CN101954859B - 基于相对滑转率控制的电子差速系统 - Google Patents

Abstract

一种基于相对滑转率控制的电子差速系统，是双电机独立而直接双前轮驱动电动汽车的电子差速控制系统，由加速器、控制器、驱动电机、驱动轮、传动轴、转向角传感器、运算处理电路组成。运算处理电路的输入数据是，加速器信号、转速信号、电流值信号、转向角传感器信号，运算处理电路的输出数据是控制器的控制信号。运算处理电路根据电流信号判断电机的工作状况，当电机的工作电流较小或为零时，关断控制信号使电机复位，再重新启动。运算处理电路根据转向角传感器信号把驱动轮的转速转换成目标转速参与运算，这样就把转向模式转变成为了直线行驶模式，通过驱动轮的转速求出相对滑转率，通过相对滑转率作为控制参数，采用反馈式控制的闭环有差调节算法，实现电子差速功能，在相对滑转率≤1％时，依据电机的特性及双电机独立而直接驱动的模式的结构特点，所述的电子差速系统具有电子差速的自调节功能。

Description

基于相对滑转率控制的电子差速系统

技术领域

本发明涉及电动汽车的控制系统，尤其涉及双电机独立而直接驱动双前轮的电动汽车的电子差速控制系统。

背景技术

申请号为02136498.2、发明名称为“四轮电子差速转向控制系统”的专利公开了一种四轮电子差速转向控制系统，包括有电机(1)、刹车机构(7)、转向机构(8)和加速电门(5)，它还包括有电机控制器(2)、角位移传感器(6)、转速传感器(3)和中央处理器(4)，所述电机控制器(2)、角位移传感器(6)、转速传感器(3)、刹车机构(7)、转向机构(8)和加速电门(5)分别连接到中央处理器(4)各相应端口，该中央处理器采集各传感器和车载部件的信号，并进行计算得出各车轮相应的目标转速，然后通过向电机控制器发出电压指令，调整车轮转速。本四轮电子差速转向控制系统，能保证行驶时各车轮与地面间保持纯滚动状态，减小车轮与地面的摩擦力，延长汽车各部件的使用寿命。

申请号为200320123856.5、实用新型名称为“电动车自动转向差速装置”的专利公开了一种自动电动车转向差速装置。现有的电动车(电动汽车、道路型电动三轮车)使用机械差速器，笨重、成本高，有的电动车没有差速，不安全、转弯不灵活，还有的电动车用控制杆或摁钮、开关控制，不安全、不方便。本电动车左右双电机驱动，方向盘或方向把的传动连杆处安放感测系统，感测转向角度大小，其感测信号输往控制器或直接输往调速转把(或脚踏调速)的感测系统，使电动车转弯时两电机转速不相同而达到差速效果。

申请号为200720107279.9、实用新型名称为“一种电动汽车转向电子差速控制器”的专利公开了一种电动汽车转向电子差速控制器。该电子差速控制器包括方向盘的左差速信号产生装置、方向盘的右差速信号产生装置、加速踏板总速度信号产生装置、左轮比较电路模块和右轮比较电路模块。本实用新型通过左轮比较电路模块对方向盘的左差速信号与加速踏板总速度信号进行比较实现了左轮差速控制信号的输出；右轮比较电路模块对方向盘的右差速信号与加速踏板总速度信号进行比较实现了右轮差速控制信号的输出，具有精确、安全的特点。

申请号为200810020544.9、发明名称为“双轮驱动电动车辆的差速控制系统”的专利公开了一种双轮驱动电动车辆的差速控制系统，包括左、右驱动模块和协调模块，协调模块接收外部控制信号，输出相应的工作信号控制左、右驱动模块的输出功率，左、右驱动模块将两个驱动轮的转矩信号不断传输给协调模块，协调模块根据两驱动轮转矩相等的原则判断是否调整两驱动模块的工作信号，协调模块通过PID控制器调整左、右驱动模块的工作信号。本发明系统结构简单，易于实现，防止车辆出现滑移，减少轮胎的磨损，保证车辆行驶的稳定性，用单片机处理信息精度高，速度快，能实时对驱动轮转矩进行调整，不再需要传动机构和差速齿轮，节省了空间，提高了传动系统的效率。

申请号为200820188253.6、实用新型名称为“自调节式电子差速器”的专利公开了一种自调节式电子差速器，由加速器、控制器、驱动电机、驱动轮、传动轴、传动轴万向套等部件组成，其特征在于：所述加速器由加速器踏板、加速器踏板连杆及加速器体组成，加速器信号线分左右两根，分别与左右控制器连接，所述控制器的输出线是驱动电机的控制线，左右控制器的输出线分别与左右驱动电机连接，所述驱动电机通过万向套连接驱动轮的传动轴，传动轴连接驱动轮。本实用新型的自调节式电子差速器，主要用于双电机独立而直接驱动方式的电动汽车。两个驱动轮分别由两个电机直接驱动，驱动电机分别由两个相同规格的控制器控制，实现了双电机独立而直接驱动方式，实现电子差速的自调节功能。两个控制器，通过同一个加速器控制，使两个电机工作在相同的电源电压下。由于电机的特性，通过不同的滑转率的调节，实现电子差速的自调节功能。

申请号为200910104063.0、发明名称为“基于滑移率控制的电动车差速转向控制方法”的专利公开了一种基于滑移率控制的电动车差速转向控制方法，该方法包括如下步骤：(1)根据轮速传感器测得电动车后轮轮速、驱动电机实际输出力矩，以及车辆的侧向速度；(2)通过两自由度转向模型计算出电动车辆的侧向速度和横摆角速度，再算出四个车轮的侧偏角，从而算出四个车轮的转速；用专门算法实现对轮毂电动车辆的电子差速转向的控制。本发明将转矩分配计算和车轮的滑移率相结合，使得所设计的电子差速转向机构具有差速的同时，还具有差速锁的效果，并具有降速增扭的功能，大大提高了电动车辆行驶通过性和转向性能；在功能上不仅能达到了机械差速器的作用，而且提高了传动效率，减少了机械系统的复杂度。

现已公开的电动汽车的电子差速控制系统，有采用了基于滑移率控制的电子差速系统、有采用基于驱动转矩控制的电子差速控制系统，只是建立在理想的模型下的控制方式，这样，增大了控制的运算量，使控制处于不稳定状态。本发明采用相对滑转率控制方案，采用反馈式控制算法，具有滞后性的控制模式，使车辆在高速、低速、转向、直行时都能较好地实现差速运行，特别是在相对滑转率较小值即相对滑转率的临界值时，依据电机的特性及双电机独立而直接驱动的模式的结构特征，电子差速系统具有自调节功能。

发明内容

本发明的目的是，通过二个驱动轮的相对滑转率作为控制参数，采用反馈式控制算法，所述的反馈式控制，是闭环有差调节系统，具有控制的滞后性，并依据驱动电机的工作电流作为辅助控制参数，所述的工作电流作用于电机上以转矩的形式作用于驱动轮上产生驱动轮转矩，通过运算处理电路的运算，产生控制信号，所述的控制信号是加速器的踏板位置信号在运算处理电路中产生的控制电压信号，其电压值是0.9-3.5U，控制驱动电机的工作，采用调压式电子差速控制算法，产生驱动轮的转速，使电动汽车在高速、低速、转向、直行时都能运行平稳、可靠、安全，而在相对滑转率≤1％时，依据驱动电机的特性及双电机独立而直接驱动模式的结构特征，电子差速系统具有自调节功能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的基于相对滑转率控制的电子差速系统，是双电机独立而直接驱动双前轮的电动汽车的电子差速控制系统，由加速器、控制器、驱动电机、驱动轮、传动轴、转向角传感器、运算处理电路组成，所述的加速器经加速器信号线连接到所述的运算处理电路上，用于传递加速器信号，所述的转向角传感器经转向角传感器信号线连接到所述的运算处理电路上，传递转向角传感器信号，所述的控制器经转速信号线、电流值指示线连接到所述的运算处理电路上，转速信号线传递转速信号，电流值指示线传递电流值指示信号，所述的运算处理电路经控制信号线连接到所述的控制器上，经控制信号线把所述的运算处理电路中产生的输出信号传递到所述的控制器中，其特征在于：所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，是双电机独立而直接驱动双前轮的电动汽车的电子差速控制系统，所述的运算处理电路对加速器信号、转速信号、电流值信号、转向角传感器信号进行运算处理，计算出二个驱动轮转速的相对滑转率，根据相对滑转率产生控制信号，所述的控制信号经过所述的控制器控制电机的转速，实现电子差速功能。

根据所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，其特征在于：所述的驱动轮转速，是驱动轮的实际转速，在转向行驶时，驱动轮转速经过运算处理电路运算处理而转换成目标转速，在直线行驶模式时，驱动轮转速就是目标转速，所述的目标转速使转向行驶模式转换成了直线行驶模式。

根据所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，其特征在于：所述的相对滑转率是二个驱动轮目标转速的相对误差。

根据所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，其特征在于：所述的电子差速系统，在相对滑转率≤1％时，具有电子差速的自调节功能。

根据所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，其特征在于：所述的电子差速系统，是闭环有差调节系统，调节作用是依据偏差来实现的，必须有偏差才能调节，不可能达到绝对稳定，而是只能达到基本稳定。

根据所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，其特征在于：所述的偏差是相对滑转率。

根据所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，其特征在于：所述的闭环有差调节系统，是反馈式控制系统，具有控制的滞后性。

根据所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，其特征在于：所述的控制信号，在驱动电机的工作电流I≤5A时，控制信号置0，经1s后，所述的控制信号再恢复到原值，进行重新启动。

本发明的优点效果：

本发明的基于相对滑转率控制的电子差速系统，运算处理电路的输入数据是：左、右转向角传感器信号，加速器信号，左、右转速信号，左、右电流信号，这些输入信号，经过运算处理电路的运算，产生运算处理电路的输出数据，所述的输出数据是左、右控制信号。在方向盘轴上安装了转向角传感器，而转速信号和电流信号的产生，没有外加传感器，只是通过控制器本身功能所产生的霍尔信号和限流电阻的端电压值换算成的，转向角传感器信号把转速信号通过运算处理电路的运算转换成目标转速信号参与运算，驱动轮转速，是驱动轮的实际转速，在转向行驶时，驱动轮转速经过运算处理电路运算处理而转换成目标转速，在直线行驶模式时，驱动轮转速就是目标转速，所述的目标转速使转向行驶模式转换成了直线行驶模式。通过目标转速求出相对滑转率，通过相对滑转率作为控制参数，采用反馈式控制的闭环有差调节算法，通过调节控制信号的电压值实现电子差速功能，特别是在相对滑转率≤1％时，依据电机的特性及双电机独立而直接驱动模式的结构特点，不改变控制信号的值，而是通过电子差速的自调节功能来实现电子差速功能的，本发明具有电子差速的自调节功能。本发明根据电流信号判断电机的工作状况，当电机的工作电流较小或为零时，关断控制信号使电机复位，再重新启动。

附图说明

图1为本发明的工作示意图。

图2为本发明的电机的底座示意图。

图3为图2的仰视图。

图4为图3的左视图。

图5为方向盘总成示意图。

附图中：1、加速器踏板；2、加速器踏板连杆；3、加速器；4、运算处理电路；5、左转速信号线；6、左电流值指示线；7、左控制信号线；8、左控制器；9、左霍尔信号线转接头；10、左霍尔信号线；11、左霍尔控制线；12、左驱动轮；13、左传动轴；14、左万向节套；15、螺栓及弹簧垫圈；16、电机的安装架；17、螺母及弹簧垫圈；18、左电机；19、左电机电源线；20、螺母及弹簧垫圈；21、螺栓及弹簧垫圈；22、右电机电源线；23、右电机；24、右霍尔控制线；25、螺母及弹簧垫圈；26、螺栓及弹簧垫圈；27、右万向节套；28、右传动轴；29、右驱动轮；30、右霍尔信号线；31、右霍尔信号线转接头；32、右控制器；33、右控制信号线；34、右电流值指示线；35、右转速信号线；36、方向盘连接座；37、方向盘轴；38、右转向角传感器信号线；39、左转向角传感器信号线；40、转向角传感器；41、加速器信号线；42、方向盘；43、右电机的座肩；44、电机的中座肩；45、左电机的座肩；46、电机安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

本发明的基于相对滑转率控制的电子差速系统，如附图1、2、3、4、5所示，加速器3是霍尔式的，加速器踏板1的位置通过加速器3转换成控制电压信号，形成加速器信号41，加速器信号41的值是0.9U至3.5U，加速器信号41接入到运算处理电路4中进行运算处理，产生控制信号，控制信号的电压值是0.9U至3.5U，分成左、右二路控制信号，左控制信号经左控制信号线7传递给左控制器8，右控制信号经右控制信号线33传递给右控制器32，使左、右控制器产生开关指令，分别控制左、右电机18、23与动力蓄电池的开关，控制信号的电压值的大小，控制电机的电源电压开关的占空比，通过占空比的不同，来调节电机的电源电压的大小，使电机产生所需的转矩及转速。控制信号的电压值从0.9U至3.5U变化时，电机的工作电压波形的占空比从小到大变化，占空比最大值为1，此时，当没有其他信号时，电机的工作电压是动力蓄电池的端电压。加速器踏板1的位置信号转换为相应的电压信号输出，表示为加速器信号，经加速器信号线41输入到运算处理电路4中；转向角传感器40把方向盘42的转角信号转换为相应的电压信号输出，电压值的范围是0-3.5U，表示为转向角传感器信号，分为左、右转向角传感器信号，分别经过左转向角传感器信号线39及右转向角传感器信号线38输入到运算处理电路4中；控制器的霍尔信号，是数字信号，经霍尔信号线传输，霍尔信号线分左霍尔信号线10、右霍尔信号线30，左霍尔信号线10经左霍尔信号线转接头9分为二路，其中一路是左霍尔控制线11，另一路是左转速信号线5，右霍尔信号线30经右霍尔信号线转接头31分为二路，其中一路是右霍尔控制线24，另一路是右转速信号线35，左转速信号、右转速信号分别经过左转速信号线5、右转速信号线35，把转速信号输入到运算处理电路4中，形成转速信号，在运算处理电路中计算出二个驱动轮的相对滑转率，所述的二个驱动轮分别是左驱动轮12和右驱动轮29，所述的相对滑转率，是二驱动轮的转速差与驱动轮转速的百分比，也可以表示为二个驱动轮的滑转率的差值，转速信号从控制器霍尔信号中引出，不需要外加传感器；电流值信号，是控制器限流电阻上的端电压值，从限流电阻上引出，不需要外加传感器，分别经过左电流值指示线6和右电流值指示线34反馈输入到运算处理电路4中参与运算。在运算处理电路4中，主输入信号是加速器信号，辅助输入信号有，左、右电流值信号，左、右转速信号，左、右转向角传感器信号，分三种六个信号。在运算处理电路4中把这三种六个信号进行运算处理，分别产生左控制信号、右控制信号，分别经过左控制信号线7和右控制信号线33输入到左控制器8和右控制器32中，控制器在控制信号的作用下起到开关作用，控制动力蓄电池与电机的开关，使电机工作，所述开关的占空比的大小，对应电机的工作电压值的大小，决定电机的工作。

装配关系：

电机的安装架16通过螺栓或其他方式连接在车体上，在左电机的座肩45与电机的中座肩44之间安装左电机18，在右电机的座肩43与电机的中座肩44之间安装右电机23，电机与电机的安装架16通过螺栓及弹簧垫圈15、21、26安装，再通过螺母及弹簧垫圈17、20、25紧定，螺栓及弹簧垫圈15、21、26安放在电机安装孔46内，左电机18通过花键与左万向节套14连接，右电机23通过花键与右万向节套27连接，左传动轴13带万向节的一端安放在左万向节套14内，右传动轴28带万向节的一端安放在右万向节套27内，左传动轴13通过轴承与左驱动轮12连接，右传动轴28通过轴承与右驱动轮29连接，车辆的壳体通过悬挂系统安装在左、右驱动轮12、29上。左电机18通过左电机电源线19连接左控制器8，右电机23通过右电机电源线22连接右控制器32，左电机18的左霍尔信号线10连接左霍尔信号线转接头9，右电机23的右霍尔信号线30连接左霍尔信号线转接头31，左霍尔信号线转接头9上还分别连接左霍尔控制线11和左转速信号线5，右霍尔信号线转接头31上还分别连接右霍尔控制线24和右转速信号线35，左霍尔控制线11连接到左电机18上，右霍尔控制线24连接到左电机23上，左转速信号线5和右转速信号线35接入运算处理电路4，左电流值指示线6及左控制信号7和右控制信号线33及右电流值指示线34接入运算处理电路4，左控制信号7接入左控制器8，右控制信号线33接入右控制器32，左电流值指示线6接在左控制器8的限流电阻上，右电流值指示线34接在右控制器32的限流电阻上，加速器信号线41一端接入运算处理电路4，另一端接入加速器3，加速器3有加速器踏板连杆2，连接加速器踏板1，方向盘42连接方向盘轴37，方向盘轴37安装在方向盘连接座36，转向角传感40安装在方向盘轴37上，转向角传感40有左转向角传感器信号线39和右转向角传感器信号线38，左转向角传感器信号线39和右转向角传感器信号线38接入运算处理电路4。左控制器8和右控制器32由动力蓄电池供电，动力蓄电池通过控制器为电机提供电能，驱动电机工作。

本发明的设计原理如下：

1本发明的基础条件

本发明的基于相对滑转率控制的电子差速系统的电动汽车，是双电机独立而直接前轮驱动的四轮电动汽车，电动汽车的总质量为m_a＝1200kg：最小转弯半径：R_min＝4.8m，转弯半径用R表示，质心高度：H＝0.55m，轮距：B＝1.380m，轴距：L＝2.340m，驱动轮半径：r＝0.26m，单电机的额定功率：P_o＝2.5kw，单相线圈电阻：R＝0.25Ω，转矩系数：K_m＝0.71(N·m/A)。

2本发明的控制参数

2.1转向角信号

转向角传感器安装在方向盘轴上，用于测量方向盘的转向角，方向盘最大转向角：α_m＝525°，对应的转向轮最大转向角：β_m＝35°，方向盘的转向角用α表示，转向轮的转向角用β表示，转向比为α∶β＝15∶1，方向盘有一定的转向自由度，转向角传感器的输出信号是模拟电压信号，转向角信号用Φ表示，其取值范围是Φ＝0-3.5U，在α＝15°时对应的转向角信号：Φ＝0.1U，当Φ≤0.1U时，规定Φ＝0U；在左转向角信号的值：Φ_左＞0.1U、右转向角信号的值：Φ_右＝0U时，处于左转向工况，此时，左侧驱动轮被称为内轮，右侧驱动轮被称为外轮，在右转向角信号的值：Φ_右＞0.1U、左转向角信号的值：Φ_左＝0U时，处于右转向工况，此时，右侧驱动轮被称为内轮，左侧驱动轮被称为外轮。内轮的转向半径：R_内，外轮的转向半径：R_外。

转向半径的公式表示为：

$R=\frac{L}{\mathrm{SIN}(\frac{\mathrm{\π}}{180}\·\frac{\mathrm{\α}}{15})},$

转向角信号Φ_左、Φ_右在运算处理电路中参与运算。

2.2转速信号

本发明的驱动电机是内转子无刷直流永磁电机，无刷直流永磁电机有三个霍尔元件，产生三个霍尔信号，用三根线引出电机外，这三根引线分别用A、B、C表示，A、B、C霍尔信号为数字电压信号，经过控制器控制无刷直流永磁电机的A、B、C三相电压的导通方向，加速器产生的电压信号，经过运算处理电路产生控制信号，所述的控制信号是模拟电压信号，电压值是0.9U至3.5U，所述的控制信号控制无刷直流永磁电机的三相电压的开关状态，所述的三相电压的开关状态就是三相电压导通的占空比。选用A、B、C霍尔信号中的其中一根作为转速信号线，转速信号是数字电压信号，本发明的无刷直流电机每转产生10个数字脉冲信号。

本发明的电动汽车采用双电机独立而直接驱动的模式，驱动电机的转速与驱动轮转速是相同的，当Φ_左＞0.1U或Φ_右＞0.1U时，是转向行驶模式，内、外轮的转速的公式表示为：

把内、外驱动轮的实际转速折算到驱动轮轮距中心的转速，即是目标转速：

并规定，在n_内与n_外中，较大的为n₁，较小的为n₂，n₁、n₂就是驱动轮的目标转速。

通过对内、外驱动轮的转速转换成目标转速后，就把转向行驶问题变换成了直线行驶的问题了。

当Φ_左＝0且Φ_右＝0时，是直线行驶模式，内、外驱动轮的实际转速就是各个驱动轮的目标转速，此时规定，实际转速大的驱动轮的实际转速用n₁表示，实际转速小的驱动轮的实际转速用n₂表示，所以，n₁≥n₂。

n₁被称为快轮，n₂被称为慢轮。

设置转速识别信号y，y是数字信号，当n_左≥n_右时，y＝0；当n_右＞n_左时，y＝1。

转速信号在运算处理电路中进行运算，计算出二个驱动轮的目标转速的相对误差，所述的相对误差的百分比被称为相对滑转率，用δ表示，公式为：

$\mathrm{\δ}=\frac{n_1-n_2}{n_1}\×100\%.$

驱动轮的驱动转矩是电流的函数，公式为：M_e＝K_m·I，其中，M_e是驱动轮的驱动转矩，K_m是电机的转矩系数，I是电机的工作电流。

电机的转速与反电动势的关系式为：E＝K_e·ω，其中，E是电机运转时的反电动势，ω是电机转动轴的角速度，K_e是电动势常数。

当采用统一的单位制时，在数值上，K_m＝K_e，只是其量纲不同。

电机的实际转速公式为：

其中，U是电机的工作电压，R是电机的内阻，I是工作电流。

2.3电流信号

本发明的无刷直流永磁电机的额定功率是2.5kw，使用60U120Ah的动力蓄电池，电机的最大电流是I_m＝120A，控制器的限流值是100A，电机的额定电流40A，电机采用自然冷却，这种配合，电机的温升不高，工作温度在80℃左右，最高温度小于100℃。电流信号就是采用测量控制器的限流电阻的端电压值来换算成工作电流值，用I_U表示，限流电阻的端电压最大值：I_Um＝200mU，电流信号是模拟电压量，电流信号分为左电流信号I_U左，右电流信号I_U右，I_U左、I_U右在运算处理电路中参与运算。电流I＝kI_U，其中k是电流转换系数，是常量，当把I_U接入直流毫伏表上，再把毫伏表的刻度进行修正，可以用于测量电机的工作电流。

设置电流值指示信号I_x，I_x是数字信号，当电流值I＞5A时，置I_x＝1，在I≤5A时，置I_x＝0，I_x分为左电机电流值指示信号I_x左、右电机电流值指示信号I_x右。当I_x＝0时，规定为驱动电机停止工作状态，即驱动电机处于断电状态。

2.4加速器信号

加速器信号的值是0.9-3.5U的模拟量，加速器信号用S表示，S是加速器踏板位置的函数，加速器踏板位置在起始位置时，S＝0.9U，即S₀＝0.9U，加速器踏板在最大位置时，S＝3.5U，即S_m＝3.5U，经过运算处理电路处理，产生输出信号，所述的输出信号就是控制信号。

2.5控制信号

控制信号是模拟电压量，电压值的大小是0.9-3.5U，控制信号用V表示，分左控制信号V_左、右控制信号V_右，V_左经左控制信号线传输，V_右经右控制信号线传输。V_左控制左控制器，V_右控制右控制器。控制信号V的主要参数是加速器信号S，辅助信号有电流信号I_U、相对滑转率δ，相对滑转率δ是由转向角信号用Φ和转速信号n在运算处理电路中处理产生。

3控制关系

3.1相对滑转率的临界值

60U蓄电池的欠压保护值为U_欠＝52.5U。设置调节电压的修正系数：K_U＝U_内/U_欠＝U_内/52.5。

电工电子仪表的相对误差作为仪表的数度等级，我国生产的仪表常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等，相对误差为1％的仪表，其数度等级是1.0级。本发明选用相对滑转率δ＝1％作为相对滑转率的临界值。

本发明以二个驱动轮的相对滑转率为控制变量，在δ≤1％时，依据驱动电机的特性及双电机独立而直接驱动模式的结构特征，实现电子差速的自调节功能；在δ＞1％时，通过运算处理电路的运算，求出控制信号V的值而改变V的值，实现电压控制式电子差速功能。

在转向时，由

得，当方向盘转向角α＝15°时，δ_转向＝1％，内、外驱动轮的相对滑转率δ＝1％，当α≤15°时，δ≤1％。采用电子差速的自调节功能。

3.2调压式电子差速模式

当y＝0，δ＞1％时，减少左控制信号V_左的值，增大右控制信号V_右的值，采用反馈式控制算法，使δ≤1％，达到电子差速的目的。

当y＝1，δ＞1％时，减少右控制信号V_右的值，增大左控制信号V_左的值，采用反馈式控制算法，使δ≤1％，达到电子差速的目的。

当δ≤1％时，电子差速系统具有电子差速的自调节功能，达到电子差速的目的。

电流识别信号I_x＝0时，标识驱动电机处于停止工作状态，此时，运算处理电路使相应的控制信号V清零，重新启动。只要I_x左＝0时，控制信号V_左置0，经1s后，V_左再恢复到原值，即是重新启动；只要I_x右＝0时，控制信号V_右置0，经1s后，V_右再恢复到原值，即是重新启动。

3.2.1闭环有差调节系统

本发明的基于相对滑转率控制的电子差速系统是闭环有差调节系统，是反馈式控制系统，调整作用是依据偏差来实现的，必须有偏差才能调整，不可能达到绝对稳定，而是只能达到基本稳定，所述的偏差在本发明中就是相对滑转率，而本发明是以相对滑转率为控制变量，通过电压调节来实现电子差速的功能，所以采用相对滑转率δ≤1％时的自调节功能及相对滑转率δ＞1％时的调压式电子差速功能。

3.2.2自调节式电子差速功能

在相对滑转率δ≤1％时，依据电机的特性及双电机独立而直接驱动模式的结构特征，采用自调节功能的电子差速模式。

在相对滑转率δ≤1％时，经公式

推导出仿真试验数据：

(1)、快轮：U＝60U，I＝40A，n＝672rpm；慢轮：U＝60U，I＝41.98A，n＝665.5rpm，而ΔI＝1.98A；得δ＝1.0％。

(2)、快轮：U＝45U，I＝40A，n＝470.7rpm；慢轮：U＝45U，I＝41.39A，n＝466.1rpm，而ΔI＝1.39A；得δ＝1.0％。

(3)、快轮：U＝30U，I＝40A，n＝269rpm；慢轮：U＝30U，I＝40.79A，n＝266.34rpm，而ΔI＝0.79A；得δ＝1.0％。

3.2.3电子差速调节值的修正值U_调

调节电压的修正系数：K_U＝U/U_欠＝U/52.5，控制信号V的取值范围是V＝0.9-3.5U，V_调＝100·δ·K_U，分为V_慢，V_快。对应的电机的工作电压是U＝2.5-60U，则近似关系式为：V＝0.045×U+0.8，V_慢＝V+V_调，V_快＝V-V_调。

则，U_慢＝(V_慢-0.8)/0.045，U_快＝(V_快-0.8)/0.045.

以仿真数据举例说明如下：

(1)、二驱动轮：U＝50U，I＝40A，n＝538rpm，V＝3.05U；

驱动轮工况不同，则：

慢轮：U＝50U，I＝50A，n＝504.4rpm；快轮：U＝50U，I＝30A，n＝571.6rpm，得δ＝13.3％，V_慢＝2.92U，V_快＝3.18U；

电子差速反馈式调节：

慢轮：U＝47.2U，I＝30A，n＝533.7rpm；快轮：U＝52.8U，I＝50A，n＝542.3rpm，得δ＝1.622％，V_快＝2.938U，V_慢＝3.161U；

电子差速反馈式调节：

慢轮：U＝52.5U，I＝50A，n＝537.4rpm；快轮：U＝47.5U，I＝30A，n＝538rpm，得δ＝0.11％。此时，δ≤1.0％，电子差速系统由调压式调整模式转变为自调节功能模式，实现了电子差速功能。

(2)、二驱动轮：U＝38U，I＝40A，n＝376.6rpm，V＝2.51U；

驱动轮工况不同，则：

慢轮：U＝38U，I＝50A，n＝343rpm；快轮：U＝38U，I＝30A，n＝410.2rpm，得δ＝19.61％，V_慢＝2.368U，V_快＝2.652U；

电子差速反馈式调节：

慢轮：U＝34.8U，I＝30A，n＝367.8rpm；快轮：U＝41.2U，I＝50A，n＝385.4rpm，得δ＝4.782％，V_慢＝2.614U，V_快＝2.4U；

电子差速反馈式调节：

慢轮：U＝40.3U，I＝50A，n＝374.2rpm；快轮：U＝35.6U，I＝30A，n＝377.3rpm，得δ＝0.83％。此时，δ≤1.0％，电子差速系统由调压式调整模式转变为自调节功能模式，实现了电子差速功能。

(3)、二驱动轮：U＝25U，I＝40A，n＝201.7rpm，V＝1.93U；

驱动轮工况不同，则：

慢轮：U＝25U，I＝50A，n＝168.1rpm；快轮：U＝25U，I＝30A，n＝235.4rpm，得δ＝40％，V_慢＝1.735U，V_快＝2.115U；

电子差速反馈式调节：

慢轮：U＝20.8U，I＝30A，n＝178.4rpm；快轮：U＝29.2U，I＝50A，n＝225.1rpm，得δ＝26.12％，V_慢＝1.87U，V_快＝1.84U；

电子差速反馈式调节：

慢轮：U＝26U，I＝50A，n＝181.6rpm；快轮：U＝23.1U，I＝30A，n＝209.3rpm，得δ＝15.28％，V_慢＝1.771U，V_快＝2.046U；

电子差速反馈式调节：

慢轮：U＝21.6U，I＝30A，n＝189.3rpm；快轮：U＝27.7U，I＝50A，n＝204.2rpm，得δ＝7.89％，V_慢＝2.004U，V_快＝1.8U；

电子差速反馈式调节：

慢轮：U＝26.8U，I＝50A，n＝191.8rpm；快轮：U＝22.3U，I＝30A，n＝199rpm，得δ＝3.8％，V_慢＝1.787U，V_快＝2.023U；

电子差速反馈式调节：

慢轮：U＝21.9U，I＝30A，n＝194.2rpm；快轮：U＝27.2U，I＝50A，n＝197.5rpm，得δ＝1.69％，V_慢＝2.014U，V_快＝1.794U；

电子差速反馈式调节：

慢轮：U＝27U，I＝50A，n＝194.9rpm；快轮：U＝22.1U，I＝30A，n＝196.3rpm，得δ＝0.741％，此时，δ≤1.0％，电子差速系统由调压式调整模式转变为自调节功能模式，实现了电子差速功能。

当U≤20U时，依据电机的特性及双电机独立而直接驱动模式的结构特征，电子差速系统在自调节式模式下工作

驱动电机的工作电压U可以通过加速器踏板行程控制，方向盘的转向角α可以通过方向盘转向角控制，I由驱动轮的阻力转矩及电机的特性决定。因此，加速器踏板行程及方向盘转向角决定了驱动轮的转速，而驱动轮的阻力矩决定了驱动轮的实际转速，以相对滑转率为控制变量，通过电压调节来实现电子差速的功能。

本发明的电动汽车，在转向行驶模式时，把转向时的驱动轮的转速变换为目标转速，把转向行驶模式变换成了直线行驶模式了，以驱动轮的相对滑转率为控制变量，当相对滑转率δ≤1.0％时，依据电机的特性及双电机独立而直接驱动模式的结构特征，采取反馈控制模式的自调节功能的电子差速算法；当相对滑转率δ＞1.0％时，采取反馈控制模式的调节控制信号电压的电子差速算法，是闭环有差调节系统，依据相对滑转率的大小来实现的，电子差速的调整过程必须有相对滑转率的大小变化，不可能达到绝对稳定，而是只能达到基本稳定，所以采用相对滑转率δ≤1％时的自调节功能及相对滑转率δ＞1％时的调压式电子差速功能。

Claims (6)

1.一种基于相对滑转率控制的电子差速系统，是双电机独立而直接驱动双前轮的电动汽车的电子差速控制系统，由加速器、控制器、驱动电机、驱动轮、传动轴、转向角传感器、运算处理电路组成，其特征在于：所述的加速器经加速器信号线连接到所述的运算处理电路上，用于传递加速器信号，所述的转向角传感器经转向角传感器信号线连接到所述的运算处理电路上，传递转向角传感器信号，所述的控制器经转速信号线、电流值指示线连接到所述的运算处理电路上，转速信号线传递转速信号，电流值指示线传递电流值指示信号，所述的运算处理电路经控制信号线连接到所述的控制器上，经控制信号线把所述的运算处理电路中产生的输出信号传递到所述的控制器中，所述的运算处理电路对加速器信号、转速信号、电流值信号、转向角传感器信号进行运算处理，计算出二个驱动轮转速的相对滑转率，所述的相对滑转率是二个驱动轮目标转速的相对误差；根据相对滑转率产生控制信号，所述的控制信号经过所述的控制器控制电机的转速，实现电子差速功能；所述的电子差速系统，是闭环有差调节系统；所述的闭环有差调节系统，是反馈式控制系统，具有控制的滞后性。

2.根据权利要求1所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，其特征在于：所述的驱动轮转速，是驱动轮的实际转速，在转向行驶时，驱动轮转速经过运算处理电路运算处理而转换成目标转速，在直线行驶模式时，驱动轮转速就是目标转速，所述的目标转速使转向行驶模式转换成了直线行驶模式。

3.根据权利要求1所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，其特征在于：所述的电子差速系统，在相对滑转率≤1％时，具有电子差速的自调节功能。

4.根据权利要求1所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，其特征在于：所述的闭环有差调节系统，调节作用是依据偏差来实现的，必须有偏差才能调节，不可能达到绝对稳定，而是只能达到基本稳定。

5.根据权利要求4所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，其特征在于：所述的偏差是相对滑转率。

6.根据权利要求1所述的基于相对滑转率控制的电子差速系统，其特征在于：所述的控制信号，在驱动电机的工作电流I≤5A时，控制信号置0，经1s后，所述的控制信号再恢复到原值，进行重新启动。

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