CN104760594A - 瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法，包括以下步骤：步骤一、通过传感器测量得到汽车的行驶速度、转向盘转角以及横摆角速度；步骤二、计算出左右两侧驱动轮之间的差动转矩；步骤三、在当前需求驱动转矩、行驶速度、差动转矩工况下，计算整车瞬时总电耗，求得当整车瞬时总电耗最小时左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转矩，并将该转矩分配给相应的车轮。在汽车转弯时，应用本发明所述的转矩分配方法实现了减少汽车转弯阻力，并且汽车消耗的功率最小，达到最佳的节能效果。

Description

瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法

技术领域

本发明涉及汽车车轮转矩分配方法，特别涉及一种瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法。

背景技术

各轮独立驱动汽车是指各个驱动轮能够独立输出驱动转矩，即转矩可以在各个驱动轮之间按照控制规律任意分配。此类汽车能够实现很好的操纵稳定性、动力性及其通过性，并具备相当的驾驶机动性和驾驶乐趣，是高性能运动型汽车普遍采用的驱动形式。此外，各轮独立驱动不限于动力源的形式，可以是传统内燃机驱动，亦可是混合动力驱动或纯电动驱动，例如，采用轮毂电机或轮边电机实现独立驱动的电动轮驱动***就是现今各轮独立驱动汽车的典型代表，他代表着未来电动汽车的发展趋势。譬如，本田SH-AWD超级四轮独立驱动、奥迪运动型差速器等传统动力源下的各轮独立驱动***，以及如三菱Colt EV、Keio Eliica、Mini QED等电动轮独立驱动样车都是各轮独立驱动技术应用的典型代表。

目前针对各轮转矩独立分配方法方面，主要集中以电子驱动防滑控制、直接横摆力偶矩控制为目的的各轮转矩分配等方面。由于各轮独立驱动汽车各轮转矩独立可控，转速和转矩又易于获得，且电机响应快、控制准确，因此在驱动防滑控制与传统车相比有明显的优势。同时由于其各电机转矩独立可控，可通过对内外侧车轮施加不等的驱动转矩产生直接横摆力矩，提高车轮的操纵稳定性和转弯机动性。目前针对电动汽车节能控制，普遍是基于对电机工作点的调节，使之工作在高效区，或者考虑再生制动对经济性的贡献。然而，车辆在转弯时由于车轮转角和轮胎侧偏角的缘故，其前轮侧向力将产生一个沿着车身纵轴线的反力，从而导致车辆无故降低车速，增加了能量消耗。研究发现，针对各轮独立驱动汽车在转弯时，可通过合理分配轮间转矩使其转弯阻力减小，从而进一步提高整车经济性。

发明内容

本发明提供了一种用于转弯时汽车的转矩轮间分配方法，其目的是减小转弯时车辆的能耗，提高过弯速度，并且具有最小的能耗。

本发明提供的技术方案为：

一种瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法，包括以下步骤：

步骤一、通过传感器测量得到汽车的行驶速度V、转向盘转角δ_sw以及横摆角速度

步骤二、使用如下公式，计算出左右两侧驱动轮之间的差动转矩

$\mathrm{\ΔT}=m{V}^2\frac{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sw}}{l}_r{r}_w}{i_s{d}_{T}l}$

其中，m为车辆质量；V为行驶速度；δ_sw为转向盘转角；r_w为车轮滚动半径；i_s为转向***角传动比；l为汽车轴距；l_r为质心至后轴的距离；d_T为汽车轮距；

步骤三、在当前需求驱动转矩T_req、当前行驶速度V、和当前差动转矩ΔT工况下，采用以下公式计算整车瞬时总电耗E_com

$E_{\mathrm{com}}=\underset{0}{\overset{C}{\∫}}(\frac{T_{\mathrm{fl}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{fl}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{fl}}}+\frac{T_{\mathrm{fr}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{fr}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{fr}}}+\frac{T_{\mathrm{rl}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{fl}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{rl}}}+\frac{T_{\mathrm{rr}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{rr}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{rr}}})\mathrm{dt}$

其中，T_fl、T_fr、T_rl、T_rr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转矩，ω_{m_fl}、ω_{m_fr}、ω_{m_rl}、ω_{m_rr}为别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转速，η_fl、η_fr、η_rl、η_rr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮驱动电机的工作效率，C为既定循环工况的总时间；

求得当整车瞬时总电耗E_com最小时左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转矩T_fl、T_fr、T_rl、T_rr，并将该转矩分配给相应的车轮。

优选的是，步骤二中，计算两侧驱动轮之间的差动转矩之前，先利用如下公式计算侧向加速度

$a_y=\frac{V^2}{R}\≈\frac{V^2{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sw}}}{i_{s}l}$

并判断侧向加速度是否大于0.6g，其中，g为重力加速度；

若是，则令两侧驱动轮之间的差动转矩ΔT＝0，并进行步骤三；

若否，则继续进行步骤二。

优选的是，步骤二中，计算得到两侧驱动轮之间的差动转矩后，利用如下公式计算理想横摆角速度

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_r=\frac{V{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sw}}}{i_{s}l(1+K_w{V}^2)}$

其中，K_w为汽车稳定性因数；

并判断横摆角速度是否大于理想横摆角速度

若否，则保持计算得到两侧驱动轮之间的差动转矩ΔT不变；

若是，则表明上一控制周期引入的差动转矩使汽车处于转向过度，故利用如下公式对差动转矩进行修正

$\mathrm{\ΔT}\left(h\right)=\mathrm{\ΔT}(h-1)+P[\frac{V{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sw}}}{i_{s}l(1+K_w{V}^2)}-\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}]$

其中ΔT(h-1)为上一控制周期输出的差动转矩，ΔT(h)为本次控制周期计算得到的差动转矩，h为控制周期次序号，P为比例系数。

优选的是，步骤二中计算得到差动转矩ΔT后，判断ΔT是否大于汽车最大输出转矩T_max；若是，则令ΔT＝T_max；若否则维持ΔT不变。

优选的是，步骤三包括以下分步骤：

a)利用下式计算车轮转速

${\mathrm{\ω}}_m=\frac{V}{r_w}$

其中r_w为车轮滚动半径；

b)利用如下公式，计算左前轮与左后轮的转矩关系，以及右前轮与右后轮的转矩关系

T_fl+T_rl＝(T_req+ΔT)/2

T_fr+T_rr＝(T_req-ΔT)/2

c)在当前需求驱动转矩T_req、当前行驶速度V、和当前差动转矩ΔT工况下，整车瞬时总电耗E_com为关于左前轮转矩T_fl和右前轮转矩T_fr的二维函数，计算出所述瞬时总电耗E_com的最小值E_{com_min}，以及对应的左前轮转矩T_fl、左后轮转矩T_rl、右前轮转矩T_fr、右后轮转矩T_rr，并将对应转矩分配给对应的车轮。

优选的是，步骤c)中，将左前轮转矩范围进行离散，得到若干级的左前轮转矩，将右前轮的转矩范围进行离散，得到若干级的右前轮转矩，分别计算在不同级左前轮转矩和不同级右前轮转矩情况下瞬时总电耗E_com，并找出其最小值E_{com_min}对应的左前轮转矩T_fl、左后轮转矩T_rl、右前轮转矩T_fr、右后轮转矩T_rr，并将对应转矩分配给对应的车轮。

优选的是，将左前轮转矩范围-T_{ε_max}～T_{ε_max}离散化为等差数列T_fl(j),j＝1...J，公差为10Nm，即T_fl(1)＝[-T_{e_max}]，T_fl(2)＝([T_{e_max}]+10)Nm，…，…，T_fl(J)＝[T_{e_max}]，其中 $J=\frac{\left[{2T}_{e\_\max }\right]}{10};$

将右前轮转矩范围-T_{ε_max}～T_{ε_max}离散化为等差数列T_fr(k),k＝1...K，公差为10Nm，即T_fr(1)＝[-T_{e_max}]，T_fr(2)＝([T_{e_max}]+10)Nm，…，…，T_fr(K)＝[T_{e_max}]，其中 $K=\frac{\left[{2T}_{e\_\max }\right]}{10}.$

优选的是，将车轮旋转速度范围、需求驱动转矩变化范围、左右驱动轮转矩差变化范围进行离散，得到若干级数的车轮旋转速度ω_m(n),n＝1...N，若干级数的需求驱动转矩T_req(m),m＝1...M和若干级数的左右驱动轮转矩差ΔT(i),i＝1...I，并将当前工况下的车轮旋转速度、需求驱动转矩、左右驱动轮转矩差取整到最接近的级数。

优选的是，将车轮旋转速度范围0～ω_{m_max}离散化为等差数列ω_m(n),n＝1...N，公差为100r/min，即ω_m(1)＝0r/min，ω_m(2)＝100r/min，ω_m(3)＝200r/min，…，ω_m(N)＝[ω_{m_max}]其中并且当ω_m(n)≤ω_m＜ω_m(n+1)时，令ω_m＝ω_m(n)；

将需求驱动转矩变化范围0～T_{req_max}离散化为等差数列T_req(m),m＝1...M，公差为10Nm，即T_req(1)＝0Nm，T_req(2)＝10Nm，T_req(3)＝20Nm，…，T_req(M)＝[T_{req_max}]，其中并且当T_req(m)≤T_req＜T_req(m+1)时，令T_req＝T_req(m)；

将左右驱动轮转矩差变化范围-ΔT_max～ΔT_max离散化为等差数列ΔT(i),i＝1...I，公差为10Nm，即ΔT(1)＝[-ΔT_max]，ΔT(2)＝([-ΔT_max]+10)Nm，…，…，ΔT(I)＝[ΔT_max]，其中并且当ΔT(i)≤ΔT＜ΔT(i+1)时，令ΔT＝ΔT(i)。

本发明的有益效果是：本发明在线性二自由度整车模型基础上，通过对动力学微分方程的推导，可以确定汽车在中低速稳态转弯行驶时的左右轮驱动转矩差，增大外侧车轮转矩，同时减小内侧车轮转矩，产生正横摆力矩用以实现转弯时降低转弯阻力的目的。此外该方法还综合考虑了电机工作点变化导致的机械效率下降的问题，从而利用离线循环寻优计算瞬时最小能耗方法，确定了在某一工况下能耗最小的转矩轴间、转矩轮间分配规则。在汽车转弯时，应用本发明所述的转矩分配方法实现了减少汽车转弯阻力，并且汽车消耗的功率最小，达到最佳的节能效果。

附图说明

图1为本发明所述汽车受力分析图。

图2为本发明所述转矩轮间分配控制方法流程图。

图3为瞬时能耗最小各轮转矩分配规则算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，针对电动后轮独立驱动汽车在转弯时，进行受力情况分析。在对车辆进行受力分析时，将电动轮独立驱动汽车简化为二自由度汽车模型。针对前轮21和后轮22的受力情况，可以建立其车辆动力学模型方程如下：

$m\stackrel{\·}{V}\cos \mathrm{\β}-m\frac{V^2}{R}\sin \mathrm{\β}=F_{\mathrm{xf}}\cos \mathrm{\δ}-F_{\mathrm{yf}}\sin \mathrm{\δ}+F_{\mathrm{xr}}-(F_f+F_w)---\left(1\right)$

$m\stackrel{\·}{V}\sin \mathrm{\β}+m\frac{V^2}{R}\cos \mathrm{\β}=F_{\mathrm{xy}}\sin \mathrm{\δ}+F_{\mathrm{yf}}\sin \mathrm{\δ}+F_{\mathrm{yr}}---\left(2\right)$

$J\stackrel{\text{\·\·}}{\mathrm{\ψ}}=(F_{\mathrm{xf}}\sin \mathrm{\δ}+F_{\mathrm{yf}}\cos \mathrm{\δ})l_f-F_{\mathrm{yr}}{l}_r---\left(3\right)$

式中，m为车辆质量；J为车辆转动惯量；V为车速；β为质心侧偏角；ψ为横摆角；R为车辆转弯半径；δ为前轮转角；l_f为前轴距；l_r为后轴距；F_xf为前轴切向力；F_xr为后轴切向力；F_yf为前轴侧向力；F_yr为后轴侧向力；F_f为车辆滚动阻力；F_w为车身风阻。

又因为向心加速度可表示为：

$\frac{V^2}{R}=V(\stackrel{\·}{\mathrm{\β}}+\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}})---\left(4\right)$

假设车辆当前为静态工况，即匀速圆周行驶。基于上述假设，同时就有和则由式(1)-式(4)可知全部车轮上的切向力之和为：

$F=F_{\mathrm{xf}}+F_{\mathrm{xr}}=F_f+F_w+\mathrm{mV}\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}(\frac{l_r}{l}\sin \mathrm{\δ}-\sin \mathrm{\β})---\left(5\right)$

去除和直线行驶时相同的轮胎滚动阻力和空气阻力项，那么转弯阻力F_r可以表达如下：

$F_r=\mathrm{mV}\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}(\frac{l_r}{l}\sin \mathrm{\δ}-\sin \mathrm{\β})---\left(6\right)$

由上式可见，侧向力较小时，侧向力与侧偏角成正比，而侧向力又与侧向加速度成正比。所以，转弯阻力与侧向加速度成二次方关系，与车速成四次方关系。转弯阻力将导致汽车加速踏板开度不变的前提下入弯时，汽车阻力增加、车速自动下降。为了维持不变的过弯速度，必然导致驾驶员过弯时增加加速踏板开度，于是导致额外功率消耗。

如果汽车行驶在弯道时，引入左右驱动轮的差动力ΔF_{x_r}带入动力学平衡方程，可以求得此时的转弯阻力为：

$F_r=\mathrm{mV}\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}(\frac{l_r}{l}\sin \mathrm{\δ}-\sin \mathrm{\β})-\frac{d_T}{l}\mathrm{\Δ}{F}_{x\_r}\sin \mathrm{\δ}---\left(7\right)$

由此可见，差动驱动力的引入减小了转弯阻力的大小，在确保稳定性的前提下适当的提高外后轮驱动转矩，减小内后轮驱动转矩可以明显减小转弯的阻力，从而节省了驱动能量或功率。

转弯节能转矩分配控制主要在汽车中低速稳态转弯时工作，此时质心侧偏角β远小于前轮转角δ，故为了简化控制，根据式7简化计算左右后轮差动转矩ΔT：

$\mathrm{\ΔT}=m{V}^2\frac{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sw}}{l}_r{r}_w}{i_s{d}_{T}l}---\left(8\right)$

式中，m为车辆质量；V为车速；δ_sw为转向盘转角；r_w为车轮滚动半径；i_s为转向***角传动比；l为汽车轴距；l_r为质心至后轴的距离；d_T为汽车轮距。该式中除了汽车基本参数m、r_w、i_s、l、l_r、d_T以外，其余V和δ_sw均为现有汽车上比较容易测量获得的参数，V可以通过汽车总线获得数据，由于转弯节能控制对于车速准确度要求不高，故V也可以从汽车仪表获得；δ_sw可以通过具备电动助力转向功能或ESP电子稳定控制功能的汽车上布置在转向轴上的转向盘转矩转角传感器获得。上述方法降低了转矩分配控制算法对汽车硬件设备的需求。

如图2所述，本发明所述转矩轮间分配控制方法流程如下：

首先，获取汽车的基本参数，包括车辆质量m、车轮滚动半径r_w、转向***角传动比i_s、汽车轴距l、质心至后轴的距离l_r、汽车轮距d_T，并通过总线或传感器获取汽车的行驶速度V、转向盘转角δ_sw以及横摆角ψ。

其次，计算侧向加速度。采用如下公式

$a_y=\frac{V^2}{R}\≈\frac{V^2{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sw}}}{i_{s}l}$

初步计算侧向加速度的值，并判断其是否大于0.6g，其中，g为重力加速度。如果大于，则表明汽车轮胎进入明显非线性区域，表明汽车存在失稳危险，此时不应在考虑转弯节能，故此时令左右驱动轮转矩差ΔT＝0；

如果侧向加速度不大于0.6g，表明汽车不存在失稳危险，可用如下公式计算理想横摆角速度

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_r=\frac{V{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sw}}}{i_{s}l(1+K_w{V}^2)}$

其中，K_w为汽车稳定性因数。

判断横摆角速度是否大于理想横摆角速度如果小于，则表明汽车并未有过度转向的现象，此时根据公式8计算左右驱动轮转矩差ΔT；

如果大于，则表明上一控制周期引入的差动转矩使汽车处于转向过度，故应该相应减小输出的差动转矩，即左右轮驱动转矩差ΔT。差动转矩减小的值由实际横摆角速度与理想横摆角速度的差值乘以一比例系数P决定，具体计算公式如下：

$\mathrm{\ΔT}\left(h\right)=\mathrm{\ΔT}(h-1)+P[\frac{V{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sw}}}{i_{s}l(1+K_w{V}^2)}-\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}]$

其中ΔT(h-1)为上一控制周期输出的差动转矩，ΔT(h)为本次控制周期计算得到的差动转矩，h为控制周期次序号，P为比例系数。

计算得到左右轮驱动转矩差ΔT后将其与轮毂电机最大输出转矩T_max，判断ΔT是否大于T_max，如果是，则将电机最大转矩T_max赋值给ΔT；如果不是，则维持ΔT不变。

最后，在当前需求驱动转矩T_req、当前行驶速度V、和当前差动转矩ΔT工况下，采用以下公式计算整车瞬时总电耗E_com

$E_{\mathrm{com}}=\underset{0}{\overset{C}{\∫}}(\frac{T_{\mathrm{fl}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{fl}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{fl}}}+\frac{T_{\mathrm{fr}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{fr}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{fr}}}+\frac{T_{\mathrm{rl}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{fl}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{rl}}}+\frac{T_{\mathrm{rr}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{rr}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{rr}}})\mathrm{dt}$

其中，T_fl、T_fr、T_rl、T_rr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转矩，ω_{m_fl}、ω_{m_fr}、ω_{m_rl}、ω_{m_rr}为别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转速，η_fl、η_fr、η_rl、η_rr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮驱动电机的工作效率，C为既定循环工况的总时间；

求得当整车瞬时总电耗E_com最小时左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转矩T_fl、T_fr、T_rl、T_rr，并将该转矩分配给相应的车轮。

作为一种优选，可事先计算得到在不同车速V、不同左右驱动轮转矩差ΔT以及不同整车需求驱动转矩T_req下，瞬时能耗最小时分配到各轮的转矩大小，并将结果编制成分配规则表，通过查阅该分配规则表即可得到需要分配到每个车轮的转矩值。

另外，在转矩的分配过程中，要维持驾驶员决定的整车需求驱动转矩T_req保持不变，即T_req＝T_fl+T_fr+T_rl+T_rr。同时为了使节能效果更为明显，在转矩分配时应使各轮的电机工作点均落在高效区。即，转弯节能转矩分配带来的节能效果应将电机工作点变化、电机效率下降导致的额外功率消耗抵消，这样转弯节能转矩分配才有实质意义。为此，本发明在各轮转矩分配主控制算法中考虑了转矩分配时电机工作点变化导致的机械效率变化对整车节能潜力的影响，即依据车速V、左右驱动轮转矩差ΔT和整车需求驱动转矩T_req大小，在瞬时能耗最小的各轮转矩分配规则表中线性插值出各轮转矩分配数值：T_fl、T_fr、T_rl和T_rr。

如图3所示，在瞬时能耗最小时，各轮转矩值分配方法如下：

第一步，根据总成特性和汽车行驶工况特征，确定汽车车速V变化范围0～V_max、转矩需求T_req变化范围0～T_{req_max}、左右驱动轮转矩差ΔT变化范围-ΔT_max～ΔT_max、单轮转矩T_e即，T_fl、T_fr、T_rl和T_rr变化范围-T_{ε_max}～T_{ε_max}

第二步，据下式计算车轮转速，本实例中采用轮毂电机直接驱动车轮，所以轮速等于电机转速：

${\mathrm{\ω}}_m=\frac{V}{r_w}$

其中r_w为车轮滚动半径。

第三步，将各个变量离散为等差数列。

第四步，将车轮旋转速度范围0～ω_{m_max}离散化为等差数列ω_m(n),n＝1...N，公差为100r/min，即ω_m(1)＝0r/min，ω_m(2)＝100r/min，ω_m(3)＝200r/min，…，ω_m(N)＝[ω_{m_max}]，其中

第五步，将需求驱动转矩变化范围0～T_{req_max}离散化为等差数列T_req(m),m＝1...M，公差为10Nm，即T_req(1)＝0Nm，T_req(2)＝10Nm，T_req(3)＝20Nm，…，T_req(M)＝[T_{req_max}]，其中

第六步，将左右驱动轮转矩差变化范围-ΔT_max～ΔT_max离散化为等差数列ΔT(i),i＝1...I，公差为10Nm，即ΔT(1)＝[-ΔT_max]，ΔT(2)＝([-ΔT_max]+10)Nm，…，…，ΔT(I)＝[ΔT_max]，其中 $I=\frac{\left[2\mathrm{\Δ}{T}_{\max }\right]}{10}.$

第七步，将左前轮转矩范围-T_{ε_max}～T_{ε_max}离散化为等差数列T_fl(j),j＝1...J，公差为10Nm，即T_fl(1)＝[-T_{e_max}]，T_fl(2)＝([T_{e_max}]+10)Nm，…，…，T_fl(J)＝[T_{e_max}]，其中 $J=\frac{\left[2T_{e\_\max }\right]}{10}.$

第八步，将右前轮转矩范围-T_{ε_max}～T_{ε_max}离散化为等差数列T_fr(k),k＝1...K，公差为10Nm，即T_fr(1)＝[-T_{e_max}]，T_fr(2)＝([T_{e_max}]+10)Nm，…，…，T_fr(K)＝[T_{e_max}]，其中 $K=\frac{\left[2T_{e\_\max }\right]}{10}.$

第九步，确定左前轮与左后轮的转矩关系，以及右前轮与右后轮的转矩关系。由于转矩的轴间和轮间分配必须满足下面两个等式：

T_req＝T_fl+T_fr+T_rl+T_rr

ΔT＝T_fl+T_rl-T_fr-T_rr

即，转矩分配时应同时满足不改变总的整车需求转矩，同时实现左右轮差动驱动实现转弯节能控制。联立上面两式可以计算出两侧车轮转矩关系式：

T_fl+T_rl＝(T_req+ΔT)/2

T_fr+T_rr＝(T_req-ΔT)/2

接下来根据确定的每个轮毂电机的转矩T_fl、T_fr、T_rl和T_rr，和转速ω_{m_fl}、ω_{m_fr}、ω_{m_rl}和ω_{m_rr}查阅电机Map图，得到每个轮毂电机的工作效率η_fl、η_fr、η_rl和η_rr，利用下面公式计算整车瞬时总电耗E_com：

$E_{\mathrm{com}}=\underset{0}{\overset{C}{\∫}}(\frac{T_{\mathrm{fl}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{fl}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{fl}}}+\frac{T_{\mathrm{fr}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{fr}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{fr}}}+\frac{T_{\mathrm{rl}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{fl}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{rl}}}+\frac{T_{\mathrm{rr}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{rr}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{rr}}})\mathrm{dt}$

其中C为既定循环工况的总时间。

第十步：判断k＝K是否成立。是，则进入第十一步，否，则k增加1后返回第八步，即右前轮转矩增加10Nm循环计算此工况下E_com；

第十一步：判断j＝J是否成立。是，则进入第十二步，否，则j增加1后返回第七步，即左前轮转矩增加10Nm循环计算此工况下E_com；

第十二步：至此在当前工况下，即在某一车速V、某一整车需求转矩T_req、某一左右轮驱动转矩差指令ΔT下，通过对比上述第七步至第十一步各种ΔT差动转矩轮间分配方案下的整车瞬时总电耗E_com，当取得E_com是其中最小时对应的转矩轮间分配方案即为当前工况下转矩轮间分配规则；

第十三步：判断i＝I是否成立。是，则进入第十四步，否，则i增加1后返回第六步，即左右轮驱动转矩差指令ΔT增加10Nm循环计算此工况下E_com；

第十四步：判断m＝M是否成立。是，则进入第十五步，否，则m增加1后返回第五步，整车需求转矩T_req增加10Nm循环计算此工况下E_com；

第十五步：至此在当前转速下，即在某一车速V下，通过对比上述第五步至第十四步各种整车需求转矩T_req两轴间分配方案下的整车瞬时总电耗E_com，当取得E_com是其中最小时对应的转矩轴间分配方案即为当前车速下转矩轴间分配规则；

第十六步：判断n＝N是否成立。是，则进入第十七步，否，则n增加1后返回第四步，即电机转速ω_m增加100r/min循环计算此工况下E_com；

第十七步：至此便获得了任意工况，即任意转速ω_m、任意整车需求转矩T_req和任意左右轮驱动转矩差ΔT下的各轮转矩分配规则，该规则保证了整车总电耗E_com最小。循环寻优算法结束。

总之，本发明依据图3制定了以节能为目的的各轮转矩最优分配控制方法，通过离线循环寻优计算，制定了针对目标应用车型确立的也节能为目的的瞬时能耗最小各轮转矩分配规则表，把该规则表固化到整车驱动控制器内存中，通过依据图2实时计算得到的左右轮驱动转矩差以及整车需求转矩指令和当前车速信息，可以非常方便的以在线查表的方式获得当前工况下整车电耗最小的各轮转矩指令，用以控制车辆驱动行驶和转弯差动驱动，从而实现转弯节能功能。该方法具有明显的时效性和全局最优性，具备非常好的实际应用价值。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过传感器测量得到汽车的行驶速度V、转向盘转角δ_sw以及横摆角速度

步骤二、使用如下公式，计算出左右两侧驱动轮之间的差动转矩

$\mathrm{\ΔT}={\mathrm{mV}}^2\frac{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sw}}{l}_r{r}_w}{i_s{d}_{T}l}$

其中，m为车辆质量；V为行驶速度；δ_sw为转向盘转角；r_w为车轮滚动半径；i_s为转向***角传动比；l为汽车轴距；l_r为质心至后轴的距离；d_T为汽车轮距；

步骤三、在当前需求驱动转矩T_req、当前行驶速度V、和当前差动转矩ΔT工况下，采用以下公式计算整车瞬时总电耗E_com

$E_{\mathrm{com}}=\underset{0}{\overset{C}{\∫}}(\frac{T_{\mathrm{fl}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{fl}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{fl}}}+\frac{T_{\mathrm{fr}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{fr}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{fr}}}+\frac{T_{\mathrm{rl}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{rl}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{rl}}}+\frac{T_{\mathrm{rr}}{\mathrm{\ω}}_{m\_\mathrm{rr}}}{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{rr}}})\mathrm{dt}$

其中，T_fl、T_fr、T_rl、T_rr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转矩，ω_{m_fl}、ω_{m_fr}、ω_{m_rl}、ω_{m_rr}为别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转速，η_fl、η_fr、η_rl、η_rr分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮驱动电机的工作效率，C为既定循环工况的总时间；

求得当整车瞬时总电耗E_com最小时左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转矩T_fl、T_fr、T_rl、T_rr，并将该转矩分配给相应的车轮。

2.根据权利要求1所述的瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法，其特征在于，步骤二中，计算两侧驱动轮之间的差动转矩之前，先利用如下公式计算侧向加速度

$a_y=\frac{V^2}{R}\≈\frac{V^2{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sw}}}{i_{s}l}$

并判断侧向加速度是否大于0.6g，其中，g为重力加速度；

若是，则令两侧驱动轮之间的差动转矩ΔT＝0，并进行步骤三；

若否，则继续进行步骤二。

3.根据权利要求2所述的瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法，其特征在于，步骤二中，计算得到两侧驱动轮之间的差动转矩后，利用如下公式计算理想横摆角速度

${\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_r=\frac{{\mathrm{V\δ}}_{\mathrm{sw}}}{i_{s}l(1+K_w{V}^2)}$

其中，K_w为汽车稳定性因数；

并判断横摆角速度是否大于理想横摆角速度

若否，则保持计算得到两侧驱动轮之间的差动转矩ΔT不变；

若是，则表明上一控制周期引入的差动转矩使汽车处于转向过度，故利用如下公式对差动转矩进行修正

$\mathrm{\ΔT}\left(h\right)=\mathrm{\ΔT}(h-1)+P[\frac{{\mathrm{V\δ}}_{\mathrm{sw}}}{i_{s}l(1+K_w{V}^2)}-\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}]$

其中ΔT(h-1)为上一控制周期输出的差动转矩，ΔT(h)为本次控制周期计算得到的差动转矩，h为控制周期次序号，P为比例系数。

4.根据权利要求2或3所述的瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法，其特征在于，步骤二中计算得到差动转矩ΔT后，判断ΔT是否大于汽车最大输出转矩T_max；若是，则令ΔT＝T_max；若否则维持ΔT不变。

5.根据权利要求4所述的瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法，其特征在于，步骤三包括以下分步骤：

a)利用下式计算车轮转速

${\mathrm{\ω}}_m=\frac{V}{r_w}$

其中r_w为车轮滚动半径；

b)利用如下公式，计算左前轮与左后轮的转矩关系，以及右前轮与右后轮的转矩关系

T_fl+T_rl＝(T_req+ΔT)/2

T_fr+T_rr＝(T_req-ΔT)/2

c)在当前需求驱动转矩T_req、当前行驶速度V、和当前差动转矩ΔT工况下，整车瞬时总电耗E_com为关于左前轮转矩T_fl和右前轮转矩T_fr的二维函数，计算出所述瞬时总电耗E_com的最小值E_{com_min}，以及对应的左前轮转矩T_fl、左后轮转矩T_rl、右前轮转矩T_fr、右后轮转矩T_rr，并将对应转矩分配给对应的车轮。

6.根据权利要求5所述的瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法，其特征在于，步骤c)中，将左前轮转矩范围进行离散，得到若干级的左前轮转矩，将右前轮的转矩范围进行离散，得到若干级的右前轮转矩，分别计算在不同级左前轮转矩和不同级右前轮转矩情况下瞬时总电耗E_com，并找出其最小值E_{com_min}对应的左前轮转矩T_fl、左后轮转矩T_rl、右前轮转矩T_fr、右后轮转矩T_rr，并将对应转矩分配给对应的车轮。

7.根据权利要求6所述的瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法，其特征在于，将左前轮转矩范围-T_{ε_max}～T_{ε_max}离散化为等差数列T_fl(j),j＝1...J，公差为10Nm，即T_fl(1)＝[-T_{e_max}]，T_fl(2)＝([T_{e_max}]+10)Nm，…，…，T_fl(J)＝[T_{e_max}]，其中 $J=\frac{\left[{2T}_{e\_\max }\right]}{10};$

将右前轮转矩范围-T_{ε_max}～T_{ε_max}离散化为等差数列T_fr(k),k＝1...K，公差为10Nm，即T_fr(1)＝[-T_{e_max}]，T_fr(2)_＝([T_{e_max}]+10)Nm，…，…，T_fr(K)＝[T_{e_max}]，其中 $K=\frac{\left[{2T}_{e\_\max }\right]}{10}.$

8.根据权利要求5-7中任一项所述的瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法，其特征在于，将车轮旋转速度范围、需求驱动转矩变化范围、左右驱动轮转矩差变化范围进行离散，得到若干级数的车轮旋转速度ω_m(n),n＝1...N，若干级数的需求驱动转矩T_req(m),m＝1...M和若干级数的左右驱动轮转矩差ΔT(i),i＝1...I，并将当前工况下的车轮旋转速度、需求驱动转矩、左右驱动轮转矩差取整到最接近的级数。

9.根据权利要求8所述的瞬时能耗最小的车轮转矩分配方法，其特征在于，将车轮旋转速度范围0～ω_{m_max}离散化为等差数列ω_m(n),n＝1...N，公差为100r/min，即ω_m(1)＝0r/min，ω_m(2)＝100r/min，ω_m(3)＝200r/min，…，ω_m(N)＝[ω_{m_max}]，其中并且当ω_m(n)≤ω_m＜ω_m(n+1)时，令ω_m＝ω_m(n)；

将需求驱动转矩变化范围0～T_{req_max}离散化为等差数列T_req(m),m＝1...M，公差为10Nm，即T_req(1)＝0Nm，T_req(2)＝10Nm，T_req(3)＝20Nm，…，T_req(M)＝[T_{req_max}]，其中并且当T_req(m)≤T_req＜T_req(m+1)时，令T_req＝T_req(m)；

将左右驱动轮转矩差变化范围-ΔT_max～ΔT_max离散化为等差数列ΔT(i),i＝1...I，公差为10Nm，即ΔT(1)＝[-ΔT_max]，ΔT(2)_＝([-ΔT_max]+10)Nm，…，…，ΔT(I)＝[ΔT_max]，其中并且当ΔT(i)≤ΔT＜ΔT(i+1)时，令ΔT＝ΔT(i)。