本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，特別是涉及一種用于電動(dòng)汽車的基于車輪垂直載荷實(shí)時(shí)估算的分布式驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
采用輪轂/輪邊電機(jī)的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車是未來(lái)電動(dòng)汽車重要發(fā)展方向。由于其四輪驅(qū)動(dòng)力矩獨(dú)立可控、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速易于測(cè)得，因此在穩(wěn)定性、主動(dòng)安全控制和節(jié)能方面相對(duì)于傳統(tǒng)汽車與集中式電動(dòng)汽車具有顯著的控制優(yōu)勢(shì)，是研究新一代車輛控制技術(shù)、探索車輛動(dòng)力學(xué)性能的理想載體。其中，在分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車整車控制的關(guān)鍵技術(shù)研究方面，已有不少驅(qū)動(dòng)力分配控制等相關(guān)研究，而現(xiàn)有控制策略其中的重要一環(huán)則是對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)輪垂直載荷的估算，現(xiàn)有的估算方法多為預(yù)置式根據(jù)車輛物理模型進(jìn)行被動(dòng)估算，時(shí)效性和準(zhǔn)確性較差。若不能實(shí)時(shí)估算車輛的各驅(qū)動(dòng)車輪的垂直載荷，則不能保證驅(qū)動(dòng)力分配控制和驅(qū)動(dòng)防滑達(dá)到理想的控制效果，就不能滿足分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車在實(shí)際多種復(fù)雜工況下正常行駛的要求，制約著分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中不能實(shí)現(xiàn)較好的驅(qū)動(dòng)力分配控制和驅(qū)動(dòng)防滑的不足，并提供一種基于垂直載荷實(shí)時(shí)估算的分布式電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。
基于垂直載荷實(shí)時(shí)估算的分布式電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于包括左前輪轂電機(jī)、左前輪轂電機(jī)控制器、右前輪轂電機(jī)、右前輪轂電機(jī)控制器、左后輪轂電機(jī)、左后輪轂電機(jī)控制器、右后輪轂電機(jī)、右后輪轂電機(jī)控制器、電子油門踏板、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、加速度傳感器、左前胎壓傳感器、右前胎壓傳感器、左后胎壓傳感器、右后胎壓傳感器、分布式驅(qū)動(dòng)控制器、通訊線；分布式驅(qū)動(dòng)控制器通過通訊線分別與電子油門踏板、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、加速度傳感器、左前輪轂電機(jī)控制器、右前輪轂電機(jī)控制器、左后輪轂電機(jī)控制器、右后輪轂電機(jī)控制器、左前胎壓傳感器、右前胎壓傳感器、左后胎壓傳感器、右后胎壓傳感器相連，構(gòu)成CAN通訊網(wǎng)絡(luò)；左前輪轂電機(jī)控制器與左前輪轂電機(jī)相連，右前輪轂電機(jī)控制器與右前輪轂電機(jī)相連，左后輪轂電機(jī)控制器與左后輪轂電機(jī)相連，右后輪轂電機(jī)控制器與右后輪轂電機(jī)相連。
所述的分布式驅(qū)動(dòng)控制器采用16位單片機(jī)。進(jìn)一步的，所述的單片機(jī)的主控芯片采用MC9S12XEP100。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用所述系統(tǒng)的用于電動(dòng)汽車的分布式驅(qū)動(dòng)控制方法，位于分布式驅(qū)動(dòng)控制器主控芯片中的包括車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、車輛實(shí)時(shí)垂直載荷估算模塊、驅(qū)動(dòng)力分配控制模塊；
控制方法的步驟包括：
1)車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊接收輸入方向盤轉(zhuǎn)角θ和加速踏板行程Sac的同時(shí)，不斷采集和計(jì)算車輛及車輪的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括車輪實(shí)際角速度wi，四輪實(shí)時(shí)胎壓Pi、車輛向心加速度an，并實(shí)時(shí)分別發(fā)送數(shù)據(jù)至車輛實(shí)時(shí)垂直載荷估算模塊與驅(qū)動(dòng)力分配控制模塊；
2)車輛實(shí)時(shí)垂直載荷估算模塊根據(jù)實(shí)時(shí)胎壓信號(hào)Pi，估算車輛實(shí)時(shí)垂直載荷Fzi，并發(fā)送給驅(qū)動(dòng)力分配控制模塊；Fzi計(jì)算公式如下：
式中：Fzi為第i車輪的垂直載荷，G為車輛所受重力，Pi為第i車輪的實(shí)時(shí)胎壓；
3)驅(qū)動(dòng)力分配控制模塊根據(jù)步驟1)和2)中得到的參數(shù)實(shí)現(xiàn)車輛行駛時(shí)內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的差速與驅(qū)動(dòng)力分配控制，具體步驟為：
首先通過方向盤轉(zhuǎn)角θ與向心加速度an估算出車輛實(shí)時(shí)車速v：
v＝(an*((L/tanθ)2+B2)1/2)1/2
式中：L為車輛軸距，B為車輛后軸到車輛質(zhì)心的水平距離；
然后根據(jù)加速踏板行程Sac信號(hào)計(jì)算駕駛員通過加速踏板給定的期望驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tt：
Tt＝KSac，式中：K為常系數(shù)
直接由駕駛員踩下的加速踏板行程Sac來(lái)決定電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Ti：
式中：Ti為四個(gè)車輪實(shí)際所需轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)Zi為第i個(gè)車輪的實(shí)時(shí)垂直載荷；
同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各車輪的滑轉(zhuǎn)率λi：
若第i車輪滑轉(zhuǎn)率λi高于系統(tǒng)設(shè)置最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率λ0時(shí)，則調(diào)整電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Ti為：
將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Ti通過CAN通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞給各輪轂電機(jī)控制器，對(duì)輪轂進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明基于車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)和車輪垂直載荷實(shí)時(shí)估算，提出了一種新穎集電子差速和驅(qū)動(dòng)防滑控制為一體的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及方法。通過分別在每一個(gè)車輪處安裝相應(yīng)的胎壓傳感器、輪轂電機(jī)控制器和輪轂電機(jī)，通過實(shí)時(shí)測(cè)定各車輪胎壓，能夠估算各車輪的實(shí)時(shí)垂直載荷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛的分布式控制。該系統(tǒng)可以滿足四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車在實(shí)際多種復(fù)雜工況下正常行駛的要求，改善了電動(dòng)汽車的操縱穩(wěn)定性、行駛經(jīng)濟(jì)性，提高了行駛安全性。
附圖說(shuō)明
圖1是用于電動(dòng)汽車的分布式獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，左前輪轂電機(jī)1、左前輪轂電機(jī)控制器2、右前后輪轂電機(jī)3、右前輪轂電機(jī)控制器4、左后輪轂電機(jī)5、左后輪轂電機(jī)控制器6、右后輪轂電機(jī)7、右后輪轂電機(jī)控制器8、電子油門踏板9、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器10、加速度傳感器11、左前胎壓傳感器12、右前胎壓傳感器13、左后胎壓傳感器14、右后胎壓傳感器15、分布式驅(qū)動(dòng)控制器16、CAN通訊網(wǎng)絡(luò)17。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
如圖1所示，一種基于垂直載荷實(shí)時(shí)估算的分布式電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括左前輪轂電機(jī)1、左前輪轂電機(jī)控制器2、右前輪轂電機(jī)3、右前輪轂電機(jī)控制器4、左后輪轂電機(jī)5、左后輪轂電機(jī)控制器6、右后輪轂電機(jī)7、右后輪轂電機(jī)控制器8、電子油門踏板9、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器10、加速度傳感器11、左前胎壓傳感器12、右前胎壓傳感器13、左后胎壓傳感器14、右后胎壓傳感器15、分布式驅(qū)動(dòng)控制器16、通訊線17。分布式驅(qū)動(dòng)控制器16通過通訊線17分別與電子油門踏板9、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器10、加速度傳感器11、左前輪轂電機(jī)控制器2、右前輪轂電機(jī)控制器4、左后輪轂電機(jī)控制器6、右后輪轂電機(jī)控制器8、左前胎壓傳感器12、右前胎壓傳感器13、左后胎壓傳感器14、右后胎壓傳感器15相連，構(gòu)成CAN通訊網(wǎng)絡(luò)；左前輪轂電機(jī)控制器2與左前輪轂電機(jī)1相連，右前輪轂電機(jī)控制器4與右前輪轂電機(jī)3相連，左后輪轂電機(jī)控制器6與左后輪轂電機(jī)5相連，右后輪轂電機(jī)控制器8與右后輪轂電機(jī)7相連。電子油門踏板9可采用車輛中原本自帶踏板，加速度傳感器11盡量安裝于靠近車輛質(zhì)心處。左前胎壓傳感器12、右前胎壓傳感器13、左后胎壓傳感器14、右后胎壓傳感器15分別安裝于左前車輪、右前車輪、左后車輪、右后車輪處，分別感應(yīng)對(duì)應(yīng)車輪的胎壓。
分布式驅(qū)動(dòng)控制器16采用16位單片機(jī)，單片機(jī)的主控芯片采用MC9S12XEP100。該分布式驅(qū)動(dòng)控制器16中可燒入相應(yīng)的控制策略算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)各輪轂的驅(qū)動(dòng)。4個(gè)輪轂電機(jī)均采用額定電壓72V、額定功率8kW的永磁無(wú)刷直流電機(jī)，配置4個(gè)正弦波矢量控制的電機(jī)控制器。分布式驅(qū)動(dòng)控制器16基于所接收的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器10檢測(cè)到的方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)、電子油門踏板9的加速信號(hào)、加速度傳感器11的加速度信號(hào)、左前胎壓傳感器12、右前胎壓傳感器13、左后胎壓傳感器14及右后胎壓傳感器15反饋的胎壓信號(hào)，根據(jù)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制方法來(lái)制定各電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，通過CAN通訊控制各輪轂電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力的合理分配。
本發(fā)明通過分別在每一個(gè)車輪處安裝相應(yīng)的胎壓傳感器、輪轂電機(jī)控制器和輪轂電機(jī)，通過實(shí)時(shí)測(cè)定各車輪胎壓，能夠估算各車輪的實(shí)時(shí)垂直載荷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛的分布式控制。
分布式驅(qū)動(dòng)控制器16中的控制策略算法可采用現(xiàn)有的算法實(shí)現(xiàn)對(duì)各車輪的控制。本發(fā)明中還提供了一種優(yōu)化的算法，其具體實(shí)現(xiàn)如下：
一種使用所述系統(tǒng)的用于電動(dòng)汽車的分布式驅(qū)動(dòng)控制方法，位于分布式驅(qū)動(dòng)控制器16主控芯片中事先設(shè)置多個(gè)功能模塊，具體包括車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、車輛實(shí)時(shí)垂直載荷估算模塊、驅(qū)動(dòng)力分配控制模塊。
驅(qū)動(dòng)控制方法的具體步驟包括：
1)車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊接收輸入方向盤轉(zhuǎn)角θ和加速踏板行程Sac的同時(shí)，不斷采集和計(jì)算車輛及車輪的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括車輪實(shí)際角速度wi，四輪實(shí)時(shí)胎壓Pi、車輛向心加速度an(由加速度傳感器11感應(yīng)得到)，并實(shí)時(shí)分別發(fā)送數(shù)據(jù)至車輛實(shí)時(shí)垂直載荷估算模塊與驅(qū)動(dòng)力分配控制模塊；
2)車輛實(shí)時(shí)垂直載荷估算模塊根據(jù)實(shí)時(shí)胎壓信號(hào)Pi，估算車輛實(shí)時(shí)垂直載荷Fzi，并發(fā)送給驅(qū)動(dòng)力分配控制模塊；Fzi計(jì)算公式如下：
式中：Fzi為第i車輪的垂直載荷，G為車輛所受重力，Pi為第i車輪的實(shí)時(shí)胎壓；
3)驅(qū)動(dòng)力分配控制模塊根據(jù)步驟1)和2)中得到的參數(shù)實(shí)現(xiàn)車輛行駛時(shí)內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的差速與驅(qū)動(dòng)力分配控制，具體步驟為：
首先通過方向盤轉(zhuǎn)角θ與向心加速度an估算出車輛實(shí)時(shí)車速v：
v＝(an*((L/tanθ)2+B2)1/2)1/2
式中：L為車輛軸距，B為車輛后軸到車輛質(zhì)心的水平距離；
然后根據(jù)加速踏板行程Sac信號(hào)計(jì)算駕駛員通過加速踏板給定的期望驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tt：
Tt＝KSac，式中：K為常系數(shù)
直接由駕駛員踩下的加速踏板行程Sac來(lái)決定電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Ti：
式中：Ti為四個(gè)車輪實(shí)際所需轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)Zi為第i個(gè)車輪的實(shí)時(shí)垂直載荷；
同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各車輪的滑轉(zhuǎn)率λi：
若第i車輪滑轉(zhuǎn)率λi高于系統(tǒng)設(shè)置最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率λ0時(shí)，則調(diào)整電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Ti為：
將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Ti通過CAN通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞給各輪轂電機(jī)控制器，對(duì)輪轂進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)合理分配各電機(jī)轉(zhuǎn)矩。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。