CN110356247B - 电动汽车分布式驱动电子差速控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车分布式驱动电子差速控制系统及方法，涉及电子差速控制领域。本发明设置了正常差速控制模式、路面异常差速控制模式以及失稳差速控制模式3种控制模式，通过对车辆状态和路面状态进行识别，然后进入不同的控制模式；路面异常差速控制模式当车辆跑偏、车轮滑转等现象时，通过分别控制两边驱动轮的转速，调节驱动电机的目标转速，以达到车辆的差速控制，顺利通过坏路；失稳差速控制模式，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，控制车辆的横摆力矩，进而提高车辆的行驶稳定性。不再单一的靠车轮转速控制与驱动力控制，保证差速性能。

Description

电动汽车分布式驱动电子差速控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电子差速控制领域，具体涉及一种电动汽车分布式驱动电子差速控制系统及方法。

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。

目前所提出的电子差速控制方案，多是以车轮转速为控制参数，例如以车辆各车轮的转弯半径比来换算驱动轮的转速之比，这为整车的车速控制提供了方便.

由于车轮转速不但受外界施加于车轮的驱动力与阻力的影响而且还受车体与车轮的相互作用力的影响，车辆运动过程中轮胎的变形、两边路面附着条件不一致等，导致车辆的运动很难用简单的几何运动关系表达，那么靠单一的车轮转速控制与驱动力控制均难以保证车轮实现理想的差速性能，导致差速性能有很强的局限性。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种电动汽车分布式驱动电子差速控制系统及方法，解决了现有的差速性能差，易导致车辆出现磨胎、车辆跑偏的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明提供一种电动汽车分布式驱动电子差速控制系统，所述控制系统包括：

状态识别模块，所述状态识别模块用于识别车辆状态和路面状态；

差速控制模式选择模块，所述差速控制模式选择模块基于所述车辆状态和路面状态的情况，选择进入何种差速控制模式；

所述差速控制模式包括正常差速控制模式、路面异常差速控制模式以及失稳差速控制模式；

所述正常差速控制模式为根据油门开度信号和电机转速信号得到第一目标扭矩，驱动电机控制器修正驱动电机的扭矩至第一目标扭矩；

所述路面异常差速控制模式根据车轮的轮速和实际车速的差值，通过PID控制计算得到第一目标转速，驱动电机控制器修正驱动电机的转速至第一目标转速；

所述失稳差速控制模式根据汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值，通过PID控制进行计算得到第二目标扭矩，驱动电机控制器修正驱动电机的扭矩至第二目标扭矩。

优选的，若所述车辆状态和路面状态均为正常，差速控制模式选择模块选择进入正常差速控制模式；

若所述车辆状态正常，路面状态不正常，差速控制模式选择模块选择进入路面异常差速控制模式；

若所述车辆状态不正常差速控制模式选择模块选择进入失稳差速控制模式。

优选的，所述控制系统还包括：

信号获取模块，所述信号获取模块用于获取汽车的油门开度信号、方向盘转角信号、汽车实际横摆角速度、电机转速信号、车辆车速、车轮的轮速信号。

优选的，所述状态识别模块识别到车轮的轮速与车辆车速差值超过设定阈值时，所述状态识别模块识别判定所述路面状态不正常。

优选的，所述状态识别模块识别到汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值超过设定阈值时，所述状态识别模块识别判定所述车辆状态不正常。

优选的，所述理想横摆角速度按照以下公式计算得到：

其中：ω_swa为理想横摆角速度，δ为前轮转角，通过方向盘转角信号和转向传动比计算获得；μ—车辆车速；L—轴距；V_ch—特征车速。

第二方面，本发明还提供一种电动汽车分布式驱动电子差速控制方法，所述控制方法：

识别车辆状态和路面状态；

基于所述识别车辆状态和路面状态选择进入何种差速控制模式；

所述差速控制模式包括正常差速控制模式、路面异常差速控制模式以及失稳差速控制模式；

所述正常差速控制模式为根据油门开度信号和电机转速信号得到第一目标扭矩，驱动电机控制器修正驱动电机的扭矩至第一目标扭矩；

所述路面异常差速控制模式根据车轮的轮速和实际车速的差值，通过PID控制计算得到第一目标转速，驱动电机控制器修正驱动电机的转速至第一目标转速；

所述失稳差速控制模式根据汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值，通过PID控制进行计算得到第二目标扭矩，驱动电机控制器修正驱动电机的扭矩至第二目标扭矩。

优选的当所述车辆状态和路面状态均为正常时，选择进入正常差速控制模式；

当所述车辆状态正常，路面状态不正常时，选择进入路面异常差速控制模式；

当所述车辆状态不正常时，选择进入失稳差速控制模式。

优选的当电动汽车车轮的轮速与车辆车速差值超过设定阈值时，识别判定所述路面状态不正常；

当电动汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值超过设定阈值时，识别判定所述车辆状态不正常。

优选的，所述理想横摆角速度按照以下公式计算得到：

其中：ω_swa为理想横摆角速度，δ为前轮转角，通过方向盘转角信号和转向传动比计算获得；μ—车辆车速；L—轴距；V_ch—特征车速。

(三)有益效果

本发明提供了一种电动汽车分布式驱动电子差速控制系统及方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：

本发明实施例设置了正常差速控制模式、路面异常差速控制模式以及失稳差速控制模式3种控制模式，通过对车辆状态和路面状态进行识别，然后进入不同的控制模式；路面异常差速控制模式当车辆跑偏、车轮滑转等现象时，通过分别控制两边驱动轮的转速，调节驱动电机的目标转速，即通过车轮的轮速和实际车速的差值进行PID控制，以达到车辆的差速控制，顺利通过坏路；失稳差速控制模式，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，控制车辆的横摆力矩，进而提高车辆的行驶稳定性。不再单一的靠车轮转速控制与驱动力控制，保证差速性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明实施例控制方法流程图。

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，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作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。

正如背景技术所述，汽车车轮转速不但受外界施加于车轮的驱动力与阻力的影响而且还受车体与车轮的相互作用力的影响，由于车辆运动过程中轮胎的变形、两边路面附着条件不一致等，导致车辆的运动很难用简单的几何运动关系表达。

因此，在具体实施过程中靠单一的车轮转速控制与驱动力控制均难以保证车轮实现理想的差速性能，这是因为转速控制难以适应路面不平、车轮滚动半径差异及车辆高速时的非线性动力学导致的差速，而扭矩控制则无法与车轮与车体之间的相互作用力相协调，因为后者在汽车行驶过程中是动态变化的。分布式驱动电动汽车电子差速控制的原理如果不合理，将很容易导致车辆出现磨胎、车辆跑偏等问题。

本申请实施例提供一种电动汽车分布式驱动电子差速控制系统及方法，解决现有的差速性能差，易导致车辆出现磨胎、车辆跑偏的技术问题。不再单一的靠车轮转速控制与驱动力控制，保证差速性能。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本发明实施例设置了正常差速控制模式、路面异常差速控制模式以及失稳差速控制模式3种控制模式，通过对车辆状态和路面状态进行识别，然后进入不同的控制模式，不再单一的靠车轮转速控制与驱动力控制，保证差速性能。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

第一方面，本发明实施例提供一种电动汽车分布式驱动电子差速控制系统，所述控制系统包括：

状态识别模块，所述状态识别模块用于识别车辆状态和路面状态；

差速控制模式选择模块，所述差速控制模式选择模块基于所述车辆状态和路面状态的情况，选择进入何种差速控制模式；

所述差速控制模式包括正常差速控制模式、路面异常差速控制模式以及失稳差速控制模式；

如图1所示，所述正常差速控制模式为根据油门开度信号和电机转速信号得到第一目标扭矩，驱动电机控制器修正驱动电机的扭矩至第一目标扭矩；具体实施过程中，将不同油门开度信号下、不同电机转速下对应的驱动电机目标扭矩存储在相应MAP图中，控制过程中只需要根据驾驶员的实际油门开度和当前电机转速信号通过查表和插值计算的方式获得驾驶员需求的驱动电机第一目标扭矩，该MAP图需要根据不同车辆的控制需求进行测试标定。具体的，通过MAP得到第一目标扭矩的过程为：基于油门开度信号和电机转速信号得到轮边需求MAP图，进而基于轮边需求MAP图推导出第一目标扭矩。

所述路面异常差速控制模式根据车轮的轮速和实际车速的差值，通过PID控制计算得到第一目标转速，驱动电机控制器修正驱动电机的转速至第一目标转速；具体的，当车轮出现滑转时即路面异常状态时，通过调节各驱动电机的目标转速，以确保各驱动车轮不会出现滑转，计算车轮的轮速和实际车速差值，通过PID控制进行计算获得相应驱动轮驱动电机的第一目标转速，可以直接对驱动车辆转速进行控制，提高了电动汽车在特殊路面的动力性和稳定性。

所述失稳差速控制模式根据汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值，通过PID控制进行计算得到第二目标扭矩，驱动电机控制器修正驱动电机的扭矩至第二目标扭矩。具体的，计算实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值，通过PID控制进行计算获得驱动轮驱动电机的第二目标扭矩。当实际横摆角速度大于理想横摆角速度超过设定值时，即车辆发生过多转向，按照计算获得第二目标扭矩减小车辆外侧车轮驱动电机目标扭矩，减小车辆的过多转向趋势；当实际横摆角速度小于理想横摆角速度超过设定值时，即车辆发生不足转向，需要按照计算获得第二目标扭矩减小车辆内侧车轮驱动电机目标扭矩，减小车辆的不足转向趋势。通过减小一侧的驱动电机扭矩，给车辆提供一定的横摆力矩，进而提高车辆的行驶稳定性。

本发明实施例设置了正常差速控制模式、路面异常差速控制模式以及失稳差速控制模式3种控制模式，通过对车辆状态和路面状态进行识别，然后进入不同的控制模式，具体的基于不同的车辆状态和路面状态调整差速控制模式；路面异常差速控制模式当车辆跑偏、车轮滑转等现象时，通过分别控制两边驱动轮的转速，调节驱动电机的目标转速，即通过车轮的轮速和实际车速的差值进行PID控制，以达到车辆的差速控制，顺利通过坏路；失稳差速控制模式，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，控制车辆的横摆力矩，进而提高车辆的行驶稳定性。不再单一的靠车轮转速控制与驱动力控制，保证差速性能。

一实施例中，根据车辆状态和路面状态的不同选择不同的差速控制模式，具体的选择条件为：

若所述车辆状态和路面状态均为正常，差速控制模式选择模块选择进入正常差速控制模式；

若所述车辆状态正常，路面状态不正常，差速控制模式选择模块选择进入路面异常差速控制模式；

若所述车辆状态不正常差速控制模式选择模块选择进入失稳差速控制模式。

一实施例中，所述控制系统还包括信号获取模块，具体的通过信号获取模块获取汽车在形式过程中各种参数信号，用以识别车辆状态和路面状态；所述信号获取模块用于采集汽车的油门开度信号、方向盘转角信号、汽车实际横摆角速度、电机转速信号、车辆车速、车轮的轮速信号以及整车横摆角加速度；

其中通过汽车的油门开度信号、方向盘转角信号、汽车实际横摆角速度以及整车横摆角加速度信号来识别车辆状态是否正常；

通过汽车的车辆车速、车轮的轮速信号来识别路面状态是否正常。

一实施例中，所述状态识别模块识别到车轮的轮速与车辆车速差值超过设定阈值时，所述状态识别模块识别判定所述路面状态不正常。

一实施例中，所述状态识别模块识别到汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值超过设定阈值时，所述状态识别模块识别判定所述车辆状态不正常。上述实施例，仅仅提供一种判定所述路面状态和路面状态是否正常的一个具体实例，在具体实施例过程中还可以采用上述实施例中信号获取模块采集的汽车信号进行识别判断。

一实施例中，所述理想横摆角速度按照以下公式计算得到：

其中：ω_swa为理想横摆角速度，δ为前轮转角，通过方向盘转角信号和转向传动比计算获得；μ—车辆车速；L—轴距；V_ch—特征车速。其中转向传动比和特征车速均为本领域公知的性能参数。

第二方面，如图1所示，本发明实施还提供一种电动汽车分布式驱动电子差速控制方法，所述控制方法，通过识别车辆状态和路面状态；再基于所述识别车辆状态和路面状态选择进入何种差速控制模式；

所述差速控制模式包括正常差速控制模式、路面异常差速控制模式以及失稳差速控制模式；

所述正常差速控制模式为根据油门开度信号和电机转速信号得到第一目标扭矩，驱动电机控制器修正驱动电机的扭矩至第一目标扭矩；

所述路面异常差速控制模式根据车轮的轮速和实际车速的差值，通过PID控制计算得到第一目标转速，驱动电机控制器修正驱动电机的转速至第一目标转速；

所述失稳差速控制模式根据汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值，通过PID控制进行计算得到第二目标扭矩，驱动电机控制器修正驱动电机的扭矩至第二目标扭矩。

具体实施过程中，通过电动汽车的部分信号识别车辆状态和路面状态，如汽车的油门开度信号、方向盘转角信号、汽车实际横摆角速度、电机转速信号、车辆车速、车轮的轮速信号以及整车横摆角加速度；

其中通过汽车的油门开度信号、方向盘转角信号、汽车实际横摆角速度以及整车横摆角加速度信号来识别车辆状态是否正常；

通过汽车的车辆车速、车轮的轮速信号来识别路面状态是否正常。

具体的，本发明实施例以电动汽车车轮的轮速与车辆车速信号为例，的当电动汽车车轮的轮速与车辆车速差值超过设定阈值时，识别判定所述路面状态不正常；

当电动汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值超过设定阈值时，识别判定所述车辆状态不正常。

上述实施例中，所述理想横摆角速度按照以下公式计算得到：

其中：ω_swa为理想横摆角速度，δ为前轮转角，通过方向盘转角信号和转向传动比计算获得；μ—车辆车速；L—轴距；V_ch—特征车速。

上述实施例中，当所述车辆状态和路面状态均为正常时，选择进入正常差速控制模式；

当所述车辆状态正常，路面状态不正常时，选择进入路面异常差速控制模式；

当所述车辆状态不正常时，选择进入失稳差速控制模式。

综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：

本发明实施例设置了正常差速控制模式、路面异常差速控制模式以及失稳差速控制模式3种控制模式，通过对车辆状态和路面状态进行识别，然后进入不同的控制模式，具体的基于不同的车辆状态和路面状态调整差速控制模式；路面异常差速控制模式当车辆跑偏、车轮滑转等现象时，通过分别控制两边驱动轮的转速，调节驱动电机的目标转速，即通过车轮的轮速和实际车速的差值进行PID控制，以达到车辆的差速控制，顺利通过坏路；失稳差速控制模式，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，控制车辆的横摆力矩，进而提高车辆的行驶稳定性。不再单一的靠车轮转速控制与驱动力控制，保证差速性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种电动汽车分布式驱动电子差速控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

状态识别模块，所述状态识别模块用于识别车辆状态和路面状态；

差速控制模式选择模块，所述差速控制模式选择模块基于所述车辆状态和路面状态的情况，选择进入何种差速控制模式；

所述差速控制模式包括正常差速控制模式、路面异常差速控制模式以及失稳差速控制模式；

所述正常差速控制模式为根据油门开度信号和电机转速信号得到第一目标扭矩，驱动电机控制器修正驱动电机的扭矩至第一目标扭矩；

所述路面异常差速控制模式根据车轮的轮速和实际车速的差值，通过PID控制计算得到第一目标转速，驱动电机控制器修正驱动电机的转速至第一目标转速；

所述失稳差速控制模式根据汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值，通过PID控制进行计算得到第二目标扭矩，驱动电机控制器修正驱动电机的扭矩至第二目标扭矩，当实际横摆角速度大于理想横摆角速度超过设定值时，按照所述第二目标扭矩减小车辆外侧车轮驱动电机目标扭矩；当实际横摆角速度小于理想横摆角速度超过设定值时，按照所述第二目标扭矩减小车辆内侧车轮驱动电机目标扭矩；

其中，

若所述车辆状态和路面状态均为正常，差速控制模式选择模块选择进入正常差速控制模式；若所述车辆状态正常，路面状态不正常，差速控制模式选择模块选择进入路面异常差速控制模式；若所述车辆状态不正常，差速控制模式选择模块选择进入失稳差速控制模式；

且所述状态识别模块识别到车轮的轮速与车辆车速差值超过设定阈值时，所述状态识别模块识别判定所述路面状态不正常；

且所述状态识别模块识别到汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值超过设定阈值时，所述状态识别模块识别判定所述车辆状态不正常；

且所述理想横摆角速度按照以下公式计算得到：

其中：ω_swa为理想横摆角速度，δ为前轮转角，通过方向盘转角信号和转向传动比计算获得；μ—车辆车速；L—轴距；V_ch—特征车速。

2.如权利要求1所述电动汽车分布式驱动电子差速控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

信号获取模块，所述信号获取模块用于获取汽车的油门开度信号、方向盘转角信号、汽车实际横摆角速度、电机转速信号、车辆车速、车轮的轮速信号。

3.一种电动汽车分布式驱动电子差速控制方法，其特征在于，所述控制方法：

识别车辆状态和路面状态；

基于所述识别车辆状态和路面状态选择进入何种差速控制模式；

所述差速控制模式包括正常差速控制模式、路面异常差速控制模式以及失稳差速控制模式；

所述正常差速控制模式为根据油门开度信号和电机转速信号得到第一目标扭矩，驱动电机控制器修正驱动电机的扭矩至第一目标扭矩；

所述路面异常差速控制模式根据车轮的轮速和实际车速的差值，通过PID控制计算得到第一目标转速，驱动电机控制器修正驱动电机的转速至第一目标转速；

所述失稳差速控制模式根据汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值，通过PID控制进行计算得到第二目标扭矩，驱动电机控制器修正驱动电机的扭矩至第二目标扭矩，当实际横摆角速度大于理想横摆角速度超过设定值时，按照所述第二目标扭矩减小车辆外侧车轮驱动电机目标扭矩；当实际横摆角速度小于理想横摆角速度超过设定值时，按照所述第二目标扭矩减小车辆内侧车轮驱动电机目标扭矩；

其中，

当所述车辆状态和路面状态均为正常时，选择进入正常差速控制模式；当所述车辆状态正常，路面状态不正常时，选择进入路面异常差速控制模式；当所述车辆状态不正常时，选择进入失稳差速控制模式；

且当识别到车轮的轮速与车辆车速差值超过设定阈值时，判定所述路面状态不正常；

且当识别到汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值超过设定阈值时，判定所述车辆状态不正常；

且所述理想横摆角速度按照以下公式计算得到：

其中：ω_swa为理想横摆角速度，δ为前轮转角，通过方向盘转角信号和转向传动比计算获得；μ—车辆车速；L—轴距；V_ch—特征车速。

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