CN109747436B - 一种分布式电驱动车辆限速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分布式电驱动车辆限速控制方法，首先采集油门踏板信息并计算油门踏板给定的转矩T0，然后采集各驱动电机的当前转速值N_i，所允许的最大转矩Tmax_i，各驱动电机所允许的最大工作转速N_maxi和故障状态信息S_i，计算得到当前车辆允许的最高车速对应的电机转速N_max和非故障电机的平均转速N_avg，比较其大小，取较小者为车辆各驱动电机的限速值Nlimit，然后根据限速控制单元进行计算得到各驱动电机的转矩指令。本方法可以有效解决分布式电驱动车辆在复杂路面工况下各驱动电机和整车车速控制复杂的难题，并且兼顾了部分电机故障下的车辆高速限速控制的需求。

Description

一种分布式电驱动车辆限速控制方法

技术领域

本发明涉及采用一种分布式电驱动车辆限速控制方法。

背景技术

分布式驱动电动汽车的主要结构特征是将驱动电机直接安装在驱动轮内或驱动轮附近，具有驱动传动链短、传动高效、结构紧凑、车内空间利用率高等突出优点，与传统内燃机车辆相比，各个车轮的驱动电动机均能独立控制，在其能力范围内各车轮转矩可按照任意比例分配，甚至一侧驱动一侧制动，直接横摆力矩控制能力增强；减小了制动横摆力矩控制中对车辆的减速作用，提高了过弯车速。此外，通过单个车轮驱动力和制动力的独立控制可以实现制动防抱死、驱动防滑、差动驱动助力转向，同时结合电动机转矩信息获得路面附着系数等环境参数，改善车辆动力学性能；独立驱/制动过程中对悬架产生的垂向反作用力可以控制俯仰、侧倾、垂向等车身姿态，改善车辆的平顺性。

相比于集中式电驱动系统，采用分布式电驱动系统的车辆在应付如爬坡、过壕沟和越障复杂路面工况时具有明显的优势，但在此过程中，各驱动电机之间的负载工况差别较大，可能出现的极限工况为部分驱动电机峰值转矩输出，部分驱动电机完全悬空，处于空载运行状态。传统的集中式电驱动型车辆所采用的仅对最高速限速进行限制控制的做法无法适用。需要充分考虑到各驱动电机的实际工作状态，动态对各驱动轮的转速进行限速控制，避免车轮出现打滑和飞车现象。

目前针对集中式驱动型新能源汽车速度限制一般有三种方法，一种是当电机超出最高转速时将给定转矩指令清零，而当电机转速低于设定转速时，再重新通过油门踏板给定转矩指令，该方法如果司机一直深踩油门踏板时，电机转速会在设定转速与最高转速之间波动，从而造成车辆行驶速度的不稳定，同时频繁的加速、减速严重影响驾乘体验；另一种方法则是当电机达到最高转速时，电机控制器进入速度模式，使电机在最高转速运行，而当油门踏板给定转矩小于电机控制器速度环输出的转矩指令时，则退出速度模式，直接由油门踏板给定转矩指令，该方法将会造成电机控制器在速度模式与转矩模式直接切换，因此在切换过程中存在转矩不连续的问题。第三种方法是当速度高于设定速度后，线性减小输入转矩，该方法无法兼顾到分布式驱动车辆中多电机系统中各驱动电机的转矩输出和转速限制的控制要求。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种分布式电驱动车辆限速控制方法，能够对车辆在两个驱动方向下各驱动电机的最高转速限制和飞车抑制功能，同时满足系统在部分驱动电机故障状态下转速限制要求。

技术方案：一种分布式电驱动车辆限速控制方法，包括如下步骤：

步骤1：整车控制器根据接收到的各驱动电机当前转速值以及驱动电机的故障状态值计算所有非故障驱动电机的当前平均转速N_avg；

步骤2：所述整车控制器取各驱动电机对应所允许的最大转速值中的最小一个转速值定义为N_max；

步骤3：所述整车控制器取所述N_avg和N_max两者中的较小值为整车控制器输出的各驱动电机的限速值Nlimit；

步骤4：各驱动电机对应的电机控制器根据所述Nlimit进行计算得到各驱动电机的转矩指令。

进一步的，所述步骤4中，各驱动电机对应的电机控制器执行包括如下步骤：

步骤401：整车控制器根据油门踏板信息得到给定转矩T0，并传输给各驱动电机对应的电机控制器；

步骤402：进行给定转矩T0比较：当所述给定转矩T0大于驱动电机当前所允许的转矩最大值时，执行步骤403；当所述给定转矩T0小于等于驱动电机当前所允许的转矩最大值时，执行步骤404；

步骤403：令给定转矩修正值T1＝Tmaxi，Tmaxi为驱动电机i当前所允许的转矩最大值，执行步骤405；

步骤404：令给定转矩修正值T1＝T0；

步骤405：将所述Nlimit与驱动电机当前转速值相减得到转速差值Nerr；

步骤406：进行超速方向判断：若驱动电机当前转速值和所述T1的乘积大于0，执行步骤408；若驱动电机当前转速值和所述T1的乘积小于等于0，执行步骤407；

步骤407：将转速差值Nerr以及转矩补偿量Tcomp清零，执行步骤410；

步骤408：更新限速调节器的输出限幅值为[-|T1|，|T1|]；

步骤409：根据所述Nerr进行闭环调节器计算后经限幅处理得到转矩补偿量Tcomp；

步骤410：在所述T1的基础上叠加所述Tcomp得到电机转矩指令T2＝T1+Tcomp。

进一步的，所述步骤1中所述N_avg的计算方法为：

其中，N_i表示驱动电机i当前转速值；S_i表示电机的故障状态值，正常值为1，故障值为0；n表示驱动电机总数。

进一步的，还包括各驱动电机通过CAN总线组网后对所述限速值Nlimit进行校核计算的步骤，具体包括如下步骤：

步骤A1：根据接收到的各驱动电机当前转速值以及驱动电机的故障状态值计算所有非故障驱动电机的当前平均转速

步骤A2：取各驱动电机对应所允许的最大转速值中的最小一个转速值定义为N'_max；

步骤A3：取所述N'_avg和N'_max两者中的较小值为各驱动电机的限速值N'limit；

步骤A4：当所述Nlimit与N'limit的差值大于设定值时，向所述整车控制器上报故障信息，所述Nlimit恢复为默认值0。

有益效果：(1)能够对车辆在正常行驶工况的最高车速进行控制。

(2)能够对车辆在复杂越野工况下部分驱动电机飞车工况进行抑制，既能实现着地车轮驱动电机的大转矩输出，又能实现离地车轮驱动电机的速度限制。

(3)在限速控制器考虑的部分驱动电机故障的影响，提升了系统的可靠性和容错运行能力。

(4)本控制方法可实现超速后仅对驱动转矩进行限制，而制动转矩则正常响应。

附图说明

图1为分布式电驱动车辆动力控制装置的框图；

图2为限速控制方法步骤4的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

一种分布式电驱动车辆限速控制方法，基于如图1所示的控制装置，包括动力电池、整车控制器VCU、驱动电机M1、M2、Mn、电机控制器MCU1、MCU2、MCUn、第一通讯总线CAN1和第二通讯总线CAN2，各电机控制器对外具备2条CAN总线。动力电池通过正负指令母线与电机控制器相连，电机控制器三相输出与驱动电机三相输入相连，同时电机的位置传感器和温度传感器与电机控制器的低压信号接口相连。各电机控制器MCU1、MCU2、MCUn的其中一条总线共节后与整车控制器VCU的CAN总线相连，通过第一通讯总线CAN1与整车控制器VCU进行通讯，实现指令接收和状态信息反馈，VCU向各电机控制发送使能指令、工作模式指令、转矩指令、驱动电机的限速值，电机控制器向整车控制器反馈当前转速值、故障状态、驱动电机所允许的最大转速值和所允许的最大转矩值等信息。各驱动控制器的另外一条CAN总线连接到第二通讯总线CAN2上，通过广播指令的形式向第二通讯总线CAN2反馈当前转速值、故障状态、驱动电机所允许的最大转速值和所允许的最大转矩值等信息。

控制方法包括如下步骤：

步骤1：整车控制器根据第一通讯总线CAN1接收到的各驱动电机当前转速值以及驱动电机的故障状态值计算所有非故障驱动电机的当前平均转速N_avg：

其中，N_i表示驱动电机i当前转速值；S_i表示电机的故障状态值，正常值为1，故障值为0；n表示驱动电机总数。

步骤2：考虑到车辆行驶过程中各轮工况的差异性，每个轮子允许的速度上限并不相同，需要综合考虑，取各轮转速最小者作为限速目标值Nlimit。具体为：

首先，整车控制器取各驱动电机对应所允许的最大转速值N_max1、N_max2....N_maxn中的最小一个转速值定义为N_max：

N_max＝min(N_max1,N_max2,…N_maxn)。

其次，整车控制器取N_avg和N_max两者中的较小值为整车控制器输出的各驱动电机的限速值Nlimit：

Nlimit＝min(N_avg，N_max)。

各驱动电机通过总线CAN2组网后对限速值Nlimit进行校核计算的步骤，具体包括如下步骤：

步骤A1：根据接收到的各驱动电机当前转速值以及驱动电机的故障状态值计算所有非故障驱动电机的当前平均转速

步骤A2：取各驱动电机对应所允许的最大转速值中的最小一个转速值定义为N'_max：

N’_max＝min(N_max1,N_max2,…N_maxn)

步骤A3：取N'_avg和N'_max两者中的较小值为各驱动电机的限速值N'limit；

步骤A4：当Nlimit与N'limit的差值大于设定值时，向整车控制器上报故障信息并且控制器进入故障运行模式，Nlimit恢复为默认值0。

步骤4：各驱动电机对应的电机控制器根据Nlimit进行计算得到各驱动电机的转矩指令，包括如下具体步骤：

步骤401：整车控制器根据油门踏板信息得到给定转矩T0，并传输给各驱动电机对应的电机控制器。

步骤402：进行给定转矩T0比较：当给定转矩T0大于驱动电机当前所允许的转矩最大值时，执行步骤403；当给定转矩T0小于等于驱动电机当前所允许的转矩最大值时，执行步骤404。

步骤403：令给定转矩修正值T1＝Tmaxi，Tmaxi为驱动电机i当前所允许的转矩最大值，执行步骤405。

步骤404：令给定转矩修正值T1＝T0。

步骤405：将Nlimit与驱动电机当前转速值相减得到转速差值Nerr。

步骤406：进行超速方向判断，超速方向依据车辆状态可分为车辆前进方向超速和倒退方向超速，具体判断方法为：若驱动电机当前转速值和T1的乘积大于0，执行步骤408；若驱动电机当前转速值和T1的乘积小于等于0，执行步骤407。

步骤407：将转速差值Nerr以及转矩补偿量Tcomp清零，执行步骤410。

步骤408：在超速状态下，限速调节器的输出幅值最大为转矩指令的绝对值，可将转矩指令降低到0，因此需要根据转矩指令实时更新限速调节器的输出限幅值为[-|T1|，|T1|]。

步骤409：根据Nerr进行闭环调节器计算后经限幅处理得到转矩补偿量Tcomp。

步骤410：在T1的基础上叠加Tcomp得到电机转矩指令T2＝T1+Tcomp。

本发明的技术方案可广泛应用于纯电动汽车或者混合动力车辆的分布式电驱动系统，也能够拓展应用于飞机分布式电推进系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种分布式电驱动车辆限速控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：整车控制器根据接收到的各驱动电机当前转速值以及驱动电机的故障状态值计算所有非故障驱动电机的当前平均转速N_avg；

步骤2：所述整车控制器取各驱动电机对应所允许的最大转速值中的最小一个转速值定义为N_max；

步骤3：所述整车控制器取所述N_avg和N_max两者中的较小值为整车控制器输出的各驱动电机的限速值Nlimit；

步骤4：各驱动电机对应的电机控制器根据所述Nlimit进行计算得到各驱动电机的转矩指令。

2.根据权利要求1所述的分布式电驱动车辆限速控制方法，其特征在于，所述步骤4中，各驱动电机对应的电机控制器执行包括如下步骤：

步骤401：整车控制器根据油门踏板信息得到给定转矩T0，并传输给各驱动电机对应的电机控制器；

步骤402：进行给定转矩T0比较：当所述给定转矩T0大于驱动电机当前所允许的转矩最大值时，执行步骤403；当所述给定转矩T0小于等于驱动电机当前所允许的转矩最大值时，执行步骤404；

步骤403：令给定转矩修正值T1＝Tmaxi，Tmaxi为驱动电机i当前所允许的转矩最大值，执行步骤405；

步骤404：令给定转矩修正值T1＝T0；

步骤405：将所述Nlimit与驱动电机当前转速值相减得到转速差值Nerr；

步骤406：进行超速方向判断：若驱动电机当前转速值和所述T1的乘积大于0，执行步骤408；若驱动电机当前转速值和所述T1的乘积小于等于0，执行步骤407；

步骤407：将转速差值Nerr以及转矩补偿量Tcomp清零，执行步骤410；

步骤408：更新限速调节器的输出限幅值为[-|T1|，|T1|]；

步骤409：根据所述Nerr进行闭环调节器计算后经限幅处理得到转矩补偿量Tcomp；

步骤410：在所述T1的基础上叠加所述Tcomp得到电机转矩指令T2＝T1+Tcomp。

3.根据权利要求1所述的分布式电驱动车辆限速控制方法，其特征在于，所述步骤1 中所述N_avg的计算方法为：

其中，N_i表示驱动电机i当前转速值；S_i表示电机的故障状态值，正常值为1，故障值为0；n表示驱动电机总数。

4.根据权利要求1-3任一所述的分布式电驱动车辆限速控制方法，其特征在于，还包括各驱动电机通过CAN总线组网后对所述限速值Nlimit进行校核计算的步骤，具体包括如下步骤：

步骤A1：根据接收到的各驱动电机当前转速值以及驱动电机的故障状态值计算所有非故障驱动电机的当前平均转速

步骤A2：取各驱动电机对应所允许的最大转速值中的最小一个转速值定义为N'_max；

步骤A3：取所述N'_avg和N'_max两者中的较小值为各驱动电机的限速值N'limit；

步骤A4：当所述Nlimit与N'limit的差值大于设定值时，向所述整车控制器上报故障信息，所述Nlimit恢复为默认值0。

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