一種用于多軸分布式機(jī)電驅(qū)動(dòng)車輛的操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種用于多軸分布式機(jī)電 驅(qū)動(dòng)車輛的操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 多軸車輛具有載荷分配合理、動(dòng)力性強(qiáng)、通過(guò)性好等突出優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軍用 輪式車輛及民用重載輪式車輛。但是，以傳統(tǒng)全輪驅(qū)動(dòng)8X8車輛為例，其至少需要4個(gè)輪 間差速器和3個(gè)軸間差速器才能實(shí)現(xiàn)全輪驅(qū)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸間輪間驅(qū)動(dòng)力不能靈活 分配等缺點(diǎn)，故而出現(xiàn)了如公布號(hào)CN103587403A所提出的分布式機(jī)電驅(qū)動(dòng)車輛方案，其前 兩橋車輪由機(jī)械路驅(qū)動(dòng)，后兩橋車輪由輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力可在后兩橋各車輪之間0-100 % 靈活分配，極大程度上提高了車輛的動(dòng)力性及越野性能。
[0003] 后兩橋車輪由輪邊電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的方案可稱為"分布式驅(qū)動(dòng)"方案，其已稱為新能 源電動(dòng)汽車的前沿發(fā)展方向，除了極大程度上提高車輛的動(dòng)力性及越野性能之外，也可以 較大程度提高車輛的操縱穩(wěn)定性。如公布號(hào)CN103786602A所提出的基于4輪分布式驅(qū)動(dòng) 純電動(dòng)汽車的操縱穩(wěn)定性改善控制方法：其以線性二自由度單軌模型為橫擺角速度參考模 型，控制兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生橫擺力矩促使車輛跟隨目標(biāo)橫擺角速度。
[0004] 但是，目前已有的分布式驅(qū)動(dòng)車輛操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)都是基于4輪民用汽車而 開發(fā)的，對(duì)于8X8等多軸車輛還未見報(bào)道。對(duì)于已有的分布式驅(qū)動(dòng)車輛操縱穩(wěn)定性控制系 統(tǒng)而言，其所采用的橫擺力矩分配至各電機(jī)轉(zhuǎn)矩的映射算法多為平均分配算法，并未結(jié)合 各車輪垂直載荷大小及附著能力而成比例分配電機(jī)轉(zhuǎn)矩，會(huì)帶來(lái)難以保證各車輪附著力裕 度的問題；而且，其所采用的橫擺角速度參考模型都為線性二自由度單軌模型，其未改變?cè)?車輛所固有的轉(zhuǎn)向特性，而只是通過(guò)控制器跟蹤而提高了橫擺角速度瞬態(tài)響應(yīng)速度，不能 對(duì)車輛的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向性能進(jìn)行提升，不能對(duì)車輛的轉(zhuǎn)向特性進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于多軸分布式機(jī)電驅(qū)動(dòng)車輛的操縱穩(wěn)定性控制系 統(tǒng)，能夠結(jié)合各車輪垂直載荷大小及附著能力而成比例分配電機(jī)轉(zhuǎn)矩，提高車輛操縱穩(wěn)定 性裕度。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種用于多軸分布式機(jī)電驅(qū)動(dòng)車輛的操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，適用于η軸輪式車 輛，用于在由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前化橋車輪的基礎(chǔ)上，采用電驅(qū)動(dòng)后η 2橋車輪，n Jn2= η ;該系統(tǒng) 包括：整車控制器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車體姿態(tài)傳感器、針對(duì)后η2橋車輪中的每個(gè)后橋車 輪設(shè)置的輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其電機(jī)控制器；整車控制器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車體姿態(tài)傳感器 之間通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞；
[0008] 所述整車控制器包括車速獲取模塊、目標(biāo)橫擺角速度計(jì)算模塊、橫擺力矩計(jì)算模 塊和電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配模塊；其中，
[0009] 所述車速獲取模塊，用于獲取當(dāng)前車速V，發(fā)送給所述橫擺角速度計(jì)算模塊；
[0010] 所述橫擺角速度計(jì)算模塊，用于根據(jù)當(dāng)前車速V和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器發(fā)來(lái)的轉(zhuǎn)向 盤轉(zhuǎn)角S，計(jì)算所需的理想橫擺角速度ω，發(fā)送給所述橫擺力矩計(jì)算模塊；
[0011] 所述橫擺力矩計(jì)算模塊，用于根據(jù)所需的理想橫擺角速度ω和車體姿態(tài)傳感器 反饋的實(shí)際橫擺角速度產(chǎn)生達(dá)到理想橫擺角速度ω所需的橫擺力矩Μ，發(fā)送給電機(jī)轉(zhuǎn)矩分 配模塊；
[0012] 所述電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配模塊，用于根據(jù)車體姿態(tài)傳感器反饋的車體縱向加速度ax和車 體橫向加速度a y，估算由輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)車輪的垂直載荷比例關(guān)系，根據(jù)該垂直 載荷比例關(guān)系將橫擺力矩M進(jìn)行比例分配，獲得各輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩，發(fā)送給各個(gè) 輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)控制器。
[0013] 其中，所述車速獲取模塊利用后橋輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)反饋的電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算得到，計(jì)算 公式為：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于多軸分布式機(jī)電驅(qū)動(dòng)車輛的操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，適用于η軸輪式車輛， 其特征在于，在由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前化橋車輪的基礎(chǔ)上，采用電驅(qū)動(dòng)后η 2橋車輪，n Jn2= η ;該 系統(tǒng)包括：整車控制器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車體姿態(tài)傳感器、針對(duì)后η2橋車輪中的每個(gè)后 橋車輪設(shè)置的輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其電機(jī)控制器；整車控制器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車體姿態(tài)傳 感器之間通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞； 所述整車控制器包括車速獲取模塊、目標(biāo)橫擺角速度計(jì)算模塊、橫擺力矩計(jì)算模塊和 電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配模塊；其中， 所述車速獲取模塊，用于獲取當(dāng)前車速V，發(fā)送給所述橫擺角速度計(jì)算模塊； 所述橫擺角速度計(jì)算模塊，用于根據(jù)當(dāng)前車速V和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器發(fā)來(lái)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn) 角S，計(jì)算所需的理想橫擺角速度ω，發(fā)送給所述橫擺力矩計(jì)算模塊； 所述橫擺力矩計(jì)算模塊，用于根據(jù)所需的理想橫擺角速度ω和車體姿態(tài)傳感器反饋 的實(shí)際橫擺角速度產(chǎn)生達(dá)到理想橫擺角速度ω所需的橫擺力矩Μ，發(fā)送給電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配模 塊； 所述電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配模塊，用于根據(jù)車體姿態(tài)傳感器反饋的車體縱向加速度^和車體橫 向加速度ay，估算由輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)車輪的垂直載荷比例關(guān)系，根據(jù)該垂直載荷 比例關(guān)系將橫擺力矩M進(jìn)行比例分配，獲得各輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩，發(fā)送給各個(gè)輪邊 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)控制器。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述車速獲取模塊利用后橋輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī) 反饋的電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算得到，計(jì)算公式為：
其中，V為車速，r^_為第j個(gè)輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，N為輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的總數(shù)，i為 減速器傳動(dòng)比，R為輪胎半徑。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述橫擺角速度計(jì)算模塊結(jié)合轉(zhuǎn)向系傳動(dòng) 比、、最前橋與最后橋軸距L和中性轉(zhuǎn)向系數(shù)A計(jì)算所需的理想橫擺角速度ω的公式為：
所述中性轉(zhuǎn)向系數(shù)A表征理想橫擺角速度響應(yīng)與中性轉(zhuǎn)向響應(yīng)的比例關(guān)系。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，中性轉(zhuǎn)向系數(shù)A隨車速變化而變化，車速越 大，A值越小。
5. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)車速低于50km/h時(shí)，中性轉(zhuǎn)向系數(shù)A = 1，當(dāng)車速高于或等于50km/h時(shí)，中性轉(zhuǎn)向系數(shù)A由1逐漸降低。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述橫擺力矩計(jì)算模塊將所需的理想橫擺 角速度ω和車體姿態(tài)傳感器反饋的實(shí)際橫擺角速度相減，根據(jù)差值通過(guò)比例微分控制計(jì) 算輸出需求橫擺力矩Μ。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配模塊包括第一計(jì)算子模 塊、第二計(jì)算子模塊、第三計(jì)算子模塊、比例確定子模塊和分配子模塊；η = 4 ; 第一計(jì)算子模塊，用于基于整車重力G及車體姿態(tài)傳感器所反饋的車體縱向加速度ax， 以及其他預(yù)設(shè)參數(shù)，計(jì)算前兩橋車輪垂直載荷之和與后兩橋車輪垂直載荷之和； 第二計(jì)算子模塊，用于基于車體姿態(tài)傳感器所反饋的車體縱向加速度ax，以及其他預(yù) 設(shè)參數(shù)，計(jì)算三橋車輪垂直載荷之和與四橋車輪垂直載荷之和的計(jì)算關(guān)系； 第三計(jì)算子模塊，用于基于車體姿態(tài)傳感器所反饋的車體側(cè)向加速度ay，以及其他預(yù) 設(shè)參數(shù)，計(jì)算三橋、四橋各車輪垂直載荷； 比例確定子模塊，用于第一計(jì)算子模塊、第二計(jì)算子模塊和第三計(jì)算子模塊計(jì)算結(jié)果 聯(lián)立，獲得后兩橋各車輪垂直載荷大小和比例P ; 分配子模塊，用于根據(jù)后兩橋各車輪垂直載荷大小及比例P，成比例的分配驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn) 矩以提供橫擺力矩M。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于， 第一計(jì)算子模塊的計(jì)算方式為：
式中：m為車輛總質(zhì)量；H為車輛質(zhì)心高度；L'為一二軸中心與三四軸中心之間的距離； G12為前兩橋車輪垂直載荷之和；G 34為后兩橋車輪垂直載荷之和； 第二計(jì)算子模塊的計(jì)算方式為：
式干此73牛糊厄平邯質(zhì)心咼皮；L34TJ二、四細(xì)軸距；G3為三橋車輪垂直載荷；G4為四 橋車輪垂直載荷；m'為車輛后半部的總質(zhì)量； 第三計(jì)算子模塊建立的計(jì)算方式為：
式中：B為車輛輪距；G%和GI分別為三橋、四橋左側(cè)車輪垂直載荷；G 3K和G 4K分別為三 橋、四橋右側(cè)車輪垂直載荷； 驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的分配方式為：
其中，Tp Tp T3K、T4k分別為三橋左側(cè)、四橋左側(cè)、三橋右側(cè)、四橋右側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩；R為輪 胎半徑，i為減速器傳動(dòng)比。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于多軸分布式機(jī)電驅(qū)動(dòng)車輛的操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，在由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前橋車輪的基礎(chǔ)上，采用電驅(qū)動(dòng)后橋車輪，該系統(tǒng)的電驅(qū)動(dòng)部分包括整車控制器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車體姿態(tài)傳感器、針對(duì)每個(gè)后橋車輪設(shè)置的輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其電機(jī)控制器；整車控制器在橫擺力矩分配算法中，考慮了后橋各電驅(qū)動(dòng)車輪的垂直載荷大小關(guān)系，為垂直載荷更大的車輪電機(jī)分配更大的電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從而更好的利用每個(gè)車輪的附著能力，提高車輛穩(wěn)定性裕度；進(jìn)一步地，目標(biāo)橫擺角速度計(jì)算采用了以中性轉(zhuǎn)向?yàn)榛鶞?zhǔn)的可調(diào)模型，當(dāng)參數(shù)A被修改后，車輛所被要求達(dá)到的轉(zhuǎn)向特性將有所變化，可以實(shí)現(xiàn)更改車輛轉(zhuǎn)向特性的目的。
【IPC分類】B60W20-00, B60W40-112
【公開號(hào)】CN104724113
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510115637
【發(fā)明人】胡紀(jì)濱, 彭增雄, 魏超, 李雪原, 倪俊, 唐壽星, 李學(xué)良
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月17日