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          分布式驅動車輛無轉向輪側方位出車的一種控制方法與流程

          文檔序號:18528747發布日期:2019-08-24 10:42
          分布式驅動車輛無轉向輪側方位出車的一種控制方法與流程

          本發明屬于分布式驅動技術領域,是一種控制策略,具體涉及分布式驅動車輛無轉向輪側方位出車的一種控制方法。



          背景技術:

          目前采用四輪毂電機分布式驅動的有很多,許多中高端車型均采用該類型驅動方案。經過查閱,分布式驅動型轎車側方位泊車控制策略很多,但是對于側方出車問題,目前並未有相關文獻,然而側方位出車也和側方位泊車同樣重要,常規側方出車需要駕駛員經過不斷地駕駛前後調試間距才能側方位出車,這種人爲操作不僅繁瑣,需要相當的駕駛經驗,而且也不可靠。



          技術實現要素:

          發明目的:爲了克服現有技術中存在的不足,本發明提供分布式驅動車輛無轉向輪側方位出車的一種控制方法,使車輛穩定可靠地側方位出車,而且在整個出車過程中,車輛所需的地面面積比常規人工操作側方出車所需的地面面積小很多,同時也不需要其他額外複雜機構輔助完成,僅通過控制分布式輪毂電機驅動轉矩及可實現。

          技術方案:爲實現上述目的,本發明采用的技術方案爲:

          本發明公開了分布式驅動車輛無轉向輪側方位出車的一種控制方法,本發明適用于四輪毂電機分布式驅動的車輛。通過車輛動力學相關知識,四輪驅動可以充分利用地面附著力。由于輪毂電機具有傳輸效率高,響應快,扭矩大等優點,可以使車輛的多種性能可以很好地實現。采用四輪輪毂電機的分布式驅動,可以對四輪的轉矩分別控制,對轉矩的大小進行靈活的分配,以適應不同的工況。

          根據車輪的垂直載荷的大小,分別對三個車輪(左前、右前、右後輪)的驅動轉矩進行分配,以使得左前、右前、右後驅動輪産生足夠的驅動力以克服地面對車輪的縱向力和橫向力産生的阻礙車輛旋轉的阻力矩;由于左後輪爲旋轉中心輪,根據其轉速n分配一定的驅動力矩使其克服該輪的滾動趨勢,最後使車輛按照一定的橫擺角速度旋轉起來。

          把橫擺角速度的大小ω以及左後輪轉速n反饋給控制器,然後根據一定的控制策略分配四個輪的驅動轉矩。以使得車輛在旋轉一定角度後,把車輛旋轉中心o點的偏移控制在一定的合理範圍內。采用這種控制方法,可以避免複雜的傳動和轉向機構,增加可靠性。

          有益效果:本發明提供的分布式驅動車輛無轉向輪側方位出車的一種控制方法,采用恰當的控制策略,可以使車輛繞著o點旋轉任意角度,保障了側方位出車的安全性,可靠性,同時減小了該工況下所需的地面面積。

          附圖說明

          圖1爲側方出車工況圖;

          圖2爲側方出車結構示意圖;

          圖3爲本發明的方法流程圖;

          圖4爲PID控制器的控制示意圖;

          圖5爲輪毂的轉矩示意圖;

          圖6爲控制策略1流程圖;

          圖7爲控制策略2流程圖。

          具體實施方式

          下面結合附圖和實施例對本發明作更進一步的說明。

          本專利對應的爲側方出車工況。如圖1所示,首先定義L爲車輛軸距,D爲車輛輪距,o爲車輛旋轉中心(此處爲左後車輪中心),ω爲車輛的橫擺角速度。左前、右前、左後、右後車輪分別由fl,fr,rl,rr表示。

          車輛的左前、右前、右後輪的側偏角分別爲α1,α2,α3。此工況下由于左後車輪中心o爲車輛旋轉中心,其側偏角此處不予表示。

          左前、右前、右後輪繞著車輛旋轉中心o點的旋轉半徑分別爲L、D。左前、右前、右後車輪的垂直載荷分別爲Fzfl,Fzfr,Fzrr,左前、右前、左後、右後車輪驅動轉矩分別爲Tfl,Tfr,Trl,Trr(其中左側車輪和右側車輪驅動力矩相反,如圖1中箭頭所示)。

          根據車輛左後輪(rl)的轉速n(理想情況n=0rpm)以及車輛橫擺角速度ω的變化,對四個車輪的驅動轉矩Tfl,Tfr,Trl,Trr進行一定合理的分配,以使車輛繞o點的位移變化在可接受範圍內,以及車輛旋轉橫擺角加速度在人體舒適性範圍內變化(即0.1~0.4rad/s)。從而車輛可以不使用轉向輪,通過四個車輪的驅動力矩的關系而使車輛圍繞o點旋轉一定角度,進而側方位出車。

          具體控制方案見圖3。其中Tfl,Tfr,Trr,Trl代表了左前、右前、右後和左後車輪的轉矩,n和ω代表了左後車輪的轉速以及車輛橫擺角速度。

          控制策略如圖4:

          控制策略1:通過車上的橫擺角速度傳感器實時的采集到的橫擺角速度的信號,將此信號實時的與我們要求的橫擺角速度進行比較,將此差值反饋到我們設計的控制器中,經過我們設計的控制策略,發出信號給三個驅動的輪毂電機,三個輪毂電機根據接收的信號實時的調整各自的轉矩,進行轉矩分配,進而調整車的橫擺角速度,從而橫擺角速度達到我們的期望值。

          控制策略2:通過安裝在左後驅動輪的轉速傳感器,實時的采集到轉速信號,將此信號實時的與我們要求的轉速(標定轉速n=0rpm)進行比較,將此差值反饋到我們設計的控制器中,經過我們設計的控制策略,發出信號給左後驅動輪的輪毂電機,該輪毂電機根據接收的信號實時的調整轉矩,進而調整該驅動輪的轉速,從而該輪的轉速達到我們的期望值,最後該輪的位移量達到我們的期望值。

          此發明中,我們設計的控制器爲兩個PID控制器,控制策略1中的PID1,該控制器的輸入爲橫擺角速度的差值,輸出值決定驅動轉矩的大小。控制策略2中的PID2,該控制器的輸入爲左後驅動輪輪速的差值,輸出值決定該輪的驅動轉矩大小。運用Carsim軟件和simulink的聯合仿真計算,其中PID1根據Δω輸出三輪的總扭矩T,通過控制策略1轉矩分配算法(即下面的對于三輪的轉矩分配方法策略)分別輸出三個車輪的扭矩到Carsim模塊對應接口;PID2根據Δn輸出左後輪的扭矩Trl到Carsim模塊對應接口,如圖7所示。

          對于三輪(左前、右前、右後驅動輪)的轉矩分配方法:根據三輪的垂直載荷的大小來分配各個驅動輪驅動轉矩的大小。如圖5所示。

          設三個驅動輪的垂直載荷分別爲Fzfl,Fzfr,Fzrr,其中fl,fr,rl,rr分別表示左前輪,右前輪,左後輪,右後輪。

          三輪的驅動轉矩分別爲Tfl,Tfr,Trr。其中Tfl和Tfr、Trr異號,Tfr和Trr同號。

          Fzfl+Fzfr+Fzrr=F;

          Tfl=aT,Tfr=bT,Trr=cT

          T爲控制器輸出驅動轉矩,也就是左前、右前、右後輪總轉矩T。即PID1控制器得到三輪總轉矩T值,然後由a、b、c值一起得到各個Tfl,Tfr,Trr三輪轉矩值。

          控制策略1如圖6所示,在得到3個車輪各自的轉矩後,將該量輸入車輛系統,即聯合仿真使用的Carsim系統,Carsim模塊提供一系列輸入輸出接口,包括本專利涉及到的各個車輪轉矩輸入接口以及橫擺角速度輸出接口。輸出橫擺角速度負反饋回前端和期望橫擺角速度進行差運算,最後將差運算結果輸入給PID1控制器,直至橫擺角速度達到橫擺角速度期望值。

          對于左後驅動輪轉矩分配方法:根據左後驅動輪的轉速來控制該輪的轉矩。

          控制策略2如圖7所示,轉速負反饋原理與橫擺角速度負反饋相似,此處Carsim使用的輸出接口是左後輪的轉速。

          實施例

          采用simulink平台搭建控制方法,並對本整車動力學模型控制策略方法進行MATLAB和Carsim的聯合仿真測試,其中橫擺角速度ω和三輪總轉矩T的關系以及左後輪轉速n和左後輪轉矩Trl的關系,均由Carsim內部方程實現:在Carsim中設置好車輛的相關參數(每個車有不同的參數,其中包括整車質量、簧上質量等,具體根據汽車參數進行設置),設置爲四輪驅動,無轉向。然在在MATLAB中設置控制器以及轉矩分配策略,進行聯合仿真,結果顯示,在本發明的控制策略下,車輛可以圍繞o點旋轉90°,o點位移偏移在20cm以內,達到了期望的要求。

          作爲優選實施例,本例中期望的ω0值設定爲0.3,四輪垂直載荷數值根據不同車型計算得出:

          假設前軸到質心距離爲a,後軸到質心距離爲b,整車質量爲m(其中,a、b、m由具體的汽車而定),則前輪垂直載荷爲mgb/(2(a+b))(N),則後輪垂直載荷爲mga/(2(a+b))(N)。最後得出左後輪輪心的位移偏移量在20cm以內,從Carsim輸出接口輸出而得。

          本專利發明的這種控制方法,可以使車輛穩定可靠地側方位出車,而且在整個出車過程中,車輛所需的地面面積比常規人工操作側方出車所需的地面面積小很多,同時也不需要其他額外複雜機構輔助完成,僅通過控制分布式輪毂電機驅動轉矩及可實現。采用這種驅動控制的車輛,可以避免新手駕駛員在側方位出車的不穩定性,減少駕駛員側方位出車時間,同時也可以增加車輛轉向的靈活性。如圖2所示,圖2(a)爲常規駕駛員手動操作側方位出車示意圖,線框區域內爲側方位出車需要的面積;圖2(b)、圖2(c)爲在該控制方法下的側方位出車示意圖,從圖中可以明顯看出,該工況下可以減小車輛所需的地面面積,同時保證了側方出車的可靠性,穩定性。

          同理,當以右後輪、左前輪、右前輪爲旋轉中心輪時,采取與左後輪同樣的控制方法。

          以上所述僅是本發明的優選實施方式,應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發明原理的前提下,還可以做出若幹改進和潤飾,這些改進和潤飾也應視爲本發明的保護範圍。

          再多了解一些
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