[发明专利]一种电动田间搬运车分布式驱动系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动车辆控制系统研究领域，特别涉及一种电动田间搬运车分布式驱动系统及其控制方法。

背景技术

以电能作为动力的电动田间搬运车与传统柴油机和汽油机动力相比，在转速和转矩控制上更方便灵活，可省去机械变速机构，具有结构紧凑、体积小、重量轻、工作回转半径小的优点，整体呈现“小、灵、巧”的特点，另外其维护成本也较低。这种电动田间搬运车尤其适用于小块田间作业区域，不会造成废气污染，同时电能可由可再生能源二次转化得到，更易推广应用，适合农业的应用。

申请号为201210113160.8的中国发明专利公开了一种四轮驱动高地隙移动小车及其控制方法，其专利中的移动小车包括4个均由轮毂型电机独立驱动的车轮，每个车轮上均设有一个用于控制车轮转向的转向装置，提出了移动小车的整体结构及控制系统的控制方法，对小车分布式驱动系统的电机驱动与控制方法尚未涉及。

目前用于农用机器人或移动平台的驱动控制系统大多是采用PC机或工控机作为控制器，采用商业化的电机驱动器作为底层驱动器，然后在此基础上进行二次开发。但由于田间搬运车作业工况复杂，负载、车轮与地面作用力的变化范围大，现有商业化的电机驱动器仅仅作为电机的控制器，尚未涉及到负载的变化或与负载的相互作用，而且，电机驱动控制与其他的模块（如导航等）耦合在一起，不利于实现模块化与产品化。

因此，提供一种能够适于田间作业工况的、集成度高的电动田间搬运车控制系统及其控制方法具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电动田间搬运车分布式驱动系统，该系统通过嵌入式系统控制模块对使用的若干个电机进行驱动控制，能够实现田间搬运车的四轮电子差速、电动转向、电子刹车等功能，达到了整车动力匹配合理化、高效化的目的，同时系统还具有标准的通信接口，扩展性强，不仅可以运用在田间搬运车多电机运动控制系统上，而且可根据实际应用对系统进行裁剪、扩展，进而运用到需要控制多台具有耦合关系的电机的系统中。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述电动田间搬运车分布式驱动系统的控制方法。

本发明的一个目的通过以下的技术方案实现：一种电动田间搬运车分布式驱动系统，所述电动田间搬运车包括4个车轮、若干个刹车机构和若干个转向机构，每个车轮均分别由一台无刷直流轮毂电机独立驱动，每个刹车机构均分别由一台制动用直流电机驱动，每个转向机构均分别由一台转向用直流电机驱动，所述电动田间搬运车的主控制器为一块基于ARM内核的嵌入式微控制器，所述主控制器根据外部输入的转向信号和速度信号进行解算，然后经无刷直流电机驱动器控制每台无刷直流轮毂电机的速度，经直流电机驱动器控制每台转向用直流电机以及每台制动用直流电机。上述系统中主控制器同时对多台电机进行实时控制，可以使得小车实现行驶、逆/顺时针自转、左右平移、制动等操作，能够保证良好的协调性能，实现了四轮电子差速、左右侧车轮的电子差角与电子刹车。

优选的，所述主控制器采用PWM控制方式对转向用直流电机以及制动用直流电机的速度进行控制，通过UART串行接口经无刷直流电机驱动器对无刷直流轮毂电机的速度进行控制；转向用直流电机与主控制器的AD通道相连，用于将其转角反馈数据发送到主控制器；无刷直流轮毂电机与主控制器的AD通道相连，用于将其速度反馈数据发送到主控制器。

优选的，所述无刷直流电机驱动器采用单片机进行电子换相，驱动采用H-PWM-L-ON的调制方式，单片机通过UART串行接口接收主控制器传输过来的占空比信号；其控制芯片使用弱电电源进行供电，电机驱动使用强电电源进行供电，弱电与强电相隔离，弱电的控制信号通过光耦传递至强电侧；无刷直流电机驱动器的驱动主电路由三相逆变桥组成。弱电与强电相隔离，以保证系统有更高的可靠性。

更进一步的，所述无刷直流电机驱动器的驱动电路还包括反时限保护模块，该模块包括康铜丝、电压比较器和开关管驱动电路，康铜丝用于检测主回路电流，电压比较器用于将当前电流值和预设的门限值做比较，一旦电流超过预设的门限值则关闭开关管驱动电路，同时，在开关管驱动电路中容易产生电压尖峰的位置采用TVS管。在实际应用中还可以对不同的门限值设置不同的延时，在延时结束后再触发开关管驱动电路的关闭信号，使开关信号失能。使用TVS管可以抑制过电压，从而更好地保护开关管驱动电路。