[发明专利]一种用于电动汽车的轮式驱动分层控制系统及方法有效

专利信息
申请号: 201310328508.X 申请日: 2013-07-31
公开(公告)号: CN103419676A 公开(公告)日: 2013-12-04
发明(设计)人: 朱绍鹏;邱斌斌;吴志军;刘孝龙 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: B60L15/32 分类号: B60L15/32
代理公司: 杭州求是专利事务所有限公司 33200 代理人: 张法高
地址: 310027 浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 电动汽车 轮式 驱动 分层 控制系统 方法
【权利要求书】:

1.一种用于电动汽车的轮式驱动分层控制系统,其特征在于包括方向盘转角传感器(1)、车用惯性传感器(2)、车速传感器(3)、电子油门踏板(4)、驱动力分层控制器(5)、CAN通讯网络(6)、右后轮毂电机(7)、右后轮毂电机控制器(8)、左后轮毂电机控制器(9)、左后轮毂电机(10)、左前轮毂电机控制器(11)、左前轮毂电机(12)、右前轮毂电机控制器(13)、右前轮毂电机(14);驱动力分层控制器(5)通过CAN通讯网络(6)分别与方向盘转角传感器(1)、车用惯性传感器(2)、车速传感器(3)、电子油门踏板(4)、右后轮毂电机控制器(8)、左后轮毂电机控制器(9)、左前轮毂电机控制器(11)、右前轮毂电机控制器(13)相连,右后轮毂电机控制器(8)与右后轮毂电机(7)相连,左后轮毂电机控制器(9)与左后轮毂电机(10)相连,左前轮毂电机控制器(11)与左前轮毂电机(12)相连,右前轮毂电机控制器(13)与右前轮毂电机(14)相连。

2.如权利要求1所述的一种用于电动汽车的轮式驱动分层控制系统,其特征在于所述的驱动力分层控制器(5)采用单片机,使用C语言编写驱动力分层控制方法并经编译后下载到驱动力分层控制器的主控芯片中。

3.一种使用如权利要求1所述系统的用于电动汽车的驱动力分层控制方法,其特征在于包括如下步骤:

1)位于驱动力分层控制器(5)主控芯片中的驱动力分层控制方法包括Ⅰ驱动力目标设计层、Ⅱ横摆力矩制定层及Ⅲ驱动力分配层;

2)Ⅰ驱动力目标设计层位于整个驱动力分层控制方法的上层,用来获得横摆角速度误差e(γ)和质心侧偏角误差e(β);首先,在该层中建立7自由度车辆动力学模型,该车辆模型根据方向盘转角传感器(1)检测出的方向盘转角信号δsw和车速传感器(3)检测到的车速信号v确定出前轮转向角δ和纵向速度vx,确定稳定性控制目标;使用下式计算出目标横摆角速度γd

γd=vxL(1+Kvx2)δ]]>

式中,L为轴距,K为稳定性因子;目标质心侧偏角βd设置为0,即βd=0;

同时,设计质心侧偏角观测器,根据Ⅱ横摆力矩制定层反馈的车辆实际所需横摆力矩Mz确定出实际质心侧偏角β;车用惯性传感器(2)实时反馈实际横摆角速度γ;最后,算出横摆角速度误差e(γ)=γ-γd和质心侧偏角误差e(β)=β-βd,作为Ⅱ横摆力矩制定层的输入;

3)Ⅱ横摆力矩制定层位于驱动力分层控制方法的中层,通过模糊控制器和最大横摆力矩限值制定出车辆实际所需的横摆力矩Mz;设计了横摆角速度误差e(γ)和质心侧偏角误差e(β)双输入、横摆力矩Mzf单输出的模糊控制器;通过下式计算出最大横摆力矩

Mzmax=W2(μfrFzfr+μrrFzrr-μflFzfl-μrlFzrl)]]>

式中,W为车辆轮距,μfl、μfr、μrl、μrr为路面附着系数,Fzfl、Fzfr、Fzrl、Fzrr为各车轮垂向力。通过横摆力矩限制比较,最终输出车辆实际所需的横摆力矩Mz=min(Mzf,Mzmax);

4)Ⅲ驱动力分配层位于整个分层控制方法的底层,根据驱动电机的实际运行状态采用容错技术进行容错控制,得到驱动电机的失效因子ξfl、ξfr、ξrl和ξrr,有效为1,失效为0,作为电机分配力矩的约束条件;依据电子油门踏板(4)的加速信号确定的总目标驱动力Td和Ⅱ横摆力矩制定层输出的实际所需横摆力矩Mz,进行带约束的多目标优化分配计算,等式约束条件如下:

2Td=Tfl+Tfr

Mz=a(Fyfl+Fyfr+sinδ·TflRw+sinδ·TfrRw)-b(Fyrl+Fyrr)]]>

+W2(cosδ·TfrRw-cosδ·TflRw+Fxrr-Fxrl)]]>

式中,a为质心到前轴的距离,b为质心到后轴的距离,Rw为车轮半径,Tfl、Tfr为前轮电机转矩,Fxfl、Fxfr、Fxrl、Fxrr为各车轮的纵向力,Fyfl、Fyfr、Fyrl、Fyrr为各车轮的侧向力。不等式边界约束包括轮胎摩擦圆约束和轮毂电机输出最大转矩约束,不等式约束条件如下式:

Fx*2+Fy*2μ*Fz*,|Fx*||ξ*Tmax|/Rw]]>

式中,*=fl,fr,rl,or rr,Tmax为轮毂电机输出最大转矩;最后,经驱动防滑处理,输出各轮毂电机的目标驱动转矩Tfl、Tfr、Trl、Trr,通过CAN通讯网络(6)传递给各轮毂电机控制器,实现合理分配各电机转矩。

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