[發明專利]一種直流電機多邊獨立驅動行走機構變速及差速控制系統

在審

• 申請號: 201410185187.7
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103997260A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 范洪雷;李鑫;王延寧;范洪菲;郭宗和;王玉林;韓加蓬;范永建;崔振民;楚衛濤;王福忠;姚傳峰;紀世才;范永新;陳冰
• 申請（專利權）人: 范永建
• 主分類號: H02P5/68
• 分類號: H02P5/68;B60L15/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及直流電機控制技術領域，具體涉及一種直流電機多邊獨立驅動行走機構變速及差速的電子控制技術領域。

背景技術

對于直流電機多邊獨立驅動行走機構結構方案，一般無實體驅動橋、每個驅動輪都由各自對應的電機(或“減速電機”即將電機和機械變速箱做成一體)驅動，電機與驅動輪安裝緊湊，甚至能以輪轂電機的形式直接安裝于車輪內部。與有實體驅動橋行走機構結構方案相比，具有機械結構簡單、布置方便、駕乘和載貨空間大，電子控制便捷、無級變速平順，重心低、行走平穩和離地間隙大、通過性好的優點，在混合動力汽車、電動汽車、代步車、輪式機器人、園林機械等輪式行走機構產品領域，受到越來越廣泛的重視。

由汽車設計理論可知：對于多驅動輪行走機構，在路面不平和松軟、輪胎磨損、輪胎胎壓和負荷等實際情況下，不論是在轉向還是在直線行駛，各驅動輪都必須順應車況和路況，輸出正確的轉速和相等的轉矩(這就是所說的“差速”)，消除功率循環。其目的是：①通過輪胎與路面之間良好的結合(不打滑)，使各驅動輪獲得最大的橫向和縱向附著(摩擦)系數，防止行走機構行駛不穩(發飄)、側滑和輪胎過度磨損，提高行駛穩定性、可控性，提高輪胎的使用壽命；②通過各驅動輪相等的輸出轉矩，維持驅動輪的運動方向和轉速(運動狀態)的同時，防止驅動跑偏力矩產生，降低操縱人員修正方向的勞動強度。

注：對于行走機構因各驅動輪壓轍、輪胎變形阻力、以及其他外部阻力(如風阻)不平衡等引起的系統跑偏，由轉向系回正力矩(主要由轉向主銷后傾和內傾產生)自動消除，或由操縱人員通過轉向系予以人為修正。

目前，直流電機多邊獨立驅動行走機構的變速及差速控制技術方案，主要有“電子差速”、“恒轉矩控制”和“電機串聯”三種技術方案。都是采用變速和差速一體化控制：變速控制，一般是用踏板或手柄位置信號斬波控制電源輸出，同步改變各電機輸出轉矩(打破原平衡力系，改變系統運動狀態，直至建立新的平衡力系)，實現系統變速(斬波控制是目前直流電機調速的主流方法，它能節約能量、提高行走機構續航里程，技術非常成熟)；差速控制，目前還沒有非常成熟的技術方案。

下面，對上述方案進行簡要分析：①“電子差速”技術方案：是一種開環控制技術方案，用于各電機通過對應控制器并聯于電源上的結構方案上(主要用于直流輪轂電機驅動的混合動力汽車，這也是唯一實際應用的技術方案)。變速控制是將踏板或手柄位置信號作為速度控制信號，通過控制器同步斬波控制各電機的功率輸出，實現系統變速；差速控制是將方向盤轉角傳感器信號作為差速控制信號，經電腦處理輸出與各電機對應的差速信號，對電機(或驅動輪)轉速進行修正，實現驅動輪差速(用方向盤轉角傳感器信號對各電機的差速控制，需針對具體車輛結構參數，如輪距、軸距、轉向軸數等)。即踏板或手柄位置信號和各電機對應差速信號(對應方向盤轉角傳感器信號)，疊加總量控制各電機(驅動輪)轉速，實現變速和差速。存在的問題是：該技術方案只滿足了行走機構轉向時驅動輪差速的需要，未考慮路面平整度和硬實度不同、輪胎磨損不同、胎壓不同、車輪負荷不同等實際情況下，對驅動輪差速的要求，在行駛過程中車輪滑轉率過大，輪胎過度磨損(有輪轂電機驅動電動車輪胎過度磨損的實例)，不能滿足實際工作需要。②“恒轉矩控制”技術方案：是一種閉環控制技術方案，也是用于各電機通過對應控制器并聯于電源上的結構方案上。變速控制和差速控制是：將踏板或手柄位置信號作為基本控制信號(速度控制信號)，各電機輸出軸的扭矩傳感器信號作為反饋信號(差速控制信號)，控制各電機輸出轉矩，實現變速和差速。存在的問題是：對于采用輪轂電機驅動的行走機構，由于電機無實體輸出軸，無法安裝扭矩傳感器并獲得扭矩信號，該技術方案只能用于有實體輸出軸的電機驅動機構方案上，能夠應用的產品范圍很小。③“電機串聯”技術方案：是一種開環控制技術方案，用于各電機通過對應控制器串聯于電源上(有刷電機串聯其電源線，無刷電機串聯控制器功率母線)的結構方案上。變速：將踏板或手柄位置信號作為速度控制信號，斬波控制電源的能量輸出，同步控制各電機轉矩，達到控制車速的目的。差速：行走機構行駛過程中，各驅動輪順應車況和路況，根據路面阻力變化自動調節運動方向和轉速(運動狀態改變，一般不同)時，由于電機串聯，其繞組電流相等并仍能輸出相同的扭矩，實現驅動輪自適應差速。它有效解決了行走機構在任何路況和車況下差速的問題，差速控制精度高、結構簡單、工作可靠性高。存在的缺陷是：由于電機“串聯”的分壓作用，要求用高電壓驅動整個電路(采用高壓直流電源或者逆變升壓，來減小電機重量，提高行駛平順性、提高系統的效率，降低成本、提高續航里程)。對高壓電源安全控制技術不是很成熟的現狀而言，在使用和維修維修中存在較嚴重的安全隱患。