本發(fā)明涉及電動汽車領(lǐng)域，尤其涉及一種基于車輪角加速度和電機扭矩比值的電動汽車防滑控制系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
：從控制角度而言，電動機與內(nèi)燃機相比最主要的優(yōu)點是其既可作為驅(qū)動裝置也可作為執(zhí)行裝置。作為驅(qū)動裝置，小尺寸和高功率輸出的特點使得其可擁有多樣化的車輛驅(qū)動配置方案。作為執(zhí)行裝置，快速的響應(yīng)特性和力矩信息反饋，實現(xiàn)了更為精準和有效的動力學(xué)實時控制。從而使電動車輛不僅僅是綠色環(huán)保，通過先進的電動化控制技術(shù)可實現(xiàn)具有更高的主動安全性、操縱穩(wěn)定性和更好乘坐舒適性的駕駛體驗。在車輛的安全防滑控制中，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車中采用的防抱死制動系統(tǒng)(ABS)和牽引力控制系統(tǒng)(TCS)來實現(xiàn)相關(guān)的功能。其通常采用的是雙參數(shù)控制方法來評估車輛行駛中的車輪滑移情況。雙參數(shù)控制法需要測量得到車輛速度和車輪速度這個必要的信息，然后用來計算滑移率?；坡适潜粡V泛使用的表示車輪鎖止或打滑狀態(tài)的參數(shù)之一，在雙參數(shù)控制法中，需要通過限制滑移率來防止車輪發(fā)生打滑。傳統(tǒng)的防滑控制器采用滑移率來表示車輪的鎖定或者打滑狀態(tài)。當車輛加速時，假設(shè)ωr>v，滑移率被定義為：λ=ωr-vωr---(1)]]>其中v為車輛的縱向速度，ω是車輪的角速度，r是車輪等效半徑。當車輛減速時，由于ωr<v，滑移率的表達式可以寫為：λ=v-ωrv---(2)]]>滑移率與路面的摩擦系數(shù)之間的關(guān)系較為復(fù)雜，路面摩擦系數(shù)是一個用來表示摩擦力和垂向正壓力之間的比值的標量，其定義如下：μ=FfFn---(3)]]>其中Ff是摩擦力，而Fn是垂向正壓力。如圖1所示，在路面摩擦系數(shù)達到其最大值附近之前(最大值對應(yīng)的滑移率通常介于0.1和0.3之間)，路面摩擦系數(shù)是滑移率的遞增函數(shù)，這段區(qū)域稱為線性區(qū)域，在線性區(qū)域中，車輪的運行狀態(tài)是穩(wěn)定可控的，因而也是一個穩(wěn)定區(qū)域。在該區(qū)域之后，隨著滑移率變得更大，不僅路面摩擦系數(shù)開始變小，同時也進入一個不穩(wěn)定區(qū)域。在不穩(wěn)定區(qū)域中，車輪的運行狀態(tài)失穩(wěn)，可能發(fā)生嚴重的打滑。因此，滑移率通常是由車輛的防滑控制器將其限制在相對應(yīng)的安全區(qū)域內(nèi)。傳統(tǒng)的限制滑移率的雙參數(shù)控制法已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于目前工業(yè)界的防抱死制動系統(tǒng)和牽引力控制系統(tǒng)的控制器中。然而該方法一方面依賴液壓制動機構(gòu)完成動作執(zhí)行，增加制動器成本要求；另一方面該方法需要必要的傳感設(shè)備，完成車輛行駛速度等的精確測量，如加速度計、光學(xué)傳感器、GPS等，這些設(shè)備都會導(dǎo)致成本的增加；其設(shè)備的增加也使得在某些特定條件下容易發(fā)生故障或信號失效，如在隧道中難以得到GPS信號等。對于電機驅(qū)動電動車輛，完全可以利用電機本體的快速響應(yīng)優(yōu)勢，發(fā)揮其同時作為執(zhí)行器和傳感器的特點來設(shè)計相應(yīng)的防滑控制系統(tǒng)。有別于傳統(tǒng)雙參數(shù)防滑控制，本發(fā)明充分利用了電機扭矩可以快速而精確的獲得這一電動汽車的獨特優(yōu)勢，設(shè)計了新的參數(shù)TA，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滑移率方法，進行車輛的防滑控制。在新的參數(shù)TA中，用到了電機的扭矩值和車輪的加速度值這兩個參數(shù)來進行計算，而這兩者在電動汽車上都是非常容易得到的，無需額外傳感器；同時也無需液壓制動系統(tǒng)的配合，直接利用電機本體作為執(zhí)行機構(gòu)。因此，本發(fā)明是一種成本更低的適用于電動汽車的高效防滑控制方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是使用新的參數(shù)TA，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滑移率方法，為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種電動汽車防滑控制系統(tǒng)，包括車輛控制單元、PID控制器、驅(qū)動電機、TAmax存儲器和TA值檢測模塊，車輛控制單元和PID控制器及驅(qū)動電機相連，TA值檢測模塊和驅(qū)動電機及PID控制器相連，TAmax存儲器和PID控制器相連，車輛控制單元用于激勵驅(qū)動電機，TA值檢測模塊用于檢測驅(qū)動電機輸出的TA值信號，PID控制器比較TAmax值和TA值并發(fā)送指令至車輛控制單元從而使TA值始終小于TAmax值，TAmax存儲器用于存儲TAmax值，TA值等于驅(qū)動輪角加速度和電機扭矩的比值。進一步地，PID控制器包括PI控制器。進一步地，防滑控制系統(tǒng)還包括一個低通濾波器，低通濾波器用于除去在驅(qū)動輪角加速度計算中產(chǎn)生的高頻噪聲。本發(fā)明還公開一種電動汽車防滑控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：步驟一：TA值檢測模塊檢測驅(qū)動電機運行過程中的TA值，并傳輸至PID控制器；步驟二：PID控制器比較TA值和TAmax值，當TA值大于TAmax值時，PID控制器將降低扭矩的指令傳輸至車輛控制單元；步驟三：車輛控制單元將需要輸出的扭矩施加給驅(qū)動電機，驅(qū)動輪角加速度降低，從而實現(xiàn)TA值小于TAmax值。進一步地，步驟二中，TA值通過如下公式(4)計算得到：TA=ω·T---(4)]]>其中T是電機扭矩；ω是驅(qū)動輪角速度，是驅(qū)動輪角加速度。進一步地，TAmax通過如下公式(7)計算得到：TA=1α·Mr2+J---(7)]]>其中，α是車輛行駛加速度和和車輪等效線加速度的比值，M是車輛質(zhì)量，J是車輪轉(zhuǎn)動慣量，r是車輪半徑。本發(fā)明具有如下有益效果：1、本發(fā)明的一種基于車輪角加速度和電機扭矩比值的電動汽車防滑控制方法，使用參數(shù)TA代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滑移率，無需整車行駛速度的精準測量的設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。2、本發(fā)明的一種基于車輪角加速度和電機扭矩比值的電動汽車防滑控制系統(tǒng)中通過利用電機本體作為執(zhí)行器，實時快速的進行驅(qū)動力矩的調(diào)節(jié)，無需傳統(tǒng)防滑系統(tǒng)的液壓制動器配合，進一步減少設(shè)備依賴。3、本發(fā)明的一種基于車輪角加速度和電機扭矩比值的電動汽車防滑控制方法中使用的TA單一參數(shù)控制，充分利用了電機扭矩可以快速而精確獲得這一獨特優(yōu)勢，算法簡明易于實現(xiàn)。附圖說明圖1是摩擦系數(shù)和滑移率之間的關(guān)系示意圖。圖2是電動汽車車輪動力學(xué)示意圖。圖3是本發(fā)明的一種基于車輪角加速度和電機扭矩比值的電動汽車防滑控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是防滑控制系統(tǒng)中單參數(shù)TA和車輛行駛加速度和車輪等效線加速度的比值對應(yīng)關(guān)系圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖并參照數(shù)據(jù)進一步詳細描述本發(fā)明。應(yīng)理解，實施方式只是為了舉例說明本發(fā)明，而非以任何方式限制發(fā)明的范圍。如圖3所示，本發(fā)明的一種電動汽車防滑控制系統(tǒng)及方法，包括車輛控制單元、PID控制器、驅(qū)動電機和TA值檢測模塊，車輛控制單元和PID控制器及驅(qū)動電機相連，TA值檢測模塊和驅(qū)動電機及PID控制器相連，車輛控制單元用于激勵驅(qū)動電機，TA值檢測模塊用于檢測驅(qū)動電機輸出的TA值信號，PID控制器比較TAmax值和TA值并發(fā)送指令至車輛控制單元從而使TA值始終小于TAmax值，TAmax存儲器用于存儲TAmax值，TA值等于驅(qū)動輪角加速度和電機扭矩的比值。當車輛駕駛員踩下加速踏板，發(fā)送扭矩指令給車輛控制單元。PID控制器通過一個典型的比例積分微分(PID)控制，將所需要的輸出扭矩施加給驅(qū)動電機，PID控制器用來限制車輪打滑的監(jiān)控參數(shù)TA，保持其穩(wěn)定在自身的安全區(qū)域之內(nèi)，以防止車輪發(fā)生打滑；在一個實施例中PID控制器為PI控制器。本發(fā)明中TA的定義通過公式(4)表示：TA=ω·T---(4)]]>其中T是電機扭矩；ω是驅(qū)動輪角速度，是驅(qū)動輪角加速度；如圖2所示，汽車輪胎行駛中的動力學(xué)表達式如下：Jω·=T-f·r,Mv·=f,---(5)]]>其中M是車輛質(zhì)量，v是車輛行駛速度，f是路面阻力，ω是驅(qū)動輪角速度，J是輪胎轉(zhuǎn)動慣量，T是電機扭矩，r是車輪半徑。如果定義α是車輛行駛加速度和和車輪等效線加速度的比值，如下式：α=v·ω·r---(6)]]>進一步地，結(jié)合公式(4)(5)(6)推導(dǎo)，可導(dǎo)出TA通過如下公式(7)計算得到：TA=1α·Mr2+J---(7)]]>其中TAmax的取值可根據(jù)α的取值范圍獲取。本發(fā)明還公開了一種基于車輪角加速度和電機扭矩比值的電動汽車防滑控制方法，包括如下步驟：步驟一：TA值檢測模塊檢測驅(qū)動電機運行過程中的TA值，并傳輸至PID控制器；步驟二：PID控制器比較TA值和TAmax值，當TA值大于TAmax值時，PID控制器將降低扭矩的指令傳輸至車輛控制單元；步驟三：車輛控制單元將需要輸出的扭矩施加給驅(qū)動電機，驅(qū)動輪角加速度降低，從而實現(xiàn)TA值小于TAmax值。在圖3所示實施例中，第一步需要評估得出車輛行駛中的TA值大小。使用驅(qū)動電機本身實時反饋的電機扭矩T和驅(qū)動電機傳遞的驅(qū)動輪角加速度輸入到TA值檢測模塊可以實時獲得相應(yīng)的評估值。由于車輛動力學(xué)控制(包括防滑控制)通常要求在相對較低的頻率范圍內(nèi)(100-1000赫茲)進行，所以可以用一個低通濾波器來除去在驅(qū)動輪角加速度計算中可能產(chǎn)生的高頻噪聲。實施的第二步需要評估車輛行駛中維持安全滑移的TA值容許范圍。在防滑控制器的設(shè)計過程中，TA值會被限制在它的安全區(qū)域內(nèi)，在圖3中這個限制值用TAmax表示。根據(jù)滑移率的標準定義，其是車輛行駛速度v和輪胎線速度的比值計算而來，其一個表達式如下式(8)：λ=1-vωr---(8)]]>定義α是車輛行駛加速度和車輪等效線加速度的比值，如下式(9)：α=v·ω·r---(9)]]>結(jié)合上面兩式，滑移率λ可推導(dǎo)出如下公式(10)：λ=1-vωr=1-∫0tv·(t)dt∫0tω·(t)rdt=1-α∫0tω·(t)dt∫0tω·(t)dt---(10)]]>α的控制界限和滑移率λ相關(guān)，假設(shè)α的取值是有界的，其上限是αH，下限是αL，則上式中的滑移率λ的范圍可由下式表達：1-αH∫0tω·(t)dt∫0tω·(t)dt≤λ≤1-αL∫0tω·(t)dt∫0tω·(t)dt---(11)]]>根據(jù)車輛行駛中輪胎許可滑移率的經(jīng)驗范圍，可以得知滑移率λ一般在0.1-0.3之間可實現(xiàn)安全行駛。根據(jù)上式進而可推導(dǎo)α的安全范圍在0.7到0.9之間。由公式(7)，可以得到TA的最大取值限值如下：TAmax=1αL·Mr2+J---(12)]]>實施的第三步，在圖3中，當實測的TA值超過TAmax時，控制器認為車輪發(fā)生了打滑現(xiàn)象。此時，PID控制器計算出需要輸出的扭矩值，該需要輸出的扭矩值使得TA值小于TAmax值，通過降低扭矩的控制指令實現(xiàn)驅(qū)動輪角加速度的減小。對本領(lǐng)域技術(shù)人員容易知道，當電機扭矩T減小時，驅(qū)動輪角加速度也會隨之減小，由于打滑狀態(tài)的驅(qū)動輪角加速度減小的幅度更大，從而控制TA值降低以實現(xiàn)不超過TAmax值。在這個控制過程中，TA將被保持在一個合理的范圍內(nèi)，以便保證驅(qū)動車輪不進入打滑狀態(tài)。以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本
技術(shù)領(lǐng)域：
中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3