專利名稱：雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)雙輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制系統(tǒng)，具體為一種在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪目標(biāo)速度 不一致的情況下，協(xié)調(diào)控制兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率的雙輪驅(qū)動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著石油能源越來(lái)越緊張，電動(dòng)車輛逐漸取代燃油車輛的趨勢(shì)已經(jīng)不可阻擋，當(dāng)電 動(dòng)車輛在轉(zhuǎn)向或在不平路面行駛時(shí)，要求各車輪轉(zhuǎn)速不同，并要與車輪輪心速度相協(xié)調(diào)。 傳統(tǒng)燃油汽車通過左右輪間的機(jī)械差速器保證了兩側(cè)車輪能夠以不同速度旋轉(zhuǎn)，從而滿 足汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，但同時(shí)也增加了減震懸架系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低了系統(tǒng)的效率。 當(dāng)前采用輪轂電機(jī)作雙輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車輛有很大一部分是雙輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 之間沒有任何聯(lián)系，這樣會(huì)導(dǎo)致車輛在轉(zhuǎn)向或不平路面行駛時(shí)，由于兩個(gè)車輪的目標(biāo)速 度不一致而出現(xiàn)滑移，加速輪胎的磨損，并造成車輛行駛的不穩(wěn)定；即便在速度不高或 雙輪目標(biāo)速度相差不大的情況下，不出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，也會(huì)增加輪軸的疲勞，影響車輛的 使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有機(jī)械差速器增加了車輛減震懸架系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低 了系統(tǒng)的效率；雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車大多沒有差速系統(tǒng)，易發(fā)生滑移，增加輪軸的疲勞，影
響車輛的使用壽命。
本發(fā)明的技術(shù)方案是雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)，包括左、右驅(qū)動(dòng)模塊和 協(xié)調(diào)模塊，協(xié)調(diào)模塊接收外部控制信號(hào)，輸出相應(yīng)的工作信號(hào)控制左、右驅(qū)動(dòng)模塊的輸 出功率，左、右驅(qū)動(dòng)模塊分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的電機(jī)，并將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩信號(hào)不斷 傳輸給協(xié)調(diào)模塊，協(xié)調(diào)模塊根據(jù)兩驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩相等的原則判斷是否調(diào)整兩驅(qū)動(dòng)模塊的工 作信號(hào)，兩驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩相等按外部控制信號(hào)輸出相應(yīng)工作信號(hào)，不等則在外部控制信號(hào) 下對(duì)工作信號(hào)進(jìn)行調(diào)整；左、右驅(qū)動(dòng)模塊輸出功率的和始終等于外部控制信號(hào)的目標(biāo)輸 出功率。
協(xié)調(diào)模塊和左、右驅(qū)動(dòng)模塊均為單片機(jī)，由于在控制系統(tǒng)中總是希望被控參數(shù)穩(wěn)定 在工藝要求的范圍內(nèi)，而在實(shí)際中被控參數(shù)總是與設(shè)定值有一定的差別，需要不斷調(diào)整，為使調(diào)整的持續(xù)時(shí)間短、超調(diào)量小、擺動(dòng)次數(shù)少，采用比例-積分-微分控制(PID)調(diào) 節(jié)策略，在協(xié)調(diào)模塊設(shè)置PID控制器，通過PID控制器調(diào)整左、右驅(qū)動(dòng)模塊的工作信號(hào)。 左、右驅(qū)動(dòng)器模塊設(shè)有電流、電壓傳感器，檢測(cè)驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)的電流、電壓，通過電機(jī)的 電流得到電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)。驅(qū)動(dòng)模塊通過脈沖調(diào)制PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，根據(jù)工作信號(hào)和 驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)的狀態(tài)調(diào)整PWM信號(hào)輸出。本發(fā)明采用了電子差速驅(qū)動(dòng)方法，驅(qū)動(dòng)輪配備獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)模塊，協(xié)調(diào)模塊以兩個(gè)驅(qū) 動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩相等為目標(biāo)，調(diào)整兩驅(qū)動(dòng)模塊的輸出功率，通過控制驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩使兩輪的 地面附著力相等，從而使車輛發(fā)生滑移的可能性減到最小。本發(fā)明尤其適用于采用輪轂電機(jī)做雙輪驅(qū)動(dòng)的車輛。本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，防止車輛出現(xiàn)滑移，減少輪胎的磨損，保證車輛 行駛的穩(wěn)定性，用單片機(jī)處理信息精度高，速度快，能實(shí)時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)整，不 再需要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和差速齒輪，節(jié)省了空間，提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)原理圖。圖2為本發(fā)明系統(tǒng)工作流程圖。圖3為本發(fā)明中PID控制的原理圖。圖4為本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)具體電路實(shí)施框圖。圖5為本發(fā)明系統(tǒng)實(shí)施例的兩驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩差的擬合曲線圖。
具體實(shí)施方式
如圖1為本發(fā)明原理圖，包括左、右驅(qū)動(dòng)模塊和協(xié)調(diào)模塊，協(xié)調(diào)模塊接收外部控制 信號(hào)，左、右驅(qū)動(dòng)模塊分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的電機(jī)，并將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩信號(hào)不斷反 饋傳輸給協(xié)調(diào)模塊，協(xié)調(diào)模塊根據(jù)外部控制信號(hào)和驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩信號(hào)輸出相應(yīng)的工作信 號(hào)控制左、右驅(qū)動(dòng)模塊的輸出功率。圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的工作流程圖，協(xié)調(diào)模塊和左、右驅(qū)動(dòng)模塊先初始化，協(xié)調(diào)模塊 接收外部控制信號(hào)，如油門、剎車信號(hào)等，給左、右驅(qū)動(dòng)模塊輸出相應(yīng)的工作信號(hào)，如 電壓信號(hào)，指示驅(qū)動(dòng)模塊的輸出功率；左、右驅(qū)動(dòng)模塊接收協(xié)調(diào)模塊的工作信號(hào)，同時(shí) 通過電流、電壓傳感器檢測(cè)驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)的電流、電壓，驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)工作信號(hào)和電機(jī)的 電流電壓判斷電機(jī)是否過流或欠壓，然后輸出適當(dāng)?shù)腜WM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因?yàn)轵?qū)動(dòng)輪 轉(zhuǎn)矩T與通過電機(jī)的相電流I成正比，T=k，I，其中k為比例系數(shù)，它與電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，輪轂半徑等因素有關(guān)，電流傳感器上通過的峰值電流就是電機(jī)內(nèi)部的相電流，由此 得到驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩信號(hào)，左、右驅(qū)動(dòng)模塊將兩驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩信號(hào)發(fā)送給協(xié)調(diào)模塊，協(xié)調(diào)模 塊判斷兩驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩是否相等，相等繼續(xù)按外部控制信號(hào)輸出相應(yīng)工作信號(hào)，當(dāng)轉(zhuǎn)矩 信號(hào)不相等，必須將大轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)模塊輸出功率減小，小轉(zhuǎn)矩的加大，使之相等，同時(shí) 保證輸出功率之和為外部控制信號(hào)的目標(biāo)輸出功率，增減量大小通過PID調(diào)節(jié)計(jì)算出， 協(xié)調(diào)模塊給出調(diào)整后的工作信號(hào)，驅(qū)動(dòng)模塊再根據(jù)新的工作信號(hào)調(diào)整輸出功率，并向協(xié) 調(diào)模塊反饋驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩信號(hào)；左、右驅(qū)動(dòng)模塊輸出功率的和始終等于外部控制信號(hào)的目 標(biāo)輸出功率，整個(gè)系統(tǒng)不斷的以兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩相等為目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。
在控制系統(tǒng)中總是希望被控參數(shù)穩(wěn)定在工藝要求的范圍內(nèi)，而在實(shí)際中被控參數(shù)總 是與設(shè)定值有一定的差別，需要不斷調(diào)整，為使調(diào)整的持續(xù)時(shí)間短、超調(diào)量小、擺動(dòng)次 數(shù)少，采用比例-積分-微分控制(PID)調(diào)節(jié)策略。如圖3，外部控制信號(hào)將目標(biāo)值傳輸 給協(xié)調(diào)模塊，協(xié)調(diào)模塊向驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出工作信號(hào)，驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)參數(shù)再反饋 給協(xié)調(diào)模塊，幫助調(diào)整工作信號(hào)。本系統(tǒng)的調(diào)整目標(biāo)是兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩相等，并且輸 出功率之和為外部控制信號(hào)的目標(biāo)輸出功率，驅(qū)動(dòng)模塊輸出功率-電機(jī)轉(zhuǎn)矩X電機(jī)轉(zhuǎn)
速，PID控制器根據(jù)下面的公式對(duì)工作信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)
U(n)=U(n-1)+Kp(En_E(n-1)+KiEn+Kd(En-2E(n_l)+E(n-2))) 其中，Un為本次需要輸出值，U(n-l)為上次輸出值；En為本次傳感器輸入值，E(n-l)、 E(n-2)為上次和上上次的輸入值；Kp為比例系數(shù)，Ki為積分系數(shù)，Kd為微分系數(shù)。PID 調(diào)節(jié)的參數(shù)選擇需要根據(jù)不同的車型實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)才能獲得最佳的效果，它們與整車的 質(zhì)量、輸出功率、車速等都有關(guān)系。具體可以先設(shè)定一個(gè)比例系數(shù)，微分、積分系數(shù)都 為零，在實(shí)際轉(zhuǎn)向過程中測(cè)定轉(zhuǎn)矩差變換，調(diào)整的目標(biāo)是兩輪的轉(zhuǎn)矩差為零，如果調(diào)整 過程時(shí)間太長(zhǎng)則加大比例系數(shù)，如果在目標(biāo)點(diǎn)附近振幅太大則減小比例系數(shù)，直至選到 一個(gè)合適的值；然后設(shè)定積分系數(shù)，如果波動(dòng)出現(xiàn)的周期長(zhǎng)，則加大積分系數(shù)，如果偏 離零點(diǎn)后恢復(fù)慢，則減小積分系數(shù)；最后找到合適的微分系數(shù)，如果此時(shí)震蕩的頻率過 快，則減小微分系數(shù)，如果偏離值大且波動(dòng)慢，則應(yīng)該增加微分系數(shù)，對(duì)本發(fā)明系統(tǒng)而 言，微分系數(shù)的大小對(duì)系統(tǒng)影響不大，也可以取零，即構(gòu)成一個(gè)PI閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
圖4是本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)具體電路實(shí)施框圖，協(xié)調(diào)模塊和左、右驅(qū)動(dòng)模塊均為單片 機(jī)MCU，協(xié)調(diào)模塊接收外部調(diào)速轉(zhuǎn)把信號(hào)及剎車信號(hào)，與左、右驅(qū)動(dòng)模塊相連通訊；左、 右驅(qū)動(dòng)模塊分別驅(qū)動(dòng)兩驅(qū)動(dòng)輪的電機(jī)，并檢測(cè)電機(jī)的電流電壓信號(hào)，用于得到轉(zhuǎn)矩信號(hào)， 傳輸給協(xié)調(diào)模塊；整個(gè)系統(tǒng)對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行差速控制。本實(shí)施例的一些具體參數(shù)為額定電壓36V額定功率350WX2空載轉(zhuǎn)速350 RPM輪徑大小18 inch最大轉(zhuǎn)矩45N . m最高速度30km/h最大轉(zhuǎn)角45。整車質(zhì)量150kg前后軸距1.6m左右輪距0.6mPID調(diào)節(jié)參數(shù)Kp=0.7, Ki=0.1,Kd=0其中，MCU為Cypress公司的CY8C24423 。配備本差速系統(tǒng)的控制器，當(dāng)系統(tǒng)在最高速度下、以最大轉(zhuǎn)角進(jìn)行轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，未 發(fā)現(xiàn)輪胎有任何滑移現(xiàn)象。實(shí)測(cè)的兩輪轉(zhuǎn)矩差的擬合曲線圖如圖5所示，從圖中可以看 出，在突然發(fā)生轉(zhuǎn)向的瞬間，兩輪的轉(zhuǎn)矩差達(dá)到最大，但由于時(shí)間很短，不會(huì)造成車輛 的滑移，協(xié)調(diào)模塊一旦檢測(cè)到有轉(zhuǎn)矩差，即通過PID控制器開始發(fā)揮快速調(diào)節(jié)作用，在 0.2秒的時(shí)間內(nèi)迅速將轉(zhuǎn)矩差控制在一個(gè)很小的幅度內(nèi)，維持了車身的穩(wěn)定性，很好地 達(dá)到了使用要求。
權(quán)利要求
1、雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)，其特征是包括協(xié)調(diào)模塊和左、右驅(qū)動(dòng)模塊，協(xié)調(diào)模塊接收外部控制信號(hào)，輸出相應(yīng)的工作信號(hào)控制左、右驅(qū)動(dòng)模塊的輸出功率，左、右驅(qū)動(dòng)模塊分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的電機(jī)，并將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩信號(hào)不斷傳輸給協(xié)調(diào)模塊，協(xié)調(diào)模塊根據(jù)兩驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩相等的原則判斷是否調(diào)整兩驅(qū)動(dòng)模塊的工作信號(hào)，兩驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩相等按外部控制信號(hào)輸出相應(yīng)工作信號(hào)，不等則在外部控制信號(hào)下對(duì)工作信號(hào)進(jìn)行調(diào)整；左、右驅(qū)動(dòng)模塊輸出功率的和始終等于外部控制信號(hào)的目標(biāo)輸出功率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)，其特征是協(xié)調(diào)模塊 和左、右驅(qū)動(dòng)模塊均為單片機(jī)，協(xié)調(diào)模塊設(shè)有PID控制器，通過PID控制器調(diào)整左、右 驅(qū)動(dòng)模塊的工作信號(hào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)，其特征是左、 右驅(qū)動(dòng)器模塊設(shè)有電流、電壓傳感器，檢測(cè)驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)的電流、電壓，通過電機(jī)的電流 得到電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)，其特征是驅(qū)動(dòng) 模塊通過脈沖調(diào)制PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，根據(jù)工作信號(hào)和驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)的狀態(tài)調(diào)整PWM 信號(hào)輸出。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)，其特征是驅(qū)動(dòng)模塊 通過脈沖調(diào)制PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，根據(jù)工作信號(hào)和驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)的狀態(tài)調(diào)整PWM信號(hào) 輸出。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)，其特征是應(yīng)用 于采用輪轂電機(jī)做雙輪驅(qū)動(dòng)的車輛。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)，其特征是應(yīng)用于采 用輪轂電機(jī)做雙輪驅(qū)動(dòng)的車輛。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)，其特征是應(yīng)用于采 用輪轂電機(jī)做雙輪驅(qū)動(dòng)的車輛。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)，其特征是應(yīng)用于采 用輪轂電機(jī)做雙輪驅(qū)動(dòng)的車輛。
全文摘要
雙輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的差速控制系統(tǒng)，包括左、右驅(qū)動(dòng)模塊和協(xié)調(diào)模塊，協(xié)調(diào)模塊接收外部控制信號(hào)，輸出相應(yīng)的工作信號(hào)控制左、右驅(qū)動(dòng)模塊的輸出功率，左、右驅(qū)動(dòng)模塊將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩信號(hào)不斷傳輸給協(xié)調(diào)模塊，協(xié)調(diào)模塊根據(jù)兩驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩相等的原則判斷是否調(diào)整兩驅(qū)動(dòng)模塊的工作信號(hào)，協(xié)調(diào)模塊通過PID控制器調(diào)整左、右驅(qū)動(dòng)模塊的工作信號(hào)。本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，防止車輛出現(xiàn)滑移，減少輪胎的磨損，保證車輛行駛的穩(wěn)定性，用單片機(jī)處理信息精度高，速度快，能實(shí)時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)整，不再需要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和差速齒輪，節(jié)省了空間，提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。
文檔編號(hào)B60L15/38GK101229781SQ20081002054
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月4日
發(fā)明者徐小康, 繆鵬程 申請(qǐng)人:徐小康