[发明专利]汽车前后轮主动转向控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种汽车工程技术领域的控制系统，具体是一种汽车前后轮主动转向控制系统。 

背景技术

汽车转向控制系统主要用来控制汽车的侧向运动。近年来，主动转向系统，包括前轮主动转向系统(AFS)和后轮主动转向系统(ARS)，已经在实车上得到应用。前轮主动转向系统根据车辆行驶工况，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系统与方法，该技术自述：汽车主动转向的控制系统，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系统，把主动前轮转向系统和主动后轮转向系统结合起来，提供两个独立的控制输入构成前后轮主动转向系统，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，抑制系统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。