CN109747632A - 一种双动力源驱动车辆扭矩分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双动力源驱动车辆扭矩分配方法，能够根据车辆的转向特性，实时调整前后动力源的输出扭矩，在不改变原有动力系统结构和不增加成本的情况下，通过优化轴间驱动扭矩分配系数，改善调整车辆的转向特性，提高车辆的操作稳定性，能够在不增加额外传感器的情况下，自动学习车辆最大的加速度信息，进而得到路面附着系数，还能够自动识别出驾驶员加速入/出弯工况，并通过调整前后轴驱动源的输出扭矩，改善车辆的入/出弯特性，辅助驾驶员入/出弯。

Description

一种双动力源驱动车辆扭矩分配方法

技术领域

本发明涉及汽车电控技术领域，尤其涉及一种双动力源驱动车辆扭矩分配方法。

背景技术

在全球能源、环境问题日益严峻的大背景下，双动力源驱动车辆发展越来越快。相比较传统汽车，在目前量产的双动力源驱动车辆中，车辆轴间扭矩分配大部分仅仅考虑了车辆的纵向特性，即基于整车效率、驱动性能来分配轴间扭矩，没有考虑汽车轴间扭矩分配对于侧向稳定性的影响。专利1(CN107097686A)、专利2(CN106379197A)主要是基于电机效率、纵向驱动性能分配前后电机的需求扭矩，使得在不改变原有动力系统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就能达到改善能耗、提高纵向驱动性能的技术效果。但是专利1与专利2仅仅考虑了整车纵向运动导致的扭矩分配，没有考虑整车侧向运动对于扭矩分配的影响。而现在已有的大部分关于车辆侧向动力学的专利例如专利3(CN104773169A)、专利4(CN105172790A)主要是通过控制四个车轮上的制动力实现直接横摆力矩控制，目前对于构型为前后双动力源车辆轴间扭矩分配来提高车辆稳定性的专利很少。由于车辆行驶中的安全性很大程度依赖于车辆的横摆稳定性，丧失横摆稳定性将使得车辆发生侧偏、侧滑、失去转向能力乃至造成汽车剧烈回转。因此针对双动力源驱动车辆亟需要一种考虑车辆侧向动力学的轴间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，调整前后轴动力源的输出扭矩，提高车辆的操作稳定性，满足驾驶员的驾驶需求。

发明内容

本发明目的是提供一种双动力源驱动车辆扭矩分配方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种双动力源驱动车辆扭矩分配方法，包括以下步骤：

S10、对扭矩分配的激活条件进行判断：当满足扭矩分配激活条件时，扭矩分配功能被激活；当不满足扭矩分配的激活条件时，扭矩分配功能不被激活；

S20、扭矩分配功能激活时，采取实车数据；扭矩分配功能未被激活时，车辆按正常扭矩分配模式行驶；

S30、车辆采取实车数据后，判断ESP是否介入；ESP介入时，立即退出扭矩分配功能，此时车辆的前后电机响应ESP请求；ESP未介入时，根据采取的实车数据计算目标横摆率和质心侧偏角速度；

S40、质心侧偏角速度大于某一阈值时，控制器降低前后轴动力源输出扭矩；质心侧偏角速度小于某一阈值且保持稳定时，控制器恢复前后轴动力源输出扭矩，然后根据车辆横摆率调整前后动力源的输出扭矩；质心侧偏角速度大于等于某一阈值且小于等于某一阈值检测车辆横摆率ω_r；

S50、当检测到车辆横摆率ω_r低于目标横摆率ω_s时，控制器控制增加后轴输出扭矩，减小前轴输出扭矩；当车辆横摆率ω_r大于计算的目标横摆率ω_s时，控制器控制减小后轴输出扭矩，增大前轴输出扭矩；当车辆横摆率ω_r等于目标横摆率ω_s时，保持前后轴输出扭矩；

S60、当车辆实际横摆率等于目标横摆率时，进行判断驾驶员是否有加速入/出弯的需求；当车辆有加速入/出弯的需求时，控制器控制前后轴动力源以固定频率同时减小/恢复扭矩；当车辆无加速入/出弯的需求时，不进行调整。

进一步，S10步骤中的激活条件包括需求扭矩大于某一阈值T′_req，方向盘转角大于某一阈值δ′，方向盘转角速度大于某一阈值车速大于某一阈值v′。

进一步，S30步骤中的实车数据包括侧向速度、纵向车速和车辆实时横摆率。

进一步，当S10中的激活条件有一个不满足或者ESP功能介入时，扭矩分配功能立刻退出，且前后轴动力源输出扭矩由退出时刻的扭矩为初值逐渐过渡到正常行驶工况下的输出扭矩。

进一步，S40步骤中的为5deg/s，为3deg/s。

进一步，车辆的第一目标横摆率的计算公式为：

其中，u表示纵向车速，ω_s1表示目标横摆率，l表示轴距，δ表示方向盘转角；

由于车辆的目标横摆率还受到路面附着系数的限制，在轮胎附着极限下侧向加速度必须满足如下约束：

|a_y|≤μg

车辆的侧向加速度可以表示为：

a_y≈ω_su

所以目标横摆率还应该满足如下条件：

由于最大加速度小于等于路面附着系数，即：

a_max≤μg

因此，第二目标横摆率满足：

综上所述，在扭矩分配过程中，目标横摆率计算为：

即目标横摆率取第一目标横摆率和第二目标横摆率之间的最小值。

进一步，还包括车辆最大加速度的自学习方法，其中

车辆实际总的加速度a_act的计算公式为：

式中，a_x为车辆的纵向加速度，a_y为车辆的侧向加速度；

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车辆实际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a_act大于上一时刻最大的加速度a′_max，则将此时车辆的加速度a_act作为当前时刻车辆最大的加速度，否则，维持上一时刻所存储的最大加速度。

进一步，S70步骤中，判断驾驶员是否有加速入/出弯需求的条件为：

其中，T_req表示需求驾驶员的需求扭矩，δ表示方向盘转角，表示方向盘转角速度，δ^-表示方向盘转角的某一阈值，表示方向盘转角速度的某一阈值，表示驾驶员需求扭矩的某一阈值。

本发明具有如下有益效果：本发明公开的双动力源驱动车辆轴间扭矩分配方法能够自动的根据车辆的转向特性，实时调整前后动力源的输出扭矩，在不改变原有动力系统结构和不增加成本的情况下，通过优化轴间驱动扭矩分配系数，改善调整车辆的转向特性，提高车辆的操作稳定性，能够在不增加额外传感器的情况下，自动学习车辆最大的加速度信息，进而得到路面附着系数，还能够自动识别出驾驶员加速入/出弯工况，并通过调整前后轴驱动源的输出扭矩，改善车辆的入/出弯特性，辅助驾驶员入/出弯。

附图说明

图1为本发明的一种双动力源驱动车辆扭矩分配方法的最大加速度的计算框图；

图2为本发明的一种双动力源驱动车辆扭矩分配方法的流程图；

图3为本发明的一种双动力源驱动车辆扭矩分配方法的目标横摆率的计算框图；

图4为本发明的一种双动力源驱动车辆扭矩分配方法的轴间扭矩分配控制框图。

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

本发明提供了一种双动力源驱动车辆扭矩分配方法，包括以下步骤：

S10、对扭矩分配的激活条件进行判断；

在本实施例中，当满足扭矩分配的激活条件时，扭矩分配功能被激活，进而调整车辆前后轴动力源输出扭矩；当不满足扭矩分配的激活条件时，扭矩分配功能不被激活，车辆始终按照正常行驶工况下的输出扭矩。另一方面，若进入扭矩分配功能后，任一激活条件不满足时，扭矩分配功能立即退出，此时前后轴动力源输出扭矩由退出时刻的扭矩为初值逐渐过渡到正常行驶工况下的输出扭矩，防止扭矩分配功能退出时前后动力源输出扭矩突变，从而影响整车驾驶的感受。

由于扭矩分配功能主要是影响车辆的操作稳定性，因此激活条件判断的作用主要是正确开启该功能，并防止该功能的误触发。在本实施例中，扭矩分配功能主要检测驾驶员的需求扭矩T_req，方向盘转角δ、车速v、方向盘转角速度信息以及检测ESP是否介入；当检测到驾驶员需求扭矩大于某一阈值T′_req，方向盘转角或者方向盘转角速度分别大于某一阈值δ′、车速大于某一阈值v′，该功能激活；当以上条件有一个不满足时或者ESP功能介入时，该功能立刻退出，前后轴动力源输出扭矩由退出时刻的扭矩为初值逐渐过渡到正常行驶工况下的输出扭矩，防止退出时前后动力源输出扭矩突变。具体地，在本发明中，T′_req为50N，δ′为90度，δ′为45deg/s，v′为10m/s。

S20、扭矩分配功能激活时，采取实车数据；扭矩分配功能未激活时，车辆按正常扭矩分配模式行驶；

S30、车辆采取实车数据后，判断ESP是否介入；ESP介入时，立即退出扭矩分配功能，此时车辆的前后电机响应ESP请求，进而控制车辆行驶；ESP未介入时，根据采取的实车数据计算目标横摆率和质心侧偏角速度；

在本实施例中，扭矩分配功能激活后，扭矩分配系统会根据二自由度车辆模型，结合车速、方向盘偏角、侧向加速度以及车辆实时的横摆率信息，实时计算车辆的目标横摆率和质心侧偏角速度，在满足驾驶员需求扭矩的前提下，并根据车辆的转向状态自动地调整前后动力源的输出扭矩，改善车辆转向状态。

如图4所示为汽车轴间扭矩分配控制框图。首先考虑车辆的质心侧偏角速度，在本实施例中，利用采集的侧向加速度、纵向车速和车辆实际横摆率的实时数据来计算质心侧偏角速度来反映车辆的转向状态，在车辆行驶过程中有：

式中，a_y表示车辆的侧向加速度，v_y表示侧向速度，u表示纵向车速，ω_s表示目标横摆率，β表示质心侧偏角。在横摆控制过程中，可以认为车辆的纵向速度不变，这样就可以得到车辆的质心侧偏角速度为：

S40、质心侧偏角速度大于某一阈值时，控制器降低前后轴动力源输出扭矩；质心侧偏角速度小于某一阈值且保持稳定时，控制器恢复前后轴动力源输出扭矩；质心侧偏角速度大于等于某一阈值且小于等于某一阈值时，检测车辆横摆率ω_r；

在本实施例中，当检测到质心侧偏角速度大于某一阈值时，表明车辆有失稳的趋势，为了防止车辆失去稳定性，控制器会逐渐降低前后轴动力源输出扭矩，进而减小质心侧偏角速度；当检测到质心侧偏角速度小于某一阈值且保持稳定时，表明车辆失稳状态得到改善，控制器会逐渐恢复前后轴动力源输出扭矩，进而增大质心侧偏角速度。当检测到质心侧偏角速度大于等于某一阈值小于等于某一阈值保持前后轴动力源输出扭矩。

具体地，为5deg/s，为3deg/s。另一方面，S40步骤的目的是为了调整质心侧偏角速度，使其最终值大于等于某一阈值且小于等于某一阈值

S50、当检测到车辆横摆率ω_r低于目标横摆率ω_s时，控制器控制增加后轴输出扭矩，减小前轴输出扭矩；当车辆横摆率ω_r大于计算的目标横摆率ω_s时，控制器控制减小后轴输出扭矩，增大前轴输出扭矩；当车辆横摆率ω_r等于目标横摆率ω_s时，保持前后轴输出扭矩；

在本实施例中，可以通过公式4计算车辆的第一目标横摆率:

其中，u表示纵向车速，ω_s1表示目标横摆率，l表示轴距，δ表示方向盘转角。由于车辆的目标横摆率还受到路面附着系数的限制，在轮胎附着极限下侧向加速度必须满足如下约束：

|a_y|≤μg 4

车辆的侧向加速度可以表示为：

a_y≈ω_su 5

所以目标横摆率还应该满足如下条件：

由于最大加速度小于等于路面附着系数，即：

a_max≤μg 7

因此，第二目标横摆率满足：

综上所述，本专利在扭矩分配过程中，实际的目标横摆率计算为：

即目标横摆率区第一目标横摆率和第二目标横摆率之间的最小值。

其中，本发明还包括车辆的最大加速度的自学习方法，能够在不增加传感器的情况下，计算车辆的最大加速度。

在本实施例中，根据车辆动力学可知，如果在低附着路面，后轴动力源分配较多的驱动扭矩，会导致车辆失去稳定性，因此本发明在扭矩控制过程中需要计算路面最大的附着系数，根据路面附着系数的调整扭矩分配的控制策略。车辆在某路面下能达到的最大加速度直接反应了路面的附着系数，车辆的最大加速度小于等于路面的附着系数，本发明中提及的最大加速度计算方法如图1所示，本发明可以时刻采集车辆的纵向加速度a_x与侧向加速度a_y，并根据公式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车辆实际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a_act大于上一时刻最大的加速度a′_max，则将此时车辆的加速度a_act作为当前时刻车辆最大的加速度，否则，维持上一时刻所存储的最大加速度。

如图3所示为本发明中目标横摆率的计算框图，当检测到车辆实际横摆率ω_r低于目标横摆率ω_s时，表明车辆处于转向不足状态，此时控制器通过增加后轴输出扭矩，减小前轴输出扭矩来增大车辆的横摆率，使得车辆的表现满足驾驶员的驾驶期望；与之相反，当车辆实际横摆率ω_r大于计算的目标横摆率ω_s时，表明车辆处于转向过度状态，此时控制器通过减少后轴输出扭矩，增大前轴输出扭矩来降低车辆的横摆率。具体地，控制器对前后轴的扭矩进行调整的目的是使车辆实际横摆率等于目标横摆率。

S60、当车辆实际横摆率ω_r等于目标横摆率ω_s时，进行判断驾驶员是否有加速入/出弯的需求；当车辆有加速入/出弯的需求时，控制器控制前后轴动力源以固定频率f₀同时减小/恢复扭矩；当车辆无加速入/出弯的需求时，不进行调整。

在本实施例中，可以通过方向盘转角、方向盘转角速度、需求扭矩信息，识别出车辆加速入/出弯工况。

式中，δ^-表示方向盘转角的某一阈值，表示方向盘转角速度的某一阈值，表示驾驶员需求扭矩的某一阈值，以上条件同时满足时，表明驾驶员有加速入/出弯的需求。

现有技术中，辅助车辆入/出弯的扭矩控制方法的实现方式有很多种，具体原理都是通过瞬间降低纵向驱动力，提高车辆侧向力的阈值，改善车辆入/出弯特性。在本实施例中，如果检测到驾驶员有快速入/出弯的需求时，为了快速响应驾驶员的驾驶需求，在不影响舒适性的情况下，此时控制前后轴动力源以固定频率f₀同时减小/恢复输出的扭矩，这样就可以在不影响舒适性的情况下，通过扭矩的调整实现辅助驾驶员快速入/出弯的目的。

本发明公开的双动力源驱动车辆轴间扭矩分配方法能够自动的根据车辆的转向特性，实时调整前后动力源的输出扭矩，在不改变原有动力系统结构和不增加成本的情况下，通过优化轴间驱动扭矩分配系数，改善调整车辆的转向特性，提高车辆的操作稳定性，能够在不增加额外传感器的情况下，自动学习车辆最大的加速度信息，进而得到路面附着系数，还能够自动识别出驾驶员加速入/出弯工况，并通过调整前后轴驱动源的输出扭矩，改善车辆的入/出弯特性，辅助驾驶员入/出弯。

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 (8)

1.一种双动力源驱动车辆扭矩分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、对扭矩分配的激活条件进行判断：当满足扭矩分配激活条件时，扭矩分配功能被激活；当不满足扭矩分配的激活条件时，扭矩分配功能不被激活；

S20、扭矩分配功能激活时，采取实车数据；扭矩分配功能未被激活时，车辆按正常扭矩分配模式行驶；

S30、车辆采取实车数据后，判断ESP是否介入；ESP介入时，立即退出扭矩分配功能，此时车辆的前后电机响应ESP请求；ESP未介入时，根据采取的实车数据计算目标横摆率和质心侧偏角速度；

S40、质心侧偏角速度大于某一阈值时，控制器降低前后轴动力源输出扭矩；质心侧偏角速度小于某一阈值且保持稳定时，控制器恢复前后轴动力源输出扭矩，然后根据车辆横摆率调整前后动力源的输出扭矩；质心侧偏角速度大于等于某一阈值且小于等于某一阈值检测车辆横摆率ω_r；

S50、在质心侧偏角速度大于等于且小于等于某一阈值的情况下，当检测到车辆横摆率ω_r低于目标横摆率ω_s时，控制器控制增加后轴输出扭矩，减小前轴输出扭矩；当车辆横摆率ω_r大于计算的目标横摆率ω_s时，控制器控制减小后轴输出扭矩，增大前轴输出扭矩；当车辆横摆率ω_r等于目标横摆率ω_s时，保持前后轴输出扭矩；

S60、当车辆实际横摆率等于目标横摆率时，进行判断驾驶员是否有加速入/出弯的需求：当车辆有加速入/出弯的需求时，控制器控制前后轴动力源以固定频率同时减小/恢复扭矩；当车辆无加速入/出弯的需求时，不进行调整。

2.根据权利要求1所述的双动力源驱动车辆扭矩分配方法，其特征在于，S10步骤中的激活条件包括需求扭矩大于某一阈值T′_req，方向盘转角大于某一阈值δ′，方向盘转角速度大于某一阈值车速大于某一阈值v′。

3.根据权利要求1所述的双动力源驱动车辆扭矩分配方法，其特征在于，S30步骤中的实车数据包括侧向速度、纵向车速和车辆实时横摆率。

4.根据权利要求1所述的双动力源驱动车辆扭矩分配方法，其特征在于，当S10中的激活条件有一个不满足或者ESP功能介入时，扭矩分配功能立刻退出，且前后轴动力源输出扭矩由退出时刻的扭矩为初值逐渐过渡到正常行驶工况下的输出扭矩。

5.根据权利要求1所述的双动力源驱动车辆扭矩分配方法，其特征在于，为5deg/s，为3deg/s。

6.根据权利要求1所述的双动力源驱动车辆扭矩分配方法，其特征在于，

车辆的第一目标横摆率的计算公式为：

其中，u表示纵向车速，ω_s1表示目标横摆率，l表示轴距，δ表示方向盘转角；

由于车辆的目标横摆率还受到路面附着系数的限制，在轮胎附着极限下侧向加速度必须满足如下约束：

|a_y|≤μg

车辆的侧向加速度可以表示为：

a_y≈ω_su

所以目标横摆率还应该满足如下条件：

由于最大加速度小于等于路面附着系数，即：

a_max≤μg

因此，第二目标横摆率满足：

综上所述，在扭矩分配过程中，目标横摆率计算为：

即目标横摆率取第一目标横摆率和第二目标横摆率之间的最小值。

7.根据权利要求6所述的双动力源驱动车辆扭矩分配方法，其特征在于，所述最大加速度的自学习方法；

其中，车辆实际总的加速度a_act的计算公式为：

式中，a_x为车辆的纵向加速度，a_y为车辆的侧向加速度；

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车辆实际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a_act大于上一时刻最大的加速度a′_max，则将此时车辆的加速度a_act作为当前时刻车辆最大的加速度，否则，维持上一时刻所存储的最大加速度。

8.根据权利要求1所述的双动力源驱动车辆扭矩分配方法，其特征在于，S70步骤中，判断驾驶员是否有加速入/出弯需求的条件为：

其中，T_req表示需求驾驶员的需求扭矩，δ表示方向盘转角，表示方向盘转角速度，δ^-表示方向盘转角的某一阈值，表示方向盘转角速度的某一阈值，表示驾驶员需求扭矩的某一阈值。