CN108068660B - 一种偏置转向轴电磁摩擦锁控制方法及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种偏置转向轴电磁摩擦锁控制方法及控制系统，属于车辆工程领域。为了解决基于偏置转向轴的柔性底盘的驱动与转向协同运动问题，本发明公开了一种通过改变PWM控制系统输出矩形脉冲的频率、占空比及电压，改变偏置转向轴的电磁摩擦锁的快速吸合与释放。矩形脉冲的频率与占空比随转向信号大小变化，从而控制电磁摩擦锁释放所需时间间隔，使转向臂转动；矩形脉冲电压幅值随油门驱动信号变化，从而控制电磁摩擦锁锁紧时刻的锁紧力，以匹配与轮毂电机驱动力矩相适应的电磁摩擦锁锁紧力矩，从而保证轮毂电机对车架的驱动力。本发明具有控制灵活，系统性能可靠，能够同时进行驱动与转向。

Description

一种偏置转向轴电磁摩擦锁控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及一种电动车辆底盘，属于电动车辆控制领域，具体来说，涉及一种电动车辆底盘转向控制方法及系统。
背景技术
随着世界能源的减少和人们对车辆灵活性的要求，四轮独立驱动独立转向电动车逐渐出现。现有四轮独立驱动独立转向电动车都是利用机械结构助力转向或控制转向电机进行转向，结构相对复杂，成本较高，同时现有电动车辆的车轮平面回转中心与电动转向轴中心重合，在一定程度上限制了车辆灵活性程度。
专利200710017644.1公开了一种车辆辅助转向装置，包括车轮驱动电机、控制器、锁紧机构、铅垂轴、电瓶、车轮和底盘，亦采用控制器对锁紧机构进行锁紧控制的方法来控制转向轴的转动。但专利200710017644.1的锁紧机构的结构相对复杂，使车辆灵活性与功能的全面发挥受限，只可应用在车辆处于停止状态时的姿态变动，对于车辆常规行驶中的运动控制难于应用。
专利200910021065.3公开了一种电动车辆底盘，将专利200710017644.1中由控制器控制的锁紧机构，改进为两个电磁摩擦锁机构，包括制动摩擦锁与驱动转向摩擦锁。行驶中给驱动转向摩擦锁转向绕组与驱动绕组输入转向信号与驱动信号，给制动摩擦锁输入制动信号，解决了常规行驶状态时车轮绕转向轴转动的问题。但是仍然存在结构复杂问题，而且没有解决驱动转向摩擦锁和制动摩擦协同控制问题。
专利201210021132.3公开了一种电动车辆转向控制装置，包括偏置轴驱动轮、小齿轮、大齿轮、转向可变电阻、偏置轴转角可变电阻、转向驱动步进电机、转向控制器等，利用方向盘驱动转向控制器，转向控制器驱动转向步进电机和转向可变电阻，使转向电桥输出电压信号，驱动车轮驱动控制器使车轮加速，使偏置轴转过一定角度，通过偏置轴大齿轮带动可变电阻转动，使转向电桥恢复平衡。专利201210021132.3解决了转向角度跟踪控制问题，但仍然存在转向机构驱动车架时不便转向的问题。
综上所述，为解决电动车底盘驱动与转向矛盾的问题，本发明公开了一种电动车辆底盘转向控制方法及系统，以实现转向机构脉冲式驱动车架的同时仍能转向。
发明内容
本发明针对现有电动车底盘偏置转向轴机构转向与驱动矛盾的问题，通过增加控制模块，产生矩形脉冲电压驱动电磁摩擦锁吸合与释放，解决了现有电动车底盘驱动与转向协同控制的问题。实现上述发明技术方案的电动车底盘驱动与转向协同控制方法及系统具体发明内容为：
一种偏置转向轴电磁摩擦锁控制方法及控制系统，包括转向传感器、油门传感器、变送器、中央控制器、DC-DC降压电源模块、电压控制器、PWM触发开关模块、驱动控制器、电瓶、轮毂电机（1）、偏置臂（2）、电磁摩擦锁（3）和车架（4），其特征是：给电磁摩擦锁输入与转向信号和驱动信号分别相关的同一PWM矩形脉冲；所述PWM矩形脉冲的高电平电压高低与轮毂电机驱动信号电流大小相关，使电磁摩擦锁吸合时的锁紧力矩与轮毂电机对车架的驱动力矩匹配；所述PWM矩形脉冲的频率和占空比与转向信号大小相关，使电磁摩擦锁释放所需的时间间隔随转向信号的大小相匹配；
所述PWM矩形脉冲频率范围为4~24Hz，占空比范围为40%~70%；高电平电压范围为12~24V；
所述PWM矩形脉冲频率与占空比的关系为
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAA
和
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAA
分别为PWM矩形脉冲占空比、频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAA
为初始占空比，
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAA
为初始频率；占空比与转向角度信号的关系为
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAA
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE014AAAA
为偏置轴转角
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAAA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAA
转角换算系数；所的PWM矩形脉冲高电平电压U与驱动信号关系为：
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE022AAAA
为驱动信号值，
Figure DEST_PATH_IMAGE024AAAA
为初始电压，P为电压换算系数；
所述油门传感器的信号同时输入中央控制器与变送器；变送器将油门传感器的信号放大，输入电压控制器控制来自DC-DC降压电源模块的直流电压，并将该直流电压输入PWM触发开关模块，使PWM触发开关模块输出的矩形脉冲电压的高电平随油门传感器信号的大小变化；
所述转向传感器的信号输入中央控制器，中央控制器根据转向传感器信号的大小产生频率和占空比变化的PWM矩形脉冲，输入到PWM触发开关模块，使PWM触发开关模块输出占空比和频率随转向信号大小变化的矩形脉冲；
所述PWM矩形脉冲高电平随油门传感器信号变化、占空比和频率随转向信号变化的矩形脉冲输入电磁摩擦锁（3），使轮毂电机（1）通过偏置臂（2）对车架（4）实现脉冲式驱动与转向。
本发明所具有的有益效果是：
1.控制系统产生的矩形脉冲电压驱动电磁摩擦锁定片和动片的吸合与释放，电磁摩擦锁释放时则轮毂电机驱动轮发生转向，电磁摩擦锁吸合时轮毂电机驱动轮则驱动车架前进，使得现有电动车底盘转向机构在转向时亦能驱动车架；
2. 能够方便的实现偏置轴电动轮驱动车辆驱动与转向的协同控制。
附图说明
图1是电动车底盘一个驱动轮的驱动与转向协同控制系统示意图；
1—轮毂电机；2—偏置臂；3—电磁摩擦锁；4—车架。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明电动车辆底盘驱动与转向协同控制方法及系统的具体实施过程。
如图1是电动车底盘一个驱动轮的驱动与转向协同控制系统示意图，包括原有电动车辆底盘电磁摩擦锁、轮毂电机驱动轮以及电瓶的基础上增加的转向传感器、油门传感器、电压变送器、中央控制器、DC-DC降压电源模块、电压控制器和PWM触发开关模块；驾驶员操控方向盘转向时，中央控制器接收转向传感器转向信号，通过关系为
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAA
的内部程序计算出PWM的占空比
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAA
并发出PWM矩形脉冲；中央控制器发出PWM矩形脉冲控制PWM触发开关模块产生矩形脉冲电压，矩形脉冲高电平电压使电磁摩擦锁定片与动片吸合，矩形脉冲低电平电压使电磁摩擦锁定片与动片释放；由于电磁摩擦定片与轮毂电机驱动轮悬架固连为一体，动片与电动车底盘车架固连为一体，电磁摩擦锁释放时则轮毂电机驱动轮发生转向，电磁摩擦锁吸合时轮毂电机驱动轮则驱动车架前进。
当需要增加电磁摩擦锁吸合时的锁紧力时，则可增大油门信号，油门信号增大，比例放大板的放大倍数增大，使得矩形脉冲电压幅值升高，电磁摩擦锁吸合时的锁紧力便增大。
综上所述，采用矩形脉冲电压驱动电磁摩擦锁的方式，使得电动车底盘在前进过程中能够进行转向，实现运动中转向，而矩形脉冲电压的占空比和幅值分别由转向信号和油门信号控制。
以上所述内容仅是本发明的具体实施例，并不是对本发明的限制，凡是使用本发明的思想上做等同变换或者润饰，均应该包括在本发明的保护内容之内。

Claims (4)

1.一种偏置转向轴电磁摩擦锁控制方法，适用于偏置转向轴电磁摩擦锁控制系统，所述系统包括转向传感器、油门传感器、变送器、中央控制器、DC-DC降压电源模块、电压控制器、PWM触发开关模块、驱动控制器、电瓶、轮毂电机（1）、偏置臂（2）、电磁摩擦锁（3）和车架（4），所述油门传感器信号同时输入中央控制器与变送器；变送器将油门传感器的信号放大，输入电压控制器控制来自DC-DC降压电源模块的直流电压，并将该直流电压输入PWM触发开关模块，使PWM触发开关模块输出的矩形脉冲电压的高电平随油门传感器信号的大小变化；所述的转向传感器信号输入中央控制器，中央控制器根据转向传感器信号的大小产生频率和占空比变化的PWM信号，输入到PWM触发开关模块，使PWM触发开关模块输出占空比和频率随转向信号大小变化的矩形脉冲；将所述的高电平随油门传感器信号变化、占空比和频率随转向信号变化的矩形脉冲输入电磁摩擦锁（3），使轮毂电机（1）通过偏置臂（2）对车架（4）实现脉冲式驱动与转向；给电磁摩擦锁输入与转向信号和驱动信号分别相关的同一PWM矩形脉冲；所述PWM矩形脉冲的高电平电压高低与轮毂电机驱动电流大小相关，使电磁摩擦锁吸合时的锁紧力矩与轮毂电机对车架的驱动力矩匹配；所述PWM矩形脉冲的频率和占空比与转向信号大小相关，使电磁摩擦锁释放所需的时间间隔与转向信号的大小相匹配。
2.如权利要求1所述的偏置转向轴电磁摩擦锁控制方法，其特征是：所述PWM矩形脉冲的频率范围为4~24Hz，占空比范围为40%~70%，高电平电压范围为12~24V。
3.如权利要求1所述的偏置转向轴电磁摩擦锁控制方法，其特征是：所述PWM矩形脉冲的频率与占空比的关系为
Figure 905483DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 947258DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 851629DEST_PATH_IMAGE006
分别为PWM矩形脉冲的占空比和频率，
Figure 371472DEST_PATH_IMAGE008
为初始占空比，
Figure 310478DEST_PATH_IMAGE010
为初始频率；占空比D与偏置臂（2）转角的关系为
Figure 275152DEST_PATH_IMAGE012
，其中
Figure 666819DEST_PATH_IMAGE014
为偏置臂（2）转角、
Figure 990353DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 783866DEST_PATH_IMAGE018
为转角换算系数；所述的PWM矩形脉冲的高电平电压U与驱动电流关系为：
Figure 901863DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 780826DEST_PATH_IMAGE022
为轮毂电机（1）驱动电流值，
Figure 642472DEST_PATH_IMAGE024
为PWM矩形脉冲的初始高电平电压，P为换算系数。
4.一种采用如权利要求1所述的偏置转向轴电磁摩擦锁控制方法的偏置转向轴电磁摩擦锁控制系统，其特征在于：包括转向传感器、油门传感器、变送器、中央控制器、DC-DC降压电源模块、电压控制器、PWM触发开关模块、驱动控制器、电瓶、轮毂电机（1）、偏置臂（2）、电磁摩擦锁（3）和车架（4），其特征是：所述油门传感器信号同时输入中央控制器与变送器；变送器将油门传感器的信号放大，输入电压控制器控制来自DC-DC降压电源模块的直流电压，并将该直流电压输入PWM触发开关模块，使PWM触发开关模块输出的矩形脉冲电压的高电平随油门传感器信号的大小变化；
所述的转向传感器信号输入中央控制器，中央控制器根据转向传感器信号的大小产生频率和占空比变化的PWM信号，输入到PWM触发开关模块，使PWM触发开关模块输出占空比和频率随转向信号大小变化的矩形脉冲；
将所述的高电平随油门传感器信号变化、占空比和频率随转向信号变化的矩形脉冲输入电磁摩擦锁（3），使轮毂电机（1）通过偏置臂（2）对车架（4）实现脉冲式驱动与转向。
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