基于滑移率控制的电动车差速转向控制方法

摘要

本发明提供一种基于滑移率控制的电动车差速转向控制方法，该方法包括如下步骤：(1)根据轮速传感器测得电动车后轮轮速、驱动电机实际输出力矩，以及车辆的侧向速度；(2)通过两自由度转向模型计算出电动车辆的侧向速度和横摆角速度，再算出四个车轮的侧偏角，从而算出四个车轮的转速；用专门算法实现对轮毂电动车辆的电子差速转向的控制。本发明将转矩分配计算和车轮的滑移率相结合，使得所设计的电子差速转向机构具有差速的同时，还具有差速锁的效果，并具有降速增扭的功能，大大提高了电动车辆行驶通过性和转向性能；在功能上不仅能达到了机械差速器的作用，而且提高了传动效率，减少了机械系统的复杂度。

主权项

1.基于滑移率控制的电动车差速转向控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)根据轮速传感器测得电动车后轮轮速、驱动电机实际输出力矩，以及车辆的方向盘的转角；(2)通过两自由度转向模型计算出电动车辆的侧向速度和横摆角速度，再算出四个车轮的侧偏角，从而算出四个车轮的转速；实现对轮毂电动车辆的电子差速转向的控制算法包括：车体的受力和力矩的计算，其中车体受力和力矩的平衡方程分别为：$m(\frac{\partial v}{\partial t}+u{w}_r)=Y_1+Y_2+Y_3+Y_4$$J_z\frac{\partial w_r}{\partial t}=a(Y_1+Y_2)-b(Y_3+Y_4)-B(X_1+X_3)/2+B(X_2+X_4)/2$其中X_i＝F_xicosδ_i-F_yisinδ_i，Y_i＝F_xisinδ_i+F_yicosδ_i(i＝1，2，3，4)；a_i为各车轮的侧偏角；δ_i为各车轮的输入转向角；式中，v为电动车辆的侧向速度，其单位为m/s，u为电动车辆的纵向速度，w_r为电动车辆的横摆角速度其单位为rad/s，c_i为各个轮胎的侧偏刚度，其单位为N/rad，为各个轮胎的附着系数，N_i为各个车轮的法向载荷，F_xi为切线反作用力，F_yi为各个轮胎的侧偏力，m为电动车质量，J_z为电动车辆绕Z轴的转动惯量，其单位为kgm²，a为前轴距，其单位为m，b为后轴距，B为内外车轮轮距；车轮侧偏角的计算，其中各个车轮的侧偏角计算方程为${\alpha }_1=-{\delta }_f+\frac{v+a{w}_r}{u};$${\alpha }_2=-{\delta }_f+\frac{v+a{w}_r}{u};$${\alpha }_3=-{\delta }_r+\frac{v-b{w}_r}{u};$${\alpha }_4=-{\delta }_r+\frac{v-b{w}_r}{u};$以上各式中假设|u|＞＞Bw_r/2；式中δ_f为前轮转向角，δ_r为后轮转向角；车轮转速的计算，其中车轮中心平行于车轮平面的速度分量计算方程为$u_1=\sqrt{{(u-B{w}_r/2)}^2+{(v+a{w}_r)}^2}\cos {\alpha }_1;$$u_2=\sqrt{{(u+B{w}_r/2)}^2+{(v+a{w}_r)}^2}\cos {\alpha }_2$$u_3=\sqrt{{(u-B{w}_r/2)}^2+{(v-b{w}_r)}^2}\cos {\alpha }_3;$$u_4=\sqrt{{(u+B{w}_r/2)}^2+{(v-b{w}_r)}^2}\cos {\alpha }_4$式中u₁，u₂，u₃，u₄分别为四个车轮的速度；车轮的法向载荷的计算：车在转向时，由于有离心力作用，造成车轮法向载荷改变；其中，离心力β为质心侧偏角，β＝arctan(v/u)，V为车体速度，则车轮法向载荷计算方程为式中，L为电动车辆的轮距，h为质心高度；采用前轮控制转向，后轮驱动的形式；设该车在前轮转向角为，后轮转向角δ_r＝0时左转弯，左右驱动轮实际滑移率差为Δλ_x＝λ₃-λ₄，在车轮特性的线性区域内，偏转率以来估算；由转向的偏转运动决定的左右驱动轮的滑移率差为其中K₁为控制增益；通过调节K₁可得到所需的偏转运动；以分别表征左右驱动轮在给定转向条件下的目标滑移率；对应于左转弯工况，由系统根据路面条件确定；由此，可得为：${\lambda }_4^{*}={\lambda }_3^{*}-\Delta {{\lambda }^{*}}_x;$根据所确定的每个驱动轮的目标滑移率，分别设计基于滑移率控制的开关变结构控制器，其控制函数分别为：T₃＝K_Lsgn(D_L)，T₄＝K_R sgn(D_R)，再将转矩T3和T4分别输入到左右驱动轮中；其中K_LK_R分别为控制增益。