一种用于多轴分布式机电驱动车辆的操纵稳定性控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于车辆动力学稳定性控制系统领域，具体涉及一种用于多轴分布式机电 驱动车辆的操纵稳定性控制系统。
【背景技术】
[0002] 多轴车辆具有载荷分配合理、动力性强、通过性好等突出优点，被广泛应用于军用 轮式车辆及民用重载轮式车辆。但是，以传统全轮驱动8X8车辆为例，其至少需要4个轮 间差速器和3个轴间差速器才能实现全轮驱动，具有结构复杂、轴间轮间驱动力不能灵活 分配等缺点，故而出现了如公布号CN103587403A所提出的分布式机电驱动车辆方案，其前 两桥车轮由机械路驱动，后两桥车轮由轮边电机驱动，动力可在后两桥各车轮之间0-100 % 灵活分配，极大程度上提高了车辆的动力性及越野性能。
[0003] 后两桥车轮由轮边电机独立驱动的方案可称为"分布式驱动"方案，其已称为新能 源电动汽车的前沿发展方向，除了极大程度上提高车辆的动力性及越野性能之外，也可以 较大程度提高车辆的操纵稳定性。如公布号CN103786602A所提出的基于4轮分布式驱动 纯电动汽车的操纵稳定性改善控制方法：其以线性二自由度单轨模型为横摆角速度参考模 型，控制两侧驱动电机产生横摆力矩促使车辆跟随目标横摆角速度。
[0004] 但是，目前已有的分布式驱动车辆操纵稳定性控制系统都是基于4轮民用汽车而 开发的，对于8X8等多轴车辆还未见报道。对于已有的分布式驱动车辆操纵稳定性控制系 统而言，其所采用的横摆力矩分配至各电机转矩的映射算法多为平均分配算法，并未结合 各车轮垂直载荷大小及附着能力而成比例分配电机转矩，会带来难以保证各车轮附着力裕 度的问题；而且，其所采用的横摆角速度参考模型都为线性二自由度单轨模型，其未改变原 车辆所固有的转向特性，而只是通过控制器跟踪而提高了横摆角速度瞬态响应速度，不能 对车辆的稳态转向性能进行提升，不能对车辆的转向特性进行适当调整。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种用于多轴分布式机电驱动车辆的操纵稳定性控制系 统，能够结合各车轮垂直载荷大小及附着能力而成比例分配电机转矩，提高车辆操纵稳定 性裕度。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
[0007] -种用于多轴分布式机电驱动车辆的操纵稳定性控制系统，适用于η轴轮式车 辆，用于在由发动机驱动前化桥车轮的基础上，采用电驱动后η 2桥车轮，n Jn2= η ;该系统 包括：整车控制器、转向盘转角传感器、车体姿态传感器、针对后η2桥车轮中的每个后桥车 轮设置的轮边驱动电机及其电机控制器；整车控制器、转向盘转角传感器、车体姿态传感器 之间通过通讯网络进行信息传递；
[0008] 所述整车控制器包括车速获取模块、目标横摆角速度计算模块、横摆力矩计算模 块和电机转矩分配模块；其中，
[0009] 所述车速获取模块，用于获取当前车速V，发送给所述横摆角速度计算模块；
[0010] 所述横摆角速度计算模块，用于根据当前车速V和转向盘转角传感器发来的转向 盘转角S，计算所需的理想横摆角速度ω，发送给所述横摆力矩计算模块；
[0011] 所述横摆力矩计算模块，用于根据所需的理想横摆角速度ω和车体姿态传感器 反馈的实际横摆角速度产生达到理想横摆角速度ω所需的横摆力矩Μ，发送给电机转矩分 配模块；
[0012] 所述电机转矩分配模块，用于根据车体姿态传感器反馈的车体纵向加速度ax和车 体横向加速度a y，估算由轮边驱动电机驱动的各个车轮的垂直载荷比例关系，根据该垂直 载荷比例关系将横摆力矩M进行比例分配，获得各轮边驱动电机的电机转矩，发送给各个 轮边驱动电机的电机控制器。
[0013] 其中，所述车速获取模块利用后桥轮边驱动电机反馈的电机转速计算得到，计算 公式为：
[0014]
【主权项】
1. 一种用于多轴分布式机电驱动车辆的操纵稳定性控制系统，适用于η轴轮式车辆， 其特征在于，在由发动机驱动前化桥车轮的基础上，采用电驱动后η 2桥车轮，n Jn2= η ;该 系统包括：整车控制器、转向盘转角传感器、车体姿态传感器、针对后η2桥车轮中的每个后 桥车轮设置的轮边驱动电机及其电机控制器；整车控制器、转向盘转角传感器、车体姿态传 感器之间通过通讯网络进行信息传递； 所述整车控制器包括车速获取模块、目标横摆角速度计算模块、横摆力矩计算模块和 电机转矩分配模块；其中， 所述车速获取模块，用于获取当前车速V，发送给所述横摆角速度计算模块； 所述横摆角速度计算模块，用于根据当前车速V和转向盘转角传感器发来的转向盘转 角S，计算所需的理想横摆角速度ω，发送给所述横摆力矩计算模块； 所述横摆力矩计算模块，用于根据所需的理想横摆角速度ω和车体姿态传感器反馈 的实际横摆角速度产生达到理想横摆角速度ω所需的横摆力矩Μ，发送给电机转矩分配模 块； 所述电机转矩分配模块，用于根据车体姿态传感器反馈的车体纵向加速度^和车体横 向加速度ay，估算由轮边驱动电机驱动的各个车轮的垂直载荷比例关系，根据该垂直载荷 比例关系将横摆力矩M进行比例分配，获得各轮边驱动电机的电机转矩，发送给各个轮边 驱动电机的电机控制器。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车速获取模块利用后桥轮边驱动电机 反馈的电机转速计算得到，计算公式为：
其中，V为车速，r^_为第j个轮边驱动电机的电机转速，N为轮边驱动电机的总数，i为 减速器传动比，R为轮胎半径。
3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述横摆角速度计算模块结合转向系传动 比、、最前桥与最后桥轴距L和中性转向系数A计算所需的理想横摆角速度ω的公式为：
所述中性转向系数A表征理想横摆角速度响应与中性转向响应的比例关系。
4. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，中性转向系数A随车速变化而变化，车速越 大，A值越小。
5. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，当车速低于50km/h时，中性转向系数A = 1，当车速高于或等于50km/h时，中性转向系数A由1逐渐降低。
6. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述横摆力矩计算模块将所需的理想横摆 角速度ω和车体姿态传感器反馈的实际横摆角速度相减，根据差值通过比例微分控制计 算输出需求横摆力矩Μ。
7. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电机转矩分配模块包括第一计算子模 块、第二计算子模块、第三计算子模块、比例确定子模块和分配子模块；η = 4 ; 第一计算子模块，用于基于整车重力G及车体姿态传感器所反馈的车体纵向加速度ax， 以及其他预设参数，计算前两桥车轮垂直载荷之和与后两桥车轮垂直载荷之和； 第二计算子模块，用于基于车体姿态传感器所反馈的车体纵向加速度ax，以及其他预 设参数，计算三桥车轮垂直载荷之和与四桥车轮垂直载荷之和的计算关系； 第三计算子模块，用于基于车体姿态传感器所反馈的车体侧向加速度ay，以及其他预 设参数，计算三桥、四桥各车轮垂直载荷； 比例确定子模块，用于第一计算子模块、第二计算子模块和第三计算子模块计算结果 联立，获得后两桥各车轮垂直载荷大小和比例P ; 分配子模块，用于根据后两桥各车轮垂直载荷大小及比例P，成比例的分配驱动电机转 矩以提供横摆力矩M。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于， 第一计算子模块的计算方式为：
式中：m为车辆总质量；H为车辆质心高度；L'为一二轴中心与三四轴中心之间的距离； G12为前两桥车轮垂直载荷之和；G 34为后两桥车轮垂直载荷之和； 第二计算子模块的计算方式为：
式干此73牛糊厄平邯质心咼皮；L34TJ二、四細轴距；G3为三桥车轮垂直载荷；G4为四 桥车轮垂直载荷；m'为车辆后半部的总质量； 第三计算子模块建立的计算方式为：
式中：B为车辆轮距；G%和GI分别为三桥、四桥左侧车轮垂直载荷；G 3K和G 4K分别为三 桥、四桥右侧车轮垂直载荷； 驱动电机转矩的分配方式为：
其中，Tp Tp T3K、T4k分别为三桥左侧、四桥左侧、三桥右侧、四桥右侧电机转矩；R为轮 胎半径，i为减速器传动比。
【专利摘要】本发明公开了一种用于多轴分布式机电驱动车辆的操纵稳定性控制系统，在由发动机驱动前桥车轮的基础上，采用电驱动后桥车轮，该系统的电驱动部分包括整车控制器、转向盘转角传感器、车体姿态传感器、针对每个后桥车轮设置的轮边驱动电机及其电机控制器；整车控制器在横摆力矩分配算法中，考虑了后桥各电驱动车轮的垂直载荷大小关系，为垂直载荷更大的车轮电机分配更大的电机转矩，从而更好的利用每个车轮的附着能力，提高车辆稳定性裕度；进一步地，目标横摆角速度计算采用了以中性转向为基准的可调模型，当参数A被修改后，车辆所被要求达到的转向特性将有所变化，可以实现更改车辆转向特性的目的。
【IPC分类】B60W20-00, B60W40-112
【公开号】CN104724113
【申请号】CN201510115637
【发明人】胡纪滨, 彭增雄, 魏超, 李雪原, 倪俊, 唐寿星, 李学良
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月17日