CN110154781B - 一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源汽车控制领域，具体涉及一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法。本发明通过以下技术方案实现：一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法，包含整车上电自检步骤；车辆安全模块运行步骤；电机转矩MAP查询步骤；查询得到电机的输出扭矩；牵引力控制步骤；计算车辆滑动率，通过滑动率与预设值的比较来调整电机转矩输出；过温保护步骤；当电机或电芯温度超过温度预设值，则调整电机的工作功率；转矩协调控制步骤；计算输出两个驱动轮的单独驱动转矩。本发明的目的是提供一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法，车辆采用分布式驱动双电机的驱动方案，不仅提升车辆的动力性，并且安全可靠，减少车辆在启动和行驶中的故障。

Description

一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车控制领域，具体涉及一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，汽车作为常用的代步工具，已经成为了生活必需品之一。在信息行业和智能领域的发展和探索下，电动汽车由于其能源清洁，控制直观，智能化延伸程度高等优点而受到广大研发者和市场终端消费者的青睐，电动汽车广泛应用在日常驾驶和专业赛车各个领域。

市场上常见的为单电机的电动车辆，其采用链传动和机械差速器，传动效率低，单电机的电动车辆普遍存在动力不足的缺陷。也有厂商使用分布式驱动双电机的驱动方案。这种技术方案下，两个电机各控制一个车轮驱动车辆前进提高车辆的动力性，但是现有的分布式驱动车辆的行车控制方法较为单一，无法综合兼顾车辆的动力性和安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法，车辆采用分布式驱动双电机的驱动方案，不仅提升车辆的动力性，并且安全可靠，减少车辆在启动和行驶中的故障。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法，包含以下步骤：

步骤一：整车上电自检步骤；

步骤二：车辆安全模块运行步骤；

步骤三：电机转矩MAP查询步骤；查询得到电机的输出扭矩；

步骤四：牵引力控制步骤；计算车辆滑动率，通过滑动率与预设值的比较来调整电机转矩输出；

步骤五：过温保护步骤；当电机或电芯温度超过温度预设值，则调整电机的工作功率；

步骤六：转矩协调控制步骤；计算输出两个驱动轮的单独驱动转矩。

作为本发明的优选，在所述整车上电自检步骤中，首先对低压系统进行自检，再对高压系统进行自检，若低压系统及高压系统均无故障，则进入步骤二。

作为本发明的优选，在所述车辆安全模块运行步骤中的车辆安全模块，包含加速踏板标定与修正模块、制动失效检测与制动优先模块、电机堵转保护模块和档位选择模块。

作为本发明的优选，在所述加速踏板标定与修正模块中，对加速踏板安装两个传感器，当两个传感器的数值在出厂数据范围内且两个数值相差在误差预设值范围内则判定为传感器有效，并取两个传感器数值的平均值作为驾驶员的转矩请求值。

作为本发明的优选，在所述制动失效检测与制动优先模块中，若制动压力传感器采集到的压力值小于预约安全值，则中断电机的扭矩输出；若电流传感器采集到正向电流且制动开关传感器检测到制动动作，同样中断电机的扭矩输出。

作为本发明的优选，在所述电机堵转保护模块中，当加速踏板传感器信号超过预设加速警戒值，则开始检测制动传感器信号，若有制动器信号，则中断电机转矩输出，随后一直保持转矩中断输出，直到加速踏板传感器信号小于加速预设安全值，才允许再次存在电机的转矩输出。

作为本发明的优选，所述档位选择模块在制动开关传感器信号存在制动信号且加速踏板传感器信号的扭矩请求值为零时才允许挂入前进档。

作为本发明的优选，在所述牵引力控制步骤中，通过车速传感器和轮速传感器的数值计算得出车辆的滑动率，当滑动率高于预设的滑动率阈值，则降低电机的扭矩输出。

作为本发明的优选，在转矩协调控制步骤中，扭矩的计算协调体系包括三层，分别为动力学模型控制目标设计层、基于模糊控制的横摆力矩制定层和两轮驱动力分配层。

作为本发明的优选，在所述动力学模型控制目标设计层中，计算得出横摆角速度误差和质心侧偏角误差两个数值，在所述基于模糊控制的横摆力矩制定层中，通过这两个误差值构成的输入值计算得出横摆力矩，在所述两轮驱动力分配层中，基于驾驶员期望的输出驱动转矩和计算得出的横摆力矩计算得出左右两个驱动轮的实际驱动转矩。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

1、本发明使用双电机作为车辆动力源，动力输出强劲可靠。

2、本发明使用分层控制转矩协调控制技术，使得车辆在任何车速下都能通过协调左右轮的扭矩而得到一个横摆力矩，使车辆过弯迅速稳定。

3、车辆包含整车上电自检模块、加速踏板标定与修正模块、制动失效检测与制动优先模块、电机堵转保护模块和档位选择模块，极大增加车辆行驶中使用安全性。

具体实施方式：

以下对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1，如图1所示，图1是本技术方案的总体流程顺序图。

在本技术方案中，首先第一步，闭合低压主控和所有急停开关，整车低压系统进行自检，再闭合高压主控，整车高压系统进行自检，若有故障，则显示故障并整车下电。第二步，同时进行四个模块的运作和检查，若无故障输出，则采集两路加速踏板传感器输出信息，具体的，对加速踏板传感器原始数据进行处理并进行标定，使得两路传感器最终输出的数据误差不会太大且在出厂值的范围内。通过制动压力和制动开关传感器检测制动是否失效，通过电流传感器和制动传感器检测电机是否堵转，若所有信号正常，则输出加速踏板信号。

第三步，通过查询电机的转矩MAP图和转矩精度MAP图可知电机此时需要输出的实际转矩。最后，计算此时赛车的滑移率修正电机的转矩输出，最后把驾驶员的需求转矩按照分层控制转矩协调的策略进行左右驱动轮的转矩分配。

下文对以上内容进行细致讲述。

首先，为了增加整车用电安全性，进入步骤一、整车上电自检步骤。

具体的，如图2所示，闭合低压主控开关与所有急停开关，整车低压通电，整车控制器、制动可靠性装置、激活驱动系统指示系统、安全回路与各传感器自检，电机控制器与电池管理系统低压自检；闭合高压主控开关，整车高压通电，电机控制器与电池管理系统高压自检。若采集到有故障代码，则亮故障灯并且下高压。

其次，进入步骤二，即车辆分安全模块运行步骤，在本实施例中，此处有四个模块运行，这四个模块可以根据实际情况在不同的实施例中进行相应的删减修改。并且四个模块的运行中并无绝对的时间前后分布，可以同时进行。

模块一，如图3所示，图3所示为模块一，即加速踏板标定与修正模块示意图。首先采集两路加速踏板传感器输出信息，在加速踏板下装上两个传感器。一方面由于加速踏板传感器精度有限，即使加速踏板在同一个位置，两路传感器输出的原始数据也有可能不一样；另一方面传感器输出的原始数据为一个行程量，这个行程量电机控制器并不能识别，因此需要对原始数据进行处理并进行标定，使得两路传感器输出的数据为电机控制器能识别的数据，这个数据的单位是“扭矩千分比”。

再对加速踏板传感器数据进行判断是否在出厂的数据范围内，判断两路加速踏板传感器数据的误差是否在预设值内，例如10%以内，防止加速踏板损坏而输出错误的数据。最后取两路加速踏板数据的平均值作为驾驶员转矩请求。

模块二，制动失效检测与制动优先模块，如图4所示，首先通过制动压力传感器检测制动管内的压力，当管内的压力值小于设定的值时，判断制动漏油或者制动管内存有气泡，从而中断电机的转矩输出，防止驾驶员无法制动而发生事故。本实施例中，这个临界值为300，这300是数字系统中的一个模拟量。具体数值工程师可根据系统自行调整。

随后，通过电流传感器采集母线电流，若电流传感器有正向电流，则表示驾驶员有踩油门的动作，此时则通过制动开关传感器检测驾驶员是否制动，若检测到驾驶员有制动行为，则断开电机的转矩输出，防止驾驶员同时踩加速踏板和制动踏板，避免在车辆低速状况下电机的负载过大，从而避免电机过温和刹车过热而失效。

模块三，电机堵转保护模块，如图5所示。通过加速踏板传感器采集加速踏板信号，当加速踏板传感器信号数据超过传感器出厂最大数据的预设值，例如是25%时，采集制动传感器信号。若此时驾驶员制动，那么中断电机的转矩输出，松开制动踏板后，电机要保持中断转矩输出，一直到加速踏板传感器信号数据小于传感器出厂最大数据的另一个预设值，例如5%时，才允许电机再次有转矩输出。这样设计的原因是当加速踏板超过25%时，往往电机的功率就已经较大了，若此时制动后，车辆是在一个较低速度运行，若此时低速再让电机输出扭矩，则电机有可能在大功率输出时堵转，电机升温过快而烧坏。

模块四，档位选择模块，如图6所示，通过采集制动开关传感器信号检测驾驶员是否制动，再采集加速踏板传感器信号检测此时驾驶员转矩请求是否为0，当驾驶员制动并且转矩请求为0时才允许挂入前进挡，防止驾驶员在未制动并且有一定转矩请求时挂入前进挡，造成车辆突然前进而发生事故。这就要求驾驶员在挂挡时，必须把把脚放在制动踏板上且制动，而不是加速踏板上，进一步增加安全性。

至此，四个车辆分安全模块运行完毕。

随后进入步骤三和步骤四，即电机转矩MAP查询和电机转矩精度MAP查询。电机转矩MAP查询是为了减小控制系统计算的工作量，通过当前电机的转速和驾驶员踏板的输入值这两个数值为查询坐标，直接查询得到电机的输出扭矩。这样输出扭矩直接通过查询得到，而非每次都需要系统花费大量的系统资源进行实时计算。而步骤四中，电机转矩精度MAP查询是在这基础上考虑了温度变化等因素，进一步输出更精确合理的转矩数值。

随后进入步骤五，牵引力控制步骤，如图7所示。车辆因驱动力过大而发生滑移时，由车速传感器采集车辆纵向车速，两个轮速传感器采集驱动轮的转速，通过车速与轮速计算车辆此时的滑动率。车速传感器中的数值即为车辆实际的速度，而轮速传感器可以计算得到驱动轮的线速度。这两个速度可以出车辆的滑动率，滑动率控制在一定的区间，例如12%-16%，车辆的地面附着力较为理想。在本方案中，预设出一个滑动率的最大判断阈值，例如16%，当滑动率超出16%，则降低电机转矩输出，直到滑移率小于预设的最小判断阈值，例如10%，才输出电机的实际扭矩，这样使得车辆能够利用最大的地面附着力。

步骤六、驱动系统功率限制与过温保护步骤，如图8所示。通过加速踏板传感器采集驾驶员的转矩请求，再通过轮速传感器检测轮速，从而计算出需求功率，预设一个功率最大阈值，如80KW，若此时驾驶员需求电机功率超过80KW，则以电机80KW功率能输出的转矩进行执行。再通过温度传感器检测温度是否超出预设温度阈值，例如，电机或电机控制器的温度是否超过80℃或电芯温度超过45℃，若电机或电机控制器温度超过80℃或电芯温度超过45℃，则检测请求的输出功率是否达到第二预设阈值，如40KW。假设驾驶员请求的电机输出功率超过40KW，则以电机40KW为最大输出功率。

若温度超过预设的中断温度，例如电机或电机控制器超过100℃或电芯温度超过55℃，则马上中断电机转矩输出并下高压，防止电气部件烧坏。

步骤七，进入到最后的转矩协调控制步骤。如图9和图10所示。两轮独立驱动电动赛车转矩协调控制采用分层控制体系，将转矩协调控制系统分为三层，分别为第一层，动力学模型控制目标设计层；第二层，基于模糊控制的横摆力矩制定层；以及第三层，两轮驱动力分配层。

第一层：动力学模型控制目标设计层位于整个两轮独立驱动电动汽车转矩协调控制系统的上层，其主要的功能是输出稳定性控制目标横摆角速度误差和质心侧偏角误差。首先在控制目标设计层中建立自由度车辆动力学模型，车辆模型根据驾驶员的输入和车辆运行时的车速反馈计算出期望的横摆角速度和质心侧偏角，根据横摆角速度传感器检测出横摆角速度，再根据横摆力矩制定层的横摆力矩反馈计算出实际的质心侧偏角，最后得到横摆角速度误差和质心侧偏角误差，将这两个误差的控制目标输入到横摆力矩制定层中。

第二层：基于模糊控制的横摆力矩制定层位于整个两轮独立驱动电动汽车转矩协调控制的中层，其主要的功能是通过模糊控制和横摆力矩限值制定车辆所需的横摆力矩。横摆力矩制定层釆用了模糊控制的方法，解决了过度依赖精确数学模型的问题。设计了双输入、单输出的模糊控制器，将上层的控制目标和输入到模糊控制器中，推理计算出横摆力矩，再通过横摆力矩限值输出最终车辆所需的横摆力矩保证了横摆力矩的有效性。

第三层：两轮驱动力分配层位于整个转矩协调控制的底层，其主要功能是接受来自驾驶员的加速踏板信号和横摆力矩制定层的横摆力矩，进行带约束的驱动力分配后输出各个车轮的驱动转矩。在驱动力分配层中，必须先根据驱动电机的实际运行状态进行控制处理，然后根据驾驶员期望的输出驱动转矩和横摆力矩进行带约束的驱动力分配，最后输出左右两个驱动轮的驱动转矩。

至此，整个车辆进行了多个模块进行检测和保护，并最终计算得到左右两个驱动轮的驱动转矩。

附图11为车辆电气结构拓扑示意图。整车控制器所采集的信号包括：加速踏板传感器信号、制动开关传感器信号、制动压力传感器信号、方向盘转角传感器信号、横摆角速度传感器信号、轮速传感器信号和悬架位移传感器信号。整车控制器、电机控制器、动力电池与液晶显示屏之间通过CAN进行通讯。通过采集电流传感器与制动开关传感器信号，触发制动可靠性装置进而判断是否需要断开安全回路。

Claims (8)

1.一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法，其特征在于：包含以下步骤： 步骤一：整车上电自检步骤； 步骤二：车辆安全模块运行步骤； 步骤三：电机转矩MAP查询步骤；查询得到电机的输出扭矩； 步骤四：牵引力控制步骤；计算车辆滑动率，通过滑动率与预设值的比较来调整电机转矩输出； 步骤五：过温保护步骤；当电机或电芯温度超过温度预设值，则调整电机的工作功率； 步骤六：转矩协调控制步骤；计算输出两个驱动轮的单独驱动转矩，在所述车辆安全模块运行步骤中的车辆安全模块，包含加速踏板标定与修正模块、制动失效检测与制动优先模块、电机堵转保护模块和档位选择模块，在所述电机堵转保护模块中，当加速踏板传感器信号超过预设加速警戒值，则开始检测制动传感器信号，若有制动器信号，则中断电机转矩输出，随后一直保持转矩中断输出，直到加速踏板传感器信号小于加速预设安全值，才允许再次存在电机的转矩输出。

2.根据权利要求1所述的一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法，其特征在于：在所述整车上电自检步骤中，首先对低压系统进行自检，再对高压系统进行自检，若低压系统及高压系统均无故障，则进入步骤二。

3.根据权利要求1所述的一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法，其特征在于：在所述加速踏板标定与修正模块中，对加速踏板安装两个传感器，当两个传感器的数值在出厂数据范围内且两个数值相差在误差预设值范围内则判定为传感器有效，并取两个传感器数值的平均值作为驾驶员的转矩请求值。

4.根据权利要求1所述的一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法，其特征在于：在所述制动失效检测与制动优先模块中，若制动压力传感器采集到的压力值小于预约安全值，则中断电机的扭矩输出；若电流传感器采集到正向电流且制动开关传感器检测到制动动作，同样中断电机的扭矩输出。

5.根据权利要求1所述的一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法，其特征在于：所述档位选择模块在制动开关传感器信号存在制动信号且加速踏板传感器信号的扭矩请求值为零时才允许挂入前进档。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法，其特征在于：在所述牵引力控制步骤中，通过车速传感器和轮速传感器的数值计算得出车辆的滑动率，当滑动率高于预设的滑动率阈值，则降低电机的扭矩输出。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法，其特征在于：在转矩协调控制步骤中，扭矩的计算协调体系包括三层，分别为动力学模型控制目标设计层、基于模糊控制的横摆力矩制定层和两轮驱动力分配层。

8.根据权利要求7所述的一种适用于分布式驱动车辆的行车控制方法，其特征在于：在所述动力学模型控制目标设计层中，计算得出横摆角速度误差和质心侧偏角误差两个数值，在所述基于模糊控制的横摆力矩制定层中，通过这两个误差值构成的输入值计算得出横摆力矩，在所述两轮驱动力分配层中，基于驾驶员期望的输出驱动转矩和计算得出的横摆力矩计算得出左右两个驱动轮的实际驱动转矩。

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