CN101767535B - 独立四驱电动汽车的驱动/制动系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种独立四驱电动汽车的驱动/制动系统，包括：工况检测装置，分别检测电动汽车的各种工况信号；控制装置，对所述检测工况信号进行处理和计算，以获得电动汽车各个车轮对应的驱动控制信号和/或制动控制信号；和驱动电机驱动器和制动装置驱动器，根据所述驱动控制信号和/或所述制动控制信号分别控制电动汽车各个车轮对应的驱动电机和制动装置的输出。本发明能够根据工况灵活合理地分配驱动力和制动力，实现独立四驱电动汽车的主动安全性驱动/制动。

Description

独立四驱电动汽车的驱动/制动系统及方法

技术领域

本发明涉及四轮驱动电动汽车控制系统，特别是涉及一种独立四驱电动汽车的驱动/制动系统及方法。

背景技术

随着大功率的发动机的飞速发展，为了最大限度地传递驱动力，提高汽车在各种路面上行驶的加速性和通过性，广泛都采用四轮驱动(4WD)控制技术。然而，由于能源危机和环境污染等问题，电动汽车得到了越来越广泛的研究与发展。因此，轮毂电机四轮独立驱动式电动汽车已经成为研究的热点。轮毂驱动电机彻底改变了汽车传统的驱动方式，电动机安装在车轮的轮毂内，电机的转子为外转子，输出转矩直接驱动车轮，舍弃了传统的离合器、减速器、驱动桥、差速器等机械部件，使整车质量减轻，降低了机械传动损耗，并具有灵活的行驶特性。

专利申请200710012865.X提出了一种电动四轮驱动汽车，其通过驾驶员的操作控制四个独立驱动机构组成的驱动系统，实现对四个车轮的独立驱动和制动。但是，在追求高性能行驶的同时，对安全要求也就越来越高。在出现例如某个车轮的电机故障、车轮打滑、爆胎或车轮抱死等各种故障，导致车轮偏离原来的方向，或者因地面不平或车轮下存在障碍物导致车辆出现非人为转向，或者车辆在上、下坡等工况下，需要根据车轮的工况合理分配或控制四个车轮的驱动力/制动力，但是目前没有一种根据车轮的工况进行驱动力/制动力自动、合理分配或控制的方案，实现四个车轮的灵活独立驱动和/或制动来辅助驾驶员进行安全驱动制动操作。

因此，目前亟需一种能够灵活实现车轮独立驱动和/或制动的技术，以提高汽车的主动安全性。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种能够根据工况灵活合理地分配驱动力和制动力，实现独立四驱电动汽车的主动安全性驱动/制动的系统和方法。

根据本发明的一个方面，本发明实施例提供了一种独立四驱电动汽车的驱动/制动系统，包括：多个工况检测装置，分别检测电动汽车的各种工况信号；控制装置，对所述检测工况信号进行处理和计算，以获得电动汽车各个车轮对应的驱动控制信号和/或制动控制信号；和驱动电机驱动器和制动装置驱动器，根据所述驱动控制信号和/或所述制动控制信号分别控制电动汽车各个车轮对应的驱动电机和制动装置的输出。

根据本发明的另一方面，本发明实施例提供了一种独立四驱电动汽车的驱动/制动方法，包括以下步骤：利用多个工况检测装置分别检测电动汽车的各种工况信号；对所述检测工况信号进行处理和计算，以获得电动汽车各个车轮对应的驱动控制信号和/或制动控制信号；和根据所述驱动控制信号和/或所述制动控制信号分别控制电动汽车各个车轮对应的驱动电机和制动装置的输出。

本发明通过结合多个工况检测装置对四轮独立驱动电动汽车的各个车轮及车身整体的各种状况进行检测，并结合工况检测信号进行判断和控制，使得在遇到突发情况或者潜在隐患时，能够辅助驾驶员根据工况来灵活合理分配驱动力和制动力，从而实现对四轮独立驱动电动汽车的安全辅助驱动制动，以起到提高汽车的主动安全性的作用。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明独立四驱电动汽车的驱动/制动系统的结构方框图；

图2显示了独立四驱电动汽车出现非人为偏转状态的示意图；

图3显示图2实施例利用本发明独立四驱电动汽车驱动/制动系统调整的车辆行驶轨迹示意图；

图4显示了独立四驱电动汽车处于爬坡状态的示意图；

图5显示图4实施例利用本发明独立四驱电动汽车驱动/制动系统调整的车辆行驶轨迹示意图；

图6为本发明具体实施例的独立四驱电动汽车辅助驱动制动系统方框图；

图7为本发明驱动电机驱动器/制动装置驱动器的内部结构示意图；

图8为本发明实施例的独立四驱电动汽车驱动/制动系统各部件位置分布图；

图9为本发明独立四驱电动汽车的驱动/制动方法的步骤流程图；和

图10为本发明具体实施例的独立四驱电动汽车的驱动/制动方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

首先参考图1，图1为本发明独立四驱电动汽车的驱动/制动系统的结构方框图。如图所示，本发明的驱动/制动系统包括工况检测装置3、控制装置50和轮毂(驱动)电机驱动器54、制动装置驱动器55。其中工况检测装置3对应多个检测装置，以分别用于检测电动汽车的各种工况信号。控制装置50对工况检测装置3检测的各种工况信号进行处理和计算，以获得电动汽车各个车轮对应的驱动控制信号和/或制动控制信号，并对应输入到驱动电机驱动器54和制动装置驱动器55，从而驱动电机驱动器54和制动装置驱动器55根据对应的驱动控制信号和/或制动控制信号分别控制电动汽车各个车轮的驱动电机和制动装置的输出。

如图1的实施例所示，工况检测装置3例如是转向检测装置70、横摆检测装置40、车轮速度检测装置90～93、转子位置检测装置200和相电流检测装置300。横摆检测装置40用于检测电动汽车的横向偏摆角度β，例如为横向偏摆率传感器(HPRS)。转向检测装置70用于检测电子汽车的转向信息，转向检测装置70例如包括转向盘转角传感器(SWPS)和转向盘扭矩传感器(STTS)，以分别检测转向盘转角θ和转向盘扭矩T。

车轮速度检测装置90～93分别设置在电动汽车各个车轮上，用于检测对应车轮的转速n1～n4，车轮转速检测装置90～93例如为车轮速度传感器(WSS)。转子位置检测装置200分别设置在电动汽车各个车轮上，用于检测对应车轮驱动电机的转子位置角度γ，转子位置检测装置200例如为旋转变压器，差分输出信号为两路正弦信号和两路余弦信号，从而检测转子位置角γ。相电流检测装置300检测各个车轮的驱动电机的定子相电流信号，例如为交流电流传感器。在一个实施例中，交流电流传感器为两个，以分别用于检测三相电流中的两相电流Ia和Ib，根据Ic＝-(Ia+Ib)可以得到定子的三相电流Ia、Ib、Ic。

控制装置50包括数据接收单元51、数据处理单元52和控制输出单元53，数据接收单元51接收转向盘转角信号θ、转向盘扭矩信号T、横向偏摆角信号β、转子位置角信号γ、定子相电流Ia和Ib、四个车轮转速信号n1～n4并获取当前时刻车速v，并将各种工况检测信号发送到数据处理单元52进行分析判断，分别计算出各个车轮驱动电机和制动装置电机的控制波形信号。

控制输出单元53将数据处理单元52计算出的各个轮毂电机控制波形和制动装置电机控制波形分别送到轮毂电机驱动器54和制动装置电机驱动器55。控制输出单元53可以分为驱动力控制输出模块(图中未示出)和制动力控制输出模块(图中未示出)。其中，驱动力控制输出模块将数据处理单元52计算得到的驱动控制波形信号进行调制后输出到四个轮毂电机驱动器54上，来控制四个轮毂电机运转。制动力控制输出模块将数据处理单元52计算得到的制动控制波形信号进行调制后输出到制动装置驱动器55上，来控制四个轮毂电机制动装置进行四轮独立制动。制动力控制输出模块也可以采用电子稳定系统(EPS)或电子制动分配系统(EBD)、防抱死系统(ABS)来实现。

数据处理单元52可以包括第一处理单元(图中未显示)和第二处理单元(图中未显示)。第一处理单元根据转速n1～n4计算各个车轮当前时刻的转速与上一时刻转速的差值，根据各个车轮转速计算得到当前的线速度，并确定各个线速度与电动汽车当前车身速度的差值。

例如，第一处理模块根据公式 $V=\frac{\mathrm{\πd}}{60}N,$ 从检测到的转速分别计算得到各个车轮的线速度，其中d为车轮直径；再根据公式ΔV₁＝V_1-1-V_1-2计算得到各个车轮的速差，其中V_1-1为当前时刻车速，V_1-2为上一时刻车速。

另外，第一处理单元根据各个电机的转子角度信号γ和定子相电流信号Ia和Ib计算各个车轮驱动电机的驱动转矩，通过和预定驱动转矩比较，可计算驱动转矩与预定驱动转矩的差值。

这里，驱动转矩与预定驱动转矩的差值是通过相电流检测装置300测得的三相电流值Ia、Ib、Ic以及转子位置检测装置200检测的转子位置角度值γ对应确定的直轴实际电流id和交轴实际电流iq，与根据发电机角速度

和发电机控制转矩值T，确定的直轴目标电流id^*和交轴目标电流iq^*体现的。

第一处理单元根据三相电流值Ia、Ib、Ic和转子位置角度值γ，可计算出各个电机转子的直轴实际电流id和交轴实际电流iq。例如，令电机转子直轴为d轴、沿顺时针方向滞后直轴90°电角度的交轴为q轴、直轴和交轴实际电流分别为id、iq，通过克拉克(CLARKE)变换和帕克(PARK)变换，按照下式计算出电机转子的直轴实际电流id和交轴实际电流iq。

根据电机角速度

和电机控制转矩值T，第一处理单元能够计算出直轴目标电流id^*和交轴目标电流iq^*。其中，根据电机角速度

计算出直轴目标电流id^*，根据IPM和轮毂电机的特性而设定电机的交轴电流最大值iqmax，iqmax的设定要根据IPM的最大工作电流和电机的不同工况确定。然后再根据电机控制转矩值T、电机最大转矩值Tmax和交轴电流最大值iqmax按照下式：

${\mathrm{iq}}^{*}=\mathrm{iq}\max \×\frac{T}{T\max }$

计算得出对应的交轴目标电流iq^*，其中电机最大转矩值Tmax对于给定电机是已知的。

然后，第一处理单元根据直轴目标电流id^*和交轴目标电流iq^*、直轴实际电流id和交轴实际电流iq分别求出直轴目标电流id^*和直轴实际电流id的差值、交轴目标电流iq^*和交轴实际电流iq的差值。

第一处理模块首先根据所述交轴、直轴的电流差值可以确定所需直轴电压ud和所需交轴电压uq。来调整轮毂电机回复到正常运行速度。其中，第一处理模块通过比例积分(PI)调节得到所需直轴电流id′和所需交轴电流iq′，所述PI调节过程以及PI调节器的数学模型为本领域现有技术。

然后，再根据所需直轴电流id′和所需交轴电流iq′，按照下式计算出所需直轴电压ud和所需交轴电压uq：

其中，Ld为直轴感抗，Lq为交轴感抗，Ψ为转子永磁体磁链，R为发电机阻抗，这些值均为给定发电机的常数。

第一处理单元将车载电池的总电压与计算出的ud、uq的合成矢量us进行比较，利用电池总电压对us限幅，然后对限幅后的us′进行矢量分解，得到的ud′、uq′作为所需直轴电压ud、所需交轴电压uq。第一处理单元根据所需直轴电压ud、所需交轴电压uq以及转子位置角度值θ，通过克拉克反变换和帕克反变换，按照下式计算出所需三相电压ua、ub、uc的值：

第二处理单元根据转速差值、线速度差值、横向偏摆角度信号和转向信息判断电子汽车是否出现非人为转向，或者车辆本身是否出现故障，例如根据不同时刻的速度差值判断车轮电机是否不转动，空转或脱离等。例如当横摆偏摆率传感器(HPRS)检测到车辆有偏摆，而此时转向盘转角传感器(SWPS)、转向盘扭矩传感器(STTS)没有检测到转向信息，即没有转向角或者有转角没有转矩，第二处理单元则据此判断某一车轮存在非人为转向。根据检测的偏摆信息和速度差值可以进一步确定非人为转向对应的车轮。若第二处理单元判断某一车轮的横摆角度过大，或者车轮的线速度与其他各个车轮的线速度差别较大，则判断该车轮可能出现例如转子不转、脱离或空转等故障。

因此，第二处理单元可以根据横向偏摆角度信号、当前转速信号以及第一处理单元确定的所需三相电压ua、ub、uc的值，计算出对应于三相的脉宽调制控制波形的占空比来确定各个车轮对应的驱动控制信号、制动控制信号对应的脉宽调制控制波形。第二处理模块根据具体的工况确定脉宽调制控制波形，例如根据转向盘的转向角θ和转向盘扭矩T可以调节PWM波形的幅值、相位、占空比来实现灵活转向。

并且例如根据横向偏摆角β对应的偏摆率和偏摆加速度可以调节PWM波形来实现快速响应，保证车辆迅速回到正确的方向。下面结合具体实施例对本发明的驱动/制动系统作出详细说明，图2显示了独立四驱电动汽车出现非人为偏转状态，车辆在没有出现故障也无人为转向操作时，车辆将沿原方向行驶。如果车轮出现电机故障或车轮打滑、抱死等现象，车辆将会偏离原来的方向。如图2所示，假如车轮A的电机出现故障，在传统的控制系统中，车辆在没有人为干预的情况下将会向左侧偏转甚至打转。

当车轮A出现故障，车辆的各个检测装置通过检测车辆的状况，得到各个车轮的转速n1～n4和此时刻车辆的速度v。控制装置50通过比较车轮当前时刻转速与上一时刻转速的之差，以及车轮转速计算得到的车轮线速度与车辆速度的差别和车辆上横摆角传感器检测的横摆角度β来判明故障原因。在一个实施例中，本发明的驱动/制动系统还可以包括报警装置80，用于在出现车辆故障时向控制装置50发送故障信号，并由控制装置50控制发出报警信号，提醒人为干预。此时，控制装置50会根据转子位置检测装置200检测到的转子位置角γ和相电流检测装置300检测到的相电流Ia和Ib，得到当前车轮的转子扭矩，通过和正常运行需要的扭矩相比较，计算得到各个车轮的驱动PWM控制信号和制动PWM控制信号。然后将对应的控制信号输入到对应的轮毂电机驱动器和制动装置驱动器中，来控制对应车轮轮毂电机的驱动力和制动装置的制动力的输出。同时，通过例如转子位置检测装置200和相电流检测装置300等对当前车轮电机转子和相电流的实时检测信号反馈，以及控制装置50结合反馈的检测信号再次进行计算和比较得到相应PWM控制信号从而通过这样的控制使得车辆迅速恢复原来的行驶速度和方向。

本实施例中可以采取使B轮制动，或者减小B轮的驱动力，来保证车轮以先前的速度和方向前进。

另外，工况检测装置还可以包括障碍物距离检测装置30～33，用于检测电动汽车前、后、左及右的障碍物距离，障碍物距离检测装置例如是超声波辅助系统(UPA)。在车轮A出现上述非人为偏转时，控制装置50还可以进一步结合检测到的前后左右障碍物距离L1～L4进行分析判断，采取使B轮制动的同时根据L1和L2来适当地增加C和D两轮的驱动力，在L1为安全距离时可以适当增加C和D的驱动力，在L2为安全距离时可以适当地减小C和D的驱动力；或者在减小B轮的驱动力的同时，增加C轮的驱动力来调节车辆的行驶方向；还可以在L3为安全距离的情况下适当地调节B轮的制动力或驱动力进行转向，停靠到路边进行车辆检修。

控制装置50的核心控制装置(第一处理单元和第二处理单元)进行分析，根据工况来选择最合理经济的方案，调整车轮运行状况，使车轮迅速恢复到正常行驶状态。从而可以实现安全的驱动制动，还可以减少车轮与制动装置和地之间的摩擦，起到减少能源浪费，保护车轮的作用。

车轮打滑、爆胎或者车轮抱死的情况和上面所述的类似，可以进行类似的控制。

另外，由于车辆行驶的工况极其复杂，如地面不平或者车轮下有障碍物，使得车辆的四个车轮受到的阻力不同，车辆也会在行驶的过程中出现非人为转向。当控制装置50根据横摆偏摆率传感器(HPRS)和转向盘转角传感器(SWPS)、转向盘扭矩传感器(STTS)的检测信号判断车辆出现非人为转向，则控制装置50需要进行相应的驱动/制动控制。

下面结合图3的实施例加以说明，图3显示图2实施例利用本发明独立四驱电动汽车驱动/制动系统调整的车辆行驶轨迹示意图。如果横摆偏摆率传感器(HPRS)检测到车辆有向左的偏摆，即车辆有左转，此时，控制装置50的数据接收单元51接收车辆的横向偏摆角β信号、车轮转速n1～n4信号、前后左右障碍物距离L1～L4信号，并送到数据处理单元52进行分析判断，并根据转子位置检测装置200检测到的转子位置角γ和相电流检测装置300检测到的相电流Ia和Ib，分别计算出各个车轮的驱动PWM控制信号和制动PWM控制信号，对四个车轮进行制动力和驱动力分配。车辆出现左偏，假设是A车轮陷坑减速或者被障碍物阻滞，可以采取适当地增加A轮的驱动力或者增加B轮的制动力，也可以两者配合。根据前后障碍物距离L1和L2来看是否需要增加C和D轮的驱动力和制动力，这样可以使车辆迅速的回正方向前行，车辆也可以根据L2和L3来判断选择左偏或右偏来躲避障碍物。出现右偏则控制原理和左偏相似，这里不再赘述。

例如，控制装置50根据检测的障碍物距离L1～L4与临界安全距离L_S比较，求得正常行驶下的安全裕量ΔL＝L-L_S，并据此可以调节PWM波形。其中ΔL大，则可以采用加大驱动力，减小制动力来调整；ΔL小，则可以采用减小驱动力，增大制动力，甚至紧急制动来调整，从而改变PWM的波形实现对应的控制。

在一个实施例中，本发明的工况检测装置还包括倾角检测装置100，用于检测电动汽车上、下坡的坡度倾角。从而控制装置50在车辆上坡、下坡时可以根据坡度来合理的控制四驱电动汽车的驱动和制动。

图4显示了独立四驱电动汽车处于爬坡状态的示意图，图5显示了图4实施例利用本发明独立四驱电动汽车驱动/制动系统调整的车辆行驶轨迹示意图。

当倾角检测装置100检测到有倾角信号时，控制装置50判断车辆是上坡还是下坡。控制装置50还结合转子位置检测装置200检测的转子位置角度γ、相电流检测装置300检测的相电流Ia和Ib(Ic＝Ia+Ib)、超声波辅助系统(UPA)检测的前后障碍物距离L1和L2和倾角检测装置100检测到的倾角δ，即对应图7中车辆的上、下坡角度，分析分别计算出四个车轮的驱动脉宽调制(PWM)控制波形信号和制动PWM控制波形信号，对四个车轮进行独立的驱动制动控制。

在下坡路段，当L1为安全距离时，可以适当地放缓车速，根据横摆角信号来增大相应车轮的回馈制动力；当L2为安全距离时，可以适当地加快行驶速度，根据横摆角减小相应车轮的回馈制动力。在上坡路段，控制方法类似，可以改变相应车轮的驱动力来实现安全运行。

本系统中可以既包括检测横摆角的装置40，又包括检测倾角的装置100，因此当车辆上下坡前进时，在没有人为转向操作，也没有故障报警时，当横摆角传感器检测到有横摆角信号，倾角传感器检测到存在倾角时，即判断车辆在坡道上有被动转向。

如图5实施例所示，在车辆出现左偏时，车辆的横摆检测装置40检测横摆角β，控制装置50的数据接收单元51还接收超声波辅助系统(UPA)检测前后障碍物距离L1～L4、车轮速度传感器(WSS)检测到的车轮速度n1～n4、转子位置检测装置200检测的转子位置角度γ、相电流检测装置300检测的相电流Ia和Ib，数据处理单元52则根据前后左右障碍物距离L1～L4和横摆角β，由轮毂电机转子位置角度γ、相电流Ia和Ib计算出各个轮毂电机PWM控制波形信号，根据倾角δ和横摆角β计算出各个制动电机PWM控制波形信号；由控制输出单元53输出控制信号来控制车辆回正运行。本实施例中，控制装置50可以适当增加A车轮或C车轮的驱动力或减小它们的回馈制动力；也可以适当增大B车轮或C车轮的回馈制动力或减小它们的驱动力。其他被动转向情况控制于此类似，控制模式基本相同。在此工况下，控制装置50根据各种工况采取对应的控制。

在一个实施例中，上述的各个工况检测装置与控制装置50、驱动电机驱动器54和制动装置驱动器55之间通过CAN总线7进行通讯连接。如图6所示，工况检测装置将检测到的机械信号转变为电信号通过CAN总线7传送给控制装置50的数据接收单元51。轮毂电机驱动器54和制动装置驱动器55通过CAN总线7接受来自控制装置50的PWM控制信号，控制轮毂电机和制动装置的驱动力/制动力输出。

各个工况检测装置3的检测信号不是用机械传动机构传输，而是通过CAN总线7将转向盘检测装置检测到的转向盘转角θ和转向盘扭矩T、横摆检测装置40检测到的横向偏摆角β、倾角检测装置100检测到的倾角δ、转子位置检测装置200检测到的转子位置角γ、电流传感器检测到的定子相电流Ia和Ib、障碍物距离检测装置30～33检测到的四周障碍物距离L1～L4、车轮速度检测装置90～93检测到的车轮转速n1～n4等信号传输给数据接收单元51，数据处理单元52根据需求从数据接收单元51获取相应的数据进行分析计算，分别计算出轮毂电机和制动电机PWM控制波形信号，控制驱动力和制动力输出，实现辅助驱动制动功能。

如图6所示，控制装置50的功能是实现对系统的控制和管理。系统中主要有电源模块4，它带有备用电路模块，以保证电源的可靠性。电源模块主要有两部分，一部分是作为驱动电机和制动电机控制驱动电路电源，主要有+15V和-10V。另一部分是作为工况检测装置3、控制装置50的核心控制集成电路器件及其外围电路供电的电源，主要有+5V和+3.3V。CAN收发器6与控制装置50的核心控制模块56(对应数据处理单元52和控制输出单元53)和工况检测装置3相连，使得系统能与车身网络进行通讯，把一些检测信号和故障信号送出，并从车身网络接收车速、转向等信号。

报警装置80与核心控制模块56相连，以便将故障信号及时送出。工况检测装置3分别用于采集转向盘转角θ和转向盘扭矩T、横向偏摆角β、倾角δ、转子位置角γ、定子电流Ib和Ia、障碍物距离L1～L4、车轮转速n1～n4并转换成电信号，数据接收单元51接收工况检测装置3检测的信号并送到核心控制模块56进行分析计算，通过计算得到驱动和制动控制波形信号。核心控制模块56的PWM波形发生器产生PWM波，通过CAN总线7把PWM控制信号送到轮毂电机驱动器54和制动装置驱动器55中。

图7给出了本发明一个实施例的驱动电机驱动器/制动装置驱动器的内部结构，其中图7仅给出了一个驱动器的内部结构，驱动电机和制动装置的驱动器结构类似，这里不再一一描述。

假设图7实施例显示了轮毂电机驱动器54的内部结构，轮毂电机驱动器54包括多个智能功率模块(IPM)58，智能功率模块58根据控制装置50输出的控制波形控制导通顺序、导通时间和关断时间，从而控制轮毂电机和制动装置的输出。在图示实施例中，每个IPM 58包括一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)和与每个IGBT反向并联的续流二极管以及IGBT的保护电路(图中未显示)，以实现驱动和制动的要求。

控制装置50根据工况检测装置3发送的工况检测信号，输出驱动控制信号和制动控制信号到轮毂电机驱动器54的IPM 58中，从而控制对应的轮毂电机(例如轮毂电机10)的驱动力输出。与轮毂电机10连接的转子位置检测装置200和相电流检测装置300分别实时检测轮毂电机10的转子角度和相电流，并反馈到控制装置50中。控制装置50根据接收的转子角度和相电流以及其他工况检测信号进行判断，调整控制信号输出，直至将车辆回复到正常运行状态。

每个IPM中还包括抗干扰电路和IGBT的自保护电路(图中未显示)，与系统其他的多个模块相连，由于车用电子电路工作环境复杂，干扰强烈，抗干扰电路和自保护电路是为系统安全可靠运行而设计的，抗干扰电路可以消除电路中的电磁干扰，避免功率器件的误导通或不导通造成的安全隐患。自保护电路当系统有问题时(如功率器件IGBT上、下桥臂导通、短路，电机过流、过温、过压、欠压等)会发出报警信号并同时切断各电机驱动电源，以确保系统安全。

制动装置例如包括液压泵电机、传动机构和压力阀。通过控制液压泵电机的输出，调节液压泵压力在四个车轮压力阀上的分配，从而通过调整压盘与车轮之间的压力来制动。

关于本发明实施例的独立四驱电动汽车驱动/制动系统各部件位置分布可以参考图8。如图所示，包括转向盘转角传感器(SWPS)和转向盘扭矩传感器(STTS)的转向检测装置70可以设置于转向盘及其连杆上，横摆检测装置40设置于车身上，倾角检测装置100可置于车辆底盘上，各轮毂电机转子和定子上还分别安装有旋转变压器和电流传感器，以用于检测转子位置角和定子相电流。例如为超声波辅助系统(UPA)的障碍物距离检测装置30～33置于车身四周上，用于检测车辆四周障碍物的距离信号。车轮速度检测装置90～93安装在四个车轮的轮毂电机转子上。例如控制信号传送线60、控制装置50、四个轮毂电机10～13、制动装置20～23以及报警装置80的设置可以如图8实施例所示。

本系统为提高四驱电动汽车的驱动制动的安全主动性和节约能源，采用了检测工况的各种传感器，使得在遇到突发情况或者潜在隐患时，能够辅助驾驶员进行安全驱动制动。从而提高了四驱电动驱车的安全性，使驾驶员感到舒适轻松，还节约了能源。

图9给出了本发明独立四驱电动汽车的驱动/制动方法，首先利用多个工况检测装置分别检测电动汽车的各种工况信号(步骤402)，然后对所述检测工况信号进行处理和计算，以获得电动汽车各个车轮对应的驱动控制信号和/或制动控制信号(步骤404)。最后根据所述驱动控制信号和/或所述制动控制信号分别控制电动汽车各个车轮对应的驱动电机和制动装置的输出(步骤406)。

下面结合图10，对本发明具体实施例的独立四驱电动汽车的驱动/制动方法的步骤流程作出说明。

首先车辆的控制装置进行程序初始化(步骤502)，然后实时接收各个工况检测装置发送的检测信号数据(步骤504)。工况检测装置例如包括转向检测装置、横摆检测装置、车轮速度检测装置、转子位置检测装置、相电流检测装置、倾角检测装置、障碍物距离检测装置等，以分别用于检测电动汽车的横向偏摆角度β，电子汽车的转向信息，各个车轮的转速n1～n4，各个车轮驱动电机的转子位置角度γ，各个车轮的驱动电机的定子相电流信号，电动汽车四周的障碍物距离，和电动汽车上、下坡的坡度倾角。

对接收的各个工况检测信号数据进行存储(步骤506)，并根据各个工况检测数据进行分析(步骤508)。例如通过比较检测的车轮当前时刻转速与上一时刻转速的之差，以及车轮转速计算得到的车轮线速度与车辆速度的差别以及车辆的横摆角度检测信号来判断故障原因，以及是否存在故障报警(步骤510)。例如，当判断某一车轮的横摆角度过大，或者车轮的线速度与其他各个车轮的线速度差别较大，则判断该车轮可能出现例如转子不转、脱离或空转等故障，从而发出报警信号，提醒人为干预。

同时从各种工况检测装置实时检测的存储数据中，获取轮毂电机的当前转速n1～n4(步骤512)，并计算各车轮速当前时刻转速与上一时刻转速的之差ΔV1～ΔV4(步骤514)。还获取车辆的上、下坡角度，即倾角δ(步骤516)、四周障碍物的距离L(步骤518)。根据障碍物距离计算正常行驶下的安全距离裕量ΔL(步骤520)，其中安全距离裕量：ΔL＝L-L_S(L_S为临界安全距离)。接着，还需要获取车辆的整体速度(步骤522)、各个车轮驱动电机转子的位置角度γ(步骤524)，并计算得到转子对应的角速度(步骤526)。另外，获取各个车轮的驱动电机的定子相电流信号(步骤528)。

需要指出的是，上述对应转速、倾角、障碍物距离、车轮速度、转子位置角和三相电流的数据的获取不局限上述步骤顺序，这些获取步骤可以并行执行，不存在先后顺序限制。

根据获得的各种工况检测数据并结合故障原因进行分析判断，分别计算出各个车轮驱动电机和制动装置电机的控制波形信号(步骤530)。

在步骤530中，通过获取的三相电流值Ia、Ib、Ic和转子位置角度值γ可以确定各个车轮驱动电机的驱动转矩，并且根据和预定的目标驱动转矩比较的差值来计算所需的调整的参数。具体是，通过三相电流值Ia、Ib、Ic和转子位置角度值γ可以计算出轮毂电机的直轴实际电流id和交轴实际电流iq，与根据转子角速度

和发电机控制转矩值T可以确定的直轴目标电流id^*和交轴目标电流iq^*。从而所述交轴、直轴的电流差值可以确定所需的直轴电压ud和所需交轴电压uq，来调整轮毂电机回复到正常运行速度。根据所需直轴电压ud、所需交轴电压uq以及转子位置角度值θ，通过克拉克反变换和帕克反变换，计算出所需三相电压ua、ub、uc的值。

根据三相电压ua、ub、uc的值，计算出对应于三相的脉宽调制控制波形的占空比来确定各个车轮对应的驱动控制信号、制动控制信号对应的脉宽调制控制波形。根据转向盘的转向角θ和转向盘扭矩T可以调节PWM波形的幅值、相位、占空比来实现灵活转向。以及根据横向偏摆角β对应的偏摆率和偏摆加速度可以调节PWM波形来实现快速响应，保证车辆迅速恢到正确的方向。将计算出的各个轮毂电机控制波形和制动装置电机控制波形分别送到轮毂电机驱动器和制动装置电机驱动器中，从而控制四个轮毂电机和制动装置的运转。

如果通过步骤508的数据分析，判断车辆本身不存在故障，则进一步获取例如包括转向盘转角θ和转向盘扭矩T的车辆转向信息(步骤532)。根据不同时刻的转角计算车辆的转角差值Δθ，并进行去坏值处理(步骤534)。根据转角差值Δθ判断是否转向(步骤536)。

在车辆没有转向盘转向时，理想的转向角θ＝0，假定转向角θ在-90°～90°之间变化，步骤534通过两次采样值θ2和θ1，根据公式Δθ＝θ1-θ2可以判断车辆的转向方向，但是转向角θ会随着车辆摆动，因此在这里根据转向盘扭矩T做如下处理：给出Δθ的安全裕量和转向盘扭矩T的安全裕量；当Δθ在-3°～3°以内变化，T＜T_min时，判定转向值异常，进行去坏值处理；只有当T＞T_min时，Δθ在-3°～3°以外变化，则转向信号有效。

当车辆转向时，则存在人为转向控制，因此执行转向操作(步骤544)。若没有转向，则获取横向偏摆角β(步骤538)。并计算横向偏摆率η和横向偏摆加速度α(步骤540)。在横向偏摆角的数据采集周期为T时，则可以根据前次采集的偏摆角β1和本次采集的偏摆角β2来计算横向偏摆率η和横向偏摆加速度α，其中偏摆率η＝(β2-β1)/180°(这里，假定偏摆角β在-90°～90°之间变化)；偏摆加速度：α＝(β2-β1)/T。

从而根据上述计算结果判断车辆是否有偏摆(步骤542)。若不存在偏摆，表示车辆没有非人为的路面状况转向。当判断存在偏摆时，则判断某车轮存在非人为转向。因此，需要重复步骤512至步骤530，以结合当前的工况状况进行判断，得到合理的驱动电机和制动装置的辅助控制信号。

本发明的驱动/制动方法利用各种检测装置对车辆状况的检测信号，由车辆根据工况自动调整运行状况，迅速恢复到正常行驶状态。实现四个车轮的灵活独立驱动和/或制动来辅助驾驶员进行安全驱动制动。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (11)

1.一种独立四驱电动汽车的驱动/制动系统，其特征在于，包括：

工况检测装置，分别检测电动汽车的各种工况信号；

控制装置，对所述工况信号进行处理和计算，以获得电动汽车各个车轮对应的驱动控制信号和/或制动控制信号；和

驱动电机驱动器和制动装置驱动器，根据所述驱动控制信号和/或所述制动控制信号分别控制电动汽车各个车轮对应的驱动电机和制动装置的输出，

所述工况检测装置包括：

横摆检测装置，用于检测电动汽车的横向偏摆角度信号；

转向检测装置，用于检测电动汽车的转向信息；

车轮速度检测装置，分别设置在电动汽车各个车轮上，用于检测对应车轮的转速信号；

转子位置检测装置，分别设置在电动汽车各个车轮上，用于检测对应车轮驱动电机的转子位置角度信号；和

相电流检测装置，检测各个车轮的驱动电机的定子相电流信号，

所述控制装置包括：

第一处理单元，根据所述转速信号计算各个车轮当前时刻的转速与上一时刻转速的差值、各个车轮的当前线速度以及所述线速度与电动汽车当前车身速度的差值；根据所述转子位置角度信号和所述定子相电流信号计算各个车轮驱动电机的驱动转矩；以及计算所述驱动转矩与预定驱动转矩的差值；

第二处理单元，根据所述车轮当前时刻的转速与上一时刻转速的差值、所述线速度与电动汽车当前车身速度的差值、所述横向偏摆角度信号和所述转向信息判断电动汽车是否出现非人为转向或车辆故障，并根据判断结果结合所述横向偏摆角度信号、所述转速信号以及所述驱动转矩与预定驱动转矩的差值来确定各个车轮对应的所述驱动控制信号、所述制动控制信号。

2.如权利要求1所述的驱动/制动系统，其特征在于，所述工况检测装置还包括障碍物距离检测装置，用于检测电动汽车前、后、左及右的障碍物距离。

3.如权利要求2所述的驱动/制动系统，其特征在于，所述第二处理单元进一步结合所述障碍物距离确定各个车轮对应的所述驱动控制信号、所述制动控制信号。

4.如权利要求2所述的驱动/制动系统，其特征在于，所述工况检测装置还包括倾角检测装置，用于检测电动汽车上、下坡的坡度倾角。

5.如权利要求4所述的驱动/制动系统，其特征在于，所述第二处理单元根据所述坡度倾角、所述驱动转矩以及所述障碍物距离确定各个车轮对应的所述驱动控制信号、所述制动控制信号。

6.如权利要求4所述的驱动/制动系统，其特征在于，在存在非人为转向时所述第二处理单元根据所述坡度倾角、所述横向偏摆角度信号、所述转速信号、所述转子位置角度信号、所述定子相电流信号以及所述障碍物距离确定各个车轮对应的所述驱动控制信号、所述制动控制信号。

7.如权利要求1所述的驱动/制动系统，其特征在于，所述转向检测装置包括转向盘转角传感器和转向盘扭矩传感器。

8.如权利要求2所述的驱动/制动系统，其特征在于，所述障碍物距离检测装置包括超声波辅助系统。

9.如权利要求1所述的驱动/制动系统，其特征在于，所述工况检测装置、所述控制装置、所述驱动电机驱动器和所述制动装置驱动器之间通过CAN总线进行通讯。

10.如权利要求1所述的驱动/制动系统，其特征在于，所述驱动电机驱动器和所述制动装置驱动器分别包括智能功率模块，根据所述驱动控制信号和/或所述制动控制信号驱动所述智能功率模块的导通顺序、关闭时间与导通时间，以控制各个车轮对应的驱动电机的驱动力增加和/或减少，及/或制动装置的制动力的增加和/或减少。

11.一种独立四驱电动汽车的驱动/制动方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.利用多个工况检测装置分别检测电动汽车的各种工况信号；

b.对所述工况信号进行处理和计算，以获得电动汽车各个车轮对应的驱动控制信号和/或制动控制信号；和

c.根据所述驱动控制信号和/或所述制动控制信号分别控制电动汽车各个车轮对应的驱动电机和制动装置的输出，

所述工况检测装置包括用于检测电动汽车的横向偏摆角度信号的横摆检测装置、用于检测电动汽车转向信息的转向检测装置、用于检测对应车轮的转速信号的车轮速度检测装置、用于检测对应车轮驱动电机的转子位置角度信号的转子位置检测装置和用于检测各个车轮的驱动电机的定子相电流信号的相电流检测装置，

所述步骤b包括：

根据所述转速信号计算各个车轮当前时刻的转速与上一时刻转速的差值、各个车轮的当前线速度以及所述线速度与电动汽车当前车身速度的差值；

根据所述转子位置角度信号和所述定子相电流信号计算各个车轮驱动电机的驱动转矩，并计算所述驱动转矩与预定驱动转矩的差值；

根据所述车轮当前时刻的转速与上一时刻转速的差值、所述线速度与电动汽车当前车身速度的差值、所述横向偏摆角度信号和所述转向信息判断电动汽车是否出现非人为转向或车辆故障；以及

根据判断结果结合所述横向偏摆角度信号、所述转速信号以及所述驱动转矩与预定驱动转矩的差值来确定各个车轮对应的所述驱动控制信号、所述制动控制信号。

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