两轮轮毂电机驱动纯电动汽车整车控制器及控制方法与流程

本发明涉及轮毂电机汽车领域，具体地指一种两轮轮毂电机驱动纯电动汽车整车控制器及控制方法。

背景技术：

两轮轮毂电机驱动纯电动汽车，将两个轮毂电机安装在车轮内，两轮独立控制，相对于传统的集中式电动机驱动纯电动汽车，轮毂电机采取分布式驱动，将驱动、传动和制动装置都整合到轮毂内，省略了离合器、变速器、传动轴、差速器、分动器等机械传动部件，具有更快的响应速度。因此利用两轮轮毂电机力矩独立可控且响应迅速的特点，可提高整车动力学性能。

为了达成以上控制目标，其关键技术在于设计一种整车控制器及其控制方法，通过整车控制器利用高压两轮独立控制、轮毂电机力矩、转速等精确可知、易获取的特点，可以获得比传统汽车更多的车辆运动信息，用来估计车辆状态和环境参数，进而完成对整车动力学控制。整车控制器是整车控制策略和控制软件的载体，不仅要完成系统提出的信号采集、控制计算、控制输出和通信的功能，还要保证系统的功能安全性，而且也要考虑成本约束。目前，纯电动汽车用整车控制器不足以满足适应轮毂电机控制，不足够体现差扭控制优势。

技术实现要素：

本发明的目的就是要提供一种两轮轮毂电机驱动纯电动汽车整车控制器及控制方法，本发明能满足两轮轮毂电机驱动纯电动汽车整车控制条件，体现出差扭控制优势。

为实现此目的，本发明所设计的一种两轮轮毂电机驱动纯电动汽车整车控制器，其特征在于：它包括信号采集模块、mcu(microcontrollerunit，微控制单元)、can(controllerareanetwork，控制器局域网络)通讯模块和运动学参数模块；

信号采集模块用于采集电子换挡器信号、轮毂电机差扭控制开关信号、油门踏板状态信号、制动踏板状态信号和制动踏板开度信号；

can通讯模块用于将各车轮轮速信号、方向盘转角信号、车速信号、动力电池soc(stateofcharge，荷电状态)值、abs(antilockbrakesystem，制动防抱死系统)触发信号、电池管理系统工作状态信号、动力电池电流信号、动力电池电压信号、动力电池当前允许最大充电电流发送给mcu；

运动学参数模块用于将差扭控制所需的横摆角速度信号和三轴向车辆加速度信号发送给mcu；

mcu用于根据油门踏板状态信号、制动踏板状态信号、电子换挡器信号进行驾驶员驾驶意图的识别；

mcu根据轮毂电机差扭控制开关信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号、三轴向车辆加速度信号、车速信号、动力电池soc值、动力电池电流信号、动力电池电压信号进行差扭横摆力矩控制

mcu根据各车轮轮速信号、车速信号、轮毂电机驱动力矩信号、动力电池soc值、动力电池电流信号、动力电池电压信号进行驱动防滑控制；

mcu根据制动踏板状态信号、制动踏板开度信号、车速信号、abs触发信号、电池管理系统工作状态信号、动力电池soc值、动力电池当前允许最大充电电流实现制动能量回收功能。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

本发明的两驱轮毂电机驱动纯电动汽车整车控制器和控制方法解决了两轮毂电机协调控制需要运动学输入参数横摆角速度和纵向加速度，利用轮毂电机单轮力矩可控优势，分配左右车轮驱动扭矩在汽车轮间形成差扭横摆扭矩，进而更好的进行扭矩矢量控制，提升整车运动学性能。

本发明能够为驾驶员驾驶意图识别控制功能提供电子换挡器信号、轮毂电机差扭控制开关信号、油门踏板状态信号、制动踏板状态信号和制动踏板开度信号作为功能输入信号；转弯时能够为差扭横摆扭矩控制提供方向盘转角信号、轮毂电机差扭控制开关信号、横摆角速度信号、三轴向车辆加速度信号、车速信号、轮毂电机扭矩信号作为功能输入，利用轮毂电机单轮力矩可控优势，分配左右车轮驱动扭矩在汽车轮间形成差扭横摆扭矩，提高车辆操纵性。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

其中，1—电源控制模块、2—信号采集模块、3—mcu、4—can通讯模块、5—运动学参数模块、6—内部电压监视模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示的两轮轮毂电机驱动纯电动汽车整车控制器，它包括电源控制模块1、信号采集模块2、mcu3、can通讯模块4、运动学参数模块5、内部电压监视模块6；

电源控制模块1用于给整车外部传感器供电，实现各功能供电需求，按照电源不同整车控制器能够提供12v电源、5v电源和3.3v电源；

内部电压监视模块6用于检测电源控制模块输出电压信号是否有效，检测原理第一步识别电路上电压信号是否能够采集到，第二步判断采集到的电压信号值大小是否有效；

信号采集模块2用于采集电子换挡器信号、轮毂电机差扭控制开关信号、油门踏板状态信号、制动踏板状态信号和制动踏板开度信号；

can通讯模块4用于将各车轮轮速信号、方向盘转角信号、车速信号、动力电池soc值、abs触发信号、电池管理系统工作状态信号(这个信号是表示动力电池工作正常的状态量)、动力电池电流信号、动力电池电压信号、动力电池当前允许最大充电电流发送给mcu3；

运动学参数模块5用于将差扭控制所需的横摆角速度信号和三轴向车辆加速度信号发送给mcu3，横摆角速度用于计算横摆力矩大小，车辆加速度大小用于判断车辆稳定状态；

mcu3用于根据油门踏板状态信号、制动踏板状态信号、电子换挡器信号进行驾驶员驾驶意图的识别，所述驾驶意图识别即是驾驶员加速、减速、换挡的操作识别，即如果检测到油门踏板状态信号则驾驶员有加速需求，其值大小根据油门踏板深度判断，如果检测到制动踏板状态信号则驾驶员有减速需求，其值大小根据制动踏板深度判断，如果检测到电子换挡器信号则驾驶员可能有前进、倒车、停车的需求，其具体需求根据电子换挡器档位判断；

mcu3根据轮毂电机差扭控制开关信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号、三轴向车辆加速度信号、车速信号、动力电池soc值、动力电池电流信号、动力电池电压信号进行差扭横摆力矩控制的控制方式如下：控制算法中将两轮轮毂电机驱动纯电动汽车转换为线性二自由度汽车模型，研究车辆在转弯时侧向与横向运动受力关系，驾驶员转动方向盘并开启差扭开关，操作过程中mcu3获得轮毂电机差扭控制开关信号和方向盘转角信号作为触发差扭横摆力矩控制的前提条件，以车辆外力在垂直于车速方向合力与绕质心的力矩和建立受力方程式，求得车辆理想横摆角速度，然后通过运动学参数模块5获得的车辆实际横摆角速度信号，通过将理想横摆角速度和实际横摆角速度差值作为pid(比例(proportion)、积分(integral)、微分(differential))控制算法输入参数决策出两轮轮毂电机差扭横摆力矩，最后根据动力电池soc值、动力电池电流信号、动力电池电压信号计算得到动力电池当前允许最大驱动力矩，比较单轮附加差扭横摆力矩后的总驱动力和动力电池当前允许最大驱动力矩得到最优驱动车轮力矩；根据三轴向车辆加速度信号判断车辆是否失稳，可以通过观测侧向加速度大小判断差扭横摆力矩控制是否发生效果，即车辆失稳时侧向加速度值偏大，经验值大于0.4g，通过控制将增大的侧向加速度控制在稳定区域内即达到了控制效果；

mcu3根据各车轮轮速信号、车速信号、轮毂电机驱动力矩信号、动力电池soc值、动力电池电流信号、动力电池电压信号进行驱动防滑控制的控制方式如下：车轮发生滑转时，首先根据车速信号和各车轮轮速信号求得各车轮当前时刻滑转率；然后根据车速信号、轮毂电机驱动力矩信号、各车轮滑转率和各车轮轮速求得各车轮防滑驱动最大扭矩，最后根据动力电池soc值、动力电池电流信号、动力电池电压信号计算得到动力电池当前允许最大驱动力矩，比较防滑驱动最大扭矩和动力电池当前允许最大驱动力矩得到最优驱动车轮力矩；

mcu3根据制动踏板状态信号、制动踏板开度信号、车速信号、abs触发信号、电池管理系统工作状态信号、动力电池soc值、动力电池当前允许最大充电电流实现制动能量回收功能的具体控制方式如下：驾驶员踩下制动踏板，根据制动踏板状态信号判断制动踏板工作是否正常，若不正常则不考虑制动能回收，若正常则将获得制动踏板开度信号换算成制动减速度信号和制动力矩信号，通过建立车速方向受力方程，求得车辆前后轴载荷，然后按照载荷比例分配前后轴制动力矩，载荷越重分配制动力矩越大，最后根据前后制动力分配给液压制动力和轮毂电机电制动力，分配原则先根据电池管理系统工作状态信号判断动力电池是否工作正常，若不正常则不考虑制动能回收，若正常则考虑动力电池soc值和当前允许最大充电电流，从而决定轮毂电机电制动力最大，制动能量回收效率最优；如果通过车速信号检测到车速过低或者abs触发信号则退出制动能量回收功能。

上述技术方案中，为提高系统可靠性，mcu3主芯片采用双核锁步微处理器，其原理两个核在硬件工艺上采用镜像正交结构，并隔离单独分装，防止高频串扰。mcu3的软件上通过分别前后延时，然后比较完成程序结果校对，若程序错误，则产生中断或复位操作，完成双核锁步。在运行时，微处理器可自主进行cpu单元、时钟单元、存储单元的自检，发生故障时将产生响应中断，通知应用程序处理。

上述技术方案中，can通讯模块4包括：三路can信号，m-can、p-can、h-can(h-can包括：车载充电机信号、电动水泵信号、电池管理系统信号、dc/dc信号，p-can包括：车身控制器信号、电动助力转向信号、仪表信号、空调信号、转角传感器信号、电子换挡器信号，m-can包括：左后轮毂电机信号、右后轮毂电机信号)，can通讯模块4分别连接在mcu3与电池管理系统之间、mcu3与轮毂电机控制器之间、mcu3与汽车仪表之间，用于与电池管理系统、dc/dc、车载充电机、空调、电机控制器、汽车仪表进行汽车传输数据的通信。

上述技术方案中，信号采集模块2用于采集点火钥匙状态信号，mcu3通过火钥匙状态信号判断车辆钥匙状态，分为off挡、acc挡、on挡，off挡车辆未启动，acc挡车辆低压系统上电，on挡车辆车辆启动。

上述技术方案中，信号采集模块2用于采集刹车开关信号，mcu3通过刹车开关信号判断驾驶员是否踩制动踏板。

上述技术方案中，mcu3通过电子换挡器信号判断车辆档位状态，包括前进挡位、后退挡位、空挡位和停车挡位。

上述技术方案中，mcu3通过轮毂电机差扭控制开关信号判断车辆是否开启差扭控制。

上述技术方案中，mcu3通过油门踏板状态信号识别驱动力矩信号的大小。

上述技术方案中，信号采集模块2用于采集制动助力传感器(这个是车辆上常用的传感器用于识别制动踏板深度，其输出值未电压，踏板深度越深输出电压值越大)和制动系统油压传感器输出的信号，mcu3通过制动助力传感器和油压传感器输出的信号识别制动力矩值，所识别的值就是制动需求力矩值。

上述技术方案中，mcu3用于向制动系统电动真空泵发送电动真空泵继电器驱动信号，使制动系统电动真空泵工作，mcu3用于输出差扭矩功能指示灯驱动信号来显示差扭功能开启。

上述技术方案中，mcu3用于向轮毂电机发送轮毂电机使能驱动信号(轮毂电机正常工作前发送)。

一种两轮轮毂电机驱动纯电动汽车整车控制方法，它包括如下步骤：

步骤1：信号采集模块2采集电子换挡器信号、轮毂电机差扭控制开关信号、油门踏板状态信号、制动踏板状态信号和制动踏板开度信号；

can通讯模块4将各车轮轮速信号、方向盘转角信号、车速信号、动力电池soc值、abs触发信号、电池管理系统工作状态信号、动力电池电流信号、动力电池电压信号、动力电池当前允许最大充电电流发送给mcu3；

运动学参数模块5将差扭控制所需的横摆角速度信号和三轴向车辆加速度信号发送给mcu3；

步骤2：mcu3根据油门踏板状态信号、制动踏板状态信号、电子换挡器信号进行驾驶员驾驶意图的识别；

mcu3根据轮毂电机差扭控制开关信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号、三轴向车辆加速度信号、车速信号、动力电池soc值、动力电池电流信号、动力电池电压信号进行差扭横摆力矩控制

mcu3根据各车轮轮速信号、车速信号、轮毂电机驱动力矩信号、动力电池soc值、动力电池电流信号、动力电池电压信号进行驱动防滑控制；

mcu3根据制动踏板状态信号、制动踏板开度信号、车速信号、abs触发信号、电池管理系统工作状态信号、动力电池soc值、动力电池当前允许最大充电电流实现制动能量回收功能。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。