CN105644390A - 一种大学生电动方程式赛车的整车控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种大学生电动方程式赛车的整车控制方法,包括:采集加速踏板的信号,共分为2路,根据踏板的角度位置计算踏板的行程百分比,根据采集的加速踏板信号判断是否断开动力输出;采集制动油压信号,由制动油压传感器收集,根据制动油压信号,判断是否同时踩下制动踏板和加速踏板;如果制动踏板和加速踏板同时踩下,且动力输出已切断,则判断加速踏板行程是否超过5%的踏板行程;根据Ackerman模型,得出所需的左右轮转速,再根据电机特性曲线和加速踏板对应的扭矩曲线,得到整车的加速度,得出角加速度,再根据前后载荷以及左右载荷变化得出最终的扭矩输出;根据公式编写出最终的程序;最终把子程序相关联得到最终的可以在设备上使用的控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及大学生电动方程式赛车的整车控制方法,在电动赛车控制领域具有尝试性的进展。
背景技术
FormulaSAE(FSAE)是一项面向大学生的综合性工程教育赛事,由国际汽车工程师学会(SAEInternational)于1978年开办,赛事遍及全世界15个国家。赛前车队通常用8至12个月的时间设计、建造、测试和准备赛车,预期做出一辆制成本低廉、易于维修、可靠性好同时美观、舒适,零部件也有通用性的赛车。现已成为具有全球影响力的世界性大学生工程设计竞赛,被誉为“学术界的F1”。
中国大学生方程式汽车大赛(FSC):
中国在2010年引入这一国际赛事,国内大学与相关行业人士积极参与其中。比赛要求各参赛队按照赛事规则和赛车制造标准,自行设计和制造方程式类型的小型单人座休闲赛车,并携该车参加全部或部分赛事环节。比赛过程中,参赛队伍不仅要阐述设计理念,还要由评审裁判对该车进行若干项性能测试项目。
而浙江工业大学在工科领域,尤其是机械专业一直处于全国前列,我校赛车队发明制造一辆电动赛车并参赛是最好的证明之一。现有的其他车队的电动赛车,多采用单电机驱动方案,设计上基于现有技术,与国外赛车相比性能均不是十分优秀,也未取得较好成绩,因此造一辆具有前瞻性方案,性能优越的赛车是当务之急。我校赛车虽是第一年造车及参赛,却前瞻性地采用了国内少见的双电机驱动动力总成方案,独立开发制定了整车控制策略。控制策略就是一辆赛车的设计核心,控制策略的好坏决定着整车整体性能的好坏,控制策略也决定着整车的安全情况,一旦整车控制出现错误,整车的安全就会出现危险,所以整车控制策略的稳定性也是非常重要的一部分,其他车队采用的控制方法其控制器非常的大,而且信号处理非常复杂,控制输出也非常复杂。因此,基于以上原因,我们决定自行设计一套适用于我们赛车的控制系统,自行设计的控制系统具有体积小,控制方便,稳定性好等优点。
发明内容
本发明要克服现有技术控制方法其控制器体积大、信号处理非常复杂、控制输出复杂的缺点,提供一种体积小、信号处理和控制输出方便的大学生电动方程式赛车的整车控制方法。
针对2015年中国大学生电动方程式大赛的特点及各种因素,本发明制定了相应的整车控制策略及控制流程图,使用LabVIEW对整车控制策略程序进行开发编写,实现了对整车控制器对整车的实时控制,能够使整车按照驾驶员的意愿进行行驶。该方案控制稳定,解决了控制器体积大,控制线路复杂的问题。
大学生电动方程式赛车的整车控制方法,包括如下步骤:
(1)首先采集加速踏板的信号,由加速踏板传感器收集,共分为2路,每一路信号互相独立且互不干扰,加速踏板传感器输出踏板的角度位置,根据踏板的角度位置计算踏板的行程百分比,根据采集的加速踏板信号判断是否断开动力输出:
(1.1)如果两个传感器之间的偏差值超过10%的踏板行程时,则认为产生冲突,应当立即断开电机的动力输出。
(1.2)如果两个传感器之间的偏差值不超过10%的踏板行程,则认为不产生冲突,不断开电机的动力输出。
(2)采集制动油压信号,由制动油压传感器收集,根据制动油压信号,判断是否同时踩下制动踏板和加速踏板:
(2.1)如果制动踏板和加速踏板同时踩下并加速踏板位移大于25%的踏板行程时,应立即完全切断电机动力。
(2.2)如果制动踏板和加速踏板同时踩下且加速踏板位移小于25%的踏板行程时,则认为正常制动,不必切断动力输出。
(3)如果制动踏板和加速踏板同时踩下,且动力输出已切断,则判断加速踏板行程是否超过5%的踏板行程。
(3.1)如果加速踏板行程超过5%的踏板行程时,则无论是否松开制动踏板,电机动力中断必须保持有效。
(3.2)如果加速踏板行程小于5%的踏板行程时,则电机动力恢复。
(4)如上述程序没有中断,则进行下一步计算,根据Ackerman模型,得出所需的左右轮转速,再根据电机特性曲线和加速踏板对应的扭矩曲线,得到整车的加速度,为使得在转弯过程中的任意时刻的行驶速度均满足阿克曼转向,则内外侧车轮的角加速度应当相同,得出角加速度,再根据前后载荷以及左右载荷变化得出最终的扭矩输出。具体运算原理公式如下:
L——汽车轴距
B——车身宽度
R——转向半径
Rin——后轴内侧轮转向半径
Rout——后轴外侧轮转向半径
rin——前轴内侧轮转向半径
rout——前轴外侧轮转向半径
Cin——内轮一圈转过距离
Cout——外轮一圈转过距离
r′——车轮半径
L2+R2=r2(2)
Cin=2πRin=2πR-πB(5)
Cout=2πRout=2πR+πB(6)
所以可以得到:
(注:v为实车车速,但是实车车速较难测得,所以本次赛车以两个前轮速度的平均值作为整车速度。)
又因为:
所以可以得到:
由于加速踏板直接对应电机的扭矩控制,根据电机的扭矩与转速曲线,使用MATLAB拟合出如下图4所示的曲线。由于整车很难处于匀速转弯的行驶状态。所以,必须要考虑整车的加速度对转弯行驶的影响。
整车的加速度为:
其中,为电机扭矩,为驱动力,为内侧车轮驱动力,外侧车轮驱动力,为滚动阻力,m为整车质量。
为使得在转弯过程中的任意时刻的行驶速度均满足阿克曼转向,及内外侧车轮的角加速度应当相同,即:
纵向加速度引起的前后轴载荷变化
由于本次纯电动赛车在水平路面上运行,因此,不需要考虑坡度对赛车引起的前后载荷变化。汽车在运行时,前后的载荷分别为:
由于本次纯电动赛车中没有使用飞轮,并且惯性阻力偶矩很小,假如不考虑空气升力的影响,与整车在匀速行驶工况下相比,前后轴载荷为:
侧向加速度引起的内外侧车轮载荷变化
由于车辆在转弯时,会产生侧向加速度,而地面提供的侧向力将产生侧翻力矩,从而引起内外侧车轮的载荷发生变化。侧翻力矩为:
MX=Fa×hg(19)
由此,引起的内外侧车轮载荷变化为:
最后,得到前后轴内外侧车轮的载荷为:
因为已经计算得到前后轴车轮的载荷,根据公式:
所以可以得到驱动力矩分别为:
Ttqin=Ftin·r′
(28)
Ttqout=Ftout·r′(29)
(5)根据公式编写出最终的程序;
(6)最终把子程序相关联得到最终的可以在设备上使用的控制方法。
本发明拥有以下优点:完全符合大学生方程式赛车的使用要求,针对大学生方程式赛车专门设计,针对性强、稳定性好、设计成本低,适合大学生进行设计,成长性高,可以在此基础上进行进一步的研发设计,维护简单,控制器体积小,可以很好的利用车上的空间进行更好的布置。
附图说明
图1为本发明所用的控制系统的加速踏板运算框图
图2为本发明所用的控制系统的制动踏板与加速踏板冲突程序框图
图3为本发明所用的控制系统的扭矩输出程序框图
图4为本发明的流程图
图5为本发明所用的控制系统主程序框图
具体实施
下面结合附图对本发明作进一步描述:
结合图1、2、3、4、5。一种大学生电动方程式赛车的整车控制方法,所述的方法包括以下步骤:
(1)首先采集加速踏板的信号,由加速踏板传感器收集,共分为2路,每一路信号互相独立且互不干扰,加速踏板传感器输出踏板的角度位置,根据踏板的角度位置计算踏板的行程百分比,根据采集的加速踏板信号判断是否断开动力输出:
(1.1)如果两个传感器之间的偏差值超过10%的踏板行程时,则认为产生冲突,应当立即断开电机的动力输出。
(1.2)如果两个传感器之间的偏差值不超过10%的踏板行程,则认为不产生冲突,不断开电机的动力输出。
(2)采集制动油压信号,由制动油压传感器收集,根据制动油压信号,判断是否同时踩下制动踏板和加速踏板:
(2.1)如果制动踏板和加速踏板同时踩下并加速踏板位移大于25%的踏板行程时,应立即完全切断电机动力。
(2.2)如果制动踏板和加速踏板同时踩下且加速踏板位移小于25%的踏板行程时,则认为正常制动,不必切断动力输出。
(3)如果制动踏板和加速踏板同时踩下,且动力输出已切断,则判断加速踏板行程是否超过5%的踏板行程。
(3.1)如果加速踏板行程超过5%的踏板行程时,则无论是否松开制动踏板,电机动力中断必须保持有效。
(3.2)如果加速踏板行程小于5%的踏板行程时,则电机动力恢复。
(4)如上述程序没有中断,则进行下一步计算,根据Ackerman模型,得出所需的左右轮转速,再根据电机特性曲线和加速踏板对应的扭矩曲线,得到整车的加速度,为使得在转弯过程中的任意时刻的行驶速度均满足阿克曼转向,则内外侧车轮的角加速度应当相同,得出角加速度,再根据前后载荷以及左右载荷变化得出最终的扭矩输出。具体运算原理公式如下:
L——汽车轴距
B——车身宽度
R——转向半径
Rin——后轴内侧轮转向半径
Rout——后轴外侧轮转向半径
rin——前轴内侧轮转向半径
rout——前轴外侧轮转向半径
Cin——内轮一圈转过距离
Cout——外轮一圈转过距离
r′——车轮半径
L2+R2=r2(2)
Cin=2πRin=2πR-πB(5)
Cout=2πRout=2πR+πB(6)
所以可以得到:
(注:v为实车车速,但是实车车速较难测得,所以本次赛车以两个前轮速度的平均值作为整车速度。)
又因为:
所以可以得到:
由于加速踏板直接对应电机的扭矩控制,根据电机的扭矩与转速曲线,使用MATLAB拟合出如下图4所示的曲线。由于整车很难处于匀速转弯的行驶状态。所以,必须要考虑整车的加速度对转弯行驶的影响。
整车的加速度为:
其中,为电机扭矩,为驱动力,为内侧车轮驱动力,外侧车轮驱动力,为滚动阻力,m为整车质量。
为使得在转弯过程中的任意时刻的行驶速度均满足阿克曼转向,及内外侧车轮的角加速度应当相同,即:
纵向加速度引起的前后轴载荷变化
由于本次纯电动赛车在水平路面上运行,因此,不需要考虑坡度对赛车引起的前后载荷变化。汽车在运行时,前后的载荷分别为:
由于本次纯电动赛车中没有使用飞轮,并且惯性阻力偶矩很小,假如不考虑空气升力的影响,与整车在匀速行驶工况下相比,前后轴载荷为:
侧向加速度引起的内外侧车轮载荷变化
由于车辆在转弯时,会产生侧向加速度,而地面提供的侧向力将产生侧翻力矩,从而引起内外侧车轮的载荷发生变化。侧翻力矩为:
MX=Fa×hg(19)
由此,引起的内外侧车轮载荷变化为:
最后,得到前后轴内外侧车轮的载荷为:
因为已经计算得到前后轴车轮的载荷,根据公式:
所以可以得到驱动力矩分别为:
Ttqin=Ftin·r′
(28)
Ttqout=Ftout·r′(29)
(5)根据公式编写出最终的程序。
(6)把上述程序相关联,就形成了控制方法,但是控制方法要有一定的顺序,按照一定的顺序把子程序相关联需要有明确的设计思路,最终把子程序相关联得到最终的可以在设备上使用的控制方法。
Claims (1)
1.一种大学生电动方程式赛车的整车控制方法,包括以下步骤:
(1)采集加速踏板的信号,由加速踏板传感器收集,共分为2路,每一路信号互相独立且互不干扰,加速踏板传感器输出踏板的角度位置,根据踏板的角度位置计算踏板的行程百分比,根据采集的加速踏板信号判断是否断开动力输出:
(1.1)如果两个传感器之间的偏差值超过10%的踏板行程时,则认为产生冲突,应当立即断开电机的动力输出;
(1.2)如果两个传感器之间的偏差值不超过10%的踏板行程,则认为不产生冲突,不断开电机的动力输出;
(2)采集制动油压信号,由制动油压传感器收集,根据制动油压信号,判断是否同时踩下制动踏板和加速踏板:
(2.1)如果制动踏板和加速踏板同时踩下并加速踏板位移大于25%的踏板行程时,应立即完全切断电机动力;
(2.2)如果制动踏板和加速踏板同时踩下且加速踏板位移小于25%的踏板行程时,则认为正常制动,不必切断动力输出;
(3)如果制动踏板和加速踏板同时踩下,且动力输出已切断,则判断加速踏板行程是否超过5%的踏板行程;
(3.1)如果加速踏板行程超过5%的踏板行程时,则无论是否松开制动踏板,电机动力中断必须保持有效;
(3.2)如果加速踏板行程小于5%的踏板行程时,则电机动力恢复;
(4)如上述程序没有中断,则进行下一步计算,根据Ackerman模型,得出所需的左右轮转速,再根据电机特性曲线和加速踏板对应的扭矩曲线,得到整车的加速度,为使得在转弯过程中的任意时刻的行驶速度均满足阿克曼转向,则内外侧车轮的角加速度应当相同,得出角加速度,再根据前后载荷以及左右载荷变化得出最终的扭矩输出;具体运算原理公式如下:
L——汽车轴距
B——车身宽度
R——转向半径
Rin——后轴内侧轮转向半径
Rout——后轴外侧轮转向半径
rin——前轴内侧轮转向半径
rout——前轴外侧轮转向半径
Cin——内轮一圈转过距离
Cout——外轮一圈转过距离
r′——车轮半径
L2+R2=r2(2)
Cin=2πRin=2πR-nB(5)
Cout=2πRout=2πR+πB(6)
所以可以得到:
v为实车车速,但是实车车速较难测得,所以本次赛车以两个前轮速度的平均值作为整车速度;
又因为:
所以可以得到:
由于加速踏板直接对应电机的扭矩控制,根据电机的扭矩与转速曲线,使用MATLAB拟合出如下图4所示的曲线;由于整车很难处于匀速转弯的行驶状态;所以,必须要考虑整车的加速度对转弯行驶的影响;
整车的加速度为:
其中,为电机扭矩,为驱动力,为内侧车轮驱动力,外侧车轮驱动力,为滚动阻力,m为整车质量;
为使得在转弯过程中的任意时刻的行驶速度均满足阿克曼转向,及内外侧车轮的角加速度应当相同,即:
纵向加速度引起的前后轴载荷变化
由于本次纯电动赛车在水平路面上运行,因此,不需要考虑坡度对赛车引起的前后载荷变化;汽车在运行时,前后的载荷分别为:
由于本次纯电动赛车中没有使用飞轮,并且惯性阻力偶矩很小,假如不考虑空气升力的影响,与整车在匀速行驶工况下相比,前后轴载荷为:
侧向加速度引起的内外侧车轮载荷变化
由于车辆在转弯时,会产生侧向加速度,而地面提供的侧向力将产生侧翻力矩,从而引起内外侧车轮的载荷发生变化;侧翻力矩为:
Mx=Fa×hg(19)
由此,引起的内外侧车轮载荷变化为:
最后,得到前后轴内外侧车轮的载荷为:
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所以可以得到驱动力矩分别为:
Ttqin=Ftin·r′(28)
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CN201610073935.1A CN105644390A (zh) | 2016-02-02 | 2016-02-02 | 一种大学生电动方程式赛车的整车控制方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106882026A (zh) * | 2017-03-30 | 2017-06-23 | 北京理工大学 | 一种双电机无同步多挡动力耦合装置及其控制方法 |
CN107168289A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-09-15 | 重庆大学 | 一种纯电动方程式赛车的整车控制器 |
CN112078561A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-12-15 | 浙江工业大学 | 一种用于fsec赛车的行车控制方法 |
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- 2016-02-02 CN CN201610073935.1A patent/CN105644390A/zh active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20160608 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |