自卸車軸間功率分配及差速控制的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電動輪自卸車研究領域，具體涉及一種全輪驅動的自卸車軸間功率分 配及差速控制的方法。
【背景技術】
[0002] 傳統的機械傳動車輛靠差速器來實現各輪轉速與相應輪心速度的協調。對電動輪 驅動的自卸車，各車輪之間沒有機械連接，運動狀態相互獨立，為了保證轉向或在不平路面 上行駛時驅動輪之間不產生拖滑而使車輛失去地面牽引力及輪胎的過度磨損，需采用精確 的模型或者有效的策略進行差速控制，差速控制是輪邊電驅動車輛設計的關鍵技術之一， 也是電動輪驅動汽車的整車控制系統必須解決的問題。
[0003] 等轉矩控制是以電機的驅動轉矩為控制參數，而不對各個車輪的轉速進行控制， 使各輪轉速隨各輪的受力狀態自由轉動。電動輪的運動學方程可由下式表示：
[0005] 式中，Iw表示車輪轉動慣量，w表示車輪轉速，T m表示電機輸出轉矩，i肩示電動 輪傳動比，Fd表示車輪與路面間的路面摩擦力，r w表示車輪滾動半徑，T b表示制動力矩。由 上式可以得出，只要電動輪輸出驅動轉矩Τ"^沒有超過車輪與路面之間的附著力力矩極限 時（為簡化分析，假設車輛不進行制動，此時制動力矩為〇)，路面摩擦力矩必定與車輪驅動 力矩平衡，而電動輪系統的轉速則由該受力平衡點決定，自動適應轉向時的行駛工況。由于 每個電動輪運動學狀態相互獨立，均可以自由轉動，各輪轉速均自動適應轉向時的路面情 況，因此，不存在各車輪間轉速不協調而引起的差速問題，故等轉矩控制策略能滿足差速控 制的要求，實現自適應差速。由于該等轉矩控制的理論已經得到成熟應用，本說明書不對該 控制理論進行深入說明。
[0006] 另外，采用等轉矩控制作為整車差速控制策略，整車控制系統不必再針對差速問 題設計電子差速控制器。
[0007] 全輪驅動的電動輪自卸車與后輪電驅動或者前輪電驅動的車輛不同（本發明適 用于全輪驅動的電動輪車輛，該說明書以已經應用該發明的中國中車廣州電力機車有限公 司的六輪全驅動的SCT-A261型鉸接式電動輪自卸車為例進行說明（該自卸車的結構如說 明書附圖1所示）），沒有分動器對功率或者轉矩進行軸間分配，而采用等轉矩控制策略進 行控制時，可以是同軸的兩車輪采用等轉矩控制，也可以是所有驅動輪或者各軸間全部為 等轉矩進行控制，因此，整車控制中出現了新的問題，即該車是不是該對總功率或者總轉矩 在軸間按照某個比例進行分配，該問題實際上屬于牽引力控制的范疇，但也是全輪驅動的 車輛采用等轉矩控制作為差速控制策略時必須考慮的問題。實際上，四輪、六輪、八輪甚至 更多輪的全輪驅動的整車差速控制與牽引力控制、制動控制是息息相關的。例如，轉向時， 電動輪輸出的驅動力超出路面附著極限而出現打滑時，此時便不是差速控制可以解決的問 題了，屬于牽引力控制的范疇。
[0008] 將輪軸利用的總功率在軸間按照軸重比例進行分配的必要性及好處：
[0009] 第一，若將輪軸可利用的實時總功率先在軸間進行分配，然后，再進行等轉矩控 制，則可以防止打滑或者空轉發生時功率的大幅度流失。自卸車在進行等轉矩控制前若不 進行功率分配，則各驅動輪的轉矩值計算可表示為
，表 示可利用的輪軸實時總功率（發電機輸出的功率折算到六個電機的輸入總功率）叫表示 各驅動電機的轉速；!\表示各電機的輸入轉矩值。當某個驅動輪發生打滑或者空轉時，該輪 的轉速將急劇上升，而采用等轉矩控制時，各驅動電機的輸出轉矩值相等，由式
i = 1，2, -·，6,可知，則發生打滑或者空轉的電機的功率將急劇上升，遠大于其他各輪的輸 出功率。此過程可以視為，打滑或者空轉發生時，功率將從其它驅動輪大幅度地流向打滑輪 或者空轉車輪，造成功率大幅度地流失并且喪失動力。若轉向輪打滑或者空轉，則易喪失轉 向能力；若中后輪打滑或者空轉，則易失去側向穩定性，出現"甩尾"等現象，危及車輛的行 駛安全性。
[0010] 而若將可利用的輪軸實時總功率首先在軸間進行分配，相當于將各軸的可利用功 率進行了相互隔離，防止功率循環。當某軸的驅動輪打滑或者空轉發生時，功率的流失也只 限制在該軸的兩車輪之間發生，對其他軸輸入功率以及動力輸出沒有影響。
[0011] 另外，傳統意義上機械傳動的全輪驅動車輛亦將轉矩或者功率在軸間按比例進行 實時分配，除實現牽引力控制的目的外，亦是防止軸間功率循環。而針對全輪驅動的電動輪 車輛，目前卻沒有對其功率或者轉矩分配的機制對整車產生的相關影響進行研究。
[0012] 因此，綜述所述，將輪軸可利用的實時總功率在全輪驅動的自卸車的各個軸間進 行分配是有利的且必要的。
[0013] 第二，若將輪軸可利用的總功率根據軸重比例的不同在自卸車的各個軸間進行分 配，則各車輪可以更好地利用路面提供的附著力極限值，減小打滑的可能，提高整車的動力 性、制動性。由輪胎的動力學原理可以知道，車輪輸出的驅動力或者制動力大于路面提供的 附著力極限值時，車輪則出現打滑現象。而車輛不同裝載情況下（比如滿載與空載），自卸 車各個軸的軸重不同（軸重定義為同軸車輪所受垂直載荷之和），根據式FX__=FZ· μ， (式中，Fx nax表示車輪附著力的極限值，？2表示車輪的垂直載荷，μ表示路面附著系數）可 知，各輪附著力的極限值與各輪的垂直載荷成正比，因此，軸重越大，路面可提供給各個軸 的路面附著力極限值越大，即各輪可輸出更大的驅動力或者制動力而不出現打滑。鉸接車 在不同的運載工況下（比如滿載與空載），各軸的軸荷發生很大改變，因此，各軸驅動輪的 附著力極限值是不同的。例如，經實驗測試，鉸接車滿載時，貨箱的重量幾乎全部由后面四 輪承擔，大大增大了中后軸各輪的垂直載荷，而前軸兩輪的垂直載荷變動不大。因此，自卸 車裝載后中后軸各驅動輪相對前軸各輪或者空載時各輪將有更高附著力極限值。而空載時 前軸相對中軸和后軸的具有更大的軸重，因此，空載時前軸相對中軸和后軸具有更大的附 著力極限值。因此，在自卸車重載時，將功率更多地分配給中后軸更為合理，以更好地利用 路面提供的更大的驅動力或者制動力極限值，提高自卸車的運載能力。綜上分析可以得知， 不同裝載工況下，各軸軸重比例不同，各軸的附著力極限力也不同，若能根據軸重比例分配 輪軸可利用的軸間總功率，則可在不同工況下更好地利用路面附著力極限值，更好地輸出 功率，在輸出大的驅動力或者制動力時可減少打滑發生的可能，動力性或者制動性能更好。
[0014] 第三，在裝載工況下，若能提高中后軸的實時功率分配比例，則可減小自卸車的側 滑，提高整車的側向穩定性。根據輪胎力學中的摩擦圓理論，驅動輪的縱向力與附著力極限 值的比值越大，車輪的實時側向力將減小。側向力與縱向力的關系如說明書附圖2所示。垂 直載荷越大，附著力極限值則越高，車輛輸出同樣的縱向力（驅動力或者制動力），驅動輪 的縱向力與附著力極限值的比值則相對越小，路面可提供的實時側向力比例將增大，因此， 車輛在轉向時，路面可以提供足夠的側向力以滿足車輛的轉向需要，減小側滑，提高車輛的 側向穩定性；否則，車輛容易產生側滑。
【發明內容】
[0015] 本發明要解決的技術問題是提供一種對自卸車軸間功率分配及差速控制進行方 便有效實施的自卸車軸間功率分配及差速控制的方法。
[0016] 為了解決上述技術問題，本發明包括下列幾個步驟：
[0017] A、監測自卸車的發電機的實時輸出功率Ps ;