一种驱动防滑控制方法、电机控制器及电动两轮车

技术领域

本发明涉及电动车控制技术领域，尤其是一种驱动防滑控制方法、电机控制器及电动两轮车。

背景技术

在一些轮胎与地面摩擦系数较低的特殊路面下，比如电动两轮车在冰雪、泥泞、湿滑等路面行驶时，容易出现电机输出力矩远远超过地面与轮胎摩擦力的情况，导致驱动轮打滑，引起侧翻等危险情况发生。通常需要在电动两轮车上加装轮速或者加速度等传感器，才能判断车辆是否处于打滑状态，从而进行相应控制，但这也增加了车辆制造成本，且需要定期进行维护，不便于车主的使用。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种驱动防滑控制方法、电机控制器及电动两轮车，无需额外增加传感器，依靠两轮车电机的电流和转速监控车辆状态，在打滑瞬间切入对电机转速、输出力矩的控制以抑制打滑现象、保持车辆稳定，辅助用户对车辆的控制。本发明的技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种驱动防滑控制方法，包括如下步骤：

根据两轮车电机的电流和转速对整车状态进行判定；

当判定整车出现打滑时，调整驱动轮速度使其不超过目标速度；

控制电机输出力矩从零逐渐增大，并实时监控驱动轮速度；

根据驱动轮速度计算力矩变化过程中的整车滑移率，当整车滑移率小于期望滑移率，并满足滑移抑制退出条件时，重新执行根据两轮车电机的电流和转速对整车状态进行判定；在不满足滑移抑制退出条件时，持续增大力矩；

当整车滑移率不小于期望滑移率时，再次判定整车出现打滑，并重新执行调整驱动轮速度使其不超过目标速度；

其中，滑移抑制退出条件为电机输出力矩增大至目标力矩大小或驱动轮速度恢复到最近一次车辆打滑前的速度，目标力矩为最近一次车辆打滑前的电机输出力矩。

其进一步的技术方案为，根据两轮车电机的电流和转速对整车状态进行判定，包括：

实时监控两轮车电机的电流和转速；

当电机电流低于设定的电流最小值且电机转速大于设定的转速最大值时，则判定整车出现打滑；

否则，计算电流变化率和驱动轮加速度，当电流变化率小于零且驱动轮加速度大于设定的加速度阈值时，则判定整车出现打滑。

其进一步的技术方案为，根据驱动轮速度计算力矩变化过程中的整车滑移率，包括：

在力矩变化过程中，当某一采样时刻的驱动轮速度V2大于前一采样时刻的驱动轮速度V1时，计算采样时段的整车滑移率S’，否则持续增大力矩；

计算表达式为：S’＝(V2-V1)/V1。

其进一步的技术方案为，该方法还包括：

根据最近一次车辆打滑前的驱动轮速度Vc和期望滑移率So计算目标速度Vm’，表达式为：Vm’＝(So+1)*Vc。

其进一步的技术方案为，该方法还包括：

对于不同整车功率和重量，采用自学习的方式选定相应的电流最小值、转速最大值、加速度阈值和期望滑移率。

其进一步的技术方案为，该方法还包括：

驱动轮速度根据电机内置的霍尔传感器的信号变化和驱动轮的滚动半径计算得到。

其进一步的技术方案为，该方法还包括：

在满足滑移抑制退出条件时，逐渐令电机输出力矩恢复至转把油门信号的输入值，并重新监控整车状态

第二方面，本申请还提供了一种电机控制器，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现第一方面所述的方法的步骤。

其进一步的技术方案为，电机控制器按照自带的通讯协议接收外部终端输入的方法所需的阈值参数，包括电流最小值、转速最大值、加速度阈值和期望滑移率；

电机控制器连接远程服务器，用于上传控制器参数及执行方法时产生的数据，并接收服务器下发的控制器优化参数及阈值优化参数。

第三方面，本申请还提供了一种电动两轮车，采用第二方面所述的电机控制器，实现车辆行驶过程中的驱动防滑控制。

本发明的有益技术效果是：

1)无需在电动两轮车上额外安装前轮传感器，通过采集电机电流、电机转速判断整车是否进入打滑状态；

2)无需在电动两轮车上额外安装轮速传感器，通过电机内部霍尔传感器信号计算电机转速，结合车辆驱动轮的滚动半径进一步转换得到驱动轮轮速；

3)当出现打滑时，降低驱动轮速度，并控制电机输出力矩从零逐渐增大，在力矩变化过程中通过比较整车滑移率与期望滑移率的大小以监控滑移程度和退出滑移控制；

4)相比于传统的利用ABS(Anti-lock Braking System，防抱死制动系统)控制器实时监测车轮转速，再根据监测结果将相应控制信号发送给电机控制器，本申请将驱动防滑控制方法的计算机程序集成在电机控制器中，即整车滑移状态判断和滑移抑制处理均通过电机控制器实现，能够更快速、准确的直接对电机进行相应控制，做到及时响应、跟踪车辆状态，保证用户骑行安全；

5)控制所需的阈值参数可以通过自学习的方式选定，提升了电机控制器的通用性，也可以借助整车智能化架构，通过外部终端实现快速给定阈值参数；

6)电机控制器通过将自身参数及执行方法时产生的参数上传给远程服务器，收集触发滑移次数和不同场景信息，进行大数据分析处理，支持电机控制器的持续优化升级。

附图说明

图1是本申请提供的驱动防滑控制方法流程图。

图2是本申请提供的整车状态判定方法流程图。

图3是本申请提供的电机转速采集示意图。

图4是本申请提供的滑移抑制处理方法流程图。

图5是本申请提供的整车智能化架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

请参考图1所示，本申请提供的一种驱动防滑控制方法，具体包括如下步骤：

步骤1：根据两轮车电机的电流和转速对整车状态进行判定。如图2所示，包括如下分步骤：

步骤1.1：当有转把油门信号输入时，两轮车电机开启运行。可选的，该电机为轮毂电机，用于给两轮车的驱动轮提供动力。

步骤1.2：实时监控两轮车电机的电流和转速。

其中，电机转速根据电机内置的霍尔传感器的信号变化计算得到。如图3所示，内圈为电机定子，霍尔传感器固定在定子上，外圈为电机转子，转子内表面粘接多块永磁铁，转子转动时，定子上的霍尔传感器感应磁场变化，输出相应脉冲信号，根据固定采样时长t内捕获的脉冲个数m，计算电机转速n＝1000*m/(p*t)，n单位为转/秒，t单位为毫秒，p为电机磁钢极对数，即电机内部一圈有多少对磁极。

步骤1.3：当电机电流低于设定的电流最小值且电机转速大于设定的转速最大值时，则判定整车出现打滑(侧滑)，此时将滑移状态标志置1。

步骤1.4：当电机电流不低于设定的电流最小值且电机转速不大于设定的转速最大值时，则计算电流变化率Ki和驱动轮加速度a2。

其中，驱动轮速度V根据电机转速n和驱动轮的滚动半径r计算得到，计算表达式为：V＝2π*r*n＝2π*r*1000*m/(p*t)；r单位为米，V单位为米/秒；则驱动轮加速度a＝dV/dt。

步骤1.5：当电流变化率小于零(Ki＜0)且驱动轮加速度大于设定的加速度阈值a1(a2＞a1)时，则判定整车出现打滑，此时将滑移状态标志置1；否则电机正常运行并重复执行步骤1.2～步骤1.5。

当车辆出现侧滑时，此时需主动、快速地对电机转速、输出力矩进行相应控制，即进入滑移抑制处理流程，来保持车辆稳定行驶。结合图1、图4所示，包括如下步骤：

步骤2：当判定整车出现打滑时，调整驱动轮速度使其不超过目标速度。

步骤2.1：当滑移状态标志为1时，获取最近一次车辆打滑前的驱动轮速度Vc定义为整车车速，以及获取最近一次车辆打滑前的电机输出力矩定义为目标力矩Tc。间隔一定时间采样得到打滑后的驱动轮速度Vm，则此时整车滑移率Sc＝(Vm-Vc)/Vc。

步骤2.2：根据最近一次车辆打滑前的驱动轮速度Vc和期望滑移率So计算目标速度Vm’，由So＝(Vm’-Vc)/Vc得到：Vm’＝(So+1)*Vc。其中So是设定的整车不打滑时的滑移率上限值(So≤Sc)简称期望滑移率，具体值根据整车和路面综合测试标定得到；目标速度Vm’可以理解为车辆在滑移率上限值限定下可以达到的最大驱动轮速度。

步骤2.3：控制电机转速下降，使驱动轮速度Vmt不超过目标速度Vm’，这样可以使车辆快速脱离打滑状态。

步骤3：控制电机输出力矩从零逐渐增大，并实时监控驱动轮速度。

当轮速降低后，为了避免再次立即进入打滑状态，考虑先撤掉驱动轮力矩(即调整为零)，再逐渐增大至目标力矩Tc，可以通过增大电机电流的方式增大力矩。

步骤4：根据驱动轮速度计算力矩变化过程中的整车滑移率。

在力矩变化过程中，当某一采样时刻t2的驱动轮速度V2大于前一采样时刻t1的驱动轮速度V1时，计算采样时段的整车滑移率S’＝(V2-V1)/V1；当V2≤V1时，则持续增大力矩。

步骤5：当整车滑移率S’小于期望滑移率So，并满足滑移抑制退出条件时，将滑移状态标志置0，逐渐令电机输出力矩恢复至转把油门信号的输入值，并重新执行步骤1，即实时监控整车状态；在不满足滑移抑制退出条件时，持续增大力矩。

其中，滑移抑制退出条件为电机输出力矩增大至目标力矩大小或驱动轮速度恢复到最近一次车辆打滑前的速度。

步骤6：当整车滑移率S’不小于期望滑移率So时，再次判定整车出现打滑，并重新执行步骤2，更新目标力矩Tc和目标速度Vm’。

在本实施例中，无需额外增加传感器，依靠两轮车电机内置的霍尔传感器获取电机转速，结合驱动轮的滚动半径得到驱动轮速度，通过监控电机转速和电流共同判定整车状态，在车辆正常行驶时可将计算的驱动轮速度认定为整车速度；在车辆打滑瞬间切入对电机转速、输出力矩的控制以抑制打滑现象，即轮速降低到目标速度、输出力矩从零逐渐增加；在滑移抑制处理过程中，以反馈更新的整车滑移率S’作为闭环输入，通过电机控制器控制电机输出力矩闭环输出，将滑移率始终保持在可控范围，并使电机输出力矩逐渐跟踪至目标力矩大小，从而保持车辆在特殊路面上也能稳定行驶，辅助用户对车辆的控制。

上述方法所需的阈值参数，比如电流最小值、转速最大值、加速度阈值和期望滑移率，在不同整车功率和重量的情况下，阈值参数的值也会不同，因此需要针对不同车型进行调校和标定。一种方法是：采用自学习的方式选定相应的电流最小值、转速最大值、加速度阈值和期望滑移率。具体的，对每种车型进行空载测试，将转把拧到最大，采集该过程中电机的电流和转速，生成各自的变化曲线，从而确定该车型的电流最小值和转速最大值；对每种车型进行带载路面测试，采集该过程中电机的转速，找寻即将发生打滑时转速对应的驱动轮加速度作为该车型的加速度阈值，以及即将发生打滑时计算得到的整车滑移率作为该车型的期望滑移率。测试完毕后，生成所有测试车型的阈值参数表格并存储在电机控制器中，当通过一定的操作方式使电机控制器进入自学习模式，根据当前车型从阈值参数表格中选取相应的阈值参数，再以一定的操作方式退出自学习模式，即可完成阈值参数的调校和标定，这样一个电机控制器可以对多种车型进行驱动防滑控制，不仅降低了车辆回收成本还提升了整车智能化。

另一种方法是：在电机控制器生产时，根据安装车型通过烧录程序工序直接写入相应的阈值参数，这样虽然方便快捷，但电机控制器无法二次利用。再一种方法是：外部终端通过通讯手段，实现对电机控制器中阈值参数的调校和标定。

基于同样的发明构思，本申请还提供了一种电机控制器，包括连接的处理器、存储器和网络接口。其中，处理器用于提供计算和控制能力。存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电机控制器的数据库用于存储阈值参数和计算产生的数据。该电机控制器的网络接口用于与外部终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种驱动防滑控制方法的各个步骤。方法步骤参照上述步骤1～步骤6的内容，在此不再赘述。

如图5所示，电机控制器按照自带的通讯协议接收外部终端输入的方法所需的阈值参数，包括电流最小值、转速最大值、加速度阈值和期望滑移率，其中外部终端可以为上位机、手机APP等通讯终端。电机控制器通过4G、GPRS等通讯模组连接远程服务器，用于上传控制器参数及执行方法时产生的数据(包含触发滑移次数)，开发人员可以通过服务器对上传的数据结合不同场景信息进行大数据分析处理，以优化控制器参数及阈值参数，电机控制器接收服务器下发的控制器优化参数及阈值优化参数，实现控制器的优化和升级。

基于同样的发明构思，本申请还提供了一种电动两轮车，采用上述介绍的电机控制器，实现车辆行驶过程中的驱动防滑控制。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。