CN113173079B - 一种多模式自适应分布式轮边电驱动系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多模式自适应分布式轮边电驱动系统。所述系统包括：自适应行驶控制器、多个车桥控制器、多个电驱动车桥、参数测量模块，自适应行驶控制器采集驾驶操控行为传感器、坡道传感器、环境传感器以及车速传感器输出的参数信号，并根据参数信号决策整车的行驶驱动模式，根据所述行驶驱动模式自适应选择智能控制模型，并输出控制指令给车桥控制器；车桥控制器根据控制指令控制多个所述电驱动车桥协同工作，并将所述电驱动车桥反馈的信息上报给所述自适应行驶控制器。该系统的自适应行驶控制器能够根据车辆状态工况，自适应选择行驶驱动模式和智能控制模型，以提高车辆的驱动力、可靠度和燃油经济性。

Description

一种多模式自适应分布式轮边电驱动系统

技术领域

本申请涉及超重载特种车辆技术领域，特别是涉及一种多模式自适应分布式轮边电驱动系统。

背景技术

现有超重载特种车辆采用传统的机械传动模式，大多需要依靠驾驶员根据车辆行驶工况进行人工控制变速器档位，调整车辆的行驶驱动力。例如起步、爬坡等工况，需要采用低档位提高车辆驱动扭距，随着车速逐渐提高，需要逐级更换高档位，以提高车辆行驶速度。极少部分车辆采用自动变速器，但由于车辆所有传动链全部耦合在一起，导致“一动全动”，全系统同时工作，无法根据设备工作状态进行选择性交替工作，故障状态下也无法实现带故工作模式。

超重载特种车辆车长、轴数多，需要控制的电机多，再加上行驶工况复杂，行驶速度快，需要根据不同的行驶工况进行快速驱动响应。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种采用分布式布置方案和柔性电连接方案，能够根据车辆行驶工况，自适应决策车辆驱动模式的多模式自适应分布式轮边电驱动系统。

一种多模式自适应分布式轮边电驱动系统，所述系统包括：自适应行驶控制器、多个车桥控制器、多个电驱动车桥、参数测量模块。

所述参数测量模块，包括驾驶操控行为传感器、坡道传感器、环境传感器以及车速传感器。

所述自适应行驶控制器，包括自适应行驶控制模型，所述自适应行驶控制模型是根据车辆行驶驱动工况进行训练得到的，包括多个预先训练好的智能控制模型；所述自适应行驶控制器用于采集驾驶操控行为传感器、坡道传感器、环境传感器以及车速传感器输出的参数信号，并根据所述参数信号决策整车的行驶驱动模式，根据所述行驶驱动模式自适应选择智能控制模型，并输出控制指令给车桥控制器。

所述车桥控制器用于接收所述控制指令，并根据控制指令控制多个所述电驱动车桥协同工作，并将所述电驱动车桥反馈的信息上报给所述自适应行驶控制器。

在其中一个实施例中，所述自适应行驶控制模型是根据车辆行驶驱动工况进行训练得到多个智能控制模型，所述智能控制模型包括：包括加速行驶工况、坡道行驶工况、高原行驶工况、平路行驶工况、高速行驶工况、低速行驶工况、静默行驶工况以及带故行驶工况的控制映射MAP图。

所述行驶驱动模式包括全功率全驱模式、选择性交替工作模式、带故工作模式、静默低功耗工作模式以及制动工作模式。

在其中一个实施例中，所述自适应行驶控制器用于：在加速行驶工况、爬坡行驶工况以及高原行驶工况时，所述自适应行驶控制器根据驾驶员的操控行为、所述坡道传感器以及所述车速传感器测量到车辆对大扭矩和大功率的需求，所述自适应行驶控制器控制所有电驱动车桥参与工作，并向上一级动力单元提出大功率供电需求。

在平路行驶工况和高速行驶工况时，所述自适应行驶控制器根据所述驾驶员的操控行为、所述坡道传感器以及所述车速传感器测量到车辆对扭矩和功率的需求降低，并控制部分电驱动车桥参与工作。

在低速行驶工况、静默行驶工况时，自适应行驶控制器控制部分电驱动车桥参与工作或降速行驶。

自适应行驶控制器还用于根据电驱动车桥的温度、故障等信息反馈，控制当前电驱动车桥暂停或停止工作。

在其中一个实施例中，所述电驱动车桥包括：桥体结构、驱动电机、传动轴、轮边减速器、车轮、集成散热系统以及减振装置。

电驱动车桥基于桥体结构安装有驱动电机、上摆臂、下摆臂，下摆臂通过所述减振装置与所述桥体结构相连；所述桥控制器控制所述驱动电机工作，所述驱动电机通过所述传动轴和所述轮边减速器驱动所述车轮转动行驶；所述驱动电机和所述桥控制器工作产生的热量通过所述集成散热系统将热量散发出去。

所述减振装置采用变刚度螺旋弹簧。

所述驱动电机内部集成位置传感器和温度传感器。

在其中一个实施例中，所述车桥控制器包括供电模块、一个主功能核、两个次级功能核，两个驱动模块、两个逆变模块、采样模块、接口模块以及散热回路。

所述主功能核通过两个所述次级功能核控制两个轮边电机协调工作实现“一拖二”模式。

所述次级功能核、所述驱动模块以及所述逆变模块构成两个相同且独立的控制与驱动回路，用于单独控制一个轮边电机输出力矩和转速。

所述采样模块与轮边电机及所述驱动模块相连，用于反馈电机工作时的电压、电流、转速以及力矩。

所述车桥控制器自动识别所述逆变模块过压、过流以及过热故障，并将故障信息上报整车控制器；当驱动电机发生过温或超速等故障时，所述车桥控制器及时封锁逆变模块脉冲输出，停止电机转矩输出。

上述一种多模式自适应分布式轮边电驱动系统，所述系统包括：自适应行驶控制器、多个车桥控制器、多个电驱动车桥、参数测量模块，自适应行驶控制器采集驾驶操控行为传感器、坡道传感器、环境传感器以及车速传感器输出的参数信号，并根据参数信号决策整车的行驶驱动模式，根据所述行驶驱动模式自适应选择智能控制模型，并输出控制指令给车桥控制器；车桥控制器根据控制指令控制多个所述电驱动车桥协同工作，并将所述电驱动车桥反馈的信息上报给所述自适应行驶控制器。该系统的自适应行驶控制器能够根据车辆状态工况，自适应选择行驶驱动模式和智能控制模型，以提高车辆的驱动力、可靠度和燃油经济性。

附图说明

图1为一个实施例中一种多模式自适应分布式轮边电驱动系统组成框图；

图2为一个实施例中一种多模式自适应分布式轮边电驱动系统原理图；

图3为一个实施例中自适应行驶控制器原理图；

图4为另一个实施例中电驱动车桥方案示意图；

图5为一个实施例中车桥控制器方案示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

自适应分布式轮边电驱动系统，通过自适应行驶控制模型，建立不同工况的控制映射MAP图，形成基于工况的快速驱动控制响应，提高控制的精确性和实时性。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种多模式自适应分布式轮边电驱动系统，系统包括自适应行驶控制器100、多个车桥控制器101、多个电驱动车桥102、参数测量模块103。

参数测量模块103，包括驾驶操控行为传感器1031、坡道传感器1032、环境传感器1033以及车速传感器1034。

自适应行驶控制器100，包括自适应行驶控制模型，自适应行驶控制模型是根据车辆行驶驱动工况进行训练得到的，包括多个预先训练好的智能控制模型；自适应行驶控制器用于采集驾驶操控行为传感器1031、坡道传感器1032、环境传感器1033以及车速传感器1034输出的参数信号，并根据参数信号决策整车的行驶驱动模式，根据行驶驱动模式自适应选择智能控制模型，并输出控制指令给车桥控制器101。

车桥控制器101用于接收控制指令，并根据控制指令控制多个电驱动车桥102协同工作，并将电驱动车桥102反馈的信息上报给自适应行驶控制器100。

电驱动车桥102包括两个轮边电机两个车轮。

上述多模式自适应分布式轮边电驱动系统中系统包括：自适应行驶控制器、多个车桥控制器、多个电驱动车桥、参数测量模块，自适应行驶控制器采集驾驶操控行为传感器、坡道传感器、环境传感器以及车速传感器输出的参数信号，并根据参数信号决策整车的行驶驱动模式，根据所述行驶驱动模式自适应选择智能控制模型，并输出控制指令给车桥控制器；车桥控制器根据控制指令控制多个所述电驱动车桥协同工作，并将所述电驱动车桥反馈的信息上报给所述自适应行驶控制器。该系统的自适应行驶控制器能够根据车辆状态工况，自适应选择行驶驱动模式和智能控制模型，以提高车辆的驱动力、可靠度和燃油经济性。

在其中一个实施例中，自适应行驶控制模型是根据车辆行驶驱动工况进行训练得到多个智能控制模型，智能控制模型包括：包括加速行驶工况、坡道行驶工况、高原行驶工况、平路行驶工况、高速行驶工况、低速行驶工况、静默行驶工况以及带故行驶工况的控制映射MAP图。

行驶驱动模式包括全功率全驱模式、选择性交替工作模式、带故工作模式、静默低功耗工作模式以及制动工作模式。

在其中一个实施例中，自适应行驶控制器用于：在加速行驶工况、爬坡行驶工况以及高原行驶工况时，自适应行驶控制器根据驾驶员的操控行为、坡道传感器以及车速传感器测量到车辆对大扭矩和大功率的需求，自适应行驶控制器控制所有电驱动车桥参与工作，并向上一级动力单元提出大功率供电需求。

在平路行驶工况和高速行驶工况时，自适应行驶控制器根据驾驶员的操控行为、坡道传感器以及车速传感器测量到车辆对扭矩和功率的需求降低，并控制部分电驱动车桥参与工作。

在低速行驶工况、静默行驶工况时，自适应行驶控制器控制部分电驱动车桥参与工作或降速行驶。

自适应行驶控制器还用于根据电驱动车桥的温度、故障等信息反馈，控制当前电驱动车桥暂停或停止工作。

在其中一个实施例中，电驱动车桥包括：桥体结构、驱动电机、传动轴、轮边减速器、车轮、集成散热系统以及减振装置。

电驱动车桥基于桥体结构安装有驱动电机、上摆臂、下摆臂，下摆臂通过减振装置与桥体结构相连；桥控制器控制驱动电机工作，驱动电机通过传动轴和轮边减速器驱动车轮转动行驶；驱动电机和桥控制器工作产生的热量通过集成散热系统将热量散发出去。

减振装置采用变刚度螺旋弹簧。

驱动电机内部集成位置传感器和温度传感器。

在其中一个实施例中，车桥控制器包括供电模块、一个主功能核、两个次级功能核，两个驱动模块、两个逆变模块、采样模块、接口模块以及散热回路。

主功能核通过两个次级功能核控制两个轮边电机协调工作实现“一拖二”模式。

次级功能核、驱动模块以及逆变模块构成两个相同且独立的控制与驱动回路，用于单独控制一个轮边电机输出力矩和转速。

采样模块与轮边电机及驱动模块相连，用于反馈电机工作时的电压、电流、转速以及力矩。

车桥控制器自动识别逆变模块过压、过流以及过热故障，并将故障信息上报整车控制器；当驱动电机发生过温或超速等故障时，车桥控制器及时封锁逆变模块脉冲输出，停止电机转矩输出。

在另一个实施例中，如图2所示，提供了一种多模式自适应分布式轮边电驱动系统，包括自适应行驶控制器1、多个车桥控制器2、多个电驱动车桥、驾驶操控行为传感器5、坡道传感器6、环境传感器7、车速传感器8等组成。，电驱动电桥包括：两个轮边电机3和车轮4。自适应行驶控制器1采集驾驶操控行为传感器5输出的加速、减速、转向等信号，以及坡道传感器6输出的上坡、下坡等信号，以及环境传感器7输出的气压信号，以及车速传感器8输出的速度信号，决策整车的行驶驱动模式，输出指令给车桥控制器2，车桥控制器2根据指令信息控制轮边电机3和车轮4工作。

在其中一个实施例中，如图3所示，自适应行驶控制器1，包括状态信息接收单元、自适应行驶控制模型和控制指令输出单元。状态信息接收单元包括驾驶操控行为传感器5、坡道传感器6、环境传感器7、车速传感器8、信号处理单元9等组成。自适应行驶控制模型根据车辆行驶驱动工况进行训练得到，具体为各工况下的控制映射MAP图，包括加速控制MAP图10、坡道控制MAP图11、高原行驶控制MAP图12、平路行驶控制MAP图13、高速行驶控制MAP图14、低速行驶控制MAP图15、静默行驶控制MAP图16、带故行驶控制MAP图17。自适应行驶控制器1根据车轮状态信息，智能自适应选择控制MAP图驱动车辆行驶，具体驱动一桥控制器18、二桥控制器19、三桥控制器20、四桥控制器21、五桥控制器22、六桥控制器23。其中，加速控制MAP图10控制六个桥控制器驱动所有电机全功率工作，坡道控制MAP图11在上坡时控制所以桥控制器驱动所有电机全功率工作，下坡时通过桥控制器控制电机回收能量，高原行驶控制MAP图12主要在平原工况基础上进行功率修正，平路行驶控制MAP图13根据各桥电机工作状态控制所有车桥轮流交替工作，高速行驶控制MAP图14重点控制各车桥的运动协调性和力矩平衡性，低速行驶控制MAP图15重点控制低速工况下各车桥力矩分配和运动协调性，静默行驶控制MAP图16重点控制纯电池驱动模式下的能力效率，带故行驶控制MAP图17根据故障现象决策车辆驱动形式。

在其中一个实施例中，如图4所示，电驱动车桥基于桥体结构24安装有驱动电机25、上摆臂28、下摆臂29等设备，下摆臂29通过减振装置30与桥体结构24相连。桥控制器31控制驱动电机25工作，驱动电机25通过传动轴26、轮边减速器32驱动车轮27转动行驶。驱动电机25和桥控制器31工作产生的热量通过集成散热系统33将热量散发出去，确保驱动电机25和桥控制器31工作温度平衡。其中，驱动电机25采用双V字型转子结构和斜槽定子结构，减振装置30采用变刚度螺旋弹簧，集成散热系统33采用水冷方案。

在其中一个实施例中，如图5所示，车桥控制器包括供电模块34、主功能核35、次级功能核36、次级功能核37、驱动模块38、驱动模块39、逆变模块40、逆变模块41、采样模块42、接口模块43、散热回路44等组成。供电模块34用于给所有控制模块供电；主功能核35通过次级功能核36和次级功能核37控制两个轮边电机协调工作实现“一拖二”模式，即一个车桥控制器同时控制两个轮边驱动电机工作；次级功能核36、驱动模块38和逆变模块40，以及次级功能核37、驱动模块39和逆变模块41分别构成一个独立的控制与驱动回路，用于单独控制一个轮边电机输出力矩和转速；采样模块42与轮边电机及其驱动电路相连，反馈电机工作时的电压、电流、转速、力矩等参数；接口模块43用于控制参数配置和软硬件调试；散热回路44采用水套结构实现对控制器散热。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种多模式自适应分布式轮边电驱动系统，其特征在于，所述系统包括：自适应行驶控制器、多个车桥控制器、多个电驱动车桥、参数测量模块；

所述参数测量模块，包括驾驶操控行为传感器、坡道传感器、环境传感器以及车速传感器；

所述自适应行驶控制器，包括自适应行驶控制模型，所述自适应行驶控制模型是根据车辆行驶驱动工况进行训练得到的，包括多个预先训练好的智能控制模型；所述自适应行驶控制器用于采集驾驶操控行为传感器、坡道传感器、环境传感器以及车速传感器输出的参数信号，并根据所述参数信号决策整车的行驶驱动模式，根据所述行驶驱动模式自适应选择智能控制模型，并输出控制指令给车桥控制器；

所述车桥控制器用于接收所述控制指令，并根据控制指令控制多个所述电驱动车桥协同工作，并将所述电驱动车桥反馈的信息上报给所述自适应行驶控制器；

所述电驱动车桥包括两个轮边电机两个车轮；

所述自适应行驶控制器，还用于根据电驱动车桥反馈的信息，控制当前电驱动车桥暂停或停止工作。

2.根据权利要求1所述的系统，所述自适应行驶控制模型是根据车辆行驶驱动工况进行训练得到多个智能控制模型，所述智能控制模型包括：包括加速行驶工况、坡道行驶工况、高原行驶工况、平路行驶工况、高速行驶工况、低速行驶工况、静默行驶工况以及带故行驶工况的控制映射MAP图；

所述行驶驱动模式包括全功率全驱模式、选择性交替工作模式、带故工作模式、静默低功耗工作模式以及制动工作模式。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述自适应行驶控制器用于：在加速行驶工况、爬坡行驶工况以及高原行驶工况时，所述自适应行驶控制器根据驾驶员的操控行为、所述坡道传感器以及所述车速传感器测量到车辆对大扭矩和大功率的需求，所述自适应行驶控制器控制所有所述电驱动车桥参与工作，并向上一级动力单元提出大功率供电需求；

在平路行驶工况和高速行驶工况时，所述自适应行驶控制器根据所述驾驶员的操控行为、所述坡道传感器以及所述车速传感器测量到车辆对扭矩和功率的需求降低，并控制部分所述电驱动车桥参与工作；

在低速行驶工况、静默行驶工况时，自适应行驶控制器控制部分所述电驱动车桥参与工作或降速行驶。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电驱动车桥包括：桥体结构、驱动电机、传动轴、轮边减速器、车轮、集成散热系统以及减振装置；

所述电驱动车桥基于所述桥体结构安装有所述驱动电机、上摆臂、下摆臂，下摆臂通过所述减振装置与所述桥体结构相连；所述桥控制器控制所述驱动电机工作，所述驱动电机通过所述传动轴和所述轮边减速器驱动所述车轮转动行驶；所述驱动电机和所述桥控制器工作产生的热量通过所述集成散热系统将热量散发出去；

所述减振装置采用变刚度螺旋弹簧；

所述驱动电机内部集成位置传感器和温度传感器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车桥控制器包括供电模块、一个主功能核、两个次级功能核，两个驱动模块、两个逆变模块、采样模块、接口模块以及散热回路；

所述主功能核通过两个所述次级功能核控制两个轮边电机协调工作实现“一拖二”模式；

所述次级功能核、所述驱动模块以及所述逆变模块构成两个相同且独立的控制与驱动回路，用于单独控制一个轮边电机输出力矩和转速；

所述采样模块与轮边电机及所述驱动模块相连，用于反馈电机工作时的电压、电流、转速以及力矩；

所述车桥控制器自动识别所述逆变模块过压、过流以及过热故障，并将故障信息上报整车控制器；当驱动电机发生过温或超速等故障时，所述车桥控制器及时封锁逆变模块脉冲输出，停止电机转矩输出。

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