CN108466570A - 一种电动汽车电子差速器 - Google Patents

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肖金生
王圳
陈明韬
杨天麒
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    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种电动汽车电子差速器，用在双电机后驱电动汽车上，包括整车控制器以及分别与整车控制器连接的左右驱动轮转速控制器、方向盘转角传感器、左右驱动轮转速传感器和加速踏板传感器，整车控制器包括用于判定是否处于刹车状态的判断刹车模块、用于判定是否处于转弯状态的判断转弯模块、预设有速度方程模型的差速控制模块和用于判定车速传感器是否故障的判断车速传感器是否故障模块，各传感器采集的数据输入整车控制器，由速度方程模型计算后通过左右驱动轮转速控制器分配左右驱动轮的转速。该电子差速器可以使车辆脱困能力得到大幅度提升，减少了传动系统的零部件，提高了汽车的传动效率。

Description

一种电动汽车电子差速器
技术领域
本发明属于电动汽车领域，具体涉及一种电动汽车电子差速器。
背景技术
汽车行驶时，为了完成转弯，需要内侧车轮转弯半径小于外侧车轮转弯半径，因而需要内侧车轮转速低于外侧车轮转速。如果后轮轴做成一个整体，则两驱动轮势必具有相同的角速度，但是由于其运行的轨迹长度是不同的，则必然会导致某一侧驱动轮出现滑转或滑移现象，不但会使轮胎磨损过早、增加汽车的能源消耗，还容易使汽车在转向时失去抗侧滑之能力，继而一个轮胎将发生打滑现象，从而造成操纵性变差、稳定性变坏的结果。
为了解决上述问题，人们设计了差速器。差速器分为电子差速器和机械差速器，机械差速器的特点是无论车辆是转弯行驶还是直线行驶，两侧的车轮转速之和是差速器壳转速的两倍，这样可以使车辆正常转弯，但是当车辆的一个驱动轮陷入到泥潭中而发生空转时，另外一个未陷入泥潭的驱动轮将会失去动力，而目前的电子差速器实质上是电子差速锁(英文全称为ElectronicDifferentialSystem)，它是ABS的一种扩展功能，当驱动轮陷泥潭而发生空转时，通过对空转车轮进行制动，来间接提高另一侧车轮的附着力，但是这办法不能做到精确控制，会损失大量动力，因此脱困相应慢，脱困效果较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车电子差速器，该电子差速器可以直接分配左右驱动轮的转速，使车辆脱困能力得到大幅度提升，减少了传动系统的零部件，提高了汽车的传动效率。
本发明采用的技术方案是：
一种电动汽车电子差速器，用在双电机后驱电动汽车上，包括整车控制器以及分别与整车控制器连接的左右驱动轮转速控制器、方向盘转角传感器、左右驱动轮转速传感器和加速踏板传感器，整车控制器包括用于判定是否处于刹车状态的判断刹车模块、用于判定是否处于转弯状态的判断转弯模块、预设有速度方程模型的差速控制模块和用于判定车速传感器是否故障的判断车速传感器是否故障模块，各传感器采集的数据输入整车控制器，由速度方程模型计算后通过左右驱动轮转速控制器分配左右驱动轮的转速。
进一步地，电动汽车电子差速器的工作方法包括步骤：
s1、通过方向盘转角传感器采集方向盘转角值从而得到车辆转角值，通过加速踏板传感器采集加速踏板值，通过左右驱动轮转速传感器采集左右驱动轮转速值，之后各数据上传至判断刹车模块；
S2、在判断刹车模块中，若加速踏板值为0，则判定车辆处于刹车状态，各数据上传至判断车速传感器是否故障模块，否则各数据上传至判断转弯模块；
S3、在判断转弯模块中，若车辆转角值为0，则判定车辆处于直行状态，各数据上传至判断车速传感器是否故障模块，否则判定车辆处于转弯状态，各数据上传至差速控制模块；
S4、在差速控制模块中，任意一个驱动轮的转速值输入速度方程模型后得到另一个驱动轮的转速控制值，转速控制值上传至相应的驱动轮转速控制器，相应的驱动轮转速控制器将相应的驱动轮转速调整至转速控制值，之后各数据上传至判断车速传感器是否故障模块；
S5、在判断车速传感器是否故障模块中，若判定车速传感器没有故障，则重复S1至S5，否则中断程序。
进一步地，在S4中，速度方程模型为：
其中，ω内是内驱动轮转速、ω外是外驱动轮转速、L是车轮轴距、δ是车辆转角、D是后轮轮距。
进一步地，速度方程模型基于Ackerman模型建立，由Ackerman模型可知，
r内＝r外(5).
其中，R是后轴中心点转向半径、V内是内驱动轮轴心速度、V外是外驱动轮轴心速度、r内是内驱动轮半径、r外是外驱动轮半径、ω0是车辆转弯时角速度；由式(2)至(5)得到式(1)。
进一步地，电动汽车电子差速器基于单片机且通过CAN总线进行数据传输和通信。
进一步地，整车控制器与显示屏连接，显示屏能够显示电动汽车电子差速器的输入数据和输出数据。
进一步地，显示屏兼容5V和3.3V电压输入。
进一步地，显示屏为彩色液晶显示屏。
本发明的有益效果是：
该电子差速器可以直接分配左右驱动轮的转速，从而使车辆脱困能力得到大幅度提升，不仅能做到驱动轮精确快速控制，还不会限制损耗车辆发动机动力；该电子差速器可以使得汽车的传动结构被大大简化，很大程度上减少了传动系统的零部件，提高了汽车的传动效率，实现节能减排的目的。
附图说明
图1是本发明中电动汽车电子差速器的原理图。
图2是本发明中电动汽车电子差速器的工作流程图。
图3是Ackerman模型示意图。
图4是本发明中电动汽车电子差速器的电源电路原理图。
图5是本发明中电动汽车电子差速器的复位电路和BDM电路原理图。
图6是本发明中电动汽车电子差速器的A/D转换电路原理图。
图7是本发明中电动汽车电子差速器的显示屏电路原理图。
图8是本发明中电动汽车电子差速器的CAN总线接口电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种电动汽车电子差速器，用在双电机后驱电动汽车上，包括整车控制器以及分别与整车控制器连接的左右驱动轮转速控制器、方向盘转角传感器、左右驱动轮转速传感器和加速踏板传感器，整车控制器包括用于判定是否处于刹车状态的判断刹车模块、用于判定是否处于转弯状态的判断转弯模块、预设有速度方程模型的差速控制模块和用于判定车速传感器是否故障的判断车速传感器是否故障模块，各传感器采集的数据输入整车控制器，由速度方程模型计算后通过左右驱动轮转速控制器分配左右驱动轮的转速。如图1所示，该电子差速器可以直接分配左右驱动轮的转速，从而使车辆脱困能力得到大幅度提升，不仅能做到驱动轮精确快速控制，还不会限制损耗车辆发动机动力；该电子差速器可以使得汽车的传动结构被大大简化，很大程度上减少了传动系统的零部件，提高了汽车的传动效率，实现节能减排的目的。
如图2所示，在本实施例中，电动汽车电子差速器的工作方法包括步骤：
s1、通过方向盘转角传感器采集方向盘转角值从而得到车辆转角值，通过加速踏板传感器采集加速踏板值，通过左右驱动轮转速传感器采集左右驱动轮转速值，之后各数据上传至判断刹车模块。
S2、在判断刹车模块中，若加速踏板值为0，则判定车辆处于刹车状态，各数据上传至判断车速传感器是否故障模块，否则各数据上传至判断转弯模块。
S3、在判断转弯模块中，若车辆转角值为0，则判定车辆处于直行状态，各数据上传至判断车速传感器是否故障模块，否则判定车辆处于转弯状态，各数据上传至差速控制模块。
S4、在差速控制模块中，任意一个驱动轮的转速值输入速度方程模型后得到另一个驱动轮的转速控制值，转速控制值上传至相应的驱动轮转速控制器，相应的驱动轮转速控制器将相应的驱动轮转速调整至转速控制值，之后各数据上传至判断车速传感器是否故障模块。
速度方程模型为：
其中，ω内是内驱动轮转速、ω外是外驱动轮转速、L是车轮轴距、δ是车辆转角、D是后轮轮距。
如图3所示，速度方程模型基于Ackerman模型建立，O点是汽车转弯时的速度瞬心，由Ackerman模型可知，
r内＝r外 (5).
由式(2)至(5)得到式(1)，
其中，R是后轴中心点转向半径、V内是内驱动轮轴心速度、V外是外驱动轮轴心速度、r内是内驱动轮半径、r外是外驱动轮半径、ω0是车辆转弯时角速度。
S5、在判断车速传感器是否故障模块中，若判定车速传感器没有故障，则重复S1至S5，否则中断程序。
在本实施例中，电动汽车电子差速器基于单片机且通过CAN总线进行数据传输和通信。基于单片机的电动汽车电子差速器控制精度高、响应速度快，CAN总线具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点。
在本实施例中，整车控制器与显示屏连接，显示屏能够显示电动汽车电子差速器的输入数据和输出数据。显示屏兼容5V和3.3V电压输入，显示屏为彩色液晶显示屏。
如图4-8所示，为电动汽车电子差速器的硬件电路，包括电源电路、复位电路和BDM电路、A/D转换电路、显示屏电路、CAN总线接口电路，其中：
如图4所示，在本实施例中，电源电路选用MCS12XEP100。MCS12XEP100的外部供电电压为5V，将汽车上的12V和24V电源电压转换为5V的直流电源给单片机直接供电。J-S1是汽车电源输入的接口，BATTERY+为电源输出，电源通过保险丝FA1和二极管D1，输入到电源芯片LM2576，FA1为1A的保险丝，对电路其保护作用，D1是防止电源接反而损坏硬件设备，LM2576是降压型开关稳压器，作为电源转换模块，可以将车载的12V和24V电源转换为单片机使用的5V的电源，DA2为稳压二极管，电感LA3和二极管Z1是芯片LM2576的外围电路的组成部分，电路中的电容起到稳压和滤波的作用，POWER1是电源指示灯，VCC是5V的电压输出，给芯片提供电源。
如图5所示，在本实施例中，复位电路中使用的复位芯片是MAX809，当芯片的3引脚的输入电压为低于5V的某个值时，芯片的2引脚输出的高电平就变成了低电平，单片机则会发生复位，开关KA1便是一个外部复位源，他用于单片机的手动复位，当开关没有按下时，输入到单片机的电平是高电平，当按键按下时，高电平就变成了低电平，单片机则发生复位。BDM电路是MC9S12XEP100单片机的调试接口电路，1引脚与MC9S12XEP100单片机上对应的BKGD引脚相连、2引脚接地、3引脚和5引脚空接、4引脚与单片机上的RESET相连、6引脚与电源VCC相连，VCC为芯片提供的电压为5V。
如图6所示，在本实施例中，由于MC9S12XEP100单片机自带片内A/D转换器，因而不需要外置A/D转换器，但需要设计一个电压跟随器，以最大地获取电源电压，保证电量检测的可靠性。此电路使用OP07来实现电压跟随器作用，OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路，加速踏板信号、转角信号这两个电压信号经过OP后输出到单片机的AD0、AD1引脚，AD2引脚设计为备用引脚。
如图7所示，在本实施例中，Q2是P沟道的MOS管，它的作用是作为液晶显示屏的电源开关，当LCD-ON为高电平时，Q2为截止状态，显示屏是断电的；当LCD-ON低电平时，Q2导通，此时显示屏处于供电状态。
如图8所示，在本实施例中，CAN总线接口芯片选用的是TJA1050。1引脚是CAN模块的发送，2引脚和8引脚为电源的地，3引脚为电源的输入接口，4引脚为CAN模块的接收，5引脚接空，6引脚与CAN总线的CANL线相连，7引脚与CAN总线的CANH相连。JA2是一个跳线插针，如果在插针上插上跳线帽，则RA7将接入到CAN总线的两条线上；拔掉跳线帽，则RA7断开。J-CAN是CAN总线连接的接口。CAN通信协议表如下：
表1CAN通信协议表
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种电动汽车电子差速器，其特征在于：用在双电机后驱电动汽车上，包括整车控制器以及分别与整车控制器连接的左右驱动轮转速控制器、方向盘转角传感器、左右驱动轮转速传感器和加速踏板传感器，整车控制器包括用于判定是否处于刹车状态的判断刹车模块、用于判定是否处于转弯状态的判断转弯模块、预设有速度方程模型的差速控制模块和用于判定车速传感器是否故障的判断车速传感器是否故障模块，各传感器采集的数据输入整车控制器，由速度方程模型计算后通过左右驱动轮转速控制器分配左右驱动轮的转速。
2.如权利要求1所述的电动汽车电子差速器，其特征在于：电动汽车电子差速器的工作方法包括步骤，
S1、通过方向盘转角传感器采集方向盘转角值从而得到车辆转角值，通过加速踏板传感器采集加速踏板值，通过左右驱动轮转速传感器采集左右驱动轮转速值，之后各数据上传至判断刹车模块；
S2、在判断刹车模块中，若加速踏板值为0，则判定车辆处于刹车状态，各数据上传至判断车速传感器是否故障模块，否则各数据上传至判断转弯模块；
S3、在判断转弯模块中，若车辆转角值为0，则判定车辆处于直行状态，各数据上传至判断车速传感器是否故障模块，否则判定车辆处于转弯状态，各数据上传至差速控制模块；
S4、在差速控制模块中，任意一个驱动轮的转速值输入速度方程模型后得到另一个驱动轮的转速控制值，转速控制值上传至相应的驱动轮转速控制器，相应的驱动轮转速控制器将相应的驱动轮转速调整至转速控制值，之后各数据上传至判断车速传感器是否故障模块；
S5、在判断车速传感器是否故障模块中，若判定车速传感器没有故障，则重复S1至S5，否则中断程序。
3.如权利要求2所述的电动汽车电子差速器，其特征在于：在S4中，速度方程模型为：
其中，ω内是内驱动轮转速、ω外是外驱动轮转速、L是车轮轴距、δ是车辆转角、D是后轮轮距。
4.如权利要求3所述的电动汽车电子差速器，其特征在于：速度方程模型基于Ackerman模型建立，由Ackerman模型可知，
r内＝r外 (5)
其中，R是后轴中心点转向半径、V内是内驱动轮轴心速度、V外是外驱动轮轴心速度、r内是内驱动轮半径、r外是外驱动轮半径、ω0是车辆转弯时角速度；
由式(2)至(5)得到式(1)。
5.如权利要求1至4任一所述的电动汽车电子差速器，其特征在于：电动汽车电子差速器基于单片机且通过CAN总线进行数据传输和通信。
6.如权利要求1至4任一所述的电动汽车电子差速器，其特征在于：整车控制器与显示屏连接，显示屏能够显示电动汽车电子差速器的输入数据和输出数据。
7.如权利要求6所述的电动汽车电子差速器，其特征在于：显示屏兼容5V和3.3V电压输入。
8.如权利要求6所述的电动汽车电子差速器，其特征在于：显示屏为彩色液晶显示屏。
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