CN107640062A - 一种四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车动力分配领域，更具体地，涉及一种四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法，包括以下步骤：S1、根据加速踏板和车速值计算出驾驶员总扭矩指令T_d；S2、基于系统效率最优原则进行初始扭矩分配，得出前轴初始驱动扭矩T_df0和后轴初始驱动扭矩T_dr0；S3、对路面可利用的附着系数进行估算得出附着系数μ；S4、根据附着系数μ计算前轴驱动扭矩极限值T_ufmax和后轴驱动扭矩极限值T_urmax；S5、根据前轴驱动扭矩极限值T_ufmax和后轴驱动扭矩极限值T_urmax对前后轴初始扭矩分配作出调整；S6、分别计算出前轴电机扭矩指令T_mf和后轴电机扭矩指令T_mr，通过实时识别路面附着系数计算出最佳的前后轴驱动力极限值，并据此对前后轴驱动扭矩进行转移分配，进而实现最佳的动力性能，主动避免车轮滑转。

Description

一种四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法

技术领域

本发明涉及汽车动力分配领域，更具体地，涉及一种四驱电动汽车前后轴驱 动扭矩分配控制方法。

背景技术

目前，随着环保知识的普及，环保节能逐渐得到了人们的重视，一些新能源 设备也逐渐的取代了传统能源设备，其中，新能源电动汽车由于具有节能和环保 的优点，被人们所热衷。

在节能和环保的基础上，通过四驱动力系统能够提供更好的动力性能和操纵 性能，因此，越来越多的新能源电动汽车也采用了四驱结构的动力系统，其中， 比较常见的四驱动力系统是通过前后轴分别采用独立的电机，并分别通过前后差 减总成，将动力传递至前后半轴进行驱动，然而，与两驱电动汽车不同，四驱电 动汽车需要在前后轴进行扭矩分配，需要有效的扭矩分配控制算法才能充分发挥 四驱动力系统的优势，具有一定的控制复杂性。

四驱电动汽车由于需要在前后车轮之间，进行合理的分配驱动扭矩，才能充 分发挥四驱动力系统的优势，当分配时，需要考虑提高系统的运转效率、也需要 充分利用路面的附着系数来实现驱动防滑等控制技术，但是，从该技术领域的现 状看，公开文献多从提高系统效率的角度考虑前后轴驱动扭矩分配，也有通过切 换两驱和四驱的方式，提高车辆通过性的控制方法，在驱动防滑方面有与电子稳 定性控制单元协调实现驱动防滑的文献，但是，尚未见公开从提高路面附着系数 利用率的角度对前后轴扭矩进行分配的文献，本发明涉及四驱电动汽车前后轴扭 矩分配控制方法，从充分利用路面附着系数的角度对前后轴驱动扭矩进行有效的 分配，减少无效扭矩分配，避免车轮滑转。

在现有中国专利文献中，公告号为CN201710001686.X，公开了一种基于系 统效率最优原则的四驱电动汽车前后轴扭矩分配控制方法，通过离线计算得到系 统效率最优扭矩分配表，根据当前车速和总扭矩需求查表计算出最佳的扭矩分配 系数，该方法可以实现较好的经济性，但是没有考虑到汽车的动力性，而在公开 号为CN201610663212.7的中国专利文献中，公开了一种根据电机效率实时切换 四驱和后驱模式的控制方法，但是仍是没有考虑到汽车的动力性。

而在公告号为CN201510446261.0的中国专利文献中，公开了一种接收电子 稳定性干预信号，进而前后轴扭矩分配进行调整的控制方法，实现了被动的驱动 防滑功能，采用上述文献的技术可以优化四驱电动汽车的经济性，并实现被动防 滑功能，但是，由于都没有考虑到路面的附着情况，因而都不能够按照前后轴驱 动力极限值对前后轴扭矩进行限制和调整，不能实现最佳的动力性能，也不能实 现主动实现驱动防滑功能。

在现有技术中，通过系统效率最优的原则分配前后轴驱动扭矩，虽然可在一 定程度上实现较优的经济性，但不能保证最大程度的发挥车辆的动力性能，尤其 是在低附着系数的路面，还可能发生驱动车轮滑转的情况，而切换两驱和四驱的 技术方案，也只能在有限的情况下提高车辆的通过性能，并不能随时实现最佳的 扭矩分配控制，而通过电子稳定性控制单元协调实现驱动防滑控制的技术方案， 只能在车轮发生滑转之后进行防滑控制，不能提前避免车轮滑转。

总之，现有技术方案因为没有考虑如何充分利用路面附着系数，不能获得最 佳的动力性能，车辆甚至会出现车轮滑转，引起纵向加速性能和侧向稳定性下降, 影响车辆安全性，因此，提出一种解决上述问题的四驱电动汽车前后轴驱动扭矩 分配控制方法实为必要。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种四驱电 动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种四驱电动汽车前后轴驱 动扭矩分配控制方法，包括以下步骤：

S1、根据加速踏板和车速值计算出驾驶员总扭矩指令T_d；

S2、基于系统效率最优原则进行初始扭矩分配，得出前轴初始驱动扭矩T_df0和 后轴初始驱动扭矩T_dr0；

S3、对路面可利用的附着系数进行估算得出附着系数μ；

S4、根据附着系数μ计算前轴驱动扭矩极限值T_ufmax和后轴驱动扭矩极限值 T_urmax；

S5、根据前轴驱动扭矩极限值T_urmax和后轴驱动扭矩极限值T_urmax对前后轴初 始扭矩分配作出调整；

S6、分别计算出前轴电机扭矩指令T_mf和后轴电机扭矩指令T_mr。

进一步的，所述步骤S1中，包括以下步骤：

S11，根据加速踏板和车速值，查驾驶员扭矩需求二维表格得到驾驶员总扭 矩需求；

S12，对驾驶员总扭矩需求进行驾驶性滤波，得到驾驶员总扭矩指令T_d。

更进一步的，所述步骤S2中，包括以下步骤：

S21，根据前后轴驱动电机的效率图，离线计算和匹配出轴间扭矩分配二维 表；

S22，根据车速值和驾驶员总扭矩指令T_d，查轴间扭矩分配二维表得出前轴 驱动扭矩占总驱动扭矩的比例η；

S23，根据公式T_df0＝η·T_d，计算出前轴初始驱动扭矩T_df0；

S24，根据公式T_dr0＝(1-η)·T_d，计算出后轴初始驱动扭矩T_dr0。

进一步的，所述步骤S3中，包括以下步骤：

S31、根据每个车轮的轮速和参考车速计算出每个车轮的滑转率；

S32、根据路面模型二维表格查表确定每种路面下的附着系数μ；

S33、根据动态垂直载荷和附着系数μ计算每个车轮的实际纵向驱动力；

S34、根据车辆动力学模型得出每种路面下的纵向加速度；

S35、根据纵向加速度与实际纵向加速度进行带遗忘因子的最小二乘计算， 求取与实际纵向加速度最近的模型加速度，取相应路面类型的峰值附着系数μ作 为路面峰值附着系数的估算结果。

更进一步的，所述步骤S4中，包括以下步骤；

S41、根据车速，通过在前一段时间Δt内对车速信号求斜率，通过公式a＝Δv/ Δt获得当前的车辆的纵向加速度a，其中，Δv为Δt时间内车速的变化量；

S42、计算前轴和后轴的动态垂直载荷；

S43、计算出前轴驱动扭矩极限值T_ufmax和后轴驱动扭矩极限值T_urmax。

更进一步的，所述步骤S5中，若前轴初始驱动扭矩T_df0超过前轴驱动扭矩极 限值T_ufmax，则调整前轴驱动扭矩T_df1为前轴驱动扭矩极限值T_ufmax，若不超过， 则前轴驱动扭矩T_df1保持前轴初始驱动扭矩T_df0值不变。

进一步的，所述步骤S5中，若前轴驱动扭矩T_dr1分配之后的剩余扭矩超出路 面峰值附着系数决定的后轴驱动扭矩极限值T_urmax，则调整后轴驱动扭矩T_dr1为 T_urmax，若不超过，则调整后轴驱动扭矩T_dr1为前轴驱动扭矩分配之后的剩余扭矩 T_df0+T_dr0-T_df1。

更进一步的，所述步骤S6中，所述前轴电机扭矩指令通过T_mf＝T_df1/i_f得出， 后轴电机扭矩指令通过T_mr＝T_dr1/i_r得出，其中，i_f为前轴主减速器速比，i_r为后轴 主减速器速比。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明公开的四驱电动汽 车前后轴驱动扭矩分配控制方法，提供的控制方法通过实时识别路面附着系数， 从而根据车辆动力学模型实时计算最佳的前后轴驱动力极限值，并据此在必要时 对前后轴驱动扭矩进行转移分配，进而实现最佳的动力性能，主动避免车轮滑转， 而采用本文所述的控制方法，对于四驱电动汽车，在路面附着情况良好的情况下， 仍能够保证经济性；在路面附着情况较差的情况下，优先保证车辆动力性能和操 纵安全性，综上，采用本文所述的控制方法，可以充分发挥四驱车辆的动力性和 操纵性优势，由于本发明方法具有实用性强、技术效果显著等优点，因此值得进 行推广和应用。

附图说明

图1是本发明中整车系统架构图的结构示意图。

图2是本发明中控制方法的流程图。

图3是本发明中不同路面附着系数和滑转率的关系图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施 例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领 域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安 装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或 一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通 过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员 而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例 对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1-2所示，一种四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法，包括以下 步骤：

S1、根据加速踏板和车速值计算出驾驶员总扭矩指令T_d；

S2、基于系统效率最优原则进行初始扭矩分配，得出前轴初始驱动扭矩T_df0和 后轴初始驱动扭矩T_df0；

S3、对路面可利用的附着系数进行估算得出附着系数μ；

S4、根据附着系数μ计算前轴驱动扭矩极限值T_ufmax和后轴驱动扭矩极限值 T_urmax；

S5、根据前轴驱动扭矩极限值T_ufmax和后轴驱动扭矩极限值T_urmax对前后轴初 始扭矩分配作出调整；

S6、分别计算出前轴电机扭矩指令T_mf和后轴电机扭矩指令T_mr。

本发明公开的四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法，在四驱电动汽车 行驶过程中，可以实时地按照预设的计算周期，根据车辆纵向加速度计算前后轴 的动态载荷和通过估算路面峰值附着系数，进而得出前后轴的驱动扭矩极限值； 对基于系统效率最优的前后轴扭矩分配结果进行限制和转移分配，确保前后轴驱 动扭矩指令不超过路面附着系数决定的驱动扭矩极限值。本发明不仅可以确保在 路面附着情况良好的情况下，按照系统效率最优原则分配前后轴驱动扭矩，而且 在路面附着情况不好的情况下，尽可能充分地利用路面附着系数来增加车辆的动 力性能，同时也防止前轴或后轴驱动扭矩过大引起车轮滑转，具有驱动防滑效果。

在本发明步骤S1中，包括以下步骤：

S11，根据加速踏板和车速值，查驾驶员扭矩需求二维表格得到驾驶员总扭 矩需求；

S12，对驾驶员总扭矩需求进行驾驶性滤波，得到驾驶员总扭矩指令T_d。

具体地，根据车速值和加速踏板查驾驶员扭矩需求二维表格得到驾驶员总扭 矩需求，对驾驶员扭矩需求进行驾驶性滤波，得到驾驶员总扭矩指令T_d，其中， 驾驶员扭矩需求二维表格定义了不同车速和加速踏板开度下的整车驱动扭矩值， 通过离线计算和在线标定进行确定，离线计算时，首先根据前后轴电机外特性和 速比得到整车驱动扭矩外特性，再按照一定的比例和经验离线给定不同加速踏板 开度下的整车驱动扭矩部分特性，而在线标定通过实车标定精细调整整车驱动扭 矩部分特性，满足舒适型或运动型的驾驶风格要求，在本发明中，扭矩滤波根据 加速踏板开度、变化率和车速控制整车驱动扭矩变化的快慢程度，通过在线标定 对扭矩滤波参数精细调整，满足整车驾乘舒适性和平顺性的要求。

在本发明步骤S2中，包括以下步骤：

S21，根据前后轴驱动电机的效率图，离线计算和匹配出轴间扭矩分配二维 表；

S22，根据车速值和驾驶员总扭矩指令T_d，查轴间扭矩分配二维表得出前轴 驱动扭矩占总驱动扭矩的比例η；

S23，根据公式T_df0＝η·T_d，计算出前轴初始驱动扭矩T_df0；

S24，根据公式T_dr0＝(1-η)·T_d，计算出后轴初始驱动扭矩T_dr0。

在本发明中，根据车速和驾驶员总扭矩指令查轴间扭矩分配二维表得出前轴 驱动扭矩占总驱动扭矩的比例η，进而确定前后轴驱动扭矩指令T_df0和T_dr0，轴间 扭矩分配二维表根据前后电机的效率图，离线计算和匹配出轴间扭矩分配二维表， 轴间扭矩分配二维表以车速和驾驶员总扭矩指令为坐标轴，给出不同车速和驾驶 员总扭矩指令下的前后轴电机扭矩的最佳分配比例，在进行离线计算时，不仅要 考虑系统效率的优化，还必须考虑到轴间扭矩分配表的平滑连续，以免驾驶员总 扭矩指令和车速发生变化时前后轴扭矩分配比例剧烈变化。

在本发明步骤S3中，包括以下步骤：

S31、根据每个车轮的轮速和参考车速计算出每个车轮的滑转率；

S32、根据路面模型二维表格查表确定每种路面下的附着系数μ；

S33、根据动态垂直载荷和附着系数μ计算每个车轮的实际纵向驱动力；

S34、根据车辆动力学模型得出每种路面下的纵向加速度；

S35、根据纵向加速度与实际纵向加速度进行带遗忘因子的最小二乘计算， 求取与实际纵向加速度最近的模型加速度，取相应路面类型的峰值附着系数μ作 为路面峰值附着系数的估算结果。

如图3所示，根据车辆纵向动力学模型和路面模型，路面附着系数与滑转率 的关系，利用带遗忘因子的最小二乘方法实时推测路面类型，进而估算路面峰值 附着系数，具体地，根据四个车轮的轮速和参考车速计算出每个车轮的滑转率， 再根据路面模型二维表格查表确定每种路面下的附着系数，利用动态垂直载荷和 附着系数计算四个车轮的纵向驱动力，并根据车辆动力学模型得出每种路面下的 纵向加速度，将根据模型计算获得的纵向加速度与实际纵向加速度进行带遗忘因 子的最小二乘计算，求取与实际纵向加速度最近的模型加速度，取相应路面类型 的峰值附着系数作为路面峰值附着系数的估算结果μ。

在本发明步骤S4中，包括以下步骤；

S41、根据车速，通过在前一段时间Δt内对车速信号求斜率，通过公式a＝Δv/ Δt获得当前的车辆的纵向加速度a，其中，Δv为Δt时间内车速的变化量；

S42、计算前轴和后轴的动态垂直载荷；

S43、计算出前轴驱动扭矩极限值T_ufmax和后轴驱动扭矩极限值T_urmax。

在本发明中，在计算纵向加速度时，可根据参考车速，通过在当前时刻前一 段时间Δv内对车速信号求斜率，获得当前的车辆纵向加速度a，计算出a＝Δv/Δt， 然后考虑因加速度引起载荷转移，计算前轴和后轴的动态垂直载荷，四驱电动汽 车向前加速时载荷向后转移。前轴动态载荷减少，在前轴静态载荷的基础上减少 载荷转移量，后轴动态载荷增加，在后轴静态载荷的基础上增加载荷转移量。

前轴动态垂直载荷：F_zf＝(m·g·l_r-m·a·h)/(l_f+l_r)

后轴动态垂直载荷：F_zr＝(m·g·l_f+m·a·h)/(l_f+l_r)

式中，m为整车质量，g为重力加速度，a为车辆加速度，l_f为前轴到车辆质 心的距离，l_r为后轴到车辆质心的距离，h为车辆质心离地高度。

然后，通过前轴动态垂直载荷和后轴动态垂直载荷即可计算出前轴驱动扭矩 极限值：T_ufmax＝μ·F_zf和后轴驱动扭矩极限值：T_urmax＝μ·F_zr。

在本发明步骤S5中，若前轴初始驱动扭矩T_df0超过前轴驱动扭矩极限值 T_urmax，则调整前轴驱动扭矩T_df1为前轴驱动扭矩极限值T_ufmax，若不超过，则前 轴驱动扭矩T_df1保持前轴初始驱动扭矩T_df0值不变，若前轴驱动扭矩T_dr1分配之后 的剩余扭矩超出路面峰值附着系数决定的后轴驱动扭矩极限值T_urmax，则调整后 轴驱动扭矩T_dr1为T_urmax，若不超过，则调整后轴驱动扭矩T_dr1为前轴驱动扭矩分 配之后的剩余扭矩T_df0+T_dr0-T_df1。

其中，在本步骤中，比较初始分配的前轴驱动扭矩T_df0是否超出路面峰值附 着系数决定的前轴驱动扭矩极限值T_ufmax，若超过则将前轴驱动扭矩调整为T_urmax， 若不超过，则保持前轴驱动扭矩不变，即调整后的前轴驱动扭矩。

然后，比较前轴驱动扭矩分配之后的剩余扭矩T_df0+T_dr0-T_df1是否超出路面 峰值附着系数决定的后轴驱动扭矩极限值T_urmax，若超过则将后轴驱动扭矩调整 为T_urmax，若不超过，则将后轴驱动扭矩调整为前轴驱动扭矩分配之后的剩余扭 矩。即调整后的后轴驱动扭矩：

在本发明步骤S6中，前轴电机扭矩指令通过T_mf＝T_df1/i_f得出，后轴电机扭矩 指令通过T_mr＝T_dr1/i_r得出，其中，i_f为前轴主减速器速比，i_r为后轴主减速器速比。

采用本文所述的控制方法，对于四驱电动汽车，在路面附着情况良好的情况 下，仍能够保证经济性；在路面附着情况较差的情况下，优先保证车辆动力性能 和操纵安全性，综上，采用本文所述的控制方法，可以充分发挥四驱车辆的动力 性和操纵性优势。

图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然， 本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明 的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还 可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷 举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包 含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据加速踏板和车速值计算出驾驶员总扭矩指令T_d；

S2、基于系统效率最优原则进行初始扭矩分配，得出前轴初始驱动扭矩T_df0和后轴初始驱动扭矩T_dr0；

S3、对路面可利用的附着系数进行估算得出附着系数μ；

S4、根据附着系数μ计算前轴驱动扭矩极限值T_ufmax和后轴驱动扭矩极限值T_urmax；

S5、根据前轴驱动扭矩极限值T_ufmax和后轴驱动扭矩极限值T_urmax对前后轴初始扭矩分配作出调整；

S6、分别计算出前轴电机扭矩指令T_mf和后轴电机扭矩指令T_mr。

2.根据权利要求1所述的四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，包括以下步骤：

S11，根据加速踏板和车速值，查驾驶员扭矩需求二维表格得到驾驶员总扭矩需求；

S12，对驾驶员总扭矩需求进行驾驶性滤波，得到驾驶员总扭矩指令T_d。

3.根据权利要求1所述的四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，包括以下步骤：

S21，根据前后轴驱动电机的效率图，离线计算和匹配出轴间扭矩分配二维表；

S22，根据车速值和驾驶员总扭矩指令T_d，查轴间扭矩分配二维表得出前轴驱动扭矩占总驱动扭矩的比例η；

S23，根据公式T_df0＝η·T_d，计算出前轴初始驱动扭矩T_df0；

S24，根据公式T_dr0＝(1-η)·T_d，计算出后轴初始驱动扭矩T_dr0。

4.根据权利要求1所述的四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，包括以下步骤：

S31、根据每个车轮的轮速和参考车速计算出每个车轮的滑转率；

S32、根据路面模型二维表格查表确定每种路面下的附着系数μ；

S33、根据动态垂直载荷和附着系数μ计算每个车轮的实际纵向驱动力；

S34、根据车辆动力学模型得出每种路面下的纵向加速度；

S35、根据纵向加速度与实际纵向加速度进行带遗忘因子的最小二乘计算，求取与实际纵向加速度最近的模型加速度，取相应路面类型的峰值附着系数μ作为路面峰值附着系数的估算结果。

5.根据权利要求1所述的四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，包括以下步骤；

S41、根据车速，通过在前一段时间Δt内对车速信号求斜率，通过公式a＝Δv/Δt获得当前的车辆的纵向加速度a，其中，Δv为Δt时间内车速的变化量；

S42、计算前轴和后轴的动态垂直载荷；

S43、计算出前轴驱动扭矩极限值T_ufmax和后轴驱动扭矩极限值T_urmax。

6.根据权利要求1所述的四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法，其特征在于，所述步骤S5中，若前轴初始驱动扭矩T_df0超过前轴驱动扭矩极限值T_ufmax，则调整前轴驱动扭矩T_df1为前轴驱动扭矩极限值T_ufmax，若不超过，则前轴驱动扭矩T_df1保持前轴初始驱动扭矩T_df0值不变。

7.根据权利要求6所述的四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法，其特征在于，所述步骤S5中，若前轴驱动扭矩T_dr1分配之后的剩余扭矩超出路面峰值附着系数决定的后轴驱动扭矩极限值T_urmax，则调整后轴驱动扭矩T_dr1为T_urmax，若不超过，则调整后轴驱动扭矩T_dr1为前轴驱动扭矩分配之后的剩余扭矩T_df0+T_dr0-T_df1。

8.根据权利要求1所述的四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述前轴电机扭矩指令通过T_mf＝T_dr1/i_f得出，后轴电机扭矩指令通过T_mr＝T_dr1/i_r得出，其中，i_r为前轴主减速器速比，i_r为后轴主减速器速比。