[发明专利]轮毂电机驱动汽车集成设计与协同控制试验平台及实现方法

摘要

一种轮毂电机驱动汽车集成设计与协同控制试验平台及实现方法，所述平台包括整车控制系统、主动分布式驱动系统、EMB电子机械式制动系统、主动转向系统、动力电池组及电池管理系统、整车车架结构和悬架模块；整车控制系统包括整车控制器、操纵机构传感器和通讯系统；主动分布式驱动系统包括四个电机控制器、四个轮毂电机、四个车轮、加速踏板以及轮毂电机传感器；EMB电子机械式制动系统包括EMB控制器、四个EMB制动器、制动踏板传感器、轮缸压力传感器以及EMB制动器转角和位移传感器；主动转向系统包括转向系统操纵机构和转向执行结构、转向控制器以及转向节转角和转矩传感器；本发明平台整车车架结构简单，工艺简洁，扩展性强。

主权项

1.一种轮毂电机驱动汽车集成设计与协同控制试验平台，其特征在于：包括整车控制系统、主动分布式驱动系统、EMB电子机械式制动系统、主动转向系统、动力电池组及电池管理系统、整车车架结构和悬架模块；所述整车控制系统，包括整车控制器、操纵机构传感器和通讯系统；所述操纵机构传感器包括方向盘转角和转矩传感器、加速踏板传感器、制动踏板传感器和整车惯性测量单元；所述方向盘转角和转矩传感器用于检测方向盘转角和转矩；所述加速踏板传感器用于检测加速踏板开度；所述制动踏板传感器用于检测制动踏板开度；所述整车惯性测量单元用于检测整车横摆角度、整车侧倾角和质心侧偏角；整车控制系统通过通讯系统的CAN总线接收主动分布式驱动系统中四个电机控制器、EMB电子机械式制动系统中EMB控制器、主动转向系统中转向控制器、动力电池组及电池管理系统中电池管理系统的CAN信号和操纵机构传感器信号，解析驾驶意图和获取当前试验平台状态信息，一方面根据驾驶员操作识别驾驶意图，另一方面根据各系统控制器交互的车辆信息，做出最优调整，选取最优工作模式，将操作指令发送给主动分布式驱动系统的四个电机控制器、EMB电子机械式制动系统的EMB控制器和主动转向系统的转向控制器，各系统通过相应控制器再将操作指令传输给执行机构；各系统传感器再将实时状态信号分别反馈给电机控制器、EMB控制器、转向控制器、电池管理系统及整车控制器，形成闭环反馈控制，实现所述试验平台的整车控制；所述主动分布式驱动系统，包括四个电机控制器、四个轮毂电机、四个车轮、加速踏板以及轮毂电机传感器；轮毂电机内置的轮毂电机传感器用于检测轮毂电机转速、转矩、温度、电压、电流信息；所述主动分布式驱动系统接收所述整车控制器发送的控制指令，所述整车控制器接收加速踏板传感器以及各系统控制器所传递的CAN信号，识别驾驶意图和当前车况信息，实时计算出期望加速度和总需求力矩，在保证车辆稳定性的前提下，制定四轮驱动转矩分配方式；轮毂电机传感器将实时转速、车辆滑转率信息通过电机控制器反馈给整车控制器，整车控制器根据驾驶意图更新驱动模式，调整驱动力矩和加速度，形成闭环控制，实现四个轮毂电机的独立驱动控制；所述EMB电子机械式制动系统，包括EMB控制器、四个EMB制动器、制动踏板、轮缸压力传感器以及EMB制动器转角和位移传感器；所述轮缸压力传感器用于检测轮缸制动液压力；所述EMB制动器转角和位移传感器用于检测制动器丝杠‑螺母机构转角和位移；所述EMB电子机械式制动系统接收所述整车控制器发送的控制指令，整车控制器通过制动踏板传感器获取踏板开度信号，识别驾驶意图，综合各系统控制器通过CAN总线传递的信息，获取当前车辆运行状态，制定制动控制力矩分配策略，发出相应制动信号给所述EMB电子机械式制动系统，所述EMB电子机械式制动系统将控制指令发给四个EMB制动器，实现四个车轮的独立制动；所述主动转向系统，包括转向系统操纵机构和转向执行机构、转向控制器以及转向节转角和转矩传感器；所述转向节转角和转矩传感器用于检测转向节转角和转矩；当转向过程中左右转向轮存在差动现象时，所述整车控制器通过方向盘转角和转矩传感器获取方向盘输入转角和转矩，结合车辆运动状态信息制定转向控制策略，通过CAN总线将信息传递给所述主动转向系统，所述主动转向系统将该信息传给转向控制器和电机控制器，电机控制器控制轮毂电机的力矩输出，对转向助力大小及角度进行修正，实现轮毂电机差动助力转向，同转向执行机构共同完成转向功能；所述试验平台也可根据复杂车况，在过度转向的情况下，通过主动转向系统和轮毂电机协同转向实现反转向辅助操作，达到主动转向功能；轮毂电机传感器、转向节转角和转矩传感器将实时信号通过电机控制器和转向控制器反馈给整车控制器，生成下一步控制指令，形成闭环控制；所述动力电池组及电池管理系统包括动力电池组、高压配电箱、DC‑DC转换装置和电池管理系统，电池管理系统内置有电压、电流和温度传感器，用于检测动力电池组电压、电流和温度，计算动力电池组的剩余电量SOC值；高压配电箱用于将电池管理系统的输出电量进行输电、配电、电能转换、电量消耗中的通断和保护；DC‑DC转换装置用于将高压配电箱输出的高压电转换成低压电，用于各系统控制器和传感器的低压供电；所述动力电池组用于给所述试验平台提供电力；所述电池管理系统通过内置电压、电流和温度传感器实时计算检测动力电池组的剩余电量SOC值，保证所述轮毂电机和其他部件的供电；所述电池管理系统随时检测电池的工作状态，对每个电池单体的技术状态进行检测分析，根据电池的性能差异，选择相应的充电和放电模式，保证电池寿命安全和能量供应；所述整车车架结构由金属管焊接而成，前部和后部依傍中部车架结构；所述整车车架结构底部呈梯形，底部为桁架结构并铺有平板；所述整车车架结构底部上方呈拱形结构；所述整车车架结构前部装有保险杠，车头位置采用桁架结构，车头前部和两侧留有安装空间；所述整车车架结构后部设有后悬架安装位置以及小型车斗；所述试验平台可根据需要，在所述整车车架结构底部和车斗位置，增加不同配重，改变平台整车重量，调节整车、底盘质心位置；所述悬架模块，包括前副车架、后副车架、前悬架和后悬架，在所述试验平台整车车架结构前部和后部多处位置安装有副车架吊耳，通过不同副车架安装位置改变前后轴距，适应多种副车架结构，从而适配多种悬架类型；可根据需要适当调整轮距，并通过副车架安装位置适当更改前后轴距，使所述试验平台具有适应多种车型试验测试、整车参数可部分调整的功能；前悬架包括麦弗逊式独立悬架模块和双横臂式独立悬架模块；后悬架包括双横臂式独立悬架模块、多连杆式独立悬架模块和扭力梁式半独立悬架模块；且悬架硬点位置可调。