CN103661000B - 一种多轴电驱动车的防滑方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆驱动轮防滑技术领域，具体涉及一种多轴电驱动车的防滑方法。所述方法包括：根据每个驱动电机转速传感器采集的驱动电机转速信号计算各车轮轮速，计算出各车轮计算车速，计算各车轮平均车速计算各车轮转差率，计算各车轮加速度，当某车轮的转差率大于或等于5%时，且加速度大于或等于3米/秒²时，PLC整车控制器发出不断减小转矩信号，使驱动电机的转矩减小直至该车轮转差率小于5%。本发明的有益效果是实现了多轴电驱动车的自动防滑控制，减少了车轮的磨损，延长了车轮的使用寿命；解决了因为驱动轮打滑引起的驱动失效，驱动功率不匹配问题。

Description

一种多轴电驱动车的防滑方法

技术领域

本发明属于车辆驱动轮防滑技术领域，具体涉及一种多轴电驱动车的防滑方法。

背景技术

目前电动轮矿用自卸车广泛应用于大型露天矿山的开采，多轴电动轮矿用自卸车是集机、电、液一体化产品，因其承载能力大，主要应用于万吨级以上大型露天矿山开采。迄今为止，国内使用的大吨位电动轮矿用自卸车均采用4×2驱动方式（双轴矿用车），且绝大部分仍依赖进口。随着多轴电动轮矿用自卸车的发展，四轴电动轮矿用自卸车已经开始出现，而且随着技术的不断进步，生产出六轴、八轴的电动轮矿用自卸车也是完全可以实现的，为了与此相适应，通常会采用全驱动、全转向的控制模式。在全驱动、全转向的多轴电驱动车辆行驶过程中，由于路面状况和载重分布状况不同，导致每个驱动轮的附着力不同，附着力小的轮子如果给定的转矩过大，便会出现打滑的情况。车辆驱动轮打滑时会造成轮胎磨损异常严重，同时驱动轮打滑会消耗大量的功率，使整车出现驱动失效或驱动缓慢的状况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以即时判断车轮打滑并实时控制的全驱动全转向多轴电驱动车的防滑方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种多轴电驱动车的防滑方法，包括如下步骤：

根据每个驱动电机转速传感器采集的驱动电机转速信号，计算出各车轮轮速 $v_{\mathrm{lun}}^{****}=K_1\×n_{\mathrm{lun}}^{****};$

式中为各车轮轮速，为各驱动电机的转速，K₁为线性比例系数；

计算出各车轮计算车速，

$v_{\mathrm{che}}^{****}=K_2\·v_{\mathrm{lun}}^{****},$

当车辆直线运动时，取K₂=1，

当车辆转弯时，取K₂为各车轮转弯半径的倒数；

根据各车轮的计算车速计算算术平均数确定各车轮平均车速

计算各车轮转差率，

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{lun}}^{****}=\frac{v_{\mathrm{che}}^{****}-{\stackrel{\‾}{v}}_{\mathrm{che}}}{{\stackrel{\‾}{v}}_{\mathrm{che}}}\×100\%$

式中为各车轮的转差率；

计算各车轮加速度，

${\mathrm{\Δv}}_{\mathrm{lun}}^{****}=\mathrm{dv}/\mathrm{dt}=(v_{n+1}+v_n)/\mathrm{\Δt}=\frac{v_{\mathrm{che}|n+1}^{****}-v_{\mathrm{che}|n}^{****}}{\mathrm{\Δt}}$

式中为车轮加速度；

v_n+1为根据第n+1次车轮速度计算所得计算车速

v_n为根据第n次车轮速度计算所得计算车速

△t为采样周期；

当任一车轮的转差率大于或等于5%，同时加速度大于或等于3米/秒2时，PLC整车控制器发出减小转矩信号使驱动电机的转矩减小直至该车轮转差率小于5%。

优选的，计算各车轮平均车速时，将各计算车速从大到小排列成数列，剔除数列中最前N个值和最后N个值，N不大于4。

优选的，在PLC整车控制器发出减小转矩信号使驱动电机的转矩减小时，PLC整车控制器还调节各轮驱动电机功率，使各车轮中驱动电机功率最大值与最小值的差与驱动电机功率最大值的比值小于10%。

本发明的有益效果是实现了多轴电驱动车的自动防滑控制，减少了车轮的磨损，延长了车轮的使用寿命；同时还解决了因为驱动轮打滑引起的驱动失效，驱动功率不匹配问题。

附图说明

图1为本发明实施例多轴电驱动车的防滑控制系统结构图；

图2为本发明实施例多轴电驱动车的车轮位置图；

图3本发明实施例多轴电驱动车转向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

本发明实施例采用一种220吨四轴电动矿用车的电气防滑控制系统为例来进行说明，该系统主要包括PLC整车控制器、16个电机控制器、16个驱动轮以及16个转速传感器。

如图1所示，驱动电机的转矩给定信号由PLC整车控制器输出，根据与电机控制器的技术协议要求，输出的给定信号为占空比为0——100的PWM（PulseWidthModulation，脉冲宽度调制）信号。每个输出通道独立控制1台驱动电机，总共有16路输出。电机控制器的主要作用是将直流信号逆变为频率可变的U/V/W三相交流电，根据PLC整车控制器发出的转矩给定信号，控制驱动电机的转矩和转速。驱动电机为三相异步交流电动机，是多轴电气防滑控制系统的最终执行机构，接收电机控制器传输过来的U/V/W三相交流电，驱动车辆的行驶。电机转速传感器用于采集电机转速信号，该信号是电机控制的最关键参数，电机控制器对电机转速信号进行处理。电流互感器用于采集电流信号。另外电机控制器内部设置有电压传感器，用于采集交流电压信号。根据电流信号和电压信号可以计算出电动机的消耗功率。驱动电机的转速、电流及电压等参数，通过CAN总线传输至PLC整车控制器。另外，PLC整车控制器还通过角度传感器采集车轮转向角度信号。

如图2所示，本实施例对该车辆的16个驱动轮分别编号，左侧8个轮子从前往后依次为101A、101B、102A、102B、103A、103B、104A、104B，右侧8个轮子从前往后依次为201A、201B、202A、202B、203A、203B、204A、204B。

如图3所示，A点为第一轴左侧两车轮101A、101B的中间点，B点为第二轴左侧两车轮102A、102B的中间点，C点为第三轴左侧两车轮103A、103B的中间点，D点为第四轴左侧两车轮104A、104B的中间点。

当车辆转向时，以左侧车轮为例，第1轴车轮转角为α，第2轴车轮转角为β，从图3可以看出，第一轴与第四轴、第二轴与第三轴的轮子转向角度呈对称关系。

首先计算出各车轮的轮速，轮子的轮速与驱动电机的转速成线性比例关系，该比例系数与轮子的减速比和轮子的直径相关，公式如下：

$v_{\mathrm{lun}}^{****}=K_1\×n_{\mathrm{lun}}^{****}$

式中为各车轮轮速，为各驱动电机的转速，K₁为线性比例系数；

根据公式计算出各轮的计算车速计算车速为电动轮矿用车在行驶过程中各轮相等的速度分量，计算车速的具体计算过程如下：

1、车辆在直线行走时，取K₂＝1;

2、车辆在转弯时，各轮的计算车速实际为各轮的角速度。角速度的计算公式：式中ω为角速度，V为线速度，R为转弯半径。

根据图3可知101B的转弯半径为OA+0.5H，根据三角函数定义得出

$\mathrm{OA}=\frac{1.5L}{\sin \mathrm{\α}},V=v_{\mathrm{lun}}^{101B},R=\mathrm{OA}+0.5H=\frac{1.5L}{\sin \mathrm{\α}}+0.5H$

根据上述可得

$v_{\mathrm{che}}^{101B}=\frac{v_{\mathrm{lun}}^{101B}}{\frac{1.5L}{\sin \mathrm{\α}}+0.5H}=\frac{2\×\sin \mathrm{\α}}{3\×L+H\×\sin \mathrm{\α}}\×v_{\mathrm{lun}}^{101B}$

根据图3可知101A的转弯半径为OA-0.5H，可得下式

$v_{\mathrm{che}}^{101A}=\frac{v_{\mathrm{lun}}^{101A}}{\frac{1.5L}{\sin \mathrm{\α}}-0.5H}=\frac{2\×\sin \mathrm{\α}}{3\×L-H\×\sin \mathrm{\α}}\×v_{\mathrm{lun}}^{101A}$

根据图3可知102B的转弯半径为PB+0.5H，根据三角函数定义容易得出 $\mathrm{PB}=\frac{0.5L}{\sin \mathrm{\β}},V{=v}_{\mathrm{lun}}^{102B},R=\mathrm{PB}+0.5H=\frac{0.5L}{\sin \mathrm{\β}}+0.5H$

根据上述可得

$v_{\mathrm{che}}^{102B}=\frac{v_{\mathrm{lun}}^{102B}}{\frac{0.5L}{\sin \mathrm{\β}}+0.5H}=\frac{2\×\sin \mathrm{\β}}{L+H\×\sin \mathrm{\β}}\×v_{\mathrm{lun}}^{102B}$

根据图3可知102A的转弯半径为PB-0.5H，可得下式

$v_{\mathrm{che}}^{102A}=\frac{v_{\mathrm{lun}}^{102A}}{\frac{0.5L}{\sin \mathrm{\β}}-0.5H}=\frac{2\×\sin \mathrm{\β}}{L-H\×\sin \mathrm{\β}}\×v_{\mathrm{lun}}^{102A}$

式中L为轴距，即两轴线之间的中心距离；α为车轮101A、101B的转向角度，β为车轮102A、102B的转向角度；H为轮距，即相邻两车轮之间的中心距离；

同理，整车有16个车轮，根据轴对称关系，可推算出另外12个车轮的计算车速，16个计算车速分别记为……、将16个计算车速从大到小排列，剔除计算车速值数列中最前4个值和最后4个值，对其余8个取算数平均值，得到计算平均车速这样可以有效防止某些电机转速传感器损害后采集的转速信号畸大或畸小带来了计算平均车速误差。

在计算出各车轮的计算车速和整车的平均车速后，便可以根据下式计算出各车轮的转差率，

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{lun}}^{****}=\frac{v_{\mathrm{che}}^{****}-{\stackrel{\‾}{v}}_{\mathrm{che}}}{{\stackrel{\‾}{v}}_{\mathrm{che}}}\×100\%$

式中-各车轮的转差率；

根据下式计算出各车轮的加速度；

${\mathrm{\Δv}}_{\mathrm{lun}}^{****}=\mathrm{dv}/\mathrm{dt}=(v_{n+1}-v_n)/\mathrm{\Δt}=\frac{v_{\mathrm{che}|n+1}^{****}{-v}_{\mathrm{che}|n}^{****}}{\mathrm{\Δt}}$

式中为车轮加速度；v_n+1——经第n+1次采样到的车轮速度计算所得计算车速v_n——经第n次采样到的车轮速度计算所得计算车速Δt——采样周期。

当某车轮的转差率大于或等于5%，同时加速度大于或等于3米/秒²时，认定该车轮打滑。

当判断出该车轮打滑后，PLC主控制器将发出减小转矩给定信号，随着驱动电机输出转矩的降低，该车轮的速度也相应下降；当该车轮的转差率降至5%以下时，则重新设置该车轮的给定转矩信号，如此不断反复控制调整，直至该车轮恢复正常附着力或者给定正确的转矩信号，打滑状态消除。另外在防滑控制过程中，由于减少了打滑轮的给定转矩，相应的整车驱动功率下降，因此为了匹配驱动功率，需对非打滑状态下的驱动轮增加驱动功率。这样使得多轴电气防滑控制在进行防滑处理的同时，也同时进行驱动功率的重新匹配，使各车轮中驱动电机功率最大值与最小值的差与各车轮中驱动电机功率最大值的比值小于10%，确保车辆行走有足够的驱动力。

本发明实施例的防滑方法，可实现多轴电驱动车的自动防滑控制，减少了车轮的磨损，延长了车轮的使用寿命；同时还解决了因为驱动轮打滑引起的驱动失效，驱动功率不匹配问题。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种多轴电驱动车的防滑方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据每个驱动电机转速传感器采集的驱动电机转速信号，计算出各车轮轮速 $v_{lun}^{****}=K_1\×n_{lun}^{****};$

式中为各车轮轮速，为各驱动电机的转速，K₁为线性比例系数；

计算出各车轮计算车速，

$v_{che}^{****}=K_2\·v_{lun}^{****},$

当车辆直线运动时，取K₂＝1，

当车辆转弯时，取K₂为各车轮转弯半径的倒数；

根据各车轮的计算车速计算算术平均数,确定各车轮平均车速

计算各车轮转差率，

${\mathrm{\λ}}_{lun}^{****}=\frac{v_{che}^{****}-{\stackrel{\‾}{v}}_{che}}{{\stackrel{\‾}{v}}_{che}}\×100\%$

式中为各车轮的转差率；

计算各车轮加速度，

${\mathrm{\Δv}}_{lun}^{****}=dv/dt=(V_{n+1}-V_n)/\mathrm{\Δ}t=\frac{v_{che|n+1}^{****}-v_{che|n}^{****}}{\mathrm{\Δ}t}$

式中为车轮加速度；

v_n+1为根据第n+1次车轮速度计算所得计算车速

v_n为根据第n次车轮速度计算所得计算车速

△t为采样周期；

当任一车轮的转差率大于或等于5％，且加速度大于或等于3米/秒²时，PLC整车控制器发出减小转矩信号，使驱动电机的转矩减小直至该车轮转差率小于5％；计算各车轮平均车速时，将各计算车速从大到小排列成数列，剔除数列中最前N个值和最后N个值，N不大于4。

2.根据权利要求1所述的多轴电驱动车的防滑方法，其特征在于，在PLC整车控制器发出减小转矩信号使驱动电机的转矩减小时，PLC整车控制器还调节各轮驱动电机功率，使各车轮中驱动电机功率最大值与最小值的差与驱动电机功率最大值的比值小于10％。