CN111717042B - 一种分布式驱动电动汽车电机相位控制***及方法 - Google Patents

一种分布式驱动电动汽车电机相位控制***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种分布式驱动电动汽车电机转子相位控制***及方法，属于电机控制技术领域。该控制***主要包括相位差计算器、速度计算器、控制判断器、控制选择器、相位差控制器、逻辑控制器。首先通过控制判断器确定该控制***起作用的时刻；通过相位差计算器计算出同轴左右车轮电机转子的相对位置差值与速度计算器获得的同轴两侧电机速度关系，控制选择器选择要控制的电机；将相位差值通过相位差控制器转换成控制电机的逻辑控制信号与其他的控制信号共同控制电机，最终消除两电机的相对位置差值。本发明可以很好的修正分布式驱动电动汽车同轴左右轮电机转子的相对位置差，提高汽车直线行驶操纵性能。

Description

一种分布式驱动电动汽车电机相位控制***及方法
技术领域
本发明涉及电动汽车电机控制***领域，尤其涉及分布式驱动电动汽车电机相位控制***及方法。
背景技术
分布式驱动电动汽车去除了传统的内燃机和复杂的动力传动结构，用动力电池和电动机取而代之。分布式驱动电动汽车将电动机分置于四个车轮上，使其动力传动***变得更加简单，传递效率更高。然而，分置在四个车轮上的电机很难保证输出转矩相同，如果在直线行驶时，同轴两车轮的电机输出的转矩不相同，将对汽车直线行驶稳定性造成的影响。
电动机的转子所处的位置不同，电动机输出的转矩大小将有所不同。如果分布式电动汽车左右轮电机的转子位置不相同，存在一定的相位角度差值，就会造成在同一时刻车轮输出的转矩不相同。这种相位角度差值的存在会影响汽车的操纵稳定性，汽车在直线行驶过程中容易出现跑偏现象。目前，并没有对由于同轴车轮电机转子相对位置不同而产生不同的转矩这方面的研究，更没有解决相应问题的有效方法。因此，基于此种情况本发明提出了一种分布式驱动电动汽车电机相位控制***及方法，这种控制***可以很好的修正分布式驱动电动汽车左右电机间的相位角度差值，提高汽车的直线行驶的操纵稳定性。
发明内容
本发明的目的在于解决由于分布式驱动电动汽车同轴左右车轮电机相位角度差值的存在导致汽车同轴左右车轮的转矩不相同，在直线行驶过程中发生跑偏现象的问题，提出了一种分布式驱动电动汽车电机相位控制***及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种分布式驱动电动汽车电机相位控制***包括相位差计算器、速度计算器、控制判断器、控制选择器、相位差控制器、逻辑控制器。
相位差计算器从同轴左右轮电机中分别获取电机定子和转子的位置关系，通过比较两个电机，确定左右两电机同一时刻的转子相对位置关系。经计算所得到的相位角度差值的范围为：
Figure GSB0000204452800000011
其中，θ为两驱动电机的相位角度差值范围，“+”表示左车轮电机转子位置超前右车轮电机转子位置，“-”表示左车轮电机转子位置滞后右车轮电机转子位置，m为电机的相数，Nr为电机转子齿极数。
速度计算器从车轮中获得左右两电机的转速，通过比较确定两电机的转速关系。
控制判断器确定所述控制***起作用的时刻，通过方向盘转角判断驾驶员的操纵意图，当汽车进入到直线行驶时，对同轴左右驱动电机的相位差进行调节。汽车在直线行驶时，也会对会方向盘进行小转角的修正，该控制***将忽略这种小转角的修正，认为汽车仍为直线行驶。
控制选择器通过相位差计算器和速度计算器所提供的左右轮驱动电机相位差信号和转速信号，选择控制的驱动电机。
左右轮电机调节的关系如下所示：
(1)若两车轮电机转速相同，不调节；
(2)若左车轮电机转速大于右车轮电机转速，且左车轮电机相位超前，左轮减速；
(3)若左车轮电机转速大于右车轮电机转速，且右车轮电机相位超前，不调节；
(4)若右车轮电机转速大于左车轮电机转速，且右车轮电机相位超前，右轮减速；
(5)若右车轮电机转速大于左车轮电机转速，且左车轮电机相位超前，不调节。
相位差控制器根据控制选择器中输出的电机选择信号和相位差值，通过PWM调节，得到调节电机的控制逻辑信号。
相位差控制器中包含3个相位差PWM控制器，根据相位差所处的不同区间选择不同的相位差PWM控制器。然后对相位差通过PWM调节，转换成电机的控制信号，对车轮电机实施控制。
逻辑控制器将由加速踏板输出的转矩控制信号、根据电机的开通角和关断角得到的角度控制信号以及由相位差控制器输出的相位差调节信号三个信号通过逻辑关系对电动机进行调节。
本发明的有益效果为：
目前并没有针对由于分布式驱动电动汽车同轴左右车轮电机相位角度差值的存在导致汽车同轴左右车轮的转矩不相同，在直线行驶过程中发生跑偏现象这一问题作出相应的研究，更没有提出相应的控制***及方法。本发明致力解决这一问题，并且提出了分布式驱动电动汽车电机相位控制***，对汽车直线行驶操纵性能有很好的改善效果。通过仿真实验显示该控制***能够及时、有效地计算出汽车同轴左右轮电机的相位角度差值，并且可以准确地选择出所要控制的电机，将相位差经过PWM调节后得到的控制信号与所要控制电机的控制信号共同作用，调节电机自身，最终使同轴两电机转子的相位角度差值趋向于零，两电机在相同时刻输出的转矩相同，有效地调节了汽车的直线行驶跑偏现象。
附图说明
图1为本发明所述实施方式所述的分布式驱动电动汽车电机相位控制***图。其中，n1、n2分别是同轴左右车轮电机转速，θ1、θ2分别是同轴左右车轮电机的相位角。
图2为本发明选择控制驱动电机策略流程图。
图3为汽车进入到直线行驶后，同轴两侧电机的相位差值的变化曲线。
图4为有无电机相位控制***的分布式驱动电动汽车横摆角速度对比图。
图5为消除相位差后同轴两侧电机的转矩对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明涉及一种分布式驱动电动汽车电机相位控制***及方法，控制结构框图如图1所示。为了便于说明，将分布式驱动电动汽车简化成左轮驱动和右轮驱动电动汽车。电动汽车动力***左右两边各连个一个开关磁阻驱动电机，分别命名为左轮驱动电机和右轮驱动电机。左右轮驱动电机分别连接左右轮功率变换器，将逻辑控制信号输入到功率变换器中，对电机实施控制。
分布式驱动电动汽车电机相位控制***主要包括相位差计算器、速度计算器、控制判断器、控制选择器、相位差控制器、逻辑控制器。
通过相位差计算器计算出分布式驱动电动汽车同轴左右两驱动电机转子同一时刻的相位角度差值。由于开关磁阻驱动电机的定子齿极数和转子齿极数不同，所以控制的相位差也有所不同。经计算所得到的相位差的范围为：
Figure GSB0000204452800000031
其中，θ为两驱动电机的相对位置差值，“+”表示左车轮电机转子位置超前右车轮电机转子位置，“-”表示左车轮电机转子位置滞后右车轮电机转子位置，m为电机的相数，Nr为电机转子齿极数。
以两个四相8/6开关磁阻电机为例，两个电机运行过程中的相位差值为0～±15，相位调节的过程中就是把相位差趋向于0。
速度计算器通过速度传感器得到左右两轮的电机的转速，对两个速度进行比较。
控制判断器确定所述控制***起作用的时刻，通过方向盘转角判断驾驶员的操纵意图，当汽车进入到直线行驶时，对同轴左右驱动电机的相位差进行调节。汽车在直线行驶时，也会对会方向盘进行小转角的修正，该控制***将忽略这种小转角的修正，认为汽车仍为直线行驶。当汽车转向行驶时，方向盘为大角度转动，则停止对同轴电机相位差的控制。
控制选择器根据同轴左右两电机的转速和两电机转子的相对位置关系，选择需要调节的电机，并且输出相应的相位调节量。图2为本发明选择控制驱动电机策略流程图。其中，n1为左轮驱动电机转速，n2为右轮驱动电机转速；θ为相位角度差值，θ大于零表示车轮电机转子位置超前右车轮电机转子，右轮电机转子位置滞后左轮电机转子位置；θ小于零，右轮电机转子位置超前左轮电机转子位置，左轮电机转子位置滞后右轮电机转子位置。
如果两电机的转速相同，则不需要对电机进行控制；如果左轮电机转速大于右轮电机转速，且左轮电机转子位置超前右轮电机转子位置，控制左轮电机减速；如果左轮电机转速大于右轮电机转速，且右轮电机转子位置超前左轮电机转子位置，不进行调节；如果右轮电机转速大于左轮电机转速，且右轮电机电机转子位置超前左轮电机转子位置，控制右轮电机减速；如果右轮电机转速大于左轮电机转速，且左轮电机转子位置超前右轮电机转子位置，不进行调节。
将选择控制驱动电机的策略与相位差结合在一起输入到相位差控制器中，对相位差进行PWM调节。由于相位差在区间范围内变化，相位差的大小将影响电机的控制速度和稳定性，因此根据不同的相位差大小进行不同的相位差PWM调节。如图1所示的相位差可控制器为3个相位差PWM控制器，将相位差划分为三个区间，对不同区间的相位差选择不同的相位差PWM控制器。
将从相位差控制器中输出的控制信号与由加速踏板输出的转矩控制信号以及根据开关磁阻电机的开通角和关断角得到的角度控制信号进行逻辑判断得到逻辑控制信号，控制驱动电机。
假设汽车转向后恢复到直线行驶，由于转向时左右车轮转速不同，导致恢复到直线行驶时驱动电机转子的相对位置发生改变。此时的汽车车速为50km/h，同轴两侧电机的相位差为10°，将方向盘转角保持在0°不变，汽车进入到直线行驶工况。
图3是汽车进入到直线行驶后，同轴两侧电机的相位差值的变化曲线。如图所示，最初同轴两侧电机的相位差为10°，经过电机相位控制***的调节后，两电机的相位差逐渐趋近于零，最后维持在零附近。
图4是有无电机相位控制***的分布式驱动电动汽车横摆角速度对比图。有无电机相位控制***的分布式驱动电动汽车起始的电机相位差都为10°，无电机相位控制***的汽车由于相位差的存在，直线行驶时横摆角速度较大，而有电机相位控制***的汽车消除相位差后，横摆角速度明显减小。
图5是消除相位差后同轴两侧电机的转矩对比图。从图中可以明显地看出两电机输出转矩几乎相同，这也是导致消除相位差后汽车的横摆角速度明显减小的原因。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种分布式驱动电动汽车电机相位控制***，其特征在于，通过调整分布式驱动电动汽车同轴左右轮电机转子的相位关系，改变汽车的直线行驶的操纵稳定性能，该***包括相位差计算器、速度计算器、控制判断器、控制选择器、相位差控制器、逻辑控制器；
所述相位差计算器从同轴左右轮电机中分别获取电机定子和转子的位置关系，通过比较两个电机，确定左右两电机的转子相对位置关系；
所述速度计算器从车轮中获得左右两电机的转速，通过比较确定两电机的转速关系；
所述控制判断器确定所述控制***起作用的时刻；
所述控制选择器通过相位差计算器和速度计算器所提供的左右轮驱动电机相位差信号和转速信号，选择控制的驱动电机；
所述相位差控制器将从控制选择器中输出的电机选择信号和相位差值，通过PWM调节，得到调节电机的控制逻辑信号；
所述逻辑控制器将转矩控制器、角度信号控制器和相位差控制器三者的信号进行逻辑判断，从而实现对电机的控制；
所述相位差是指分布式驱动电动汽车同轴车轮电机转子在同一时刻的相对位置差；
左右轮电机调节的关系如下所示：
(1)若两车轮电机转速相同，不调节；
(2)若左车轮电机转速大于右车轮电机转速，且左车轮电机相位超前，左轮减速；
(3)若左车轮电机转速大于右车轮电机转速，且右车轮电机相位超前，不调节；
(4)若右车轮电机转速大于左车轮电机转速，且右车轮电机相位超前，右轮减速；
(5)若右车轮电机转速大于左车轮电机转速，且左车轮电机相位超前，不调节。
2.根据权利要求1所述的分布式驱动电动汽车电机相位控制***，其特征在于，经计算所得到的相对位置差值的范围为：
Figure QLYQS_1
其中，θ为两驱动电机的相对位置差值，“+”表示左车轮电机转子位置超前右车轮电机转子位置，“-”表示左车轮电机转子位置滞后右车轮电机转子位置，m为电机的相数，Nr为电机转子齿极数。
3.根据权利要求1所述的分布式驱动电动汽车电机相位控制***，其特征在于，所述相位差控制器中包含3个相位差PWM控制器，根据相位差所处的不同区间选择不同的相位差PWM控制器，然后对相位差通过PWM调节，转换成电机的调节信号，对车轮电机实施控制。
4.根据权利要求1所述的分布式驱动电动汽车电机相位控制***，其特征在于，将由加速踏板输出的转矩控制信号、根据电机的开通角和关断角得到的角度控制信号以及由相位差控制器输出的相位差调节信号三个信号通过逻辑控制器对电动机进行调节。
5.一种分布式驱动电动汽车电机相位控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-4任一项所述的分布式驱动电动汽车电机相位控制***。
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