CN107187337A - 四驱ev电动车扭矩矢量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四轮EV电动车扭矩矢量控制方法，其包括：S10、计算前轴分配扭矩和后轴分配扭矩；S20、计算左轮分配扭矩和右轮分配扭矩；S30、计算左轮转向助力分配扭矩和右轮转向助力分配扭矩；S40、根据步骤S20和S30中计算得到的左轮分配扭矩和右轮分配扭矩，以及左轮转向助力分配扭矩和右轮转向助力分配扭矩计算各个车轮的输出扭矩，并进行最大扭矩限制。在本发明中，通过轴间扭矩分配，获得良好的路面附着力，提高车辆的动力性；低速行驶时，通过控制左右驱动轮不同的扭矩，缩小在泊车入库等低速行驶情况下的转弯半径；高速行驶时，通过配合车辆的行驶状态协调控制左右驱动轮扭矩，提升转向性能的同时获得更好的高速行驶驱动稳定性。

Description

四驱EV电动车扭矩矢量控制方法

技术领域

本发明属于纯电动汽车四轮驱动扭矩分配技术领域，尤其涉及一种四驱EV电动车扭矩矢量控制方法。

背景技术

四轮驱动纯电动汽车由于四个车轮的扭矩可以独立调节，且电机驱动具有扭矩响应快、扭矩连续调节的特点，使四轮驱动纯电动车的扭矩矢量控制更适用于通过扭矩的分配进行转向辅助功能和稳定控制。

目前纯电动汽车四轮驱动的研究主要面向与驱动力矩分配与制动力矩分配。涉及制动力方面主要通过车辆稳定性方面阐述重要性，对于驱动力矩分配方面，通过操纵性能改善、防滑控制、驱动力协调及不同的分配驱动力方法方面阐述。相关主要专利如下：

(1)基于分布式驱动电动汽车的操纵性改善控制方法，专利申请号为201410016002.X。本发明专利是一种基于分布式驱动电动汽车的操纵性改善控制方法，涉及分配前轴左右轮和后轴左右轮的驱动力矩。

(2)四轮驱动电动汽车的驱动防滑控制系统及方法，专利申请号为200610147758.3。本发明专利公开了一种四轮驱动电动汽车的驱动防滑控制系统及方法，分配各个车轮驱动力矩防止车辆打滑，涉及车轮驱动力矩分配。

(3)四轮转向汽车稳定性控制系统，专利申请号为200920032093.0。本实用新型专利公开了一种四轮转向汽车稳定性控制系统，主要为制动轮判定及制动力矩分配，涉及制动力矩分配。

(4)一种电动汽车的车身稳定控制系统，专利申请号为201410172290.8。本发明专利公开了一种电动汽车的车身稳定控制系统，具体通过制动力的分配得以实现，涉及制动力矩分配。

(5)一种四轮驱动电动汽车转矩分配方法,专利申请号为201310242018.8。本发明专利提供了一种四轮驱动电动汽车转矩分配方法，涉及车轮驱动力矩分配。

综上，虽然纯电动轿车四轮驱动扭矩控制这方面专利已经有一部分，但因其驱动系统的特殊性，驱动力矩分配这方面仍有很大的挖掘空间。

发明内容

本发明目的是提供一种四驱EV电动车扭矩矢量控制方法，其能够使分布式四驱电动汽车具有较好的转向辅助功能，并且不会影响驱动行驶的动力性。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种四轮EV电动车扭矩矢量控制方法，其包括：

S10、计算前轴分配扭矩和后轴分配扭矩；

S20、计算左轮分配扭矩和右轮分配扭矩；

S30、计算左轮转向助力分配扭矩和右轮转向助力分配扭矩；

S40、根据步骤S20和S30中计算得到的左轮分配扭矩和右轮分配扭矩，以及左轮转向助力分配扭矩和右轮转向助力分配扭矩计算各个车轮的输出扭矩，并进行最大扭矩限制。

可选的，前轴分配扭矩和后轴分配扭矩通过下式进行计算：

T_f＝fac*T_req；T_r＝T_req-fac*T_req；

其中，T_req为驾驶员的总需求扭矩，fac为前后轴的扭矩分配系数，T_f为前轴的需求扭矩，T_r为后轴的需求扭矩。

可选的，当转向角有效时，根据车速与转向角大小和方向来计算左轮分配扭矩和右轮分配扭矩。

可选的，当转向角值大于设定阈值，并且转向方向发生了变化，则认为该转向角有效；或者当转向角值小于或等于设定阈值，并且转向方向发生了变化，如果在同一个方向保持时间超过T1，则认为该转向角有效；否则认为转向角无效，转向方向保持上一个周期的方向。

可选的，左轮分配扭矩和右轮分配扭矩通过下式计算：

T_{fl_org}＝fac1*T_f；T_{fr_org}＝T_f-fac1*T_f；

其中T_{fl_}org为左前轮的分配扭矩，T_{fr_}org为右前轮的分配扭矩，fac1为左右轮扭矩分配系数。

可选的，当转向角速度有效时，根据车速与转向角速度计算左轮转向助力分配扭矩和右轮转向助力分配扭矩。

可选的，当转向角速度值大于设定阈值，并且转向角速度方向发生了变化，则认为该转向角速度有效；或者当转向角速度值小于或等于设定阈值，并且转向角速度方向发生了变化，如果在同一个方向保持时间超过T2，则认为该转向角速度有效；否则认为转向角速度无效，转向角速度方向保持上一个周期的方向。

可选的，所述车轮输出扭矩通过下式计算：

T_{fl_tmp}＝min(T_{fl_org}+ΔT_fl,T_{fl_max})；

T_fr＝min(T_f-T_{fl_tmp},T_{fr_max})；

T_fl＝min(T_f-T_fr,T_{fl_max})；

其中，T_{fl_max}为左前轮的最大扭矩限值，T_{fr_max}为右前轮的最大扭矩限值，T_fl为左前轮的输出扭矩，T_fr为右前轮的输出扭矩，min为对其中的各参数取最小值的函数。

本发明具有如下有益效果：在本发明中，通过轴间扭矩分配，获得良好的路面附着力，提高车辆的动力性；低速行驶时，通过控制左右驱动轮不同的扭矩，缩小在泊车入库等低速行驶情况下的转弯半径；高速行驶时，通过配合车辆的行驶状态协调控制左右驱动轮扭矩，提升转向性能的同时获得更好的高速行驶驱动稳定性。

附图说明

图1为高速小转角的阶跃测试结果示意图；

图2为中速大转角的阶跃测试结果示意图；

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种四轮EV电动车扭矩矢量控制方法，其包括：

S10、计算前轴分配扭矩和后轴分配扭矩

为了获得较好的路面附着力，本实施例中，首先对前轴扭矩和后轴扭矩进行分配，例如，可以通过前后轴扭矩分配系数对前轴扭矩和后轴扭矩进行分配，所述前后轴扭矩分配系数可以根据道路坡度和车辆加速度而得到。

也就是说，本实施例中，首先根据坡度和加速度获得(例如通过查表法获得)前后轴扭矩分配系数，之后通过前后轴扭矩分配系数计算前后轴的分配扭矩。

前轴分配扭矩和后轴分配扭矩可以通过下式进行计算：

T_f＝fac*T_req；T_r＝T_req-fac*T_req；

其中，T_req为驾驶员的总需求扭矩，fac为前后轴扭矩分配系数，T_f为前轴分配扭矩，T_r为后轴分配扭矩。

S20、计算左轮分配扭矩和右轮分配扭矩

本实施例中，当转向角有效时，根据车速与转向角大小和方向来计算左轮分配扭矩和右轮分配扭矩。

更进一步，当转向角值大于设定阈值A，并且转向方向发生了变化，则认为该转向角有效；或者当转向角值小于或等于设定阈值A，并且转向方向发生了变化，如果在同一个方向保持时间超过T1(某一设定值)，则认为该转向角有效；否则认为转向角无效，转向方向保持上一个周期的方向。

也就是说，当转向角有效时，根据车速及方向盘的转向角的大小和方向获得(例如通过查表法获得)左右轮扭矩分配系数，然后根据左右轮扭矩分配系数计算左轮分配扭矩和右轮分配扭矩。

左轮分配扭矩和右轮分配扭矩可以通过下式进行计算：

T_{fl_org}＝fac1*T_f；T_{fr_org}＝T_f-fac1*T_f；

其中T_{fl_org}为左前轮分配扭矩，T_{fr_org}为右前轮分配扭矩，fac1为左右轮扭矩分配系数；

同样地，可以得到左后轮分配扭矩和右后轮分配扭矩。

T_{rl_org}＝fac1*T_r；T_{rr_org}＝T_r-fac1*T_r；

其中T_{rl_org}为左后轮分配扭矩，T_{rr_org}为右后轮分配扭矩。

S30、计算左轮转向助力分配扭矩和右轮转向助力分配扭矩

本实施例中，当转向角速度有效时，根据车速与转向角速度计算左轮转向助力分配扭矩和右轮转向助力分配扭矩，即进行转向助力扭矩分配。

更进一步，当转向角速度值大于设定阈值B，并且转向角速度方向发生了变化，则认为该转向角速度有效；或者当转向角速度值小于或等于设定阈值B，并且转向角速度方向发生了变化，如果在同一个方向保持时间超过T2(某一设定时间)，则认为该转向角速度有效；否则认为转向角速度无效，转向角速度方向保持上一个周期的方向。

也就是说，当转向角速度有效时，根据车速及转向角速度计算左右轮转向助力扭矩分配系数，所述左右轮转向助力扭矩分配系数包含分配至各个车轮的转向助力扭矩大小。

左轮转向助力分配扭矩和右轮转向助力分配扭矩可以通过下式计算：

ΔT_fl＝fac2*T_f；ΔT_fr＝-fac2*T_f；

其中，ΔT_fl为左前轮的转向助力分配扭矩，ΔT_fr为右前轮的转向助力分配扭矩，fac2为转向助力分配系数；

同样地，可以得到左后轮的转向助力分配扭矩和右后轮的转向助力分配扭矩。

ΔT_rl＝fac2*T_r；ΔT_rr＝-fac2*T_r；

其中，ΔT_rl为左后轮的转向助力分配扭矩，ΔT_rr为右后轮的转向助力分配扭矩。

S40、根据步骤S20和S30中计算得到的左轮分配扭矩和右轮分配扭矩，以及左轮转向助力扭矩和右轮转向助力扭矩计算各个车轮的输出扭矩，并进行最大扭矩限制。

具体地，左前轮输出扭矩和右前轮输出扭矩可以通过下式计算：

T_{fl_tmp}＝min(T_{fl_org}+ΔT_fl,T_{fl_max})；

T_fr＝min(T_f-T_{fl_tmp},T_{fr_max})；

T_fl＝min(T_f-T_fr,T_{fl_max})；

其中，T_{fl_max}为左前轮的最大扭矩限值，T_{fr_max}为右前轮的最大扭矩限值，T_fl为左前轮的输出扭矩，T_fr为右前轮的输出扭矩，min为对其中的各参数取最小值的函数，T_{fl_tmp}为计算过程中间变量。

同样的，需要对左后轮输出扭矩和右后轮输出扭矩进行限制：

T_{rl_tmp}＝min(T_{rl_org}+ΔT_rl,T_{rl_max})；

T_rr＝min(T_r-T_{rl_tmp},T_{rr_max})；

T_rl＝min(T_r-T_rr,T_{rl_max})；

其中，T_{rl_max}为左后轮的最大扭矩限值，T_{rr_max}为右后轮的最大扭矩限值，T_rl为左后轮的输出扭矩，T_rr为右后轮的输出扭矩，min为对其中的各参数取最小值的函数，T_{rl_tmp}为计算过程中间变量。

S50、通过各车轮的输出扭矩，对车辆进行控制。

图1和图2为对车辆进行测试的测试结果示意图，其中，图1为高速小转角的阶跃测试结果示意图，通过图1可以看出，采用本发明的四轮EV电动车扭矩矢量控制方法之后，在不增加横摆率超调量的情况下，减少车辆横摆响应时间，提升车辆的响应性能；图2为中速大转角的阶跃测试结果示意图，通过图2可以看出，采用本发明的四轮EV电动车扭矩矢量控制方法之后，在中速大转角下工况下，可实现更大横摆角速度和更快的横摆响应，提升车辆横摆响应性能。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种四轮EV电动车扭矩矢量控制方法，其特征在于，包括：

S10、计算前轴分配扭矩和后轴分配扭矩；

S20、计算左轮分配扭矩和右轮分配扭矩；

S30、计算左轮转向助力分配扭矩和右轮转向助力分配扭矩；

S40、根据步骤S20和S30中计算得到的左轮分配扭矩和右轮分配扭矩，以及左轮转向助力分配扭矩和右轮转向助力分配扭矩计算各个车轮的输出扭矩，并进行最大扭矩限制。

2.根据权利要求1所述的四轮EV电动车扭矩矢量控制方法，其特征在于，前轴分配扭矩和后轴分配扭矩通过下式进行计算：

T_f＝fac*T_req；T_r＝T_req-fac*T_req；

其中，T_req为驾驶员的总需求扭矩，fac为前后轴扭矩分配系数，T_f为前轴的需求扭矩，T_r为后轴的需求扭矩。

3.根据权利要求2所述的四轮EV电动车扭矩矢量控制方法，其特征在于，当转向角有效时，根据车速与转向角大小和方向来计算左轮分配扭矩和右轮分配扭矩。

4.根据权利要求3所述的四轮EV电动车扭矩矢量控制方法，其特征在于，当转向角值大于设定阈值，并且转向方向发生了变化，则认为该转向角有效；或者当转向角值小于或等于设定阈值，并且转向方向发生了变化，如果在同一个方向保持时间超过T1，则认为该转向角有效；否则认为转向角无效，转向方向保持上一个周期的方向。

5.根据权利要求4所述的四轮EV电动车扭矩矢量控制方法，其特征在于，左轮分配扭矩和右轮分配扭矩通过下式计算：

T_{fl_org}＝fac1*T_f；T_{fr_org}＝T_f-fac1*T_f；

其中T_{fl_org}为左前轮分配扭矩，T_{fr_org}为右前轮分配扭矩，fac1为左右轮扭矩分配系数；

T_{rl_org}＝fac1*T_r；T_{rr_org}＝T_r-fac1*T_r；

其中T_{rl_org}为左后轮分配扭矩，T_{rr_org}为右后轮分配扭矩。

6.根据权利要求5所述的四轮EV电动车扭矩矢量控制方法，其特征在于，当转向角速度有效时，根据车速与转向角速度计算左轮转向助力分配扭矩和右轮转向助力分配扭矩。

7.根据权利要求6所述的四轮EV电动车扭矩矢量控制方法，其特征在于，当转向角速度值大于设定阈值，并且转向角速度方向发生了变化，则认为该转向角速度有效；或者当转向角速度值小于或等于设定阈值，并且转向角速度方向发生了变化，如果在同一个方向保持时间超过T2，则认为该转向角速度有效；否则认为转向角速度无效，转向角速度方向保持上一个周期的方向。

8.根据权利要求7所述的四轮EV电动车扭矩矢量控制方法，其特征在于，左轮转向助力分配扭矩和右轮转向助力分配扭矩通过下式计算：

ΔT_fl＝fac2*T_f；ΔT_fr＝-fac2*T_f；

其中，ΔT_fl为左前轮转向助力分配扭矩，ΔT_fr为右前轮转向助力分配扭矩，fac2为转向助力分配系数；

ΔT_rl＝fac2*T_r；ΔT_rr＝-fac2*T_r；

其中，ΔT_rl为左后轮转向助力分配扭矩，ΔT_rr为右后轮转向助力分配扭矩。

9.根据权利要求8所述的四轮EV电动车扭矩矢量控制方法，其特征在于，所述车轮输出扭矩通过下式计算：

T_{fl_tmp}＝min(T_{fl_org}+ΔT_fl,T_{fl_max})；

T_fr＝min(T_f-T_{fl_tmp},T_{fr_max})；

T_fl＝min(T_f-T_fr,T_{fl_max})；

其中，T_{fl_max}为左前轮的最大扭矩限值，T_{fr_max}为右前轮的最大扭矩限值，T_fl为左前轮的输出扭矩，T_fr为右前轮的输出扭矩，min为对其中的各参数取最小值的函数；

T_{rl_tmp}＝min(T_{rl_org}+ΔT_rl,T_{rl_max})；

T_rr＝min(T_r-T_{rl_tmp},T_{rr_max})；

T_rl＝min(T_r-T_rr,T_{rl_max})；

其中，T_{rl_max}为左后轮的最大扭矩限值，T_{rr_max}为右后轮的最大扭矩限值，T_rl为左后轮的输出扭矩，T_rr为右后轮的输出扭矩，min为对其中的各参数取最小值的函数。