專利名稱：基于相對滑轉率控制的電子差速系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電動汽車的控制系統，尤其涉及雙電機獨立而直接驅動雙前輪的電動汽車的電子差速控制系統。
背景技術：
申請號為02136498. 2、發明名稱為“四輪電子差速轉向控制系統”的專利公開了一種四輪電子差速轉向控制系統，包括有電機(1)、剎車機構(7)、轉向機構(8)和加速電門 (5)，它還包括有電機控制器O)、角位移傳感器(6)、轉速傳感器C3)和中央處理器，所述電機控制器O)、角位移傳感器(6)、轉速傳感器(3)、剎車機構(7)、轉向機構(8)和加速電門( 分別連接到中央處理器(4)各相應端口，該中央處理器采集各傳感器和車載部件的信號，并進行計算得出各車輪相應的目標轉速，然后通過向電機控制器發出電壓指令，調整車輪轉速。本四輪電子差速轉向控制系統，能保證行駛時各車輪與地面間保持純滾動狀態，減小車輪與地面的摩擦力，延長汽車各部件的使用壽命。申請號為200320123856. 5、實用新型名稱為“電動車自動轉向差速裝置”的專利公開了一種自動電動車轉向差速裝置。現有的電動車(電動汽車、道路型電動三輪車)使用機械差速器，笨重、成本高，有的電動車沒有差速，不安全、轉彎不靈活，還有的電動車用控制桿或摁鈕、開關控制，不安全、不方便。本電動車左右雙電機驅動，方向盤或方向把的傳動連桿處安放感測系統，感測轉向角度大小，其感測信號輸往控制器或直接輸往調速轉把 (或腳踏調速)的感測系統，使電動車轉彎時兩電機轉速不相同而達到差速效果。申請號為200720107279. 9、實用新型名稱為“一種電動汽車轉向電子差速控制器”的專利公開了一種電動汽車轉向電子差速控制器。該電子差速控制器包括方向盤的左差速信號產生裝置、方向盤的右差速信號產生裝置、加速踏板總速度信號產生裝置、左輪比較電路模塊和右輪比較電路模塊。本實用新型通過左輪比較電路模塊對方向盤的左差速信號與加速踏板總速度信號進行比較實現了左輪差速控制信號的輸出；右輪比較電路模塊對方向盤的右差速信號與加速踏板總速度信號進行比較實現了右輪差速控制信號的輸出，具有精確、安全的特點。申請號為200810020544. 9、發明名稱為“雙輪驅動電動車輛的差速控制系統”的專利公開了一種雙輪驅動電動車輛的差速控制系統，包括左、右驅動模塊和協調模塊，協調模塊接收外部控制信號，輸出相應的工作信號控制左、右驅動模塊的輸出功率，左、右驅動模塊將兩個驅動輪的轉矩信號不斷傳輸給協調模塊，協調模塊根據兩驅動輪轉矩相等的原則判斷是否調整兩驅動模塊的工作信號，協調模塊通過PID控制器調整左、右驅動模塊的工作信號。本發明系統結構簡單，易于實現，防止車輛出現滑移，減少輪胎的磨損，保證車輛行駛的穩定性，用單片機處理信息精度高，速度快，能實時對驅動輪轉矩進行調整，不再需要傳動機構和差速齒輪，節省了空間，提高了傳動系統的效率。申請號為200820188253. 6、實用新型名稱為“自調節式電子差速器”的專利公開了一種自調節式電子差速器，由加速器、控制器、驅動電機、驅動輪、傳動軸、傳動軸萬向套等部件組成，其特征在于所述加速器由加速器踏板、加速器踏板連桿及加速器體組成，加速器信號線分左右兩根，分別與左右控制器連接，所述控制器的輸出線是驅動電機的控制線， 左右控制器的輸出線分別與左右驅動電機連接，所述驅動電機通過萬向套連接驅動輪的傳動軸，傳動軸連接驅動輪。本實用新型的自調節式電子差速器，主要用于雙電機獨立而直接驅動方式的電動汽車。兩個驅動輪分別由兩個電機直接驅動，驅動電機分別由兩個相同規格的控制器控制，實現了雙電機獨立而直接驅動方式，實現電子差速的自調節功能。兩個控制器，通過同一個加速器控制，使兩個電機工作在相同的電源電壓下。由于電機的特性，通過不同的滑轉率的調節，實現電子差速的自調節功能。申請號為200910104063. 0、發明名稱為“基于滑移率控制的電動車差速轉向控制方法”的專利公開了一種基于滑移率控制的電動車差速轉向控制方法，該方法包括如下步驟(1)根據輪速傳感器測得電動車后輪輪速、驅動電機實際輸出力矩，以及車輛的側向速度；( 通過兩自由度轉向模型計算出電動車輛的側向速度和橫擺角速度，再算出四個車輪的側偏角，從而算出四個車輪的轉速；用專門算法實現對輪轂電動車輛的電子差速轉向的控制。本發明將轉矩分配計算和車輪的滑移率相結合，使得所設計的電子差速轉向機構具有差速的同時，還具有差速鎖的效果，并具有降速增扭的功能，大大提高了電動車輛行駛通過性和轉向性能；在功能上不僅能達到了機械差速器的作用，而且提高了傳動效率，減少了機械系統的復雜度。現已公開的電動汽車的電子差速控制系統，有采用了基于滑移率控制的電子差速系統、有采用基于驅動轉矩控制的電子差速控制系統，只是建立在理想的模型下的控制方式，這樣，增大了控制的運算量，使控制處于不穩定狀態。本實用新型采用相對滑轉率控制方案，采用反饋式控制算法，具有滯后性的控制模式，使車輛在高速、低速、轉向、直行時都能較好地實現差速運行，特別是在相對滑轉率較小值即相對滑轉率的臨界值時，依據電機的特性及雙電機獨立而直接驅動的模式的結構特征，電子差速系統具有自調節功能。
發明內容本實用新型的目的是，通過二個驅動輪的相對滑轉率作為控制參數，采用反饋式控制算法，所述的反饋式控制，是閉環有差調節系統，具有控制的滯后性，并依據驅動電機的工作電流作為輔助控制參數，所述的工作電流作用于電機上以轉矩的形式作用于驅動輪上產生驅動輪轉矩，通過運算處理電路的運算，產生控制信號，所述的控制信號是加速器的踏板位置信號在運算處理電路中產生的控制電壓信號，其電壓值是0. 9-3. 5U，控制驅動電機的工作，采用調壓式電子差速控制算法，產生驅動輪的轉速，使電動汽車在高速、低速、轉向、直行時都能運行平穩、可靠、安全，而在相對滑轉率< 時，依據驅動電機的特性及雙電機獨立而直接驅動模式的結構特征，電子差速系統具有自調節功能。為了實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案本實用新型的基于相對滑轉率控制的電子差速系統，是雙電機獨立而直接驅動雙前輪的電動汽車的電子差速控制系統，由加速器、控制器、驅動電機、驅動輪、傳動軸、轉向角傳感器、運算處理電路組成，所述的加速器經加速器信號線連接到所述的運算處理電路上，用于傳遞加速器信號，所述的轉向角傳感器經轉向角傳感器信號線連接到所述的運算處理電路上，傳遞轉向角傳感器信號，所述的控制器經轉速信號線、電流值指示線連接到所述的運算處理電路上，轉速信號線傳遞轉速信號，電流值指示線傳遞電流值指示信號，所述的運算處理電路經控制信號線連接到所述的控制器上，經控制信號線把所述的運算處理電路中產生的輸出信號傳遞到所述的控制器中，其特征在于所述的基于相對滑轉率控制的電子差速系統，是雙電機獨立而直接驅動雙前輪的電動汽車的電子差速控制系統，所述的運算處理電路對加速器信號、轉速信號、電流值信號、轉向角傳感器信號進行運算處理，計算出二個驅動輪轉速的相對滑轉率，根據相對滑轉率產生控制信號，所述的控制信號經過所述的控制器控制電機的轉速，實現電子差速功能。本實用新型的優點效果本實用新型的基于相對滑轉率控制的電子差速系統，運算處理電路的輸入數據是左、右轉向角傳感器信號，加速器信號，左、右轉速信號，左、右電流信號，這些輸入信號， 經過運算處理電路的運算，產生運算處理電路的輸出數據，所述的輸出數據是左、右控制信號。在方向盤軸上安裝了轉向角傳感器，而轉速信號和電流信號的產生，沒有外加傳感器， 只是通過控制器本身功能所產生的霍爾信號和限流電阻的端電壓值換算成的，轉向角傳感器信號把轉速信號通過運算處理電路的運算轉換成目標轉速信號參與運算，驅動輪轉速， 是驅動輪的實際轉速，在轉向行駛時，驅動輪轉速經過運算處理電路運算處理而轉換成目標轉速，在直線行駛模式時，驅動輪轉速就是目標轉速，所述的目標轉速使轉向行駛模式轉換成了直線行駛模式。通過目標轉速求出相對滑轉率，通過相對滑轉率作為控制參數，采用反饋式控制的閉環有差調節算法，通過調節控制信號的電壓值實現電子差速功能，特別是在相對滑轉率< 1 %時，依據電機的特性及雙電機獨立而直接驅動模式的結構特點，不改變控制信號的值，而是通過電子差速的自調節功能來實現電子差速功能的，本實用新型具有電子差速的自調節功能。本實用新型根據電流信號判斷電機的工作狀況，當電機的工作電流較小或為零時，關斷控制信號使電機復位，再重新啟動。
圖1為本實用新型的工作示意圖。圖2為本實用新型的電機的底座示意圖。圖3為圖2的仰視圖。圖4為圖3的左視圖。圖5為方向盤總成示意圖。附圖中1、加速器踏板；2、加速器踏板連桿；3、加速器；4、運算處理電路；5、左轉速信號線；6、左電流值指示線；7、左控制信號線；8、左控制器；9、左霍爾信號線轉接頭；10、 左霍爾信號線；11、左霍爾控制線；12、左驅動輪；13、左傳動軸；14、左萬向節套；15、螺栓及彈簧墊圈；16、電機的安裝架；17、螺母及彈簧墊圈；18、左電機；19、左電機電源線；20、螺母及彈簧墊圈；21、螺栓及彈簧墊圈；22、右電機電源線；23、右電機；24、右霍爾控制線；25、螺母及彈簧墊圈；26、螺栓及彈簧墊圈；27、右萬向節套；28、右傳動軸；29、右驅動輪；30、右霍爾信號線；31、右霍爾信號線轉接頭；32、右控制器；33、右控制信號線；34、右電流值指示線；35、右轉速信號線；36、方向盤連接座；37、方向盤軸；38、右轉向角傳感器信號線；39、 左轉向角傳感器信號線；40、轉向角傳感器；41、加速器信號線；42、方向盤；43、右電機的座肩；44、電機的中座肩；45、左電機的座肩；46、電機安裝孔。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步說明。本實用新型的基于相對滑轉率控制的電子差速系統，如附圖1、2、3、4、5所示，加速器3是霍爾式的，加速器踏板1的位置通過加速器3轉換成控制電壓信號，形成加速器信號41，加速器信號41的值是0. 9U至3. 5U，加速器信號41接入到運算處理電路4中進行運算處理，產生控制信號，控制信號的電壓值是0.9U至3. 5U，分成左、右二路控制信號，左控制信號經左控制信號線7傳遞給左控制器8，右控制信號經右控制信號線33傳遞給右控制器32，使左、右控制器產生開關指令，分別控制左、右電機18、23與動力蓄電池的開關，控制信號的電壓值的大小，控制電機的電源電壓開關的占空比，通過占空比的不同，來調節電機的電源電壓的大小，使電機產生所需的轉矩及轉速。控制信號的電壓值從0.9U至3.5U 變化時，電機的工作電壓波形的占空比從小到大變化，占空比最大值為1，此時，當沒有其他信號時，電機的工作電壓是動力蓄電池的端電壓。加速器踏板1的位置信號轉換為相應的電壓信號輸出，表示為加速器信號，經加速器信號線41輸入到運算處理電路4中；轉向角傳感器40把方向盤42的轉角信號轉換為相應的電壓信號輸出，電壓值的范圍是0-3. 5U， 表示為轉向角傳感器信號，分為左、右轉向角傳感器信號，分別經過左轉向角傳感器信號線 39及右轉向角傳感器信號線38輸入到運算處理電路4中；控制器的霍爾信號，是數字信號，經霍爾信號線傳輸，霍爾信號線分左霍爾信號線10、右霍爾信號線30，左霍爾信號線10 經左霍爾信號線轉接頭9分為二路，其中一路是左霍爾控制線11，另一路是左轉速信號線 5，右霍爾信號線30經右霍爾信號線轉接頭31分為二路，其中一路是右霍爾控制線24，另一路是右轉速信號線35，左轉速信號、右轉速信號分別經過左轉速信號線5、右轉速信號線 35，把轉速信號輸入到運算處理電路4中，形成轉速信號，在運算處理電路中計算出二個驅動輪的相對滑轉率，所述的二個驅動輪分別是左驅動輪12和右驅動輪四，所述的相對滑轉率，是二驅動輪的轉速差與驅動輪轉速的百分比，也可以表示為二個驅動輪的滑轉率的差值，轉速信號從控制器霍爾信號中引出，不需要外加傳感器；電流值信號，是控制器限流電阻上的端電壓值，從限流電阻上引出，不需要外加傳感器，分別經過左電流值指示線6和右電流值指示線34反饋輸入到運算處理電路4中參與運算。在運算處理電路4中，主輸入信號是加速器信號，輔助輸入信號有，左、右電流值信號，左、右轉速信號，左、右轉向角傳感器信號，分三種六個信號。在運算處理電路4中把這三種六個信號進行運算處理，分別產生左控制信號、右控制信號，分別經過左控制信號線7和右控制信號線33輸入到左控制器8 和右控制器32中，控制器在控制信號的作用下起到開關作用，控制動力蓄電池與電機的開關，使電機工作，所述開關的占空比的大小，對應電機的工作電壓值的大小，決定電機的工作。裝配關系電機的安裝架16通過螺栓或其他方式連接在車體上，在左電機的座肩45與電機的中座肩44之間安裝左電機18，在右電機的座肩43與電機的中座肩44之間安裝右電機 23，電機與電機的安裝架16通過螺栓及彈簧墊圈15、21J6安裝，再通過螺母及彈簧墊圈 17、20、25緊定，螺栓及彈簧墊圈15、21J6安放在電機安裝孔46內，左電機18通過花鍵與左萬向節套14連接，右電機23通過花鍵與右萬向節套27連接，左傳動軸13帶萬向節的一端安放在左萬向節套14內，右傳動軸觀帶萬向節的一端安放在右萬向節套27內，左傳動軸13通過軸承與左驅動輪12連接，右傳動軸28通過軸承與右驅動輪四連接，車輛的殼體通過懸掛系統安裝在左、右驅動輪12、四上。左電機18通過左電機電源線19連接左控制器8，右電機23通過右電機電源線22連接右控制器32，左電機18的左霍爾信號線10連接左霍爾信號線轉接頭9，右電機23的右霍爾信號線30連接左霍爾信號線轉接頭31，左霍爾信號線轉接頭9上還分別連接左霍爾控制線11和左轉速信號線5，右霍爾信號線轉接頭31 上還分別連接右霍爾控制線M和右轉速信號線35，左霍爾控制線11連接到左電機18上， 右霍爾控制線M連接到左電機23上，左轉速信號線5和右轉速信號線35接入運算處理電路4，左電流值指示線6及左控制信號7和右控制信號線33及右電流值指示線34接入運算處理電路4，左控制信號7接入左控制器8，右控制信號線33接入右控制器32，左電流值指示線6接在左控制器8的限流電阻上，右電流值指示線34接在右控制器32的限流電阻上， 加速器信號線41 一端接入運算處理電路4，另一端接入加速器3，加速器3有加速器踏板連桿2，連接加速器踏板1，方向盤42連接方向盤軸37，方向盤軸37安裝在方向盤連接座36， 轉向角傳感40安裝在方向盤軸37上，轉向角傳感40有左轉向角傳感器信號線39和右轉向角傳感器信號線38，左轉向角傳感器信號線39和右轉向角傳感器信號線38接入運算處理電路4。左控制器8和右控制器32由動力蓄電池供電，動力蓄電池通過控制器為電機提供電能，驅動電機工作。本實用新型的設計原理如下1本實用新型的基礎條件本實用新型的基于相對滑轉率控制的電子差速系統的電動汽車，是雙電機獨立而直接前輪驅動的四輪電動汽車，電動汽車的總質量為ma = 1200kg 最小轉彎半徑Rmin = 4. 8m，轉彎半徑用R表示，質心高度H = 0. 55m，輪距B = 1. 380m，軸距L = 2. :340m，驅動輪半徑r = 0. 26m,單電機的額定功率P。= 2. 5kw,單相線圈電阻R = 0. 25 Ω，轉矩系數 Km = 0. 71 (N · m/A)。2本實用新型的控制參數2.1轉向角信號轉向角傳感器安裝在方向盤軸上，用于測量方向盤的轉向角，方向盤最大轉向角 Cim = 525°，對應的轉向輪最大轉向角βω = 35°，方向盤的轉向角用α表示，轉向輪的轉向角用β表示，轉向比為α β =15: 1，方向盤有一定的轉向自由度，轉向角傳感器的輸出信號是模擬電壓信號，轉向角信號用Φ表示，其取值范圍是Φ =0_3.5U，在α = 15°時對應的轉向角信號Φ =0. 1U，當Φ彡0. IU時，規定Φ =OU;在左轉向角信號的值Φ左>0. 1U、右轉向角信號的值Φ右=OU時，處于左轉向工況，此時，左側驅動輪被稱為內輪，右側驅動輪被稱為外輪，在右轉向角信號的值。；&> 0. 1U、左轉向角信號的值Φ 左=OU時，處于右轉向工況，此時，右側驅動輪被稱為內輪，左側驅動輪被稱為外輪。內輪的轉向半徑外輪的轉向半徑轉向半徑的公式表示為
權利要求1. 一種基于相對滑轉率控制的電子差速系統，是雙電機獨立而直接驅動雙前輪的電動汽車的電子差速控制系統，由加速器、控制器、驅動電機、驅動輪、傳動軸、轉向角傳感器、運算處理電路組成，所述的加速器經加速器信號線連接到所述的運算處理電路上，用于傳遞加速器信號，所述的轉向角傳感器經轉向角傳感器信號線連接到所述的運算處理電路上， 傳遞轉向角傳感器信號，所述的控制器經轉速信號線、電流值指示線連接到所述的運算處理電路上，轉速信號線傳遞轉速信號，電流值指示線傳遞電流值指示信號，所述的運算處理電路經控制信號線連接到所述的控制器上，經控制信號線把所述的運算處理電路中產生的輸出信號傳遞到所述的控制器中，其特征在于所述的基于相對滑轉率控制的電子差速系統，是雙電機獨立而直接驅動雙前輪的電動汽車的電子差速控制系統，所述的運算處理電路對加速器信號、轉速信號、電流值信號、轉向角傳感器信號進行運算處理，計算出二個驅動輪轉速的相對滑轉率，根據相對滑轉率產生控制信號，所述的控制信號經過所述的控制器控制電機的轉速，實現電子差速功能。
專利摘要一種基于相對滑轉率控制的電子差速系統，是雙電機獨立而直接雙前輪驅動電動汽車的電子差速控制系統，由加速器、控制器、驅動電機、驅動輪、傳動軸、轉向角傳感器、運算處理電路組成。運算處理電路根據電流信號判斷電機的工作狀況，當電機的工作電流較小或為零時，使電機復位，重啟。運算處理電路根據轉向角傳感器信號把驅動輪的轉速轉換成目標轉速參與運算，這就把轉向模式轉變為直線行駛模式，通過驅動輪的轉速求出相對滑轉率，通過相對滑轉率作為控制參數，采用反饋式控制的閉環有差調節算法，依據電機的特性及雙電機獨立而直接驅動的模式的結構特點，所述的電子差速系統具有電子差速功能及電子差速的自調節功能。
文檔編號B60L15/38GK201980095SQ20102014598
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者王寧 申請人:棗莊學院