CN110103725B - 基于轮毂电机转速信号的分布式驱动汽车稳定控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于轮毂电机转速信号的分布式驱动汽车稳定控制方法，属于汽车动力系统技术领域，稳定控制方法包括以下步骤：(1)车轮状态判定；(2)扭矩控制：基于步骤(1)的车轮状态判定对车轮的扭矩进行控制。本发明的整车控制器VCU与每个轮毂电机实时通讯，接收轮毂电机实时反馈的电机转速以及电机实际扭矩值，利用车速及轮毂电机反馈的信号来对车轮的状态进行判断，进而对不同状态的车轮做出对应的扭矩控制，避免汽车因车轮的非正常状态出现危险工况，保证汽车行驶的稳定性，对于轮毂电机汽车的稳定性控制有着较为重要的意义。

Description

基于轮毂电机转速信号的分布式驱动汽车稳定控制方法

技术领域

本发明属于汽车动力系统技术领域，涉及到一种汽车稳定系统，特别是基于轮毂电机转速信号的分布式驱动汽车稳定控制方法。

背景技术

轮毂电机应用于纯电动汽车可以有效减少传统汽车的物理机械结构，精简空间，提高传动效率，可以实现多种驱动方式以应对不同路段以及较为复杂的驾驶工况。但是装配轮毂电机的汽车没有车身稳定控制ESP，不能对车轮的状态进行判断，也不能对车轮的扭矩进行控制，汽车会因车轮的非正常状态出现危险工况。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺陷，设计了基于轮毂电机转速信号的分布式驱动汽车稳定控制方法，整车控制器VCU接收轮毂电机实时反馈的电机转速以及电机实际扭矩值，利用车速及轮毂电机反馈的信号来对车轮的状态进行判断，其后基于车轮状态的判断对车轮的扭矩介入进行控制，避免汽车因车轮的非正常状态出现危险工况，对于轮毂电机汽车的稳定性控制有着较为重要的意义。

本发明所采取的具体技术方案是：基于轮毂电机转速信号的分布式驱动汽车稳定控制方法，关键在于：所述的稳定控制方法包括以下步骤：

(1)车轮状态判定：整车控制器VCU根据下面的公式①将电机转速ω转换为轮边转速V_轮，

V_轮＝2πr·(ω/d)·60/1000 ①

式①中，V_轮代表轮边转速，单位为km/h；

r代表车轮半径，单位为m；

ω代表轮毂电机转速，单位为rpm；

d代表传动比；

车速与轮边转速作比得到每个车轮的车轮滑移率，车速与轮边转速作差得到每个车轮的车速轮速差；每个车轮都是同时设置有加速打滑滑移率阈值、制动打滑滑移率阈值、加速打滑速差阈值、制动打滑速差阈值；每个车轮还设置有打滑判定车速阈值，基于此，车轮状态判定方法为：

(i)当车速大于等于打滑判定车速阈值时，进行如下判定：

(i1)如果车速轮速差小于加速打滑速差阈值，则判定车轮为加速打滑状态；如果车轮滑移率小于加速打滑滑移率阈值，也判定车轮为加速打滑状态；当根据车速轮速差和车轮滑移率都判定车轮为加速打滑状态时，加速打滑标志位置位；否则的话，加速打滑标志位置零；

(i2)如果车速轮速差大于制动打滑速差阈值，则判定车轮为制动打滑状态；如果车轮滑移率大于制动打滑滑移率阈值，也判定车轮为制动打滑状态；当根据车速轮速差和车轮滑移率都判定车轮为制动打滑状态时，制动打滑标志位置位；否则的话，制动打滑标志位置零；

(ii)当车速小于打滑判定车速阈值时不做判定，即车轮的加速打滑标志位和制动打滑标志位都置零；

(2)扭矩控制：基于步骤(1)的车轮状态判定对车轮的扭矩进行控制，具体的扭矩控制方法包括以下步骤：

(i)如果电机实际扭矩值大于零并且加速打滑标志位置位，则整车控制器VCU对轮毂电机进行加速打滑降扭处理，否则的话，跳到步骤(ii)；加速打滑降扭处理是指，分别设置加速打滑滑移率最小值F1x、加速打滑滑移率最大值F1d，加速打滑时，车轮滑移率F1与加速打滑滑移率最小值F1x作差得A1，加速打滑滑移率最大值F1d与加速打滑滑移率最小值F1x作差得B1，A1/B1＝C1，将C1与电机实际扭矩值相乘得到轮毂电机降扭后的输出请求扭矩值；

(ii)如果电机实际扭矩值小于零并且制动打滑标志位置位，则整车控制器VCU对轮毂电机进行制动打滑增扭处理，否则的话，跳到步骤(iii)；制动打滑增扭处理是指，分别设置制动打滑滑移率最小值F2x、制动打滑滑移率最大值F2d，制动打滑时，车轮滑移率F2与制动打滑滑移率最大值F2d作差得A2，制动打滑滑移率最小值F2x与制动打滑滑移率最大值F2d作差得B2，A2/B2＝C2，将C2与电机实际扭矩值相乘得到轮毂电机增扭后的输出请求扭矩值；

(iii)整车控制器VCU输出原始分配请求扭矩值。

本发明的有益效果是：整车控制器VCU与每个轮毂电机实时通讯，接收轮毂电机实时反馈的电机转速以及电机实际扭矩值，利用车速及轮毂电机反馈的信号来对车轮的状态进行判断，进而对不同状态的车轮做出对应的扭矩控制，避免汽车因车轮的非正常状态出现危险工况，保证汽车行驶的稳定性，对于轮毂电机汽车的稳定性控制有着较为重要的意义。

汽车在加速打滑和制动打滑情况下的汽车状态不同，加速打滑情况下车速小于轮边转速，制动打滑情况下车速大于轮边转速，基于此种情况将车轮分为制动打滑和加速打滑两种状态，并用车速轮速差和车轮滑移率表征车轮的状态，对车轮打滑状态进行判定，设置了制动打滑标志位和加速打滑标志位，供后续的扭矩控制使用。

制动打滑标志位置位、加速打滑标志位置位时扭矩控制将会起作用，采用比例系数增降扭方案对车轮的扭矩进行处理，主要依靠车轮滑移率、设置的滑移率最大值和滑移率最小值的差值、以及比例关系进行增降扭，此种控制方式可以通过基本参数的修改标定来改变对车轮增降扭的程度，具有良好的适应性、可调性。

本发明的原理简明清晰、可靠实用，在装配轮毂电机的电动汽车中可以充分发挥作用。

附图说明

图1为本发明中车轮状态判定的原理框图。

图2为本发明中扭矩控制的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明：

车轮滑移率是由车速与轮边转速作比得来的，基于车速无法突变的特性，当汽车处于加速打滑状态时，车速比轮边转速小，所以加速打滑滑移率阈值是介于0-1之间的数值；当汽车处于制动打滑状态时，车速比轮边转速大，所以制动打滑滑移率阈值为大于1的数值。

同理，车速轮速差是由车速与轮边转速作差得来的，当汽车处于加速打滑状态时，车速比轮边转速小，所以加速打滑速差阈值为一个负值；当汽车处于制动打滑状态时，车速比轮边转速大，所以制动打滑速差阈值为一个正值。

加速打滑状态和制动打滑状态的极限工况分别为：加速打滑时车轮转动而汽车处于原地，对应的加速打滑滑移率阈值为无限接近于0；制动打滑时车轮抱死但汽车继续滑行，对应的制动打滑滑移率阈值为无穷大。这两种状态一般发生在有特殊要求的汽车，比如特技表演(这种汽车不会加装类似于防滑功能装置)；或者附着系数极低的路况下，比如冰面(此种情况下驾驶者主观意识也会将车速控制在一定水平以减少危险工况发生)。

另外，由于汽车的各种机械特性及参数不同，阈值的设定是需要根据实际情况而定的，比如在模拟仿真试验中去模拟合适工况，确定不同汽车的最合适阈值参数，后期也需要大量的实车试验去调整参数，以确保合理性。

本方法在进行加速打滑降扭处理时，以加速打滑滑移率最大值减去加速打滑滑移率最小值的差值作为分子，以当前公况的车轮滑移率减去加速打滑滑移率最小值的差值作为分母，相当于设定了一个加速打滑程度的判定逻辑，即用两者之间的比例关系去衡量汽车的加速打滑程度，继而进行降扭处理。

本方法在进行制动打滑增扭处理时，以制动打滑滑移率最小值减去制动打滑滑移率最大值的差值作为分子，以当前公况的车轮滑移率减去制动打滑滑移率最大值的差值作为分母，相当于设定了一个制动打滑程度的判定逻辑，即用两者之间的比例关系去衡量汽车的制动打滑程度，继而进行增扭处理。

下面以单个车轮为例，给出三个具体实施例，并对三个具体实施例中所需用到的一些固定参数进行如下设定：

汽车参数：传动比d为1，车轮半径r为0.3m；

阈值设定：打滑判定车速阈值为2km/h，加速打滑速差阈值为-3km/h，制动打滑速差阈值为3km/h，加速打滑滑移率阈值为0.8，制动打滑滑移率阈值为1.2，加速打滑滑移率最大值F1d＝1，加速打滑滑移率最小值F1x＝0.5，制动打滑滑移率最大值F2d＝1.5，制动打滑滑移率最小值F2x＝1，上述阈值均可进行标定修改。

实施例1、当前汽车行驶参数如下所示：

电机实际扭矩值T＝200Nm，轮毂电机转速ω＝300rpm，车速V＝25km/h；

如图1所示，因为车速＞打滑判定车速阈值，所以当前汽车满足打滑判定的条件，根据上面的数据进行如下计算：

V_轮＝2πr·(ω/d)·60/1000＝2π·0.3·(300/1)·60/1000＝33.93km/h；

车速轮速差Δ＝V-V_轮＝25-33.93＝-8.93km/h，车速轮速差-8.93km/h小于加速打滑速差阈值-3km/h，则判定车轮为加速打滑状态；

车轮滑移率F1＝V/V_轮＝25/33.93≈0.74，车轮滑移率0.74小于加速打滑滑移率阈值0.8，则判定车轮为加速打滑状态；

因为根据车速轮速差Δ和车轮滑移率F1都判定车轮为加速打滑状态，所以，加速打滑标志位置位。

如图2所示，此时，电机实际扭矩值T＝200Nm＞0，且加速打滑标志位置位，满足加速打滑降扭的条件，所以整车控制器VCU对轮毂电机进行加速打滑降扭处理，降扭后的输出请求扭矩值T_降＝(F1-F1x)/(F1d-F1x)·T＝(0.74-0.5)/(1-0.5)·200＝96Nm。

实施例2、当前汽车行驶参数如下所示：

电机实际扭矩值T＝-250Nm，轮毂电机转速ω＝300rpm，车速V＝40km/h；

如图1所示，因为车速＞打滑判定车速阈值，所以当前汽车满足打滑判定的条件，根据上面的数据进行如下计算：

V_轮＝2πr·(ω/d)·60/1000＝2π·0.3·(300/1)·60/1000＝33.93km/h；

车速轮速差Δ＝V-V_轮＝40-33.93＝6.07km/h，车速轮速差6.07km/h大于制动打滑速差阈值3km/h，则判定车轮为制动打滑状态；

车轮滑移率F2＝V/V_轮＝40/33.93≈1.18，车轮滑移率1.18小于制动打滑滑移率阈值1.2，不满足大于制动打滑滑移率阈值的条件，所以制动打滑标志位为零；同时，车速轮速差Δ和车轮滑移率F2也不满足加速打滑标志位置位条件，故加速打滑标志位也为零。

如图2所示，此时，电机实际扭矩值T＝-250Nm＜0，由于制动打滑标志位为零，所以不满足制动打滑增扭的条件，整车控制器VCU输出原始分配请求扭矩值即电机实际扭矩值，T＝-250Nm。

实施例3、当前汽车行驶参数如下所示：

电机实际扭矩值T＝-250Nm，轮毂电机转速ω＝300rpm，车速V＝45km/h；

如图1所示，因为车速＞打滑判定车速阈值，所以当前汽车满足打滑判定的条件，根据上面的数据进行如下计算：

V_轮＝2πr·(ω/d)·60/1000＝2π·0.3·(300/1)·60/1000＝33.93km/h；

车速轮速差Δ＝V-V_轮＝45-33.93＝11.07km/h，车速轮速差11.07km/h大于制动打滑速差阈值3km/h，则判定车轮为制动打滑状态；

车轮滑移率F2＝V/V_轮＝45/33.93≈1.32，车轮滑移率1.32大于制动打滑滑移率阈值1.2，则判定车轮为制动打滑状态；

因为根据车速轮速差Δ和车轮滑移率F1都判定车轮为制动打滑状态，所以，制动打滑标志位置位。

如图2所示，此时，电机实际扭矩值T＝-250Nm<0，且制动打滑标志位置位，满足制动打滑增扭的条件，所以整车控制器VCU对轮毂电机进行制动打滑增扭处理，增扭后的输出请求扭矩值T_增＝(F2-F2d)/(F2x-F2d)·T＝(1.32-1.5)/(1-1.5)·(-250)＝-90Nm。

由上面的实施例可以看出，当车轮为加速打滑状态时，利用本方法确实可以起到快速降扭的作用；当车轮为制动打滑状态时，利用本方法确实可以起到快速增扭的作用；当车轮不满足打滑条件时，不会进行增降扭操作，直接输出原始分配请求扭矩值。整车控制器VCU对轮毂电机进行增降扭处理，将输出请求扭矩值发送给轮毂电机后，轮毂电机响应增降扭请求，使汽车的状态发生变化。与此同时，汽车的驱动防滑机制也一直在运行，使轮毂电机的扭矩值及转速发生变化，整车控制器VCU基于电机实际扭矩值及电机转速进行计算判定，如果不满足打滑的条件，则不再进行增降扭操作，直接输出之前分配好的电机请求扭矩。

Claims (1)

1.基于轮毂电机转速信号的分布式驱动汽车稳定控制方法，其特征在于：所述的稳定控制方法包括以下步骤：

(1)车轮状态判定：整车控制器VCU根据下面的公式①将电机转速ω转换为轮边转速V_轮，

V_轮＝2πr·(ω/d)·60/1000 ①

式①中，V_轮代表轮边转速，单位为km/h；

r代表车轮半径，单位为m；

ω代表轮毂电机转速，单位为rpm；

d代表传动比；

车速与轮边转速作比得到每个车轮的车轮滑移率，车速与轮边转速作差得到每个车轮的车速轮速差；每个车轮都是同时设置有加速打滑滑移率阈值、制动打滑滑移率阈值、加速打滑速差阈值、制动打滑速差阈值；每个车轮还设置有打滑判定车速阈值，基于此，车轮状态判定方法为：

(i)当车速大于等于打滑判定车速阈值时，进行如下判定：

(i1)如果车速轮速差小于加速打滑速差阈值，则判定车轮为加速打滑状态；如果车轮滑移率小于加速打滑滑移率阈值，也判定车轮为加速打滑状态；当根据车速轮速差和车轮滑移率都判定车轮为加速打滑状态时，加速打滑标志位置位；否则的话，加速打滑标志位置零；

(i2)如果车速轮速差大于制动打滑速差阈值，则判定车轮为制动打滑状态；如果车轮滑移率大于制动打滑滑移率阈值，也判定车轮为制动打滑状态；当根据车速轮速差和车轮滑移率都判定车轮为制动打滑状态时，制动打滑标志位置位；否则的话，制动打滑标志位置零；

(ii)当车速小于打滑判定车速阈值时不做判定，车轮的加速打滑标志位和制动打滑标志位都置零；

(2)扭矩控制：基于步骤(1)的车轮状态判定对车轮的扭矩进行控制，具体的扭矩控制方法包括以下步骤：

(i)如果电机实际扭矩值大于零并且加速打滑标志位置位，则整车控制器VCU对轮毂电机进行加速打滑降扭处理，否则的话，跳到步骤(ii)；加速打滑降扭处理是指，分别设置加速打滑滑移率最小值F1x、加速打滑滑移率最大值F1d，加速打滑时，车轮滑移率F1与加速打滑滑移率最小值F1x作差得A1，加速打滑滑移率最大值F1d与加速打滑滑移率最小值F1x作差得B1，A1/B1＝C1，将C1与电机实际扭矩值相乘得到轮毂电机降扭后的输出请求扭矩值；

(ii)如果电机实际扭矩值小于零并且制动打滑标志位置位，则整车控制器VCU对轮毂电机进行制动打滑增扭处理，否则的话，跳到步骤(iii)；制动打滑增扭处理是指，分别设置制动打滑滑移率最小值F2x、制动打滑滑移率最大值F2d，制动打滑时，车轮滑移率F2与制动打滑滑移率最大值F2d作差得A2，制动打滑滑移率最小值F2x与制动打滑滑移率最大值F2d作差得B2，A2/B2＝C2，将C2与电机实际扭矩值相乘得到轮毂电机增扭后的输出请求扭矩值；

(iii)整车控制器VCU输出原始分配请求扭矩值。

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