[发明专利]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：车体受力和力矩的平衡方程分别为：m(∂v∂t+uwr)=Y1+Y2+Y3+Y4]]>Jz=∂wr∂t=a(Y1+Y2)-b(Y3+Y4)-B(X1+X3)/2+B(X2+X4)/2]]>其中X_i＝F_xi cosδ_i-F_yisinδ_i，Y_i＝F_xisinδ_i+F_yicosδ_i(i＝1，2，3，4)；F_yi＝c_ia_i，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(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(rad/s)，c_i为各个轮胎的侧偏刚度(N/rad)，为各个轮胎的附着系数，N_i为各个轮胎的垂直负荷，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，Jz为电动车辆绕Z轴的转动惯量(kgm²)，a为前轴距(m)，b为后轴距，B为内外车轮轮距；车轮侧偏角：各个车轮的侧偏角为α1=-δf+v+awru;]]>α2=-δf+v+awru;]]>α3=-δr+v-bwru;]]>α4=-δr+v-bwru;]]>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：车轮中心平行于车轮平面的速度分量为u1=(u-Bwr/2)2+(v+awr)2cosα1;]]>u2=(u+Bwr/2)2+(v+awr)2cosα2]]>u3=(u-Bwr/2)2+(v-bwr)2cosα3;]]>u4=(u+Bwr/2)2+(v-bwr)2cosα4]]>车轮的法向负荷：车在转向时，由于有离心力作用，造成车轮法向载荷改变；离心力为F_c＝mv(w_r+β)，β为质心侧偏角，β＝arctan(v/u)，V为车体速度，V=u2+v2]]>则车轮法向载荷为N1=b2L(mg-2hFcB);]]>N2=b2L(mg+2hFcB);]]>N3=a2L(mg-2hFcB);]]>N4=a2L(mg+2hFcB);]]>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δ_f^*，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Δλ*x=K1(wr-VLδf*),]]>其中K₁为控制增益；通过调节K₁可得到所需的偏转运动；以λ₃^*，λ₄^*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，λ₃^*由系统根据路面条件确定；由此，可得λ₄^*为：λ4*=λ3*-Δλ*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)，其中DL=λ3*-λ3,]]>DR=λ4*-λ4,]]>K_LK_R分别为控制增益。