CN110014851A - 一种前后双电机四驱车辆轴间扭矩分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前后双电机四驱车辆轴间扭矩分配方法，获取车辆当前参数，依据驾驶员的驾驶模式以及车辆实际行驶工况，自动的选择车辆前后轴电机驱动扭矩的分配方式，依据前后轴电机效率或纵向驱动性能来分配轴间扭矩分配系数i。当检测到需求扭矩大于零时，根据驾驶模式及车辆模式的不同自动地选择轴间扭矩分配方式，包括依据电机驱动性能方式来分配轴间驱动扭矩或:依据电机效率方式来分配轴间驱动扭矩；当检测到驾驶员有减速请求时，选择依据电机驱动性能方式来分配前后轴轴间驱动扭矩。可以根据车辆的驾驶模式、车辆的行驶状况自动的按照经济性、驱动性能分配轴间扭矩，使得轴间扭矩分配既能够满足驾驶员经济性又能满足驱动性能需求。

Description

一种前后双电机四驱车辆轴间扭矩分配方法

技术领域

本发明涉及电动汽车电控技术领域，更具体的说，是涉及一种前后双电机四驱车辆轴间扭矩分配方法。

背景技术

在全球能源、环境问题日益严峻的大背景下，电动汽车的发展越来越快。相比较传统汽车，电动汽车特别是前后轴四驱汽车有多个动力源，因此在扭矩控制上更为复杂。在目前量产的电动四驱电动车中，正常行驶时前后电机扭矩分配基本上都是固定比例或者几种可以调节的固定比例。专利(CN105584382A)、专利(CN107097686A)公开了一种电机扭矩分配控制方法，该方法主要是基于电机效率分配轴间扭矩，该类专利仅关注了经济性，没有考虑车辆的加速性能。专利(CN106379197A)、专利(CN107640062A)公开了一种基于加速度分配驱动扭矩方法，但是该类专利在轴荷转移方面仅关注了加速度因素，没有充分考虑坡度、车辆纵向加速度引起的轴荷转移，不能充分发挥前后轮的附着能力，使车辆获得最大的侧向力潜力。在实际的行驶过程中，采用单一指标或者固定比例分配前后轴电机驱动扭矩无法满足驾驶员经济性或动力性的驾驶需求，因此亟需要一种前后轴电机驱动扭矩的控制方法，在保证满足驾驶员需求扭矩的前提下，自动的按照车辆的行驶工况选择按照电机效率或电机性能模式来分配轴间扭矩以满足驾驶员的动力性以及经济性需求。

发明内容

本发明针对目前电动四驱车辆扭矩分配只针对单一的指标(经济性、加速性能)问题，提出了一种能够自动分配轴间扭矩的控制方法，该方法可以根据车辆的驾驶模式、车辆的行驶状况自动的按照经济性、驱动性能分配轴间扭矩，使得轴间扭矩分配既能够满足驾驶员经济性又能满足驱动性能需求。

本发明采用以下技术方案：

一种前后双电机四驱车辆轴间扭矩分配方法，包括：

步骤一、获取车辆当前参数，包括车辆纵向加速度、道路坡度、需求扭矩、车辆驾驶模式；

步骤二、依据驾驶员的驾驶模式以及车辆实际行驶工况，自动的选择车辆前后轴电机驱动扭矩的分配方式，依据前后轴电机效率或纵向驱动性能来分配轴间扭矩分配系数i:

首先检测驾驶员的需求扭矩，

1)当检测到需求扭矩大于零时，根据驾驶模式及车辆模式的不同自动地选择轴间扭矩分配方式:

1.1)当检测到驾驶员有驱动需求时，首先判断坡度的影响，当坡度大于某一阈值θ_p时，自动选择依据电机驱动性能方式来分配轴间驱动扭矩；

1.2)否则判断车辆的驾驶模式的影响:

驾驶员选择Sport模式时，选择依据电机驱动性能方式来分配轴间驱动扭矩；

当驾驶员选择Eco模式时，自动选择依据电机效率方式来分配轴间驱动扭矩；

当驾驶员选择Normal模式时，结合车辆实际的加速度与最大加速度的关系来确定扭矩分配方式:如果车辆实际加速度a_act与最大加速度a_max比例超过某一阈值k时，选择依据电机驱动性能方式来分配轴间驱动扭矩；否则选择依据电机效率方式来分配轴间驱动扭矩；

2)当检测到驾驶员有减速请求时，选择依据电机驱动性能方式来分配前后轴轴间驱动扭矩。

进一步地，所述轴间扭矩分配系数i指后轴电机输出扭矩占前后电机输出总扭矩的比例，结合驾驶员需求扭矩T_req和轴间扭矩分配系数i得到前后轴电机各自的驱动扭矩：

式中，T_r表示后轴电机的输出扭矩，T_f表示前后电机的输出扭矩。

进一步地，所述车辆最大加速度a_max的计算方法:

时刻采集车辆的纵向加速度a_x与侧向加速度a_y，并以此计算出车辆实际的总加速度a_act:

当车辆在行驶过程中有ESP介入时，将介入时刻计算出的加速度作为车辆最大加速度a_max并存储；当ESP未介入时，将计算出的总加速度a_act与上一时刻存储的最大加速度比较，如果总加速度a_act大于上一时刻最大加速度，则将此时车辆的加速度作为车辆最大加速度a_max，否则，维持上一时刻所存储的最大加速度a_max。

进一步地，所述依据电机效率方式来分配轴间驱动扭矩,采用依据电机效率计算轴间扭矩分配系数的效率MAP的制定方法:

按照电机效率分配的原则如下式:

式中，T_f表示前轴电机输出扭矩，Nm；T_req表示驾驶员总的需求扭矩，Nm；T_r表示后轴电机输出扭矩，Nm；i表示轴间扭矩分配系数；N表示电机转速，r/min；P_f，P_r分别表示前后轴电机的输出功率，kw；η_f，η_r分别表示前后轴电机的工作效率；P_req表示前后轴电机总的输出功率，kw；

引入容忍度的约束条件,定义如下：

式中，tolerance表示离线标定过程中的容忍度阈值，P_{req_best}表示在某一工作点下最优分配系数所对应的总的输出功率；P_{req_T}表示在满足一定的容许度约束条件下的总的输出功率,即在前后电机总的输出功率在满足一定容忍度的情况下即认为该分配系数为最优；

选择某一固定的容忍度阈值，通过给定不同的车速与需求扭矩，即可得到效率MAP；

经过查表滤波得到的分配系数i需要进行滤波限制得到前后轴电机的分配系数，如果计算得到的某一轴电机扭矩超过了该轴电机的能力限制，为了满足驾驶员的驾驶需求，则将超过的扭矩向另一轴转移，最终确保分配给两轴的扭矩均不超过各自电机能力限制。

进一步地，所述依据电机驱动性能方式来分配轴间驱动扭矩,采用依据电机驱动性能计算轴间扭分配系数的性能MAP的制定方法:

考虑车辆纵向加速度以及道路坡度引起的轴荷转移问题，保证扭矩分配系数按照轴荷分配，通过离线计算，得到性能MAP；

对性能MAP得到的分配系数进行滤波，根据驾驶员需求扭矩与滤波之后的分配系数就可以得到前后电机各自的输出扭矩，最后对各电机输出扭矩进行限制，保证每个轴的电机输出扭矩在能力范围内，当某轴电机由于能力限制导致无法响应扭矩时，会自动转移至另一轴，保证在电机输出扭矩的能力范围内，最大限度响应驾驶员的需求扭矩。

本发明具有以下有益效果：

本发明的电动四驱车辆轴间扭矩分配方法能够自动的根据车辆的驾驶模式、车辆行驶工况选择按照经济性、驱动性能分配轴间扭矩，使得在不改变原有动力***结构和不增加成本的情况下,通过优化电机驱动扭矩分配系数的算法达到了改善能耗的技术效果，保证既能够满足驾驶员经济性又能满足驱动性能需求。当某轴电机由于能力限制导致无法响应扭矩时，为了优先保证驾驶员的驾驶需求，会自动转移至另一轴，保证在电机输出扭矩的能力范围内，最大限度响应驾驶员的需求扭矩。

本发明首先检测驾驶的需求扭扭矩，当检测到驾驶员有驱动需求时即需求扭矩大于零时，根据驾驶模式及车辆模式的不同自动地选择效率模式、性能模式分配前后轴扭矩，当检测到驾驶员有减速请求时，此时根据性能模式分配前后轴电机扭矩。

本发明能够在不增加额外传感器的情况下，自动学习路面附着系数，进而得到车辆最大的加速度。

本发明提出一种按照电机效率分配轴间扭矩的分配方法，该方法首先包括按照电机效率分配轴间扭矩的效率MAP离线制定方法，并在该方法中提出了容忍度的概念，防止在按照电机效率分配轴间扭矩时，由于分配系数来回跳动导致前后电机输出扭矩来回抖动，影响车辆的经济性。

本发明提出了一种按照电机驱动性能分配轴间扭矩的性能MAP离线制定方法，该方法考虑了车辆的纵向加速度、坡度导致的轴荷转移，能够充分发挥前后电机的驱动性能，使车辆获得最大的侧向力潜力，充分发挥前后轮的附着能力。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1轴间扭矩分配方法流程图

图2最大加速度计算

图3依据电机效率分配轴间扭矩

图4依据驱动性能模式分配轴间扭矩

图5经济性MAP

图6性能MAP

具体实施方式

以下结合附图详细介绍本发明的技术方案:

一种前后双电机四驱车辆轴间扭矩分配方法，包括：

获取车辆当前参数，所述当前参数包括：车辆纵向加速度、道路坡度、需求扭矩、车辆驾驶模式(Normal、Sport、Eco)；

依据驾驶员的驾驶模式以及车辆实际行驶工况，自动的选择车辆前后轴电机驱动扭矩的分配方式，依据前后轴电机效率或纵向驱动性能来分配轴间扭矩分配系数i。本发明轴间扭矩分配系数i指后轴电机输出扭矩占前后电机输出总扭矩的比例(与前轴电机占总扭矩类似)，结合驾驶员需求扭矩T_req和轴间扭矩分配系数i得到前后轴电机各自的驱动扭矩。

式中，T_r表示后轴电机的输出扭矩，T_f表示前后电机的输出扭矩。如果计算得到的某一轴电机扭矩超过了该轴电机的能力限制，为了满足驾驶员的驾驶需求，则将超过的扭矩向另一轴转移，最终确保分配给两轴的扭矩均不超过各自电机能力限制。

根据驾驶模式、道路坡度信息，车辆纵向加速度信息自动地选择前后轴电机的扭矩分配方式。轴间扭矩的分配方式如图1所示，本发明首先检测驾驶员的需求扭矩，当检测到驾驶员有驱动需求时即需求扭矩大于零时，根据驾驶模式及车辆模式的不同自动地选择效率模式、性能模式分配前后轴扭矩；当检测到驾驶员有减速请求时，此时根据性能模式分配前后轴电机扭矩。当检测到驾驶员有驱动需求时，首先判断坡度的影响，当坡度大于某一阈值θ_p(例如本发明为6度坡)时，自动选择依据驱动性能的方式分配轴间驱动扭矩，否则判断车辆的驾驶模式的影响，驾驶员选择Sport模式时，依据驱动性能方式分配轴间驱动扭矩，当驾驶员选择Eco模式时，自动选择依据电机效率分配轴间驱动扭矩，当驾驶员选择Normal模式时，需要结合车辆实际的加速度与最大加速度的关系来确定扭矩的分配方式，此时如果车辆实际加速度a_act与最大加速度a_max比例超过某一阈值k(本发明为0.5)时，选择依据电机性能模式分配轴间扭矩，否则选择依据电机效率模式分配轴间扭矩。

能够自动学习路面附着系数，进而得到车辆最大加速度a_max。本发明时刻采集车辆的纵向加速度a_x与侧向加速度a_y，并以此计算出车辆实际总的加速度a_act。当车辆在行驶过程中有ESP介入时，此时将介入时刻计算出的加速度作为车辆最大的加速度并存储起来。当ESP未介入时，将计算出的总的加速度a_act与上一时刻存储的最大加速度比较，如果大于上一时刻最大的加速度，则将此时车辆的加速度作为车辆最大的加速度，否则，维持上一时刻所存储的最大加速度。

依据电机效率计算轴间扭矩分配系数的效率MAP的制定方法。由于电机的工作效率直接影响车辆的经济性，而在不同的扭矩和转速下，电机的工作效率也不同。前后轴扭矩按照电机效率分配的原则是在保证满足需求扭矩的情况下，调节前后轴电机的输出扭矩，使得前后轴电机工作点尽可能落在电机工作的高效区域，使得两个电机总的工作效率之和最优，从而保证车辆的经济性。按照电机效率分配的原则如下式3所示。

式中T_f表示前轴电机输出扭矩，Nm。T_req表示驾驶员总的需求扭矩，Nm。T_r表示后轴电机输出扭矩，Nm。i表示轴间扭矩分配系数。N表示电机转速，r/min。P_f，P_r分别表示前后轴电机的输出功率，kw。η_f，η_r分别表示前后轴电机的工作效率。P_req表示前后轴电机总的输出功率，kw。

在效率MAP的离线标定过程中，为了避免前后轴电机分配系数的来回跳动，本发明引入容忍度的约束条件。容忍度约束的定义如下所示：

式中tolerance表示离线标定过程中的容忍度阈值，P_{req_best}表示在某一工作点下最优分配系数所对应的总的输出功率。P_{req_T}表示在满足一定的容许度约束条件下的总的输出功率。即在前后电机总的输出功率在满足一定容忍度的情况下即认为该分配系数为最优。

从式3可以看出，电机效率与需求扭矩、电机转速(车速)息息相关。依据电机效率来分配轴间扭矩过程中，如果在分配系数寻优过程中容忍度选择过低，可能会造成分配系数来回跳动，影响车辆的经济性，容忍度过高，可能会造成优化效果不明显，并不会提高车辆的经济性。选择某一固定的容忍度阈值(本发明以5为例)，通过给定不同的车速与需求扭矩，即可得到效率MAP。按照电机效率分配轴间扭矩的流程图如图3所示。经过查表滤波得到的分配系数i需要进行滤波限制得到前后轴电机的分配系数，如果计算得到的某一轴电机扭矩超过了该轴电机的能力限制，为了满足驾驶员的驾驶需求，则将超过的扭矩向另一轴转移，最终确保分配给两轴的扭矩均不超过各自电机能力限制。

依据电机驱动性能计算轴间扭矩分配系数的性能MAP的制定方法。性能MAP制定与前后轴轴荷息息相关。纵向驱动性能模式主要是基于前后轴载荷分配轴间扭矩。由于车辆在加速情况下会引起前后轴垂直轴荷的转移，因此加速度直接决定了轴荷转移的大小。加速度不同，轴荷转移也不同，前后轴的轴荷计算如3所示。

式中m表示整车质量，kg。L表示轴距，m。b表示质心到后轴的距离，m。a表示质心到前轴的距离，m。g表示重力加速度，m/s²，H表示轮距，m。θ表示坡度，a_x表示车辆纵向加速度m/s²，F_fzh表示前轴轴荷，F_rzh表示后轴轴荷。从式5可以看出，车辆的加速度与坡度直接影响车辆前后轴的轴荷，进而影响到纵向驱动性能模式。前后电机最好同时打滑，才能充分发挥电机的驱动性能，因此，前后电机驱动扭矩按照前后轴轴荷比例分配，通过离线计算，即可得到性能MAP。按照电机性能分配轴间扭矩的流程图如图4所示。从图中可以看出经过查表滤波得到的分配系数需要进行滤波限制得到前后轴电机的分配系数，经过查表滤波得到的分配系数需要进行滤波限制得到前后轴电机的分配系数，如果计算得到的某一轴电机扭矩超过了该轴电机的能力限制，为了满足驾驶员的驾驶需求，则将超过的扭矩向另一轴转移，最终确保分配给两轴的扭矩均不超过各自电机能力限制。

Claims (5)

1.一种前后双电机四驱车辆轴间扭矩分配方法，其特征在于，包括：

步骤一、获取车辆当前参数，包括车辆纵向加速度、道路坡度、需求扭矩、车辆驾驶模式；

步骤二、依据驾驶员的驾驶模式以及车辆实际行驶工况，自动的选择车辆前后轴电机驱动扭矩的分配方式，依据前后轴电机效率或纵向驱动性能来分配轴间扭矩分配系数i:

首先检测驾驶员的需求扭矩，

1)当检测到需求扭矩大于零时，根据驾驶模式及车辆模式的不同自动地选择轴间扭矩分配方式:

1.1)当检测到驾驶员有驱动需求时，首先判断坡度的影响，当坡度大于某一阈值θ_p时，自动选择依据电机驱动性能方式来分配轴间驱动扭矩；

1.2)否则判断车辆的驾驶模式的影响:

驾驶员选择Sport模式时，选择依据电机驱动性能方式来分配轴间驱动扭矩；

当驾驶员选择Eco模式时，自动选择依据电机效率方式来分配轴间驱动扭矩；

当驾驶员选择Normal模式时，结合车辆实际的加速度与最大加速度的关系来确定扭矩分配方式:如果车辆实际加速度a_act与最大加速度a_max比例超过某一阈值k时，选择依据电机驱动性能方式来分配轴间驱动扭矩；否则选择依据电机效率方式来分配轴间驱动扭矩；

2)当检测到驾驶员有减速请求时，选择依据电机驱动性能方式来分配前后轴轴间驱动扭矩。

2.如权利要求1所述的一种前后双电机四驱车辆轴间扭矩分配方法，其特征在于，所述轴间扭矩分配系数i指后轴电机输出扭矩占前后电机输出总扭矩的比例，结合驾驶员需求扭矩T_req和轴间扭矩分配系数i得到前后轴电机各自的驱动扭矩：

式中，T_r表示后轴电机的输出扭矩，T_f表示前后电机的输出扭矩。

3.如权利要求1所述的一种前后双电机四驱车辆轴间扭矩分配方法，其特征在于，所述车辆最大加速度a_max的计算方法:

时刻采集车辆的纵向加速度a_x与侧向加速度a_y，并以此计算出车辆实际的总加速度a_act:

当车辆在行驶过程中有ESP介入时，将介入时刻计算出的加速度作为车辆最大加速度a_max并存储；当ESP未介入时，将计算出的总加速度a_act与上一时刻存储的最大加速度比较，如果总加速度a_act大于上一时刻最大加速度，则将此时车辆的加速度作为车辆最大加速度a_max，否则，维持上一时刻所存储的最大加速度a_max。

4.如权利要求1所述的一种前后双电机四驱车辆轴间扭矩分配方法，其特征在于，所述依据电机效率方式来分配轴间驱动扭矩,采用依据电机效率计算轴间扭矩分配系数的效率MAP的制定方法:

按照电机效率分配的原则如下式:

式中，T_f表示前轴电机输出扭矩，Nm；T_req表示驾驶员总的需求扭矩，Nm；T_r表示后轴电机输出扭矩，Nm；i表示轴间扭矩分配系数；N表示电机转速，r/min；P_f，P_r分别表示前后轴电机的输出功率，kw；η_f，η_r分别表示前后轴电机的工作效率；P_req表示前后轴电机总的输出功率，kw；

引入容忍度的约束条件,定义如下：

式中，tolerance表示离线标定过程中的容忍度阈值，P_{req_best}表示在某一工作点下最优分配系数所对应的总的输出功率；P_{req_T}表示在满足一定的容许度约束条件下的总的输出功率,即在前后电机总的输出功率在满足一定容忍度的情况下即认为该分配系数为最优；

选择某一固定的容忍度阈值，通过给定不同的车速与需求扭矩，即可得到效率MAP；

经过查表滤波得到的分配系数i需要进行滤波限制得到前后轴电机的分配系数，如果计算得到的某一轴电机扭矩超过了该轴电机的能力限制，为了满足驾驶员的驾驶需求，则将超过的扭矩向另一轴转移，最终确保分配给两轴的扭矩均不超过各自电机能力限制。

5.如权利要求1所述的一种前后双电机四驱车辆轴间扭矩分配方法，其特征在于，所述依据电机驱动性能方式来分配轴间驱动扭矩,采用依据电机驱动性能计算轴间扭分配系数的性能MAP的制定方法:

考虑车辆纵向加速度以及道路坡度引起的轴荷转移问题，保证扭矩分配系数按照轴荷分配，通过离线计算，得到性能MAP；

对性能MAP得到的分配系数进行滤波，根据驾驶员需求扭矩与滤波之后的分配系数就可以得到前后电机各自的输出扭矩，最后对各电机输出扭矩进行限制，保证每个轴的电机输出扭矩在能力范围内，当某轴电机由于能力限制导致无法响应扭矩时，会自动转移至另一轴，保证在电机输出扭矩的能力范围内，最大限度响应驾驶员的需求扭矩。