CN107757357A - 一种交叉反馈电子式差速器系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交叉反馈电子式差速器电路系统包括：速度给定、速度分配器、左右轮控制器以及电机本体。速度给定作为电子差速系统的输入，经过速度分配器后送给左右轮控制器，来控制左右电机的工作状态。这种交叉反馈电子式差速器调速系统采用转速外环、电流内环的双闭环调速系统。而所谓的交叉反馈电子式差速器就是转速外环调速系统的反馈是将左电机的转速反馈给右电机调速系统，右电机的转速反馈给左电机调速系统。为了保证在汽车在冰滑、泥泞等路况时正常行驶，在系统中加入了差速锁功能。提高了汽车性能，在汽车领域具有很大的潜力。

Description

一种交叉反馈电子式差速器系统及其控制方法

技术领域

本发明属于汽车电子设备技术领域，具体涉及一种交叉反馈电子式差速器系统及其控制方法。

背景技术

在汽车转弯时，因为两侧车轮走过的路程不同，导致内侧轮由于走过的路程少而出现滑轮现象，外侧轮走过的路程过多而出现拖滑的现象。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。差速器的作用即是满足汽车转弯时两侧车轮对转速不同的要求。

尽管现在的机械式差速器经过了很长时间的发展，技术也相对来说比较成熟，常规的机械式差速器由行星轮架、行星齿轮、半轴齿轮等零件组成。汽车发动机的动力通过机械传动装置进入差速器，直接驱动行星轮架，然后由行星齿轮带动左、右两条半轴，从而带动汽车行驶。在转弯时，驱动轮会产生两个方向相反的附加力，从而导致汽车两侧驱动轮转速不同，从而反映到半轴上，迫使行星齿轮产生自转，使得外侧半轴转速快，内侧半轴转速减慢，从而实现两侧车轮的差速行驶。但是由于机械式差速锁存在着大大加重汽车质量、操纵机构复杂和操控难度大等问题。

现有的双电机驱动电子式差速器，主要由外部输入信号、控制电路、功率驱动电路、左右电机、锁止机构系统等组成。其中轮速传感器、左轮控制器、锁止机构构成了防滑控制系统。对于速度的控制一般分为两步，第一，首先通过轮速传感器采集牵引轮和非牵引轮的轮速，然后经计算判断是否打滑。第二，如果判断汽车不打滑就进行差速控制，反之，就立刻锁止左右电机。这种电子差速器以“差速不差力”为控制思路，控制器保证左右侧驱动电机输出相同的电磁转矩，并依据两个驱动轮实际所承受的负载不同，通过控制算法实现“自适应”电子差速。电子式差速器检测机构复杂，实现控制也比较麻烦。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种交叉反馈电子式差速器系统及其控制方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种交叉反馈电子式差速器系统，其特征在于：该系统包括速度分配器、差速锁、左轮控制器、右轮控制器、左侧轮速传感器、右侧轮速传感器（6）、左电机和右电机；所述速度分配器经差速锁后分两路，一路为依次连接的左轮控制器和左电机，另一路为依次连接的右轮控制器和右电机；所述左轮控制器还连接有右侧轮速传感器，所述右轮控制器连接有左侧轮速传感器。

所述速度分配器由反相放大器A1、反相放大器A2、反相放大器A3组成，所述反相放大器A1输出端分别连接反相放大器A2和反相放大器A3的输入端；所述反相放大器A2的输出端连接左轮控制器，所述反相放大器A3的输出端连接右轮控制器。

所述差速锁包括双刀双掷开关，用于切换左右电机给的反馈。

所述的一种交叉反馈电子式差速器系统的控制方法，其特征在于：包括下述步骤：

第一步：系统开始工作时，速度给定作为电子差速系统的输入；

第二步：给定的输入经过速度分配器后送给左右轮控制器；

第三步：左右轮控制器通过接收到的速度来控制左右电机的工作状态；

第四步：当汽车左转弯或右转弯时，交叉反馈电子式差速器系统工作，右电机的转速环反馈是由左电机提供的，左电机的转速反馈是右电机提供的；通过这种交叉反馈使得汽车在转弯时不断调整左右轮的速度，从而实现汽车的转弯。

第五步：当汽车陷车后差速锁工作，通过切换转速环的反馈使得左右轮控制系统相互独立，根据各自车轮状况提供不同的速度反馈使得汽车摆脱陷车。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.能够很好地实现左右驱动轮之间的差速或同速转动；

2.改变了汽车传统机械式差速方式，使汽车质量大大减轻，加入的电子式差速锁也改善了机械式差速锁操纵机构复杂的情况；

3.采用交叉反馈来实现差速功能，简化了现有电子式差速器检测环节多，控制复杂的情况，提高了汽车操纵的便捷性。

本发明提供一种交叉反馈电子式差速器系统及其控制方法在汽车领域应用具有非常大的潜力和前景。

附图说明

图1是本发明交叉反馈电子式差速器系统框图；

图2是本发明中的速度分配器结构图；

图3是一种交叉反馈电子式差速器系统原理图；

图中，1-速度分配器、2-差速锁、3-左轮控制器、4-右轮控制器、5-左侧轮速传感器、6-右侧轮速传感器、7-左电机、8-右电机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种交叉反馈电子式差速器系统，该系统包括速度分配器1、差速锁2、左轮控制器3、右轮控制器4、左侧轮速传感器5、右侧轮速传感器6、左电机7和右电机8；所述速度分配器1经差速锁2后分两路，一路为依次连接的左轮控制器3和左电机7，一路为依次连接的右轮控制器4和右电机8；所述左轮控制器3还连接有右侧轮速传感器6，所述右轮控制器4连接有左侧轮速传感器5。

所述速度分配器1由反相放大器A1、反相放大器A2、反相放大器A3组成，所述反相放大器A1输出端分别连接反相放大器A2和反相放大器A3的输入端；所述反相放大器A2的输出端连接左轮控制器3，所述反相放大器A3的输出端连接右轮控制器4。

所述差速锁包括双刀双掷开关，用于切换左右电机给的反馈。所述差速锁包括双刀双掷开关，用于切换左右电机给的反馈。正常运行时是交叉反馈，即右电机的转速环反馈是由左电机提供的，左电机的转速反馈是右电机提供的。

所述的一种交叉反馈电子式差速器系统的控制方法，其特征在于：包括下述步骤：

第一步：系统开始工作时，速度给定作为电子差速系统的输入；

第二步：给定的输入经过速度分配器后送给左右轮控制器；

第三步：左右轮控制器通过接收到的速度来控制左右电机的工作状态；

第四步：当汽车左转弯或右转弯时，交叉反馈电子式差速器系统工作，右电机的转速环反馈是由左电机提供的，左电机的转速反馈是右电机提供的；通过这种交叉反馈使得汽车在转弯时不断调整左右轮的速度，从而实现汽车的转弯。

第五步：当汽车陷车后差速锁工作，通过切换转速环的反馈使得左右轮控制系统相互独立，根据各自车轮状况提供不同的速度反馈使得汽车摆脱陷车。

本发明提出了一种交叉反馈电子式差速器系统及其控制方法是速度给定作为电子差速系统的输入。经过速度分配器后送给左右轮控制器，来控制左右电机的工作状态。交叉反馈电子式差速器的转速外环调速系统的反馈是将左电机的反馈转速给右电机调速系统，与原来的右电机给定转速结合来实现对右电机转速的控制，右电机的反馈转速给左电机调速系统，与原来的左电机给定转速结合，从而实现对左电机的控制，通过这种交叉反馈实现差速器的差速功能。差速锁功能的实现是由双刀双掷开关来切换，省去了控制电路，简化了现有的电子差速器控制环节较多的情况，在汽车电子设备技术领域有着重要的意义。

如图1，交叉反馈电子式差速系统主要包括：速度给定、速度分配器、左右轮控制器以及电机本体。

如图3中的电流环和转速环的调节器均采用带限幅作用的PI调节器，在汽车正常行驶时和转弯时双刀双掷开关打到a和c构成交叉反馈系统。当汽车正常直线行驶时，调节器处于饱和状态，输出达到限幅值，输入量的变换不再影响输出，这时候左右电机控制系统可以认为是开环系统。给定速度经过速度分配器后为左右电机提供相应的给定转速，维持汽车正常行驶，直到汽车的运行状态发生变化，调节器才退出饱和。

当汽车左转弯时，给定速度经过速度分配器后，送给左右轮控制器。由于汽车左转弯，右侧轮走过的路程比左侧轮的长，要保证左转弯顺利完成，左侧轮的速度要小于右轮的速度。即由于左转弯，左轮的摩擦阻力大于右轮，右轮的动力就大于左轮。此时右电机的转速升高，左电机的转速下降。左电机的转速环反馈是由右电机提供的，右电机的转速升高反馈给左电机控制系统的转速会增大，因次左电机的转速会下降，右电机的转速环反馈是由左电机提供的，左电机的转速降低反馈给右电机控制系统的转速会减小，因此右电机的转速会升高，从而实现在左转弯时左右轮的差速。

当汽车右转弯时，给定速度经过速度分配器后，送给左右轮控制器。由于汽车右转弯，左侧轮走过的路程比右侧轮的长，要保证右转弯顺利完成，右侧轮的速度要小于左轮的速度。即。由于右转弯，右轮的摩擦阻力大于左轮。此时左电机的转速升高，右电机的转速下降。右电机的转速环反馈是由左电机提供的，左电机的转速升高反馈给右电机控制系统的转速会增大，因此右电机的转速会下降，左电机的转速环反馈是由右电机提供的，右电机的转速下降反馈给左电机控制系统的转速会减小，因此左电机的转速会升高，从而实现在右转弯时左右轮的差速。

当汽车行驶在冰滑、泥泞等路况时，差速器就会起反作用使得摩擦阻力大的驱动轮慢转或者停转，而摩擦阻力小的驱动轮则高速旋转。于是汽车的驱动力就会将大部分或者全部扭矩传递给摩擦阻力小的一侧车轮，造成汽车无法正常通过。此时差速锁工作，双刀刀双掷开关打到b和d。交叉反馈被破坏，左右电机控制系统成了独立的系统，两者互不影响，左右电机按实际情况的需要调整左右车轮速度，从冰滑、泥泞的路况中行驶出来。

在左右轮控制系统中，两者不可能完全一致，因此提出了不平衡检测和补偿来完善左右轮控制系统，电流检测由电流检测器来实现，转速的检测由测速装置完成，本发明中选用M/T法测速，满足高低速不同的情况。本发明中的补偿是在反馈环节中加入电位器，通过调节电位器中电刷的位置实现。在加入电流检测和转速检测后会使差速器的性能得到很好的提升。

为了保护差速器的安全，在系统中加入了保护电路，具体是将电流检测器的数值和预定设定值相比较，当检测器所检测的电流值超过设定值时，电流保护电路就会自动封锁PWM信号，关断开关管，保护电机。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种交叉反馈电子式差速器系统，其特征在于：该系统包括速度分配器（1）、差速锁（2）、左轮控制器（3）、右轮控制器（4）、左侧轮速传感器（5）、右侧轮速传感器（6）、左电机（7）和右电机（8）；所述速度分配器（1）经差速锁（2）后分两路，一路为依次连接的左轮控制器（3）和左电机（7），另一路为依次连接的右轮控制器（4）和右电机（8）；所述左轮控制器（3）还连接有右侧轮速传感器（6），所述右轮控制器（4）连接有左侧轮速传感器（5）。

2.根据权利要求1所述的一种交叉反馈电子式差速器系统，其特征在于：所述速度分配器（1）由反相放大器A1、反相放大器A2、反相放大器A3组成，所述反相放大器A1输出端分别连接反相放大器A2和反相放大器A3的输入端；所述反相放大器A2的输出端连接左轮控制器（3），所述反相放大器A3的输出端连接右轮控制器（4）。

3.根据权利要求1或2所述的一种交叉反馈电子式差速器系统，其特征在于：所述差速锁包括双刀双掷开关，用于切换左右电机给的反馈。

4.根据权利要求1所述的一种交叉反馈电子式差速器系统的控制方法，其特征在于：包括下述步骤：

第一步：系统开始工作时，速度给定作为电子差速系统的输入；

第二步：给定的输入经过速度分配器后送给左右轮控制器；

第三步：左右轮控制器通过接收到的速度来控制左右电机的工作状态；

第四步：当汽车左转弯或右转弯时，交叉反馈电子式差速器系统工作，右电机的转速环反馈是由左电机提供的，左电机的转速反馈是右电机提供的；通过这种交叉反馈使得汽车在转弯时不断调整左右轮的速度，从而实现汽车的转弯；

第五步：当汽车陷车后差速锁工作，通过切换转速环的反馈使得左右轮控制系统相互独立，根据各自车轮状况提供不同的速度反馈使得汽车摆脱陷车。