CN109795339B - 一种纯电动汽车驱动防滑***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纯电动汽车驱动防滑***及控制方法，***包括有MCU综合驱动控制器、驱动电机以及轮速检测装置；轮速检测装置设置于车轮上，与MCU综合驱动控制器通信连接；驱动电机与MCU综合驱动控制器通信连接，用于驱动车轮；轮速检测装置用于检测车轮的轮速和/或加速度，并传输至MCU综合驱动控制器；MCU综合驱动控制器接收轮速和/或加速度，并计算滑移率；当滑移率或加速度超出阈值时，MCU综合驱动控制器触发驱动防滑功能，通过调节驱动电机的扭矩从而保证车辆总体动力性；本发明提供的方案控制模块少、可靠性高，不需要ESP模块即可实现TCS功能，开发周期短、硬件和软件成本均大幅度降低。
Description
技术领域
本发明属于纯电动汽车技术领域，具体涉及一种纯电动汽车驱动防滑***及控制方法。
背景技术
现有的电动汽车传统的驱动防滑控制功能（TCS）是基于ESP***，由车身电子稳定（ESP）***判断车辆的打滑状态并计算TCS功能介入后的扭矩，将请求扭矩通过CAN网络发送给整车控制器（VCU），由VCU判断车辆当前车辆状态后对扭矩进行仲裁，再由VCU将仲裁后的扭矩发送给电机控制器（MCU），MCU控制电机执行VCU的请求扭矩并将实际扭矩反馈至ESP控制***，ESP控制***根据车辆打滑状态和MCU反馈的实际扭矩做进一步判断计算，在下一个CAN通讯周期继续将计算后的请求扭矩发送给VCU；此传统方案涉及的控制模块为ESP、VCU和MCU，结构相对复杂，并且存在以下弊端：
第一，控制器相互之间利用CAN网络进行通讯，通讯周期长，控制有延时，TCS功能无法达到最优效果，仍会感受到明显的车辆打滑；
第二，该方案涉及控制器较多，其中之一出现问题，功能即无法实现，该方案的可靠性低，第三，ESP硬件和软件价格较高，且需经过冬季标定和夏季标定，功能实现成本较高、开发周期长。
发明内容
本发明设计了一种纯电动汽车驱动防滑***及控制方法，其解决了现有纯电动汽车驱动防结构复杂、成本高的问题。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种纯电动汽车驱动防滑***，包括有MCU综合驱动控制器、驱动电机以及轮速检测装置；轮速检测装置设置于车轮上，并与MCU综合驱动控制器通信连接；驱动电机与MCU综合驱动控制器通信连接，用于驱动车轮；轮速检测装置用于检测车轮的轮速和/或加速度，并传输至MCU综合驱动控制器；MCU综合驱动控制器接收轮速和/或加速度，并计算滑移率；当滑移率或加速度超出阈值时，MCU综合驱动控制器触发驱动防滑功能，并通过调节驱动电机的扭矩从而保证车辆总体动力性。
进一步地，MCU综合驱动控制器实时计算地面附着力；当滑移率超出阈值时，MCU综合驱动控制器以地面附着力对驱动电机进行扭矩调节。
进一步地，纯电动汽车驱动防滑***还包括有BMS动力电池控制***及动力高压电池；BMS动力电池控制***通过CAN总线与MCU综合驱动控制器通信连接；动力高压电池与MCU综合驱动控制器电气连接；BMS动力电池控制***用于向MCU综合驱动控制器提供最大持续放电功率、最大瞬时放电功率、实时电量、最低单体电压和故障信息；动力高压电池用于向整车提供动力电源。
进一步地，驱动电机包括有第一电机和第二电机；车轮包括有前轮和后轮；第一电机通过减速器与前轮驱动连接，用于驱动前轮；第二电机通过减速器与后轮驱动连接，用于驱动后轮；轮速检测装置分别设置于前轮和后轮上。
进一步地，轮速检测装置为霍尔式轮速传感器或GPS导航模块；霍尔式轮速传感器用于检测车轮的轮速和/或加速度；GPS导航模块用于检测车轮的轮速。
相应地，本发明还提供一种纯电动汽车驱动防滑控制方法，包括有上述所述的纯电动汽车驱动防滑***；还包括有以下步骤：
S1：轮速检测装置检测纯电动汽车车轮的轮速和/或加速度，并传输至MCU综合驱动控制器；
S2：MCU综合驱动控制器根据轮速计算车轮的滑移率；
S3：当滑移率或加速度超出阈值时，MCU综合驱动控制器触发驱动防滑功能；
S4：MCU综合驱动控制器通过调节驱动电机的扭矩从而保证车辆总体动力性。
该发明提供的纯电动汽车驱动防滑***及控制方法具有以下有益效果：
MCU驱动综合控制器单独实现TCS功能，MCU驱动综合控制器直接通过四个轮速传感器判断车辆打滑状态，综合电池和电机的当前状态和路面附着力，计算驱动防滑扭矩后直接控制电机执行计算扭矩，实现TCS功能；此方案去除了各控制模块之间的CAN网络通讯时间，扭矩响应速度更快、驱动防滑控制效果更佳；本发明提供的控制***具有控制模块少、可靠性高，不需要ESP模块即可实现TCS功能，无需ESP开发过程所需的冬季标定和夏季标定，开发周期短、硬件和软件成本均大幅度降低。
附图说明
图1：本发明一种纯电动汽车驱动防滑***结构示意图；
图2：本发明一种纯电动汽车驱动防滑控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步说明：
图1示出了一种纯电动汽车驱动防滑***，包括有MCU综合驱动控制器、驱动电机以及轮速检测装置；MCU综合驱动控制器的功能包括纯电动汽车的车辆控制器及电机控制器的主要功能，其功能包括车辆档位控制功能、行驶动力计算及仲裁功能、电机驱动控制功能、高低压附件控制功能、高压功率分配功能、能量回收控制功能以及续航里程计算功能等；轮速检测装置设置于纯电动汽车的车轮上，并与MCU综合驱动控制器通信连接；具体地，轮速检测装置通过硬线与MCU综合驱动控制器连接，具有传输速度快、检测精度高的特点，可以更快、更可靠地检测到四轮轮速的变化，并判断打滑状态是否发生；驱动电机与MCU综合驱动控制器通信连接，用于驱动车轮；具体地，驱动电机与MCU综合驱动控制器通过通过三相高压线束连接，MCU综合驱动控制器通过改变三线交流电来控制驱动电机执行不同的扭矩，这样响应速度快、控制精度高；轮速检测装置用于检测车轮的轮速和/或加速度，并传输至MCU综合驱动控制器；MCU综合驱动控制器接收轮速和/或加速度，并计算滑移率；当滑移率或加速度超出阈值时，MCU综合驱动控制器触发驱动防滑功能，并通过调节驱动电机的扭矩从而保证车辆总体动力性；具体地， MCU综合驱动控制器还实时计算地面附着力；当滑移率超出阈值时， MCU综合驱动控制器以地面附着力为基础对驱动电机进行扭矩调节；具体地，当MCU综合驱动控制器触发驱动防滑功能，同时根据实时计算的地面附着力，迅速分别控制前后驱动电机进行扭矩调节，以当前地面附着力为基础进行扭矩调节，以迅速结束车辆打滑状态并防止打滑的基础上，最大限度地响应驾驶员的大扭矩，保证车辆的动力性。
优选地，结合上述方案，如图1所示，本实施例中，纯电动汽车驱动防滑***还包括有BMS动力电池控制***及动力高压电池；BMS动力电池控制***通过CAN总线与MCU综合驱动控制器通信连接；动力高压电池与MCU综合驱动控制器通过直流高压线束电气连接；BMS动力电池控制***用于向MCU综合驱动控制器提供最大持续放电功率、最大瞬时放电功率、实时电量、最低单体电压和故障信息；计算出动力电池允许的最大放电功率P电池，并实时监控电池故障状态；另一方面通过硬线监控两个驱动电机的实时状态和MCU综合驱动控制内部驱动控制器的状态，计算驱动电机最大驱动功率P第一电机和P第二电机，综合P电池、P第一电机和P第二电机；根据公式综合P= P第一电机+P第二电机计算出第一电机（即电机1）和第二电机（即电机2）实时的最大驱动功率；具体地扭矩根据P=T*n计算；动力高压电池用于向整车提供动力电源。
优选地，结合上述方案，如图1所示，本实施例中，驱动电机包括有第一电机和第二电机；车轮包括有前轮和后轮；第一电机通过减速器与前轮驱动连接，用于驱动前轮；第二电机通过减速器与后轮驱动连接，用于驱动后轮；轮速检测装置分别设置于前轮和后轮上，用于前轮和后轮的轮速和加速度。
优选地，结合上述方案，如图1所示，本实施例中，轮速检测装置为霍尔式轮速传感器或GPS导航模块；霍尔式轮速传感器用于检测车轮的轮速和/或加速度；GPS导航模块用于检测车轮的轮速；霍尔式轮速传感器由传感头和齿圈组成，其中传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成；霍尔式轮速传感器具有输出信号电压振幅值不受转速的影响、频率响应高、抗电磁波干扰能力强的优点；具体地，MCU综合驱动控制器通过霍尔式轮速传感器反馈的电压，换算成当前各个车轮的轮速，并进行滤波处理，屏蔽毛刺和信号干扰；各个车轮滑移率的计算方法为：因车辆为四驱动力，每个车轮均有动力输出，四个车轮均有可能发生打滑，正常情况下以最低转速的车轮为基准轮速，默认该轮速换算后的车速为车辆真实车速；对于特殊工况，四个车轮均发生打滑，MCU综合驱动控制器根据车辆当前输出扭矩和当前坡度设置临界轮速加速度，当车轮轮速的加速度超过该临界轮速加速度时，判断四个车轮均打滑；此时若有GPS模块导航车速，以GPS模块导航车速为基准轮速计算滑移率，若无GPS模块导航车速，则前后驱动电机均以固定梯度降低扭矩。
相应地，结合上述方案，如图2所示，本发明还提供一种纯电动汽车驱动防滑控制方法，包括有上述所述的纯电动汽车驱动防滑***；还包括有以下步骤：
S1：轮速检测装置检测纯电动汽车车轮的轮速和/或加速度，并传输至MCU综合驱动控制器；
S2：MCU综合驱动控制器根据轮速计算车轮的滑移率；
S3：当滑移率或加速度超出阈值时，MCU综合驱动控制器触发驱动防滑功能；
S4：MCU综合驱动控制器通过调节驱动电机的扭矩从而保证车辆总体动力性。
优选地，结合上述方案，如图2所示，本实施例中，S1步骤中，轮速检测装置为霍尔式轮速传感器或GPS导航模块；霍尔式轮速传感器用于检测车轮的轮速和/或加速度；GPS导航模块用于检测车轮的轮速。
优选地，结合上述方案，如图2所示，本实施例中，S1步骤前还包括以下步骤：
S10：MCU综合驱动控制器计算驱动电机能够执行的最大驱动扭矩。
优选地，结合上述方案，如图2所示，本实施例中，S2步骤前还包括以下步骤：
S20：所述MCU综合驱动控制器计算地面附着力；具体为，当计算某车轮的滑移率大于阈值1时，锁存当前X毫秒时刻对应驱动电机执行的扭矩，作为实时的地面能够支撑的附着扭矩，即地面附着力。
优选地，结合上述方案，如图2所示，本实施例中，S4步骤中，扭矩调节速度需满足在100ms内从峰值扭矩降低至0，需满足在100ms内从0增大至峰值扭矩。
优选地，结合上述方案，如图2所示，本实施例中，S3步骤中，当车轮的滑移率大于阈值1时，锁存当前时刻车轮对应驱动电机执行的扭矩，作为地面能够支撑的地面附着力；具体为MCU综合驱动控制器实时检测滑移率，当某车轮的滑移率大于阈值1时，锁存当前X毫秒时刻对应驱动电机执行的扭矩，作为实时的地面能够支撑的地面附着力。
优选地，结合上述方案，如图2所示，本实施例中，S4步骤中，MCU综合驱动控制器根据目标滑移率和当前滑移率的差值进行扭矩调节；具体地，当触发驱动防滑功能，MCU综合驱动控制器迅速分别控制前后驱动电机进行扭矩调节，以当前地面附着力为基础，以目标滑移率等于0为控制目标，根据目标滑移率和当前滑移率的差值进行PI扭矩调节，同时对未发生打滑车轮侧的驱动电机适当尝试性增加扭矩，保证车辆总体的动力性；具体地扭矩根据P=T*n计算。
优选地，结合上述方案，如图2所示，本实施例中，S4步骤中，MCU综合驱动控制器以一定梯度逐渐增大扭矩，并实时监控滑移率；若滑移率明显增大，则在若干周期内不增大扭矩；MCU综合驱动控制器中的的软、硬件运行周期，因车速上升，车辆的阻力增大，且存在车辆已进入高附路面的可能性，MCU需以最大限度地响应驾驶员的大扭矩，保证车辆的动力性；对于为保证打滑状态检测的及时性以及控制电机的速度，MCU综合驱动控制器软件计算周期为40微秒以下。
优选地，结合上述方案，如图2所示，本实施例中，S4步骤后还包括以下步骤：
S5：MCU综合驱动控制器调节驱动电机的扭矩，直至滑移率或加速度等于零，MCU综合驱动控制器退出驱动防滑功能；具体地，当退出驱动防滑功能后，恢复实时响应驾驶员的扭矩；退出驱动防滑功能后不可瞬间响应驾驶员的大扭矩，应当以一定梯度增大至驾驶员请求扭矩，保证动力性不发生突变，保证驾驶安全性；
当MCU综合驱动控制器退出驱动防滑功能时，MCU综合驱动控制器以特定梯度增大至驾驶员的请求扭矩；和/或,
S4步骤中，当滑移率增大时，MCU综合驱动控制器降低相应驱动电机的扭矩；当滑移率有减小至接近零的趋势，MCU综合驱动控制器增大相应驱动电机的扭矩。
优选地，结合上述方案，如图2所示，本实施例中，S1步骤中，轮速检测装置分别设置于纯电动汽车车轮各个车轮上，并分别检测各个车轮的轮速和/或加速度；
S2步骤中，MCU综合驱动控制器分别计算各个车轮的滑移率；
S3步骤中，MCU综合驱动控制器根据各个车轮的滑移率或加速度判断各个车轮是否打滑；
当只有前轮或后轮打滑时，MCU综合驱动控制器降低相应一个驱动电机的扭矩，增大另一个驱动电机的扭矩；
当前车轮和后车轮全部打滑时，MCU综合驱动控制器同时调节相应地驱动电机的扭矩。
优选地，结合上述方案，当MCU综合驱动控制器第一次触发驱动防滑功能时，滑移率的阈值设置为80%；当MCU综合驱动控制器第二次触发驱动防滑功能时，滑移率的阈值设置为20%；第一次触发和第二次触发间隔8秒至12秒，优选为10秒；具体地，当滑移率超过阈值时，MCU综合驱动控制器判断打滑发生，短时间内初次判断驱动防滑触发的阈值需设置较大，以防止误触发，第一侧驱动防滑功能退出后10秒内，再次触发的阈值需降低，保证驱动防滑效果；退出驱动防滑的阈值接近为0，以保证在需要激活驱动防滑功能时，该功能一直有效。
本发明提供的纯电动汽车驱动防滑***及控制方法，由MCU驱动综合控制器单独实现TCS功能，MCU驱动综合控制器直接通过四个轮速传感器判断车辆打滑状态，综合电池和电机的当前状态和路面附着力，计算驱动防滑扭矩后直接控制电机执行计算扭矩，实现TCS功能；此方案去除了各控制模块之间的CAN网络通讯时间，扭矩响应速度更快、驱动防滑控制效果更佳；本发明提供的控制***具有控制模块少、可靠性高，不需要ESP模块即可实现TCS功能，无需ESP开发过程所需的冬季标定和夏季标定，开发周期短、硬件和软件成本均大幅度降低。
采用本发明提供的方案，响应时间比传统ESP更短，TCS控制效果更佳；完全不依赖于ESP硬件和软件控制***，不需要经过冬季标定和夏季标定，本功能的实现成本更低、开发周期更短。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种纯电动汽车驱动防滑***，其特征在于，包括有MCU综合驱动控制器、驱动电机以及轮速检测装置；所述轮速检测装置设置于车轮上，并与所述MCU综合驱动控制器通信连接；所述驱动电机与所述MCU综合驱动控制器通信连接，用于驱动所述车轮；所述轮速检测装置用于检测所述车轮的轮速和/或加速度，并传输至所述MCU综合驱动控制器；所述MCU综合驱动控制器接收所述轮速和/或加速度，并计算滑移率；当所述滑移率或所述加速度超出阈值时，所述MCU综合驱动控制器触发驱动防滑功能，并通过调节所述驱动电机的扭矩从而保证车辆总体动力性; 所述MCU综合驱动控制器实时计算地面附着力；当所述滑移率超出阈值时，所述MCU综合驱动控制器以所述地面附着力对所述驱动电机进行扭矩调节。
2.根据权利要求1所述的纯电动汽车驱动防滑***，其特征在于，还包括有BMS动力电池控制***及动力高压电池；所述BMS动力电池控制***通过CAN总线与所述MCU综合驱动控制器通信连接；所述动力高压电池与所述MCU综合驱动控制器电气连接；所述BMS动力电池控制***用于向所述MCU综合驱动控制器提供最大持续放电功率、最大瞬时放电功率、实时电量、最低单体电压和故障信息；所述动力高压电池用于向整车提供动力电源。
3.根据权利要求1所述的纯电动汽车驱动防滑***，其特征在于，所述驱动电机包括有第一电机和第二电机；所述车轮包括有前轮和后轮；所述第一电机通过减速器与所述前轮驱动连接，用于驱动所述前轮；所述第二电机通过减速器与所述后轮驱动连接，用于驱动所述后轮；所述轮速检测装置分别设置于所述前轮和所述后轮上。
4.根据权利要求1所述的纯电动汽车驱动防滑***，其特征在于，所述轮速检测装置为霍尔式轮速传感器或GPS导航模块；所述霍尔式轮速传感器用于检测所述车轮的轮速和/或加速度；所述GPS导航模块用于检测所述车轮的轮速。
5.一种纯电动汽车驱动防滑控制方法，其特征在于，包括有上述权利要求1所述的纯电动汽车驱动防滑***；还包括有以下步骤：
S1：轮速检测装置检测纯电动汽车车轮的轮速和/或加速度，并传输至MCU综合驱动控制器；
S2：所述MCU综合驱动控制器根据所述轮速计算所述车轮的滑移率；
S3：当所述滑移率或所述加速度超出阈值时，所述MCU综合驱动控制器触发驱动防滑功能；
S4：所述MCU综合驱动控制器通过调节所述驱动电机的扭矩从而保证车辆总体动力性;
所述S1步骤前还包括以下步骤：
S10：所述MCU综合驱动控制器计算所述驱动电机能够执行的最大驱动扭矩；和/或,
所述S2步骤前还包括以下步骤：
S20：所述MCU综合驱动控制器计算地面附着力；当所述滑移率超出阈值时，所述MCU综合驱动控制器以所述地面附着力对所述驱动电机进行扭矩调节。
6.根据权利要求5所述的纯电动汽车驱动防滑控制方法，其特征在于，所述S1步骤中，所述轮速检测装置为霍尔式轮速传感器或GPS导航模块；所述霍尔式轮速传感器用于检测所述车轮的轮速和/或加速度；所述GPS导航模块用于检测所述车轮的轮速；和/或,
所述S4步骤中，扭矩调节速度需满足在100ms内从峰值扭矩降低至0，需满足在100ms内从0增大至峰值扭矩。
7.根据权利要求5所述的纯电动汽车驱动防滑控制方法，其特征在于，所述S3步骤中，当所述车轮的滑移率大于阈值1时，锁存当前时刻所述车轮对应驱动电机执行的扭矩，作为地面能够支撑的地面附着力；和/或,
所述S4步骤中，所述MCU综合驱动控制器根据目标滑移率和当前滑移率的差值进行扭矩调节；和/或,
所述S4步骤中，所述MCU综合驱动控制器以一定梯度逐渐增大扭矩，并实时监控滑移率；若滑移率明显增大，则在若干周期内不增大扭矩；和/或,
所述S4步骤后还包括以下步骤：
S5：所述MCU综合驱动控制器调节所述驱动电机的扭矩，直至所述滑移率或所述加速度等于零，所述MCU综合驱动控制器退出驱动防滑功能；
当所述MCU综合驱动控制器退出驱动防滑功能时，所述MCU综合驱动控制器以梯度增大至驾驶员的请求扭矩；和/或,
所述S4步骤中，当所述滑移率增大时，所述MCU综合驱动控制器降低相应驱动电机的扭矩；当滑移率有减小至接近零的趋势，所述MCU综合驱动控制器增大相应驱动电机的扭矩。
8.根据权利要求5所述的纯电动汽车驱动防滑控制方法，其特征在于，所述S1步骤中，轮速检测装置分别设置于所述纯电动汽车车轮各个车轮上，并分别检测各个所述车轮的轮速和/或加速度；
所述S2步骤中，所述MCU综合驱动控制器分别计算各个所述车轮的滑移率；
所述S3步骤中，所述MCU综合驱动控制器根据各个所述车轮的所述滑移率或所述加速度判断各个所述车轮是否打滑；
当只有前轮或后轮打滑时，所述MCU综合驱动控制器降低相应一个驱动电机的扭矩，增大另一个驱动电机的扭矩；
当前车轮和后车轮全部打滑时，所述MCU综合驱动控制器同时调节相应地驱动电机的扭矩。
9.根据权利要求5所述的纯电动汽车驱动防滑控制方法，其特征在于，当所述MCU综合驱动控制器第一次触发驱动防滑功能时，所述滑移率的阈值设置为80%；当所述MCU综合驱动控制器第二次触发驱动防滑功能时，所述滑移率的阈值设置为20%；所述第一次触发和所述第二次触发间隔8秒至12秒。
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