分布式驱动车辆无转向轮侧方位出车的一种控制方法技术

本发明专利技术公开了分布式驱动车辆无转向轮侧方位出车的一种控制方法，本发明专利技术适用于四轮毂电机分布式驱动的车辆。根据车轮的垂直载荷的大小，分别对三个车轮(左前、右前、右后轮)的驱动转矩进行分配，以使得左前、右前、右后驱动轮产生足够的驱动力以克服地面对车轮的纵向力和横向力产生的阻碍车辆旋转的阻力矩；由于左后轮为旋转中心轮，根据其转速n分配一定的驱动力矩使其克服该轮的滚动趋势，最后使车辆按照一定的横摆角速度旋转起来。由于轮毂电机具有传输效率高，响应快，扭矩大等优点，可以使车辆的多种性能可以很好地实现。采用四轮轮毂电机的分布式驱动，可以对四轮的转矩分别控制，对转矩的大小进行灵活的分配，以适应不同的工况。

A Control Method of Distributed Drive Vehicle's Side Azimuth Departure without Steering Wheel

【技术实现步骤摘要】
分布式驱动车辆无转向轮侧方位出车的一种控制方法
本专利技术属于分布式驱动
，是一种控制策略，具体涉及分布式驱动车辆无转向轮侧方位出车的一种控制方法。
技术介绍
目前采用四轮毂电机分布式驱动的有很多，许多中高端车型均采用该类型驱动方案。经过查阅，分布式驱动型轿车侧方位泊车控制策略很多，但是对于侧方出车问题，目前并未有相关文献，然而侧方位出车也和侧方位泊车同样重要，常规侧方出车需要驾驶员经过不断地驾驶前后调试间距才能侧方位出车，这种人为操作不仅繁琐，需要相当的驾驶经验，而且也不可靠。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供分布式驱动车辆无转向轮侧方位出车的一种控制方法，使车辆稳定可靠地侧方位出车，而且在整个出车过程中，车辆所需的地面面积比常规人工操作侧方出车所需的地面面积小很多，同时也不需要其他额外复杂机构辅助完成，仅通过控制分布式轮毂电机驱动转矩及可实现。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术公开了分布式驱动车辆无转向轮侧方位出车的一种控制方法，本专利技术适用于四轮毂电机分布式驱动的车辆。通过车辆动力学相关知识，四轮驱动可以充分利用地面附着力。由于轮毂电机具有传输效率高，响应快，扭矩大等优点，可以使车辆的多种性能可以很好地实现。采用四轮轮毂电机的分布式驱动，可以对四轮的转矩分别控制，对转矩的大小进行灵活的分配，以适应不同的工况。根据车轮的垂直载荷的大小，分别对三个车轮(左前、右前、右后轮)的驱动转矩进行分配，以使得左前、右前、右后驱动轮产生足够的驱动力以克服地面对车轮的纵向力和横向力产生的阻碍车辆旋转的阻力矩；由于左后轮为旋转中心轮，根据其转速n分配一定的驱动力矩使其克服该轮的滚动趋势，最后使车辆按照一定的横摆角速度旋转起来。把横摆角速度的大小ω以及左后轮转速n反馈给控制器，然后根据一定的控制策略分配四个轮的驱动转矩。以使得车辆在旋转一定角度后，把车辆旋转中心o点的偏移控制在一定的合理范围内。采用这种控制方法，可以避免复杂的传动和转向机构，增加可靠性。有益效果：本专利技术提供的分布式驱动车辆无转向轮侧方位出车的一种控制方法，采用恰当的控制策略，可以使车辆绕着o点旋转任意角度，保障了侧方位出车的安全性，可靠性，同时减小了该工况下所需的地面面积。附图说明图1为侧方出车工况图；图2为侧方出车结构示意图；图3为本专利技术的方法流程图；图4为PID控制器的控制示意图；图5为轮毂的转矩示意图；图6为控制策略1流程图；图7为控制策略2流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作更进一步的说明。本专利对应的为侧方出车工况。如图1所示，首先定义L为车辆轴距，D为车辆轮距，o为车辆旋转中心(此处为左后车轮中心)，ω为车辆的横摆角速度。左前、右前、左后、右后车轮分别由fl,fr,rl,rr表示。车辆的左前、右前、右后轮的侧偏角分别为α1，α2，α3。此工况下由于左后车轮中心o为车辆旋转中心，其侧偏角此处不予表示。左前、右前、右后轮绕着车辆旋转中心o点的旋转半径分别为L、D。左前、右前、右后车轮的垂直载荷分别为Fzfl,Fzfr,Fzrr,左前、右前、左后、右后车轮驱动转矩分别为Tfl,Tfr,Trl,Trr(其中左侧车轮和右侧车轮驱动力矩相反，如图1中箭头所示)。根据车辆左后轮(rl)的转速n(理想情况n＝0rpm)以及车辆横摆角速度ω的变化，对四个车轮的驱动转矩Tfl,Tfr,Trl,Trr进行一定合理的分配，以使车辆绕o点的位移变化在可接受范围内，以及车辆旋转横摆角加速度在人体舒适性范围内变化(即0.1～0.4rad/s)。从而车辆可以不使用转向轮，通过四个车轮的驱动力矩的关系而使车辆围绕o点旋转一定角度，进而侧方位出车。具体控制方案见图3。其中Tfl,Tfr,Trr,Trl代表了左前、右前、右后和左后车轮的转矩，n和ω代表了左后车轮的转速以及车辆横摆角速度。控制策略如图4：控制策略1：通过车上的横摆角速度传感器实时的采集到的横摆角速度的信号，将此信号实时的与我们要求的横摆角速度进行比较，将此差值反馈到我们设计的控制器中，经过我们设计的控制策略，发出信号给三个驱动的轮毂电机，三个轮毂电机根据接收的信号实时的调整各自的转矩，进行转矩分配，进而调整车的横摆角速度，从而横摆角速度达到我们的期望值。控制策略2：通过安装在左后驱动轮的转速传感器，实时的采集到转速信号，将此信号实时的与我们要求的转速(标定转速n＝0rpm)进行比较，将此差值反馈到我们设计的控制器中，经过我们设计的控制策略，发出信号给左后驱动轮的轮毂电机，该轮毂电机根据接收的信号实时的调整转矩，进而调整该驱动轮的转速，从而该轮的转速达到我们的期望值，最后该轮的位移量达到我们的期望值。此专利技术中，我们设计的控制器为两个PID控制器，控制策略1中的PID1，该控制器的输入为横摆角速度的差值，输出值决定驱动转矩的大小。控制策略2中的PID2，该控制器的输入为左后驱动轮轮速的差值，输出值决定该轮的驱动转矩大小。运用Carsim软件和simulink的联合仿真计算，其中PID1根据Δω输出三轮的总扭矩T，通过控制策略1转矩分配算法(即下面的对于三轮的转矩分配方法策略)分别输出三个车轮的扭矩到Carsim模块对应接口；PID2根据Δn输出左后轮的扭矩Trl到Carsim模块对应接口，如图7所示。对于三轮(左前、右前、右后驱动轮)的转矩分配方法：根据三轮的垂直载荷的大小来分配各个驱动轮驱动转矩的大小。如图5所示。设三个驱动轮的垂直载荷分别为Fzfl,Fzfr,Fzrr，其中fl,fr,rl,rr分别表示左前轮，右前轮，左后轮，右后轮。三轮的驱动转矩分别为Tfl,Tfr,Trr。其中Tfl和Tfr、Trr异号，Tfr和Trr同号。Fzfl+Fzfr+Fzrr＝F；Tfl＝aT,Tfr＝bT,Trr＝cTT为控制器输出驱动转矩，也就是左前、右前、右后轮总转矩T。即PID1控制器得到三轮总转矩T值，然后由a、b、c值一起得到各个Tfl,Tfr,Trr三轮转矩值。控制策略1如图6所示，在得到3个车轮各自的转矩后，将该量输入车辆系统，即联合仿真使用的Carsim系统，Carsim模块提供一系列输入输出接口，包括本专利涉及到的各个车轮转矩输入接口以及横摆角速度输出接口。输出横摆角速度负反馈回前端和期望横摆角速度进行差运算，最后将差运算结果输入给PID1控制器，直至横摆角速度达到横摆角速度期望值。对于左后驱动轮转矩分配方法：根据左后驱动轮的转速来控制该轮的转矩。控制策略2如图7所示，转速负反馈原理与横摆角速度负反馈相似，此处Carsim使用的输出接口是左后轮的转速。实施例采用simulink平台搭建控制方法，并对本整车动力学模型控制策略方法进行MATLAB和Carsim的联合仿真测试，其中横摆角速度ω和三轮总转矩T的关系以及左后轮转速n和左后轮转矩Trl的关系，均由Carsim内部方程实现：在Carsim中设置好车辆的相关参数(每个车有不同的参数，其中包括整车质量、簧上质量等，具体根据汽车参数进行设置)，设置为四轮驱动，无转向。然在在MATLAB中设置控制器以及转矩分配策略，进行联合仿真，结果显示，在本专利技术的控制策略下，车辆可以围绕o点旋转90°，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式驱动车辆无转向轮侧方位出车的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)以左后轮为旋转中心轮，通过车上的横摆角速度传感器和转速传感器实时获取横摆角速度ω和左后轮转速n，并与设定的横摆角速度期望值ω0和左后轮转速期望值n0进行比较，将横摆角速度差值Δω反馈至PID1控制器中，将左后轮转速差值Δn反馈至PID2控制器中；2)两个PID控制器根据输入值即横摆角速度差值Δω和左后轮转速差值Δn，对应输出左前、右前、右后三轮总驱动转矩T和左后轮驱动转矩Trl；3)PID1控制器输出的三轮总驱动转矩T信号经过控制策略1的转矩分配方法分别输出三轮各自转矩给左前、右前、右后三个驱动轮毂电机，PID2控制器输出的左后轮驱动转矩Trl信号输出给左后驱动轮毂电机，四个轮毂电机根据接收的信号实时的调整各自的转矩，进而调整车的横摆角速度和左后轮转速至横摆角速度期望值和左后轮转速期望值。

【技术特征摘要】
1.一种分布式驱动车辆无转向轮侧方位出车的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)以左后轮为旋转中心轮，通过车上的横摆角速度传感器和转速传感器实时获取横摆角速度ω和左后轮转速n，并与设定的横摆角速度期望值ω0和左后轮转速期望值n0进行比较，将横摆角速度差值Δω反馈至PID1控制器中，将左后轮转速差值Δn反馈至PID2控制器中；2)两个PID控制器根据输入值即横摆角速度差值Δω和左后轮转速差值Δn，对应输出左前、右前、右后三轮总驱动转矩T和左后轮驱动转矩Trl；3)PID1控制器输出的三轮总驱动转矩T信号经过控制策略1的转矩分配方法分别输出三轮各自转矩给左前、右前、右后三个驱动轮毂电机，PID2控制器输出的左后轮驱动转矩Trl信号输出给左后驱动轮毂电机，四个轮毂电机根据接收的信号实时的调整各自的转矩，进而调整车的横摆角速度和左后轮转速至横摆角速...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴振泳，石先让，宋廷伦，储亚峰，苏洋，王蓉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32