多轴分布式电驱车辆转向控制方法及车辆.pdf

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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202410001706.3(22)申请日 2024.01.02(71)申请人 中国重汽集团济南动力有限公司地址 250200 山东省济南市章丘市圣井唐王山路北潘王路西(72)发明人 夏长庚秦涛韩峰陈学东张光明刘厚斗杨孟(74)专利代理机构 济南舜源专利事务所有限公司 37205专利代理师 张营磊(51)Int.Cl.B60W 30/045(2012.01)B60W 30/02(2012.01)B62D 7/14(2006.01)B62D 6/00(2006.01)B62D 101/00(2006。

2、.01)B62D 103/00(2006.01)B62D 113/00(2006.01)B62D 137/00(2006.01)(54)发明名称一种多轴分布式电驱车辆转向控制方法及车辆(57)摘要本发明提供一种多轴分布式电驱车辆转向控制方法及车辆，涉及多轴分布式电驱动车辆技术领域，方法包括：车辆行驶中，驾驶员通过控制加速踏板和制动踏板向车辆输出目标加速度；整车控制器经计算输出目标车速；驾驶员通过操作方向盘向车辆发出转角信号，通过车桥几何关系，输出各桥目标转角信号；整车控制器将车辆的目标车速、各桥目标转角信号输入至单轨模型传递函数，并输出整车目标横摆角速度，基于目标横摆角速度，通过各转向桥的转向。

3、杆系控制车辆运行，实现低速时后桥与前桥相反转向减小低速转弯半径，中高速时后桥与前桥同向转向。本发明低速时后桥与前桥相反转向减小低速转弯半径，中高速时后桥与前桥同向转向提高车辆稳定性的控制策略。权利要求书2页 说明书7页 附图3页CN 117485325 A2024.02.02CN 117485325 A1.一种多轴分布式电驱车辆转向控制方法，其特征在于，方法包括：车辆行驶中，驾驶员通过控制加速踏板和制动踏板向车辆输出目标加速度；整车控制器经计算输出目标车速；驾驶员通过操作方向盘向车辆发出转角信号，通过车桥几何关系，输出各桥目标转角信号；整车控制器将车辆的目标车速、各桥目标转角信号输入至单轨模型。

4、传递函数，并输出整车目标横摆角速度，基于目标横摆角速度，通过各转向桥的转向杆系控制车辆运行，实现低速时后桥与前桥相反转向减小低速转弯半径，中高速时后桥与前桥同向转向。2.根据权利要求1所述的多轴分布式电驱车辆转向控制方法，其特征在于，方法中，还建立多轴车单轨模型控制关系，采用类似四轮车辆线性二自由度模型的方法建立单轨模型传递函数，如公式（1）：（1）其中，为车辆的质心侧偏角；为车辆的质心横摆角速度；为第n桥车轮的侧偏刚度，n为1、2、3 整数，为n个侧偏刚度的其中的一个；为第n桥车轮的转向角，n为1、2、3 整数，为n个车轮转向角的其中的一个；为第i桥的位置，当桥在质心前方时，此值为正，否则为。

5、负；为整车的质量；为整车横摆方向的转动惯量；为车辆x向速度。3.根据权利要求2所述的多轴分布式电驱车辆转向控制方法，其特征在于，方法中，对公式（1）进行拉普拉斯变换，得到公式（2）：（2）；为经拉格朗日变换后的质心侧偏角。4.根据权利要求3所述的多轴分布式电驱车辆转向控制方法，其特征在于，方法中，对车辆的横向运动，采用零化质心侧偏角控制，定义目标质心侧偏角时刻保持为零，基于公式（3）得到横摆运动控制的参考值，即：权利要求书1/2 页2CN 117485325 A2（3）。5.根据权利要求4所述的多轴分布式电驱车辆转向控制方法，其特征在于，方法中，定义满足阿克曼转向的多轴车全桥转向时的几何关系：。

6、（4）其中，Dfp转向中心距为转向几何中心和质心之间的x向距离，定义差值比为：（5）；将几何关系代入拉式变换后的横摆动力学模型，得到：（6）；运算过程数列A表示为：（7）；为自定义系数。6.根据权利要求5所述的多轴分布式电驱车辆转向控制方法，其特征在于，方法中，当车速低于预设的参考车速Vc时，后四桥和前两桥反向转向，辅助车辆转向；当车速高于预设的参考车速Vc时，定义如式(8)的系数使后四桥和前两桥同向转向，后四桥在反向和同向转向模式下设置转向的极限值，极限值由ka和kb表示；（8）整车控制器根据以上公式（1）至公式（8）计算出各桥质心横摆角速度，结合目标车速、各桥目标转角输出电动轮转向执行机构。

7、的控制信号。7.一种车辆，其特征在于，包括存储器、整车控制器、加速踏板、制动踏板、方向盘、及存储在所述存储器上并可在所述整车控制器上运行的计算机程序，所述整车控制器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述多轴分布式电驱车辆转向控制方法的步骤。权利要求书2/2 页3CN 117485325 A3一种多轴分布式电驱车辆转向控制方法及车辆技术领域0001本发明涉及多轴分布式电驱动车辆技术领域，尤其涉及一种多轴分布式电驱车辆转向控制方法及车辆。背景技术0002多轴分布式电驱动车辆具有控制灵活度高、传动链短、结构紧凑、传动效率高、空间布置利用率高等特点，独特的结构特点与驱动方式令其在充分挖掘车辆动力。

8、学控制潜力、增强车辆安全性、提升驱动效率、简化底盘结构等方面带来明显的技术革新，为高性能车辆控制技术提供硬件载体。各轮独立驱动，各桥独立转向的分布式全电驱动底盘，其突出特点之一是各车轮的力矩矢量可以被独立地进行控制，包括大小和方向。通过输出精确的车轮扭矩和独立的车轮角度，可大大提高底盘运动的控制灵活性，两者之间的协同作用使车辆的平面机动性能的最优化（包括纵向、横向和偏航运动）成为可能。在控制策略上，可以实现面向经济性、动力性、操纵稳定性和高容错能力的多目标优化。0003传统车辆转向控制由布置于前轮的转向系执行，中后桥随动不提供转向角支持，在低车速下转弯半径也较大。多轴电驱底盘各轮独立驱动，如沿。

9、用传统的前轴转向控制方法则无法发挥多轴电驱的优势，在低速下转弯半径大、在中高速又不能提高车辆稳定性。0004目前的现有技术中，申请号为CN110606078B公开了一种多轴分布式电驱动车辆转向控制方法，该文件根据驾驶员输入转角、参考质心侧偏角和实际质心侧偏角，通过一个模糊控制器计算得到当前状态下机械差动转向桥的纵向参考间距，然后根据车辆转向桥几何关系由纵向参考间距和驾驶员输入转角解析得到差动转向桥的参考转角，然后下层转角跟踪控制器基于模糊PID算法跟踪参考转角，计算得到合适的差动转矩以驱动差动转向桥完成转向。该文件没有面向具备全轮转向控制的多轴电驱底盘开发，通过差动转矩来进行转向执行，没有发挥。

10、出全轮电驱底盘自身的转向系统优势。该文件没有分析转向几何中心和质心之间的x向距离对转向半径的影响，没有设计随车速变化的控制函数。该文件没有实现低速后轴与前轴反向转动减小转弯半径、中高速后轴与前轴同向转动提高稳定性。该文件中前桥采用机械转向、后桥采用差速转向，前后桥转向方式和结构不同，未实现模块化设计。发明内容0005本发明提供一种多轴分布式电驱车辆转向控制方法，方法基于开发的单轨模型传递函数，可实现车速低于一定的参考车速时，后桥和前桥反向转向，帮助车辆转向；当车速高于一定的参考车速Vc时，后四桥和前两桥同向转向，增强稳定性。0006方法包括：车辆行驶中，驾驶员通过控制加速踏板和制动踏板向车辆输。

11、出目标加速度；整车控制器经计算输出目标车速；驾驶员通过操作方向盘向车辆发出转角信号，通过车桥几何关系，输出各桥目标说明书1/7 页4CN 117485325 A4转角信号；整车控制器将车辆的目标车速、各桥目标转角信号输入至单轨模型传递函数，并输出整车目标横摆角速度，基于目标横摆角速度，通过各转向桥的转向杆系控制车辆运行，实现低速时后桥与前桥相反转向减小低速转弯半径，中高速时后桥与前桥同向转向。0007进一步需要说明的是，方法中，还建立多轴车单轨模型控制关系，采用类似四轮车辆线性二自由度模型的方法建立单轨模型传递函数，如公式（1）：（1）0008其中，为车辆的质心侧偏角；为车辆的质心横摆角速度；。

12、0009为第n桥车轮的侧偏刚度，n为1、2、3 整数，为n个侧偏刚度的其中的一个；0010为第n桥车轮的转向角，n为1、2、3 整数，为n个车轮转向角的其中的一个；同样，n的上限值，可以根据车辆的车轮总数进行设定。0011为第i桥的位置，当桥在质心前方时，此值为正，否则为负；为整车的质量；为整车横摆方向的转动惯量；为车辆x向速度。0012进一步需要说明的是，方法中，对公式（1）进行拉普拉斯变换，得到公式（2）：（2）；0013为经拉格朗日变换后的质心侧偏角。0014进一步需要说明的是，方法中，对车辆的横向运动，采用零化质心侧偏角控制，定义目标质心侧偏角时刻保持为零，基于公式（3）得到横摆运动控。

13、制的参考值为：（3）。0015进一步需要说明的是，方法中，定义满足阿克曼转向的多轴车全桥转向时的几何关系：说明书2/7 页5CN 117485325 A5（4）0016其中，Dfp转向中心距为转向几何中心和质心之间的x向距离，定义差值比为：（5）；0017将几何关系代入拉式变换后的横摆动力学模型，得到：（6）；0018运算过程数列A表示为：（7）；0019为自定义系数。0020进一步需要说明的是，方法中，当车速低于预设的参考车速Vc时，后四桥和前两桥反向转向，辅助车辆转向；当车速高于预设的参考车速Vc时，定义如式(8)的系数使后四桥和前两桥同向转向，后四桥在反向和同向转向模式下设置转向的极限值。

14、，极限值由ka和kb表示；（8）0021整车控制器根据以上公式（1）至公式（8）计算出各桥质心横摆角速度，结合目标车速、各桥目标转角输出电动轮转向执行机构的控制信号。0022本发明还提供一种车辆，包括存储器、整车控制器、加速踏板、制动踏板、方向盘、及存储在所述存储器上并可在所述整车控制器上运行的计算机程序，所述整车控制器执行所述程序时实现所述多轴分布式电驱车辆转向控制方法的步骤。0023从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供的多轴分布式电驱车辆转向控制方法及车辆定义了面向顶层控制的多轴车单轨模型，以模块化的电动转向执行机构为基础，车辆低速时后桥与前桥相反转向减小低速转弯半径，中。

15、高速时后桥与前桥同向转向提高车辆稳定性的控制策略。通过多轴分布式电驱车辆转向控制方法可以实现以下功能：（1）利用驾驶员的加速踏板与制动踏板信号，参考当前车速，得到目标车速，用于顶层跟踪控制器生成下一时刻的车辆总纵向驱动力目标，或利用踏板MAP直接产生车辆总说明书3/7 页6CN 117485325 A6纵向驱动力目标；（2）利用方向盘转角信号和当前车速信号，根据不同转向模式给出各桥的目标转向角，用于各桥主动转向控制；（3）利用方向盘转角信号和当前车速信号，给出目标横摆角速度，用于顶层跟踪控制器生成车辆总横摆力矩控制目标。附图说明0024为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用。

16、的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。0025图1为多轴分布式电驱车辆转向控制方法流程图；图2为单轨模型控制逻辑框图；图3为六轴车单轨模型示意图；图4为本发明控制车辆的示意图；图5为控制6轴车辆的示意图。具体实施方式0026本发明提供的多轴分布式电驱车辆转向控制方法是结合多轴电驱车辆车身较长、自重较大，低速时转弯半径过大通过性差，中高速转向已发生侧翻事故的问题。目前为降低转弯半径、提高车辆稳定性，需要在驾驶员的加速踏板位置信号、制动踏板位置信号、方向盘转角信号和车速信号。

17、等输入信号的基础上，建立单轨模型函数，输出各轴目标转角、车辆目标车速与目标横摆角速度。这样，本发明可以解决前桥采用机械转向、后桥采用差速转向，前后桥转向方式和结构不同，未实现模块化设计的问题。基于这个问题本发明结合车辆上整车控制器、方向盘、加速踏板和制动踏板实现车速低于一定的参考车速时，后桥和前桥反向转向，帮助车辆转向。0027多轴分布式电驱车辆转向控制方法可以应用于一个或者多个车辆中，还可以基于人工智能技术对关联的数据进行获取和处理。其中，控制方法中既有硬件层面的技术也有软件层面的技术。方法可以结合车辆的传感器、车用人工智能芯片、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互系统等技术。结合程序设计。

18、语言，具体包括但不限于面向对象的程序设计语言诸如Java、Smalltalk、C+，还包括常规的过程式程序设计语言诸如“C”语言或类似的程序设计语言。通过建立四轮车辆线性二自由度模型以及建立单轨模型传递函数，利用传感器监控、数据传输等技术，得到目标车速，用于顶层跟踪控制器生成下一时刻的车辆总纵向驱动力目标，或利用踏板MAP直接产生车辆总纵向驱动力目标。利用方向盘转角信号和当前车速信号，给出目标横摆角速度，用于顶层跟踪控制器生成车辆总横摆力矩控制目标。进一步有效解决了传统的前轴转向控制方法则无法发挥多轴电驱的优势，在低速下转弯半径大、在中高速又不能提高车辆稳定性的问题。0028当然车辆还可以所处。

19、的网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络(VirtualPrivateNetwork，VPN)等。0029下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完说明书4/7 页7CN 117485325 A7整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。0030请参阅图1所示是一具体实施例中多轴分布式电驱车辆转向控制方法的流程图，方法包括：S1：车辆行驶中，驾驶员通过控制加速踏板和制动踏板向车辆输出目标加速度；S2。

20、：整车控制器经计算输出目标车速；S3：驾驶员通过操作方向盘向车辆发出转角信号，通过车桥几何关系，输出各桥目标转角信号；S4：整车控制器将车辆的目标车速、各桥目标转角信号输入至单轨模型传递函数，并输出整车目标横摆角速度，基于目标横摆角速度，通过各转向桥的转向杆系控制车辆运行，实现低速时后桥与前桥相反转向减小低速转弯半径，中高速时后桥与前桥同向转向。0031这样，本发明基于开发的单轨模型传递函数，可实现车速低于一定的参考车速时，后桥和前桥反向转向，帮助车辆转向；当车速高于一定的参考车速时，后四桥和前两桥同向转向，增强稳定性。0032在本发明的一种实施例中，如图2至图5所示，结合多轴分布式电驱车辆转。

21、向控制方法，其中图4给出了车轮系统的坐标系以及车辆车身的坐标系，以下将结合坐标系以及相关位置和角度关系给出一种可能的实施例对其具体的实施方案进行非限制性阐述。0033方法中，首先建立多轴车单轨模型控制关系，采用类似四轮车辆线性二自由度模型的方法建立单轨模型传递函数，如公式（1）：（1）0034其中，为车辆的质心侧偏角；为车辆的质心横摆角速度；0035为第n桥车轮的侧偏刚度，n为1、2、3 整数，为n个侧偏刚度的其中的一个；0036为第n桥车轮的转向角，n为1、2、3 整数，为n个车轮转向角的其中的一个；同样，n的上限值，可以根据车辆的车轮总数进行设定。如图5所示，车辆具有12个车轮，则n的上限。

22、值为12。0037为第i桥的位置，当桥在质心前方时，此值为正，否则为负；为整车的质量；为整车横摆方向的转动惯量；为车辆x向速度。0038对上式进行拉普拉斯变换，可以得到：说明书5/7 页8CN 117485325 A8（2）0039为经拉格朗日变换后的质心侧偏角。0040对车辆的横向运动，采用零化质心侧偏角控制，目标质心侧偏角时刻保持为零，而横摆方向借助上述公式给出目标横摆角速度，作为横摆运动控制的参考值，即：（3）0041由于各桥转角可以独立控制，本发明是一个多输入单输出的系统，对于全轮转向、前轮转向等符合阿克曼转向关系的转向模式，本发明将后桥的车轮转角写为首桥车轮转角的函数。0042根据满。

23、足阿克曼转向的多轴车全桥转向时的几何关系：（4）0043其中Dfp转向中心距为转向几何中心和质心之间的x向距离，定义：（5）0044将上述几何关系代入拉式变换后的横摆动力学模型，得到：（6）0045其中：运算过程数列A表示为：（7）0046为自定义系数。0047本发明采用这样的转向模式：当车速低于预设的参考车速Vc时，后四桥和前两桥反向转向，帮助车辆转向，当车速高于预设的参考车速Vc时，后四桥和前两桥同向转向，增强稳定性，这样，本发明用一个和车速相关的系数表示，该系数的定义如式(8)所示。后四桥在反向和同向转向模式下都可以设置转向的极限值，这个极限值由ka和kb表示，特殊地，对说明书6/7 页。

24、9CN 117485325 A9于高于一定供参考车速Vc后桥锁止的转向模式，参考值kb为零。0048（8）0049整车控制器根据以上公式（1）（8）计算出各桥质心横摆角速度，结合目标车速、各桥目标转角输出电动轮转向执行机构的控制信号。各模块化的电动轮转向执行机构根据分配信号协同转向。0050应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。0051本发明的多轴分布式电驱车辆转向控制方法能够获取车辆输出目标加速度，计算输出目标车速，将车辆的车速、转角信号灯输入至单轨模型传递函数，并输出整车目标横摆。

25、角速度，基于目标横摆角速度，通过各转向桥的转向杆系控制车辆运行，实现低速时后桥与前桥相反转向减小低速转弯半径，中高速时后桥与前桥同向转向。提高多轴分布式电驱车辆转向控制的稳定性，增强车辆安全性、提升驱动效率。0052本发明涉及的多轴分布式电驱车辆转向控制方法中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实。

26、现不应认为超出本发明的范围。0053本发明涉及的多轴分布式电驱车辆转向控制方法是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。0054对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。说明书7/7 页10CN 117485325 A10图1图2说明书附图1/3 页11CN 117485325 A11图3图4说明书附图2/3 页12CN 117485325 A12图5说明书附图3/3 页13CN 117485325 A13。