CN107953801A - 一种全轮毂电机驱动车辆的驱动力控制方法 - Google Patents

Abstract

一种全轮毂电机驱动车辆的驱动力控制方法，属于车辆驱动力控制领域，步骤如下：数据采集处理模块采集驾驶员的操纵信息和车辆的运行参数并进行预处理，得到驾驶员操纵信息和汽车状态参数信息并传递给驱动模式判定模块、驱动轮滑转观测模块及驱动轮转矩协调分配模块；判定驾驶员的转向意图和解析驾驶员驱动踏板获得的目标转矩；根据车辆的运行信息判定车辆行驶工况，根据各工况下驱动控制的目的是安全性还是动力性确定驱动力控制目标，并合理地利用限制目标转矩、调节前后轴驱动力分配、驱动防滑控制等驱动力控制方法。本发明旨在克服现有轮毂电机无法达到很好的协调控制导致实用性降低的问题，提高现有基于轮毂电机驱动车辆的适用性。

Description

一种全轮毂电机驱动车辆的驱动力控制方法

技术领域

本发明属于车辆驱动力控制领域，尤其是涉及新能源电力驱动车中的基于轮毂电机驱动四轮独立驱动车辆的驱动力控制方法。

背景技术

随着人们对节能环保的日益重视，电动车辆逐渐得到市场的青睐。研发出更加节能、环保、安全的新型电动车辆，提高新能源车的优势，促进其更好的发展，是车辆产业实现可持续发展的重要方向之一。

电动机相对于内燃机具有响应迅速、控制精度高等特点，而基于轮毂电机的四轮独立驱动电动车辆(特指小型乘用车辆)由于可以迅速精确地对四个驱动轮进行协同控制，在整车动力学控制上具有很大的优势，同时也为更智能化的底盘控制提供了条件。四驱车辆相对于两驱车辆可以更好地利用地面附着，通过智能地调节各驱动轮的驱动力，在完成相同的目的下可以减少能源损耗。在现有的电气传动效率的情况下，合理的控制驱动轮驱动力是基于轮毂电机四轮独立驱动电动车辆的关键技术之一。

轮毂电机四轮驱动车辆一般结构如图1所示，图中实线为强电系统、虚线为弱电系统。1为中央控制器，2为车身姿态传感器，3为轮毂电机控制器，4为轮毂电机，5为车轮，6为车轮转速传感器，7为动力电池。车轮转速传感器6将各轮转速采集传送至轮毂电机控制器3和中央控制器1，动力电池7向轮毂电机控制器3提供稳定的高压直流电。中央控制器1根据车身姿态传感器2、车轮转速传感器6和驾驶员的操纵信号向轮毂电机控制器3发送控制命令，轮毂电机控制器3控制轮毂电机4输出转矩驱动车辆前行。在这一过程中，各轮毂电机4输出转矩只受对应的轮毂电机控制器3控制，所以需要根据行驶工况和驾驶员的目的制定合理的策略来协调控制四个驱动轮的输出转矩,而为了增加轮毂电机4的实用性很有必要提出一种全工况下的四轮驱动力协调控制策略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有轮毂电机无法达到很好的协调控制导致实用性降低的问题，提出一种全轮毂电机驱动车辆的驱动力控制方法，有效地解决各种正常工况下驱动力的补偿控制和协调分配，改善车辆在各车速下滑转时的行驶稳定性，通过驱动力控制提高在转向时车辆运行稳定性和安全性，同时尽量通过驱动力主动控制减少车辆运行能耗。

本发明所提出的方法可以通过以下技术方案实现：

一种全轮毂电机驱动车辆的驱动力控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

i)数据采集处理模块采集驾驶员的操纵信息和车辆的运行参数，并对采集到的原始数据进行预处理，得到驾驶员操纵意图信息和车辆状态参数信息并传递给驱动模式判定模块、驱动轮滑转观测模块及驱动轮转矩协调分配模块；

其中驾驶员的操纵信息包括油门踏板角度θ_d、方向盘转角δ_SW及方向盘同向转动持续时间t_sw；

其中车辆的运行参数包括四个驱动轮的轮速V_ωij(ij＝fr、fl、rr、rl)、纵向车速V_xg、侧向车速V_yg、车辆质心加速度a及横摆角速度ω_rg；

同时规定以下参数及数据值：方向盘转角阈值δ_TSW、方向盘同向转动持续时间阈值t_Tsw、整车纵向估算车速V_xesti、车身估算坡度i_esti、整车纵向速度阈值下限V_Tx1、整车纵向速度阈值上限V_Tx2，且V_Tx1＜V_Tx2、行驶坡度阈值i_thr及车辆质心侧偏角β；

ii)驱动模式判定模块接收驾驶员操纵意图信息和车辆状态参数信息并判定当前状态下车辆的目标驱动模式，并将判定结果发送给轴间驱动力分配模块，轴间驱动力分配模块接收驱动模式判定模块向其发送的信息并对车辆前后轴之间的动力进行分配同时将分配结果发送给驱动轮转矩协调分配模块；

其中车辆的目标驱动模式为转向模式、直线低速行驶模式、直线中速行驶模式、直线高速行驶模式及下坡模式，

车辆的目标驱动模式的具体判定步骤如下：

101)判定车辆的目标驱动模式是否为转向模式，具体判定过程如下：

方向盘转角δ_SW的绝对值大于方向盘转角阈值δ_TSW，则判定车辆的目标驱动模式为转向模式；

方向盘转角δ_SW的绝对值小于等于方向盘转角阈值δ_TsW，同时方向盘同向转动持续时间t_sw大于方向盘同向转动持续时间阈值t_Tsw，则判定车辆的目标驱动模式为转向模式；

102)经过步骤101)判断后，再判断车辆的目标驱动模式是否为下坡模式：

车身估算坡度i_esti的绝对值大于行驶坡度阈值i_thr，则判定车辆的目标驱动模式为下坡模式；

车身估算坡度i_esti的绝对值小于等于行驶坡度阈值i_thr，驱动转矩动态调整比分配前后轴目标转矩，其中驱动转矩动态调整比T_d为总驱动转矩，T_dr为分配给后轴驱动转矩，并监控驱动轮的滑转情况进行下一步判定；

103)根据车辆的速度情况将车辆驱动过程分为低速、中速和高速过程：

整车纵向估算车速V_xesti小于等于整车纵向速度阈值下限V_Tx1，则判定车辆的目标驱动模式为直线低速行驶模式；

整车纵向估算车速V_xesti大于整车纵向速度阈值下限V_Tx1且小于等于整车纵向速度阈值上限V_Tx2，则判定车辆的目标驱动模式为直线中速行驶模式；

整车纵向估算车速V_xesti大于整车纵向速度阈值上限V_Tx2，判定车辆的目标驱动模式为直线高速行驶模式；

ⅲ)根据步骤ⅰ)得到的车辆状态参数信息，驱动轮滑转观测模块根据转向传动比由方向盘转角δ_SW计算调整模式下的驱动轮转角数值，并通过比较整车纵向估算车速V_xesti和各驱动轮转速判断各个驱动车轮的滑转情况，并将判断结果发送给驱动轮转矩协调分配模块；

ⅳ)驱动轮转矩协调分配模块根据步骤i)、步骤ⅱ)和步骤ⅲ)的结果，获得单个驱动轮实际需要输出的目标转矩，并将目标转矩输送给轮毂电机驱动系统，轮毂电机驱动系统分别与驱动轮及车身系统连接，使得驱动车辆按照驾驶员的意图安全行驶。

进一步，所述步骤i)中的数据采集处理模块采集驾驶员的操纵信息和车辆的运行参数，并对采集到的原始数据进行预处理，将处理后的信息传递给驱动模式判定模块、驱动轮滑转观测模块及驱动轮转矩协调分配模块；

其中数据采集处理模块包括采集模块和处理模块两部分：

所述采集模块采集驾驶员的操纵信息包括油门踏板角度θ_d、方向盘转角δ_SW及方向盘同向转动持续时间t_sw，采集车辆的运行参数包括陀螺仪采集的纵向车速V_xg、侧向车速V_yg、车辆质心加速度a和横摆角速度ω_rg,安装在轮毂电机中的轮速传感器采集的各驱动轮轮速V_ωij(ij＝fr、fl、rr、rl)；

所述处理模块对采集到的驾驶员的操纵信息和车辆的运行参数进行国际单位换算，并给出整车纵向估算车速V_xesti和质心侧偏角β；

整车纵向估算车速V_xesti的获取过程如下：

201)根据驱动轮轮速计算出各驱动轮的线速度V_fl、V_ft、V_rl、V_rr，计算公式如下：

V_fl＝ω_fl·R

V_fr＝ω_fr·R

V_rl＝ω_rl·R

V_rr＝ω_rr·R

其中，ω_fl、ω_fr、ω_rl、ω_rr为各驱动轮的转速，R为驱动轮半径；

202)选出驱动轮线速度最小值V_min＝min(V_fl、V_fr、V_rl、V_rr)，并得到最小轮速的加速度值

203)为车辆的纵向加速度，由加速度传感器测得，

204)小于等于则V_min为整车此时的纵向速度V_xesti（n），V_xesti（n）为第n次采样时估算的车速；大于等于则需要获取一个中间值V_xesti(n|n-1)用于估算整车纵向车速，公式如下：

其中，V_xesti(n-1)为前一时刻估算的整车纵向车速，t为系统循环周期；

205)经过步骤204)计算后，判定V_xesti(n|n-1)和各驱动轮线速度V_ij(ij＝fr、fl、rr、rl)中的最小值为估算的整车纵向车速V_xesti(n)＝min(V_xesti(_n|n-1),V_fl,V_fr,V_rl,V_rr)。

进一步，所述步骤ii)中，驱动模式判定模块接收驾驶员操纵意图信息和车辆状态参数信息并判定当前状态下车辆的目标驱动模式，并将判定结果发送给轴间驱动力分配模块，轴间驱动力分配模块接收驱动模式判定模块发送的信息并对车辆前后轴之间的动力进行分配，分配过程如下：

301)根据驾驶员的操纵习惯将油门踏板角度θ_d映射成实际需求的总驱动转矩T_d；

302)已判定车辆的目标驱动模式为转向模式，利用二自由度车辆动力学模型计算出理论横摆角速度ω_rthe，采集到的车辆横摆角速度ω_rg的绝对值小于等于k·ω_rthe的绝对值时，车辆在转向过程中稳定行驶，前后轴之间转矩按照此时速度下直线行驶模式下的前后轴转矩分配规则分配驱动转矩；采集到的车辆横摆角速度ω_rg的绝对值大于k·ω_rthe的绝对值时，车辆行驶在非稳定状态下，此时增加前轴分配的驱动转矩，减小驱动转矩动态调整比使得前轴的驱动转矩大于后轴的驱动转矩；

303)经过步骤302)判定后，判定车辆在大坡道上行驶，行驶坡度绝对值大于5°为大坡道，判断车辆爬坡行驶时，增加驱动转矩动态调整比 使得后轴的驱动转矩大于前轴的驱动转矩；判断车辆下坡行驶时，减小驱动转矩动态调整比使得后轴的驱动转矩小于前轴的驱动转矩；

304)经过步骤301)到步骤303)判断后，车辆处在直线低速行驶模式时，预先设定此时车辆处于起步阶段，起步阶段车辆轴荷由自身决定，根据车辆结构分布选取记作车辆处在直线中速行驶模式时，车辆处于驱动加速、制动减速过程中，取为一固定值取值为0.5；车辆处在直线高速行驶模式时，轴荷在空气阻力的作用下向后轴转移，驱动轮未滑转时，根据车辆载荷的转移进行驱动转矩的动态变化，使由估算的驱动轮动态载荷决定，F_zrr、F_zrl、F_zfr及F_zfl为各驱动轮的垂直载荷。

进一步，所述步骤ⅲ)中，根据整车纵向估算车速V_xesti和各驱动轮转速判断各驱动轮的滑转情况，具体步骤如下：

401)按照如下公式计算出驱动防滑控制的目标轮速：

其中，V_x＝V_xesti，V_y＝β·V_xesti，β车辆质心侧偏角，a为车辆的质心与前轴之间的距离，b为车辆的质心与后轴之间的距离，d为同轴车轮中心线之间的距离；

由坐标转换确定前轮中心沿轮胎坐标系坐标轴的速度分别为：

V_xwfl＝V_xflcosδ+V_yflsinδ

V_ywfl＝V_yflcosδ-V_xflsinδ

V_xwfr＝V_xfrcosδ+V_yfrsinδ

V_ywfr＝V_yfrcosδ-V_xfrsinδ

其中，δ为前轮转角值；

在侧偏很小的情况下，即车辆未侧向滑移时，质心侧偏角β＜5°，后轮运动方向与车辆中心轴平行则后轮的轮速分别为：

V_xwrl＝V_xrl

V_ywrl＝V_yrl

V_xwrr＝V_xrr

V_ywrr＝V_yrr

402)计算出驱动防滑的上下门限值，将滑移率保持在最佳滑移率周围，根据如下公式计算出各驱动轮的门限值车速：

在驱动轮滑转情况下驱动轮纯滚动情况下s＝0，其中r为驱动轮半径，ω为驱动轮滚动角速度，V_ω为轮心速度,s为驱动轮实际转速与理论转速的差值和实际转速的比值，用来表征车轮滑转程度；

经步骤401)得到的目标轮速作为轮心速度V_ω，计算出驱动防滑的上下门限值，从而判断驱动轮是否发生滑转。

进一步，所述步骤iv)中经步骤iii)判断各驱动轮均未滑转，按照步骤ii)中所指定的规则分配前后轴转矩，再将分配到前后轴的转矩平均分给同一轴上的两个驱动轮；

所述步骤iv)中经步骤iii)判断发生驱动轮滑转，则结合步骤ii)的分配结果按如下步骤确定各驱动轮的目标转矩：

501)判定车辆在转向工况下驱动轮滑转时，即车辆的目标驱动模式为转向模式，前轴驱动轮发生滑转时，减小前轴目标转矩，并保持后轴驱动转矩不变，使得前轴目标转矩小于后轴驱动转矩；后轴驱动轮发生滑转时，整车纵向估算车速V_xesti低于整车纵向速度阈值下限V_Tx1时，对每个驱动轮均采用驱动防滑控制使得滑转轮的滑移率控制在驱动防滑的上下门限值之间，整车纵向估算车速V_xesti大于等于整车纵向速度阈值下限V_Tx1时，则通过减小后轴目标转矩，抑制驱动轮滑转；

502)判定车辆在下坡工况下即车辆的目标驱动模式为下坡模式，驱动轮滑转时，通过减小目标转矩抑制驱动轮滑转，使得T_d(n)＝0.97T_d(n-1)，其中目标转矩即系统分配给驱动轮的目标转矩；

503)直行工况下驱动轮滑转时，在低速行驶阶段，整车纵向估算车速V_xesti小于5m·s^-1车辆的目标驱动模式为直线低速行驶模式,驱动轮滑转时，进行驱动防滑控制，使得滑转轮的滑移率控制在驱动防滑的上下门限值之间；处于中速或者高速时，即车辆的目标驱动模式为直线低速行驶模式或者直线高速行驶模式，驱动轮发生滑转时，通过调整驱动转矩动态调整比转移前后轴目标转矩或者减少总驱动转矩T_d，当前轴打滑时，调整后轴打滑时，调整前后两轴同时打滑时，调整T_d(n+1)＝0.9T_d(n)，同时

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明利用四轮毂电机驱动车辆转矩分配便捷的特点，同时克服其各驱动轮转矩输出无机械结构协调的缺点，提出了全运行工况下的转矩协调控制策略，结合了实际的使用需求，提高车辆稳定性和附着利用率。

本发明考虑了各种不同运行工况下，车辆驱动力控制的目的不同，先选取典型运行工况然后分析控制目的，提出控住策略，可以在实际四轮毂电机车辆驱动力控制中得到比较好的运行效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明所涉及的轮毂电机驱动系统示意图。

图2是驱动工况判别及驱动力分配流程图。

图3是本发明控制方法流程图。

图4是驾驶员加速踏板解析示意图。

图5是整车纵向估算车速估算结构图。

图6是单轮驱动力控制流程图。

图7基于三门限值的驱动防滑控制流程图。

图8驱动防滑控制过程速度变化示意图。

具体实施方式

为了更清楚地表明本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细的叙述。

本发明提出了一种全轮毂电机驱动车辆的驱动力控制方法，请参照图3，该控制方法包括如下步骤：

i)数据采集处理模块采集驾驶员的操纵信息和车辆的运行参数，并对采集到的原始数据进行预处理，得到驾驶员操纵意图信息和车辆状态参数信息并传递给驱动模式判定模块、驱动轮滑转观测模块及驱动轮转矩协调分配模块；

其中驾驶员的操纵信息包括油门踏板角度θ_d、方向盘转角δ_SW及方向盘同向转动持续时间t_sw；

其中车辆的运行参数包括四个驱动轮的轮速V_ωij(ij＝fr、fl、rr、rl)、车辆质心加速度a及横摆角速度ω_rg；

同时规定以下参数及数据值：方向盘转角阈值δ_TSW、方向盘同向转动持续时间阈值t_Tsw、整车纵向估算车速V_xesti、车身估算坡度i_esti、整车纵向速度阈值下限V_Tx1、整车纵向速度阈值上限V_Tx2，且V_Tx1＜V_Tx2、行驶坡度阈值i_Testi及车辆质心侧偏角β；

ii)驱动模式判定模块接收驾驶员操纵意图信息和车辆状态参数信息并判定当前状态下车辆的目标驱动模式，并将判定结果发送给轴间驱动力分配模块，轴间驱动力分配模块接收驱动模式判定模块向其发送的信息并对车辆前后轴之间的动力进行分配同时将分配结果发送给驱动轮转矩协调分配模块；

其中车辆的目标驱动模式为转向模式、直线低速行驶模式、直线中速行驶模式、直线高速行驶模式及下坡模式，

车辆的目标驱动模式的具体判定步骤如下：

101)判定车辆的目标驱动模式是否为转向模式，具体判定过程如下：

方向盘转角δ_SW的绝对值大于方向盘转角阈值δ_TSW，则判定车辆的目标驱动模式为转向模式；

方向盘转角δ_SW的绝对值小于等于方向盘转角阈值δ_TSW，同时方向盘同向转动持续时间t_sw大于方向盘同向转动持续时间阈值t_Tsw，则判定车辆的目标驱动模式为转向模式；

102)经过步骤101)判断后，再判断车辆的目标驱动模式是否为下坡模式：

车身估算坡度i_esti的绝对值大于行驶坡度阈值i_thr，则判定车辆的目标驱动模式为下坡模式；

车身估算坡度i_esti的绝对值小于等于行驶坡度阈值i_thr，驱动转矩动态调整比分配前后轴目标转矩，其中驱动转矩动态调整比T_d为总驱动转矩，T_dr为分配给后轴驱动转矩，并监控驱动轮的滑转情况进行下一步判定；

103)根据车辆的速度情况将车辆驱动过程分为低速、中速和高速过程：

整车纵向估算车速V_xesti小于等于整车纵向速度阈值下限V_Tx1，则判定车辆的目标驱动模式为直线低速行驶模式；

整车纵向估算车速V_xesti大于整车纵向速度阈值下限V_Tx1且小于等于整车纵向速度阈值上限V_Tx2，则判定车辆的目标驱动模式为直线中速行驶模式；

整车纵向估算车速V_xesti大于整车纵向速度阈值上限V_Tx2，判定车辆的目标驱动模式为直线高速行驶模式；

ⅲ)根据步骤ⅰ)得到的车辆状态参数信息，驱动轮滑转观测模块根据转向传动比由方向盘转角δ_SW计算调整模式下的驱动轮转角数值，并通过比较整车纵向估算车速V_xesti和各驱动轮转速判断各个驱动车轮的滑转情况，并将判断结果发送给驱动轮转矩协调分配模块；

ⅳ)驱动轮转矩协调分配模块根据步骤i)、步骤ⅱ)和步骤ⅲ)的结果，获得单个驱动轮实际需要输出的目标转矩，并将目标转矩输送给轮毂电机驱动系统，轮毂电机驱动系统分别与驱动轮及车身系统连接，使得驱动车辆按照驾驶员的意图安全行驶。

进一步，由于转矩执行过程中存在动态误差和静态误差，轮毂电机驱动系统对得到的转矩执行进行前馈控制和反馈控制，减少驱动转矩执行过程中的误差，提高输出转矩精度。

所述步骤i)中的数据采集处理模块采集驾驶员的操纵信息和车辆的运行参数，并对采集到的原始数据进行预处理，将处理后的信息传递给驱动模式判定模块、驱动轮滑转观测模块及驱动轮转矩协调分配模块；

其中数据采集处理模块包括采集模块和处理模块两部分：

所述采集模块采集驾驶员的操纵信息包括油门踏板角度θ_d、方向盘转角δ_SW及方向盘同向转动持续时间t_sw，采集车辆的运行参数包括陀螺仪采集的纵向车速V_xg、侧向车速V_yg、车辆质心加速度a和横摆角速度ω_rg,安装在轮毂电机中的轮速传感器采集的各驱动轮轮速V_ωij(ij＝fr、fl、rr、rl)；

所述处理模块对采集的驾驶员的操纵信息和车辆的运行参数进行国际单位换算，并给出整车纵向估算车速V_xesti和质心侧偏角β；

如图5所示，整车纵向估算车速V_xesti的获取过程如下：

201)根据驱动轮轮速计算出各驱动轮的线速度V_fl、V_fr、V_rl、V_rr，计算公式如下：

V_fl＝ω_fl·R

V_fr＝ω_fr·R

V_rl＝ω_rl·R

V_rr＝ω_rr·R

其中，ω_fl、ω_fr、ω_rl、ω_rr为各驱动轮的转速，R为驱动轮半径；

202)选出驱动轮线速度最小值V_min＝min(V_fl、V_fr、V_rl、V_rr)，并得到最小轮速的加速度值

203)为车辆的纵向加速度，由加速度传感器测得，

204)小于等于则V_min为整车此时的纵向速度V_xesti(n)，V_xesti(n)为第n次采样时估算的车速；大于等于则需要获取一个中间值V_xesti(n|n-1)用于估算整车纵向车速，公式如下：

其中，V_xesti(n-1)为前一时刻估算的整车纵向车速，t为系统循环周期；

205)经过步骤204)计算后，判定V_xesti(n|n-1)和各驱动轮线速度V_ij(ij＝fr、fl、rr、rl)中的最小值为估算的整车纵向车速V_xesti(n)＝min(V_xesti(n|n-1),V_fl,V_fr,V_rl,V_rr)；

所述步骤ii)中，驱动模式判定模块接收驾驶员操纵意图信息和车辆状态参数信息并判定当前状态下车辆的目标驱动模式，并将判定结果发送给轴间驱动力分配模块，轴间驱动力分配模块接收驱动模式判定模块发送的信息并对车辆前后轴之间的动力进行分配，如图2所示，分配过程如下：

301)根据驾驶员的操纵习惯将油门踏板角度θ_d映射成实际需求的总驱动转矩T_d，如图4所示；

302)已判定车辆的目标驱动模式为转向模式，利用二自由度车辆动力学模型计算出理论横摆角速度ω_rthe，采集到的车辆横摆角速度ω_rg的绝对值小于等于1.25·ω_rthe的绝对值时，车辆在转向过程中稳定行驶，前后轴之间转矩按照此时速度下直线行驶模式下的前后轴转矩分配规则分配驱动转矩；采集到的车辆横摆角速度ω_rg的绝对值大于1.25·ω_rthe的绝对值时，车辆行驶在非稳定状态下，此时增加前轴分配的驱动转矩，增加车辆发生不足转向趋势，确保稳定行驶，即减小驱动转矩动态调整比使得前轴的驱动转矩大于后轴的驱动转矩；

303)经过步骤302)判定后，判定车辆在大坡道上行驶，行驶坡度绝对值大于5°为大坡道，判断车辆爬坡行驶时，增加驱动转矩动态调整比 使得后轴的驱动转矩大于前轴的驱动转矩；判断车辆下坡行驶时，减小驱动转矩动态调整比使得后轴的驱动转矩小于前轴的驱动转矩；

304)经过以上判断后，车辆处在直线低速行驶模式时，预先设定此时车辆在起步阶段，起步阶段车辆轴荷由自身决定，根据车辆结构分布选取记作不同车型选择不同，普通前驱两轴乘用车取0.4；车辆处在直线中速行驶模式时，车辆处于驱动加速、制动减速过程中，引起轴荷频繁的转移，这里频繁地调整驱动转矩动态调整比往往会不利于车辆行驶也会消耗更多能源，取为一固定值取值为0.5；车辆处在直线高速行驶模式时，轴荷在空气阻力的作用下向后轴转移，驱动轮未滑转时，根据车辆载荷的转移进行驱动转矩的动态变化，使 由估算的驱动轮动态载荷决定， F_zrr、F_zrl、F_zfr及F_zfl为各驱动轮的垂直载荷；

所述步骤ⅲ)中，根据整车纵向估算车速V_xesti和各驱动轮转速判断各驱动轮的滑转情况，具体步骤如下：

401)按照如下公式计算出驱动防滑控制的目标轮速：

其中，V_x＝V_xesti，V_y＝β·V_xesti，β车辆质心侧偏角，a为车辆的质心与前轴之间的距离，b为车辆的质心与后轴之间的距离，d为同轴车轮中心线之间的距离；

由坐标转换确定前轮中心沿轮胎坐标系坐标轴的速度分别为：

V_xwfl＝V_xflcosδ+V_yflsinδ

V_ywfl＝V_yflcosδ-V_xflsinδ

V_xwfr＝V_xfrcosδ+V_yfrsinδ

V_ywfr＝V_yfrcosδ-V_xfrsinδ

其中，δ为前轮转角值；

在侧偏很小的情况下，即车辆未侧向滑移时，质心侧偏角β＜5°，后轮运动方向与车辆中心轴平行则后轮的轮速分别为：

V_xwrl＝V_xrl

V_ywrl＝V_yrl

V_xwrr＝V_xrr

V_ywrr＝V_yrr

402)计算出驱动防滑的上下门限值，将滑移率保持在最佳滑移率周围，从而获得更大的驱动力，由于驱动力过大导致车辆滑转，驱动力越大，驱动轮获得的加速度越大，滑转现象越明显，滑移率不断增大，因此通过减小分配给驱动轮的驱动力将其控制在一定的范围内，滑移率大了就减小驱动力，滑移率小了就增加驱动力，利用这种方法将滑移率保持在最佳滑移率周围；根据如下公式计算出各驱动轮的门限值车速：

在驱动轮滑转情况下驱动轮纯滚动情况下s＝0，其中r为驱动轮半径，ω为驱动轮滚动角速度，V_ω为轮心速度，s为驱动轮实际转速与理论转速的差值和实际转速的比值，用来表征车轮滑转程度；

经步骤401)得到的目标轮速作为轮心速度V_ω，计算出驱动防滑的上下门限值，从而判断驱动轮是否发生滑转，一般当s超过0.15时即认为驱动轮发生明显滑转现象，当s在0.2左右时，驱动轮将获得最大驱动力。

进一步，所述步骤iv)中经步骤iii)后判断各驱动轮均未滑转，按照步骤ii)中所指定的规则分配前后轴转矩，再将分配到前后轴的转矩平均分给同一轴上的两个驱动轮；

所述步骤iv)中经步骤iii)后判断发生驱动轮滑转，则结合步骤ii)的分配结果按如下步骤确定各驱动轮的目标转矩：

501)判定车辆在转向工况下驱动轮滑转时，作为转向轴的前轴需保持左右平衡的纵向驱动力，所以当只有前轴驱动轮发生滑转现象时，减小前轴目标转矩，并保持后轴驱动转矩不变，使得前轴目标转矩小于后轴驱动转矩；后轴发生滑转时，整车纵向估算车速V_xesti小于整车纵向速度阈值下限V_Tx1时，V_Tx1＝5m·s^-1时，对每个驱动轮均采用驱动防滑控制，使得滑转轮的滑移率控制在0.15到0.25之间，整车纵向估算车速V_xesti大于等于整车纵向速度阈值下限V_Tx1时，V_Tx1＝5m·s^-1，则通过减小后轴目标转矩，抑制驱动轮滑转；

502)判定车辆在下坡工况下即车辆的目标驱动模式为转向模式，驱动轮滑转时，驱动轮发生滑转，通过减小目标转矩抑制驱动轮滑转；

503)直行工况下驱动轮滑转时，在低速行驶阶段，整车纵向估算车速V_xesti小于5m·s^-1车辆的目标驱动模式为直线低速行驶模式,驱动轮滑转时，进行驱动防滑控制，使得滑转轮的滑移率控制在驱动防滑的上下门限值之间；处于中速或则高速时，即车辆的目标驱动模式为直线低速行驶模式或直线高速行驶模式，驱动轮发生滑转时，通过调整驱动转矩动态调整比转移前后轴目标转矩或者减少总驱动转矩T_d，当前轴打滑时，调整后轴打滑时，调整前后两轴同时打滑时，调整T_d（n+1）＝0.9T_d（n），同时

上述过程中采用的驱动防滑策略基于三门限值，具体实现过程参照图6和图8，如下：

假定车辆恒加速行驶，某一驱动轮发生滑转，需要对其进行防滑控制确定一组门限值分别为S_A＝0.2、S_B＝0.15、S_C＝0.24，根据滑移率计算公式计算出门限值对应的滑转驱动轮目标轮速V_SA＝1.25V_x、V_SB＝1.18V_x、V_SC＝1.32V_x。基于门限值的驱动防滑控制策略就是将滑转驱动轮的轮速控制在V_SA、V_SB、V_SC所确定的范围附近，以保证驱动轮不出现大的滑转。V_SC为第一门限滑移率对应的第一门限速度，V_SA为第二门限滑移率对应的第二门限速度，V_SB为第三门限滑移率对应的第三门限速度，其中a_thr＝3m·s^-2为加速度门限值，V_ω为被控驱动轮测量的轮心速度。具体防滑控制过程参考图7，T_dij为系统分配给各驱动轮的驱动转矩(ij＝fr、fl、rr、rl，分别代表左前轮、右前轮、左后轮、右后轮)。

601)比较被控驱动轮测量的轮心速度V_ω与第一门限滑移率对应的第一门限速度V_SC：当被控驱动轮测量的轮心速度V_ω小于第一门限滑移率对应的第一门限速度V_SC时，判定驱动轮没有打滑，不进行驱动防滑；当被控驱动轮测量的轮心速度V_ω大于第一门限滑移率对应的第一门限速度V_SC时，判定为需要进行驱动防滑，进行下一步判定；

602)比较被控驱动轮测量的轮心速度V_ω与第二门限滑移率对应的第二门限速度V_SA：当被控驱动轮测量的轮心速度V_ω在V_SA和V_SC之间时，再判断驱动轮是加速状态还是减速状态，当驱动轮在减速状态时增大驱动转矩，如FG段；当驱动轮在加速状态且加速度小于加速度门限值a_thr时保持驱动转矩，如IJ段；当驱动轮在加速状态且加速度大于加速度门限值a_thr时减小驱动转矩，如AB段。

603)比较被控驱动轮测量的轮心速度V_ω与第三门限滑移率对应的第三门限速度V_SB：当被控驱动轮测量的轮心速度V_ω在V_SA和V_SB之间时，再判断驱动轮是加速状态还是减速状态。当车轮在减速状态时保持驱动转矩，如EF段、JK段；当驱动轮在加速状态且加速度小于加速度门限值a_thr时保持驱动转矩，如IJ段；当驱动轮在加速状态且加速度大于加速度门限值a_thr时减小驱动转矩，如BC段。

604)当被控驱动轮测量的轮心速度V_ω大于第三门限滑移率对应的第三门限速度V_SB时，需要减小驱动转矩，如CD段。

本发明有效地解决各种正常工况下驱动力的补偿控制和协调分配，改善车辆在各车速下滑转时的行驶稳定性，通过驱动力控制提高在转向时车辆运行稳定性和安全性，同时尽量通过驱动力主动控制减少车辆运行能耗。

本实例提供了一种全轮毂电机驱动车辆的驱动力控制方法，依照本实例提供的驱动力控制方法，可以完成基本所有工况的驱动力协调控制，同时根据不同工况下操纵车辆的控制目的来协调驱动转矩。这样既可以提高车辆在低速时旳脱困能力和车辆的驱动性和安全性，也能在大多数正常行驶工况下，充分利用地面附着能力，在相同的动力输出下节约更多能源。本发明不限于上述实例，可进行各种改变。

Claims (5)

1.一种全轮毂电机驱动车辆的驱动力控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

i)数据采集处理模块采集驾驶员的操纵信息和车辆的运行参数，并对采集到的原始数据进行预处理，得到驾驶员操纵意图信息和车辆状态参数信息并传递给驱动模式判定模块、驱动轮滑转观测模块及驱动轮转矩协调分配模块；

其中驾驶员的操纵信息包括油门踏板角度θ_d、方向盘转角δ_SW及方向盘同向转动持续时间t_sw；

其中车辆的运行参数包括四个驱动轮的轮速V_ωij(ij＝fr、fl、rr、rl)、纵向车速V_xg、侧向车速V_yg、车辆质心加速度a及横摆角速度ω_rg；

同时规定以下参数及数据值：方向盘转角阈值δ_TSW、方向盘同向转动持续时间阈值t_Tst、整车纵向估算车速V_xesti、车身估算坡度i_esti、整车纵向速度阈值下限V_Tx1、整车纵向速度阈值上限V_Tx2，且V_Tx1＜V_Tx2、行驶坡度阈值i_thr及车辆质心侧偏角β；

ii)驱动模式判定模块接收驾驶员操纵意图信息和车辆状态参数信息并判定当前状态下车辆的目标驱动模式，并将判定结果发送给轴间驱动力分配模块，轴间驱动力分配模块接收驱动模式判定模块向其发送的信息并对车辆前后轴之间的动力进行分配同时将分配结果发送给驱动轮转矩协调分配模块；

其中车辆的目标驱动模式为转向模式、直线低速行驶模式、直线中速行驶模式、直线高速行驶模式及下坡模式，

车辆的目标驱动模式的具体判定步骤如下：

101)判定车辆的目标驱动模式是否为转向模式，具体判定过程如下：

方向盘转角δ_SW的绝对值大于方向盘转角阈值δ_TSW，则判定车辆的目标驱动模式为转向模式；

方向盘转角δ_SW的绝对值小于等于方向盘转角阈值δ_TSW，同时方向盘同向转动持续时间t_sw大于方向盘同向转动持续时间阈值t_Tsw，则判定车辆的目标驱动模式为转向模式；

102)经过步骤101)判断后，再判断车辆的目标驱动模式是否为下坡模式：

车身估算坡度i_esti的绝对值大于行驶坡度阈值i_thr，则判定车辆的目标驱动模式为下坡模式；

车身估算坡度i_esti的绝对值小于等于行驶坡度阈值i_thr，驱动转矩动态调整比分配前后轴目标转矩，其中驱动转矩动态调整比T_d为总驱动转矩，T_dr为分配给后轴驱动转矩，并监控驱动轮的滑转情况进行下一步判定；

103)根据车辆的速度情况将车辆驱动过程分为低速、中速和高速过程：

整车纵向估算车速V_xesti小于等于整车纵向速度阈值下限V_Tx1，则判定车辆的目标驱动模式为直线低速行驶模式；

整车纵向估算车速V_xesti大于整车纵向速度阈值下限V_Tx1且小于等于整车纵向速度阈值上限V_Tx2，则判定车辆的目标驱动模式为直线中速行驶模式；

整车纵向估算车速V_xesti大于整车纵向速度阈值上限V_Tx2，判定车辆的目标驱动模式为直线高速行驶模式；

ⅲ)根据步骤ⅰ)得到的车辆状态参数信息，驱动轮滑转观测模块根据转向传动比由方向盘转角δ_SW计算调整模式下的驱动轮转角数值，并通过比较整车纵向估算车速V_xesti和各驱动轮转速判断各个驱动车轮的滑转情况，并将判断结果发送给驱动轮转矩协调分配模块；

ⅳ)驱动轮转矩协调分配模块根据步骤i)、步骤ⅱ)和步骤ⅲ)的结果，获得单个驱动轮实际需要输出的目标转矩，并将目标转矩输送给轮毂电机驱动系统，轮毂电机驱动系统分别与驱动轮及车身系统连接，使得驱动车辆按照驾驶员的意图安全行驶。

2.根据权利要求1所述的一种全轮毂电机驱动车辆的驱动力控制方法，其特征在于：所述步骤i)中的数据采集处理模块采集驾驶员的操纵信息和车辆的运行参数，并对采集到的原始数据进行预处理，将处理后的信息传递给驱动模式判定模块、驱动轮滑转观测模块及驱动轮转矩协调分配模块；

其中数据采集处理模块包括采集模块和处理模块两部分：

所述采集模块采集驾驶员的操纵信息包括油门踏板角度θ_d、方向盘转角δ_SW及方向盘同向转动持续时间t_sw，采集车辆的运行参数包括陀螺仪采集的纵向车速V_xg、侧向车速V_yg、车辆质心加速度a和横摆角速度ω_rg,安装在轮毂电机中的轮速传感器采集的各驱动轮轮速V_ωij(ij＝fr、fl、rr、rl)；

所述处理模块对采集到的驾驶员的操纵信息和车辆的运行参数进行国际单位换算，并给出整车纵向估算车速V_xesti和质心侧偏角β；

整车纵向估算车速V_xesti的获取过程如下：

201)根据驱动轮轮速计算出各驱动轮的线速度V_fl、V_fr、V_rl、V_rr，计算公式如下：

V_fl＝ω_fl，R

V_fr＝ω_fr，R

V_rl＝ω_rl，R

V_rr＝ω_rr，R

其中，ω_fl、ω_fr、ω_rl、ω_rr为各驱动轮的转速，R为驱动轮半径；

202)选出驱动轮线速度最小值V_min＝min(V_fl、V_fr、V_rl、V_rr)，并得到最小轮速的加速度值

203)为车辆的纵向加速度，由加速度传感器测得，

204)小于等于则V_min为整车此时的纵向速度V_xesti(n)，V_xesti(n)为第n次采样时估算的车速；大于等于则需要获取一个中间值V_xesti(n|n-1)用于估算整车纵向车速，公式如下：

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其中，V_xesti(n-1)为前一时刻估算的整车纵向车速，t为系统循环周期；

205)经过步骤204)计算后，判定V_xesti(n|n-1)和各驱动轮线速度V_ij(ij＝fr、fl、rr、rl)中的最小值为估算的整车纵向车速V_xesti(n)＝min(V_xesti(n|n-1),V_fl,V_fr,V_rl,V_rr)。

3.根据权利要求2所述的一种全轮毂电机驱动车辆的驱动力控制方法，其特征在于：所述步骤ii)中，驱动模式判定模块接收驾驶员操纵意图信息和车辆状态参数信息并判定当前状态下车辆的目标驱动模式，并将判定结果发送给轴间驱动力分配模块，轴间驱动力分配模块接收驱动模式判定模块发送的信息并对车辆前后轴之间的动力进行分配，分配过程如下：

301)根据驾驶员的操纵习惯将油门踏板角度θ_d映射成实际需求的总驱动转矩T_d；

302)已判定车辆的目标驱动模式为转向模式，利用二自由度车辆动力学模型计算出理论横摆角速度ω_rthe，采集到的车辆横摆角速度ω_rg的绝对值小于等于k·ω_rthe的绝对值时，车辆在转向过程中稳定行驶，前后轴之间转矩按照此时速度下直线行驶模式下的前后轴转矩分配规则分配驱动转矩；采集到的车辆横摆角速度ω_rg的绝对值大于k·ω_rthe的绝对值时，车辆行驶在非稳定状态下，此时增加前轴分配的驱动转矩，减小驱动转矩动态调整比 使得前轴的驱动转矩大于后轴的驱动转矩；

303)经过步骤302)判定后，判定车辆在大坡道上行驶，行驶坡度绝对值大于5°为大坡道，判断车辆爬坡行驶时，增加驱动转矩动态调整比 使得后轴的驱动转矩大于前轴的驱动转矩；判断车辆下坡行驶时，减小驱动转矩动态调整比 使得后轴的驱动转矩小于前轴的驱动转矩；

304)经过步骤301)到步骤303)判断后，车辆处在直线低速行驶模式时，预先设定此时车辆处于起步阶段，起步阶段车辆轴荷由自身决定，根据车辆结构分布选取记作车辆处在直线中速行驶模式时，车辆处于驱动加速、制动减速过程中，取为一固定值取值为0.5；车辆处在直线高速行驶模式时，轴荷在空气阻力的作用下向后轴转移，驱动轮未滑转时，根据车辆载荷的转移进行驱动转矩的动态变化，使由估算的驱动轮动态载荷决定，F_zrr、F_zrl、F_zfr及F_zfl为各驱动轮的垂直载荷。

4.根据权利要求3所述的一种全轮毂电机驱动车辆的驱动力控制方法，其特征在于：所述步骤ⅲ)中，根据整车纵向估算车速V_xesti和各驱动轮转速判断各驱动轮的滑转情况，具体步骤如下：

401)按照如下公式计算出驱动防滑控制的目标轮速：

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其中，V_x＝V_xesti，V_y＝β·V_xesti，β车辆质心侧偏角，a为车辆的质心与前轴之间的距离，b为车辆的质心与后轴之间的距离，d为同轴车轮中心线之间的距离；

由坐标转换确定前轮中心沿轮胎坐标系坐标轴的速度分别为：

V_xwfl＝V_xflcosδ+V_yflsinδ

V_ywfl＝V_yfl cosδ-V_xflsinδ

V_xwfr＝V_xfr cosδ+V_yfrsinδ

V_ywfr＝V_yfr cosδ-V_xfrsinδ

其中，δ为前轮转角值；

在侧偏很小的情况下，即车辆未侧向滑移时，质心侧偏角β＜5°，后轮运动方向与车辆中心轴平行则后轮的轮速分别为：

V_xwrl＝V_xrl

V_ywrl＝V_yrl

V_xwrr＝V_xrr

V_ywrr＝V_yrr

402)计算出驱动防滑的上下门限值，将滑移率保持在最佳滑移率周围，根据如下公式计算出各驱动轮的门限值车速：

<mrow> <mi>s</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <mi>r</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>r</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

在驱动轮滑转情况下驱动轮纯滚动情况下s＝0，其中r为驱动轮半径，ω为驱动轮滚动角速度，V_ω为轮心速度，s为驱动轮实际转速与理论转速的差值和实际转速的比值，用来表征车轮滑转程度；

经步骤401)得到的目标轮速作为轮心速度V_ω，计算出驱动防滑的上下门限值，从而判断驱动轮是否发生滑转。

5.根据权利要求4所述的一种全轮毂电机驱动车辆的驱动力控制方法，其特征在于：

所述步骤iv)中经步骤iii)判断各驱动轮均未滑转，按照步骤ii)中所指定的规则分配前后轴转矩，再将分配到前后轴的转矩平均分给同一轴上的两个驱动轮；

所述步骤iv)中经步骤iii)判断发生驱动轮滑转，则结合步骤ii)的分配结果按如下步骤确定各驱动轮的目标转矩：

501)判定车辆在转向工况下驱动轮滑转时，即车辆的目标驱动模式为转向模式，前轴驱动轮发生滑转时，减小前轴目标转矩，并保持后轴驱动转矩不变，使得前轴目标转矩小于后轴驱动转矩；后轴驱动轮发生滑转时，整车纵向估算车速V_xesti低于整车纵向速度阈值下限V_Tx1时，对每个驱动轮均采用驱动防滑控制使得滑转轮的滑移率控制在驱动防滑的上下门限值之间，整车纵向估算车速V_xesti大于等于整车纵向速度阈值下限V_Tx1时，则通过减小后轴目标转矩，抑制驱动轮滑转；

502)判定车辆在下坡工况下即车辆的目标驱动模式为下坡模式，驱动轮滑转时，通过减小目标转矩抑制驱动轮滑转，使得T_d(n)＝0.97T_d(n-1)，其中目标转矩即系统分配给驱动轮的目标转矩；

503)直行工况下驱动轮滑转时，在低速行驶阶段，整车纵向估算车速V_xesti小于5m·s^-1车辆的目标驱动模式为直线低速行驶模式,驱动轮滑转时，进行驱动防滑控制，使得滑转轮的滑移率控制在驱动防滑的上下门限值之间；处于中速或者高速时，即车辆的目标驱动模式为直线低速行驶模式或者直线高速行驶模式，驱动轮发生滑转时，通过调整驱动转矩动态调整比转移前后轴目标转矩或者减少总驱动转矩T_d，当前轴打滑时，调整后轴打滑时，调整前后两轴同时打滑时，调整T_d(n+1)＝0.9T_d(n)，同时