多軸獨立電動輪車輛的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多軸獨立電動輪車輛的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及其控制方法。該控制方法包括：比較橫擺角速度的測量值和目標值，根據(jù)比較的結(jié)果和多軸獨立電動輪車輛的每一個軸與軸載重質(zhì)心的距離調(diào)節(jié)每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩；根據(jù)每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩和每個車輪的負荷壓力分別計算對應(yīng)軸的左輪和右輪所需的目標轉(zhuǎn)矩。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及其控制方法能夠根據(jù)車輛軸載重質(zhì)心的所在位置協(xié)調(diào)控制每一個車輪的轉(zhuǎn)矩，及時補償車輛的橫擺角速度的目標值與測量值之間的差異，從而使得車輛在轉(zhuǎn)彎的過程中運行穩(wěn)定，提高了安全性。
【專利說明】多軸獨立電動輪車輛的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車領(lǐng)域，尤其涉及多軸獨立電動輪車輛的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多軸獨立電動輪驅(qū)動車輛一般包括有三個軸以上的電動輪，每一個軸包括左輪和右輪。由于沒有軸承連接同一個軸的左輪和右輪，每一個電動輪都由一個獨立的輪轂電機驅(qū)動?，F(xiàn)有技術(shù)中的多軸獨立電動輪驅(qū)動車輛通常是各電機平均分攤整車所需的總驅(qū)動力矩且沒有差速器機械裝置。因此，這種車輛容易因為各獨立電動輪的驅(qū)動力矩不協(xié)調(diào)而造成轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定，從而降低了轉(zhuǎn)向安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多軸獨立電動輪車輛的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及其控制方法，以在多軸獨立電動輪車輛在運行轉(zhuǎn)彎的過程中，及時協(xié)調(diào)各電動輪驅(qū)動力矩，從而使得多軸獨立電動輪車輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定，提高轉(zhuǎn)向安全性。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明提供了一種多軸獨立電動輪車輛的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括:
[0006]多軸獨立電動輪，所述多軸獨立電動輪的每一個軸包括左輪和右輪，所述左輪和所述右輪分別包括輪轂電機，所述輪轂電機的輸出轉(zhuǎn)矩決定了所述電動輪的力矩；
[0007]其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括:
[0008]方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，用于感應(yīng)所述車輛的方向盤的轉(zhuǎn)角，并產(chǎn)生表示所述轉(zhuǎn)角的
第一感應(yīng)信號；
[0009]橫擺角速度傳感器，用于檢測所述車輛的橫擺角速度，并產(chǎn)生表示所述橫擺角速度的測量值的第二感應(yīng)信號；
[0010]多個稱重傳感器，所述多個稱重傳感器分別裝配于所述多軸獨立電動輪的每個車輪，所述多個稱重傳感器分別檢測對應(yīng)車輪的負荷壓力，并分別產(chǎn)生表示所述負荷壓力的多個第三感應(yīng)信號；以及
[0011]與所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、所述橫擺角速度傳感器和所述稱重傳感器相連的電機驅(qū)動力控制器，用于接收所述第一感應(yīng)信號、所述第二感應(yīng)信號和所述第三感應(yīng)信號，并產(chǎn)生多個電動輪控制信號，以分別控制所述多軸獨立電動輪中每一個輪轂電機的輸出轉(zhuǎn)矩，
[0012]其中，所述電機驅(qū)動力控制器根據(jù)所述第一感應(yīng)信號和當前車速決定所述車輛的橫擺角速度的目標值，根據(jù)所述第三感應(yīng)信號計算所述車輛的軸載重質(zhì)心所在位置，并計算所述軸載重質(zhì)心至所述多軸獨立電動輪的每一個軸的距離，
[0013]所述電機驅(qū)動力控制器比較所述橫擺角速度的測量值和目標值，根據(jù)所述比較的結(jié)果和所述距離調(diào)節(jié)所述多軸的每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩，根據(jù)所述每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩和所述每個車輪的負荷壓力分別計算對應(yīng)軸的左輪和右輪的目標力矩，并通過所述電動輪控制信號控制對應(yīng)軸的輪轂電機的輸出力矩等于對應(yīng)的所述目標力矩，
[0014]其中，所述多軸獨立電動輪包括第一軸、第二軸和第三軸，所述第一軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離大于所述第二軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離，所述第三軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離大于所述第二軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離；當所述測量值小于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器增加所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩，并減小所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩；當所述測量值大于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器減小所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩，并增加所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩。
[0015]在一個實施例中，所述電機驅(qū)動力控制器平均所述車輛的目標總驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，以得到所述多軸獨立電動輪中軸的目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩；當所述橫擺角速度測量值小于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上增加k倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上減少k倍；當所述測量值大于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上減少m倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上增加m倍；其中，所述k和所述m為常數(shù)。
[0016]在一個實施例中，如果所述第一軸電動輪中的輪轂電機達到額定最大輸出轉(zhuǎn)矩，且當所述橫擺角速度測量值小于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述第三軸的輸出轉(zhuǎn)矩增加η倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩減少η倍；其中，所述η為常數(shù)。
[0017]在一個實施例中，所述電機驅(qū)動力控制器分別計算所述多個軸中的每一個軸左輪和右輪的負荷壓力和所述左輪和所述右輪的負荷壓力之和之間的比例，并根據(jù)所述比例分別計算所述左輪和所述右輪的輸出轉(zhuǎn)矩，其中，所述左輪的輸出轉(zhuǎn)矩等于所述左輪的負荷壓力占所述負荷壓力之和的比例乘以對應(yīng)的軸輸出轉(zhuǎn)矩，所述右輪的輸出轉(zhuǎn)矩等于所述右輪的負荷壓力占所述負荷壓力之和的比例乘以對應(yīng)的軸輸出轉(zhuǎn)矩。
[0018]本發(fā)明還提供了一種多軸獨立電動輪車輛的控制方法，所述多軸獨立電動輪車輛包括多軸獨立電動輪，其中，所述多軸獨立電動輪的每一個軸包括左輪和右輪，所述左輪和所述右輪分別包括輪轂電機，所述輪轂電機的輸出轉(zhuǎn)矩決定了所述電動輪的力矩，
[0019]其特征在于，所述控制方法包括:
[0020]接收表示所述車輛方向盤轉(zhuǎn)角的第一感應(yīng)信號；
[0021]接收表示所述車輛橫擺角速度的測量值的第二感應(yīng)信號；
[0022]接收表示所述多軸獨立電動輪的負荷壓力的多個第三感應(yīng)信號；
[0023]根據(jù)所述第一感應(yīng)信號和當前車速決定所述車輛的橫擺角速度的目標值；
[0024]根據(jù)所述第三感應(yīng)信號計算所述車輛的軸載重質(zhì)心所在位置；
[0025]計算所述多軸獨立電動輪的每一個軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離，
[0026]比較所述橫擺角速度的測量值和目標值，根據(jù)所述比較的結(jié)果和所述距離調(diào)節(jié)所述多軸的每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩；
[0027]根據(jù)所述每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩和所述每個車輪的負荷壓力分別計算對應(yīng)軸的左輪和右輪的目標轉(zhuǎn)矩；
[0028]根據(jù)所述目標轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生多個電動輪控制信號，以分別控制所述多軸獨立電動輪中每一個輪轂電機的輸出轉(zhuǎn)矩，其中，所述每一個軸的輪轂電機的輸出力矩等于對應(yīng)電動輪所需的所述目標力矩；
[0029]當所述橫擺角速度的所述測量值小于所述目標值時，增加所述多軸獨立電動輪中第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩，并減小所述多軸獨立電動輪中第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩，其中，所述第一軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離大于所述第二軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離；以及
[0030]當所述測量值大于所述目標值時，減小所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩，并增加所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩。
[0031]在一個實施例中，所述調(diào)節(jié)第一軸和第二軸輸出轉(zhuǎn)矩的步驟還包括:
[0032]平均所述車輛的目標總驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，以得到所述多軸獨立電動輪的各軸的目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩；
[0033]當所述橫擺角速度測量值小于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上增加k倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上減少k倍，其中，所述k為常數(shù)；以及
[0034]當所述測量值大于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上減少m倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上增加m倍；其中，所述m為常數(shù)。
[0035]在一個實施例中，所述控制方法還包括:
[0036]如果所述第一軸電動輪中的輪轂電機達到額定最大輸出轉(zhuǎn)矩，且當所述橫擺角速度測量值小于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述多軸獨立電動輪中第三軸的輸出轉(zhuǎn)矩增加η倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩減少η倍；其中，所述η為常數(shù)，所述第三軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離大于所述第二軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離。
[0037]在一個實施例中，所述計算對應(yīng)軸的左輪和右輪的目標轉(zhuǎn)矩的步驟還包括:
[0038]分別計算所述多個軸中的每一個軸左輪和右輪的負荷壓力與所述左輪和所述右輪的負荷壓力之和之間的比例，并根據(jù)所述比例分別計算所述左輪和所述右輪的輸出轉(zhuǎn)矩，其中，所述左輪的輸出轉(zhuǎn)矩等于所述左輪的負荷壓力占所述負荷壓力之和的比例乘以對應(yīng)的軸輸出轉(zhuǎn)矩，所述右輪的輸出轉(zhuǎn)矩等于所述右輪的負荷壓力占所述負荷壓力之和的比例乘以對應(yīng)的軸輸出轉(zhuǎn)矩。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的多軸獨立電動輪車輛的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及其控制方法能夠根據(jù)車輛軸載重質(zhì)心的所在位置協(xié)調(diào)控制每一個車輪的轉(zhuǎn)矩，以及時補償車輛的橫擺角速度的目標值與測量值之間的差異，從而使得車輛在轉(zhuǎn)彎的過程中運行穩(wěn)定，提高了安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例的多軸獨立電動輪車輛的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖2Α和圖2Β為根據(jù)本發(fā)明的實施例的多軸獨立電動輪的示意圖。
[0042]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例的多軸獨立電動輪車輛的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制方法的流程圖。
【具體實施方式】[0043]以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細的說明。盡管本發(fā)明將結(jié)合一些【具體實施方式】進行闡述和說明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
[0044]另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的【具體實施方式】中給出了眾多的具體細節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在另外一些實例中，對于大家熟知的方法、流程、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0045]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例的多軸獨立電動輪車輛的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)100包括多軸獨立電動輪101_1~105_2。在圖1的實施例中，多軸獨立電動輪車輛包括五個軸，其中，每一個軸都包括左輪和右輪。例如:第一軸包括左輪101_1和右輪101_2 ;第二軸包括左輪102_1和右輪102_2 ;第三軸包括左輪103_1和右輪103_2 ;第四軸包括左輪104_1和右輪104_2 ;第五軸包括左輪105_1和右輪105_2。值得說明的是，多軸獨立電動輪車輛還可以包括其他大于或等于三的軸數(shù)(例如:四軸或六軸)，且并不局限于圖1所示的五軸。在一個實施例中，每個軸中的獨立電動輪均包括輪轂電機，用于分別驅(qū)動對應(yīng)的獨立電動輪。其中，輪轂電機的輸出轉(zhuǎn)矩決定了對應(yīng)電動輪的力矩，也就決定了對應(yīng)電動輪的角速度和線速度。
[0046]在一個實 施例中，驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)100還包括踏板傳感器112、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器114、橫擺角速度傳感器120、多個稱重傳感器122和電機驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制模塊118。踏板傳感器112安裝在多軸獨立電動輪車輛油門踏板下方的聯(lián)動軸上，用于感知駕駛員踩油門的行程。踏板傳感器112產(chǎn)生表示油門運行位移的油門感應(yīng)信號130。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器114安裝于多軸獨立電動輪車輛方向盤下方的軸上。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器114用于感應(yīng)多軸獨立電動輪車輛的方向盤轉(zhuǎn)角，并產(chǎn)生表示該轉(zhuǎn)角的第一感應(yīng)信號132。橫擺角速度傳感器120安裝在多軸獨立電動輪車輛駕駛室扶手箱下面的車輛底盤上。橫擺角速度傳感器120檢測多軸獨立電動輪車輛的橫擺角速度，并產(chǎn)生表示該橫擺角速度的測量值的第二感應(yīng)信號134。多個稱重傳感器122分別安裝于多軸獨立電動輪車輛的每個電動輪聯(lián)軸上。稱重傳感器122分別檢測對應(yīng)車輪的負荷壓力，并分別產(chǎn)生表示該負荷壓力的多個第三感應(yīng)信號136。電機驅(qū)動力控制器118與方向盤轉(zhuǎn)角傳感器114、橫擺角速度傳感器120和稱重傳感器122相連。電機驅(qū)動力控制器118接收油門感應(yīng)信號130、第一感應(yīng)信號132、第二感應(yīng)信號134和第三感應(yīng)信號136，并根據(jù)這些感應(yīng)信號產(chǎn)生多個電動輪控制信號140，以分別控制多軸獨立電動輪中每一個輪轂電機的輸出轉(zhuǎn)矩。
[0047]更具體地說，電機驅(qū)動力控制器118根據(jù)油門感應(yīng)信號130計算多軸獨立電動輪車輛所需的目標力矩，并通過多個電動輪控制信號140控制每個輪轂電機的輸出力矩，從而使得多軸獨立電動輪車輛的向前的推力等于該目標力矩，即多軸獨立電動輪車輛根據(jù)駕駛員的操作向前運行。
[0048]以下將對電機驅(qū)動力控制器118計算目標力矩的方法舉例說明。
[0049]例如，針對圖1所示五軸獨立電動輪驅(qū)動車輛，駕駛員需求驅(qū)動力矩可表示為:
io(^ii,.e [0,0.05])
[0050]1 =j[accxT、一e(0.05J])I
Ikmax
[0051]其中，車輛最大驅(qū)動力矩f可表示為:[0052]^le = OxC2)

motor
[0053]其中，表示單個輪轂電機最大輸出轉(zhuǎn)矩。如式I)所示，根據(jù)駕駛員操作習(xí)慣
在駕駛員給驅(qū)動踏板壓力與總壓力行程百分比Kaee為0%至5%時，總目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩需求為O ;當Kacc大于5%時，總驅(qū)動功率需求與踏板壓力呈比例關(guān)系。
[0054]在轉(zhuǎn)彎的時候，電機驅(qū)動力控制器118根據(jù)第一感應(yīng)信號132和當前車速決定多軸獨立電動輪車輛的橫擺角速度的目標值。值得說明的是，本發(fā)明中的橫擺角速度是指多軸獨立電動輪車輛繞垂直軸的偏轉(zhuǎn)速度。在正常的轉(zhuǎn)彎行駛的過程中，地面對多軸獨立電動輪產(chǎn)生不同大小的推力，從而使得多軸獨立電動輪車輛能夠順利轉(zhuǎn)彎。橫擺角速度的目標值定義為多軸獨立電動輪車輛能夠平穩(wěn)轉(zhuǎn)彎所需的橫擺角速度的大小。如果獨立電動輪車輛的實際橫擺角速度小于其目標值，則獨立電動輪車輛會發(fā)生轉(zhuǎn)彎相反方向的側(cè)偏。如果獨立電動輪車輛的實 際橫擺角速度大于其目標值，則獨立電動輪車輛會發(fā)生轉(zhuǎn)彎方向的側(cè)偏。以上兩種情況都可能影響車輛轉(zhuǎn)彎過程中的穩(wěn)定性。
[0055]優(yōu)點在于，電機驅(qū)動力控制器118能夠根據(jù)橫擺角速度的目標值、第二感應(yīng)信號134和第三感應(yīng)信號136實時協(xié)調(diào)每個電動輪的轉(zhuǎn)矩，從而使得實際橫擺角速度等于其目標值，以保持獨立電動輪汽車運行穩(wěn)定。
[0056]更具體地講，電機驅(qū)動力控制器118根據(jù)第三感應(yīng)信號136計算車輛的軸載重質(zhì)心所在位置，并計算多軸獨立電動輪的每一個軸和軸載重質(zhì)心之間的距離。然后，電機驅(qū)動力控制器118比較橫擺角速度的測量值(例如:第二感應(yīng)信號)和目標值。電機驅(qū)動力控制器118根據(jù)比較的結(jié)果和每一個軸與軸載重質(zhì)心之間的距離調(diào)節(jié)每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩，并且根據(jù)每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩和每個車輪的負荷壓力分別計算對應(yīng)軸的左輪和右輪的目標力矩，并通過電動輪控制信號控制對應(yīng)軸的輪轂電機的輸出力矩等于對應(yīng)的目標力矩。
[0057]其中，多軸獨立電動輪包括第一軸、第二軸和第三軸。第一軸、第二軸和第三軸與軸載重質(zhì)心的距離不同。如果設(shè)定第一軸和軸載重質(zhì)心之間的距離大于第二軸和軸載重質(zhì)心之間的距離，則當橫擺角速度的測量值小于目標值時，電機驅(qū)動力控制器118增加第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩，并減小第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩；當測量值大于目標值時，電機驅(qū)動力控制器118減小第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩，并增加第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩。
[0058]在一個實施例中，上述第一軸和第二軸的調(diào)節(jié)可以是增加和減少相同倍數(shù)。也就是說，電機驅(qū)動力控制器118平均獨立電動輪車輛的目標總驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，以得到多軸獨立電動輪中每一個軸的目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。當測量值小于目標值時，電機驅(qū)動力控制器118使得第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩增加k倍，并使得第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩減少k倍；當測量值大于目標值時，電機驅(qū)動力控制器118使得第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩減少m倍，并使得第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩增加m倍；其中，k和m均為常數(shù)。
[0059]此外，如果第一軸電動輪中的輪轂電機達到額定最大輸出轉(zhuǎn)矩，且當橫擺角速度測量值小于目標值時，電機驅(qū)動力控制器118使得第三軸的輸出轉(zhuǎn)矩增加η倍，并使得第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩減少η倍；其中，η為常數(shù)。
[0060]最后，電機驅(qū)動力控制器118根據(jù)每個軸調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)矩控制每個電動輪的輸出轉(zhuǎn)矩，可以實現(xiàn)獨立電動輪汽車的橫擺角速度的調(diào)節(jié)，從而使得橫擺角速度的測量值等于其目標值。
[0061]以下將結(jié)合圖2A和圖2B進一步描述電機驅(qū)動力控制器118協(xié)調(diào)每個電動輪的轉(zhuǎn)
矩的工作原理。
[0062]圖2A和圖2B為根據(jù)本發(fā)明的實施例的多軸獨立電動輪的示意圖。在圖2A和圖2B的實施例中，多軸獨立電動輪包括五個軸，這五個軸由(左輪，右輪)的形式可分別表示為(101_1，101_2)，(102_1，102_2)，(103_1，103_2)，(104_1，104_2)和(105_1，105_2)。在圖2A中，多軸獨立電動汽車的軸載重質(zhì)心Gl位于軸(102_1，102_2)和軸(103_1，103_2)之間。在圖2B中，多軸獨立電動汽車的軸載重質(zhì)心G2位于軸(103_1，103_2)和軸(104_1，104_2)之間。圖2A和圖2B示出了多軸獨立電動輪汽車右轉(zhuǎn)時的情形。
[0063]下面將推導(dǎo)橫擺角速度的計算公式。在多軸獨立電動汽車運動時，其橫擺合力矩
[0064]Σ Mzi可由式3)表示:
[0065]Σ Mzi= (FxllCos δ n-Fxrlcos δ rl+Fxl2cos δ 12_Fxr2cos δ r2+Fxl3cos δ 13_Fxr3cos δ r3
[0066]+Fxl4Cos δ 14-Fxr4cos δ r4+Fxl5cos δ 15_Fxr5cos δ r5) Bf
[0067]+(FyrlSin δ rl-Fyllsin δ n+Fyr2sin δ r2-Fyl2sin δ 12+Fyr3sin δ r3-Fyl3sin δ 13+Fyr4sin δr4_Fyl4sin δ 14+Fyr5sin δ r5~Fyl5sin δ 15) Br
[0068]+ (FyllCos δ n+Fyrlcos δ rl+Fxllsin δ n+Fxfrlsin δ rl) L1
[0069]+ (Fyl2Cos δ 12+Fyr2cos δ r2+Fxl2Sin δ 12+Fxr2sin δ r2) L2
[0070]+ (Fyl3Cos δ 13+Fyr3cos δ r3+Fxl3sin δ 13+Fxr3sin δ r3) L3[0071 ] + (Fyl4Cos δ 14+Fyr4cos δ r4+Fxl4Sin δ 14+Fxr4sin δ r4) L4
[0072]+(Fyl5Cos δ 15+Fyr5cos δ r5+Fxl5sin δ 15+Fxr5sin δ r5)L53)
[0073]其中，F(xiàn)xll和Fxrl分別表示軸(101_1，101_2)左輪和右輪的縱向力；
[0074]Fyll、Fyrl表示第I軸左輪右輪橫向力；
[0075]Fxl2、Fxr2表示第2軸左輪右輪縱向力；
[0076]Fyl2、Fyr2表示第2軸左輪右輪橫向力；
[0077]Fxl3、Fxr3表示第3軸左輪右輪縱向力；
[0078]Fyl3、Fyr3表示第3軸左輪右輪橫向力；
[0079]Fxl4、Fxr4表示第4軸左輪右輪縱向力；
[0080]Fyl4、Fyr4表示第4軸左輪右輪橫向力；
[0081]Fxl5、Fxr5表示第5軸左輪右輪縱向力；
[0082]Fyl5、Fyr5表示第5軸左輪右輪橫向力；
[0083]δ u、δ rl> δ 12、δ r2> δ 13、δ r3> δ 14、δ r4> δ 15 和 δ r5 分別表示左輪 101_1 的轉(zhuǎn)角、右輪101_2轉(zhuǎn)角、左輪102_1轉(zhuǎn)角、右輪102_2轉(zhuǎn)角、左輪103_1的轉(zhuǎn)角、右輪103_2轉(zhuǎn)角、左輪104_1轉(zhuǎn)角、右輪104_2轉(zhuǎn)角、左輪105_1的轉(zhuǎn)角和右輪105_2轉(zhuǎn)角；Bf、Br分別表示左輪邊與質(zhì)心的距離和右輪邊與質(zhì)心的距離；U、L2、L3> L4和L5表示各軸與質(zhì)心的距離。
[0084]多軸獨立電動汽車的橫擺角速度可由式4)表示:
[0085]IzT-1j = JjMzi4)
[0086]其中，Iz表示汽車橫擺運動的轉(zhuǎn)動慣量，Ixz表示簧載質(zhì)量繞X軸和z軸轉(zhuǎn)動慣量的積，；.表示獨立電動輪汽車的橫擺角加速度，?表示車輛簧載質(zhì)量側(cè)傾角加速度。[0087]結(jié)合式3)和式4)可以看出車輛橫擺角加速度由橫擺合力矩決定。獨立電動輪汽車的橫擺角速度由車輛橫擺角加速度決定。由式3)可以看出，車輛橫擺合力矩與各輪驅(qū)動力及對應(yīng)各輪至質(zhì)心的位置有關(guān)。因此，在圖2A中，如果橫擺角速度的測量值小于目標值，在保證當前總驅(qū)動轉(zhuǎn)矩不變的前提下，增大離質(zhì)心較遠軸(例如:軸(101_1，101_2))的目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，同時減小離質(zhì)心較近軸(例如:軸(102_1，102_2))的目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，可提高車輛橫擺轉(zhuǎn)矩，以增大橫擺角加速度，從而增大實際橫擺角速度，即橫擺角速度的測量值。同理，如果橫擺角速度的測量值大于目標值，為保證總驅(qū)動轉(zhuǎn)矩不變的前提，減小離質(zhì)心較遠軸(例如:軸(101_1，101_2))的目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，同時增大離質(zhì)心較近軸(例如:軸(102_1，102_2>)的目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，可降低車輛橫擺轉(zhuǎn)矩，以減小橫擺角加速度，從而減小實際橫擺角速度。圖2B的情形可用類似的方法調(diào)節(jié)。
[0088]各軸左右電動輪輪轂電機驅(qū)動力矩協(xié)調(diào)分配根據(jù)該軸左右輪承重壓力分配左右輪轂電機目標轉(zhuǎn)矩。多軸車輛在直線行駛時，各軸左右輪承重壓力變化較小，各軸左右輪轂電機目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩變化波動較小，當車輛車輪經(jīng)過凹路面時，該輪承重壓力將增大；當車輪經(jīng)過凸面時，該輪承重壓力將減小。根據(jù)各軸左右輪稱重壓力所占比例變化調(diào)整左右輪轂電機輸出轉(zhuǎn)矩，實時監(jiān)測各軸左右輪承重壓力，調(diào)整左右輪轂電機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，可使車輛在不平整路面行駛穩(wěn)定；多軸車輛在轉(zhuǎn)向時，各軸左右輪承重壓力變化較大，轉(zhuǎn)向內(nèi)輪承重壓力減小，轉(zhuǎn)向外輪承重壓力增大，根據(jù)各軸左右輪稱重壓力所占比例變化，協(xié)調(diào)分配各軸左右輪驅(qū)動力矩，可進一步提高多軸車輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。
[0089]也就是說，左右輪轂電機目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩根據(jù)下列公式計算得出:
[0090]TLn=FLn/ (FLn+FEn) *Tn
[0091]Tsn=Flin/ (FLn+FEn) *Tn
[0092]TLn、ΤΕη分別表示第η軸左輪和右輪驅(qū)動力矩；
[0093]FLn, FEn分別表示第η軸左右輪承重壓力；
[0094]Tn表示第η軸目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩；
[0095]優(yōu)點在于，多軸獨立電動輪車輛的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)100能夠根據(jù)車輛軸載重質(zhì)心的所在位置協(xié)調(diào)控制每一個車輪的轉(zhuǎn)矩，及時補償車輛的橫擺角速度的目標值與測量值之間的差異，從而使得車輛在轉(zhuǎn)彎的過程中運行穩(wěn)定，提高了運行安全性。
[0096]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例的多軸獨立電動輪車輛的驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制方法300的流程圖。
[0097]在步驟302中，接收表示所述車輛方向盤轉(zhuǎn)角的第一感應(yīng)信號。在步驟304中，接收表示所述車輛橫擺角速度的測量值的第二感應(yīng)信號。在步驟306中，接收表示所述多軸獨立電動輪的負荷壓力的多個第三感應(yīng)信號。在步驟308中，根據(jù)所述第一感應(yīng)信號和當前車速決定所述車輛的橫擺角速度的目標值。在步驟310中，根據(jù)所述第三感應(yīng)信號計算所述車輛的軸載重質(zhì)心所在位置。在步驟312中，計算所述多軸獨立電動輪的每一個軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離。
[0098]在步驟314中，比較所述橫擺角速度的測量值和目標值，根據(jù)所述比較的結(jié)果和所述距離調(diào)節(jié)所述多軸的每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩。
[0099]所述車輛的多個軸包括第一軸、第二軸和第三軸。其中，所述第一軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離大于所述第二軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離。所述第三軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離大于所述第二軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離。當所述橫擺角速度的所述測量值小于所述目標值時，增加所述多軸獨立電動輪中第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩，并減小所述多軸獨立電動輪中第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩；當所述測量值大于所述目標值時，減小所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩，并增加所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩。
[0100]在一個實施例中，平均所述車輛的目標總驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，以得到所述多軸獨立電動輪的各軸的目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。當所述橫擺角速度測量值小于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上增加k倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上減少k倍，其中，所述k為常數(shù)。當所述測量值大于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上減少m倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上增加m倍；其中，所述m為常數(shù)。
[0101]在一個實施例中，如果所述第一軸電動輪中的輪轂電機達到額定最大輸出轉(zhuǎn)矩，且當所述橫擺角速度測量值小于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述多軸獨立電動輪中第三軸的輸出轉(zhuǎn)矩增加η倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩減少η倍；其中，所述η為常數(shù)，所述第三軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離大于所述第二軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離。
[0102]在步驟316中，根據(jù)所述每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩和所述每個車輪的負荷壓力分別計算對應(yīng)軸的左輪和右輪的目標轉(zhuǎn)矩。
[0103]在步驟318中，根據(jù)所述目標轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生多個電動輪控制信號，以分別控制所述多軸獨立電動輪中每一個輪轂電機的輸出轉(zhuǎn)矩，其中，所述每一個軸的輪轂電機的輸出力矩等于對應(yīng)電動輪所需的所述目標力矩。
[0104]上文【具體實施方式】和附圖僅為本發(fā)明之常用實施例。顯然，在不脫離權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明精神和發(fā)明范圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明在實際應(yīng)用中可根據(jù)具體的環(huán)境和工作要求在不背離發(fā)明準則的前提下在形式、結(jié)構(gòu)、布局、比例、材料、元素、組件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用于說明而非限制，本發(fā)明之范圍由后附權(quán)利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
【權(quán)利要求】
1.一種多軸獨立電動輪車輛的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括: 多軸獨立電動輪，所述多軸獨立電動輪的每一個軸包括左輪和右輪，所述左輪和所述右輪分別包括輪轂電機，所述輪轂電機的輸出轉(zhuǎn)矩決定了所述電動輪的力矩； 其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括: 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，用于感應(yīng)所述車輛的方向盤的轉(zhuǎn)角，并產(chǎn)生表示所述轉(zhuǎn)角的第一感應(yīng)信號； 橫擺角速度傳感器，用于檢測所述車輛的橫擺角速度，并產(chǎn)生表示所述橫擺角速度的測量值的第二感應(yīng)信號； 多個稱重傳感器，所述多個稱重傳感器分別裝配于所述多軸獨立電動輪的每個車輪，所述多個稱重傳感器分別檢測對應(yīng)車輪的負荷壓力，并分別產(chǎn)生表示所述負荷壓力的多個第二感應(yīng)/[目號；以及 與所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、所述橫擺角速度傳感器和所述稱重傳感器相連的電機驅(qū)動力控制器，用于接收所述第一感應(yīng)信號、所述第二感應(yīng)信號和所述第三感應(yīng)信號，并產(chǎn)生多個電動輪控制信號，以分別控制所述多軸獨立電動輪中每一個輪轂電機的輸出轉(zhuǎn)矩， 其中，所述電機驅(qū)動力控制器根據(jù)所述第一感應(yīng)信號和當前車速決定所述車輛的橫擺角速度的目標值，根據(jù)所述第三感應(yīng)信號計算所述車輛的軸載重質(zhì)心所在位置，并計算所述軸載重質(zhì)心至所述多軸獨立電動輪的每一個軸的距離， 所述電機驅(qū)動力控制器比較所述橫擺角速度的測量值和目標值，根據(jù)所述比較的結(jié)果和所述距離調(diào)節(jié)所述多軸的每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩，根據(jù)所述每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩和所述每個車輪的負荷壓力分別計算對應(yīng)軸的左輪和右輪的目標力矩，并通過所述電動輪控制信號控制對應(yīng)軸的輪轂電機的輸出力矩等于對應(yīng)的所述目標力矩， 其中，所述多軸獨立電動輪包括第一軸、第二軸和第三軸，所述第一軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離大于所述第二軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離，所述第三軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離大于所述第二軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離；當所述橫擺角速度的測量值小于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器增加所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩，并減小所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩；當所述測量值大于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器減小所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩，并增加所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸獨立電動輪車輛的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機驅(qū)動力控制器平均所述車輛的目標總驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，以得到所述多軸獨立電動輪中軸的目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩；當所述橫擺角速度測量值小于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上增加k倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上減少k倍；當所述測量值大于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上減少m倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上增加m倍；其中，所述k和所述m為常數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多軸獨立電動輪車輛的控制系統(tǒng)，其特征在于，如果所述第一軸電動輪中的輪轂電機達到額定最大輸出轉(zhuǎn)矩，且當所述橫擺角速度測量值小于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述第三軸的輸出轉(zhuǎn)矩增加η倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩減少η倍；其中，所述η為常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸獨立電動輪車輛的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機驅(qū)動力控制器分別計算所述多個軸中的每一個軸左輪和右輪的負荷壓力和所述左輪和所述右輪的負荷壓力之和之間的比例，并根據(jù)所述比例分別計算所述左輪和所述右輪的輸出轉(zhuǎn)矩，其中，所述左輪的輸出轉(zhuǎn)矩等于所述左輪的負荷壓力占所述負荷壓力之和的比例乘以對應(yīng)的軸輸出轉(zhuǎn)矩，所述右輪的輸出轉(zhuǎn)矩等于所述右輪的負荷壓力占所述負荷壓力之和的比例乘以對應(yīng)的軸輸出轉(zhuǎn)矩。
5.—種多軸獨立電動輪車輛的控制方法，所述多軸獨立電動輪車輛包括多軸獨立電動輪，其中，所述多軸獨立電動輪的每一個軸包括左輪和右輪，所述左輪和所述右輪分別包括輪轂電機，所述輪轂電機的輸出轉(zhuǎn)矩決定了所述電動輪的力矩， 其特征在于，所述控制方法包括: 接收表示所述車輛方向盤轉(zhuǎn)角的第一感應(yīng)信號； 接收表示所述車輛橫擺角速度的測量值的第二感應(yīng)信號； 接收表示所述多軸獨立電動輪的負荷壓力的多個第三感應(yīng)信號； 根據(jù)所述第一感應(yīng)信號和當前車速決定所述車輛的橫擺角速度的目標值； 根據(jù)所述第三感應(yīng)信號計算所述車輛的軸載重質(zhì)心所在位置； 計算所述多軸獨立電動輪的每一個軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離， 比較所述橫擺角速度的測量值和目標值，根據(jù)所述比較的結(jié)果和所述距離調(diào)節(jié)所述多軸的每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩； 根據(jù)所述每一個軸所需的目標輸出轉(zhuǎn)矩和所述每個車輪的負荷壓力分別計算對應(yīng)軸的左輪和右輪的目標轉(zhuǎn)矩； 根據(jù)所述目標轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生多個電動輪控制信號，以分別控制所述多軸獨立電動輪中每一個輪轂電機的輸出轉(zhuǎn)矩，其中，所述每一個軸的輪轂電機的輸出力矩等于對應(yīng)電動輪所需的所述目標力矩； 當所述橫擺角速度的所述測量值小于所述目標值時，增加所述多軸獨立電動輪中第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩，并減小所述多軸獨立電動輪中第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩，其中，所述第一軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離大于所述第二軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離；以及 當所述測量值大于所述目標值時，減小所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩，并增加所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多軸獨立電動輪車輛的控制方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)第一軸和第二軸輸出轉(zhuǎn)矩的步驟還包括: 平均所述車輛的目標總驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，以得到所述多軸獨立電動輪的各軸的目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩； 當所述橫擺角速度測量值小于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上增加k倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上減少k倍，其中，所述k為常數(shù)；以及 當所述測量值大于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述第一軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上減少m倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩在所述目標驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上增加m倍；其中，所述m為常數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的多軸獨立電動輪車輛的控制方法，其特征在于，還包括: 如果所述第一軸電動輪中的輪轂電機達到額定最大輸出轉(zhuǎn)矩，且當所述橫擺角速度測量值小于所述目標值時，所述電機驅(qū)動力控制器使得所述多軸獨立電動輪中第三軸的輸出轉(zhuǎn)矩增加η倍，并使得所述第二軸的輸出轉(zhuǎn)矩減少η倍；其中，所述η為常數(shù)，所述第三軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離大于所述第二軸和所述軸載重質(zhì)心之間的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多軸獨立電動輪車輛的控制方法，其特征在于，所述計算對應(yīng)軸的左輪和右輪的目標轉(zhuǎn)矩的步驟還包括: 分別計算所述多個軸中的每一個軸左輪和右輪的負荷壓力與所述左輪和所述右輪的負荷壓力之和之間的比例，并根據(jù)所述比例分別計算所述左輪和所述右輪的輸出轉(zhuǎn)矩，其中，所述左輪的輸出轉(zhuǎn)矩等于所述左輪的負荷壓力占所述負荷壓力之和的比例乘以對應(yīng)的軸輸出轉(zhuǎn)矩，所述右輪的輸出轉(zhuǎn)矩等于所述右輪的負荷壓力占所述負荷壓力之和的比例乘以對應(yīng)的軸輸出轉(zhuǎn)矩。
【文檔編號】B60W40/13GK103935354SQ201410145972
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】李丹, 肖應(yīng)誠, 徐華中, 楊忍, 羅俊, 孫洪偉, 杜攀, 王新鄖, 張鳴 申請人:武漢理工大學(xué), 湖北航天技術(shù)研究院特種車輛技術(shù)中心