一種基于分層協調的分布式驅動汽車控制系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電動汽車集成控制領域，具體設及一種基于分層協調的分布式驅動汽 車控制系統及方法。
【背景技術】
[0002] 分布式驅動系統是一種可W在包含極限工況在內的各種工況下都能很好改善車 輛操縱穩定性的電動汽車驅動系統。它所包含的驅動電機既是執行單元也是信息反饋單 元，四輪轉矩/轉速信息的獲取為提高基于運動學及動力學的車輛狀態估計算法精度提供 了可能；同時可W實現四輪驅動/制動轉矩獨立、精確可控。當前，我國已將新能源汽車列 入"屯大戰略性新興產業"發展規劃，研究和探索節能、環保和安全的電動汽車成為實現我 國新能源汽車戰略需求和可持續發展的重要方向。就電動汽車驅動系統而言，四輪穀獨立 驅動的分布式電驅動汽車W其在動力配置、傳動結構、操控性能及能源利用等方面的獨特 優勢和巨大發展潛力成為電動汽車研發十分重要的前沿領域。
[0003]同時，電動助力轉向系統巧lectricPowerSteeringsystem,簡稱EP巧由電機直 接提供助力，通過合適的綜合控制方法，能十分方便的調節系統助力特性，在汽車中得到了 越來越廣泛的應用，代表著當今汽車助力轉向系統的發展方向。當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裝車率已達到80%。EPS由于在主動安全性、環 保節能、電子集成控制、可靠性、結構緊湊性等方面具有顯著優勢，成為電動汽車轉向系統 必然的選擇。
[0004] 盡管EPS能增強駕駛員轉向時的路感，改善車輛轉向的響應，提高車輛操縱穩定 性。但是，當車輛在復雜運行工況下運行，如在轉彎驅動/制動工況、W及較低附著系數等 工況下產生大側向力加速度時，由于載荷轉移、路面附著系數變化等原因，輪胎處于為非線 性特性區，輪胎側向力呈非線性變化，此時EPS所產生的轉向控制效果減弱，容易引起汽車 的快速瞬態側滑而導致車身控制失穩，從而導致駕駛員精神緊張和誤操作，直接危害車輛 操縱穩定性和行駛安全性，僅靠EPS是難W保證車輛在各種情況下都有良好的操縱穩定 性。
[0005] 中國專利201410016002.X提出通過獲取差動助力曲線，計算出附加橫擺力矩， 最后通過驅動轉矩分配，改善整車操縱性能。但是并沒有考慮轉向工況下，電動助力轉向 (EP巧對于整車操作性能的影響。中國專利201410478935. 0提出用于四輪獨立驅動電動汽 車在加速、轉向行駛下進行四輪轉矩分配。但是沒有給出將電動助力轉向（EP巧與轉矩分 配綜合起來考慮的控制策略。中國專利201120507769. 4提出一種四輪驅動和助力轉向的 電動車控制裝置。但是并沒有給出電動助力轉向（EP巧與分布式驅動轉矩分配具體的控制 策略，缺乏對車輛在不同形式工況下最佳控制策略的選擇。

【發明內容】

[0006] 為解決上述技術問題，本發明提供一種基于分層協調的分布式驅動汽車控制系統 及方法，在保證分布式驅動電動汽車在極限工況下EPS系統正常工作的同時，提高了分布 式驅動汽車整車操縱穩定性。
[0007] 本發明是通過W下技術手段實現上述技術目的的。
[0008] -種基于分層協調的分布式驅動汽車控制系統，其特征在于，包括CAN總線、分別 與CAN總線連接的車速傳感器、轉向盤轉角傳感器、轉向盤轉矩傳感器、助力電機電樞電流 傳感器、油口踏板信號處理模塊、制動踏板信號處理模塊、驅動電機狀態監測模塊、巧螺儀、 協調控制器、EPS控制器、轉矩分配控制器、右前輪驅動電機控制器、左前輪驅動電機控制 器、右后輪驅動電機控制器、左后輪驅動電機控制器，W及助力電機和四個輪穀驅動電機； 所述四個輪穀驅動電機分別與右前輪驅動電機控制器、左前輪驅動電機控制器、右后輪驅 動電機控制器、左后輪驅動電機控制器電聯接，所述助力電機與EPS控制器電聯接；
[0009] 所述車速傳感器、轉向盤轉角傳感器、轉向盤轉矩傳感器和助力電機電樞電流傳 感器分別用于實時測量車輛的車速、轉向盤轉角、轉向盤轉矩和助力電機電樞電流，并通過 CAN總線傳遞給EPS控制器和協調控制器；
[0010] 所述油口踏板信號處理模塊、制動踏板信號處理模塊分別用于實時測量油口踏 板、制動踏板的運動狀態并通過CAN總線傳遞給協調控制器，W判定駕駛員的加速/制動意 圖；
[0011] 所述驅動電機狀態監測模塊用來監測四個輪穀驅動電機的轉矩和轉速信號、并通 過CAN總線傳遞給右前輪驅動電機控制器、左前輪驅動電機控制器、右后輪驅動電機控制 器、左后輪驅動電機控制器、轉矩分配控制器和協調控制器；
[0012] 所述巧螺儀安裝在車輛內部，巧螺儀底部與車輛底盤保持平行，用來檢測車輛橫 擺角速度和側向加速度，并通過CAN總線傳遞給協調控制器；
[0013] 所述協調控制器用來根據各個傳感器信號判斷車輛的當前狀態，并根據車輛運動 狀態控制EI^S控制器、轉矩分配控制器采取不同的控制策略，并對EPS控制器和轉矩分配控 審IJ器輸出的各自補償轉矩進行加權調整得到。。郝再向EPS控制器、轉矩分配控 制器發出控制指令；
[0014] 所述EPS控制器根據協調控制器的指令進行不同的控制策略，根據當前車速、轉 向盤轉矩W及可變助力特性曲線計算得助力電機應該提供的助力轉矩M,_eps';并根據協調 控制器的指令對助力電機發出實際輸出的轉矩TEps_real;
[0015] 所述助力電機用來根據EPS控制器輸出助力轉矩；
[0016] 所述轉矩分配控制器根據協調控制器的指令進行不同的控制策略，計算四個輪穀 電機應該提供的驅動轉矩ATmb、ATmif、ATmff、ATm";并根據協調控制器的指令將四個輪 穀電機應該輸出的實際輸出的轉矩分配給四個驅動電機控制器；
[0017] 所述右前輪驅動電機控制器、左前輪驅動電機控制器、右后輪驅動電機控制器和 左后輪驅動電機控制器根據轉矩分配控制器的指令控制各自驅動的輪穀驅動電機輸出相 應轉矩，同時監測各自驅動的輪穀驅動電機的執行情況。
[0018] 一種基于分層協調的分布式驅動汽車控制方法，其特征在于，包括W下步驟：
[0019] (1)車速傳感器、轉向盤轉角傳感器、油口踏板信號處理模塊、制動踏板信號處理 模塊、驅動電機狀態監測模塊、巧螺儀實時采集車輛的車速、轉向盤轉角、油口踏板運動狀 態、制動踏板運動狀態、輪穀驅動電機的運行狀態W及車輛橫擺角速度，并通過CAN總線傳 遞給協調控制器，協調控制器根據接收到的信息判斷車輛的當前運動狀態；
[0020] 似EPS控制器根據當前車速、轉向盤轉矩W及可變助力特性曲線、不同的工況計 算助力電機應該提供的助力轉矩，轉矩分配控制器計算得出不同的工況下四個輪穀 驅動電機應該提供的助力轉矩，對于不同的工況EPS控制器、轉矩分配控制器的控制策略 如下：
[0021] a.當車輛的當前運動狀態為常規轉向時：
[0022] EPS控制器采用常規助力控制，助力電機提供的助力力矩為：
[0023]
[0024] 其中，6h為目標轉向盤轉角和實際轉向盤轉角的偏差，比例系數Kp為=1. 695,積 分系數Ki= 3. 673,微分系數Kd= 0. 26 ;
[00巧]轉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處角速度
[0026] b.當車輛的當前運動狀態為轉向制動/驅動工況時：
[0027] ①若巧螺儀采集到的車輛橫擺角速度信號的絕對值0<| ?J<0.0化ad/s，且制動 或驅動輪的滑移率小于20%，轉矩分配系統采取前、后輪驅動力矩分配控制，EPS系統采取 正向補償控制；
[0028] ②若巧螺儀采集到的車輛橫擺角速度信號的絕對值0<I<0. 0化ad/s，且制動 或驅動輪的滑移率大于20%，則觸發制動防抱死系統/驅動防滑系統模塊；
[0029] ③若巧螺儀采集到的車輛橫擺角速度信號的絕對值I?J〉0. 0化ad/s，且制動或 驅動輪的滑移率大于20%，則觸發制動防抱死系統/驅動防滑系統模塊；
[0030] ④若巧螺儀采集到的車輛橫擺角速度信號的絕對值I?J〉0. 0化ad/s，且制動或 驅動輪的滑移率小于20%，則轉矩分配系統采取左、右輪驅動力矩分配控制，EPS系統采取 反向阻尼控制；
[0031] C.當車輛的當前運動狀態為緊急避讓工況時：