專利名稱：一種電動輪車輛的電子差速控制設備及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電動輪車輛的制造，尤其涉及一種電動輪車輛的電子差速控制設備及控制方法。
背景技術：
隨著地球能源緊缺以及環(huán)保意識加強，電動汽車是汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。電動輪汽車是一種最有發(fā)展前景的電動汽車，采用輪轂電機直接或通過減速器驅動，由于能量源與驅動電機的功率傳遞采用軟電纜連接，擺脫了傳統(tǒng)機械傳動的設計約束，使傳動系統(tǒng)減化，整車質量減輕，達到了汽車輕量化目標，集成輪轂電機的電動輪便于實現(xiàn)機電一體化，提高了傳動效率，電動輪汽車整車布置設計更靈活，增大了乘客位置和行李箱空間；電動輪汽車可以通過對各輪轂電機和控制系統(tǒng)對各輪的驅動力進行分別控制，而不需要其它任何機械部件，提高了車輛行駛通過性和轉向穩(wěn)定性。
在汽車轉彎時，為了滿足運動學要求，車輛的外側車輪的行程要長于內側，如采用單一驅動軸將動力傳給左右車輪，則會由于左右車輪的轉速相等而行程不同的運動學矛盾必然引發(fā)某一驅動車輪產生滑轉或滑移，其結果除了會使輪胎過早磨損、無益地消耗功率和燃料及使驅動輪軸超載等外，而且，還會因不能按所要求的瞬時中心轉向而使操縱性變壞。同時，由于車輪與路面間，尤其在轉彎時若有大的滑移或滑轉，則易使汽車在轉向時失去抗側滑的能力而使穩(wěn)定性變壞。傳動的機械傳動車輛采用機械差速器能使左右兩側的車輪在轉向時具有不同的轉速，避免的上述問題。而電動輪汽車無法使用機械差速器，需要設計行之有效的電子差速系統(tǒng)來解決車輛轉向時差速問題。
現(xiàn)有的電動汽車電子差速控制方法，基本是對電機的轉速進行控制，采用方向盤轉向角信號來判別轉向，并結合轉向角信號，Ackermann-Jeantand轉向模型來計算轉向時各驅動輪的實時目標轉速，使其達到差速的目的。Ackermann-Jeantand的轉向模型假設車體剛性、車輪純滾動，且不考慮輪胎非線性變化，是一種理想的車輛轉向模型，并不符合車輛實際運行工況，而且方向盤轉向角信號來判別轉向的方法并不科學，當方向盤轉動時，車輛有可能只是變更車道，并沒有進入轉向狀態(tài)，而且汽車一般都具有不足轉向特性，轉向時車輪的轉矩應該逐步調節(jié)，因此轉向角信號和Ackermann-Jeantand轉向模型并不能準確反應實時的車輛行駛狀態(tài)，以此計算的結果不能滿足預期的差速效果。并且，現(xiàn)有的電子差速系統(tǒng)只考慮了車輛在轉向時差速情況，沒有考慮車輛直線中車輪由于碰到障礙而空轉或滑轉的情況。發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種調節(jié)過程平穩(wěn)的電動輪車輛的電子差速控制設備及控制方法。
本發(fā)明的一種電動輪車輛的電子差速控制設備的技術方案為其包括主控制器、 左輪轂電機、左輪轂電機控制器、右輪轂電機、右輪轂電機控制器、左輪速傳感器、右輪速傳感器、轉向輪轉角傳感器，左輪速傳感器用于測量車輛左車輪的實時轉速，并將測量的轉速反饋給電子差速主控制器，右輪速傳感器用于測量車輛右車輪的實時轉速，并將測量的轉速反饋給電子差速主控制器，所述的轉向輪轉角傳感器用于測量轉向輪的轉角大小，用于判定車輛是否結束轉向狀態(tài)，并將實時測量結果反饋給電子差速主控制器，所述左輪轂電機控制器用于控制左輪轂電機輸出的轉矩，右輪轂電機控制器用于控制右輪轂電機輸出的轉矩，所述左、右輪轂電機控制器通過PID調節(jié)器分別控制相應的左、右輪轂電機輸出的轉矩，同時左、右輪轂電機輸出的轉矩也實時分別反饋給相應的輪轂電機控制器，所述左、右輪轂電機控制器將相應的輪轂電機輸出的轉矩反饋給電子差速主控制器。
本發(fā)明的一種電動輪車輛的電子差速控制方法為，其包括一下步驟步驟I:車輛起動時電子差速主控制器自檢，檢測所有輪速傳感器和轉向輪轉角傳感器是否正常；如果不正常，則報警；步驟2 :左、右輪速傳感器測量相應車輪的轉速，如果反饋的左、右的車輪轉速均為0， 則表示車輛為停止或怠速狀態(tài)，則返回至步驟2重新檢測，如果反饋左、右的車輪轉速不為 O，則進入步驟3 ;步驟3:左、右的車輪轉速差值是否在轉速控制誤差 1|內，如果是，則進入步驟4，否則，進入步驟5 ； 步驟4 :左、右輪速傳感器測量相應車輪的轉速，如果左、右輪速傳感器測量的左、右車輪轉速均不為0，則電子差速主控制器返回至步驟2;如果左、右輪速傳感器測量出某一側車輪轉速為0，則電子差速主控制器對這一側的輪轂電機控制器發(fā)送信號，該側的輪轂電機控制器對相應的輪轂電機輸出轉矩進行PID轉矩協(xié)調控制，其中輪轂電機輸出轉矩為= Ε，式中，T為輪轂驅動電機的轉矩為目標輪轂驅動電機轉矩；k為增益，轉矩調節(jié)一次后重新檢測各個車輪的輪速，直至輪速傳感器測量到各個車輪的輪速均不為O ;步驟5 :車輛進入轉向狀態(tài)，其中車輪轉速較快的輪轂電機控制器對相應的輪轂電機輸出轉矩進行PID轉矩協(xié)調控制，輪轂電機輸出轉矩為T = kT，式中，T為輪轂驅動電機的轉矩·，τ為目標輪轂驅動電機轉矩；大于輪速控制誤差％時，k的取值是以公差為O. 1，首項為I. I的等差數(shù)列項，直至轉向輪轉角傳感器檢測到轉向輪轉角為O時，表示車輛轉向過程結束后，返回至步驟2。
所述步驟4的k的取值為當輪速差值小于輪速控制誤差時，或轉向輪轉角為O時，k=l，輪速差值大于輪速控制誤差％時，k的取值是以公差為O. 1，首項為I. I的等差數(shù)列項。
所述步驟5的k的取值為當輪速差值小于輪速控制誤差％時，或轉向輪轉角為O 時，k=l，輪速差值大于輪速控制誤差時，k的取值是以公差為O. 1，首項為I. I的等差數(shù)列項。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明通過對各車輪實時轉速的對比分析以及輔助轉向輪轉角傳感器信號，能準確判斷車輛運行工況，避免了把車輛變更車道誤認為轉向狀態(tài)的情況，并能通過車輪轉速反饋信號對電機轉矩進行閉環(huán)控制；車輛直行時，本發(fā)明能在某一側車輪遇到障礙物時，調節(jié)這一側的輪轂電機轉矩，使車輛順利通過障礙，提高了車輛通過性；車輛轉向時，本發(fā)明通過逐步調節(jié)轉向外側驅動電機的轉矩，使轉矩逐步逼近理想轉向差速狀況對應的轉矩值，調節(jié)過程平緩，符合車輛不足轉向特性，進而提高了車輛的穩(wěn)定性。


圖I是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是本發(fā)明電子差速控制方法的程序框圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
如圖I所示，一種電動輪車輛的電子差速控制方法及設備包括主控制器、左輪轂電機、左輪轂電機控制器、右 輪轂電機、右輪轂電機控制器、左輪速傳感器、右輪速傳感器、 轉向輪轉角傳感器，左輪速傳感器用于測量車輛左車輪的實時轉速，并將測量的轉速反饋給電子差速主控制器，右輪速傳感器用于測量車輛右車輪的實時轉速，并將測量的轉速反饋給電子差速主控制器，所有輪速傳感器與車輪一一對應，電子差速主控制器對測量的所有車輪轉速進行比較運算，輪速之間的差值大于輪速控制誤差％時，車輛為轉向工況，否則，車輛為直行工況，所述的輪速控制誤差是根據(jù)車輛實際運行試驗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析后獲取的，是用于準備判定車輛轉向與否的標準，所述的轉向輪轉角傳感器安裝在某一個轉向輪上，也可是左車輪或右車輪，用于測量轉向輪的轉角大小，并將實時測量結果反饋給電子差速主控制器，轉向輪轉角傳感器的作用在于當測量的轉向輪轉角為O時，則肯定車輛不在轉向狀態(tài)，在直行狀態(tài)中，車輛有時需要變更車道，此時轉向輪的轉向角會發(fā)生變化， 且不為0，以往的電子差速控制方法會依據(jù)轉向角的變化判定車輛為轉向狀態(tài)，而本發(fā)明的這種判定車輛是否轉向的方法，避免了把車輛變更車道誤認為進入轉向狀態(tài)的情況，因為車輛變更車道的時間較短，各個車輪的轉速并不會有明顯變化，輪速之間的差值小于輪速控制誤差,電子差速主控制器根據(jù)運算結果將轉矩調節(jié)電信號分別輸出至左、右輪轂電機控制器，本發(fā)明根據(jù)車輪轉速運算結果判定是否進入轉向狀態(tài)，通過轉向輪轉角判定是否結束轉向狀態(tài)，所述輪轂電機控制器與輪轂電機對應，左輪轂電機控制器用于控制左輪轂電機輸出的轉矩，右輪轂電機控制器用于控制右輪轂電機輸出的轉矩，依據(jù)不同的車輛運行工況，電子差速主控制器通過信號線分別向各輪轂電機控制器發(fā)送與電機轉矩相應的電流信號，所述左、右輪轂電機控制器通過PID調節(jié)器分別控制相應的左、右輪轂電機輸出的轉矩，同時左、右輪轂電機輸出的轉矩也實時分別反饋給相應的輪轂電機控制器，所述左、右輪轂電機控制器將相應的輪轂電機輸出的轉矩反饋給電子差速主控制器。
如圖2所示，所述電動輪車輛的電子差速主控制器控制方法為步驟I :車輛起動后，車輛的電子差速主控制器自檢，檢測所有輪速傳感器和轉向輪轉角傳感器是否正常；如果不正常，則報警；如正常，則進入下一步驟；步驟2 :各傳感器工作正常后，電子差速系統(tǒng)進入工作模式，全程監(jiān)測實時輪速傳感器的信號，由此判定車輛運行工況，左、右輪速傳感器測量相應車輪的轉速，如果反饋的左、右的車輪轉速均為0，則表示車輛為停止或怠速狀態(tài)，則返回至步驟2重新檢測，如果反饋左、 右的車輪轉速不為0，則進入下一步驟；步驟3 :電子差速主控制器對采集來的所有左、右的車輪轉速進行比較運算，各車輪轉速差值在轉速控制誤差％內，車輛為直行狀態(tài)，進入步驟4，否則，車輛進入轉向狀態(tài)，進入步驟5 ;步驟4 :車輛為直行狀態(tài)，電子差速主控制器根據(jù)實時左、右輪速傳感器測量相應車輪的轉速，如果左、右輪速傳感器測量的左、右車輪轉速均不為0，表示車輛直行狀態(tài)中沒有碰到障礙物，不需要電子差速主控制器對車輪的轉矩進行調節(jié)，車輛所有車輪的速度協(xié)調一致， 保證車輛直線行駛，電子差速主控制器返回至步驟2 ； 如果左、右輪速傳感器測量出某一側車輪轉速為O,表不在車輛直行中，某一側車輪碰到障礙物，車輛無法通行，需要逐步提高該側輪轂電機的轉矩，使其通過障礙物，則電子差速主控制器對這一側的輪轂電機控制器發(fā)送轉矩調節(jié)電信號，該側的輪轂電機控制器對相應的輪轂電機輸出轉矩進行PID轉矩協(xié)調控制，其中輪轂電機輸出轉矩為 Γ = ΑΤ，式中，T為輪轂驅動電機的轉矩'T為目標輪轂驅動電機轉矩；k為增益，輪速差值小于輪速控制誤差時，或轉向輪轉角為O時，k=l，輪速差值大于輪速控制誤差1%時，k的取值是以公差為O. 1，首項為I. I的等差數(shù)列項，轉矩調節(jié)一次后重新檢測各個車輪的輪速，直至輪速傳感器測量到各個車輪的輪速均不為0，且輪速差值小于輪速控制誤差，表示車輛通過障礙物，再通過對轉矩的閉環(huán)控制，使各電機轉矩回到平均分配狀態(tài)，再返回至步驟2 ；步驟5 :車輛進入轉向狀態(tài)，車輛外側的車輪轉速較內側快，為了滿足差速條件，車輛轉向外側車輪的轉矩要大于內側，并隨著車輛轉彎半徑的變化而變化，電子差速主控制器對外側的輪轂電機控制器發(fā)送與電機轉矩相應的電流指令，以一定的控制增益，經(jīng)PID調節(jié)器逐步增大輪轂電機轉矩，電子差速主控制器實時監(jiān)測轉向輪轉向角傳感器信號，當轉向輪轉角為O時，通過對轉矩的閉環(huán)控制，使各電機轉矩回到平均分配狀態(tài)，其中車輪轉速較快的輪轂電機控制器對相應的輪轂電機輸出轉矩進行PID轉矩協(xié)調控制，輪轂電機輸出轉矩為Jrt = MT ,式中，T為輪轂驅動電機的轉矩'T為目標輪轂驅動電機轉矩；k為增益， 輪速差值小于輪速控制誤差碼時，或轉向輪轉角為O時，k=l，輪速差值大于輪速控制誤差 3時，k的取值是以公差為O. 1，首項為I. I的等差數(shù)列項，直至轉向輪轉角傳感器檢測到轉向輪轉角為O時，表示車輛轉向過程結束后，返回至步驟2，進入車輛直行模式。
本發(fā)明可以用于全驅電動輪汽車，也可以是前驅或后驅電動輪汽車。
權利要求
1.一種電動輪車輛的電子差速控制設備,其包括主控制器、左輪轂電機、左輪轂電機控制器、右輪轂電機、右輪轂電機控制器、左輪速傳感器、右輪速傳感器、轉向輪轉角傳感器，其特征在于，左輪速傳感器用于測量車輛左車輪的實時轉速，并將測量的轉速反饋給電子差速主控制器，右輪速傳感器用于測量車輛右車輪的實時轉速，并將測量的轉速反饋給電子差速主控制器，所述的轉向輪轉角傳感器用于測量轉向輪的轉角大小，用于判定車輛是否結束轉向狀態(tài)，并將實時測量結果反饋給電子差速主控制器，所述左輪轂電機控制器用于控制左輪轂電機輸出的轉矩，右輪轂電機控制器用于控制右輪轂電機輸出的轉矩，所述左、右輪轂電機控制器通過PID調節(jié)器分別控制相應的左、右輪轂電機輸出的轉矩，同時左、右輪轂電機輸出的轉矩也實時分別反饋給相應的輪轂電機控制器，所述左、右輪轂電機控制器將相應的輪轂電機輸出的轉矩反饋給電子差速主控制器。
2.一種電動輪車輛的電子差速控制方法為，其特征在于，其包括一下步驟步驟I :車輛起動時電子差速主控制器自檢，檢測所有輪速傳感器和轉向輪轉角傳感器是否正常；如果不正常，則報警；步驟2 :左、右輪速傳感器測量相應車輪的轉速，如果反饋的左、右的車輪轉速均為0， 則表示車輛為停止或怠速狀態(tài)，則返回至步驟2重新檢測，如果反饋左、右的車輪轉速不為 O，則進入步驟3 ;步驟3:左、右的車輪轉速差值是否在轉速控制誤差內，如果是，則進入步驟4，否則，進入步驟5 ；步驟4 :左、右輪速傳感器測量相應車輪的轉速；如果左、右輪速傳感器測量的左、右車輪轉速均不為0，則電子差速主控制器返回至步驟2;如果左、右輪速傳感器測量出某一側車輪轉速為0，則電子差速主控制器對這一側的輪轂電機控制器發(fā)送信號，該側的輪轂電機控制器對相應的輪轂電機輸出轉矩進行PID轉矩協(xié)調控制，其中輪轂電機輸出轉矩為'T = kT，式中，T為輪轂驅動電機的轉矩-'T為目標輪轂驅動電機轉矩；k為增益，轉矩調節(jié)一次后重新檢測各個車輪的輪速，直至輪速傳感器測量到各個車輪的輪速均不為O ;步驟5 :車輛進入轉向狀態(tài)，其中車輪轉速較快的輪轂電機控制器對相應的輪轂電機輸出轉矩進行PID轉矩協(xié)調控制，輪轂電機輸出轉矩為T = k7，式中，T為輪轂驅動電機的轉矩'T為目標輪轂驅動電機轉矩，k為增益；直至轉向輪轉角傳感器檢測到轉向輪轉角為O時，表示車輛轉向過程結束后，返回至步驟2。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種電動輪車輛的電子差速控制方法，其特征在于，所述步驟4的k的取值為當輪速差值小于輪速控制誤差％時，或轉向輪轉角為O時，k=l，輪速差值大于輪速控制誤差％時，k的取值是以公差為O. 1，首項為I. I的等差數(shù)列項。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種電動輪車輛的電子差速控制方法，其特征在于，所述步驟5的k的取值為當輪速差值小于輪速控制誤差H,時，或轉向輪轉角為O時，k=l，輪速差值大于輪速控制誤差蜱時，k的取值是以公差為O. 1，首項為I. I的等差數(shù)列項。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動輪車輛的電子差速控制設備，其包括主控制器、左輪轂電機、左輪轂電機控制器、右輪轂電機、右輪轂電機控制器、左輪速傳感器、右輪速傳感器、轉向輪轉角傳感器，左、右輪速傳感器用于測量車輛左右車輪的實時轉速，轉向輪轉角傳感器用于測量轉向輪的轉角大小，并將以上實時測量結果反饋給電子差速主控制器，所述左、右輪轂電機控制器用于控制左、右輪轂電機輸出的轉矩，同時左、右輪轂電機輸出的轉矩也實時分別反饋給相應的輪轂電機控制器，左、右輪轂電機控制器將相應的輪轂電機輸出的轉矩反饋給電子差速主控制器。整個調節(jié)過程平緩，提高了車輛的穩(wěn)定性。本發(fā)明還涉及一種電動輪車輛的電子差速控制方法。
文檔編號B60L15/32GK102935815SQ201210509208
公開日2013年2月20日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權日2012年12月4日
發(fā)明者朱廣輝, 夏云清, 周志華, 柳微舒, 張彥燁 申請人:湘潭電機股份有限公司