CN108482364A - 一种电动汽车分布式驱动控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车分布式驱动控制器，该电动汽车分布式驱动控制器包含：输入信号处理模块，其分别与供电装置、加速踏板传感器和制动踏板传感器连接，接收并处理输入信号；整车驱动控制模块，其与输入信号处理模块连接；驱动扭矩输出模块，其与整车驱动控制模块连接；驱动扭矩输出模块通过CAN总线分别与整车控制器、电机控制器、方向盘转角传感器、换挡控制器、整车横摆角速度传感器、制动防抱死系统连接。本发明的电动汽车分布式驱动控制器的资源需求少、电路结构简单、体积质量较小，对整车成本影响不大；具备独立标定接口，驱动系统和制动系统联合标定；还可配合整车实现GPS定位、发送功能，实时监控行车状态，可远程在线更新功能。

Description

一种电动汽车分布式驱动控制器
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分布式驱动控制器。
背景技术
分布式驱动系统采用软连接代替部分机械传动部件，结构紧凑，提高了车辆的驱动效率和空间利用率，通过独立调节驱动轮的扭矩来实现电子差速，增强了车辆的电子化程度，实现了更好的主动化控制，已经成为电动汽车驱动技术的研究热点。分布式驱动系统集动力、传动、制动于一体，其关键技术包括电动轮驱动技术和电子差速控制技术。
目前，电动汽车的控制架构均是通过整车控制器(Vehicle Control Unit，简称VCU)来实现驾驶员意图识别和需求扭矩管理，整车控制器VCU通过CAN通讯发送驾驶员需求扭矩给电机控制器 (Motor Control Unit，简称MCU)来实现整车的驱动控制。
电动汽车整车控制器的控制功能繁多，包括整车上下电、能量分配、整车热管理、整车安全管理等，通过整车控制器来进行驾驶员意图识别和需求扭矩管理便于整车各控制系统的统筹协调，但是在开发过程中由于各控制功能的相互制约，不利于各控制模块的同步开发和标定测试，而且当电动汽车产品开发中需要电驱动系统升级、换代时，将导致整车控制器内部各系统功能程序需要全部重新测试、标定，耗时耗力。同时整车控制器通用性较差，需要针对不同车型、不同驱动型式开发不同的整车控制器。
目前，整车控制器对电动汽车的能量回收只是考虑现有制动系统基础上利用电机的回馈特性，而针对电动汽车及未来智能驾驶汽车新开发的制动系统基础上的能量回收无法适用。分布式驱动技术作为电动汽车驱动技术的发展方向，其驱动控制策略灵活多变，则提出一种电动汽车分布式驱动控制器，以为了更加有效地发挥分布式驱动电动汽车的优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车分布式驱动控制器(Driving Control Unit，简称DCU)，将分布式驱动系统的驱动控制功能单独通过一个控制器来实现，使驾驶员意图识别和需求扭矩管理功能从整车控制器(VCU)中独立出来，将整车控制器的资源释放给其他功能，提高分布式驱动电机汽车的配置灵活性。
为了达到上述目的，本发明公开的一种电动汽车分布式驱动控制器，包含：
输入信号处理模块，分别与供电装置、加速踏板传感器和制动踏板传感器连接，接收并处理输入信号；
整车驱动控制模块，与所述输入信号处理模块连接；
驱动扭矩输出模块，与所述整车驱动控制模块连接；所述驱动扭矩输出模块通过CAN总线分别与整车控制器、电机控制器、方向盘转角传感器、换挡控制器、整车横摆角速度传感器和制动防抱死系统连接。
优选地，所述输入信号包含供电信号、模拟量信号和开关量信号；所述供电信号包含常电信号和钥匙电信号；所述模拟量信号包含加速踏板开度信号和制动踏板开度信号；所述开关量信号包含制动开关信号及钥匙开关信号。
优选地，所述输入信号处理模块设有加速踏板信号处理单元、制动踏板信号处理单元、电机转速信号处理单元、车速信号处理单元、档位信号处理单元、横摆角速度信号处理单元和车轮转速信号处理单元。
优选地，所述整车驱动控制模块包含：
切换整车行驶模式的整车行驶模式控制单元；
通过驾驶员操作来判断驾驶员驾驶意图的驾驶员意图识别单元；
需求扭矩解析单元，其设有电子差速控制子单元、制动能量回收子单元、牵引力控制子单元、车辆稳定性控制子单元、电子限速子单元、防车轮反转子单元和坡道起步控制子单元；
驾驶员扭矩仲裁单元，其设有系统过载限制子单元、部件保护限制子单元、跛行回家子单元和扭矩平滑处理子单元。
优选地，所述整车行驶模式为标准模式或经济模式或下长坡模式。
优选地，所述驾驶意图为驻车或怠速或行车或滑行。
优选地，所述驱动扭矩输出模块设有驱动电机目标扭矩信号单元以及故障报警信号输出单元。
本发明还提供了一种包含如上文所述的电动汽车分布式驱动控制器的电动汽车，该电动汽车还包含：加速踏板传感器、制动踏板传感器和多轮边电机驱动系统，以及通过CAN总线各自与所述电动汽车分布式驱动控制器连接的制动防抱死系统、整车控制器、方向盘转角传感器、整车横摆角速度传感器和多个电机控制器；其中，所述多轮边电机驱动系统设有多组电机驱动装置；各个电机控制器接收所述电动汽车分布式驱动控制器发送的需求目标扭矩，并分别与对应的各个电机驱动装置连接，控制电机驱动装置运行。
优选地，所述多轮边电机驱动系统为双轮边电机驱动系统，其设有两组电机驱动装置，所述电机控制器的数目为两个；或者，所述多轮边电机驱动系统为四轮边电机驱动系统，其设有四组电机驱动装置，所述电机控制器的数目为四个。
优选地，各组电机驱动装置设有驱动电机、轮边减速机构和驱动轮，所述轮边减速机构分别与所述驱动电机和所述驱动轮连接；各个电机控制器与对应的驱动电机连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的电动汽车分布式驱动控制器，将分布式驱动系统的驱动控制功能单独通过一个控制器实现。
(2)本发明的电动汽车分布式驱动控制器功能和结构简单，集成了牵引力控制和车辆稳定性控制功能，可根据路面和车辆行驶状态灵活调整所有驱动轮的驱动扭矩分配，提高车辆的行驶稳定性。
(3)本发明的电动汽车分布式驱动控制器可同时适用于双轮边电机驱动系统、四轮边电机驱动系统等分布式驱动形式。
(4)本发明的电动汽车分布式驱动控制器具备独立标定接口，驱动系统和制动系统联合标定，充分提高电动车回收的能量。
(5)本发明的电动汽车分布式驱动控制器可配合整车控制实现 GPS定位、发送功能，还可实时监控行车状态，并可以远程在线更新功能。
(6)本发明的电动汽车分布式驱动控制器的防车轮反转功能可以有效防止在低附着路面上由于制动能量回收发生车轮反转。
附图说明
图1本发明的电动汽车分布式驱动控制器的电气结构示意图；
图2本发明的电动汽车分布式驱动控制器的控制模块结构示意图；
图3本发明的电动汽车分布式驱动控制器在两轮边驱动电动汽车上与其他控制单元的连接原理示意图；
图4本发明的电动汽车分布式驱动控制器在四轮边驱动电动汽车上与其他控制单元的连接原理示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。
以下结合附图，以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
如图1所示，本发明的电动汽车分布式驱动控制器(Driving Control Unit，简称DCU)的输入信号包括常电及钥匙电，加速踏板开度信号及制动踏板开度信号，和制动开关信号及钥匙开关信号。
其中，常电及钥匙电信号为该电动汽车分布式驱动控制器DCU 的供电信号，加速踏板开度信号及制动踏板开度信号属于模拟量信号，制动开关信号及钥匙开关信号属于开关量信号。
该输入信号通过CPU处理后传输出相应的输出信号，电动汽车分布式驱动控制器DCU的输出信号除CAN信号外无其他驱动信号。
电动汽车分布式驱动控制器DCU通过CAN通讯(CAN总线设有CANH和CANL两个输出端)与整车控制器(Vehicle Control Unit，简称VCU)、电机控制器(Motor Control Unit，简称MCU)、方向盘转角传感器(Steering Angle System，简称SAS)、换挡控制器(ShiftControl Unit，简称SCU)、整车横摆角速度传感器 (Vehicle Inertial Measuring Unit，简称VIMU)、制动防抱死系统 (Anti-lock Braking System，简称ABS)进行信号交互。
由上可知，本发明的电动汽车分布式驱动控制器除了供电、踏板开度信号以及制动开关信号，其他所需的控制和驱动信号均可以通过CAN信号发送和接收，则电动汽车分布式驱动控制器的资源需求少、电路结构简单、体积质量较小，对整车的成本影响不大；同时，具备独立标定接口，驱动系统和制动系统联合标定；还可以配合整车实现GPS定位、发送功能，实时监控行车状态，并可以远程在线更新功能。
图2为本发明的电动汽车分布式驱动控制器DCU的控制模块结构示意图。
电动汽车分布式驱动控制器DCU设置有输入信号处理模块、整车驱动控制模块和驱动扭矩输出模块。
其中，输入信号处理模块包括加速踏板信号处理单元、制动踏板信号处理单元、电机转速信号处理单元、车速信号处理单元、档位信号处理单元、横摆角速度信号处理单元和车轮转速信号处理单元。
驱动扭矩输出模块包括各驱动电机目标扭矩信号单元以及故障报警信号输出单元。
整车驱动控制模块包括整车行驶模式控制单元、驾驶员意图识别单元、需求扭矩解析单元和驾驶员扭矩仲裁单元。
具体地：
(一)该整车行驶模式控制单元将整车行驶模式分为标准模式、经济模式和下长坡模式。
a、车辆默认行驶状态为标准模式，在此标准模式下，相同加速踏板开度对应的电机驱动扭矩较大，整车动力加速性能较好。
b、当换挡控制器SCU切换到经济模式后，则整车行车模式切换到经济模式，在此经济模式下，相同加速踏板开度对应的电机驱动扭矩减小，减少大功率输出，整车耗电量减小，同时增加制动能量回收扭矩，整车经济性较好。
c、当换挡控制器SCU切换到下长坡模式后，通过制动能量回收控制，保持车辆下坡过程中车速的稳定，减小驾驶员踩刹车的次数，缓解制动器的热衰减，提高行车安全。
(二)驾驶员意图识别单元的功能主要是通过驾驶员的操作 (例如对换挡控制器、加速踏板以及制动踏板的控制操作)来判断驾驶员的驾驶意图是驻车、怠速、行车还是滑行；除了驻车状态，怠速、行车和滑行这三种状态需要区分前进和倒车。
(三)需求扭矩解析单元的功能包括电子差速控制、制动能量回收、牵引力控制、车辆稳定性控制、电子限速功能、防车轮反转功能和坡道起步控制。
其中，电子差速控制系统根据油门开度信号和电机转速信号查表计算驱动电机目标扭矩，直接控制各驱动电机的目标扭矩。
当路面摩擦力与各车轮驱动扭矩达到平衡，将实现各车轮转速的自适应控制；当车轮出现滑转时，将通过牵引力控制程序调节各驱动电机的目标扭矩，以确保各驱动车轮不会出现滑转；当车辆出现失稳时，将通过车辆稳定性控制程序对各驱动电机的目标扭矩进行修正，以提高车辆的行驶稳定性。
电动汽车的能量回馈特性是在车辆制动过程中电机由驱动电机变为发电机，对电动汽车车轮施加反向的制动力，电动汽车在低附着路面，如雪面、冰面等，整车会产生跑偏、侧倾，甚至反转等危险情况。
通过防车轮反转功能可以有效地防止在低附着路面上由于制动能量回收发生车轮反转。
电子限速功能主要是针对公交车等有最高限速要求的车型特有的功能，通过限速调节将车辆最高车速限制到要求范围内。
坡道起步控制通过识别车辆在前进挡时电机反转趋势，通过增加起步时驱动电机的扭矩，防止坡道起步时的车辆发生溜坡。
(四)驾驶员扭矩仲裁单元的功能包括系统过载限制、部件保护限制、跛行回家和扭矩平滑处理。
由于电动汽车动力电池系统有放电和充电功率限制，所以需要通过系统过载限制和部件保护限制来调节最终输出的电机目标扭矩，另外跛行回家模式可以保证电动汽车的电子控制单元出故障时，使电动汽车能够继续在故障模式下行驶回家或去附近的修理厂。
由于驾驶员需求扭矩需要在各种控制模式下来回切换，所以需要进行扭矩平滑处理保证最终发出的驱动电机目标扭矩不会产生阶跃突变。
在本发明的第一个优选实施例中，如图3所示，本发明的电动汽车分布式驱动控制器可适用于双轮边电机驱动系统的电动汽车上。
该双轮边电机驱动的电动汽车包含电动汽车分布式驱动控制器 DCU、双轮边电机驱动系统、加速踏板传感器、制动踏板传感器、制动防抱死系统ABS、整车控制器VCU、两个电机控制器MCU、方向盘转角传感器SAS和整车横摆角速度传感器VIMU。其中，双轮边电机驱动系统包含两组相同的电机驱动装置，每个电机驱动装置设有驱动电机、轮边减速机构和驱动轮。轮边减速机构分别与驱动电机和驱动轮连接。电机控制器MCU与对应的驱动电机连接。
电动汽车分布式驱动控制器DCU根据加速踏板传感器和制动踏板传感器各自发送的电信号以及整车控制器VCU发送的整车状态 CAN信号，计算各个驱动电机的需求目标扭矩，通过CAN总线将需求目标扭矩发送给各个电机控制器MCU，由各个驱动电机控制器 MCU控制各个驱动电机按照需求目标扭矩运行，进而驱动车轮运转，保证车辆正常行驶。
在本发明的第二个优选实施例中，如图4所示，本发明的电动汽车分布式驱动控制器可适应于四轮边电机驱动系统的电动汽车上。
该四轮该双轮边电机驱动的电动汽车包含电动汽车分布式驱动控制器DCU、四轮边电机驱动系统、加速踏板传感器、制动踏板传感器、制动防抱死系统ABS、整车控制器VCU、四个电机控制器 MCU、方向盘转角传感器SAS和整车横摆角速度传感器VIMU。其中，四轮边电机驱动系统包含四组相同的电机驱动装置，同样，每个电机驱动装置设有驱动电机、轮边减速机构和驱动轮。各个轮边减速机构分别与对应的驱动电机和驱动轮连接。电机控制器MCU 与对应的驱动电机连接。
电动汽车分布式驱动控制器DCU根据加速踏板传感器和制动踏板传感器各自发送的电信号以及整车控制器VCU发送的整车状态CAN信号，计算各个驱动电机的需求目标扭矩，通过 CAN总线将需求目标扭矩发送给各个电机控制器MCU，由各个驱动电机控制器MCU控制各个驱动电机按照需求。

Claims (10)

1.一种电动汽车分布式驱动控制器，其特征在于，包含：
输入信号处理模块，分别与供电装置、加速踏板传感器和制动踏板传感器连接，接收并处理输入信号；
整车驱动控制模块，与所述输入信号处理模块连接；
驱动扭矩输出模块，与所述整车驱动控制模块连接；所述驱动扭矩输出模块通过CAN总线分别与整车控制器、电机控制器、方向盘转角传感器、换挡控制器、整车横摆角速度传感器和制动防抱死系统连接。
2.如权利要求1所述的电动汽车分布式驱动控制器，其特征在于，
所述输入信号包含供电信号、模拟量信号和开关量信号；
所述供电信号包含常电信号和钥匙电信号；
所述模拟量信号包含加速踏板开度信号和制动踏板开度信号；
所述开关量信号包含制动开关信号及钥匙开关信号。
3.如权利要求1所述的电动汽车分布式驱动控制器，其特征在于，
所述输入信号处理模块设有加速踏板信号处理单元、制动踏板信号处理单元、电机转速信号处理单元、车速信号处理单元、档位信号处理单元、横摆角速度信号处理单元和车轮转速信号处理单元。
4.如权利要求1所述的电动汽车分布式驱动控制器，其特征在于，
所述整车驱动控制模块包含：
切换整车行驶模式的整车行驶模式控制单元；
通过驾驶员操作来判断驾驶员驾驶意图的驾驶员意图识别单元；
需求扭矩解析单元，其设有电子差速控制子单元、制动能量回收子单元、牵引力控制子单元、车辆稳定性控制子单元、电子限速子单元、防车轮反转子单元和坡道起步控制子单元；
驾驶员扭矩仲裁单元，其设有系统过载限制子单元、部件保护限制子单元、跛行回家子单元和扭矩平滑处理子单元。
5.如权利要求4所述的电动汽车分布式驱动控制器，其特征在于，
所述整车行驶模式为标准模式或经济模式或下长坡模式。
6.如权利要求4或5所述的电动汽车分布式驱动控制器，其特征在于，
所述驾驶意图为驻车或怠速或行车或滑行。
7.如权利要求1所述的电动汽车分布式驱动控制器，其特征在于，
所述驱动扭矩输出模块设有驱动电机目标扭矩信号单元以及故障报警信号输出单元。
8.一种包含如权利要求1-7任意一项所述的电动汽车分布式驱动控制器的电动汽车，其特征在于，包含：加速踏板传感器、制动踏板传感器和多轮边电机驱动系统，以及通过CAN总线各自与所述电动汽车分布式驱动控制器连接的制动防抱死系统、整车控制器、方向盘转角传感器、整车横摆角速度传感器和多个电机控制器；其中，所述多轮边电机驱动系统设有多组电机驱动装置；各个电机控制器接收所述电动汽车分布式驱动控制器发送的需求目标扭矩，并分别与对应的各个电机驱动装置连接，控制电机驱动装置运行。
9.如权利要求8所述的一种电动汽车，其特征在于，
所述多轮边电机驱动系统为双轮边电机驱动系统，其设有两组电机驱动装置，所述电机控制器的数目为两个；
或者，所述多轮边电机驱动系统为四轮边电机驱动系统，其设有四组电机驱动装置，所述电机控制器的数目为四个。
10.如权利要求8或9所述的一种电动汽车，其特征在于，
各组电机驱动装置设有驱动电机、轮边减速机构和驱动轮，所述轮边减速机构分别与所述驱动电机和所述驱动轮连接；
各个电机控制器与对应的驱动电机连接。
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