CN108146294B - 基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制方法,获取左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的轮速,判断左前轮、右前轮的轮速差值是否小于或等于150r/min,是则取左前轮轮速w1作为前轮目标转速,否则取较小者为前轮目标转速;同理算出后轮目标转速M_Speed_R;二者比较得到整车的目标转速;分别将4个车轮的轮速与整车的目标转速对比,当判断该车轮有飞转的趋势,则降低发送给该车轮的轮毂电机控制器的力矩命令;当4个车轮的轮速均在合理范围内,则发送给各个轮毂电机控制器的力矩命令恢复为由驾驶员意图决定其大小的模式,保证行驶时的动力性要求。本发明通过逻辑判断调整输入轮毂电机的电机转矩、电机转速自适应调节以实现ASR控制,功率损耗小。
Description
技术领域
本发明属于纯电动汽车控制领域,具体涉及一种基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制系统及方法。
背景技术
驱动防滑控制系统(Acceleration Skip Regulation,简称ASR)又称牵引力控制系统(Traction Control System,简称TCS),是一项提高汽车安全性的主动安全技术,通过控制驱动车轮的换转率来改善车辆起步时的形式稳定性和牵引力通过性。
传统车的驱动防滑控制主要通过两种方法防止车轮滑转:发动机转矩控制方式和制动控制方式。具体的实施方式:1、调节发动机的节气门开度、调节点火时间等来调节发动机的驱动转矩;2、通过制动踏板对滑转车轮实施主动制动;3、采用一些特殊的机械结构,比如防滑差速器、差速器锁等。
在能源和环境的双重压力下,经济性更好并更加环保的新能源汽车快速发展起来。新能源汽车主要包括燃料电池电动汽车(FCEV)、混合动力汽车、氢能源动力汽车、纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车各类型产品。其中轮毂电机车辆是纯电动汽车的一种,主要是将电机直接装在车轮内,形成轮毂电机驱动的电动车。
传统汽车的动力主要是由发动机经过传动系统传到驱动轮上。与其不同的是,轮毂电机驱动电动汽车用的是电池作为电力源,然后通过轮毂电机(安装在车轮里)直接驱动车轮,进而实现汽车的行驶。这中轮毂电机驱动的好处就是省略了传动系统,其可直接控制电机进行驱动防滑的控制。
在解决驱动防滑技术时,必须计算驱动轮的滑转率(式中:s—车轮滑转率,ω—驱动轮转角速度,u—车辆移动速度,r—车轮半径。)。由于轮毂电机车辆是四轮独立驱动,其难点就是车辆移动速度的估计。
现有技术的驱动防滑系统和方法大部分用于传统车,在新能源轮毂电机车辆上应用较少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制系统及方法,通过控制轮毂电机的转矩实现驱动防滑控制。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制方法,其特征在于:它包括以下步骤:
S1、目标转速的估计:
分别实时获取左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的轮速,判断左前轮、右前轮的轮速差值是否小于或等于150r/min,若是,则取左前轮轮速w1作为前轮目标转速M_Speed_F,若否,则取左前轮轮速w1、右前轮轮速w2中较小者为前轮目标转速M_Speed_F;
同理算出后轮目标转速M_Speed_R;
若M_Speed_R减M_Speed_F大于150r/min,则取M_Speed_F坐位整车的目标转速,否则以M_Speed_R作为整车的目标转速;
S2、车轮滑转判断及轮毂电机转矩控制:
分别将4个车轮的轮速与整车的目标转速对比,当任一车轮的轮速减去整车的目标转速的差值超过200r/min时,判断该车轮有飞转的趋势,降低发送给该车轮的轮毂电机控制器的力矩命令;每隔一个报文收发周期判断一次,若该车轮的轮速减去整车的目标转速的差值大于100r/min,则对发送给该车轮的轮毂电机控制器的力矩命令进行主动调节,直到该车轮的轮速减去整车的目标转速的差值小于或等于100r/min;
当4个车轮的轮速减去整车的目标转速的差值均在200r/min以内,则发送给各个轮毂电机控制器的力矩命令恢复为由驾驶员意图决定其大小的模式,保证行驶时的动力性要求。
按上述方法,当车速大于60km/h的情况下,判断出有车轮有飞轮的趋势时,将发送给该车轮的轮毂电机控制器的力矩命令,同步调节发给该车轮同轴对侧的轮毂电机控制器。
一种基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制系统,其特征在于:它包括动力系统和控制系统;其中,
动力系统包括动力电池、BMS配电柜、电机控制器、轮毂电机和24V电源;动力电池通过BMS配电柜分成高压和低压部分,高压部分给电机控制器供电,进而给轮毂电机提供高压电;低压部分对24V电源充电,24V电源对整车控制器和电机控制器供电;
控制系统包括用于轮速传感器、整车控制器和存储器;通过轮速传感器分别获得四个车轮的轮速,将轮速信号传给整车控制器,存储器中存有计算机程序供整车控制器调用,从而实现所述的基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制方法。
本发明的有益效果为:通过逻辑判断调整输入轮毂电机的电机转矩、电机转速自适应调节以实现ASR控制,功率损耗小;反应快;成本低。
附图说明
图1为本发明一实施例的系统结构示意图。
图2为本发明一实施例的控制逻辑图。
图3(a)、(b)、(c)为本发明一实施例的控制效果图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制系统,如图1所示,它包括动力系统和控制系统;其中,动力系统包括动力电池、BMS配电柜、电机控制器、轮毂电机和24V电源;动力电池通过BMS配电柜分成高压和低压部分,高压部分给电机控制器供电,进而给轮毂电机提供高压电;低压部分对24V电源充电,24V电源对整车控制器和电机控制器供电;控制系统包括用于轮速传感器、整车控制器和存储器;通过轮速传感器分别获得四个车轮的轮速,将轮速信号传给整车控制器,存储器中存有计算机程序供整车控制器调用,从而实现基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制方法。电机控制器将转矩信号发送给轮毂电机,轮毂电机转速进行自适应变化,整车控制器实时调节轮毂电机输出力矩,进而不断调节轮毂电机转速,使各个车轮的滑转率维持在较为理想的范围内。
在解决驱动防滑技术时,必须计算驱动轮的滑转率(式中:s—车轮滑转率,ω—驱动轮转角速度,u—车辆移动速度,r—车轮半径。)。由于轮毂电机车辆是四轮独立驱动,其难点就是车辆移动速度的估计。低速行驶时,测量车速精度不高、偏差较大,因而在低速行驶工况下本发明依据四个驱动轮的轮速估计出目标转速,及相应的车辆移动速度,然后将车轮的轮速和目标轮速比较,根据逻辑判断其是否滑转,并采用相应的转矩命令使轮毂电机转速进行自适应调节;高速行驶时,基于车辆行驶的稳定性、安全性,在判断出某个车轮滑转后,同轴对侧车轮也要进行相应的转矩控制,以防止车辆产生额外的横摆力矩,保证高速行车时的稳定性。
本发明提供一种基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑(ASR)控制方法,如图2所示,它包括以下步骤:
S1、目标转速的估计:
分别实时获取左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的轮速,判断左前轮、右前轮的轮速差值是否小于或等于150r/min,若是,则取左前轮轮速w1作为前轮目标转速M_Speed_F,若否,则取左前轮轮速w1、右前轮轮速w2中较小者为前轮目标转速M_Speed_F;
同理算出后轮目标转速M_Speed_R;
若M_Speed_R减M_Speed_F大于150r/min,则取M_Speed_F坐位整车的目标转速,否则以M_Speed_R作为整车的目标转速。
S2、车轮滑转判断及轮毂电机转矩控制:
分别将4个车轮的轮速与整车的目标转速对比,当任一车轮的轮速减去整车的目标转速的差值超过200r/min时,判断该车轮有飞转的趋势,降低发送给该车轮的轮毂电机控制器的力矩命令;每隔一个报文收发周期判断一次,若该车轮的轮速减去整车的目标转速的差值大于100r/min,则对发送给该车轮的轮毂电机控制器的力矩命令进行主动调节,直到该车轮的轮速减去整车的目标转速的差值小于或等于100r/min。
当4个车轮的轮速减去整车的目标转速的差值均在200r/min以内,则发送给各个轮毂电机控制器的力矩命令恢复为由驾驶员意图决定其大小的模式,保证行驶时的动力性要求。
同时,当车速大于60km/h的情况下,判断出有车轮有飞轮的趋势时,将发送给该车轮的轮毂电机控制器的力矩命令,同步调节发给该车轮同轴对侧的轮毂电机控制器,以保证高速行驶时的稳定性,避免附加横摆力矩的产生。
驱动防滑的控制算法包括逻辑门限控制、PID控制、模糊控制、滑模变控制等方法。本发明控制方法采用逻辑门限值判断,各种门限值及其他参数都是反复实验得出的是经验数值,无太大的理论依据。主要的考虑点在于150r/min的转速折算后约为24.3km/h,除以减速比5以后约为5.85km/h,即各车轮轮速比目标轮速仅相差4.5km/h时,防滑控制系统就进行介入。
本发明主要是一种通过车轮传感器测得轮速与目标转速进行逻辑判断其车轮是否滑转,滑转时通过电机控制器主动控制轮毂电机转矩从而使电机转速自调节的方法。
本发明依托于试验项目,最后的验证结果如图3所示。(a)四个车轮轮速图,在180这个时间点后轮轮速明显大于前轮轮速,判断出两后轮出现打滑,接下来通过电机控制四个轮速趋于一致。(b)、(c)为两后轮轮速与轮毂电机转矩控制图,刚开始电机转矩不断增大,在检测到轮速大于目标转速时主动降低电机转矩。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点,其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,本发明的保护范围不限于上述实施例。所以,凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰,均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制方法,其特征在于:它包括以下步骤:
S1、目标转速的估计:
分别实时获取左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的轮速,判断左前轮、右前轮的轮速差值是否小于或等于150r/min,若是,则取左前轮轮速w1作为前轮目标转速M_Speed_F,若否,则取左前轮轮速w1、右前轮轮速w2中较小者为前轮目标转速M_Speed_F;
同理算出后轮目标转速M_Speed_R;
若M_Speed_R减M_Speed_F大于150r/min,则取M_Speed_F作为整车的目标转速,否则以M_Speed_R作为整车的目标转速;
S2、车轮滑转判断及轮毂电机转矩控制:
分别将4个车轮的轮速与整车的目标转速对比,当任一车轮的轮速减去整车的目标转速的差值超过200r/min时,判断该车轮有飞转的趋势,发送给该车轮的轮毂电机控制器降低力矩的命令;每隔一个报文收发周期判断一次,若该车轮的轮速减去整车的目标转速的差值大于100r/min,则对发送给该车轮的轮毂电机控制器的力矩命令进行主动调节,直到该车轮的轮速减去整车的目标转速的差值小于或等于100r/min;
当4个车轮的轮速减去整车的目标转速的差值均在200r/min以内,则发送给各个轮毂电机控制器的力矩命令恢复为由驾驶员意图决定其大小的模式,保证行驶时的动力性要求。
2.根据权利要求1所述的基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制方法,其特征在于:当车速大于60km/h的情况下,判断出有车轮有飞轮的趋势时,将发送给该车轮的轮毂电机控制器的力矩命令,同步调节发给该车轮同轴对侧的轮毂电机控制器。
3.一种基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制系统,其特征在于:它包括动力系统和控制系统;其中,
动力系统包括动力电池、BMS配电柜、电机控制器、轮毂电机和24V电源;动力电池通过BMS配电柜分成高压和低压部分,高压部分给电机控制器供电,进而给轮毂电机提供高压电;低压部分对24V电源充电,24V电源对整车控制器和电机控制器供电;
控制系统包括轮速传感器、整车控制器和存储器;通过轮速传感器分别获得四个车轮的轮速,将轮速信号传给整车控制器,存储器中存有计算机程序供整车控制器调用,从而实现权利要求1或2所述的基于轮毂电机的纯电动汽车驱动防滑控制方法。
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