一种电驱动车辆的附着稳定性判别系统的制作方法

本实用新型涉及车辆稳定性状态检测技术领域，具体涉及一种电驱动车辆的附着稳定性判别系统。

背景技术：

随着能源和环境问题的日益突出，电动汽车作为一种新能源汽车得到了大力发展。电动汽车驱动方式分为集中式驱动和分布式驱动，集中驱动式电动汽车与传统内燃机汽车的驱动结构布置方式相似，驱动形式有两后轮驱动、两前轮驱动或四轮驱动。

当车辆在湿滑路面加速或紧急制动过程中，汽车很可能会出现轮速飞转或抱死现象，车辆发生不稳定打滑。当车辆处于非稳定打滑状态时，会严重影响到汽车驾驶的安全性和可控性。集中驱动式电动汽车的驱动防滑控制是驱动控制的关键技术，可通过判别附着稳定性状态，实现在不同路面上的自适应防滑驱动控制。

目前附着稳定状态判别主要是比较当前实际滑移率与最优滑移率的大小，但实际上不同路面对应着不同的最优滑移率，最优滑移率还需依赖于传感器或其他路面识别算法，成本高且较为复杂。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对已有技术存在的缺陷，提出一种利用力传递因子判别车辆轮胎与地面附着稳定性的系统，通过驱动电机电枢电流ia和电枢电压ua，估算附着转矩td，通过附着转矩变化值δtd与输出转矩变化值δt的比值判别附着稳定性，该判别系统只需检测电机电枢电流和电枢电压，使用的传感器少，成本低，可靠性高。通过实时检测稳定性，自适应调节驱动防滑控制，保障车辆运行的安全性和动力性。

为达到上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

一种电驱动车辆的附着稳定性判别系统，包括电动汽车踏板、电机控制器、电机、测量模块、数据处理模块、稳定性判别模块和can总线实时通讯系统；

所述电动汽车踏板与电机控制器的输入端连接，电机控制器输出端与电机的输入端连接；所述电动汽车踏板踩下时，所述电机控制器的输出端向电机输入端输入转矩信号；

所述测量模块，用于测量驱动电机电枢电流ia和电枢电压ua；

所述数据处理模块，用于通过驱动电机电枢电流ia和电枢电压ua估算附着转矩td和计算两次测量的输出转矩变化值δt和两次估算出的附着转矩变化值δtd；

所述稳定性判别模块，用于根据附着转矩变化值δtd和所述输出转矩变化值δt的比值即力传递因子判别附着稳定性和根据附着稳定性状态实时决定是否实施防滑控制；

所述can总线实时通讯系统的输入端与所述稳定性判别模块的输出端连接，所述can总线实时通讯系统的输出端与电机控制器输入端连接。

所述附着转矩td可由附着转矩观测方程得到，其中轮速ω可直接由高精度传感器测量，也可由直流电机模型方程观测得到其中jω为车轮惯量，ke为反电动势系数。对于交流电机可以通过坐标变换等效实现与直流电机相同的模型。

所述驱动电机的输出转矩t通过测量电机电流，根据电流与输出转矩的关系得到，所述输出转矩t等于转矩系数与电机电枢电流之积，即t＝kmia，其中km为转矩系数。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：

本实用新型设计出的基于力传递因子的附着稳定性判定系统适用于集中驱动的电动汽车。其中的附着转矩可利用电气参数进行观测，所需传感器少，成本低。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图；

图2是利用本实用新型进行判别的步骤流程图；

图3是集中驱动汽车结构示意图；

图4为集中驱动汽车动力学模型；

图5为不同路面(干路面、湿路面和冰雪路面)下的附着系数-滑移率特性曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的描绘。附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，他们不应该理解成对本实用新型的限制。

如图1所示，一种电驱动车辆的附着稳定性判别系统，包括电动汽车踏板、电机控制器、电机、测量模块、数据处理模块、稳定性判别模块和can总线实时通讯系统；

所述电动汽车踏板与电机控制器的输入端连接，电机控制器输出端与电机的输入端连接；所述电动汽车踏板踩下时，所述电机控制器的输出端向电机输入端输入转矩信号。

所述测量模块，包括电枢电流测量单元和电枢电压测量单元，所述电枢电流测量单元用于测量驱动电机电枢电流ia，所述电枢电压测量单元用于测量电枢电压ua；所述测量模块将测量采集的数据传送到数据处理模块。

所述数据处理模块，包括附着转矩估算单元和转矩变化计算单元，所述附着转矩估算单元用于通过驱动电机电枢电流ia和电枢电压ua估算附着转矩td，所述转矩变化计算单元用于计算两次测量的输出转矩变化值δt和两次估算出的附着转矩变化值δtd。

所述稳定性判别模块，包括附着稳定状态判别单元和附着控制判别单元，所述附着稳定状态判别单元用于根据附着转矩变化值δtd和所述输出转矩变化值δt的比值即力传递因子判别附着稳定性，所述附着控制判别单元根据附着稳定性状态实时决定是否实施防滑控制。

所述can总线实时通讯系统的输入端与所述稳定性判别模块的输出端连接，所述can总线实时通讯系统的输出端与电机控制器输入端连接。

如图2所述，利用上述电驱动车辆的附着稳定性判别系统进行判别，具体步骤包括：

步骤s1：测量驱动电机电枢电流ia和电枢电压ua，通过电流传感器和电压传感器测量得到。

步骤s2：估算附着转矩td，可由附着转矩观测方程得到，其中轮速ω可直接由高精度传感器测量，也可由直流电机模型方程观测得到其中jω为车轮惯量，ke为反电动势系数，为轮速的一阶导数。对于交流电机可以通过坐标变换等效实现与直流电机相同的模型。

步骤s3：计算输出转矩变化值δt和附着转矩变化值δtd，其中，所述驱动电机的输出转矩t通过测量电机电流，根据电流与输出转矩的关系得到，所述输出转矩t等于转矩系数与电机电枢电流之积，输出转矩变化值δt和附着转矩变化值δtd分别表示电机传递到车轮的输出转矩t和车轮附着转矩td连续两次计算结果的偏差值，即δt＝t()-t(k-1)，δtd＝td(k)-td(k-1)。

步骤s4：计算δtd/δt，当δt≠0时，可计算δtd/δt。

步骤s5：根据所述附着转矩变化值δtd与输出转矩变化值δt的比值即力传递因子判别汽车轮胎的附着稳定状态，包括：

在δt≠0时：

当且时，判定车辆处于稳定附着状态；

当且时，判定车辆处于非稳定打滑状态；

当且时，判定车辆处于由稳定附着向非稳定打滑切换状态；

当且时，判定车辆处于由非稳定打滑向稳定附着切换状态；

在δt＝0时：

当δtd(k)>0且δtd(k-1)>0时，判定车辆处于稳定附着状态；

当δtd(k)<0且δtd(k-1)<0时，判定车辆处于非稳定打滑状态；

当δtd(k)<0且δtd(k-1)>0时，判定车辆处于由稳定附着向非稳定打滑切换状态；

当δtd(k)>0且δtd(k-1)<0时，判定车辆处于由非稳定打滑向稳定附着切换状态；

其中，δtd(k)为当前计算所得的附着转矩变化值；δtd(k-1)为上一时刻计算所得的附着转矩变化值；δt(k)为当前计算所得的输出转矩变化值；δt(k-1)为上一时刻计算所得的输出转矩变化值。

步骤s6：根据所判定的汽车轮胎附着稳定状态实时决定是否实施防滑控制，具体包括：当判定出车辆处于非稳定打滑状态时，则对所述车辆驱动电机实施防滑控制，当判定出车辆处于稳定附着状态时，则不对所述车辆驱动电机实施防滑控制。

下面对本实用新型实施例的集中驱动汽车的附着稳定性判别的原理进行详细说明。

如图3所示的集中驱动汽车结构示意图(以前轮驱动为例)，由电机、减速器和差速器等构成，差速器主要由左右半轴齿轮、两个行星齿轮及齿轮架组成。直线行驶时，电动汽车动力电机输出转矩t0，通过减速器传递到差速器壳体上其转速为ω0，接着把动力从壳体传递到左右两个半轴齿轮上带动车轮转动，转动速度分别为ω1和ω2，当两边车轮阻力相同时，行星齿轮跟着壳体公转同时不会产生自转，两个行星齿轮咬合两个半轴齿轮以相同转速转动，这样汽车就可以直线行驶了。

假设车辆向左转弯时，左侧驱动轮行驶距离短，相对来说将会产生更大的阻力。在传动轴转速不变的情况下，因此左侧半轴会更费力，这时两个行星齿轮就会产生自转，更多的扭矩传递到右侧半轴上，使得右侧车轮增速，这样右轮就会比左轮转得快，从而实现车辆的顺滑转弯。

同理左右两轮行驶在不同路面上时，也会出现阻力不同，转速不同的情况。

如图4所示的集中驱动汽车动力学模型，无论转向与否，根据运动学分析，皆可得：

ω1+ω2＝2ω0

显然当一侧半轴不转时，另一侧半轴以两倍的差速器壳体角速度旋转；当差速器壳体不转时，左右半轴将等速反向旋转。根据力矩平衡可得：

t1+t2＝t0

t1-t2＝tr

tr为差速器的内摩擦力矩，t1为左半轴的输出转矩，t2为右半轴的输出转矩。通常差速器以锁紧系数k表征内摩擦力矩与差速器的壳体接受的转矩之比，由下式确定：

k＝tr/t0

因此结合力平衡方程，可得到：

t1＝t0(1-k)/2

t2＝t0(1+k)/2

普通锥齿轮差速器紧锁系数一般为0.05～0.15，这说明左右两个半轮的转矩差别不大，故可以认为分配给两个半轴的转矩大致相等，即齿轮差速器的力矩均分原理。

(1)根据差速器力矩均分结构原理，可分配给左右轮的转矩相等即t1＝t2＝1/2t0。

(2)车辆运行过程中，轮胎与路面相互作用，路面只能通过轮胎对两个半轴的反作用转矩即附着转矩分别为td1和td2，即驱动力，其大小取决于路面与轮胎之间的附着系数μ(λ)、垂直载荷n和车轮半径r，公式为：

td＝μ(λ)nr

其中λ为滑移率，μ与λ的非线性关系如图5所示。

(3)定义单轮模型的力传递因子为可推导出

力传递因子时域表达式：

其中，τv为车辆模型时间常数，即μ-λ曲线的斜率，m为单轮质量。

当车辆在稳定区运行时，a>0，τv>0，故力传递因子θ大于零，并最终趋于稳定；当车辆在不稳定运行时，a<0，τv<0，故力传递因子θ为负值。

(4)设判别集中式驱动电动汽车稳定判别因子θ(t)，可得到

当车辆单轮或者双轮发生非稳定性附着时，使得θ(t)<0，据此判断集中式驱动车辆出现打滑现象。

上述各实施实例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。