技术领域
[0001] 本
发明涉及电动汽车的控制领域，尤其涉及对分布式驱动电动汽车的控制方法。
背景技术
[0002] 面对全球范围内日益严峻的
能源形势和环保压
力，近年来，电动汽车逐渐兴起并成为汽车发展的一大趋势。
[0003] 分布式驱动电动汽车的驱动系统如图1所示，其动力
电池1通过四个逆变器2与设置在四个
车轮3上的四个
轮毂电机4连接，并为轮毂电机4驱动车轮3转动提供电力。在分布式电动汽车行驶过程中，整车
控制器5根据检测到的车辆状态通过逆变器2向轮毂电机4发出控制指令，并由轮毂电机4向车轮3施加驱动
扭矩，使车轮3转动。由于分布式驱动电动汽车上没有装配
离合器、
变速器、
传动轴、轴间限滑
差速器和轮间差速器等传统的机械传动总成，车轮之间也没有刚性连接，且四个车轮依靠整车控制器直接向轮毂电机分配转矩而独立驱动，故当该分布式驱动电动汽车在对开路面上
加速行驶时，一旦该对开路面的一侧路面的附着系数过低，该电动汽车位于该低附着路面上的车轮易发生滑转。如图2所示，当车轮的滑转率大于20％时，电动汽车进入滑转非稳定区，导致车轮与路面之间附着系数降低，尤其是车轮与路面之间的横向附着系数急剧下降，进而导致电动汽车发生横摆，使电动汽车的行驶
稳定性遭到破坏。
发明内容
[0004] 为避免电动汽车在对开路面上行驶时，因对开路面的一侧路面附着系数过低而导致电动汽车的车轮发生滑转，电动汽车发生横摆而不稳定，本发明提出一种分布式驱动电动汽车的控制方法，所述电动汽车的整车控制器采集所述电动汽车的车速v、四个车轮的转速ω，并分别计算出所述四个车轮的滑转率λ；
[0005] 当所述四个车轮中有车轮Wi发生滑转，且该滑转车轮Wi的滑转率λi大于滑转控制目标值λ0时，所述整车控制器采用PID闭环控制对所述滑转车轮Wi的驱动转矩进行调节，使所述滑转车轮Wi的滑转率λi趋近所述滑转控制目标值λ0，并对该滑转车轮Wi的同轴车轮Wi'的转速ωi'进行调节，使该同轴车轮Wi'的转速ωi'与所述滑转车轮Wi的转速ωi相等；
[0006] 当所述四个车轮的滑转率λ均不大于所述滑转控制目标值λ0时，所述整车控制器根据驾驶员的驾驶要求采用相应的控
制模式对所述电动汽车进行控制。
[0007] 采用本发明控制方法对行驶在对开路面上的电动汽车进行稳定性控制时，通过PID闭环控制使电动汽车可能发生滑转的车轮的滑转率趋近与滑转控制目标值，避免车轮发生严重滑转，减少了电动汽车的无偿能耗，减轻了车轮轮胎的磨损，避免电动汽车因产生的横摆力矩过大而发生跑偏和/或侧滑现象，从而提高了电动汽车在对开路面上的行驶稳定性。
[0008] 优选地，所述PID闭环控制以所述滑转控制目标值λ0与所述滑转车轮Wi的滑转率λi之间的偏差作为PID控制器的输入，并以该PID控制器的输出作为驱动所述滑转车轮Wi的轮毂电机的电机负荷对驱动所述滑转车轮Wi转动的电机转矩Ti进行调节。
[0009] 优选地，所述滑转控制目标值的取值范围为0.15～0.2。进一步地，所述滑转控制目标值为0.2。这样，可使电动汽车的滑转率处于稳定区内，避免电动汽车因滑转控制目标值过高而导致行驶稳定性降低。
[0010] 优选地，在对所述滑转车轮Wi的同轴车轮Wi'的转速ωi'进行调节时，所述整车控制器对所述电动汽车的四个车轮的转速ω及所述电动汽车的车速v进行实时采集，并实时计算出所述电动汽车的四个车轮的滑转率λ。
[0011] 优选地，所述整车控制器通过车轮转速
传感器采集所述电动汽车的四个车轮的转速ω，并通过GPS采集所述电动汽车的车速v。这样，整车控制器采集到的数据
精度较高，进而提高其对电动汽车的控制精度。
附图说明
[0012] 图1为现有的分布式电动汽车的驱动系统示意图；
[0013] 图2为附着系数与
滑移率之间的关系示意图；
[0015] 图4为PID控制器对单个滑
转轮的滑转率进行调节的示意图；
[0016] 图5为电动汽车在对开路面上行驶且未采用本发明控制方法对其进行控制时的仿真结果，其中，图5(a)为电动汽车的发生滑转的车轮的滑转率的变化曲线；图5(b)电动汽车的纵向车速变化的曲线；图5(c)为电动汽车的横摆力矩的变化曲线；
[0017] 图6为电动汽车在对开路面上行驶并采用本发明控制方法对其进行控制时的仿真结果，其中，图6(a)为图5(a)显示的发生滑转的车轮的滑转率的变化曲线；图6(b)为电动汽车的纵向车速变化的曲线；图6(c)为电动汽车的横摆力矩的变化曲线。
具体实施方式
[0018] 下面结合图3和4对本发明分布式驱动电动汽车(以下简称为电动汽车)的控制方法进行详细说明。
[0019] 首先，由电动汽车上的整车控制器采集该电动汽车在对开路面上行驶时的车速v、电动汽车的四个车轮的转速ω，并根据式(1)分别计算得出电动汽车的四个车轮在行驶过程中的滑转率λ，
[0020]
[0022] 优选地，整车控制器通过GPS(Global Positioning System即全球
定位系统)采集电动汽车的实时车速v，通过车轮
转速传感器分别采集电动汽车的四个车轮的实时转速ω。
[0023] 当电动汽车的四个车轮中有车轮Wi发生滑转，且该滑转车轮Wi的滑转率λi大于滑转控制目标值λ0时，为避免电动汽车因产生横摆转矩而剧烈横摆，导致电动汽车行驶不稳定，采用如图4所示的PID闭环控制对驱动滑转车轮Wi的轮毂电机的输出转矩进行调节，以降低滑转车轮的转速ωi。其中，PID控制即为比例、积分、微分控制，又称为PID调节，其控制规律如式(2)所示，
[0024]
[0025] 其中，
[0026] e(t)为PID控制器的输入，即为待调节的滑转车轮Wi的滑转率λi与滑转控制目标值λ0之间的偏差，
[0027] u(t)为PID控制器的输出，
[0028] kp为PID控制器的比例系数，
[0029] ki为PID控制器的积分系数，
[0030] kd为PID控制器的微分系数。
[0031] 在利用PID闭环控制对驱动滑转车轮Wi转动的电机转矩Ti即驱动滑转车轮Wi转动的轮毂电机的输出转矩进行调节时，PID控制器以滑转车轮Wi的滑转率λi与滑转控制目标值λ0之间的偏差e(t)作为输入，并以PID控制器的输出u(t)对驱动滑转车轮Wi转动的轮毂电机的输出转矩进行调节，进而对通过该轮毂电机的输出转矩对滑转车轮Wi的转速ωi进行调节，从而降低该滑转车轮Wi的转速ωi。在对滑转车轮Wi的转速ωi进行调节的同时，整车控制器对与滑转车轮Wi同轴的同轴车轮Wi'的转速ωi'进行调节，直至二者一致，即使电动汽车的左右车轮的驱动力相等，进而使电动汽车在
方向盘零输入的工况下的横摆力矩趋近于零，从而避免电动汽车在行驶过程中左右摆动，使电动汽车在行驶过程中保持稳定。
[0032] 当电动汽车的四个车轮的滑转率λ均小于或等于滑转控制目标值λ0时，整车控制器根据驾驶员的驾驶要求采用相应的整车控制模式对电动汽车进行控制。
[0033] 根据图2所示的附着系数与滑移率的关系可知，当电动汽车的滑移率λ≤0.2时，该电动汽车的纵向附着系数随着滑移率λ的增大而增大，且在滑移率λ＝0.2时接近1.0，该电动汽车的横向附着系数逐渐减小，但在滑移率λ＝0.2时，该电动汽车横向附着系数依然在0.55左右，故该电动汽车处于稳定区；当电动汽车的滑移率λ＞0.2时，该电动汽车的纵向附着系数随着滑移率λ的增大而缓慢减小，该电动汽车的横向附着系数随着滑移率λ的增大快速减小，且当滑移率λ的增大到0.4时，该电动汽车横向附着系数以减小到0.4以下，在电动汽车行驶过程中易产生剧烈横摆，故该电动汽车处于非稳定区。为保证电动汽车的行驶稳定性，本发明设定滑转控制目标值λ0的取值范围为0.15～0.2，优选0.2。
[0034] 由于分布在电动汽车左右两侧的电机相同，且呈对称设置，故采用ADAMS/view
软件建立电动汽车的二分之一模型，并针对电动汽车在对开路面状况下的稳定性控制进行仿真。在建立电动汽车的二分之一模型时，所使用的参数如表1所示。
[0035] 表1
[0036]
[0037] 在进行仿真实验时，设定对开路面的高附着侧的峰值附着系数为0.8，低附着侧的峰值附着系数为0.2。
[0038] 当电动汽车在行驶过程中未采用本发明控制方法对电动汽车进行控制，且电动汽车的左侧车轮位于对开路面的低附着侧时，仿真结果如下：该电动汽车的右前轮、右后轮及左前轮的滑转率均小于0.2，左后轮的滑转率变化如图5(a)所示，由此可知，电动汽车在该对开路面上行驶时，其左后轮不仅发生了滑转，且因其滑转率最高达到0.78左右，滑转严重。电动汽车车速变化如图5(b)所示，由此可知，电动汽车在该对开路面上行驶，起步加速15s时，其纵向车速达到20m/s。电动汽车产生的非期望的横摆力矩如图5(c)所示，在仿真
5s左右时，电动汽车产生的非期望的横摆力矩最大可达到950Nm，将大大增加了电动汽车在行驶过程中发生跑偏和侧滑的可能性。综上可见，当电动汽车在对开路面上行驶时，若不对其实施稳定性控制，其位于对开路面上的低附着侧的车轮易发生滑转，且当滑转严重时，滑转车轮的输出的驱动力大打折扣，导致电动汽车产生较大的横摆力矩，进而导致电动汽车在行驶过程中发生跑偏和/或侧滑的现象，稳定性低。
[0039] 采用本发明控制方法对上述电动汽车进行控制，并设定PID控制器的比例系数kp为50，积分系数ki为1，微分系数kd为1，仿真结果如下：该电动汽车的右前轮、右后轮及左前轮的滑转率变化不大，依然小于0.2，左后轮的滑转率变化如图6(a)所示，由此可知，电动汽车的左后轮的滑转率的最大值被控制在0.2左右。电动汽车车速变化如图6(b)所示，电动汽车在该对开路面上行驶时，起步加速15s时，其纵向车速达到19m/s。电动汽车产生的非期望的横摆力矩如图6(c)所示，电动汽车产生的非期望的横摆力矩保持在200Nm左右。
[0040] 对采用本发明控制方法的仿真结果与未采用本发明控制方法的仿真结果进行比较可知，在采用本发明控制方法后，电动汽车的左后轮的滑转现象在大于0.2后被抑制，并控制在0.2左右；纵向车速在启动15s时由20m/s下降到19m/s；横摆力矩被控制在200Nm左右，相较于950Nm，下降了700Nm左右。由此可见，在使用本发明控制方法对行驶在对开路面上的电动汽车进行稳定性控制时，可避免电动汽车位于对开路面上低附着侧的车轮发生严重滑转，从而减小电动汽车的无偿能耗，减轻车轮轮胎的磨损，避免电动汽车因产生的横摆力矩过大而发生跑偏和/或侧滑现象，提高了电动汽车在对开路面上的行驶稳定性，且电动汽车的纵向车速仅有略微下降，对纵向车速没有明显的影响。
