[发明专利]使用轮内系统控制车辆的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年10月31日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2011-0112247号的优先权和权益，其全部内容引入本文以供参考。

技术领域

本发明涉及一种使用轮内系统控制车辆的系统和方法。更具体地，本发明涉及一种使用轮内系统控制车辆的方法，其通过使用阿克曼趋势转向原理可以使旋转半径最小化且具有转向稳定性。

背景技术

轮内系统通常具有安装在车辆的各个车轮内的电动机，并直接控制各个车轮的驱动。轮内系统通常被用于使用电动机作为动力源的车辆中，例如混合动力车、燃料电池车、和电动车。

通常，设置这种类型的转向装置，用于控制车辆的行驶方向。转向装置将动力从齿轮装置转移至车辆的前轮，并且包括转向横拉杆和转向节臂用于支撑左轮与右轮之间的相关位置。

转向装置通常遵循阿克曼趋势转向原理。可在由转向角和轮胎角生成的齿条行程之间建立阿克曼几何条件，并且可在阿克曼几何条件下如下面所述地定义阿克曼角和阿克曼率。

可将阿克曼角定义为当前轮和后轮的法线通过旋转中心时外轮的轮胎角，并且可将阿克曼率定义为理论阿克曼角与实际驾驶中生成的实际轮胎角之间的比率(％)。可通过图1示出的式计算阿克曼角和阿克曼率。

如果阿克曼率为100％是理想的，但实际上根据基于其它连接部件的限制条件的转向角，将阿克曼率设计为40-80％。如果未适当地应用阿克曼率，可能出现例如轮胎滞后(tire drag)或转向传感退化的一些问题。

在传统技术的情况中，如图1所示，在车辆转向时向车辆施加离心力。向车辆的轮胎施加侧向反力，并且发生轮胎滑移来抵消离心力。当发生轮胎滑移时，不能满足阿克曼几何条件，因为由于轮胎滑移，枢轴中心(O)移动到上面的位置(O’)。结果在传统技术中发生轮胎滞后并且转向传感退化。而且，如图2所示，传统技术存在问题，即由于正常转向时转向角非常小，所以在车辆正常转向时阿克曼率下降。

另一方面，当车辆需要以最小旋转半径转向时，大的外轮角对使旋转半径最小化是更有利的。在这种情况下，转向角应该更大以使旋转半径最小化，并且当转向角变大时，如图2所示，阿克曼率则增加。

然而，根据图1所示的阿克曼率式，当内轮角大于外轮角时，阿克曼率具有较大的值。结果，在传统技术中，难以通过保持转向稳定性来使旋转半径最小化，因为为了增加阿克曼率外轮角应当更小，而这不利于使旋转半径最小化。

上述在该背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能含有不构成在该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

本发明致力于提供一种使用轮内系统控制车辆的系统和方法，其具有经由阿克曼函数改善转向稳定性并使旋转半径最小化的优点。

本发明的示例性实施方式提供一种使用轮内系统控制车辆的系统和方法，该轮内系统控制安装在车辆的各个车轮内的电动机。具体地，控制单元可配置成基于车辆驾驶信息确定车辆的转向模式并且相应于转向模式计算车辆的当前阿克曼率。然后控制单元可基于当前阿克曼率生成控制命令，并使用控制命令分别控制各个车轮的电动机。

当转向模式处于转向稳定改善模式(即第一模式)时，可通过将车辆的当前偏航率(yaw rate)与取决于车辆的当前阿克曼率的目标偏航率进行比较来生成控制命令。当转向模式处于转向半径最小化模式(即第二模式)时，可通过计算当前阿克曼率的最小转向半径并将当前阿克曼率的最小转向半径与100％阿克曼率的最小转向半径进行比较来生成控制命令。

在本发明的一些示例性实施方式中，驾驶信息可包括转向角、转向角速度、车辆速度、和偏航率中的至少一种。可通过考虑齿条齿轮转向传动比、轮胎角、转向角、和车辆数据中的至少一种来计算当前阿克曼率，并且可基于车辆的当前阿克曼率、转向角、和车辆速度中的至少一种计算目标偏航率。另外，可基于齿条齿轮转向传动比、轮胎角、转向角、和车辆数据中的至少一种计算当前阿克曼率的最小转向半径。

根据本发明的示例性实施方式，可通过保持高阿克曼率来改善车辆的转向稳定性，并且可通过使用轮内电动机独立地控制各个车轮的扭矩来使旋转半径最小化。此外，可通过独立地控制各个车轮的扭矩来改善车辆的驾驶性能。

附图说明

图1为示出用于计算阿克曼角和阿克曼率的式的示意图。

图2为示出转向角与阿克曼率之间的关系的图。