一种电驱动履带车辆动力学转矩控制方法与流程

本发明涉及车辆驱动技术领域，具体涉及一种电驱动履带车辆动力学转矩控制方法。

背景技术：

为了抑制环境污染，减少碳排放量，新能源车辆的研发得到了发展，其中，电驱动履带式新能源车辆在无人车辆、工程、抢险、军事领域应用广泛。

现有的电驱动履带新能源车辆多采用双侧独立电驱动形式，动力传动系统分成左右侧两套动力传动分系统，电机输出扭矩直接驱动主动轮，两套动力传动分系统间采用电缆柔性连接。该种结构，机械系统结构简单，布置方便，且控制系统易于实现，但该结构受电机驱动能力限制，只适用于轻型履带车辆。中型重型履带车辆多采用包含耦合机构的电驱动系统，利用机械耦合装置将车辆转向时产生的再生功率从内侧主动轮传递到外侧主动轮，减小对外侧驱动电机驱动能力的需求，但是该种包含耦合机构的电驱动系统，控制复杂，难以直接控制输出到主动轮上的转矩，采用转速控制方法或加入复杂算法的转矩控制方法，实时性、稳定性都难以达到要求，限制了中型重型电驱动履带车辆的应用。

技术实现要素：

本发明提供一种电驱动履带车辆动力学转矩控制方法，其目的是以履带车辆不同车速下的极限转向状态为约束条件，以耦合机构输入输出特性参数为设计依据，构建两侧电机输出的转向最大转矩差与电机转速的函数，以踏板开度与方向盘转角为控制输入，以两侧电机输出转矩差为控制目标，实现车辆转向控制，充分发挥包含耦合机构的电驱动履带车辆在动力舱重量、尺寸以及整车驱动能力上的优势，支撑其在重型履带车辆上的应用

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种电驱动履带车辆动力学转矩控制方法，其特征在于，所述方法包括：

根据驾驶信号确定驾驶模式；

根据驾驶模式控制车辆驱动电机的输出转矩。

优选地，所述驾驶信号包括踏板开度信号和方向盘转角信号；所述驾驶模式包括直驶模式和转向模式。

进一步地，所述根据驾驶信号确定驾驶模式包括：

当方向盘转角小于方向盘的自由行程时，车辆的驾驶模式为直驶模式；

当方向盘转角大于方向盘的自由行程时，车辆的驾驶模式为转向模式。

进一步地，所述转向模式包括驱动转向模式和制动转向模式；

车辆的驾驶模式为转向模式时，当所述踏板开度时，车辆的驾驶模式为驱动转向模式；当所述踏板开度时，车辆的驾驶模式为制动转向模式。

优选地所述根据驾驶模式控制车辆驱动电机的输出转矩包括确定车辆驱动电机各驾驶模式下对应的输出转矩。

所述车辆驱动电机的输出转矩包括内侧驱动电机输出转矩和外侧驱动电机输出转矩；

所述根据驾驶模式控制车辆驱动电机的输出转矩包括：

当车辆的驾驶模式为直驶模式时，内侧驱动电机的输出转矩通过下式确定：

t外＝t内

其中，t内是内侧驱动电机输出转矩，tmax是当前驱动电机转速下的最大转矩，n是对应时刻的车轮转速，t外是外侧驱动电机输出转矩；

当车辆的驾驶模式为驱动转向模式时：

其中，t内是内侧驱动电机输出转矩，n外是对应时刻外侧车轮的转速，t内>＝0；

t外是外侧驱动电机输出转矩,tmax是当前驱动电机转速下的最大转矩；

当车辆的驾驶模式为制动转向模式时：

其中，t内是内侧驱动电机输出转矩，n内是对应时刻内侧车轮的转速，t外是外侧驱动电机输出转矩,tmax是当前驱动电机转速下的最大转矩；t外<＝0。

进一步地，所述踏板因子与踏板开度的关系可根据实际需求表示为3种典型曲线；

进一步地，当踏板因子对踏板开度的响应特性为非线性响应时，或在踏板开度绝对值较小时响应较快，在踏板开度绝对值较大时响应较慢；

当踏板因子对踏板开度的响应特性为线性响应时，在踏板开度绝对值较小时和绝对值较大时响应一致；

当踏板因子对踏板开度的响应特性为非线性响应时，或在踏板开度绝对值较小时响应较慢，在踏板开度绝对值较大时响应较快，在踏板开度绝对值较小时响应较慢，在踏板开度绝对值较大时响应较快。

进一步地，当转向因子对方向盘转角的响应特性为非线性响应时，

当转向因子对方向盘转角的响应特性为分段的线性响应时，

式中，xq为q点的坐标，yq为q点的纵坐标，k为耦合机构行星排特性参数；

当转向因子对方向盘转角的响应特性为非线5性响应时，

进一步地，所述转向因子与方向盘转角之间的关系可根据实际需求表示为3中典型曲线：

曲线1：转向因子对方向盘转角的响应特性为非线性响应，在方向盘转角值较小时响应较快，在方向盘转角值较大时响应较慢；

曲线2：转向因子对方向盘转角的响应特性为分段的线性响应；

曲线3：转向因子对方向盘转角的响应特性为非线性响应，在方向盘转角值较小时响应较慢，在方向盘转角值较大时响应较快。

进一步地，设置不同曲线可调节车辆对方向盘转角的响应特性，也可以根据试验重新标定转向因子与方向盘转角之间的函数关系，其函数曲线必须经过点(0,0)、(1,1)，且

进一步地，履带车辆参数影响两侧电机最大转向转矩差与电机转速的关系，以履带车辆不同车速下的最小转向半径转向状态为约束条件，以耦合机构输入输出特性参数为设计依据；特定车辆的情况，也可通过计算或试验获得。

上述电驱动系统控制方法为转矩调节动力学控制方法，控制输出指令为两侧电机输出转矩值，以电机不同转速下两侧电机最大转向转矩差为计算依据。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用的技术方案相比于双侧独立驱动电驱动系统，大大减小了电驱动履带车辆对外侧电机驱动功率的需求，并可减小电驱动系统的重量与尺寸，可以满足较重吨位的履带车辆转向需求。

2、本发明采用的技术方案为转矩调节控制方法，相比于转速调节控制方法，该控制方法不需要考虑控制目标(电机目标转速)受外界环境的影响(如各种阻力)，通过驾驶员根据车辆克服阻力后的速度与横摆角速度情况判断和处理，与传统车辆驾驶习惯相同。

3、本发明采用的技术方案相比其他转矩调节控制方法，该控制方法无需复杂的控制算法与车辆状态采集设备，控制策略简洁有效，具有更好的实时性、可行性、稳定性与可靠性。

4、本发明采用的技术方案可以充分发挥包含耦合机构的电驱动履带车辆在动力舱重量、尺寸以及整车驱动能力上的优势，尤其适合重型履带车辆的应用。

附图说明

图1是本发明一种电驱动履带车辆动力学控制方法流程图；

图2是本发明一种电驱动履带车辆动力学控制方法某优选耦合机构结构简图；

图3是本发明一种电驱动履带车辆动力学控制方法踏板因子与踏板开度的函数关系示意图；

图4是本发明一种电驱动履带车辆动力学控制方法转向因子与方向盘转角的函数关系示意图；

图5是本发明一种电驱动履带车辆动力学控制方法某车型转向最大转矩差与外侧电机转速函数关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种家用电器的控制方法，如图1所示，包括：

车辆启动后，采集踏板开度与方向盘转角为控制输入，采集方向盘转角信号，判断进入直驶模式还是转向模式，在转向模式下，采集踏板开度信号，判断进入驱动转向模式还是制动转向模式，以两侧电机输出转矩为输出指令，控制车辆行驶。

根据驾驶信号确定驾驶模式；

根据驾驶模式控制车辆驱动电机的输出转矩。

所述驾驶信号包括踏板开度信号和方向盘转角信号；所述驾驶模式包括直驶模式和转向模式。

所述根据驾驶信号确定驾驶模式包括：

当方向盘转角小于方向盘的自由行程时，车辆的驾驶模式为直驶模式；

当方向盘转角大于方向盘的自由行程时，车辆的驾驶模式为转向模式。

所述转向模式包括驱动转向模式和制动转向模式；

车辆的驾驶模式为转向模式时，当所述踏板开度时，车辆的驾驶模式为驱动转向模式；当所述踏板开度时，车辆的驾驶模式为制动转向模式。

所述根据驾驶模式控制车辆驱动电机的输出转矩包括确定车辆驱动电机各驾驶模式下对应的输出转矩。

所述车辆驱动电机的输出转矩包括内侧驱动电机输出转矩和外侧驱动电机输出转矩；

所述根据驾驶模式控制车辆驱动电机的输出转矩包括：

当车辆的驾驶模式为直驶模式时，内侧驱动电机的输出转矩通过下式确定：

t外＝t内

其中，t内是内侧驱动电机输出转矩，tmax是当前驱动电机转速下的最大转矩，n是对应时刻的车轮转速，t外是外侧驱动电机输出转矩；

当车辆的驾驶模式为驱动转向模式时：

其中，t内是内侧驱动电机输出转矩，n外是对应时刻外侧车轮的转速，t内>＝0；

t外是外侧驱动电机输出转矩,tmax是当前驱动电机转速下的最大转矩；

当车辆的驾驶模式为制动转向模式时：

其中，t内是内侧驱动电机输出转矩，n内是对应时刻内侧车轮的转速，t外是外侧驱动电机输出转矩,tmax是当前驱动电机转速下的最大转矩；t外<＝0。

所述电驱动履带车辆包含的耦合机构，与履带车辆两侧传动系统(包含主动轮与侧转动等)机械相连，车辆转向时产生的再生功率可以通过机械机构从内侧主动轮传递到外侧主动轮。如图2所示，为耦合机构的某种优选方式。该耦合机构由两个行星排构成，行星排1的齿圈与行星排2的行星架刚性连接，并与右侧侧转动连接，输出动力；行星排1的行星架与行星排2齿圈的刚性连接，并与左侧侧转动连接，输出动力；行星排1与行星排2的太阳轮分别与左、右电机连接，作为整个耦合机构的动力输入。

如图3所示：所述踏板因子与踏板开度的关系可根据实际需求表示为3种典型曲线：

曲线1：踏板因子对踏板开度的响应特性为非线性响应，在踏板开度绝对值较小时响应较快，在踏板开度绝对值较大时响应较慢；这种情况：

曲线2：踏板因子对踏板开度的响应特性为线性响应，在踏板开度绝对值较小时和绝对值较大时响应一致；这种情况：

曲线3：踏板因子对踏板开度的响应特性为非线性响应，在踏板开度绝对值较小时响应较慢，在踏板开度绝对值较大时响应较快：这种情况：

设置不同曲线可调节车辆对踏板开度的响应特性，也可以根据试验重新标定踏板因子与踏板开度之间的函数关系，其函数曲线必须经过点(-1,1)、(0,0)、(1,1)，且

如图4所示，所述转向因子与方向盘转角之间的关系可根据实际需求表示为3中典型曲线：

图中，q点通过试验标定得到，根据经验：q点坐标：0.3≤xq≤0.5，yq＝1/(1+k)；

式中，xq为q点的坐标，yq为q点的纵坐标，k为耦合机构行星排特性参数；

曲线1：转向因子对方向盘转角的响应特性为非线性响应，在方向盘转角值较小时响应较快，在方向盘转角值较大时响应较慢；

曲线2：转向因子对方向盘转角的响应特性为分段的线性响应；

曲线3：转向因子对方向盘转角的响应特性为非线性响应，在方向盘转角值较小时响应较慢，在方向盘转角值较大时响应较快；

上述电驱动系统控制方法为转矩调节动力学控制方法，控制输出指令为两侧电机输出转矩值，以电机不同转速下两侧电机最大转向转矩差为计算依据；设置不同曲线可调节车辆对方向盘转角的响应特性，也可以根据试验重新标定转向因子与方向盘转角之间的函数关系，其函数曲线必须经过点(0,0)、(1,1)，且

所述两侧电机最大转向转矩差通过图5查表获得；

履带车辆参数影响两侧电机最大转向转矩差与电机转速的关系，以履带车辆不同车速下的最小转向半径转向状态为约束条件，以耦合机构输入输出特性参数为设计依据；特定车辆的情况，也可通过计算或试验获得。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。