CN111746300B - 集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法及存储介质。它获取电机角加速度α_m与电机纯滚名义角加速度α_m1，比较电机角加速度α_m与角加速度打滑阈值α_S，判断驱动轮是否可能存在打滑趋势；若驱动轮可能存在打滑趋势，进一步获取驱动车轮的第二滑转率λ，比较滑转率λ与允许第二最大滑转率λ_max，判断驱动轮是否真正打滑；当驱动轮真正打滑时，利用左驱动轮的角加速度α_D1和右驱动轮的角加速度α_D2获取左右驱动轮相对滑转率λ₁，比较左右驱动轮相对滑转率λ₁与第二最大滑转率λ_max，判断驱动轮打滑的类型，进而实施驱动防滑控制。本发明可以避免车辆错误的进入打滑控制，又能针对不同的打滑类型实施不同的控制策略，控制方法全面，控制精度高，保证车辆的安全。

Description

集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法及存储介质

技术领域

本发明属于电动车辆控制技术，具体涉及一种电动车辆防滑控制方法。

背景技术

车辆行驶在冰雪湿滑路面时，车轮与地面之间的附着能力急剧下降，电机输出的驱动扭矩较大时，会导致车轮出现滑转现象，轮胎磨损增大、寿命缩短，车辆动力性能降低并造成严重的能源损耗，降低了车辆的稳定性和可操控性。

传统燃油车的驱动防滑控制主要在ABS(Anti-Breake System，制动防抱死系统)的基础上发展而来的，主要通过控制发动机扭矩和车轮制动力的输出进而控制滑转率实现的。有些电动车的防滑控制也是基于这个思路实现的，如清华大学的发明专利“轴驱电动车辆驱动防滑控制系统”(公开号为CN101786452B)公开了一种防滑控制系统，采用滑转率门限值进行打滑判断，根据车轮滑转率调整电机输出扭矩和车轮制动力来实现，但该方法存在滑转率计算不准的问题，特别是在正常转弯的工况可能被错误识别为单侧打滑工况；同时因为不同路面上(s-μ曲线，滑转率和附着系数曲线)的附着特性不同，采用单一滑转率阈值作为控制目标，无法取得较好的控制效果。

电动汽车驱动防滑控制利用车轮角速度和电机输出扭矩信息便可实现打滑检测，通过调节电机输出扭矩便可以实现驱动防滑功能。上海交通大学的发明专利“一种电动汽车防滑控制系统及控制方法”(专利号CN106114287A)公开了一种防滑控制系统，通过轮速传感器获取轮角加速度，当其与电机输出扭矩的比值TA大于预先给定的阈值TA_max时，则认为车轮出现打滑现象，此时以TA_max为给定，利用PI控制器输出扭矩增量，叠加到扭矩指令中，最终使得TA值稳定在TA_max附近。又上海大学的发明专利“一种电动汽车轮胎附着稳定状态实时检测系统和方法”(专利号CN109159787A)公开了一种车轮打滑监测系统，利用电机输出转矩和车轮转速，估算附着转矩，再根据输出转矩的变化量与附着转矩的变化量比值的符号来判断打滑状态，当附着转矩的变化量为零，利用电机输出功率导数的变化值来判断打滑状态。但这两种方法均存在下坡时容易误判，以及对开附着路面控制效果欠佳的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法，具有识别不同的打滑类型，实施不同的驱动防滑控制，提高车辆的安全性。

本发明的技术方案是：集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法，获取电机角加速度α_m与电机纯滚名义角加速度α_m1，比较电机角加速度α_m与角加速度打滑阈值α_S，判断驱动轮是否可能存在打滑趋势；若驱动轮可能存在打滑趋势，进一步获取驱动车轮的第二滑转率λ，比较第二滑转率λ与允许第二最大滑转率λ_max，判断驱动轮是否真正打滑；当驱动轮真正打滑时，利用左驱动轮的角加速度α_D1和右驱动轮的角加速度α_D2获取左右驱动轮相对滑转率λ₁，比较左右驱动轮相对滑转率λ₁与第二最大滑转率λ_max，判断驱动轮打滑的类型，进而实施驱动防滑控制。

所述电机纯滚名义角加速度α_m1为前轴和后轴没有发生相对滑转时，电机输出轴的加速度值。

本发明首先利用电机角加速度α_m与角加速度打滑阈值阈值α_S比较判断车辆是否具有打滑的趋势，再利用附着系数识别判断车辆是否确实打滑，进而利用驱动轮角加速度信息识别判断车辆的打滑的类型，进而根据不同的打滑类型实施不同的驱动防滑控制方法，既可以避免车辆误进入打滑控制，又能针对不同的打滑类型实施不同的控制策略，控制方法全面，控制精度高，有效车辆的行驶安全。

进一步的优化的技术特征是:角加速度打滑阈值是基于电机输出力矩T_m，允许最大滑转率s_max，车轮滚动半径r和驱动轴和轮的转动惯量J_w，获得的角加速度打滑阈值α_S。

进一步的优化的技术特征是:角加速度打滑阈值α_S，其中，T_m为电机输出力矩，J_w为驱动轴和轮的转动惯量，s_max为允许最大滑转率，m为整车整备质量，r为车轮滚动半径。

本发明上述的角加速度打滑阈值的设定，并没有采用传统的设定固定阈值的方法，而是基于电机输出扭矩，允许最大滑转率，车辆的车轮滚动半径等信号和参数动态计算，真实反映车辆行驶状态，避免由于加速阈值设置不合理导致的驱动轮打滑状态的错误判断。

进一步的优化的技术特征是:左右驱动轮相对滑转率λ₁，λ₁＝|α_D1-α_D2|*i_g/α_m，其中，α_D1为左驱动轮的角加速度，α_D2为右驱动轮的角加速度，α_m为电机角加速度，i_g为电机到驱动轮的传动机构的传动比。

进一步的优化的技术特征是:所述车轮的第二滑转率λ(基于角加速度)利用电机角加速度α_m与电机纯滚名义角加速度α_m1计算获得。

进一步的优化的技术特征是:双侧打滑控制方法包括：

滑转率优化控制方法或最大附着力控制方法，

利用滑转率的导数

与第一设定值比较，以及附着系数的导数(q)的修正值与第二设定值比较，确定采用滑转率优化控制方法还是最大附着力控制方法，

其中附着系数的导数的修正值为附着系数的导数(q)与修正系数(k)积的绝对值,修正系数(k)的的取值范围是：100～1000(具体值可由标定得到)。

进一步的优化的技术特征是:滑转率优化控制方法是：当滑转率的导数

小于第一设定值，同时附着系数的导数的修正值小于第二设定值时，记录下当前的滑转率值，记为s₁,其表示的实际含义为驱动轮获得最大附着系数所对应的滑转率，这里简称为最大附着滑转率；以最大附着滑转率s₁的80％为输入量，通过PI控制器调节输出抑制滑转扭矩叠加到电机输出扭矩指令。

进一步的优化的技术特征是:最大附着力控制方法:在滑转率的导数

小于第一设定值，同时附着系数的导数的修正值|q*k|小于第二设定值的条件下，判断滑转率的导数

是否为0，由此来决定采用附着系数的导数q的第二修正值为反馈量，通过PI控制器调节输出防滑控制抑制扭矩叠加到电机输出扭矩指令，还是采用附着系数相对于滑转率的变化率

为反馈量，通过PI控制器调节输出抑制滑转扭矩叠加到电机输出扭矩指令。

进一步的优化的技术特征是:最大附着力控制方法是，附着系数的导数q的第二修正值为附着系数的导数q与修正系数k的乘积q*k，修正系数k的取值范围是：100～1000(具体值可由标定得到)。

本发明的存储介质，其特征是：它包含执行指令，所述执行指令在由数据处理装置处理时，该数据处理装置执行上述集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法。

数据处理装置包括但不限于是电机控制器。

上述滑转率s为本领域通常所述滑转率。

第二滑转率λ是基于利用电机角加速度α_m与电机纯滚名义角加速度α_m1计算获得，λ＝(α_m-α_m1)/α_m1。

本发明可以更好地识别车辆的打滑状态，有效排除掉下坡路面；可以有效区分单侧打滑和双侧打滑工况；有效解决了传统驱动轮防滑检测无法区分这三种工况的问题。本发明采用双侧打滑控制算法可以自动识别路面最优滑转率(即轮胎与路面纵向附着系数最大时对应的滑转率)，具有较好的自适应能力；为保证安全适度降低轮胎纵向滑转率，以提高侧向附着系数，在保证车辆动力性的同时，降低车辆侧翻和甩尾事故发生的风险，提高行车安全性。本发明采用的单侧打滑控制算法可以降低低附着侧驱动轮的滑转程度，提高在对开附着路面的通过性。

附图说明

图1本发明驱动防滑控制方法逻辑流程图；

图2打滑类型识别判断逻辑流程图；

图3双侧打滑控制中最大附着力自适应控制的框图；

图4双侧打滑控制中滑转率优化控制的框图；

图5单侧打滑控制的框图。

具体实施方式

下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

本发明控制方法需要获取相关的车辆运行参数，如车轮转速，电机转速等可利用车辆上的各自的传感器采集，并将相关数据传输给运行本专利方法的数据处理数据处理装置处理，并通过相关的执行指令执行本发明的方法。数据处理装置可以是电机控制器，即将本发明逻辑及算法的软件注入电机控制器的芯片中，执行本发明集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法。

实施例中：如图1所示；

1.利用安装在每个车轮上的转速传感器获取两个驱动轮的轮速ω_D1和ω_D2，获取两个从动轮的轮速ω_E1和ω_E2。利用电机传感器获取电机输出力矩T_m和电机的转速ω_m。

2.电机转速ω_m微分得到电机角加速度α_m，利用从动轮转速ω_E1和ω_E2计算得到估计纵向车速v，将估计纵向车速v除以车轮滚动半径r，再除以电机到驱动轮的传动机构的传动比i_g得到驱动车轮纯滚动状态下的电机纯滚名义转速ω_m1，电机纯滚名义转速ω_m1微分得到电机纯滚名义角加速度α_m1。两个从动轮的轮速ω_E1和ω_E2微分得到α_E1和α_E2。

其中，v＝(ω_E1+ω_E2)*r/2 (1)

ω_m1＝v*i_gr (2)

3、获取角加速度打滑阈值，实施例中阈值称之为角加速度打滑阈值α_S；该阈值有别于传统设定的固定阈值，是基于电机输出力矩T_m，允许最大滑转率s_max，车轮滚动半径r和驱动轴和轮的转动惯量J_w，获得的角加速度打滑阈值α_S。

实施例中，

角加速度打滑阈值

其中，T_m为电机输出力矩，J_w为驱动轴和轮的转动惯量，s_max为允许最大滑转率，m为整车整备质量，r为车轮滚动半径。

在软件运行中，实施计算出角加速度打滑阈值α_S，然后，将电机角加速度α_m与之比较，判断车辆是否具有打滑的趋势。

如果电机加速度α_m不大于α_S时，认为驱动轮未出现打滑，否则执行后续步骤；

4、获取车辆驱动轮轮第二滑转率λ(基于角加速度)，实施例中，利用电机角加速度α_m与电机纯滚名义角加速度α_m1计算获得，λ＝(α_m-α_m1)/α_m1

第二滑转率λ(基于角加速度)与第二最大滑转率λ_max(基于角加速度)，第二最大滑转率λ_max(基于角加速度)为设定的阈值；

如果λ≤λmax，判断驱动轮未出现打滑，否则执行后续过程；

5、获取的左右驱动轮相对滑转率λ₁，即利用左驱动轮角加速度α_D1和右驱动轮角加速度α_D2的关系计算出左右驱动轮相对滑转率λ₁，实施例中，

左右驱动轮相对滑转率λ₁＝|α_D1-α_D2|*i_g/α_m，其中，α_D1为左驱动轮角加速度，α_D2为右驱动轮角加速度，α_m为电机角加速度，i_g为电机到驱动轮的传动机构的传动比。

比较左右驱动轮相对滑转率λ₁与第二最大滑转率λ_max(基于角加速度)，判断驱动轮打滑的类型；

如果左右驱动轮相对滑转率λ₁大于第二最大滑转率λ_max(基于角加速度)，判断驱动轮为单侧打滑，进而实施单侧打滑控制方法(单侧打滑控制电机扭矩输出控制方法)。

如果左右驱动轮相对滑转率λ₁不大于第二最大滑转率λ_max(基于角加速度)，判断驱动轮为双侧打滑，进而实施双侧打滑控制方法(双侧打滑控制电机扭矩输出控制方法)。

对于电机扭矩输出控制，采用PI控制器实现扭矩指令的输出，本发明关注的是不同打滑类型控制中，PI控制器输入量的确定。PI控制器的运行方法不是本发明关注内容，可采用业界通常的技术实现。

在判断进入驱动轮双侧打滑后，如图2所示，

获取驱动轮滑转率s及其导数

计算附着系数的导数q，附着系数的导数

其中a_x1为可标的系数，

m为整车整备质量；

利用滑转率导数与第一设定值比较，附着系数的导数的修正值与第二设定值比较，确定采用滑转率优化控制方法或最大附着力控制方法，

其中附着系数的导数的修正为附着系数的导数q与修正系数k的绝对值，修正系数k的的取值范围是：100～1000。

实施例中，

如果滑转率s的导数

且|q*k|＜0.02，则采用滑转率优化控制方法，记录下当前的滑转率值，记为s₁，其表示的实际含义为驱动轮获得最大附着系数所对应的滑转率，这里简称为最大附着滑转率；如图4所示，PI控制器给定量为以最大附着滑转率s₁的80％为给定量，反馈量为当前的滑转率s，通过PI控制器调节输出优化抑制滑转扭矩叠加到电机输出扭矩指令上。

如果不满足滑转率s的导数

且|q*k|＜0.02；则采用最大附着力控制方法；如图3所示，

附着系数相对于滑转率的变化率p，

在该控制方法中，为防止滑转率导数

为0导致除零错误，控制器分段除零，

为0时切换算法

如果滑转率导数

不为0，则采用附着系数相对于滑转率的变化率负数p作为反馈量，给定量为0，通过PI控制器调节输出抑制滑转扭矩叠加到电机输出扭矩指令。

如果滑转率导数

为0，则采用附着系数的导数q的第二修正值负数为反馈量，给定量为0，通过PI控制器调节输出抑制滑转扭矩叠加到电机输出扭矩指令；附着系数的导数q的第二修正值为：附着系数的导数负数(q)与修正系数k的积，修正系数k的取值范围是：100～1000。即输入量为q*k；

在判断进入驱动轮单侧打滑后，如图5所示，

包括如下步骤：

1.当((α_D1*i_g/α_m1-1)＞λ_max时，Flag_sL1＝1；否则Flag_sL1＝0。

当((α_D2*i_g/α_m1-1)＞λ_max时，Flag_sL2＝1；否则Flag_sL2＝0。

2.当Flag_sL1＝1且Flag_sL2＝0时，启动驱动轮1制动干预防滑模式；

当Flag_sL1＝0且Flag_sL2＝1时，启动驱动轮2制动干预防滑模式；

当Flag_sL2＝1且Flag_sL1＝1时，进入牵引力和制动干预联合防滑模式。

3.当Flag_sL1＝1且Flag_sL2＝1时，采用普通打滑的步骤1和步骤2进行控制，当s的导数

且|q*k|＜0.02时，切换至单侧打滑防滑控制算法步骤1。

4.驱动轮1制动干预防滑模式与驱动轮2制动干预防滑模式制动策略相同，均将制动力分配到打滑的轮上。以驱动轮1为例说明制动干预防滑模式的工作机制。计算驱动轮1的滑转率s_D1和驱动轮2的滑转率s_D2。以s_D2为目标值，s_D1为反馈值，采用PI控制算法，通过调节得到驱动轮制动力矩。

Claims (9)

1.一种集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法，其特征是，获取电机角加速度α_m与电机纯滚名义角加速度α_m1，比较电机角加速度α_m与角加速度打滑阈值α_S，判断驱动轮是否可能存在打滑趋势；若驱动轮可能存在打滑趋势，获取驱动车轮的第二滑转率λ，比较第二滑转率λ与允许第二最大滑转率λ_max，判断驱动轮是否打滑；当驱动轮打滑时，利用左驱动轮的角加速度α_D1和右驱动轮的角加速度α_D2获取左右驱动轮相对滑转率λ₁，比较左右驱动轮相对滑转率λ₁与第二最大滑转率λ_max，判断驱动轮打滑的类型，进而实施驱动防滑控制，驱动轮打滑的类型包括单侧打滑和双侧打滑；

双侧打滑控制方法包括：

滑转率优化控制方法或最大附着力控制方法，

利用滑转率导数与第一设定值比较，附着系数的导数的修正与第二设定值比较，确定采用滑转率优化控制方法或最大附着力控制方法，

其中附着系数的导数的修正为附着系数的导数q与修正系数k积的绝对值,修正系数k的取值范围是：100～1000。

2.如权利要求1所述集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法，其特征是，角加速度打滑阈值α_S是基于电机输出力矩T_m，允许最大滑转率s_max，车轮滚动半径r和驱动轴和轮的转动惯量J_w，获得的角加速度打滑阈值α_S。

3.如权利要求2所述集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法，其特征是，角加速度打滑阈值

其中，T_m为电机输出力矩，J_w为驱动轴和轮的转动惯量，s_max为允许最大滑转率，m为整车整备质量，r为车轮滚动半径。

4.如权利要求1所述集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法，其特征是，左右驱动轮相对滑转率λ₁，λ₁＝|α_D1-α_D2|*i_g/α_m，其中，α_D1为第一从动轮的第一角加速度，α_D2为第二从动轮的第二角加速度，α_m为电机角加速度，i_g为电机到驱动轮的传动机构的传动比。

5.如权利要求1所述集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法，其特征是，所述第二滑转率λ利用电机角加速度α_m与电机纯滚名义角加速度α_m1计算获得。

6.如权利要求1所述集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法，其特征是，滑转率优化控制方法是：滑转率导数小于第一设定值，同时附着系数的导数的修正小于第二设定值时，获取该条件下的滑转率为s₁，以滑转率s₁的80％为输入量，通过PI控制器调节输出防滑控制抑制扭矩叠加到电机输出扭矩指令。

7.如权利要求1所述集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法，其特征是，最大附着力控制方法是：在不满足滑转率导数小于第一设定值，同时附着系数的导数的修正小于第二设定值条件下，判断滑转率的导数

是否为0，如果滑转率导数

不为0，采用附着系数相对于滑转率的变化率负数p作为反馈量，通过PI控制器调节输出抑制滑转扭矩叠加到电机输出扭矩指令；如果滑转率导数

为0，采用附着系数的导数q的第二修正值负数为反馈量，通过PI控制器调节输出抑制滑转扭矩叠加到电机输出扭矩指令。

8.如权利要求7所述集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法，其特征是，附着系数的导数q的第二修正值负数：为附着系数的导数负数q与修正系数k的乘积q*k，修正系数k的取值范围是：100～1000。

9.一种存储介质，其特征是，它包含执行指令，所述执行指令在由数据处理装置处理时，该数据处理装置执行权利要求1-8任一所述集中式驱动电动汽车驱动防滑控制方法。

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