本发明涉及车辆控制系统领域，特别是涉及一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法。
背景技术：
在过去十年中，设计和建造节能、低排放车辆的趋势急剧增加，这一趋势是由对环境的关切以及燃料成本的增加驱动的，在这一趋势的最前沿是混合动力汽车的发展，这是一种结合相对高效的内燃机和电动马达的混合动力汽车。
目前，大多数普通混合动力车采用的是平行驱动系统，尽管不同的汽车制造商之间的并行驱动系统的实现可能会有很大的差别；扭矩转速控制器将电动机与变频控制器之间的功率进行计算调配，即变频控制器功率分流设计以根据车辆在不同行驶阶段需要最大化效率为目的，在车辆行驶不需要动力情况下，电动机也称为发电机，通过变频控制器后产生的电能将其能力回收储存蓄电池中，用于再次提供电力以驱动电动机。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是提供一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
提供一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法，包括以下步骤：
（1）电动汽车的后轴通过第一变速器/差速组件连接到第一电动机，第一电动机通过第一电机变频控制器与扭矩控制器连接，电动汽车的前轴通过第二变速器/差速组件连接到第二电动机，第二电动机通过第二电机变频控制器与扭矩控制器连接，电动汽车的前轴和后轴分别与扭矩控制器连接，第一紧急刹车警示系统分别与第一电机变频控制器、扭矩控制器连接，第二紧急刹车警示系统分别与第二电机变频控制器、扭矩控制器连接，多个汽车控制传感器与扭矩控制器连接；
（2）计算车辆的最佳扭矩：
（3）根据车辆的最佳扭矩计算第一电机、第二电机各自的输出扭矩：
在本发明一个较佳实施例中，所述扭矩控制器包括车辆扭矩命令模块、第一电机扭矩控制模块、第二电机扭矩控制模块、最佳扭矩分配模块、牵引控制命令模块、车身稳定控制模块。
在本发明一个较佳实施例中，所述汽车控制传感器包括齿轮选择传感器、油门传感器、转向传感器、刹车传感器、驾驶模式传感器。
本发明的有益效果是：提供一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法，通过双电机实现智能四驱控制，当汽车行驶不同阶段时，其中一台电动机效率相对较低时，另一台电动机发挥其本质特性，补偿其中一台电机性能的不同，将动力、能耗及能量回收发挥到最优化值，具有可靠性能高、定位精确、结构合理、效率高、性能好、节能环保等优点，同时在车辆控制的应用及普及上有着广泛的市场前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明的一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法一较佳实施例的srm(vfd)开关磁阻电动机和三相感应电动机的转矩对比曲线图；
图2是本发明的一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法一较佳实施例的srm(vfd)开关磁阻电动机和三相感应电动机的功率对比曲线图；
图3是本发明的一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法一较佳实施例的控制系统的基本元件和每个电动机/功率控制模块耦合到单独的ess的示意图；
图4是本发明的一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法一较佳实施例的分割生成最佳扭矩使用的算法的示意图；
图5是本发明的一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法一较佳实施例的电机瞬时扭矩和磁链值计算方法示意图；
图6是本发明的一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法一较佳实施例的双电机输出扭矩分配的算法示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明实施例包括：
一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法，包括以下步骤：
（1）电动汽车的后轴通过第一变速器/差速组件连接到第一电动机，第一电动机通过第一电机变频控制器与扭矩控制器连接，电动汽车的前轴通过第二变速器/差速组件连接到第二电动机，第二电动机通过第二电机变频控制器与扭矩控制器连接，电动汽车的前轴和后轴分别与扭矩控制器连接，第一紧急刹车警示系统分别与第一电机变频控制器、扭矩控制器连接，第二紧急刹车警示系统分别与第二电机变频控制器、扭矩控制器连接，多个汽车控制传感器与扭矩控制器连接；
（2）计算车辆的最佳扭矩：
（3）根据车辆的最佳扭矩计算第一电机、第二电机各自的输出扭矩：
优选地，所述扭矩控制器包括车辆扭矩命令模块、第一电机扭矩控制模块、第二电机扭矩控制模块、最佳扭矩分配模块、牵引控制命令模块、车身稳定控制模块。
优选地，所述汽车控制传感器包括齿轮选择传感器、油门传感器、转向传感器、刹车传感器、驾驶模式传感器。
图1-2分别说明示例电动机的转矩和功率曲线，曲线a、b和ab分别表示了srm开关磁阻电机、三相感应电机的扭矩和两组组合的扭矩输出曲线，曲线c、d和cd分别表示的srm开关磁阻电机、三相感应电机的扭矩和两组组合的扭矩输出曲线功率输出曲线。
图3示出了与本发明的控制系统一起使用的双电机驱动系统的基本元件，如图3所示，每个轴耦合到独立的动力源，后轴101通过第一变速器/差速组件105连接到电动机103，前轴107通过第二变速器/差速组件111连接到电动机109，本发明不限于传输的特定类型/配置或微分的特定类型/配置，虽然首选单速率传输，但是任一或两个传输都可以使用多速率传输，与本发明使用的差速器可以配置为开、锁或限滑，但最好使用开放或限滑差速器。
在本发明的优选实施例中，两个马达中的一个是srm开关磁阻驱动马达马达103，而第二马达109则是三相感应马达，但是本发明不局限于第一马达和第二马达的次序，也不局限于前驱和后驱的定义于哪一款电机，本发明的目的是按照纯电动车驾驶的要求和路况，最大限度地发挥该两种电机输出的特点，确保增强电动车的性能和驾驶乐趣，此外，马达109被设计成在宽的速度范围内具有相对平坦的转矩曲线，因此能够在高速情况下增大马达103的输出，特别是在初级电动机103的转矩下降的范围内。
图1中所示的基本配置提供了优于单个驱动器ev的许多优点，首先，双电机配置提供了优越的牵引力控制，因为功率耦合到两轴，因此提供功率至少一个车轮每轴，如果一个或两个差速器利用有限的滑移或锁紧结构，从而将功率耦合到剩余的车轮或车轮，那么就可以实现额外的牵引力控制；第二，通过将每一个轴连接到一个独立的动力源，车辆牵引力和稳定性因此可以得到极大的改善，因为根据前轮的具体情况可以改变前轮的扭矩，例如，在转弯时，逐渐增加前轮相对于后轮的扭矩是有利的，同样，在结冰的路面条件下，增加前轮的扭矩也是可取的；第三，利用双电机配置，再生制动可用于两套车轮，从而提供了增强的制动以及改进电池充电能力；第四，假设有一个相对平直的转矩曲线的第一马达，除了在所有速度下提供额外的功率，第二马达介入提供了大大提高了性能，因为在高速时，第一电机可能开始失去扭矩。
使用双驱动器配置比单个驱动器配置具有许多优点，本发明通过提供转矩和牵引力控制系统来扩展这些优点，该转矩和牵引力控制系统能够快速有效地分割两个驱动系统之间的转矩，车轮打滑最小化，车辆牵引力和稳定性大大改善，在各种操作条件下。这些改进在转弯和直线牵引以及车轮打滑控制中都很明显。
变速器/差速器元件105和111的齿轮比可以是相同的或不同的，如果它们是一样的，1和2显示两个马达的马达速度，如果它们不同，1和2显示一个电动机的电机转速，第二电机的转速可以根据齿轮比换算系数换算，1和2说明，在至少一种配置中，辅助转矩的最大值可以在整个电动机速度中基本恒定，因此车辆速度、最大辅助功率随电机速度的增加而增加，这种首选配置适用于操作的驱动和再生模式，这种方法的一个优点是，它可以用来补偿高转速下的转矩下降，这是典型的电机工作电压有限产生的现象，根据本发明的优选实施例，显著提高车辆的高速能力的另一个好处是改进了车辆性能，特别是在最高速度、高速加速和爬坡能力方面，最后，通过使用双驱动的方法，在某些配置中，可以实现较低的总电机重量，而且可能是单个的电动机大小来提供类似的峰值功率的能力。
图1-2中，曲线101说明了许多这样的电动机的特点，即在低速时表现出相对平坦的峰值转矩，然后在较高的速度下下降，电动机的“基本速度”被定义为转矩下降到平峰转矩的95%，并且在基本功率限制下，基本速度达到最高速度后继续下降，对于曲线201，这个拐点发生在曲线上的一个点207，拐点速度大约为7200转，电动机的“传动系统基本速度”相当于电动机在齿轮传动后的基本速度，即电动机基本转速除以传动齿轮，优选的第二马达三相感应电机109被设计成提供比开关磁阻电动机103的驱动系统基本速度高得多的驱动系统基速度，第二马达109被设计成可以比第一电动机103高至少50%基本速度。
图4是本发明优选实施例的基本结构，第一马达103经由主功率控制模块203与ess301连接，第二马达109通过功率控制模块205连接到ess201。
第一电动机和第二电动机的电源控制模块203和205包括两个电机驱动特性所需控制所需的变频器，电源控制模块203、205用于提供主辅电机103、109所需的输入例如电压、电流、波形等，电源控制模块203、205是由无源器件（如瞬态滤波电容或电感）、有源器件（例如，半导体igbt和/或机电转换装置、电路保护装置等）、检测设备（如电压、电流、功率和/或流量传感器等）、逻辑控制装置、通信设备等。
系统200包括转矩和牵引力控制器207，用于确定功率控制模块的功率、电压、电流和波形，使每个功率控制模块控制各自的电动机，从而使每个电动机应用于控制其耦合的车轮或车轮的转矩和功率，为了计算每个电动机的适当功率，从而将转矩/功率分配给各个车轮，扭矩控制器207耦合到整个车辆中的各种传感器，并接收来自这些传感器的数据，一般来说，这些传感器可分为四组：用于监测车辆性能、用于监视驱动系统、用于监视ess和功率控制电子设备的状态和性能的组，以及用于监视用户输入的传感器。
车轮转速传感器209-212，该组内的传感器通过监测车轮旋转来监测车辆的持续性能，从而减少轮胎打滑，将车轮旋转传感器耦合到每个车轮。
驱动系统传感器包括连接到第一马达的是温度传感器213和马达速度传感器215，用于监视第一电动机和第二电动机的性能。
ess和功率控制电子传感器包括ess301是温度传感器221、电压传感器223和电流传感器225，例如与主功率控制模块203耦接的是温度传感器227、耦合到辅助功率控制模块205的是温度传感器229，用于监视ess和功率控制模块的状态。
用户输入传感器包括制动传感器231、加速器传感器233和转向传感器235，用于监视用户输入，这些传感器可以耦合到相应的踏板和/或方向盘，连接到相应的连杆，或与车辆驱动系统耦合，从而获得制动、加速和转向数据，该系统还可以包括齿轮选择传感器237，如果车辆包括多齿轮变速器，而不是单速变速器，该系统还可以包括驾驶模式选择传感器239，车辆允许用户从多个操作模式中选择，例如，高效率模式、高性能模式等。
尽管扭矩和牵引控制器207用于确定主驱动系统和辅助驱动系统之间的最佳扭矩，例如，通过监测周围的温度和/或监测湿度/降雨量，系统可以适应恶劣的天气，即湿滑的条件或潜在的结冰条件，同样，通过对车辆倾斜的监测，该系统能适应陡坡爬坡或下降的情况。
如前所述，本发明不限于两个驱动列耦合到单个ess的车辆系统，具体地说，第一马达103和功率控制模块203耦接到ess301，而第二马达109和功率控制模块205耦接到ess303，在本实施例中，第一电机ess301包括温度、电压、电流传感器分别305-307，协助电机ess303包括温度、电压和电流传感器309-311，ess301可以耦合到ess303。
图4提供扭矩和牵引力控制器207的更详细的示意图，如图所示，从制动传感器231、加速器传感器233、齿轮变速传感器237（如果车辆具有多个齿轮）和模式选择传感器239（如果车辆包括多种模式）的数据输入到车辆扭矩命令生成单元401中，计算车辆速度，即“c_vspeed”，输入到车辆的扭矩指令生成单元401，c_vspeed由牵引命令生成单元409计算，输出单元401是一个总的转矩，即“c_torque”，c_torque为组合传动系统所需要的扭矩。
第一、第二电机的最大扭矩为“c_maxtorque1”和“c_maxtorque2”，由第一转矩限制单元403和第二扭矩限制装置405计算。
第一电机扭矩限制单元403的输入是来自第一电动机温度传感器213、第一电动机速度传感器215和功率控制模块温度传感器227的数据，第二扭矩限制器单元405的输入是来自第二电机温度传感器217的数据、第二电机速度传感器219和第二功率控制模块温度传感器229的数据，假设单个ess配置，如图4所示，对两个单元403和405输入的ess数据分别来自传感器221的ess温度数据以及传感器223和225的ess电压和当前数据，如果传动系统使用单独的ess系统，然后访问数据输入单元403，从传感器和数据输入单元405。
通过结合车辆速度计算，由模块401计算的组合传动系所需的总转矩，由模块403和405分别计算的第一和第二电动机的最大可用转矩，被输入到最佳转矩分配单元407，407单元计算出最优化两驱动列车之间的扭矩分配，不考虑车轮打滑的情况下，从而为最优第一电机转矩要求和最佳的第二电动机转矩的要求分配所需的组合扭矩，即c_torque，实现各电机的最大扭矩范围内最大运行效率分配扭力。
如图5所示，本发明的系统使用一个简单有效的连续运行的函数算法来确定最佳扭矩分配，读取c_torque，c_vspeed，c_maxtorque1和c_maxtorque2（步骤501）；其次，确定第一电机103的临时扭矩值（c_temptorque1）与第二电机109临时扭矩值（c_temptorque2），以及第一电机103电机磁链值（c_flux1）和第二电机109磁链值（c_flux2），这一步是通过插值数据查找表中进行的，根据车辆速度和所需扭矩要求计算最优转矩（即t1和t2）和最佳流量值（即，f1opt和f2opt）。
步骤503中第二电机扭矩值与由第一扭矩限制单元和第二电机转矩限制单元计算的最大可用扭矩值（步骤505）进行比较，如电机瞬时的扭矩值是小于它的最大扭矩值，那么临时的扭矩值输出为c_torque1e（第一电机）和c_torque2e（第二电机）；如果电机瞬时扭矩值大于最大扭矩值，那么最大的扭矩值输出为c_torque1e和c_torque2e。（步骤507-509），组合电机磁通指令值为c_flux1、c_flux2。
图6中示出了用于生成由最佳扭矩分配单元407使用的三维查找表的优选算法，在步骤601中，在车速测量环路中，测量出车辆车速最小值wmin和最大值wmax；在步骤603中，第二环路测量出总车辆的扭矩t，最小值tmin到最大值tmax；在步骤605中，第三环路测量出，经过t1分钟，第一马达t1的转矩的最小值和最大值。
在步骤607-609，确认第一电机的最佳流量值f1opt，对于一个给定的值t1，第一电机磁通f1的最小值f1min和最大值f1max，对于t1和f1的每一个值，计算出初级电动机输入功率p1的值，得到最小输入功率p1min。
在步骤611-614，对于一个给定的值t1，确定第二电机最佳流量值f2opt，对于给定值t1，确定第二电动机的转矩的相应值t2，其中t2等于t减去t1，然后确认第二电动机的磁通f2的最小值f2min和最大值f2ma，计算第二电机输入功率p2的值，对应每一个t2和f2值，得到最小输入功率p2min。
步骤615中的最小总电机输入功率pmin等于p1min加p2min，最小pmin根据特定的t1值迭代循环，步骤817，计算最小pmin和当前t和w，t1、t2值，f1opt和f2opt输出（步骤819）。
牵引控制命令生成单元409，每个来自209-212车轮的转速传感器数据输入单元409、第一电动机速度传感器215、第二电机速度传感器219和转向传感器235的数据输入到牵引控制命令生成单元，使用此数据，409单元计算出车辆的速度c_vspeed，单元209还使用电机速度数据提供错误检查。
单元409的主要功能是计算每个车轮的轮滑比，车轮滑移率是车轮速度与车辆速度之间的差异，除以车轮速度和车速的其中一个较大值，计算各车轮的车轮滑移率与车速的函数关系，计算各轴的轮滑比，车轴的车轮滑移率必须考虑到同一轴上不同的车轮可能经历不同程度的滑移，从而表现出不同的滑移率，对于一个限滑差速器，在大多数其他情况下，最好是给定轴的两个车轮滑移率的较高值作为该特定轴的车轮滑移率。
为了确定给定轴的轮滑比大于期望值，必须将车轮滑移率与在查找表中包含的目标轮滑比进行比较。查找表提供目标轮滑比作为速度和转向角的函数。查找表可以基于已知的目标比率，或者根据优选的基于特定车辆和车辆配置的测试数据获得。每个轴之间的计算车轮滑移率和目标滑移率计算误差产生滑差，简称“c_sliperror1“车轮滑移率误差的主驱动轴101和“c_sliperror2“车轮滑移率误差的辅助驱动轴107。为了防止控制抖动，最好采用死区，即中性区，将比较器引入到该计算中的比较器中。除了控制颤振外，滞回带还允许少量的的车轮滑移，这可以补偿车辆重量的动态分布和改善加速和减速性能。
计算滑动误差c_sliperror1和c_sliperror2，还有扭矩分配的值c_torque1e和c_torque2e，和总扭矩c_torque，车身稳定控制模块411，第一阶段使用反馈控制系统，例如使用超前滞后控制器、滑动模态控制器、pid控制器或其他线性或非线性控制器类型，独立地最小化车轮滑移率误差，在单元411的第二阶段，使用高通滤波器和补偿器（优选pid控制器）独立地最小化电机速度快速扰动，例如，在过多的轮滑事件中，突然地大幅度降低电机轴上的负载转矩，或突然从一个或两个卡住的车轮上大幅度增加电机轴上的负载转矩，就可能引起电机速度的快速扰动。
在第一和第二阶段之间是一个瞬时转矩升压前馈控制电路，称为动态加速，它增加了每个轴的扭矩量，增加的转矩跟与第一阶段后牵引力下驱动所需的转矩和总扭矩c_torque之间的差异成比例，两个轴之间的比例常数k1和k2可以被调整为不同，前馈力矩，提高车辆性能表现，车辆响应司机的要求和驾驶性、在没有牵引力控制系统和车辆稳定系统介入，当扭矩要求完全满足时，前馈力矩为零，同时有效滑移率误差为零和最大转矩限值不起作用，在车轮打滑事件导致车轴扭矩降低的情况下，反馈控制的效果是增加扭矩命令到另一个车轴，提高轮胎抓地力，反馈控制也增加了一个扭矩命令到打滑的车轮轴，但由于相对较少的反馈，车轮滑移率误差反馈回路仍然占主导地位，并将尽量减少车轮滑移率误差。
牵引控制的第二阶段后，扭矩限制器独立的控制着第二阶段转矩指令，例如c_maxtorque1、c_maxtorque2，扭矩限制器输出转矩指令c_torque1和c_torque2，磁通指令转矩指令c_flux1和c_flux2，最佳扭矩分配单元407输入控制模块203和205，功率控制模块203和205可以使用各种电机控制技术中的任何一种，例如标量控制、矢量控制和直接转矩控制，矢量控制允许转矩和磁通的快速解耦控制，在本发明的至少一个优选实施例中，控制模块利用脉宽调制器（pwm）控制电路。
在某些情况下，转矩和磁通电机控制命令可能受到进一步限制，特别是由于组件过热和/或ess功率限制，在扭矩控制器207内或功率控制模块内可使用额外的限制器电路来施加这种命令限制，一般来说，这种限制器通过传感器213/217监视电动机的温度、电力电子通过传感器227/229的温度、以及通过传感器421/423/425的温度、电压和电流201，如果像前面描述的那样使用多个ess系统，则将每个ess系统的温度、电压和电流作为限制器的输入，在至少一个实施例中，使用单个ess系统，如果ess温度高于阈值温度，则对马达的命令按比例减少，如果特定功率控制模块或特定马达的温度高于预设温度阈值，则发送到该特定电动机的控制命令被减少，控制命令发送到不影响电机有足够的增加以确保总要求的扭矩c_torque。
扭矩控制器207使用多个处理频率，具体频率取决于所述单元的功能，例如，可以使用双频的方法，在其中使用相对较低的频率以优化基于一般操作条件的两个驱动系统的性能，而第二个更高的频率被应用以快速响应快速发展的瞬态条件，例如，车轮打滑，在该优选方法中，将低频循环应用于扭矩命令生成单元401、转矩限制单元409/405、最佳转矩分割单元407和各种温度、电压、电流和速度传感器，优选地，低频被选择在100赫兹到2千赫的范围内，更优选在500赫兹到1.5千赫的范围内，并且更优选地设置在大约1千赫，高频循环应用于牵引和稳定控制单元411、控制模块203/205和车轮滑移传感器，并且优选为低频率的大约10至30倍的频率，更优选地是在大约20千赫的频率下，由于牵引控制命令生成单元409监视车轮打滑并产生每个轴的滑动误差，最好在高周波频率下运行，尽管在至少一个实施例中，它以中等速度工作，例如，5-10千赫。
如前所述，目前的控制系统可用于电动汽车，它利用两个驱动器的单一ess，或一个对应每驱动器ess，该系统和方法基本上与前面详细描述的相同，只是必须对每个ess的温度、电流和电压进行监测和考虑，具体来说，ess301的电流和电压传感器将检测305-307和输入到主扭矩限制装置403的数据；第二ess303的电流和电压传感器将检测303-311输入辅助扭矩限制装置405的数据。
在该发明的双电机智能四驱控制系统中，当汽车行驶不同阶段时，其中一台电动机效率相对较低时，另一台电动机发挥其本质特性，补偿其中一台电机性能的不同，将动力、能耗及能量回收发挥到最优化值，例如在初始加速、静止、减速或低速巡航时的某一阶段，当其中一台电动机效率要求高于另一台电动机时，此时扭矩转速控制器407及时计算分配数据，利用当时工况下电机性能，将其中一台适合当前工况下的电机性能发挥到最佳状态。
本发明一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法的有益效果是：提供一种双电机组合的智能高效安全的电动汽车全轮控制方法，通过双电机实现智能四驱控制，当汽车行驶不同阶段时，其中一台电动机效率相对较低时，另一台电动机发挥其本质特性，补偿其中一台电机性能的不同，将动力、能耗及能量回收发挥到最优化值，具有可靠性能高、定位精确、结构合理、效率高、性能好、节能环保等优点，同时在车辆控制的应用及普及上有着广泛的市场前景。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。