CN110329346A - 提高四轮轮毂电机驱动转向性能的差扭横摆力矩分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高四轮轮毂电机驱动转向性能的差扭横摆力矩分配方法，包括如下步骤：步骤1：通过PI决策获得四轮轮毂电机差扭横摆力矩；步骤2：将所述四轮轮毂电机差扭横摆力矩按如下两个约束条件分配到各个车轮上；约束条件1：整个差扭横摆力矩分配过程中四轮轮毂电机总力矩需求不变；约束条件2：差扭横摆力矩分配时要根据四轮轮毂电机所处工作点动态调整差扭横摆力矩的分配。本发明能提高搭载了轮毂电机的四轮驱动纯电动汽车在常规工况下转向性能，从而获得更好的驾驶体验。

Description

提高四轮轮毂电机驱动转向性能的差扭横摆力矩分配方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，具体地指一种提高四轮轮毂电机驱动转向性能的差扭横摆力矩分配方法。

技术背景

轮毂电机技术的应用通过颠覆式创新改变传统汽车的传动系统，在新能源汽车行业颇具前瞻性被广泛关注，并被认作是未来新能源汽车驱动技术的主流发展趋势，其产业化发展前景巨大；相对于传统的集中式驱动的内燃发动机或电动机，轮毂电机采取分布式驱动，将驱动、传动和制动装置都整合到轮毂内，省略了离合器、变速器、传动轴、差速器、分动器等传动部件。轮毂电机驱动车辆的驱动执行器在各自独立的车轮内，控制自由度与精确度明显提高。

汽车转向行驶运动学状态的参数主要是质心侧偏角与横摆角速度，决定横摆角速度响应特性的固有圆频率和阻尼比都与汽车结构参数和车速有关，通过调整车身结构参数可以改进转向响应过程，但实际车身结构复杂(如前所述，这些车身结构在轮毂电机样车中是省去了的，所以设计不需要考虑)设计工作量会大大增加，且车身结构影响参数之间互相耦合严重，不易调节。传统汽车力矩控制只包括驱动力矩前后轴分配，不涉及左右轮横摆力矩分配策略，其控制力矩自由度有限，然而轮毂电机分布式驱动样车四轮力矩均可受控，控制自由度极大的到改善。基于轮毂电机驱动的单力矩可控优势，可以通过不同的车轮力矩分配方式控制转向横摆运动。如何提供一种轮毂电机差扭横摆力矩控制策略以提升车辆转向性能，已经成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种提高四轮轮毂电机驱动转向性能的差扭横摆力矩分配方法，本发明能利用轮毂电机单轮力矩可控优势，分配左右车轮驱动力在汽车轮间形成差扭横摆力距，提高搭载了轮毂电机的四轮驱动纯电动汽车在常规工况下转向性能，从而获得更好的驾驶体验。

为实现此目的，本发明所设计的提高四轮轮毂电机驱动转向性能的差扭横摆力矩分配方法，它包括如下步骤：

步骤1：通过PID(比例proportion、积分integral、微分differential)决策获得四轮轮毂电机差扭横摆力矩；

步骤2：将所述四轮轮毂电机差扭横摆力矩按如下两个约束条件分配到各个车轮上；

约束条件1：整个差扭横摆力矩分配过程中四轮轮毂电机总力矩需求不变；

约束条件2：在整个差扭横摆力矩分配过程中四轮轮毂电机总力矩需求不变的前提下，差扭横摆力矩分配时要根据四轮轮毂电机所处工况动态调整差扭横摆力矩的分配。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明差扭横摆力矩控制过程采用二自由度模型输出的理想横摆角速度与实际汽车横摆角速度差的作为控制量，通过灵敏度控制器得到实际控制偏差，再通过PID控制器决策差扭横摆力矩，差扭横摆力矩在这通过左右电机差扭的方式实现，最后通过分配环节，考虑车辆总力矩需求不变和电机外特性限制条件将差扭横摆力矩分配到前后轴左右车轮上。与现有技术相比，其分配方法考虑到驾驶员驾驶感受，满足驾驶员力矩需求，获得加减速良好体验；同时考虑了车辆实际运行状态下力矩输出情况，避免了出现电机输出功率过大引起整车高压负载过大可能导致的安全隐患，提高了车辆转向性能和安全性。

附图说明

图1为本发明中差扭横摆力矩动态调节逻辑图；

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

一种提高四轮轮毂电机驱动转向性能的差扭横摆力矩分配方法，它包括如下步骤：

步骤1：通过将理想横摆角速度和实际横摆角速度差值作为PID控制算法输入参数决策出四轮轮毂电机差扭横摆力矩；

步骤2：将所述四轮轮毂电机差扭横摆力矩按如下两个约束条件分配到各个车轮上；

约束条件1：整个差扭横摆力矩分配过程中四轮轮毂电机总力矩需求不变(即整车总力矩不变)，上述整个控制过程面对常规工况下行驶过程，控制目的为提高转向时汽车操纵性，并非极限工况稳定性控制，所以整个控制过程中需要保证总力矩需求不变，不干扰驾驶员车速控制过程(约束条件的效果)；

约束条件2：约束条件2的作用就是驾驶员需求多大力矩系统根据实际情况就响应多少力矩，每一电机转速对应一个最大力矩，但是决定是否能够输出最大力矩需要考虑车辆状态，电机受外特性(电机转速和转矩对应关系)限制在一定转速度下只能发出相应的最大扭矩，在整个差扭横摆力矩分配过程中四轮轮毂电机总力矩需求不变的前提下，差扭横摆力矩分配时要根据四轮轮毂电机所处工况动态调整差扭横摆力矩的分配。

上述技术方案的步骤2中，考虑上述约束条件1后差扭横摆力矩按下列公式分配：

ΔF_f＝ΔM_Z/2÷W_d1/2 (1)

ΔF_r＝ΔM_Z/2÷W_d2/2 (2)

T_FR＝T_FR__ref+ΔF_f×R_FR (3)

T_FL＝T_FL__ref-ΔF_f×R_FL (4)

T_RR＝T_RR__ref+ΔF_r×R_RR (5)

T_RL＝T_RL__ref-ΔF_r×R_RL (6)

T_FR＝T_FR__ref-ΔF_f×R_FR (7)

T_FL＝T_FL__ref+ΔF_f×R_FL (8)

T_RR＝T_RR__ref-ΔF_r×R_RR (9)

T_RL＝T_RL__ref+ΔF_r×R_RL (10)

其中，ΔF_f为前轴车轮增加的驱动力，ΔF_r为后轴车轮增加的驱动力，ΔM_Z为差扭横摆力矩，W_d1为前轮距，W_d2为后轮距，ΔM_z规定逆时针方向为正，则公式(3)、公式(4)、公式(5)、公式(6)表示车辆左转弯工况，公式(7)、公式(8)、公式(9)、公式(10)表示车辆右转弯工况，其中T_{FR_ref}、T_{FL_ref}、T_{RR_ref}、T_{RL_ref}分别为右前、左前、右后、左后电机需求扭矩；T_FR、T_FL、T_RR、T_RL分别为右前、左前、右后、左后电机实际扭矩，R_FR、R_FL、R_RR和R_RL分别为右前、左前、右后、左后车轮滚动半径；

若要满足四轮轮毂电机总力矩需求不变，则进行差扭横摆力矩分配时汽车左右侧总力矩增减量应该相同，分配时，首先将差扭横摆力矩前后轴平均分配，同轴分配时两侧车轮扭矩变化量相同，从而保证了总力矩需求不变。

上述技术方案的步骤2中，

考虑电机力矩输出能力后进行差扭横摆力矩动态调节，满足约束条件2的差扭横摆力矩分配逻辑为，如图1所示：

步骤2.1：判断ΔM_Z/2是否大于前轴可实现的最大差扭横摆力矩值ΔM_fmax,如果是则，进入步骤2.2，否则进入步骤2.3；

步骤2.2：前轴差扭横摆力矩分配值ΔM_f等于前轴可实现的最大差扭横摆力矩值ΔM_fmax，进入步骤2.2.1；

步骤2.3：判断ΔM_Z/2是否大于后轴可实现的最大差扭横摆力矩值ΔM_rmax，如果是，进入步骤2.3.1，否则进入步骤2.3.2；

步骤2.2.1：判断ΔM_fmax是否大于ΔM_Z-ΔM_r,ΔM_r为后轴差扭横摆力矩分配值,如果是，则ΔM_r＝ΔM_Z-ΔM_f,如果否，则ΔM_r＝ΔM_rmax；

步骤2.3.1：此时，ΔM_r＝ΔM_rmax，判断ΔM_fmax是否大于ΔM_Z-ΔM_f，如果是则ΔM_f＝ΔM_Z-ΔM_r,如果否，则ΔM_f＝ΔM_fmax；

步骤2.3.2：此时ΔM_f＝ΔM_Z/2，ΔM_r＝ΔM_Z/2。

上述控制逻辑在考虑了电机在当前转速下力矩输出能力的限制后，最大限度的保证施加在质心处的横摆力矩值满足决策值，从而提升车辆转向能力。

决策差扭横摆力矩为正时，最大差扭横摆力矩值计算如下：

其中，T_{FR_max}为右前电机外特性力矩，T_{RR_max}为右后电机外特性力矩，d₁和d₂分别为前、后轮距，T_{FR_ref}、T_{RR_ref}分别为右前、右后电机需求扭矩，R_FR、R_RR分别分别为右前、右后车轮滚动半径。

差扭横摆力矩为负时，最大差扭横摆力矩值计算如下：

其中，T_{FL_max}为左前电机外特性力矩，T_{RL_max}为左后电机外特性力矩，d₁和d₂分别为前、后轮距，T_{FL_ref}、T_{RL_ref}分别为左前、左后电机需求扭矩，R_FL、R_RL分别分别为右前、右后车轮滚动半径。

ΔM_f、ΔM_r、ΔM_fmax、ΔM_rmax分别为前后轴差扭横摆力矩分配值与相应的可实现的最大差扭横摆力矩值。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种提高四轮轮毂电机驱动转向性能的差扭横摆力矩分配方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：通过PID决策获得四轮轮毂电机差扭横摆力矩；

步骤2：将所述四轮轮毂电机差扭横摆力矩按如下两个约束条件分配到各个车轮上；

约束条件1：整个差扭横摆力矩分配过程中四轮轮毂电机总力矩需求不变；

约束条件2：在整个差扭横摆力矩分配过程中四轮轮毂电机总力矩需求不变的前提下，差扭横摆力矩分配时要根据四轮轮毂电机所处工况动态调整差扭横摆力矩的分配。

2.根据权利要求1所述的提高四轮轮毂电机驱动转向性能的差扭横摆力矩分配方法，其特征在于：所述步骤2中，考虑上述约束条件1后差扭横摆力矩按下列公式分配：

ΔF_f＝ΔM_Z/2÷W_d1/2 (1)

ΔF_r＝ΔM_Z/2÷W_d2/2 (2)

T_FR＝T_{FR_ref}+ΔF_f×R_FR (3)

T_FL＝T_{FL_ref}-ΔF_f×R_FL (4)

T_RR＝T_{RR_ref}+ΔF_r×R_RR (5)

T_RL＝T_{RL_ref}-ΔF_r×R_RL (6)

T_FR＝T_{FR_ref}-ΔF_f×R_FR (7)

T_FL＝T_{FL_ref}+ΔF_f×R_FL (8)

T_RR＝T_{RR_ref}-ΔF_r×R_RR (9)

T_RL＝T_{RL_ref}+ΔF_r×R_RL (10)

其中，ΔF_f为前轴车轮增加的驱动力，ΔF_r为后轴车轮增加的驱动力，ΔM_Z为差扭横摆力矩，W_d1为前轮距，W_d2为后轮距，ΔM_z规定逆时针方向为正，则公式(3)、公式(4)、公式(5)、公式(6)表示车辆左转弯工况，公式(7)、公式(8)、公式(9)、公式(10)表示车辆右转弯工况，其中T_{FR_ref}、T_{FL_ref}、T_{RR_ref}、T_{RL_ref}分别为右前、左前、右后、左后电机需求扭矩；T_FR、T_FL、T_RR、T_RL分别为右前、左前、右后、左后电机实际扭矩，R_FR、R_FL、R_RR和R_RL分别为右前、左前、右后、左后车轮滚动半径；

若要满足四轮轮毂电机总力矩需求不变，则进行差扭横摆力矩分配时汽车左右侧总力矩增减量应该相同，分配时，首先将差扭横摆力矩前后轴平均分配，同轴分配时两侧车轮扭矩变化量相同，从而保证了总力矩需求不变。

3.根据权利要求1所述的提高四轮轮毂电机驱动转向性能的差扭横摆力矩分配方法，其特征在于：所述步骤2中，考虑电机力矩输出能力后进行差扭横摆力矩动态调节，满足约束条件2的差扭横摆力矩分配逻辑为：

步骤2.1：判断ΔM_Z/2是否大于前轴可实现的最大差扭横摆力矩值ΔM_fmax，如果是则，进入步骤2.2，否则进入步骤2.3；

步骤2.2：前轴差扭横摆力矩分配值ΔM_f等于前轴可实现的最大差扭横摆力矩值ΔM_fmax，进入步骤2.2.1；

步骤2.3：判断ΔM_Z/2是否大于后轴可实现的最大差扭横摆力矩值ΔM_rmax，如果是，进入步骤2.3.1，否则进入步骤2.3.2；

步骤2.2.1：判断ΔM_fmax是否大于ΔM_Z-ΔM_r，ΔM_r为后轴差扭横摆力矩分配值，如果是，则ΔM_r＝ΔM_Z-ΔM_f，如果否，则ΔM_r＝ΔM_rmax；

步骤2.3.1：此时，ΔM_r＝ΔM_rmax，判断ΔM_fmax是否大于ΔM_Z-ΔM_f，如果是则ΔM_f＝ΔM_Z-ΔM_r，如果否，则ΔM_f＝ΔM_fmax；

步骤2.3.2：此时ΔM_f＝ΔM_Z/2，ΔM_r＝ΔM_Z/2。

4.根据权利要求3所述的提高四轮轮毂电机驱动转向性能的差扭横摆力矩分配方法，其特征在于：决策差扭横摆力矩为正时，最大差扭横摆力矩值计算如下：

其中，T_{FR_max}为右前电机外特性力矩，T_{RR_max}为右后电机外特性力矩，d₁和d₂分别为前、后轮距，T_{FR_ref}、T_{RR_ref}分别为右前、右后电机需求扭矩，R_FR、R_RR分别分别为右前、右后车轮滚动半径。

5.根据权利要求3所述的提高四轮轮毂电机驱动转向性能的差扭横摆力矩分配方法，其特征在于：差扭横摆力矩为负时，最大差扭横摆力矩值计算如下：

其中，T_{FL_max}为左前电机外特性力矩，T_{RL_max}为左后电机外特性力矩，d₁和d₂分别为前、后轮距，T_{FL_ref}、T_{RL_ref}分别为左前、左后电机需求扭矩，R_FL、R_RL分别分别为右前、右后车轮滚动半径。