分布式驱动电动汽车底盘综合控制系统的设计_冯冲_丁能根_何勇灵_徐国艳_高峰
一种双电机分布式四驱系统控制方法[发明专利]
![一种双电机分布式四驱系统控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/69c65a2cfd4ffe4733687e21af45b307e871f9b0.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811210206.1(22)申请日 2018.10.17(71)申请人 上海爱驱汽车技术有限公司地址 200030 上海市徐汇区钦州路201路295室(72)发明人 陈志河 朱黎明 俞剑斌 濮升华 余俊 (74)专利代理机构 北京盛凡智荣知识产权代理有限公司 11616代理人 高志军(51)Int.Cl.B60L 15/20(2006.01)B60L 15/32(2006.01)B60L 15/38(2006.01)(54)发明名称一种双电机分布式四驱系统控制方法(57)摘要本发明公开了一种双电机分布式四驱系统控制方法，系统结构包括：储能装置及控制单元、驱动单元A、驱动单元B、传动装置、减速装置和差速装置；控制方法包括：经济性分配子功能、纵向分配子功能、横向分配子功能、稳态分配仲裁子功能、前轴滑动率计算子功能、后轴滑动率计算子功能、防滑控制子功能、扭矩需求计算子功能。
本发明与现有技术相比的优点在于：能充分发掘、发挥分布式控制的潜力，能充分兼顾各项性能，从而充分提高驾驶乐趣和乘坐舒适性、行驶安全性。
权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 109130888 A 2019.01.04C N 109130888A1.一种双电机分布式四驱系统控制方法，其特征在于：系统结构包括：储能装置及控制单元、驱动单元A、驱动单元B、传动装置、减速装置和差速装置；控制方法包括：经济性分配子功能、纵向分配子功能、横向分配子功能、稳态分配仲裁子功能、前轴滑动率计算子功能、后轴滑动率计算子功能、防滑控制子功能、扭矩需求计算子功能。
2.根据权利要求1所述的一种双电机分布式四驱系统控制方法，其特征在于：所述经济性分配子功能，在综合考虑前后电桥的效率特性，通过全局寻优的方法计算车辆从静止到最高车速范围、从无驱动扭矩到最大驱动扭矩范围内所有离散的工况点，综合效率最优的前后桥分配比。
分布式驱动电动汽车底盘综合控制系统的设计
ｆ ｏ ｒ ａ Ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ Ｄｒ ｉ ｖ ｅ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｖｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ
Ｆｅ ｎ ｇ Ｃｈｏ ｎｇ，Ｄｉ ｎｇ Ｎｅ ｎｇ ｇ ｅ ｎ，Ｈｅ Ｙｏ ｎｇ ｌ ｉ ｎｇ，Ｘｕ Ｇｕｏ ｙ ａ ｎ ＆ Ｇａ ｏ Ｆｅ ｎｇ
Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｂ ｅ ｉ ｈ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ， Ｂ ｅ ｆｎ ｉ ｇ １ ０ ０ １ ９ １
『 Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］ Ａ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｃ ｈ ａ ｓ ｓ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｃ ＡＮ ｂ ｕ ｓ ｉ Ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ａ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｒ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ ． ｄ ｉ ｒ ｖ ｅ ｅ －
冯 冲， 丁 能根 ， 何 勇灵 ， 徐 国艳 ， 高 峰
１ ０ ０ １ ９ １ ） （ 北京航 空航天大学交通科学与工程 学院， 北京
； ｝ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：
［ 摘要 ］ 本文 中为 四轮线控转 向、 液压制动 的分布式驱 动电动汽 车 ， 设计 了基于 Ｃ Ａ Ｎ总线 的底盘综合控 制系
统。该系统包括整车控制器 、 ４个 车轮的驱动控制器 、 转 向系统控 制器 和制动 系统控制器 。电动 汽车 的各控 制器之 间通 过 Ｃ Ａ Ｎ总线进 行通信 ， 基于 Ｃ Ａ Ｎ ２ ． ０ Ｂ协议制 订 了 Ｃ Ａ Ｎ网络 的应 用层协 议。考虑 电动汽 车电磁干 扰 、 温 度变
分布式驱动电动汽车底盘综合控制系统的设计
分布式驱动电动汽车底盘综合控制系统的设计冯冲;丁能根;何勇灵;徐国艳;高峰【摘要】本文中为四轮线控转向、液压制动的分布式驱动电动汽车,设计了基于CAN总线的底盘综合控制系统.该系统包括整车控制器、4个车轮的驱动控制器、转向系统控制器和制动系统控制器.电动汽车的各控制器之间通过CAN总线进行通信,基于CAN2.0B协议制订了CAN网络的应用层协议.考虑电动汽车电磁干扰、温度变化和振动等因素的影响,设计了各控制器的硬件.建立了用于该电动汽车的伪逆控制分配算法.该算法除实现常规的控制量分配外,还可在控制系统出现故障或控制量饱和时实现控制再分配,提高了车辆的操纵稳定性.对所设计的控制系统进行仿真和实车验证,结果表明,该系统可有效地对执行机构的控制量进行常规分配和再分配,使电动汽车能很好地实现驾驶员的驾驶意图并维持车辆稳定.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2015(037)002【总页数】7页(P207-213)【关键词】分布式驱动电动汽车;CAN总线;伪逆控制分配【作者】冯冲;丁能根;何勇灵;徐国艳;高峰【作者单位】北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京100191【正文语种】中文控制器局域网(CAN)由BOSCH公司开发，具有结构简单、性能可靠、数据通信实时性强等特点，目前已广泛应用于汽车领域，并且形成了国际标准ISO 11898和ISO 11519等[1]。
电动汽车作为一种绿色交通工具，目前已成为国内外研究的热点。
电动汽车的综合性能是决定电动汽车能否广泛应用的关键因素之一，目前可通过多种方式来提高电动汽车的综合性能，例如采用四轮独立驱动[2-3]、四轮转向[4]和线控制动[5]等。
一种电动助力转向与分布式驱动一体化控制系统及方法[发明专利]
![一种电动助力转向与分布式驱动一体化控制系统及方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/1c442f88fc0a79563c1ec5da50e2524de518d0ea.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910238974.6(22)申请日 2019.03.27(71)申请人 同济大学地址 200092 上海市杨浦区四平路1239号(72)发明人 冷搏 于宜泽 侯誉烨 熊璐 余卓平 (74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限公司 31225代理人 叶敏华(51)Int.Cl.B62D 5/04(2006.01)(54)发明名称一种电动助力转向与分布式驱动一体化控制系统及方法(57)摘要本发明涉及一种电动助力转向与分布式驱动一体化控制系统及方法，用于实现分布式驱动电动汽车的电动助力转向，本发明系统包括实测传感器单元、电动助力转向单元、力矩补偿计算模块和转向助力电机，本发明根据获取的助力转矩初值和转向助力补偿力矩值计算转向助力转矩终值，并施加转向助力补偿力矩值至转向管柱，控制转向管柱转向。
与现有技术相比，本发明具有消除转矩矢量控制(TVC)对方向盘的干扰、提高车辆的操纵稳定性和安全性等优点。
权利要求书2页 说明书4页 附图3页CN 110077459 A 2019.08.02C N 110077459A1.一种电动助力转向与分布式驱动一体化控制系统，用于实现分布式驱动电动汽车的电动助力转向，其特征在于，该系统包括：实测传感器单元：用于采集车速值、方向盘的手力矩值、方向盘转角大小、方向盘的转速及前轮轮速和轮毂电机转矩值；电动助力转向单元：用于根据实测传感器单元采集的数据获取方向盘助力转向力矩初值；力矩补偿计算模块：用于根据转矩矢量控制的输出量和转向力矩初值计算转向助力补偿力矩值；转向助力电机：用于根据助力转矩初值和转向助力补偿力矩值计算转向助力转矩终值，并施加转向助力补偿力矩值至转向管柱，控制转向管柱转向。
2.根据权利要求1所述的一种电动助力转向与分布式驱动一体化控制系统，其特征在于，所述的实测传感器单元包括用于测量车速的车速传感器、用于测量驾驶员施加于方向盘的手力矩的力矩传感器、用于测量方向盘转角的转角传感器及用于获取前轮轮速和轮毂电机转矩大小的前轮驱动电机，车速传感器、力矩传感器和转角传感器分别连接电动助力转向单元，转角传感器连接力矩补偿计算模块，前轮驱动电机连接力矩补偿计算模块。
一种分布式驱动电动汽车驱动系统多目标优化方法和系统[发明专利]
![一种分布式驱动电动汽车驱动系统多目标优化方法和系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/4646b106effdc8d376eeaeaad1f34693daef10c6.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010375680.0(22)申请日 2020.05.07(71)申请人 北京理工大学地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5号申请人 北京理工新源信息科技有限公司(72)发明人 张雷 王震坡 丁晓林 (74)专利代理机构 北京高沃律师事务所 11569代理人 杜阳阳(51)Int.Cl.G06F 30/15(2020.01)B60W 50/00(2006.01)(54)发明名称一种分布式驱动电动汽车驱动系统多目标优化方法和系统(57)摘要本发明涉及一种分布式驱动电动汽车驱动系统多目标优化方法和系统。
该方法包括：获取最优扭矩分配模型；获取汽车当前的纵向速度，并根据最优扭矩分配模型确定汽车当前各轮毂电机的扭矩值；根据轮毂电机的扭矩值实时完成整车能耗计算，同时得到簧下质量，以整车能耗和所计算得到的簧下质量为优化目标，实现车辆前后轮毂电机尺寸的最优匹配设计。
本发明针对分布式驱动电动汽车对经济性和动力性的需求，综合考虑测试工况、整车目标性能需求及最优扭矩分配控制策略，通过多目标优化设计方法合理选择四个轮毂电机的功率及尺寸配置，以在满足车辆最高车速、最大爬坡度和加速能力以及能耗要求的同时，实现分布式驱动电动汽车的驱动系统最优匹配设计。
权利要求书3页 说明书10页 附图2页CN 111553024 A 2020.08.18C N 111553024A1.一种分布式驱动电动汽车驱动系统多目标优化方法，其特征在于，包括：获取最优扭矩分配模型；所述最优扭矩分配模型为以汽车纵向速度为输入，以汽车各轮毂电机的扭矩为输出的分配模型；获取汽车当前的纵向速度，并根据所述最优扭矩分配模型确定所述汽车当前各轮毂电机的扭矩值；根据各所述轮毂电机的扭矩值确定整车能耗和簧下质量，并以所述整车能耗和所述簧下质量为优化目标，确定各所述轮毂电机的尺寸；根据各所述轮毂电机的尺寸完成对所述汽车驱动系统的控制。
分布式轮毂电机驱动电动汽车转矩响应的优化控制系统及控制方法[
专利名称：分布式轮毂电机驱动电动汽车转矩响应的优化控制系统及控制方法
专利类型：发明专利
发明人：杜玖玉,欧阳明高,马良峰,高明明
申请号：CN201610245437.0
申请日：20160419
公开号：CN105667344A
公开日：
20160615
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：分布式轮毂电机驱动电动汽车转矩响应的优化控制系统及控制方法，涉及分布式驱动电动汽车转矩优化分配控制技术领域。
解决了现有轮毂驱动的电动汽车的簧下质量增加造成系统的能耗增加，操作稳定性差的问题。
一号加法器的正向信号输入端连接汽车油门或刹车的控制信号，一号加法器的负向信号输入端连接低通滤波器的转动惯量反馈信号输出端，二号加法器的两个信号输入端分别连接和转矩补偿器的信号输出端和一号加法器的信号输出端，二号加法器的二号加法器的信号输出端连接电动汽车的电力传动设备的转矩控制信号输入端，电动汽车的电力传动设备的信号输出端经微分器低通滤波器后进行信号反馈。
本发明适用于分布式驱动电动汽车转矩优化分配控制使用。
申请人：清华大学
地址：100084 北京市海淀区清华大学汽车研究所
国籍：CN
代理机构：哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人：杨晓辉
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分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制评价体系
分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制评价体系余卓平;肖振宇;冷搏;王竑博;熊璐【摘要】Based on features of distributed drive electric vehicle dynamic control system, an objective evaluation system for dynamic control systems of distributed drive electric vehicles was established. The evaluation system consists of performance evaluation parameters, evaluation methods and marking criteria. Performance evaluation was conducted in aspects of the vehicle and the dynamics control. Vehicle handling stability tests were carried out to assess a vehicle stability controller with the proposed evaluation system and to verify rationality and feasi-bility of the evaluation system itself.%基于分布式驱动电动车动力学控制系统的特点,设计了一套客观评价体系,用于评价分布式驱动电动车动力学控制系统的性能.评价体系包括性能评价项目、评价方法和评分准则3个方面.性能评价项目涵盖整车层面和动力学控制系统层面.利用提出的评价体系对搭载动力学控制的车辆进行了操纵稳定性试验评价,验证了评价体系的合理性和可行性.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2016(033)005【总页数】8页(P25-32)【关键词】操纵稳定性;评价体系;车辆动力学控制;分布式驱动电动汽车【作者】余卓平;肖振宇;冷搏;王竑博;熊璐【作者单位】同济大学中德学院,上海 200092;同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学中德学院,上海 200092;同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学汽车学院,上海 201804【正文语种】中文【中图分类】U461;U467.1分布式驱动电动车具有各轮独立驱动且驱动力矩可控等特点，其动力学控制方法一直是各大企业及高校研究的焦点［1］。
基于分布式驱动汽车的分层式控制系统设计
车辆 ２自由度状态方程为：
( ) ·β＝
ａＣｍｆ－ν２ｘｂＣｒ－１ ωｒ＋Ｃｍｆ＋νｘＣｒβ－ｍＣνｆｘδ
０ 引言
分布式驱动电动汽车 ４个车轮间的控制相互独 立、响应速度快，已逐渐成为汽车行业内的研究热点。 如何利用该车型的优点使车辆对纵向和横向轨迹都
基金项目：河北省自科学基金（Ｆ２０２１４０２０１１）
有良好的跟踪效果，同时又能提高车辆在行驶过程中 的稳定性，成为了目前研究的关键问题。路径跟踪的 控制算 法 现 阶 段 较 多，其 中 包 括 纯 跟 踪 控 制［１］和 Ｓｔａｎｌｅｙ控制［２］。Ｒｉｃｃａｒｄｏｅｔａｌ．［３］提出嵌套 ＰＩＤ转向 控制，外部 ＰＩＤ控制根据横向位置误差得到期望横摆 角速度，内部 ＰＩＤ控制跟随期望横摆角速度得到方向 盘转角。横向稳定性控制方法一般分为 ２种：一种为
摘 要 目前汽车之所以没有广泛采用轮毂电机驱动车轮，其一是考虑成本，其二是轮毂电机的搭载大大增加了簧下 质量，对车辆行驶过程中的操纵稳定性有较大影响。以分布式驱动汽车为研究对象，设计分层式控制系统：上层控制器 对车辆总横向运动进行解耦控制，其中纵向采用 ＰＩＤ控制跟踪纵向车速，横向设计滑模控制器计算所需方向盘转角；中 间层采用模糊控制计算维持车辆行驶稳定性所需附加横摆力矩；底层以轮胎附着利用率为优化目标对力矩进行最优分 配。对比仿真试验表明：分 层 式 控 制 系 统 可 有 效 降 低 车 辆 行 驶 过 程 中 的 横 摆 角 速 度 １６％ ～４８％，质 心 侧 偏 角 ６２％ ～ ６７％，抑制了实际值与理想值之间的偏差，提高了车辆在行驶过程中的安全性和舒适性。 关键词 分布式驱动汽车；分层式控制；滑模控制；模糊控制；最优分配
分布式驱动电动汽车底盘集成控制技术综述
分布式驱动电动汽车底盘集成控制技术综述摘要：分布式驱动电动汽车可控自由度高、响应速度快、底盘线控集成度高、车辆结构紧凑，是实现先进车辆动力学控制技术的最佳平台。
线控转向系统、线控驱动／制动系统、线控悬架系统等线控系统，制动防抱死系统、车道保持系统、自适应巡航系统、变道辅助系统等不同等级的辅助驾驶系统的广泛使用，造成车辆底盘控制中出现冗余及冲突。
分布式驱动结构形式为多线控系统及线控系统与辅助驾驶系统间的高效、协同控制带来了更大的可能。
基于此，从集成控制策略架构、纵－横向动力学集成控制、横－垂向动力学集成控制、纵－垂向动力学集成控制、纵－横－垂向动力学集成控制、容错控制、分布式驱动智能电动汽车底盘动力学集成控制等方面重点阐述分布式驱动电动汽车底盘集成控制技术的最新进展。
通过对文献分析总结可以看出：基于分层式控制架构的分布式驱动电动汽车动力学集成控制是当前研究重点；一体化集成控制目标、高级辅助驾驶系统与底盘控制系统深度融合及个性化集成控制等问题亟待解决。
研究成果能为分布式驱动电动汽车底盘高性能集成控制技术发展提供参考。
关键词：分布式驱动；电动汽车底盘；集成控制技术引言工业的快速发展、汽车生产制造技术的改善以及人民生活水平的不断提高促使中国汽车保有量持续增长。
与传统的内燃机汽车相比，电动汽车机械噪声小、排放污染少，可以采用核能和替代能源作为能量来源，能够减轻中国交通对石油的依赖。
上述电动汽车在改善生态环境和新能源利用等方面具有无可比拟的优势，使其成为当前实现中国“交通强国”战略和“双碳”目标切实可行的途径之一。
电动汽车按照驱动电机的数量和布置形式可以分为单电机集中式驱动电动汽车和多电机分布式驱动电动汽车。
单电机集中式驱动是目前量产电动汽车主要采用的驱动形式。
多电机分布式驱动电动汽车作为一种具有全新驱动形式按照电机数量可以进一步分为双电机驱动、三电机驱动和四电机驱动；按照电机安装方式可以分为轮边电机驱动和轮毂电机驱动。
一种分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制算法
一种分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制算法冯冲;丁能根;何勇灵【摘要】针对四轮轮毂电机独立驱动、四轮线控转向电动汽车的过驱动系统,以提高汽车的操纵稳定性为目标,提出了一种基于伪逆控制分配的控制算法.该算法以驾驶员对转向盘和加速踏板的操纵量为输入,通过伪逆控制分配,对汽车的前、后轮转角,4个车轮的驱动力进行控制.在Matlab/Simulink仿真环境下采用8自由度非线性车辆模型对所提出的算法,进行了正弦输入工况和双移线工况的仿真,并与采用常规控制方法时进行对比.结果表明,伪逆控制分配算法提高了汽车对驾驶员驾驶意图的跟随性能,并改善了汽车的稳定性.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2014(036)002【总页数】5页(P129-133)【关键词】过驱动系统;伪逆控制分配;跟随性能;稳定性【作者】冯冲;丁能根;何勇灵【作者单位】北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京100191【正文语种】中文前言随着电动汽车的发展，“线控”技术被应用于电动汽车，汽车逐渐演变为执行机构存在冗余的过驱动系统。
执行机构的冗余虽然增加了系统设计的灵活性，同时也带来了挑战。
如何合理利用冗余控制以提高系统性能，就构成了控制分配问题［1］。
过驱动系统的控制分配最先在飞行控制系统设计中提出［2］，并逐渐应用在航空航天［3－5］、航海［6－7］、汽车［8］、机器人［9］等领域。
目前，主要的控制分配方法有直接分配法、伪逆法［10］和数学规划法等。
四轮轮毂电机独立驱动、四轮线控转向的电动汽车是典型的过驱动系统。
汽车的4个车轮都可提供驱动力，并可通过在两侧车轮施加不同的驱动力和/或制动力来提供直接横摆力矩;前、后轮都可以用来转向。
本文中以四轮轮毂电机独立驱动、四轮线控转向的电动汽车为研究对象，提出了基于伪逆控制分配的操纵稳定性控制算法。
一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法及系统[发明专利]
![一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法及系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/09e2c8eb844769eae109ed1c.png)
专利名称：一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法及系统
专利类型：发明专利
发明人：郭潇然,卢甲华,范文旭,程晓龙
申请号：CN201711092420.7
申请日：20171108
公开号：CN109760683A
公开日：
20190517
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及纯电动汽车控制技术领域，特别是一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法及系统。
该控制方法通过获取实际路面坡度信息，并判断实际路面坡度是否大于设定的坡度，若实际路面坡度大于设定坡度，则控制驱动扭矩平均分配至与车辆四个车轮对应的四个驱动电机；若实际路面坡度小于设定坡度，则控制驱动扭矩平均分配至与车辆两个后车轮对应的两个驱动电机，当路面坡度较大时在满足车辆的动力性需求同时降低单电机输出的压力，避免了电机长时间过载运行，当路面坡度较小时，减小了动力系统能量的消耗，解决了爬坡过程中保证整车动力性基础上动力系统能耗较高的问题。
申请人：郑州宇通客车股份有限公司
地址：450016 河南省郑州市十八里河宇通工业园区
国籍：CN
代理机构：郑州睿信知识产权代理有限公司
代理人：韩天宝
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一种分布式驱动电动汽车的转矩分配控制方法[发明专利]
![一种分布式驱动电动汽车的转矩分配控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/40342401856a561252d36ffe.png)
专利名称：一种分布式驱动电动汽车的转矩分配控制方法专利类型：发明专利
发明人：熊璐,侯誉烨,冷搏,余卓平
申请号：CN201711145495.7
申请日：20171117
公开号：CN107825997A
公开日：
20180323
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种分布式驱动电动汽车的转矩分配控制方法，所述方法包括下列步骤：计算轮胎的输出力矩的约束范围；根据轮胎的轮胎力耦合特性，通过台架试验得到考虑了施加纵向力导致侧向力变化的动态效率矩阵；根据动态效率矩阵，建立考虑不同工况情况的转矩分配加权最小二乘优化函数，结合输出力矩的约束范围进行求解，得到转矩分配结果。
与现有技术相比，本发明具有车辆稳定性高以及车辆驱动效率高等优点。
申请人：同济大学
地址：200092 上海市杨浦区四平路1239号
国籍：CN
代理机构：上海科盛知识产权代理有限公司
代理人：叶敏华
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分布式全线控电动汽车的底盘集成控制
分布式全线控电动汽车的底盘集成控制陈国迎;郑宏宇【摘要】针对分布式全线控电动汽车四轮独立驱动/独立制动/独立转向的结构特点,提出一种基于分层架构的底盘集成控制策略.该策略包括参考目标设定、集成控制层以及控制分配层3个主要部分.参考目标设定主要实现驾驶员操作信息与车辆控制目标的转换,从车辆水平方向上可以划分成纵向加减速特性和侧向操纵稳定性;集成控制层利用具有反馈校正特征的模型预测控制方法实现对整车控制力和力矩的多目标优化;控制分配层以各车轮轮胎负荷率最低为优化目标,实现对各车轮驱动力矩和车轮转角的分配.从仿真分析和实车低速工况验证的结果来看,所提出的底盘集成控制策略能够使车辆在实际行驶时较好地跟踪参考目标,并通过控制各轮胎负荷率近似相等来提高车辆的稳定性.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(043)011【总页数】9页(P87-95)【关键词】电动汽车;轮毂电机;集成控制;模型预测控制;轮胎负荷率【作者】陈国迎;郑宏宇【作者单位】吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,吉林长春130022;吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】U461作为一种从轮毂电机电动汽车平台发展而来的新型车辆,分布式全线控电动汽车利用线控技术将转向系统从传统机械转向机构中解放出来,实现了各车轮独立转向、独立驱动和独立制动的底盘架构.这种先进平台汽车不仅具有传统车辆无法比拟的机动性能,同时通过整合全车的传感器信息,利用对底盘子系统集成控制算法的设计,可以充分发挥全控化底盘的性能优势,有效地提升整车的性能[1- 2].目前,国内外科研机构已经对分布式全线控电动汽车展开了积极的研究.底盘集成控制的解决方法包括了考虑多个状态变量进行前馈或反馈设计的集中控制方法[3- 4]和采用模块化分层结构的集成控制策略[5- 7].集中控制方法在设计之初就充分考虑了整车动力学特性,并通过自上而下的设计进行底盘子系统间的集成控制,所以算法的集成度很高.不过该方法设计难度较大,且算法灵活性和可扩展性不足[8- 9].模块化分层结构的集成控制策略将基本控制率和子系统的控制分配算法分离设计,因此在算法的设计难度和可扩展性上相较其他方法有较大的改善[10].文中基于分布式全线控电动汽车试验平台进行分层架构集成控制策略的研究,从全局角度协调驱动系统、转向系统和制动系统,改善车辆跟踪参考目标时的能力.最后,受试验场地限制并考虑到安全性,对该策略进行了低速工况下的实车验证.为验证底盘集成控制策略,搭建了分布式全线控电动汽车试验平台.该平台的整车底盘系统架构抛开了传统的发动机动力传动系统和齿轮齿条转向机构,采用四台带行星减速器的240 W力矩伺服电机驱动车轮绕主销旋转,从而实现各车轮的独立转向；动力系统直接采用4台与轮毂一体的4 kW轮毂电机,通过与其匹配的驱动控制器实现电机的四象限运行；而轮毂电机在制动状态下可以与电磁制动器共同构成电-磁复合制动系统.在该平台架构中,这些底盘子系统均不具备系统功能,只作为执行器接收整车控制指令.整车控制单元采用美国NI公司的PXI机箱,通过两条500 kB/s CAN(控制器局域网)总线与底盘子系统进行通信,实现底盘的集成控制和信息交互功能.图1所示为整车底盘系统架构.该方案的优势在于全电控执行部件具有集成控制所需的快速动态响应能力,同时,基于高速CAN总线的系统架构可以有效地提高系统的柔性和容错能力.图2所示为整车控制系统架构.整车控制系统由整车传感器单元、整车控制单元和底盘执行单元3个部分组成.整车传感器单元主要获取驾驶员的转向、制动等操作信号和车辆状态信息,并通过CAN_1通道反馈至整车控制单元.整车控制单元根据获取的传感器信号辨识出驾驶员意图,并利用优化方法分配各个车轮的转角、驱动力矩和制动力矩.底盘执行单元则只作为终端执行部件实时地响应控制指令,使车辆跟踪期望的控制目标.考虑到制动系统对整车安全性的重要作用,在控制系统架构中,电磁制动器通过CAN_2通道单独与整车控制单元通信.2.1 集成控制策略的控制目标分布式全线控电动汽车的底盘系统基于全线控架构进行搭建,因此可以从纵向特性和侧向特性两方面进行集成控制策略的设计,从而获得一种驾驶员更喜欢的线性操纵特性[11].在对车辆的纵向运动控制中,将车辆的目标加减速特性axd与踏板开度Kap、Kbp 间设计为如式(1)的线性关系:式中,k1和k2分别为加速、减速状态下纵向特性曲线的增益调整系数,c1和c2分别为踏板行程死区的调整系数.通过对目标加减速特性进行积分处理,可以获得集成控制策略的纵向目标车速vxd: vxd=∫0taxd+vx0式中,vx0为车辆的初始车速.集成控制的侧向控制目标利用质心侧偏角βd和横摆角速度rd来描述,这两个指标分别反映车辆的轨迹跟随能力和侧向稳定性.利用线性二自由度车辆模型推导目标横摆角速度rd[12]:式中,vx为车辆纵向车速,δ为前轮转角,m、a和b分别为整车质量、前轴到质心的距离和后轴到质心的距离,Cαr、Cαf分别为二自由度车辆模型的前、后轴等效侧偏刚度.受路面附着系数μ的影响,目标横摆角速度修正为式中,g为重力加速度.在对车辆的侧向运动控制中,希望能够将质心侧偏角控制得越小越好.设定目标质心侧偏角为零,对应的侧向目标车速vyd也为零,即βd=0→ vyd=02.2 集成控制算法框架为了降低底盘集成控制算法的设计难度,采用基本控制率和控制分配分离的分层控制方法.图3所示为控制算法的结构框架.从图3可以看出,整个控制算法主要由参考目标、集成控制层以及控制分配层3个部分组成.其中,参考目标的主要作用是根据驾驶员操作信息Kap、Kbp和δ推导出集成控制策略的纵向和侧向控制目标.集成控制层利用模型预测控制的多目标反馈校正作用,通过在有限域内的局部滚动优化获得整车控制量∑Fx、∑Fy、∑Mz(∑Fx 为轮胎纵向力合力,∑Fy为侧向力合力,∑Mz为横摆力矩).控制分配层以最小轮胎负荷率为优化目标,在约束范围内优化得到车轮的纵向轮胎力Fxij和侧向轮胎力Fyij.根据获得的目标轮胎力,驱/制动力矩部分和轮胎逆模型分别导出最终发送底盘执行器的目标驱/制动力矩Tij和目标车轮转角δij.图3中,r为横摆角速度,vy为侧向车速,R为车轮半径,下标fl、fr、rl、rr分别代表左前轮、右前轮、左后轮和右后轮,ax 和ay分别为整车纵向加速度和侧向加速度.2.3 基于模型预测的集成控制层的设计模型预测控制中,预测模型的作用是对被控系统未来输出的最优轨迹进行预测,以便根据预测结果对未来输入做出调整[13- 14].图4所示为三自由度四轮车辆预测模型,其中a、b分别为前轴和后轴到质心的距离,t为左右侧车轮轮距,αij为左、右侧各车轮的轮胎侧偏角(ij对应于fl、fr、rl、rr).对于集成控制层,预测模型采用包含纵向、侧向和横摆在内的三自由度车辆模型,如式(6)所示.该模型可以反映控制量(轮胎纵向力合力∑Fx、侧向力合力∑Fy和横摆力矩∑Mz)与整车控制目标(纵向车速vx、侧向车速vy和横摆角速度r)间的关系,式中,Iz为整车转动惯量.设定系统的控制输入量为u,,其中,vx0、vy0、r0分别为当前时刻的纵向车速、侧向车速和横摆角速度.状态量x=[vx vy r]T；系统输出量y=[Vx Vy r]T.经过线性化的三自由度车辆模型状态方程如式(7)所示:可以设定其中的系数矩阵分别为A、B、C,,.根据模型预测控制原理,预测模型需要转化成增量形式的离散模型.式(8)为转化后得到的预测模型的状态方程:所构造的新的状态变量xm(k)=[Δx(k) y(k)]T.方程中的系数矩阵Am、Bm、Cm分别为].式中,Ad、Bd、Cd为式(7)经过离散处理后得到的状态方程系数矩阵,0和I分别为零矩阵和单位矩阵.根据预测模型可以获得有限预测时域内系统的预测输出:式中,Np、Nc分别为预测时域长度和控制时域长度,文中设定Np=10,Nc=3.y(ki+Np|ki)表示根据第ki时刻输出量推导出的第Np时刻的预测输出值.为简化表达式形式,定义预测输出序列Y(ki)如下:Y(ki)=[y(ki+1|ki) y(ki+2|ki) …y(ki+Np|ki)]假定在预测时域长度上系统输出响应的目标值不变,设定r(ki),从而可以如式(11)所示定义有限时域范围的性能优化函数J:式中,是调节矩阵,=rwINc×Nc,rw为调节系数.引入调节矩阵的目的是为了将控制量增量Δu的变化率考虑到控制过程中,形成对系统的软约束.在对整车控制量∑Fx、∑Fy、∑Mz的优化计算过程中,需要考虑执行器输出特性和路面附着对纵向力、侧向力及横摆力矩的限制,如式(12)所示:式中:Tmax为电机最大输出力矩；φx、φy、φz分别为纵向力、侧向力及横摆力矩约束的调节系数,取值范围为(0,1)；Fbmax为执行器提供给车轮的最大制动力. 将这些限制转化为对控制量u的约束条件加入到性能优化函数当中.用G+、G-分别代表u的上下边界,这样,对集成控制层的优化最终变为求解带不等式约束的二次规划问题:通过求解式(13)的极值,获得预测控制序列Δu=[Δu(ki) Δu(ki+1) … Δu(ki+Nc-1)],控制时域长度Nc=3.根据模型预测控制原理,在每一次迭代中只实施当前时刻的控制量,即Δu(ki)[15].到下一个采样时刻,控制算法将循环以上的计算过程.2.4 控制分配层设计控制分配层将集成控制层优化得到的整车控制量按照设定的优化目标分解为各底盘执行器的控制指令,其中优化目标可以选取车辆的操纵性、稳定性、最低能耗等性能指标.文中重点考虑车辆稳定性,设定各车轮轮胎负荷率最低为控制目标,即式中,Di(i=1,2,3,4)为权重系数,通过调整该系数可使4个车轮在近似相等的轮胎负荷率附近工作.在控制分配层设计过程中,同样需要考虑执行器输出特性和路面附着条件对优化分配造成的边界约束.(1)路面附着带来的摩擦圆约束如下:代表fl,fr,rl,rr(2)轮胎侧向力变化率约束如下:|ΔFyij|≤ΔFymax式中,ΔFymax为单位步长上侧向力的最大变化量,其值受转向电机转速的限制. (3)驱动电机最大输出力矩约束如下:|Fxij|≤Tmax/R式中,Fxij为每个车轮所能产生的最大驱动力.优化计算得到的轮胎纵向力需要转化为轮毂电机驱动转矩Tij,Tij=FxijR, ij代表fl,fr,rl,rr对轮胎侧向力的控制通过对各车轮转角的间接控制实现,两者间的转换可以通过轮胎逆模型和车轮转角计算来实现.Fig.5 Transform relationship between tire lateral force and wheel angle考虑到算法的实时性,轮胎逆模型采用文献[8]提出的反正切函数拟合轮胎侧偏特性: 式中,Cα为轮胎侧偏刚度,.与常用的MF、Dugoff及HSRI轮胎模型相比,该轮胎逆模型具有较好的实时性,并且考虑了纵向力和垂直载荷对侧偏特性的影响.根据式(20),轮胎侧偏角αij可转换为各车轮的目标控制转角δij:,,,.文中基于Matlab/Simulink环境建立如图6所示的分布式电动汽车模型.该模型不仅包含了传统车辆模型所具有的驾驶员模型、车体动力学模型、轮胎模型等,还加入了轮毂电机模型、转向电机模型以及电磁制动器模型,可以实现四轮转角和驱动/制动力矩的独立输入.文中选择在低附着、角阶跃工况下对底盘集成控制算法进行验证,同时将验证结果与传统控制方式结果进行对比分析.这里设定传统控制方式是车辆前轮转向,左右两侧车轮转角满足阿克曼关系,同时各车轮以等力矩进行驱动.表1为仿真验证用整车模型的主要参数.具体仿真条件如下:路面附着系数0.3,初始车速50 km/h,转向盘阶跃转角2°.对比图7(a)-7(c)上纵向车速、侧向车速和横摆角速度的仿真结果可知,角阶跃输入后,传统控制方式下的车辆会迅速进入失稳状态,而在集成控制下车辆仍能保持稳定状态,并且在纵向和侧向上都能很好地跟踪参考目标.图8(a)和8(b)为集成控制下车轮转角和纵向驱动力的分配情况,图8(c)和8(d)为两种控制方式下轮胎负荷率的对比.从仿真结果来看,集成控制策略通过分配给外侧车轮更大的转角和驱动力,将各车轮轮胎负荷率控制在近似相等的状态.相比之下,传统控制下的左前侧车轮由于垂直载荷转移因素造成轮胎负荷率迅速达到饱和,右前侧车轮随着横摆角速度的上升也很快达到饱和,车辆迅速进入失稳状态,而此时后轴车轮仍有较大的轮胎裕度.基于前面介绍的分布式全线控电动汽车试验平台,文中对所提出的底盘集成控制算法进行了实车验证,试验平台见图9.由于该试验平台是一个多执行器的复杂电控系统,考虑到安全性并受试验场地限制,只进行了低速试验验证.试验工况设定为车辆以10 km/h车速进行转向盘正弦输入. 图10为正弦输入工况下的实车试验结果.从图10(a)、10(b)对比结果来看,低速状态下车辆横摆角速度均能较好地跟踪目标值.纵向车速由于受到控制系统对驱动电机目标电流的限制,在目标车速增益较大区域的跟踪效果会稍差一些,不过在车速保持段能很好地跟踪目标车速.图11为集成控制下4个车轮的驱动电机电流和车轮转角分配情况.正弦输入过程中驱动系统和转向系统会同时参与控制,外侧车轮会分配获得更大的驱动电流以保证横摆角速度对参考目标值的快速跟踪.文中结合分布式全线控电动汽车的结构特征,利用分层架构的集成控制方法进行了底盘集成控制策略的研究.从仿真分析的结果来看,集成策略能够通过对各车轮驱动和转向电机的协调控制,有效提高车辆在低附着极限工况下的稳定性.基于实车试验平台进行了低速工况下的验证,从试验数据来看,纵向车速和横摆角速度这两个车辆状态能够比较好地跟踪参考目标值.文中所提出的底盘集成策略仅考虑了纵向和侧向方向的整车性能,在未来的研究中,拟对其进行扩展,将悬架的主动控制纳入集成控制体系中,尝试研究如何进一步地改善整车性能.【相关文献】[1] Qian Huihuan,Lam Tinlun,Li Weimin,et al.System and design of an omni-directional vehicle [C]∥Proceedings of the 2008 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics.Bangkok:IEEE,2009:389- 394.[2] 杨福广.4WID/4WIS电动车辆防滑与稳定性控制研究 [D].济南:山东大学控制科学与工程学院,2010.[3] Edward J,Bedner Jr.A supervisory control to manage brakes and four-wheel-steer systems,SAE paper,2004-01-1059 [R].[S.l.]:SAE International,2004.[4] Li Daofei,Du Shangqian,Yu Fan.Integrated vehicle chassis control based on direct yaw moment,active steering and active stabilizer [J].Vehicle SystemDynamics,2008,46(Suppl):341- 351.[5] Nagai M,Shino M,Gao F.Study on integrated control of active front steer angle anddirect yaw moment [J].JSAE Review,2002,23(3):309- 315.[6] 李道飞,喻凡.基于最优轮胎力分配的车辆动力学集成控制 [J].上海交通大学学报,2008,42(6):887- 891.Li Dao-fei,Yu Fan.Integrated vehicle dynamics controller design based on optimum tire force distribution [J].Journal of Shanghai JiaotongUniversity,2008,42(6):887- 891.[7] Xiao Hansong,Chen Wuwei,Zhou Huihui ,et al.Integrated control of active suspension system and electronic stability programme using hierarchical control strategy:theory and experiment [J].Vehicle System Dynamics,2011,49(1/2):381- 397.[8] 赵树恩.基于多模型智能阶梯控制的车辆底盘集成控制研究 [D].重庆:重庆大学汽车工程学院,2010.[9] 黄晨.基于顶层设计的车辆底盘系统协同控制理论与技术研究 [D].镇江:江苏大学汽车与交通工程学院,2014.[10] Mokhiamar Ossama,Abe Masato.How the four wheels should share forces in an optimum cooperative chassis control [J].Control Engineering Practice,2006,14:295- 304.[11] Ono Eiichi,Hattori Yoshikazu.Vehicle dynamics integrated control for four-wheel-distributed steering and four-wheel-distributed traction/braking systems [J].Vehicle System Dynamics,2006,44(2):139- 151.[12] 陈无畏,祝辉.基于状态识别的整车操纵性和平顺性的协调控制 [J].机械工程学报,2011,47(6):121- 129. Chen Wu-wei,Zhu Hui.Coordinated control of vehicle ride comfort and handling stability base on state identification [J].Journal of Mechanical Engineering,2011,47(6):121- 129.[13] Sakai Shin-Ichiro,Sado Hideo,Hori Yoichi.Dynamic driving/braking force distribution in electric vechicles with independently driven four wheels [J].Electrical Engineering in Japan,2002,138(1):79- 89.[14] Lee Jay H.Model predictive control:review of the three decades of development [J].International Journal of Control,Automation,and Systems,2011,9(3):415- 424.[15] Wang Liuping.Model predictive control system design and implementation using Matlab [M].London:Springer-Verlag London Limited,2009:43- 83.。
分布式驱动电动汽车动力转向系统混杂系统动力学及其切换控制
分布式驱动电动汽车动力转向系统混杂系统动力学及其切换控制刘海妹;倪彰;贝绍轶;冯俊萍;赵景波【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)017【摘要】分布式驱动电动汽车是燃油汽车和电动汽车过渡的一种新型新能源汽车,动力转向系统(ECIPS)作为电动化底盘集成控制系统(ECIS)的主要组成部分,对电动汽车的设计与装配具有重要的影响.动力转向系统具有典型的不确定性、未建模动态、测量噪声和干扰等非线性动力学特征,是包含离散事件与连续事件的混杂动力学系统.分析了分布式驱动电动汽车动力转向系统的控制结构、控制功能及其动力学行为,基于动力转向系统的输入/输出功能、控制状态和控制系统实现流程,建立了反映连续和离散控制行为的混杂控制系统模型.建立了动力转向系统的混杂控制流程和切换控制结构,进行了25km/h和45 km/h下的蛇形实验.结果表明:在25km/h下,转向系统转矩的峰值和平均值分别降低了41.68％和41.79％,在45 km/h下,转向系统转矩的峰值和平均值分别降低了30.92％和30.67％,转向轻便性得到明显改善.混杂系统动力学模型及其混杂控制结构反映了分布式驱动电动汽车动力转向系统的动力学行为及其控制特征,不仅揭示了动力转向系统的连续系统工作行为,也反映了离散事件特征,对分布式驱动电动汽车控制性能的改善、智能化水平的提高提供了理论研究意义和工程研究价值.【总页数】9页(P283-291)【作者】刘海妹;倪彰;贝绍轶;冯俊萍;赵景波【作者单位】江苏理工学院汽车与交通工程学院,常州213001;人工智能四川省重点实验室,自贡643000【正文语种】中文【中图分类】U463.4【相关文献】1.分布式驱动电动汽车底盘动力学控制研究综述 [J], 殷国栋;金贤建;张云2.分布式驱动电动汽车底盘动力学控制研究综述 [J], 殷国栋;金贤建;张云;3.分布式驱动电动汽车动力转向系统切换控制及其操纵稳定性试验 [J], 刘海妹;冯俊萍;倪彰4.浅谈分布式驱动电动汽车动力学控制发展现状 [J], 孙远举5.分布式驱动电动汽车整车动力学模型仿真与分析 [J], 陈磊; 李强; 胡乾斌; 赵璐; 吴坚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
分布式电动汽车驱动力分配控制方法研究
分布式电动汽车驱动力分配控制方法研究
彭晓燕;邢星飞;崔庆佳;黄晶
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2022(44)7
【摘要】针对驱动电机正常和故障工况下分布式电动汽车的操纵稳定性问题,提出了一种结合前轮转向和驱动力重构的驱动力分配控制方法。
首先基于横摆角速度与质心侧偏角设计滑模加权控制器,计算所需的附加横摆力矩;再分别建立电机正常和
故障工况驱动力优化分配模型。
其中,针对故障工况下驱动电机输出能力的限制,通
过协同前轮转向来补偿横摆力矩。
然后,基于二次规划理论求解最优驱动力分配值。
最后利用Carsim和Simulink联合仿真,验证了提出的协调控制方法的有效性。
结果表明,该方法可充分利用分布式驱动的冗余特性,确保分布式电动汽车在驱动电机
正常与故障工况下均可满足操纵稳定性要求。
【总页数】10页(P1059-1068)
【作者】彭晓燕;邢星飞;崔庆佳;黄晶
【作者单位】湖南大学机械与运载工程学院;中汽研汽车检验中心(天津)有限公司【正文语种】中文
【中图分类】U46
【相关文献】
1.基于控制分配的分布式驱动电动汽车驱动力分配算法
2.基于控制分配的分布式驱动电动汽车驱动力分配算法
3.基于叠堆编码的分布式能源系统资源分配非线性控
制方法研究4.基于叠堆编码的分布式能源系统资源分配非线性控制方法研究5.分布式驱动电动汽车驱动力矩分配策略研究
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分布式电驱动汽车驱动力矩优化控制分配
分布式电驱动汽车驱动力矩优化控制分配
林程;徐志峰;张虹;孙圣雄
【期刊名称】《北京理工大学学报》
【年(卷),期】2016(36)7
【摘要】针对分布式电驱动汽车在加速转向行车工况下车轮驱动力矩的控制分配问题,提出一种具有分层结构的控制策略.在控制策略的上层,为提高控制器对参数不确定和模型误差的鲁棒性,基于滑模控制进行主动横摆力矩计算.在控制策略的下层,构建了以提高车辆操纵性、降低电能损失为目标的优化问题,并基于离线计算和在线优化相结合的方式进行求解.采用Matlab-Carsim联合仿真,验证了控制策略在提高车辆操纵性能、降低能耗上的有效性.
【总页数】5页(P668-672)
【关键词】分布式电驱动汽车;操纵性控制;降低电能损失控制
【作者】林程;徐志峰;张虹;孙圣雄
【作者单位】北京理工大学机械与车辆学院;北京电动车辆协同创新中心
【正文语种】中文
【中图分类】U462.3
【相关文献】
1.四驱电动汽车驱动力矩分配优化控制 [J], 张旭;付翔;岳翔;
2.基于控制分配的分布式驱动电动汽车驱动力分配算法 [J], 茅澍州
3.分布式驱动电动汽车电液复合分配稳定性控制 [J], 熊璐;高翔;邹童
4.基于控制分配的分布式驱动电动汽车驱动力分配算法 [J], 茅澍州;
5.分布式驱动电动汽车驱动力矩分配策略研究 [J], 郭雷;石晶;黄浩;李昊潼;刘庆华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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车
工
程
2015 年（ 第 37 卷） 第 2 期
。“驱 本文中对分布式驱动电动汽车进行研究 动” 指广义的驱动， 包括 4 个车轮的驱动、 前后转向 电机的驱动和四轮主动制动 （ 制动系统在驾驶员没 有踩制动踏板时对部分或全部车轮施加制动力 ） 。 针对该车的分布式特性设计了底盘综合控制系统， 包括整车控制器、 车轮驱动控制器、 转向系统控制器 和制动系统控制器。 各控制器之间通过 CAN 总线 进行通信。 建立了用于该电动汽车的控制分配算 法， 它可以对各控制量进行分配， 并可以在控制系统 出现故障或控制量饱和时进行再分配 。 对所设计的 控制系统和控制算法进行仿真和实车验证 。 结果表 明， 所设计的控制系统和控制算法是可行的。 电动 汽车可保持良好的操纵稳定性， 并且在车辆出现故 障时， 仍然保持良好的操纵稳定性。
1
电动汽车底盘控制系统的总体设计
所研究的分布式驱动电动汽车的配置为： 四轮 轮毂电机独立驱动、 四轮线控转向、 具有主动制动功 能的液压制动。该实验车如图 1 所示。
2
底盘综合控制系统的硬件设计
进行控制系统硬件设计时， 须考虑电磁干扰、 温 度变化和振动等因素的影响， 基于以上因素， 本文中 选用飞思卡尔半导体公司生产的汽车级芯片作为各 控制器的主处理芯片。根据各控制器对计算能力的 需求， 整车控制器选用 MC9S12XEP100 作为主处理 芯片， 车轮驱动控制器、 转向系统控制器和制动系统 控制器都选用 MC9S12DG128 作为主处理芯片。 在电动实验车上采用单独的 12V 电源给各控制
School of Transportation Science and Engineering ，Beihang University，Beijing 100191
［ Abstract］ A comprehensive chassis control system based on CAN bus is designed for a distributeddrive electric vehicle with fourwheel steeringbywire and hydraulic brake in this paper． The control system consists of a vehicle controller，four wheel drive controllers，a steering system controller and a braking system controller． The controllers of electric vehicle communicate via CAN bus and the application layer protocol of CAN network is designed based on CAN 2． 0B protocol． The hardware of controllers is designed with consideration of the effects of electromagnetic interference ，temperature changes，vibration and other factors of electric vehicle． A pseudo inverse control allocation algorithm for electric vehicle is created ，which can not only fulfill routine control allocation ，but also achieve control reallocation in the cases of control system faults and control input saturation ，hence improving the controllability and stability of vehicle． The results of simulation and verification test show that the control system designed can effectively allocate and reallocate the control input of actuator and make electric vehicle well realize the intention of driver with stability of vehicle maintained． Keywords： distributed drive electric vehicle ； CAN bus； pseudo inverse control allocation ISO 11898 和 ISOAN 网络的应用层协议的制订主要 参考 CAN2． 0B 协议。 CAN 通信的数据帧格式有标 CAN 准帧和扩展帧两种， 本文中采用标准帧格式， 总线通信的波特率设置为 250kb / s。 CAN 的标准数 据帧格式采用 11 位的标志符， 标志符的定义为： 标 志符的高 3 位定义为源地址， 低 8 位定义为数据内 容的标志。各控制器的二进制源地址分别为： 整车 — —001B ， — —010B ， 控制 器— 转 向 系 统 控 制 器— 制动 — —011B ， — —100B ， 左 前 驱 动 控 制 器— 系统 控 制 器— — —101B ， — — 右前 驱 动 控 制 器— 左 后 驱 动 控 制 器— 110B ， — —111B 。 右后驱动控制器— CAN 总线对车辆状态信息和控制信息进行传 送。例如： 标识符为 00100000010B 的数据帧表示由 整车控制器发送的附加转向角命令数据帧， 数据段 的有效长度为 2 个字节， 分别为前轮和后轮的期望 附加转向角。 转向系统控制器通过 CAN 总线接收 到该帧数据后， 根据数据段的内容对车轮转向角进 行控制。
上 。 整车控制器中还设计了一个辅助处理芯片 ， 与 主处理芯片进行相互监测 ， 可以诊断主处理芯片的 故障 。
图3
CAN 总线接口电路
图4
整车控制器的结构图
2． 2
驱动控制器设计 控制系统中的 4 个车轮驱动控制器对 4 个车轮 的无刷直流轮毂电机进行控制。 在正常情况下， 驱
制器根据转向盘转角计算出期望的前轮转向角， 并 与来自整车控制器的期望车轮附加转向角相加之后 作为总的车轮转向角。 电动汽车的前、 后车轮各采 用一个有刷直流电机作为转向电机， 控制器通过两 个 H 桥对两个电机继续控制， 实现前、 后轮的左右 偏转。 2． 4 制动系统控制器设计 电动汽车上采用磁电式轮速传感器采集 4 个车 轮的轮速， 控制器中采用两个 NCV1124 芯片对轮速 信号进行转换， 将轮速传感器输出的正弦波转换为 方波信号， 并传送给主处理芯片。 NCV1124 芯片在 转换轮速信号的同时， 还对轮速传感器进行诊断， 以 发现其断路故障。 控制器中包含 12 个用来驱动电磁阀的线圈， 通 过控制线圈的通断对液压管路的压力进行调节， 控 制器采用 3 个 TLE6228 芯片对 12 个线圈进行控制， 同时 TLE6228 还可以对线圈的断路和短路故障进行 诊断。 制动系统的液压单元中还包含一个电机， 用来 减压和主动增压。 控制器采用 N 沟道 MOS 管对电 机的通断进行控制。 控制器采集 4 个车轮的轮速， 并根据轮速判断
图2
电动汽车的底盘综合控制系统结构图
信息 。 这 4 个信号都是电压信号 ， 在整车控制器中 设计了滤 波 电 路 ， 信号经过滤波之后被单片机采
2015 （ Vol． 37 ） No． 2
冯冲， 等： 分布式驱动电动汽车底盘综合控制系统的设计
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集 。 主处 理 芯 片 还 通 过 CAN 总 线 采 集 车 轮 的 轮 速、 实际驱动力矩 、 转向角和其它控制器的故障信 息， 并将执行机构的期望控制量发送到其它控制器
动控制器根据由 CAN 总线接收到的整车控制器的 命令对轮毂电机的驱动力矩进行控制 。 驱动控制器 同时对加速踏板的位置信号进行采集， 以平均分配 。 的规则计算出备用的期望驱动力矩 当整车控制器 出现故障时， 驱动控制器根据备用的期望驱动力矩 对轮毂电机进行控制。 轮毂电机通过 3 个霍尔传感器的高低电平信号 将电机的当前位置传递给驱动控制器， 控制器通过 主处理芯片的 IO 口对该信号进行采集， 并根据该信 号对电机中的 3 组线圈的相位进行控制。 控制器通 过 3 个半桥电路对这 3 组线圈进行驱动， 主处理芯 片通过 3 路 PWM 信号来控制这 3 个半桥。 通过调 节 PWM 信号的驱动顺序和占空比可以实现电机的 正反转和驱动力矩的调节。控制器还根据霍尔传感 器的信 号 计 算 车 轮 的 轮 速， 并将轮速信息发送到 CAN 总线上。 2． 3 转向系统控制器设计 转向系统控制器对转向盘转角和前、 后车轮转 向角进行采集， 经滤波后传送给主处理芯片。 该控
［2 － 3 ］ ［4 ］ ［5 ］ 、 四轮转向 和线控制动 等。
* 国家自然科学基金（ 51175015 ） 和国家高技术研究发展计划项目（ 2012AA110904 ） 资助。 修改稿收到日期为 2013 年 7 月 29 日。 原稿收到日期为 2013 年 5 月 7 日，
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汽
关键词： 分布式驱动电动汽车； CAN 总线； 伪逆控制分配
Design of a Comprehensive Chassis Control System for a Distributed Drive Electric Vehicle
Feng Chong，Ding Nenggen，He Yongling，Xu Guoyan ＆ Gao Feng
前言
具 控制器局域网 （ CAN ） 由 BOSCH 公司开发， 有结构简单、 性能可靠、 数据通信实时性强等特点， 目前已广泛应用于汽车领域， 并且形成了国际标准