CN109795343A - 一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制方法及其装置，包括转速输入装置，其用于接收转速变化指令，并将转速变化指令传输至整车控制器；电机控制器，其包括右电机控制器和左电机控制器，用于接收理论扭矩指令和扭矩差值指令，并执行扭矩指令输出至驱动电机，电机控制器检测两侧车轮转速变化，将电机转速变化率反馈至整车控制器。本发明将电机控制器作为车轮转速加速度的传感器装置，参与到轮边驱动方案的整车动力学模型中，对于转矩差值控制，不依赖于轮胎摩擦等复杂参数的分析和估计，直接从电机转速采集控制信号输入，大大提高了整车系统控制的鲁棒性和稳定性。

Description

一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制方法及其装置
技术领域
本发明涉及电动汽车驱动轮扭矩控制技术领域，具体为一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制方法及其装置。
背景技术
当前电动汽车的驱动方式主要为集中驱动。集中驱动式电动汽车与传统内燃机汽车的驱动结构布置方式相似，用电动机及相关部件替换内燃机，通过变速器、减速器等机械传动装置，将电动机输出力矩，传递到左右车轮驱动汽车行驶。集中驱动式电动汽车操作实现技术成熟、安全可靠，但存在体积较重，效率相对不高等不足。随着纯电动汽车技术研究的深入，纯电动汽车的驱动系统的布置结构也逐渐由单一动力源的集中式驱动系统向多动力源的分布式驱动系统发展。而在两侧的驱动轮上分别设置电机的双电机分布驱动型式，为目前研究的热点，两个驱动电机通过减速器分别驱动左右两侧车轮，可通过电子差速控制实现转向行驶，以取代机械差速器。
而现有的双电机分布驱动型式控制过程中存在以下较为明显的缺陷：
1、仅仅将电机控制器作为一个扭矩响应和执行装置，并没有参与到整车动力学控制模型中。事实上，轮边分布式驱动的关键是轮胎即电机转速控制，电机控制器可以作为一个转速采集和处理单元，参与整车控制模型。
2、现有的整车控制模型中，采用了复杂的轮胎及整车受力分析，增加了系统的复杂性，降低了其通用性。事实上，如果利用电机控制器处理转速信号，得到加速度信息，就可以提供整车控制模型中所需要的轮胎受力情况输入信号，大大提高了系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制方法及其装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制方法，该电动汽车驱动轮上分别设置有独立的驱动电机，包括以下步骤：
S1：转速输入装置接收转速变化指令，并将转速变化指令传递至整车控制器；
S2：整车控制器接收转速变化指令，根据整车控制模型，生成对应的理论扭矩指令，将生成的理论扭矩指令传输至电机控制器；
S3：电机控制器接收理论扭矩指令，并根据理论扭矩信号执行扭矩输出至驱动电机；
S4：驱动电机由实际扭矩输出驱动车轮转动；
S5：电机控制器检测电机转速变化，计算转速变化率，将该变化率反馈给步骤S1；
一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制装置，包括
转速输入装置，其用于接收转速变化指令，并将转速变化指令传输至整车控制器；
整车控制器，其用于接收转速变化指令，根据整车控制模型，生成对应的理论扭矩指令，将生成的理论扭矩指令传递至电机控制器，生成的实际扭矩指令，并将扭矩差值指令传递至电机控制器；
电机控制器，其包括右电机控制器和左电机控制器，用于接收理论扭矩指令和扭矩差值指令，并执行扭矩指令输出至驱动电机，电机控制器检测两侧车轮转速变化，将电机转速变化率反馈至整车控制器；以及
驱动电机，其包括分别设置在左驱动轮和右驱动轮上的左驱动电机和右驱动电机，用于接收电机控制器的输出扭矩，驱动对应的车轮转动。
优选的，电机控制器计算两侧驱动电机转速变化率，通过两侧电机转速变化率的差值，计算两侧车轮实际受力大小。
优选的，所述转速输入装置包括油门踏板、制动踏板、方向盘。
优选的，所述右电机控制器和左电机控制器分别与右驱动电机和左驱动电机电性连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明将电机控制器作为车轮转速加速度的传感器装置，参与到轮边驱动方案的整车动力学模型中，提供了对扭矩差值控制变量N中的参数控制方法；
2、在整车动力学模型中，对于转矩差值控制，不依赖于轮胎摩擦等复杂参数的分析和估计，直接从电机转速采集控制信号输入，大大提高了整车系统控制的鲁棒性和稳定性。
附图说明
图1为本发明控制方法流程图；
图2为本发明控制装置结构示意图；
图3为本发明整车模型受力图。
图中：1转速输入装置、11油门踏板、12制动踏板、13方向盘、2整车控制器、3电机控制器、31右电机控制器、32左电机控制器、4驱动电机、41右驱动电机、42左驱动电机。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：
一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制方法，该电动汽车驱动轮上分别设置有独立的驱动电机4，包括以下步骤：
S1：转速输入装置1接收转速变化指令，并将转速变化指令传递至整车控制器2，电动汽车在行驶过程中，驾驶人需要根据不同的路况和驾驶需求，通过油门踏板11、制动踏板12、方向盘13等，将车转速变化指令传递至转速输入装置1，油门踏板11和制动踏板12能够同步改变左右驱动轮的转速，当通过方向盘13改变电动汽车行驶方向时，在汽车转向过程中，需要离转向圆心较近的一侧车轮转速较慢，离转向圆心较远的一侧车轮转速较快，才能实现车身平稳转向，整车控制器2需要对两侧驱动轮对应的电机控制器3发出不同的转矩指令；
S2：整车控制器2接收转速变化指令，根据整车控制模型，生成对应的理论扭矩指令，将生成的理论扭矩指令传输至电机控制器3，整车控制器2中设置有整车控制模型，整车控制模型能够根据转速指令生成对应的转矩指令；
S3：电机控制器3接收理论扭矩指令，并执行扭矩指令传递至驱动电机4；
S4：驱动电机4接收并响应转速指令，驱动车轮转动；
S5：电机控制器3通过两侧的驱动电机4检测两侧车轮转速变化，计算两侧驱动电机4转速变化率，通过两侧电机转速变化率的差值，计算两侧车轮实际受力大小，特别的，计算驱动电机4转速变化率，通过两侧电机转速变化率的差值，计算整车两侧受力大小，进而得出电动汽车在行驶过程中最优化的扭矩和转速，参与整车控制模型的计算，更新整车控制器2向电机控制器3发出的扭矩差值指令，提高整车控制精度，增强整车控制的稳定性和安全性。
对于采用前驱分布式轮边驱动的方案，建立如图3所示的整车模型，简称自行车模型，以整车质心为原点，整车几何前进方向为x轴，自行车模型下的转向(逆时针方向)受力分析如下。其中Fyr，Fxr表示后轮y，x方向受力，前轮转向角度为δ，由方向盘给定。前轮的x，y方向受力分别为Fxf，Fyf。此时，汽车质心转动角速度为γ，汽车实际行驶方向与x轴夹角为β，同时β与δ之间的夹角为α，表示汽车实际方向与前轮x轴方向之间的夹角。
基于图3中的自行车模型，建立车辆动力学方程，车身y方向受力分析和转动角速度γ的微分方程如下所示：
其中
同时，车辆x，y方向的速度定义，和ay的表达式为
vx＝Vcosβ
vy＝Vsinβ
另一方面，在经典的车身暂态控制方法中，轮胎y方向受力与角度α成正比例相关，
最后，可以将式上式改写为关于β和γ的状态方程：
进一步得到：
y＝γ
D＝0
至此，得到了基于分布式轮边驱动方式下的整车控制模型，即β，γ微分状态方程。
另一方面，通过对式变量N的分析，我们可以得下式：
因此
可以看出，转矩差值N的大小与左右电机转速的加速度差值成正比例相关，可通过电机控制器3处理电机转速加速度信息，反馈给整车控制器2，改进其扭矩分配指令。
本发明还涉及一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制装置，包括
转速输入装置1，其用于接收转速变化指令，并将转速变化指令传输至整车控制器2，所述转速输入装置1包括油门踏板11、制动踏板12、方向盘13；
整车控制器2，其用于接收转速变化指令，根据整车控制模型，生成对应的理论扭矩指令，将生成的理论扭矩指令传递至电机控制器3，生成扭矩差值指令，并将扭矩差值指令传递至电机控制器3；
电机控制器3，其包括右电机控制器31和左电机控制器32，用于接收理论扭矩指令和扭矩差值指令，并执行该扭矩指令，传输至驱动电机4，电机控制器3检测两侧车轮转速变化，并将电机转速变化率反馈至整车控制器2；
驱动电机4，其包括分别设置在左驱动轮和右驱动轮上的左驱动电机42和右驱动电机41，用于接收电机控制器3的扭矩输出，驱动对应的车轮转动，所述右电机控制器31和左电机控制器32分别与右驱动电机41和左驱动电机42电性连接，油门踏板11和制动踏板12能够同步改变左右驱动轮的转速，当通过方向盘13改变电动汽车行驶方向时，在汽车转向过程中，需要离转向圆心较近的一侧车轮转速较慢，离转向圆心较远的一侧车轮转速较快，才能实现车身平稳转向，整车控制器2需要对两侧驱动轮对应的电机控制器3发出不同的转矩指令，由于采用轮边分布式驱动，即每个驱动轮均会连接驱动电机4，即右驱动电机41和左驱动电机42，而每个驱动电机4有需要进行独立的控制，所以整车控制器2包含右电机控制器31和左电机控制器32，整车控制器2将不同的扭矩指令发送至右电机控制器31和左电机控制器32进而驱动右驱动电机41和左驱动电机42产生不同的转速。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制方法，该电动汽车驱动轮上分别设置有独立的驱动电机(4)，其特征在于：包括以下步骤：
S1：转速输入装置(1)接收转速变化指令，并将转速变化指令传递至整车控制器(2)；
S2：整车控制器(2)接收转速变化指令，根据整车控制模型，生成对应的理论扭矩指令，将生成的理论扭矩指令传输至电机控制器(3)；
S3：电机控制器(3)接收理论扭矩指令，并根据理论扭矩信号执行扭矩输出至驱动电机(4)；
S4：驱动电机(4)由实际扭矩输出驱动车轮转动；
S5：电机控制器(3)检测电机转速变化，计算转速变化率，将该变化率反馈给步骤S1。
2.根据权利要求1所述的一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制方法，其特征在于：所述步骤S4还包括：电机控制器(3)计算两侧驱动电机(4)转速变化率，通过两侧电机转速变化率的差值，计算两侧车轮实际受力大小。
3.一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制装置，其特征在于：包括
转速输入装置(1)，其用于接收转速变化指令，并将转速变化指令传输至整车控制器(2)；
整车控制器(2)，其用于接收转速变化指令，根据整车控制模型，生成对应的理论扭矩指令，将生成的理论扭矩指令传递至电机控制器(3)，生成的实际扭矩指令，并将扭矩差值指令传递至电机控制器(3)；
电机控制器(3)，其包括右电机控制器(31)和左电机控制器(32)，用于接收理论扭矩指令和扭矩差值指令，并执行扭矩指令输出至驱动电机(4)，电机控制器(3)检测两侧车轮转速变化，将电机转速变化率反馈至整车控制器(2)；以及
驱动电机(4)，其包括分别设置在左驱动轮和右驱动轮上的左驱动电机(42)和右驱动电机(41)，用于接收电机控制器(3)的输出扭矩，驱动对应的车轮转动。
4.根据权利要求3所述的一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制装置，其特征在于：所述转速输入装置(1)包括油门踏板(11)、制动踏板(12)、方向盘(13)。
5.根据权利要求3所述的一种基于轮边分布式电动汽车的联合控制装置，其特征在于：所述右电机控制器(31)和左电机控制器(32)分别与右驱动电机(41)和左驱动电机(42)电性连接。
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