CN106541934A - 基于差速器的双输出动力分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于差速器的双输出动力分配方法，用于对双输出系统的动力进行可控分配，所述双输出系统包括动力装置、双输出动力分配系统和两个工作装置；所述双输出动力分配系统包括控制器、差速器，差速器的输入端设置有输入主轴，差速器的两侧输出端分别设置有一个输出半轴；各输出半轴还设置有传感器和电控制动器；该方法采用所述双输出动力分配系统，通过传感器实时监控各输出半轴的动力分配情况，通过电控制动器调整对各输出半轴施加的制动力，通过增大一侧制动力来降低该侧动力分配比例，通过减小一侧制动力来提高该侧动力分配比例。本发明将差速器应用到双输出动力分配系统上，通过制动输出半轴实现双输出系统的动力可控分配。

Description

基于差速器的双输出动力分配方法
技术领域
本发明涉及一种双输出动力系统，特别是指一种基于差速器的双输出动力分配方法。
背景技术
目前，双输出动力系统，即具有双输出端的动力系统，其两输出端分别与一个负载相连。对于两输出端刚性连接的系统，当两端的负载情况发生变化时，会造成系统震动、噪音大等问题，严重时甚至会损坏整个动力系统。因此需要根据实际情况实时地调整两侧输出轴的动力分配。
汽车车轮的驱动系统是一种常见的双输出动力系统，汽车转弯时，内侧车轮和外侧车轮的转弯半径不同，外侧车轮的转弯半径要大于内侧车轮的转弯半径，这就要求在转弯时外侧车轮的转速要高于内侧车轮的转速。差速器的作用就是满足汽车转弯时两侧车轮转速不同的要求。这里涉及到“最小能耗原理”，车轮在转弯时会自动趋向能耗最低的状态，自动地按照转弯半径调整左右轮的转速。然而这种调整是被动的，无法按照操作者的意愿主动调整两侧车辆的转速比。
中国专利ZL02136498.2公开了一种四轮电子差速转向控制系统，包括有电机、刹车机构、转向机构和加速电门，它还包括有电机控制器、角位移传感器、转速传感器和中央处理器，所述电机控制器、角位移传感器、转速传感器、刹车机构、转向机构和加速电门分别连接到中央处理器各相应端口，该中央处理器采集各传感器和车载部件的信号，并进行计算得出各车轮相应的目标转速，然后通过向电机控制器发出电压指令，调整车轮转速。本四轮电子差速转向控制系统，能保证行驶时各车轮与地面间保持纯滚动状态，减小车轮与地面的摩擦力，延长汽车各部件的使用寿命。该专利通过对四个车轮电机的控制来达到差速的目的，其结构复杂，应用成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于差速器的双输出动力分配方法，能够主动协调双输出动力系统的动力分配，使两侧的转速达到一个设定的比例。
为实现上述目的，本发明所提供的基于差速器的双输出动力分配方法，用于对双输出系统的动力进行可控分配，所述双输出系统包括动力装置(如电机、柴油机等)、双输出动力分配系统和两个工作装置；所述双输出动力分配系统包括控制器和差速器；所述差速器的输入端设置有输入主轴，所述输入主轴与所述动力装置相连；所述差速器的两侧输出端分别设置有一个输出半轴，各所述输出半轴分别驱动一个所述工作装置；各所述输出半轴还设置有用于直接或间接采集各自转速信号的传感器，以及对各自进行制动的电控制动器；所述控制器的控制信号输出端与所述电控制动器的控制信号输入端相连，所述控制器的测量信号输入端与所述传感器的测量信号输出端相连，所述控制器可实现如下功能：①设定两侧的转速比例，②接收传感器的转速信号，③计算出两侧的转速大小，④判断两侧转速情况，⑤向电控制动器发送控制信号；该动力分配方法采用所述双输出动力分配系统，通过传感器实时监控各输出半轴的动力分配情况(如转速、转矩)，通过电控制动器调整对各输出半轴施加的制动力，通过增大一侧输出半轴的制动力来降低该侧动力分配比例并提高另一侧的动力分配比例，通过减小一侧输出半轴的制动力来提高该侧动力分配比例并减少另一侧的动力分配比例。
优选地，该动力分配方法可采用转速控制和转速差比值(或转速比)控制两种方式，当采用转速控制时，该方法包括如下步骤：
1)通过传感器实时采集各输出半轴的转速信号并传递给控制器；
2)所述控制器计算两侧输出半轴的当前转速ωA、ωB，并与两侧输出半轴的设定转速νA、νB进行比较，判断是否符合以下起始条件：|ωA-νA|≥起始偏离值αA或|ωB-νB|≥起始偏离值αB；
3)若符合起始条件，所述控制器控制电控制动器逐步减少转速偏低的一侧的制动力，或逐步增加转速偏高的一侧的制动力；
4)判断转速是否满足终止条件：|ωA-νA|≤终止偏离值βA，且|ωB-νB|≤终止偏离值βB，若满足终止条件，则维持制动力不变。
偏离值αA、αB、βA、βB根据需要的控制精度进行设定，精度高时设置较小的偏离值，反之设置较大的偏离值；偏离值设置过小可能导致调整频率过高，增加电控制动装置磨损。
进一步地，步骤3)中，若所述动力装置提供的动力过小导致无法达到设定的转速时，或者当所述动力装置提供的动力过大导致两侧都需要施加较大的制动力使得动力损失偏大时，通过控制器协同动力装置对总的输入功率进行调整，动力过大时减小动力，过小时增加动力。
优选地，当采用转速差比值控制时，该动力分配方法包括如下步骤：
1)所述传感器实时采集各输出半轴的转速信号并传递给控制器；
2)所述控制器计算两侧输出半轴的当前转速ωA、ωB，以及转速差比值Δ＝(ωA-ωB)/ωB，并与设定的转速差比值Δ0进行比较，判断是否符合以下起始条件：|Δ-Δ0|≥起始偏离值α；
3)若符合起始条件，所述控制器控制电控制动器逐步减少转速偏低的一侧的制动力，或逐步增加转速偏高的一侧的制动力；进一步地，步骤3)中，在调节制动力时，优先减少转速偏低的一侧的制动力，该侧无制动力后再增加转速偏高的一侧的制动力。
4)判断转速是否满足终止条件：|Δ-Δ0|≤终止偏离值β，若满足终止条件，则维持制动力不变。
偏离值α、β根据需要的控制精度进行设定，精度高时设置较小的偏离值，反之设置较大的偏离值；偏离值设置过小可能导致调整频率过高，增加电控制动装置磨损。
优选地，所述中央控制器设置有多个转速档位，不同转速档位对应于两个输出半轴的不同转速或转速差比值，通过选定转速档位可快速设定目标值。
优选地，所述传感器为设置在各输出半轴上的转速传感器，直接测量各输出半轴的转速并反馈给控制器；或者所述传感器为与所述工作装置工作环境接触的流速传感器或压力传感器等，通过将实时工况反馈给控制器，由控制器间接计算出各输出半轴的转速。
优选地，所述电控制动器为嵌套在输出半轴上的环形电控制动器，通过缩小半径对输出半轴进行制动。
优选地，所述控制器为可编程的单片机。
本发明的有益效果是：本发明创造性地将差速器应用到双输出动力分配系统上，通过制动输出半轴将输入主轴提供的动力按需分配到两个输出半轴上，解决了传统双输出动力系统动力分配不可控的问题。所采用的动力分配系统结构简单，安装拆卸方便，制作成本低，便于推广应用；可通过设定不同转速或转速比，满足不同种情况的需求；相对于刚性连接的双输出系统，控制更为灵活，分配动力时能量损耗更低。
附图说明
图1为本发明所提供的双输出动力分配系统的结构框图，图中虚线为信号线。
图2为图1中差速器的结构示意图。
其中：动力装置1、控制器2、差速器3、输入主轴4、输出半轴5、工作装置6、电控制动器7、传感器8
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例所提供的基于差速器的双输出动力分配方法，用于对双输出系统的动力进行可控分配。所述双输出系统包括动力装置1、双输出动力分配系统和两个工作装置6(分别为工作装置A、工作装置B)。
如图1～2所示，所述双输出动力分配系统包括控制器2和差速器3，控制器2为可编程的单片机。差速器3的输入端设置有输入主轴4，输入主轴4与动力装置1相连。差速器3的两侧输出端分别设置有一个输出半轴5，各输出半轴5分别驱动一个工作装置6。各输出半轴5还设置有传感器8和电控制动器7。传感器8为设置在各输出半轴5上的转速传感器，直接测量各输出半轴5的转速并反馈给控制器2。电控制动器7为嵌套在输出半轴5上的环形电控制动器，通过缩小半径对输出半轴5进行制动。控制器2的控制信号输出端与电控制动器7的控制信号输入端相连，控制器2的测量信号输入端与传感器8的测量信号输出端相连。
控制器2设置三个转速档位，一档是保持两侧转速相差5％，二挡是两侧转速相差10％，三挡是两侧转速相差20％。以一档(A侧转速比B两侧转速低5％)为例，设定的转速差比值Δ0＝5％，设定起始偏离值α＝2％，终止偏离值β＝1％。
工作装置A、B稳定工作于一档(指控制器2的档位)，当工作装置A的作业环境发生变化时，若控制器2检测并计算出A侧(对应于工作装置A的一侧)输出半轴5的转速ωA比B侧(对应于工作装置B的一侧)输出半轴5的转速ωB低10％，即Δ＝(ωA-ωB)/ωB＝10％，|Δ-Δ0|＝5％≥α。此时控制器2会判断A侧制动力是否为零(制动力为零即不进行制动)，若为零，则启动B侧的电控制动器7，使其制动力增加直到|Δ-Δ0|≤β，在这一过程中B侧动力会通过差速器3向A侧输送。若A侧制动力不为零，则首先减小A侧的制动力，直至满足|Δ-Δ0|≤β。仅当A侧的制动力减小为零时仍不能满足终止条件时，再启动B侧的电控制动器7，使其制动力增加直到|Δ-Δ0|≤β。
实施例2
本实施例采用与实施例1完全相同的双输出系统和双输出动力分配系统。
控制器2设置三个转速档位，一档两侧转速νA＝νB＝50rpm，二挡两侧转速分别为νA＝50rpm(转每分钟)、νB＝45rpm，三挡是两侧转速分别为νA＝50rpm、νB＝40rpm。设定起始偏离值αA＝αB＝2rpm，终止偏离值βA＝βB＝1rpm。
现工作装置A、B稳定工作于一档(指控制器2的档位)，即当前转速ωA＝ωB＝50rpm，操作者根据需要将调整到二档，即设定转速νA＝50rpm、νB＝45rpm。操作者通过控制器2设定好档位后，控制器2检测到|ωB-νB|＝5rpm≥αB＝2rpm。此时控制器2控制B侧的电控制动器7，使其制动力增加直到|ωB-νB|≤βB＝1rpm。
若因工作状况发生改变，在两侧制动力均降低为0的情况下，ωA、ωB仍然小于设定值，此时控制器2向动力装置1发送信号，由动力装置1增大输出功率，直至满足ωA≥νA，且ωB≥νB，停止增大输出功率，再通过电控制动装置进一步对转速进行调节。

Claims (10)

1.一种基于差速器的双输出动力分配方法，用于对双输出系统的动力进行可控分配，所述双输出系统包括动力装置(1)、双输出动力分配系统和两个工作装置(6)；
所述双输出动力分配系统包括控制器(2)和差速器(3)；所述差速器(3)的输入端设置有输入主轴(4)，所述输入主轴(4)与所述动力装置(1)相连；所述差速器(3)的两侧输出端分别设置有一个输出半轴(5)，各所述输出半轴(5)分别驱动一个所述工作装置(6)；各所述输出半轴(5)还设置有用于直接或间接采集各自转速信号的传感器(8)，以及对各自进行制动的电控制动器(7)；所述控制器(2)的控制信号输出端与所述电控制动器(7)的控制信号输入端相连，所述控制器(2)的测量信号输入端与所述传感器(8)的测量信号输出端相连；
该动力分配方法采用所述双输出动力分配系统，通过传感器(8)实时监控各输出半轴(5)的动力分配情况，通过电控制动器(7)调整对各输出半轴(5)施加的制动力，通过增大一侧输出半轴(5)的制动力来降低该侧动力分配比例，通过减小一侧输出半轴(5)的制动力来提高该侧动力分配比例。
2.根据权利要求1所述的基于差速器的双输出动力分配方法，其特征在于：该动力分配方法包括如下步骤：
1)通过传感器(8)实时采集各输出半轴(5)的转速信号并传递给控制器(2)；
2)所述控制器(2)计算两侧输出半轴(5)的当前转速ωA、ωB，并与两侧输出半轴(5)的设定转速νA、νB进行比较，判断是否符合以下起始条件：|ωA-νA|≥起始偏离值αA或|ωB-νB|≥起始偏离值αB；
3)若符合起始条件，所述控制器(2)控制电控制动器(7)逐步减少转速偏低的一侧的制动力，或逐步增加转速偏高的一侧的制动力；
4)判断转速是否满足终止条件：|ωA-νA|≤终止偏离值βA，且|ωB-νB|≤终止偏离值βB，若满足终止条件，则维持制动力不变。
3.根据权利要求2所述的基于差速器的双输出动力分配方法，其特征在于：步骤3)中，若所述动力装置(1)提供的动力过小导致无法达到设定的转速时，或者当所述动力装置(1)提供的动力过大导致两侧都需要施加较大的制动力时，通过控制器(2)协同动力装置(1)对总的输入功率进行调整。
4.根据权利要求1所述的基于差速器的双输出动力分配方法，其特征在于：该动力分配方法包括如下步骤：
1)所述传感器(8)实时采集各输出半轴(5)的转速信号并传递给控制器(2)；
2)所述控制器(2)计算两侧输出半轴(5)的当前转速ωA、ωB，以及转速差比值Δ＝(ωA-ωB)/ωB，并与设定的转速差比值Δ0进行比较，判断是否符合以下起始条件：|Δ-Δ0|≥起始偏离值α；
3)若符合起始条件，所述控制器(2)控制电控制动器(7)逐步减少转速偏低的一侧的制动力，或逐步增加转速偏高的一侧的制动力；
4)判断转速是否满足终止条件：|Δ-Δ0|≤终止偏离值β，若满足终止条件，则维持制动力不变。
5.根据权利要求4所述的基于差速器的双输出动力分配方法，其特征在于：步骤3)中，在调节制动力时，优先减少转速偏低的一侧的制动力，该侧无制动力后再增加转速偏高的一侧的制动力。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的基于差速器的双输出动力分配方法，其特征在于：所述中央控制器(2)设置有多个转速档位，不同转速档位对应于两个输出半轴(5)的不同转速或转速差比值，通过选定转速档位可快速设定目标值。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的基于差速器的双输出动力分配方法，其特征在于：所述传感器(8)为设置在各输出半轴(5)上的转速传感器，直接测量各输出半轴(5)的转速并反馈给控制器(2)。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的基于差速器的双输出动力分配方法，其特征在于：所述传感器(8)为与所述工作装置(6)的工作环境接触的流速传感器或压力传感器，通过将实时工况反馈给控制器(2)，由控制器(2)间接计算出各输出半轴(5)的转速。
9.根据权利要求1～5中任一项所述的基于差速器的双输出动力分配方法，其特征在于：所述电控制动器(7)为嵌套在输出半轴(5)上的环形电控制动器，通过缩小半径对输出半轴(5)进行制动。
10.根据权利要求1～5中任一项所述的基于差速器的双输出动力分配方法，其特征在于：所述控制器(2)为可编程的单片机。
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