一种基于路面特性的分布式车辆转速控制方法及装置与流程

本发明涉及车辆转速控制技术领域，尤其涉及一种基于路面特性的分布式车辆转速控制方法及装置。

背景技术：

近年来，现代高新技术的迅速发展，数字化、信息化和智能化越来越多的应用到人类社会的各个方面，其中无人驾驶车辆技术尤为突出。基于线控的电传动的车辆平台在无人车的技术实现上具备优势。相对于城市化结构道路，越野环境下的非结构化道路对无人驾驶车辆技术提出更高要求。

常用电传动车辆平台的控制方法分为转矩控制和转速控制，其中转速控制方法主要基于驾驶意图，而忽略地面即环境特性对行车状态的影响。

由于外界环境、路面载荷以及不同工况等条件的频繁变化，车辆行驶过程由于复杂地形而产生冲击力，使得车辆常处于非稳定工况工作，现有转速控制方法无法适应复杂工况，导致乘车体验大幅下降。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于路面特性的分布式车辆转速控制方法及装置，用以解决现有转速控制方法无法适应复杂工况造成的乘车体验下降的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于路面特性的分布式车辆转速控制方法，包括以下步骤：

接收期望转速和期望转向程度；

采集当前车辆信息，得到车辆行驶的俯仰角和侧倾角；

根据所述期望转速、期望转向程度、俯仰角和侧倾角，解析得到左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速；

根据所述左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速调整两侧主动轮行驶速度。

本发明有益效果如下：本发明利用车辆采集到的期望转速、期望转向程度、俯仰角和侧倾角，解析得到左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速，并进一步得到车辆两侧主动轮行驶速度。该方法基于转速控制模式实现，能够适应越野环境下的复杂工况，有效减小行车时由于复杂地形而产生的冲击，提升越野环境下的行车舒适度。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，所述根据所述期望转速、期望转向程度、俯仰角和侧倾角，解析得到左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速，进一步包括以下步骤：

根据所述期望转速、期望转向程度、俯仰角分别解析得到左侧车速第一次解析值、右侧车速第一次解析值；

根据所述左侧车速第一次解析值、右侧车速第一次解析值及所述侧倾角，分别解析得到左右侧车速第二次解析值：

根据所述左侧车速第二次解析值、右侧车速第二次解析值及所述期望转向程度，分别得到左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过分步骤考虑俯仰角、侧倾角、期望转向程度对车速的影响，能够得到更为准确、考虑更为全面的驱动电机转速结果，利用该方法得到的电机转速结果能够适应越野环境下的复杂工况，有效减小行车时由于复杂地形而产生的冲击，提升越野环境下的行车舒适度。

进一步，所述根据所述期望转速、期望转向程度、俯仰角分别解析得到左侧车速第一次解析值、右侧车速第一次解析值：

其中，vl1为左侧车速第一次解析值；vr1为右侧车速第一次解析值；v为期望转速；a为俯仰角变化率处理系数，a≤0；β为俯仰角。

采用上述进一步方案的有益效果是：在双侧坡道解析过程中，根据俯仰角调节车辆速度，能够有效抑制车辆行驶过程中因驱动电机快速调节产生的冲击。

进一步，根据所述左侧车速第一次解析值、右侧车速第一次解析值及所述侧倾角，分别解析得到左右侧车速第二次解析值：

其中，所述侧倾角σ表示以左侧为基准得到的车辆侧倾角，

当σ＜0时，左侧工况为坡道，右侧工况为平路，此时左右侧车速第二次解析值分别为：

vl2＝vl1+δv(3)

vr2＝vr1(4)

当σ≥0时，左侧工况为平路，右侧工况为坡道，此时左右侧车速第二次解析值分别为：

vl2＝vl1(5)

vr2＝vr1+δv(6)

其中，vl2为左侧车速第二次解析值，vr2为右侧车速第二次解析值；δv为左右侧轮速差，根据以下公式计算得到：

其中，坡道有效长度坡道有效高度h＝btanσ，b为车身宽度。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过侧倾角反应车辆左右两侧的工况，并对左右两侧的工况进行分析，调节两侧车速，避免车辆偏使现象。

进一步，根据所述左侧车速第二次解析值、右侧车速第二次解析值及所述期望转向程度，分别得到左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速：

(1)当vl2≥vr2且vl2≤v0、vr2≤v0时，其中v0为履带车辆中心转向时主动轮最高转速，

左侧驱动电机转速nl为：

右侧驱动电机转速nr为：

其中，nh为高速侧驱动电机转速，nl为低速侧驱动电机转速，i为车辆传动比，rz为主动轮半径，η为期望转向程度；

(2)当vl2≥vr2且vl2＞v0、vr2＞v0、0≤η＜50％时，

左侧驱动电机转速nl为：

右侧驱动电机转速nr为：

(3)当vl2≥vr2且vl2＞v0、vr2＞v0、50％＜η≤100％时，

左侧驱动电机转速nl为：

右侧驱动电机转速nr为：

(4)当vl2＜vr2且vl2≤v0、vr2≤v0时，

左侧驱动电机转速nl为：

右侧驱动电机转速nr为：

(5)当vl2＜vr2且vl2＞v0、vr2＞v0、0≤η＜50％时，

左侧驱动电机转速nl为：

右侧驱动电机转速nr为：

(6)当vl2＜vr2且vl2＞v0、vr2＞v0、50％＜η≤100％时，

左侧驱动电机转速nl为：

右侧驱动电机转速nr为：

采用上述进一步方案的有益效果是：通过转向程度表征速差，即低速侧相对于高速侧的降速程度转向程度，为了保证各转向半径平稳切换，避免在高速行驶时因两侧履带速差过大而导致侧翻的危险情况。

进一步，人工驾驶模式时，将驾驶仪上的转速操纵杆的动作量作为期望转速，转向程度操纵杆动作量作为期望转向程度。

进一步，无人行驶模式时，由车辆工控机通过规划控制计算后下发期望转速和期望转向程度。

在本发明的另一实施例中，提供了一种基于路面特性的分布式车辆转速控制装置，与方法相对应，包括整车控制器、左侧驱动电机控制器、右侧驱动电机控制器、左侧驱动电机、右侧驱动电机；

其中，所述整车控制器用于接收期望转速、期望转向程度及车辆行驶的俯仰角和侧倾角，并解析得到左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速；

所述左侧驱动电机控制器，用于接收整车控制器解析得到的左侧驱动电机转速，并将所述左侧驱动电机转速下发至左侧驱动电机；

所述右侧驱动电机控制器，用于接收整车控制器解析得到的右侧驱动电机转速，并将所述右侧驱动电机转速下发至右侧驱动电机。

本发明有益效果如下：本发明提供的基于路面特性的分布式车辆转速控制装置，为基于路面特性的分布式车辆转速控制方法提供了硬件支撑，能够适应越野环境下的复杂工况，有效减小行车时由于复杂地形而产生的冲击，提升越野环境下的行车舒适度。

进一步，所述整车控制器通过can通信网络与所述左侧驱动电机控制器、右侧驱动电机控制器进行通信；

所述左侧驱动电机控制器通过高压交流电源与左侧驱动电机进行通信；

所述右侧驱动电机控制器通过高压交流电源与右侧驱动电机进行通信。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例基于路面特性的分布式车辆转速控制方法示意图；

图2为本发明实施例双侧坡道解析过程中车辆位置、俯仰角及左、右侧车速第一次解析值变化过程；

图3为本发明实施例左侧工况为坡道时的单侧坡道行驶工况示意图；

图4a)为本发明实施例根据本发明方法得到的高速侧驱动电机转速；

图4b)为本发明实施例根据本发明方法得到的低速侧驱动电机转速；

图4c)为本发明实施例主动轮转向半径；

图5为本发明实施例基于路面特性的分布式车辆转速控制装置示意图；

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种基于路面特性的分布式车辆转速控制方法，包括以下步骤：

步骤s1：接收期望转速和期望转向程度；

步骤s2：采集当前车辆信息，得到车辆行驶的俯仰角和侧倾角；

步骤s3：根据所述期望转速、期望转向程度、俯仰角和侧倾角，解析得到左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速；

步骤s4：根据所述左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速调整两侧主动轮行驶速度。

与现有技术相比，本实施例提供的基于路面特性的分布式车辆转速控制方法，利用车辆采集到的期望转速、期望转向程度、俯仰角和侧倾角，解析得到左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速，并进一步得到车辆两侧主动轮行驶速度。该方法基于转速控制模式实现，能够适应越野环境下的复杂工况，有效减小行车时由于复杂地形而产生的冲击，提升越野环境下的行车舒适度。

具体地，通过整车控制器接收期望转速和期望转向程度，利用惯性导航系统采集当前车辆信息。人工驾驶模式时，将驾驶仪上的转速操纵杆的动作量作为期望转速，转向程度操纵杆动作量作为期望转向程度；无人行驶模式时，由车辆工控机通过规划控制计算后下发期望转速和期望转向程度。

优选地，步骤s3进一步包括以下步骤：

步骤s31：双侧坡道解析：根据所述期望转速、期望转向程度、俯仰角分别解析得到左侧车速第一次解析值、右侧车速第一次解析值，解析过程使用的公式如表1所示；

表1左右侧车速第一次解析值

其中，vl1为左侧车速第一次解析值；vr1为右侧车速第一次解析值；v为期望转速；a为俯仰角变化率处理系数，a≤0；β为俯仰角。

双侧坡道解析过程中，假设车辆左右两侧均行驶在坡道上，利用俯仰角反馈的当前坡度信息，实时计算此时的左右车速情况。

表1中公式反映出了车辆爬坡过程中第一次车速解析值变化情况：

1)上坡过程中，车辆行驶到坡道底部时，俯仰角变化率大，车辆转速在期望转速的基础上平滑下降；

2)上坡过程中，车辆行驶在上坡道的中部，俯仰角在较小非0区间波动，此时俯仰角变化率较小，车辆转速逐渐平滑增加至期望转速；

3)车辆行驶到坡道的中部和顶部过渡阶段，检测到俯仰角变小(此刻上坡)而航向角和横摆角近乎保持不变，电机转速下发量在期望车速的基础上平滑增加；

4)车辆行驶到坡道顶部段，检测到俯仰角在较小非0区间波动，电机转速下发量平滑减小至期望电机转速；

5)车辆行驶到坡道的下中部和顶部过渡阶段，检测到俯仰角变大(此刻下坡)，电机转速下发量在期望车速的基础上平滑增加；

6)下坡过程中车辆行驶在坡道的中部，检测到俯仰角在较小非0区间波动，而航向角和横摆角近乎保持不变，电机转速下发量平滑减小至期望电机转速；

7)下坡过程中车辆行驶到坡道的底部，检测到俯仰角变大，电机转速下发量在期望电机转速的基础上平滑下降。

双侧坡道解析过程中车辆位置、俯仰角及左、右侧车速第一次解析值变化过程如图2所示。

在双侧坡道解析过程中，根据俯仰角调节车辆速度，能够有效抑制车辆行驶过程中因驱动电机快速调节产生的冲击。分布式驱动车辆由于左右侧驱动装置没有机械耦合，故容易偏驶。在转速控制模式下，驱动电机控制器采取转速闭环进行电机控制控制，故分布式驱动履带车左右侧传动结构的不一致性对直驶的影响较小。产生偏驶现象的主要原因在于左右侧履带接地工况不一致，尤其当一侧遇到坡面或者沟坑时，导致航向偏离初始航向，进而产生偏驶，所以在接下来的单侧坡道解析过程中，针对的是左右两侧履带工况不一致的情况。

步骤s32：单侧坡道解析：根据所述左侧车速第一次解析值、右侧车速第一次解析值及所述侧倾角，分别解析得到左右侧车速第二次解析值，解析过程使用的公式如表2所示；

表2左右侧车速第二次解析值

其中，侧倾角σ表示以左侧为基准得到的车辆侧倾角，当σ＜0时，左侧工况为坡道，右侧工况为平路；当σ≥0时，左侧工况为平路，右侧工况为坡道，

左侧工况为坡道时的单侧坡道行驶工况示意图如图3所示，根据图3中的三角关系，容易求得：

坡道有效高度：h＝btanσ(2)

其中，b为车身宽度。

坡道有效长度：

左右侧轮速差：

该解析过程旨在消除因左右两侧工况不一而导致偏驶，通过惯性导航系统采集车辆姿态信息，并对地面进行建模，当单侧遇到坡道时，将该侧进行提速处理，在驱动电机的转速控制模式下，将侧倾角产生的偏差映射到两侧轮速差，保证直驶。在工程实践中可将该连续性的公式进行离散化，以达到理想的控制效果。

步骤s33：控制量解析：根据所述左侧车速第二次解析值、右侧车速第二次解析值及所述期望转向程度，分别得到左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速。

本发明实施例采用降速式转向，通过转向程度表征速差，即低速侧相对于高速侧的降速程度转向程度，为了保证各转向半径平稳切换，避免在高速行驶时因两侧履带速差过大而导致侧翻的危险情况，解析过程使用的公式如表3、表4所示，左、右侧车速第三次解析值分别为最终的左侧驱动电机转速、右侧驱动电机转速：

表3左右侧车速第三次解析(左侧为高速侧)

表4左右侧车速第三次解析(右侧为高速侧)

其中，v0为履带车辆中心转向时主动轮可达最高转速，nh为高速侧驱动电机转速，nl为低速侧驱动电机转速，i为车辆传动比，rz为主动轮半径，η为期望转向程度。

利用本方法得到的高速侧驱动电机转速、低速侧驱动电机转速分别如图4a)、图4b)所示，其中，x、y坐标表示第二次车速解析后左右侧期望车速和期望转向程度，z坐标表示第三次车速解析后的左右侧期望车速；

图4c)表示左右侧车速分别在不同情况下的车辆转向半径，转向半径是由差速转向车辆的固有公式计算得到的，公式为：

其中，vh为高速侧车速，vl为低速侧车速，b为车身宽度。

可见车辆转向半径从0到真无穷，可以实现无级转向。

通过对图4进行分析，可以得出以下结论：该过程在解析过程中加入转向程度控制量，实现转向控制或者直驶控制，随着车速的增加，相同的转向程度所表征的两侧主动轮速差程度减小，可以有效抑制高速时小半径转向导致危险。相同车速情况下，转向程度越大，低速侧降速越多，设定转向程度为100％时为中心转向模式。该设计满足转向半径可从0(即中心转向)连续平稳变换到无穷大(即直线行驶)，同时满足车速较高时转向敏感度适度降低，即使在高速时快速转向，通过该设计可保证在安全的条件下进行高速转向，满足各种驾驶工况需求。

在另一实施例中，提供了与基于路面特性的分布式车辆转速控制方法相对应的装置，装置示意图如图5所示，该装置包括整车控制器、左侧驱动电机控制器、右侧驱动电机控制器、左侧驱动电机、右侧驱动电机；

其中，整车控制器用于接收接收期望转速、期望转向程度及车辆行驶的俯仰角和侧倾角，并解析得到左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速；

左侧驱动电机控制器，用于接收整车控制器解析得到的左侧驱动电机转速，并将所述左侧驱动电机转速下发至左侧驱动电机；

右侧驱动电机控制器，用于接收整车控制器解析得到的右侧驱动电机转速，并将所述右侧驱动电机转速下发至右侧驱动电机。

其中，整车控制器通过can通信网络与所述左侧驱动电机控制器、右侧驱动电机控制器进行通信；左侧驱动电机控制器通过高压交流电源与左侧驱动电机进行通信；右侧驱动电机控制器通过高压交流电源与右侧驱动电机进行通信。

该装置实施例与方法实施例基于相同的发明构思，其相通之处可相互借鉴，此处不再赘述；如整车控制器如何解析得到左侧驱动电机转速和右侧驱动电机转速，可采用与方法实施例中相同的方式实现。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。