一种四轮转向协调控制方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，具体为一种四轮转向协调控制方法及系统。

背景技术

在现有的车辆转向控制技术中，主要采用的是前轮转向或者四轮协调转向的方式。然而，这些传统的转向控制方式在某些情况下可能无法满足需求。在狭窄的空间中，前轮转向可能无法实现车辆的快速转向；而在高速行驶中，四轮协调转向可能会导致车辆的稳定性降低。此外，这些传统的转向控制方式通常需要驾驶员具有较高的驾驶技术，对于无人驾驶车辆或者驾驶技术较差的驾驶员来说，可能无法实现安全、准确的转向控制。因此，现有的转向控制技术仍有改进的空间。

发明内容

在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：如何根据不同驾驶环境，提高车辆操控性和安全性的四轮转向协调控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种四轮转向协调控制方法，其包括如下步骤，根据路径跟踪需求，确定车辆转向时的具体转角方案；依据具体的转角方案选择转向控制方式，形成转向信号；向轮组转向驱动装置传递转向信号，进行满足路径跟踪需求的车辆转向。

作为本发明所述的一种四轮转向协调控制方法的一种优选方案，其中：车辆无人驾驶系统向转向控制系统传递路径跟踪需求，根据路径的需求，确定转角控制方案，适配相应的转向控制模式；所述转向控制模式包括对称式转向形式、非对称式转向形式以及蟹形形式。

作为本发明所述的一种四轮转向协调控制方法的一种优选方案，其中：所述对称式转向形式包括前轮与后轮作对称的转向，前轮转向角α1与后轮转向角α

所述非对称式转向形式包括前轮与后轮作非对称的转向，前轮与后轮的转向角方向相反，大小不同。

作为本发明所述的一种四轮转向协调控制方法的一种优选方案，其中：所述蟹形形式包括前轮与后轮作相同的转向，前轮转角和后轮转角方向与大小均相同，前面两轮与后面两轮各自平行。

作为本发明所述的一种四轮转向协调控制方法的一种优选方案，其中：所述根据路径需求，确定转角控制方案是根据前桥中心、后桥中心以及目标路径的横向偏差值大小，通过转角控制方案采取相应的转向控制模式以及给出相应模式下各个车轮的转角；车辆配备四个独立的转向驱动车轮，每个车轮具有独立的回转构件，连接车轮与车架，每个车轮可绕各自的回转构件进行旋转，所述车轮回转构件安装有一个由电机齿轮组成的转向执行模块，四个车轮有各自独立的回转装置，按照控制系统给出的指令进行旋转；每个车轮可向左与向右两侧转向，其转向控制范围为左右各45°；当车辆行驶轨迹与预计轨迹重合时，前桥横向偏差L1与后桥横向偏差L2之和为0，前轮转角与后轮转角小于阈值，采用对称式转向形式；当车轮行驶轨迹偏离预计轨迹且与预计轨迹相交时，前桥横向偏差与后桥横向偏差之和不为0且两偏差不相等，L1+L2不等于0且L1不等于L2，根据前桥中心、后桥中心与目标路径的横向偏差值大小，判断车辆的车轮转角，使车辆驶入预计轨迹之中，采用非对称式转向形式；当车轮行驶轨迹偏离预计轨迹且与预计轨迹平行时，前桥横向偏差与后桥横向偏差之和不为0且两偏差相等，L1+L2不等于0且L1＝L2，车辆向预计轨迹平移行驶，前轮与后轮转角大小、方向相同，采用蟹形形式进行行驶。

作为本发明所述的一种四轮转向协调控制方法的一种优选方案，其中：所述判断车辆的车轮转角包括，当前桥横向偏差大于后桥横向偏差，L1>L2时，车辆加大前轮转角，减小后轮转角；

当前桥横向偏差小于后桥横向偏差，L1

作为本发明所述的一种四轮转向协调控制方法的一种优选方案，其中：根据获取的转向控制模式和路径需求，给出相应控制模式下的各个车轮的转角，并向各个轮组的驱动装置传递转向信号，各车轮根据传递的转向信号，同时通过转向驱动装置进行一定角度的转动，当车辆转向要求完成后，车辆无人驾驶系统向转向控制系统传递直线行驶信号，转向控制系统将各个车轮的转角赋值为0，并将转角赋值传递给各车轮驱动电机，各车轮驱动电机接收到信号后，立即控制各轮组转动，各车轮的转角恢复为0，进入直线行驶。

本发明的另外一个目的是提供一种四轮转向协调控制系统，其能通过自动调整各轮的转向角度和转向方式，解决了现有转向控制系统在狭窄空间和高速行驶中操控性和稳定性不足的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种四轮转向协调控制系统，包括：路径跟踪需求确定模块、转向控制方式选择模块、转向信号传递模块、车轮转向驱动模块、转向执行模块以及无人驾驶控制模块；所述路径跟踪需求确定模块是负责根据路径跟踪需求，确定车辆转向时的具体转角方案；所述转向控制方式选择模块是依据具体的转角方案选择转向控制方式，形成转向信号；所述转向信号传递模块是向轮组转向驱动装置传递转向信号，进行满足路径跟踪需求的车辆转向；所述车轮转向驱动模块是负责驱动车轮进行转向，每个车轮都配备有独立的回转构件，用于连接车轮与车架，每个车轮可绕各自的回转构件进行一定角度的旋转；所述转向执行模块是电机齿轮组成，安装在车轮回转构件上，负责根据控制系统给出的指令进行一定角度的旋转；所述无人驾驶控制模块是负责向转向控制系统传递路径跟踪需求，根据路径的需求，确定转角控制方案，适配相应的转向控制模式。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述一种四轮转向协调控制方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述一种四轮转向协调控制方法的步骤。

本发明的有益效果：本发明通过精细协调四轮的转向，提高了车辆在各种驾驶环境和条件下的操控性。对于无人驾驶车辆，本发明的四轮转向协调控制方法能够提高其操控性和安全性，从而提高无人驾驶的性能和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例提供的一种四轮转向协调控制方法的整体流程图；

图2为本发明第一个实施例提供的一种四轮转向协调控制方法中对称式转向示意图；

图3为本发明第一个实施例提供的一种四轮转向协调控制方法中非对称式前轮转向示意图；

图4为本发明第一个实施例提供的一种四轮转向协调控制方法中非对称式后轮转向示意图；

图5为本发明第一个实施例提供的一种四轮转向协调控制方法中蟹型转向示意图；

图6为本发明第二个实施例提供的一种四轮转向协调控制系统结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”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、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～图5，为本发明的一个实施例，提供了一种重力储能系统稳定运行控制方法，其特征在于：

根据路径跟踪需求，确定车辆转向时的具体转角方案；依据具体的转角方案选择转向控制方式，形成转向信号；向轮组转向驱动装置传递转向信号，进行满足路径跟踪需求的车辆转向。

车辆配备四个独立的转向驱动车轮，每个车轮具有独立的回转构件，用于连接车轮与车架，每个车轮可绕各自的回转构件进行一定角度的旋转，以实现车轮的转向。

每个车轮回转构件安装有一个由电机齿轮组成的转向执行模块，四个车轮是各自独立的回转装置，可按照控制系统给出的指令进行一定角度的旋转，实现各个轮组的独立转向。

每个车轮能够实现向左与向右的两侧转向，其转向控制范围为左右各45°，设向左转为负角度，向右转为正角度，其范围为-45°到45°，即转向角α：-45°<α<45°。

本装置还配备有控制器，用于连接四个转向执行模块，控制器根据路径跟踪的要求，采用不同的转向控制模式，向各个车轮转向执行模块发送转向控制指令，以满足路径跟踪的转向要求。

车辆无人驾驶系统向转向控制系统传递路径跟踪需求，根据路径的需求，确定转角控制方案，适配相应的转向控制模式；

所述转向控制模式包括转向形式和蟹形形式，所述转向形式根据前后轮转向角大小相同与否分为两种，包括非对称式转向形式与对称式转向形式。

控制模式一：对称式转向形式

本模式下，前轮与后轮作对称的转向，前轮转向角与后轮转向角大小相等，方向相反，即当给前轮向左转15°的转向角时，同时需要给后轮向右转15°的转向角，设前轮转向角为α

α

本模式下，前轮给出的转向角(左前轮转向角与右前轮转向角)符合阿克曼转向关系。

控制模式二：非对称式转向形式

本模式下，前轮与后轮作非对称的转向，前轮与后轮的转向角方向相反，但大小不同。本控制装置根据车辆路径跟踪过程中的横向偏差的变化需求，给出不同绝对值的转向转角，通过控制四轮的转向驱动装置控制车辆转向的幅度与方向，从而使车辆形成特定的行驶轨迹。

控制模式三：蟹形形式

本模式下，前轮与后轮作相同的转向，前轮转角和后轮转角方向与大小均相同，前面两轮与后面两轮各自平行，此时车辆斜向某一个方向行驶，车辆前轮与后轮转角不再符合阿克曼转向关系。设前轮转向角为α

α

根据路径需求，确定转角控制方案是根据前桥中心、后桥中心以及目标路径的横向偏差值大小，适配相应的转向控制模式；

如图2所示，当车辆行驶轨迹与预计轨迹重合时，前桥横向偏差L1与后桥横向偏差L2之和为0，前轮转角与后轮转角小于阈值，采用对称式转向形式；

当车轮行驶轨迹偏离预计轨迹且与预计轨迹相交时，前桥横向偏差与后桥横向偏差之和不为0且两偏差不相等，L1+L2不等于0且L1不等于L2，根据前桥中心、后桥中心与目标路径的横向偏差值大小，判断车辆的车轮转角，使车辆驶入预计轨迹之中，采用非对称式转向形式；

如图5所示，当车轮行驶轨迹偏离预计轨迹且与预计轨迹平行时，前桥横向偏差与后桥横向偏差之和不为0且两偏差相等，L1+L2不等于0且L1＝L2，车辆向预计轨迹平移行驶，前轮与后轮转角大小、方向相同，采用蟹形形式进行行驶。

判断车辆的车轮转角包括，如图3所示，当前桥横向偏差大于后桥横向偏差，L1>L2时，车辆加大前轮转角，减小后轮转角；

如图4所示，当前桥横向偏差小于后桥横向偏差，L1

根据获取的转向控制模式和路径需求，给出相应控制模式下的各个车轮的转角，并向各个轮组的驱动装置传递转向信号，各车轮根据传递的转向信号，同时通过转向驱动装置进行一定角度的转动，当车辆转向要求完成后，车辆无人驾驶系统向转向控制系统传递直线行驶信号，转向控制系统将各个车轮的转角赋值为0，并将转角赋值传递给各车轮驱动电机，各车轮驱动电机接收到信号后，立即控制各轮组转动，各车轮的转角恢复为0，进入直线行驶。

车辆行驶过程中转向要达到的目标为：使车辆前桥横向偏差与后桥横向偏差之和为0，即L1+L2＝0；满足弯道行驶上的横向稳定性，保证车辆不发生侧翻。

实施例2

参照图6，为本发明的一个实施例，提供了一种四轮转向协调控制方法的系统，其特征在于：包括路径跟踪需求确定模块、转向控制方式选择模块、转向信号传递模块、车轮转向驱动模块、转向执行模块以及无人驾驶控制模块。

路径跟踪需求确定模块是负责根据路径跟踪需求，确定车辆转向时的具体转角方案。

转向控制方式选择模块是依据具体的转角方案选择转向控制方式，形成转向信号。

转向信号传递模块是向轮组转向驱动装置传递转向信号，进行满足路径跟踪需求的车辆转向。

车轮转向驱动模块是负责驱动车轮进行转向，每个车轮都配备有独立的回转构件，用于连接车轮与车架，每个车轮可绕各自的回转构件进行一定角度的旋转。

转向执行模块是电机齿轮组成，安装在车轮回转构件上，负责根据控制系统给出的指令进行一定角度的旋转。

无人驾驶控制模块是负责向转向控制系统传递路径跟踪需求，根据路径的需求，确定转角控制方案，适配相应的转向控制模式。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)、便携式计算机盘盒(磁装置)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤装置以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

实施例3

本实施例中，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真实验进行科学论证。本实施例分别对现有传统的方法、本实施例的方法进行了实验。

我方发明与传统车型相比，如果要实现十米的转向半径(车辆在矿山作业场景下能达到的较为优秀的标准)，传统车型其前轮内侧车轮转角需要达到34度，外侧车轮转角需要达到29度，而本发明由于后轮参与转向，前轮内侧车轮转角只需达到27度，外侧车轮转角只需达到23度。由于轮胎转向角度变小，车辆作业对轮胎的磨损显著降低，有利于提高轮胎的使用寿命。轮胎作为整个矿山生产过程中消耗量接近矿山生产成本1/3的重要内容，降低轮胎磨损、延长轮胎的使用寿命可以显著提高矿山生产的经济效益。此外，轮胎破损是矿山严重安全事故之一，降低轮胎磨损可提高矿山作业的安全性。

由于前桥与后桥能够实现同向转角，车辆可以平行的向两侧移动，便于在很狭窄的范围内实现车身的平移，此移动在传统的车型上是不可能做到的。

由于本发明车型可以双向行驶，因此车辆不需要在矿山的装载点或者卸载点进行掉头倒车，降低了车辆对矿山现场道路的空间要求，显著的降低了矿山建设成本。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。