高魯棒性車輪防滑控制方法、防滑控制系統(tǒng)及車輛的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高魯棒性的車輪防滑控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)，利用各車輪的角速度，對其微分得到角加速度，結(jié)合驅(qū)動各車輪的扭矩值，利用車輪動力學(xué)方程計算各車輪受到的驅(qū)動力，并結(jié)合各車輪中心的加速度及調(diào)節(jié)因子計算得到各車輪的約束扭矩。通過比較上層扭矩輸出請求值及約束扭矩數(shù)值，來控制驅(qū)動車輪的扭矩輸出，使得所有車輪在任何狀態(tài)下都具有較好的防滑控制效果。
【專利說明】
高魯棒性車輪防滑控制方法、防滑控制系統(tǒng)及車輛
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及車輛驅(qū)動/制動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種高魯棒性的車輪防 滑控制系統(tǒng)與防滑控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 具有電子防滑控制功能的車輛制動系統(tǒng)屬于現(xiàn)有技術(shù)。已知的車輛制動系統(tǒng)能夠 根據(jù)駕駛員的意愿無關(guān)地對車輛的各個車輪進(jìn)行制動，例如為了防止車輪抱死的防抱死剎 車系統(tǒng)(ABS)、為了合理分配牽引力的牽引力分配控制系統(tǒng)(TCS)、為了使車輛進(jìn)入穩(wěn)定的 形式裝置(車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP)、為了消除在驅(qū)動車輪的滑轉(zhuǎn)(驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)ASR)等 等，這些都屬于底層車輪控制，需要基于車輪滑移率(Slip Ratio)來進(jìn)行。然而，滑移率的 計算往往需要使用其他車輪的信息。當(dāng)所有的車輪都處于工作狀態(tài)(驅(qū)動/制動)時，基于滑 移率的防滑控制往往效果不好。
[0003] 為此，也有一些研究者摒棄了滑移率的應(yīng)用，在分布式驅(qū)動的電動車輛的應(yīng)用方 面，提出了完全基于力學(xué)的防滑控制，如Yoichi Hori，Hiroshi Fujimoto，Dejun Yin等人 提出的MFC，MTTE等方法，但是這些控制方法嚴(yán)重依賴車輛參數(shù)，對車輛所受阻力及車身重 量的變化敏感，從而制約了這些方法的實(shí)用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的旨在解決如何能夠在任何狀態(tài)下，尤其是在轉(zhuǎn)彎或者是在有坡度的情 況下，使得所有的車輪都具有較好的防滑控制效果的問題，提出一種高魯棒性的車輪防滑 控制系統(tǒng)與防滑控制方法。
[0005] 本發(fā)明的上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有 利的方式發(fā)展獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征。
[0006] 為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出的車輪防滑控制方法，包括：
[0007] 獲取車輛的各車輪的角速度（co )，對其微分獲得角加速度，結(jié)合驅(qū)動各車輪的扭 矩值(T。），利用車輪動力學(xué)方程計算得到車輪驅(qū)動力(Fd);
[0008] 取得車輪中心的加速度(a)，結(jié)合上述驅(qū)動力(Fd)及調(diào)節(jié)因子(車身加速度與車輪 加速度的比值，稱為調(diào)節(jié)因子，用k表示），計算驅(qū)動該車輪的約束扭矩(T〇 ;
[0009] 通過比較扭矩請求數(shù)值(Tr)與約束扭矩數(shù)值(T〇，來控制驅(qū)動車輪的扭矩輸出，實(shí) 現(xiàn)車輪防滑。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)，還提出一種高魯棒性的車輪防滑控制系統(tǒng)，包括：
[0011] 扭矩請求模塊，用以接收上層控制器的信息，生成上層扭矩輸出請求值(Tr);
[0012] 電機(jī)控制器，接收扭矩調(diào)整模塊發(fā)送的扭矩指令值(T。)驅(qū)動電機(jī)輸出扭矩從而驅(qū) 動車輪旋轉(zhuǎn)；
[0013] 車輪驅(qū)動力計算模塊，用已取得的各車輪角速度（co)，對其微分得到角加速度，結(jié) 合驅(qū)動各車輪的扭矩值(T。），利用車輪動力學(xué)方程計算各車輪受到的驅(qū)動力(F d);
[0014] 約束扭矩計算模塊，用已取得的各車輪中心加速度(a)，結(jié)合計算得到的驅(qū)動力 (Fd)和調(diào)節(jié)因子(k)，計算約束扭矩(TO ;
[0015] 扭矩調(diào)整模塊，根據(jù)約束扭矩(T〇，對于上層扭矩輸出請求值(Tr)的大小進(jìn)行調(diào)
[0016] 進(jìn)一步的實(shí)施例中，首先判斷車輪加速度與車身加速度之差的絕對值是否達(dá)到一 定值(根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定），若達(dá)到該定值，通過比較上層扭矩輸出請求值(T r)與約束扭矩 數(shù)值(Ti)，來控制驅(qū)動車輪的扭矩輸出，實(shí)現(xiàn)車輪防滑。
[0017] 本發(fā)明的第三方面還提出一種車輪防滑控制系統(tǒng)，包括：
[0018] 防滑控制模塊，用取得的各車輪中心加速度及各車輪角速度實(shí)施防滑控制，該防 滑控制模塊具有：
[0019] 扭矩請求模塊，用以接收上層控制器的信息，生成上層扭矩輸出請求值(Tr);
[0020] 電機(jī)控制器，接收扭矩調(diào)整模塊發(fā)送的扭矩指令值(T。)驅(qū)動電機(jī)輸出扭矩從而驅(qū) 動車輪旋轉(zhuǎn)；
[0021] 車輪驅(qū)動力計算模塊，用已取得的各車輪角速度（co)，對其微分得到角加速度，結(jié) 合驅(qū)動各車輪的扭矩值(T。），利用車輪動力學(xué)方程計算各車輪受到的驅(qū)動力(Fd);
[0022] 約束扭矩計算模塊，用已取得的各車輪中心加速度(a)，結(jié)合計算得到的驅(qū)動力 (Fd)和調(diào)節(jié)因子(k)，計算約束扭矩(T〇 ;
[0023] 扭矩調(diào)整模塊，根據(jù)約束扭矩(T〇，對于上層扭矩輸出請求值(Tr)的大小進(jìn)行調(diào)
[0024]應(yīng)當(dāng)理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這 樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保 護(hù)的主題的所有組合都被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。
[0025] 結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導(dǎo)的前述和其他方面、實(shí) 施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實(shí)施方式的特征和/或有益效果將在下面 的描述中顯見，或通過根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的【具體實(shí)施方式】的實(shí)踐中得知。
【附圖說明】
[0026] 附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同或近似相同的組 成部分可以用相同的標(biāo)號表示。為了清晰起見，在每個圖中，并非每個組成部分均被標(biāo)記。 現(xiàn)在，將通過例子并參考附圖來描述本發(fā)明的各個方面的實(shí)施例，其中：
[0027] 圖1是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的車輪防滑控制方法的流程示意圖。
[0028] 圖2是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例得到各車輪驅(qū)動力的原理示意圖。
[0029] 圖3是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例計算各車輪約束扭矩的原理示例圖。
[0030] 圖4是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例計算左前輪約束扭矩以抑制車輪打滑/抱死的原理 示意圖。
[0031] 圖5是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的車輪防滑控制系統(tǒng)的原理示意圖。
[0032] 圖6是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例對一輪模型實(shí)施前述圖1所示的防滑控制的控制例 的原理示意圖。
[0033] 圖7a、7b是利用本發(fā)明某些實(shí)施例的車輪防滑控制后的效果對比圖，其中圖7a表 示不施加前述防滑控制的仿真結(jié)果，圖7b表示了施加前述防滑控制后的仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說明如下。
[0035] 在本公開中參照附圖來描述本發(fā)明的各方面，附圖中示出了許多說明的實(shí)施例。 本公開的實(shí)施例不必定意在包括本發(fā)明的所有方面。應(yīng)當(dāng)理解，上面介紹的多種構(gòu)思和實(shí) 施例，以及下面更加詳細(xì)地描述的那些構(gòu)思和實(shí)施方式可以以很多方式中任意一種來實(shí) 施，這是因?yàn)楸景l(fā)明所公開的構(gòu)思和實(shí)施例并不限于任何實(shí)施方式。另外，本發(fā)明公開的一 些方面可以單獨(dú)使用，或者與本發(fā)明公開的其他方面的任何適當(dāng)組合來使用。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，一種高魯棒性的車輪防滑控制方法，獲取各車輪角速 度（《)，并利用驅(qū)動各車輪的扭矩數(shù)值(T。），根據(jù)車輪動力學(xué)方程計算出各車輪的驅(qū)動力 Fd，利用該驅(qū)動力，結(jié)合已取得的車輪中心加速度(a)，計算得到約束扭矩(TO，通過比較上 層扭矩輸出請求值(Tr)及約束扭矩數(shù)值(Ti)，來控制驅(qū)動車輪的扭矩輸出。
[0037] 基于此控制策略，利用比較容易測量的上層扭矩請求值，并基于實(shí)際檢測與運(yùn)算 得到的約束扭矩值進(jìn)行比較，如果存在打滑、抓地不牢、抱死的情況，如前述表達(dá)的，則車輪 速度與車身速度差距較大，從而導(dǎo)致上層扭矩請求值絕對值大于約束扭矩絕對值，此時我 們實(shí)施控制干預(yù)，控制調(diào)整驅(qū)動車輪的扭矩輸出，即調(diào)整電機(jī)和/或制動器扭矩輸出值的絕 對值，從而實(shí)現(xiàn)防滑控制的目的。
[0038]本發(fā)明的一個具體實(shí)施例的防滑控制流程如圖1所示，下面結(jié)合圖1、圖2、圖3所 示，更加具體地說明該防滑控制的實(shí)施。
[0039] 結(jié)合圖1、圖2、圖3所示，高魯棒性的車輪防滑控制方法包括下述步驟：
[0040] 獲取車輛的各車輪的角速度（《)，對其微分獲得角加速度，結(jié)合驅(qū)動各車輪的扭 矩值(T。），利用車輪動力學(xué)方程計算得到車輪驅(qū)動力(Fd);
[0041] 取得車輪中心的加速度(a)，結(jié)合上述驅(qū)動力(Fd)及調(diào)節(jié)因子(k)，計算驅(qū)動該車 輪的約束扭矩(Ti);
[0042] 通過比較上層扭矩輸出請求值(Tr)及約束扭矩數(shù)值(Ti)，來控制驅(qū)動車輪的扭矩 輸出，實(shí)現(xiàn)車輪防滑。
[0043] 本例中，首先使用車輪角加速度與驅(qū)動該車輪的扭矩值，計算該車輪的驅(qū)動力;再 利用該車輪中心加速度與上述驅(qū)動力計算約束扭矩，當(dāng)扭矩請求值絕對值大于約束扭矩絕 對值時，調(diào)整施加于車輪的扭矩的絕對值，即控制調(diào)整電機(jī)和/或制動器扭矩輸出值。
[0044] 本發(fā)明提出的防滑控制方法具有高適應(yīng)性和魯棒性，對于兩輪驅(qū)動/制動、四輪驅(qū) 動/制動、八輪驅(qū)動/制動等分布式驅(qū)動/制動車輛以及各車輪具有制動器的集中式驅(qū)動/制 動的車輛仍然具有良好的防滑控制效果，同時在車輛越野、車輪打滑、車輛載重、車輛所受 阻力、車輪轉(zhuǎn)向角發(fā)生變化等任何狀態(tài)下，都能夠使得所有的車輪具有較好的防滑控制效 果。
[0045] 結(jié)合圖2所示的確定車輪所受驅(qū)動力Fd的示例，忽略懸架變形的情況下，由于車輪 動力學(xué)關(guān)系，可以利用該輪角速度《與驅(qū)動該車輪的扭矩值T。，計算出該車輪所受驅(qū)動力。
[0046] 圖3所示為約束扭矩的一個具體的計算示例，圖4所示視圖為車體俯視圖，俯視正 向垂直投影到地面上。
[0047]圖2和圖3中，各參數(shù)的解釋如下（i = l，2,3,4):
[0048] Tci:驅(qū)動車輪的扭矩
[0049] Tii:車輪的約束扭矩
[0050] ai:各車輪中心沿車輪前進(jìn)方向的加速度值
[00511 Fdi:各車輪的驅(qū)動力
[0052] c〇i:各車輪的角速度
[0053] r:車輪有效半徑
[0054]圖4中，視圖以及各參數(shù)的解釋如下：
[0055] 1、坐標(biāo)系解釋:坐標(biāo)系固定于車身
[0056] X:表示車輛的縱向
[0057] Y:表示車輛的側(cè)向
[0058] 2、點(diǎn)含義解釋
[0059] G:車輛質(zhì)心點(diǎn)
[0060] P1:左側(cè)前輪中心點(diǎn)
[00611 P2:右側(cè)前輪中心點(diǎn)
[0062] P3:左側(cè)后輪中心點(diǎn)
[0063] P4:右側(cè)后輪中心點(diǎn)
[0064] 3、圖中角度含義解釋
[0065] Si:(i = l，2,3,4)車輪轉(zhuǎn)向角
[0066] 4、加速度符號含義解釋
[0067] axi: (i = 1，2，3，4)各個車輪中心處加速度沿X方向的分量 [0068] ayi (i = 1，2，3，4)各個車輪中心處加速度沿X方向的分量
[0069] 結(jié)合圖2、圖3所示，假定：
[0070] l)ai是各車輪中心沿車輪前進(jìn)方向的加速度值；
[0071] 2)除了車輪轉(zhuǎn)向角，本例在幾何關(guān)系上未使用任何數(shù)據(jù)。在力學(xué)關(guān)系上使用了四 個車輪中心點(diǎn)沿X方向的加速度值。
[0072]驅(qū)動各車輪的力Fdi的計算如下：
[0077]各車輪的約束扭矩值Tii的計算如下：

[0082] 在車輪不打滑或抱死情況下，約束扭矩值的絕對值應(yīng)小于或者等于扭矩請求值的 絕對值。如果約束扭矩的絕對值明顯大于扭矩請求值的絕對值，則可以判明車輪即將或者 已經(jīng)發(fā)生了打滑或者抱死現(xiàn)象。因此，此時控制器應(yīng)調(diào)整電機(jī)和/或制動器扭矩輸出值T r， 從而實(shí)現(xiàn)防滑的目的。
[0083] 圖5是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的車輪防滑控制系統(tǒng)的原理示意圖，如圖所示，一種 車輪防滑控制系統(tǒng)，包括：
[0084] 扭矩請求模塊，用以接收上層控制器的信息，生成上層扭矩輸出請求值(Tr);
[0085] 電機(jī)控制器，接收扭矩調(diào)整模塊發(fā)送的扭矩指令值(T。)驅(qū)動電機(jī)輸出扭矩從而驅(qū) 動車輪旋轉(zhuǎn)；
[0086] 車輪驅(qū)動力計算模塊，用已取得的各車輪角速度（co)，對其微分得到角加速度，結(jié) 合驅(qū)動各車輪的扭矩值(T。），利用車輪動力學(xué)方程計算各車輪受到的驅(qū)動力(Fd);
[0087] 約束扭矩計算模塊，用已取得的各車輪中心加速度(a)，結(jié)合計算得到的驅(qū)動力 (Fd)和調(diào)節(jié)因子(k)，計算約束扭矩(TO ;
[0088] 扭矩調(diào)整模塊，根據(jù)約束扭矩(T〇，對于上層扭矩輸出請求值(Tr)的大小進(jìn)行調(diào)
[0089] 結(jié)合圖1、圖2、圖3所示的例子，在一些實(shí)施例中，前述各車輪驅(qū)動力Fd的計算、各 車輪約束扭矩Ti的計算，上層扭矩請求值與約束扭矩值的比較均以前述內(nèi)容描述的示例性 方式來實(shí)現(xiàn)。
[0090] 優(yōu)選地，前述調(diào)整扭矩調(diào)整值Ti的控制方法為飽和度限制方法。在另外的一些例 子中，還可以采用其他控制算法來進(jìn)行扭矩調(diào)整值的計算，例如模糊控制/最優(yōu)控制/滑模 控制算法等。
[0091] 在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述扭矩調(diào)整模塊響應(yīng)于扭矩請求值的絕對值大于約束扭 矩的絕對值，控制輸出扭矩調(diào)整值!^的大小，使得扭矩調(diào)整模塊根據(jù)該扭矩調(diào)整值n控制調(diào) 整上層扭矩輸出請求值T r。
[0092] 在一些實(shí)施例中，可選地，還可以根據(jù)電池、電機(jī)以及其他車輛狀態(tài)進(jìn)一步控制扭 矩大小。
[0093] 結(jié)合圖4、圖5所示的示例，圖6表示了利用本發(fā)明的防滑控制對一輪模型實(shí)施前述 圖1所示的防滑控制的控制例的原理示意圖。
[0094] 應(yīng)當(dāng)理解，以上內(nèi)容所描述的防滑控制方法、策略以及控制系統(tǒng)，可以應(yīng)用在發(fā)動 機(jī)驅(qū)動的車輛、電動機(jī)驅(qū)動的車輛以及應(yīng)用在混動動力車輛上，實(shí)現(xiàn)防滑控制的目的。
[0095] 在一些例子中，前述的防滑控制方法、策略以及控制系統(tǒng)，尤其可以應(yīng)用在采用不 含有差速器的分布式驅(qū)動結(jié)構(gòu)的電動汽車、平衡車等車輛上，能夠在任何狀態(tài)下，使得所有 的車輪都具有較好的防滑控制效果。
[0096] 圖7a、7b表示了利用本發(fā)明某些實(shí)施例的車輪防滑控制后的效果對比圖，其中圖 7a表示不施加前述防滑控制的仿真結(jié)果，圖7b表示了施加前述防滑控制后的仿真結(jié)果。結(jié) 合圖6所示控制例，其仿真場景：車輪從3秒左右進(jìn)入低摩擦路面，可以看出無控制的情況 下，車輪明顯打滑，而實(shí)施控制的例子中，車輪僅僅有輕微的打滑。
[0097] 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技 術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因 此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高魯棒性的車輪防滑控制方法，其特征在于，該方法包括： 獲取車輛的各車輪的角速度（ω )，對其微分獲得角加速度，結(jié)合驅(qū)動各車輪的扭矩值 (Τ。），利用車輪動力學(xué)方程計算得到車輪驅(qū)動力(Fd); 取得車輪中心的加速度(a)，結(jié)合上述驅(qū)動力(Fd)及調(diào)節(jié)因子(k)，計算驅(qū)動該車輪的約 束扭矩(Ti); 通過比較上層扭矩輸出請求值(Tr)及約束扭矩數(shù)值(T1)，來控制驅(qū)動車輪的扭矩輸出， 實(shí)現(xiàn)車輪防滑。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高魯棒性的車輪防滑控制方法，其特征在于，響應(yīng)于扭矩請求 數(shù)值與該約束扭矩數(shù)值的差異，基于開關(guān)控制、模糊控制、最優(yōu)控制、滑?？刂浦械囊环N控 制算法獲得最終的扭矩指令值。3. -種車輪防滑控制系統(tǒng)，其特征在于，包括： 扭矩請求模塊，用以接收上層控制器的信息，生成上層扭矩輸出請求值(Tr); 電機(jī)控制器，接收扭矩調(diào)整模塊發(fā)送的扭矩指令值(T。)驅(qū)動電機(jī)輸出扭矩從而驅(qū)動車 輪旋轉(zhuǎn)； 車輪驅(qū)動力計算模塊，用已取得的各車輪角速度（ω)，對其微分得到角加速度，結(jié)合驅(qū) 動各車輪的扭矩值(Τ。），利用車輪動力學(xué)方程計算各車輪受到的驅(qū)動力(Fd); 約束扭矩計算模塊，用已取得的各車輪中心加速度(a)，結(jié)合計算得到的驅(qū)動力(Fd)和 調(diào)節(jié)因子(k)，計算約束扭矩(T1); 扭矩調(diào)整模塊，根據(jù)約束扭矩(T1),對于上層扭矩輸出請求值(Tr)的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。4. 一種車輪防滑控制系統(tǒng)，其特征在于，包括： 防滑控制模塊，用取得的各車輪中心加速度及各車輪角速度實(shí)施防滑控制，該防滑控 制豐吳塊具有： 扭矩請求模塊，用以接收上層控制器的信息，生成上層扭矩輸出請求值(Tr); 電機(jī)控制器，接收扭矩調(diào)整模塊發(fā)送的扭矩指令值(T。)驅(qū)動電機(jī)輸出扭矩從而驅(qū)動車 輪旋轉(zhuǎn)； 車輪驅(qū)動力計算模塊，用已取得的各車輪角速度（ω)，對其微分得到角加速度，結(jié)合驅(qū) 動各車輪的扭矩值(Τ。），利用車輪動力學(xué)方程計算各車輪受到的驅(qū)動力(Fd); 約束扭矩計算模塊，用已取得的各車輪中心加速度(a)，結(jié)合計算得到的驅(qū)動力(Fd)和 調(diào)節(jié)因子(k)，計算約束扭矩(T1); 扭矩調(diào)整模塊，根據(jù)約束扭矩(T1),對于上層扭矩輸出請求值(Tr)的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。5. -種包括前述要求3-4中任意一項(xiàng)所述的車輪防滑控制系統(tǒng)的車輛。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛，其特征在于，該車輛使用電機(jī)來驅(qū)動。
【文檔編號】B60T8/172GK105882634SQ201610316030
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】殷德軍, 張婷, 單丹鳳, 張冰
【申請人】南京理工大學(xué)