專利名稱：雙輪驅動電動車輛的差速控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動雙輪驅動車輛的控制系統，具體為一種在兩個驅動輪目標速度 不一致的情況下，協調控制兩個驅動電機輸出功率的雙輪驅動車輛的差速控制系統。
背景技術：
隨著石油能源越來越緊張，電動車輛逐漸取代燃油車輛的趨勢已經不可阻擋，當電 動車輛在轉向或在不平路面行駛時，要求各車輪轉速不同，并要與車輪輪心速度相協調。 傳統燃油汽車通過左右輪間的機械差速器保證了兩側車輪能夠以不同速度旋轉，從而滿 足汽車行駛運動學的要求，但同時也增加了減震懸架系統的復雜度，降低了系統的效率。 當前采用輪轂電機作雙輪驅動的電動車輛有很大一部分是雙輪獨立驅動，兩套驅動系統 之間沒有任何聯系，這樣會導致車輛在轉向或不平路面行駛時，由于兩個車輪的目標速 度不一致而出現滑移，加速輪胎的磨損，并造成車輛行駛的不穩定；即便在速度不高或 雙輪目標速度相差不大的情況下，不出現滑移現象，也會增加輪軸的疲勞，影響車輛的 使用壽命。
發明內容
本發明要解決的問題是現有機械差速器增加了車輛減震懸架系統的復雜度，降低 了系統的效率；雙輪驅動電動車大多沒有差速系統，易發生滑移，增加輪軸的疲勞，影
響車輛的使用壽命。
本發明的技術方案是雙輪驅動電動車輛的差速控制系統，包括左、右驅動模塊和 協調模塊，協調模塊接收外部控制信號，輸出相應的工作信號控制左、右驅動模塊的輸 出功率，左、右驅動模塊分別驅動兩個驅動輪的電機，并將兩個驅動輪的轉矩信號不斷 傳輸給協調模塊，協調模塊根據兩驅動輪轉矩相等的原則判斷是否調整兩驅動模塊的工 作信號，兩驅動輪轉矩相等按外部控制信號輸出相應工作信號，不等則在外部控制信號 下對工作信號進行調整；左、右驅動模塊輸出功率的和始終等于外部控制信號的目標輸 出功率。
協調模塊和左、右驅動模塊均為單片機，由于在控制系統中總是希望被控參數穩定 在工藝要求的范圍內，而在實際中被控參數總是與設定值有一定的差別，需要不斷調整，為使調整的持續時間短、超調量小、擺動次數少，采用比例-積分-微分控制(PID)調 節策略，在協調模塊設置PID控制器，通過PID控制器調整左、右驅動模塊的工作信號。 左、右驅動器模塊設有電流、電壓傳感器，檢測驅動輪電機的電流、電壓，通過電機的 電流得到電機轉矩信號。驅動模塊通過脈沖調制PWM信號驅動電機，根據工作信號和 驅動輪電機的狀態調整PWM信號輸出。本發明采用了電子差速驅動方法，驅動輪配備獨立的驅動模塊，協調模塊以兩個驅 動輪的驅動轉矩相等為目標，調整兩驅動模塊的輸出功率，通過控制驅動轉矩使兩輪的 地面附著力相等，從而使車輛發生滑移的可能性減到最小。本發明尤其適用于采用輪轂電機做雙輪驅動的車輛。本發明系統結構簡單，易于實現，防止車輛出現滑移，減少輪胎的磨損，保證車輛 行駛的穩定性，用單片機處理信息精度高，速度快，能實時對驅動輪轉矩進行調整，不 再需要傳動機構和差速齒輪，節省了空間，提高了傳動系統的效率。
圖1為本發明系統原理圖。圖2為本發明系統工作流程圖。圖3為本發明中PID控制的原理圖。圖4為本發明系統的一個具體電路實施框圖。圖5為本發明系統實施例的兩驅動輪轉矩差的擬合曲線圖。
具體實施方式
如圖1為本發明原理圖，包括左、右驅動模塊和協調模塊，協調模塊接收外部控制 信號，左、右驅動模塊分別驅動兩個驅動輪的電機，并將兩個驅動輪的轉矩信號不斷反 饋傳輸給協調模塊，協調模塊根據外部控制信號和驅動輪的轉矩信號輸出相應的工作信 號控制左、右驅動模塊的輸出功率。圖2是本發明系統的工作流程圖，協調模塊和左、右驅動模塊先初始化，協調模塊 接收外部控制信號，如油門、剎車信號等，給左、右驅動模塊輸出相應的工作信號，如 電壓信號，指示驅動模塊的輸出功率；左、右驅動模塊接收協調模塊的工作信號，同時 通過電流、電壓傳感器檢測驅動輪電機的電流、電壓，驅動模塊根據工作信號和電機的 電流電壓判斷電機是否過流或欠壓，然后輸出適當的PWM信號驅動電機，因為驅動輪 轉矩T與通過電機的相電流I成正比，T=k，I，其中k為比例系數，它與電機的磁場強度，輪轂半徑等因素有關，電流傳感器上通過的峰值電流就是電機內部的相電流，由此 得到驅動輪轉矩信號，左、右驅動模塊將兩驅動輪的轉矩信號發送給協調模塊，協調模 塊判斷兩驅動輪的轉矩是否相等，相等繼續按外部控制信號輸出相應工作信號，當轉矩 信號不相等，必須將大轉矩的驅動模塊輸出功率減小，小轉矩的加大，使之相等，同時 保證輸出功率之和為外部控制信號的目標輸出功率，增減量大小通過PID調節計算出， 協調模塊給出調整后的工作信號，驅動模塊再根據新的工作信號調整輸出功率，并向協 調模塊反饋驅動輪轉矩信號；左、右驅動模塊輸出功率的和始終等于外部控制信號的目 標輸出功率，整個系統不斷的以兩個驅動輪的驅動轉矩相等為目標進行調整。
在控制系統中總是希望被控參數穩定在工藝要求的范圍內，而在實際中被控參數總 是與設定值有一定的差別，需要不斷調整，為使調整的持續時間短、超調量小、擺動次 數少，采用比例-積分-微分控制(PID)調節策略。如圖3，外部控制信號將目標值傳輸 給協調模塊，協調模塊向驅動模塊發出工作信號，驅動模塊驅動電機，電機參數再反饋 給協調模塊，幫助調整工作信號。本系統的調整目標是兩個驅動輪的轉矩相等，并且輸 出功率之和為外部控制信號的目標輸出功率，驅動模塊輸出功率-電機轉矩X電機轉
速，PID控制器根據下面的公式對工作信號進行調節
U(n)=U(n-1)+Kp(En_E(n-1)+KiEn+Kd(En-2E(n_l)+E(n-2))) 其中，Un為本次需要輸出值，U(n-l)為上次輸出值；En為本次傳感器輸入值，E(n-l)、 E(n-2)為上次和上上次的輸入值；Kp為比例系數，Ki為積分系數，Kd為微分系數。PID 調節的參數選擇需要根據不同的車型實際現場調節才能獲得最佳的效果，它們與整車的 質量、輸出功率、車速等都有關系。具體可以先設定一個比例系數，微分、積分系數都 為零，在實際轉向過程中測定轉矩差變換，調整的目標是兩輪的轉矩差為零，如果調整 過程時間太長則加大比例系數，如果在目標點附近振幅太大則減小比例系數，直至選到 一個合適的值；然后設定積分系數，如果波動出現的周期長，則加大積分系數，如果偏 離零點后恢復慢，則減小積分系數；最后找到合適的微分系數，如果此時震蕩的頻率過 快，則減小微分系數，如果偏離值大且波動慢，則應該增加微分系數，對本發明系統而 言，微分系數的大小對系統影響不大，也可以取零，即構成一個PI閉環調節系統。
圖4是本發明系統的一個具體電路實施框圖，協調模塊和左、右驅動模塊均為單片 機MCU，協調模塊接收外部調速轉把信號及剎車信號，與左、右驅動模塊相連通訊；左、 右驅動模塊分別驅動兩驅動輪的電機，并檢測電機的電流電壓信號，用于得到轉矩信號， 傳輸給協調模塊；整個系統對車輛驅動輪進行差速控制。本實施例的一些具體參數為額定電壓36V額定功率350WX2空載轉速350 RPM輪徑大小18 inch最大轉矩45N . m最高速度30km/h最大轉角45。整車質量150kg前后軸距1.6m左右輪距0.6mPID調節參數Kp=0.7, Ki=0.1,Kd=0其中，MCU為Cypress公司的CY8C24423 。配備本差速系統的控制器，當系統在最高速度下、以最大轉角進行轉彎行駛時，未 發現輪胎有任何滑移現象。實測的兩輪轉矩差的擬合曲線圖如圖5所示，從圖中可以看 出，在突然發生轉向的瞬間，兩輪的轉矩差達到最大，但由于時間很短，不會造成車輛 的滑移，協調模塊一旦檢測到有轉矩差，即通過PID控制器開始發揮快速調節作用，在 0.2秒的時間內迅速將轉矩差控制在一個很小的幅度內，維持了車身的穩定性，很好地 達到了使用要求。
權利要求
1、雙輪驅動電動車輛的差速控制系統，其特征是包括協調模塊和左、右驅動模塊，協調模塊接收外部控制信號，輸出相應的工作信號控制左、右驅動模塊的輸出功率，左、右驅動模塊分別驅動兩個驅動輪的電機，并將兩個驅動輪的轉矩信號不斷傳輸給協調模塊，協調模塊根據兩驅動輪轉矩相等的原則判斷是否調整兩驅動模塊的工作信號，兩驅動輪轉矩相等按外部控制信號輸出相應工作信號，不等則在外部控制信號下對工作信號進行調整；左、右驅動模塊輸出功率的和始終等于外部控制信號的目標輸出功率。
2、 根據權利要求1所述的雙輪驅動電動車輛的差速控制系統，其特征是協調模塊 和左、右驅動模塊均為單片機，協調模塊設有PID控制器，通過PID控制器調整左、右 驅動模塊的工作信號。
3、 根據權利要求1或2所述的雙輪驅動電動車輛的差速控制系統，其特征是左、 右驅動器模塊設有電流、電壓傳感器，檢測驅動輪電機的電流、電壓，通過電機的電流 得到電機轉矩信號。
4、 根據權利要求1或2所述的雙輪驅動電動車輛的差速控制系統，其特征是驅動 模塊通過脈沖調制PWM信號驅動電機，根據工作信號和驅動輪電機的狀態調整PWM 信號輸出。
5、 根據權利要求3所述的雙輪驅動電動車輛的差速控制系統，其特征是驅動模塊 通過脈沖調制PWM信號驅動電機，根據工作信號和驅動輪電機的狀態調整PWM信號 輸出。
6、 根據權利要求1或2所述的雙輪驅動電動車輛的差速控制系統，其特征是應用 于采用輪轂電機做雙輪驅動的車輛。
7、 根據權利要求3所述的雙輪驅動電動車輛的差速控制系統，其特征是應用于采 用輪轂電機做雙輪驅動的車輛。
8、 根據權利要求4所述的雙輪驅動電動車輛的差速控制系統，其特征是應用于采 用輪轂電機做雙輪驅動的車輛。
9、 根據權利要求5所述的雙輪驅動電動車輛的差速控制系統，其特征是應用于采 用輪轂電機做雙輪驅動的車輛。
全文摘要
雙輪驅動電動車輛的差速控制系統，包括左、右驅動模塊和協調模塊，協調模塊接收外部控制信號，輸出相應的工作信號控制左、右驅動模塊的輸出功率，左、右驅動模塊將兩個驅動輪的轉矩信號不斷傳輸給協調模塊，協調模塊根據兩驅動輪轉矩相等的原則判斷是否調整兩驅動模塊的工作信號，協調模塊通過PID控制器調整左、右驅動模塊的工作信號。本發明系統結構簡單，易于實現，防止車輛出現滑移，減少輪胎的磨損，保證車輛行駛的穩定性，用單片機處理信息精度高，速度快，能實時對驅動輪轉矩進行調整，不再需要傳動機構和差速齒輪，節省了空間，提高了傳動系統的效率。
文檔編號B60L15/38GK101229781SQ20081002054
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月4日 優先權日2008年2月4日
發明者徐小康, 繆鵬程 申請人:徐小康