一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统及方法，该系统包括：驾驶员意图识别模块(1)：用于识别驾驶员意图，获取驾驶员当前的期望纵向力和期望横摆角速度；侧向运动跟踪模块(2)：用于根据期望横摆角速度以及当前车辆运动状态参数获取实现差动转向所需的横摆力矩；转矩分配模块(3)：用于根据期望纵向力以及实现差动转向所需的横摆力矩对内侧电机和外侧电机进行转矩分配，同时向内侧电机和外侧电机发出电机控制信号。与现有技术相比，本发明专利技术所需传感器少、控制鲁棒性高、应用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统及方法
本专利技术涉及一种电动汽车控制领域，尤其是涉及一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统及方法。
技术介绍
差动转向，又称为差速转向，不同于传统汽车转向遵循阿克曼转向定律，差动转向是依靠车辆两侧不同的驱/制动转矩形成两侧车轮的轮速差，从而实现转向的。相比于传统车辆，其具有结构简单紧凑、可靠性高、可实现小半径或原地转向等优点。差动转向车辆无机械转向机构，因此如何确定驾驶员的方向盘转角输入与车辆转向半径的关系，以及如何设计控制器使得差动车辆能稳定地跟踪驾驶员意图成为近年来研究重点。目前大多数针对差动转向车辆的研究都采用了直接横摆力矩控制，其对建模精度、传感器精度以及执行器精度要求较高，鲁棒性较差，不易于广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统，该系统包括：驾驶员意图识别模块：用于识别驾驶员意图，获取驾驶员当前的期望纵向力和期望横摆角速度；侧向运动跟踪模块：用于根据期望横摆角速度以及当前车辆运动状态参数获取实现差动转向所需的横摆力矩；转矩分配模块：用于根据期望纵向力以及实现差动转向所需的横摆力矩对内侧电机和外侧电机进行转矩分配，同时向内侧电机和外侧电机发出电机控制信号。所述的驾驶员意图识别模块包括：期望纵向力解析单元：该单元解析驾驶员意图并获取期望纵向力；期望横摆角速度解析单元：该单元解析驾驶员意图并获取期望横摆角速度。所述的期望纵向力解析单元通过下式获取期望纵向力：其中，TD为期望纵向力，α为加速踏板开度，Tmax为电机最大驱动转矩，n为电机转速，nb为电机基速。所述的期望横摆角速度解析单元通过下式获取期望横摆角速度：其中，γdes为期望横摆角速度，γ为稳态横摆角速度，vx为车辆纵向车速，Δvx为车辆两侧车轮轮速差，ks为常数，δdr为方向盘转角，μ为路面峰值附着系数，g为标准重力加速度。所述的侧向运动跟踪模块包括：参考横摆角速度修正单元：该单元对期望横摆角速度进行修正并获取参考横摆角速度；参考轮速差跟踪单元：该单元根据参考横摆角速度进行参考轮速差跟踪，获取实现差动转向所需的横摆力矩。所述的参考横摆角速度修正单元通过下式获取参考横摆角速度：其中，γref为参考横摆角速度，γdes为期望横摆角速度，γ为稳态横摆角速度，Kγ为允许最大的期望横摆角速度，kγ、θγ为大于零的常参数，sat(x)表示饱和运算，当x大于1时sat(x)取值为1，当x小于-1时sat(x)取值为-1，εγ为中间变量。所述的参考轮速差跟踪单元通过下式获取实现差动转向所需的横摆力矩：其中，Mz为实现差动转向所需的横摆力矩，K为车辆在当前状态下两侧电机所能产生的最大横摆力矩，k、θ为大于零的常参数，ωi为转向时内侧车轮轮速，ωo为转向时外侧车轮轮速，B为轮距，R为车轮半径，γref为参考横摆角速度，s、ε为中间变量，sat(x)表示饱和运算，当x大于1时sat(x)取值为1，当x小于-1时sat(x)取值为-1。所述的转矩分配模块具体为：其中，Ti为转向时内侧电机转矩，To为转向时外侧电机转矩，R为车轮半径，B为轮距，itran为轮边电机至车轮的传动比，Mz为实现差动转向所需的横摆力矩，TD为期望纵向力。一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制方法，该方法基于上述的控制系统，所述的控制方法包括如下步骤：(1)识别驾驶员意图，获取驾驶员当前的期望纵向力和期望横摆角速度；(2)对期望横摆角速度进行修正获取参考横摆角速度，基于参考参考横摆角速度获取实现差动转向所需的横摆力矩；(3)根据期望纵向力以及实现差动转向所需的横摆力矩对内侧电机和外侧电机进行转矩分配，同时向内侧电机和外侧电机发出电机控制信号并控制电机运动实现差动转向。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术所需目标车辆系统参数较少，且对其精度要求不高，具有较好的鲁棒性；(2)本专利技术系统及方法具有较好的环境适应能力，在各种路面上均具有较好的鲁棒性；(3)本专利技术所需的传感器只有横摆角速度传感器，需要的轮速信号可以由轮边电机给出，降低了生产成本；(4)本专利技术可适用于四轮、六轮、八轮等多轮差动转向车辆，只需根据车辆参数调整驾驶员意图识别模块所计算出的期望横摆角速度信号即可，应用范围广；(5)本专利技术既可以应用于有人驾驶差动转向车辆，也可以除去驾驶员意图识别模块，直接将期望横摆角速度信号输入给侧向运动跟踪模块，从而实现对无人驾驶差动转向车辆的侧向运动跟踪控制，应用范围广泛。附图说明图1为本专利技术用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统的结构框图；图2为本专利技术用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制方法的流程框图；图中，1为驾驶员意图识别模块，2为侧向运动跟踪模块，3为转矩分配模块，11为期望纵向力解析单元，12为期望横摆角速度解析单元，21为参考横摆角速度修正单元，22为参考轮速差跟踪单元。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本专利技术并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本专利技术并不限定于以下的实施方式。实施例如图1所示，一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统，该系统包括：驾驶员意图识别模块1：用于识别驾驶员意图，获取驾驶员当前的期望纵向力和期望横摆角速度；侧向运动跟踪模块2：用于根据期望横摆角速度以及当前车辆运动状态参数获取实现差动转向所需的横摆力矩；转矩分配模块3：用于根据期望纵向力以及实现差动转向所需的横摆力矩对内侧电机和外侧电机进行转矩分配，同时向内侧电机和外侧电机发出电机控制信号。驾驶员意图识别模块1包括：期望纵向力解析单元11：该单元解析驾驶员意图并获取期望纵向力；期望横摆角速度解析单元12：该单元解析驾驶员意图并获取期望横摆角速度。期望纵向力解析单元11通过下式获取期望纵向力：其中，TD为期望纵向力，α为加速踏板开度，Tmax为电机最大驱动转矩，n为电机转速，nb为电机基速。期望横摆角速度解析单元12通过下式获取期望横摆角速度：其中，γdes为期望横摆角速度，γ为稳态横摆角速度，vx为车辆纵向车速，Δvx为车辆两侧车轮轮速差，ks为常数，δdr为方向盘转角，μ为路面峰值附着系数，g为标准重力加速度。以六轮车辆为例，车辆的稳态横摆角速度γ具体为：式中：Δvx为车辆内外侧车轮接地点速度差，kxi、kyi分别为第i轴轮胎的纵滑刚度和侧偏刚度，B为轮距，a、b、c分别为前、中、后轴距质心的距离，正表示当前轴在质心位置之前，负表示在质心位置之后，m为整车质量，vx为车辆纵向车速。侧向运动跟踪模块2包括：参考横摆角速度修正单元21：该单元对期望横摆角速度进行修正并获取参考横摆角速度；参考轮速差跟踪单元22：该单元根据参考横摆角速度进行参考轮速差跟踪，获取实现差动转向所需的横摆力矩。参考横摆角速度修正单元21通过下式获取参考横摆角速度：其中，γref为参考横摆角速度，γdes为期望横摆角速度，γ为稳态横摆角速度，Kγ为允许最大的期望横摆角速度，kγ、θγ为大于零的常参数，sat(x)表示饱和运算，当x大于1时sat(x本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统，其特征在于，该系统包括：驾驶员意图识别模块(1)：用于识别驾驶员意图，获取驾驶员当前的期望纵向力和期望横摆角速度；侧向运动跟踪模块(2)：用于根据期望横摆角速度以及当前车辆运动状态参数获取实现差动转向所需的横摆力矩；转矩分配模块(3)：用于根据期望纵向力以及实现差动转向所需的横摆力矩对内侧电机和外侧电机进行转矩分配，同时向内侧电机和外侧电机发出电机控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统，其特征在于，该系统包括：驾驶员意图识别模块(1)：用于识别驾驶员意图，获取驾驶员当前的期望纵向力和期望横摆角速度；侧向运动跟踪模块(2)：用于根据期望横摆角速度以及当前车辆运动状态参数获取实现差动转向所需的横摆力矩；转矩分配模块(3)：用于根据期望纵向力以及实现差动转向所需的横摆力矩对内侧电机和外侧电机进行转矩分配，同时向内侧电机和外侧电机发出电机控制信号。2.根据权利要求1所述的一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统，其特征在于，所述的驾驶员意图识别模块(1)包括：期望纵向力解析单元(11)：该单元解析驾驶员意图并获取期望纵向力；期望横摆角速度解析单元(12)：该单元解析驾驶员意图并获取期望横摆角速度。3.根据权利要求2所述的一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统，其特征在于，所述的期望纵向力解析单元(11)通过下式获取期望纵向力：其中，TD为期望纵向力，α为加速踏板开度，Tmax为电机最大驱动转矩，n为电机转速，nb为电机基速。4.根据权利要求2所述的一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统，其特征在于，所述的期望横摆角速度解析单元(12)通过下式获取期望横摆角速度：其中，γdes为期望横摆角速度，γ为稳态横摆角速度，vx为车辆纵向车速，Δvx为车辆两侧车轮轮速差，ks为常数，δdr为方向盘转角，μ为路面峰值附着系数，g为标准重力加速度。5.根据权利要求1所述的一种用于轮边电机驱动车辆差动转向的控制系统，其特征在于，所述的侧向运动跟踪模块(2)包括：参考横摆角速度修正单元(21)：该单元对期望横摆角速度进行修正并获取参考横摆角速度；参考轮速差跟踪单元(22)：该单元根据参考横摆角速度进行参考轮速差跟踪，获取实现差动转向所需的横摆力矩。6.根据权利要求5所述的一种用于轮边电机驱动车辆差...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊璐，高乐天，章仁燮，蒙昊蓝，金达，余卓平，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31