一種四輪直驅電動汽車用綜合控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種四輪直驅電動汽車用綜合控制系統，包括裝置在四輪上的扁平驅動、發電、制動多功能高效錐形轉子電機(2)、閉環電機控制器(3)和車輪傳感器、中央處理單元(4)和操縱傳感器以及輔助能量補充系統(9)和穩定系統(10)；中央處理器單元(4)采集所有傳感器和各智能單元的信號，產生相應的控制命令，通過總線(15)與閉環電機控制器(3)進行信息交換并控制風洞發電系統(9)、變形翼控制單元(10)適時工作，控制器(3)依據中央處理單元(4)的指令并參照采集的傳感器信息計算各車輪的目標轉速，通過調速系統控制車輪實現閉環控制，使四輪或驅動或發電制動或強制制動，始終保持輪胎與路面在最佳附著狀態，延長輪胎壽命，增加續駛里程，電磁制動可以起到ABS的制動效果。
【專利說明】—種四輪直驅電動汽車用綜合控制系統
[0001]本發明屬于電動汽車【技術領域】，尤其是采用四輪直驅式行走機構的電動汽車實現電子差速控制。
【背景技術】
[0002]目前，所有的汽車的動力傳動方式都是經過離合器、變速箱、傳動軸、后橋和差速器才能最終驅動車輪旋轉，這種動力傳遞方式不僅結構復雜、重量大、生產制造成本高、有噪音、易震動，而且耗能巨大；而車輛在制動時都是采用接觸式能耗制動，因此傳統汽車在制動時都會產生噪音和機件磨損，大量的慣性能量消耗在制動裝置上而產生有害的噪音和熱能。
[0003]四輪直驅式電動汽車是由安裝在四個車輪上的四個輪轂電機直接驅動車輪旋轉和制動，它革除了傳統的動力傳遞系統和制動系統，如此不僅使電動汽車結構更加簡單，整車重量減少，生產制造成本降低，可使用空間增大，更重要的是使電動汽車有限的能源得到高效的轉換，汽車運動的慣性能量被轉換成電能儲存起來，使電動汽車的續駛里程增加。但如此以來卻出現了新的問題，由于輪轂電機在中央處理器的統一指揮下以同樣的角速度旋轉，而車輛在行駛過程中由于路面結構狀況的復雜性，四個車輪與路面的附著力時時刻刻都在變化，再加上車輛轉向時對四輪的要求，將會產生汽車轉向困難，部分車輪與地面摩擦力加大，加速輪胎的磨損甚至會對輪轂電機產生損害。
[0004]本發明所要解決技術問題是，提供一種四輪直驅式電動汽車專用的包括電子差速控制、慣性發電控制和包含ABS的非接觸制動控制系統，保證四輪直驅式電動汽車在行駛過程中始終保持四輪與路面具有最佳的附著力和滾動性能，制動時能將巨大的慣性能量高效地轉換成電能儲存起來，強制制動時能將車輛制動在有效的距離內而不出現側劃和甩尾事故，從而延長電動汽車輪胎壽命，使電動汽車有限的能量高效循環和利用。
[0005]本發明采用的技術方案如下:
[0006]一種四輪直驅電動汽車用綜合控制系統，它包括裝置在四輪上的扁平驅動、發電、制動多功能高效錐形轉子電機，轉向角位移傳感器、車輪角速度傳感器、駐車制動機構、車體壓力傳感器和閉環電機控制器、中央處理器單元，剎車傳感器、加速傳感器、巡航開關，風洞發電系統控制單元，變形翼控制單元和能量緩沖池控制ECU ;所述的轉向角位移傳感器、車輪角速度傳感器、和駐車機構直接連接在閉環電機控制器的相關端子上，剎車傳感器、力口速傳感器、巡航開關，風洞門位置傳感器，變形翼位置傳感器分別連接到中央處理器的相關端子上。
[0007]中央處理單元的功能如下:對剎車傳感器、加速傳感器、巡航開關的信號進行采集整理，以確定當前車輛的狀態，并通過總線以廣播的方式向四個閉環電機控制器下達有關指令，以詢問的方式查看四輪閉環電機控制器控制的當前四個車輪的角速度、角位移和車體壓力數據，發現異常情況可以報警并將車輛在兩輪驅動和四輪驅動間轉換，同時將有關數據送車輛監控中心的IXD顯示屏顯示，并依據四輪車體壓力數據命令變形翼穩定系統分別產生壓力、升力和阻力；當檢測到巡航開關閉合信號后，可以立即下達命令使車輛進入具有AGC功能的全自動巡航狀態，當檢測到剎車踏板有信號時，中央處理器首先向風洞發電控制單元發出打開風洞發電風門，然后向四個閉環電機控制器下達剎車發電命令，隨著剎車踏板的位移增加，四輪電機發電量越大，當檢測到車輪速度低到設定下限或剎車踏板已經到極限位置時，則向閉環電機控制器下達強制剎車命令。
[0008]閉環電機控制器是由閉環電機控制器主E⑶、外轉子驅動模式開關、外轉子發電、制動模式開關，電磁制動定子開關、發電模式電壓輸出開關、驅動模式調速器組成，所述的驅動模式調速器可以是直流調速系統或者是變頻交流調速系統；外轉子發電、制動模式開關，電磁制動定子開關是一種能夠控制電流大小的可調開關。ECU通過總線接受來自中央處理器的命令，通過外轉子驅動模式開關、外轉子發電、制動模式開關，電磁制動定子開關、發電模式電壓輸出開關、驅動模式調速器控制車輪分別進入正常行駛、發電制動和電磁強制制動三種方式，同時采集轉向角位移傳感器、車輪角速度傳感器、駐車機構和車體壓力傳感器的信號進行運算，產生最佳的車輪轉速控制信號、發電勵磁信號和電磁制動控制電壓信號，同時將當前本車輪的角速度、角位移和車體壓力數據上傳至中央處理器。
[0009]風洞發電控制單元接收到發電命令后，依據當前的車速控制風洞風門的開度，以達到最大的風阻和發電量。
[0010]能量緩沖池控制EOT接受制動發電和風洞發電的輸入，該E⑶可以檢測輸入電壓的高低，并按照設定的門限電壓將輸入導向充電回路或是能量緩沖池。
[0011]變形翼穩定系統接受中央控制單元的命令，控制變形翼執行機構對車輛產生壓力、升力和阻力，達到平穩車輛運行，節約能源的目的。
[0012]本發明與現有技術相比具有下述優點:采用本發明沒有傳統的動力傳遞機構，能源利用效率提高；利用車輛慣性發電制動和風阻發電制動，不僅可以充分利用廢棄能量增加電動汽車的續駛里程，還克服了傳統的機械磨損、噪音和有害熱能；采用智能四輪閉環電機控制系統不僅可以使車輪與地面始終保持最佳附著狀態，沒有滑動摩擦，延長輪胎壽命，冋時電磁制動系統可以起到ABS的制動效果，使車輛更加安全。
[0013]本發明的詳細工作原理和工作過程如下:插入1C卡全車上電，中央處理單元、閉環電機控制系統上電初始化；中央處理單元首先檢測駐車系統是否釋放、風洞門是否關閉、變形翼是否復位、四個閉環電機控制系統是否正常，如果上述檢查通過，中央處理單元進入巡檢待命狀態，依據司機的不同操作產生相應的操作命令通過總線系統傳送到閉環電機控制系統。
[0014]1、加速踏板被踩下，當中央處理單元檢測到加速踏板被踩下后立即向閉環電機控制系統下達車輛起步的命令，該命令依據踏板位移的大小可以產生3?10秒的加速起步命令，起步完成后，中央處理單元依據踏板位移的大小計算當前的行車速度，其計算方法是依據踏板的最大位移量和本車設定的最高行駛速度確定當前行車速度；當車輛速度達到額定速度的80%時，中央處理單元將依據四輪壓力數據確定是否使用變形翼來穩定行車狀態確保行車安全，行車速度低于額定速度的80%時，命令變形翼復位；當加速踏板復位后，中央處理單元下達停電命令，車輛處于慣性行車狀態。
[0015]2、剎車踏板被踩下:當中央處理單元檢測到剎車踏板被踩下后立即向風洞發電系統下達打開風門的命令，同時向閉環電機控制系統下達發電制動的命令，該命令依據踏板位移的大小可以產生1?5秒的發電制動命令，然后中央處理單元依據踏板位移的大小和當前的行車速度，計算發電制動勵磁電流的大小，其計算方法是依據剎車踏板的最大位移量和本車設定的最大勵磁電流確定當前勵磁電流；當中央處理單元檢測到加速踏板到極限位置時，立即向閉環電機控制系統下達電磁制動命令，全車進入強制制動狀態；如果遇到緊急情況，可以利用手動駐車制動系統。
[0016]3、巡航開關被合上:當中央處理單元檢測到巡航開關閉合的信號后，立即向閉環電機控制系統下達保持當前速度的命令，該命令可以被剎車信號和加速信號暫時終止，這些信號撤消后，車輛仍然恢復巡航速度，直至巡航信號撤消。
[0017]閉環電機控制系統復位后，立即檢測壓力傳感器的數據，并發送到中央處理單元，置輪轂電機處于電動機模式，然后等待接收控制命令。
[0018]1、起步加速命令:閉環電機控制系統接收到起步加速命令后，按照內設程序在中央處理單元規定的時間內將車輪加速到規定的速度，并適時采集角位移傳感器、角速度傳感器和壓力傳感器的數據，計算出車輪的最佳速度控制值，保證車輪與路面間有最佳的附著力。
[0019]2、發電制動命令:閉環電機控制系統接收到發電制動命令后，立即將輪轂電機改成發電機模式，按照內設程序在中央處理單元規定的時間內將車輪減速到規定的速度，并適時采集角位移傳感器、角速度傳感器和壓力傳感器的數據，計算出車輪的最佳勵磁電流控制值，在保證車輪與路面間有最佳附著力的情況下使車輪速度下降，達到制動的目的；同時閉環電機控制系統還依據勵磁電流的大小和車輪速度的高低來確定是將發電機輸出直接送充電回路還是送能量緩沖池，確保所有慣性能量得到徹底利用。
[0020]3、強制制動命令:閉環電機控制系統接收到強制制動命令后，立即將輪轂電機改成電磁鐵模式，并適時采集角位移傳感器、角速度傳感器和壓力傳感器的數據，計算出車輪的最佳電流控制值，在保證車輪與路面間有最佳附著力的情況下，按照中央處理單元規定的時間將車輪減速到規定的速度，由于是非接觸電磁制動；閉環電機控制系統同時還具有ABS的功能。
[0021]4、自動巡航命令:閉環電機控制系統接收到自動巡航命令后，立即存儲當前的速度值，適時采集角位移傳感器、角速度傳感器和壓力傳感器的數據，在保證車輪與路面間有最佳附著力的情況下，計算出車輪的最佳速度控制值。
【專利附圖】
【附圖說明】
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[0022]附圖1是本發明“一種四輪直驅電動汽車用綜合控制系統”的整體結構示意框圖。圖中⑴為蓄電池，⑵為安裝在四個車輪上的驅動、發電、制動一體化電機，⑶為四套功能結構相同的閉環電機控制器，⑷為中央處理單元，(5)為加速踏板位置傳感器，(6)為剎車踏板位置傳感器，(7)為駐車制動傳感器，⑶為巡航開關，(9)為風洞發電系統控制單元，(10)為變形翼控制單元，(11)為能量緩沖池控制ECU，(12)為角位移傳感器，(13)為角速度傳感器，(14)為四輪壓力傳感器，(15)為全車總線。
[0023]附圖2是本發明的閉環電機控制器的結構框圖。圖中⑴為蓄電池，⑵為安裝在四個車輪上的驅動、發電、制動一體化電機，(11)為能量緩沖池控制ECU，(12)為角位移傳感器，(13)為角速度傳感器，(14)為四輪壓力傳感器，(16)為外轉子驅動模式開關，(17)外轉子發電、制動模式開關，(18)為電磁制動定子開關，(19)為發電模式電壓輸出開關，(20)為驅動模式調速器，它可以是直流調速或者是變頻交流調速，(21)為閉環電機控制器主 ECU。
[0024]下面結合附圖和具體實施實例對本發明作進一步說明:
[0025]實施例:本發明主要用于四輪直驅式電動汽車，下面以超小型家庭四輪直驅式電動轎車為例說明本發明的應用和工作原理。
[0026]該車裝置四臺功率為500W的扁平驅動、發電、電磁制動多功能電機⑵，四個輪胎與電機直接連接固定，角位移傳感器(12)，角速度傳感器(13)，四輪壓力傳感器(14)利用減震懸架安裝，閉環電機控制器(3)就近安裝在距離輪胎最近的車倉內以盡量縮短到輪轂電機的引線，，加速踏板位置傳感器(5)、剎車踏板位置傳感器￠)、駐車制動傳感器(7)、巡航開關(8)直接連接到中央處理單元，中央處理單元安裝在駕駛臺下，通過總線(15)與閉環電機控制器(3)、風洞發電系統控制單元(9)、變形翼控制單元(10)及其他智能單元連接。
[0027]系統上電后，中央處理單元(4)完成初始化后，等待駐車制動傳感器(7)釋放，當駐車制動傳感器(7)釋放后，中央處理單元(4)檢測到加速踏板被踩下，立即通過總線以廣播方式向四個閉環電機控制系統(3)下達車輛起步命令，該命令依據踏板位移的大小可以產生3?10秒的加速起步命令，閉環電機控制系統(3)接收到起步加速命令后，按照內設程序在中央處理單元規定的時間內將車輪加速到規定的速度，并適時采集角位移傳感器
(12)、角速度傳感器(13)和壓力傳感器(14)的數據，計算出車輪的最佳速度控制值，保證車輪與路面間有最佳的附著力；起步完成后，中央處理單元(4)不斷依據踏板位移的大小計算當前的行車速度，不斷通過總線以廣播方式向四個閉環電機控制系統(3)下達加速或減速命令，閉環電機控制系統(3)按照指令設定的速度，參照角位移傳感器(12)、角速度傳感器(13)和壓力傳感器(14)的數據計算出適合該車輪的實際速度，控制調速系統(20)輸出適度的電流驅動車輪旋轉；實現車輪的閉環控制；當車輛速度達到額定速度的80%時，中央處理單元(4)將依據四輪壓力數據確定是否使用變形翼來穩定行車狀態確保行車安全，行車速度低于額定速度的80%時，命令變形翼復位；當加速踏板復位后，中央處理單元下達停電命令，車輛處于慣性行車狀態；如果行車過程中司機想使用巡航系統以減輕負擔，可以將車輛加速到合適的速度，然后打開巡航開關(8);中央處理單元(4)發現巡航開關
(8)閉合，立即向閉環電機控制系統(3)下達自動巡航命令，該命令可以被剎車信號和加速信號暫時終止，這些信號撤消后，車輛仍然恢復巡航速度，直至巡航開關(8)信號撤消。閉環電機控制系統(3)接收到自動巡航命令后，立即保持當前速度，不斷采集角位移傳感器
(12)、角速度傳感器(13)和壓力傳感器(14)的數據，在保證車輪與路面間有最佳附著力的情況下，計算出車輪的最佳速度控制值，保證車輛以恒定速度行駛，直至有新的加、減速命令。
[0028]當中央處理單元(4)檢測到剎車踏板被踩下后立即向風洞發電系統(9)下達打開風門的命令，同時向閉環電機控制系統(3)下達發電制動的命令，該命令依據踏板位移的大小可以產生1?5秒的發電制動命令，然后中央處理單元(4)依據踏板位移的大小和當前的行車速度，計算發電制動勵磁電流的大小，其計算方法是依據剎車踏板的最大位移量和本車設定的最大勵磁電流確定當前勵磁電流；當中央處理單元(4)檢測到加速踏板到極限位置時，立即向閉環電機控制系統(3)下達電磁制動命令，全車進入強制制動狀態；閉環電機控制系統(3)的ECU(21)接收到發電制動命令后，立即控制斷開外轉子驅動模式開關
(16)、驅動模式調速器(20),閉合外轉子發電、制動模式開關(17)、發電模式電壓輸出開關
(19)，將輪轂電機(2)改成發電機模式，按照內設程序在中央處理單元(4)規定的時間內調整外轉子發電、制動模式開關(17)的開度，將車輪減速到規定的速度；此后閉環電機控制系統⑶的ECU(21)適時采集角位移傳感器(12)、角速度傳感器(13)和壓力傳感器(14)的數據和中央處理單元(4)的剎車指令，計算出車輪的最佳勵磁電流控制值，在保證車輪與路面間有最佳附著力的情況下使車輪速度下降，達到發電制動的目的；電能經發電模式電壓輸出開關(19)輸出并由能量緩沖池控制ECU(11)決定是直接送充電回路還是送能量緩沖池，確保車輪慣性能量達到徹底利用。
[0029]當中央處理單元(4)檢測到剎車踏板被踩到極限位置時，立即向閉環電機控制系統(3)下達強行制動命令，并在30秒內時刻監視四輪轉速，適時下達新的制動指令，確保四輪均衡制動；閉環電機控制系統(3)接收到強制制動命令后，立即斷開發電模式電壓輸出開關(19)，閉合電磁制動定子開關(18)，將輪轂電機(2)改成電磁鐵模式，此后閉環電機控制系統(3)的ECU(21)適時采集角位移傳感器(12)、角速度傳感器(13)和壓力傳感器
(14)的數據和中央處理單元(4)的強制剎車指令計算出最佳電流值，控制電磁制動定子開關(18)的開度，在保證車輪與路面間有最佳附著力的情況下，按照中央處理單元規定的時間將車輪減速到規定的速度，此剎車過程由于是非接觸電磁制動，具有ABS的功能，可以保證車輛安全制動。
[0030]如果遇到緊急情況，車輛在30秒內未剎死，可以利用手動駐車制動系統應急。
【權利要求】
1.一種四輪直驅電動汽車用綜合控制系統，其主要技術特征在于它是由中央處理單元(4)、閉環電機控制器(3)，、風洞發電系統控制單元(9)、變形翼控制單元(10)、能量緩沖池控制ECU(Il)和扁平驅動、發電、制動一體化輪轂電機(2)以及相應的傳感器陣列組成。
2.如權利要求1所述的閉環電機控制器(3)，是由閉環電機控制器主ECU(21)、外轉子驅動模式開關(16)、外轉子發電、制動模式開關(17)，電磁制動定子開關(18)、發電模式電壓輸出開關(19)、驅動模式調速器(20)組成，其主要技術特征在于該控制器所述的驅動模式調速器(20)可以是直流調速系統或者是變頻交流調速系統；外轉子發電、制動模式開關(17)，電磁制動定子開關(18)是一種能夠控制電流大小的可調開關。
3.如權利要求1所述的閉環電機控制器(3)，其主要技術特征還在于該控制器可以實現如下功能: (1)、通過總線(15)接收中央處理單元(4)的各種命令或指令，向中央處理單元(4)傳送壓力數據和當前速度數據； (2)、采集角位移傳感器(12)、角速度傳感器(13)、壓力傳感器(14)的信息并同中央處理單元(4)的速度指令進行閉環運算，得到本車輪的最佳轉速控制值，實現電子差速控制； (3)、可以利用車輪的巨大慣性實現平穩發電制動； (4)、實現具有ABS功能的強制電磁制動。
4.如權利要求1所述的中央處理單元(4)，其主要技術特征在于它可以實現如下功倉泛: (1)、通過總線(15)發布各種命令或指令，接收來自閉環電機控制器(3)、風洞發電系統控制單元(9)、變形翼控制單元(10)的數據，適時啟動風洞發電系統控制單元(9)、變形翼控制單元(10)，實現輔助發電、制動和行車穩定； (2)、采集加速踏板位置傳感器(5)、剎車踏板位置傳感器￠)、駐車制動傳感器(7)、巡航開關(8)的信息，通過運算產生各種命令，控制車輛適時響應司機的指揮； (3)、計算車輛即時速度、四輪速差和累計里程，并向操作臺ECU發送以便顯示； (4)、實現自動巡航，減輕駕駛壓力； (5)、可自動實現故障報警并在兩輪驅動和四輪驅動之間自動轉換。
5.如權利要求1所述的能量緩沖池控制ECU(Il)，其主要技術特征在于該ECU可以檢測車輛制動時輸入電壓的高低，并按照設定的門限電壓將輸入導向充電回路或是能量緩沖池。
6.如權利要求1所述的變形翼控制單元(10)，其主要技術特征在于該控制單元可以接收中央處理單元(4)的命令，控制變形翼產生阻力、升力和壓力，適時保障車輛節能平穩運行。
7.如權利要求1所述的風洞發電系統控制單元(9)，其主要技術特征在于該控制單元可以接收來自中央處理單元(4)的命令，在車輛減速或制動時打開風洞門開始發電并產生車輛阻力間接實現發電制動。
8.如權利要求1所述的傳感器陣列包括加速踏板位置傳感器(5)、剎車踏板位置傳感器(6)、駐車制動傳感器(7)、巡航開關⑶、角位移傳感器(12)、角速度傳感器(13)、四輪壓力傳感器(14)、全車總線(15);其主要技術特征在于所述的加速踏板位置傳感器(5)、剎車踏板位置傳感器出)、駐車制動傳感器(7)、巡航開關(8)直接連接在中央處理單元(4)的相應端子上；角位移傳感器(12)、角速度傳感器(13)、四輪壓力傳感器(14)直接連接在閉環電機控制器(3)的相應端子上。
【文檔編號】B60K17/16GK104401226SQ201410549612
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】李紅, 張琪 申請人:張琪