CN103895524A - 一种电动客车的驱动***及其驱动控制方法 - Google Patents

一种电动客车的驱动***及其驱动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种电动客车的驱动***及其驱动控制方法，该***包括：动力电池；与动力电池相连的多个第一轮边电机；控制多个第一轮边电机的多个第一电机控制器；与动力电池相连的多个第二轮边电机；控制多个第二轮边电机的多个第二电机控制器；整车控制器，整车控制器分别与多个第一电机控制器和多个第二电机控制器相连，整车控制器在电动客车运行过程中通过多个第一电机控制器和多个第二电机控制器控制多个第一轮边电机和多个第二轮边电机启动和切换工作。本发明可有效解决双层或加长纯电动客车的动力不足问题，提高驱动效率，改善横向摆动，更有效地发挥轮胎牵引与转向力，获得较高的稳定性与行车安全性，满足行车的需求。本发明实施例还提出一种电动客车的驱动控制方法。

Description

一种电动客车的驱动***及其驱动控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，特别涉及一种电动客车的驱动***及其驱动控制方法。
背景技术
随着社会的发展以及城市的快速扩张，多数城市的交通体系承受着巨大的压力，大中型城市因人口密集、资源紧张，人们对环境的要求越来越高，然而大量的燃油公交车却会产生巨大的排放污染及噪声，影响整个城市的空气环境质量。而在小型城市，私家车及地铁等交通不够发达，导致对城市公交车依赖更加严重，环境同样承受较大的压力。所以公交车在城市交通体系中发挥着不可替代的作用，而随着近年来人们环保意识不断加强，各国政府对碳排放的要求也越来越高，于是新能源公交车得以非常迅速的发展。但是目前多数公交车还是采用增程式动力***，主要是用一套发动机加一套电驱动***满足行驶动力需求，多数情况下还是采用发动机给整车提供动力，对环境压力的减轻并不明显。而纯电动车相对于增程式的客车，取消燃油发动机而采用纯电驱动***，在舒适性、噪声的降低、节能以及环保等方面有巨大的优势，于是纯电动客车车作为一种新兴交通工具近年来也得以快速发展。但是在城市交通中，很多路线人流量很大，一般公交载客量不能满足实际运营要求，于是双层或加长电动客车存在既可以满足城市环境改善及排放要求又能很好的缓解交通压力的特点，然而纯电动车的一些功能不能满足公交工况的要求。如图1所示，为城市公交行驶工况图。如图2所示，为整车动力仿真需求图。城市公交工况动力要求，最高车速大于70Km/h，爬坡度大于16%，0-50s加速时间要求小于23s，采用轮边驱动方式的纯电动客车，最大驱动功率可以达到180Kw，能满足一般客车动力要求。而对于双层或加长电动巴士，经过实际的计算：综合效率取电机控制器的电能转化效率为95%，电机的电能转机械能效率为94%，动力流的机械效率为90%。对于双层纯电动巴士，综合效率η为：
η=0.95×0.94×0.90=0.8
如图2所示，并结合图3整车爬坡动力曲线图所示，满足整车行驶要求最大功率达到237Kw，同时两个电机驱动时的动力值为：最高车速大于77.6Km/h，爬坡度大于13.9%，0到50s加速时间要求小于20.6s。由分析可知，爬坡不能满足公交工况的要求。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种电动客车的驱动***。该***可以有效的解决双层或者加长的纯电动客车的动力不足问题，提高驱动效率，改善横向摆动，更有效地发挥轮胎牵引与转向力，获得较高的稳定性与行车安全性，满足行车的需求。
为了实现上述目的，根据本发明实施例的电动客车的驱动***包括：动力电池；与所述动力电池相连的多个第一轮边电机；控制所述多个第一轮边电机的多个第一电机控制器；与所述动力电池相连的多个第二轮边电机；控制所述多个第二轮边电机的多个第二电机控制器；以及整车控制器，所述整车控制器分别与所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器相连，所述整车控制器在所述电动客车运行过程中通过所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器控制所述多个第一轮边电机和多个第二轮边电机启动和切换工作。
根据本发明实施例的电动客车的驱动***能够有效地解决双层或者加长的纯电动客车的动力不足问题，同时应用轮毂电机实现四轮驱动，可以兼备电动汽车和四驱***各自的优点，同时通过左右轮毂电机的独立控制及时调整作用在左右轮上的扭矩大小，可以提高驱动效率，改善横向摆动，更有效地发挥轮胎牵引与转向力，获得较高的稳定性与行车安全性，能使车辆能够按照驾驶者意愿正常行驶，满足行车需求。并且该方法的设计充分考虑了实际操作难度，投资少，易实行产业化。
本发明的另一个目的在于提出一种电动客车的驱动控制方法，包括动力电池、与所述动力电池相连的多个第一轮边电机、用于控制所述多个驱动电机的多个第一电机控制器、与所述动力电池相连的多个第二轮边电机、用于控制所述多个第二轮边电机的多个第二电机控制器和整车控制器，所述驱动控制方法包括如下步骤：所述整车控制器检测所述电动客车是否启动；如果启动，则所述整车控制器向所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器发送驱动控制信号；以及所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器在接收到所述驱动控制信号时，分别控制所述多个第一轮边电机和多个第二轮边电机启动和切换工作。
根据本发明实施例的电动客车的驱动控制方法能够有效地解决双层或者加长的纯电动客车的动力不足问题，同时应用轮毂电机实现四轮驱动，可以兼备电动汽车和四驱***各自的优点，同时通过左右轮毂电机的独立控制及时调整作用在左右轮上的扭矩大小，可以提高驱动效率，改善横向摆动，更有效地发挥轮胎牵引与转向力，获得较高的稳定性与行车安全性，能使车辆能够按照驾驶者意愿正常行驶，满足行车需求。并且该方法的设计充分考虑了实际操作难度，投资少，易实行产业化。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为城市公交行驶工况图；
图2为整车动力仿真需求图；
图3为整车爬坡动力曲线图；
图4为根据本发明实施例的电动客车的驱动***的结构图；
图5为整车各零部件连接关系；
图6为整车动力传动简图；
图7为整车控制逻辑图；
图8为整车控制驱动时一般工况下功率需求；
图9为整车两驱和四驱切换的逻辑图；
图10为整车两驱驱动时的原理图；
图11为整车两驱制动回馈时的原理图；
图12为整车四轮驱动模式的原理图；
图13为整车四驱巴士模型；
图14为整车差速控制的流程图；
图15为根据本发明实施例的电动客车的驱动控制方法的流程图；
图16为油门深度与车速对应曲线图；
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
下面参阅图4所示，为根据本发明实施例的电动客车的驱动***的结构图。
参阅图4所示，根据本发明实施例的电动客车的驱动***包括：动力电池100，多个第一轮边电机200，多个第一电机控制器300，多个第二轮边电机400，多个第二电机控制器500，整车控制器600，电池管理器700。
其中，多个第一轮边电机200与动力电池100相连，多个第一电机控制器300控制多个第一轮边电机200。多个第二轮边电机400与动力电池100相连，多个第二电机控制器500控制多个第二轮边电机400。
整车控制器600分别与多个第一电机控制器300和多个第二电机控制器500相连，整车控制器600在电动客车运行过程中通过多个第一电机控制器300和多个第二电机控制器500控制多个第一轮边电机200和多个第二轮边电机400均启动和切换工作。
整车控制器600控制第一电机控制器300或者第二电机控制器500在整个行车过程中，可以选择同时启动，也可以进行切换，选择一个关闭，一个启动。
整车控制器600还用于在电动客车启动过程中通过多个第一电机控制器300和多个第二电机控制器500控制多个第一轮边电机200和多个第二轮边电机400均启动。
整车控制器600还用于在电动客车的车速的变化率小于预设值之后，通过多个第二电机控制器500关闭多个第二轮边电机400。
下面结合本发明实施例对整车控制器600的具体功能做详细分析。
根据本发明实施例的电动客车的驱动***，包括整车控制策略和增加一套辅轮边动力***（包括多个第二轮边电机400和多个第二电机控制器500）以及一个整车控制器600。整车控制策略主要描述的是整车控制的流程，而轮边动力***主要是指多个第一轮边电机200和多个第一电机控制器300，以及多个第二轮边电机400和多个第二电机控制器500，整车控制器600主要指整车动力计算机扭矩协调分配。其特征是：控制策略和整车控制器600以及轮边动力***联合使用，不需要外部进行其它的更改即可按照驾驶者意愿进行操作，各零部件连接关系参阅图5所示。
整车控制器600的优点为：1、平台化，可以应用与两驱、四驱、六驱等车型，覆盖30m以内客车轮边驱动***，能降低新车型开发成本及开发周期；2、减轻CAN网络负载，提升传输效率以及减少总线数据出错；3、提高驱动效率，能有效平衡及协调各轮边***；4、便于售后维护更新升级，降低维护成本。
第一轮边电机和第二轮边电机的作用为：负责按照多个第一电机控制器300和多个第二电机控制器500输出电流，来控制扭矩的输出，从而控制车辆的行进、后退等操作。
整车控制器600的作用为：1、负责与整车通讯，接收整车状态信息；2、接收两个第一电机控制器300和两个第二电机控制器500的信息并综合对外传输；3、整车动力分配，同时接收两个第一电机控制器300和两个第二电机控制器的实际数据并计算整车目标动力需求，并给两个第一电机控制器300和两个第二电机控制器500发送驱动指令；4、交流充电***控制，参与交流充电***控制；5、采集方向盘角度信号，用于计算各轮边驱动器的驱动力。
整车控制器600包含两个CAN网络，一个CAN网络与整车通讯，另外一个CAN网络以及两个第一电机控制器300和两个第二电机控制器500组成一个动力子网。
第一电机控制器300和第二电机控制器500作用：负责接收整车控制器600的驱动指令，按照整车控制器600的目标值进行驱动，并采集驱动或者制动回馈时的实际数据发送给整车控制器600。
在本发明实施例中，以四驱整车控制器为例对电动客车的驱动***进行说明，兼以与两驱整车控制器进行对比进行说明。
参阅图6所示，为整车动力传动简图。四驱整车控制器600是一个用于整车动力分配的低压控制器，整车控制器600通过接收加速踏板信号、制动踏板信号、档位信号、方向盘转角信号、动力电池100电量信息等计算动力需求，并将功率及扭矩分配给第一电机控制器300和第二电机控制器500，第一电机控制器300和第二电机控制器500接收整车控制器600的扭矩及功率分配信号后执行该操作。
加速踏板信号传感器为整车加速踏板上安装的传感器，主要作用为采集加速踏板踩下的深度。具体参阅图15所示。
制动踏板信号传感器为整车制动踏板上安装的传感器，主要作用为采集制动踏板踩下的深度。
档位信号为电动客车所处的档位，有N、R、D等三种状态。
方向盘转角信号传感器为安装在整车转向管柱上的传感器，主要作用采集方向盘转动的角度信号。
动力电池100电量信息用于接收电池管理器700发出的电池电量信号。
参阅图6所示，第二轮边电机400驱动输入轴齿轮410，带动中间轴减速齿轮480和490，减速输出齿轮420驱动输出轴430，输出轴430驱动行星齿轮减速机构中的太阳轮440，轮边行星齿轮减速机构齿圈470固定，行星轮450带动行星架460，行星架460通过轮毂法兰与车轮连接。这样就把电机的动力输送到轮胎上驱动车辆行驶。
电池管理器700具有对动力电池100进行温度采样、电压采样、对动力电池100输出电流采样的功能，具有计算动力电池100剩余电量的功能，并可通过CAN通讯线把控制信号发送给相关的电器部件，以实现对动力电池100功能的管理。
第一电机控制器300和第二电机控制器500是一个用于电机功率控制的高压器件，电机控制器通过其内部的驱动电路把动力电池100提供的直流电逆变成电机所需的三相交流电，给电机供电，并可根据电池管理器700所发送的信号，实现对电机的限功率运行。
高压配电箱是一个高压电分配的高压器件，里面包含继电器和接触器，由电池管理器700控制接触器的开闭，来实现对电源的分配。
动力电池100是能量储备及放电的个体，主要由若干个电池串联而成。
参阅图7所示，为整车控制逻辑图。下面结合电池管理器700、多个第一电机控制器300和多个第二电机控制器500的功能，对整车控制策略流程进行分析：
电池管理器700，用于在电动客车上电之后，断开主接触器并闭合预充接触器，以通过动力电池100为多个第一电机控制器300和多个第二电机控制器500进行预充电，以及实时监测动力电池100的电量，如果电量充足，则第一轮边电机200和第二轮边电机400根据计算得到的功率输出动力，如果电量不足，则第一轮边电机200和第二轮边电机400以预设最大功率输出动力。
多个第一电机控制器300和多个第二电机控制器500还用于检测母线电压，并通过整车控制器600反馈至所述电池管理器700。
电池管理器700还用于在根据母线电压判断对多个第一电机控制器300和多个第二电机控制器500完成预充电之后，闭合主接触器并断开预充接触器。
具体的，整车控制逻辑包括如下步骤：
步骤S701，整车上电，踩下制动踏板并按下驱动按钮。
步骤S702，电池管理器700吸合负极接触器和主回路预充接触器，并发送预充状态报文，动力电池100给第一电机控制器300和第二电机控制器500进行预充。
步骤S703，第一电机控制器300和第二电机控制器500将实时母线电压采样发送给整车控制器600。
步骤S704，整车控制器600接收到后取四个最大值发给电池管理器700。
步骤S705，电池管理器700判断电压如果大于370V，如果是，则执行步骤S706，否则执行返回步骤S705。
步骤S706，认为预充完成，于是吸合主接触器，断开预充接触器，并发送预充完成报文。
步骤S707，整车控制器600收到预充完成报文后，发送“OK”指示灯报文通过网关转发给仪表，仪表显示并点亮OK灯，此时则上电完成，车辆处于放电模式。
步骤S708，整车控制器600判断档位信号是否为N档。如果不是，则转入步骤S717，不允许驱动。如果是，则转入下一步。
步骤S709，判断手刹是否解除。如果不是，则转入步骤S717，不允许驱动。如果是，则转入下一步。
步骤S710，判断是否有制动信号。如果不是，则转入步骤S717，不允许驱动。如果是，则转入下一步。
步骤S711，判断是否收到油门深度信号。如果不是，则转入步骤S717，不允许驱动。如果是，则转入下一步。
步骤S712，整车控制器600查找目标车速，计算整车需求功率及扭矩T8。
步骤S713，整车控制器600计算方向盘转动角度R。
步骤S714，整车控制器600分配每个第一电机控制器300需求和功率P1、P2，第二电机控制器500需求扭矩和功率P3、P4。
步骤S715，各第一电机控制器300和第二电机控制器500执行。
步骤S716，判断行驶中是否有停止信号或异常信号。如果没有，则执行步骤S711。如果有，则执行步骤S717。
步骤S 717，不允许驱动。
2、电池管理器700检测动力电池100的状况，并发送整车放电允许报文给整车控制器600；前辅助控制器采集整车加速踏板深度、制动踏板深度、档位信号发给整车控制器600；同时接收转角传感器的方向盘角度信号α，计算出各驱动轮的目标车速v1 v2 v3 v4，并将其换算成一个转速N1 N2 N3N4。
3、整车控制器600通过接收采集油门深度信号，转换成一个系数值C，获取驾驶者意图，查找目标车速为V，而整车控制器600通过查找在车速V情况下的最大阻力T5,同时车速V能对应一个电机转速N，查找在转速N的时候电机能发挥的功率为T6，电机计算目标扭矩：
T7=(T6-T5)×C+T5
而各个电机目标扭矩
T8=[(T6-T5)×C+T5]/4
四驱时各电机功率为：
P1=[(T6-T5)×C+T5]/4×N1    P2=[(T6-T5)×C+T5]/4×N2
P3=[(T6-T5)×C+T5]/4×N3    P4=[(T6-T5)×C+T5]/4×N4
两驱各电机功率为：
P1=[(T6-T5)×C+T5]/4×N1    P2=[(T6-T5)×C+T5]/4×N2
4、各控制器收到信号，执行相应的扭矩及功率，同时采集实际驱动产生的功率以及扭矩发给整车控制器600。
5、整车控制器600接收到两个第一电机控制器300和两个第二电机控制器500数据后，通过收到整车信息以及实际功率扭矩来进行下一次的扭矩分配，发给两个第一电机控制器300和两个第二电机控制器500来执行。
6、在整个驱动过程中，如果有任何故障及报警，全部由整车控制器600来统一进行综合处理及统一对外发送。
在本发明实施例中，整车控制器600还用于两驱和四驱之间的切换控制。整车控制器600用于获得目标车速，并在目标车速与当前车速之差大于预设值之后，通过多个第二电机控制器500启动多个第二轮边电机400。具体的，
两驱和四驱切换控制：
参阅图8所示，在一般行驶时，功率需求在130Kw左右，一套第一轮边电机可以满足整车动力需求，由于起步时车辆扭矩较大，即在开始行使时采用两个第一轮边电机200和两个第二轮边电机400同时工作开始驱动车辆，参阅图12所示为四轮驱动模式的原理图，第一轮边电机200作为主驱动***，第二轮边电机400作为辅助驱动***，在达到目标转速时，关闭第二轮边电机400，第一轮边电机200继续工作。到达车速v后，此时车辆仍处于加速未完成状态，车速未达到目标车速，但是需求扭矩小于N1时，关闭辅轮边驱动动力***，即采用主轮边驱动***加速或匀速行驶，保持电机高效驱动区间，若在行驶过程中松开油门踏板，制动回馈导致车速下降，参阅图11所示为两驱制动回馈时的原理图，如果踩下油门踏板，若目标车速v2存在v2-v＞A,则开启辅轮边驱动***，采用四驱加速模式，如果车速差值小于A，则不启动四驱，采用一套主轮边***驱动，参阅图10所示，为两驱驱动时的原理图。这样既能在满足实际行车要求的前提下，尽量少开启辅驱动***；在驱动时两驱和四驱切换，未保证动力的平顺，乘客的舒适性，切换前后切换后总的目标扭矩不变。
如图9所示为整车两驱和四驱切换的逻辑图，其步骤如下：
步骤S901，车辆上电完成，准备开始行驶。
步骤S902，踩下油门踏板，整车控制器600判断收到油门的深度。如果没有收到油门深度信号，则继续判断。如果收到油门深度信号，则继续执行下一步。
步骤S903，计算目标车速与实际车速差值是否大于A。
步骤S904，计算整车功率需求，功率分配给两个第一电机控制器300和两个第二电机控制器500。
步骤S905，各轮边控制器收到并执行。
步骤S906，当达到目标车速V后，关闭辅第一轮边电机。
步骤S907，匀速行驶。
步骤S908，松油门踏板或踩制动踏板。
步骤S909，主轮边驱动能量回馈。
步骤S910，车速下降或停止。回到步骤S902。
加速踏板深度达到70%时,达到2个电机扭矩输出最大。加速踏板深度超过70%时，整车的总扭矩亦成正比输出，4个电机以相同的状态输出，提供整车动力。
假设加速踏板深度为70%时，总扭矩为1000N·M，单个电机扭矩输出为500N·M，当油门开度为72%时，总扭矩可能为1200N·M，单个电机输出为300N·M。
加速踏板深度返回到达到50%时,达到2个电机扭矩输出最大。油门开度超过70%时，整车的总扭矩亦成正比输出，4个电机以相同的状态输出，提供整车动力。
假设油门开度为50%时，总扭矩为800N·M，单个电机扭矩输出为400N·M。则退回到两驱模式，这样可以保证驱动的效率。
差速控制：
在本发明的实施例中，整车控制器600还用于根据电动客车的转动角度计算内侧车轮和外侧车轮的车速，并根据内侧车轮和外侧车轮的车速分别对内侧车轮对应的第一轮边电机200和第二轮边电机400和外部车轮对应的第一轮边电机200和第二轮边电机400进行控制。
在传统汽车转弯或行驶在不平路面上时，左右驱动轮须以不同的转速滚动，传统汽车是通过机械差速器来实现这个功能，差速器内摩擦力矩很小，可近似认为左右半轴的转矩是平均分配的，所以在我们轮边四驱差速***中，同样可以采用这样的方案，即给定四个电机相同的扭矩，但是给予转弯内侧和外侧不同的转速，来实现差速的目的。
如图13所示为四驱巴士模型，角度β为转动轴线上瞬心到内侧轮的角度，δ为转动轴线上瞬心到外侧轮的角度，对于同一款车型，这两个角度是一个已知值，L3为车轮的轴距，L1为车主、辅轮边驱动桥的中轴到前轮轴距，W1为车辆转弯时的角速度,v1 v2 v3 v4为四个驱动轮的轮速，因为转弯的轴线在主、辅轮边驱动桥的中轴上，所以可以得知v1=v3,v2=v4；
在有方向盘角度为α的情况下ω0：
L2=L1/tanα-L3/2                        （1）
v1=ω0γ1=L2/cosβ×ω0                 （2）
v2=ω0γ2=(L2+L3)/cosδ×ω0            （3）
由式1、2、3计算出内侧和外侧的目标车速后，通过公式可以计算得到每一个电机对应的转速Nm。
Pm=Tm×Nm/9550
其中P为电机功率(Kw)，T为电机扭矩(N×M)，N为电机转速rpm，再将相应踏板深度对应的扭矩输入以及车速，计算出每一个第一轮边电机200和第二轮边电机400需求的功率。
参阅图14所示为整车差速控制的流程图。其步骤如下：
步骤S1401,车辆正常行驶。
步骤S1402,判断是否有转向的意图。如果没有，则继续判断。如果有，则继续执行下一步。
步骤S1403,计算转动的角度及转动的方向。
步骤S1404,计算瞬心到车的直线距离。
步骤S1405,计算内侧车轮车速和外侧车轮车速。
步骤S1406,计算电机的目标转速。
步骤S1407,计算每个电机的功率需求。
步骤S1408,通过油门深度信号计算目标车速及扭矩。
制动回馈：
制动回馈时，通过模拟仿真，最大回馈功率为170Kw左右，为提高回馈转换效率，主要采用主轮边***进行制动能量的回收，辅轮边动力***不工作。车辆在四驱模式下进行制动能量回馈时，同样采用主轮边驱动***，辅轮边驱动***关闭不工作。回馈工作策略，即首先整车控制器根据当前车速v查找对应的最大回馈扭矩T，以及对应的刹车深度系数A，T1=T×A，即为回馈扭矩，回馈的功率P=N×T1，N为车速v对应下的电机转速。
根据本发明实施例的电动客车的驱动***能够有效地解决双层或者加长的纯电动客车的动力不足问题，同时应用轮毂电机实现四轮驱动，可以兼备电动汽车和四驱***各自的优点，同时通过左右轮毂电机的独立控制及时调整作用在左右轮上的扭矩大小，可以提高驱动效率，改善横向摆动，更有效地发挥轮胎牵引与转向力，获得较高的稳定性与行车安全性，能使车辆能够按照驾驶者意愿正常行驶，满足行车需求。并且该方法的设计充分考虑了实际操作难度，投资少，易实行产业化。
如图15所示，为根据本发明实施例的电动客车的驱动控制方法的流程图。
电动客车的驱动控制方法包括下述步骤：
步骤S101，整车控制器检测电动客车是否启动。
电动客车包括动力电池、与动力电池相连的多个第一轮边电机、用于控制多个第一轮边电机的多个第一电机控制器、与动力电池相连的多个第二轮边电机、用于控制多个第二轮边电机的多个第二电机控制器和整车控制器。其中，整车控制器首先用来检测电动客车是否启动。
根据本发明实施例的电动客车的驱动***，包括整车控制策略和增加一套辅轮边动力***（包括多个第二轮边电机和多个第二电机控制器）以及一个整车控制器。整车控制策略主要描述的是整车控制的流程，而轮边动力***主要是指多个第一轮边电机和多个第一电机控制器，以及多个第二轮边电机和多个第二电机控制器，整车控制器主要指整车动力计算机扭矩协调分配。其特征是：控制策略和整车控制器以及轮边动力***联合使用，不需要外部进行其它的更改即可按照驾驶者意愿进行操作，各零部件连接关系参阅图5所示。
整车控制器的优点为：1、平台化，可以应用与两驱、四驱、六驱等车型，覆盖30m以内客车轮边驱动***，能降低新车型开发成本及开发周期；2、减轻CAN网络负载，提升传输效率以及减少总线数据出错；3、提高驱动效率，能有效平衡及协调各轮边***；4、便于售后维护更新升级，降低维护成本。
整车控制器的作用为：1、负责与整车通讯，接收整车状态信息；2、接收两个第一电机控制器和两个第二电机控制器的信息并综合对外传输；3、整车动力分配，同时接收两个第一电机控制器和两个第二电机控制器的实际数据并计算整车目标动力需求，并给两个第一电机控制器和两个第二电机控制器发送驱动指令；4、交流充电***控制，参与交流充电***控制；
5、采集方向盘角度信号，用于计算各轮边驱动器的驱动力。
整车控制器包含两个CAN网络，一个CAN网络与整车通讯，另外一个CAN网络以及两个第一电机控制器和两个第二电机控制器组成一个动力子网。
步骤S102，如果启动，则整车控制器向多个第一电机控制器和多个第二电机控制器发送驱动控制信号。
第一轮边电机和第二轮边电机的作用为：负责按照多个第一电机控制器和多个第二电机控制器500输出电流，来控制扭矩的输出，从而控制车辆的行进、后退等操作。
第一电机控制器和第二电机控制器作用：负责接收整车控制器的驱动指令，按照整车控制器的目标值进行驱动，并采集驱动或者制动回馈时的实际数据发送给整车控制器。
步骤S103，多个第一电机控制器和多个第二电机控制器在接收到驱动控制信号时，分别控制多个第一轮边电机和多个第二轮边电机启动和切换工作。
整车控制器在电动客车启动过程中通过多个第一电机控制器和多个第二电机控制器控制多个第一轮边电机和多个第二轮边电机均启动。
参阅图6所示，为整车动力传动简图。四驱整车控制器是一个用于整车动力分配的低压控制器，整车控制器通过接收加速踏板信号、制动踏板信号、档位信号、方向盘转角信号、动力电池电量信息等计算动力需求，并将功率及扭矩分配给第一电机控制器和第二电机控制器，第一电机控制器和第二电机控制器接收整车控制器的扭矩及功率分配信号后执行该操作。
加速踏板信号传感器为整车加速踏板上安装的传感器，主要作用为采集加速踏板踩下的深度。具体参阅图15所示。
制动踏板信号传感器为整车制动踏板上安装的传感器，主要作用为采集制动踏板踩下的深度。
档位信号为电动客车所处的档位，有N、R、D等三种状态。
方向盘转角信号传感器为安装在整车转向管柱上的传感器，主要作用采集方向盘转动的角度信号。
动力电池电量信息用于接收电池管理器发出的电池电量信号。
参阅图6所示，第二轮边电机400驱动输入轴齿轮410，带动中间轴减速齿轮480和490，减速输出齿轮420驱动输出轴430，输出轴430驱动行星齿轮减速机构中的太阳轮440，轮边行星齿轮减速机构齿圈470固定，行星轮450带动行星架460，行星架460通过轮毂法兰与车轮连接。这样就把电机的动力输送到轮胎上驱动车辆行驶。
步骤S104，整车控制器在电动客车的车速的变化率小于预设值之后，通过多个第二电机控制器关闭多个第二轮边电机。
第一电机控制器和第二电机控制器是一个用于电机功率控制的高压器件，电机控制器通过其内部的驱动电路把动力电池包提供的直流电逆变成电机所需的三相交流电，给电机供电，并可根据电池管理器所发送的信号，实现对电机的限功率运行。整车控制器在电动客车的车速平稳之后，通过多个第二电机控制器关闭多个第二轮边电机。
步骤S105，电动客车上电之后，电动客车的电池管理器断开主接触器并闭合预充接触器，以通过动力电池为多个第一电机控制器和多个第二电机控制器进行预充电，以及实时监测所述动力电池的电量，如果电量充足，则第一轮边电机和第二轮边电机根据计算得到的功率输出动力，如果电量不足，则第一轮边电机和第二轮边电机以预设最大功率输出动力。
整车上电，踩下制动踏板并按下驱动按钮，电池管理器吸合负极接触器和主回路预充接触器，动力电池给第一电机控制器和第二电机控制器进行预充。
步骤S106，多个第一电机控制器和多个第二电机控制器检测母线电压，并通过整车控制器反馈至电池管理器。
第一电机控制器和第二电机控制器将实时母线电压采样发送给整车控制器，整车控制器接收到后取四个最大值发给电池管理器。
步骤S107，电池管理器在根据母线电压判断对多个第一电机控制器和多个第二电机控制器完成预充电之后，闭合主接触器并断开预充接触器。
电池管理器判断电压如果大于370V，则认为预充完成，于是吸合主接触器，断开预充接触器，并发送预充完成报文，整车控制器收到预充完成报文后，发送“OK”指示灯报文通过网关转发给仪表，仪表显示并点亮OK灯，此时则上电完成，车辆处于放电模式。
步骤S108，整车控制器获得目标车速，并在目标车速与当前车速之差大于预设值之后，通过多个第二电机控制器启动多个第二轮边电机。
参阅图8所示，在一般行驶时，功率需求在130Kw左右，一套第一轮边电机可以满足整车动力需求，由于起步时车辆扭矩较大，即在开始行使时采用第一轮边电机和第二轮边电机同时工作开始驱动车辆，参阅图12所示为四轮驱动模式的原理图，第一轮边电机作为主驱动***，第二轮边电机作为辅助驱动***，在达到目标转速时，关闭第二轮边电机，第一轮边电机继续工作。到达车速v后，此时车辆仍处于加速未完成状态，车速未达到目标车速，但是需求扭矩小于N1时，关闭辅轮边驱动动力***，即采用主轮边驱动***加速或匀速行驶，保持电机高效驱动区间，若在行驶过程中松开油门踏板，制动回馈导致车速下降，参阅图11所示为两驱制动回馈时的原理图，如果踩下油门踏板，若目标车速v2存在v2-v＞A,则开启辅轮边驱动***，采用四驱加速模式，如果车速差值小于A，则不启动四驱，采用一套主轮边***驱动，参阅图10所示，为两驱驱动时的原理图。这样既能在满足实际行车要求的前提下，尽量少开启辅驱动***；在驱动时两驱和四驱切换，未保证动力的平顺，乘客的舒适性，切换前后切换后总的目标扭矩不变。
如图9所示为整车两驱和四驱切换的逻辑图。其步骤如下：
步骤S901，车辆上电完成，准备开始行驶。
步骤S902，踩下油门踏板，整车控制器判断收到油门的深度。如果没有收到油门深度信号，则继续判断。如果收到油门深度信号，则继续执行下一步。
步骤S903，计算目标车速与实际车速差值是否大于A。
步骤S904，计算整车功率需求，功率分配给两个电机控制器和两个第二电机控制器。
步骤S905，各轮边控制器收到并执行。
步骤S906，当达到目标车速V后，关闭辅第一轮边电机。
步骤S907，匀速行驶。
步骤S908，松油门踏板或踩制动踏板。
步骤S909，主轮边驱动能量回馈。
步骤S910，车速下降或停止。回到步骤S902。
加速踏板深度达到70%时,达到2个电机扭矩输出最大。加速踏板深度超过70%时，整车的总扭矩亦成正比输出，4个电机以相同的状态输出，提供整车动力。
假设加速踏板深度为70%时，总扭矩为1000N·M，单个电机扭矩输出为500N·M，当油门开度为72%时，总扭矩可能为1200N·M，单个电机输出为300N·M。
加速踏板深度返回到达到50%时,达到2个电机扭矩输出最大。油门开度超过70%时，整车的总扭矩亦成正比输出，4个电机以相同的状态输出，提供整车动力。
假设油门开度为50%时，总扭矩为800N·M，单个电机扭矩输出为400N·M。则退回到两驱模式，这样可以保证驱动的效率。
步骤S109，整车控制器根据电动客车的转动角度计算内侧车轮和外侧车轮的车速，并根据内侧车轮和外侧车轮的车速分别对内侧车轮对应的第一轮边电机和第二轮边电机和外部车轮对应的第一轮边电机和第二轮边电机进行控制。
在本发明的实施例中，整车控制器还用于根据电动客车的转动角度计算内侧车轮和外侧车轮的车速，并根据内侧车轮和外侧车轮的车速分别对内侧车轮对应的第一轮边电机和第二轮边电机和外部车轮对应的第一轮边电机和第二轮边电机进行控制。
在传统汽车转弯或行驶在不平路面上时，左右驱动轮须以不同的转速滚动，传统汽车是通过机械差速器来实现这个功能，差速器内摩擦力矩很小，可近似认为左右半轴的转矩是平均分配的，所以在我们轮边四驱差速***中，同样可以采用这样的方案，即给定四个电机相同的扭矩，但是给予转弯内侧和外侧不同的转速，来实现差速的目的。
如图13所示为四驱巴士模型，角度β为转动轴线上瞬心到内侧轮的角度，δ为转动轴线上瞬心到外侧轮的角度，对于同一款车型，这两个角度是一个已知值，L3为车轮的轴距，L1为车主、辅轮边驱动桥的中轴到前轮轴距，W1为车辆转弯时的角速度,v1 v2 v3 v4为四个驱动轮的轮速，因为转弯的轴线在主、辅轮边驱动桥的中轴上，所以可以得知v1=v3,v2=v4；
在有方向盘角度为α的情况下ω0：
L2=L1/tanα-L3/2               （1）
v1=ω0γ1=L2/cosβ×ω0        （2）
v2=ω0γ2=(L2+L3)/cosδ×ω0   （3）
由式1、2、3计算出内侧和外侧的目标车速后，通过公式可以计算得到每一个电机对应的转速Nm。
Pm=Tm×Nm/9550
其中P为电机功率(Kw)，T为电机扭矩(N×M)，N为电机转速rpm，再将相应踏板深度对应的扭矩输入以及车速，计算出第一轮边电机和第二轮边电机需求的功率。
参阅图14所示为整车差速控制的流程图。其步骤如下：
步骤S1401,车辆正常行驶。
步骤S1402,判断是否有转向的意图。如果没有，则继续判断。如果有，则继续执行下一步。
步骤S1403,计算转动的角度及转动的方向。
步骤S1404,计算瞬心到车的直线距离。
步骤S1405,计算内侧车轮车速和外侧车轮车速。
步骤S1406,计算电机的目标转速。
步骤S1407,计算每个电机的功率需求。
步骤S1408,通过油门深度信号计算目标车速及扭矩。
根据本发明实施例的电动客车的驱动***能够有效地解决双层或者加长的纯电动客车的动力不足问题，同时应用轮毂电机实现四轮驱动，可以兼备电动汽车和四驱***各自的优点，同时通过左右轮毂电机的独立控制及时调整作用在左右轮上的扭矩大小，可以提高驱动效率，改善横向摆动，更有效地发挥轮胎牵引与转向力，获得较高的稳定性与行车安全性，能使车辆能够按照驾驶者意愿正常行驶，满足行车需求。并且该方法的设计充分考虑了实际操作难度，投资少，易实行产业化。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备（如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***）使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (16)

1.一种电动客车的驱动***，其特征在于，包括： 
动力电池； 
与所述动力电池相连的多个第一轮边电机； 
控制所述多个第一轮边电机的多个第一电机控制器； 
与所述动力电池相连的多个第二轮边电机； 
控制所述多个第二轮边电机的多个第二电机控制器；以及 
整车控制器，所述整车控制器分别与所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器相连，所述整车控制器在所述电动客车运行过程中通过所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器控制所述多个第一轮边电机和多个第二轮边电机启动和切换工作。 
2.如权利要求1所述的电动客车的驱动***，其特征在于，所述整车控制器还用于在所述电动客车启动过程中通过所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器控制所述多个第一轮边电机和多个第二轮边电机均启动。 
3.如权利要求1所述的电动客车的驱动***，其特征在于，所述整车控制器还用于在所述电动客车的车速的变化率小于预设值之后，通过所述多个第二电机控制器关闭所述多个第二轮边电机。 
4.如权利要求1-3任一项所述的电动客车的驱动***，其特征在于，还包括： 
电池管理器，用于在所述电动客车上电之后，断开主接触器并闭合预充接触器，以通过所述动力电池为所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器进行预充电，以及实时监测所述动力电池的电量，如果电量充足，则所述第一轮边电机和所述第二轮边电机根据计算得到的功率输出动力，如果电量不足，则所述第一轮边电机和所述第二轮边电机以预设最大功率 输出动力。 
5.如权利要求4所述的电动客车的驱动***，其特征在于，所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器还用于检测母线电压，并通过所述整车控制器反馈至所述电池管理器。 
6.如权利要求5所述的电动客车的驱动***，其特征在于，所述电池管理器还用于在根据所述母线电压判断对所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器完成预充电之后，闭合所述主接触器并断开所述预充接触器。 
7.如权利要求1-6任一项所述的电动客车的驱动***，其特征在于，所述整车控制器还用于获得目标车速，并在所述目标车速与当前车速之差大于预设值之后，通过所述多个第二电机控制器启动所述多个第二轮边电机。 
8.如权利要求1-7任一项所述的电动客车的驱动***，其特征在于，所述整车控制器还用于根据所述电动客车的转动角度计算内侧车轮和外侧车轮的车速，并根据所述内侧车轮和外侧车轮的车速分别对所述内侧车轮对应的第一轮边电机和第二轮边电机和所述外部车轮对应的第一轮边电机和第二轮边电机进行控制。 
9.一种电动客车的驱动控制方法，其特征在于，所述电动客车包括动力电池、与所述动力电池相连的多个第一轮边电机、用于控制所述多个驱动电机的多个第一电机控制器、与所述动力电池相连的多个第二轮边电机、用于控制所述多个第二轮边电机的多个第二电机控制器和整车控制器，所述驱动控制方法包括如下步骤： 
所述整车控制器检测所述电动客车是否启动； 
如果启动，则所述整车控制器向所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器发送驱动控制信号；以及 
所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器在接收到所述驱动控 制信号时，分别控制所述多个第一轮边电机和多个第二轮边电机启动和切换工作。 
10.如权利要求9所述的电动客车的驱动控制方法，其特征在于，所述整车控制器在所述电动客车启动过程中通过所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器控制所述多个第一轮边电机和多个第二轮边电机均启动。 
11.如权利要求10所述的电动客车的驱动控制方法，其特征在于，所述整车控制器在所述电动客车的车速的变化率小于预设值之后，通过所述多个第二电机控制器关闭所述多个第二轮边电机。 
12.如权利要求9-11任一项所述的电动客车的驱动控制方法，其特征在于，在所述电动客车上电之后，所述电动客车的电池管理器断开主接触器并闭合预充接触器，以通过所述动力电池为所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器进行预充电，以及实时监测所述动力电池的电量，如果电量充足，则所述第一电机和所述第二轮边电机根据计算得到的功率输出动力，如果电量不足，则所述第一电机和所述第二轮边电机以预设最大功率输出动力。 
13.如权利要求12所述的电动客车的驱动控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器检测母线电压，并通过所述整车控制器反馈至所述电池管理器。 
14.如权利要求13所述的电动客车的驱动控制方法，其特征在于，所述电池管理器在根据所述母线电压判断对所述多个第一电机控制器和多个第二电机控制器完成预充电之后，闭合所述主接触器并断开所述预充接触器。 
15.如权利要求9-14任一项所述的电动客车的驱动控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：所述整车控制器获得目标车速，并在所述目标车速与当前车速之差大于预设值之后，通过所述多个第二电机控制器启动所 述多个第二轮边电机。 
16.如权利要求9-15任一项所述的电动客车的驱动控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：所述整车控制器根据所述电动客车的转动角度计算内侧车轮和外侧车轮的车速，并根据所述内侧车轮和外侧车轮的车速分别对所述内侧车轮对应的第一轮边电机和第二轮边电机和所述外部车轮对应的第一轮边电机和第二轮边电机进行控制。 
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