CN103342102A

CN103342102A - 一种电动轮汽车双闭环复合式防滑差速系统控制方法

Info

Publication number: CN103342102A
Application number: CN2013101920478A
Authority: CN
Inventors: 王春燕; 段婷婷; 赵万忠; 李怿俊; 张宗强; 赵婷
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: CN103342102B

Abstract

一种电动轮汽车双闭环复合式防滑差速系统控制方法，系统包括：车轮转速传感器、车速传感器、整车状态器、轮毂电机、锁止器、附加电机、第一至第四轮毂电机转速传感器、加法器、第一至第四判别器；轮毂电机由两半轴与锁止器相连，锁止器安装在两车轮中部，附加电机由一根轴与锁止器相连，同时又固定到车架上；车轮转速传感器位于轮胎上，第一至第四轮毂电机转速传感器分别位于四个轮毂电机内转子处，车速传感器位于整车上；将滑转率、附着系数、滑转系数、轮毂电机转速控制量联合控制汽车，保证汽车在低速和高速时稳定性和动力性，同时在汽车打滑或轮毂电机出现故障时使用机械式锁止器和附加电机，保证汽车正常行驶。

Description

一种电动轮汽车双闭环复合式防滑差速系统控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，具体来说涉及一种电动轮汽车双闭环复合式防滑差速系统控制装置及其控制方法。

背景技术

随着节能环保成为当今世界的主题，电动汽车在全球掀起了一股发展浪潮。作为新一代电动汽车的一个重要分支，电动轮汽车采用多个独立控制的轮毂电机分别驱动车轮，其动力源与车轮以及车轮与车轮之间没有机械传动环节，取消了传统汽车的复杂传动系统。电动轮汽车具有传动效率高、空间布置灵活、易于实现底盘系统的电子化和主动化的优点，是纯电动汽车、混合动力电动汽车及燃料电池电动汽车理想的通用驱动技术平台，是电动汽车发展的终极形式，具有很好的应用前景及技术发展潜力。

而电动汽车的电机驱动防滑系统非常复杂，目前，控制方法主要有三种：第一种方法使轮胎转速作为驱动防滑系统的控制量，此方法受外界因素的影响，车轮转速信号中噪声成分较多，无法准确评估汽车的运动状态，对电机的要求也比较高；第二种方法是取车轮的滑转率作为变量进行控制，虽然受外界影响的成分减小，但对汽车整车的防滑控制效果有限；第三种方法是控制汽车每个轮毂电机的输出转矩，控制方法太过复杂，不易实现。而且，当电子系统出现故障，汽车的状态无法保障，十分危险。本发明提出一种电子控制和机械控制相结合的双闭环复合式防滑差速系统控制装置及其控制方法，可有效弥补目前电动汽车防滑差速系统的不足。通过对滑移率和轮毂电机转速的综合控制及强制控制来减少对电子系统的过分依赖，同时增加汽车在驱动过程中的方向稳定性、转向操纵能力和动力性。

发明内容

本发明所要解决的问题是，提供一种电动轮汽车双闭环复合式防滑差速系统控制方法，以提高汽车正常行驶中或出现打滑现象时的汽车的驱动能力和危险工况下的强制停车。

为解决上述问题，本发明设计一种电动轮汽车双闭环复合式防滑差速系统控制方法，所述系统包括：车轮转速传感器、车速传感器、整车状态器、轮毂电机、锁止器、附加电机、第一至第四轮毂电机转速传感器、加法器、第一判别器、第二判别器、第三判别器和第四判别器；其中轮毂电机由两半轴与锁止器相连，锁止器安装在两车轮中部，附加电机由一根轴与锁止器相连，同时又固结到车架上；车轮转速传感器位于轮胎上，第一至第四轮毂电机转速传感器分别位于四个轮毂电机内转子处，车速传感器位于整车上；将滑转率、附着系数、滑转系数、轮毂电机转速控制量联合控制汽车，保证汽车在低速和高速时的稳定性和动力性，具体步骤如下：

步骤1：在汽车行驶过程中，车轮转速传感器和车速传感器和整车状态器将采集到的信号分别传送到第一判别器上，判别出汽车是高速行驶还是低速行驶，若为高速行驶进入步骤2，若为低速行驶进入步骤3；

步骤2：若汽车高速行驶，执行以下步骤：

步骤21：第一判别器传出的信号束传送到滑转率计算模块和路面附着估计模块，滑转率计算模块和附着路面估计模块同时传送信号至控制量模块，计算出控制量ds/du，步骤22：控制量进入第二判别器进行如下选择：

步骤A:若控制量ds/du在合理范围内，则将信号反馈给第一判别器，对其进行正常调节；

步骤B：若控制量ds/du出现明显异常时，将第一、第二轮毂电机转速传感器或第三、第四轮毂电机转速传感器采集到的信号送至第三判别器，由第三判别器对信号进行以下判断：

步骤B1:如果两个轮毂电机中一个正常工作而另一个异常，则相应的附加电机利用锁止器将两半轴锁死，使左右两轮毂电机串联工作，并将信号反馈给附加电机，当附加电机转矩为零时，锁止器解锁，

步骤B2：如出现两电机都不正常工作，进入步骤4，检测四个电机的运行情况；

步骤3：若汽车低速行驶，执行以下步骤:

步骤31：第一判别器传出的信号束传送到滑转率计算模块、路面附着估计模块和滑转系数运算器上，计算出滑转率s、路面附着系数μ和滑转系数s_u；将滑转率s和路面附着系数μ传送至控制量模块，

步骤32:将滑转系数运算器和控制量模块的结果输送至第二判别器，执行以下判断：

步骤a：若控制量ds/dμ和滑转系数在合理范围，则将信号反馈给第一判别器，对其进行实时监控计算；

步骤b：若控制量ds/dμ和滑转系数出现异常时，检测轮毂电机转速：第一、第二轮毂电机转速传感器或第三、第四轮毂电机转速传感器将采集到的信号送至第三判别器，由第三判别器对信号进行以下判断：

步骤b1:如果两个电机其中一个正常，相应的附加电机利用锁止器锁死两半轴，使左右两轮毂电机串联工作，并将信号反馈给附加电机，当附加电机转矩为零时，锁止器解锁；

步骤b2：如两个电机都出现异常工况，进入步骤4，检测四个电机的运行情况；

步骤4：启动第一至第四轮毂电机转速传感器测得四个轮毂电机的转速，并将其传递到第三判别器或第四判别器进行工况判断：

步骤41：如果四个轮毂电机都不工作或者只有一个进行工作，说明汽车动力性不足，需要立即启用强制停车模块，以保证汽车的安全；

步骤42：如果只有一个电机出现异常，立即将与其相对应的锁止器两侧的半轴锁死；

步骤43：如果前后两侧轮毂电机都有一个异常，附加电机将锁止器两侧的半轴都锁死。

与现有技术相比，本发明可即时响应车辆的行驶状态，根据不同时刻的车速通过反馈可适时调节滑转率和电机状态，减小因路况较差或其他原因而引起的打滑现象和其他危险工况，增加汽车在驱动过程中的操纵稳定性和动力性。

附图说明

图1为本发明中电动轮汽车锁止器工作原理示意图；

图2为根据本发明的电动轮汽车高速低速判别原理图；

图3为根据本发明电动轮汽车高速行驶时双闭环复合式防滑差速系统控制原理图；

图4为根据本发明电动轮汽车低速行驶时双闭环复合式防滑差速系统控制原理图；

图5为根据本发明双闭环复合式防滑差速系统控制电动轮汽车轮毂电机检测模块原理图。

在图1中：21-前轴右侧轮毂电机、21’-前轴左侧轮毂电机、22-后轴右侧轮毂电机、22’-后轴左侧轮毂电机、11-前轮右半轴、11’-前轮左半轴、12-后轮右半轴、12’-后轮左半轴、18-前轴附加电机、19-前轴锁止器、25-前轴连接轴、18’-后轴附加电机、19’-后轴锁止器、25’-后轴连接轴。

在图2中：1-车轮转速传感器、3-车速传感器、6-整车状态器、16-高速模块、17-低速模块、9-第一判别器。

在图3中：1-车轮转速传感器、3-车速传感器、6-整车状态器、7-路面附着估计模块、8-控制量模块、9-第一判别器、14-第二判别器、16-高速模块、18-前轴附加电机、19-前轴锁止器、20-第三判别器、23-第一轮毂电机转速传感器、23’-第二轮毂电机转速传感器、4-滑转率运算器和26-电动轮汽车轮毂电机检测模块。

在图4中：1-车轮转速传感器、3-车速传感器、6-整车状态器、7-路面附着估计模块、8-控制量模块、9-第一判别器、10-滑转系数运算器、14-第二判别器、17-低速模块、18-前轴附加电机、19-前轴锁止器、20-第三判别器、23-第一轮毂电机转速传感器、23’-第二轮毂电机转速传感器、4-滑转率运算器和26-电动轮汽车轮毂电机检测模块。

在图5中：21-前轴右侧轮毂电机、21’-前轴左侧轮毂电机、22-后轴右侧轮毂电机、22’-后轴左侧轮毂电机、23-第一轮毂电机转速传感器、23’-第二轮毂电机转速传感器、24-第三轮毂电机转速传感器、24’-第四轮毂电机转速传感器、18-前轴附加电机、19-前轴锁止器、18’-后轴附加电机、19’-后轴锁止器、20-第三判别器、15-强制停车。

具体实施方式

如图1至图4所示，一种电动轮汽车双闭环复合式防滑差速系统控制方法，所述系统包括：车轮转速传感器、车速传感器、整车状态器、轮毂电机、锁止器、附加电机、第一至第四轮毂电机转速传感器、加法器、第一判别器、第二判别器和第三判别器；其中轮毂电机由两半轴与锁止器相连，锁止器安装在两车轮中部，附加电机由一根轴与锁止器相连，同时又固结到车架上；车轮转速传感器位于轮胎上，第一至第四轮毂电机转速传感器分别位于四个轮毂电机内转子处，车速传感器位于整车上；将滑转率、附着系数、滑转系数、轮毂电机转速控制量联合控制汽车，保证汽车在低速和高速时的稳定性和动力性，具体步骤如下：

步骤1：在汽车行驶过程中，车轮转速传感器1和车速传感器3和整车状态器6将采集到的信号传送到第一判别器9上，判别出汽车是高速行驶还是低速行驶。若汽车高速行驶，则进入步骤2，由第一判别器9传出的信号送至高速模块16；若汽车低速行驶，则进入步骤3，由第一判别器9传出的信号送至低速模块17。

步骤2：若汽车高速行驶，执行以下步骤：

步骤21：将第一判别器9传出的信号束传送到滑转率计算模块4和路面附着估计模块7。滑转率计算模块4和附着路面估计模块7同时传送信号至控制量模块8，计算出控制量ds/du：计算方法如下：由车轮转速n和车速u得出的滑转率

（其中，

是车轮角速度，r是车轮半径）及由整车模型估算的路面附着系数（其中F_x=D*sin(C*arctan(B*x₁-arctan(B*x₁)))是汽车车轮的纵向驱动力，B、C、D、x₁均是系数因子，

是车轮的垂向载荷，a_x是汽车纵向加速度，a_y是汽车侧向加速度，m汽车质量，a汽车质心至前轴的距离，b汽车质心至后轴的距离，d_f前轴轴距，h质心高度），

步骤22：控制量进入第二判别器14进行如下选择：

步骤A:若控制量ds/du在合理范围内（合理范围为0.15-0.3），则将信号反馈给第一判别器9，对其进行正常调节；

步骤B:若控制量ds/du出现明显异常时，说明轮毂电机出现问题，开始检测轮毂电机转速，将第一、第二轮毂电机转速传感器23，23’或第三、第四轮毂电机转速传感器24，24’采集到的信号送至第三判别器20，由第三判别器20对经由转速信号进行以下判断：

步骤B1:如轮毂电机正常或可行驶状态（至少一个电机运行），则附加电机利用锁止器将两半轴锁死，使左右两轮毂电机串联工作，并将信号反馈给附加电机，当附加电机转矩为零时，锁止器解锁；

步骤B2:如出现危险工况（两电机均不运行），则由第三判别器20传出的信号进入电动轮汽车轮毂电机检测模块26，执行步骤4，检测四个电机的运行情况。

步骤3：当汽车低速行驶时，执行以下步骤：

步骤31：由于控制量ds/du已不足以表征汽车轮胎与地面的作用关系，本发明采用另一个控制量滑转系数

（其中，

是车轮角速度，r是车轮半径）与控制量ds/dμ进行同时控制。通过信号计算出滑转率s、滑转系数s_u和路面附着系数μ。滑转率和路面附着系数计算出控制量ds/dμ。即车轮转速传感器1、车速传感器3和整车状态器6将采集到的信号通过第一判别器9进入低速模块：将信号传送到滑转率计算模块4、路面附着估计模块7和滑转系数运算器10上，计算出滑转率（s）、路面附着系数（μ）和滑转系数（s_u）。将滑转率（s）和路面附着系数（μ）传送至控制量（ds/dμ）模块8，

步骤32：滑转系数运算器10和控制量模块8的结果输送至第二判别器14，执行以下判断：

步骤a:若控制量ds/dμ和滑转系数在合理范围（一般ds/dμ在0.15-0.3，s_u一般在0.7-0.95），则将信号反馈给第一判别器9，对其进行正常调节；并对其进行实时监控计算；

步骤b；若控制量ds/dμ和滑转系数出现异常时，检测轮毂电机转速：将第一、第二轮毂电机转速传感器23，23’或第三、第四轮毂电机转速传感器24，24’采集到的信号送至第三判别器20，由第三判别器20对信号进行以下判断：

步骤b1：如果两个电机中一个正常工作而另一个异常，则相应的附加电机利用锁止器将两半轴锁死，使左右两轮毂电机串联工作，并将信号反馈给附加电机，当附加电机转矩为零时，锁止器解锁，

步骤b2：如果两电机都异常，则由第三判别器20传出的信号进入电动轮汽车轮毂电机检测模块26，执行步骤4，检测四个电机的运行情况。

也可以由第三判别器20直接收取相关信号进行判别。

如图5所示，步骤4：第一至第四轮毂电机转速传感器23，23′，24，24′测得轮毂电机21,21′,22,22′的转速，并将其传递到第三判别器20或第四判别器27进行工况判断：

步骤41：如果四个轮毂电机都不工作或者只有一个进行工作，说明汽车动力性不足，需要立即启用强制停车模块15，以保证汽车的安全；

步骤42：如果只有一个电机异常，假设轮毂电机21停止转动，立即将锁止器19两侧的半轴锁死；

步骤43：如果前后两侧轮毂电机都有一个异常，附加电机18，18’将锁止器19,19’两侧的半轴都锁死。

Claims

1.一种电动轮汽车双闭环复合式防滑差速系统控制方法，所述系统包括：车轮转速传感器、车速传感器、整车状态器、轮毂电机、锁止器、附加电机、第一至第四轮毂电机转速传感器、加法器、第一判别器、第二判别器、第三判别器和第四判别器；其中轮毂电机由两半轴与锁止器相连，锁止器安装在两车轮中部，附加电机由一根轴与锁止器相连，同时又固结到车架上；车轮转速传感器位于轮胎上，第一至第四轮毂电机转速传感器分别位于四个轮毂电机内转子处，车速传感器位于整车上；其特征在于：将滑转率、附着系数、滑转系数、轮毂电机转速控制量联合控制汽车，保证汽车在低速和高速时的稳定性和动力性，具体步骤如下：

步骤1：在汽车行驶过程中，车轮转速传感器（1）和车速传感器（3）和整车状态器（6）将采集到的信号分别传送到第一判别器（9）上，判别出汽车是高速行驶还是低速行驶，若为高速行驶进入步骤2，若为低速行驶进入步骤3；

步骤2：若汽车高速行驶，执行以下步骤：

步骤21：第一判别器（9）传出的信号束传送到滑转率计算模块（4）和路面附着估计模块（7），滑转率计算模块（4）和附着路面估计模块（7）同时传送信号至控制量模块（8），计算出控制量ds/du，步骤22：控制量进入第二判别器（14）进行如下选择：

步骤A:若控制量ds/du在合理范围内，则将信号反馈给第一判别器（9），对其进行正常调节；

步骤B：若控制量ds/du出现明显异常时，将第一、第二轮毂电机转速传感器（23，23’）或第三、第四轮毂电机转速传感器（24，24’）采集到的信号送至第三判别器（20），由第三判别器（20）对信号进行以下判断：

步骤3：若汽车低速行驶，执行以下步骤:

步骤31：第一判别器（9）传出的信号束传送到滑转率计算模块（4）、路面附着估计模块（7）和滑转系数运算器（10）上，计算出滑转率s、路面附着系数μ和滑转系数s_u；将滑转率s和路面附着系数μ传送至控制量模块（8），

步骤32:将滑转系数运算器（10）和控制量模块（8）的结果输送至第二判别器（14），执行以下判断：

步骤a：若控制量ds/dμ和滑转系数在合理范围，则将信号反馈给第一判别器（9），对其进行实时监控计算；

步骤b：若控制量ds/dμ和滑转系数出现异常时，检测轮毂电机转速：第一、第二轮毂电机转速传感器（23，23’）或第三、第四轮毂电机转速传感器（24，24’）将采集到的信号送至第三判别器（20），由第三判别器（20）对信号进行以下判断：

步骤4：启动第一至第四轮毂电机转速传感器测得四个轮毂电机的转速，并将其传递到第三判别器（20）或第四判别器（27）进行工况判断：

步骤41：如果四个轮毂电机都不工作或者只有一个进行工作，说明汽车动力性不足，需要立即启用强制停车模块（15），以保证汽车的安全；

步骤43：如果前后两侧轮毂电机都有一个异常，附加电机（18、18’）将锁止器（19,19’）两侧的半轴都锁死。

2.根据权利要求1所述一种电动轮汽车双闭环复合式防滑差速系统控制方法，其特征在于，在汽车高速行驶时，所述控制量ds/du在合理范围是指0.15-0.3之间；在汽车低速行驶时，所述的控制量ds/dμ和滑转系数s_u在合理范围是指控制量ds/dμ在0.15-0.3，滑转系数s_u在0.7-0.95之间。