CN107380256B - 电动平板运输车的转向行车控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动平板运输车的转向行车控制方法，该控制方法适用于六轮转向系统的电动平板运输车，其以增程式多轮毂电机驱动的动力系统为前提，采用上层电子差速力矩、附加转向力矩计算层以及下层转矩分配层的分层式控制架构，通过电子差速力矩控制和附加转向助力转矩分配控制实现电动平板运输车的转向行车控制，该控制方法是通过改变轮毂电机的转矩对车辆施加控制，六轮转向系统的车辆在转向时采用前后轮异相位转向。本发明解决了增程式多轮毂电机驱动电动平板运输车的转向问题，为六轮转向系统实现灵活机动的转向提供了解决方案。六轮转向系统能够提高汽车在行驶、转弯或在侧向风力作用时的操控稳定性，改善在低速下的操控轻便性。

Description

电动平板运输车的转向行车控制方法

技术领域

本发明属于车辆的行车控制方法技术领域，具体的说是涉及一种适用于电动平板运输车的转向行车控制方法。

背景技术

电动汽车和混合动力汽车近年来取得较大发展，在特种车辆如平板运输车中也有所应用。在电动平板运输车辆的行驶运输过程中，为了适应道路情况和行驶条件，经常需要改变或修正行驶方向，特别是车辆在负载工作过程中，处于狭小的转运场地时，为满足应用要求，需保证车辆能够灵活机动地转向。对于现有技术中传统的平板运输车而言，全车采用液压驱动、液压悬挂、独立转向和车架液压调平等技术，其中转向系统的协同控制是传统平板运输车研制过程中的一个难点。

相对于现有技术中传统的平板运输车，电动平板运输车无论从结构上还是转向系统的控制均有较大区别，原因在于电动平板运输车引入了电机作为驱动装置。目前，现有技术中市面上的电动平板运输车有多种不同形式的结构布置，针对不同形式的结构布置，车辆的转向行车控制方法亦有较大区别，控制难度也有不同。现实中，增程式多轮毂电机驱动电动平板运输车的转向行车控制方法目前研究有限，车辆的灵活机动性不强。在这样的技术背景下，为解决增程式多轮毂电机驱动电动平板运输车的转向问题，使这类平板运输车能够灵活地转向，具有很高的机动性，需要我们采取一种行之有效地转向行车控制方法。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的不足，提供一种电动平板运输车的转向行车控制方法，该控制方法解决了增程式多轮毂电机驱动电动平板运输车的转向问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种电动平板运输车的转向行车控制方法，该控制方法适用于六轮转向系统的电动平板运输车，控制方法以增程式多轮毂电机驱动的动力系统为前提，采用上层电子差速力矩、附加转向力矩计算层以及下层转矩分配层的分层式控制架构，通过电子差速力矩控制和附加转向助力转矩分配控制实现电动平板运输车的转向行车控制，控制方法是通过改变轮毂电机的转矩对车辆施加控制，六轮转向系统的车辆在转向时采用前后轮异相位转向。

电动平板运输车的动力系统主要由行车控制器、发电机组、轮毂电机和电机控制器几个部件组成，电动平板运输车的动力系统以发电机组作为主要动力源，以四个轮毂电机为驱动装置，四个轮毂电机分别由四个电机控制器控制，四个轮毂电机独立控制，行车控制器接收钥匙、档位和踏板的人机接口信号并与发电机组和电机控制器进行CAN通讯。

本发明的控制方法采用电子差速力矩控制与附加转向力矩分配相结合的方法，通过反馈的汽车转向内外轮的转差时，将转差值转换为对应轮的转矩差，再通过在各个车轮上施加大小不同的力来提高车辆操控的稳定性。

六轮转向系统的电动平板运输车主要包括转向前轮、固定驱动轮、驱动后轮和转向连杆；固定驱动轮设置于平板运输车的中部，转向前轮的轮轴与驱动后轮的轮轴之间连接有转向连杆，在固定驱动轮和驱动后轮的轮毂上均设置有独立的轮毂电机。

分层控制架构：本发明控制方法的系统架构仍然沿用电子稳定性控制系统采用的分层式控制架构，如图3所示，包括上层电子差速力矩、附加转向力矩计算层和下层的转矩分配层。上层计算电子差速力矩、附加转向力矩控制的主要作用是通过判断驾驶员意图及检测当前车辆状态，确定整车控制所需要的广义控制力，一般为电子差速力矩和附加转向力矩。而下层转矩分配层的作用则是根据车辆状态，考虑执行器的约束，合理地将广义控制输入分配到各个车轮上，以实现对车辆运动的控制。

电子差速力矩控制策略，即行走力矩控制策略：对驱动轮电机的控制采用转速反馈控制，因此在考虑到汽车转向时内外轮的转差时，必须将转差值转换为对应轮的转矩差。本发明控制方法中的电子差速控制方案是基于Ackermann-Jeantand转向模型的一种控制方式。控制系统根据车辆的当前状态，包括方向盘信号以及车身速度，预判出车辆的行驶轨迹，并以此计算各轮的速度，再根据当前的路面附着以及轮载情况，反推出相应的电机转矩分配。

从实际角度出发，车辆行走时，行车控制器根据加速踏板的开度和当前电机转速得到一个电机转矩系数，前进与后退有不同的转矩系数三维表映射表，再通过电机外特性曲线和电机转矩系数计算得到设定转矩，通过滤波等处理计算出整车的纵向驱动力Ff，如图4所示，通过对纵向驱动力的分配得到四个驱动电机的设定转矩。

附加转向助力转矩分配控制策略：车辆行驶时需要保持力矩平衡的特性，为了实现这样的力矩平衡，在行驶过程中，通过增加或减小两侧电机的输出转矩，获得转向助力。因此内侧车轮在原有力矩的基础上，加上附加力矩；同时外侧车轮在原有力矩的基础上，减去附加力矩。

F内侧=F内侧+F（附加）；F外侧=F外侧-F（附加）。

本发明车辆操控性状态反馈控制系统上层的电子差速力矩计算层和附加转向力矩计算层采用模型跟踪的控制方法，其结构框图见附图5中的虚线部分所示。上层控制模块包括参考模型和反馈控制模块。参考模型在模型跟踪控制方法中至关重要，其作用是根据驾驶员的输入信号和车辆当前状态信息，为模型跟踪控制系统确定合适的车辆控制目标及理想值，输入信号如加速踏板信号、制动踏板信号何方向盘转角信号等。反馈环节则用来保证控制变量的实际值趋近于参考模型的输出值。由于该控制方式是基于理想模型来推导，所以忽略了滑转因素和轮胎差异因素，各个参数计算是以假设电动汽车在地面上进行纯滚动运行为前提。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种电动平板运输车的转向行车控制方法，该控制方法针对六轮转向系统即前后轮异相位转向系统的电动平板运输车，以增程式多轮毂电机驱动的动力系统为前提，采用包括上层电子差速力矩、附加转向力矩计算层和下层的转矩分配层的分层式控制架构，主要通过电子差速力矩控制即行走力矩控制和附加转向助力转矩分配控制策略实现电动平板运输车的转向行车控制。本发明解决了增程式多轮毂电机驱动电动平板运输车的转向问题，为六轮转向系统实现灵活机动的转向提供了解决方案。六轮转向系统是一种用于提高车辆操控稳定性的系统，其主要目的是提高汽车在行驶、转弯或在侧向风力作用时的操作稳定性，改善在低速下的操控轻便性。

附图说明

图1是六轮转向系统的电动平板运输车的结构示意图；

图2是电动平板运输车的动力系统结构示意图；

图3是分层控制架构图；

图4是纵向驱动力计算框图；

图5是车辆操控性状态反馈控制系统框图；

图6是扭矩分配控制框图；

图7是控制策略实施框图；

在图1中：1-转向前轮；2-固定驱动轮；3-驱动后轮；4-转向连杆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作详细描述。

如图1至图7所示，一种电动平板运输车的转向行车控制方法，该控制方法适用于六轮转向系统的电动平板运输车，控制方法以增程式多轮毂电机驱动的动力系统为前提，采用上层电子差速力矩、附加转向力矩计算层以及下层转矩分配层的分层式控制架构，通过电子差速力矩控制和附加转向助力转矩分配控制实现电动平板运输车的转向行车控制，控制方法是通过改变轮毂电机的转矩对车辆施加控制，六轮转向系统的车辆在转向时采用前后轮异相位转向。

电动平板运输车的动力系统主要由行车控制器、发电机组、轮毂电机和电机控制器几个部件组成，电动平板运输车的动力系统以发电机组作为主要动力源，以四个轮毂电机为驱动装置，四个轮毂电机分别由四个电机控制器控制，四个轮毂电机独立控制，行车控制器接收钥匙、档位和踏板的人机接口信号并与发电机组和电机控制器进行CAN通讯。

本发明的控制方法采用电子差速力矩控制与附加转向力矩分配相结合的方法，通过反馈的汽车转向内外轮的转差时，将转差值转换为对应轮的转矩差，再通过在各个车轮上施加大小不同的力来提高车辆操控的稳定性。

六轮转向系统的电动平板运输车主要包括转向前轮1、固定驱动轮2、驱动后轮3和转向连杆4；固定驱动轮2设置于平板运输车的中部，转向前轮1的轮轴与驱动后轮3的轮轴之间连接有转向连杆4，在固定驱动轮2和驱动后轮3的轮毂上均设置有独立的轮毂电机。

如图1所示，六轮转向系统的电动平板运输车结构包括转向前轮1、带轮毂电机的固定驱动轮2、带轮毂电机含转向连杆4的驱动后轮3和转向连杆4。当驾驶员转向时，转向前轮1随驾驶员转动方向盘而向同一方向转动，驱动后轮3受机械转向连杆4的作用与转向前轮1的转向相反，本发明的行车控制方法应用于此种电动平板运输车。

图2是电动平板运输车的动力系统结构图，本发明所阐述的控制方法是基于此种动力系统的架构得以实施，图2中的黑色粗线代表高压能量连接示意图，黑色细线代表行车控制器接收驾驶员操作信号示意图，细虚线代表CAN通讯连接线路图。

图3是分层控制架构图，本发明具体的控制方法遵循此种控制架构。图4是纵向驱动力计算框图，图4中的Ff为通过滤波等处理计算出整车的纵向驱动力。图5是车辆操控性状态反馈控制系统框图，图5中的中部虚线部分为车辆操控性状态反馈控制系统上层的电子差速力矩计算层和附加转向力矩计算层采用模型跟踪的控制方法的结构框图。

本发明控制方法的实施首先通过油门、档位和转角信号等条件来解析驾驶意图，经过广义的电机转矩设定、故障判断、桥转向角速度计算、车辆单侧车轮驱动力矩计算、Ackerman系数扭矩分配+单侧附加驱动力矩控制、转矩平滑处理等得出最终4轮转矩控制输出，实现4轮独立差速控制以及转向助力力矩分配，控制策略Simulink实施框图如附图7所示，各子模块的详细说明如下。

1、电转矩设定模块：

此模块主要用于解析驾驶员驾驶意图，通过采集加速踏板位移量及电机实际转速，得出驱动相应需求的系数，同时结合电机外特性曲线，计算出驱动转矩大小。

2、Ackermann控制系数算法模块：

采用Ackerman转向原理实现扭矩分配控制算法，结合车辆实际结构尺寸，得出转向扭矩分配系数Tqk，该系数跟随转向角度的变化而变化。

3、Ackermann控制系数分配模块：

将Ackermann控制系数分别与修正补偿后的电机转矩相乘，分配至4个驱动电机。

4、车桥转动角速度算法模块：

将车桥在单位时间内转过角度的变化量，通过一系列算法得出转动角速度，用于后续模块参考和计算。

5、单侧驱动控制力矩控制算法模块：

通过转动角速度angular_speed映射出Tqadd_coef附加转矩系数，结合单边车轮克服静摩擦力，推出所需的电机最小驱动力，从而得出附加电机驱动转矩F_add，即F附加。

6、附加转向助力转矩分配控制模块：

该模块由两部分组成：力矩分配部分和转向趋势判断部分。

（1）力矩分配部分：车辆行驶时需要保持力矩平衡的特性，为了实现这样的力矩平衡，在行驶过程中，通过增加或减小两侧电机输出转矩，获得转向助力。因此内侧车轮在原有力矩的基础上，加上附加力矩；同时外侧车轮在原有力矩的基础上，减去附加力矩。

（2）转向趋势判断部分：施加转向力的方向应当与转向趋势有关，而非与当前位置有关，因此，程序中利用转向位置做微分计算，得出转向趋势判断条件，从而确定转向力的大小与方向。

7、转矩补偿修正模块：

通过各电机台架测试数据，计算得出各个转速点的修正系数，将修正补偿系数加入到电机转矩控制中，从而提高各电机控制的精度。

8、转矩平滑修正模块：

该模块将算法得出的转矩需求，转矩滤波控制效果取决于滤波系数的大小，通过滤波的处理，使转矩变化能够完成平稳过度。

相关技术人员以所提车型和动力系统架构为前提，可将本发明的转向行车控制方法模型化，应用实施于相关车辆的控制应用中。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种电动平板运输车的转向行车控制方法，其特征在于：所述控制方法适用于六轮转向系统的电动平板运输车，所述控制方法以增程式多轮毂电机驱动的动力系统为前提，采用上层电子差速力矩、附加转向力矩计算层以及下层转矩分配层的分层式控制架构，通过电子差速力矩控制和附加转向助力转矩分配控制实现电动平板运输车的转向行车控制，所述控制方法是通过改变轮毂电机的转矩对车辆施加控制，六轮转向系统的车辆在转向时采用前后轮异相位转向。

2.根据权利要求1所述的电动平板运输车的转向行车控制方法，其特征在于：所述电动平板运输车的动力系统主要由行车控制器、发电机组、轮毂电机和电机控制器几个部件组成，所述电动平板运输车的动力系统以发电机组作为主要动力源，以四个轮毂电机为驱动装置，四个所述轮毂电机分别由四个电机控制器控制，四个轮毂电机独立控制，行车控制器接收钥匙、档位和踏板的人机接口信号并与发电机组和电机控制器进行CAN通讯。

3.根据权利要求1所述的电动平板运输车的转向行车控制方法，其特征在于：所述控制方法采用电子差速力矩控制与附加转向力矩分配相结合的方法，通过反馈的汽车转向内外轮的转差时，将转差值转换为对应轮的转矩差，再通过在各个车轮上施加大小不同的力来提高车辆操控的稳定性。

4.根据权利要求1所述的电动平板运输车的转向行车控制方法，其特征在于：所述六轮转向系统的电动平板运输车主要包括转向前轮、固定驱动轮、驱动后轮和转向连杆；所述固定驱动轮设置于平板运输车的中部，所述转向前轮的轮轴与所述驱动后轮的轮轴之间连接有所述转向连杆，在所述固定驱动轮和驱动后轮的轮毂上均设置有独立的轮毂电机。