CN110758113A - 一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统、控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式电驱动汽车的控制系统、控制方法和控制装置，控制方法包括获取车辆行驶环境信息和车辆自身运行状态信息；计算出总纵向力矩、总侧向力矩以及总横摆力矩；切换工况；输出车辆驱动力矩；控制系统包括状态监测模块、运动控制模块、混杂控制模块和执行器模块，状态监测模块用于获取车辆行驶的环境信息和车辆自身运行状态信息；运动控制模块计算出期望力矩；执行器模块实现直行、制动和转向；控制装置包括纵向状态监测器、横向状态监测器、驱动电机和转向电机；使得车辆的可控自由度进一步增加，四轮的纵向力以及前轮的横向力都可以得到有效的控制，为进行各轮纵向和横向力的优化分配和控制提供了更大的空间。

Description

一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统、控制方法和控制 装置

技术领域

本发明涉及电驱动汽车控制领域，尤其涉及一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统、控制方法和控制装置。

背景技术

随着环境问题和能源危机的加剧，新能源汽车迎来了前所未有的发展机遇，现有的电驱动汽车的控制系统使用单一的轮胎力分配方法，在多种工况下未能充分利用轮胎极限，造成资源浪费，且车辆工况切换反应速度慢，未能做到车辆工况切换的智能化；控制策略单一，不能很好的满足驾驶员的行驶期望，无法在各个工况下提升车辆的动力性，操纵性和经济性。

发明内容

本发明为解决电驱动汽车控制策略单一，不能很好的满足驾驶员的行驶期望的问题，提出了一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统、控制方法和控制装置，采用分布式驱动系统，车辆的行驶过程划分为几个独立的行驶工况，将其转化为多控制模式以及多控制策略之间的协调切换，在满足驾驶员驾驶期望的同时，对车辆行驶过程中的驱动力矩的协调分配进行优化，提升车辆行驶的稳定性和操作性。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统的控制方法包括以下步骤：

获取车辆行驶环境信息和车辆自身运行状态信息；

计算出符合驾驶员行驶期望的期望总纵向力矩、期望总侧向力矩以及总横摆力矩；

切换工况；

输出车辆驱动力矩。

进一步地，所述工况包括起步工况、加速工况和转向工况，其中所述加速工况包括平缓加速工况和急加速工况。

进一步地，输出车辆驱动力矩的控制算法如下：

在所述起步工况下，采用基于驱动防滑自适应控制算法；

在所述平缓加速工况下，采用车辆垂直载荷的驱动力分配算法；

在所述急加速工况下，采用基于轮胎附着裕度的轮胎力控制算法；

在所述转向工况下，采用基于车辆稳定性控制的组合控制算法。

本发明的另一方面提供一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统，包含以下模块：

状态监测模块，用于获取车辆行驶环境信息和车辆自身运行状态信息；

运动控制模块，用于计算符合驾驶员行驶期望的力矩信息；

混杂控制模块，用于切换车辆行驶工况；

执行器模块，用于驱动电机和转向电机，输出车辆驱动力矩。

进一步地，所述混杂控制模块包括工况控制器单元和切换监督控制器单元。其中，工况控制器单元用于根据电驱动车辆的工况，选择符合控制目标的控制策略；切换监督控制器单元用于在不同离散事件的驱动下，对车辆行驶工况进行切换。

本发明的在一方面提供一种分布式电驱动汽车的混杂控制装置包括：

纵向状态监测器，用于获取车辆纵向行驶环境信息和车辆纵向运行状态信息，包括油门踏板传感器、纵向车速传感器、驱动电机传感器和车载激光雷达；

横向状态监测器，用于获取车辆横向行驶环境信息和车辆横向运行状态信息，包括方向盘转角传感器、横向车速传感器和转向电机检测器；

驱动电机，用于电驱动汽车的驱动；

转向电机，用于电驱动汽车的转向；

有益技术效果：

本发明通过提供一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统、控制方法和控制装置，解决了电驱动汽车控制策略单一，不能很好的满足驾驶员的行驶期望的问题，本发明提供的一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统将车辆的行驶过程划分为几个独立的行驶工况，不再局限于在全局范围内以一种单一的控制策略实现多行驶工况下的运行及控制，将其转化为多控制模式以及多控制策略之间的协调切换，在满足驾驶员驾驶期望的同时，对车辆行驶过程中的驱动力矩的协调分配进行优化，提升车辆行驶的稳定性和操作性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例分布式电驱动汽车的混杂控制系统结构示意图；

图2为本发明实施例混杂控制模块的系统框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。

本发明提供一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统，参见图1，具体地，分布式电驱动汽车的混杂控制系统包含以下模块：

状态监测模块，用于获取车辆行驶环境信息和车辆自身运行状态信息；

运动控制模块，用于计算符合驾驶员行驶期望的力矩信息；

混杂控制模块，用于切换车辆行驶工况；

执行器模块，用于驱动电机和转向电机，输出车辆驱动力矩。

作为本实施例的优选技术方案，混杂控制模块参见图2，具体地，混杂控制模块包括工况控制器单元和切换监督控制器单元。其中，工况控制器单元用于根据电驱动车辆的工况，选择符合控制目标的控制策略；切换监督控制器单元用于在不同离散事件的驱动下，对车辆行驶工况进行切换。

进一步地，工况包括起步工况、加速工况和转向工况，其中加速工况包括平缓加速工况和急加速工况。

本发明的另一方面提供一种分布式电驱动汽车的混杂控制装置，包括纵向状态检测器、横向状态检测器、驱动电机和转向电机。

其中，纵向状态监测器用于获取车辆纵向行驶环境信息和车辆纵向运行状态信息，优选地，纵向状态监测器包括油门踏板传感器、纵向车速传感器、驱动电机传感器和车载激光雷达，油门踏板传感器安装在车辆油门踏板上，根据踏板开度来判断驾驶员的纵向行驶期望；车载激光雷达安装于车辆前保险杠中间位置用于采集车辆与前车相对距离以及速度信息。横向状态监测器用于获取车辆横向行驶环境信息和车辆横向运行状态信息，优选地，横向状态监测器包括方向盘转角传感器、横向车速传感器和转向电机检测器，方向盘转角传感器安装在车辆转向柱上，用于监测驾驶员的期望轮胎转角；车速传感器安装在分布式电驱动汽车四个驱动轮的轮心处，监测车辆的实际行驶速度，并将速度信息传输到状态监测模块；驱动电机用于电驱动汽车的驱动；转向电机用于电驱动汽车的转向。

本发明的再一方面提供一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统的控制方法包括以下步骤：

状态监测模块获取车辆行驶环境信息和车辆自身运行状态信息，并将获取的信息发送给运动控制模块；

运动控制模块根据状态监测模块获取的信息，计算出符合驾驶员行驶期望的期望总纵向力矩、期望总侧向力矩以及总横摆力矩；

状态监测模块将获取的车辆行驶环境信息和车辆自身运行状态信息以及运动控制模块计算出的期望总纵向力矩、期望总侧向力矩和总横摆力矩发送给混杂控制模块；

混杂控制模块中的切换监督单元根据状态监测模块和运动控制模块所发出的信息经工况模式识别器进行分析处理后，按照模式切换的规则，并根据系统内部和外部离散的输入信号，在离散事件的驱动下，模式切换器切换工况控制器中某一预设的控制器工作，从而实现混杂控制模块的工作模式的混杂切换，通过控制器中的控制算法，产生驱动电机和转向电机控制信号，再经过驱动模块输出电枢电压信号，最后经输出监督器对输出电枢电压值处理，输出最终的电枢电压值；

执行器模块根据混杂控制模块输出的电枢电压信号，驱动电机实时输出车辆驱动力矩，实现车辆直线、制动或者转向操作，实现分布式电驱动车辆驱动力矩的协调分配。

作为本实施例的优选技术方案，模式切换的规则如下：

根据运动控制模块计算出的纵向力矩、侧向力矩和横摆力矩信息以及状态监测模块监测到的包括油门踏板信号、车辆实际车速信号和车辆处理器中的驾驶员将要进行车辆起步的信息，则系统判定此时车辆处于起步工况，系统将进入车辆起步工况下的工作模式，通过协调车辆驱动轮转矩，使车辆在符合驾驶员的驾驶期望内行驶；

根据运动控制模块计算出的纵向力矩、侧向力矩和横摆力矩信息以及状态监测模块监测到的包括油门踏板信号、车辆实际车速信号、车辆加速度信号和车辆处理器中的驾驶员将要进行车辆加速的信息，则系统判定此时车辆处于平缓加速工况，系统将进入车辆平缓加速工况下的工作模式，通过协调车辆驱动轮转矩，使车辆在符合驾驶员的驾驶期望内行驶；

根据运动控制模块计算出的纵向力矩、侧向力矩和横摆力矩信息已及状态监测模块监测到的油门踏板信号、车辆实际车速信号、车辆加速度信号和车辆处理器中的驾驶员将要进行车辆急加速的信息，则系统判定此时车辆处于急加速工况，系统将进入车辆急加速工况下的工作模式，通过协调车辆驱动轮转矩，使车辆在符合驾驶员的驾驶期望内行驶；

根据运动控制模块计算出的纵向力矩、侧向力矩和横摆力矩信息以及状态监测模块监测到的信号包括方向盘转角信号、油门踏板信号、车辆实际车速信号、车辆加速度信号和车辆处理器中的驾驶员将要进行车辆转向的信息，则系统判定此时车辆处于车辆转向工况，系统将进入车辆转向工况下的工作模式，通过协调车辆驱动轮转矩，使车辆在符合驾驶员的驾驶期望内行驶。

进一步地，输出车辆驱动力矩的控制算法如下：

在起步工况下，采用基于驱动防滑自适应控制算法具体地，监测轮胎的滑转率，控制轮胎的滑转率在最优滑转率范围内，提升轮胎的附着系数，防止车辆在起步过程中打滑或空转，以保持汽车行驶方向的稳定性、操纵性和维持汽车的最佳驱动力以及提高汽车的行驶平顺性。

在平缓加速工况下，采用车辆垂直载荷的驱动力分配算法具体地，系统对车辆轮胎的垂直载荷进行监测分别为F_左前、F_右前、F_左后、F_右后，则车辆总垂直载荷为F_总＝F_左前+F_右前+F_左后+F_右后，则每个轮胎的驱动力矩为

其中，T_总为车辆的总驱动力矩。

在急加速工况下，采用基于轮胎附着裕度的轮胎力控制算法，具体地，目标函数为：

限制条件：

其中，μ_i为轮胎附着系数，F_xi为纵向力，F_yi为横向力，F_zi为垂向力，F_t为总驱动力，M_z为横摆力矩，T_max为驱动电机最大输出转矩，r为轮胎半径。

在转向工况下，采用基于车辆稳定性控制的组合控制算法，具体地，对车辆横摆角速度进行主动控制，同时最小化电驱动系统的能耗损失，并且对车轮的滑转率进行约束，将三者进行加权后进行驱动力分配，提升车辆行驶过程中的稳定性以及经济性。

状态监测模块将获取的车辆行驶环境信息和车辆自身运行状态信息传输给运动控制模块和混杂控制模块，运动控制模块根据状态监测模块传输过来的信息和执行器模块反馈的信息计算出车辆期望的纵向总力矩、侧向总力矩和横摆力矩，执行器模块根据混杂控制模块传输过来的信号驱动执行器模块中的驱动电机和转向电机，实现分布式电驱动汽车的驱动、制动和转向。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取车辆行驶环境信息和车辆自身运行状态信息；

计算出符合驾驶员行驶期望的期望总纵向力矩、期望总侧向力矩以及总横摆力矩；

切换工况；

输出车辆驱动力矩。

2.根据权利要求1所述的一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统的控制方法，其特征在于，所述工况包括起步工况、加速工况和转向工况，其中所述加速工况包括平缓加速工况和急加速工况。

3.一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统的控制方法，其特征在于，所述输出车辆驱动力矩的控制算法如下：

在所述起步工况下，采用基于驱动防滑自适应控制算法；

在所述平缓加速工况下，采用车辆垂直载荷的驱动力分配算法；

在所述急加速工况下，采用基于轮胎附着裕度的轮胎力控制算法；

在所述转向工况下，采用基于车辆稳定性控制的组合控制算法。

4.一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统，包含以下模块：

状态监测模块，用于获取车辆行驶环境信息和车辆自身运行状态信息；

运动控制模块，用于计算符合驾驶员行驶期望的力矩信息；

混杂控制模块，用于切换车辆行驶工况；

执行器模块，用于驱动电机和转向电机，输出车辆驱动力矩。

5.根据权利要求4所述的一种分布式电驱动汽车的混杂控制系统，其特征在于，所述混杂控制模块包括：

工况控制器单元，用于根据电驱动车辆的工况，选择符合控制目标的控制策略；

切换监督控制器单元，用于在不同离散事件的驱动下，对车辆行驶工况进行切换。

6.一种分布式电驱动汽车的混杂控制装置，其特征在于，所述分布式电驱动汽车的混杂控制装置包括：

纵向状态监测器，用于获取车辆纵向行驶环境信息和车辆纵向运行状态信息，包括油门踏板传感器、纵向车速传感器、驱动电机传感器和车载激光雷达；

横向状态监测器，用于获取车辆横向行驶环境信息和车辆横向运行状态信息，包括方向盘转角传感器、横向车速传感器和转向电机检测器；

驱动电机，用于电驱动汽车的驱动；

转向电机，用于电驱动汽车的转向。

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