电动车辆的原地转向控制系统和方法

摘要

本发明适用于汽车技术领域，提供了一种电动车辆的原地转向控制系统和方法。电动车辆的原地转向控制系统包括左转向电机控制器和右转向电机控制器、左转向电机和右转向电机，左前轮和右前轮转动并形成预设角度的“内八字”形状，转向电机控制器向车辆控制器发送转向完成指令。该系统利用车辆控制器根据接收到的原地转向指令控制左转向电机控制器和右转向电机控制器，并左转向电机控制器根据接收到的原地转向指令控制左前轮转向以及右转向电机控制器根据接收到的原地转向控制指令控制右前轮转向，且左前轮和右前轮的转动方向相反且使得左前轮和右前轮之间形成预设角度的“内八字”，由转向电机控制向车辆控制器发送转向完成指令。

权利要求

1.电动车辆的原地转向控制系统，用于电动车辆中，其特征在于，所述电动车辆包括车辆控制器，所述原地转向控制系统包括：左转向电机控制器和右转向电机控制器，用于接收外部原地转向指令，所述左转向电机控制器用于控制左前轮的转向，所述右转向电机控制器用于控制右前轮的转向；

左转向电机，所述左转向电机接收所述左转向电机控制器的原地转向指令并带动所述左前轮转动；

右转向电机，所述右转向电机接收所述右转向电机控制器的原地转向指令并带动所述右前轮转动；

偏航率传感器，所述偏航率传感器用于检测整车横摆信息并实时向所述车辆控制器发送整车横摆信息；

所述电动车辆的原地转向控制系统还包括分别与所述左前轮和所述右前轮相对应的驱动电机、电性连接于各所述驱动电机与所述车辆控制器之间的电机控制器、用于检测所述左前轮和所述右前轮的轮速以生成轮速信号的轮速传感器、用于检测方向盘方向信息的方向盘转角传感器以及用于保持车身稳定的电子驻车制动装置；

其中，驾驶员向转向电机控制器发送原地转向指令，转向电机控制器接收到所述原地转向指令并启动转向电机；在整车横摆信息超出预设值范围时，则停止原地转向；在整车横摆信息处于预设值时，所述左前轮和所述右前轮转动并形成预设角度的“内八字”形状，所述转向电机控制器向所述车辆控制器发送转向完成指令；

方向盘转角传感器检测到方向盘处于锁定状态并向所述车辆控制器发送方向盘锁定指令；

所述车辆控制器向电子驻车制动装置发送抱死右后轮或者左后轮的抱死指令，所述电子驻车制动装置完成所述右后轮或者左后轮抱死后将抱死指令反馈至所述车辆控制器；

所述车辆控制器根据接收到的所述转向完成指令、方向盘锁定指令和抱死指令向电机控制器发送驱动指令，所述电机控制器控制各驱动电机转矩；

在所述电机控制器控制各驱动电机转矩的步骤中，还包括：

各所述驱动电机以力矩T1进行驱动，与两前轮对应的轮速传感器检测两前轮的轮速是否大于零；

如果所检测的轮速大于零，则车辆处于运动状态，下一控制时间t时，所述驱动电机以力矩T2进行驱动；

如果所检测的轮速等于零，则车辆处于静止状态，下一控制时间t时，所述驱动电机以力矩T3进行驱动，在每个控制时间t内增加所述驱动电机的力矩直至轮速大于零，且增加力矩的控制时间不超过tmax；

其中，T1＞T3＞T2，t≤tmax。

2.如权利要求1所述的电动车辆的原地转向控制系统，其特征在于，所述左转向电机控制器连接于所述车辆控制器和左前轮之间，所述右转向电机控制器连接于所述车辆控制器和右前轮之间。

3.如权利要求1所述的电动车辆的原地转向控制系统，其特征在于，所述左转向电机设置于所述左转向电机控制器与所述左前轮之间，所述右转向电机设置于所述右转向电机控制器与所述右前轮之间。

4.如权利要求1所述的电动车辆的原地转向控制系统，其特征在于，所述车辆控制器在接收到所述方向盘转角传感器反馈的方向盘锁定指令和所述电子驻车制动装置反馈的抱死后轮指令后向所述左前轮和所述右前轮的所述电机控制器发送驱动指令，所述左转向电机输出正向扭矩以及所述右转向电机输出反向扭矩，或者，所述左前轮驱动电机输出反向扭矩以及所述右前轮驱动电机输出正向扭矩。

5.一种电动车辆的原地转向控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

驾驶员向转向电机控制器发送原地转向指令，所述转向电机控制器接收到所述原地转向指令并启动转向电机，在整车横摆信息超出预设值范围时，则停止原地转向；在整车横摆信息处于预设值时，所述转向电机带动两前轮转动且所述两前轮形成预设角度的“内八字”形状，所述转向电机向车辆控制器发送转向完成指令；

方向盘转角传感器检测到方向盘处于锁定状态并向所述车辆控制器发送方向盘锁定指令；

所述车辆控制器向电子驻车制动装置发送抱死右后轮或者左后轮的抱死指令，所述电子驻车制动装置完成所述右后轮或者左后轮抱死后将抱死指令反馈至所述车辆控制器；

所述车辆控制器根据接收到的所述转向完成指令、方向盘锁定指令和抱死指令向电机控制器发送驱动指令，所述电机控制器控制各驱动电机转矩；

在所述电机控制器控制各驱动电机转矩的步骤中，还包括：

各所述驱动电机以力矩T1进行驱动，与两前轮对应的轮速传感器检测两前轮的轮速是否大于零；

如果所检测的轮速大于零，则车辆处于运动状态，下一控制时间t时，所述驱动电机以力矩T2进行驱动；

如果所检测的轮速等于零，则车辆处于静止状态，下一控制时间t时，所述驱动电机以力矩T3进行驱动，在每个控制时间t内增加所述驱动电机的力矩直至轮速大于零，且增加力矩的控制时间不超过tmax；

其中，T1＞T3＞T2，t≤tmax。

6.如权利要求5所述的电动车辆的原地转向控制方法，其特征在于，还包括步骤：利用偏航率传感器实时向所述车辆控制器发送整车横摆信息；

如果整车横摆信息处于预设值时，则进行原地转向；反之，则停止原地转向。

7.如权利要求6所述的电动车辆的原地转向控制方法，其特征在于，在利用偏航率传感器实时向所述车辆控制器发送整车横摆信息的步骤中，还包括：利用横摆角速度传感器检测横摆角速度并判断所检测的所述横摆角速度是否超过横摆角速度阈值γlimit，当所检测的横摆角速度超过横摆角速度阈值γlimit时，则进行主动整车横摆控制；或者利用纵向加速度传感器和侧向加速度传感器检测所述整车质心侧偏角，判断所检测的整车质心侧偏角是否超过质心侧偏角阈值βlimit，当所检测的整车质心侧偏角超过质心侧偏角阈值βlimit时，则进行主动整车横摆控制。

8.如权利要求7所述的电动车辆的原地转向控制方法，其特征在于，在主动整车横摆控制的步骤中，包括：将整车简化为线性二自由度的车辆模型，直接以前轮转角作为输入，车辆车厢只作平行于地面的平面运动，轮胎的侧偏特性及空气动力的作用均为零、车辆沿x轴的纵向速度视为不变；

控制由各车轮的纵向驱动力所产生的绕过车辆质心z轴的横摆力矩，即：其中，FX1为左前轮的纵向力，FX2为右前轮的纵向力，FX3为左后轮的纵向力，FX4为右后轮的纵向力；d为轮距；

控制整车质心侧偏角等于质心侧偏角阈值βlimit以及控制横摆角速度等于期望横摆角速度。

9.如权利要求8所述的电动车辆的原地转向控制方法，其特征在于，在主动整车横摆控制的步骤中，包括：将所控制的横摆力矩MZ进行左右轮分配，左右两边车轮的驱动力矩方向相反。

说明书

电动车辆的原地转向控制系统和方法

技术领域

[0001] 本发明属于汽车技术领域，尤其涉及一种电动车辆以及该电动车辆的原地转向控制方法。

背景技术

[0002] 汽车为现代人们生活不可或缺的一种交通工具，为人们的出行带来极大的便利，汽车在行使中难免会碰到在狭小空间内原地转向(特别是调头)操作，特别是在车流量较大的胡同或居住区内，不仅转向调头不便，也会造成一定的车辆拥堵问题。

[0003] 为解决上述问题，原地转向技术应远而生了。现有的原地转向方式有：一种是采用千斤顶的方式将车辆离地升起一定高度并通过人力使车辆转动，完成车辆的原地掉头，例如中国专利(申请号为CN201310202609.2)；另一种是采用横拉杆与转向齿轮配合实现车辆的原地转向，例如中国专利申请(申请号为CN201510550082.1)。然而，现有的原地转向方式并没有考虑车辆在转向过程中的横摆力矩可能造成对车身稳定性的影响。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种电动车辆，旨在解决现有技术中现有技术中原地转向方式没有考虑车辆在转向过程中的横摆力矩可能造成对车身稳定性影响的技术问题。

[0005] 本发明是这样实现的，一种电动车辆的原地转向控制系统，用于电动车辆中，所述电动车辆包括车辆控制器，所述原地转向控制系统包括：

[0006] 左转向电机控制器和右转向电机控制器，用于接收外部原地转向指令，所述左转向电机控制器用于控制所述左前轮的转向，所述右转向电机控制器用于控制所述右前轮的转向；

[0007] 左转向电机，所述左转向电机接收所述左转向电机控制器的原地转向指令并带动所述左前轮转动；

[0008] 右转向电机，所述右转向电机接收所述右转向电机控制器的原地转向指令并带动所述右前轮转动；

[0009] 偏航率传感器，所述偏航率传感器用于检测整车横摆信息并实时向所述车辆控制器发送整车横摆信息；

[0010] 其中，驾驶员向转向电机控制器发送原地转向指令，转向电机控制器接收到所述原地转向指令并启动转向电机；在整车横摆信息超出预设值范围时，则停止原地转向；在整车横摆信息处于预设值时，所述左前轮和所述右前轮转动并形成预设角度的“内八字”形状，所述转向电机控制器向所述车辆控制器发送转向完成指令。

[0011] 进一步地，所述左转向电机控制器连接于所述车辆控制器和左前轮之间，所述右转向电机控制器连接于所述车辆控制器和右前轮之间。

[0012] 进一步地，所述左转向电机设置于所述左转向电机控制器与所述左前轮之间，所述右转向电机设置于所述右转向电机控制器与所述右前轮之间。

[0013] 进一步地，所述电动车辆的原地转向控制系统还包括分别与所述左前轮和所述右前轮相对应的驱动电机、电性连接于各所述驱动电机与所述车辆控制器之间的电机控制器、用于检测所述左前轮和所述右前轮的轮速以生成轮速信号的轮速传感器、用于检测方向盘方向信息的方向盘转角传感器以及用于保持车身稳定的电子驻车制动装置。

[0014] 进一步地，所述车辆控制器在接收到所述方向盘转角传感器反馈的方向盘锁定指令和所述电子驻车制动装置反馈的抱死后轮指令后向所述左前轮和所述右前轮的所述电机控制器发送驱动指令，所述左转向电机输出正向扭矩以及所述右转向电机输出反向扭
矩，或者，所述左前轮驱动电机输出反向扭矩以及所述右前轮驱动电机输出正向扭矩。

[0015] 本发明还提供了一种电动车辆的原地转向控制方法，包括以下步骤：

[0016] 驾驶员向转向电机控制器发送原地转向指令，所述转向电机控制器接收到所述原地转向指令并启动转向电机，所述转向电机带动两前轮转动且所述两前轮形成预设角度的“内八字”形状，所述转向电机向车辆控制器发送转向完成指令；

[0017] 方向盘转角传感器检测到方向盘处于锁定状态并向所述车辆控制器发送方向盘锁定指令；

[0018] 所述车辆控制器向电子驻车制动装置发送抱死右后轮或者左后轮的抱死指令，所述电子驻车制动装置完成所述右后轮或者左后轮抱死后将抱死指令反馈至所述车辆控制器；

[0019] 所述车辆控制器根据接收到的所述转向完成指令、方向盘锁定指令和抱死指令向电机控制器发送驱动指令，所述电机控制器控制各驱动电机转矩。

[0020] 进一步地，在所述电机控制器控制各驱动电机转矩的步骤中，还包括：

[0021] 各所述驱动电机以力矩T1进行驱动，与两前轮对应的轮速传感器检测两前轮的轮速是否大于零；

[0022] 如果所检测的轮速大于零，则车辆处于运动状态，下月控制时间t时，所述驱动电机以力矩T2进行驱动；

[0023] 如果所检测的轮速等于零，则车辆处于静止状态，下一控制时间t时，所述驱动电机以力矩T3进行驱动，在每个控制时间t内增加所述驱动电机的力矩直至轮速大于零，且增加力矩的控制时间不超过tmax；

[0024] 其中，T1＞T3＞T2，t≤tmax。

[0025] 进一步地，所述电动车辆的原地转向控制方法还包括步骤：

[0026] 利用偏航率传感器实时向所述车辆控制器发送整车横摆信息；

[0027] 如果整车横摆信息处于预设值时，则进行原地转向；反之，则停止原地转向。

[0028] 进一步地，在利用偏航率传感器实时向所述车辆控制器发送整车横摆信息的步骤中，还包括：

[0029] 利用横摆角速度传感器检测横摆角速度并判断所检测的所述横摆角速度是否超过横摆角速度阈值γlimit，当所检测的横摆角速度超过横摆角速度阈值γlimit时，则进行主动整车横摆控制；和/或者

[0030] 利用纵向加速度传感器和侧向加速度传感器检测所述整车质心侧偏角，判断所检测的整车质心侧偏角是否超过质心侧偏角阈值βlimit，当所检测的整车质心侧偏角超过质心侧偏角阈值βlimit时，则进行主动整车横摆控制。

[0031] 进一步地，在主动整车横摆控制的步骤中，包括：

[0032] 将整车简化为线性二自由度的车辆模型，直接以前轮转角作为输入，车辆车厢只作平行于地面的平面运动，轮胎的侧偏特性及空气动力的作用均为零、车辆沿x轴的纵向速度视为不变；

[0033] 控制由各车轮的纵向驱动力所产生的绕过车辆质心z轴的横摆力矩，即：

[0034]

[0035] 其中，FX1为左前轮的纵向力，FX2为右前轮的纵向力，FX3为左后轮的纵向力，FX4为右后轮的纵向力；d为轮距；

[0036] 控制整车质心侧偏角等于质心侧偏角阈值βlimit以及控制横摆角速度等于期望横摆角速度。

[0037] 进一步地，在主动整车横摆控制的步骤中，包括：

[0038] 将所控制的横摆力矩MZ进行左右轮分配，左右两边车轮的驱动力矩方向相反。

[0039] 本发明相对于现有技术的技术效果是：电动车辆的原地转向控制系统利用所述车辆控制器根据接收到的原地转向指令控制所述左转向电机控制器和所述右转向电机控制器，并所述左转向电机控制器根据接收到的原地转向指令控制所述左前轮转向以及所述右转向电机控制器根据接收到的原地转向控制指令控制所述右前轮转向，且所述左前轮和所述右前轮的转动方向相反且使得所述左前轮和所述右前轮之间形成预设角度的“内八字”，由所述转动电机控制向所述车辆控制器发送转向完成指令。

附图说明

[0040] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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。

[0041] 图1是本发明实施例提供的电动车辆的结构示意图；

[0042] 图2是图1中电动车辆原地转向的轮速示意图；

[0043] 图3是图1中电动车辆原地转向的动力学模型图；

[0044] 图4是图1中电动车辆原地转向控制方法的流程图。

[0045] 附图标记说明：

[0046]10 方向盘 62 轮速传感器
20 车轮 64 旋变传感器
21 左前轮 66 方向盘转角传感器
22 右前轮 68 偏航率传感器
23 左后轮 70 动力电池
24 右后轮 80 电子驻车制动装置
30 车辆控制器 90 原地转向控制装置
40 变速器 92 左转向电机控制器
50 驱动电机 94 右转向电机控制器
60 电机控制器 96 左转向电机
    98 右转向电机

具体实施方式

[0047] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0048] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“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。

[0049] 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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0050] 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。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。

[0051] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

[0052] 请参照图1至图3，本发明实施例提供的电动车辆包括控制行驶方向的方向盘10、多个车轮20、车辆控制器30、多个分别与各所述车轮20连接的变速器40、多个分别与各所述变速器40相连并分别与各所述车轮20相对应的驱动电机、电性连接于各所述驱动电机与所述车辆控制器30之间的电机控制器、用于检测各所述车轮20的轮速以生成轮速信号的轮速传感器62、用于检测所述方向盘10方向信息的方向盘转角传感器66、用于检测整车横摆信息的偏航率传感器68、提供电源的动力电池70、用于保持车身稳定的电子驻车制动装置80(EPB，Electrical Parking Brake)以及通过控制两前轮对应所述驱动电机的扭矩和转速以使车辆原地转向的原地转向控制装置90；各所述电机控制器、各所述轮速传感器62、所述方向盘转角传感器66、所述电子驻车制动装置80、所述偏航率传感器68以及所述动力电池70与所述车辆控制器30电性连接，所述原地转向控制装置90对应于两前轮并分别控制两前轮的转动方向，两前轮的输出扭矩方向相反。

[0053] 本发明实施例提供的电动车辆通过设置控制两前轮对应所述驱动电机50的扭矩和转速的原地转向控制装置90来使车辆原地转向，并利用所述偏航率传感器68来检测整车横摆信息并将检测的整车横摆信息实时传送至所述车辆控制器30，以检测整车的横摆情
况，即检测车辆的横摆力矩，并由此判断车身是否稳定，以控制所述原地转向控制装置90是否对车辆进行原地转向动作，从而使得所述电动车辆在原地转向过程中平稳地进行。

[0054] 在该实施例中，多个车轮20包括左前轮21、右前轮22、左后轮23和右后轮24，左前轮21、右前轮22、左后轮23和右后轮24分别对应有一个变速器40、一个驱动电机50和一个电机控制器60，且左前轮21、右前轮22、左后轮23和右后轮24分别对应设置一个轮速传感器62。轮速传感器62用于检测电动车辆的轮速以生成轮速信号，各所述驱动电机50对应设置有一旋变传感器64，通过所述轮速传感器62和所述旋变传感器64实现对各所述车轮20的轮速进行检测。

[0055] 在该实施例中，所述左前轮21对应设置有一个原地转向控制装置90，所述右前轮22对应设置有一个原地转向控制装置90，两所述原地转向控制装置90均与动力电池70通过高压线缆电性连接，并均与所述车辆控制器30信号连接。

[0056] 安装时，每个变速器40通过传动轴与每个车轮20连接，每个驱动电机50与每个变速器40相连，且各变速器40位于对应车轮20与对应的驱动电机50之间；各所述电机控制器60通过高压线电性连接于所述动力电池70和对应的所述驱动电机50之间；各所述电机控制器60、各所述轮速传感器62、各所述旋变传感器64、所述方向盘转角传感器66、所述偏航率传感器68、所述电子驻车制动装置80和两所述原地转向控制装置90均与所述车辆控制器30通信连接，所述车辆控制器30根据方向盘转角传感器66、偏航率传感器68和所述电子驻车制动装置80发送的电动车辆的状态信号、轮速信号、动力电池70的状态信息以及四个驱动电机50的状态信息生成控制指令以对四个驱动电机50进行控制，并控制两所述原地转向控制装置90。

[0057] 具体而言，方向盘转角传感器66、偏航率传感器68和所述电子驻车制动装置80通过CAN网络将感应到电动车辆的状态信号发送给车辆控制器30。四个旋变传感器64和四个轮速传感器62通过硬线或CAN网络连接至车辆控制器30，两者均能提供测量轮速功能，并且可以选择任意一套轮速测量系统，也可以同时使用两套轮速测量系统，相互校验，这样如出现一套轮速传感器62失效时，则以另一套测量的轮速作为判断依据。本发明实施例的电动车辆采用四个旋变传感器64和四个轮速传感器62分别组成的两套轮速测量系统，即可以利用四个旋变传感器64进行轮速测量、或者利用四个轮速传感器62进行轮速测量、或者利用四个旋变传感器64和四个轮速传感器62组合进行轮速测量。四个驱动电机50独立控制，互不影响，每个驱动电机50与每个变速器40固连在一起，每个变速器40与每个车轮20通过传动轴进行连接。

[0058] 因此说，在本发明的实施例中，车辆控制器30接收到方向盘转角传感器66、偏航率传感器68、四个旋变传感器64、四个轮速传感器62、动力电池70、四个驱动电机50、所述电子驻车制动装置80等各个部件的状态信号后，判断电动车辆的整车状态。在需要对电动车辆进行状态调整时，所述车辆控制器30依据方向盘转角传感器66、偏航率传感器68、旋变传感器64、轮速传感器62和所述电子驻车制动装置80检测的数据，通过计算获得相应的控制信息，同时根据动力电池70的状态，四个驱动电机50的能力，发出控制指令，让四个驱动电机50发出驱动力矩或制动力矩，改变车轮20端的力矩，达到车辆控制器30制定的目标数据，同时使电动车辆达到稳定状态。在执行过程中，车辆控制器30实时监控方向盘转角传感器66、偏航率传感器68、旋变传感器64、轮速传感器62、动力电池70、四个驱动电机50和所述电子驻车制动装置80等部件的状态，通过接收到的参数进行判断，并实时调整目标参数，同时向四个驱动电机50发出控制指令。

[0059] 请参照图1，本发明实施例提供的电动车辆的原地转向控制系统用于上述电动车辆中，所述原地转向控制系统90包括：

[0060] 左转向电机控制器92和右转向电机控制器94，用于接收外部原地转向指令，所述左转向电机控制器92用于控制所述左前轮21的转向，所述右转向电机控制器94用于控制所述右前轮22的转向；

[0061] 左转向电机96，所述左转向电机96接收所述左转向电机96左转向电机控制器92的原地转向指令并带动所述左前轮21转动；

[0062] 右转向电机98，所述右转向电机98接收所述右转向电机控制器94的原地转向指令并带动所述右前轮22转动；

[0063] 其中，所述左前轮21和所述右前轮22转动并形成预设角度的“内八字”形状，所述转向电机控制器向所述车辆控制器30发送转向完成指令。

[0064] 本发明实施例提供的电动车辆的原地转向控制系统利用所述车辆控制器30根据接收到的原地转向指令控制所述左转向电机控制器92和所述右转向电机控制器94，并所述左转向电机控制器92根据接收到的原地转向指令控制所述左前轮21转向以及所述右转向
电机控制器94根据接收到的原地转向控制指令控制所述右前轮22转向，且所述左前轮21和所述右前轮22的转动方向相反且使得所述左前轮21和所述右前轮22之间形成预设角度的
“内八字”，由所述转向电机控制器向所述车辆控制器30发送转向完成指令。

[0065] 在该实施例中，原地转向过程中，方向盘10处于锁定状态，即转向操纵机构处于锁定状态，利用汽车控制器30控制所述左转向电机控制器92和所述右转向电机控制器94，并控制左转向电机96通过转向传动机构(未图示)将动力输出至左前轮21以及控制右转向电机98通过转向传动机构将动力输出至右前轮22，以实现左前轮21和右前轮22的转向控制。
左转向电机96和右转向电机98可利用丝杆原理的传动转换结构(未图示)将电机转子的旋
转运动转换为转向传动机构的直线运动以实现左前轮21和右前轮22的转向控制。

[0066] 在该实施例中，所述左转向电机控制器92连接于所述车辆控制器30和左前轮21之间，所述右转向电机控制器94连接于所述车辆控制器30和右前轮22之间。

[0067] 在该实施例中，所述左转向电机96设置于所述左转向电机96左转向电机控制器92与所述左前轮21之间，所述右转向电机98设置于所述右转向电机控制器94与所述右前轮22之间。

[0068] 可以理解地，所述左转向电机96通过转动轴与左前轮21连接，所述右转向电机98通过转动轴与右前轮22连接；所述左转向电机96左转向电机控制器92通过高压线或者硬线电性连接于所述左转向电机96与动力电池70之间，所述右转向电机控制器94通过高压线或者硬线电性连接于所述右转向电机98与动力电池70之间；所述左转向电机96左转向电机控制器92和所述右转向电机控制器94通过CAN网络与所述车辆控制器30通讯连接。

[0069] 请参照图1至图3，在该实施例中，偏航率传感器68包括横摆角速度传感器、纵向加速度传感器和侧向加速度传感器。在电动车辆行驶过程中，车辆控制器30根据方向盘转角传感器66检测的方向盘10转角信号和轮速信号实时计算电动车辆的目标横摆角速度，并将目标横摆角速度与横摆角速度传感器检测的电动车辆的实际横摆角速度进行比较以获得横摆角速度差值；同时，车辆控制器30根据轮速信号、方向盘10转角信号、电动车辆的实际横摆角速度和侧向加速度传感器检测的电动车辆的侧向加速度计算电动车辆的后轴侧偏
角，以及车辆控制器30根据目标横摆角速度和电动车辆的实际横摆角速度通过利用电动车辆的整车转动惯量以实时计算电动车辆的目标横摆力矩与实际横摆力矩之间的横摆力矩
差值。

[0070] 需要说明的是，在本发明的实施例中，如果横摆角速度差值小于第一预设角速度或者后轴侧偏角小于第一预设角度，说明电动车辆未发生侧滑，整车非常稳定，无需进行主动横摆控制；如果横摆角速度差值大于第一预设角速度且小于等于第二预设角速度或者后轴侧偏角大于第一预设角度且小于等于第二预设角度，说明电动车辆发生侧滑且处于侧滑极限区间之前，需要进行主动横摆控制并进入驱动力横摆控制模式；如果横摆角速度差值大于第二预设角速度或者后轴侧偏角大于第二预设角度，说明电动车辆发生处于侧滑极限区间，需要进行主动横摆控制且同时进入驱动力横摆控制模式和制动力横摆控制模式。

[0071] 请参照图1至图3，进一步地，所述车辆控制器30在接收到所述方向盘转角传感器66反馈的方向盘10锁定指令和所述电子驻车制动装置80反馈的抱死后轮指令后向两前轮
的所述电机控制器60发送驱动指令，所述左转向电机96输出正向扭矩以及所述右转向电机
98输出反向扭矩，或者，所述左前轮21驱动电机50输出反向扭矩以及所述右前轮22驱动电机50输出正向扭矩。

[0072] 使用时，驾驶员采用遥控装置发送原地转向命令(以向右原地转向为例，下同)给左转向电机96左转向电机控制器92和右转向电机控制器94，左转向电机96左转向电机控制器92和右转向电机控制器94发送转向信号给左转向电机96和右转向电机98，左转向电机96和右转向电机98开始转动直到所述左前轮21和所述右前轮22形成预设角度δ的“内八字”形状(如附图1所示)。在完成所述左前轮21和所述右前轮22的“内八字”转向后，左转向电机96左转向电机控制器92和右转向电机控制器94向车辆控制器30发送完成指令；方向盘转角传感器66检测到方向盘10已经锁定，即所述方向盘10处于锁定状态而无法转动，并向车辆控制器30发送方向盘10锁定指令；车辆控制器30向EPB发送抱死右后轮24的命令，在完成抱死后反馈信息给车辆控制器30；车辆控制器30向电机控制器60发送驱动命令，左前轮21驱动电机50输出正向扭矩，右前轮22驱动电机50输出反向扭矩。在原地转向进行过程中，偏航率传感器68实时向车辆控制器30发送信号，监测整车横摆情况。如果出现非稳定状况，即进行整车横摆控制或停止。

[0073] 当原地转向完成后，驾驶员采用遥控装置关闭原地转向按钮，即发出原地转向完成指令，则所述方向盘10获得解锁，并利用所述方向盘转角传感器66检测到所述方向盘10处于可转动状态。

[0074] 在该实施例中，按下原地转向按钮，即启动原地转向功能，所述方向盘10处于锁定状态，即处于无法转动状态，并利用所述方向盘转角传感器66将检测到所述方向盘10的锁定状态产生的锁定指令发送至所述车辆控制器30，此时，所述方向盘10由助力电机带动并且该助力电机处于不工作状态而将方向盘10锁定，所述车辆控制器30根据接收到的锁定指令进行控制处理。当再次按下原地转向按钮，即关闭原地转向功能时，所述方向盘10自动解锁，处于可以转动状态。

[0075] 当向左原地转向时，车辆控制器30向电机控制器60发送驱动命令，左前轮21驱动电机50输出反向扭矩，右前轮22驱动电机50输出正向扭矩。

[0076] 请参照图1至图4，本发明实施例提供的电动车辆的原地转向控制方法包括以下步骤：

[0077] 驾驶员向转向电机控制器发送原地转向指令，所述转向电机控制器接收到所述原地转向指令并启动转向电机，所述转向电机带动两前轮转动且所述两前轮形成预设角度的“内八字”形状，所述转向电机向车辆控制器30发送转向完成指令；

[0078] 方向盘转角传感器66检测到方向盘10处于锁定状态并向所述车辆控制器30发送方向盘10锁定指令；

[0079] 所述车辆控制器30向电子驻车制动装置80发送抱死右后轮24或者左后轮23的抱死指令，所述电子驻车制动装置80完成所述右后轮24或者左后轮23抱死后将抱死指令反馈至所述车辆控制器30；

[0080] 所述车辆控制器30根据接收到的所述转向完成指令、方向盘10锁定指令和抱死指令向电机控制器60发送驱动指令，所述电机控制器60控制各驱动电机50转矩；

[0081] 利用偏航率传感器68实时向所述车辆控制器30发送整车横摆信息；

[0082] 如果整车横摆信息处于阈值时则进行原地转向；反之，则停止原地转向。

[0083] 本发明实施例提供的电动车辆的原地转向控制方法利用所述转向电机控制器启动所述转向电机，并由所述转向电机带动两前轮转动以形成预设角度的“内八字”形状，并利用所述偏航率传感器68来实时检测整车横摆信息并将检测的整车横摆信息实时传送至
所述车辆控制器30，以检测整车的横摆情况，即检测车辆的横摆力矩，并由此判断车身是否稳定，以控制所述原地转向控制装置90是否对车辆进行原地转向动作，从而使得所述电动车辆在原地转向过程中平稳地进行。

[0084] 在该实施例中，所述转向电机控制器包括左转向电机控制器92和右转向电机控制器94，用于接收外部原地转向指令，所述左转向电机控制器92用于控制所述左前轮21的转向，所述右转向电机控制器94用于控制所述右前轮22的转向；

[0085] 所述转向电机包括左转向电机96和右转向电机98，所述左转向电机96设置于所述左转向电机96左转向电机控制器92与所述左前轮21之间，所述左转向电机96接收所述左转向电机96左转向电机控制器92的原地转向指令并带动所述左前轮21转动；所述右转向电机98设置于所述右转向电机控制器94与所述右前轮22之间，所述右转向电机98接收所述右转向电机控制器94的原地转向指令并带动所述右前轮22转动；其中，所述左前轮21和所述右前轮22转动并形成预设角度的“内八字”形状，所述转向电机控制器向所述车辆控制器30发送转向完成指令。

[0086] 在该实施例中，所述电动车辆包括：控制行驶方向的方向盘10、多个车轮20、车辆控制器30、多个分别与各所述车轮20连接的变速器40、多个分别与各所述变速器40相连并分别与各所述车轮20相对应的驱动电机50、电性连接于各所述驱动电机50与所述车辆控制器30之间的电机控制器60、用于检测各所述车轮20的轮速以生成轮速信号的轮速传感器62、用于检测所述方向盘10方向信息的方向盘转角传感器66、用于检测整车横摆信息的偏航率传感器68、提供电源的动力电池70、用于保持车身稳定的电子驻车制动装置80(EPB，Electrical Parking Brake)以及通过控制两前轮对应所述驱动电机50的扭矩和转速以使车辆原地转向的原地转向控制装置90；各所述电机控制器60、各所述轮速传感器62、所述方向盘转角传感器66、所述电子驻车制动装置80、所述偏航率传感器68以及所述动力电池70与所述车辆控制器30电性连接，所述原地转向控制装置90对应于两前轮并分别控制两前轮的转动方向，两前轮的输出扭矩方向相反。

[0087] 请参照图1，在该实施例中，多个车轮20包括左前轮21、右前轮22、左后轮23和右后轮24，左前轮21、右前轮22、左后轮23和右后轮24分别对应有一个变速器40、一个驱动电机50和一个电机控制器60，且左前轮21、右前轮22、左后轮23和右后轮24分别对应设置一个轮速传感器62。轮速传感器62用于检测电动车辆的轮速以生成轮速信号，各所述驱动电机50对应设置有一旋变传感器64，通过所述轮速传感器62和所述旋变传感器64实现对各所述车轮20的轮速进行检测。

[0088] 在该实施例中，所述左前轮21对应设置有一个原地转向控制装置90，所述右前轮22对应设置有一个原地转向控制装置90，两所述原地转向控制装置90均与动力电池70通过高压线缆电性连接，并均与所述车辆控制器30信号连接。

[0089] 请参照图1，安装时，每个变速器40通过传动轴与每个车轮20连接，每个驱动电机50与每个变速器40相连，且各变速器40位于对应车轮20与对应的驱动电机50之间；各所述电机控制器60通过高压线电性连接于所述动力电池70和对应的所述驱动电机50之间；各所述电机控制器60、各所述轮速传感器62、各所述旋变传感器64、所述方向盘转角传感器66、所述偏航率传感器68、所述电子驻车制动装置80和两所述原地转向控制装置90均与所述车辆控制器30通信连接，所述车辆控制器30根据方向盘转角传感器66、偏航率传感器68和所述电子驻车制动装置80发送的电动车辆的状态信号、轮速信号、动力电池70的状态信息以及四个驱动电机50的状态信息生成控制指令以对四个驱动电机50进行控制，并控制两所述原地转向控制装置90。

[0090] 请参照图1，具体而言，方向盘转角传感器66、偏航率传感器68和所述电子驻车制动装置80通过CAN网络将感应到电动车辆的状态信号发送给车辆控制器30。四个旋变传感器64和四个轮速传感器62通过硬线或CAN网络连接至车辆控制器30，两者均能提供测量轮速功能，并且可以选择任意一套轮速测量系统，也可以同时使用两套轮速测量系统，相互校验，这样如出现一套轮速传感器62失效时，则以另一套测量的轮速作为判断依据。本发明实施例的电动车辆采用四个旋变传感器64和四个轮速传感器62分别组成的两套轮速测量系统，即可以利用四个旋变传感器64进行轮速测量、或者利用四个轮速传感器62进行轮速测量、或者利用四个旋变传感器64和四个轮速传感器62组合进行轮速测量。四个驱动电机50独立控制，互不影响，每个驱动电机50与每个变速器40固连在一起，每个变速器40与每个车轮20通过传动轴进行连接。

[0091] 请参照图1，因此说，在本发明的实施例中，车辆控制器30接收到方向盘转角传感器66、偏航率传感器68、四个旋变传感器64、四个轮速传感器62、动力电池70、四个驱动电机50、所述电子驻车制动装置80等各个部件的状态信号后，判断电动车辆的整车状态。在需要对电动车辆进行状态调整时，所述车辆控制器30依据方向盘转角传感器66、偏航率传感器
68、旋变传感器64、轮速传感器62和所述电子驻车制动装置80检测的数据，通过计算获得相应的控制信息，同时根据动力电池70的状态，四个驱动电机50的能力，发出控制指令，让四个驱动电机50发出驱动力矩或制动力矩，改变车轮20端的力矩，达到车辆控制器30制定的目标数据，同时使电动车辆达到稳定状态。在执行过程中，车辆控制器30实时监控方向盘转角传感器66、偏航率传感器68、旋变传感器64、轮速传感器62、动力电池70、四个驱动电机50和所述电子驻车制动装置80等部件的状态，通过接收到的参数进行判断，并实时调整目标参数，同时向四个驱动电机50发出控制指令。

[0092] 请参照图1至图3，进一步地，在所述电机控制器60控制各驱动电机50转矩的步骤中，包括：

[0093] 所述电机控制器60根据预设原地转向车速，并根据下式计算出各所述驱动电机50所需的驱动力矩T：

[0094] T＝F(M,g,f,r,i,η)

[0095] 式中：M是整车质量；g是重力加速度；是滚动阻力系数；r是车轮20滚动半径；i是变速器40速比；η是一个常数。

[0096] 各所述电机控制器60接收到所述车辆控制器30发出的驱动指令后，各所述电机控制器60根据预设的原地转向车速计算出各所述驱动电机50所需的驱动力矩，通过控制各所述驱动电机50所需的力矩大小，以使所述电机控制器60控制左前轮21和右前轮22所对应的所述驱动电机50转速。

[0097] 请参照图1至图3，进一步地，在所述电机控制器60控制各驱动电机50转矩的步骤中，还包括：

[0098] 各所述驱动电机50以力矩T1进行驱动，与两前轮对应的轮速传感器62检测两前轮的轮速是否大于零；

[0099] 如果所检测的轮速大于零，则车辆处于运动状态，下一控制时间t时，所述驱动电机50以力矩T2进行驱动；

[0100] 如果所检测的轮速等于零，则车辆处于静止状态，下一控制时间t时，所述驱动电机50以力矩T3进行驱动，在每个控制时间t内增加所述驱动电机50的力矩直至轮速大于零，且增加力矩的控制时间不超过tmax；

[0101] 其中，T1＞T3＞T2，t≤tmax。

[0102] 通过检测轮速是否大于零，来计算出所述驱动电机50的输出力矩。对于轮速为零的情况，须与在每个控制时间内增加所述驱动电机50的输出力矩，直至所述轮速大于零。

[0103] 经过以上各步骤的启动控制，车辆已经运动起来。接下来进入车速控制环节。由于右前轮22被推着走(以向右原地转向为例，下同)，各所述车轮20的轮胎会有很大的磨损，为减小轮胎磨损对其轮速进行精确控制。如图2所示，右前轮22中心的速度在X轴和Y轴方向上有分量VX和VY，并假设右前轮22中心在Δt时间内，X轴方向、Y轴方向的位移分别为ΔSX、ΔSY。则有：

[0104] 车辆质心点O处的角速度ωo:

[0105] ωo＝F(ΔSX，ΔSYΔt，a)

[0106] 左前轮21车速为：

[0107] VL＝bωo＝F(ΔSX，ΔSY，Δt，a，b)

[0108] 式中，a为左前轮21与左后轮23之间的轮距或者右前轮22与右后轮24之间的轮距；b为左前轮21与右前轮22之间的轮距或者左后轮23与右后轮24之间的轮距。

[0109] 所述电机控制器60应控制左前轮21和右前轮22的驱动电机50转速n1、n2分别为：

[0110]

[0111] 式中，i为传动比；r为车轮20滚动半径。

[0112] 进一步地，所述的电动车辆的原地转向控制方法还包括步骤：

[0113] 利用偏航率传感器68实时向所述车辆控制器30发送整车横摆信息；

[0114] 如果整车横摆信息处于预设值时，则进行原地转向；反之，则停止原地转向。

[0115] 该原地转向控制方法通过所述偏航率传感器68实时检测整车横摆信息并将该整车横摆信息发送至所述车辆控制器30，该车辆控制器30将该整车横摆信息与整车横摆的预设值进行比对，以判断是否进行原地转向，具体地，整车横摆信息达到预设值则进行原地转向，如果所述整车横摆信息未达到预设值，则停止原地转向。

[0116] 请参照图1至图3，进一步地，在利用偏航率传感器68实时向所述车辆控制器30发送整车横摆信息的步骤中，还包括：

[0117] 利用横摆角速度传感器检测横摆角速度并判断所检测的横摆角速度是否超过横摆角速度阈值γlimit，当所检测的横摆角速度超过横摆角速度阈值γlimit时，则进行主动整车横摆控制；或者

[0118] 利用纵向加速度传感器和侧向加速度传感器检测所述整车质心侧偏角，判断所检测的整车质心侧偏角是否超过质心侧偏角阈值βlimit当所检测的整车质心侧偏角超过质心侧偏角阈值βlimit时，则进行主动整车横摆控制。

[0119] 利用所述偏航率传感器68实时向车辆控制器30发送信号，监测整车横摆情况。如果原地转向正常进行，则按以上方式进行转矩和转速控制。如果出现非稳定状况——整车质心侧偏角或横摆角速度超过阈值βHmit或γHmit，即进行整车横摆控制，横摆控制还不能起作用则停止原地转向。

[0120] 可以理解地，整车横摆信息包括横摆角速度和整车质心侧偏角，整车横摆的预设值包括横摆角速度阈值γlimit和质心侧偏角阈值βlimit。

[0121] 在该实施例中，偏航率传感器68包括横摆角速度传感器、纵向加速度传感器和侧向加速度传感器。

[0122] 在电动车辆行驶过程中，车辆控制器30根据方向盘转角传感器66检测的方向盘10转角信号和轮速信号实时计算电动车辆的目标横摆角速度，并将目标横摆角速度与横摆角速度传感器检测的电动车辆的实际横摆角速度进行比较以获得横摆角速度差值；同时，车辆控制器30根据轮速信号、方向盘10转角信号、电动车辆的实际横摆角速度和侧向加速度传感器检测的电动车辆的侧向加速度计算电动车辆的后轴侧偏角，以及车辆控制器30根据目标横摆角速度和电动车辆的实际横摆角速度通过利用电动车辆的整车转动惯量以实时计算电动车辆的目标横摆力矩与实际横摆力矩之间的横摆力矩差值。

[0123] 需要说明的是，在本发明的实施例中，如果横摆角速度差值小于第一预设角速度或者后轴侧偏角小于第一预设角度，说明电动车辆未发生侧滑，整车非常稳定，无需进行主动横摆控制；如果横摆角速度差值大于第一预设角速度且小于等于第二预设角速度或者后轴侧偏角大于第一预设角度且小于等于第二预设角度，说明电动车辆发生侧滑且处于侧滑极限区间之前，需要进行主动横摆控制并进入驱动力横摆控制模式；如果横摆角速度差值大于第二预设角速度或者后轴侧偏角大于第二预设角度，说明电动车辆发生处于侧滑极限区间，需要进行主动横摆控制且同时进入驱动力横摆控制模式和制动力横摆控制模式。

[0124] 请参照图1至图3，进一步地，在主动整车横摆控制的步骤中，包括：

[0125] 将整车简化为线性二自由度的车辆模型，如图3所示，直接以前轮转角作为输入，车辆车厢只作平行于地面的平面运动，轮胎的侧偏特性及空气动力的作用均为零、车辆沿x轴的纵向速度视为不变；

[0126] 控制由各车轮20的纵向驱动力所产生的绕过车辆质心z轴的横摆力矩，即：

[0127]

[0128] 其中，FX1为左前轮21的纵向力，FX2为右前轮22的纵向力，FX3为左后轮23的纵向力，FX4为右后轮24的纵向力；d为轮距；

[0129] 控制整车质心侧偏角等于质心侧偏角阈值βlimit以及控制横摆角速度等于期望横摆角速度。

[0130] 需要说明的是：在进行横摆控制时，需要设定相应的前提，即将整车简化为线性二自由度的车辆模型(如图3所示)；分析中忽略转向系统的影响，直接以前轮转角作为输入；忽略悬架的作用，认为车辆车厢只作平行于地面的平面运动，即车辆沿z轴的位移，绕y轴的俯仰角与绕x轴的侧倾角均为零；不考虑轮胎的侧偏特性及空气动力的作用；并且车辆沿x轴的纵向速度视为不变。

[0131] 在横摆控制过程中，O为汽车质心点；β为质心侧偏角；γ为横摆角速度；δi为前轮转角；FX1为左前轮21的纵向力，FX2为右前轮22的纵向力，FX3为左后轮23的纵向力，FX4为右后轮24的纵向力；；FY1为左前轮21的侧向力，FY2为右前轮22的侧向力，FY3为左后轮23的侧向力，FY4为右后轮24的侧向力；FY1为左前轮21的侧向力，FY2为右前轮22的侧向力，FY3为左后轮23的侧向力，FY4为右后轮24的侧向力；d为轮距；la和lb分别为质心到前后轴的距离；VZ、VY为车体在固定坐标系下的纵向、侧向车速。

[0132] 其动力学方程表示如下：

[0133]

[0134]

[0135]

[0136] 式中，m为整车质量；Iz车辆绕z轴的转动惯量；Mz为由各车轮20的纵向驱动力所产生的绕过汽车质心z轴的横摆力矩，即：

[0137]

[0138] 横摆控制的目标是尽量保持质心侧偏角β为最小(即等于βHmit)，同时使横摆角速度γ跟踪期望角速度，以实现驾驶员的意图。

[0139] 根据二自由度车辆稳态转向理论，期望横摆角速度可表示为：

[0140]

[0141] 式中，γe为期望的横摆角速度；K为稳定性因数。

[0142] 以滑模控制为例来说明横摆力矩的计算方法。采用质心侧偏角β和横摆角速度γ联合控制，定义滑模面为

[0143]

[0144] 式中，c为联合控制参数。由式(2)知，为γ的函数，故称式(6)为β和γ的联合控制。根据到达条件 得：

[0145]

[0146] 将式(1)、(7)代入式(2)，得

[0147]

[0148] 故，得出以β和γ为控制变量的附加横摆力矩表达式为

[0149]

[0150] 本发明实施例中横摆力矩的计算方法不限于采用滑模控制，也可以采用其他控制方法，计算思想是产生横摆力矩使车身稳定。

[0151] 请参照图1至图3，进一步地，在主动整车横摆控制的步骤中，包括：

[0152] 将所控制的横摆力矩MZ进行左右轮分配，左右两边车轮20的驱动力矩方向相反。

[0153] 横摆控制过程是为了计算出附加横摆力矩，并对该力矩进行左右轮分配，左右两边车轮20的驱动力方向相反，以求达到横摆控制的目的。各轮的电机输出力矩FM：

[0154] FM＝F(MZ,i,r,d)

[0155] 式中，MZ为横摆力矩，d为轮距，i为对应的车轮20，i＝1、2、3和4，1表示为左前轮21，2表示为右前轮22，3表示为左后轮23，4表示为右后轮24；r为车轮20滚动半径。

[0156] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。