[发明专利]双轮毂电机驱动系统自适应平衡转向控制方法

摘要

本发明提出了一种双轮毂电机驱动系统自适应平衡转向控制方法，其基本控制系统包括电子差速专用处理器、左轮毂刹车驱动电路、左轮毂加速驱动电路、左轮毂电机控制器、右轮毂刹车驱动电路、右轮毂加速驱动电路、右轮毂电机控制器、左轮转速传感器、右轮转速传感器、互锁开关电路、车身平衡度预判器、前端加速度传感器、尾端加速度传感器、转弯传感器、加速踏板和通信接口，该方法利用转弯传感信息、车身倾斜度信息、车辆速度和车辆速度背离率建立了一种评价车辆转弯安全度的方法，在转向控制领域引入了电子刹车处理手段，使得双轮毂电机驱动系统能够更加有效而精准的控制转向平衡，提高了车辆在运行过程中的稳定性。

主权项

一种双轮毂电机驱动系统自适应转向平衡控制方法，实现该方法的基本控制系统包括电子差速专用处理器(1)、左轮毂刹车驱动电路(2)、左轮毂加速驱动电路(3)、左轮毂电机控制器(4)、右轮毂刹车驱动电路(5)、右轮毂加速驱动电路(6)、右轮毂电机控制器(7)、左轮转速传感器(8)、右轮转速传感器(9)、互锁开关电路(15)、车身平衡度预判器(10)、前端加速度传感器(11)、尾端加速度传感器(12)、转弯传感器(13)、加速踏板(14)和通信接口(16)；所述左轮毂电机控制器(4)和右轮毂电机控制器(7)具有加速和刹车两种工作模式，处于加速模式时左轮毂电机控制器(4)和右轮毂电机控制器(7)提供加速驱动力，处于刹车模式时左轮毂电机控制器(4)和右轮毂电机控制器(7)提供减速制动力，电子差速专用处理器(1)通过互锁开关电路(15)控制左轮毂电机控制器(4)和右轮毂电机控制器(7)的工作模式，通过左轮毂加速驱动电路(3)和右轮毂加速驱动电路(6)控制左轮毂电机控制器(4)和右轮毂电机控制器(7)的输出驱动力，通过左轮毂刹车驱动电路(2)和右轮毂刹车驱动电路(5)控制左轮毂电机控制器(4)和右轮毂电机控制器(7)输出制动力，其特征在于，具有以下技术方法：①、电子差速专用处理器(1)从转弯传感器(13)读取车辆的机械转角信号，转角信号的值域为[Anglemin，Anglemax]，端值Anglemin和Anglemax分别对应方向机的两个最大转角位置，中值对应方向机的正中位置，转角电信号的值从Anglemin逐步增加至Anglemax，则方向机从一侧的极限位置转至另一侧的极限位置，以方向机偏离正中位置的机械转角表示转弯幅度，则任意转角信号与方向机正中位置所对应的转角信号的差值绝对值与转弯幅度成正比例关系，转角信号为Anglemin或者Anglemax时，转弯幅度取最大值，对应差值转角信号为时，转弯幅度取最小值，对应差值0，转弯幅度值的取值区间为将转弯幅度取值区间划分为N等分，除去方向机处于正中位置所对应的转角幅度，每个区间可表示为k的取值范围为1至N的整数值，将该区间记为Areak；②、电子差速专用处理器(1)从加速踏板(14)读取输入加速信号，输入加速信号值与加速踏板(14)下压机械行程成正比例关系，输入加速信号的值域为[Pedalmin，Pedalmax]，端值Pedalmin对应加速踏板(14)的起始位置，端值Pedalmax对应加速踏板(14)的底部位置，加速踏板(14)从起始位置踩至底部位置，输入加速信号的值从Pedalmin增加至Pedalmax，电子差速专用处理器(1)通过左轮毂加速驱动电路(3)和右轮毂加速驱动电路(6)各输出一路加速信号，加速信号的值域同为[Drivemin，Drivemax]，输出加速信号值与轮毂电机控制器输出的加速驱动力成正比例关系，端值Drivemin为最小输出加速电信号，端值Drivemax为最大输出加速电信号，输出加速信号从Drivemin逐步增加至Drivemax，则轮毂电机控制器的输出加速驱动力从零逐步增加至最大，电子差速专用处理器(1)通过左轮毂刹车驱动电路(2)和右轮毂刹车驱动电路(5)各输出一路制动信号，制动信号的值域同为[Brakemin，Brakemax]，输出制动信号值与轮毂电机控制器输出的减速制动力成正比例关系，端值Brakemin为最小输出制动力信号，端值Brakemax为最大制动力信号，输出制动信号从Brakemin逐步增加至Brakemax，则轮毂电机控制器的输出减速制动力从零逐步增加至最大；③、电子差速专用处理器(1)将加速踏板(14)的输入加速信号值域[Pedalmin，Pedalmax]线性映射至输出加速信号值域[Drivemin，Drivemax]，对于加速踏板(14)给出的任意输入加速信号值Pedal存在一个映射值在没有转弯的情况下，电子差速专用处理器(1)输出至左轮毂电机控制器(4)的加速信号和输出至右轮毂电机控制器(7)的加速信号同为踏板输入加速信号的映射值，车身处于转向状态时，电子差速专用处理器(1)对外侧轮控制器和内侧轮控制器输出不同的加速驱动信号，外侧轮控制器的加速驱动信号为踏板输入加速信号的映射值，内侧轮控制器的加速驱动信号为踏板输入信号映射值的衰减信号其中μ为内侧轮转向时的减速系数，μ的取值范围为值域(0，1)，转弯幅度对应区间Areak，k等于N时内侧轮的加速驱动信号衰减幅度最大，电子差速专用处理器(1)输出至内侧轮的加速驱动信号为④、电子差速专用处理器(1)按照固定的间隔周期T从左轮转速传感器(8)和右轮转速传感器(9)读取左轮转速信号和右轮转速信号，并将左轮转速信号和右轮转速信号通过工程量变换转化为相应的速度值，以左轮速度值和右轮速度值的平均值作为车身当前的实际速度值，车身实际速度值记为Vbody；⑤、车身平衡度预判器(10)按照同样的周期T从前端加速度传感器(11)读取车身前端水平倾斜度信号，从尾端加速度传感器(11)读取车身尾端水平倾斜度信号，车身尾端水平倾斜度信号经过工程量变换转化为数值βback，以前端水平倾斜度信号和尾端水平倾斜度信号的平均值作为每个周期T内车身水平倾斜度的即时采样数据，设置长度为M的用以计算车身短时间内水平倾斜度的序列IWINDOW和长度为L的用以计算车身长时间内水平倾斜度的序列IAVERAGE，IWINDOW序列为一个循环序列，包含指示 标记，指示标记每个周期T内依次指向IWINDOW序列中不同的位置，每个周期T内车身平衡度预判器(10)将车身水平倾斜度的即时采样数据存入指示标记所指向的IWINDOW序列中的位置，Position改为指向IWINDOW序列的下一个位置，计算IWINDOW序列中所有倾斜度数据的平均值，将此平均值通过通信接口(16)发送至电子差速专用处理器(1)，以此数据作为周期T内车身倾斜度的有效数据，记为IAVERAGE序列为一个顺序操作序列，车身平衡度预判器(10)将每个周期T内的车身水平倾斜度即时采样数据记为按顺序存入IAVERAGE序列，每经过LT周期，IAVERAGE序列被完整更新一次，计算IAVERAGE序列中所有数据的平均值，将平均值数据通过通信接口(16)发送至电子差速专用处理器(1)，以此数据作为反映周期LT内车身倾斜度整体趋势的有效数据，记为计算IAVERAGE序列中所有数据的均方差将均方差数据通过通信接口(16)发送至电子差速专用处理器(1)，以此数据作为反映周期LT内路况颠簸度的有效数据，记为γ，数据处理完毕后清零IAVERAGE序列中的每个数值；⑥、对于每个转弯幅度区间Areak设置车辆行驶速度Vbody的两个阈值速度和表示Areak内任一转弯幅度对应的安全转向速度，表示Areak内任一转弯幅度对应的报警转向速度，其中报警转向速度大于安全转向速度将区间作为Areak所对应的安全速度区间，将区间作为Areak所对应的预警速度区间，将区间作为Areak所对应的危险速度区间，按照不同的转 向，用与的差值表示车身转向时向外侧的倾斜度，将该倾斜度记为βbody，对于每个转弯幅度区间Areak设置车身倾斜度βbody的两个阈值和表示Areak内任一转弯幅度对应的安全转向倾斜度，表示Areak内任一转弯幅度对应的报警转向倾斜度，将区间作为Areak所对应的安全倾斜度区间，将区间作为Areak所对应的预警倾斜度区间，将区间作为Areak所对应的危险倾斜度区间，定义背离率η为转弯时车辆实际速度增长率，背离率等于当前周期T内的车身实际速度减去前一周期T内的车身实际速度，设置对于所有转弯幅度区间Areak通用的背离率阈值ηvalve，(0，ηvalve]对应低速背离区间，[ηvalve，∞)对应高速背离区间，定义用于评估车辆状态的转向失衡危险度，转向失衡危险度与车身速度Vbody、车身倾斜度βbody和背离率η相关，转向失衡危险度值越大表示车辆失衡的危险性越高，以下建立转向失衡危险度的换算表：车辆速度Vbody处于预警速度区间或车身倾斜度βbody处于预警倾斜度区间时转向失衡危险度值增加1，Vbody处于危险速度区间或车身倾斜度βbody处于危险倾斜度区间时转向失衡危险度值增加2，当车身倾斜度βbody和车 辆速度Vbody均处于安全区间时，不考虑速度背离率，否则，速度背离率η处于低速背离区间时转向失衡危险度增加1，速度背离率η处于高速背离区间时转向失衡危险度值增加2，转向失衡危险度的取值集合为{0，1，2，3，4，5，6}；⑦、转向失衡危险度值取0时表示转向安全，电子差速专用处理器1依照③中所述的方法输出加速驱动信号，转向失衡危险度值取1或2时表示转向失衡危险度为低，此状态下，电子差速专用处理器(1)依照③中所述的方法计算输出至外侧轮和内侧轮的输出加速驱动信号，并按照内侧轮加速驱动信号与外侧轮加速驱动信号的比例，以T为周期，逐步按比例减小输出至两个轮毂电机控制器的实际加速驱动信号，转向失衡危险度值取3或4时表示转向失衡危险度为中，此状态下，电子差速专用处理器1通过互锁开关电路(15)将内侧轮毂电机控制器和外侧轮毂电机控制器同时切换到刹车模式，依照③中所述的方法计算内侧轮毂电机控制器和外侧轮毂电机控制器的加速驱动电信号比，以T为周期，逐步按比例加大减速制动信号，转向失衡危险度值取5或6时表示转向失衡危险度为高，电子差速专用处理器(1)通过互锁开关电路(15)将内侧轮电机控制器和外侧轮电机控制器同时切换到刹车模式，同时向两个轮毂电机控制器输出最大的减速制动信号。