一種基于分層協(xié)調(diào)的分布式驅(qū)動(dòng)汽車控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車集成控制領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于分層協(xié)調(diào)的分布式驅(qū)動(dòng)汽 車控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一種可W在包含極限工況在內(nèi)的各種工況下都能很好改善車 輛操縱穩(wěn)定性的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。它所包含的驅(qū)動(dòng)電機(jī)既是執(zhí)行單元也是信息反饋單 元，四輪轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速信息的獲取為提高基于運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)的車輛狀態(tài)估計(jì)算法精度提供 了可能；同時(shí)可W實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)轉(zhuǎn)矩獨(dú)立、精確可控。當(dāng)前，我國已將新能源汽車列 入"屯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)"發(fā)展規(guī)劃，研究和探索節(jié)能、環(huán)保和安全的電動(dòng)汽車成為實(shí)現(xiàn)我 國新能源汽車戰(zhàn)略需求和可持續(xù)發(fā)展的重要方向。就電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言，四輪穀獨(dú)立 驅(qū)動(dòng)的分布式電驅(qū)動(dòng)汽車W其在動(dòng)力配置、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、操控性能及能源利用等方面的獨(dú)特 優(yōu)勢(shì)和巨大發(fā)展?jié)摿Τ蔀殡妱?dòng)汽車研發(fā)十分重要的前沿領(lǐng)域。
[0003]同時(shí)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)巧lectricPowerSteeringsystem,簡(jiǎn)稱EP巧由電機(jī)直 接提供助力，通過合適的綜合控制方法，能十分方便的調(diào)節(jié)系統(tǒng)助力特性，在汽車中得到了 越來越廣泛的應(yīng)用，代表著當(dāng)今汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。當(dāng)前歐美日等國家的新車 EPS裝車率已超過40%，其中日本小車EPS裝車率已達(dá)到80%。EPS由于在主動(dòng)安全性、環(huán) 保節(jié)能、電子集成控制、可靠性、結(jié)構(gòu)緊湊性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，成為電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 必然的選擇。
[0004] 盡管EPS能增強(qiáng)駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)的路感，改善車輛轉(zhuǎn)向的響應(yīng)，提高車輛操縱穩(wěn)定 性。但是，當(dāng)車輛在復(fù)雜運(yùn)行工況下運(yùn)行，如在轉(zhuǎn)彎驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)工況、W及較低附著系數(shù)等 工況下產(chǎn)生大側(cè)向力加速度時(shí)，由于載荷轉(zhuǎn)移、路面附著系數(shù)變化等原因，輪胎處于為非線 性特性區(qū)，輪胎側(cè)向力呈非線性變化，此時(shí)EPS所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向控制效果減弱，容易引起汽車 的快速瞬態(tài)側(cè)滑而導(dǎo)致車身控制失穩(wěn)，從而導(dǎo)致駕駛員精神緊張和誤操作，直接危害車輛 操縱穩(wěn)定性和行駛安全性，僅靠EPS是難W保證車輛在各種情況下都有良好的操縱穩(wěn)定 性。
[0005] 中國專利201410016002.X提出通過獲取差動(dòng)助力曲線，計(jì)算出附加橫擺力矩， 最后通過驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩分配，改善整車操縱性能。但是并沒有考慮轉(zhuǎn)向工況下，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 (EP巧對(duì)于整車操作性能的影響。中國專利201410478935. 0提出用于四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽 車在加速、轉(zhuǎn)向行駛下進(jìn)行四輪轉(zhuǎn)矩分配。但是沒有給出將電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EP巧與轉(zhuǎn)矩分 配綜合起來考慮的控制策略。中國專利201120507769. 4提出一種四輪驅(qū)動(dòng)和助力轉(zhuǎn)向的 電動(dòng)車控制裝置。但是并沒有給出電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EP巧與分布式驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩分配具體的控制 策略，缺乏對(duì)車輛在不同形式工況下最佳控制策略的選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于分層協(xié)調(diào)的分布式驅(qū)動(dòng)汽車控制系統(tǒng) 及方法，在保證分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車在極限工況下EPS系統(tǒng)正常工作的同時(shí)，提高了分布 式驅(qū)動(dòng)汽車整車操縱穩(wěn)定性。
[0007] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0008] -種基于分層協(xié)調(diào)的分布式驅(qū)動(dòng)汽車控制系統(tǒng)，其特征在于，包括CAN總線、分別 與CAN總線連接的車速傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器、助力電機(jī)電樞電流 傳感器、油口踏板信號(hào)處理模塊、制動(dòng)踏板信號(hào)處理模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、巧螺儀、 協(xié)調(diào)控制器、EPS控制器、轉(zhuǎn)矩分配控制器、右前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、左前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制 器、右后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、左后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器，W及助力電機(jī)和四個(gè)輪穀驅(qū)動(dòng)電機(jī)； 所述四個(gè)輪穀驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別與右前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、左前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、右后輪驅(qū) 動(dòng)電機(jī)控制器、左后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器電聯(lián)接，所述助力電機(jī)與EPS控制器電聯(lián)接；
[0009] 所述車速傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器和助力電機(jī)電樞電流傳 感器分別用于實(shí)時(shí)測(cè)量車輛的車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩和助力電機(jī)電樞電流，并通過 CAN總線傳遞給EPS控制器和協(xié)調(diào)控制器；
[0010] 所述油口踏板信號(hào)處理模塊、制動(dòng)踏板信號(hào)處理模塊分別用于實(shí)時(shí)測(cè)量油口踏 板、制動(dòng)踏板的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并通過CAN總線傳遞給協(xié)調(diào)控制器，W判定駕駛員的加速/制動(dòng)意 圖；
[0011] 所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊用來監(jiān)測(cè)四個(gè)輪穀驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號(hào)、并通 過CAN總線傳遞給右前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、左前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、右后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制 器、左后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、轉(zhuǎn)矩分配控制器和協(xié)調(diào)控制器；
[0012] 所述巧螺儀安裝在車輛內(nèi)部，巧螺儀底部與車輛底盤保持平行，用來檢測(cè)車輛橫 擺角速度和側(cè)向加速度，并通過CAN總線傳遞給協(xié)調(diào)控制器；
[0013] 所述協(xié)調(diào)控制器用來根據(jù)各個(gè)傳感器信號(hào)判斷車輛的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)車輛運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)控制EI^S控制器、轉(zhuǎn)矩分配控制器采取不同的控制策略，并對(duì)EPS控制器和轉(zhuǎn)矩分配控 審IJ器輸出的各自補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩進(jìn)行加權(quán)調(diào)整得到。。郝再向EPS控制器、轉(zhuǎn)矩分配控 制器發(fā)出控制指令；
[0014] 所述EPS控制器根據(jù)協(xié)調(diào)控制器的指令進(jìn)行不同的控制策略，根據(jù)當(dāng)前車速、轉(zhuǎn) 向盤轉(zhuǎn)矩W及可變助力特性曲線計(jì)算得助力電機(jī)應(yīng)該提供的助力轉(zhuǎn)矩M,_eps';并根據(jù)協(xié)調(diào) 控制器的指令對(duì)助力電機(jī)發(fā)出實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩TEps_real;
[0015] 所述助力電機(jī)用來根據(jù)EPS控制器輸出助力轉(zhuǎn)矩；
[0016] 所述轉(zhuǎn)矩分配控制器根據(jù)協(xié)調(diào)控制器的指令進(jìn)行不同的控制策略，計(jì)算四個(gè)輪穀 電機(jī)應(yīng)該提供的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩ATmb、ATmif、ATmff、ATm";并根據(jù)協(xié)調(diào)控制器的指令將四個(gè)輪 穀電機(jī)應(yīng)該輸出的實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩分配給四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器；
[0017] 所述右前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、左前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、右后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器和 左后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器根據(jù)轉(zhuǎn)矩分配控制器的指令控制各自驅(qū)動(dòng)的輪穀驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出相 應(yīng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)監(jiān)測(cè)各自驅(qū)動(dòng)的輪穀驅(qū)動(dòng)電機(jī)的執(zhí)行情況。
[0018] 一種基于分層協(xié)調(diào)的分布式驅(qū)動(dòng)汽車控制方法，其特征在于，包括W下步驟：
[0019] (1)車速傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、油口踏板信號(hào)處理模塊、制動(dòng)踏板信號(hào)處理 模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、巧螺儀實(shí)時(shí)采集車輛的車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、油口踏板運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)、制動(dòng)踏板運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、輪穀驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)W及車輛橫擺角速度，并通過CAN總線傳 遞給協(xié)調(diào)控制器，協(xié)調(diào)控制器根據(jù)接收到的信息判斷車輛的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
[0020] 似EPS控制器根據(jù)當(dāng)前車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩W及可變助力特性曲線、不同的工況計(jì) 算助力電機(jī)應(yīng)該提供的助力轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩分配控制器計(jì)算得出不同的工況下四個(gè)輪穀 驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)該提供的助力轉(zhuǎn)矩，對(duì)于不同的工況EPS控制器、轉(zhuǎn)矩分配控制器的控制策略 如下：
[0021] a.當(dāng)車輛的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為常規(guī)轉(zhuǎn)向時(shí)：
[0022] EPS控制器采用常規(guī)助力控制，助力電機(jī)提供的助力力矩為：
[0023]
[0024] 其中，6h為目標(biāo)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和實(shí)際轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的偏差，比例系數(shù)Kp為=1. 695,積 分系數(shù)Ki= 3. 673,微分系數(shù)Kd= 0. 26 ;
[00巧]轉(zhuǎn)矩分配控制器采取差速控制，保證左前輪角速度右前輪角速度Off、車輛 前軸中點(diǎn)處角速度《f。、左后輪角速度《If、右后輪角速度車輛等效后軸中點(diǎn)處角速度
[0026] b.當(dāng)車輛的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為轉(zhuǎn)向制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)工況時(shí)：
[0027] ①若巧螺儀采集到的車輛橫擺角速度信號(hào)的絕對(duì)值0<| ?J<0.0化ad/s，且制動(dòng) 或驅(qū)動(dòng)輪的滑移率小于20%，轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)采取前、后輪驅(qū)動(dòng)力矩分配控制，EPS系統(tǒng)采取 正向補(bǔ)償控制；
[0028] ②若巧螺儀采集到的車輛橫擺角速度信號(hào)的絕對(duì)值0<I<0. 0化ad/s，且制動(dòng) 或驅(qū)動(dòng)輪的滑移率大于20%，則觸發(fā)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)/驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)模塊；
[0029] ③若巧螺儀采集到的車輛橫擺角速度信號(hào)的絕對(duì)值I?J〉0. 0化ad/s，且制動(dòng)或 驅(qū)動(dòng)輪的滑移率大于20%，則觸發(fā)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)/驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)模塊；
[0030] ④若巧螺儀采集到的車輛橫擺角速度信號(hào)的絕對(duì)值I?J〉0. 0化ad/s，且制動(dòng)或 驅(qū)動(dòng)輪的滑移率小于20%，則轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)采取左、右輪驅(qū)動(dòng)力矩分配控制，EPS系統(tǒng)采取 反向阻尼控制；
[0031] C.當(dāng)車輛的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為緊急避讓工況時(shí)：