CN102267459B - 一种电机驱动车辆的驱动防滑调节控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机驱动车辆的驱动防滑调节控制方法，包括步骤：1)设置包括驱动电机、轮速传感器、驱动防滑控制器和电机控制器的电机驱动车辆防滑调节控制系统；1)轮速传感器将采集到的非驱动轮角速度发送至驱动防滑控制器，由车速计算模块根据非驱动轮角速度得到电机驱动车辆的行驶速度；2)由车辆加速度计算模块根据行驶速度得到纵向加速度；3)另外两个轮速传感器将采集到的驱动轮角速度发送至驱动防滑控制器中的滑移率计算模块，得到驱动轮的纵向滑移率和纵向滑移率导数；4)目标驱动力计算模块利用行驶速度、纵向加速度和驱动轮纵向滑移率得到此时的目标驱动力矩；5)电机控制器根据目标驱动力矩得到电机力矩命令值，完成驱动防滑调节。本发明能广泛应用于电机驱动车辆的防滑控制中。

Description

一种电机驱动车辆的驱动防滑调节控制方法

技术领域

本发明涉及一种电机驱动调节控制方法，特别是关于一种适用于纯电动、混合动力以及燃料电池电机驱动车辆的驱动防滑调节控制方法。

背景技术

一般纯电动车辆、混合动力车辆以及燃料电池车辆采用电机进行驱动，与内燃机驱动的方式相比，电机驱动具有以下特点：1、电机力矩可以通过电流、电压信号较为准确的获得；2、现代电机控制技术可以准确控制电机的力矩；3、电机力矩响应比内燃机力矩响应迅速。目前电机驱动车辆都安装了驱动防滑系统，防止电机驱动车辆在驱动时出现车轮滑转的情况，从而避免电机驱动车辆丧失附着能力，出现侧滑或丧失转向能力等危险状况，同时保证了电机驱动车辆的加速性能。

目前，电机驱动车辆的驱动防滑系统一般采用传统逻辑门限值控制方法，传统逻辑门限值控制方法是通过对电机驱动车辆驱动轮的角加速度和纵向滑移率进行检测，对驱动轮进行制动，同时对电机输出扭矩进行粗略调节。传统逻辑门限值控制方法由于对制动力和驱动力进行粗略调节，使得驱动轮的纵向滑移率波动较大，无法稳定在理想滑移率附近，控制效果受到制约。

对现有的各类电机驱动车辆而言，大多数驱动防滑系统沿用了传统逻辑门限值控制方法，没有充分利用电机转矩获取方便、控制精准、响应迅速的特点，因此电机驱动车辆的驱动防滑效果尚有较大的改善空间。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种驱动防滑效果较好，具有较强可操纵性和较高实用价值的适用于电机驱动车辆的驱动防滑调节控制方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种电机驱动车辆的驱动防滑调节控制方法，包括如下步骤：1)设置一包括两个驱动电机、四个轮速传感器、一个驱动防滑控制器和一个电机控制器的电机驱动防滑调节控制系统，所述驱动防滑控制器包括车速计算模块、车辆加速度计算模块、滑移率计算模块和目标驱动力矩计算模块；2)两个轮速传感器将采集到的非驱动轮角速度ω′发送至所述驱动防滑控制器，由所述车速计算模块根据非驱动轮角速度ω′得到电机驱动车辆的行驶速度V；3)由所述车辆加速度计算模块得到电机驱动车辆的纵向加速度

4)另外两个轮速传感器将采集到的驱动轮角速度ω发送至所述驱动防滑控制器，由所述滑移率计算模块利用驱动轮角速度ω和电机驱动车辆的行驶速度V得到驱动轮的纵向滑移率S和纵向滑移率导数5)根据所述步骤2)～4)，所述目标驱动力计算模块利用电机驱动车辆的行驶速度V、电机驱动车辆的纵向加速度

和驱动轮纵向滑移率S得到此时的目标驱动力矩T_d；6)电机控制器根据目标驱动力矩T_d得到电机力矩命令值T_m＝i_gi₀T_d，对电机力矩进行动态控制，完成驱动防滑调节；式中，i_g为电机控制器的变速器传动比，i₀为电机控制器的主减速器传动比。

所述步骤4)中，所述驱动轮的纵向滑移率S与其纵向滑移率导数

满足如下关系式：

$\stackrel{.}{S}=k(S-S^{*}),$

式中，k是常数，S^*是理想滑移率。

所述步骤5)中，所述目标驱动力矩T_d为：

$T_d=\frac{\mathrm{VI}}{r{(1-S)}^2}\{\frac{S^{*}-S}{k}+\frac{1}{V}[\stackrel{.}{V}(1-S)+\frac{r^2\stackrel{.}{V}{m}_t}{I}{(1-S)}^2\left]\right\},$

其中，I是车轮的转动惯量，S^*是理想滑移率，r是车轮的有效滚动半径，m_t为二分之一电机驱动车辆的质量，k是常数，V是电机驱动车辆的行驶速度，是电机驱动车辆的纵向加速度，S是驱动轮纵向滑移率。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明对电机驱动车辆驱动轮的纵向滑移率导数进行控制，能够维持电机驱动车辆驱动轮纵向滑移率稳定在理想值，很好的改善驱动防滑效果。2、本发明能够充分利用电机驱动力矩响应迅速、准确的优点，兼顾了驱动的安全性、动力性和舒适性。3、本发明的电机驱动防滑调节控制系统结构简单，成本较低，具有较强的可操纵性和较高的实用价值。因此，本发明能广泛应用于电机驱动车辆的防滑控制中。

附图说明

图1是本发明电机驱动防滑调节控制系统的结构示意图

图2是本发明驱动防滑控制器的结构框图

图3是本发明电机驱动车辆的车轮动力学模型示意图

图4是本发明电机驱动防滑调节控制的流程示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明的电机驱动防滑调节控制系统包括两个驱动电机1、四个轮速传感器2、一个驱动防滑控制器3和一个电机控制器4，其中，驱动防滑控制器3包括车速计算模块31、车辆加速度计算模块32、滑移率计算模块33和目标驱动力矩计算模块34。两个驱动电机1分别对电机驱动车辆的两个驱动轮5施加力矩，为电机驱动车辆提供驱动力。四个轮速传感器2分别安装在电机驱动车辆的两个驱动轮5和两个非驱动轮6上，并将采集得到的各驱动轮5和各非驱动轮6的车轮角速度信号发送至驱动防滑控制器3内进行处理，得到目标驱动力矩。驱动防滑控制器3再把目标驱动力矩发送至电机控制器4，由电机控制器4调节控制两驱动电机1的力矩，进而完成对电机驱动车辆电机的驱动防滑调节控制。

如图3所示，电机驱动车辆的每个车轮均具有两个自由度，分别是电机驱动车辆的行驶速度V和电机驱动车辆的车轮角速度。电机驱动车辆的车轮分为驱动轮5和非驱动轮6，所以电机驱动车辆的车轮角速度又分为驱动轮角速度ω和非驱动轮角速度ω′，由于非驱动轮6与地面之间不存在滑转，因此利用非驱动轮角速度ω′计算出电机驱动车辆的行驶速度V，电机驱动车辆的行驶速度V的计算公式如下；

V＝rω′，     (1)

式中，r为车轮的有效滚动半径。

根据动力学关系得到电机驱动车辆的纵向加速度

各驱动轮5的角加速度

和各驱动轮5的纵向滑移率S分别为：

$\stackrel{.}{V}=\frac{F_x}{m_t},---\left(2\right)$

$\stackrel{.}{\mathrm{\ω}}=\frac{1}{I}(T_d-r{F}_x),---\left(3\right)$

$S=\frac{V-\mathrm{r\ω}}{V},---\left(4\right)$

上述式(2)中，m_t为二分之一电机驱动车辆的质量，电机驱动车辆的质量是由整个电机驱动车辆的簧上质量m_vs、两个驱动轮质量m_w和两个非驱动轮质量m′_w叠加得到，即

Fx是电机驱动车辆的车轮与路面之间的纵向附着力；式(3)中，I是车轮的转动惯量；T_d是目标驱动力矩，对于电机驱动车辆来说，电机可以对车轮进行制动，因此目标驱动力矩T_d可以是负值。

如图4所示，根据电机驱动车辆防滑调节控制系统，本发明的电机驱动车辆防滑调节控制方法包括如下步骤：

1)两个轮速传感器2将采集到的非驱动轮角速度ω′发送至驱动防滑控制器3，驱动防滑控制器3中的车速计算模块31根据非驱动轮角速度ω′得到电机驱动车辆的行驶速度V。

2)由驱动防滑控制器3的车辆加速度计算模块32得到电机驱动车辆的纵向加速度

3)另外两个轮速传感器2将采集到的驱动轮角速度ω发送至驱动防滑控制器3，驱动防滑控制器3的滑移率计算模块33利用驱动轮角速度ω和电机驱动车辆的行驶速度V得到驱动轮5的纵向滑移率S和纵向滑移率导数

为了确保驱动轮5的纵向滑移率S稳定在理想滑移率S^*附近，驱动轮5的纵向滑移率S及纵向滑移率导数

要满足

其中k是常数；当电机驱动车辆驱动轮5的纵向滑移率S和驱动轮5的纵向滑移率导数满足关系式时，驱动轮5的纵向滑移率S将快速趋近于理想滑移率S^*，最终稳定在理想滑移率S^*处，从而保证电机驱动车辆充分利用地面附着进行驱动，避免驱动轮滑转；

由上述公式(4)可知，驱动轮5的纵向滑移率导数为：

$\stackrel{.}{S}=\frac{\stackrel{.}{V}(1-S)-r\stackrel{.}{\mathrm{\ω}}}{V},---\left(5\right)$

将上述公式(2)和公式(3)代入上述公式(5)中，得到驱动轮5的纵向滑移率导数

的另一种表达形式：

$\stackrel{.}{S}=-\frac{1}{V}[\stackrel{.}{V}(1-S)+\frac{r^2\stackrel{.}{V}{m}_t}{I}{(1-S)}^2]+\left(\frac{r}{\mathrm{VI}}\right){(1-S)}^2{T}_d.---\left(6\right)$

4)根据步骤1)～3)，驱动防滑控制器3的目标驱动力矩计算模块34利用电机驱动车辆的行驶速度V、电机驱动车辆的纵向加速度

和驱动轮纵向滑移率S得到此时的目标驱动力矩T_d；

结合公式(6)及纵向滑移率S与纵向滑移率导数

的关系式可以计算得到目标驱动力矩T_d的表达式如下：

$T_d=\frac{\mathrm{VI}}{r{(1-S)}^2}\{\frac{S^{*}-S}{k}+\frac{1}{V}[\stackrel{.}{V}(1-S)+\frac{r^2\stackrel{.}{V}{m}_t}{I}{(1-S)}^2\left]\right\}.---\left(7\right)$

5)电机控制器4根据步骤4)中的目标驱动力矩T_d得到电机力矩命令值T_m，对电机力矩进行动态控制，完成驱动防滑调节，改善了驱动防滑效果；其中，电机力矩命令值T_m为：

T_m＝i_gi₀T_d，     (8)

式中，i_g为电机控制器4的变速器传动比，i₀为电机控制器4的主减速器传动比。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构和连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种电机驱动车辆的驱动防滑调节控制方法，包括如下步骤：

1）设置一包括两个驱动电机、四个轮速传感器、一个驱动防滑控制器和一个电机控制器的电机驱动防滑调节控制系统，所述驱动防滑控制器包括车速计算模块、车辆加速度计算模块、滑移率计算模块和目标驱动力矩计算模块；

2）两个轮速传感器将采集到的非驱动轮角速度ω′发送至所述驱动防滑控制器，由所述车速计算模块根据非驱动轮角速度ω′得到电机驱动车辆的行驶速度V；

3）由所述车辆加速度计算模块得到电机驱动车辆的纵向加速度；

4）另外两个轮速传感器将采集到的驱动轮角速度ω发送至所述驱动防滑控制器，由所述滑移率计算模块利用驱动轮角速度ω和电机驱动车辆的行驶速度V得到驱动轮的纵向滑移率S和纵向滑移率导数

；所述驱动轮的纵向滑移率S与其纵向滑移率导数

满足如下关系式：

$\stackrel{\·}{S}=k(S-S^{*}),$

式中，k是常数，S^*是理想滑移率；

5）根据所述步骤2）～4），所述目标驱动力计算模块利用电机驱动车辆的行驶速度V、电机驱动车辆的纵向加速度

和驱动轮纵向滑移率S得到此时的目标驱动力矩T_d；所述目标驱动力矩T_d为：

$T_d=\frac{\mathrm{VI}}{r{(1-S)}^2}\{\frac{S^{*}-S}{k}+\frac{1}{V}[\stackrel{\·}{V}(1-S)+\frac{r^2{\stackrel{\·}{V}m}_t}{I}{(1-S)}^2\left]\right\},$

其中，I是车轮的转动惯量，S^*是理想滑移率，r是车轮的有效滚动半径，m_t为二分之一电机驱动车辆的质量，k是常数，V是电机驱动车辆的行驶速度，

是电机驱动车辆的纵向加速度，S是驱动轮纵向滑移率；

6）电机控制器根据目标驱动力矩T_d得到电机力矩命令值T_m＝i_gi₀T_d，对电机力矩进行动态控制，完成驱动防滑调节；式中，i_g为电机控制器的变速器传动比，i₀为电机控制器的主减速器传动比。

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