CN114524021A - 基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节方法和装置。其中，方法包括：当检测到车辆发生转向时，计算车辆转向时的理想转向半径和实际转向半径；根据理想转向半径和实际转向半径确定车辆转向的偏移率；若车辆转向的偏移率大于偏移率阈值，则调节车辆驱动轮两侧分布式驱动电机的输出扭矩，使车辆转向时内侧轮的电机输出扭矩大于外侧轮的电机输出扭矩。本发明充分利用了驱动电机的转速信号，实时计算运行轨迹，同时利用方向盘转角信号，基于Ackermann模型对车辆转向理想运动轨迹进行分析，根据实际运行轨迹和理想轨迹的偏移率对车辆运行轨迹偏移进行修正，电机响应速度快，提高了分布式电机驱动车辆转向行驶时的稳定性。

Description

基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及汽车行驶系统控制技术领域，尤其涉及一种基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节方法和装置。

背景技术

随着能源危机的不断加剧和环保意识的深入人心，大力发展新能源汽车已成为全世界范围的共识。电动汽车作为新能源汽车的主要代表，融合了机械、电气、化学、通信和控制等高新技术及理论，具有高效、环保、节能的特点，引领着未来车辆发展的方向。在驱动形式上，电动汽车主要可以分为集中式和独立式两种结构。与集中式驱动相比较，采用独立驱动的车辆能够减轻质量，简化传动系的布置，同时还可以通过对驱动电机的独立控制更好地发挥车辆的动力学潜能，提高行驶安全性。

分布式电动汽车具有每个车轮驱/制动力矩独立可控的优势，且可能同时具备四个车轮可以独立转向的功能，这为汽车动力学及车辆稳定性控制提供了新的解决方案，为此，汽车稳定性控制系统不必再局限于传统汽车的底盘结构。分布式系统的冗余也使得某些零部件发生故障时，能够更好地降低因系统故障而导致安全事故的风险。同时不同轮毂电机之间的力矩平衡关系与差速控制、转矩安全与协调控制等要求也更高，这对汽车动力学及稳定性控制提出了新的要求。

发明内容

本发明提供一种基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节方法，利用分布式驱动电机响应快、平衡左右力矩、实现差速控制以及转矩安全等优势，以实现车辆行驶的稳定性。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节方法，所述车辆包括整车控制器、方向盘转角传感器和电机转速传感器，所述车辆采用前轮转向、后轮驱动的模式，两个后轮各由一个电机驱动，该方法包括：

S110、当检测到车辆发生转向时，计算车辆转向时的理想转向半径和实际转向半径；

S120、根据所述理想转向半径和实际转向半径确定车辆转向的偏移率；

S130、若所述车辆转向的偏移率大于偏移率阈值，则调节车辆驱动轮两侧分布式驱动电机的输出扭矩，使车辆转向时内侧轮的电机输出扭矩大于外侧轮的电机输出扭矩。

可选的，S110中检测车辆发生转向包括：

通过方向盘转角传感器采集方向盘转角；

若所述方向盘转角大于转角阈值，则车辆发生转向。

可选的，计算车辆转向时的理想转向半径，包括：

通过方向盘转角传感器采集方向盘转角；

根据所述方向盘转角，采用Ackermann模型计算车辆转向时的理想转向半径。

可选的，计算车辆转向时的实际转向半径，包括：

通过电机转速传感器采集驱动轮电机转速；

根据电机转速与轮速关系，计算车轮线速度和车轮实际行驶距离；

根据车轮实际行驶距离和车辆转向时的理想转向半径，确定车辆转向时的实际转向半径。

可选的，所述S120包括：

计算车辆转向时的实际转向半径与车辆转向时的理想转向半径之间的半径误差，将所述半径误差作为车辆转向的偏移率。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节装置，所述车辆包括整车控制器、方向盘转角传感器混和电机转速传感器，所述车辆采用前轮转向、后轮驱动的模式，两个后轮各由一个电机驱动，该装置配置于整车控制器中，包括：

转向判断模块，用于当检测到车辆发生转向时，计算车辆转向时的理想转向半径和实际转向半径；

偏移率计算模块，用于根据所述理想转向半径和实际转向半径确定车辆转向的偏移率；

扭矩控制模块，用于若所述车辆转向的偏移率大于偏移率阈值，则调节车辆驱动轮两侧的分布式驱动电机的输出扭矩，使车辆转向时内侧轮的电机输出扭矩大于外侧轮的电机输出扭矩。

本发明的有益效果：

本发明充分利用了驱动电机的转速信号，实时计算运行轨迹，同时利用方向盘转角信号，基于Ackermann模型对理想车辆转向运动轨迹进行分析，判断实际运行轨迹和理想轨迹的偏移率，最后反馈调整。此方法能精准快速的对车辆运行轨迹偏移进行修正，电机响应速度快，有利于提高分布式电机驱动车辆转向行驶时的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的分布式驱动车辆结构示意图；

图3为本发明实施例提供的Ackermann模型示意图；

图4为本发明实施例提供的左前轮转向轨迹示意图

图5为本发明实施例提供的整车控制器依据车辆状态反馈调节电机输出转矩的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例

图1为本发明实施例提供的一种基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节方法的流程图，该方法适用于车辆发生转向时对驱动轮输出扭矩进行控制的情况，具体包括如下步骤：

S110、当检测到车辆发生转向时，计算车辆转向时的理想转向半径和实际转向半径。

参见图2，图2所示为本发明实施例所述的分布式驱动车辆结构示意图，其后轮为驱动轮，由两个轮毂电机驱动，前轮为转向轮，车辆装有方向盘传感器和电机转速传感器。

本实施例中，当车辆直线行驶时，不触发本发明所述的反馈调节方法，因此，在车辆行驶的过程中，首先判断车辆是否发生转向。具体的，通过方向盘转角传感器采集方向盘转角α₀；若所述方向盘转角α₀大于转角阈值，则车辆发生转向。

示例性的，当α₀≥5°即

时，可以判定车辆发生转向。

本实施例中，计算车辆转向时的理想转向半径，包括：通过方向盘转角传感器采集方向盘转角，根据所述方向盘转角，采用Ackermann模型计算车辆转向时的理想转向半径。

进一步参见图3，图3为Ackermann模型示意图，图中O为汽车的转向中心，R₁、R₂、R₃、R₄分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮绕转向中心点O的理想运动半径；R为车辆质心绕转向中心点O的运动半径；V₁、V₂、V₃、V₄分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的运行速度；V为车辆质心运行速度。

根据Ackermann模型计算R₁ R₂ R₃ R₄及R，具体公式如下所示：

其中，l为车辆轴距；b为质心到后轴的距离；d为后轮车轮的轮心距。

进一步的，计算车辆转向时的实际转向半径，包括：

通过电机转速传感器采集两驱动轮上轮毂电机的实时转速n。

计算车轮转动角速度w₃ w₄，如下式所示：

其中，n₃，n₄分别为左后轮，右后轮上轮毂电机输出转速；w₃，w₄分别为左后轮，右后轮的转动角速度。

根据电机转速与轮速关系，计算车轮线速度和车轮实际行驶距离，根据车轮实际行驶距离和车辆转向时的理想转向半径，确定车辆转向时的实际转向半径。

具体的，根据转动角速度，计算驱动轮的线速度V₃和V₄。

V₃＝w₃·r₃(m/s)＝0.377·n₃·r₃(km/h)；

V₄＝w₄·r₄(m/s)＝0.377·n₄·r₄(km/h)；

其中，r₃，r₄分别为左后轮，右后轮的转动半径。

进一步的，基于瞬心定理，计算得到转向轮的线速度，瞬心定理如下式所示：

从而有

继续参见图4，图4所示为左前轮运行轨迹示意图，本实施例中以左前轮为例具体分析其运动轨迹。

不考虑车轮受到地面的侧向力，认为在Δt时间内车轮沿速度方向直线运动。

根据运动学原理，可以计算得到左前轮实际行驶距离L_左＝V₁·Δt。

由勾股定理可以计算得到转向中心O至车轮轮心的距离R′：

S120、根据所述理想转向半径和实际转向半径确定车辆转向的偏移率。

本发明通过对比Ackermann理想轨迹转向半径R₁与实际运行轨迹到转向中心的距离R′的误差，即偏移率s来评价车辆转向稳定性，评价指标计算公式如下式：

S130、若所述车辆转向的偏移率大于偏移率阈值，则调节车辆驱动轮两侧分布式驱动电机的输出扭矩，使车辆转向时内侧轮的电机输出扭矩大于外侧轮的电机输出扭矩。

本实施例中，利用偏移率s来判断车辆转向的稳定性，若s≥5％，则认为失去稳定控制，反馈给整车控制器，调整两电机输出扭矩，使车辆转向时内侧轮的电机输出扭矩大于外侧轮的电机输出扭矩，实现修正车辆运行轨迹的目的。

进一步参见图5，图5为整车控制器依据车辆状态反馈调节电机输出转矩的示意图。

控制器实时根据反馈得到的转向角和转速信息进行上述计算，得到最终偏移率，判断是否超过稳定控制范围，在s≥5％的情况下，迅速调整电机输出扭矩分配，修正车辆运行轨迹。

本发明实施例还提供了一种基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节装置，所述车辆包括整车控制器、方向盘转角传感器和电机转速传感器，所述车辆采用前轮转向、后轮驱动的模式，两个后轮各由一个电机驱动，该装置配置于整车控制器中，包括：

转向判断模块，用于当检测到车辆发生转向时，计算车辆转向时的理想转向半径和实际转向半径；

偏移率计算模块，用于根据所述理想转向半径和实际转向半径确定车辆转向的偏移率；

扭矩控制模块，用于若所述车辆转向的偏移率大于偏移率阈值，则调节车辆驱动轮两侧的分布式驱动电机的输出扭矩，使车辆转向时内侧轮的电机输出扭矩大于外侧轮的电机输出扭矩。

其中，转向判断模块具体用于：通过方向盘转角传感器采集方向盘转角；

若所述方向盘转角大于转角阈值，则车辆发生转向。

可选的，偏移率计算模块具体用于：

通过方向盘转角传感器采集方向盘转角；

根据所述方向盘转角，采用Ackermann模型计算车辆转向时的理想转向半径。

可选的，偏移率计算模块还具体用于：

通过电机转速传感器采集驱动轮电机转速；

根据电机转速与轮速关系，计算车轮线速度和车轮实际行驶距离；

根据车轮实际行驶距离和车辆转向时的理想转向半径，确定车辆转向时的实际转向半径。

进一步的，偏移率计算模块具体用于：计算车辆转向时的实际转向半径与车辆转向时的理想转向半径之间的半径误差，将所述半径误差作为车辆转向的偏移率。

本发明实施例所提供的一种基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节装置可执行本发明任意实施例所提供的一种基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节方法，所述车辆包括整车控制器、方向盘转角传感器和电机转速传感器，所述车辆采用前轮转向、后轮驱动的模式，两个后轮各由一个电机驱动，其特征在于，包括：

S110、当检测到车辆发生转向时，计算车辆转向时的理想转向半径和实际转向半径；

S120、根据所述理想转向半径和实际转向半径确定车辆转向的偏移率；

S130、若所述车辆转向的偏移率大于偏移率阈值，则调节车辆驱动轮两侧分布式驱动电机的输出扭矩，使车辆转向时内侧轮的电机输出扭矩大于外侧轮的电机输出扭矩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S110中检测车辆发生转向包括：

通过方向盘转角传感器采集方向盘转角；

若所述方向盘转角大于转角阈值，则车辆发生转向。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算车辆转向时的理想转向半径，包括：

通过方向盘转角传感器采集方向盘转角；

根据所述方向盘转角，采用Ackermann模型计算车辆转向时的理想转向半径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，计算车辆转向时的实际转向半径，包括：

通过电机转速传感器采集驱动轮电机转速；

根据电机转速与轮速关系，计算车轮线速度和车轮实际行驶距离；

根据车轮实际行驶距离和车辆转向时的理想转向半径，确定车辆转向时的实际转向半径。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S120包括：

计算车辆转向时的实际转向半径与车辆转向时的理想转向半径之间的半径误差，将所述半径误差作为车辆转向的偏移率。

6.一种基于分布式电机驱动的车辆行驶轨迹调节装置，所述车辆包括整车控制器、方向盘转角传感器和电机转速传感器，所述车辆采用前轮转向、后轮驱动的模式，两个后轮各由一个电机驱动，其特征在于，该装置配置于整车控制器中，包括：

转向判断模块，用于当检测到车辆发生转向时，计算车辆转向时的理想转向半径和实际转向半径；

偏移率计算模块，用于根据所述理想转向半径和实际转向半径确定车辆转向的偏移率；

扭矩控制模块，用于若所述车辆转向的偏移率大于偏移率阈值，则调节车辆驱动轮两侧的分布式驱动电机的输出扭矩，使车辆转向时内侧轮的电机输出扭矩大于外侧轮的电机输出扭矩。

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