CN107627900B - 一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统，包括整车控制器和分别与左驱动轮电机、右驱动轮电机连接的左驱动电机控制器、右驱动电机控制器，左驱动电机控制器、右驱动电机控制器与整车控制器连接，整车控制器还与设置在车上的加速踏板、制动踏板、侧倾角传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器、方向盘转角传感器连接，所述整车控制器还具有对加速踏板、制动踏板、侧倾角传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器、方向盘转角传感器以及左驱动轮电机、右驱动轮电机的输入数据进行收集分析的处理模块。本发明还公开了一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制方法。

Description

一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，特别涉及一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统及控制方法。

背景技术

分布式驱动电动汽车是未来新能源汽车的一个重要发展方向。分布式驱动可以实现每个驱动轮的独立控制，使车辆行驶更加灵活。分布式驱动的核心技术是汽车转向时内外轮的差速旋转控制，根据方向盘转角、车速、车辆侧倾角、横摆角速度等对内外轮的转矩进行分配，使汽车转向更加稳定可靠。

多电机驱动的电动汽车控制主要分为转速控制和转矩控制两种形式。转速控制基于阿克曼转向几何模型，调节内外轮电机的转速。转矩控制的被控对象是电机的输出转矩，使电机转矩与负载成正比，但是目前的转矩控制的算法不太合理，导致控制精度有时候会出现误差，受外在条件影响较大，稳定性和灵活性较差。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统，本发明的目的之二在于提供一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制方法，本发明采用转矩控制模型，基于车辆转向时的载荷转移对需求转矩进行重新分配，防止车辆打滑，减小轮胎磨损，提高控制的灵活性和可靠性。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统，包括整车控制器和分别与左驱动轮电机、右驱动轮电机连接的左驱动电机控制器、右驱动电机控制器，所述左驱动电机控制器、右驱动电机控制器与所述整车控制器连接，其特征在于，所述整车控制器还与设置在车上的加速踏板、制动踏板、侧倾角传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器、方向盘转角传感器连接，所述整车控制器还具有对加速踏板、制动踏板、侧倾角传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器、方向盘转角传感器以及左驱动轮电机、右驱动轮电机的输入数据进行收集分析的处理模块，所述加速踏板的输入数据为加速踏板开度通过查表法标定驱动需求转矩T'，所述制动踏板的输入数据为制动踏板开度通过查表法标定制动转矩需求转矩T”，所述侧倾角传感器的输出数据为车辆侧倾角φ，所述陀螺仪传感器的输出数据为整车横摆角速度γ，所述加速度传感器的输出数据为车辆横向加速度a_y，所述方向盘转角传感器的输出数据为方向盘的旋转角度α，所述左驱动轮电机、右驱动轮电机的输出数据为左、右驱动轮转速n_rl、n_rr，所述处理模块通过对所述驱动需求转矩T'、制动转矩需求转矩T”、车辆侧倾角φ、整车横摆角速度γ、车辆横向加速度a_y、方向盘的旋转角度α、左、右驱动轮转速n_rl、n_rr、进行分析处理，计算获得左驱动轮电机、右驱动轮电机的需求转矩T_l、T_r。

一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制方法，其特征在于，利用上述技术方案所述的一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统获得驱动需求转矩T'、制动转矩需求转矩T”、车辆侧倾角φ、整车横摆角速度γ、车辆横向加速度a_y、方向盘的旋转角度α、左、右驱动轮转速n_rl、n_rr，然后利用下述公式：

车辆静止或者直线行驶时，设两侧轮的载荷分别为F_sl、F_sr，则有

F_sl＝F_sr (1)

该值只与车辆整车质量和中心位置有关，与车辆运动状态无关，车辆在转向时，在离心力矩和侧倾力矩的作用下质心会发生偏移，导致内外侧驱动轮的载荷发生变化，即外侧轮载荷增大，内侧轮载荷减小，设离心力矩和侧倾力矩M分别为M₁、M₂，离心力矩与整车质量、实际车速、纵向车速转向半径和中心高度有关，侧倾力矩和侧倾角成比例；

此时左右轮的载荷F_dl、F_dr分别为

式中，W为后轴轮距，L为轴距，A为前轴到质心的距离，得载荷比k

设整车需求转矩为T，当驱动时，整车需求转矩为T为驱动需求转矩T'，当制动时，整车需求转矩为T为制动转矩需求转矩T”，左驱动轮电机、右驱动轮电机的需求转矩T_l、T_r分别为

纵向车速V_x的计算方法如下

式中，R_r为后轮半径，n_rl、n_rr分别为左、右驱动轮转速，γ为车辆横摆角速度并取顺时针为正值，W为后轮轮距；

车辆行驶速度V_c的计算方法如下

式中，a_y为车辆横向加速度；

车辆转向角θ的计算法方法如下

式中，δ₁、δ₂分别为左、右前轮的转向角并取右转为正,δ₁、δ₂与方向盘的旋转角度α的关系通过标定获得，并用查表法确定彼此的函数关系；

转向半径R的计算方法如下

式中，B为后轴到质心的距离；

综合上述公式(1)至公式(10)，获取输入量为整车需求转矩为T、车辆侧倾角φ、整车横摆角速度γ、车辆横向加速度a_y、方向盘的旋转角度α、左、右驱动轮转速n_rl、n_rr，即可得出输出量即左驱动轮电机、右驱动轮电机的需求转矩T_l、T_r。

由于采用了如上的技术方案，控制系统主要用于控制两个轮边电机的独立旋转，通过对驱动需求转矩T'、制动转矩需求转矩T”、车辆侧倾角φ、整车横摆角速度γ、车辆横向加速度a_y、方向盘的旋转角度α、左、右驱动轮转速n_rl、n_rr、进行分析处理，计算获得左驱动轮电机、右驱动轮电机的需求转矩T_l、T_r，控制系统能实现车辆前进、倒车和制动工况的差速控制，控制精度高，运行稳定可靠，实用性较强。本发明特别用于双后轮驱动的纯电动客车的转向控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是车辆转向模型。

图2是车辆侧倾示意图。

图3是控制系统结构图。

图4是加速踏板和制动踏板与整车需求转矩之间的关系图。

图5是前轮转向角和方向盘旋转角度的关系图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

参见图1至图5所示，一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统包括整车控制器和分别与左驱动轮电机、右驱动轮电机连接的左驱动电机控制器、右驱动电机控制器，左驱动电机控制器、右驱动电机控制器与整车控制器连接。

整车控制器还与设置在车上的加速踏板、制动踏板、侧倾角传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器、方向盘转角传感器连接。整车控制器还具有对加速踏板、制动踏板、侧倾角传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器、方向盘转角传感器以及左驱动轮电机、右驱动轮电机的输入数据进行收集分析的处理模块，加速踏板的输入数据为加速踏板开度通过查表法标定驱动需求转矩T'，该加速踏板查表法为本领域的公知常识，根据不同的车型具有不同的开度与转矩换算表。制动踏板的输入数据为制动踏板开度通过查表法标定制动转矩需求转矩T”，该制动踏板查表法为本领域的公知常识，根据不同的车型具有不同的开度与转矩换算表。整车需求转矩由加速踏板或制动踏板的开度决定。驾驶员踩下加速踏板时，根据加速踏板的开度，由查表法获得相应的驱动需求转矩。驾驶员踩下制动踏板时，根据制动踏板的开度，由查表法获得相应的制动需求转矩。驱动转矩为正值，制动转矩为负值，与车辆前进、倒车工况无关。

侧倾角传感器的输出数据为车辆侧倾角φ，侧倾角传感器用于测量车辆在转向时绕纵向轴即x轴的侧倾角度。侧倾角传感器安装在纵向轴上，并取向左倾斜为正值，向右倾斜为负值。

陀螺仪传感器的输出数据为整车横摆角速度γ，陀螺仪传感器用于测量车辆在转向时绕垂向轴即z轴的横摆角速度。陀螺仪传感器安装在整车质心上，其z轴与整车z轴重合，并取顺时针旋转为正值，逆时针旋转为负值。

加速度传感器的输出数据为车辆横向加速度a_y，加速度传感器用于测量车辆转向时的横向即y轴加速度，并通过积分计算横向车速。

方向盘转角传感器的输出数据为方向盘的旋转角度α，方向盘转角传感器用于测量方向盘的转角。标定方向盘转角和两个前轮转角的关系，通过查表法获得两个前轮转角，再根据公式(9)计算车辆转向角。

左驱动轮电机、右驱动轮电机的输出数据为左、右驱动轮转速n_rl、n_rr，由于轮边电机直接集成在车轮内部，因此电机转速即为车轮转速，即通过测量电机转速即可得到两个驱动轮的转速。

处理模块通过对驱动需求转矩T'、制动转矩需求转矩T”、车辆侧倾角φ、整车横摆角速度γ、车辆横向加速度a_y、方向盘的旋转角度α、左、右驱动轮转速n_rl、n_rr、进行分析处理，计算获得左驱动轮电机、右驱动轮电机的需求转矩T_l、T_r。

一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制方法，利用上述技术方案的一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统获得驱动需求转矩T'、制动转矩需求转矩T”、车辆侧倾角φ、整车横摆角速度γ、车辆横向加速度a_y、方向盘的旋转角度α、左、右驱动轮转速n_rl、n_rr，然后利用下述公式：

车辆静止或者直线行驶时，两侧轮的载荷F_sl、F_sr为

F_sl＝F_sr (1)

车辆在转向时，在离心力矩和侧倾力矩的作用下质心会发生偏移，导致内外侧驱动轮的载荷发生变化，即外侧轮载荷增大，内侧轮载荷减小，设离心力矩和侧倾力矩M分别为M₁、M₂，离心力矩与整车质量、实际车速、纵向车速转向半径和中心高度有关，侧倾力矩和侧倾角成比例；

此时左右轮的载荷F_dl、F_dr分别为

式中，W为后轴轮距，L为轴距，A为前轴到质心的距离，得载荷比k

设整车需求转矩为T，当驱动时，整车需求转矩为T为驱动需求转矩T'，当制动时，整车需求转矩为T为制动转矩需求转矩T”，左驱动轮电机、右驱动轮电机的需求转矩T_l、T_r分别为

纵向车速V_x的计算方法如下

式中，R_r为后轮半径，n_rl、n_rr分别为左、右驱动轮转速，γ为车辆横摆角速度并取顺时针为正值，W为后轮轮距；

车辆行驶速度V_c的计算方法如下

式中，a_y为车辆横向加速度；

车辆转向角θ的计算法方法如下

式中，δ₁、δ₂分别为左、右前轮的转向角并取右转为正,δ₁、δ₂与方向盘的旋转角度α的关系通过标定获得，并用查表法确定彼此的函数关系；

转向半径R的计算方法如下

式中，B为后轴到质心的距离；

综合上述公式(1)至公式(10)，获取输入量为整车需求转矩为T、车辆侧倾角φ、整车横摆角速度γ、车辆横向加速度a_y、方向盘的旋转角度α、左、右驱动轮转速n_rl、n_rr，即可得出输出量即左驱动轮电机、右驱动轮电机的需求转矩T_l、T_r。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统，包括整车控制器和分别与左驱动轮电机、右驱动轮电机连接的左驱动电机控制器、右驱动电机控制器，所述左驱动电机控制器、右驱动电机控制器与所述整车控制器连接，其特征在于，所述整车控制器还与设置在车上的加速踏板、制动踏板、侧倾角传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器、方向盘转角传感器连接，所述整车控制器还具有对加速踏板、制动踏板、侧倾角传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器、方向盘转角传感器以及左驱动轮电机、右驱动轮电机的输入数据进行收集分析的处理模块，所述加速踏板的输入数据为加速踏板开度通过查表法标定驱动需求转矩T'，所述制动踏板的输入数据为制动踏板开度通过查表法标定制动转矩需求转矩T”，所述侧倾角传感器的输出数据为车辆侧倾角φ，所述陀螺仪传感器的输出数据为整车横摆角速度γ，所述加速度传感器的输出数据为车辆横向加速度a_y，所述方向盘转角传感器的输出数据为方向盘的旋转角度α，所述左驱动轮电机、右驱动轮电机的输出数据为左、右驱动轮转速n_rl、n_rr，所述处理模块通过对所述驱动需求转矩T'、制动转矩需求转矩T”、车辆侧倾角φ、整车横摆角速度γ、车辆横向加速度a_y、方向盘的旋转角度α、左、右驱动轮转速n_rl、n_rr、进行分析处理，计算获得左驱动轮电机、右驱动轮电机的需求转矩T_l、T_r；

利用所述的一种电动汽车双轮边电机差速转矩控制系统获得驱动需求转矩T'、制动转矩需求转矩T”、车辆侧倾角φ、整车横摆角速度γ、车辆横向加速度a_y、方向盘的旋转角度α、左、右驱动轮转速n_rl、n_rr，然后利用下述公式：

车辆静止或者直线行驶时，两侧轮的载荷F_sl、F_sr为

F_sl＝F_sr (1)

车辆在转向时，在离心力矩和侧倾力矩的作用下质心会发生偏移，导致内外侧驱动轮的载荷发生变化，即外侧轮载荷增大，内侧轮载荷减小，设离心力矩和侧倾力矩M分别为M₁、M₂，离心力矩与整车质量、实际车速、纵向车速转向半径和中心高度有关，侧倾力矩和侧倾角成比例；

此时左右轮的载荷F_dl、F_dr分别为

式中，W为后轴轮距，L为轴距，A为前轴到质心的距离，得载荷比k

设整车需求转矩为T，当驱动时，整车需求转矩为T为驱动需求转矩T'，当制动时，整车需求转矩为T为制动转矩需求转矩T”，左驱动轮电机、右驱动轮电机的需求转矩T_l、T_r分别为

纵向车速V_x的计算方法如下

式中，R_r为后轮半径，n_rl、n_rr分别为左、右驱动轮转速，γ为车辆横摆角速度并取顺时针为正值，W为后轮轮距；

车辆行驶速度V_c的计算方法如下

式中，a_y为车辆横向加速度；

车辆转向角θ的计算法方法如下

式中，δ₁、δ₂分别为左、右前轮的转向角并取右转为正,δ₁、δ₂与方向盘的旋转角度α的关系通过标定获得，并用查表法确定彼此的函数关系；

转向半径R的计算方法如下

式中，B为后轴到质心的距离；

综合上述公式(1)至公式(10)，获取输入量为整车需求转矩为T、车辆侧倾角φ、整车横摆角速度γ、车辆横向加速度a_y、方向盘的旋转角度α、左、右驱动轮转速n_rl、n_rr，即可得出输出量即左驱动轮电机、右驱动轮电机的需求转矩T_l、T_r。

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