專(zhuān)利名稱：基于滑移率控制的電動(dòng)車(chē)差速轉(zhuǎn)向控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)車(chē)輛差速轉(zhuǎn)向控制技術(shù)，尤其是涉及一種基于滑移率控制的電子差速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輪轂電動(dòng)車(chē)輛的電子差速轉(zhuǎn)向控制的方法。

背景技術(shù)：
隨著日益嚴(yán)重的大氣污染和能源危機(jī)，傳統(tǒng)交通工具的可持續(xù)發(fā)展日趨嚴(yán)峻，電動(dòng)車(chē)輛是解決上述問(wèn)題的有效途徑。然而電動(dòng)車(chē)輛的優(yōu)點(diǎn)不僅局限于此，從結(jié)構(gòu)和控制的角度而言，電動(dòng)車(chē)輛還具有普通燃油汽車(chē)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。按照動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，電動(dòng)車(chē)輛有兩種驅(qū)動(dòng)方式一種是在原有發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)的基礎(chǔ)上改裝的，即用一個(gè)電機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)的集中驅(qū)動(dòng)方式，這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)類(lèi)似，動(dòng)力由電機(jī)輸出再沿變速器、傳動(dòng)軸、差速器、半軸傳遞給車(chē)輪，并驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。但傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，易產(chǎn)生振動(dòng)、在開(kāi)發(fā)過(guò)程中不能預(yù)測(cè)噪聲等問(wèn)題；另一種是根據(jù)電動(dòng)車(chē)輛本身的特點(diǎn)而研制的分布式驅(qū)動(dòng)方式，即電機(jī)通過(guò)減速裝置或者直接安裝在車(chē)輪內(nèi)，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪前進(jìn)。這種結(jié)構(gòu)可去掉復(fù)雜的變速裝置、機(jī)械差速器、半軸等傳動(dòng)系統(tǒng)部件，不僅簡(jiǎn)化了底盤(pán)結(jié)構(gòu)，而且降低了整車(chē)質(zhì)量、易維護(hù)且成本低、提高了傳動(dòng)效率和可靠性，延長(zhǎng)了電機(jī)使用壽命。
采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以減小單個(gè)電機(jī)尺寸，使整車(chē)質(zhì)量分布更加合理，并降低了整車(chē)底板的高度。由于上述第一種驅(qū)動(dòng)方式采用機(jī)械差速，其研發(fā)成本高、周期長(zhǎng)，無(wú)法適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)需求。根據(jù)電動(dòng)車(chē)輛的特點(diǎn)，并針對(duì)其特殊的變載荷使用環(huán)境，將轉(zhuǎn)速進(jìn)行電子差速控制的方法被廣泛采用，但目前大都僅限于基于Ackerman——Jeantand電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向模型的電子差速算法研究，而基于此種模型算法用于電動(dòng)車(chē)輛兩輪差速轉(zhuǎn)向控制，將使轉(zhuǎn)速誤差大，轉(zhuǎn)向不平穩(wěn)。因此，電動(dòng)車(chē)輛差速轉(zhuǎn)向控制是提高轉(zhuǎn)向控制品質(zhì)，改善車(chē)輛行駛平穩(wěn)性的關(guān)鍵。
車(chē)輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是重要的總成之一，其性能的優(yōu)劣直接影響著車(chē)輛的轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性和傳動(dòng)效率。因此對(duì)性能優(yōu)良的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的研究一直是車(chē)輛工程領(lǐng)域的重要研究課題。當(dāng)電動(dòng)車(chē)輛兩后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，由于同軸的左右后輪轉(zhuǎn)速不同，導(dǎo)致兩車(chē)輪滑移率發(fā)生變化，再由于車(chē)輪垂直載荷的轉(zhuǎn)移，共同造成了左右后輪所受到的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力的不同，在電動(dòng)車(chē)輛高速行駛的時(shí)候?qū)﹄妱?dòng)車(chē)輛的穩(wěn)定性影響很大。


發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種有著良好的轉(zhuǎn)向操作性能和平穩(wěn)性的基于滑移率的電動(dòng)車(chē)差速轉(zhuǎn)向控制方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于滑移率控制的電動(dòng)車(chē)差速轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 (1)根據(jù)輪速傳感器測(cè)得電動(dòng)車(chē)后輪輪速、驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)際輸出力矩，以及車(chē)輛的側(cè)向速度； (2)通過(guò)兩自由度轉(zhuǎn)向模型計(jì)算出電動(dòng)車(chē)輛的側(cè)向速度和橫擺角速度，再算出四個(gè)車(chē)輪的側(cè)偏角，從而算出四個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速；實(shí)現(xiàn)對(duì)輪轂電動(dòng)車(chē)輛的電子差速轉(zhuǎn)向的控制算法包括 車(chē)體的受力和力矩的平衡方程分別為 其中Xi＝Fxicosδi-Fyisinδi，Yi＝Fxisinδi+Fyicosδi(i＝1，2，3，4)；

ai為各車(chē)輪的側(cè)偏角；式中，v為電動(dòng)車(chē)輛的側(cè)向速度(m/s)，u為電動(dòng)車(chē)輛的縱向速度，wr為電動(dòng)車(chē)輛的橫擺角速度(rad/s)，Jz為電動(dòng)車(chē)輛繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgm2)，a為前軸距(m)，b為后軸距，B為內(nèi)外車(chē)輪輪距； 車(chē)輪側(cè)偏角各個(gè)車(chē)輪的側(cè)偏角為 以上各式中假設(shè)|u|＞＞Bwr/2。
車(chē)輪轉(zhuǎn)速車(chē)輪中心平行于車(chē)輪平面的速度分量為 車(chē)輪的法向負(fù)荷車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)，由于有離心力作用，造成車(chē)輪法向載荷改變；離心力為Fc＝mv(wr+β)，β為質(zhì)心側(cè)偏角，β＝arctan(v/u)，V為車(chē)體速度，則車(chē)輪法向載荷為式中，L為電動(dòng)車(chē)輛的輪距，h為質(zhì)心高度； 采用前輪控制轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動(dòng)的形式；設(shè)該車(chē)在前輪轉(zhuǎn)向角為δf*，后輪轉(zhuǎn)向角δr＝0時(shí)左轉(zhuǎn)彎，左右驅(qū)動(dòng)輪實(shí)際滑移率差為Δλx＝λ3-λ4，在車(chē)輪特性的線性區(qū)域內(nèi)，偏轉(zhuǎn)率以

來(lái)估算；由轉(zhuǎn)向的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)決定的左右驅(qū)動(dòng)輪的滑移率差為其中K1為控制增益；通過(guò)調(diào)節(jié)K1可得到所需的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 以λ3*，λ4*分別表征左右驅(qū)動(dòng)輪在給定轉(zhuǎn)向條件下的目標(biāo)滑移率；對(duì)應(yīng)于左轉(zhuǎn)彎工況，λ3*由系統(tǒng)根據(jù)路面條件確定； 由此，可得λ4*為 根據(jù)所確定的每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的目標(biāo)滑移率，分別設(shè)計(jì)基于滑移率控制的開(kāi)關(guān)變結(jié)構(gòu)控制器，其控制函數(shù)分別為T(mén)3＝KLsgn(DL)，T4＝KRsgn(DR)，其中KLKR分別為控制增益。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果 本發(fā)明是將轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)矩分配計(jì)算和車(chē)輪滑移率的控制相結(jié)合，其實(shí)現(xiàn)的基本功能是已知電動(dòng)車(chē)輛行駛的速度和與方向盤(pán)操作對(duì)應(yīng)的前輪轉(zhuǎn)向角輸入量，通過(guò)兩自由度轉(zhuǎn)向模型計(jì)算出電動(dòng)車(chē)輛的側(cè)向速度和橫擺角速度，再算出四個(gè)車(chē)輪的側(cè)偏角，從而算出四個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速，應(yīng)用其算法即可實(shí)現(xiàn)對(duì)輪轂電動(dòng)車(chē)輛的電子差速轉(zhuǎn)向的控制。本發(fā)明考慮了電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)離心力對(duì)車(chē)輪的影響，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析；不僅分析了電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)的滾動(dòng)狀態(tài)，而且還分析了滑動(dòng)對(duì)附著力系數(shù)的影響，使用此算法不僅可以適用于車(chē)輪低速運(yùn)轉(zhuǎn)，還可以適用于車(chē)輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)。它將轉(zhuǎn)矩分配計(jì)算和車(chē)輪的滑移率相結(jié)合，使得所設(shè)計(jì)的電子差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有差速的同時(shí)，還具有差速鎖的效果，并具有降速增扭的功能，大大提高了電動(dòng)車(chē)輛行駛通過(guò)性和轉(zhuǎn)向性能；在功能上不僅能達(dá)到了機(jī)械差速器的作用，而且提高了傳動(dòng)效率，減少了機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)雜度。
本發(fā)明改變了傳統(tǒng)的機(jī)械差速控制和已有的基于Ackerman——Jeantand汽車(chē)轉(zhuǎn)向模型的電子差速控制算法，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向操作性能和平穩(wěn)性。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，采用此算法對(duì)輪轂電動(dòng)車(chē)輛兩后輪差速轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，樣車(chē)運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定，路徑跟蹤可靠，控制性能良好。



圖1是附著系數(shù)與滑移率關(guān)系圖。
圖2是驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)受力圖。
圖3是兩自由度電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向模型圖。
圖4是本發(fā)明基于滑移率控制的電動(dòng)車(chē)差速轉(zhuǎn)向控制方法的算法框圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
一種基于滑移率控制的電動(dòng)車(chē)差速轉(zhuǎn)向控制方法，該方法包括如下步驟 (1)根據(jù)輪速傳感器測(cè)得電動(dòng)車(chē)后輪輪速、驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)際輸出力矩，以及車(chē)輛的側(cè)向速度； (2)通過(guò)兩自由度轉(zhuǎn)向模型計(jì)算出電動(dòng)車(chē)輛的側(cè)向速度和橫擺角速度，再算出四個(gè)車(chē)輪的側(cè)偏角，從而算出四個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速；用以下算法實(shí)現(xiàn)對(duì)輪轂電動(dòng)車(chē)輛的電子差速轉(zhuǎn)向的控制。
兩自由度電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向模型的電子差速算法包括速度、側(cè)偏角計(jì)算模型；兩個(gè)后輪垂直負(fù)荷計(jì)算模型；電動(dòng)車(chē)輛行駛動(dòng)力學(xué)模型以及車(chē)輪轉(zhuǎn)速控制模型。本發(fā)明考慮了電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)離心力對(duì)車(chē)輪的影響，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析；不僅分析了電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)的滾動(dòng)狀態(tài)，而且還分析了滑動(dòng)對(duì)附著力數(shù)的影響，使此算法不僅可以適用于低速運(yùn)轉(zhuǎn)，還可以適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)；它將轉(zhuǎn)矩分配計(jì)算和車(chē)輪的滑移率相結(jié)合，使得電子差速轉(zhuǎn)向在功能上達(dá)到了機(jī)械差速器的作用，但又具有提高傳動(dòng)效率，減少機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)雜度等，更加便于車(chē)輛的保養(yǎng)和維修。
車(chē)輪特性定義附著力系數(shù)

為地面對(duì)車(chē)輪的極限反作用力一即附著力

與驅(qū)動(dòng)輪法向反作用力Fz的比值

并定義車(chē)輪滑移率其中uw為車(chē)輪中心的速度，ww為車(chē)輪角速。試驗(yàn)顯示附著力系數(shù)與車(chē)輪滑移率將具有圖1所示的關(guān)系。車(chē)輪運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通常不是純粹的滾動(dòng)，而是邊滾邊滑或完全的滑動(dòng)，滑移率便是該過(guò)程中滑動(dòng)成分的量化。峰值附著力系數(shù)一般出現(xiàn)在λ＝0.15～0.2，當(dāng)滑移率增加，附著力系數(shù)將有所下降。決定附著力系數(shù)大小的主要因素有道路材料、路況、車(chē)輪結(jié)構(gòu)與材料、輪胎花紋以及車(chē)速等。另外，不同路面條件下峰值附著力系數(shù)對(duì)應(yīng)的滑移率有很大差異。
考慮車(chē)輪特性的車(chē)輪滾動(dòng)方程對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車(chē)輛，電機(jī)轉(zhuǎn)矩Tt，作用到后驅(qū)動(dòng)輪上，Tt克服滾動(dòng)阻力偶矩和地面切向反作用力矩使車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2所示，則可得式中Jw為車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Fx為驅(qū)動(dòng)輪地面切向反作用力；Tf為滾動(dòng)阻力偶距。
車(chē)輪的側(cè)偏特性車(chē)輪的側(cè)偏特性主要指?jìng)?cè)偏力、回正力矩與側(cè)偏角之間的關(guān)系。為簡(jiǎn)化分析，僅考慮側(cè)偏力一側(cè)偏角特性。由于橡膠車(chē)輪具有彈性，受到地面?zhèn)认蚍醋饔昧r(shí)其行駛方向?qū)⑴c車(chē)輪平面形成一個(gè)夾角，即側(cè)偏角，以α表示這種現(xiàn)象稱為車(chē)輪側(cè)偏，而相應(yīng)的地面?zhèn)认蚍醋饔昧ΨQ為側(cè)偏力，以Fy來(lái)表示。試驗(yàn)證明，側(cè)偏角不超過(guò)5度時(shí)Fy與α近似成線性關(guān)系，可表示為Fy＝Cα，式中，C為側(cè)偏剛度(N/rad)，影響側(cè)偏特性的因素很多，除車(chē)輪本身結(jié)構(gòu)、形式、尺寸、氣壓等參數(shù)外，垂直載荷的變化也有極大影響。垂直載荷增加，側(cè)偏剛度增加；但載荷過(guò)大時(shí)側(cè)偏剛度反而有所下降。在車(chē)輪同時(shí)作用有縱向力時(shí)，側(cè)偏特性會(huì)受到嚴(yán)重影響。一定側(cè)偏角下，驅(qū)/制動(dòng)力增加，側(cè)偏力有所降低；驅(qū)/制動(dòng)力很大時(shí)，側(cè)偏力將顯著降低，甚至出現(xiàn)“附著力已被縱向力耗盡”的現(xiàn)象。
轉(zhuǎn)向行駛動(dòng)力學(xué)模型為了簡(jiǎn)化，在分析電動(dòng)車(chē)輛操縱穩(wěn)定性的時(shí)候，忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；忽略懸架的作用，認(rèn)為電動(dòng)車(chē)輛車(chē)廂只作平行于地面的平面運(yùn)動(dòng)，即電動(dòng)車(chē)輛沿Z軸的位移，繞Y軸的俯仰角與繞X軸的側(cè)傾角均為零。另外，電動(dòng)車(chē)輛沿X軸的前進(jìn)速度u視為不變。此外，不考慮地面切向力對(duì)車(chē)輪側(cè)偏特性的影響，忽略左、右車(chē)輪由于載荷的變化而引起車(chē)輪特性的變化以及車(chē)輪回正力矩的作用，不考慮空氣動(dòng)阻力的作用。因此，電動(dòng)車(chē)輛的車(chē)身只有沿Y軸的側(cè)向運(yùn)動(dòng)和繞Z軸的橫擺運(yùn)動(dòng)兩個(gè)自由度。如圖3所示。
車(chē)輛轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)向行駛的電動(dòng)車(chē)輛是由駕駛員、車(chē)輛和行駛環(huán)境組成的復(fù)雜系統(tǒng)。決定其曲線行駛的關(guān)鍵因素有駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向前輪的操作，車(chē)速、車(chē)體的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，車(chē)輪和路面的結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)，外界環(huán)境對(duì)車(chē)體的作用力等。
電動(dòng)車(chē)輛的空間運(yùn)動(dòng)主要表征為六自由度的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，即有前、后、左、右、上、下的平動(dòng)和繞三個(gè)垂直軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。現(xiàn)定義前進(jìn)方向?yàn)榭v向，則相應(yīng)地可稱之為縱向(X軸)、側(cè)向(Y軸)、垂直方向(Z軸)的平動(dòng)和側(cè)傾(繞X軸)、俯仰(繞Y軸)、橫擺(繞Z軸)的轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)轉(zhuǎn)向行駛的分析，一般集中于研究其側(cè)向、橫擺運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明從最一般的高性能車(chē)輛的橫向運(yùn)動(dòng)工況出發(fā)，提取了兩自由度電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向分析模型，如圖3所示。車(chē)體的受力和力矩的平衡方程分別為 其中Xi＝Fxicosδi-Fyisinδi，Yi＝Fxisinδi+Fyicosδi(i＝1，2，3，4)；

ai為各車(chē)輪的側(cè)偏角。式中，v為電動(dòng)車(chē)輛的側(cè)向速度(m/s)，u為電動(dòng)車(chē)輛的縱向速度，wr為電動(dòng)車(chē)輛的橫擺角速度(rad/s)，Jz為電動(dòng)車(chē)輛繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgm2)，a為前軸距(m)，b為后軸距，B為內(nèi)外車(chē)輪輪距。
車(chē)輪側(cè)偏角各個(gè)車(chē)輪的側(cè)偏角為 以上各式中假設(shè)|u|＞＞Bwr/2。
車(chē)輪轉(zhuǎn)速車(chē)輪中心平行于車(chē)輪平面的速度分量為 車(chē)輪的法向負(fù)荷車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)，由于有離心力作用，造成車(chē)輪法向載荷改變。離心力為Fc＝mv(wr+β)。β為質(zhì)心側(cè)偏角，β＝arctan(v/u)，V為車(chē)體速度，則車(chē)輪法向載荷為式中，L為電動(dòng)車(chē)輛的輪距，h為質(zhì)心高度。
控制技術(shù)方案采用前輪控制轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動(dòng)的形式。設(shè)該車(chē)在前輪轉(zhuǎn)向角為δf*，后輪轉(zhuǎn)向角δr＝0時(shí)左轉(zhuǎn)彎，左右驅(qū)動(dòng)輪實(shí)際滑移率差為Δλx＝λ3-λ4，在車(chē)輪特性的線性區(qū)域內(nèi)，偏轉(zhuǎn)率可以用

來(lái)估算。所以，由轉(zhuǎn)向的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)決定的左右驅(qū)動(dòng)輪的滑移率差為其中K1為控制增益。通過(guò)調(diào)節(jié)K1可得到所需的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
以λ3*，λ4*分別表征左右驅(qū)動(dòng)輪在給定轉(zhuǎn)向條件下的目標(biāo)滑移率。對(duì)應(yīng)于左轉(zhuǎn)彎工況，λ3*由系統(tǒng)根據(jù)路面條件確定。由此，可得λ4*為根據(jù)所確定的每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的目標(biāo)滑移率，分別設(shè)計(jì)基于滑移率控制的開(kāi)關(guān)變結(jié)構(gòu)控制器，其控制函數(shù)分別為T(mén)3＝KLsgn(DL)，T4＝KRsgn(DR)，其中KLKR分別為控制增益。本發(fā)明構(gòu)造的電子差速算法系統(tǒng)框圖如附圖4所示。在轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)中，這一電子差速系統(tǒng)算法對(duì)左右驅(qū)動(dòng)輪輸入不同的轉(zhuǎn)矩，確保了駕駛更安全與平穩(wěn)，并有利于延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，且能得到更良好的轉(zhuǎn)向性能和更快的響應(yīng)特性。
本發(fā)明是結(jié)合輪轂電動(dòng)車(chē)輛設(shè)計(jì)項(xiàng)目，運(yùn)用兩自由度電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向模型，而提出的一種基于滑移率控制的電子差速轉(zhuǎn)向算法；給出了兩后輪驅(qū)動(dòng)方式的電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向模型，并且建立起速度、側(cè)偏角計(jì)算模型；兩后輪垂直負(fù)荷計(jì)算模型；電動(dòng)車(chē)輛行駛動(dòng)力學(xué)模型以及車(chē)輪轉(zhuǎn)速控制模型。在此基礎(chǔ)上，研究了電動(dòng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)的離心力以及轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)車(chē)輛兩后輪垂直負(fù)荷的變化對(duì)電動(dòng)車(chē)輛車(chē)輪的影響；形成了以電動(dòng)車(chē)輛行駛速度和方向盤(pán)操作對(duì)應(yīng)的前輪轉(zhuǎn)向角為輸入，參考路況和估算的偏轉(zhuǎn)率，算出每個(gè)車(chē)輪在轉(zhuǎn)向時(shí)的目標(biāo)滑移率，應(yīng)用對(duì)左右驅(qū)動(dòng)輪獨(dú)立地分配轉(zhuǎn)矩的電子差速算法，對(duì)基于滑移率控制的電子差速轉(zhuǎn)向算法進(jìn)行了可靠性評(píng)估，最后給出了實(shí)例計(jì)算結(jié)果；解決了現(xiàn)有的基于Ackerman——Jeantand汽車(chē)轉(zhuǎn)向模型的電子差速算法所帶來(lái)的電動(dòng)車(chē)輛滑移率較大、轉(zhuǎn)向不平穩(wěn)以及車(chē)輪轉(zhuǎn)速誤差較大等缺點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、基于滑移率控制的電動(dòng)車(chē)差速轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟
(1)根據(jù)輪速傳感器測(cè)得電動(dòng)車(chē)后輪輪速、驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)際輸出力矩，以及車(chē)輛的方向盤(pán)的轉(zhuǎn)角；
(2)通過(guò)兩自由度轉(zhuǎn)向模型計(jì)算出電動(dòng)車(chē)輛的側(cè)向速度和橫擺角速度，再算出四個(gè)車(chē)輪的側(cè)偏角，從而算出四個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速；實(shí)現(xiàn)對(duì)輪轂電動(dòng)車(chē)輛的電子差速轉(zhuǎn)向的控制算法包括
車(chē)體受力和力矩的平衡方程分別為
其中Xi＝Fxi cosδi-Fyisinδi，Yi＝Fxisinδi+Fyicosδi(i＝1，2，3，4)；
Fyi＝ciai，ai為各車(chē)輪的側(cè)偏角，δi為各車(chē)輪的輸入轉(zhuǎn)向角；式中，v為電動(dòng)車(chē)輛的側(cè)向速度(m/s)，u為電動(dòng)車(chē)輛的縱向速度，wr為電動(dòng)車(chē)輛的橫擺角速度(rad/s)，ci為各個(gè)輪胎的側(cè)偏剛度(N/rad)，
為各個(gè)輪胎的附著系數(shù)，Ni為各個(gè)輪胎的垂直負(fù)荷，F(xiàn)xi為切線反作用力，F(xiàn)yi為各個(gè)輪胎的側(cè)偏力，m為電動(dòng)車(chē)質(zhì)量，Jz為電動(dòng)車(chē)輛繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgm2)，a為前軸距(m)，b為后軸距，B為內(nèi)外車(chē)輪輪距；
車(chē)輪側(cè)偏角各個(gè)車(chē)輪的側(cè)偏角為
以上各式中假設(shè)|u|＞＞Bwr/2。式中δf為前輪轉(zhuǎn)向角，δr為后輪轉(zhuǎn)向角。
車(chē)輪轉(zhuǎn)速車(chē)輪中心平行于車(chē)輪平面的速度分量為
車(chē)輪的法向負(fù)荷車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)，由于有離心力作用，造成車(chē)輪法向載荷改變；離心力為Fc＝mv(wr+β)，β為質(zhì)心側(cè)偏角，β＝arctan(v/u)，V為車(chē)體速度，則車(chē)輪法向載荷為式中，L為電動(dòng)車(chē)輛的輪距，h為質(zhì)心高度；
采用前輪控制轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動(dòng)的形式；設(shè)該車(chē)在前輪轉(zhuǎn)向角為δf*，后輪轉(zhuǎn)向角δr＝0時(shí)左轉(zhuǎn)彎，左右驅(qū)動(dòng)輪實(shí)際滑移率差為Δλx＝λ3-λ4，在車(chē)輪特性的線性區(qū)域內(nèi)，偏轉(zhuǎn)率以
來(lái)估算；由轉(zhuǎn)向的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)決定的左右驅(qū)動(dòng)輪的滑移率差為其中K1為控制增益；通過(guò)調(diào)節(jié)K1可得到所需的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；
以λ3*，λ4*分別表征左右驅(qū)動(dòng)輪在給定轉(zhuǎn)向條件下的目標(biāo)滑移率；對(duì)應(yīng)于左轉(zhuǎn)彎工況，λ3*由系統(tǒng)根據(jù)路面條件確定；
由此，可得λ4*為
根據(jù)所確定的每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的目標(biāo)滑移率，分別設(shè)計(jì)基于滑移率控制的開(kāi)關(guān)變結(jié)構(gòu)控制器，其控制函數(shù)分別為T(mén)3＝KLsgn(DL)，T4＝KR sgn(DR)，其中KLKR分別為控制增益。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑移率的電動(dòng)車(chē)差速轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于，所述兩自由度轉(zhuǎn)向模型的電子差速算法包括速度、側(cè)偏角計(jì)算模型；兩個(gè)后輪垂直負(fù)荷計(jì)算模型；電動(dòng)車(chē)輛行駛動(dòng)力學(xué)模型以及車(chē)輪轉(zhuǎn)速控制模型；應(yīng)用對(duì)左右驅(qū)動(dòng)輪獨(dú)立地分配轉(zhuǎn)矩的電子差速算法，對(duì)基于滑移率控制的電子差速轉(zhuǎn)向算法進(jìn)行計(jì)算并輸出控制兩個(gè)后輪。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于滑移率控制的電動(dòng)車(chē)差速轉(zhuǎn)向控制方法，該方法包括如下步驟(1)根據(jù)輪速傳感器測(cè)得電動(dòng)車(chē)后輪輪速、驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)際輸出力矩，以及車(chē)輛的側(cè)向速度；(2)通過(guò)兩自由度轉(zhuǎn)向模型計(jì)算出電動(dòng)車(chē)輛的側(cè)向速度和橫擺角速度，再算出四個(gè)車(chē)輪的側(cè)偏角，從而算出四個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速；用專(zhuān)門(mén)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)輪轂電動(dòng)車(chē)輛的電子差速轉(zhuǎn)向的控制。本發(fā)明將轉(zhuǎn)矩分配計(jì)算和車(chē)輪的滑移率相結(jié)合，使得所設(shè)計(jì)的電子差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有差速的同時(shí)，還具有差速鎖的效果，并具有降速增扭的功能，大大提高了電動(dòng)車(chē)輛行駛通過(guò)性和轉(zhuǎn)向性能；在功能上不僅能達(dá)到了機(jī)械差速器的作用，而且提高了傳動(dòng)效率，減少了機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)雜度。
文檔編號(hào)B62D11/02GK101574979SQ20091010406
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者劉和平, 張國(guó)松, 徐騁曦, 沙彥超, 尹賢亮, 杰 向, 力 鄧, 鄭群英 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)