CN109278679A - 一种基于双电机独立控制的实验车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双电机独立控制的实验车，属于电动车辆动力控制领域，一种基于双电机独立控制的实验车，包括车壳、控制***、驱动***、转向***、数据采集***和电源，电源与控制***、驱动***、转向***和数据采集***均电性连接，控制***包括蓝牙模块和控制模块，蓝牙模块包括蓝牙接收器和蓝牙遥控器，且蓝牙接收器与蓝牙遥控器连接，控制模块包括整车控制器和一对电机控制器，且整车控制器与一对电机控制器均电性连接，整车控制器与蓝牙接收器连接，可以实现在实验车上进行教学实验或者设计双电机差速策略，根据差速策略运行的实验车数据可以实时的发送到上位机，以方便分析实验数据，结构简单，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及电动车辆动力控制领域，更具体地说，涉及一种基于双电机独立控制的实验车。
背景技术
电动汽车具有如清洁、节能、低噪声、能源多样化等显而易见的优点,因此发展电动汽车早已被公认为解决未来能源与环境问题最有希望的措施之一,得到了各国政府、企业和科研机构的重视，考虑到电机在控制性能方面的优势,电动车相对于内燃机汽车,不仅仅是动力源的更替,电气驱动对促进汽车技术的全面进步也发挥了积极的作用。
电动车的驱动***可分为单电机驱动***和多电机驱动***，单电机驱动***使用传统的机械差速器,将电机动力分配到驱动轮，多电机驱动采用多个电机驱动各驱动轮,由于每个电机的转速可以有效地独立调节控制,因而可采用电子式差速器来代替传统机械式差速器,其关键是各驱动轮电机的协调控制。
然而目前大多数高校由于能力或者资金等问题，对这项研究只停留在软件仿真阶段，不能够利用实验车进行实际验证，很难得到第一手的资料。
发明内容
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于双电机独立控制的实验车，它可以实现在实验车上进行教学实验或者设计双电机差速策略，根据差速策略运行的实验车数据可以实时的发送到上位机，以方便分析实验数据，结构简单，成本较低。
2．技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于双电机独立控制的实验车，包括车壳、控制***、驱动***、转向***、数据采集***和电源，所述电源与控制***、驱动***、转向***和数据采集***均电性连接，所述控制***包括蓝牙模块和控制模块，所述蓝牙模块包括蓝牙接收器和蓝牙遥控器，且蓝牙接收器与蓝牙遥控器连接，所述控制模块包括整车控制器和一对电机控制器，且整车控制器与一对电机控制器均电性连接，所述整车控制器与蓝牙接收器连接，所述驱动***包括一对直流驱动电机、齿轮减速器、后车轮和逆变器，一对所述直流驱动电机分别与齿轮减速器传动连接，一对所述齿轮减速器的输出端分别连接后车轮，所述直流驱动电机通过逆变器与电源连接，所述转向***包括转向电机、转向横拉杆和一对前车轮，且蓝牙接收器与转向电机连接，所述转向电机的输出端连接有齿轮，所述转向横拉杆中间连接有齿条，且齿轮和齿条之间啮合连接，一对所述前车轮之间通过转向横拉杆连接，所述数据采集***包括角度传感器、姿态传感器和一对旋转编码器，所述角度传感器与转向电机的输出端连接，且角度传感器和姿态传感器均固定安装于车壳上，所述旋转编码器与前车轮连接，可以实现在实验车上进行教学实验或者设计双电机差速策略，根据差速策略运行的实验车数据可以实时的发送到上位机，以方便分析实验数据，结构简单，成本较低。
进一步的，所述控制***连接有无线通讯模块，所述无线通讯模块连接有上位机，整车控制器将处理后的整车运行参数发送给无线通讯模块，无线通讯模块通过天线发送给上位机，进行数据分析和保存。
进一步的，所述无线通讯模块为ФRF24L01无线模块，所述上位机包括ФRF24L01接收模块、TTL转USB串口转换模块和电脑。
进一步的，所述整车控制器包括降压电路，且整车控制器通过降压电路与角度传感器、姿态传感器和一对旋转编码器均电性连接，通过降压电路将12V电源降为3.3V电源，提高角度传感器、姿态传感器和一对旋转编码器工作的稳定性。
进一步的，一对所述后车轮之间连接有后轮支撑轴，且后轮支撑轴与车壳固定连接，提高一对后车轮驱动时的稳定性。
3．有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本方案可以实现在实验车上进行教学实验或者设计双电机差速策略，根据差速策略运行的实验车数据可以实时的发送到上位机，以方便分析实验数据，结构简单，成本较低。
（2）控制***连接有无线通讯模块，无线通讯模块连接有上位机，整车控制器将处理后的整车运行参数发送给无线通讯模块，无线通讯模块通过天线发送给上位机，进行数据分析和保存。
（3）无线通讯模块为ФRF24L01无线模块，上位机包括ФRF24L01接收模块、TTL转USB串口转换模块和电脑。
（4）整车控制器包括降压电路，且整车控制器通过降压电路与角度传感器、姿态传感器和一对旋转编码器均电性连接，通过降压电路将12V电源降为3.3V电源，提高角度传感器、姿态传感器和一对旋转编码器工作的稳定性。
（5）一对后车轮之间连接有后轮支撑轴，且后轮支撑轴与车壳固定连接，提高一对后车轮驱动时的稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的功能模块图。
图中标号说明：
1控制***、101整车控制器、102蓝牙接收器、103蓝牙遥控器、2驱动***、201直流驱动电机、202齿轮减速器、203后车轮、204逆变器、3转向***、301转向电机、302前车轮、4数据采集***、401角度传感器、402姿态传感器、403旋转编码器、5电源、6无线通讯模块、7上位机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-2，一种基于双电机独立控制的实验车，包括车壳、控制***1、驱动***2、转向***3、数据采集***4和电源5，电源5与控制***1、驱动***2、转向***3和数据采集***4均电性连接，电源5为12V的蓄电池，控制***1包括蓝牙模块和控制模块，蓝牙模块包括蓝牙接收器102和蓝牙遥控器103，且蓝牙接收器102与蓝牙遥控器103连接，控制模块包括整车控制器101和一对电机控制器，整车控制器101的主控芯片为STM32F407ZGT6,负责控制实验车正常行驶、实现控制策略、分析处理传感器数据，电机控制器为AQMD3610NS-A型号直流电机控制器，且整车控制器101与一对电机控制器均电性连接，整车控制器101与蓝牙接收器102连接，电机控制器和整车控制器101以RS485总线的方式通讯，支持多点数据通信，整车控制器101为主机，两个电机控制器为从机，主机通过每台驱动器设定的不同的地址位标识来对每台驱动器独立操作，485主机通过通讯帧里的地址字节来指定对哪块驱动器进行操作，配置的地址与通讯帧里指定的地址相同的驱动器才会响应主站的控制命令，电机控制器的接口接到直流驱动电机201的两个接线柱，可以通过控制输入到直流驱动电机201的电流大小控制直流驱动电机201的转矩，或者输出PWM波控制直流驱动电机201的转速。
请参阅图1，驱动***2包括一对直流驱动电机201、齿轮减速器202、后车轮203和逆变器204，一对直流驱动电机201分别与齿轮减速器202传动连接，一对齿轮减速器202的输出端分别连接后车轮203，直流驱动电机201通过逆变器204与电源5连接，逆变器204可以将DC12V直流电转换为和市电相同的AC220V交流电。
请参阅图1，转向***3包括转向电机301、转向横拉杆和一对前车轮302，且蓝牙接收器102与转向电机301连接，蓝牙遥控器103发送信号可以被蓝牙接收器102接收，蓝牙接收器102接收到的信号可以直接驱动转向电机301，根据遥控信号控制转向电机301的左转或右转，同时，蓝牙接收器102还有两个信号接口与整车控制器101连接，分别为启动和制动信号接口，正常时启动和制动接口为低电平状态，当蓝牙遥控器103发送启动信号时，启动信号接口会置为高电平，以通知整车控制器101启动实验车，制动接口原理与启动接口类似，转向电机301的输出端连接有齿轮，转向横拉杆中间连接有齿条，且齿轮和齿条之间啮合连接，一对前车轮302之间通过转向横拉杆连接。
请参阅图1，数据采集***4包括角度传感器401、姿态传感器402和一对旋转编码器403，角度传感器401与转向电机301的输出端连接，用于测量转向角度，且角度传感器401和姿态传感器402均固定安装于车壳上，旋转编码器403与前车轮302连接，姿态传感器402为高精度惯性导航模块JY901姿态角度传感器，安装在实验车的重心位置，可以用来测量三个方向的加速度和角速度，一对旋转编码器403均为E6B2旋转编码器，安装在两个前车轮302外侧，测量两个前车轮302转速，前车轮302一般不会打滑，可以用两个前车轮302轮速经卡尔曼滤波后乘以车轮半径作为整车车速。
请参阅图1-2，控制***1连接有无线通讯模块6，无线通讯模块6连接有上位机7，整车控制器101将处理后的整车运行参数发送给无线通讯模块6，无线通讯模块6通过天线发送给上位机7，进行数据分析和保存，无线通讯模块6为ФRF24L01无线模块，上位机7包括ФRF24L01接收模块、TTL转USB串口转换模块和电脑，整车控制器101包括降压电路，且整车控制器101通过降压电路与角度传感器401、姿态传感器402和一对旋转编码器403均电性连接，通过降压电路将12V电源降为3.3V电源，提高角度传感器401、姿态传感器402和一对旋转编码器403工作的稳定性，一对后车轮203之间连接有后轮支撑轴，且后轮支撑轴与车壳固定连接，提高一对后车轮203驱动时的稳定性。
使用时，实验车接通电源5，当蓝牙遥控器103发送前进信号，蓝牙接收器102接收到启动信号，通知整车控制器101启动实验车，然后整车控制器101向RS485总线总发送控制直流驱动电机201运转参数的数据包，两个电机控制器接收到指令后启动直流驱动电机201，同时，整车控制器101每隔200ms发送返回直流驱动电机201实时运转参数（包括两个电机的转速，转矩和输入电流）的指令，得到直流驱动电机201运行状态，这些参数和来自姿态传感器402测到的纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度、来自角度传感器401的转向角度、来自旋转编码器403的左右轮速，一起经过整车控制器101的分析处理后作为采集数据，整车控制器101和无线通讯模块6之间为SPI通讯方式，然后这些数据通过ФRF24L01无线模块发送到上位机7，上位机7中的ФRF24L01接收的数据为TTL电平串口数据，然后经过TTL转USB模块就可以由电脑接收。
当蓝牙遥控器103发送转向信号时，蓝牙接收器102启动转向电机301，使实验车转向，同时整车控制器101可以根据差速策略和当前工况（由数据采集到的参数）确定，控制后车轮203两个直流驱动电机201以不同的转速或转矩转弯。
当蓝牙遥控器103发送制动信号时，蓝牙接收器102收到信号后制动信号，通知整车控制器101制动实验车，然后整车控制器101向RS485总线发送指令使后车轮203转速和转矩为0，实现制动。
可以实现在实验车上进行教学实验或者设计双电机差速策略，根据差速策略运行的实验车数据可以实时的发送到上位机，以方便分析实验数据，结构简单，成本较低。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于双电机独立控制的实验车，包括车壳、控制***（1）、驱动***（2）、转向***（3）、数据采集***（4）和电源（5），所述电源（5）与控制***（1）、驱动***（2）、转向***（3）和数据采集***（4）均电性连接，其特征在于：所述控制***（1）包括蓝牙模块和控制模块，所述蓝牙模块包括蓝牙接收器（102）和蓝牙遥控器（103），且蓝牙接收器（102）与蓝牙遥控器（103）连接，所述控制模块包括整车控制器（101）和一对电机控制器，且整车控制器（101）与一对电机控制器均电性连接，所述整车控制器（101）与蓝牙接收器（102）连接，所述驱动***（2）包括一对直流驱动电机（201）、齿轮减速器（202）、后车轮（203）和逆变器（204），一对所述直流驱动电机（201）分别与齿轮减速器（202）传动连接，一对所述齿轮减速器（202）的输出端分别连接后车轮（203），所述直流驱动电机（201）通过逆变器（204）与电源（5）连接，所述转向***（3）包括转向电机（301）、转向横拉杆和一对前车轮（302），且蓝牙接收器（102）与转向电机（301）连接，所述转向电机（301）的输出端连接有齿轮，所述转向横拉杆中间连接有齿条，且齿轮和齿条之间啮合连接，一对所述前车轮（302）之间通过转向横拉杆连接，所述数据采集***（4）包括角度传感器（401）、姿态传感器（402）和一对旋转编码器（403），所述角度传感器（401）与转向电机（301）的输出端连接，且角度传感器（401）和姿态传感器（402）均固定安装于车壳上，所述旋转编码器（403）与前车轮（302）连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于双电机独立控制的实验车，其特征在于：所述控制***（1）连接有无线通讯模块（6），所述无线通讯模块（6）连接有上位机（7）。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于双电机独立控制的实验车，其特征在于：所述无线通讯模块（6）为ФRF24L01无线模块，所述上位机（7）包括ФRF24L01接收模块、TTL转USB串口转换模块和电脑。
4.根据权利要求1所述的一种基于双电机独立控制的实验车，其特征在于：所述整车控制器（101）包括降压电路，且整车控制器（101）通过降压电路与角度传感器（401）、姿态传感器（402）和一对旋转编码器（403）均电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于双电机独立控制的实验车，其特征在于：一对所述后车轮（203）之间连接有后轮支撑轴，且后轮支撑轴与车壳固定连接。
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