一种基于分层协调的分布式驱动汽车控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电动汽车集成控制领域，具体设及一种基于分层协调的分布式驱动汽 车控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 分布式驱动系统是一种可W在包含极限工况在内的各种工况下都能很好改善车 辆操纵稳定性的电动汽车驱动系统。它所包含的驱动电机既是执行单元也是信息反馈单 元，四轮转矩/转速信息的获取为提高基于运动学及动力学的车辆状态估计算法精度提供 了可能；同时可W实现四轮驱动/制动转矩独立、精确可控。当前，我国已将新能源汽车列 入"屯大战略性新兴产业"发展规划，研究和探索节能、环保和安全的电动汽车成为实现我 国新能源汽车战略需求和可持续发展的重要方向。就电动汽车驱动系统而言，四轮穀独立 驱动的分布式电驱动汽车W其在动力配置、传动结构、操控性能及能源利用等方面的独特 优势和巨大发展潜力成为电动汽车研发十分重要的前沿领域。
[0003]同时，电动助力转向系统巧lectricPowerSteeringsystem,简称EP巧由电机直 接提供助力，通过合适的综合控制方法，能十分方便的调节系统助力特性，在汽车中得到了 越来越广泛的应用，代表着当今汽车助力转向系统的发展方向。当前欧美日等国家的新车 EPS装车率已超过40%，其中日本小车EPS装车率已达到80%。EPS由于在主动安全性、环 保节能、电子集成控制、可靠性、结构紧凑性等方面具有显著优势，成为电动汽车转向系统 必然的选择。
[0004] 尽管EPS能增强驾驶员转向时的路感，改善车辆转向的响应，提高车辆操纵稳定 性。但是，当车辆在复杂运行工况下运行，如在转弯驱动/制动工况、W及较低附着系数等 工况下产生大侧向力加速度时，由于载荷转移、路面附着系数变化等原因，轮胎处于为非线 性特性区，轮胎侧向力呈非线性变化，此时EPS所产生的转向控制效果减弱，容易引起汽车 的快速瞬态侧滑而导致车身控制失稳，从而导致驾驶员精神紧张和误操作，直接危害车辆 操纵稳定性和行驶安全性，仅靠EPS是难W保证车辆在各种情况下都有良好的操纵稳定 性。
[0005] 中国专利201410016002.X提出通过获取差动助力曲线，计算出附加横摆力矩， 最后通过驱动转矩分配，改善整车操纵性能。但是并没有考虑转向工况下，电动助力转向 (EP巧对于整车操作性能的影响。中国专利201410478935. 0提出用于四轮独立驱动电动汽 车在加速、转向行驶下进行四轮转矩分配。但是没有给出将电动助力转向（EP巧与转矩分 配综合起来考虑的控制策略。中国专利201120507769. 4提出一种四轮驱动和助力转向的 电动车控制装置。但是并没有给出电动助力转向（EP巧与分布式驱动转矩分配具体的控制 策略，缺乏对车辆在不同形式工况下最佳控制策略的选择。
【发明内容】
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种基于分层协调的分布式驱动汽车控制系统 及方法，在保证分布式驱动电动汽车在极限工况下EPS系统正常工作的同时，提高了分布 式驱动汽车整车操纵稳定性。
[0007] 本发明是通过W下技术手段实现上述技术目的的。
[0008] -种基于分层协调的分布式驱动汽车控制系统，其特征在于，包括CAN总线、分别 与CAN总线连接的车速传感器、转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器、助力电机电枢电流 传感器、油口踏板信号处理模块、制动踏板信号处理模块、驱动电机状态监测模块、巧螺仪、 协调控制器、EPS控制器、转矩分配控制器、右前轮驱动电机控制器、左前轮驱动电机控制 器、右后轮驱动电机控制器、左后轮驱动电机控制器，W及助力电机和四个轮穀驱动电机； 所述四个轮穀驱动电机分别与右前轮驱动电机控制器、左前轮驱动电机控制器、右后轮驱 动电机控制器、左后轮驱动电机控制器电联接，所述助力电机与EPS控制器电联接；
[0009] 所述车速传感器、转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器和助力电机电枢电流传 感器分别用于实时测量车辆的车速、转向盘转角、转向盘转矩和助力电机电枢电流，并通过 CAN总线传递给EPS控制器和协调控制器；
[0010] 所述油口踏板信号处理模块、制动踏板信号处理模块分别用于实时测量油口踏 板、制动踏板的运动状态并通过CAN总线传递给协调控制器，W判定驾驶员的加速/制动意 图；
[0011] 所述驱动电机状态监测模块用来监测四个轮穀驱动电机的转矩和转速信号、并通 过CAN总线传递给右前轮驱动电机控制器、左前轮驱动电机控制器、右后轮驱动电机控制 器、左后轮驱动电机控制器、转矩分配控制器和协调控制器；
[0012] 所述巧螺仪安装在车辆内部，巧螺仪底部与车辆底盘保持平行，用来检测车辆横 摆角速度和侧向加速度，并通过CAN总线传递给协调控制器；
[0013] 所述协调控制器用来根据各个传感器信号判断车辆的当前状态，并根据车辆运动 状态控制EI^S控制器、转矩分配控制器采取不同的控制策略，并对EPS控制器和转矩分配控 审IJ器输出的各自补偿转矩进行加权调整得到。。郝再向EPS控制器、转矩分配控 制器发出控制指令；
[0014] 所述EPS控制器根据协调控制器的指令进行不同的控制策略，根据当前车速、转 向盘转矩W及可变助力特性曲线计算得助力电机应该提供的助力转矩M,_eps';并根据协调 控制器的指令对助力电机发出实际输出的转矩TEps_real;
[0015] 所述助力电机用来根据EPS控制器输出助力转矩；
[0016] 所述转矩分配控制器根据协调控制器的指令进行不同的控制策略，计算四个轮穀 电机应该提供的驱动转矩ATmb、ATmif、ATmff、ATm";并根据协调控制器的指令将四个轮 穀电机应该输出的实际输出的转矩分配给四个驱动电机控制器；
[0017] 所述右前轮驱动电机控制器、左前轮驱动电机控制器、右后轮驱动电机控制器和 左后轮驱动电机控制器根据转矩分配控制器的指令控制各自驱动的轮穀驱动电机输出相 应转矩，同时监测各自驱动的轮穀驱动电机的执行情况。
[0018] 一种基于分层协调的分布式驱动汽车控制方法，其特征在于，包括W下步骤：
[0019] (1)车速传感器、转向盘转角传感器、油口踏板信号处理模块、制动踏板信号处理 模块、驱动电机状态监测模块、巧螺仪实时采集车辆的车速、转向盘转角、油口踏板运动状 态、制动踏板运动状态、轮穀驱动电机的运行状态W及车辆横摆角速度，并通过CAN总线传 递给协调控制器，协调控制器根据接收到的信息判断车辆的当前运动状态；
[0020] 似EPS控制器根据当前车速、转向盘转矩W及可变助力特性曲线、不同的工况计 算助力电机应该提供的助力转矩，转矩分配控制器计算得出不同的工况下四个轮穀 驱动电机应该提供的助力转矩，对于不同的工况EPS控制器、转矩分配控制器的控制策略 如下：
[0021] a.当车辆的当前运动状态为常规转向时：
[0022] EPS控制器采用常规助力控制，助力电机提供的助力力矩为：
[0023]
[0024] 其中，6h为目标转向盘转角和实际转向盘转角的偏差，比例系数Kp为=1. 695,积 分系数Ki= 3. 673,微分系数Kd= 0. 26 ;
[00巧]转矩分配控制器采取差速控制，保证左前轮角速度右前轮角速度Off、车辆 前轴中点处角速度《f。、左后轮角速度《If、右后轮角速度车辆等效后轴中点处角速度
[0026] b.当车辆的当前运动状态为转向制动/驱动工况时：
[0027] ①若巧螺仪采集到的车辆横摆角速度信号的绝对值0<| ?J<0.0化ad/s，且制动 或驱动轮的滑移率小于20%，转矩分配系统采取前、后轮驱动力矩分配控制，EPS系统采取 正向补偿控制；
[0028] ②若巧螺仪采集到的车辆横摆角速度信号的绝对值0<I<0. 0化ad/s，且制动 或驱动轮的滑移率大于20%，则触发制动防抱死系统/驱动防滑系统模块；
[0029] ③若巧螺仪采集到的车辆横摆角速度信号的绝对值I?J〉0. 0化ad/s，且制动或 驱动轮的滑移率大于20%，则触发制动防抱死系统/驱动防滑系统模块；
[0030] ④若巧螺仪采集到的车辆横摆角速度信号的绝对值I?J〉0. 0化ad/s，且制动或 驱动轮的滑移率小于20%，则转矩分配系统采取左、右轮驱动力矩分配控制，EPS系统采取 反向阻尼控制；
[0031] C.当车辆的当前运动状态为紧急避让工况时：