CN103204180A - 双轮毂电机驱动系统自适应平衡转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种双轮毂电机驱动系统自适应平衡转向控制方法，其基本控制系统包括电子差速专用处理器、左轮毂刹车驱动电路、左轮毂加速驱动电路、左轮毂电机控制器、右轮毂刹车驱动电路、右轮毂加速驱动电路、右轮毂电机控制器、左轮转速传感器、右轮转速传感器、互锁开关电路、车身平衡度预判器、前端加速度传感器、尾端加速度传感器、转弯传感器、加速踏板和通信接口，该方法利用转弯传感信息、车身倾斜度信息、车辆速度和车辆速度背离率建立了一种评价车辆转弯安全度的方法，在转向控制领域引入了电子刹车处理手段，使得双轮毂电机驱动系统能够更加有效而精准的控制转向平衡，提高了车辆在运行过程中的稳定性。

Description

双轮毂电机驱动系统自适应平衡转向控制方法

技术领域

本发明涉及一种将电子差速与转向平衡控制集中为一体的电动车驱动控制方法，该方法适用于采用双轮毂电机前驱或双轮毂电机后驱的四轮电动车。

背景技术

四轮电动车一般包括两种形式的驱动结构，一种为单电机桥式驱动结构，另一种为双轮毂驱动结构。单电机桥式驱动结构采用机械式差速方法以保证转向平衡，该差速方法响应迅速，但是由于添加了后桥，使得传动效率降低，车辆自重增加，双轮毂驱动结构一般配备电子差速器，采用电子差速方式控制转向平衡，双轮毂驱动结构去掉了后桥，其两个驱动轮可以单独控制，既减轻了车身自重，又增加了控制的灵活性。双轮毂驱动结构的问题在于需要复杂的控制策略以保证车辆转弯的稳定性和可靠性，就目前而言，双轮毂驱动系统尚没有很好的转向平衡控制方法。

发明内容

技术问题

现有的双轮毂电机驱动系统只具备单一的差速调节功能，控制系统通过传感装置获取转向信息，然后通过调节内侧轮与外侧轮驱动信号以获得转向助力。随着轮毂电机技术的成熟，电机功率的增大，单一的电子差速调节功能越来越不能满足车辆行驶过程中面对复杂工况时的控制需求，主要存在以下问题：

1、目前的双轮毂电机驱动系统只能够通过转弯传感装置或者车速信号了解车辆的运行状况，车况信息的不足使得驱动系统无法实施更加完善的控制策略，车辆的平衡性也得不到更加精确的控制。

2、现有的电子差速控制方法是一种被动控制方法，控制系统只能按照既得的车况信息调节输出驱动信号，不能主动的对车辆运行状况进行预测并提前采取控制措施，被动控制方法的响应较慢，系统惯性延迟很长，难以达到理想的控制效果。

技术方案

据此，本发明提出了一种双轮毂电机驱动系统自适应平衡转向控制方法，所述方法具体如下：

一种双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，实现该方法的基本控制系统包括电子差速专用处理器、左轮毂刹车驱动电路、左轮毂加速驱动电路、左轮毂电机控制器、右轮毂刹车驱动电路、右轮毂加速驱动电路、右轮毂电机控制器、左轮转速传感器、右轮转速传感器、互锁开关电路、车身平衡度预判器、前端加速度传感器、尾端加速度传感器、转弯传感器、加速踏板和通信接口，所述左轮毂电机控制器和右轮毂电机控制器具有加速和刹车两种工作模式，处于加速模式时左轮毂电机控制器和右轮毂电机控制器提供加速驱动力，处于刹车模式时左轮毂电机控制器和右轮毂电机控制器提供减速制动力，电子差速专用处理器通过互锁开关电路控制左轮毂电机控制器和右轮毂电机控制器的工作模式，通过左轮毂加速驱动电路和右轮毂加速驱动电路控制左轮毂电机控制器和右轮毂电机控制器的输出驱动力，通过左轮毂刹车驱动电路和右轮毂刹车驱动电路控制左轮毂电机控制器和右轮毂电机控制器输出制动力，具体技术方法如下：

①、电子差速专用处理器从转弯传感器读取车辆的机械转角信号，转角信号的值域为[Angle_min，Angle_max]，端值Angle_min和Angle_max分别对应方向机的两个最大转角位置，中值

对应方向机的正中位置，转角电信号的值从Angle_min逐步增加至Angle_max，则方向机从一侧的极限位置转至另一侧的极限位置，以方向机偏离正中位置的机械转角表示转弯幅度，则任意转角信号与方向机正中位置所对应的转角信号的差值绝对值与转弯幅度成正比例关系，转角信号为Angle_min或者Angle_max时，转弯幅度取最大值，对应差值转角信号为

时，转弯幅度取最小值，对应差值0，转弯幅度值的取值区间为

将转弯幅度取值区间划分为N等分，除去方向机处于正中位置所对应的转角幅度，每个区间可表示为 $(\frac{({\mathrm{Angle}}_{\max }-{\mathrm{Angle}}_{\min })(k-1)}{2N},\frac{({\mathrm{Angle}}_{\max }-{\mathrm{Angle}}_{\min })k}{2N}],$ k的取值范围为1至N的整数值，将该区间记为Area_k；

②、电子差速专用处理器从加速踏板读取输入加速信号，输入加速信号值与加速踏板下压机械行程成正比例关系，输入加速信号的值域为[Pedal_min，Pedal_max]，端值Pedal_min对应加速踏板的起始位置，端值Pedal_max对应加速踏板的底部位置，加速踏板从起始位置踩至底部位置，输入加速信号的值从Pedal_min增加至Pedal_max，电子差速专用处理器通过左轮毂加速驱动电路和右轮毂加速驱动电路各输出一路加速信号，加速信号的值域同为[Drive_min，Drive_max]，输出加速信号值与轮毂电机控制器输出的加速驱动力成正比例关系，端值Drive_min为最小输出加速电信号，端值Drive_max为最大输出加速电信号，输出加速信号从Drive_min逐步增加至Drive_max，则轮毂电机控制器的输出加速驱动力从零逐步增加至最大，电子差速专用处理器通过左轮毂刹车驱动电路和右轮毂刹车驱动电路各输出一路制动信号，制动信号的值域同为[Brake_min，Brake_max]，输出制动信号值与轮毂电机控制器输出的减速制动力成正比例关系，端值Brake_min为最小输出制动力信号，端值Brake_max为最大制动力信号，输出制动信号从Brake_min逐步增加至Brake_max，则轮毂电机控制器的输出减速制动力从零逐步增加至最大；

③、电子差速专用处理器将加速踏板的输入加速信号值域[Pedal_min，Pedal_max]线性映射至输出加速信号值域[Drive_min，Drive_max]，对于加速踏板给出的任意输入加速信号值Pedal存在一个映射值 $(\frac{(\mathrm{Pedal}-{\mathrm{Pedal}}_{\min })({\mathrm{Drive}}_{\max }-{\mathrm{Drive}}_{\min })}{({\mathrm{Pedal}}_{\max }-{\mathrm{Pedal}}_{\min })}+{\mathrm{Drive}}_{\min }),$ 在没有转弯的情况下，电子差速专用处理器输出至左轮毂电机控制器的加速信号和输出至右轮毂电机控制器的加速信号同为踏板输入加速信号的映射值，车身处于转向状态时，电子差速专用处理器对外侧轮控制器和内侧轮控制器输出不同的加速驱动信号，外侧轮控制器的加速驱动信号为踏板输入加速信号的映射值，内侧轮控制器的加速驱动信号为踏板输入信号映射值的衰减信号 $(\frac{\left({\mathrm{Pedal}-\mathrm{pedal}}_{\min }\right)({\mathrm{Drive}}_{\max }-{\mathrm{Drive}}_{\min })(N-\mathrm{\μk})}{({\mathrm{Pedal}}_{\max }-{\mathrm{Pedal}}_{\min })N}+{\mathrm{Drive}}_{\min }),$ 其中μ为内侧轮转向时的减速系数，μ的取值范围为值域(0，1)，转弯幅度对应区间Area_k，k等于N时内侧轮的加速驱动信号衰减幅度最大，电子差速专用处理器输出至内侧轮的加速驱动信号为 $(\frac{\left({\mathrm{Pedal}-\mathrm{Pedal}}_{\min }\right)({\mathrm{Drive}}_{\max }-{\mathrm{Drive}}_{\min })(1-\mathrm{\μ})}{({\mathrm{Pedal}}_{\max }-{\mathrm{Pedal}}_{\min })}+{\mathrm{Drive}}_{\min });$

④、电子差速专用处理器按照固定的间隔周期T从左轮转速传感器和右轮转速传感器读取左轮转速信号和右轮转速信号，并将左轮转速信号和右轮转速信号通过工程量变换转化为相应的速度值，以左轮速度值和右轮速度值的平均值作为车身当前的实际速度值，车身实际速度值记为V_body；

⑤、车身平衡度预判器按照同样的周期T从前端加速度传感器读取车身前端水平倾斜度信号，从尾端加速度传感器读取车身尾端水平倾斜度信号，车身尾端水平倾斜度信号经过工程量变换转化为数值β_back，以前端水平倾斜度信号和尾端水平倾斜度信号的平均值作为每个周期T内车身水平倾斜度的即时采样数据，设置长度为M的用以计算车身短时间内水平倾斜度的序列IWINDOW和长度为L的用以计算车身长时间内水平倾斜度的序列IAVERAGE，IWINDOW序列为一个循环序列，包含指示标记，指示标记每个周期T内依次指向IWINDOW序列中不同的位置，每个周期T内车身平衡度预判器将车身水平倾斜度的即时采样数据存入指示标记所指向的IWINDOW序列中的位置，Position改为指向IWINDOW序列的下一个位置，计算IWINDOW序列中所有倾斜度数据的平均值，将此平均值通过通信接口发送至电子差速专用处理器，以此数据作为周期T内车身倾斜度的有效数据，记为

IAVERAGE序列为一个顺序操作序列，车身平衡度预判器将每个周期T内的车身水平倾斜度即时采样数据按顺存入IAVERAGE序列，每经过LT周期，IAVERAGE序列被完整更新一次，计算IAVERAGE序列中所有数据的平均值，将平均值数据通过通信接口发送至电子差速专用处理器，以此数据作为反映周期LT内车身倾斜度整体趋势的有效数据，记为

计算IAVERAGE序列中所有数据的均方差

将均方差数据通过通信接口发送至电子差速专用处理器，以此数据作为反映周期LT内路况颠簸度的有效数据，记为γ，数据处理完毕后清零IAVERAGE序列中的每个数值；

⑦、对于每个转弯幅度区间Area_k设置车辆行驶速度V_body的两个阈值速度

和

表示Area_k内任一转弯幅度对应的安全转向速度，表示Area_k内任一转弯幅度对应的报警转向速度，其中报警转向速度

大于安全转向速度

将区间作为Area_k所对应的安全速度区间，将区间

作为Area_k所对应的预警速度区间，将区间

作为Area_k所对应的危险速度区间，按照不同的转向，用

与

的差值表示车身转向时向外侧的倾斜度，将该倾斜度记为β_body，对于每个转弯幅度区间Area_k设置车身倾斜度β_body的两个阈值

和

表示Area_k内任一转弯幅度对应的安全转向倾斜度，

表示Area_k内任一转弯幅度对应的报警转向倾斜度，将区间

作为Area_k所对应的安全倾斜度区间，将区间

作为Area_k所对应的预警倾斜度区间，将区间

作为Area_k所对应的危险倾斜度区间，定义背离率η为转弯时车辆实际速度增长率，背离率等于当前周期T内的车身实际速度减去前一周期T内的车身实际速度，设置对于所有转弯幅度区间Area_k通用的背离率阈值η_valve，(0，η_valve]对应低速背离区间，[η_valve，∞)对应高速背离区间，定义用于评估车辆状态的转向失衡危险度，转向失衡危险度与车身速度V_body、车身倾斜度β_body和背离率η相关，转向失衡危险度值越大表示车辆失衡的危险性越高，以下建立转向失衡危险度的换算表：

车辆速度V_body处于预警速度区间或车身倾斜度β_body处于预警倾斜度区间时转向失衡危险度值增加1，V_body处于危险速度区间或车身倾斜度β_body处于危险倾斜度区间时转向失衡危险度值增加2，当车身倾斜度β_body和车辆速度V_body均处于安全区间时，不考虑速度背离率，否则，速度背离率η处于低速背离区间时转向失衡危险度增加1，速度背离率η处于高速背离区间时转向失衡危险度值增加2，转向失衡危险度的取值集合为{0，1，2，3，4，5，6}；

⑧、转向失衡危险度值取0时表示转向安全，电子差速专用处理器依照③中所述的方法输出加速驱动信号，转向失衡危险度值取1或2时表示转向失衡危险度为低，此状态下，电子差速专用处理器依照③中所述的方法计算输出至外侧轮和内侧轮的输出加速驱动信号，并按照内侧轮加速驱动信号与外侧轮加速驱动信号的比例，以T为周期，逐步按比例减小输出至两个轮毂电机控制器的实际加速驱动信号，转向失衡危险度值取3或4时表示转向失衡危险度为中，此状态下，电子差速专用处理器通过互锁开关电路将内侧轮毂电机控制器和外侧轮毂电机控制器同时切换到刹车模式，依照③中所述的方法计算内侧轮毂电机控制器和外侧轮毂电机控制器的加速驱动电信号比，以T为周期，逐步按比例加大减速制动信号，转向失衡危险度值取5或6时表示转向失衡危险度为高，电子差速专用处理器通过互锁开关电路将内侧轮电机控制器和外侧轮电机控制器同时切换到刹车模式，同时向两个轮毂电机控制器输出最大的减速制动信号。

所述的双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，其互锁开关电路是具有异或逻辑功能的电路，通过互锁开关电路输出至两个轮毂电机控制器的刹车模式开关信号和加速模式开关信号在同意时刻仅允许一个有效，从电子差速专用处理器输出的刹车模式开关信号和加速模式开关信同时有效时，经过互锁开关电路逻辑变换后，送达两个轮毂电机控制器的刹车模式开关信号和加速模式开关信号均无效。

所述的双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，其电子差速专用处理器通过LT周期内的车身倾斜度整体趋势有效数据判断当前路面相对水平面的倾斜状况，车身于倾斜路面上向上方转弯时，电子差速专用处理器将每个转弯幅度区间的安全转向速度

报警转向速度

安全转向倾斜度

报警转向倾斜度

转向背离率阈值η_valve乘以倾斜转向衰减系数λ，λ的值域为(0，1)。

所述的双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，其电子差速专用处理器通过LT周期内的路况颠簸度数据γ判断路面颠簸度，当γ超过路面颠簸度阈值后，电子差速专用处理器将每个转弯幅度区间的安全转向速度

报警转向速度安全转向倾斜度报警转向倾斜度

转向背离率阈值η_valve乘以颠簸转向衰减系数ρ，ρ的值域为(0，1)。

所述的双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，其转弯幅度划分值N可以根据控制精度需求调整，降低N的数值，将提高处理速度，降低控制精度，提高N的数值，将降低处理速度，提高控制精度。

所述的双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，其车身未启动时，IWINDOW序列和IAVERAGE序列在车身启动时需要进行初始化，车身平衡度预判器将连续读取P次车身倾斜度采样数据，计算P次车身倾斜度采样数据的平均值，用此平均值初始化IWINDOW序列中的每个位置、

值与

值，IWINDOW序列的指示标记指向IWINDOW序列中的任意位置。

技术效果

本发明所提出的一种双轮毂电机驱动系统自适应平衡转向控制方法具有如下的有益效果：

1、本发明方法将转弯传感信息、车身倾斜度信息和双轮毂车速信息集中于一体，建立了一种能够较为精确模拟车辆运行状况的转向平衡度评价方法，使得差速控制更为精确有效。

2、本发明方法定义了车辆转弯时车身实际速度的增长率为背离率，背离率是一个变化率，该值对车辆短时间内的运转状况具有预测作用，采用背离率度量车身转向平衡度，能够对可能出现的危险状况提前进行有效遏制。

3、本发明方法在驱动控制方面加入了电子刹车控制功能，电动车是一个典型的惯性物理系统，仅通过减小加速驱动力是无法实现对物理系统的快速控制的，电子刹车功能的加入提高了驱动系统对于车辆的控制能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实力，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实现双轮毂电机驱动系统自适应平衡转向控制方法的控制系统框图；

标号说明：

1  电子差速专用处理器        2  左轮毂刹车驱动电路

3  左轮毂加速驱动电路        4  左轮毂电机控制器

5  右轮毂刹车驱动电路        6  右轮毂加速驱动电路

7  右轮毂电机控制器            8   左轮转速传感器

9  右轮转速传感器              10  车身平衡度预判器

11 前端加速度传感器            12  尾端加速度传感器

13 转弯传感器                  14  加速踏板

15 互锁开关电路                16  通信接口

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。以下为具体实施例，参见图1。

用于实施双轮毂电机驱动系统自适应平衡转向控制方法的基本控制系统包括电子差速专用处理器1、左轮毂刹车驱动电路2、左轮毂加速驱动电路3、左轮毂电机控制器4、右轮毂刹车驱动电路5、右轮毂加速驱动电路6、右轮毂电机控制器7、左轮转速传感器8、右轮转速传感器9、互锁开关电路15、车身平衡度预判器10、前端加速度传感器11、尾端加速度传感器12、转弯传感器13、加速踏板14和通信接口16。电子差速专用处理器1和车身平衡度预判器10均是具有运算能力的控制芯片，电子差速专用处理器1通过通信接口16与车身平衡度预判器10连接，从车身平衡度预判器10获取车身倾斜度和路面颠簸度信息。电子差速专用处理器1与输出电路中的左轮毂刹车驱动电路2、左轮毂加速驱动电路3、右轮毂刹车驱动电路5、右轮毂加速驱动电路6和互锁开关电路15直接连接，通过输出电路直接控制左轮毂电机控制器4和右轮毂电机控制器7。所述左轮毂电机控制器4和右轮毂电机控制器5具有加速和刹车两种工作模式，处于加速模式时左轮毂电机控制器4和右轮毂电机控制器5提供加速驱动力，处于刹车模式时左轮毂电机控制器4和右轮毂电机控制器5提供减速制动力，加速驱动力和减速制动力的大小均可以控制。左轮转速传感器8、右轮转速传感器9、转弯传感器13和加速踏板14为系统中的输入部分，左轮转速传感器8和右轮转速传感器9将左轮转速和右轮转速转化为电信号发送给电子差速专用处理器1，转弯传感器13将转弯机械角度转化为电信号发送给电子差速专用处理器1，加速踏板14将加速信号发送给电子差速专用处理器1。前端加速度传感器11和尾端加速度传感器12用于获取车身倾斜度及路面颠簸度信号并发送给车身平衡度预判器10。

本发明控制方法的主要包括：

建立电子差速控制的主要模型，其中包括对于转弯幅度的处理，对于踏板信号的处理，对于输出驱动信号的处理。

①、对于转弯幅度的处理为：电子差速专用处理器1从转弯传感器13读取车辆的机械转角信号，转角信号的值域为[Angle_min，Angle_max]，端值Angle_min和Angle_max分别对应方向机的两个最大转角位置，中值

对应方向机的正中位置，转角电信号的值从Angle_min逐步增加至Angle_max，则方向机从一侧的极限位置转至另一侧的极限位置，以方向机偏离正中位置的机械转角表示转弯幅度，则任意转角信号与方向机正中位置所对应的转角信号的差值绝对值与转弯幅度成正比例关系，转角信号为Angle_min或者Angle_max时，转弯幅度取最大值，对应差值

转角信号为

时，转弯幅度取最小值，对应差值0，转弯幅度值的取值区间为

将转弯幅度取值区间划分为N等分，除去方向机处于正中位置所对应的转角幅度，每个区间可表示为 $(\frac{({\mathrm{Angle}}_{\max }-{\mathrm{Angle}}_{\min })(k-1)}{2N},\frac{({\mathrm{Angle}}_{\max }-{\mathrm{Angle}}_{\min })k}{2N}],$ k的取值范围为1至N的整数值，将该区间记为Area_k。

②、对于踏板输入加速驱动信号和输出加速驱动信号的规划以及将输入信号映射至输出信号的方法为：电子差速专用处理器1从加速踏板14读取输入加速信号，输入加速信号值与加速踏板14下压机械行程成正比例关系，输入加速信号的值域为[Pedal_min，Pedal_max]，端值Pedal_min对应加速踏板14的起始位置，端值Pedal_max对应加速踏板14的底部位置，加速踏板14从起始位置踩至底部位置，输入加速信号的值从Pedal_min增加至Pedal_max，电子差速专用处理器1通过左轮毂加速驱动电路3和右轮毂加速驱动电路6各输出一路加速信号，加速信号的值域同为[Drive_min，Drive_max]，输出加速信号值与轮毂电机控制器输出的加速驱动力成正比例关系，端值Drive_min为最小输出加速电信号，端值Drive_max为最大输出加速电信号，输出加速信号从Drive_min逐步增加至Drive_max，则轮毂电机控制器的输出加速驱动力从零逐步增加至最大，电子差速专用处理器1通过左轮毂刹车驱动电路3和右轮毂刹车驱动电路6各输出一路制动信号，制动信号的值域同为[Brake_min，Brake_max]，输出制动信号值与轮毂电机控制器输出的减速制动力成正比例关系，端值Brake_min为最小输出制动力信号，端值Brake_max为最大制动力信号，输出制动信号从Brake_min逐步增加至Brake_max，则轮毂电机控制器的输出减速制动力从零逐步增加至最大。

③、电子差速专用处理器1将加速踏板14的输入加速信号值域[Pedal_min，Pedal_max]线性映射至输出加速信号值域[Drive_min，Drive_max]，对于加速踏板14给出的任意输入加速信号值Pedal存在一个映射值 $(\frac{(\mathrm{Pedal}-{\mathrm{Pedal}}_{\min })({\mathrm{Drive}}_{\max }-{\mathrm{Drive}}_{\min })}{({\mathrm{Pedal}}_{\max }-{\mathrm{Pedal}}_{\min })}+{\mathrm{Drive}}_{\min }).$

本发明控制方法中的电子差速方式是对加速踏板和转弯传感二维信息的综合处理，在没有转弯的情况下，电子差速专用处理器1输出至左轮毂电机控制器4的加速信号和输出至右轮毂电机控制器5的加速信号同为踏板输入加速信号的映射值，车身处于转向状态时，电子差速专用处理器1对外侧轮控制器和内侧轮控制器输出不同的加速驱动信号，外侧轮控制器的加速驱动信号为踏板输入加速信号的映射值，内侧轮控制器的加速驱动信号为踏板输入信号映射值的衰减信号 $(\frac{\left({\mathrm{Pedal}-\mathrm{pedal}}_{\min }\right)({\mathrm{Drive}}_{\max }-{\mathrm{Drive}}_{\min })(N-\mathrm{\μk})}{({\mathrm{Pedal}}_{\max }-{\mathrm{Pedal}}_{\min })N}+{\mathrm{Drive}}_{\min }),$ 其中μ为内侧轮转向时的减速系数，μ的取值范围为值域(0，1)，转弯幅度对应区间Area_k，k等于N时内侧轮的加速驱动信号衰减幅度最大，电子差速专用处理器1输出至内侧轮的加速驱动信号为 $(\frac{\left({\mathrm{Pedal}-\mathrm{Pedal}}_{\min }\right)({\mathrm{Drive}}_{\max }-{\mathrm{Drive}}_{\min })(1-\mathrm{\μ})}{({\mathrm{Pedal}}_{\max }-{\mathrm{Pedal}}_{\min })}+{\mathrm{Drive}}_{\min }).$

车辆转向的平衡度与车辆速度、车身倾斜度和转弯幅度是密切相关的，因此利用车辆速度、车身倾斜度和转弯幅度几个物理量建立转弯平衡的评价方法。

④、车身实际速度的计算方法为：电子差速专用处理器1按照固定的间隔周期T从左轮转速传感器8和右轮转速传感器9读取左轮转速信号和右轮转速信号，并将左轮转速信号和右轮转速信号通过工程量变换转化为相应的速度值，以左轮速度值和右轮速度值的平均值作为车身当前的实际速度值，车身实际速度值记为V_body。与车身倾斜度相关的有多个数据，其一是车身整体的水平倾斜度，其二是车身整体与路面的倾斜度，其三是车身水平倾斜度的变化率。

⑤、上述三个数值的计算方法为：车身平衡度预判器10按照同样的周期T从前端加速度传感器11读取车身前端水平倾斜度信号，从尾端加速度传感器11读取车身尾端水平倾斜度信号，车身尾端水平倾斜度信号经过工程量变换转化为数值β_back，以前端水平倾斜度信号和尾端水平倾斜度信号的平均值作为每个周期T内车身水平倾斜度的即时采样数据，设置长度为M的用以计算车身短时间内水平倾斜度的序列IWINDOW和长度为L的用以计算车身长时间内水平倾斜度的序列IAVERAGE，IWINDOW序列为一个循环序列，包含指示标记，指示标记每个周期T内依次指向IWINDOW序列中不同的位置，每个周期T内车身平衡度预判器10将车身水平倾斜度的即时采样数据存入指示标记所指向的IWINDOW序列中的位置，Position改为指向IWINDOW序列的下一个位置，计算IWINDOW序列中所有倾斜度数据的平均值，将此平均值通过通信接口16发送至电子差速专用处理器1，以此数据作为周期T内车身倾斜度的有效数据，记为

IAVERAGE序列为一个顺序操作序列，车身平衡度预判器10将每个周期T内的车身水平倾斜度即时采样数据按顺存入IAVERAGE序列，每经过LT周期，IAVERAGE序列被完整更新一次，计算IAVERAGE序列中所有数据的平均值，将平均值数据通过通信接口16发送至电子差速专用处理器1，以此数据作为反映周期LT内车身倾斜度整体趋势的有效数据，记为

计算IAVERAGE序列中所有数据的均方差

将均方差数据通过通信接口16发送至电子差速专用处理器1，以此数据作为反映周期LT内路况颠簸度的有效数据，记为γ，数据处理完毕后清零IAVERAGE序列中的每个数值。

⑥、具体的转向失衡危险度评价方法是一种分级评价模型，对于每个转弯幅度区间Area_k设置车辆行驶速度V_body的两个阈值速度

和

表示Area_k内任一转弯幅度对应的安全转向速度，表示Area_k内任一转弯幅度对应的报警转向速度，其中报警转向速度

大于安全转向速度

将区间

作为Area_k所对应的安全速度区间，将区间

作为Area_k所对应的预警速度区间，将区间

作为Area_k所对应的危险速度区间，按照不同的转向，用

与

的差值表示车身转向时向外侧的倾斜度，将该倾斜度记为β_body，对于每个转弯幅度区间Area_k设置车身倾斜度β_body的两个阈值

和

表示Area_k内任一转弯幅度对应的安全转向倾斜度，

表示Area_k内任一转弯幅度对应的报警转向倾斜度，将区间

作为Area_k所对应的安全倾斜度区间，将区间

作为Area_k所对应的预警倾斜度区间，将区间

作为Area_k所对应的危险倾斜度区间，定义背离率η为转弯时车辆实际速度增长率，背离率等于当前周期T内的车身实际速度减去前一周期T内的车身实际速度，设置对于所有转弯幅度区间Area_k通用的背离率阈值η_valve，(0，η_valve]对应低速背离区间，[η_valve，∞)对应高速背离区间，定义用于评估车辆状态的转向失衡危险度，转向失衡危险度与车身速度V_body、车身倾斜度β_body和背离率η相关，转向失衡危险度值越大表示车辆失衡的危险性越高，以下建立转向失衡危险度的换算表：

车辆速度V_body处于预警速度区间或车身倾斜度β_body处于预警倾斜度区间时转向失衡危险度值增加1，V_body处于危险速度区间或车身倾斜度β_body处于危险倾斜度区间时转向失衡危险度值增加2，当车身倾斜度β_body和车辆速度V_body均处于安全区间时，不考虑速度背离率，否则，速度背离率η处于低速背离区间时转向失衡危险度增加1，速度背离率η处于高速背离区间时转向失衡危险度值增加2，转向失衡危险度的取值集合为{0，1，2，3，4，5，6}。

⑦、针对于不同的转向失衡危险度值，控制系统利用现有的驱动控制手段(调节驱动信号和电子刹车)对车辆进行控制，车辆转向失衡危险度值取0时表示转向安全，电子差速专用处理器1依照③中所述的方法输出加速驱动信号，转向失衡危险度值取1或2时表示转向失衡危险度为低，此状态下，电子差速专用处理器1依照③中所述的方法计算输出至外侧轮和内侧轮的输出加速驱动信号，并按照内侧轮加速驱动信号与外侧轮加速驱动信号的比例，以T为周期，逐步按比例减小输出至两个轮毂电机控制器的实际加速驱动信号，转向失衡危险度值取3或4时表示转向失衡危险度为中，此状态下，电子差速专用处理器1通过互锁开关电路15将内侧轮毂电机控制器和外侧轮毂电机控制器同时切换到刹车模式，依照③中所述的方法计算内侧轮毂电机控制器和外侧轮毂电机控制器的加速驱动电信号比，以T为周期，逐步按比例加大减速制动信号，转向失衡危险度值取5或6时表示转向失衡危险度为高，电子差速专用处理器1通过互锁开关电路15将内侧轮电机控制器和外侧轮电机控制器同时切换到刹车模式，同时向两个轮毂电机控制器输出最大的减速制动信号。

以上控制方法针对的是车辆在平路上行驶的工况，对于不同的路况，限制参数需要进行调整。对于倾斜路面，电子差速专用处理器1通过LT周期内的车身倾斜度整体趋势有效数据

判断当前路面相对水平面的倾斜状况，车身于倾斜路面上向上方转弯时，电子差速专用处理器1将每个转弯幅度区间的安全转向速度

报警转向速度安全转向倾斜度

报警转向倾斜度

转向背离率阈值η_valve乘以倾斜转向衰减系数λ，λ的值域为(0，1)。对于颠簸路面，电子差速专用处理器1通过LT周期内的路况颠簸度数据γ判断路面颠簸度，当γ超过路面颠簸度阈值后，电子差速专用处理器1将每个转弯幅度区间的安全转向速度报警转向速度

安全转向倾斜度

报警转向倾斜度

转向背离率阈值η_valve乘以颠簸转向衰减系数ρ，ρ的值域为(0，1)。诚然路况信息不限于以上两种，其他路况下的平衡控制可以根据以上方法作适当调整即可

转弯控制的精度相当程度上取决于转弯传感精度和转弯幅度划分值N，转弯传感精度不可控，而转弯幅度划分值N可以根据需求调整，降低N的数值，将提高处理速度，降低控制精度，提高N的数值，将降低处理速度，提高控制精度。

IWINDOW序列和IAVERAGE序列的初始化需要在车辆启动前完成，车辆行使前，车身平衡度预判器10将连续读取P次车身倾斜度采样数据，计算P次车身倾斜度采样数据的平均值，用此平均值初始化IWINDOW序列中的每个位置、

值与

值，IWINDOW序列的指示标记指向IWINDOW序列中的任意位置。

为提高系统的稳定性，保证轮毂电机控制器能够正常运行，在互锁开关电路15内设计了异或逻辑功能的电路，通过互锁开关电路15输出至两个轮毂电机控制器的刹车模式开关信号和加速模式开关信号在同一时刻仅允许一个有效，从电子差速专用处理器1输出的刹车模式开关信号和加速模式开关信同时有效时，经过互锁开关电路15逻辑变换后，送达两个轮毂电机控制器的刹车模式开关信号和加速模式开关信号均无效。

以上对本发明实施例提供的一种双轮毂电机驱动系统自适应平衡转向控制方法进行了详细介绍，本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上可知，本说明内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，实现该方法的基本控制系统包括电子差速专用处理器1、左轮毂刹车驱动电路2、左轮毂加速驱动电路3、左轮毂电机控制器4、右轮毂刹车驱动电路5、右轮毂加速驱动电路6、右轮毂电机控制器7、左轮转速传感器8、右轮转速传感器9、互锁开关电路15、车身平衡度预判器10、前端加速度传感器11、尾端加速度传感器12、转弯传感器13、加速踏板14和通信接口16；所述左轮毂电机控制器4和右轮毂电机控制器5具有加速和刹车两种工作模式，处于加速模式时左轮毂电机控制器4和右轮毂电机控制器5提供加速驱动力，处于刹车模式时左轮毂电机控制器4和右轮毂电机控制器5提供减速制动力，

电子差速专用处理器1通过互锁开关电路15控制左轮毂电机控制器4和右轮毂电机控制器5的工作模式，通过左轮毂加速驱动电路3和右轮毂加速驱动电路6控制左轮毂电机控制器4和右轮毂电机控制器5的输出驱动力，通过左轮毂刹车驱动电路3和右轮毂刹车驱动电路6控制左轮毂电机控制器4和右轮毂电机控制器5输出制动力，其特征在于具有以下技术方法：

①、电子差速专用处理器1从转弯传感器13读取车辆的机械转角信号，转角信号的值域为[Angle_min，Angle_max]，端值Angle_min和Angle_max分别对应方向机的两个最大转角位置，中值

对应方向机的正中位置，转角电信号的值从Angle_min逐步增加至Angle_max，则方向机从一侧的极限位置转至另一侧的极限位置，以方向机偏离正中位置的机械转角表示转弯幅度，则任意转角信号与方向机正中位置所对应的转角信号的差值绝对值与转弯幅度成正比例关系，转角信号为Angle_min或者Angle_max时，转弯幅度取最大值，对应差值

转角信号为

时，转弯幅度取最小值，对应差值0，转弯幅度值的取值区间为

将转弯幅度取值区间划分为N等分，除去方向机处于正中位置所对应的转角幅度，每个区间可表示为 $(\frac{({\mathrm{Angle}}_{\max }-{\mathrm{Angle}}_{\min })(k-1)}{2N},\frac{({\mathrm{Angle}}_{\max }-{\mathrm{Angle}}_{\min })k}{2N}],$ k的取值范围为1至N的整数值，将该区间记为Area_k；

②、电子差速专用处理器1从加速踏板14读取输入加速信号，输入加速信号值与加速踏板14下压机械行程成正比例关系，输入加速信号的值域为[Pedal_min，Pedal_max]，端值Pedal_min对应加速踏板14的起始位置，端值Pedal_max对应加速踏板14的底部位置，加速踏板14从起始位置踩至底部位置，输入加速信号的值从Pedal_min增加至Pedal_max，电子差速专用处理器1通过左轮毂加速驱动电路3和右轮毂加速驱动电路6各输出一路加速信号，加速信号的值域同为[Drive_min，Drive_max]，输出加速信号值与轮毂电机控制器输出的加速驱动力成正比例关系，端值Drive_min为最小输出加速电信号，端值Drive_max为最大输出加速电信号，输出加速信号从Drive_min逐步增加至Drive_max，则轮毂电机控制器的输出加速驱动力从零逐步增加至最大，电子差速专用处理器1通过左轮毂刹车驱动电路3和右轮毂刹车驱动电路6各输出一路制动信号，制动信号的值域同为[Brake_min，Brake_max]，输出制动信号值与轮毂电机控制器输出的减速制动力成正比例关系，端值Brake_min为最小输出制动力信号，端值Brake_max为最大制动力信号，输出制动信号从Brake_min逐步增加至Brake_max，则轮毂电机控制器的输出减速制动力从零逐步增加至最大；

③、电子差速专用处理器1将加速踏板14的输入加速信号值域[Pedal_min，Pedal_max]线性映射至输出加速信号值域[Drive_min，Drive_max]，对于加速踏板14给出的任意输入加速信号值Pedal存在一个映射值 $(\frac{(\mathrm{Pedal}-{\mathrm{Pedal}}_{\min })({\mathrm{Drive}}_{\max }-{\mathrm{Drive}}_{\min })}{({\mathrm{Pedal}}_{\max }-{\mathrm{Pedal}}_{\min })}+{\mathrm{Drive}}_{\min }),$ 在没有转弯的情况下，电子差速专用处理器1输出至左轮毂电机控制器4的加速信号和输出至右轮毂电机控制器5的加速信号同为踏板输入加速信号的映射值，车身处于转向状态时，电子差速专用处理器1对外侧轮控制器和内侧轮控制器输出不同的加速驱动信号，外侧轮控制器的加速驱动信号为踏板输入加速信号的映射值，内侧轮控制器的加速驱动信号为踏板输入信号映射值的衰减信号 $(\frac{\left({\mathrm{Pedal}-\mathrm{pedal}}_{\min }\right)({\mathrm{Drive}}_{\max }-{\mathrm{Drive}}_{\min })(N-\mathrm{\μk})}{({\mathrm{Pedal}}_{\max }-{\mathrm{Pedal}}_{\min })N}+{\mathrm{Drive}}_{\min }),$ 其中μ为内侧轮转向时的减速系数，μ的取值范围为值域(0，1)，转弯幅度对应区间Area_k，k等于N时内侧轮的加速驱动信号衰减幅度最大，电子差速专用处理器1输出至内侧轮的加速驱动信号为 $(\frac{\left({\mathrm{Pedal}-\mathrm{Pedal}}_{\min }\right)({\mathrm{Drive}}_{\max }-{\mathrm{Drive}}_{\min })(1-\mathrm{\μ})}{({\mathrm{Pedal}}_{\max }-{\mathrm{Pedal}}_{\min })}+{\mathrm{Drive}}_{\min });$

④、电子差速专用处理器1按照固定的间隔周期T从左轮转速传感器8和右轮转速传感器9读取左轮转速信号和右轮转速信号，并将左轮转速信号和右轮转速信号通过工程量变换转化为相应的速度值，以左轮速度值和右轮速度值的平均值作为车身当前的实际速度值，车身实际速度值记为V_body；

⑤、车身平衡度预判器10按照同样的周期T从前端加速度传感器11读取车身前端水平倾斜度信号，从尾端加速度传感器11读取车身尾端水平倾斜度信号，车身尾端水平倾斜度信号经过工程量变换转化为数值β_back，以前端水平倾斜度信号和尾端水平倾斜度信号的平均值作为每个周期T内车身水平倾斜度的即时采样数据，设置长度为M的用以计算车身短时间内水平倾斜度的序列IWINDOW和长度为L的用以计算车身长时间内水平倾斜度的序列IAVERAGE，IWINDOW序列为一个循环序列，包含指示标记，指示标记每个周期T内依次指向IWINDOW序列中不同的位置，每个周期T内车身平衡度预判器10将车身水平倾斜度的即时采样数据存入指示标记所指向的IWINDOW序列中的位置，Position改为指向IWINDOW序列的下一个位置，计算IWINDOW序列中所有倾斜度数据的平均值，将此平均值通过通信接口16发送至电子差速专用处理器1，以此数据作为周期T内车身倾斜度的有效数据，记为

IAVERAGE序列为一个顺序操作序列，车身平衡度预判器10将每个周期T内的车身水平倾斜度即时采样数据按顺存入IAVERAGE序列，每经过LT周期，IAVERAGE序列被完整更新一次，计算IAVERAGE序列中所有数据的平均值，将平均值数据通过通信接口16发送至电子差速专用处理器1，以此数据作为反映周期LT内车身倾斜度整体趋势的有效数据，记为

计算IAVERAGE序列中所有数据的均方差

将均方差数据通过通信接口16发送至电子差速专用处理器1，以此数据作为反映周期LT内路况颠簸度的有效数据，记为γ，数据处理完毕后清零IAVERAGE序列中的每个数值；

⑥、对于每个转弯幅度区间Area_k设置车辆行驶速度V_body的两个阈值速度

和表示Area_k内任一转弯幅度对应的安全转向速度，

表示Area_k内任一转弯幅度对应的报警转向速度，其中报警转向速度

大于安全转向速度

将区间

作为Area_k所对应的安全速度区间，将区间

作为Area_k所对应的预警速度区间，将区间

作为Area_k所对应的危险速度区间，按照不同的转向，用

与

的差值表示车身转向时向外侧的倾斜度，将该倾斜度记为β_body，对于每个转弯幅度区间Area_k设置车身倾斜度β_body的两个阈值和

表示Area_k内任一转弯幅度对应的安全转向倾斜度，

表示Area_k内任一转弯幅度对应的报警转向倾斜度，将区间

作为Area_k所对应的安全倾斜度区间，将区间

作为Area_k所对应的预警倾斜度区间，将区间作为Area_k所对应的危险倾斜度区间，定义背离率η为转弯时车辆实际速度增长率，背离率等于当前周期T内的车身实际速度减去前一周期T内的车身实际速度，设置对于所有转弯幅度区间Area_k通用的背离率阈值η_valve，(0，η_valve]对应低速背离区间，[η_valve，∞)对应高速背离区间，定义用于评估车辆状态的转向失衡危险度，转向失衡危险度与车身速度V_body、车身倾斜度β_body和背离率η相关，转向失衡危险度值越大表示车辆失衡的危险性越高，以下建立转向失衡危险度的换算表：

车辆速度V_body处于预警速度区间或车身倾斜度β_body处于预警倾斜度区间时转向失衡危险度值增加1，V_body处于危险速度区间或车身倾斜度β_body处于危险倾斜度区间时转向失衡危险度值增加2，当车身倾斜度β_body和车辆速度V_body均处于安全区间时，不考虑速度背离率，否则，速度背离率η处于低速背离区间时转向失衡危险度增加1，速度背离率η处于高速背离区间时转向失衡危险度值增加2，转向失衡危险度的取值集合为{0，1，2，3，4，5，6}；

⑦、转向失衡危险度值取0时表示转向安全，电子差速专用处理器1依照③中所述的方法输出加速驱动信号，转向失衡危险度值取1或2时表示转向失衡危险度为低，此状态下，电子差速专用处理器1依照③中所述的方法计算输出至外侧轮和内侧轮的输出加速驱动信号，并按照内侧轮加速驱动信号与外侧轮加速驱动信号的比例，以T为周期，逐步按比例减小输出至两个轮毂电机控制器的实际加速驱动信号，转向失衡危险度值取3或4时表示转向失衡危险度为中，此状态下，电子差速专用处理器1通过互锁开关电路15将内侧轮毂电机控制器和外侧轮毂电机控制器同时切换到刹车模式，依照③中所述的方法计算内侧轮毂电机控制器和外侧轮毂电机控制器的加速驱动电信号比，以T为周期，逐步按比例加大减速制动信号，转向失衡危险度值取5或6时表示转向失衡危险度为高，电子差速专用处理器1通过互锁开关电路15将内侧轮电机控制器和外侧轮电机控制器同时切换到刹车模式，同时向两个轮毂电机控制器输出最大的减速制动信号。

2.根据权利要求1所述的双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，其特征在于互锁开关电路15是具有异或逻辑功能的电路，通过互锁开关电路15输出至两个轮毂电机控制器的刹车模式开关信号和加速模式开关信号在同意时刻仅允许一个有效，从电子差速专用处理器1输出的刹车模式开关信号和加速模式开关信同时有效时，经过互锁开关电路15逻辑变换后，送达两个轮毂电机控制器的刹车模式开关信号和加速模式开关信号均无效。

3.根据权利要求1所述的双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，其特征在于电子差速专用处理器1通过LT周期内的车身倾斜度整体趋势有效数据

判断当前路面相对水平面的倾斜状况，车身于倾斜路面上向上方转弯时，电子差速专用处理器1将每个转弯幅度区间的安全转向速度

报警转向速度安全转向倾斜度

报警转向倾斜度

转向背离率阈值η_valve乘以倾斜转向衰减系数λ，λ的值域为(0，1)。

4.根据权利要求1所述的双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，其特征在于电子差速专用处理器1通过LT周期内的路况颠簸度数据γ判断路面颠簸度，当γ超过路面颠簸度阈值后，电子差速专用处理器1将每个转弯幅度区间的安全转向速度

报警转向速度

安全转向倾斜度

报警转向倾斜度

转向背离率阈值η_valve乘以颠簸转向衰减系数ρ，ρ的值域为(0，1)。

5.根据权利要求1所述的双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，其特征在于转弯幅度划分值N可以根据控制精度需求调整，降低N的数值，将提高处理速度，降低控制精度，提高N的数值，将降低处理速度，提高控制精度。

6.根据权利要求1所述的双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，其特征在于车身未启动时，IWINDOW序列和IAVERAGE序列在车身启动时需要进行初始化，车身平衡度预判器10将连续读取P次车身倾斜度采样数据，计算P次车身倾斜度采样数据的平均值，用此平均值初始化IWINDOW序列中的每个位置、

值与

值，IWINDOW序列的指示标记指向IWINDOW序列中的任意位置。

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