一種基于左右電動輪差動\制動控制的電動汽車控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于左右電動輪差動\制動控制的電動汽車控制方法，控制系統(tǒng)根據(jù)方向盤的轉(zhuǎn)向判斷駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，然后再判斷車輛的加減速意圖，車輛加速的情況下作為一種模式，根據(jù)轉(zhuǎn)向角度的要求，對左右電機的電壓進(jìn)行分配，使得左右電動輪的轉(zhuǎn)速達(dá)到其轉(zhuǎn)向角度的要求；車輛減速的情況作為另一種模式，根據(jù)轉(zhuǎn)向角度的要求，對左右電動輪所施加的制動力進(jìn)行分配，在分配制動力時，又根據(jù)制動強度的不同，采用不同的制動模式，分別為電機磁場單獨制動，電機磁場與液壓制動系統(tǒng)共同制動以及液壓制動系統(tǒng)單獨制動。它具有保護(hù)制動片、減小動力消耗，獲得能量回收，汽車運行平穩(wěn)、節(jié)能環(huán)保、操作方便、節(jié)約成本等特征。
【專利說明】-種基于左右電動輪差動\制動控制的電動汽車控制方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種電動汽車，尤其是涉及一種電動汽車的控制方法。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004] 近年來我國中東大部分地區(qū)持續(xù)出現(xiàn)大范圍霧霾天氣，中央氣象臺持續(xù)發(fā)布霧霾 紅色預(yù)警，節(jié)能減排早已成為全社會共識。電動汽車具有低噪聲、零排放等優(yōu)點完全符合當(dāng) 前倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保理念，是汽車工業(yè)發(fā)展的方向之一。
[0005] 隨著各類底盤電子集成控制技術(shù)在燃油汽車上廣泛應(yīng)用，如牽引力控制系統(tǒng) (TractionControlSystem,TCS)、車身電子穩(wěn)定程序（ElectronicStabilityProgram, ESP)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向（Electro-HydraulicPowerSteering,EHPS)系統(tǒng)和防抱死制動 系統(tǒng)（Anti-lockedBrakingSystem,ABS)等，一般需要對發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系和制 動系等綜合控制予以實現(xiàn)。因電動輪作為車輪直接驅(qū)動汽車，無須發(fā)動機、換檔變速和傳動 軸等部件，簡化傳動系統(tǒng)和底盤結(jié)構(gòu)，提高傳動效率，是汽車底盤傳動方式的更替；同時能 獨立控制電動輪的驅(qū)動力響應(yīng)速度快，容易測得準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩值，有效精簡底盤電子控 制系統(tǒng)架構(gòu)，更是汽車電控研發(fā)技術(shù)的革新。
[0006] 現(xiàn)有的電動汽車一般仍然采用傳統(tǒng)汽車的制動方式，即液壓制動，液壓制動具有 其特有的優(yōu)勢，如結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性廣、噪音低、制動可靠等，但其制動過程一方面要消耗較 大量的能量，另一方面會逐漸消耗剎車片，更為重要的是，在制動過程中，汽車動能被轉(zhuǎn)換 成熱能消耗。但研究表明，汽車在制動過程中的能量損耗，占汽車耗能的很大一部分，特別 是在城市道路上，由于汽車頻繁制動，這部分的能量損耗甚至成為汽車耗能的主要部分。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)中，ESP車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)不但控制驅(qū)動輪，而且可控制從動輪。如后輪 驅(qū)動汽車常出現(xiàn)的轉(zhuǎn)向過多情況，此時后輪失控而甩尾，ESP便會剎慢外側(cè)的前輪來穩(wěn)定車 子；在轉(zhuǎn)向過少時，為了校正循跡方向，ESP則會剎慢內(nèi)后輪，從而校正行駛方向。
[0008] ESP系統(tǒng)是汽車上一個重要的系統(tǒng)，通常是支援ABS及ASR的功能。它通過對從各 傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進(jìn)行分析，然后向ABS、ASR發(fā)出糾偏指令，來幫助車輛維 持動態(tài)平衡。ESP-般需要安裝轉(zhuǎn)向傳感器、車輪傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器 等。
[0009] ESP除用到了ABS和TCS的輪速傳感器和液壓調(diào)節(jié)器之外，還包含了 一個集成有側(cè) 向加速傳感器的橫擺角速度傳感器和方向傳感器，這兩只傳感器主要負(fù)責(zé)測量汽車圍繞其 縱軸的回轉(zhuǎn)運動和記錄駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖；輪速傳感器用來測量車輪的即時轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)向角 傳感器：用于記錄駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖；橫擺角速度傳感器和側(cè)向加速度傳感器用來測量汽 車圍繞其縱軸的回轉(zhuǎn)運動和離心力。
[0010] 但是，現(xiàn)有ESP系統(tǒng)是對汽車在轉(zhuǎn)彎過程中，出現(xiàn)穩(wěn)定性問題時進(jìn)行修正的系統(tǒng)， 并不是汽車轉(zhuǎn)彎的主要系統(tǒng)，其在具體使用中，無法降低制動轉(zhuǎn)彎過程中的能耗，并且對液 壓制動系統(tǒng)的剎車片也無明顯的保護(hù)和減損的作用。
[0011]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的電動汽車在制動時對制動片(剎車片）損耗 過大，制動能耗過大，制動穩(wěn)定性只能通過ESP系統(tǒng)進(jìn)行后發(fā)的修正進(jìn)行等技術(shù)問題，提供 一種合理使用液壓制動，使得制動片損耗減小，制動能耗降低，制動穩(wěn)定性有較大提升的基 于左右電動輪差動\制動控制的電動汽車控制方法。
[0013] 本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：一種基于左右電動 輪差動\制動控制的電動汽車控制方法，左、右電動輪分別對應(yīng)設(shè)有左、右電機，左、右電機 的控制電路均與控制系統(tǒng)相連，其特征在于每個電機分別通過一個切換裝置與一個供電電 路和一個阻抗電路相連，方向盤設(shè)有角度感應(yīng)器、油門踏板和制動踏板分別設(shè)有開度感應(yīng) 器，左、右電動輪還設(shè)有液壓制動系統(tǒng)，其控制方法包括如下過程： (1) 控制系統(tǒng)實時監(jiān)控角度感應(yīng)器，判斷方向盤的轉(zhuǎn)動角度ssw，進(jìn)而判斷駕駛員的轉(zhuǎn) 向意圖； (2) 根據(jù)油門踏板和制動踏板的開度感應(yīng)器，判斷油門踏板開度a5和制動踏板開度 ka，進(jìn)而判斷駕駛員的加、減速意圖； (3) 當(dāng)ka=0,ap > 0時，系統(tǒng)認(rèn)為駕駛員有加速意圖，則控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)動角度Ssw分 配左、右電機的驅(qū)動電壓隊和UK，使得左、右電動輪獲得和《K的角速度； (4) 當(dāng)ka彡0,ap =〇時，系統(tǒng)認(rèn)為駕駛員有減速意圖，此時隊和仏均為0,控制系 統(tǒng)通過汽車的加速度獲得目標(biāo)制動強度Z，并進(jìn)行如下判斷和操作， iZ< 0. 1為輕度制動，左右電機能提供的制動力矩Tm(l大于或等于所需制動力矩 Ttotal，控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向意圖控制切換裝置動作，使左右電機分別與阻抗電路實際相連，液 壓制動系統(tǒng)停止制動，由電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的磁場阻力分別完成對左、右電動輪的制動，相應(yīng)電 動輪的制動目標(biāo)完成后，相應(yīng)的切換裝置隨即動作，使得左右電機恢復(fù)與供電電路相連； ii 0. 1 < 2為中度制動或緊急制動，左右電機能提供的制動力矩Tm(l小于所需制動力矩 Ttotal，液壓制動系統(tǒng)繼續(xù)工作，由液壓制動系統(tǒng)單獨作用，或切換接裝置動作，使左右電機 分別與阻抗電路實際相連，液壓制動系統(tǒng)接合電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的磁場阻力共同作用，分別完 成對左、右電動輪的制動，相應(yīng)電動輪的制動目標(biāo)完成后，相應(yīng)的切換裝置隨即動作，使得 左右電機恢復(fù)與供電電路相連，液壓制動系統(tǒng)同時停止對相應(yīng)電動輪的制動。
[0014] 根據(jù)車輛縱向行駛速度為V，左右前輪的行駛速度分別為 '和VK，R為車輪滾動 半徑,a和b分別為前、后軸到質(zhì)心的距離,L為車輛前后軸的軸距,W為車輛前輪軸的輪距， i為車輛的轉(zhuǎn)向傳動比，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速分別為和《R;油門踏板開度ap，方向盤轉(zhuǎn)角6sw， 左右輪的端電壓值隊和仏，兩者的分配百分比為左a，轉(zhuǎn)矩系數(shù)為左0，\為車輛的質(zhì)心高 度。根據(jù)Ackerman理想轉(zhuǎn)向模型要求四個車輪均繞一個瞬態(tài)圓心點做相同角速度的圓周 滾動，左右前輪的轉(zhuǎn)角應(yīng)滿足關(guān)系式： ?L=VL/R=V (l-W*tan(Ssw/i)/L)/R (1) wE=Ve/R=V (l+ff*tan ( 6sw/i) /L) /R (2) 當(dāng)ka=0,ap > 0時，即在加速狀態(tài)下，要對電動輪電機進(jìn)行控制，控制器根據(jù)理論轉(zhuǎn)速 和電動輪實際轉(zhuǎn)速，調(diào)整控制器輸出的不同PWM值（也就是左右輪的端電壓值隊和UK)，從 而實時控制左右輪的電機目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
[0015] wL=AeUL=左eap ( 1-左^ ) (3) wE=k^=k^ap (l+^a ) (4) 采用控制系統(tǒng)根據(jù)公式（3)和（4)電子差速的方式控制電動輪的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并對左右 電機的電壓進(jìn)行分配控制。
[0016] 在汽車的制動過程中，對電動輪的電磁制動力可以作為制動的一部分，從而有效 分擔(dān)部分王制動系統(tǒng)的制動負(fù)荷，能夠有效的降低制動盤和制動謝的磨損。在傳統(tǒng)的制動 過程中依據(jù)目標(biāo)制動強度Z分為輕度、中度和緊急制動三種： 1) 0. 1 為輕度制動 2) 0. 1<Z^ 0. 7 為中度制動 3)Z> 0. 7 為緊急制動 ABS系統(tǒng)/ESP系統(tǒng)的介入均需要有特定的行駛工況，所以輕度強度制動情況下，采用 差動控制電動輪能夠有效的調(diào)整車身的行駛姿態(tài)。首先采集制動踏板開度信號和制動主缸 壓力信號，并對當(dāng)前制動工況進(jìn)行判斷，進(jìn)行前后軸復(fù)合制動力的分配，依據(jù)車輪的轉(zhuǎn)速和 電池S0C信號計算當(dāng)前狀態(tài)電動輪能提供的電機制動力，并且考慮制動過程中的優(yōu)先級， 制動穩(wěn)定性〉制動效率〉制動能量回收率。
[0017] 電機在正常狀態(tài)下能提供的制動力矩為Tm(l，制動所需的制動力矩Tt(rtal，實際應(yīng)分 配的電動輪制動力矩為Tm，實際應(yīng)分配的液壓制動力矩為Thy，單輪制動力矩Tdan，ABS介入 制動力矩變化閾值為Tyz，kw為電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)。
[0018] 第一種輕度制動情況Tm(l >Tt(rtal，電動輪未抱死，電動輪電機完全能承擔(dān)制動扭矩 的需求： Tt〇tai=Tm=2 Tdan 第二種中度制動情況，TmCI〈Tt()tal，電動輪未抱死，電動輪電機部分承擔(dān)制動扭矩： Tt〇tal=Tm+Thy 第三種緊急制動高附著系數(shù)（小>0.3)情況下，Tm〈〈Thy，表明主要有傳統(tǒng)液壓制動系 統(tǒng)作用。
[0019] Ttotal=Tm+Thy 作為優(yōu)選，所述的阻抗電路為一個蓄電系統(tǒng)。在對電動進(jìn)行制動，并且左、右電機實際 與該阻抗電路相連時，該電機實際是作為一個發(fā)電機進(jìn)行工作，其產(chǎn)生的電能通過該蓄電 系統(tǒng)進(jìn)行回收儲存，有效的節(jié)約了電能。
[0020] 作為優(yōu)選，當(dāng)0. 1 <Z彡0. 7為中度制動，切換接裝置動作，使左右電機分別與阻 抗電路實際相連，液壓制動系統(tǒng)和電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的磁場阻力共同作用，分別完成對左、右電 動輪的制動， 當(dāng)Z> 0. 7為緊急制動，切換接裝置不動作由液壓制動系統(tǒng)單獨作用，完成對左、右電 動輪的制動。
[0021] 作為優(yōu)選，方向盤的轉(zhuǎn)動角度Ssw，為〇時，方向盤處于初始角度，當(dāng)ka >0,CIP =〇時，方向盤的轉(zhuǎn)動角度與左、右電動輪的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于左右電動輪差動\制動控制的電動汽車控制方法，左、右電動輪分別對應(yīng) 設(shè)有左、右電機，左、右電機的控制電路均與控制系統(tǒng)相連，其特征在于每個電機分別通過 一個切換裝置與一個供電電路和一個阻抗電路相連，方向盤設(shè)有角度感應(yīng)器、油門踏板和 制動踏板分別設(shè)有開度感應(yīng)器，左、右電動輪還設(shè)有液壓制動系統(tǒng)，其控制方法包括如下過 程： (1) 控制系統(tǒng)實時監(jiān)控角度感應(yīng)器，判斷方向盤的轉(zhuǎn)動角度Ssw，進(jìn)而判斷駕駛員的轉(zhuǎn) 向意圖； (2) 根據(jù)油門踏板和制動踏板的開度感應(yīng)器，判斷油門踏板開度a5和制動踏板開度 ka，進(jìn)而判斷駕駛員的加、減速意圖； (3) 當(dāng)1=0,ap>0時，系統(tǒng)認(rèn)為駕駛員有加速意圖，則控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)動角度Ssw分 配左、右電機的驅(qū)動電壓隊和UK，使得左、右電動輪獲得和《K的角速度； (4) 當(dāng)匕>0,ap =〇時，系統(tǒng)認(rèn)為駕駛員有減速意圖，此時隊和UK均為0,控制系統(tǒng) 通過汽車的加速度獲得目標(biāo)制動強度Z，并進(jìn)行如下判斷和操作， iZ< 0. 1為輕度制動，左右電機能提供的制動力矩Tm(l大于或等于所需制動力矩 Ttotal，控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向意圖控制切換裝置動作，使左右電機分別與阻抗電路實際相連，液 壓制動系統(tǒng)停止制動，由電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的磁場阻力分別完成對左、右電動輪的制動，相應(yīng)電 動輪的制動目標(biāo)完成后，相應(yīng)的切換裝置隨即動作，使得左右電機恢復(fù)與供電電路相連； ii 0. 1 <Z為中度制動或緊急制動，左右電機能提供的制動力矩Tm(l小于所需制動力 矩Tt()tal，液壓制動系統(tǒng)繼續(xù)工作，由液壓制動系統(tǒng)單獨作用，或切換接裝置動作，使左右電 機分別與阻抗電路實際相連，液壓制動系統(tǒng)接合電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的磁場阻力共同作用，分別 完成對左、右電動輪的制動，相應(yīng)電動輪的制動目標(biāo)完成后，相應(yīng)的切換裝置隨即動作，使 得左右電機恢復(fù)與供電電路相連，液壓制動系統(tǒng)同時停止對相應(yīng)電動輪的制動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于左右電動輪差動\制動控制的電動汽車控制方法， 其特征在于所述的阻抗電路為一個蓄電系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于左右電動輪差動\制動控制的電動汽車控制方 法，其特征在于 當(dāng)0. 1 <Z< 0. 7為中度制動，切換接裝置動作，使左右電機分別與阻抗電路實際相 連，液壓制動系統(tǒng)和電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的磁場阻力共同作用，分別完成對左、右電動輪的制動， 當(dāng)Z> 0. 7為緊急制動，切換接裝置不動作由液壓制動系統(tǒng)單獨作用，完成對左、右電 動輪的制動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于左右電動輪差動\制動控制的電動汽車控制 方法，其特征在于方向盤的轉(zhuǎn)動角度Ssw，為〇時，方向盤處于初始角度，當(dāng)ka >0,ap =0 時，方向盤的轉(zhuǎn)動角度與左、右電動輪的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的關(guān)系為： wL=V(l-WXtan( 8sw/i)/L)/R+ka

當(dāng)ka=0,ap > 〇時，方向盤的轉(zhuǎn)動角度與左、右電動輪的目標(biāo)轉(zhuǎn)速G^、coR的關(guān)系為：
其中，車輛縱向行駛速度為V,R為車輪滾動半徑,a和b分別為前、后軸到質(zhì)心的距離，L為車輛前后軸的軸距，W為車輛前輪軸的輪距，i為車輛的轉(zhuǎn)向傳動比，左、右電動輪的轉(zhuǎn) 速分別為和油門踏板開度ap，方向盤轉(zhuǎn)角6sw，左右輪的端電壓值隊和％，兩者的 分配百分比為ka，轉(zhuǎn)矩系數(shù)為ke。
【文檔編號】B60T8/26GK104276155SQ201410409404
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】李強 申請人:浙江科技學(xué)院, 李強