CN102717726A - 一种电子差速控制方法及运用该方法的电驱动矿车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子差速控制方法及运用该方法的电驱动矿车，属于车辆控制系统技术领域。方法包括以下步骤，利用扭矩分配曲线做开环控制，其中扭矩分配曲线通过模拟计算得到，刚进入转向时，估算出车轮转角，然后由扭矩分配曲线图得到扭矩分配比；利用后轮理论速度比与后轮实际速度比做闭环控制，后轮理论速度比通过车轮转角计算得到，后轮实际速度比为传感器实际测量得到。本发明还公开了一种运用上述电子差速控制方法的电驱动矿车。本发明通过将转弯时的扭矩分成两个阶段，先使用计算出的扭矩分配曲线做开环控制，然后使用后轮理论速度比和后轮实际速度比做闭环控制，使得通过简单易行的控制方法实现了辅助转向，且无需大量复杂的控制算法。

Description

一种电子差速控制方法及运用该方法的电驱动矿车
技术领域
本发明涉及车辆控制系统技术领域，特别涉及一种电子差速控制方法及运用该方法的电驱动矿车。
背景技术
电动车辆具有节能和环保的优点，是当前车辆技术发展的一种趋势。电驱动矿车是一种新型的电动矿车，驱动电机直接或通过减速机构安装在车轮上，构成电动轮。其中车辆在转向行驶时，外侧车轮的转弯半径大于内侧车辆的转弯半径，必须利用差速装置调整内、外侧驱动轮的转速，使外侧驱动轮的转速大于内侧驱动轮的转速，否则，驱动轮会产生滑移从而引起轮胎磨损加剧、转向困难、道路附着性能变差等问题。
对于一般内燃机车辆，需要在驱动桥中采用机械差速器，以实现转向行驶时内、外侧驱动轮的差速要求。对与电驱动车辆，需要通过电子差速系统使内、外侧电动轮转速满足转向行驶时的差速要求。而目前使用的电子差速控制方法主要由以转速为控制变量、以扭矩为控制变量和电子自适应差速控制。
但是在上述电子差速控制方法中，以转速为控制变量时，控制模型稍有误差就会使实际轮速产生不协调；而以扭矩为控制变量很难做到精确控制，并且控制算法复杂。
发明内容
为了解决电子差速控制以转速为控制变量会使实际轮速产生不协调的问题以及以扭矩为控制变量时不能够精确控制和控制算法复杂的问题，现提供一种简单易行的电子差速控制方法及运用该方法的电驱动矿车。具体技术方案如下：
一种电子差速统控制方法，包括以下步骤，
利用扭矩分配曲线做开环控制，其中扭矩分配曲线通过模拟计算得到，刚进入转向时，估算出车轮转角，然后由扭矩分配曲线图得到扭矩分配比；
利用后轮理论速度比与后轮实际速度比做闭环控制，后轮理论速度比通过车轮转角计算得到，后轮实际速度比为传感器实际测量得到。
进一步的，车轮转角通过前轮速度比估算得到。
进一步的，后轮速度比计算公式如下，
Figure 201210211950X100002DEST_PATH_IMAGE002
其中，VRR表示后右轮转速，VRL表示后左轮转速，wb表示轴距，δ表示前轮转角，tbr表示后轮轮距。
进一步的，所述扭矩分配曲线为一族综合的扭矩分配曲线，并在曲线中加入可调参数。
进一步的，前轮速度比计算公式如下，
Figure 201210211950X100002DEST_PATH_IMAGE004
其中，VFR表示前右轮转速，VFL表示前左轮转速，wb表示轴距，δ表示前轮转角，tbf表示前轮轮距。
进一步的，所述可调参数为车辆速度，且由低速到高速。
一种电驱动矿车，所述电驱动矿车运用了上述任一项所述的电子差速控制方法。
与现有技术相比，上述技术方案中提供的电子差速控制方法及运用该方法的电驱动矿车具有以下优点：通过将转弯时的扭矩分成两个阶段，先使用计算出的扭矩分配曲线做开环控制，然后使用后轮理论速度比和后轮实际速度比做闭环控制，不仅使得通过简单易行的控制方法实现了辅助转向，而且无需大量复杂的控制算法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中提供的车辆转向时的几何关系图；
图2是本发明实施例中提供的车辆转弯时的受力图；
图3是本发明实施例中提供的转速比闭环控制框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种电子差速控制方法，包括以下步骤，
利用扭矩分配曲线做开环控制，其中扭矩分配曲线通过模拟计算得到，刚进入转向时，估算出车轮转角，然后由扭矩分配曲线图得到扭矩分配比；
利用后轮理论速度比与后轮实际速度比做闭环控制，后轮理论速度比通过车轮转角计算得到，后轮实际速度比为传感器实际测量得到。
计算扭矩分配曲线过程如下，
首先通过前轮速度比估算车轮转角，车辆转向时的几何关系如图1所示，可以得到前轮转速比公式（1）和后轮转速比公式（2），从而查图（省略）可计算车轮转角。其中
Figure 440472DEST_PATH_IMAGE004
                         （1）
Figure 295295DEST_PATH_IMAGE002
                             （2）
VFR表示前右轮转速，VFL表示前左轮转速，VRR表示后右轮转速，VRL表示后左轮转速，wb表示轴距，tbr表示后轮轮距，tbf表示前轮轮距，δ表示前轮转角，RFR表示前右轮转弯半径，RFL表示前左轮转弯半径，RRR表示后右轮转弯半径，RRL表示后左轮转弯半径。
其中车轮速度比和车轮转角关系图为一条自定义的V型曲线，车轮速度比为1时，车轮转角最小为0，车轮速度比从0到1时，车轮左转且转角逐渐减小，车轮速度比大于1时，车轮右转且转角逐渐增大。
车辆在转弯时由质量转移使内外侧车轮载荷发生变化，受力图如图2所示，由汽车动力学分析可以得到内外侧扭矩比为
其中：                         
Figure 201210211950X100002DEST_PATH_IMAGE008
FL表示后左轮竖直方向载荷，FR表示后右轮竖直方向载荷，tbr表示后轮轮距，h表示整车质心到地面的距离，F向表示转弯时的向心力。
带入整车参数可得扭矩分配曲线（省略），此曲线图为自定义的关于转弯半径和扭矩分配比关系图，图中有多条表示不同车辆速度的曲线，随着转弯半径由大变小，扭矩分配比逐渐接近1。而当车辆速度较小时，扭矩分配比变化不明显。
分析车辆低速时的转向特性，低速时由于载荷转移较少，离心力不是影响车辆转弯的主要因素，内外侧行驶路程的差才是影响转向的主要因素，故当低速以小转向半径转向时，内外侧车轮扭矩差应该较大。综合考虑两者的影响情况，制作一族综合的扭矩分配曲线图（省略），将扭矩分配曲线做成二维可调，并加入可调参数，可调参数为车辆速度，且由低速到高速。
综合的扭矩分配曲线图为一族车轮转角和扭矩分配比的自定义曲线，随着车轮转角的增大，扭矩分配比逐渐接近1，车轮转角较小时，扭矩分配比小于1，车轮转角越小，扭矩分配比越小，图中有多条从低速到高速的曲线，车轮转角相同时，车速越小，扭矩分配比越大。 
利用扭矩分配曲线做开环控制
在刚刚进入转向时，通过前轮速度比估算车轮转角，再由扭矩分配曲线图查得具体扭矩分配比。
利用后轮理论速度比和后轮实际速度比做闭环控制，理论速度比为公式（2），实际速度比为实际传感器测量得到的值，过程通过PID（比例-积分-微分）扭矩控制，控制框图如图3所示。
本发明实施例还公开了一种电驱动矿车，该电驱动矿车运用了上述所述的电子差速控制方法。电驱动矿车的其它部分可参考现有技术，在此不做赘述。
本发明实施例公开的电子差速控制方法及运用该方法的电驱动矿车通过前轮速比估算车轮转角，节省了方向盘转角传感器；另一方面，在综合转向时各种因素的影响，得出总的扭矩分配曲线，并将扭矩分配曲线做成二维可调，方便上车做有针对性的调试；此外，将转向分不同阶段，先使用计算出的扭矩分配曲线做开环控制，然后使用后轮理论速度比和后轮实际速度比做闭环控制，方法简单易行，无需大量复杂控制算法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电子差速控制方法，其特征在于，包括以下步骤，
利用扭矩分配曲线做开环控制，其中扭矩分配曲线通过模拟计算得到，刚进入转向时，估算出车轮转角，然后由扭矩分配曲线图得到扭矩分配比；
利用后轮理论速度比与后轮实际速度比做闭环控制，后轮理论速度比通过车轮转角计算得到，后轮实际速度比为传感器实际测量得到。
2.根据权利要求1所述的电子差速控制方法，其特征在于，车轮转角通过前轮速度比估算得到。
3.根据权利要求1所述的电子差速控制方法，其特征在于，后轮速度比计算公式如下，
Figure 201210211950X100001DEST_PATH_IMAGE002
其中，VRR 表示后右轮转速，VRL表示后左轮转速，wb表示轴距，δ表示前轮转角，tbr表示后轮轮距。
4.根据权利要求1所述的电子差速控制方法，其特征在于，所述扭矩分配曲线为一族综合的扭矩分配曲线，并在曲线中加入可调参数。
5.根据权利要求2所述的电子差速控制方法，其特征在于，前轮速度比计算公式如下，
其中，VFR 表示前右轮转速，VFL表示前左轮转速，wb表示轴距，δ表示前轮转角，tbf表示前轮轮距。
6.根据权利要求4所述的电子差速控制方法，其特征在于，所述可调参数为车辆速度，且由低速到高速。
7.一种电驱动矿车，其特征在于，所述电驱动矿车运用了权利要求1至6任一项所述的电子差速控制方法。
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