CN101814876B - 一种电动汽车后桥双电机驱动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车后桥双电机驱动控制系统。在该控制系统中，对双电机的平均速度的闭环控制，单个驱动轮采用转矩给定控制，速度随动的方法，即对双电机的平均速度闭环控制，从而使车速能够按照驾驶员的目标车速行驶，又允许双电机在负载不同情况下，转速不一致，实现电动汽车低速行驶转弯的自适应差速性能。这样设计满足了低速电动汽车弯道行驶的差速控制要求，避免了使用复杂的电子差速算法，降低了系统的成本。利用转弯时的自适应差速性能，根据双电机的转速差，进一步调整双电机的转矩分配，实现车辆弯道行驶的助力转向，减小能量损耗，起到节能的效果。

Description

一种电动汽车后桥双电机驱动控制系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车后桥双电机驱动控制系统。

背景技术

现在的电动汽车大多采用专用的永磁无刷直流桥式电动机，这种整体桥式结构把两只独立的永磁直流无刷电动机联接为一体，该电动机克服了现有技术电动汽车驱动必须经过齿轮箱减速和齿轮差速的问题，也克服了电动汽车驱动系统体积大、效率低、重量大、成本高的缺点，具有体积小，重量轻，成本低、效率高的优点，是现代电动汽车的首选。针对这种结构的双电机，常用的控制方法是采用双电机独立直接驱动方式，驱动电机分别用两个相同规格的控制器控制电机，加速踏板信号通过电子差速器后分配给左右电机，实现电子差速功能，而这样的控制结构比较复杂，且电子差速的控制算法复杂，成本高，双电机协调工作的优越性能也得不到很好的发挥。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电动汽车后桥双电机驱动控制系统的技术方案。

所述的一种电动汽车后桥双电机驱动控制系统，其特征在于双电机的平均速度调节与双电机的转矩协调分配相结合，具体如下：

双电机的平均速度调节：电机转速的测量采用在单位时间内计数电机换相的次数的方法；对车速的控制，采用滞环积分算法对双电机的平均转速VN进行闭环控制，即当速度给定大于双电机平均转速VN且速度给定与双电机平均转速VN差值的绝对值大于限定的最大误差C时，则增加对整车驱动力的给定参考电流I，当速度给定小于双电机平均转速VN且速度给定与双电机平均转速VN差值的绝对值大于限定的最大误差C时，则减小对整车驱动力的给定参考电流I；

双电机的转矩协调分配，是根据两个电机的运行状态来确定双电机输出转矩的分配比例，从而实现不同的控制目标，具体如下：

双电机状态1：双电机的转速小于设定的最小转速V_MIN时，采用转矩平衡分配模式，即两个电机的转矩给定实施平均分配；

双电机状态2：双电机的转速不一致，但转速差VM小于双电机平均转速VN的1％时，采用转矩平衡分配模式，即两个电机的转矩给定实施平均分配；

双电机状态3：双电机的转速不一致，转速差VM大于双电机的平均转速VN的1％且小于双电机的平均转速VN的7％时，采用转速比分配模式，即按照双电机的转速比调整给定转矩分配比例；

双电机状态4：双电机的转速不一致，转速差VM大于双电机的平均转速VN的7％，采用转速平衡分配模式，即调节给定转矩分配比例，增大转速低的电机的转矩给定，减小转速高的电机的转矩给定，使双电机的转速基本平衡，当双电机的速度平衡，且此时的转矩分配趋于平衡时，切换至转矩平衡分配模式。

本发明的有益效果：在该控制系统中，对双电机的平均速度的闭环控制，单个驱动轮采用转矩给定控制，速度随动的方法，即对双电机的平均速度闭环控制，从而使车速能够按照驾驶员的目标车速行驶，又允许双电机在负载不同情况下，转速不一致，实现电动汽车低速行驶转弯的自适应差速性能。这样设计满足了低速电动汽车弯道行驶的差速控制要求，避免了使用复杂的电子差速算法，降低了系统的成本。利用转弯时的自适应差速性能，根据双电机的转速差，进一步调整双电机的转矩分配，实现车辆弯道行驶的助力转向，减小能量损耗，起到节能的效果。根据电动汽车设计的最高车速、后桥的轮距、前后车轮的轴距和最大转弯半径，可根据Ackermann和Jeantand转向模式分析得到双电机的理想最大转速差，根据理想最大转速差对实际双电机的转速差进行限制，使双电机的转速差控制在平均转速的7％以内，起到控制车轮过渡滑转的作用。

通过上述的控制系统协调控制双电机的转矩和转速，使得后桥双电机驱动的电动汽车在正常路况下行驶平稳。在弯道行驶中，采用自适应的差速方法，避免了复杂的差速控制算法，使得控制算法得到简化。对电动车轮的转速差进行约束控制，有效控制车轮的过度滑转，提高车辆的牵引性能。该控制方法运用在后桥双电机驱动的低速电动汽车的驱动系统中，使双电机发挥较好的协调驱动的优势，满足低速电动汽车在城市路况下的行驶要求。该控制方法在传统的转速、电流双闭环的直流调速方法的基础上改进，配合转矩协调分配策略，实现对低速电动汽车后桥双轮驱动的控制，且方法简单，实用，容易实现。

附图说明

图1为本发明控制器的硬件结构示意图；

图2为本发明双电机协调控制原理框图；

图3为本发明双电机的平均速度调节流程图；

图4为本发明双电机的转矩协调分配流程图。

具体实施方式

本发明所述的控制系统适应于后桥双电机驱动的电动汽车的驱动系统，能对双电机的转矩、速度进行协调控制，通过对双电机实施协调控制，来满足电动汽车低速行驶要求(最高车速45km/h)。图1所示为其硬件结构，由控制电路和逆变电路4组成，控制电路由辅助电源、隔离和驱动电路3、保护电路、DSP数字控制器1、CPLD综合逻辑电路2组成，逆变电路4由电池、直流接触器、和两组三相全桥逆变电路组成。硬件部分的工作过程如下：控制装置通过采样加速踏板和开关档位的信号，或者接受中央控制器通过CAN总线发送过来的速度给定信号和档位信号，对双电机进行调速，调速方式采用PWM调压调节方式；档位信号控制电机的换相逻辑顺序，实现电机的正反转，即电动汽车的前进，后退。

本发明对双电机协调控制原理如下：

该控制系统是对电动汽车后桥双轮驱动系统的控制，控制系统的最外环为速度的闭环控制。如图2所示，系统根据速度给定值和实际电机转速检测，增大或减小双电机总的驱动力，再由转矩协调分配模块根据双电机的运行状态，实施不同的转矩分配策略，从而给出每个电机的转矩给定值，最后根据每个电机的转矩给定和实际电机的相电流进行电机的转矩闭环控制。由于无刷直流电动机的转矩系数在整个工作区域内比较稳定，对于电流的控制与对转矩的控制效果相当。电机的转矩闭环控制，采用变参数的PI调节器。

本发明所述的控制，是采用双电机的平均速度调节与双电机的转矩协调分配相结合的方法，具体如下：

双电机的平均速度调节如图3所示，电机转速的测量采用在单位时间内计数电机换相的次数的方法；对车速的控制，采用滞环积分算法对双电机的平均转速VN进行闭环控制，即当速度给定大于双电机平均转速VN且速度给定与双电机平均转速VN差值的绝对值大于限定的最大误差C时，则增加对整车驱动力的给定参考电流I，当速度给定小于双电机平均转速VN且速度给定与双电机平均转速VN差值的绝对值大于限定的最大误差C时，则减小对整车驱动力的给定参考电流I；

双电机的转矩协调分配如图4所示，是根据两个电机的运行状态来确定双电机输出转矩的分配比例，从而实现不同的控制目标，具体如下：

双电机状态1：双电机的转速小于设定的最小转速V_MIN时，采用转矩平衡分配模式，即两个电机的转矩给定实施平均分配；这样使双电机平均输出转矩，起到增大起动转矩，满足电动汽车起动加速的要求；

双电机状态2：双电机的转速不一致，但转速差VM小于双电机平均转速VN的1％时，可判断出电动汽车为直线行驶，此时采用转矩平衡分配模式，即两个电机的转矩给定实施平均分配；理想的状态是双电机的转速基本一致，但路面附着力的不稳定等因素导致转速的微小差异，允许双电机的转度差在平均转速的1％内波动，为保证车辆行驶的平稳性，两个电机的转矩平均分配；

双电机状态3：双电机的转速不一致，转速差VM大于双电机的平均转速VN的1％且小于双电机的平均转速VN的7％时，可判断出电动汽车行驶于弯道，此时采用转速比分配模式，即按照双电机的转速比调整给定转矩分配比例；虽然双电机的转速不一致，但两个电动车轮受到整车的约束，转速差VM被限制在一定的范围内，使转速高的电机比转速低的电机转矩大，实现助力转向，且可以减少电动汽车在弯道行驶过程的能量损耗。

双电机状态4：双电机的转速不一致，转速差VM大于双电机的平均转速VN的7％，可判断某一车轮出现打滑，此时采用转速平衡分配模式，即调节给定转矩分配比例，增大转速低的电机的转矩给定，减小转速高的电机的转矩给定，使双电机的转速基本平衡，当双电机的速度平衡，且此时的转矩分配趋于平衡时，切换至转矩平衡分配模式，可以避免车辆在行驶过程中某一个车轮发生打滑。

本发明的有益效果：在该控制系统中，对双电机的平均速度的闭环控制，单个驱动轮采用转矩给定控制，双电机的速度差随动的方法，即对双电机的平均速度闭环控制，从而使车速能够按照驾驶员的目标车速行驶，又允许双电机在负载不同情况下，转速不一致，实现电动汽车低速行驶转弯的自适应差速性能。这样设计满足了低速电动汽车弯道行驶的差速控制要求，避免了使用复杂的电子差速算法，降低了系统的成本。利用转弯时的自适应差速性能，根据双电机的转速差，进一步调整双电机的转矩分配，实现车辆弯道行驶的助力转向，减小能量损耗，起到节能的效果。根据电动汽车设计的最高车速、后桥的轮距、前后车轮的轴距和最大转弯半径，可根据Ackermann和Jeantand转向模式分析得到双电机的理想最大转速差，根据理想最大转速差对实际双电机的转速差进行限制，使双电机的转速差控制在平均转速的7％以内，起到控制车轮过渡滑转的作用。

通过上述的控制系统协调控制双电机的转矩和转速，使得后桥双电机驱动的电动汽车在正常路况下行驶平稳。在弯道行驶中，采用自适应的差速方法，避免了复杂的差速控制算法，使得控制算法得到简化。对电动车轮的转速差进行约束控制，有效控制车轮的过度滑转，提高车辆的牵引性能。该控制方法运用在后桥双电机驱动的低速电动汽车的驱动系统中，使双电机发挥较好的协调驱动的优势，满足低速电动汽车在城市路况下的行驶要求。该控制方法在传统的转速、电流双闭环的直流调速方法的基础上改进，配合转矩协调分配策略，实现对低速电动汽车后桥双轮驱动的控制，且方法简单，实用，容易实现。

Claims (1)

1.一种电动汽车后桥双电机驱动控制系统，其特征在于双电机的平均速度调节与双电机的转矩协调分配相结合，具体如下：

双电机的平均速度调节：电机转速的测量采用在单位时间内计数电机换相的次数的方法；对车速的控制，采用滞环积分算法对双电机的平均转速VN进行闭环控制，即当速度给定大于双电机平均转速VN且速度给定与双电机平均转速VN差值的绝对值大于限定的最大误差C时，则增加对整车驱动力的给定参考电流I，当速度给定小于双电机平均转速VN且速度给定与双电机平均转速VN差值的绝对值大于限定的最大误差C时，则减小对整车驱动力的给定参考电流I；

双电机的转矩协调分配，是根据两个电机的运行状态来确定双电机输出转矩的分配比例，从而实现不同的控制目标，具体如下：

双电机状态1：双电机的转速小于设定的最小转速V_MIN时，采用转矩平衡分配模式，即两个电机的转矩给定实施平均分配；

双电机状态2：双电机的转速不一致，但转速差VM小于双电机平均转速VN的1％时，采用转矩平衡分配模式，即两个电机的转矩给定实施平均分配；

双电机状态3：双电机的转速不一致，转速差VM大于双电机的平均转速VN的1％且小于双电机的平均转速VN的7％时，采用转速比分配模式，即按照双电机的转速比调整给定转矩分配比例；

双电机状态4：双电机的转速不一致，转速差VM大于双电机的平均转速VN的7％，采用转速平衡分配模式，即调节给定转矩分配比例，增大转速低的电机的转矩给定，减小转速高的电机的转矩给定，使双电机的转速基本平衡，当双电机的速度平衡，且此时的转矩分配趋于平衡时，切换至转矩平衡分配模式。

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