CN111002841B - 基于实时工况的车辆驱动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于实时工况的车辆驱动控制系统及方法，所述系统包括控制器、信号接收器和传感器单元；信号接收器的输出端与所述控制器相连，将接收到的遥控信号输出至所述控制器；传感器单元的输出端与所述控制器相连，将采集到的车辆实时工况数据发送至控制器；所述控制器基于接收到的车辆实时工况和遥控信号，发送控制信号至车辆上与各车轮相连的制动单元和驱动电机，控制各制动单元和驱动电机的工作状态。本发明能够解决因信号遮挡、强电磁干扰等情况，造成遥操控信号丢失时，给车辆带来的安全隐患。

Description

基于实时工况的车辆驱动控制系统及方法

技术领域

本发明属于车辆的驱动控制技术领域，具体涉及一种基于实时工况的车辆驱动控制系统及方法。

背景技术

在城市及周边复杂地区、高危环境下，能够搭载不同载荷与任务模块，完成无人值守与巡逻任务、物资输送等功能的地面无人平台正发挥着越来越重要的作用。目前较为成熟的可行方案是通过遥操控手段实现无人平台的远程操控。

在上述危险作业环境中，大多场景复杂，存在信号遮挡严重、强辐射干扰或者全频段通讯阻断等情况，容易造成远程操控信号丢失，导致主操控室与无人平台失联。而无人平台失联后，仍然按照先前既定信号行驶，极易发生车体碰撞或发生无法预知的危险，目前尚缺少较为有效的处理及救援手段。而在某些路段行驶时，路况复杂，会同时面对良好路面、越野路面、台阶沟壑交替出现的情况，若按照最恶劣工况设计整车控制系统，虽然能够满足使用要求，但是在结构良好路面将不可避免产生极大的能量浪费，减小平台的续驶里程。

申请号CN201310270243.2，名称为车辆的驱动控制设备及其驱动控制方法的中国发明专利申请中，如图1所示，公开了一种车辆驱动控制设备，其包括：偏心制动单元，用于执行偏心制动从而当车辆被驱动时改变航向角度；以及发动机扭矩控制器，用于控制发动机扭矩从而当偏心制动单元改变航向角度时调整车辆的当前速度和偏航角速度，进而预设速度和偏航角速度。还提供了一种车辆驱动控制方法，其包括：实施偏心制动，用于当车辆被驱动时经由偏心制动单元来改变航向角度，以及经由发动机扭矩控制器控制发动机扭矩，以便当偏心制动单元改变航向角度时调整车辆的当前速度和偏航角速度，进而预设基准速度和偏航角速度。该方案中通过转向控制器控制车辆的转向，从而在偏心制动单元改变航向角度的时候控制当前偏航角速度。并由发动机扭矩控制器控制发动机扭矩，通过偏心制动单元改变航向角度时调整车辆的当前速度和偏航角速度，实现改变车体姿态的目的，通过控制偏心制动改变车身姿态的方法属于间接控制方案，系统的响应较慢，不利于操控性能的提升。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于实时工况的车辆驱动控制系统及方法，能够解决因信号遮挡、强电磁干扰等情况，造成遥操控信号丢失时，给车辆带来的安全隐患。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种基于实时工况的车辆驱动控制系统，包括：

控制器；

信号接收器，其输出端与所述控制器相连，将接收到的遥控信号输出至所述控制器；

传感器单元，其输出端与所述控制器相连，将采集到的车辆实时工况数据发送至控制器；

所述控制器基于接收到的车辆实时工况和遥控信号，发送控制信号至车辆上与各车轮相连的制动单元和驱动电机，控制各制动单元和驱动电机的工作状态。

作为本发明的进一步改进，所述传感器单元包括车速传感器、转速传感器和扭矩传感器；

所述车速传感器采集车辆的实时车速，并发送至所述控制器；

所述转速传感器采集车辆中各驱动电机的实时转速，并发送至所述控制器；

所述扭矩传感器采集车辆中各驱动电机的驱动扭矩，并发送至所述控制器。

作为本发明的进一步改进，当控制器接收不到遥控信号时，则控制制动单元处于制动状态。

作为本发明的进一步改进，当控制器接收到的遥控信号为直线行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速满足设定阈值时，则所述控制器控制车辆处于两驱模式，由前轮组、中轮组、后轮组中的任一组轮组驱动整车行驶，另外两组轮组处于随动状态。

作为本发明的进一步改进，当控制器接收到的遥控信号为直线行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速超过设定阈值时，则所述控制器根据接收到的各驱动电机的实时转速和驱动扭矩，判断出车辆实时工况，当两驱模式无法匹配当前车辆实时工况时，所述控制器控制车辆切换为四驱模式，由前轮组、中轮组、后轮组中的任两组轮组驱动整车行驶，另外一组轮组处于随动状态。

作为本发明的进一步改进，当控制器接收到的遥控信号为直线行驶信号，且车辆处于大角度纵坡爬坡工况下，则所述控制器根据接收到的各驱动电机的实时转速和驱动扭矩，判断出车辆实时工况，当四驱模式无法匹配当前车辆实时工况时，所述控制器控制车辆切换为六驱模式，由前轮组、中轮组、后轮组同时驱动整车行驶。

作为本发明的进一步改进，当控制器接收到的遥控信号为转向行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速超过设定阈值时，则控制器控制所有驱动电机使得所有车轮旋向相同，转速不同，且转向半径大于车身宽度的一半。

作为本发明的进一步改进，当控制器接收到的遥控信号为转向行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速低于设定阈值时，若车辆的转向手柄开度小于设定阈值，则控制器控制所有驱动电机使得所有车轮旋向相同，转速不同，且转向半径大于车身宽度的一半，若车辆的转向手柄开度大于设定阈值，则控制器控制各驱动单元和驱动电机使得位于车辆同一侧的车轮旋转，位于车辆另一侧的车轮制动，转向半径小于车身宽度的一半。

作为本发明的进一步改进，当控制器接收到的遥控信号为转向行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速为0或接近0时，若车辆的转向手柄开度小于设定阈值，则控制器控制各驱动单元和驱动电机使得位于车辆同一侧的车轮旋转，位于车辆另一侧的车轮制动，转向半径小于车身宽度的一半；若车辆的转向手柄开度大于设定阈值，则控制器控制各驱动电机使得车辆的所有车轮转速相同，旋向相反，转向半径为零。

第一方面，本发明提供了一种基于实时工况的车辆驱动控制方法，包括：

信号接收器将接收到的遥控信号输出至所述控制器；

传感器单元将采集到的车辆实时工况数据发送至控制器；

所述控制器将接收到的车辆实时工况与接收到的遥控信号进行比对，并根据比对结果发送控制信号至车辆上与各车轮相连的制动单元和驱动电机，控制各制动单元和驱动电机的工作状态。

本发明的有益效果：

本发明能够解决因信号遮挡、强电磁干扰等情况，造成遥操控信号丢失时，给车辆带来的安全隐患。

本发明采用自适应驱动模式切换，控制器可根据输入的遥控信号与车辆的实时车速、路况，在两驱、四驱、六驱三种模式中自主切换，不仅在良好路面下节约整车能量，增加续驶里程，而且在越野路面下又能获得强劲的驱动力。

附图说明

图1为本发明一种实施例的实时工况的车辆驱动控制系统的结构示意图；

图2为本发明一种实施例的实时工况的车辆驱动控制方法的流程示意图。

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。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例1

本发明提供了一种基于实时工况的车辆驱动控制系统，如图1所示，具体包括：

控制器；

信号接收器，其输出端与所述控制器相连，将接收到的遥控信号输出至所述控制器；

传感器单元，其输出端与所述控制器相连，将采集到的车辆实时工况数据发送至控制器；在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述传感器单元包括车速传感器、转速传感器和扭矩传感器；所述车速传感器采集车辆的实时车速，并发送至所述控制器；所述转速传感器采集车辆中各驱动电机的实时转速，并发送至所述控制器；所述扭矩传感器采集车辆中各驱动电机的驱动扭矩，并发送至所述控制器；

所述控制器基于接收到的车辆实时工况和遥控信号，发送控制信号至车辆上与各车轮相连的制动单元和驱动电机，控制各制动单元和驱动电机的工作状态，即控制器通过对实时车速、转速、扭矩信息融合，完成对车辆实时工况的判断，并对每个驱动电机的转速、扭矩进行再分配，实现预定的行驶与转向模式；所述遥控信号中包含车速期望值、扭矩期望值、转速期望值、直线行驶信号或转行驶信号；所述驱动电机即为图1中的电机1-电机6，6个驱动电机两两对称设置，构成前轮组、中轮组、后轮组。

在实际使用过程中，车辆上电后，首先需要进行状态自检。由所述控制器检查传感器单元中各传感器及零部件状态。

车辆中的各制动单元初始状态为制动模式，等待遥控信号输入，若接收不到信号或信号突然中断，则车辆保持制动状态。即当控制器接收不到遥控信号时，则控制制动单元处于制动状态，用于防止因信号遮挡、强电磁干扰等情况，造成遥操控信号丢失时，给车辆带来的安全隐患。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，判断接收到的遥控信号是否正常，如果正常，则根据遥控信号确定直线行驶或转向的状态，当控制器接收到的遥控信号为直线行驶信号，则车辆共分为三种运行模式，包括两驱模式、四驱模式和六驱模式；

所述两驱模式具体为：当所述控制器接收到的车辆的实时车速满足设定阈值(即)，且车辆处于结构化路面工况下时，此时为节约能量，则所述控制器控制车辆处于两驱模式，由前轮组、中轮组、后轮组中的任一组轮组驱动整车行驶，另外两组轮组处于随动状态。

所述四驱模式具体为：当所述控制器接收到的车辆的实时车速超过设定阈值，或者在一般路面行驶时，则所述控制器根据接收到的各驱动电机的实时转速和驱动扭矩，判断出车辆实时工况，当两驱模式无法匹配当前车辆实时工况时，所述控制器控制车辆切换为四驱模式，由前轮组、中轮组、后轮组中的任两组轮组驱动整车行驶，另外一组轮组处于随动状态。

所述六驱模式具体为：当控制器接收到的遥控信号为直线行驶信号，且车辆处于大角度纵坡爬坡工况下，则所述控制器根据接收到的各驱动电机的实时转速和驱动扭矩，判断出车辆实时工况，当四驱模式无法匹配当前车辆实时工况时，所述控制器控制车辆切换为六驱模式，由前轮组、中轮组、后轮组同时驱动整车行驶。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，判断接收到的遥控信号是否正常，如果正常，则根据遥控信号确定直线行驶或转向的状态，当控制器接收到的遥控信号为转向行驶信号，则车辆转向采用滑移转向模式，通过控制车身左右两侧轮组的旋向与转速实现不同的转向模式，共分为三种模式，包括普通转向模式、机动转向模式和原地转向模式；

当所述控制器接收到的车辆的实时车速超过设定阈值时，即车速较高时，不论转向手柄开度大小，为保证转向过程平稳安全，控制器强制默认转向输入信号为普通转向模式，控制器控制所有驱动电机使得所有车轮旋向相同，转速不同，且转向半径大于车身宽度的一半。

当所述控制器接收到的车辆的实时车速低于设定阈值时，即车辆处于中低速行驶时，若车辆的转向手柄开度小于设定阈值，则控制器控制所有驱动电机使得所有车轮旋向相同，转速不同，且转向半径大于车身宽度的一半，即普通转向模式；若车辆的转向手柄开度大于设定阈值，则控制器控制各驱动单元和驱动电机使得位于车辆同一侧的车轮旋转，位于车辆另一侧的车轮制动，转向半径小于车身宽度的一半，即机动转向模式。

所述原地转向模式具体为：当所述控制器接收到的车辆的实时车速为0或接近0时，若车辆的转向手柄开度小于设定阈值，则控制器控制各驱动单元和驱动电机使得位于车辆同一侧的车轮旋转，位于车辆另一侧的车轮制动，转向半径小于车身宽度的一半，即机动转向模式；若车辆的转向手柄开度大于设定阈值，则控制器控制各驱动电机使得车辆的所有车轮转速相同，旋向相反，转向半径为零，即原地转向模式。

实施例2

基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种基于实时工况的车辆驱动控制方法，包括：

车辆上电后，进行状态自检；控制器检查传感器单元中各传感器及零部件状态；

车辆中的各制动单元初始状态为制动模式，等待遥控信号输入，若此时接收不到遥控信号或信号突然中断，则车辆保持制动状态；

信号接收器将接收到的遥控信号输出至所述控制器；

传感器单元将采集到的车辆实时工况数据发送至控制器；

所述控制器将接收到的车辆实时工况与接收到的遥控信号进行比对，并根据比对结果发送控制信号至车辆上与各车轮相连的制动单元和驱动电机，控制各制动单元和驱动电机的工作状态。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述传感器单元包括车速传感器、转速传感器和扭矩传感器；所述车速传感器采集车辆的实时车速，并发送至所述控制器；所述转速传感器采集车辆中各驱动电机的实时转速；所述扭矩传感器采集车辆中各驱动电机的驱动扭矩。

所述控制器将接收到的车辆实时工况与接收到的遥控信号进行比对，并根据比对结果发送控制信号至车辆上与各车轮相连的制动单元和驱动电机，控制各制动单元和驱动电机的工作状态，包括以下步骤：

判断遥控信号是否正常？如果正常，根据遥控信号确定直线行驶或转向的状态；

根据行驶需要分为手动模式和自动控制模式两种，手动模式下可任意选择两驱、四驱、六驱；在自动控制模式下，车辆直线行驶状态共分为三种模式，包括两驱模式、四驱模式、六驱模式，初始状态默认两驱模式。当处于直线行驶状态时，控制器通过扭矩传感器检测驱动电机的输出扭矩，通过转速传感器检测驱动电机的输出转速，并与期望的转速与扭矩进行比较并判断整车状态，根据实时车速及驱动电机工况，在三种模式之间自主切换。

①两驱模式：当结构化路面工况下，依靠前轮组、中轮组、后轮组中的任一组轮组即可驱动车辆行驶，此时为节约能量，采用两轮驱动模式，该模式下可自主切换前轮驱动、中轮驱动、后轮驱动三组驱动模式，其他两个轮组处于随动状态。

②四驱模式：在一般路面行驶或处于车速较高工况下，控制器根据驱动电机的转速、扭矩反馈情况，自主判断目前所处的状态，当两驱模式无法匹配当前工况时，所述控制器控制车辆切换为四驱模式，此时前轮组、中轮组、后轮组中的任两组轮组驱动整车行驶，另外一个轮组处于随动状态。

③六驱模式：在越野路面行驶或处于大角度纵坡爬坡工况下，整车控制器根据电机转速、扭矩反馈情况，自主判断目前所处的状态，当四驱模式无法匹配当前工况时，所述控制器控制车辆切换为六驱模式，此时前轮组、中轮组、后轮组同时驱动整车行驶。

车辆转向采用滑移转向模式，通过控制车身左右两侧轮组的旋向与转速实现不同的转向模式，共分为三种模式，包括普通转向模式(该模式下左右侧车轮旋向相同，转速不同，转向半径大于车身宽度的一半)、机动转向模式(该模式下左右侧车轮一侧制动，另一侧旋转，转向半径小于车身宽度的一半)、原地转向模式(该模式下左右车辆车轮转速相同，旋向相反，转向半径为零)，控制器根据当前实时车速及遥控信号输入，在三种模式之间自主旋转。

①当车速较高时，不论转向手柄开度是大还是小，为保证转向过程平稳安全，控制器强制默认转向输入信号为普通转向模式。

②整车处于中低速行驶时，分两种工况，当转向手柄开度较小时，整车控制器认定转向输入信号为普通转向模式；当转向手柄开度较大时，整车控制器认定转向输入信号为机动转向模式。

③当车速为零或接近零时，分两种工况，当转向手柄开度较小时，整车控制器认定转向输入信号为机动转向模式；当转向手柄开度较大时，整车控制器认定转向输入信号为原地转向模式。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于实时工况的车辆驱动控制系统，其特征在于，包括：

控制器；

信号接收器，其输出端与所述控制器相连，将接收到的遥控信号输出至所述控制器；传感器单元，其输出端与所述控制器相连，将采集到的车辆实时工况数据发送至控制器；

所述控制器基于接收到的车辆实时工况和遥控信号，发送控制信号至车辆上与各车轮相连的制动单元和驱动电机，控制各制动单元和驱动电机的工作状态；

当控制器接收到的遥控信号为转向行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速超过设定阈值时，则控制器控制所有驱动电机使得所有车轮旋向相同，转速不同，且转向半径大于车身宽度的一半；

当控制器接收到的遥控信号为转向行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速低于设定阈值时，若车辆的转向手柄开度小于设定阈值，则控制器控制所有驱动电机使得所有车轮旋向相同，转速不同，且转向半径大于车身宽度的一半，若车辆的转向手柄开度大于设定阈值，则控制器控制各驱动单元和驱动电机使得位于车辆同一侧的车轮旋转，位于车辆另一侧的车轮制动，转向半径小于车身宽度的一半；

当控制器接收到的遥控信号为转向行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速为0或接近0时，若车辆的转向手柄开度小于设定阈值，则控制器控制各驱动单元和驱动电机使得位于车辆同一侧的车轮旋转，位于车辆另一侧的车轮制动，转向半径小于车身宽度的一半；若车辆的转向手柄开度大于设定阈值，则控制器控制各驱动电机使得车辆的所有车轮转速相同，旋向相反，转向半径为零。

2.根据权利要求1所述的一种基于实时工况的车辆驱动控制系统，其特征在于：所述传感器单元包括车速传感器、转速传感器和扭矩传感器；

所述车速传感器采集车辆的实时车速，并发送至所述控制器；

所述转速传感器采集车辆中各驱动电机的实时转速，并发送至所述控制器；

所述扭矩传感器采集车辆中各驱动电机的驱动扭矩，并发送至所述控制器。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于实时工况的车辆驱动控制系统，其特征在于：当控制器接收不到遥控信号时，则控制制动单元处于制动状态。

4.根据权利要求2所述的一种基于实时工况的车辆驱动控制系统，其特征在于：当控制器接收到的遥控信号为直线行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速满足设定阈值时，则所述控制器控制车辆处于两驱模式，由前轮组、中轮组、后轮组中的任一组轮组驱动整车行驶，另外两组轮组处于随动状态。

5.根据权利要求2所述的一种基于实时工况的车辆驱动控制系统，其特征在于：当控制器接收到的遥控信号为直线行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速超过设定阈值时，则所述控制器根据接收到的各驱动电机的实时转速和驱动扭矩，判断出车辆实时工况，当两驱模式无法匹配当前车辆实时工况时，所述控制器控制车辆切换为四驱模式，由前轮组、中轮组、后轮组中的任两组轮组驱动整车行驶，另外一组轮组处于随动状态。

6.根据权利要求2所述的一种基于实时工况的车辆驱动控制系统，其特征在于：当控制器接收到的遥控信号为直线行驶信号，且车辆处于大角度纵坡爬坡工况下，则所述控制器根据接收到的各驱动电机的实时转速和驱动扭矩，判断出车辆实时工况，当四驱模式无法匹配当前车辆实时工况时，所述控制器控制车辆切换为六驱模式，由前轮组、中轮组、后轮组同时驱动整车行驶。

7.一种基于实时工况的车辆驱动控制方法，其特征在于，包括：

信号接收器将接收到的遥控信号输出至控制器；

传感器单元将采集到的车辆实时工况数据发送至控制器；

所述控制器将接收到的车辆实时工况与接收到的遥控信号进行比对，并根据比对结果发送控制信号至车辆上与各车轮相连的制动单元和驱动电机，控制各制动单元和驱动电机的工作状态；

当控制器接收到的遥控信号为转向行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速超过设定阈值时，则控制器控制所有驱动电机使得所有车轮旋向相同，转速不同，且转向半径大于车身宽度的一半；

当控制器接收到的遥控信号为转向行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速低于设定阈值时，若车辆的转向手柄开度小于设定阈值，则控制器控制所有驱动电机使得所有车轮旋向相同，转速不同，且转向半径大于车身宽度的一半，若车辆的转向手柄开度大于设定阈值，则控制器控制各驱动单元和驱动电机使得位于车辆同一侧的车轮旋转，位于车辆另一侧的车轮制动，转向半径小于车身宽度的一半；

当控制器接收到的遥控信号为转向行驶信号，且所述控制器接收到的车辆的实时车速为0或接近0时，若车辆的转向手柄开度小于设定阈值，则控制器控制各驱动单元和驱动电机使得位于车辆同一侧的车轮旋转，位于车辆另一侧的车轮制动，转向半径小于车身宽度的一半；若车辆的转向手柄开度大于设定阈值，则控制器控制各驱动电机使得车辆的所有车轮转速相同，旋向相反，转向半径为零。

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