轮边电驱动铰接式矿用汽车差速控制策略研究

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1、2014年11月农业机械学报第45卷第11期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．11．005*轮边电驱动铰接式矿用汽车差速控制策略研究孙会来申焱华金纯王平(北京科技大学机械工程学院，北京100083)摘要:针对轮边电驱动铰接式矿用汽车的结构及转向特性，提出一种以滑移率一致为控制目标的差速控制策略。建立轮边电驱动铰接式地下矿用汽车运动学和动力学模型，分析转向时各轮运动关系及受力状况;利用加速度传感器在样车上测试车体实际速度，并采用Kalman滤波方法估算出车体速度真实值，与所搭建的滑移率控制器联合对转向差速工况进行仿真。

2、结果表明:经滤波后的信号延时小，响应速度快，可直接估计车速。轮边电驱动铰接式地下矿用汽车采用以滑移率一致为目标的差速控制策略优于等扭矩控制，在试验转弯工况下内外侧轮滑移率皆可稳定为－0.08，不存在拖滑情况，使地面附着系数得到充分利用，达到功率的合理分配。该控制策略对减小轮边电驱动铰接式车辆轮胎磨损，提高驱动功率利用率具有实际意义。关键词:铰接式矿用汽车轮边电驱动电子差速控制策略滑移率中图分类号:TD525文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)11-0027-07控制策略需通过监测车体的速度与各驱动轮的转速引言来计算各轮的滑移，进而控

3、制扭矩调整各驱动轮滑［12］铰接式地下矿用汽车运行工况复杂，行驶路面移率，使它们趋向一致。对于全轮驱动的铰接式狭窄且弯道较多，地面湿滑，车身载质量较大。为了电传动车辆，如何获得准确的绝对速度也是其中的适应地下狭窄环境，采用前后车体铰接式转向，为了关键问题，而目前对此类铰接车辆还没有很好的解增大地面牵引力采用全轮驱动。35t轮边电驱动铰决方案。接式地下矿用汽车是北京科技大学最新研制的国内本文以35t轮边电驱动铰接式地下矿用汽车的外唯一采用柴电动力，轮边驱动，且各驱动轮转矩、转向工况为研究对象，建立整车运动学和动力学数转速独立控制的地下矿用车辆。学模型，

4、分析各轮转速、转矩关系。利用加速度传感与机械传动不同，轮边电驱动车辆没有差速器，器实时测试样车纵向加速度并采用Kalman滤波，获为了保证转向时驱动轮之间不产生拖滑而使车辆失得车体有效绝对速度。建立包括方向盘转角输入模［1－4］去地面牵引力及轮胎的过度磨损，需采用精确型、轮边电动机驱动模型和地下矿用汽车虚拟样机的模型及有效的策略进行差速控制，差速控制是轮模型的多体动力学仿真平台，通过滑移率控制器，以边电驱动车辆设计的关键技术之一。滑移率一致为控制目标对车辆转向差速工况进行联［5－7］电子差速控制在乘用车上有较多研究，主合仿真，并与等扭矩控制策略效果进

5、行对比分析。要是通过Ackerman模型建立各驱动轮运动学关系，1数学模型建立对轮边电动机进行控制，实现差速策略的制［8－11］定。目前国内外轮边电驱动矿用汽车均采用1.1运动学模型后轮驱动，转向差速采用等扭矩控制策略。等扭矩为准确描述各轮滑移率，需建立整车运动学模控制策略无法满足车辆在复杂路面的通过性要求，型。如图1所示，坐标系O'X'Y'Z'是固定在地面上易出现各轮之间运转不协调，额外消耗了功率并磨的绝对坐标系，OXYZ与O″X″Y″Z″分别是坐标原点损轮胎，导致转向和操纵性能恶化。可见有必要提固定在前、后车体质心位置上的动坐标系，X、X″轴出以

6、滑移率为控制目标的驱动控制策略，协调控制分别与前后车体纵向轴线重合，δ为前后车体间的各轮驱动力，避免上述情况的发生。滑移率一致的夹角，B为前后车体轮距，Lf为前轮中心和铰接点的收稿日期:2014-02-04修回日期:2014-05-21*国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2011AA060404)作者简介:孙会来，博士生，主要从事地下矿用汽车研究，E-mail:shl20082008@163．com通讯作者:申焱华，副教授，博士，主要从事电传动车辆研究，E-mail:yanhua_shen@ces．ustb．edu．cn28农业机械学报2

7、014年型，分析车辆与地面的作用力关系，达到控制轮边牵引电动机转矩、监测轮边转速的目的。选取纵向、侧向和横摆3个自由度，建立整车动力学模型，如图2所示。图1整车运动学模型Fig．1Vehiclekinematicmodel距离，Lr为后轮中心和铰接点的距离，hf为前车体质心和铰接点的距离，hr为后车体质心和铰接点的距离。u1、v1、r1分别为前车体质心纵向速度、横向速度和绕Z轴的横摆角速度，u2、v2、r2分别为后车体图2整车动力学模型质心纵向速度、横向速度和绕Z″轴横摆角速度，r1与Fig．2Vehicledynamicmodelr2之和为前后车体

8、间夹角变化率，即·图2中a1x、a1y分别为前车体质心处沿X轴和Yδ=r1+r2(1)轴的加速度;a2x、a