一種分布式驅動電動汽車多電機協(xié)調控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分布式驅動電動汽車多電機協(xié)調控制器，針對不同的驅動結構設計了與其對應的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、動力性三種驅動模式以及符合其自身結構特征的容錯模式，驅動協(xié)調控制器與整車控制器、若干電機控制器之間通過CAN總線連接，采用整車控制器、驅動協(xié)調控制器和電機控制器的分層結構，該驅動協(xié)調控制器位于上層的整車控制器與下層的電機控制器之間，負責接收整車控制器的驅動需求信號、轉向需求信號、構型形式信號和功能模式信號，同時考慮各個電機的制造及選型差異進行預置，動態(tài)調節(jié)各電機的驅動轉矩以滿足不同的功能模式下的整車驅動和轉向需求。本發(fā)明有效的提高了分布式驅動電動汽車的安全性與操控性，也深化了行業(yè)分工。
【專利說明】一種分布式驅動電動汽車多電機協(xié)調控制器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電動汽車驅動控制領域，具體涉及一種分布式驅動電動汽車多電機協(xié) 調控制器。

【背景技術】
[0002] 近年來，由于環(huán)保、能源安全雙重問題的日益突出，電動汽車再次躍入人們的視 野。同時，隨著電力電子控制技術以及計算機技術的不斷發(fā)展，電氣化、智能化無疑是未來 汽車的發(fā)展方向，而采用輪邊或輪轂電機驅動的分布式驅動汽車以其較為出色的控制性 能，受到學術界和工程界的普遍關注。
[0003] 采用輪邊或輪轂電機驅動的分布式驅動汽車，電池與驅動電機通過電纜連接，每 個車輪可由輪邊或輪轂電機單獨驅動，彼此之間舍棄了傳統(tǒng)的機械連接，取消了發(fā)動機、油 箱、離合器、變速器、傳動軸、差速器等部件。每個電機由相應的控制器控制，各控制器間的 通信可通過CAN總線實現(xiàn)。顯然，對于分布式驅動的電動車，其優(yōu)越的操控性能的發(fā)揮是建 立在對各電機的轉矩和轉速進行精確協(xié)調控制的基礎之上的，因此，各驅動電機的協(xié)調控 制則成為分布式驅動電動車的一個關鍵的共性技術。
[0004] 目前，電機協(xié)調控制策略的實現(xiàn)基本由整車廠負責，其做法是由整車廠研宄電機 協(xié)調控制策略并將策略寫入整車控制器，由整車控制器通過CAN總線控制各電機動作，國 內外市場上的電動汽車莫不如是。這種狀態(tài)有其相應的缺陷：一是將整車控制器的管理功 能與具體功能部件的控制功能混在一起，增加了整車控制器與車型的耦合程度，不利于形 成獨立的整車控制器產(chǎn)業(yè)以及整車控制策略的研發(fā)；二是隨著多輪獨立驅動的應用以及智 能汽車的發(fā)展，整車控制器的功能過于集中，系統(tǒng)可維護性較差，且在一定程度上增加了系 統(tǒng)的危險性。
[0005] 鑒于以上問題，有必要開發(fā)專門負責各電機的轉矩協(xié)調分配的協(xié)調控制器，將目 前的電機協(xié)調控制策略從整車控制器中分離出來，使整車控制器只負責車輛的管理功能， 而諸如電機轉矩控制、協(xié)調功能則由驅動協(xié)調控制器擔任。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決分布式驅動電動車的兩臺及以上驅動電機相互協(xié)調的 問題，提供了一種分布式驅動電動汽車多電機協(xié)調控制器，其能夠根據(jù)汽車安全性、穩(wěn)定性 要求以及駕駛員或整車控制器的指令向下層電機控制器發(fā)出相應指令，控制每個驅動電機 的運行狀態(tài)。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案：
[0008] 一種分布式驅動電動汽車多電機協(xié)調控制器，整車控制器、驅動協(xié)調控制器和若 干用于控制對應電機的電機控制器通過CAN總線網(wǎng)絡通信，其中，整車控制器負責所有決 策任務，接收駕駛員輸入和整車的狀態(tài)信息，計算駕駛員的驅動和轉向需求、識別車輛運行 狀態(tài)并選擇構型形式和功能模式；驅動協(xié)調控制器負責轉矩協(xié)調，接收整車控制器的驅動 需求信號、轉向需求信號、構型形式信號和功能模式信號，同時考慮各個電機的特性差異， 動態(tài)向各電機控制器發(fā)送轉矩指令以滿足不同的功能模式下的整車驅動和轉向需求；若干 電機控制器負責執(zhí)行，接收驅動協(xié)調控制器的轉矩信號，實現(xiàn)轉矩閉環(huán)控制。
[0009] 本發(fā)明進一步的改進在于：所述構型形式包括前后軸獨立驅動、前輪獨立驅動、后 輪獨立驅動以及四輪獨立驅動，每種構型形式的功能模式均包括穩(wěn)定模式、經(jīng)濟模式、動力 模式以及容錯模式；驅動協(xié)調控制器滿足各種構型形式的分布式驅動電動汽車的轉矩協(xié)調 需求，其實現(xiàn)轉矩協(xié)調控制的具體操作為：
[0010] 每種構型形式各自成為一個模塊，分別為前后軸獨立驅動模塊、前輪獨立驅動模 塊、后輪獨立驅動模塊以及四輪獨立驅動模塊，同時，每個模塊設置一個接口，接收來自整 車控制器構型形式信息；用戶選擇在出廠時根據(jù)具體車輛構型形式，直接將驅動協(xié)調控制 器的構型參數(shù)固化為一個默認值，或直接在整車控制器內部設置構型參數(shù)，在車輛起步前 發(fā)送到驅動協(xié)調控制器。
[0011] 本發(fā)明進一步的改進在于：針對前后軸獨立驅動、前輪獨立驅動、后輪獨立驅動以 及四輪獨立驅動4種不同的構型形式，根據(jù)汽車行駛要求，分別設置動力性、經(jīng)濟性、穩(wěn)定 性三種不同的功能模式；對于每種構型形式電動汽車根據(jù)車體行駛狀態(tài)或駕駛員意圖在動 力性、經(jīng)濟性、穩(wěn)定性模式中任選一種適合實時狀況的功能模式；同時根據(jù)汽車行駛安全性 要求，設置容錯模式，當電機或電機控制器發(fā)生故障時，自動啟動容錯模式，優(yōu)先保障車輛 的安全行駛；每種功能模式對應各自驅動控制策略，并自成一個模塊；每種功能模式設置 一個接口，接收來自整車控制器的功能模式選擇信息。
[0012] 本發(fā)明進一步的改進在于：在轉矩協(xié)調中考慮各個電機的特性差異，具體如下：
[0013] 1)考慮到左右兩個電機的制造和運行環(huán)境的差異，在左右側布置了驅動電機的車 型中，該車型包括前輪獨立驅動、后輪獨立驅動以及四輪獨立驅動，根據(jù)實車的臺架標定數(shù) 據(jù)預置轉矩偏移量，保證左右兩個電機在同樣的給定下輸出相同轉矩，達到相同的控制精 度；
[0014] 2)考慮到前后軸電機的選型差異，在前后軸布置了驅動電機的車型中，該車型包 括前后軸獨立驅動以及四輪獨立驅動，預置各電機的效率特性曲線，在經(jīng)濟性模式下保證 各電機運行于各自效率高的性能區(qū)間，在動力性模式下保證各電機輸出最大轉矩。
[0015] 相對現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0016] 本發(fā)明可使整車控制器和電機協(xié)調控制器兩個部分都可以脫離整車而做到規(guī)范 化和標準化。從技術角度看，首先，采用協(xié)調控制器降低了各模塊的耦合，加深了技術研宄 的專業(yè)化程度；其次，相對原來的整車控制器集中控制而言，分散控制起到了危險分散的作 用，增強了系統(tǒng)的可靠性；最后，由于協(xié)調控制作為一個單獨的控制單元獨立出來，當出現(xiàn) 問題時，可直接維修該模塊，而不用拆卸整車控制器，從而增強了系統(tǒng)的可維護性。從產(chǎn)業(yè) 化的角度看，各模塊將形成獨立的產(chǎn)業(yè)，深化了行業(yè)分工，有利于提高勞動生產(chǎn)率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是整車控制器、驅動協(xié)調控制器及各電機控制器的連接示意圖。
[0018] 圖2是驅動協(xié)調控制器的軟、硬件模塊結構示意圖。
[0019] 圖3是驅動協(xié)調控制器控制流程圖。
[0020] 圖4是穩(wěn)定性控制算法結構圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖對發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0022] 本發(fā)明一種分布式驅動電動汽車多電機協(xié)調控制器，是針對分布式驅動電動車而 設計的一款協(xié)調控制器（如圖2所示）。其中，分布式驅動電動車包括兩輪及兩輪以上的分 布式驅動車型。
[0023] 如圖1所示，整車控制器1、驅動協(xié)調控制器2以及左前輪電機控制器3、左后輪電 機控制器4、右前輪電機控制器5及右后輪電機控制器6通過CAN總線連接。整車控制器1 通過CAN總線發(fā)布相關指令，驅動協(xié)調控制器2接收CAN總線上發(fā)過來的指令和數(shù)據(jù)，運行 相應控制算法，再通過CAN總線向各電機控制器分別發(fā)出轉矩指令。
[0024] 如圖2所示，標示出了本發(fā)明驅動協(xié)調控制器2的硬件及其軟件模塊。硬件層包 括處理芯片，CAN接口電路、供電電路、存儲器、JTAG接口以及預留模擬量I/O接口。其中， CAN接口電路主要用于驅動協(xié)調控制器2與整車控制器1、各個電機控制器及其它電子控制 單元的通信；擴展的存儲器用于備用存儲程序設計中預置值得相關數(shù)據(jù)及表格；JTAG接口 則用于驅動協(xié)調控制器2程序的調試或診斷；模擬量I/O接口為預留口。
[0025] 如圖3所示，圖中軟件層主要包括對各構型電動車的構型形式模塊以及對應經(jīng)濟 性、穩(wěn)定性、動力性三種功能模式的驅動控制模塊。每個模塊設置一個接口以接收來自上層 控制器的指令。如汽車構型是四輪獨立驅動4WID形式，只需整車控制器1中選擇四輪獨立 驅動4WID構型并鎖定該選項。每種汽車構型模塊中包含符合其自身構型特征的功能模式 及容錯模式。汽車行駛中，由整車控制器1根據(jù)實時行駛狀況及駕駛員操控意圖綜合做出 判斷，選擇合適的功能模式并向驅動協(xié)調控制器2發(fā)出相應指令。以穩(wěn)定模式為例，由于車 輛的行駛狀況較為復雜，引起車輛失穩(wěn)的原因較多，可取橫擺角速度與質心側偏角為參數(shù)， 根據(jù)當前方向盤轉角及車速計算出理想狀態(tài)下的行駛參數(shù)（考慮傳感器成本，質心側偏角 可采用觀測器進行估計），然后將其與車輛模型的反饋值對比，如果與理想值相差較大則選 擇穩(wěn)定模式。至于動力模式的選擇，則可依據(jù)駕駛員的操縱意圖，如對電子油門踏板的開度 設置某一閥值，超過這一閥值則選擇進入動力模式。默認狀態(tài)下則選擇經(jīng)濟模式。這里需 要強調的是，何種功能模式的選擇判斷是由整車控制器1來完成的，驅動協(xié)調控制器2在這 里只負責執(zhí)行整車控制器1的模式指令。
[0026] 若左前輪電機控制器3、左后輪電機控制器4、右前輪電機控制器5、右后輪電機控 制器6或電機出現(xiàn)故障，則驅動協(xié)調控制器2則根據(jù)對應汽車構型選擇相應的故障處理策 略。如四輪獨立驅動4WID構型的前輪或后輪某一電機出現(xiàn)故障，驅動協(xié)調控制器2可切換 整車功能模式為后輪驅動或前輪驅動，使整車動力均衡，保證車輛的正常行駛，并實時將故 障信息傳輸至整車控制面板高亮顯示以告知駕駛員相應故障狀況。
[0027] 當驅動協(xié)調控制器2接收到經(jīng)濟模式指令后，同時會接收到來自整車控制器1的 電子油門踏板、電子制動踏板的開度指令，并根據(jù)指令值計算出目標轉矩值并傳送至各電 機控制器。由于電機在低速區(qū)和低轉矩區(qū)效率較低，在額定輸出特性曲線附近具有高效率。 基于此特性，在電機運行時應盡量避開低速低轉矩輸出區(qū)域。另外，考慮到實際行駛狀況， 直線行駛時左右輪驅動力應保持平衡，故車輪之間的轉矩分配問題可簡化為前后軸之間的 轉矩分配問題。由以上兩點可知，在給定需求轉矩情況下，經(jīng)濟性目標可以通過前后軸間的 轉矩優(yōu)化分配實現(xiàn)。這里以折算到電機端的輸出最小轉矩為目標函數(shù)，整個優(yōu)化問題表述 如下：
[0028] 優(yōu)化參數(shù)：前后軸轉矩分配系數(shù)入

【權利要求】
1. 一種分布式驅動電動汽車多電機協(xié)調控制器，其特征在于：整車控制器（1)、驅動協(xié) 調控制器（2)和若干用于控制對應電機的電機控制器通過CAN總線網(wǎng)絡通信，其中，整車控 制器（1)負責所有決策任務，接收駕駛員輸入和整車的狀態(tài)信息，計算駕駛員的驅動和轉 向需求、識別車輛運行狀態(tài)并選擇構型形式和功能模式；驅動協(xié)調控制器（2)負責轉矩協(xié) 調，接收整車控制器的驅動需求信號、轉向需求信號、構型形式信號和功能模式信號，同時 考慮各個電機的特性差異，動態(tài)向各電機控制器發(fā)送轉矩指令以滿足不同的功能模式下的 整車驅動和轉向需求；若干電機控制器負責執(zhí)行，接收驅動協(xié)調控制器（2)的轉矩信號，實 現(xiàn)轉矩閉環(huán)控制。
2. 如權利要求1所述的一種分布式驅動電動汽車多電機協(xié)調控制器，其特征在于：所 述構型形式包括前后軸獨立驅動（FRID)、前輪獨立驅動（FWID)、后輪獨立驅動（RWID)以 及四輪獨立驅動（4WID)，每種構型形式的功能模式均包括穩(wěn)定模式、經(jīng)濟模式、動力模式以 及容錯模式；驅動協(xié)調控制器（2)滿足各種構型形式的分布式驅動電動汽車的轉矩協(xié)調需 求，其實現(xiàn)轉矩協(xié)調控制的具體操作為： 每種構型形式各自成為一個模塊，分別為前后軸獨立驅動（FRID)模塊、前輪獨立驅動 (FWID)模塊、后輪獨立驅動（RWID)模塊以及四輪獨立驅動（4WID)模塊，并將其嵌入驅動協(xié) 調控制器（2)，同時，每個模塊設置一個接口，接收來自整車控制器構型形式信息；用戶選 擇在出廠時根據(jù)具體車輛構型形式，直接將驅動協(xié)調控制器（2)的構型參數(shù)固化為一個默 認值，或者選擇在人機界面或直接在整車控制器內部設置構型參數(shù)，在車輛起步前發(fā)送到 驅動協(xié)調控制器（2)。
3. 如權利要求2所述的一種分布式驅動電動汽車多電機協(xié)調控制器，其特征在于：針 對前后軸獨立驅動（FRID)、前輪獨立驅動（FWID)、后輪獨立驅動（RWID)以及四輪獨立驅動 (4WID)4種不同的構型形式，根據(jù)汽車行駛要求，分別設置動力性、經(jīng)濟性、穩(wěn)定性三種不 同的功能模式；對于每種構型形式電動汽車根據(jù)車體行駛狀態(tài)或駕駛員意圖在動力性、經(jīng) 濟性、穩(wěn)定性模式中任選一種適合實時狀況的功能模式；同時根據(jù)汽車行駛安全性要求，設 置容錯模式，當電機或電機控制器發(fā)生故障時，自動啟動容錯模式，優(yōu)先保障車輛的安全行 駛；每種功能模式對應各自驅動控制策略，并自成一個模塊，嵌入驅動協(xié)調控制器（2);每 種功能模式設置一個接口，接收來自整車控制器的功能模式選擇信息。
4. 如權利要求2所述的一種分布式驅動電動汽車多電機協(xié)調控制器，其特征在于：在 轉矩協(xié)調中充分考慮各個電機的特性差異，具體如下： 1) 考慮到左右兩個電機的制造和運行環(huán)境的差異，在左右側布置了驅動電機的車型 中，該車型包括前輪獨立驅動（FWID)、后輪獨立驅動（RWID)以及四輪獨立驅動（4WID)，根 據(jù)實車的臺架標定數(shù)據(jù)預置轉矩偏移量，保證左右兩個電機在同樣的給定下輸出相同轉 矩，達到相同的控制精度； 2) 考慮到前后軸電機的選型差異，在前后軸布置了驅動電機的車型中，該車型包括前 后軸獨立驅動（FRID)以及四輪獨立驅動（4WID)，預置各電機的效率特性曲線數(shù)據(jù)，在經(jīng)濟 性模式下保證各電機運行于各自效率高的性能區(qū)間，在動力性模式下保證各電機輸出最大 轉矩。
【文檔編號】B60L15/32GK104494464SQ201410827168
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權日:2014年12月25日
【發(fā)明者】張政, 儲國林, 許松, 李翔, 尹衛(wèi)平, 王俊晗 申請人:西安交通大學