制單元、后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元。
所述的前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元、后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元根據(jù)接收的
控制信號和前輪轉(zhuǎn)向角位移信號和后輪轉(zhuǎn)向角位移信號控制前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)和
后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)前、后輪的主動轉(zhuǎn)向。
所述的主動轉(zhuǎn)向電子控制單元設(shè)有一模型跟蹤控制模塊，模型跟蹤控制模塊
包括前饋控制器和反饋控制器，模型跟蹤控制模塊采用前饋控制+反饋控制結(jié)
構(gòu)，其中，參考車輛模型根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向角信號和車速信號計算期望的車輛橫擺
角速度和質(zhì)心側(cè)偏角；前饋控制器使前、后輪轉(zhuǎn)向角產(chǎn)生的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)
偏角響應(yīng)滿足參考車輛模型的輸出響應(yīng)；反饋控制器使車輛的實際的橫擺角速度
和質(zhì)心側(cè)偏角和參考車輛模型之間的誤差最小，抑制系統(tǒng)參數(shù)變化和外部干擾。
所述的前饋控制器和反饋控制器根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向角、車速、橫擺角速度和側(cè)
向加速度等車輛運行參數(shù)，分別產(chǎn)生前饋和反饋控制信號，經(jīng)相加求和后，得到
最終的前輪修正轉(zhuǎn)向角和后輪轉(zhuǎn)向角信號，并將該信號分別輸入到前轉(zhuǎn)向電機伺
服控制單元和后轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元。本發(fā)明在車輛行駛過程中，當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤或者受到側(cè)向風(fēng)干擾以及進 入兩側(cè)地面摩擦系數(shù)不同的對開路面時，主動轉(zhuǎn)向電子控制單元根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向 角傳感器、車速傳感器、橫擺角速度傳感器和側(cè)向加速度傳感器的信號輸入，分 析并判斷當(dāng)前車輛的行駛狀態(tài)，根據(jù)參考車輛模型設(shè)計前饋控制器，計算前饋控 制輸入；同時根據(jù)橫擺角速度信號、車速信號以及側(cè)向加速度信號得出當(dāng)前車輛 的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角，并將其與參考車輛模型的期望值進行比較，計算當(dāng) 前值與期望值之間的誤差，并根據(jù)該誤差設(shè)計反饋控制器，計算反饋控制輸入。 前饋控制輸入和反饋控制輸入綜合后產(chǎn)生最終的控制輸入。前、后轉(zhuǎn)向電機伺服 控制單元根據(jù)該控制輸入以及前、后輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器的輸入信號來控制轉(zhuǎn)向
執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)前、后車輪的主動轉(zhuǎn)向。
由于采用了上述方案，本發(fā)明所具有的積極效果是
1. 將前輪主動轉(zhuǎn)向和后輪主動轉(zhuǎn)向結(jié)合起來，提供兩個獨立的控制輸入，能 同時控制和優(yōu)化車輛的橫擺角速度y和質(zhì)心側(cè)偏角/ 響應(yīng)，提高車輛的側(cè)向動力學(xué)性能。
2. 改善駕駛員駕駛特性，增強車輛的操縱穩(wěn)定性。根據(jù)車輛行駛工況和運行 參數(shù)，前后輪主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)實時改變前、后輪轉(zhuǎn)向角，保證車輛響應(yīng)跟隨參 考車輛模型的輸出響應(yīng)。
3. 采用轉(zhuǎn)向電機伺服控制，能實現(xiàn)前、后輪轉(zhuǎn)向角的精確控制，提高系統(tǒng)的 響應(yīng)速度。


圖1為本發(fā)明實施例的前后輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例的主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括主動轉(zhuǎn)向電子控制單元l、方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器 2、車速傳感器3、橫擺角速度傳感器4、側(cè)向加速度傳感器5、前輪轉(zhuǎn)向電機伺服 控制單元6、后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元7、方向盤14。主動轉(zhuǎn)向電子控制單元設(shè)有一模型跟蹤控制模塊，模型跟蹤控制模塊采用前饋控制+反饋控制結(jié)構(gòu)。主動轉(zhuǎn) 向電子控制單元1分別連接方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器2、車速傳感器3、橫擺角速度傳 感器4、側(cè)向加速度傳感器5、前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元6和后輪轉(zhuǎn)向電機伺服 控制單元7。方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器2—端與方向盤14相連，方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器 2另一端與前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元6相連。
前輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器12和前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)8分別連接前輪轉(zhuǎn)向電機伺服 控制單元6，前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)8連接前輪10;后輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器13和后輪 轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)9分別連接后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元7，后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)9連接 后輪ll。
駕駛員操縱方向盤14時，方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器2實時檢測方向盤轉(zhuǎn)向角& 。
主動轉(zhuǎn)向電子控制單元1對各種傳感器的輸入信號進行分析和處理，輸出控制信 號(前輪修正轉(zhuǎn)向角A^和后輪轉(zhuǎn)向角《)；前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元6、后輪轉(zhuǎn)
向電機伺服控制單元7接受主動轉(zhuǎn)向電子控制單元1輸出的控制信號和前輪轉(zhuǎn)向 角位移傳感器12及后輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器13的轉(zhuǎn)向角位移信號，控制前輪轉(zhuǎn)向 執(zhí)行機構(gòu)8和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)9，實現(xiàn)前輪10和后輪11的主動轉(zhuǎn)向。
如圖2所示，前后輪主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)基于模型跟蹤控制理論，采用前饋控 制+反饋控制結(jié)構(gòu)。參考車輛模型根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向角^和車速"計算期望的橫擺角 速度&和質(zhì)心側(cè)偏角A。質(zhì)心側(cè)偏角估計器根據(jù)車速"、橫擺角速度y和側(cè)向加速 度 來估算車輛實際的質(zhì)心側(cè)偏角。前饋控制器根據(jù)參考模型的輸出響應(yīng)計算前 饋控制輸入(A^、 反饋控制器以車輛的實際的橫擺角速度y和質(zhì)心側(cè)偏角/ 和參考車輛模型之間的誤差作為輸入，基于最優(yōu)控制理論或者魯棒控制理論，計
算反饋控制輸入(Ac^、 &)，使跟蹤誤差最小。根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向角&、車速"、橫
擺角速度7和側(cè)向加速度av等車輛運行參數(shù)，前饋控制器產(chǎn)生的前饋控制信號和反 饋控制器產(chǎn)生的反饋控制信號相加求和后產(chǎn)生最終的控制信號(前輪修正轉(zhuǎn)向角
和后輪轉(zhuǎn)向角《)輸入到前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元6和后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控 制單元7。
本實施例將前輪主動轉(zhuǎn)向和后輪主動轉(zhuǎn)向結(jié)合起來，提供兩個獨立的控制輸
入前輪修正轉(zhuǎn)向角A^和后輪轉(zhuǎn)向角《，同時控制車輛的橫擺角速度^和質(zhì)心側(cè)
偏角-，使其跟蹤參考車輛模型的響應(yīng)。最終的前輪轉(zhuǎn)向角輸入《由駕駛員方向盤轉(zhuǎn)向角^和前輪修正轉(zhuǎn)向角疊加而成。后輪轉(zhuǎn)向角《由主動轉(zhuǎn)向電子控制 單元輸出的后輪轉(zhuǎn)向角信號通過后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu) 來實現(xiàn)。當(dāng)車輛受到側(cè)風(fēng)干擾或者行駛在兩側(cè)地面摩擦系數(shù)不同的對開路面上時， 該系統(tǒng)能實施前后輪向，使車輛保持行駛穩(wěn)定性。尤其是在對開路面上行駛時， 前后輪主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)向能夠更加直接和持續(xù)地對車輛動力學(xué)特性進行干預(yù)， 減小外部干擾，提高車輛的行駛舒適性和安全性。
權(quán)利要求
1、一種汽車前后輪主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，包括包括主動轉(zhuǎn)向電子控制單元、方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器、車速傳感器、橫擺角速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器、前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元、后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元、前輪、后輪和方向盤，其特征在于，還包括前輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器、后輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器、前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)，方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器分別連接主動轉(zhuǎn)向電子控制單元，方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器一端與方向盤連接，方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器另一端與前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元連接，前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元分別與前輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器和前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)連接，后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元分別與后輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)連接，前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)連接前輪，后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)連接后輪。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車前后輪主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征是，所述的 主動轉(zhuǎn)向電子控制單元接收來自方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器、車速傳感器、橫擺角速度 傳感器和側(cè)向加速度傳感器的方向盤轉(zhuǎn)向角信號、車速信號、橫擺角速度信號和 側(cè)向加速度信號進行分析和處理，輸出控制信號發(fā)送給前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單 元、后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車前后輪主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征是，所述的 前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元、后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元根據(jù)接收的控制信號和 前轉(zhuǎn)向角位移信號和后轉(zhuǎn)向角位移信號控制前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)前、后輪的主動轉(zhuǎn)向。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的汽車前后輪主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征是，所述的主動轉(zhuǎn)向電子控制單元設(shè)有一模型跟蹤控制模塊，模型跟蹤控制模塊包括前饋 控制器和反饋控制器，模型跟蹤控制模塊采用前饋控制+反饋控制結(jié)構(gòu)，其中，參 考車輛模型根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向角信號和車速信號計算期望的車輛橫擺角速度和質(zhì)心 側(cè)偏角；前饋控制器使前、后輪轉(zhuǎn)向角產(chǎn)生的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角響應(yīng)滿足 參考車輛模型的輸出響應(yīng)；反饋控制器使車輛的實際的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角 和參考車輛模型之間的誤差最小，抑制系統(tǒng)參數(shù)變化和外部干擾。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽車前后輪主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征是，所述的前饋控制器和反饋控制器根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向角、車速、橫擺角速度和側(cè)向加速度等 車輛運行參數(shù)，分別產(chǎn)生前饋和反饋控制信號，經(jīng)相加求和后，得到最終的前輪 修正轉(zhuǎn)向角和后輪轉(zhuǎn)向角信號，并將該信號分別輸入到前轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元 和后轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元。
全文摘要
本發(fā)明是一種汽車工程技術(shù)領(lǐng)域的汽車前后輪主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器分別連接主動轉(zhuǎn)向電子控制單元，方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器一端與方向盤連接，方向盤轉(zhuǎn)向角傳感器另一端與前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元連接，前輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元分別與前輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器和前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)連接，后輪轉(zhuǎn)向電機伺服控制單元分別與后輪轉(zhuǎn)向角位移傳感器和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)連接，前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)連接前輪，后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)連接后輪。本發(fā)明將前輪主動轉(zhuǎn)向和后輪主動轉(zhuǎn)向結(jié)合起來，提高車輛的側(cè)向動力學(xué)性能；改善駕駛員駕駛特性，增強車輛的操縱穩(wěn)定性；根據(jù)車輛行駛工況和運行參數(shù)，實時改變前、后輪轉(zhuǎn)向角，保證車輛響應(yīng)跟隨參考車輛模型的輸出響應(yīng)。
文檔編號B62D6/00GK101618733SQ20091005596
公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者凡 喻, 彬 李, 聰 李 申請人:上海交通大學(xué)