CN111251902B - 一种分布式车桥电驱动系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式车桥电驱动系统及其控制方法，属于车辆领域。该分布式车桥电驱动系统包括：左轮电机，用于驱动车辆的左车轮；左轮电机控制器，与左轮电机数据连接，用于控制左轮电机；右轮电机，用于驱动车辆的右车轮；右轮电机控制器，与右轮电机数据连接，用于控制右轮电机；其中，左轮电机控制器和右轮电机控制器通过独立的I/O端口直接相接，且I/O端口设置为最高优先级，左轮电机控制器和右轮电机控制器配置成在通过I/O端口接收到切换至目标安全运行状态的同步指令时，将自身的运行状态切换至目标安全运行状态。本发明的分布式车桥电驱动系统及其控制方法能够最大限度地提高响应速度并节省成本。

Description

一种分布式车桥电驱动系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆领域，特别是涉及一种分布式车桥电驱动系统及其控制方法。

背景技术

近年来新能源汽车在全球范围内取得了大规模发展，众多主机厂和零部件企业纷纷推出了面向整车不同市场定位的各种电驱动方案。目前市场上常见的电驱动架构主要有集中式和分布式两种方案。分布式驱动架构(含前后桥分布和左右分布)分为桥驱动、轮边驱动和轮毂电机驱动。

对于分布式驱动，伴随着由它带来的更好的整车操控性和稳定性(特别在湿滑路面上)的同时，也给车辆带来了左右驱动轮安全状态不同步的风险。特别是在整车根据当时的路况及车况，需要将单侧或者两侧驱动电机切换至安全状态，例如惯性滑行模式(Freewheeling，缩写为FW)和主动短路模式(Active short circled，缩写为ASC)之一，或出于高压器件保护目的需要将电机从一安全状态切换到另一安全状态时，由于存在两侧控制器通讯延迟、单侧电机控制器繁忙或其他电子电器故障，两侧的状态切换可能会出现较长时间(100ms级)的不同步，即两侧轮边扭矩在一定时间内有较大差异。这样就会给整车造成意外的大偏摆扭矩，严重时会导致车辆失控，形成重大安全事故。

针对上述问题，目前市场上常见的解决方法是提高电机和电机控制器的可靠性及安全等级，但这种方法将导致显著的成本上升，而且还不能从根本上解决问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种分布式车桥电驱动系统，能够最大限度地提高响应速度并节省成本。

特别地，本发明提供了一种分布式车桥电驱动系统，包括：

左轮电机，用于驱动车辆的左车轮；

左轮电机控制器，与所述左轮电机数据连接，用于控制所述左轮电机；

右轮电机，用于驱动车辆的右车轮；

右轮电机控制器，与所述右轮电机数据连接，用于控制所述右轮电机；其中，

所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器通过独立的I/O端口直接相接，且所述I/O端口设置为最高优先级，所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器配置成在通过所述I/O端口接收到切换至限扭的目标安全运行状态的同步指令时，将自身的运行状态切换至所述目标安全运行状态。

可选地，分布式车桥电驱动系统还包括：

整车控制器，与所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器均数据连接，用于向所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器发送切换至目标安全运行状态的控制指令；

所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器还配置成基于自身判断需要进入所述目标安全运行状态或接收到所述整车控制器发来的切换至所述目标安全运行状态的控制指令时发送所述同步指令。

可选地，所述整车控制器还用于向所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器发送禁止切换至所述目标安全运行状态的禁止指令；

所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器配置成在未收到所述禁止指令时将自身的运行状态切换至所述目标安全运行状态。

可选地，所述左轮电机控制器包括：

左控制板，用于存储运行程序，用于生成切换至所述目标安全运行状态的状态切换指令；

左开关模块，设置于车辆的动力电池和所述左轮电机之间并受所述左控制板控制，用于根据所述状态切换指令进入相应的开关状态，以控制所述左轮电机切换至所述目标安全运行状态。

可选地，所述右轮电机控制器包括：

右控制板，用于存储运行程序，用于生成切换至所述目标安全运行状态的状态切换指令；

右开关模块，设置于车辆的动力电池和所述右轮电机之间并受所述右控制板控制，用于根据所述状态切换指令进入相应的开关状态，以控制所述右轮电机切换至所述目标安全运行状态。

特别地，本发明还提供了一种同步控制方法，用于上述任一项所述的分布式车桥电驱动系统，包括以下步骤：

判断所述左轮电机控制器或所述右轮电机控制器是否需要切换至限扭的目标安全运行状态；

在所述左轮电机控制器或所述右轮电机控制器需要切换至所述目标安全运行状态时，通过所述I/O端口发送切换至所述目标安全运行状态的同步指令；

所述右轮电机控制器或所述左轮电机控制器在接收到所述同步指令时，将自身的运行状态切换至所述目标安全运行状态。

可选地，将自身的运行状态切换至所述目标安全运行状态之前，还包括：

判断是否接收到整车控制器的禁止切换至所述目标安全运行状态的禁止指令；

若否，则将自身的运行状态切换至所述目标安全运行状态。

可选地，所述目标安全运行状态为惯性滑行模式或主动短路模式。

可选地，判断所述左轮电机控制器或所述右轮电机控制器是否需要切换至目标安全运行状态，包括：

判断所述左轮电机控制器或所述右轮电机控制器基于自身判断是否需要进入所述目标安全运行状态。

可选地，判断所述左轮电机控制器或所述右轮电机控制器是否需要切换至目标安全运行状态，还包括：

判断所述左轮电机控制器或所述右轮电机控制器是否接收到整车控制器发来的切换至所述目标安全运行状态的控制指令。

本发明的分布式车桥电驱动系统通过在左轮电机控制器和右轮电机控制器各自设置平行数据I/O端口直接相连。在控制逻辑上，在一侧的电机控制器需要从一种安全运行状态切换到另一种安全运行状态时，或者从正常运行状态切换至某一种安全运行状态时，总是向该I/O端口写入要求另一侧的电机控制器切入相同状态的指令。另一侧的电机控制器通过该I/O端口接收到要求切入相同状态的指令时，则立即发出一个软件中断，使得自身也切换至相同的安全运行状态。本发明将左右电机控制器的安全状态切换控制系统关联起来，这样可在一侧电机进入惯性滑行或主动短路等安全运行状态时，确保另一侧电机几乎同时进入相同的安全状态而不受外界网络延迟或其他器件故障的影响。这种方式无需特别提升单台电机的功能安全等级及控制精度即可实现满足要求的系统功能安全状态，从而节省了成本。并且在电机控制器本地实现左右控制器直接耦合，能最大限度提高响应速度。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的分布式车桥电驱动系统的连接示意图；

图2是根据本发明一个实施例的同步控制方法的流程图；

图3是根据本发明另一个实施例的同步控制方法的流程图；

图4是根据本发明一个实施例的同步控制方法的逻辑原理图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的分布式车桥电驱动系统100的连接示意图。本发明提供了一种分布式车桥电驱动系统100，一个实施例中，如图1所示，分布式车桥电驱动系统100一般性地可以包括左轮电机10、左轮电机控制器20、右轮电机30和右轮电机控制器40。左轮电机10用于驱动车辆的左车轮。左轮电机控制器20与左轮电机10数据连接，用于控制左轮电机10。右轮电机30用于驱动车辆的右车轮。右轮电机控制器40与右轮电机30数据连接，用于控制右轮电机30。左轮电机控制器20和右轮电机控制器40通过独立的I/O端口直接相接，且I/O端口设置为最高优先级，如图1所示，左轮电机控制器20设有第一I/O端口51，右轮电机控制器40设有第二I/O端口52。左轮电机控制器20和右轮电机控制器40配置成在通过I/O端口接收到切换至限扭的目标安全运行状态的同步指令时，将自身的运行状态切换至目标安全运行状态，目标安全运行状态可以是惯性滑行模式或主动短路模式。

本实施例的分布式车桥电驱动系统100通过在左轮电机控制器20和右轮电机控制器40各自设置平行数据I/O端口直接相连。在控制逻辑上，在一侧的电机控制器需要从一种安全运行状态切换到另一种安全运行状态时，或者从正常运行状态切换至某一种安全运行状态时，总是向该I/O端口写入要求另一侧的电机控制器切入相同状态的指令。另一侧的电机控制器通过该I/O端口接收到要求切入相同状态的指令时，则立即发出一个软件中断，使得自身也切换至相同的安全运行状态。本实施例将左右电机控制器的安全状态切换控制系统关联起来，这样可在一侧电机进入惯性滑行或主动短路等安全运行状态时，确保另一侧电机几乎同时进入相同的安全状态而不受外界网络延迟或其他器件故障的影响。这种方式无需特别提升单台电机的功能安全等级及控制精度即可实现满足要求的系统功能安全状态，从而节省了成本。并且在电机控制器本地实现左右控制器直接耦合，能最大限度提高响应速度。

另一个实施例中，分布式车桥电驱动系统100还包括整车控制器(VCU，未示出)，与左轮电机控制器20和右轮电机控制器40均数据连接，用于向述左轮电机控制器20和右轮电机控制器40发送切换至目标安全运行状态的控制指令。左轮电机控制器20和右轮电机控制器40还配置成基于自身判断需要进入目标安全运行状态或接收到整车控制器发来的切换至目标安全运行状态的控制指令时发送同步指令。可选地，整车控制器还用于发送正常工作模式指令、工作参数至左轮电机控制器20和右轮控制器40。

也就是说，该同步指令可以是左轮电机控制器20或右轮电机控制器40根据自身的判断形成，也可以是接收到的整车控制器的切换指令，整车控制器的指令一般具有更高的优先级，具有决定权。

另一个实施例中，整车控制器还用于向左轮电机控制器20和右轮电机控制器40发送禁止切换至目标安全运行状态的禁止指令。左轮电机控制器20和右轮电机控制器40配置成在未收到禁止指令时将自身的运行状态切换至目标安全运行状态。

最常见的一种情况是VCU在主动执行扭矩矢量(torque vectoring)控制，根据整车运行工况，可能会出现VCU有意使一侧车轮处于正常驱动状态，同时另一侧保持FW或ASC状态。这时正常驱动侧的电机控制器将被禁止实施本发明的功能，即同步FW或ASC功能。

另一种情况是VCU根据其他系统传递给它的路面信息、驾驶工况、方向盘转角等信息，判断出此时后轮两侧同步FW或ASC将使整车处于更危险的状况，此时也需要禁止同步FW或ASC的功能。

进一步地一个实施例中，如图1所示，左轮电机控制器20包括左控制板21和左开关模块22。左控制板21用于存储运行程序，用于生成切换至目标安全运行状态的状态切换指令。左开关模块22设置于车辆的动力电池和左控制板21和左轮电机10之间并受左控制板21的控制，用于根据状态切换指令进入相应的开关状态，以控制左轮电机10切换至目标安全运行状态。可选地，该左开关模块22还用于控制左轮电机10的启动和关闭，以及将左轮电机10产生的电能充至动力电池。

另一个进一步地实施例中，如图1所示，右轮电机控制器40包括右控制板41和右开关模块42。右控制板41用于存储运行程序，用于生成切换至目标安全运行状态的状态切换指令。右开关模块42设置于动力电池和右轮电机30之间并受右控制板41的控制，用于根据状态切换指令进入相应的开关状态，以控制右轮电机30切换至目标安全运行状态。可选地，该右开关模块42还用于控制右轮电机30的启动和关闭，以及将右轮电机30产生的电能充至动力电池。

如图1所示，第一I/O端口51设置于左控制板21处，第二I/O端口52设置于右控制板41处。

左轮电机控制器20的左开关模块22和右轮电机控制器40的右开关模块42总是能以最短的时间差同步进入目标安全运行状态所要求的开关组合状态，从而避免发生只是一侧电机进入安全状态，进而大幅度减少或者停止输入扭矩时，另一侧电机仍然在持续高扭矩输出模式这种会给整车带来大偏摆扭矩的危险状况。

本发明还提供了一种同步控制方法，用于前述的分布式车桥电驱动系统100，一个实施例中，该方法包括以下步骤：

S10：判断左轮电机控制器20或右轮电机控制器40是否需要切换至限扭的目标安全运行状态；若是，进入S20。

S20：通过I/O端口发送切换至目标安全运行状态的同步指令；

S30：右轮电机控制器40或左轮电机控制器20在接收到同步指令时，将自身的运行状态切换至目标安全运行状态。

本实施例将左右电机控制器的安全状态切换控制系统关联起来，这样可在一侧电机进入惯性滑行或主动短路等安全运行状态时，确保另一侧电机几乎同时进入相同的安全状态而不受外界网络延迟或其他器件故障的影响。这种方式无需特别提升单台电机的功能安全等级及控制精度即可实现满足要求的系统功能安全状态，从而节省了成本。并且在电机控制器本地实现左右控制器直接耦合，能最大限度提高响应速度。

图3是根据本发明另一个实施例的同步控制方法的流程图。如图3所示，另一个实施例中，S30之前，还包括：

S26：判断是否接收到整车控制器的禁止切换至目标安全运行状态的禁止指令；若是返回主程序，若否，则进入S30。

本实施例在将自身的运行状态切换至目标安全运行状态之前考虑了整车控制器的发送的指令。这一步的目的是在本发明的程序逻辑判断出需要进行左右扭矩同步，在执行之前先要检查一下整车控制器的逻辑有否禁止它进行同步，如有的话应该放弃同步，因为VCU在整车控制逻辑中处于上位，具有决定权。

可选地，目标安全运行状态为惯性滑行模式或主动短路模式。

最常见的一种情况是VCU在主动执行扭矩矢量(torque vectoring)控制，根据整车运行工况，可能会出现VCU有意使一侧车轮处于正常驱动状态，同时另一侧保持FW或ASC状态。这时正常驱动侧的电机控制器将被禁止实施本发明的功能，即同步FW或ASC功能。

另一种情况是VCU根据其他系统传递给它的路面信息、驾驶工况、方向盘转角等信息，判断出此时后轮两侧同步FW或ASC将使整车处于更危险的状况，此时也需要禁止同步FW或ASC的功能。

一个实施例中，S10包括：

S11：判断左轮电机控制器20或右轮电机控制器40基于自身判断是否需要进入目标安全运行状态。

另一个实施例中，S10还包括：

S12：判断左轮电机控制器20或右轮电机控制器40是否接收到整车控制器发来的切换至目标安全运行状态的控制指令。

也就是说，该同步指令可以是左轮电机控制器20或右轮电机控制器40根据自身的判断形成，也可以是接收到的整车控制器的切换指令。

图4是根据本发明一个实施例的同步控制方法的逻辑原理图。如图4所示，当左轮电机控制器20或右轮电机控制器40在执行自身的主控制程序时，若接收到另一侧的电机控制器通过I/O端口发来的同步指令时，左轮电机控制器20或右轮电机控制器40的主控制程序会发生一个软件中断。通过I/O端口的输入信息，判断对方在执行哪一种安全状态，即目标安全运行状态，图4中以FW或ASC状态为例。当本机的执行状态和对方的执行状态一致时，返回主控制程序。当本机的执行状态和对方的执行状态不一致时，判断是否接收到整车控制器的禁止切换至目标安全运行状态的禁止指令，即图4中的VCU Override禁止是否有效。若禁止有效则返回主控制程序，若禁止无效，则控制本机执行与对方电机一样的状态。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种分布式车桥电驱动系统，其特征在于，包括：

左轮电机，用于驱动车辆的左车轮；

左轮电机控制器，与所述左轮电机数据连接，用于控制所述左轮电机；

右轮电机，用于驱动车辆的右车轮；

右轮电机控制器，与所述右轮电机数据连接，用于控制所述右轮电机；其中，

所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器通过独立的I/O端口直接相接，且所述I/O端口设置为最高优先级，所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器配置成在通过所述I/O端口接收到切换至限扭的目标安全运行状态的同步指令时，将自身的运行状态切换至所述目标安全运行状态；

所述左轮电机控制器包括：

左控制板，用于存储运行程序，用于生成切换至所述目标安全运行状态的状态切换指令；

左开关模块，设置于车辆的动力电池和所述左轮电机之间并受所述左控制板控制，用于根据所述状态切换指令进入相应的开关状态，以控制所述左轮电机切换至所述目标安全运行状态。

2.根据权利要求1所述的分布式车桥电驱动系统，其特征在于，还包括：

整车控制器，与所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器均数据连接，用于向所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器发送切换至目标安全运行状态的控制指令；

所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器还配置成基于自身判断需要进入所述目标安全运行状态或接收到所述整车控制器发来的切换至所述目标安全运行状态的控制指令时发送所述同步指令。

3.根据权利要求2所述的分布式车桥电驱动系统，其特征在于，

所述整车控制器还用于向所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器发送禁止切换至所述目标安全运行状态的禁止指令；

所述左轮电机控制器和所述右轮电机控制器配置成在未收到所述禁止指令时将自身的运行状态切换至所述目标安全运行状态。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的分布式车桥电驱动系统，其特征在于，所述右轮电机控制器包括：

右控制板，用于存储运行程序，用于生成切换至所述目标安全运行状态的状态切换指令；

右开关模块，设置于车辆的动力电池和所述右轮电机之间并受所述右控制板控制，用于根据所述状态切换指令进入相应的开关状态，以控制所述右轮电机切换至所述目标安全运行状态。

5.一种同步控制方法，用于权利要求1-4中任一项所述的分布式车桥电驱动系统，其特征在于，包括以下步骤：

判断所述左轮电机控制器或所述右轮电机控制器是否需要切换至限扭的目标安全运行状态；

在所述左轮电机控制器或所述右轮电机控制器需要切换至所述目标安全运行状态时，通过所述I/O端口发送切换至所述目标安全运行状态的同步指令；

所述右轮电机控制器或所述左轮电机控制器在接收到所述同步指令时，将自身的运行状态切换至所述目标安全运行状态。

6.根据权利要求5所述的同步控制方法，其特征在于，将自身的运行状态切换至所述目标安全运行状态之前，还包括：

判断是否接收到整车控制器的禁止切换至所述目标安全运行状态的禁止指令；

若否，则将自身的运行状态切换至所述目标安全运行状态。

7.根据权利要求5或6所述的同步控制方法，其特征在于，

所述目标安全运行状态为惯性滑行模式或主动短路模式。

8.根据权利要求5或6所述的同步控制方法，其特征在于，判断所述左轮电机控制器或所述右轮电机控制器是否需要切换至目标安全运行状态，包括：

判断所述左轮电机控制器或所述右轮电机控制器基于自身判断是否需要进入所述目标安全运行状态。

9.根据权利要求8所述的同步控制方法，其特征在于，判断所述左轮电机控制器或所述右轮电机控制器是否需要切换至目标安全运行状态，还包括：

判断所述左轮电机控制器或所述右轮电机控制器是否接收到整车控制器发来的切换至所述目标安全运行状态的控制指令。

Images