一种矿用前后双电机四驱铰接重型车辆控制方法

技术领域

本发明属于矿用属于煤矿运输设备技术领域，具体涉及一种矿用前后双电机四驱铰接重型车辆控制方法。

背景技术

矿用重载铰接运输车辆是井下移动运输设备之一。随着新能源技术的持续推广，依靠电机作为驱动技术的重型运载车辆已经得到不断发展。

许多新能源车运输车辆采用单电机加前后桥驱技术或分布式四轮边驱动技术。采用单电机作为驱动系统时，由于电机功率大造成电机尺寸大，同时大功率电机发热给散热又带来了新的问题。采用分布式四轮边驱动时，电机分散布置于轮胎边，单台电机驱动功率小，但由于同步控制和差速策略的偏差导致寄生功率过大，对不同电机间的同步控制和差速控制又提出高的要求。

目前在车辆控制方面，多采用通过压力传感器判断空载、轻载和重载情况，然后根据负载情况确定给定转矩。如何在不通过压力传感器来判断车辆的负载情况，以及如何针对不同的负载情况采用不同的控制策略是亟待解决的问题。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种矿用前后双电机四驱铰接重型车辆控制方法，以对车辆转向精准控制，同时降低整车消耗，提高车辆续航里程。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种矿用前后双电机四驱铰接重型车辆控制方法，所述车辆包括：前车架和后车架，前车架和后车架通过回转轴承铰接，还通过右转向油缸和左转向油缸连接，所述前车架上设置的前轮通过前驱动电机驱动，后车架上设置的后轮通过后驱动电机驱动，所述控制方法包括转向控制方法和行走控制方法，所述转向控制方法以下步骤：

S101、接收给定转向角度信息；

S102、根据给定转向角度计算右转向油缸和左转向油缸的应伸长量；

S103、驱动对应的油缸伸出或缩回直至伸长量达到要求；

所述行走控制方法包括以下步骤：

S201、接收油门踏板开度信息；

S202、根据油门踏板开度确定整车给定车速以及前驱动电机和后驱动电机的给定转速；

S203、计算后驱动电机的功率系数；

S204、根据后驱动电机的功率系数判断车辆状态，并根据车辆状态确定各个电机的控制方式，具体方法为：

若为空载，则后驱动电机采用转矩闭环模式控制，将后驱动电机的给定转速对应转矩作为后驱动电机初始转矩，通过后驱动电机转矩调整系数调整后驱动电机给定转矩；前驱动电机不参与整车控制；

若为轻载，则后驱动电机采用转矩闭环模式控制，将后驱动电机的给定转速对应转矩作为后驱动电机初始转矩，通过后驱动电机转矩调整系数调整后驱动电机给定转矩；前驱动电机采用转速闭环模式，前驱动电机转速跟随后驱动电机转速；

若为重载，则前驱动电机和后驱动电机均采用转矩闭环模式，且转速均小于其额定转速，将转速转矩数据库中的电机最大转矩T

所述后驱动电机的功率系数的计算公式为：

其中，Kp表示后驱动电机的功率系数，U

所述步骤S204中，转矩调整系数的计算公式为：

其中，Km表示转矩调整系数，I表示电机实际输出电流，In表示电机额定电流。

所述步骤S204中，通过转矩调整系数调整电机的给定转矩具体方式为：将电机转矩调整系数与上一个给定转矩的乘积作为电机下一个给定转矩，调整电机转矩。

左转向油缸和右转向油缸的伸长量的计算公式为：

其中，AC表示左转向油缸活塞的应伸长量，AC’表示右转向油缸活塞的应伸长量，OA和OB表示回转轴承(6)分别与左转向油缸(7-2)的两个固定端之间的距离，OA’和OB’表示回转轴承(6)分别与右转向油缸(7-1)的两个固定端之间的距离，θ表示整车转向角，α和β分别表示前车架和后车架的半张角；BC和B’C’分别表示左转向油缸(7-2)和右转向油缸(7-1)的原长。

所述步骤S103中，设定转向角阈值δ，当满足以下条件时，认为达到转向要求：

其中，L0表示油缸的应伸长量，L表示油缸的实际伸长量。

根据后驱动电机的功率系数判断车辆状态的具体方法为：

若后驱动电机的功率系数小于空载系数，则为空载；

若后驱动电机的功率系数大于等于空载系数且小于轻载系数，则为轻载；

若后驱动电机的功率系数大于等于轻载系数，则为重载。

所述空载系数取值为K

所述步骤S202中，前驱动电机和后驱动电机的给定转速为：

V

其中，V

所述的一种矿用前后双电机四驱铰接重型车辆控制方法，还包括以下步骤：S200、建立电机转速转矩数据库表，确定电机恒转矩工作区和恒功率工作区，确定额定转速n

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明提供了一种矿用前后双电机四驱铰接重型车辆控制方法，有益于转向精准控制。通过后电机功率系数KP判断负载情况，然后针对不同的负载情况进行不同的前后电机控制方法，便于降低整车总消耗电功率，提高蓄电池车辆续航里程。

附图说明

图1为本发明实施例中矿用前后双电机四驱铰接重型车辆的俯视示意图；

图2为转向角与油缸伸缩长度L示意图；

图3为本发明涉及的转向控制示意图；

图4为前后电机功率系数和负载情况分布图；

图5为转矩调整系数图；

图中：1为前轮，2为前轮差速器，3为前轮减速器，4为前车架，5为前轮驱动电机，6为回转轴承，7-1为右转向油缸，7-2为左转向油缸，8为后轮驱动电机，9为后车架，10为后轮减速器，11为后轮差速器，12为后轮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种矿用前后双电机四驱铰接重型车辆控制方法，如图1所示，所述车辆包括：前车架4和后车架9，前车架4和后车架9通过回转轴承6铰接，还通过右转向油缸7-1和左转向油缸7-2连接，所述前车架4上设置的前轮1通过前驱动电机5驱动，后车架9上设置的后轮12通过后驱动电机8驱动，前驱动电机和后驱动电机的电机参数一致。后轮驱动电机8通过后轮减速器10、后轮差速器11驱动后轮12。前轮驱动电机5通过前轮减速器3、前轮差速器2驱动前轮1。右转向油缸7-1和左转向油缸7-2的缸筒固定于后机架，活塞固定于前机架；回转轴承6外圈固定于前机架，内圈固定于后机架。车辆转向时通过转向油缸活塞的伸缩带动前后机架绕着回转轴承来实现。当车辆直行或者转向时，转向油缸活塞伸出长度保持某在一位置。

本实施例所述控制方法包括转向控制方法和行走控制方法，所述转向控制方法以下步骤：

S101、接收给定转向角度信息；

S102、根据给定转向角度计算右转向油缸7-1和左转向油缸7-2的应伸长量；

S103、驱动对应的油缸伸出或缩回直至伸长量达到要求。

如图2所示，AC表示左转向油缸活塞的应伸长量，AC’表示右转向油缸活塞的应伸长量，OA和OB表示回转轴承6分别与左转向油缸7-2的两个固定端之间的距离，OA’和OB’表示回转轴承6分别与右转向油缸7-1的两个固定端之间的距离，θ表示整车转向角，α和β分别表示前车架和后车架的半张角；BC和B’C’分别表示左转向油缸7-2和右转向油缸7-1的原长。则根据空间几何关系，可知：

所述步骤S103中，通过手动先导阀控制油缸液压回路从而驱动油缸伸出或缩回。

此外，所述步骤S103中，设定转向角阈值δ，当满足以下条件时，认为达到转向要求：

其中，L0表示油缸的应伸长量，L表示油缸的实际伸长量。

进一步，本实施例中，检测左油缸活塞位移传感器测试数据是否正常。如图3所示，若左油缸活塞位移传感器测试数据正常，通过左油缸活塞位移传感器测量左油缸活塞伸出位置L是否达到目标要求。设定油缸转向度阈值δ％，当

进一步，若左油缸活塞位移传感器测试数据异常，检测右油缸活塞位移传感器测试数据是否正常。若右油缸活塞位移传感器测试数据正常，通过右油缸活塞位移传感器测量右油缸活塞伸出位置L’是否达到目标要求。设定油缸转向度阈值δ％，当

进一步，若右油缸活塞位移传感器测试数据异常，报故障，车辆无法使用。

所述行走控制方法包括以下步骤：

S200、建立电机转速转矩数据库表，确定电机恒转矩工作区和恒功率工作区，确定额定转速n

S201、接收油门踏板开度信息。

S202、根据油门踏板开度确定整车给定车速以及前驱动电机和后驱动电机的给定转速。

所述步骤S202中，前驱动电机和后驱动电机的给定转速为：

V

其中，V

S203、计算后驱动电机的功率系数；

所述后驱动电机的功率系数的计算公式为：

其中，Kp表示后驱动电机的功率系数，U

S204、如图4所示，判断后驱动电机的功率系数是否小于空载系数，若是，则为空载场合。则后驱动电机采用转矩闭环模式控制，将后驱动电机的给定转速对应转矩作为后驱动电机初始转矩，通过后驱动电机转矩调整系数调整后驱动电机给定转矩；前驱动电机不参与整车控制；

若其大于等于空载系数小于轻载系数，则为轻载场合，则后驱动电机采用转矩闭环模式控制，将后驱动电机的给定转速对应转矩作为后驱动电机初始转矩，通过后驱动电机转矩调整系数调整后驱动电机给定转矩；前驱动电机采用转速闭环模式，前电机转速跟随后电机转速；

若其大于等于轻载系数，则为重载场合，则前驱动电机和后驱动电机均采用转矩闭环模式，且转速均小于其额定转速，将转速转矩数据库中的电机最大转矩T

所述步骤S204中，转矩调整系数的计算公式为：

其中，Km表示转矩调整系数，I表示电机实际输出电流，In表示电机额定电流。如图5所示，为转矩调整系数的的曲线示意图。

所述步骤S204中，通过转矩调整系数调整电机的给定转矩具体方式为：将电机转矩调整系数与上一个给定转矩的乘积作为电机下一个给定转矩，调整电机转矩。

具体地，本实施例中，所述空载系数取值为K

综上所述，本发明提供了一种矿用前后双电机四驱铰接重型车辆控制方法，不仅可以对车辆的转向进行精准控制，而且，通过后电机功率系数K

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。