CN108528274B - 一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法 - Google Patents

一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108528274B
CN108528274B CN201810433263.XA CN201810433263A CN108528274B CN 108528274 B CN108528274 B CN 108528274B CN 201810433263 A CN201810433263 A CN 201810433263A CN 108528274 B CN108528274 B CN 108528274B
Authority
CN
China
Prior art keywords
automobile
speed
differential
wheel
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810433263.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108528274A (zh
Inventor
雷妍
贾连印
左渝灏
胡俊涛
沈兵林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN201810433263.XA priority Critical patent/CN108528274B/zh
Publication of CN108528274A publication Critical patent/CN108528274A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108528274B publication Critical patent/CN108528274B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2036—Electric differentials, e.g. for supporting steering vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B60L2240/12—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B60L2240/14—Acceleration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/46—Drive Train control parameters related to wheels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arrangement And Mounting Of Devices That Control Transmission Of Motive Force (AREA)
  • Retarders (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法，属于电动汽车应用技术领域。当汽车转向或者进入曲线运动时，通过加速度传感器获取汽车向心加速度；通过汽车自身系统，采集转向角速度，结合汽车行驶速度，得到曲线行走路径的曲率半径；通过压力传感器，获取汽车四个车轮所承受压力，判断汽车重量分布；利用收集到的数据计算相关向心力和汽车最大静摩擦力，通过基本差速理论公式计算所得各个车轮车速对应的向心力，将其与汽车最大静摩擦力对比；若前者大于后者即可采取差速理论公式所得计算结果；反之，则采取减速至安全车速范围得行驶方案。

Description

一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法
技术领域
本发明涉及一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法，属于电动汽车应用技术领域。
背景技术
气候变化、能源和环境问题是人类社会共同面对的长期问题。目前电动汽车为汽车领域发展的风向标，它是降低交通领域温室气体排放，解决全球气候变化重要手段。而在汽车构架中，最重要的一个部分是差速器，通常由行星齿轮、行星轮架(差速器壳)、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器，直接驱动行星轮架，再由行星轮带动左、右两条半轴，分别驱动左、右车轮。当汽车直行时，左、右车轮与行星轮架三者的转速相等处于平衡状态，而在汽车转弯时三者平衡状态被破坏，导致内侧轮转速减小，外侧轮转速增加。其机械机构相对复杂，维修复杂；同时在转弯时无法提供安全转弯方案，侧倾事件常有发生。
随着汽车相关技术的发展与我国人民生活水平的提高，越来越多的人开始关注汽车的安全性问题以及汽车行驶的体验。从现在的汽车行驶路径方面思考，主要存在的驾驶问题以及行驶体验问题就是转弯过程中的侧倾问题，以及汽车的减速影响驾驶体验问题。于是越来越多的相关系统以及设计方法开始解决这个相关的问题。目前相关设计方案非常多，相关设备要求较高，实际操作难度较复杂，实际实施操作与理论计算差距较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法，用以解决上述问题。
本发明的技术方案是：一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法，当汽车转向或者进入曲线运动时，通过加速度传感器获取汽车向心加速度；通过汽车自身系统，采集转向角速度，结合汽车行驶速度，得到曲线行走路径的曲率半径；通过压力传感器，获取汽车四个车轮所承受压力，判断汽车重量分布；利用收集到的数据计算相关向心力和汽车最大静摩擦力，通过基本差速理论公式计算所得各个车轮车速对应的向心力，将其与汽车最大静摩擦力对比；若前者大于后者即可采取差速理论公式所得计算结果；反之，则采取减速至安全车速范围得行驶方案。
具体步骤为：
(1)首先在电脑端输入最初始汽车行驶基本数据，其中，摩擦系数μ＝0.6；安全系数s＝1.5；重力加速度g＝9.8N/kg；
(2)(2)当汽车转向或者进入曲线运动时，获取汽车前后两个加速度传感器的向心加速度信息ai(i＝1,2)；如果ai>0，则表示汽车右转，如果ai<0，则表示汽车左转，高频率刷新数据，并输入树莓派，参与向心力计算部分；
获取重力传感器记录汽车重量分布，并且高频率刷新数据，将各个部位的重量即mij(i＝1,2；j＝1,2)输入树莓派，参与向心力与最大静摩擦力的计算部分；
读取汽车自带系统中的汽车转向转角角速度w，其中w>0，代表汽车右转，反之w<0则代表汽车左转；
读取汽车行驶速度vij(i＝1,2；j＝1,2)，由此计算出汽车每个车轮对应曲线运动的理论实时曲率Ri(i＝1,2)；
(3)通过几何关系得到曲率Ri；
da＝da’；
da/dt＝da’/dt；
w＝(2π/360)*da/dt
dSij＝vij*dt；(i＝1,2；j＝1,2)
2π*Ri*|da|/360＝dSij＝vij*dt；(i＝1,2；j＝1,2)
式中：da表示汽车转角，如果da>0，代表汽车右转，反之da<0则代表汽车左转，与向心加速度ai对应，da’表示圆弧对应的圆心角为，dSij为单位时间内车轮行进路程；在该行程路径上，对应一个曲率Ri，通过上述式子可得曲率Ri为：
Ri＝vij/|w|；(i＝1,2；j＝1,2)
(4)需要计算出左右轮的差速，具体计算步骤如下：
da*(Ri+d)*(2π/360)-da*Ri*(2π/360)＝ds
da/dt*(Ri+d)*(2π/360)–da/dt*Ri*(2π/360)＝ds/dt
|w|*d＝Δv＝vi1’-vi2(i＝1,2)
式中，已知转角角度da，左右车轮间距d，转角角速度为w，初始速度vij(i＝1,2；j＝1,2)，其中ds为左右轮移动距离之差，上一步计算步骤中已计算出Ri,，其中根据w的取值分为两种情况：
A、当w>0时，取vij(j＝2)为速度基准保持不变，即取基准速度为右轮速度vi2，并保持不变v’i2＝vi2，(i＝1,2)，可得左轮速度该调整为v’i1(i＝1,2)，即可得到差速方案1为：v’i2＝vi2；vi1’＝|w|*d+vi2；(i＝1,2)；
B、当w<0时，取vij(i＝1)为速度基准，即取基准速度为右轮速度vi1，保持不变v’i1＝vi1(i＝1,2),可得左轮速度该调整为v’i2(i＝1,2)，即可得到差速方案2为：v’i1＝vi1；vi2’＝|w|*d+vi1(i＝1,2)；
(5)通过下式计算出汽车当下行驶时的静摩擦力和汽车的最大静摩擦力：
Figure GDA0002927527770000021
Ffmaxij＝mij*g*μ(i＝1,2；j＝1,2)
其中，已知向心加速度ai，汽车重量分配mij，汽车实时行驶速度v’ij，摩擦系数μ＝0.6，重力加速度g＝9.8N/kg，可得静摩檫力Ffij和最大静摩擦力Ffmaxij；
(6)如果(5)中计算得到Ffij>Ffmaxij(i＝1,2；j＝1,2)，代表汽车处于不安全状态，则需要将所有车轮速度降至计算安全速度范围vsij，对应的安全速度范围为：
vsij＝(g*μ/s*vij/|w|)^(1/2)＝(g*μ*Ri/s)^(1/2)(i＝1,2；j＝1,2)
其中，摩擦系数μ＝0.6，重力加速度g＝9.8N/kg，安全系数s＝1.5，vij为每个车轮的初始速，w为转角角速度，Ri为曲率；
以vsij为差速方案输入的初始速度进行差速处理，得到差速后可安全行驶的速度，其中：
A、当w>0时，同(4)中原理可知，取v’ij(i＝1)为速度基准，即取基准速度为右轮速度vi1，并保持不变，通过以下式子得到差速方案3：
v’i1＝vsi1
|w|*d＝Δv＝v’i1-vsi2(i＝1,2)
v’i2＝vsi1-|w|*d；(i＝1,2)
其中，已知左右车轮间距d，转角角速度为w，初始速度vs’ij(i＝1,2；j＝1,2)；代入上式可得差速方案3：v’i1，v’i2；
B、当w<0时，取v’ij(j＝2)为速度基准保持不变，即取基准速度为右轮速度vi2，并保持不变，通过以下式子得到差速方案4：
v’i2＝vsi2；(i＝1,2)
|w|*d＝Δv＝v’i1-vi2(i＝1,2)
v’i1＝vsi2-|w|*d；(i＝1,2)
其中已知左右车轮间距d，转角角速度为w，初始速度vs’ij(i＝1,2；j＝1,2)；代入上式可得差速方案4：v’i1，v’i2；
(7)上述过程为所有情况的基本计算步骤，具体情况要通过比较Ffmaxij与Ffij大小，选择合理的速度控制方案，具体选择情况如下：
如果Ffij<Ffmaxij(i＝1,2；j＝1,2)，且w>0，选择(4)中的差速方案1；
如果Ffij<Ffmaxij(i＝1,2；j＝1,2)，且w<0，选择(4)中的差速方案2；
差速方案1和2的选择，是经过计算后确认此时车速为安全车速，进而直接采取(4)中计算的所得的差速方案；这两种差速方案实现了差速的同时，有效监控汽车实时运行状态，保证驾驶安全。
如果Ffij>Ffmaxij(i＝1,2；j＝1,2)，且w>0，选择(6)中的差速方案3；
如果Ffij>Ffmaxij(i＝1,2；j＝1,2)，且w<0，选择(6)中的差速方案4；
速方案3和4的选择，是由于汽车在该段转弯或者曲线运动过程中车速过高，已经处于非安全状态。为了保证汽车能够安全转弯或进行曲线运动，采取减速到安全速度vs的车速的同时，实现差速，同时保证汽车行驶安全。
本发明的有益效果是：
1、摆脱传统差速器复杂机械机构的束缚。降低汽车本身架构的复杂度，降低汽车差速模块计算的复杂度，降低构造成本，降低维修复杂度与维修成本。
2、相比传统差速器，可以提供更加精确的差速方案。更加灵敏的了解实时驾驶情况。同时在防止汽车在转弯中非合理的驾驶方式提供合理的解决方案，并且能够保证汽车安全地行驶。
3、拓展可能性大。在修改摩擦系数μ，安全系数s时，可以适应各种不同地形。比如在雪地结冰时，可以修改摩擦系数为冰面与轮胎的摩擦系数，合理控制车速，防止意外漂移，保证行驶安全。
附图说明
图1是本发明步骤流程图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，(1)电脑端输入最初始汽车行驶基本数据：摩擦系数μ＝0.6；安全系数s＝1.5；重力加速度g＝9.8N/Kg；
(2)汽车开始发生转向运动，或者曲线运动时，汽车前后两个加速度传感器获取向心加速度信息，即ai(i＝1,2)。其中如果ai<0，代表汽车左转，反之ai>0代表汽车右转，并输入树莓派，高频率刷新数据取f＝20Hz，即每秒进行20次读取计算，并输入树莓派，参与计算部分。取其中一个频次来举例说明，获取a1＝+5m/s2,a2＝+5m/s2。
重力传感器记录汽车重量分布，并且高频率刷新数据，将各个部位的重量即mij(i＝1,2；j＝1,2)输入树莓派，取其中一个频次来举例说明，获取m11＝350kg,m12＝300kg,m21＝300kg,m22＝300kg参与计算部分。
读取汽车自带系统中的汽车转向转角角速度w，此处以w＝1/2为例说明，和汽车行驶速度vij(i＝1,2；j＝1,2)，此处以v11＝v12＝v21＝v22＝72km/h＝20m/s为例说明。由此计算出汽车车轮曲线运动的理论实时曲率Ri(i＝1,2)。计算如下，附图见说明书附图。[0063]
(3)在dt很短的时间内，汽车转角da(如图中标记的da)，由于向心加速度ai>0,因此w>0，即代表汽车右转，通过几何关系很容易得到:
w＝(2π/360)*da/dt；
另外在单位时间内车轮行进路程为dSij＝vij*dt；(i＝1,2；j＝1,2)
在该行程路径上，对应一个曲率Ri，有以下关系
2π*Ri*|da|/360＝dSij＝vij*dt；(i＝1,2；j＝1,2)
因此可知Ri＝vij/|w|；(i＝1,2；j＝1,2)
R1＝R2＝(20m/s)/(0.5rad/s)＝40m
(4)由于向心加速度ai>0，因此w>0，即代表汽车右转，通过几何关系很容易到da＝da’；当w>0时，取vij(j＝2)为速度基准保持不变
即取基准速度为右轮速度vi2，并保持不变v’i2＝vi2＝20m/s；
已知左右车轮间距d＝2m，转角角速度为w＝1/2，初始速度vij＝20m/s(i＝1,2；j＝1,2)；
可得左轮速度该调整为v’i1；(i＝1,2)具体计算如下：
其中ds为左右轮移动距离之差
da*(Ri+d)*(2π/360)-da*Ri*(2π/360)＝ds
da/dt*(Ri+d)*(2π/360)–da/dt*Ri*(2π/360)＝ds/dt
|w|*d＝Δv＝vi1’-vi2(i＝1,2)
即可得到差速方案1为v’i2＝vi2；vi1’＝|w|*d+vi2；(i＝1,2)
代入数据可得差速方案为v11＝21m/s，v12＝20m/s，v21＝21/s，v22＝20m/s
(5)结合已知数据：向心加速度ai，汽车重量分配mij，汽车实时行驶速度v’ij,
通过树莓派，做出一下计算，用于获取向心力，即静摩擦力：
Ffij＝mijv’ij2/Ri＝m*ai；
代入数据后可得Ff11＝1750N；Ff12＝1500N；Ff21＝1500N；Ff22＝1500N.
(6)也同时可以获得每个车轮能够接受的最大静摩擦力：
Ffmaxij＝mij*g*μ；(i＝1,2；j＝1,2)
代入数据可得Ffmax11＝2100N；Ffmax11＝1800N；Ffmax11＝1800N；Ffmax11＝1800N.
Ffij<Ffmaxij，汽车处于安全转弯状态，无需减速
(7)最后，通过比较Ffmaxij与Ffij大小，选择合理的速度控制方案。
由于Ffij<Ffmaxij,且w>0,因此选择(4)中的差速方案1
即调整速度为：v11＝75.6km/s，v12＝72km/h，v21＝75.6km/h，v22＝72km/h
实施例2：汽车在冰面马路上做出转弯，或曲线运动。
(1)电脑端输入最初始汽车行驶基本数据：摩擦系数μ＝0.2；安全系数s＝1.5；重力加速度g＝9.8N/Kg；
(2)汽车开始发生转向运动，或者曲线运动时，汽车前后两个加速度传感器获取向心加速度信息，即ai(i＝1,2)。其中如果ai<0，代表汽车左转，反之ai>0代表汽车右转，并输入树莓派，高频率刷新数据取f＝20Hz，即每秒进行20次读取计算，并输入树莓派，参与计算部分。取其中一个频次来举例说明，获取a1＝+5m/s2,a2＝+5m/s2。
重力传感器记录汽车重量分布，并且高频率刷新数据，将各个部位的重量即mij(i＝1,2；j＝1,2)输入树莓派，取其中一个频次来举例说明，获取m11＝350kg,m12＝300kg,m21＝300kg,m22＝300kg参与计算部分。
读取汽车自带系统中的汽车转向转角角速度w，此处以w＝1/2为例说明，和汽车行驶速度vij(i＝1,2；j＝1,2)，此处以v11＝v12＝v21＝v22＝72km/h＝20m/s为例说明。由此计算出汽车车轮曲线运动的理论实时曲率Ri(i＝1,2)。计算如下，附图见说明书附图。[0097]
(3)在dt很短的时间内，汽车转角da(如图中标记的da)，由于向心加速度ai>0,因此w>0，即代表汽车右转，通过几何关系很容易得到:
w＝(2π/360)*da/dt；
另外在单位时间内车轮行进路程为dSij＝vij*dt；(i＝1,2；j＝1,2)
在该行程路径上，对应一个曲率Ri，有以下关系
2π*Ri*|da|/360＝dSij＝vij*dt；(i＝1,2；j＝1,2)
因此可知Ri＝vij/|w|；(i＝1,2；j＝1,2)
R1＝R2＝(20m/s)/(0.5rad/s)＝40m
(4)由于向心加速度ai>0,因此w>0，即代表汽车右转，通过几何关系很容易到da＝da’；当w>0时，取vij(j＝2)为速度基准保持不变
即取基准速度为右轮速度vi2，并保持不变v’i2＝vi2＝20m/s；
已知左右车轮间距d＝2m，转角角速度为w＝1/2，初始速度vij＝20m/s(i＝1,2；j＝1,2)；
可得左轮速度该调整为v’i1；(i＝1,2)具体计算如下：
其中ds为左右轮移动距离之差
da*(Ri+d)*(2π/360)-da*Ri*(2π/360)＝ds
da/dt*(Ri+d)*(2π/360)–da/dt*Ri*(2π/360)＝ds/dt
|w|*d＝Δv＝vi1’-vi2(i＝1,2)
即可得到差速方案1为v’i2＝vi2；vi1’＝|w|*d+vi2；(i＝1,2)
代入数据可得差速方案为v’11＝21m/s，v’12＝20m/s，v21＝21m/s，v22＝20m/s
(5)结合已知数据：向心加速度ai，汽车重量分配mij，汽车实时行驶速度v’ij,
通过树莓派，做出一下计算，用于获取向心力，即静摩擦力：
Ffij＝mijv’ij2/Ri＝m*ai；
代入数据后可得Ff11＝1750N；Ff12＝1500N；Ff21＝1500N；Ff22＝1500N.
同时可以获得每个车轮能够接受的最大静摩擦力：
Ffmaxij＝mij*g*μ；(i＝1,2；j＝1,2)
代入数据可得Ffmax11＝700N；Ffmax11＝600N；Ffmax11＝600N；Ffmax11＝600N.
(6)对应的安全速度范围为vsij＝(g*μ*Ri/s)^(1/2)＝(s*g*μ*uij/w)^(1/2)
已知s＝1.5,g＝9.8N/kg,μ＝0.2,Ri＝40m；
因此可得vs11＝vs12＝vs21＝vs22＝7.3m/s＝26km/h.
由于w>0,同(4)中原理可知，取vsi1(i＝1)为速度基准：
即取基准速度为右轮速度vsi1，并保持不变v’i1＝vsi1(i＝1,2)；
因此可得v’11＝vs11＝7.3m/s；v’12＝vs12＝7.3m/s＝26km/h.
已知左右车轮间距d＝2m，转角角速度为w＝1/2，初始速度uij＝7.3m/s,
(i＝1,2；j＝1,2)；
可得左轮速度该调整为u’i2；(i＝1,2)具体计算同上理可得：
|w|*d＝Δv＝v’i1-vsi2(i＝1,2)
可得到差速方案3为v’i1＝vsi1；v’i2＝vsi1-|w|*d；(i＝1,2)
代入数据可得v’11＝7.3m/s,v’12＝6.3m/s,v’21＝7.3m/s,v’22＝6.3m/s
(7)最后，通过比较Ffmaxij与Ffij大小，选择合理的速度控制方案。
如果Ffij<Ffmaxij,且选择w>0,因此选择(6)中的差速方案3
即调整速度为：v’11＝26.28km/h,v’12＝22.68km/h,v’21＝26.28km/h,v’22＝22.68km/h.
汽车车速过快，如果不减速，汽车转弯时会发生漂移。考虑了汽车转弯时安全性问题，降低车速，并给出合理的差速方案。
实施例1与实施例2中：
式中mij为汽车质量分布,此处定义左下角车轮为i＝1,j＝1，标系建立如说明书附图所示。可以以矩阵
Figure GDA0002927527770000061
重量传感器将此信号输入到PC；
式中vij为车轮速度分布，同上理，可以以矩阵
Figure GDA0002927527770000062
表达汽车各个轮子车速,速测速系统可以将此矩阵发送给PC端。
式中v’ij为经过电子差速器计算后所得的合理汽车驾驶方案。
式中vsij(i＝1,2；j＝1,2)表示汽车安全行驶最大速度。
式中Ri为左或右车轮所对应速度。如R1为左侧车轮对应转弯曲率。可以以{R1}表达车轮转弯曲率,并通过以上(4)中证明获得具体计算方法：
通过上述简单的计算，即可使得电子差动计算模块行使功能可以获得对应车轮合理的差速数值，以矩阵形式发送给电位器，即可进行电子自动差速调节。
本发明的原理是：
汽车与地面的静摩擦力提供汽车转弯时的向心力：
汽车四个车轮，左右侧车轮在进行曲线运动时，曲率半径不同，导致车轮与车轮之间形成内应力。为了减小内应力，优化汽车转弯过程，通过多种传感器获取汽车转弯转角角速度，与向心加速度等数据，推断不同车轮的行驶轨迹曲率半径，进而给出不同车轮不同的速度方案，即合理的差速方案。
树莓派作为计算载体，进行数据综合计算：
树莓派此处作为一个计算载体的例子(实际应用中可以任意挑选计算载体)。树莓派一类的计算载体，具有高效的计算能力，低廉的价格，简单的架构，适合应用到很多的场合之中。在此处附录中会给出相应的计算算法。
汽车与地面最大静摩擦力作为安全行驶临界条件：
汽车在转弯过程中，车轮如果与地面发生水平方向滑动摩擦，意味着汽车与地面的静摩擦力已经无法提供足够的向心力。主要原因是因为速度太快，或者汽车转弯曲率太小。此时以汽车与地面最大静摩擦力作为安全行驶临界条件，可以进一步保证汽车的行驶安全。相比传统汽车的差速器，它能够提供更多安全保障。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法，其特征在于：当汽车转向或者进入曲线运动时，通过加速度传感器获取汽车向心加速度；通过汽车自身系统，采集转向角速度，结合汽车行驶速度，得到曲线行走路径的曲率半径；通过压力传感器，获取汽车四个车轮所承受压力，判断汽车重量分布；利用收集到的数据计算向心力和汽车最大静摩擦力，通过基本差速理论公式计算所得各个车轮车速对应的向心力，将其与汽车最大静摩擦力对比；若前者小于后者即可采取差速理论公式所得计算结果；反之，则采取减速至安全车速范围的 行驶方案；
具体步骤为：
（1）首先在电脑端输入最初始汽车行驶基本数据，其中，摩擦系数μ=0.6；安全系数s=1.5；重力加速度g=9.8N/kg；
（2）当汽车转向或者进入曲线运动时，获取汽车前后两个加速度传感器的向心加速度信息ai(i=1,2)；如果ai>0，则表示汽车右转，如果 ai<0，则表示汽车左转，刷新数据，并输入树莓派，参与向心力计算部分；
根据重力传感器采集的数据记录汽车重量分布，并且刷新数据，将各个部位的重量即mij(i=1, 2; j=1, 2)输入树莓派，参与向心力与最大静摩擦力的计算部分；
读取汽车自带系统中的汽车转向转角角速度w，其中w>0，代表汽车右转，反之w<0则代表汽车左转；
读取汽车行驶速度vij(i=1, 2; j=1, 2)，由此计算出汽车每个车轮对应曲线运动的理论实时曲率Ri(i=1,2)；
（3）通过几何关系得到曲率Ri；
da= da’;
da/dt= da’/dt;
w=(2π/360)*da/dt
dSij=vij*dt; (i=1, 2; j=1, 2)
2π*Ri*|da|/360= dSij=vij*dt; (i=1, 2; j=1, 2)
式中：da表示汽车转角，如果da>0，代表汽车右转，反之da<0则代表汽车左转，与向心加速度ai对应，da’表示圆弧对应的圆心角，dSij为单位时间内车轮行进路程；在该行程路径上，对应一个曲率Ri，通过上述几何关系可得曲率Ri为：
Ri=vij/|w|; (i=1, 2; j=1, 2)
（4）需要计算出左右轮的差速，具体计算步骤如下：
da*(Ri+d)*(2π/360) - da*Ri*(2π/360)=ds
da/dt*(Ri+d)*(2π/360) – da/dt*Ri*(2π/360)=ds/dt
|w|*d=Δv=vi1’- vi2(i=1, 2)
式中，已知转角角度da，左右车轮间距d，转角角速度为w，初始速度vij (i=1, 2; j=1,2)，其中ds为左右轮移动距离之差，vi1’为实时行驶速度，上一步计算步骤中已计算出Ri,，其中根据w的取值分为两种情况：
A、当w>0时，取vij（j=2）为速度基准保持不变，即取基准速度为右轮速度vi2，并保持不变v’i2= vi2，(i=1, 2)，可得右轮速度该调整为v’i1 (i=1,2)，即可得到差速方案1为：v’i2=vi2 ;vi1’=|w|*d+ vi2;(i=1, 2)；
B、当w<0时，取vij(j=1)为速度基准，即取基准速度为左轮速度vi1，保持不变v’i1= vi1(i=1, 2),可得左轮速度该调整为v’i2 (i=1,2)，即可得到差速方案2为：v’i1= vi1; vi2’=|w|*d+ vi1 (i=1, 2)；
（5）通过下式计算出汽车当下行驶时的静摩擦力和汽车的最大静摩擦力：
Ffij= mijv’ij 2 /Ri=mij*ai
Ffmaxij=mij*g*μ(i=1, 2; j=1, 2)
其中，已知向心加速度ai，汽车重量分配mij，汽车实时行驶速度v’ij，摩擦系数μ=0.6，重力加速度g=9.8N/kg，可得静摩檫力Ffij和最大静摩擦力Ffmaxij；
（6）如果（5）中计算得到Ffij>Ffmaxij(i=1, 2; j=1, 2)，代表汽车处于不安全状态，则需要将所有车轮速度降至计算安全速度范围vsij，对应的安全速度范围为：
vsij=(g*μ/s*vij/|w|)^(1/2)= (g*μ*Ri/s)^(1/2)(i=1, 2; j=1, 2)
其中，摩擦系数μ=0.6，重力加速度g=9.8N/kg，安全系数s=1.5，vij为每个车轮的初始速，w为转角角速度，Ri为曲率；
以vsij为差速方案输入的初始速度进行差速处理，得到差速后可安全行驶的速度，其中：
A、当w>0时，同（4）中原理可知，取v’ij（j=2）为速度基准，即取基准速度为右轮速度vi2 ，并保持不变，通过以下式子得到差速方案3：
v’i1= vsi1
|w|*d=Δv=v’i1- vsi2(i=1, 2)
v’i2=vsi1-|w|*d;(i=1, 2)
其中，已知左右车轮间距d，转角角速度为w，初始速度vs’ij (i=1, 2; j=1, 2)；代入上式可得差速方案3：v’i1 ，v’i2 ；
B、当w<0时，取v’ij（j=1）为速度基准保持不变，即取基准速度为左轮速度vi1，并保持不变，通过以下式子得到差速方案4：
v’i2=vsi2; (i=1,2)
|w|*d=Δv=vi2-v’i1 (i=1, 2)
v’i1= vsi2-|w|*d; (i=1, 2)
其中已知左右车轮间距d，转角角速度为w，初始速度vsij (i=1, 2; j=1, 2)；代入上式可得差速方案4：v’i1，v’i2；
（7）上述过程为所有情况的基本计算步骤，具体情况要通过比较Ffmaxij与Ffij大小，选择合理的速度控制方案，具体选择情况如下：
如果Ffij<Ffmaxij (i=1, 2; j=1, 2)，且w>0，选择（4）中的差速方案1；
如果Ffij<Ffmaxij(i=1, 2; j=1, 2)，且w<0，选择（4）中的差速方案2；
差速方案1和2的选择，是经过计算后确认此时车速为安全车速，进而直接采取（4）中计算的所得的差速方案；
如果Ffij>Ffmaxij(i=1, 2; j=1, 2)，且w>0，选择（6）中的差速方案3；
如果Ffij>Ffmaxij(i=1, 2; j=1, 2)，且w<0，选择（6）中的差速方案4；
速方案3和4的选择，是由于汽车在曲线运动过程中车速过高，已经处于非安全状态。
CN201810433263.XA 2018-05-08 2018-05-08 一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法 Active CN108528274B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810433263.XA CN108528274B (zh) 2018-05-08 2018-05-08 一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810433263.XA CN108528274B (zh) 2018-05-08 2018-05-08 一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108528274A CN108528274A (zh) 2018-09-14
CN108528274B true CN108528274B (zh) 2021-05-14

Family

ID=63477001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810433263.XA Active CN108528274B (zh) 2018-05-08 2018-05-08 一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108528274B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109698866B (zh) * 2019-01-11 2022-04-26 科世达（上海）管理有限公司 一种基于树莓派的智能操控展示系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101574979A (zh) * 2009-06-11 2009-11-11 重庆大学 基于滑移率控制的电动车差速转向控制方法
CN105172791A (zh) * 2015-10-30 2015-12-23 东风汽车公司 一种智能自适应巡航控制方法
CN105691381A (zh) * 2016-03-10 2016-06-22 大连理工大学 一种四轮独立驱动电动汽车稳定性控制方法及系统
CN106427957A (zh) * 2015-08-11 2017-02-22 比亚迪股份有限公司 基于四轮驱动的电动汽车稳定控制系统及方法及电动汽车
CN106585425A (zh) * 2016-12-15 2017-04-26 西安交通大学 一种用于四轮毂电机驱动电动汽车的分层系统及控制方法
CN106864306A (zh) * 2017-02-21 2017-06-20 长沙理工大学 一种分布式驱动电动汽车多模式电子差速控制系统
CN107627900A (zh) * 2017-08-21 2018-01-26 上海鑫国动力科技有限公司 一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统及控制方法
CN107783540A (zh) * 2017-11-09 2018-03-09 河南森源电气股份有限公司 一种四轮驱动转向的控制方法及装置
CN107842604A (zh) * 2017-09-20 2018-03-27 中国第汽车股份有限公司 利用加速度传感器计算车辆转向参数的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9809129B2 (en) * 2015-10-27 2017-11-07 Thunder Power New Energy Vehicle Development Company Limited Four motor direct driving system

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101574979A (zh) * 2009-06-11 2009-11-11 重庆大学 基于滑移率控制的电动车差速转向控制方法
CN106427957A (zh) * 2015-08-11 2017-02-22 比亚迪股份有限公司 基于四轮驱动的电动汽车稳定控制系统及方法及电动汽车
CN105172791A (zh) * 2015-10-30 2015-12-23 东风汽车公司 一种智能自适应巡航控制方法
CN105691381A (zh) * 2016-03-10 2016-06-22 大连理工大学 一种四轮独立驱动电动汽车稳定性控制方法及系统
CN106585425A (zh) * 2016-12-15 2017-04-26 西安交通大学 一种用于四轮毂电机驱动电动汽车的分层系统及控制方法
CN106864306A (zh) * 2017-02-21 2017-06-20 长沙理工大学 一种分布式驱动电动汽车多模式电子差速控制系统
CN107627900A (zh) * 2017-08-21 2018-01-26 上海鑫国动力科技有限公司 一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统及控制方法
CN107842604A (zh) * 2017-09-20 2018-03-27 中国第汽车股份有限公司 利用加速度传感器计算车辆转向参数的方法
CN107783540A (zh) * 2017-11-09 2018-03-09 河南森源电气股份有限公司 一种四轮驱动转向的控制方法及装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《四轮驱动四轮转向的汽车电子差速转向控制》;王贵明等;《变频器世界》;20110228;全文 *
《新的轮式驱动电动车电子差速控制算法的研究》;葛英辉等;《汽车工程》;20050331;第27卷(第3期);全文 *
《电动汽车电子转弯差速的解决方案综述》;袁仪等;《上海汽车》;20090331;全文 *
《轮毂电机驱动电动汽车电子差速系统研究》;赵艳娥等;《系统仿真学报》;20080930;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108528274A (zh) 2018-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107097791B (zh) 基于道路坡度和曲率的四驱电动车速度优化控制方法
EP3858697A1 (en) Obstacle avoidance method and device
US10140998B2 (en) Method for siren detection based on audio samples
CN109669461B (zh) 一种复杂工况下自动驾驶车辆决策系统及其轨迹规划方法
CN110827535B (zh) 非线性车辆队列协同自适应抗扰纵向控制方法
Zha et al. A survey of intelligent driving vehicle trajectory tracking based on vehicle dynamics
CN102167039B (zh) 无人驾驶独立驱动和转向车辆整车动力学控制量获得方法
EP4030403A1 (en) Method and device for predicting exit for vehicle
CN110751835B (zh) 一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统及方法
CN101837781A (zh) 用于自动车道对正或换道的控制系统的基于模型的预测控制
CN110161854B (zh) 一种高速公路重型卡车编队纵向行驶控制方法
CN1291567A (zh) 车辆行驶支援装置
WO2019047509A1 (zh) 一种二轮单轨车辆及其平衡的控制方法
KR20050065639A (ko) 궤도 비접촉 차량의 조타 장치와 그 조타 방법
CN108528274B (zh) 一种基于树莓派和向心加速度计算汽车电子差速的方法
CN111717416B (zh) 一种星球探测车导向轮的控制方法及控制系统
Ying et al. A sliding mode control approach to longitudinal control of vehicles in a platoon
CN104960606B (zh) 一种前瞻自适应调整的两轮自平衡车
Zhang et al. A fuzzy PID algorithm-based attitude control method of suspension-type small rail vehicles
JP2019189187A (ja) 走行軌道設計方法及び車両運動制御装置
Fujioka et al. Control of longitudinal and lateral platoon using sliding control
CN110162045A (zh) 一种基于自适应三步法的卡车编队行驶跟随车控制方法
CN113734245B (zh) 一种转轴式胶轮低地板虚拟轨道列车循迹控制方法和装置
Mohamed-Ahmed et al. Non-linear control based on state estimation for the convoy of autonomous vehicles
Yan et al. A New Path Tracking Algorithm for Four-Wheel Differential Steering Vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant