阅读说明：本技术 一种电动汽车的轮毂电机协调控制方法及装置 (Coordination control method and device for hub motor of electric automobile ) 是由 田韶鹏 罗毅 郑青星 张骞 方思远 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电动汽车的驱动控制方法技术领域,公开了一种电动汽车的轮毂电机协调控制方法,包括以下步骤：获取车辆的行驶状态信息,根据所述行驶状态信息判断车辆的行驶状态类别；根据所述行驶状态类别匹配相应的协调控制方案,根据匹配的协调控制方案分别计算各轮毂电机的控制参数；根据所述控制参数对各所述轮毂电机进行协调控制。本发明具有轮毂电机驱动效率高、制动能量回收效率高的技术效果。(The invention relates to the technical field of drive control methods of electric automobiles, and discloses a hub motor coordination control method of an electric automobile, which comprises the following steps: acquiring running state information of a vehicle, and judging the type of the running state of the vehicle according to the running state information; matching corresponding coordination control schemes according to the driving state categories, and respectively calculating control parameters of each hub motor according to the matched coordination control schemes; and performing coordination control on each hub motor according to the control parameters. The invention has the technical effects of high driving efficiency of the hub motor and high recovery efficiency of braking energy.)

一种电动汽车的轮毂电机协调控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电动汽车的驱动控制方法技术领域，具体涉及一种电动汽车的轮毂电机协调控制方法、装置、电动汽车以及计算机存储介质。

背景技术

目前，对于车辆进行驱动控制时，通常是对所有的车轮同时以同样的方式进行驱动控制，且在制动的时候，仅驱动轮可以进行制动能量回收，其他车轮无法进行制动能量回收。然而车辆行驶时，由于路况信息复杂多样，这种驱动控制方式，无法使得各驱动电机始终工作在高效率的驱动参数下，制动时能量回收效率也不高，能量回收效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种电动汽车的轮毂电机协调控制方法、装置电动汽车以及计算机存储介质，解决现有技术中无法对各驱动电机同时进行高效率的驱动控制，制动时能量回收效率低的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种电动汽车的轮毂电机协调控制方法，包括以下步骤：

获取车辆的行驶状态信息，根据所述行驶状态信息判断车辆的行驶状态类别；

根据所述行驶状态类别匹配相应的协调控制方案，根据匹配的协调控制方案分别计算各轮毂电机的控制参数；

根据所述控制参数对各所述轮毂电机进行协调控制。

本发明还提供一种电动汽车的轮毂电机协调控制装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述电动汽车的轮毂电机协调控制方法。

本发明还提供一种电动汽车，包括所述电动汽车的轮毂电机协调控制装置，还包括汽车本体，所述汽车本体包括多个车轮，各所述车轮分别配置有相应的轮毂电机以及相应的电机控制器，各所述轮毂电机以及各所述电机控制器分别安装于相应的车轮上。

本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机该程序被处理器执行时，实现所述电动汽车的轮毂电机协调控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明根据行驶状态信息判断出车辆的形式状态类别后，匹配相应的协调控制方案，然后根据协调控制方案分别对各轮毂电机进行协调控制。由于对各轮毂电机进行了独立的控制，因此可以保证各轮毂电机均工作在高效率的控制参数下，提升车辆在不同行驶状态下的驱动效率。同时，由于对各轮毂电机的独立控制，制动行驶时，每一个轮毂电机均可进行制动能量回收，从而提高了制动时能量回收效率。

附图说明

图1是本发明提供的电动汽车的轮毂电机协调控制方法一实施方式的流程图；

图2是本发明提供的不同行驶状态类别下协调控制方案一实施方式的流程图；

图3是本发明提供的非原地掉头时目标工作转速以及目标转向角度一实施方式的计算原理图；

图4是本发明提供的原地掉头时目标工作转速以及目标转向角度一实施方式的计算原理图；

图5是本发明提供的电动汽车一实施方式的驱动结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明的实施例1提供了电动汽车的轮毂电机协调控制方法，包括以下步骤：

S1、获取车辆的行驶状态信息，根据所述行驶状态信息判断车辆的行驶状态类别；

S2、根据所述行驶状态类别匹配相应的协调控制方案，根据匹配的协调控制方案分别计算各轮毂电机的控制参数；

S3、根据所述控制参数对各所述轮毂电机进行协调控制。

本实施例根据行驶状态信息判断出车辆的形式状态类别后，匹配相应的协调控制方案，然后根据协调控制方案分别对各轮毂电机进行协调控制。由于对各轮毂电机进行了独立的控制，因此可以保证各轮毂电机均工作在高效率的控制参数下，各轮毂电机保持在高效率区域工作可以提高车辆的续航能力，降低车辆电耗；同时使得车辆在不同行驶状态下，各轮毂电机协调运转，按照不同模式进行协调工作，提升车辆在不同行驶状态下的驱动效率。同时，由于对各轮毂电机的独立控制，六个车轮分别受相应轮毂电机的独立驱动，制动行驶时，每一个轮毂电机均可进行制动能量回收，提高了制动时能量回收效率。

优选的，获取车辆的行驶状态信息，根据所述行驶状态信息判断车辆的行驶状态类别，具体为：

所述行驶状态信息包括方向盘转角信号、制动踏板开度信号以及加速踏板开度信号；

如果所述制动踏板开度信号为零且所述加速踏板开度信号不为零，则判断车辆的行驶状态类别为加速行驶状态；

如果所述制动踏板开度信号为零且所述加速踏板开度信号为零，则判断车辆的行驶状态类别为匀速行驶状态；

如果所述制动踏板开度信号不为零且所述加速踏板开度信号为零，则判断车辆的行驶状态类别为制动行驶状态；

如果所述方向盘转角信号不为零，则判断车辆的行驶状态类别为转向行驶状态。

应该理解的，车辆在同一时刻下可能同时存在两种行驶状态类别，例如同时处于匀速行驶状态和转向行驶状态，如果同时存在两种行驶状态，则事先设定各类行驶状态类别的优先级别，选择优先级别较高的行驶状态类别对应的协调控制方案进行控制即可。

优选的，根据所述行驶状态类别匹配相应的协调控制方案，根据匹配的协调控制方案分别计算各轮毂电机的控制参数，具体为：

所述行驶状态类别包括加速行驶状态、匀速行驶状态、制动行驶状态以及转向行驶状态；

所述加速行驶状态与加速协调方案相匹配，根据所述加速协调方案分别计算各轮毂电机的启停信号以及各轮毂电机的目标工作转速，作为所述控制参数；

所述匀速行驶状态与匀速协调方案相匹配，根据所述匀速协调方案分别计算各轮毂电机的目标工作转速，作为所述控制参数；

所述制动行驶状态与制动协调方案相匹配，根据所述制动协调方案分别计算各轮毂电机的启停信号以及各轮毂电机的目标工作转速，作为所述控制参数；

所述转向行驶状态与转向协调方案相匹配，根据所述转向协调方案分别计算各轮毂电机的目标转向角度以及目标工作转速，作为所述控制参数。

具体的，如图2所示：

车辆加速行驶时，方向盘转角信号为零，制动踏板开度信号为零，加速踏板开度信号不为零，通过计算得到加速所需的目标驱动转矩，根据目标驱动转矩进行计算，得到所需启动的轮毂电机(以下简称电机)个数及所需目标工作转速，并将电机的启停信号和目标工作转速信号传递至相应电机控制器；电机控制器根据对启停信号对电机进行启停控制，根据目标工作转速信号与电机实时转速的对比，对电机实时转速进行修正；

车辆匀速行驶时，方向盘转角信号为零，加速踏板开度信号为零，制动踏板开度信号为零，不对获取到的车轮的轮速信号做任何处理，选择最小的轮速信号作为目标工作转速，电机控制器通过对电机实时转速与接收到的目标工作转速进行比较，对电机实时转速进行修正；

在车辆转向行驶时，方向盘转角信号不为零，制动踏板开度信号为零，加速踏板开度信号为零，根据车轮的实时轮速以及方向盘转角信号，计算目标转向角度以及目标工作转速，电机控制器通过对电机实时转速与接收到的目标工作转速进行比较，对电机实时转速进行修正，转向系统根据目标转向角度控制车轮完成转向，最终完成车辆的转向行驶；

在车辆制动行驶时，加速踏板开度信号为零，方向盘转角信号为零，制动踏板开度信号不为零，通过制动踏板开度信号计算制动所需的目标制动转矩，将目标制动转矩与制动力矩阈值进行比较，当目标制动转矩小于最大的制动力矩阈值时，采用电机反拖力矩实现车辆的制动；当目标转矩大于最大的制动力矩阈值时，同时采用电机反拖及机械制动来完成制动，机械制动力矩设置为目标制动转矩与电机最大反拖力矩的差值，完成车辆制动。

具体的，本实施例中采用分布式六轮轮毂电机驱动，以下针对六轮轮毂电机的电动汽车的协调控制过程进行详细阐述。

优选的，根据所述加速协调方案分别计算各轮毂电机的启停信号以及各轮毂电机的目标工作转速，具体为：

根据车辆的加速踏板开度信号计算车辆加速所需的目标驱动转矩：

其中，T_r为目标驱动转矩，

为加速踏板开度信号，

加速踏板的最大开度信号，T_rmax为轮毂电机所能提供的最大驱动转矩；

根据所述目标驱动转矩设置需要提供驱动力矩的轮毂电机的数量：

当T_{m_a-1}＜T_r＜T_{m_a}时，需要提供驱动力矩的轮毂电机数量为2a，其中，T_{m_a-1}为第a-1个驱动力矩阈值，T_{m_a}为第a个驱动力矩阈值，a＝1,2,…,K/2，K为轮毂电机总数量，T_mk为第k个轮毂电机的额定转矩；

根据需要提供驱动力矩的轮毂电机的数量为各轮毂电机设置启停信号；

为每一个需要提供驱动力矩的轮毂电机分配目标工作转矩：

其中，T_ri为第i个需要提供驱动力矩的轮毂电机的目标工作转矩，i＝1,2,…,2a；

根据所述目标工作转矩计算需要提供驱动力矩的轮毂电机的目标工作转速：

其中，v_i为第i个需要提供驱动力矩的轮毂电机所分配的目标工作转速，i＝1,2,…,2a，P_mi为第i个需要提供驱动力矩的轮毂电机的额定功率。

具体的，本实施例采用六轮轮毂电机，因此K＝6；

当0＜T_r＜T_{m_1}时，需要提供驱动力矩的轮毂电机数量为2；

当T_{m_1}＜T_r＜T_{m_2}时，需要提供驱动力矩的轮毂电机数量为4；

当T_{m_2}＜T_r＜T_{m_3}时，需要提供驱动力矩的轮毂电机数量为6；

其中，T_{m_1}、T_{m_2}、T_{m_3}分别为三个驱动力矩阈值；

三个驱动力矩阈值分别为：

T_m_₁＝T_m1+T_m2

T_m_₂＝T_m1+T_m2+T_m3+T_m4

T_m_₃＝T_m1+T_m2+T_m3+T_m4+T_m5+T_m6

其中，T_mk为第k个轮毂电机的额定转矩，k＝1,2,…,6；

根据所述目标驱动转矩以及需要提供驱动力矩的轮毂电机数量，为需要提供驱动力矩的各轮毂电机分配驱动转矩：

当0＜T_r＜T_{m_1}时，

当T_{m_1}＜T_r＜T_{m_2}时，

当T_{m_2}＜T_r＜T_{m_3}时，

T_ri为第i个需要提供驱动力矩的轮毂电机的目标工作转矩；

根据目标工作转矩计算需要提供驱动力矩的轮毂电机的目标工作转速；

结合各轮毂电机的启停信号以及需要提供驱动力矩的轮毂电机的目标工作转速作为所述控制参数。

优选的，根据所述匀速协调方案分别计算各轮毂电机的目标工作转速，具体为：

获取各轮毂电机的实时转速，选择最小的实时转速作为各轮毂电机的目标工作转速：

v_kr＝min(v_k__act)

其中，v_kr为第k个轮毂电机的目标工作转速，k＝1,2,…,K,K为轮毂电机的总数量，min()表示取最小值，v_{k_act}为第k个轮毂电机的实时转速。

优选的，根据所述制动协调方案分别计算各轮毂电机的启停信号以及各轮毂电机的目标工作转速，具体为：

根据制动踏板开度信号计算车辆制动所需的目标制动转矩：

其中，T_B为目标制动转矩，θ为制动踏板开度信号，θ_max为制动踏板的最大开度信号，T_Bmax为轮毂电机所能提供的最大反拖力矩与机械制动力矩之和；

将所述目标制动转矩与制动力矩阈值进行比较，确定需要提供制动力矩的轮毂电机数量：当T_{m_b-1}＜T_B＜T_{m_b}时，需要提供制动力矩的轮毂电机数量为2b，其中，T_{m_b-1}为第b-1个制动力矩阈值，T_m__b为第b个制动力矩阈值，b＝1,2,…,K/2，K为轮毂电机总数量，T_{mk_B}为第k个轮毂电机的最大反拖力矩；

为每一个需要提供制动力矩的轮毂电机分配目标工作转矩：

其中，T_Bj为第j个需要提供制动力矩的轮毂电机的目标工作转矩，j＝1,2,…,2b；

当T_B＞T_{m_K/2}时，需要提供制动力矩的轮毂电机数量为K，需要提供制动力矩的轮毂电机的目标工作转矩为：

T_Bj＝T_{mj_B}

T_{B_m}＝T_B-ΣT_{mj_B}

其中，T_Bj为第j个需要提供制动力矩的轮毂电机的目标工作转矩，j＝1,2,…,K，T_{mj_B}为第j个需要提供制动力矩的轮毂电机的最大反拖力矩，T_{B_m}为机械制动力矩；

根据需要提供制动力矩的轮毂电机的数量为各轮毂电机设置启停信号；

根据所述目标工作转矩计算需要提供制动力矩的轮毂电机的目标工作转速：

其中，v_j为第j个需要提供制动力矩的轮毂电机所分配的目标工作转速，j＝1,2,…,2b，P_mj为第j个需要提供制动力矩的轮毂电机的额定功率。

具体的，对于六轮轮毂电机的电动汽车来说：

当T_{m_0}＜T_B＜T_{m_1}时，需要提供制动力矩的轮毂电机数量为2；

当T_{m_1}＜T_B＜T_{m_2}时，需要提供制动力矩的轮毂电机数量为4；

当T_{m_2}＜T_B＜T_{m_3}时，需要提供制动力矩的轮毂电机数量为6；

当T_B＞T_{m_3}时，需要提供制动力矩的轮毂电机数量为6；

其中，T_{m_1}、T_{m_2}、T_{m_3}分别为三个制动力矩阈值；

三个制动力矩阈值分别为：

T_m_₁＝T_m1-B+T_m2-B

T_m_₂＝T_m1-B+T_m2-B+T_m3-B+T_m4-B

T_m_₃＝T_m1-B+T_m2-B+T_m3-B+T_m4-B+T_m5-B+T_m6-B

其中,T_{mk_B}为第k个轮毂电机的最大反拖力矩，k＝1,2,…,6；

为需要提供制动力矩的轮毂电机分配目标工作转矩：

当T_{m_0}＜T_B＜T_{m_1}时，

当T_{m_1}＜T_B＜T_{m_2}时，

当T_{m_2}＜T_B＜T_{m_3}时，

当T_B＞T_{m_3}时，T_Bj＝T_{mj_B},T_{B_m}＝T_rB-∑T_{mj_B}；

根据目标工作转矩计算每一个轮毂电机的目标工作转速；

根据需要提供制动力矩的轮毂电机的数量为各轮毂电机设置启停信号，以各轮毂电机的启停信号以及需要制动的轮毂电机的目标工作转速作为所述控制参数。

优选的，根据所述转向协调方案分别计算各轮毂电机的目标转向角度以及目标工作转速，具体为：

获取各车轮的实时轮速，根据各车轮的实时轮速计算车辆的行驶速度：

其中，N为车辆的行驶速度，n_{k_act}为第k个车轮的实时轮速，k＝1,2,…,K,K为车轮的总数量；

当所述转向行驶状态为非原地掉头时，每一车轮对应的轮毂电机的目标转向角度为：

δ_k＝arctan(L/R_{k_1})

其中，δ_k为第k个轮毂电机的目标转向角度，R_{k_1}为转角中心到第k个车轮所在一侧车轮中心连线之间的垂直距离，R_{k_1}取R_left或R_right，R_left为转角中心到左侧车轮中心连线之间的垂直距离，R_right为转角中心到右侧车轮中心连线之间的垂直距离；

当所述转向行驶状态为原地掉头时，每一车轮对应的轮毂电机的目标转向角度为：

δ_k＝(-1)^k×arctan(D/2l_c)

其中，δ_k为第k个轮毂电机的目标转向角度，D为车轮轮距，l_k为车辆重心到第k个车轮与其对侧车轮的中心连线的垂直距离；

当所述转向行驶状态为非原地掉头时，计算每一车轮的中心到转角中心之间的距离：

其中，R_k第k个车轮的中心到转角中心之间的距离；

当所述转向行驶状态为原地掉头时，计算每一车轮的中心到转角中心之间的距离：

其中，R_k第k个车轮的中心到转角中心之间的距离；

计算车辆重心到转角中心之间的距离：

其中，R_G为车辆重心到转角中心之间的距离；

计算每一车轮的目标轮速：

其中，n_k为第k个车轮的目标轮速；

计算每一车轮对应的轮毂电机的目标工作转速：

其中，v_k为第k个车轮对应的轮毂电机的目标工作转速。

具体的，对于六轮轮毂电机的电动汽车来说，当所述转向行驶状态为非原地掉头时，R_left、R_right的计算方法为：

其中，R_left为转角中心到左侧车轮中心连线之间的垂直距离，R_right为转角中心到右侧车轮中心连线之间的垂直距离，R₀为转角中心到车辆中轴线之间的垂直距离，L为前轮与后轮之间的距离，D为车轮轮距，

为第c组车轮的平均转角，c＝1,2,…,K/2，K为车轮总数量，车轮的总数量与轮毂电机的数量相等且一一对应；

第c组车轮的平均转角，具体为：

其中，

为第c组车轮的平均转角，δ_d-1表示第d-1个车轮的方向盘转角信号，δ_d表示第d个车轮的方向盘转角信号，d＝1,2,…,K，d＝2c；

例如，如图3所示，图3中六个矩形块表示六个车轮，分别用数字1-6表示，带箭头的线段表示车轮的实时轮速方向，以第一组车轮的平均转角为例：

R_left、R_right计算完成后，即可得到相应的R_{k_1}，从而可以计算出相应的目标转向角度，进而可以计算出每一车轮的中心到转角中心O之间的距离R_k，如图3所示，同样以第一组车轮为例：

每一车轮的中心到转角中心O之间的距离R_k计算完成后，即可计算每一车轮的目标轮速：

进而根据目标轮速计算出目标工作转速；

以目标转向角度和目标工作转速作为控制参数。

具体的，对于六轮轮毂电机的电动汽车来说，当所述转向行驶状态为原地掉头时，转向中心O与车辆重心G重合，此时，轮毂电机的目标转向角度以及目标工作转速的计算示意图如图4所示，图4中六个矩形块表示六个车轮，分别用数字1-6表示，带箭头的线段表示车轮的实时轮速方向，；

其中，每一车轮对应的轮毂电机的目标转向角度，，以第一组车轮为例，计算如下：

δ₁＝-arctan(D/2l₁)

δ₂＝arctan(D/2l₁)

其中，每一车轮的中心到转角中心O之间的距离，以第一组车轮为例，计算如下：

计算出每一车轮的中心到转角中心之间的距离后，目标工作转速的计算与非原地掉头时一样，在此也就不再赘述了。

实施例2

本发明的实施例2提供了电动汽车的轮毂电机协调控制装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现实施例1提供的电动汽车的轮毂电机协调控制方法。

本发明实施例提供的电动汽车的轮毂电机协调控制装置，用于实现电动汽车的轮毂电机协调控制方法，因此，电动汽车的轮毂电机协调控制方法所具备的技术效果，电动汽车的轮毂电机协调控制装置同样具备，在此不再赘述。

实施例3

本发明的实施例3提供了电动汽车，包括实施例3提供的电动汽车的轮毂电机协调控制装置，还包括汽车本体，所述汽车本体包括多个车轮，各所述车轮分别配置有相应的轮毂电机以及相应的电机控制器，各所述轮毂电机以及各所述电机控制器分别安装于相应的车轮上。

由于传统底盘构造比较复杂，且因其上安装有底盘轴和传动系统，所以车辆整体质量较大，底盘重心较高，增加了车辆的电耗，同时增加了物流车满载时车辆的侧翻概率。因此本实施例中电动汽车的底盘采用纯线控底盘结构，取消了传统底盘上安装的底盘周和传动系统，底盘仅安装动力电池，驱动系统(包括驱动电机、电机控制器等)、制动系统等均集成在车轮，车轮再通过独立悬架系统与底盘相连接。

具体的，如图5所示，图5中六个轮毂电机分别用数字1-6进行区分，同样的，六个轮毂电机相对应的电机控制器以及轮速传感器也用数字1-6进行区分。在信号传输模块，本电动汽车中方向盘转角传感器、加速踏板开度传感器、制动踏板开度传感器、轮速传感器等将接收到的信号传递至整车控制器，整车控制器通过对输入信号进行分析计算，再将分析计算之后的控制参数分别传递至电机协调控制器或制动控制器，再由电机协调控制器对输入控制参数进行判断、分析，将得到的控制信号传递至所需驱动的电机，控制电机按照需求工作，完成车辆加速、匀速、爬坡、转向行驶；或传递至制动控制器，制动控制器通过对输入信号进行分析比较，传递至电机和制动盘，完成车辆制动。电机协调控制器和制动控制器可以集成于整车控制器上，也可以单独设置。电机协调控制器即实施例2中电动汽车的轮毂电机协调控制装置的简称。

实施例4

本发明的实施例4提供了计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现实施例1提供的电动汽车的轮毂电机协调控制方法。

本发明实施例提供的计算机存储介质，用于电动汽车的轮毂电机协调控制方法，因此，电动汽车的轮毂电机协调控制方法所具备的技术效果，计算机存储介质同样具备，在此不再赘述。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。