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原文传递一种线控四轮主动转向电动轮系统及其转向容错控制方法

专利名称：	一种线控四轮主动转向电动轮系统及其转向容错控制方法
摘要：	本发明公开了一种线控四轮主动转向电动轮系统及其转向容错控制方法，该系统包括方向盘、方向盘转角传感器、两个转向电机、两个电机控制单元、电机故障检测装置、两个齿轮齿条式转向器、两个转向横拉杆、四个车轮及轮毂电机、横摆角速度传感器、车速传感器、激光雷达、车载摄像机和整车控制单元，在行驶过程中，整车电子控制单元实时采集方向盘转角、横摆角速度、车速、激光雷达信号以及车载摄像机信号，通过设计的控制器计算出前后轮转角和四个轮毂电机的输出力矩并将这些信号传递到各电机控制器，电机控制器向电机发送电流信号完成转向操作；本发明能够有效解决线控四轮转向系统容错的问题，提高车辆行驶的安全性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	衡波;赵万忠;王春燕
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910057136.9
公开号：	CN109774791A
代理机构：	江苏圣典律师事务所
代理人：	贺翔;杨文晰
分类号：	B62D15/02(2006.01);B;B62;B62D;B62D15
申请人地址：	210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项：	1.一种线控四轮主动转向电动轮系统，包括车体，其特征在于，所述线控四轮主动转向电动轮系统包括：设置于车体内部的方向盘、后轮转向电机、前轮后轮转向电机、整车电子控制单元、CAN总线；所述方向盘连接有方向盘转角传感器；所述后轮转向电机分别与后齿轮齿条式转向器、后轮转向电机控制器、后轮电机故障检测装置连接的后轮转向电机；后齿轮齿条式转向器位于后轮转向横拉杆上，所述后轮转向横拉杆两端分别设有第一轮毂电机和第二轮毂电机；第一轮毂电机和第二轮毂电机均分别与对应车轮连接；所述前轮转向电机分别与前齿轮齿条式转向器、前轮转向电机控制器、前轮电机故障检测装置连接；前齿轮齿条式转向器位于前轮转向横拉杆上，所述前轮转向横拉杆两端分别设有第三轮毂电机和第四轮毂电机，第三轮毂电机和第四轮毂电机均分别与对应车轮连接；所述整车电子控制单元包括路径规划模块、驾驶员模块、稳定性控制模块和容错控制模块；所述前轮电机故障检测装置、后轮电机故障检测装置、整车电子控制单均分别与CAN总线相连；所述车体上还分别设置有横摆角速度传感器、质心侧偏角传感器、车速传感器、激光雷达、车载摄像机，他们均分别与CAN总线连接；后轮转向电机控制器、前轮转向电机控制器、第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机、第四轮毂电机均分别设有CAN收发器，后轮转向电机控制器、前轮转向电机控制器、第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机、第四轮毂电机分别通过其各自的CAN收发器与CAN总线相连。 2.根据权利要求1所述的线控四轮主动转向电动轮系统，其特征在于，所述后轮转向电机和前轮转向电机均为永磁无刷直流电机。 3.如权利要求1或2所述线控四轮主动转向电动轮系统的转向容错控制方法，其特在于，具体步骤如下：所述整车电子控制单元包括稳定性控制模块和容错控制模块；稳定性控制模块和容错控制模块根据电机故障检测装置向整车电子控制单元发送的信号进行控制器的切换；当前轮转向电机未发生故障时，电机故障检测装置向整车电子控制单元发送低电平，控制单元运行稳定性控制模块，实行稳定性控制策略；当前轮转向电机发生故障时，电机故障检测装置向整车电子控制单元发送高电平，控制单元运行容错控制模块，实行容错控制策略。 4.根据权利要求3所述的转向容错控制方法，其特征在于，所述稳定性控制策略包含以下步骤: 步骤1)，驾驶员转动方向盘，整车电子控制单元通过方向盘转角传感器得到方向盘转角δsw，通过式(1)-(3)得到理想横摆角速度w和理想质心侧偏角β：式(1)-(3)中，Gw为设定的变传动比系数,vx为车速，L为车辆轴距，Ks为横摆角速度增益系数,K为稳定性因数，m为整车质量，k1、k2分别为汽车前后轮侧偏刚度；步骤2)，计算横摆角速度偏差wd、质心侧偏角偏差βd 理想横摆角速度w和理想质心侧偏角β与由传感器测得的实际横摆角速度w和质心侧偏角β作差得：式(4)中，w为传感器测得的实际横摆角速度，β为传感器实际测得的质心侧偏角，wd为横摆角速度偏差，βd为质心侧偏角偏差；将式(4)代入由结构奇异值μ控制算法(5)得到的稳定性控制模块，算出前轮转角δf和后轮转角δr；所述容错控制策略包含以下步骤: 步骤1：若前轮转向电机故障：则根据设置的后轮与方向盘之间的传动比ir计算后轮转角δr；其中，δsw表示方向盘转角；δr表示后轮转角；if取值范围在-15到-20之间；若后轮转向电机故障：则根据设置的前轮与方向盘之间的传动比if计算后轮转角δf：其中，δsw表示方向盘转角；δf表示后轮转角。if取值范围在15-20之间；步骤2：路径规划模块接收激光雷达信号和车载摄像机信号根据内置的路径规划算法生成期望路径Y并将期望路径信号发送到容错控制模块中；步骤3：驾驶员模块根据期望路径Y和实际路径Y信号之差： ΔY＝Y-Y (8) 根据内置单点预瞄驾驶员模型算法(9)得到期望的驾驶员对方向盘的转角δfd并发送到容错控制模块中；其中，δfd是期望的驾驶员对方向盘的转角，Gh是转向比例系数，τL是微分时间；τd1是操作延迟时间；τd2是驾驶员反应延迟时间；步骤4：整车电子控制单元由横摆角速度传感器、车速传感器测得的车辆横摆角速度w和车速v信号传送到容错控制模块中；步骤5：容错控制模块根据驾驶员对方向盘的转角δsw、期望路径Y、期望的驾驶员对方向盘的转角δfd以及车辆实际状态得到车辆四个轮毂电机目标驱动力矩T1,T2,T3,T4；步骤6：整车电子控制单元根据上述步骤1-6计算得到的前后轮转角信号δf或δr以及T1,T2,T3,T4，从整车电子控制单元中分别发送到前轮转向电机控制器或后轮转向电机控制器以及四个轮毂电机控制器中，电机控制器产生相应电流带动对应电机转动，实现车辆的行驶。
所属类别：	发明专利