本发明属于电动汽车驱动控制系统，特别是涉及一种用于电动汽车的基于车轮垂直载荷实时估算的分布式驱动控制系统及方法。
背景技术：
采用轮毂/轮边电机的分布式驱动电动汽车是未来电动汽车重要发展方向。由于其四轮驱动力矩独立可控、转矩转速易于测得，因此在稳定性、主动安全控制和节能方面相对于传统汽车与集中式电动汽车具有显著的控制优势，是研究新一代车辆控制技术、探索车辆动力学性能的理想载体。其中，在分布式驱动电动汽车整车控制的关键技术研究方面，已有不少驱动力分配控制等相关研究，而现有控制策略其中的重要一环则是对车辆驱动轮垂直载荷的估算，现有的估算方法多为预置式根据车辆物理模型进行被动估算，时效性和准确性较差。若不能实时估算车辆的各驱动车轮的垂直载荷，则不能保证驱动力分配控制和驱动防滑达到理想的控制效果，就不能满足分布式驱动电动汽车在实际多种复杂工况下正常行驶的要求，制约着分布式驱动电动汽车的实际应用与发展。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术中不能实现较好的驱动力分配控制和驱动防滑的不足，并提供一种基于垂直载荷实时估算的分布式电驱动控制系统。
基于垂直载荷实时估算的分布式电驱动控制系统，其特征在于包括左前轮毂电机、左前轮毂电机控制器、右前轮毂电机、右前轮毂电机控制器、左后轮毂电机、左后轮毂电机控制器、右后轮毂电机、右后轮毂电机控制器、电子油门踏板、方向盘转角传感器、加速度传感器、左前胎压传感器、右前胎压传感器、左后胎压传感器、右后胎压传感器、分布式驱动控制器、通讯线；分布式驱动控制器通过通讯线分别与电子油门踏板、方向盘转角传感器、加速度传感器、左前轮毂电机控制器、右前轮毂电机控制器、左后轮毂电机控制器、右后轮毂电机控制器、左前胎压传感器、右前胎压传感器、左后胎压传感器、右后胎压传感器相连，构成CAN通讯网络；左前轮毂电机控制器与左前轮毂电机相连，右前轮毂电机控制器与右前轮毂电机相连，左后轮毂电机控制器与左后轮毂电机相连，右后轮毂电机控制器与右后轮毂电机相连。
所述的分布式驱动控制器采用16位单片机。进一步的，所述的单片机的主控芯片采用MC9S12XEP100。
本发明的另一目的在于提供一种使用所述系统的用于电动汽车的分布式驱动控制方法，位于分布式驱动控制器主控芯片中的包括车辆状态监测模块、车辆实时垂直载荷估算模块、驱动力分配控制模块；
控制方法的步骤包括：
1)车辆状态监测模块接收输入方向盘转角θ和加速踏板行程Sac的同时，不断采集和计算车辆及车轮的有关数据，包括车轮实际角速度wi，四轮实时胎压Pi、车辆向心加速度an，并实时分别发送数据至车辆实时垂直载荷估算模块与驱动力分配控制模块；
2)车辆实时垂直载荷估算模块根据实时胎压信号Pi，估算车辆实时垂直载荷Fzi，并发送给驱动力分配控制模块；Fzi计算公式如下：
式中：Fzi为第i车轮的垂直载荷，G为车辆所受重力，Pi为第i车轮的实时胎压；
3)驱动力分配控制模块根据步骤1)和2)中得到的参数实现车辆行驶时内外侧驱动轮的差速与驱动力分配控制，具体步骤为：
首先通过方向盘转角θ与向心加速度an估算出车辆实时车速v：
v＝(an*((L/tanθ)2+B2)1/2)1/2
式中：L为车辆轴距，B为车辆后轴到车辆质心的水平距离；
然后根据加速踏板行程Sac信号计算驾驶员通过加速踏板给定的期望驱动转矩Tt：
Tt＝KSac，式中：K为常系数
直接由驾驶员踩下的加速踏板行程Sac来决定电机输出转矩Ti：
式中：Ti为四个车轮实际所需转矩，FZi为第i个车轮的实时垂直载荷；
同时，实时监测各车轮的滑转率λi：
若第i车轮滑转率λi高于系统设置最优滑转率λ0时，则调整电机输出转矩Ti为：
将电机输出转矩Ti通过CAN通讯网络传递给各轮毂电机控制器，对轮毂进行驱动。
本发明基于车辆状态监测和车轮垂直载荷实时估算，提出了一种新颖集电子差速和驱动防滑控制为一体的驱动控制系统及方法。通过分别在每一个车轮处安装相应的胎压传感器、轮毂电机控制器和轮毂电机，通过实时测定各车轮胎压，能够估算各车轮的实时垂直载荷，实现了对车辆的分布式控制。该系统可以满足四轮独立驱动电动汽车在实际多种复杂工况下正常行驶的要求，改善了电动汽车的操纵稳定性、行驶经济性，提高了行驶安全性。
附图说明
图1是用于电动汽车的分布式独立驱动控制系统结构示意图；
图中，左前轮毂电机1、左前轮毂电机控制器2、右前后轮毂电机3、右前轮毂电机控制器4、左后轮毂电机5、左后轮毂电机控制器6、右后轮毂电机7、右后轮毂电机控制器8、电子油门踏板9、方向盘转角传感器10、加速度传感器11、左前胎压传感器12、右前胎压传感器13、左后胎压传感器14、右后胎压传感器15、分布式驱动控制器16、CAN通讯网络17。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，一种基于垂直载荷实时估算的分布式电驱动控制系统，包括左前轮毂电机1、左前轮毂电机控制器2、右前轮毂电机3、右前轮毂电机控制器4、左后轮毂电机5、左后轮毂电机控制器6、右后轮毂电机7、右后轮毂电机控制器8、电子油门踏板9、方向盘转角传感器10、加速度传感器11、左前胎压传感器12、右前胎压传感器13、左后胎压传感器14、右后胎压传感器15、分布式驱动控制器16、通讯线17。分布式驱动控制器16通过通讯线17分别与电子油门踏板9、方向盘转角传感器10、加速度传感器11、左前轮毂电机控制器2、右前轮毂电机控制器4、左后轮毂电机控制器6、右后轮毂电机控制器8、左前胎压传感器12、右前胎压传感器13、左后胎压传感器14、右后胎压传感器15相连，构成CAN通讯网络；左前轮毂电机控制器2与左前轮毂电机1相连，右前轮毂电机控制器4与右前轮毂电机3相连，左后轮毂电机控制器6与左后轮毂电机5相连，右后轮毂电机控制器8与右后轮毂电机7相连。电子油门踏板9可采用车辆中原本自带踏板，加速度传感器11尽量安装于靠近车辆质心处。左前胎压传感器12、右前胎压传感器13、左后胎压传感器14、右后胎压传感器15分别安装于左前车轮、右前车轮、左后车轮、右后车轮处，分别感应对应车轮的胎压。
分布式驱动控制器16采用16位单片机，单片机的主控芯片采用MC9S12XEP100。该分布式驱动控制器16中可烧入相应的控制策略算法，实现对各轮毂的驱动。4个轮毂电机均采用额定电压72V、额定功率8kW的永磁无刷直流电机，配置4个正弦波矢量控制的电机控制器。分布式驱动控制器16基于所接收的方向盘转角传感器10检测到的方向盘转角信号、电子油门踏板9的加速信号、加速度传感器11的加速度信号、左前胎压传感器12、右前胎压传感器13、左后胎压传感器14及右后胎压传感器15反馈的胎压信号，根据四轮独立驱动控制方法来制定各电机目标转矩，通过CAN通讯控制各轮毂电机控制器实现驱动力的合理分配。
本发明通过分别在每一个车轮处安装相应的胎压传感器、轮毂电机控制器和轮毂电机，通过实时测定各车轮胎压，能够估算各车轮的实时垂直载荷，实现了对车辆的分布式控制。
分布式驱动控制器16中的控制策略算法可采用现有的算法实现对各车轮的控制。本发明中还提供了一种优化的算法，其具体实现如下：
一种使用所述系统的用于电动汽车的分布式驱动控制方法，位于分布式驱动控制器16主控芯片中事先设置多个功能模块，具体包括车辆状态监测模块、车辆实时垂直载荷估算模块、驱动力分配控制模块。
驱动控制方法的具体步骤包括：
1)车辆状态监测模块接收输入方向盘转角θ和加速踏板行程Sac的同时，不断采集和计算车辆及车轮的有关数据，包括车轮实际角速度wi，四轮实时胎压Pi、车辆向心加速度an(由加速度传感器11感应得到)，并实时分别发送数据至车辆实时垂直载荷估算模块与驱动力分配控制模块；
2)车辆实时垂直载荷估算模块根据实时胎压信号Pi，估算车辆实时垂直载荷Fzi，并发送给驱动力分配控制模块；Fzi计算公式如下：
式中：Fzi为第i车轮的垂直载荷，G为车辆所受重力，Pi为第i车轮的实时胎压；
3)驱动力分配控制模块根据步骤1)和2)中得到的参数实现车辆行驶时内外侧驱动轮的差速与驱动力分配控制，具体步骤为：
首先通过方向盘转角θ与向心加速度an估算出车辆实时车速v：
v＝(an*((L/tanθ)2+B2)1/2)1/2
式中：L为车辆轴距，B为车辆后轴到车辆质心的水平距离；
然后根据加速踏板行程Sac信号计算驾驶员通过加速踏板给定的期望驱动转矩Tt：
Tt＝KSac，式中：K为常系数
直接由驾驶员踩下的加速踏板行程Sac来决定电机输出转矩Ti：
式中：Ti为四个车轮实际所需转矩，FZi为第i个车轮的实时垂直载荷；
同时，实时监测各车轮的滑转率λi：
若第i车轮滑转率λi高于系统设置最优滑转率λ0时，则调整电机输出转矩Ti为：
将电机输出转矩Ti通过CAN通讯网络传递给各轮毂电机控制器，对轮毂进行驱动，实现合理分配各电机转矩。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。