專利名稱：四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略，該滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略應(yīng)用在線控四輪轉(zhuǎn)向的四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛上可以實(shí)現(xiàn)車輛的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向。
背景技術(shù)：
四輪轉(zhuǎn)向的四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛四個(gè)車輪采 用相同結(jié)構(gòu)形式的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，依靠轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改變四個(gè)車輪轉(zhuǎn)角來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，在很大程度上改善了汽車的低速機(jī)動(dòng)性和高速操縱穩(wěn)定性。常用的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致有機(jī)械式、液壓式、電動(dòng)式等。線控四輪轉(zhuǎn)向大部分是采用四個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)來控制四個(gè)車輪的偏轉(zhuǎn)。但存在的問題是當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，無法使車輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，車輛的方向就失去了可控性；或者在一些特殊路面如雪地、泥濘路上四輪轉(zhuǎn)向車輛很難通過改變車輪轉(zhuǎn)角來控制車輛的行駛方向；或者要在運(yùn)行空間受到限制的情況下提高四輪轉(zhuǎn)向車輛的機(jī)動(dòng)性，對車輛的懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求很高。《滑動(dòng)轉(zhuǎn)向全地形車》(國家專利，申請?zhí)朇N200880122976. 9)和《用于具有滑動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置的車輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)》(國家專利，申請?zhí)朇N200480031625. 9)研究了兩側(cè)車輪不發(fā)生左右偏轉(zhuǎn)時(shí)，控制兩側(cè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩來保證左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪或履帶之間的速差，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)轉(zhuǎn)向。這種轉(zhuǎn)向模式甚至可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，在運(yùn)行空間受到限制時(shí)可以提高車輛的機(jī)動(dòng)性。目前這種滑動(dòng)轉(zhuǎn)向形式僅限于用在一些特殊車輛上，比如月球車、重型坦克、建筑機(jī)械、工程機(jī)械或者履帶式的雪地車，《滑動(dòng)轉(zhuǎn)向裝卸機(jī)》(國家專利，申請?zhí)?00380100778.X)就是介紹了一種滑動(dòng)轉(zhuǎn)向裝卸機(jī)。而目前，四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)轉(zhuǎn)向的技術(shù)還沒見報(bào)道。已有的專利主要是研究了實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)轉(zhuǎn)向的車輛結(jié)構(gòu)，并沒有對滑動(dòng)轉(zhuǎn)向的控制策略進(jìn)行研究。綜上所述，本發(fā)明涉及一種滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略，該滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略應(yīng)用在四輪轉(zhuǎn)向的四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛上可以實(shí)現(xiàn)車輛的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向，將四輪轉(zhuǎn)向和滑動(dòng)轉(zhuǎn)向兩種轉(zhuǎn)向模式綜合到了一輛汽車上，當(dāng)對路面有較高要求，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正常工作時(shí)切換到四輪轉(zhuǎn)向模式，而當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失靈、運(yùn)行空間受到限制或遇到特殊路面時(shí)又可切換到滑動(dòng)轉(zhuǎn)向模式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有的線控四輪轉(zhuǎn)向的四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失靈、運(yùn)行空間受到限制或遇到特殊路面方向不易控制的問題，設(shè)計(jì)出一種可以實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)轉(zhuǎn)向的控制策略，但不需要添加專門的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和額外的驅(qū)動(dòng)裝置。其基本思想是綜合電子控制器根據(jù)轉(zhuǎn)向模式開關(guān)來選擇不同的轉(zhuǎn)向模式。在對路面有較高要求時(shí)選擇四輪轉(zhuǎn)向模式，利用轉(zhuǎn)向電機(jī)來控制四個(gè)車輪的偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向；當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失靈、運(yùn)行空間受到限制或遇特殊路面時(shí)切換到滑動(dòng)轉(zhuǎn)向模式，通過綜合電子控制器控制轉(zhuǎn)向電機(jī)停止工作，并根據(jù)駕駛員信息，通過滑動(dòng)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩分配器直接控制兩側(cè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，保證兩側(cè)車輪之間存在一定的轉(zhuǎn)矩差，滿足轉(zhuǎn)向時(shí)兩側(cè)車輪之間的速差要求，從而實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)彎半徑的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向。當(dāng)兩側(cè)車輪速度大小相等、方向相反時(shí)可實(shí)現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)向。這兩種轉(zhuǎn)向模式通過轉(zhuǎn)向模式開關(guān)來進(jìn)行切換，充分保證汽車的方向可控性。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下綜合電子控制器根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角位移信號，判斷車輛是左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)，以車輛右側(cè)轉(zhuǎn)向?yàn)槔痪C合電子控制器根據(jù)加速踏板位移信號和制動(dòng)踏板位移信號判斷車輛是加速還是減速，以車輛加速為例Jil^Ttjut分別代表內(nèi)外兩側(cè)輪轂電機(jī)總輸出轉(zhuǎn)矩，I\、T3和ni、n3分別代表左側(cè)前后兩輪轂電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，T2、T4和n2、n4分別代表右側(cè)前后兩輪轂電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。定義轉(zhuǎn)矩的正負(fù)若轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速的變化趨勢方向一致，那么該轉(zhuǎn)矩為正轉(zhuǎn)矩，為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；同理，若轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速的變化趨勢方向相反，那么該轉(zhuǎn)矩為負(fù)轉(zhuǎn)矩，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。按照如圖I所示的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制原理圖，駕駛員通過轉(zhuǎn)向模式開關(guān)選擇滑動(dòng)轉(zhuǎn)向 模式‘I’，并通過綜合電子控制器使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)停止工作，控制分配四個(gè)輪轂電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)車輛的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向。加速踏板位移傳感器將車輛期望轉(zhuǎn)速信號送入綜合電子控制器，方向盤轉(zhuǎn)角位移傳感器將期望轉(zhuǎn)向半徑信號送入綜合電子控制器，綜合電子控制器根據(jù)滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略分別計(jì)算出此時(shí)內(nèi)外兩側(cè)電機(jī)所需總轉(zhuǎn)矩值Til^Ttjut,并分別給內(nèi)側(cè)前后兩輪轂電機(jī)控制器輸入轉(zhuǎn)矩信號Tin/2，分別給外側(cè)兩輪轂電機(jī)控制器輸入轉(zhuǎn)矩信號T-/2，從而控制四個(gè)輪轂電機(jī)分別輸出轉(zhuǎn)矩T1 = T0Ut/2,T2 = Tin/2、T3 = Twt/2、T4 = Tin/2，使汽車兩側(cè)車輪間出現(xiàn)一定的轉(zhuǎn)矩差，利用這種轉(zhuǎn)矩差來實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)彎半徑的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向。圖2所示為本發(fā)明定義的方向盤轉(zhuǎn)角位移輸入信號。0 p 0 2、0 3分別為定義的三個(gè)方向盤轉(zhuǎn)角位移臨界值，當(dāng)I e I在圖3所示的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩分配器的三個(gè)不同區(qū)間(0，0 l) > ( 0 1 92)、(02，0 3)時(shí)，內(nèi)外兩側(cè)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性不同。加速踏板、制動(dòng)踏板位移與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩呈線性關(guān)系，則駕駛員踩下加速踏板時(shí)，電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)力，方向與電機(jī)轉(zhuǎn)速方向相同；駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，電機(jī)輸出制動(dòng)力，方向與電機(jī)轉(zhuǎn)速方向相反。Tmax為四個(gè)輪轂電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩。加速踏板位移信號控制系數(shù)A :
a — a0A =-
max 一 0式中，a為加速踏板位移，％為加速踏板自由行程位移，a _為加速踏板的最大行程位移。A的取值范圍為
，那么其對應(yīng)的單個(gè)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為
。制動(dòng)踏板位移f目號控制系數(shù)B :
_4]式中，0為制動(dòng)踏板位移，為制動(dòng)踏板自由行程位移，Pmax為制動(dòng)踏板的最大行程位移。B的取值范圍為[_1，0]，那么其對應(yīng)的單個(gè)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為[_Tmax，O]。方向盤轉(zhuǎn)角位移信號控制系數(shù)X :
權(quán)利要求
1.基于四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略其特征在于，該滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略應(yīng)用在線控四輪轉(zhuǎn)向的四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛上可以實(shí)現(xiàn)車輛的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向，在轉(zhuǎn)向空間受到限制或轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失靈或冰雪等惡劣路面條件下，選擇滑動(dòng)轉(zhuǎn)向模式來控制車輛的方向性； 綜合電子控制器根據(jù)轉(zhuǎn)向模式開關(guān)來選擇不同的轉(zhuǎn)向模式。在對路面有較高要求時(shí)選擇四輪轉(zhuǎn)向模式，利用轉(zhuǎn)向系來控制四個(gè)車輪的偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向；當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失靈、運(yùn)行空間受到限制或遇特殊路面時(shí)切換到滑動(dòng)轉(zhuǎn)向模式，通過綜合電子控制器控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作，并根據(jù)駕駛員信息，通過滑動(dòng)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩分配器直接控制兩側(cè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，保證兩側(cè)車輪之間存在一定的轉(zhuǎn)矩差，滿足轉(zhuǎn)向時(shí)兩側(cè)車輪之間的速差要求，從而實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)彎半徑的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向；當(dāng)兩側(cè)車輪速度大小相等、方向相反時(shí)可實(shí)現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)向；這兩種轉(zhuǎn)向模式通過轉(zhuǎn)向模式開關(guān)來進(jìn)行切換，充分保證汽車的方向可控性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略其特征在于，定義了三個(gè)方向盤轉(zhuǎn)角位移臨界值θρ θ2、θ3，當(dāng)I θ I處于三個(gè)不同區(qū)間(O，Θ)、(θ1； Θ 2)、( Θ 2，Θ 3)時(shí)，內(nèi)外兩側(cè)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性不同，所對應(yīng)的車輛轉(zhuǎn)彎半徑也不同； 加速踏板、制動(dòng)踏板位移與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩呈線性關(guān)系，則駕駛員踩下加速踏板時(shí)，電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)力，方向與電機(jī)轉(zhuǎn)速方向相同；駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，電機(jī)輸出制動(dòng)力，方向與電機(jī)轉(zhuǎn)速方向相反；Tmax為四個(gè)輪轂電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩！TpT3和Iipn3分別代表左側(cè)前后兩輪轂電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；T2、T4和η2、η4分別代表右側(cè)前后兩輪轂電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速； 加速踏板位移信號控制系數(shù)A 式中，α為加速踏板位移，為加速踏板自由行程位移，α _為加速踏板的最大行程位移，A的取值范圍為
，那么其對應(yīng)的單個(gè)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為
； 制動(dòng)踏板位移信號控制系數(shù)B .....I-A.. Anax _ βθ 式中，β為制動(dòng)踏板位移，為制動(dòng)踏板自由行程位移，為制動(dòng)踏板的最大行程位移，B的取值范圍為[_1，0]，那么其對應(yīng)的單個(gè)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為[_Tmax，O]； 方向盤轉(zhuǎn)角位移信號控制系數(shù)X 進(jìn)一步的，本發(fā)明利用滑動(dòng)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩分配器，由綜合電子控制器根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角位移信號、加速踏板位移信號、電子檔位開關(guān)信號，對內(nèi)外兩側(cè)輪轂電機(jī)的總輸出轉(zhuǎn)矩Tin與Twt進(jìn)行分配控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略其特征在于，該控制策略通過一個(gè)滑動(dòng)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩分配器來實(shí)現(xiàn)；在此首先定義轉(zhuǎn)矩的正負(fù)若轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速的變化趨勢方向一致，那么該轉(zhuǎn)矩為正轉(zhuǎn)矩，為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；同理，若轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速的變化趨勢方向相反，那么該轉(zhuǎn)矩為負(fù)轉(zhuǎn)矩，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩； 當(dāng)Θ < 91時(shí)，車輛直駛，此時(shí) 綜合電子控制器控制內(nèi)外兩側(cè)輪轂電機(jī)輸出總驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tin = 2ATfflax,T0Ut = 2ATmax，此時(shí)Tin與Trat的關(guān)系為Tin = Yout,四個(gè)輪轂電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩值分別為 T1 = T3 = ATmax、2 = T4 = AT-； 當(dāng)Θ < 02時(shí)，綜合電子控制器控制外側(cè)輪轂電機(jī)輸出總驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Τ_ = 2ΑΤ_，使外側(cè)電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)控制內(nèi)側(cè)輪轂電機(jī)輸出總驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tin = 2xATmax，使內(nèi)側(cè)電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，此時(shí)Tin與Twt的關(guān)系為Tin < Twt，保證了內(nèi)外兩側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩差，以實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)轉(zhuǎn)向，四個(gè)輪轂電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩值分別為T1 = T3 = ATmax, T2 = T4 = XATmax ； 當(dāng)Θ = 02時(shí)，綜合電子控制器控制外側(cè)輪轂電機(jī)輸出總驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Twt = 2ATmax，使外側(cè)電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)控制內(nèi)側(cè)輪轂電機(jī)輸出總驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tin = O，此時(shí)內(nèi)側(cè)車輪速度方向與外側(cè)車輪速度方向一致，四個(gè)輪轂電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩值分別為T1 = T3 = ATmax、T2 = T4=O ； 當(dāng)θ2< Θ < 03時(shí)，綜合電子控制器控制外側(cè)輪轂電機(jī)輸出總驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Τ_ = 2ΑΤ_，使外側(cè)電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)控制內(nèi)側(cè)輪轂電機(jī)輸出總制動(dòng)力矩Tin = -2xATmax，使內(nèi)側(cè)電機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，此時(shí)內(nèi)側(cè)車輪速度方向與外側(cè)車輪速度方向一致，四個(gè)輪轂電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩值分別為 T1 = T3 = ATfflax, T2 = T4 = -XATfflax ； 當(dāng)Θ = 03時(shí)，綜合電子控制器控制外側(cè)輪轂電機(jī)輸出總驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Twt = 2ATmax，使外側(cè)電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)控制內(nèi)側(cè)輪轂電機(jī)輸出制動(dòng)力矩Tin = -2xATmax，使內(nèi)側(cè)電機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，內(nèi)側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速nin = O,四個(gè)輪轂電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩值分別為T1 = T3 = ATmax, T2=T4 = -XATmax ； 同理，仍以車輛右轉(zhuǎn)為例，當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，表明車輛要開始減速；綜合電子控制器根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角位移信號和制動(dòng)踏板位移信號，利用制動(dòng)踏板位移信號控制系數(shù)B和方向盤轉(zhuǎn)角位移信號控制系數(shù)X，通過滑動(dòng)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩分配器控制內(nèi)外側(cè)兩輪轂電機(jī)輸出總轉(zhuǎn)矩Tin = 2BTmax,T0Ut = 2xBTmax，通過四個(gè)輪轂電機(jī)控制器控制四個(gè)輪轂電機(jī)分別輸出轉(zhuǎn)矩值T1 = T3 = xBTmax, T2 = T4 = BTmax，保證兩側(cè)車輪之間存在一定的轉(zhuǎn)矩差，滿足轉(zhuǎn)向時(shí)兩側(cè)車輪之間的速差要求，從而實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)彎半徑的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向。
全文摘要
本發(fā)明針對已有的線控四輪轉(zhuǎn)向的四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，設(shè)計(jì)出一種可以實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)轉(zhuǎn)向的控制策略。當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失靈、運(yùn)行空間受到限制或遇到特殊路面時(shí)可通過轉(zhuǎn)向開關(guān)切換到滑動(dòng)轉(zhuǎn)向模式，綜合電子控制器根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角位移信號判斷車輛的轉(zhuǎn)向趨勢，通過滑動(dòng)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩分配器直接控制四個(gè)輪轂電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，滿足轉(zhuǎn)向時(shí)兩側(cè)車輪之間的速差要求，從而實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)彎半徑的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向。本發(fā)明所述的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略能夠在已有的四輪轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)上充分保證車輛的方向可控性。
文檔編號B62D6/00GK102632924SQ201210114850
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者馮慧霞, 周巖, 翟麗 申請人:北京理工大學(xué)