一种四轮独立驱动以及转向的车辆三轮失效应急驾驶方法与流程

1.本发明涉及技术汽车领域，具体为一种四轮独立驱动以及转向的车辆三轮失效应急驾驶方法。


背景技术：

2.随着电动车市场规模逐渐扩大，来越来越多的的汽车采用分布式驱动方案，即轮边电机或者轮毂电机，相比于传统的燃油车，四轮毂电机驱动电动汽车是典型的过驱动系统，可有效提高车辆操作稳定性和安全性，但由于电机数目较多且工作环境复杂，电机失效的概率也会增大，汽车电机失效时会导致两侧驱动力不等进而使得车辆失稳；
3.根据失效驱动电机的数目与位置，驱动电机失效形式可分为以下五类：
4.(1)单个车轮的驱动电机失效；
5.(2)位于车辆异侧的两个驱动电机同时失效；
6.(3)位于车辆同侧的两个驱动电机同时失效式；
7.(4)三个驱动电机同时失效；
8.(5)四个驱动电机同时失效。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种四轮独立驱动以及转向的车辆三轮失效应急驾驶方法，以解决上面的问题。
10.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种四轮独立驱动以及转向的车辆三轮失效应急驾驶方法，其特征在于：包括；
11.应急驱动方法，所述应急驱动方法为：
12.方法一：四轮独立转向方法；
13.方法二：单轮驱动转向方法；
14.方法三：车轮制动方法；
15.所述四轮独立转向方法用于独立控制车轮的内外转角关系；所述单轮驱动转向方法用于对四轮转角进行解算；所述车轮制动方法用于对车轮制动力做限制。
16.优选的，所述四轮独立转向方法为：
17.a，b分别为四轮独立转向车辆的轮距和轴距，g为车辆的质心，r为质心的转向半径，θ1，θ2，θ3，θ4分别为车辆左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的理想转角；根据阿克曼转向原理，可以得到四轮独立转向车辆的内外转角关系：
[0018][0019][0020]
根据实际转角θi和理想转角的偏差值δθi，得到各轮转向执行机构输出转速的比例调节系数μi；
[0021][0022]
式中：分别对应图1的左前轮，右前轮、左后轮、右后轮；
[0023]
车辆进行独立转向时，由比例调节系数μi可确定各轮转向执行机构的输出转速ωi，ωi应满足同步运动条件为：
[0024][0025]
四轮使用独立的轮毂电机控制，其转矩分别为：t1，t2，t3，t4；
[0026]
首先以左前轮可以正常工作为例，其转矩为t1，直线行驶时，要求其一轮的驱动力方向过汽车质心，产生横摆力矩为0，其他三轮的转向方向与该驱动轮保持平行，由几何关系可以得出该转角的大小：
[0027][0028]
其驱动力为：f
t
＝t
t1
r＝t
m1
iη
[0029]
t
t1
为左前轮驱动转矩，t
m1
为电机输出扭矩，i为减速器传动比，η为传动效率，r为车轮有效半径；
[0030]
其阻力公式为：
[0031]fw
＝0.5vcwav2[0032]
其中fw为空气阻力，ρ为空气密度，a为迎风面积，cw为风阻系数，v为车速；
[0033]
坡度阻力为ff，
[0034]ff
＝wf
[0035]
w是整车重力，f是滚动阻力系数；
[0036]
其行驶方程为：
[0037]ft
＝fw+ff+fi+fj[0038]
其中fi，fj分别为加速阻力和坡度阻力。
[0039]
优选的，所述单轮驱动转向方法为：
[0040]
令令则车辆中心坐标为(0，0)，左前、右前、左后、右后轮坐标依次为：(0，y0)，(x0，y
0-y1)，
[0041]
(-x0，y
1-y0)，(0，-y0)；
[0042]
由于四轮独立转向，整车具有高度的转向自由，转向中心可以任意确定，这里确定转向中心的坐标为(-r，0)，r为转向半径；
[0043]
结合以上坐标位置对四轮转角进行解算：
[0044][0045]
[0046][0047][0048]
优选的，所述车轮制动方法为：
[0049]fb1
，f
b2
分别为左前轮和右后轮的制动力，而两侧轮即右前轮和左后轮，制动力一旦有差异，就会产生横摆力矩，破坏整车的稳定性，为了避免这种情况，直接使两侧论不制动。
[0050]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0051]
本发明可应用于全矢量汽车上，可以四轮独立驱动，并且四轮独立转向的汽车结构中，应用在汽车三轮驱动力失效，只有一轮驱动正常，且四轮转向仍然正常工作时的应急驾驶方法，包括基本的驱动功能、转向功能和制动功能，可以帮助驾驶员紧急情况下，继续行驶一段时间；和传统的分布式驱动汽车驱动力失效安全控制相比，不再只面对汽车单轮失效和异侧两轮失效，本模专利直接面对全矢量汽车三轮失效提出控制策略，并给出驱动、转向、制动控制方法，保持一些基础功能，来应对紧急情况；使用单轮驱动加四轮转向配合，完成直行和转向功能；传统车辆三轮失效后，不具备行驶功能，其整车横摆力矩总是偏的，且后两轮不能转向，无法前进；而全矢量汽车上，在直行时，可以令然工作的驱动轮方向穿过汽车中心，其他三轮转向方向和该轮保持水平，即可消除横摆力矩，直线行驶。
附图说明
[0052]
图1为本发明四轮独立转向示意图；
[0053]
图2为本发明单轮驱动直线行驶示意图；
[0054]
图3为本发明单轮驱动转向示意图；
[0055]
图4为本发明车轮制动示意图。
具体实施方式
[0056]
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。
[0057]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”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。
[0058]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0059]
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种四轮独立驱动以及转向的车辆三轮失效应急驾驶方法，包括；
[0060]
应急驱动方法，所述应急驱动方法为：
[0061]
方法一：四轮独立转向方法；
[0062]
方法二：单轮驱动转向方法；
[0063]
方法三：车轮制动方法；
[0064]
所述四轮独立转向方法用于独立控制车轮的内外转角关系；所述单轮驱动转向方法用于对四轮转角进行解算；所述车轮制动方法用于对车轮制动力做限制。
[0065]
进一步的，所述四轮独立转向方法为：
[0066]
a，b分别为四轮独立转向车辆的轮距和轴距，g为车辆的质心，r为质心的转向半径，θ1，θ2，θ3，θ4分别为车辆左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的理想转角；根据阿克曼转向原理，可以得到四轮独立转向车辆的内外转角关系：
[0067][0068][0069]
根据实际转角θi和理想转角的偏差值δθi，得到各轮转向执行机构输出转速的比例调节系数μi；
[0070][0071]
式中：分别对应图1的左前轮，右前轮、左后轮、右后轮；
[0072]
车辆进行独立转向时，由比例调节系数μi可确定各轮转向执行机构的输出转速ωi，ωi应满足同步运动条件为：
[0073][0074]
四轮使用独立的轮毂电机控制，其转矩分别为：t1，t2，t3，t4；
[0075]
首先以左前轮可以正常工作为例，其转矩为t1，直线行驶时，要求其一轮的驱动力方向过汽车质心，产生横摆力矩为0，其他三轮的转向方向与该驱动轮保持平行，由几何关系可以得出该转角的大小：
[0076][0077]
其驱动力为：f
t
＝t
r1
r＝t
m1
iηr
[0078]
t
t1
为左前轮驱动转矩，t
m1
为电机输出扭矩，i为减速器传动比，η为传动效率，r为车轮有效半径；
[0079]
其阻力公式为：
[0080]fw
＝0.5ρcwav2[0081]
其中fw为空气阻力，ρ为空气密度，a为迎风面积，cw为风阻系数，v为车速；
[0082]
坡度阻力为ff，
[0083]ff
＝wf
[0084]w是整车重力，f是滚动阻力系数；
[0085]
其行驶方程为：
[0086]ft
＝fw+ff+fi+fj[0087]
其中fi，fj分别为加速阻力和坡度阻力。
[0088]
进一步的，所述单轮驱动转向方法为：
[0089]
关于汽车的转向需求，这里给出整车转向方法，包括四轮转角及驱动力及横摆力矩的计算；如图3所示单轮驱动的转向方法，该方法四轮转角计算比较复杂，需要进行几何解算，左前轮轮心和右后轮轮心交点经过车辆中心；为了简化计算，建立车辆中心为原点的坐标系，驱动轮轮心与车辆中心连线方向为x轴；此坐标系下，计算各个坐标；
[0090]
令令则车辆中心坐标为(0，0)，左前、右前、左后、右后轮坐标依次为：(0，y0)，(x0，y
0-y1)，(-x0，y
1-y0)，(0，-y0)；
[0091]
由于四轮独立转向，整车具有高度的转向自由，转向中心可以任意确定，这里确定转向中心的坐标为(-r，0)，r为转向半径；
[0092]
结合以上坐标位置对四轮转角进行解算：
[0093][0094][0095][0096][0097]
上述转角需要区分方向，才能保证正常转向。
[0098]
进一步的，所述车轮制动方法为：
[0099]
为了制动稳定性，采用驱动轮和斜对侧轮制动，两侧轮不制动，以左前轮可以正常驱动为例，制动时只有左前轮和右后轮制动，右前轮及左后轮不参与制动；
[0100]
同时对制动力做限制，该车辆处于不稳定工况下，制动力过大容易发生侧滑、甩尾甚至侧翻等危险工况；
[0101]fb1
，f
b2
分别为左前轮和右后轮的制动力，而两侧轮即右前轮和左后轮，制动力一旦有差异，就会产生横摆力矩，破坏整车的稳定性，为了避免这种情况，直接使两侧论不制动；而驱动轮与斜对侧轮制动力都经过车辆中心，制动力大小差异不会造成车辆失稳；
[0102]
进一步的，本发明可以四轮独立驱动，并且四轮独立转向的汽车结构中，应用在汽车三轮驱动力失效，只有一轮驱动正常，且四轮转向仍然正常工作时的应急驾驶方法，包括基本的驱动功能、转向功能和制动功能，可以帮助驾驶员紧急情况下，继续行驶一段时间；和传统的分布式驱动汽车驱动力失效安全控制相比，不再只面对汽车单轮失效和异侧两轮失效，本模专利直接面对全矢量汽车三轮失效提出控制策略，并给出驱动、转向、制动控制方法，保持一些基础功能，来应对紧急情况；使用单轮驱动加四轮转向配合，完成直行和转
向功能；传统车辆三轮失效后，不具备行驶功能，其整车横摆力矩总是偏的，且后两轮不能转向，无法前进；而全矢量汽车上，在直行时，可以令然工作的驱动轮方向穿过汽车中心，其他三轮转向方向和该轮保持水平，即可消除横摆力矩，直线行驶。
[0103]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种四轮独立驱动以及转向的车辆三轮失效应急驾驶方法，其特征在于：包括；应急驱动方法，所述应急驱动方法为：方法一：四轮独立转向方法；方法二：单轮驱动转向方法；方法三：车轮制动方法；所述四轮独立转向方法用于独立控制车轮的内外转角关系；所述单轮驱动转向方法用于对四轮转角进行解算；所述车轮制动方法用于对车轮制动力做限制。2.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动以及转向的车辆三轮失效应急驾驶方法，其特征在于：所述四轮独立转向方法为：a，b分别为四轮独立转向车辆的轮距和轴距，g为车辆的质心，r为质心的转向半径，θ1，θ2，θ3，θ4分别为车辆左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的理想转角；根据阿克曼转向原理，可以得到四轮独立转向车辆的内外转角关系：以得到四轮独立转向车辆的内外转角关系：根据实际转角θ
i
和理想转角的偏差值δθ
i
，得到各轮转向执行机构输出转速的比例调节系数μ
i
；式中：分别对应图1的左前轮，右前轮、左后轮、右后轮；车辆进行独立转向时，由比例调节系数μ
i
可确定各轮转向执行机构的输出转速ω
i
，ω
i
应满足同步运动条件为：四轮使用独立的轮毂电机控制，其转矩分别为：t1，t2，t3，t4；首先以左前轮可以正常工作为例，其转矩为t1，直线行驶时，要求其一轮的驱动力方向过汽车质心，产生横摆力矩为0，其他三轮的转向方向与该驱动轮保持平行，由几何关系可以得出该转角的大小：其驱动力为：f
t
＝t
t1
r＝t
m1
iηrt
t1
为左前轮驱动转矩，t
m1
为电机输出扭矩，i为减速器传动比，η为传动效率，r为车轮有效半径；其阻力公式为：f
w
＝0.5ρc
w
av2其中f
w
为空气阻力，ρ为空气密度，a为迎风面积，c
w
为风阻系数，v为车速；坡度阻力为f
f
，
f
f
＝wfw是整车重力，f是滚动阻力系数；其行驶方程为：f
t
＝f
w
+f
f
+f
i
+f
j
其中f
i
，f
j
分别为加速阻力和坡度阻力。3.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动以及转向的车辆三轮失效应急驾驶方法，其特征在于：所述单轮驱动转向方法为：令令则车辆中心坐标为(0，0)，左前、右前、左后、右后轮坐标依次为：(0,y0)，(x0，y
0-y1)，(-x0，y
1-y0)，(0，-y0)；由于四轮独立转向，整车具有高度的转向自由，转向中心可以任意确定，这里确定转向中心的坐标为(-r，0)，r为转向半径；结合以上坐标位置对四轮转角进行解算：结合以上坐标位置对四轮转角进行解算：结合以上坐标位置对四轮转角进行解算：结合以上坐标位置对四轮转角进行解算：4.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动以及转向的车辆三轮失效应急驾驶方法，其特征在于：所述车轮制动方法为：f
b1
，f
b2
分别为左前轮和右后轮的制动力，而两侧轮即右前轮和左后轮，制动力一旦有差异，就会产生横摆力矩，破坏整车的稳定性，为了避免这种情况，直接使两侧论不制动。

技术总结
本发明属于汽车技术领域，具体公开了一种四轮独立驱动以及转向的车辆三轮失效应急驾驶方法，包括；急驱动方法，所述应急驱动方法为：方法一：四轮独立转向方法；方法二：单轮驱动转向方法；方法三：车轮制动方法；所述四轮独立转向方法用于独立控制车轮的内外转角关系；所述单轮驱动转向方法用于对四轮转角进行解算；所述车轮制动方法用于对车轮制动力做限制；传统车辆三轮失效后，不具备行驶功能，其整车横摆力矩总是偏的，且后两轮不能转向，无法前进；而全矢量汽车上，在直行时，可以令然工作的驱动轮方向穿过汽车中心，其他三轮转向方向和该轮保持水平，即可消除横摆力矩，直线行驶。直线行驶。直线行驶。


技术研发人员：徐迎港 李晨风 颜丙杰
受保护的技术使用者：北京英创汇智汽车技术有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/6/27