专利名称：一种混合动力汽车的驱动防滑控制系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆控制系统及控制方法，特别是关于一种采用了气压制动系统
的混合动力汽车的驱动防滑控制系统及其控制方法。
背景技术：
驱动防滑控制系统(ASR， Anti Slip Regulation)、车辆驱动防滑控制系统(ATC， Automatic Traction Control)禾口车辆驱动控制系统(TCS， Traction ControlSystem)最早 由瑞典Volvo汽车公司试制生产，此后发展迅猛，现今技术已非常成熟，成为中高档乘用车 的标准配置。而在采用气压制动系统的车辆领域中，自从德国Bosch公司推出气压型ABS/ ATC(车辆制动防抱死系统/车辆驱动防滑控制系统)的集成化系统以来，驱动防滑系统已 在国外采用气压制动系统的车辆领域获得了广泛的应用。目前，国内的一些豪华客车上也 已经越来越多地配备有驱动防滑系统。从车辆行驶安全的角度讲，抑制驱动轮的剧烈滑转 是非常重要的。如图l所示(图中A为无侧偏角、纵向附着系数曲线，B为5。侧偏角、纵 向附着系数曲线，C为5。侧偏角、侧向附着系数曲线。)，根据三条曲线可以看出，随着滑 转率的增大，纵向附着系数先增大再减小，侧向附着系数则一直减小，并且随着侧偏角的增 大，纵向附着系数逐渐减小。因此，当驱动轮发生严重滑转时，轮胎的侧向附着能力将大大 降低，从而在同样的侧向力下轮胎的侧偏角变大直至达到附着极限出现侧滑，侧偏角的增 大又会减小轮胎的纵向附着能力，即驱动 滑转既会显著降低轮胎的侧向附着能力又会对 纵向附着能力造成不利影响。上述结论反映到整车上为当驱动轮发生滑转时驱动轴容易 出现侧滑现象，车辆行驶的方向稳定性降低，加速能力有所下降。 用于传统汽车的驱动防滑控制系统一般采用以下几种手段抑制驱动轮的滑转l、 调节发动机的节气门开度和点火时间等来调节发动机的输出驱动转矩。2、对滑转的驱动轮 实施制动力干预。3、采用一些特殊的机械结构，比如防滑差速器、差速器锁等。在能源危机 和环境问题的双重压力下，经济性更好并且更加环保的混合动力汽车快速实现商业化，年 销量已非常可观(2008年全球年销量约为50万辆)。混合动力汽车一般都包括电机和蓄电 池，电机既可提供驱动转矩又可提供制动转矩。 一般来说发动机由于自身特性的限制，在低 转速条件下能提供的转矩较小，但是电机在低转速范围内就可提供较大的驱动转矩，所以 在低速时混合动力汽车比传统车辆更有可能出现驱动轮滑转的现象。在此基础上，用于混 合动力汽车的驱动防滑系统可以参照传统汽车的驱动防滑系统，同时也有区别之处，主要 体现在驱动防滑控制中对电机力矩的控制上。 经专利检索查出，上海燃料电池汽车动力系统有限公司申请了名称为"四轮驱 动电动汽车的驱动防滑系统及方法"的发明专利(申请号为200610147758. 3，公开号为 CN101024377A，
公开日为2007. 08. 29)，提出了 一种针对四轮驱动的纯电动汽车的驱动 防滑控制方法，通过调节四个车轮上的电机驱动力矩的大小实现驱动防滑控制，但由于 是纯电动汽车，该专利不涉及到对发动机的控制，也不涉及对车轮干预制动力的调节；美 国专利US005450324A中提出了一种既包括制动防抱死功能又包括驱动防滑功能的系统及控制方法。是通过调节制动轮缸中的制动压力和电机制动转矩来实现制动防抱死和 驱动防滑，但同样不涉及到发动机的控制，也不涉及对驱动轮制动压力的调节；美国专利 US006263267B1中提出了一种用于混合动力汽车的驱动防滑系统，当检测到车轮滑转时通 过降低电机的输出转矩来抑制滑转，同样缺少调节发动机转矩和驱动轮的制动压力的内 容。从以上检索可以看到，现有的驱动防滑系统和控制方法大部分都是用于传统汽车和纯 电动汽车中。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种防滑控制效果较好的混合动力汽车的驱 动防滑控制系统及其控制方法。 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种混合动力汽车的驱动防滑控制 系统，其特征在于它包括一制动气压管路、一车辆传动系和一驱动防滑控制电信号回路； 所述制动气压管路包括一空压机，所述空压机依次通过一安全阀、一稳压阀连接一制动气 罐，所述制动气罐的一个输出端通过两个车辆制动防抱死调节阀分别连接两个前轮制动气 室；所述制动气罐的另外两个输出端分别通过一驱动防滑调节阀和制动管路连接一双向单 通阀两输入端，所述双向单通阀输出端分别通过另外两个车辆制动防抱死调节阀连接两个 后轮制动气室；所述车辆传动系包括一发动机，所述发动机串联连接一电机，所述发动机的 力矩与所述电机的力矩耦合后经所述电机的输出端传输到一传动机构总成；所述驱动防滑 控制电信号回路包括四个分别位于各车轮附近的轮速传感器，位于前车轮附近的两个所述 轮速传感器和两个所述车辆制动防抱死调节阀连接一制动/驱动控制器，且所述制动/驱 动控制器还分别连接所述驱动防滑调节阀、一整车控制器、一电子节气门、一电机控制器、 两位于后车轮附近的所述轮速传感器和另外两个所述车辆制动防抱死调节阀。
—种采用上述控制系统的混合动力汽车的驱动防滑控制方法，其步骤如下1)根 据位于前车轮的两轮速传感器发送的轮速信号，计算出车辆的瞬时车速，根据位于后车轮 的两轮速传感器发送的轮速信号和所述瞬时车速，计算出车辆后车轮的瞬时滑转率；2)根 据瞬时车速和瞬时滑转率，由制动/驱动控制器判断驱动轮是否出现滑转现象，当判定驱 动轮出现滑转时，根据瞬时车速v的大小，决定是进入制动力干预阶段，还是进入电子节气 门与电机转矩调节阶段；当判定驱动轮没有出现滑转时，则确定电子节气门的节气门开度 命令值和电机转矩命令值；3)所述步骤2)中，当进入制动力干预阶段时，满足S > S+时， 驱动轮上干预制动力增加；满足S—《S《S+时，驱动轮上干预制动力保持不变；满足S < S—时，驱动轮上干预制动力降低；当制动力干预阶段持续3s后退出，进入电子节气门与 电机转矩调节阶段；其中，S为滑转率，S+为车轮滑转率最大门限值，S—为车轮滑转率最小 门限值；4)所述步骤2)和步骤3)中，进入电子节气门与电机转矩调节阶段时，一方面利用 制动/驱动控制器内预置的比例积分微分控制器确定电机驱动/制动转矩命令值，该电机 转矩命令值由电机控制器发送至电机；另 一方面通过制动/驱动控制器控制电子节气门的 开度命令值迅速下降；5)所述步骤4)中，将电机转矩命令值和下降后的开度命令值送入逻 辑门限值控制模块内，并将调整好的电子节气门的开度命令值发送给发动机；
所述步骤1)中，所述瞬时车速V为V = "f r，所述瞬时滑转率S为=0 .r '式中，S是滑转率，"f是前轮轮速，"r是后轮转速，v是瞬时车速，r是车轮半 径。 所述步骤2)中，判断所述驱动轮发生滑转的条件为S > S+，其中，S是滑转率，S+ 为车轮滑转率最大门限值。 所述步骤4)中，由所述比例积分微分控制器确定的所述电机转矩命令值tm_cmd 为tm_cmd = PID(S-Sd)，式中，S是滑转率；Sd是目标滑转率，根据不同的路面附着情况Sd 的范围为[O.l，O. 2]。 所述步骤4)中，所述电子节气门的开度命令值的最佳下降范围为[25%，40% ]。
所述步骤5)中，由所述电子节气门开度增加状态跳转至所述电子节气门开度减 小状态的条件是所述电机转矩命令值tm_cmd为制动转矩，且tm_cmd > Q， S > Dn其中Q 为门限值，与所述电机的驱动特性有关A也为门限值，其范围为
。
所述步骤5)中，由所述电子节气门开度减小状态跳转至所述电子节气门开度增 加状态的条件是所述电机转矩命令值tm_cmd为驱动转矩，且tm_cmd > C2， S < D2，其中C2 为门限值，与所述电机特性有关，D2也为门限值，范围为
。 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于根据驱动轮的滑 转率对车轮干预制动力进行逻辑门限值控制，对电机转矩进行PID控制，同时根据电机转 矩和驱动轮的滑转率变化对发动机节气门开度进行逻辑门限值控制，因此实现了将驱动轮 的滑转率控制在最优值附近变化。2、本发明由于在两前车轮和两后车轮附近均设置有轮速 传感器，根据轮速传感器测得的轮速信号可以计算出车辆的瞬时车速和瞬时滑转率，并由 制动/驱动控制器根据该瞬时车速和瞬时滑转率判断出驱动轮是否出现滑转现象，进而采 用相应的制动力干预和电子节气门与电机转矩调节，以实现对驱动轮滑转的有效控制。3、 本发明由于在整车的制动气压管路上设置有驱动防滑调节阀和车辆制动防抱死调节阀，因 此可以通过这两种调节阀对驱动轮上的干预制动力大小进行调节。4、本发明由于设置有电 子节气门和制动/驱动控制器，由制动/驱动控制器控制调节电子节气门的开度，进而实现 对发动机的驱动转矩的调节。5、本发明采用的制动/驱动控制器协调控制电机的驱/制动 转矩，以使驱动轮的滑转率稳定在最优值附近。本发明可以广泛应用于各种混合动力汽车 防滑控制系统中。
图1是现有技术中的汽车轮胎附着能力典型曲线示意图
图2是本发明的驱动防滑控制系统结构示意图
图3是本发明的驱动防滑控制方法流程示意图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。 如图2所示，本发明的驱动防滑控制系统包括一制动气压管路1 (如图中黑实线所 示)、一车辆传动系2(如图中灰色线所示)和一驱动防滑控制电信号回路3(如图中虚线所 示)。
制动气压管路1是为车辆制动提供能量来源，同时也可以为驱动防滑控制电信号 回路3所控制的干预制动力提供能量来源，制动气压管路l包括一空压机11、一安全阀12、 一稳压阀13、一制动气罐14、四个ABS(车辆制动防抱死)调节阀15、两前轮制动气室16、 一驱动防滑调节阀17、一双向单通阀18和两后轮制动气室19。空压机11依次通过安全阀 12、稳压阀13连接制动气罐14，制动气罐14的一个输出端通过制动管路连接两个ABS调节 阀15输入端，该ABS调节阀15输出端分别连接一前轮制动气室16 ;制动气罐14的另外两 个输出端中的一个通过驱动防滑调节阀17连接双向单通阀18的一输入端，另一个通过制 动管路连接双向单通阀18的另一输入端，双向单通阀18的输出端分别连接另外两ABS调 节阀15输入端，该ABS调节阀15的输出端分别连接一个后轮制动气室19。
车辆传动系2为后驱类型，它包括一发动机21、一电机22、一传动机构总成23和 两后车轮24，发动机21串联连接电机22，使发动机21的力矩与电机22的力矩耦合后的驱 动转矩，经电机22的输出端传输到传动机构总成23，由传动机构总成23将驱动转矩通过车 辆后轴传输到两后车轮24上，实现驱动功能。其中，电机22既能提供驱动转矩，又能提供 制动转矩。 驱动防滑控制电信号回路3包括四个轮速传感器31、一制动/驱动控制器32、一 电子节气门33、一电机控制器34和一整车控制器35。四个轮速传感器31分别位于车辆前 后四个车轮的附近，位于前车轮的两个轮速传感器31将检测到的轮速信号传送到制动/驱 动控制器32，且两个前车轮的ABS调节阀15从制动/驱动控制器32接收阀控制信号，同时 制动/驱动控制器32分别连接驱动防滑调节阀17、整车控制器35、电子节气门33、电机控 制器34、两位于后车轮的轮速传感器31和两个ABS调节阀15，整车控制器35向制动/驱 动控制器32发送电子节气门33的开度参考值信号throttle_tgt和电机控制器34的电机 转矩参考值信号tm_tgt，制动/驱动控制器32根据两参考值信号打开驱动防滑调节阀17， 使得制动气罐14中的气压推动双向单通阀18，使气压送达到位于后车轮的两个ABS调节阀 15，通过控制ABS调节阀15的开关频率，控制作用在驱动轮(两后轮)上干预制动力的值； 制动/驱动控制器32向电子节气门33发送节气门开度命令值信号throttle—cmd，控制实 际电子节气门33的开度；制动/驱动控制器32向电机控制器34发送电机转矩命令值信号 tm_cmd，控制实际电机转矩的大小。 如图3所示，本发明驱动防滑控制方法是当驱动轮发生滑转时将滑转率控制在最 优滑转率附近。制动/驱动控制器32根据驱动轮轮速和从动轮轮速判断驱动轮是否出现 滑转现象。当检测到驱动轮发生滑转时，根据驱动轮的滑转率，协调控制驱动轮上的干预制 动力以及发动机21的电子节气门33的开度、电机转矩的大小，以使得驱动轮的滑转率在最 优值附近变化。其步骤如下 1)根据位于前车轮的两轮速传感器发送的轮速信号，计算出车辆的瞬时车速v 为 <formula>formula see original document page 7</formula>
根据位于后车轮的两轮速传感器发送的轮速信号和瞬时车速v，计算出车辆后车 轮的瞬时滑转率S为<formula>formula see original document page 7</formula>
上述公式中S是滑转率，"f是前轮轮速，"r是后轮转速，v是瞬时车速，r是车 轮半径； 2)根据瞬时车速v和瞬时滑转率S，由制动/驱动控制器内的判定条件判断驱动 轮是否出现滑转现象，当判定驱动轮出现滑转时，根据瞬时车速v的大小，决定是否采用制 动力干预，若此时车速低于40km/h，进入制动力干预阶段，若此时车速高于40km/h，进入电 子节气门与电机转矩调节阶段；当判定驱动轮没有出现滑转时，则确定电子节气门的节气 门开度命令值throttle_Cmd与电子节气门的开度参考值throttle_tgt相同，电机控制器 的电机转矩命令值tm_cmd与电机控制器的电机转矩参考值tm_tgt相同；
其中，判定条件为S > S+，其中，S是滑转率，S+为车轮滑转率最大门限值；
3)上述步骤2)中，当车速低于40km/h，进入制动力干预阶段时，满足S > S+时， 通过驱动防滑调节阀和ABS调节阀的状态调节驱动轮上干预制动力增加；满足S—《S《S+ 时，通过驱动防滑调节阀和ABS调节阀的状态调节驱动轮上干预制动力保持不变；满足S < S—时，通过驱动防滑调节阀和ABS调节阀的状态调节驱动轮上干预制动力降低；当制动 力干预阶段持续3s后退出，进入电子节气门与电机转矩调节阶段；其中，S+为车轮滑转率 最大门限值，S—为车轮滑转率最小门限值； 4)上述步骤2)和步骤3)中，进入电子节气门与电机转矩调节阶段时，一方面利用 制动/驱动控制器内预置的PID(比例积分微分)控制器确定电机驱动/制动转矩命令值 tm—cmd，该电机转矩命令值由电机控制器发送至电机，电机转矩命令值tm_cmd为
tm_cmd = PID(S-S》 (3) 式中，S是滑转率，Sd是目标滑转率，根据不同的路面附着情况Sd的范围为
; 另一方面通过制动/驱动控制器控制电子节气门的开度命令值throttle_Cmd迅 速下降，其优选的下降范围为[25%，40%]; 5)上述步骤4)中，将电机转矩命令值tm_cmd和下降后的开度命令值throttle— cmd送入逻辑门限值控制模块内，来控制电子节气门开度的增减状态，并将调整好的电子节 气门的开度命令值throttle_Cmd发送给发动机； 上述步骤5)中，在逻辑门极限值控制模块内，电子节气门开度的增减状态根据逻 辑门极限值控制模块内的条件D和条件E进行跳变，其中，由电子节气门14开度增加状态 跳转至电子节气门14开度减小状态的条件D是电机转矩命令值为制动转矩，且tm—cmd〉 (;，S〉Dp其中Q为门限值，与电机的驱动特性有关A也为门限值，其范围为
。 由电子节气门开度减小状态跳转至电子节气门开度增加状态的条件E是电机转矩命令值 为驱动转矩，且tm_cmd > C2并且S < D2，其中C2为门限值，也与电机特性有关，D2也为门 限值，范围为
。 在电子节气门开度增加状态中，电子节气门开度随时间单调递增，增加速率为5%
每秒；在节气门开度减小状态中，节气门开度随时间单调递减，减小速率也为5%每秒。 综上所述，在混合动力汽车上实施驱动防滑时，需要将传统汽车和纯电动汽车上
的驱动防滑控制方法结合起来，即能够在传统车驱动防滑控制方法的基础上增加对电机力
矩的控制，也可以在较大程度上改善混合动力汽车的驱动防滑控制效果。 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所
8变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的 保护范围之外。
权利要求
一种混合动力汽车的驱动防滑控制系统，其特征在于它包括一制动气压管路、一车辆传动系和一驱动防滑控制电信号回路；所述制动气压管路包括一空压机，所述空压机依次通过一安全阀、一稳压阀连接一制动气罐，所述制动气罐的一个输出端通过两个车辆制动防抱死调节阀分别连接两个前轮制动气室；所述制动气罐的另外两个输出端分别通过一驱动防滑调节阀和制动管路连接一双向单通阀两输入端，所述双向单通阀输出端分别通过另外两个车辆制动防抱死调节阀连接两个后轮制动气室；所述车辆传动系包括一发动机，所述发动机串联连接一电机，所述发动机的力矩与所述电机的力矩耦合后经所述电机的输出端传输到一传动机构总成；所述驱动防滑控制电信号回路包括四个分别位于各车轮附近的轮速传感器，位于前车轮附近的两个所述轮速传感器和两个所述车辆制动防抱死调节阀连接一制动/驱动控制器，且所述制动/驱动控制器还分别连接所述驱动防滑调节阀、一整车控制器、一电子节气门、一电机控制器、两位于后车轮附近的所述轮速传感器和另外两个所述车辆制动防抱死调节阀。
2. —种采用如权利要求1所述控制系统的混合动力汽车的驱动防滑控制方法，其步骤如下1) 根据位于前车轮的两轮速传感器发送的轮速信号，计算出车辆的瞬时车速，根据位 于后车轮的两轮速传感器发送的轮速信号和所述瞬时车速，计算出车辆后车轮的瞬时滑转率；2) 根据瞬时车速和瞬时滑转率，由制动/驱动控制器判断驱动轮是否出现滑转现象， 当判定驱动轮出现滑转时，根据瞬时车速v的大小，决定是进入制动力干预阶段，还是进入 电子节气门与电机转矩调节阶段；当判定驱动轮没有出现滑转时，则确定电子节气门的节 气门开度命令值和电机转矩命令值；3) 所述步骤2)中，当进入制动力干预阶段时，满足S > S+时，驱动轮上干预制动力增 加；满足S—《S《S+时，驱动轮上干预制动力保持不变；满足S < S—时，驱动轮上干预制动 力降低；当制动力干预阶段持续3s后退出，进入电子节气门与电机转矩调节阶段；其中，S 为滑转率，S+为车轮滑转率最大门限值，S—为车轮滑转率最小门限值；4) 所述步骤2)和步骤3)中，进入电子节气门与电机转矩调节阶段时，一方面利用制 动/驱动控制器内预置的比例积分微分控制器确定电机驱动/制动转矩命令值，该电机转 矩命令值由电机控制器发送至电机；另一方面通过制动/驱动控制器控制电子节气门的开 度命令值迅速下降；5) 所述步骤4)中，将电机转矩命令值和下降后的开度命令值送入逻辑门限值控制模 块内，并将调整好的电子节气门的开度命令值发送给发动机；
3. 如权利要求2所述的一种混合动力汽车的驱动防滑控制方法，其特征在于所述步 骤l)中，所述瞬时车速v为v = co f r， 所述瞬时滑转率S为<y , r — v 6 =-，化.厂式中，S是滑转率，"f是前轮轮速，"r是后轮转速，v是瞬时车速，r是车轮半径。
4. 如权利要求2所述的一种混合动力汽车的驱动防滑控制方法，其特征在于所述步 骤2)中，判断所述驱动轮发生滑转的条件为<formula>formula see original document page 3</formula>其中，S是滑转率，S+为车轮滑转率最大门限值。
5. 如权利要求2所述的一种混合动力汽车的驱动防滑控制方法，其特征在于所述步 骤4)中，由所述比例积分微分控制器确定的所述电机转矩命令值tm_cmd为tm_cmd = PID(S-Sd)，式中，S是滑转率；Sd是目标滑转率，根据不同的路面附着情况Sd的范围为
。
6. 如权利要求2所述的一种混合动力汽车的驱动防滑控制方法，其特征在于所述步 骤4)中，所述电子节气门的开度命令值的最佳下降范围为[25%，40% ]。
7. 如权利要求2所述的一种混合动力汽车的驱动防滑控制方法，其特征在于所述步 骤5)中，由所述电子节气门开度增加状态跳转至所述电子节气门开度减小状态的条件是 所述电机转矩命令值tm_cmd为制动转矩，且tm_cmd > Q， S > D"其中Q为门限值，与所述 电机的驱动特性有关A也为门限值，其范围为
。
8. 如权利要求2所述的一种混合动力汽车的驱动防滑控制方法，其特征在于所述步 骤5)中，由所述电子节气门开度减小状态跳转至所述电子节气门开度增加状态的条件是 所述电机转矩命令值tm_cmd为驱动转矩，且tm_cmd > C2， S < D2，其中C2为门限值，与所述 电机特性有关，D2也为门限值，范围为
。
全文摘要
本发明涉及一种混合动力汽车的驱动防滑控制系统及其控制方法，它包括制动气压管路、车辆传动系和驱动防滑控制电信号回路；制动气压管路包括空压机，空压机经阀门连接制动气罐，制动气罐输出端经两车辆制动防抱死调节阀、驱动防滑调节阀和制动管路连接两前轮制动气室、双向单通阀两输入端，输出端经另两个车辆制动防抱死调节阀连接两后轮制动气室；车辆传动系包括发动机，发动机经电机连接传动机构总成；驱动防滑控制电信号回路包括四个位于各车轮附近的轮速传感器，前部两轮速传感器和两车辆制动防抱死调节阀连接制动/驱动控制器，制动/驱动控制器分别连接驱动防滑调节阀、整车控制器、电子节气门、电机控制器、另两轮速传感器和两车辆制动防抱死调节阀。本发明可以广泛应用于各种混合动力汽车防滑控制系统中。
文档编号B60T8/1761GK101774372SQ20101011383
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月24日 优先权日2010年2月24日
发明者张俊智, 张彪, 陈鑫 申请人:清华大学