CN103978912B - 一种分布式驱动电动汽车的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车的控制领域。为解决现有的分布式驱动电动汽车在遇困后的脱困过程中，车轮易发生剧烈滑转的问题，本发明提出一种分布式驱动电动汽车的控制方法，沿直线行驶的电动汽车上的整车控制器采集该电动汽车的车轮转角δ、车轮角速度ω和车速v，根据上述数据判断电动汽车是否遇困，未遇困时，整车控制器根据驾驶要求对电动汽车进行控制；遇困时，整车控制器采用脱困控制策略进行脱困处理，直至发生滑转的车轮对应的加速踏板开度小于或等于该车轮的车轮转速为ω_wollow时对应的加速踏板开度，脱困完成，整车控制器根据驾驶要求对电动汽车进行控制。采用该控制方法可降低车轮的滑转程度，减轻轮胎磨损，减少无偿能量输出，避免路面的恶劣程度加剧。

Description

一种分布式驱动电动汽车的控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车的控制领域，尤其涉及对分布式驱动电动汽车的控制方法。

背景技术

面对全球范围内日益严峻的能源形势和环保压力，近年来，电动汽车逐渐兴起并成为汽车发展的一大趋势。

如图1所示，分布式驱动电动汽车的动力电池1通过四个逆变器2与设置在四个车轮3上的四个轮毂电机4连接，并为轮毂电机4驱动车轮3转动提供电力。在分布式电动汽车行驶过程中，整车控制器5根据检测到的车辆状态通过逆变器2向轮毂电机4发出控制指令，并由轮毂电机4向车轮3施加驱动扭矩，使车轮3转动。由于分布式驱动电动汽车上没有装配离合器、变速器、传动轴、轴间限滑差速器和轮间差速器等传统的机械传动总成，车轮之间也没有刚性连接，且四个车轮依靠整车控制器直接向轮毂电机分配转矩而独立驱动，故当分布式驱动电动汽车在泥雪凹坑路面及交叉轴等恶劣路面上直线行驶时，尤其是在遇困后的脱困过程中，电动汽车因为没有限滑差速器或差速器锁止机构，易导致该电动汽车的某车轮发生剧烈滑转，进而会导致路面恶劣程度加剧、汽车能量浪费及轮胎磨损。

发明内容

为解决现有的分布式驱动电动汽车在恶劣路面上尤其是在遇困后的脱困过程中，车轮易发生剧烈滑转的问题，本发明提出一种分布式驱动电动汽车的控制方法，该控制方法包括如下步骤：

步骤一，所述电动汽车沿直线行驶，该电动汽车上的整车控制器采集所述电动汽车的车轮转角δ、车轮角速度ω和车速v，并判断所述电动汽车是否遇困，判断条件为： $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\δ}\∈[-{\mathrm{\δ}}_s,{\mathrm{\δ}}_s]\\ v\∈[-v_s,v_s],\\ {\mathrm{\ω}}_i\≥{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{wollow}}\end{array}\right.$

其中，

δ_s为正数,

v_s为正数,

ω_i为发生滑转的车轮W_i的车轮转速，

ω_wollow为车轮转速的滑转门限值；

步骤二，当所述电动汽车未遇困时，所述整车控制器根据驾驶员的驾驶要求采用相应的整车控制模式对所述电动汽车进行控制；

当所述电动汽车遇困时，所述整车控制器使发生滑转的车轮Wi对应的加速踏板开度α_i随调节时间t增长而呈线性减小，并使未发生滑转的车轮对应的加速踏板开度α_j保持为该电动汽车在良好路面上行驶时分配到轮毂电机上的加速踏板开度α_pedeal，直至发生滑转的车轮W_i对应的加速踏板开度α_i小于或等于该车轮Wi的车轮转速为ω_wollow时对应的加速踏板开度α_ω，脱困完成，所述整车控制器根据驾驶员的驾驶要求采用相应的整车控制模式对所述电动汽车进行控制。

采用该控制方法通过减小发生滑转的车轮对应的加速踏板开度来降低发生滑转的车轮的转速，进而降低该发生滑转的车轮的滑转率来对遇困电动汽车进行脱困处理，降低了发生滑转的车轮的滑转程度，减轻了发生滑转的车轮轮胎的磨损，减少了电动汽车因车轮滑转而输出的无偿能量，避免了路面的恶劣程度加剧。

优选地，在所述步骤一中，所述整车控制器分别通过车轮转角传感器采集该电动汽车的四个车轮的车轮转角δ，通过车轮转速传感器采集该电动汽车的四个车轮的车轮转速ω，通过车速传感器采集该电动汽车的车速v。

优选地，在所述步骤一中，δ_s的取值范围为10°～15°，ω_wollow的取值为0.5r/s，v_s的取值为1m/s。

优选地，在所述步骤二中，所述整车控制器对所述车轮W_i对应的加速踏板开度α_i进行调节时，加速踏板调节因子的取值为0.1。

附图说明

图1为现有的分布式驱动电动汽车的驱动系统示意图；

图2为本发明控制方法的流程图；

图3为电动汽车未采用脱困策略进行脱困时，其前、后轮的转矩在脱困过程中的变化曲线；

图4为电动汽车未采用脱困策略进行脱困时，其前、后轮的车轮转速在脱困过程中的变化曲线；

图5为电动汽车采用本发明控制方法进行脱困时，其前、后轮的转矩在脱困过程中的变化曲线；

图6为电动汽车采用本发明控制方法进行脱困时，其前、后轮的车轮转速在脱困过程中的变化曲线。

具体实施方式

结合图1和2详细说明本发明分布式驱动电动汽车(以下简称电动汽车)的控制方法的具体实施步骤。

采集电动汽车的车轮转角、车轮转速及车速，并判断电动汽车是否遇困并需要进行脱困处理。

在电动汽车沿直线行驶过程中，电动汽车上的整车控制器通过车轮转角传感器分别采集该电动汽车的四个车轮的车轮转角δ，通过车轮转速传感器分别采集该电动汽车的四个车轮的车轮转速ω，通过车速传感器采集该电动汽车的车速v。整车控制器根据式(1)所示的判断条件判断电动汽车是否遇到困难，

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\δ}\∈[-{\mathrm{\δ}}_s,{\mathrm{\δ}}_s]\\ v\∈[-v_s,v_s]\\ {\mathrm{\ω}}_i\≥{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{wollow}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，

δ_s为正数，且δ_s的优选取值范围为10°～15°，

v_s为正数，且v_s的优选值为1m/s，

ω_i为发生滑转的车轮W_i的车轮转速，

ω_wollow为车轮转速的滑转门限值，且ω_wollow的优选值为0.5r/s。

即当车轮转角δ处于一定的转向范围内、车速v较低且有车轮发生滑转(空转)时，即可认为该电动汽车在行驶过程中遇到困难，需要进行脱困处理；否则，则可认为该电动汽车在行驶时未遇到困难，不需要对电动汽车进行脱困处理，整车控制器根据驾驶员的驾驶要求采用相应的整车控制模式对电动汽车进行控制。

根据需要，采用脱困控制策略对遇困的电动汽车进行脱困处理。

由于电动汽车的四个车轮分别由四个轮毂电机独立驱动，故车轮转速ω与驱动该车轮转动的轮毂电机的输出转矩相对应，而轮毂电机的输出转矩的大小由分配到该轮毂电机上的加速踏板开度α决定，故电动汽车的整车控制器在对电动汽车进行脱困处理时，可通过对分配到轮毂电机上的加速踏板开度α的调节来对车轮转速进行调节。因此，在对发生滑转的车轮W_i的车轮转速ω_i进行调节时，可直接对分配到驱动该车轮W_i的轮毂电机上的加速踏板开度α_i进行调节。由于电动汽车的车轮转速的滑转门限值ω_wollow对应的分配到轮毂电机上的加速踏板开度为α_ω，故，当α_i＞α_ω时，即可认为车轮发生滑转，故本发明提出如式(2)所示脱困控制策略：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_i={\mathrm{\α}}_{i0}-k_{s}t\\ {\mathrm{\α}}_j={\mathrm{\α}}_{\mathrm{pedeal}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，

α_i0为发生滑转的车轮W_i对应的加速踏板开度α_i在进行调节前的初始值，

k_s为加速踏板调节因子，且k_s的优选值为0.1，

t为调节时间，

α_j为未发生滑转的车轮对应的加速踏板开度，

α_pedeal为电动汽车在良好路面上直线行驶时，分配到轮毂电机上的加速踏板开度。

整车控制器在使用式(2)所示的脱困控制策略对遇困的电动汽车进行脱困处理时，使分配到驱动电动汽车上发生滑转的车轮W_i转动的轮毂电机上的加速踏板开度α_i随调节时间t的增长呈线性减小，使分配到驱动电动汽车上未发生滑转的车轮转动的轮毂电机上的加速踏板开度α_j保持为该电动汽车在良好路面上行驶时分配到轮毂电机上的加速踏板开度α_pedeal，直至分配到驱动发生滑转的车轮Wi转动的轮毂电机上的加速踏板的开度α_i减小到α_ω或α_ω以下，脱困完成。也就是说，整车控制器在使用式(2)所示的脱困控制策略对遇困的电动汽车进行脱困处理时，使电动汽车上发生滑转的车轮Wi对应的加速踏板开度α_i随调节时间t增长而呈线性减小，并使未发生滑转的车轮对应的加速踏板开度α_j保持为该电动汽车在良好路面上行驶时分配到轮毂电机上的加速踏板开度α_pedeal，直至发生滑转的车轮W_i对应的加速踏板开度α_i小于或等于该车轮Wi的车轮转速为ω_wollow时对应的加速踏板开度α_ω，脱困完成。

在脱困完成后，电动汽车上的整车控制器根据驾驶员的驾驶要求采用相应的整车控制模式对该所述电动汽车进行控制。

由于分布在电动汽车左右两侧的电机相同，且呈对称设置，故采用ADAMS/view软件建立电动汽车的二分之一模型，并对该电动汽车进行脱困仿真。在建立电动汽车的二分之一模型时，所使用的参数如表1所示。

表1

以电动汽车的前轮陷入泥雪坑为例，对该电动汽车进行脱困仿真，且在脱困过程中，电动汽车采用其遇困前的整车控制模式通过增大加速踏板开度进行脱困，仿真结果如图3和4所示。由图3可知，在脱困过程中，电动汽车的整车控制器分配给位于电动汽车的前、后轮上的轮毂电机的输出转矩呈同向线性增长，即分配给驱动该电动汽车的前轮的轮毂电机的加速踏板开度与分配给驱动该电动汽车的后轮的轮毂电机的加速踏板开度相同。由图4可知，在进行脱困处理的5.25s处，电动汽车的后轮刚刚开始转动，而其前轮的车轮转速已达到1.4r/s，即后轮开始转动时，前轮已经处于严重滑转状态；在电动汽车脱困时，其前轮的车轮转速高达4.2r/s，而其后轮的车轮转速刚刚达到1r/s，可见，电动汽车的前轮在脱困时的滑转更为严重。由此可见，在脱困过程中，电动汽车的前、后轮的车轮转速相差悬殊，且前轮一直处于严重的滑转状态，进而造成车轮轮胎磨损，汽车能量无偿损耗，甚至增加前轮所陷进的泥雪坑的深度，进一步加剧电动汽车的脱困难度。

采用式(2)所示的脱困策略对上述遇困的电动汽车进行脱困处理，并进行脱困仿真，仿真结果如图5和6所示。由图5可知，在电动汽车的前轮开始滑转前，整车控制器对分配给驱动前轮转动的轮毂电机的输出转矩进行了调整，减小该轮毂电机的输出转矩，进而减缓前轮的车轮转速的增长速度。由图6可知，在脱困过程中，电动汽车前轮的车轮转速最大速率较小，且在电动汽车脱困时，其前轮的车轮转速仅为1.3r/s。

比较图4和6可知，在采用式(2)所示的脱困策略对遇困的电动汽车进行脱困处理时，电动汽车的前轮转速增长速率低，脱困时的车轮转速低，滑转状态较轻，控制效果明显。由此可见，在电动汽车遇困时，采用本发明中的脱困策略进行脱困，电动汽车的遇困车轮发生滑转前即会对分配给该遇困车轮的轮毂电机的输出转矩进行调整，以减小轮毂电机施加到车轮上输出转矩，从而减小遇困车轮的滑转率，减轻车轮轮胎磨损，减少电动汽车的无偿能量损耗，进而减小电动汽车的脱困能耗。

Claims (5)

1.一种分布式驱动电动汽车的控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：

步骤一，所述电动汽车沿直线行驶，该电动汽车上的整车控制器采集所述电动汽车的车轮转角δ、车轮转速ω和车速v，并判断所述电动汽车是否遇困，判断条件为： $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\δ}\∈\[-{\mathrm{\δ}}_s,{\mathrm{\δ}}_s\]\\ v\∈\[-v_s,v_s\]\\ {\mathrm{\ω}}_i\≥{\mathrm{\ω}}_{wollow}\end{array}\right.,$

其中，

δ_s为正数,

v_s为正数,

ω_i为发生滑转的车轮W_i的车轮转速，

ω_wollow为车轮转速的滑转门限值；

步骤二，当所述电动汽车未遇困时，所述整车控制器根据驾驶员的驾驶要求采用相应的整车控制模式对所述电动汽车进行控制；

当所述电动汽车遇困时，所述整车控制器使发生滑转的车轮W_i对应的加速踏板开度α_i随调节时间t增长而呈线性减小，并使未发生滑转的车轮对应的加速踏板开度α_j保持为该电动汽车在良好路面上行驶时分配到轮毂电机上的加速踏板开度α_pedeal，直至发生滑转的车轮W_i对应的加速踏板开度α_i小于或等于该车轮W_i的车轮转速为ω_wollow时对应的加速踏板开度α_ω，脱困完成，所述整车控制器根据驾驶员的驾驶要求采用相应的整车控制模式对所述电动汽车进行控制。

2.根据权利要求1所述的分布式驱动电动汽车的控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述整车控制器分别通过车轮转角传感器采集该电动汽车的四个车轮的车轮转角δ，通过车轮转速传感器采集该电动汽车的四个车轮的车轮转速ω，通过车速传感器采集该电动汽车的车速v。

3.根据权利要求1或2所述的分布式驱动电动汽车的控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，δ_s的取值范围为10°～15°。

4.根据权利要求3所述的分布式驱动电动汽车的控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，ω_wollow的取值为0.5r/s。

5.根据权利要求4所述的分布式驱动电动汽车的控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，v_s的取值为1m/s。