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专利号: 2018109521888
申请人: 沈阳工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般车辆
更新日期:2024-04-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向四轮全驱电动汽车虚拟轮的主动转矩分配的稳定性控制系统,其特征在于:该系统包括差速机构(1)、虚拟轮电机控制系统(2)、左前轮轮毂电机及控制系统(3)、右前轮轮毂电机及控制系统(4)、左后轮轮毂电机及控制系统(5)、右后轮轮毂电机及控制系统(6)、左前轮轮速检测单元(11)、右前轮轮速检测单元(12)、左后轮轮速检测单元(13)、右后轮轮速检测单元(14)、加权平均单元(16)、理想姿态计算单元(17)、误差控制器(18)、转矩分配控制单元(19)、转向机构单元(20)、虚拟轮(21)、数值转化单元(23)和驾驶员操纵机构(24);

驾驶员操纵机构(24)连接差速机构(1)、虚拟轮及虚拟轮电机控制系统(2)和理想姿态计算单元(17);差速机构(1)连接虚拟轮及虚拟轮电机控制系统(2)、左前轮轮毂电机及控制系统(3)、右前轮轮毂电机及控制系统(4)、左后轮轮毂电机及控制系统(5)和右后轮轮毂电机及控制系统(6);左前轮轮毂电机及控制系统(3)、右前轮轮毂电机及控制系统(4)、左后轮轮毂电机及控制系统(5)和右后轮轮毂电机及控制系统(6)分别连接左前轮(7)、右前轮(8)、左后轮(9)和右后轮(10);左前轮轮速检测单元(11)、右前轮轮速检测单元(12)、左后轮轮速检测单元(13)和右后轮轮速检测单元(14)对应左前轮(7)、右前轮(8)、左后轮(9)和右后轮(10)设置用于检测相应轮的转速;左前轮轮速检测单元(11)、右前轮轮速检测单元(12)、左后轮轮速检测单元(13)、右后轮轮速检测单元(14)连接至差速机构(1),进行四个车轮的理想轮速与实际轮速的偏差分析;

虚拟轮及虚拟轮电机控制系统(2)连接理想姿态计算单元(17)和加权平均单元(16),理想姿态计算单元(17)连接误差控制器(18),误差控制器(18)连接转矩分配控制器(19)和转向机构单元(20),加权平均单元(16)与转矩分配控制器(19)、左前轮轮毂电机及控制系统(3)、右前轮轮毂电机及控制系统(4)、左后轮轮毂电机及控制系统(5)和右后轮轮毂电机及控制系统(6)相连接,计算出车辆行驶过程中四个车轮需要的复合实时转矩。

2.根据权利要求1所述的一种面向四轮全驱电动汽车虚拟轮的主动转矩分配的稳定性控制系统,其特征在于:左前轮轮速检测单元(11)、右前轮轮速检测单元(12)、左后轮轮速检测单元(13)和右后轮轮速检测单元(14)实时获取车轮行驶速度;

虚拟轮及虚拟轮电机控制系统(2)能根据加权平均单元(16)的结果实时更改左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的轮速,进而进行实时的转矩稳定分配;

该系统还包括横摆角速度检测单元(25)和质心侧偏角检测单元(26),横摆角速度检测单元(25)和质心侧偏角检测单元(26)连接至理想姿态单元(17),实时判断车辆行驶的姿态情况;

虚拟轮及虚拟轮电机控制系统(2)由虚拟轮(21)、虚拟轮电机(22)和数值转化单元(23)构成;差速机构(1)与虚拟轮(21)连接;加权平均单元(16)与虚拟轮(21)和虚拟轮电机(22)连接;数值转化单元(23)将虚拟轮电机(22)与差速机构(1)相连接。

3.利用权利1所述的一种面向四轮全驱电动汽车虚拟轮的主动转矩分配的稳定性控制系统所实施的控制方法,其特征在于:该方法利用车轮牵引电机的电压、电流值检测电磁转矩信息,当由于路况条件不佳,导致某个轮胎的轮毂电机转矩变大,车轮牵引电机的电磁转矩会随之增加,此时,利用四个轮速检测单元检测轮速,将信息反馈到轮毂电机控制系统,由加权平均单元计算转矩值,合理分配转矩,再次通过差速机构(1)的给定车速,进行多电机的动态协同控制,实时纠正驾驶路径,提高车辆的操纵稳定性,控制车辆的姿态;

具体的说,该方法利用差速机构(1),通过电动汽车实际方向转角与实际车速计算出四个车轮的理想转速V1、V2、V3、V4,左前轮轮速检测单元(11)、右前轮轮速检测单元(12)、左后轮轮速检测单元(13)和右后轮轮速检测单元(14)实时检测到四个车轮的轮速并反馈回差速机构(1),进而进行误差分析,给到左前轮轮毂电机及控制系统(3)、右前轮轮毂电机及控制系统(4)、左后轮轮毂电机及控制系统(5)和右后轮轮毂电机及控制系统(6)进行转矩给定,如遇到某一轮毂电机转矩过大,控制系统会将四个车轮的转矩通过加权平均单元(16),对转矩进行合理的加权平均,通过虚拟轮及虚拟轮电机控制系统(2)对四个车轮轮速进行重新给定,使车辆达到安全稳定状态。

4.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于:利用车辆理想姿态计算单元(17),通过电动汽车实际方向转角与实际车速计算出车辆行驶稳定的理想横摆角速度与质心侧偏角,车辆在行驶过程中,通过整车模型(15)实时反馈数据,误差控制器(18)对数据进行分析,通过转向机构(20)对车辆实行合理安全转向角调整,通过转矩分配控制器(19)合理的对左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转矩进行稳定补偿,使之达到合理的转矩分配,使车辆稳定行驶;

误差控制器采用PI控制算法,PI控制算法根据理想横摆角速度、理想质心侧偏角与实际横摆角速度、实际质心侧偏角之间的偏差,实时纠正四轮电机驱动转矩,得到实现理想驾驶路径的横摆力矩和期望的前轮补偿角,使车辆能按照驾驶指令行驶。

5.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于:当路面条件不佳或者出现凹凸不平路面时,左前轮轮毂电机及控制系统(3)、右前轮轮毂电机及控制系统(4)、左后轮轮毂电机及控制系统(5)和右后轮轮毂电机及控制系统(6)开始自身调节,之后虚拟轮及虚拟轮电机控制系统再根据负载转矩的变化更新Δω*。

6.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于:给定理想车辆速度,正常行驶直接将理想速度给到差速机构(1);当某一轮毂电机力矩变大,转矩经过加权平均单元(16)与虚拟轮电机(22)相连接,经过数值转化单元(23)与差速机构(1)连接,重新给定符合行驶工况的四轮车速,使车辆达到稳定状态。

7.根据权利3所述的控制方法,其特征在于:差速机构(1)通过整车质心速度与转向角度,分析出左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的实时理想状态轮速,理想轮速方程如下:V1、V2、V3、V4,分别为前内侧轮速度、前外侧轮速度、后外侧轮速度、后内侧轮速度,V为后轴中点速度,δin为内轮转角,δout为外轮转角,B为轮距,L为轴距。

8.根据权利3所述的控制方法,其特征在于:虚拟轮电机可用如下关系式表示,

式中,i=1,2,3,4,分别代表四个轮毂电机;ωi为电机的转速;ui为转矩控制量即电磁转矩;Ji为等效的转动惯量;bi为摩擦因数;S为积分。

9.根据权利4所述的控制方法,其特征在于:转矩分配控制器可用如下关系式,

ΔFzbc=Fxfl-s+Fxfr-s+Fxrl-s+Fxrr-s

ΔN表示车辆的横摆力矩,ΔFzbc表示驾驶员期望的纵向驱动力,Fxfl-s、Fxfr-s、Fxrl-s、Fxrr-s分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的轮胎纵向力目标值,Fyfl-s、Fyfr-s分别为左前轮、右前轮的轮胎侧向力目标值。lf表示质心至前轴的距离,Tf表示车轮转矩。左前轮和右前轮的轮胎侧向力与相应的地面摩擦圆大小成比例,即相应轮胎的路面摩擦圆越大,则其提供的轮胎侧向力相应的越大,即:Fyfl-s、Fyfr-s分别为左前轮、右前轮的轮胎侧向力目标值,Fzfl、Fzfr分别为左前轮、右前轮的轮胎垂向载荷,μ为车轮与地面的摩擦系数。

10.根据权利4所述的控制方法,其特征在于:转矩检测单元即左前轮轮速检测单元(11)、右前轮轮速检测单元(12)、左后轮轮速检测单元(13)和右后轮轮速检测单元(14)实时获取车辆四个轮毂电机的转速并进行合理的转矩分配,车轮侧向力主要由转向轮提供,将前两个车轮的纵向力、侧向力和后两个车轮的纵向力6个参数作为分配目标,以四个轮胎产生的轮胎力占各自车轮的摩擦圆比重最小为最优目标,构造目标函数转矩分配最优目标函数关系式其中,Js为目标约束函数,cxfl、cxfr、cxrl、cxrr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的纵向力权重系数,cyfl、cyfr分别为左前轮、右前轮的侧向力权重系数,Fzfl、Fzfr、Fzrl、Fzrr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的轮胎垂向载荷, 分别为左后轮和右后轮轮毂电机的最大驱动力矩,Rw为车轮的轮胎半径,Fxfl-s、Fxfr-s、Fxrl-s、Fxrr-s分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的轮胎纵向力目标值,Fyfl-s、Fyfr-s分别为左前轮、右前轮的轮胎侧向力目标值;

差速机构过车辆的实际车速v与转向角δ,采用Ackermann差速方法,分析得到右前轮、左前轮、右后轮、左后轮的理想轮速。