CN109130888A - 一种双电机分布式四驱系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电机分布式四驱系统控制方法，系统结构包括：储能装置及控制单元、驱动单元A、驱动单元B、传动装置、减速装置和差速装置；控制方法包括：经济性分配子功能、纵向分配子功能、横向分配子功能、稳态分配仲裁子功能、前轴滑动率计算子功能、后轴滑动率计算子功能、防滑控制子功能、扭矩需求计算子功能。本发明与现有技术相比的优点在于：能充分发掘、发挥分布式控制的潜力，能充分兼顾各项性能，从而充分提高驾驶乐趣和乘坐舒适性、行驶安全性。

Description

一种双电机分布式四驱系统控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，具体是指一种双电机分布式四驱系统控制方法。

背景技术

面对日益严峻的气候和能源形势，电动汽车以其节能环保的巨大优势，越来越受到各国政府的重视。纯电动车虽具有环保、节能、经济等特点，然而和传统燃油车相比，动力电池的使用寿命短、价格昂贵，续驶里程限制等仍是其致命缺点，而双电机分布式四驱系统既具备四驱车辆良好的驾驶性、操控性和通过性能，也具备纯电动汽车动力性好、乘坐舒适、噪音小等优点，同时其没有常规集中驱动式汽车难以布置，传动系统影响乘坐空间等缺点，目前市场上的四驱汽车主要有两类，一种是集中驱动式四驱汽车，另一种是分布式驱动四驱汽车，集中驱动式四驱汽车有复杂的传动、分动系统，将扭矩从主驱动轴传递到副驱动轴，这类传动、分动系统结构复杂且占用大量布置空间，影响乘坐舒适性。而分布式驱动四驱汽车没有明确的主、副驱动轴，且各驱动轴拥有独立的动力系统，通过控制各个动力系统的扭矩输出实现四驱功能，对各动力系统的扭矩分配，决定了分布式四驱系统的各项性能，如经济性、动力性、稳定性、操控性能等，这使得分布式四驱系统控制复杂，但其具有良好的控制潜力，合理的控制能下，分布式四驱系统能充分兼顾各项性能，从而充分提高驾驶乐趣和乘坐舒适性、行驶安全性，目前常见的分布式四驱控制方法均比较简单，未充分兼顾经济性、驾驶性、稳定性，未能充分发掘、发挥分布式控制的潜力，本发明针对上述现有技术的缺点，设计了能兼顾各项性能的双电机分布式四驱控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服以上的技术缺陷，提供一种充分兼顾经济性、驾驶性、稳定性，可以充分发掘、发挥分布式控制潜力的一种双电机分布式四驱系统控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种双电机分布式四驱系统控制方法，系统结构包括：储能装置及控制单元、驱动单元A、驱动单元B、传动装置、减速装置和差速装置；控制方法包括：经济性分配子功能、纵向分配子功能、横向分配子功能、稳态分配仲裁子功能、前轴滑动率计算子功能、后轴滑动率计算子功能、防滑控制子功能、扭矩需求计算子功能。

所述经济性分配子功能，在综合考虑前后电桥的效率特性，通过全局寻优的方法计算车辆从静止到最高车速范围、从无驱动扭矩到最大驱动扭矩范围内所有离散的工况点，综合效率最优的前后桥分配比。

所述纵向分配子功能，通过合理分配前后电桥扭矩输出比例，使车辆在不同的轮端扭矩输出情况下，均能尽可能优化四轮综合附着力。

所述横向分配子功能，在确保车辆通过弯道或在弯道中行驶时有良好的操控性并且确保足够的稳定性。

所述稳态分配仲裁子功能，通过一定的算法将所述经济性分配子功能得到的前后桥扭矩分配比、所述纵向分配子功能得到的前后桥扭矩分配比和所述横向分配子功能得到的前后桥扭矩分配比进行仲裁，从而得到唯一的前后桥扭矩稳态分配比。

所述前轴滑动率计算子功能，通过比较前驱动轴实际转速和基于后驱动轴转速计算得到的预期前驱动轴转速，计算前驱动轴相对于后驱动轴的滑动率。

所述后轴滑动率计算子功能，通过比较后驱动轴实际转速和基于前驱动轴转速计算得到的预期后驱动轴转速，计算后驱动轴相对于前驱动轴的滑动率。

所述防滑控制子功能，根据反映前后轴打滑程度的前后驱动轴的滑动率，对前后桥进行防滑控制，即调节扭矩占比。

所述扭矩需求计算子功能，根据轮端扭矩需求和前后轴扭矩占比，计算前后电桥扭矩需求。

本发明与现有技术相比的优点在于：该套系统可应用于乘用车和商用车；该套系统可用于双电机分布式的纯电动或混动车辆，也可用于任何前后驱动轴具备独立驱动系统的车辆，如混动车辆；通过全局寻优的方法，综合考虑前后电桥的系统高效率，从而得到全车速、全扭矩范围内所有工况下的经济性最优分配；结合车辆滑行阻力矩曲线和车辆外特性曲线，对车辆不同驱动扭矩下的扭矩进行分配，从而使车辆四轮综合附着力最优；用权重的仲裁方法将经济性分配比和纵向分配比进行仲裁，可以兼顾经济性和驾驶性，使车辆稳态匀速行驶时经济性最优，加减速时驾驶性最优；基于方向盘转角和车速的横向分配确保了车辆过弯及弯道行驶的稳定性，而后桥扭矩占比随着方向盘变化而变化，同时具有一定的滞后性的方法，使车辆兼顾了操控性和稳定性；用前后驱动轴转速计算相对滑动率并据此进行防滑控制，使打滑轴的滑动能及时得到抑制的同时，扭矩向另一轴的转移使车辆能快速脱困。

附图说明

图1是本发明的双电机分布式四驱系统结构示意图。

图2是本发明的双电机分布式四驱控制架构示意图。

图3是本发明的经济性分配计算子功能流程图。

图4是本发明的纵向分配基准图。

图5是本发明的横向分配图。

如图所示：101、储能装置及其控制单元，103、驱动单元A，105、驱动单元B，107、传动、减速、差速装置，109、传动、减速、差速装置，111、左前半轴，113、右前半轴，115、左后半轴，117、右后半轴，201、经济性分配，203、纵向分配，205、横向分配，207、稳态分配仲裁，209、前轴滑动率计算，211、后轴滑动率计算，213、防滑控制，215、扭矩需求计算，301、初始车速，303、初始扭矩，305、初始分配比，307、计算电功率消耗，309、分配比更新，311、扭矩更新，313、车速更新，401、车辆轮端最大输出扭矩曲线，402、车辆滑行阻力矩，501、未分配后电桥扭矩占比，502、分配后后电桥扭矩占比。

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。

本发明提升了双电机分布式四驱系统综合效率；提升了双电机分布式四驱系统综合附着力及驾驶性；提升了双电机分布式四驱系统过弯及弯道行驶操控性和稳定性；提升了双电机分布式四驱系统脱困能力。

具体实施例如下：

如图2所示，本发明所述双电机分布式四驱控制方法控制架构由经济性分配201、纵向分配203、横向分配305、稳态分配仲裁207、前轴滑动率计算209、后轴滑动率计算211、防滑控制213、扭矩需求计算215组成。

如图2中201，即本发明所述经济性分配子功能，旨在综合考虑前后电桥(包含驱动电机、减速器、差速器、传动轴等传动系统组成的电驱动桥)的效率特性，通过全局寻优的方法计算车辆从静止到最高车速范围、从无驱动扭矩到最大驱动扭矩范围内所有离散的工况点综合效率最优的前后桥分配比。具体方法为：如图3所示，设置初始车速(图3中301)，如0kmph；设置初始扭矩(图3中303)，如10Nm(取值越小计算结果越精确)；设置初始分配比(图3中305)，如0:1；根据前后电桥传动效率、电机效率、电机控制器效率计算车辆的总驱动电功率消耗1；调节分配比(图3中309)，如0.1:0.9；重新计算车辆总驱动电功率消耗2；调节分配比直至分配比最终调节为1:0并计算出车辆总驱动电功率消耗，取车辆总驱动电功率消耗值最小时的分配比，即为初始车速、初始扭矩下的最优分配比，从而完成初始车速、初始扭矩下的Loop1计算；然后重新设置扭矩(图3中311)，如20Nm，在初始车速、20Nm扭矩需求下进行Loop1计算，得到初始车速、20Nm时的最优分配比。以此类推直至扭矩设置达到车辆外特性并算出相应的最优分配比，从而完成初始车速下的Loop2计算。然后重新设置车速(图3中313)，进行Loop1和Loop2计算，直至车速设置达到最高设置车速并算出响应的最优分配比。

如图2中203，即本发明所述纵向分配子功能，通过合理分配前后电桥扭矩输出比例，使车辆在不同的轮端扭矩输出情况下(对应车辆不同纵向加速度)，均能尽可能优化四轮综合附着力。图4中402为车辆滑行阻力矩，亦即维持车辆在理想路况下等速行驶所需驱动扭矩曲线；401为车辆轮端最大输出扭矩曲线。当驾驶员轮端扭矩需求在402曲线附近时，纵向分配子功能对前后桥扭矩分配无特别要求，维持经济性分配比例即可；当驾驶员轮端扭矩需求低于402曲线时，驾驶员轮端扭矩需求越小，纵向分配子功能期望后桥扭矩占比随着驾驶员轮端扭矩需求的下降而减少；当驾驶员轮端扭矩需求高于402曲线并向401曲线靠近是，纵向分配子功能期望后桥扭矩占比随着驾驶员需求扭矩的上升而增加；当驾驶员需求轮端扭矩需求等于或超过401曲线时，纵向分配子功能要求前后桥扭矩比例与前后桥外特性(前后桥各自轮端最大可输出扭矩)比例相等。

如图2中205，即本发明所述横向分配子功能，旨在确保车辆通过弯道或在弯道中行驶时有良好的操控性并且确保足够的稳定性。具体方法为：随着方向盘转角(绝对值)的增大，后电桥扭矩占比逐渐下降；当方向盘逐渐回正时，后电桥扭矩占比逐渐回升并最终达到最大。车速越高，后桥扭矩占比的这种变化越明显。如图5中501曲线所示。在此基础上，前后电桥扭矩变化与方向盘转角的变化之间有一定的滞后，如图5中502曲线所示，当方向盘转角(绝对值)增加时，即方向盘离开中位向左或向后旋转时，后电桥扭矩占比的下降略晚于方向盘转角(绝对值)的增加，这使车辆入弯时不容易推头，从而具备较好的操控性；当方向盘转角(绝对值)减小，即方向盘向中位旋转时，后电桥扭矩占比的回升略晚于方向盘转角(绝对值)的减小，这使车辆出弯或者方向回正时不容易甩尾，从而具备较好的稳定性。

如图2中207，即本发明所述稳态分配仲裁子功能，通过一定的算法将经济性分配子功能201前后桥扭矩分配比、纵向分配子功能203前后桥扭矩分配比和横向分配子功能205前后桥扭矩分配比进行仲裁，从而得到唯一的前后桥扭矩稳态分配比。具体为：经济性分配子功能201经济性后桥扭矩占比和纵向分配203纵向后桥扭矩占比通过取权重的方式进行仲裁，得到初步稳态后桥扭矩占比，然后与横向分配子功能205横向后桥扭矩占比进行取小，从而得到最终稳态后桥扭矩占比和前桥扭矩占比。其中，经济性后桥扭矩占比与纵向后桥扭矩占比取权重时，仍以图4为准，即：当驾驶员轮端扭矩需求在402曲线附近(含)时，纵向后桥扭矩占比权重为0％；当驾驶员轮端你就需求在402曲线以下时，驾驶员轮端扭矩需求越小，纵向后桥扭矩占比权重越大；当驾驶员轮端扭矩需求在402曲线以上，随着驾驶员轮端扭矩需求的增加，纵向后桥扭矩占比权重逐渐增加；当驾驶员轮端扭矩需求接近或等于401曲线时，纵向后桥扭矩占比达到最大，如100％。

如图2中209，即本发明所述前轴滑动率计算子功能，通过比较前驱动轴实际转速和基于后驱动轴转速(结合方向盘转角)计算得到的预期前驱动轴转速，计算前驱动轴相对于后驱动轴的滑动率。

如图2中211，即本发明所述后轴滑动率计算子功能，通过比较后驱动轴实际转速和基于前驱动轴转速(结合方向盘转角)计算得到的预期后驱动轴转速，计算后驱动轴相对于前驱动轴的滑动率。

如图2中213，即本发明所述防滑控制子功能，根据反映前后轴打滑程度的前后驱动轴的滑动率，对前后桥进行防滑控制，即调节扭矩占比。具体为：滑动率越大，则该轴扭矩占比越低。得到打滑轴的最终扭矩占比后，重新计算另一轴的扭矩占比。

如图2中215，即本发明所述扭矩需求计算子功能，根据驾驶员轮端扭矩需求和前后轴扭矩占比，计算前后电桥扭矩需求。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双电机分布式四驱系统控制方法，其特征在于：系统结构包括：储能装置及控制单元、驱动单元A、驱动单元B、传动装置、减速装置和差速装置；控制方法包括：经济性分配子功能、纵向分配子功能、横向分配子功能、稳态分配仲裁子功能、前轴滑动率计算子功能、后轴滑动率计算子功能、防滑控制子功能、扭矩需求计算子功能。

2.根据权利要求1所述的一种双电机分布式四驱系统控制方法，其特征在于：所述经济性分配子功能，在综合考虑前后电桥的效率特性，通过全局寻优的方法计算车辆从静止到最高车速范围、从无驱动扭矩到最大驱动扭矩范围内所有离散的工况点，综合效率最优的前后桥分配比。

3.根据权利要求1所述的一种双电机分布式四驱系统控制方法，其特征在于：所述纵向分配子功能，通过合理分配前后电桥扭矩输出比例，使车辆在不同的轮端扭矩输出情况下，均能尽可能优化四轮综合附着力。

4.根据权利要求1所述的一种双电机分布式四驱系统控制方法，其特征在于：所述横向分配子功能，在确保车辆通过弯道或在弯道中行驶时有良好的操控性并且确保足够的稳定性。

5.根据权利要求1所述的一种双电机分布式四驱系统控制方法，其特征在于：所述稳态分配仲裁子功能，通过一定的算法将所述经济性分配子功能得到的前后桥扭矩分配比、所述纵向分配子功能得到的前后桥扭矩分配比和所述横向分配子功能得到的前后桥扭矩分配比进行仲裁，从而得到唯一的前后桥扭矩稳态分配比。

6.根据权利要求1所述的一种双电机分布式四驱系统控制方法，其特征在于：所述前轴滑动率计算子功能，通过比较前驱动轴实际转速和基于后驱动轴转速计算得到的预期前驱动轴转速，计算前驱动轴相对于后驱动轴的滑动率。

7.根据权利要求1所述的一种双电机分布式四驱系统控制方法，其特征在于：所述后轴滑动率计算子功能，通过比较后驱动轴实际转速和基于前驱动轴转速计算得到的预期后驱动轴转速，计算后驱动轴相对于前驱动轴的滑动率。

8.根据权利要求1所述的一种双电机分布式四驱系统控制方法，其特征在于：所述防滑控制子功能，根据反映前后轴打滑程度的前后驱动轴的滑动率，对前后桥进行防滑控制，即调节扭矩占比。

9.根据权利要求1所述的一种双电机分布式四驱系统控制方法，其特征在于：所述扭矩需求计算子功能，根据轮端扭矩需求和前后轴扭矩占比，计算前后电桥扭矩需求。