阿克曼转向梯形控制方法、装置、机构、系统及汽车

摘要

本发明提供一种阿克曼转向梯形控制方法、系统、装置及具有该系统的汽车,该阿克曼转向梯形控制方法通过阿克曼转向梯形控制机构控制第一和第二转向车轮在预定范围内按照阿克曼理论曲线变化，所述阿克曼转向梯形控制方法包括如下步骤：获取扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据；根据所述扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据控制所述第一和第二可伸缩转向臂进行伸缩，以带动第一和第二转向车轮在预定范围内按照阿克曼梯形的理论曲线变化。根据本发明实施例的阿克曼转向梯形控制方法，能够在汽车转向时实现车轮的纯滚动，提升转向性能。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车控制技术领域，特别地，涉及一种主动转向系统的阿克曼转向梯形控制机构、系统、方法、装置、设备、计算机可读存储介质及具有该系统的汽车。

背景技术

随着电子技术的发展，电子产品及传感器技术在转向系统的应用越来越普及。越来越多的汽车企业开始研发、应用辅助驾驶技术以及无人驾驶技术。辅助驾驶技术可以实现紧急情况的主动制动、车道保持、自动跟车等功能。

为减少转向时汽车行驶的附加阻力、轮胎过快磨损、转弯半径过大的问题，需要精心确定转向传动机构中转向梯型的参数，保证转向梯形符合阿克曼曲线。但目前汽车的转向梯形实际上都只能设计得到在一定的车轮偏转角范围内，使两侧车轮偏转角的关系大体上接近于理想关系。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种能够在汽车转向时实现车轮的纯滚动，提升转向性能的阿克曼转向梯形控制方法、装置、机构、系统及具有该系统的汽车。

为解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供一种阿克曼转向梯形控制控制方法，通过阿克曼转向梯形控制机构控制第一和第二转向车轮在预定范围内按照阿克曼理论曲线变化，

所述阿克曼转向梯形控制机构，包括：

转向盘总成；

转向管柱总成，所述转向管柱总成的一端连接所述转向盘总成；

转向器齿轮轴，所述转向器齿轮轴连接所述转向管柱总成的另一端；

转向器，所述转向器通过齿轮套设在所述转向器齿轮轴上，以由所述转向器齿轮轴带动所述转向器在水平方向上左右移动；

第一和第二可伸缩转向臂，所述第一和第二可伸缩转向臂分别连接在所述转向器的两端以由所述转向器带动所述第一和第二可伸缩转向臂伸缩；以及

第一和第二转向车轮，所述第一和第二可伸缩转向臂分别连接在所述第一和第二转向车轮的转向轴上，以通过所述第一和第二可伸缩转向臂带动所述第一和第二转向车轮转向

所述阿克曼转向梯形控制方法包括如下步骤：

获取扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据；

根据所述扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据控制第一和第二可伸缩转向臂进行伸缩，以带动第一和第二转向车轮在预定范围内按照阿克曼梯形的理论曲线变化。

根据本发明的一些实施例，在控制所述第一和第二可伸缩转向臂进行伸缩之前，还包括如下步骤：

接受主动转向控制信号，当接受到主动转向控制信号时控制所述第一和第二可伸缩转向臂进行伸缩。

进一步地，所述根据所述扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据控制第一和第二可伸缩转向臂进行伸缩，以带动第一和第二转向车轮在预定范围内按照阿克曼梯形的理论曲线变化具体如下：

1)当车速≤8Km/h，所述扭矩数据为第一预定扭矩值以上，所述转向管柱行程≥30％，使所述阿克曼梯形与理性曲线关系100％符合；

2)当车速8Km/h～60Km/h，所述扭矩数据为第二预定扭矩值以上，所述转向管柱行程≥45％，使所述阿克曼梯形与理性曲线关系97％符合；

3)当车速60Km/h～100Km/h,所述扭矩数据为第三预定扭矩值以上，所述转向管柱行程≥65％，使所述阿克曼梯形与理性曲线关系95％符合；

4)当车速＞100Km/h，所述扭矩数据为第四预定扭矩值以上，所述转向管柱行程≥75％，关闭所述控制模块；

5)当整车系统退出主动转向控制时，所述控制模块控制所述电机使所述第一和第二可伸缩转向臂恢复至初始位置。

更进一步地，所述第一预定扭矩值≧第二预定扭矩值≧第三预定扭矩值≧第四预定扭矩值。

优选地，所述第一预定扭矩值为2.5N.m，所述第二预定扭矩值为1.5N.m，所述第三预定扭矩值为1N.m，所述第四预定扭矩值为0.5N.m。

根据本发明另一方面实施例的阿克曼转向梯形控制装置，包括：

获取模块，以获取扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据；

控制模块，以根据所述扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据控制第一和第二可伸缩转向臂进行伸缩，以带动第一和第二转向车轮在预定范围内按照阿克曼梯形的理论曲线变化。

此外，根据本发明再一方面实施例的阿克曼转向梯形控制设备，包括：

处理器；和

存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，

其中，在所述计算机程序指令被所述处理器运行时，使得所述处理器执行时实现上述任一实施例所述的阿克曼转向控制方法中的步骤。

另外，根据本发明又一方面实施例的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的阿克曼转向控制方法中的步骤。

根据本发明又一方实施例的阿克曼转向梯形控制机构，包括：

转向盘总成；

转向管柱总成，所述转向管柱总成的一端连接所述转向盘总成；

转向器齿轮轴，所述转向器齿轮轴连接所述转向管柱总成的另一端；

转向器，所述转向器通过齿轮套设在所述转向器齿轮轴上，以由所述转向器齿轮轴带动所述转向器在水平方向上左右移动；

第一和第二可伸缩转向臂，所述第一和第二可伸缩转向臂分别连接在所述转向器的两端以由所述转向器带动所述第一和第二可伸缩转向臂伸缩；以及

第一和第二转向车轮，所述第一和第二可伸缩转向臂分别连接在所述第一和第二转向车轮的转向轴上，以通过所述第一和第二可伸缩转向臂带动所述第一和第二转向车轮转向。

进一步地，所述第一可伸缩转向臂包括相互枢转连接的第一转向横拉杆和第一转向节臂，所述第一转向横拉杆连接在所述转向器的一端，且所述第一转向节臂连接在所述第一转向车轮的转向轴上，所述第二可伸缩转向臂包括相互枢转连接的第二转向横拉杆和第二转向节臂，所述第二转向横拉杆连接在所述转向器的另一端，且所述第二转向节臂连接在所述第二转向车轮的转向轴上。

根据本发明再一方面实施例的阿克曼转向梯形控制系统，包括：

根据上述任一实施例的阿克曼转向梯形控制机构；

扭矩传感器，所述扭矩传感器从所述阿克曼转向梯形控制机构的转向管柱总成获取转向盘的扭矩数据；

转角及加速度传感器，所述转角及加速度传感器从所述阿克曼转向梯形控制机构的转向管柱总成获取转向盘的转角以及加速度数据；

可伸缩转向节臂位置传感器，所述可伸缩转向节臂位置传感器从所述阿克曼转向梯形控制机构的第一和第二可伸缩转向臂获取其位置数据；

速度传感器，所述速度传感器从CAN总线获取车速数据；

电机，所述电机连接在阿克曼转向梯形控制机构的第一和第二可伸缩转向臂上以调节所述可伸缩转向臂伸缩；以及

控制模块，所述控制模块根据所述扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据控制所述电机的转动及行程，从而带动所述第一和第二可伸缩转向臂进行伸缩，进而带动所述阿克曼转向梯形控制机构的第一和第二转向车轮在预定范围内按照阿克曼理论曲线变化。

进一步地，该控制系统还包括：

主动转向控制单元，当所述控制模块接受到所述主动转向控制单元发出的主动转向控制信号时，所述控制模块根据所述扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据控制所述电机的转动及行程。

根据本发明的又一方面，还提供了一种汽车，其具有根据本发明上述任一实施例所述的阿克曼转向梯形控制系统。

根据本发明，通过采集转角数据、转向盘转向加速度数据、转向盘扭矩数据，以及车速，能够准确判断车辆行驶工况。在适当的条件下，利用转向梯形机械结构的微小调整-可伸缩转向臂，根据车辆行驶工况，主动切换车阿克曼转向梯型进行转向，解决汽车转向时产生路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，保证转向系在汽车转向时，所有车轮均作纯滚动。能够实现理想的转向梯形设计，提升转向性能，从而减少转向时汽车行驶的附加阻力、消除轮胎过快磨损、解决转弯半径过大的问题，提升转向灵敏度、整体转向性能。

附图说明

图1为根据本发明实施例的阿克曼转向梯形控制机构；

图2为根据本发明实施例的阿克曼转向梯形控制系统；

图3是根据本发明实施例的阿克曼转向梯形控制方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的阿克曼转向梯形控制方法所控制得到的实际模拟出来的第一和第二转向车轮的转角关系曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，参考图1说明根据本发明实施例的阿克曼转向梯形控制机构。

图1中，箭头所示为汽车前进方向。

如图1所示，根据本发明实施例的阿克曼转向梯形控制机构10包括：转向盘总成1、转向管柱总成2、转向器齿轮轴3、转向器4、第一和第二可伸缩转向臂8、和第一和第二转向车轮7。

其中，转向管柱总成2的一端(图1所示下端)连接转向盘总成1，以通过转向盘总成1带动转向管柱总成2转动。

转向器齿轮轴3连接转向管柱总成2的另一端(图1所示上端)。

转向器4通过齿轮(未图示)套设在转向器齿轮轴3上，以由转向器齿轮轴3带动转向器4在水平方向上左右移动。

第一和第二可伸缩转向臂8分别连接在转向器4的两端，以由转向器4带动第一和第二可伸缩转向臂6伸缩。

第一和第二可伸缩转向臂8分别连接在第一和第二转向车轮7的转向轴上，以通过第一和第二可伸缩转向臂8的伸缩带动第一和第二转向车轮7转向。

进一步地，如图1所示，第一可伸缩转向臂8(图1中的左侧可伸缩转向臂)包括相互枢转连接的第一转向横拉杆5(图1中的左侧转向横拉杆)和第一转向节臂6(图1中的左侧转向节臂)，第一转向横拉杆5连接在转向器4的一端(图1中的左端)，且第一转向节臂6连接在第一转向车轮7的转向轴上；第二可伸缩转向臂8(图1中的右侧可伸缩转向臂)包括相互枢转连接的第二转向横拉杆5(图1中的右侧转向横拉杆)和第二转向节臂6(图1中的右侧转向节臂)，第二转向横拉杆6连接在转向器4的另一端(图1中的右端)，且第二转向节臂6连接在第二转向车轮7(图1中的右侧车轮)的转向轴上。

接下来，参考图2描述根据本发明的阿克曼转向梯形控制系统。

如图2所示，根据本发明实施例的阿克曼转向梯形控制系统100包括：阿克曼转向梯形控制机构10、扭矩传感器20、转角及加速度传感器30、可伸缩转向节臂位置传感器40、速度传感器50、电机60、以及控制模块70。

其中，阿克曼转向梯形控制机构10为根据上述任一实施例的阿克曼转向梯形控制机构10，在此省略其详细说明。

扭矩传感器20从阿克曼转向梯形控制机构10的转向管柱总成2获取转向盘的扭矩数据；

转角及加速度传感器30从阿克曼转向梯形控制机构10的转向管柱总成2获取转向盘的转角以及加速度数据。

可伸缩转向节臂位置传感器40从阿克曼转向梯形控制机构10的第一和第二可伸缩转向臂8获取其位置数据。

速度传感器50从CAN总线获取车速数据。

电机60连接在阿克曼转向梯形控制机构10的第一和第二可伸缩转向臂8上以调节可伸缩转向臂8伸缩。

控制模块70根据所述扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂8的位置数据、以及车速数据控制电机60的转动及行程，从而带动第一和第二可伸缩转向臂8进行伸缩，进而带动阿克曼转向梯形控制机构10的第一和第二转向车轮7在预定范围内按照阿克曼理论曲线变化。

进一步地，阿克曼转向梯形控制系统100还可以包括主动转向控制单元80，当控制模块70接受到主动转向控制单元80发出主动转向控制信号时，控制模块70根据所述扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据控制电机60的转动及行程。

接下来，参考图3描述根据本发明实施例的阿克曼转向梯形控制方法。

如图3所示，根据本发明实施例的阿克曼转向梯形控制方法200，该阿克曼转向梯形控制方法200通过上述阿克曼转向梯形控制机构10控制第一和第二转向车轮7在预定范围内按照阿克曼理论曲线变化。

阿克曼转向梯形控制方法200包括如下步骤：

步骤S210，获取扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据。

步骤S220，根据所述扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据控制可伸缩转向臂进行伸缩，以带动第一和第二转向车轮在预定范围内按照阿克曼梯形的理论曲线变化。

进一步地，根据本发明实施例的阿克曼转向梯形控制方法200在控制所述第一和第二可伸缩转向臂进行伸缩之前还包括如下步骤：

步骤S230，接受主动转向控制信号，当接受到主动转向控制信号时控制所述第一和第二可伸缩转向臂进行伸缩。

其中，所述根据所述扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据控制第一和第而可伸缩转向臂进行伸缩，以带动第一和第二转向车轮在预定范围内按照阿克曼梯形的理论曲线变化具体如下：

1)当车速≤8Km/h，所述扭矩数据为第一预定扭矩值(例如，为2.5N.m，具体根据行驶状况等可以适当设定)以上，所述转向管柱行程≥30％以上，使所述阿克曼梯形与理性曲线关系100％符合；

2)当车速8Km/h～60Km/h，所述扭矩数据为第二预定扭矩值(例如，为1.5N.m，具体根据行驶状况等可以适当设定)以上，所述转向管柱行程≥45％以上，使所述阿克曼梯形与理性曲线关系97％符合；

3)当车速60Km/h～100Km/h,所述扭矩数据为第三预定扭矩值(例如，为1N.m，具体根据行驶状况等可以适当设定)以上，所述转向管柱行程≥65％以上，使所述阿克曼梯形与理性曲线关系95％符合；

4)当车速＞100Km/h，所述扭矩数据为第四预定扭矩值(例如，为0.5N.m，具体根据行驶状况等可以适当设定)以上，所述转向管柱行程≥75％以上，关闭所述控制模块；

5)当整车系统退出主动转向控制时，所述控制模块控制所述电机使所述第一和第二可伸缩转向臂恢复至初始位置。

其中，对于本领域普通技术人员来说，通过转角以及加速度来确定转向管柱的行程是显而易见的，在此省略其详细说明。

此外，根据本发明实施例，还提供一种阿克曼转向梯形控制装置，包括：获取模块，以获取扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据；和控制模块，以根据所述扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据控制可伸缩转向臂进行伸缩，以带动第一和第二转向车轮在预定范围内按照阿克曼梯形的理论曲线变化。

此外，根据本发明实施例，还提供一种阿克曼转向梯形控制设备，包括：

处理器；和

存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，

其中，在所述计算机程序指令被所述处理器运行时，使得所述处理器执行以下步骤：

获取扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据；

根据所述扭矩数据、转角以及加速度数据、第一和第二可伸缩转向臂的位置数据、以及车速数据控制第一和第二可伸缩转向臂进行伸缩，以带动第一和第二转向车轮在预定范围内按照阿克曼梯形的理论曲线变化。

进一步地，该电力规划设备还可以包括网络接口、输入设备、硬盘、和显示设备。

上述各个接口和设备之间可以通过总线架构互连。总线架构可以是可以包括任意数量的互联的总线和桥。具体由处理器代表的一个或者多个中央处理器(CPU)，以及由存储器代表的一个或者多个存储器的各种电路连接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其它电路连接在一起。可以理解，总线架构用于实现这些组件之间的连接通信。总线架构除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线，这些都是本领域所公知的，因此本文不再对其进行详细描述。

所述存储器，用于存储操作系统运行所必须的程序和数据，以及处理器计算过程中的中间结果等数据。

可以理解，本发明实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM)，其用作外部高速缓存。本文描述的装置和方法的存储器34旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

在一些实施方式中，存储器存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集：操作系统和应用程序。

其中，操作系统，包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序，包含各种应用程序，例如浏览器(Browser)等，用于实现各种应用业务。实现本发明实施例方法的程序可以包含在应用程序中。

本发明上述实施例揭示的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

当然，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述的阿克曼转向梯形控制方法中的步骤。

此外，本发明还提供了一种具有上述任一实施例的阿克曼转向梯形控制系统的汽车，除了阿克曼转向梯形控制系统之外的汽车结构可以采用现有技术的通用结构，在此省略其详细说明。

图4示出了根据本发明实施例的阿克曼转向梯形控制方法所控制得到的实际模拟出来的第一和第二转向车轮的转角关系曲线(β)。图中，作为参考，同时给出了平行几何学曲线(α)以及理论阿克曼转向梯形曲线(γ)。由图中可以看出，通过本发明实施例的阿克曼转向梯形控制方法模拟得到的转角关系曲线(β)位于平行几何学曲线(α)以及理论阿克曼转向梯形曲线(γ)之间，是可行方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征一上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。