本發明屬于電傳動履帶車輛控制技術領域，具體涉及一種用于電傳動履帶車輛控制的駕駛員信號解析方法。

背景技術：

電傳動在履帶車輛的應用上越來越廣泛，雙側電機驅動是其中一種典型的傳動形式。當整車采用車速、轉向半徑閉環的控制時，履帶車輛的主動輪轉速即直接受控，車輛的運動狀態較為穩定，因此車速、轉向半徑閉環模式是合適的控制方法，控制的難點在于對駕駛意圖的正確解析。

但是若將加速踏板信號直接對應控制車速時，其轉矩并不是目標受控量，因而驅動電機的輸出功率也就不受控制，帶來了系統供電和用電功率較難平衡的問題。尤其是駕駛員減小或完全松釋油門踏板時，若單純按照車速模式控制電機減速，極易使驅動電機進入功率未知的發電工況，強行給動力源反饋電能，帶來母線電壓急劇上升、電網穩定性被破壞等故障。因此，需要對駕駛員信號進行合理的解析，設計專門的整車控制方法，一方面使得車輛能夠正常完成收油時減速直駛或轉向的功能，另一方面又要避免驅動電機進入功率不可控的再生制動工況。

相較于輪式車輛的隨動式轉向，履帶車輛需要通過控制動力傳動系統實現主動式轉向。因此，在轉向過程當中，需要制定高效的能夠用于實時控制的轉向控制策略，以求針對加速踏板開度、制動踏板開度、方向盤轉角這三組駕駛員的輸入，合理確定兩側驅動電機的目標控制值。一方面使得車輛能夠順利完成轉向功能，實現駕駛意圖，另一方向又必須保證車輛的轉向半徑不會過小而導致車輛發生側滑失控危險。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：對于雙側電機驅動的履帶車輛，當驅動電機采用轉矩控制模式時，如何提供一種車速、轉向半徑閉環的實時控制方法，以有效執行駕駛員的行駛意圖，并避免車輛行駛中的側滑危險。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供一種用于電傳動履帶車輛控制的駕駛員信號解析方法，所述控制方法基于雙電機驅動的履帶車輛動力傳動系統來實施，所述動力傳動系統包括：動力輔助單元1、左電機控制器2、左側電機3、左側變速機構及側傳動裝置4、左側主動輪5、右電機控制器6、右側電機7、右側變速機構及側傳動裝置8、油門踏板9、整車控制器10、方向盤11、制動踏板12、右側主動輪13；

所述動力輔助單元1用于提供兩路用于驅動兩側電機的電能至左電機控制器2和右電機控制器6，并在制動工況下能夠進行能量回收；

所述左電機控制器2用于將來自動力輔助單元1的直流電的電能轉換為三相交流電的電能，并根據整車控制器10的指令控制左側電機3工作；所述右電機控制器6用于將來自動力輔助單元1的直流電的電能轉換為三相交流電的電能，并根據整車控制器10的指令控制左側電機7工作；

所述左側電機3及右側電機7分別用于將所述三相交流電的電能轉換為機械能，輸出機械功率；

所述左側電機3輸出的機械功率經左側變速機構及側傳動4傳遞至左側主動輪5，右側電機7輸出的機械功率經右側變速機構及側傳動裝置8傳遞至右側主動輪13，從而驅動車輛行駛；

系統工作時，由整車控制器10采集油門踏板9的開度、制動踏板12的開度及方向盤11的轉角信號，以解釋駕駛意圖，并發送左側電機3的目標驅動轉矩指令給左電機控制器2，發送右側電機7的目標驅動轉矩指令給右電機控制器6，由左電機控制器2和右電機控制器6來分別各自對應側的電機輸出相應的驅動轉矩，帶動對應的變速機構及側傳動、主動輪旋轉；

當兩側電機的轉速相等時，履帶車輛執行直駛；當兩側電機出現轉速差時，履帶車輛執行轉向；

所述駕駛員信號解析方法包括如下步驟：

步驟S1：整車控制器10進行初始化，讀入包括路面行駛阻力系數f、最大轉向阻力系數μ_max、路面附著系數變速器傳動比i_b、側傳動比i_c、車輛中心距B、車長L、車重m、主動輪半徑r在內的整車的預置參數，讀入包括允許的最大車速Vmax、增速率最大值ΔVref_max在內的預置控制參數，讀入固有的轉向安全系數δ隨車速V變化的離散化曲線圖，讀入固有的兩側電機的T-n特性曲線；然后轉入步驟S2；

步驟S2：計算最小相對轉向半徑ρ_min與車速V之間的對應關系，并制成二維表格；根據預置參數，計算車速V對應的最小相對轉向半徑ρ，有判別式如下：

其中，g是重力加速度；V(k)是當前步長的車速；k是步長；

第一式是離心力不超過地面附著極限的判別式，第二式是外側履帶牽引力不超過附著極限的判別式，ρ_min為滿足該組判別式的最小ρ值；由此即可獲得最小相對轉向半徑曲線并離散化為映射關系：

ρ_min＝map(V)

然后轉入步驟S3；

步驟S3：整車控制器10接收油門踏板信號a(k)、制動踏板信號b(k)、方向盤轉角信號s(k)，并且分別對其進行歸一化處理，得到歸一化的油門踏板信號Sa(k)、歸一化的制動踏板信號Sb(k)、歸一化的方向盤轉角信號Ss(k)；然后轉入步驟S4；

步驟S4：整車控制器10接收當前的反饋車速Vfbk(k)、左電機反饋轉速NLfbk(k)、右電機反饋轉速NRfbk(k)；然后同時執行步驟S5及步驟S12；

步驟S5：根據歸一化的油門踏板信號Sa(k)、歸一化的制動踏板信號Sb(k)、當前允許的最大車速Vmax(k)計算駕駛員的期望車速Vref(k)；

Vref(k)＝(Sa(k)-Sb(k))*Vmax(k)

然后轉入步驟S6；

步驟S6：根據駕駛員的期望車速Vref(k)、當前的反饋車速Vfbk(k)，計算履帶車輛的目標車速差ΔVref(k)；

ΔVref(k)＝Vref(k)-Vfbk(k)

然后轉入步驟S7；

步驟S7：根據歸一化的制動踏板信號Sb(k)計算履帶車輛目標車速減速率的最小值ΔVref_min(k)；

ΔVref_min(k)＝(1+K_b·Sb(k))ΔV_min

其中，ΔV_min為當履帶車輛自由滑行時的減速率，ΔV_min<0；K_b是制動踏板的增益系數；

然后轉入步驟S8；

步驟S8：判斷目標車速差ΔVref(k)與增速率最大值ΔVref_max的關系，如果ΔVref(k)<ΔVref_max，說明目標車速差未超出增速率最大值，目標車速差在可調節的范圍之內，轉至步驟S9；反之則可判定目標車速差過大，可能會導致后續調節不穩定等情況，需要對其進行限制，轉至步驟S10；

步驟S9：判斷目標車速差ΔVref(k)與減速率最小值ΔVref_min(k)的關系，若ΔVref(k)>ΔVref_min(k)，說明目標車速差在合理范圍，不需要對其進行限制，轉至步驟S15；反之則可判定目標車速差過小，會導致電動機發電電流過大的情況，需要對其進行限制，轉至步驟S11；

步驟S10：由于目標車速差過大，因此將其限制為增速率最大值ΔVref_max；

ΔVref(k)＝ΔVref_max

然后轉入步驟S15；

步驟S11：由于目標車速差過小，因此將其限制為減速率最小值ΔVref_min(k)；

ΔVref(k)＝ΔVref_min(k)

然后轉入步驟S15；

步驟S12：根據履帶車輛的行駛速度Vfbk(k)、轉向安全系數δ[Vfbk(k)]、以及離散化的最小相對轉向半徑曲線，確定當前車速下履帶車輛不發生側滑所能實現的最小相對轉向半徑ρ_min(k)；

ρ_min(k)＝δ[Vfbk(k)]·map[Vfbk(k)]

然后轉入步驟S13；

步驟S13：根據最小相對轉向半徑ρ_min(k)將歸一化的方向盤轉角信號Ss(k)修正為Ss’(k)，保證履帶車輛實現安全轉向；修正式為：

式中，K_s是轉向修正系數；

然后轉入步驟S14；

步驟S14：根據最小相對轉向半徑ρ_min(k)、左右電機的反饋轉速NLfbk(k)、NRfbk(k)以及修正后的方向盤轉角信號Ss’(k)計算兩側電機目標轉速差ΔNref(k)，然后轉至步驟15；

式中，K_n為轉速差修正系數，該系數與變速機構傳動比有關。

步驟S15：根據目標車速差ΔVref(k)和兩側電機目標轉速差ΔNref(k)分別確定左右兩側電機各自的目標轉速差，即左側電機的目標轉速差ΔNLref(k)、右側電機的目標轉速差ΔNRref(k)，轉至步驟S16；

步驟S16：將上一步得到的左側電機的目標轉速差ΔNLref(k)、右側電機的目標轉速差ΔNRref(k)分別經過PI調節器處理，分別得到左側電機的目標驅動轉矩TLref(k)和右側電機的目標驅動轉矩TRref(k)；然后轉入步驟S17；

步驟S17：整車控制器將左側電機目標驅動轉矩TLref(k)和右側電機目標驅動轉矩TRref(k)發送兩側電機控制器，控制兩側電機輸出相應的驅動轉矩，使車輛完成直駛或轉向；跳轉至步驟S3，進行k+1控制周期內的實時控制。

(三)有益效果

本發明技術方案對雙側電機驅動履帶車輛的轉速控制策略進行了重新設計，根據歸一化的油門踏板信號、方向盤轉角信號、擋位信號、路面附著系數、轉向安全系數、最小轉向半徑曲線等，對車輛轉向半徑是否過小進行判斷，解算出目標車速差和兩側驅動電機目標轉速差，然后轉換為兩側電機各自的目標轉速差，再分別經過左右側的PI調節器處理，得到左右兩側的目標驅動轉矩。兩側電機控制器接收整車控制器發出的指令，實現履帶車輛的直駛和轉向控制。

與現有技術相比較，本發明具備如下有益效果：

(1)本發明方案能夠大幅減少傳統車速控制中由于駕駛員操作導致的發電電流過大的情況，并使車輛有效執行駕駛員的行駛意圖。

(2)本發明技術方案需要標定的控制參數少，便于實際應用。

(3)本發明技術方案能夠有效避免車輛行駛中的側滑危險；

(4)本發明技術方案應用場合靈活，電機底層控制采用轉矩模式或轉速模式均能適用。

附圖說明

圖1為本發明技術方案實施所基于的雙側電機驅動的履帶車輛動力傳動系統的結構示意圖。

圖2為本發明技術方案實施例1的方法流程圖。

圖3為本發明技術方案實施例2的方法流程圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、內容、和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。

為解決上述技術問題，本發明提供一種用于雙側電機驅動的履帶車輛的駕駛員信號解析方法，所述控制方法基于雙電機驅動的履帶車輛動力傳動系統來實施，所述動力傳動系統包括：動力輔助單元1、左電機控制器2、左側電機3、左側變速機構及側傳動裝置4、左側主動輪5、右電機控制器6、右側電機7、右側變速機構及側傳動裝置8、油門踏板9、整車控制器10、方向盤11、制動踏板12、右側主動輪13；

所述動力輔助單元1用于提供兩路用于驅動兩側電機的電能至左電機控制器2和右電機控制器6，并在制動工況下能夠進行能量回收；

所述左電機控制器2用于將來自動力輔助單元1的直流電的電能轉換為三相交流電的電能，并根據整車控制器10的指令控制左側電機3工作；所述右電機控制器6用于將來自動力輔助單元1的直流電的電能轉換為三相交流電的電能，并根據整車控制器10的指令控制左側電機7工作；

所述左側電機3及右側電機7分別用于將所述三相交流電的電能轉換為機械能，輸出機械功率；

所述左側電機3輸出的機械功率經左側變速機構及側傳動4傳遞至左側主動輪5，右側電機7輸出的機械功率經右側變速機構及側傳動裝置8傳遞至右側主動輪13，從而驅動車輛行駛；

系統工作時，由整車控制器10采集油門踏板9的開度、制動踏板12的開度及方向盤11的轉角信號，以解釋駕駛意圖，并發送左側電機3的目標驅動轉矩指令給左電機控制器2，發送右側電機7的目標驅動轉矩指令給右電機控制器6，由左電機控制器2和右電機控制器6來分別各自對應側的電機輸出相應的驅動轉矩，帶動對應的變速機構及側傳動、主動輪旋轉；

當兩側電機的轉速相等時，履帶車輛執行直駛；當兩側電機出現轉速差時，履帶車輛執行轉向；

下面結合具體實施例來詳細描述本發明。

實施例1：

本實施例適用于電機控制為轉矩模式的情況，所述的駕駛員信號解析方法包括如下步驟：

所述駕駛員信號解析方法包括如下步驟：

步驟S1：整車控制器10進行初始化，讀入包括路面行駛阻力系數f、最大轉向阻力系數μ_max、路面附著系數變速器傳動比i_b、側傳動比i_c、車輛中心距B、車長L、車重m、主動輪半徑r在內的整車的預置參數，讀入包括允許的最大車速Vmax、增速率最大值ΔVref_max在內的預置控制參數，讀入固有的轉向安全系數δ隨車速V變化的離散化曲線圖，讀入固有的兩側電機的T-n特性曲線；然后轉入步驟S2；

步驟S2：計算最小相對轉向半徑ρ_min與車速V之間的對應關系，并制成二維表格；根據預置參數，計算車速V對應的最小相對轉向半徑ρ，有判別式如下：

其中，g是重力加速度；V(k)是當前步長的車速；k是步長；

第一式是離心力不超過地面附著極限的判別式，第二式是外側履帶牽引力不超過附著極限的判別式，ρ_min為滿足該組判別式的最小ρ值；由此即可獲得最小相對轉向半徑曲線并離散化為映射關系：

ρ_min＝map(V)

步驟S1和步驟S2只在初始控制周期內進行，隨后進入步驟S3。后續的步驟是周期性的實時控制步驟。

然后轉入步驟S3；

步驟S3：整車控制器10接收油門踏板信號a(k)、制動踏板信號b(k)、方向盤轉角信號s(k)，并且分別對其進行歸一化處理，得到歸一化的油門踏板信號Sa(k)、歸一化的制動踏板信號Sb(k)、歸一化的方向盤轉角信號Ss(k)；然后轉入步驟S4；

步驟S4：整車控制器10接收當前的反饋車速Vfbk(k)、左電機反饋轉速NLfbk(k)、右電機反饋轉速NRfbk(k)；然后同時執行步驟S5及步驟S12；

步驟S5：根據歸一化的油門踏板信號Sa(k)、歸一化的制動踏板信號Sb(k)、當前允許的最大車速Vmax(k)計算駕駛員的期望車速Vref(k)；

Vref(k)＝(Sa(k)-Sb(k))*Vmax(k)

然后轉入步驟S6；

步驟S6：根據駕駛員的期望車速Vref(k)、當前的反饋車速Vfbk(k)，計算履帶車輛的目標車速差ΔVref(k)；

ΔVref(k)＝Vref(k)-Vfbk(k)

然后轉入步驟S7；

步驟S7：根據歸一化的制動踏板信號Sb(k)計算履帶車輛目標車速減速率的最小值ΔVref_min(k)；

ΔVref_min(k)＝(1+K_b·Sb(k))ΔV_min

其中，ΔV_min為當履帶車輛自由滑行時的減速率，ΔV_min<0；K_b是制動踏板的增益系數；

然后轉入步驟S8；

步驟S8：判斷目標車速差ΔVref(k)與增速率最大值ΔVref_max的關系，如果ΔVref(k)<ΔVref_max，說明目標車速差未超出增速率最大值，目標車速差在可調節的范圍之內，轉至步驟S9；反之則可判定目標車速差過大，可能會導致后續調節不穩定等情況，需要對其進行限制，轉至步驟S10；

步驟S9：判斷目標車速差ΔVref(k)與減速率最小值ΔVref_min(k)的關系，若ΔVref(k)>ΔVref_min(k)，說明目標車速差在合理范圍，不需要對其進行限制，轉至步驟S15；反之則可判定目標車速差過小，會導致電動機發電電流過大的情況，需要對其進行限制，轉至步驟S11；

步驟S10：由于目標車速差過大，因此將其限制為增速率最大值ΔVref_max；

ΔVref(k)＝ΔVref_max

然后轉入步驟S15；

步驟S11：由于目標車速差過小，因此將其限制為減速率最小值ΔVref_min(k)；

ΔVref(k)＝ΔVref_min(k)

然后轉入步驟S15；

步驟S12：根據履帶車輛的行駛速度Vfbk(k)、轉向安全系數δ[Vfbk(k)]、以及離散化的最小相對轉向半徑曲線，確定當前車速下履帶車輛不發生側滑所能實現的最小相對轉向半徑ρ_min(k)；

ρ_min(k)＝δ[Vfbk(k)]·map[Vfbk(k)]

然后轉入步驟S13；

步驟S13：根據最小相對轉向半徑ρ_min(k)將歸一化的方向盤轉角信號Ss(k)修正為Ss’(k)，保證履帶車輛實現安全轉向；修正式為：

式中，K_s是轉向修正系數；

然后轉入步驟S14；

步驟S14：根據最小相對轉向半徑ρ_min(k)、左右電機的反饋轉速NLfbk(k)、NRfbk(k)以及修正后的方向盤轉角信號Ss’(k)計算兩側電機目標轉速差ΔNref(k)，然后轉至步驟15；

式中，K_n為轉速差修正系數，該系數與變速機構傳動比有關。

步驟S15：根據目標車速差ΔVref(k)和兩側電機目標轉速差ΔNref(k)分別確定左右兩側電機各自的目標轉速差，即左側電機的目標轉速差ΔNLref(k)、右側電機的目標轉速差ΔNRref(k)，轉至步驟S16；

步驟S16：將上一步得到的左側電機的目標轉速差ΔNLref(k)、右側電機的目標轉速差ΔNRref(k)分別經過PI調節器處理，分別得到左側電機的目標驅動轉矩TLref(k)和右側電機的目標驅動轉矩TRref(k)；然后轉入步驟S17；

步驟S17：整車控制器將左側電機目標驅動轉矩TLref(k)和右側電機目標驅動轉矩TRref(k)發送兩側電機控制器，控制兩側電機輸出相應的驅動轉矩，使車輛完成直駛或轉向；跳轉至步驟S3，進行k+1 控制周期內的實時控制。

實施例2：

本實施例適用于電機控制為轉速模式的情況，所述的駕駛員信號解析方法從步驟S1到步驟S15均與實施例1相同，不同之處在于：

步驟S16：根據上一步得到的左側電機的目標轉速差ΔNLref(k)、右側電機的目標轉速差ΔNRref(k)以及左側電機的反饋轉速NLfbk(k)、右側電機的反饋轉速NRfbk(k)，分別計算左側電機的目標轉速NLref(k)、右側電機的目標轉速NRref(k)：

步驟S17：將兩側電機的目標轉速發送給相應的電機控制器，控制兩側電機輸出相應的轉速，使車輛完成直駛或轉向功能。跳轉至步驟S3，進行k+1控制周期內的實時控制。

綜上，本發明利用加速踏板開度與制動踏板開度之差確定目標車速，通過限制目標車速和實際車速的差值來實現加減速斜率控制；利用方向盤轉角、側滑極限轉向半徑確定雙側電機目標轉速之差，從而確定雙側電機各自目標轉速與實際轉速之差，通過PI調節器得到各自驅動轉矩，使得車輛完成直駛和轉向功能，并且不會出現轉向半徑過小而發生側滑的控制方法。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。