CN112224036B - 分布式驱动电动车四轮驱动力矩分配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式电动车四轮驱动力矩分配方法及系统，根据车辆的期望横摆角速度和实际横摆角速度的偏差，计算得到期望横摆力矩；获取所述车辆的实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息；基于所述期望横摆力矩、所述实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息，确定目标力矩分配模式；基于所述目标力矩分配模式，对所述车辆的各个车轮驱动力矩进行分配，得到各个车轮分配的驱动力矩。本发明通过四轮驱动力矩多模式分配方法，提高车辆在低附着路面上的高速避障能力，保证行驶过程中的横向稳定性，且提高四轮驱动力矩的分配效率。

Description

分布式驱动电动车四轮驱动力矩分配方法及系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种分布式驱动电动车四轮驱动力矩分配方法及系统。

背景技术

目前电动汽车的驱动力矩分配方式通常采用较为简单的方式进行，例如，分配到每个车轮的力矩是四个车轮等分的，或者前后轮按照一定比例进行分配，而左右轮相等。不能按照车辆的实际情况进行合理分配力矩，从而导致车辆的高速避障能力降低，稳定性较差，并且力矩的分配效率较低。

发明内容

针对于上述问题，本发明提供一种分布式驱动电动车四轮驱动力矩分配方法及系统，实现了保证车辆行驶过程中的稳定性以及提高了四轮驱动力矩的分配效率。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种分布式电动车四轮驱动力矩分配方法，包括：

根据车辆的期望横摆角速度和实际横摆角速度的偏差，计算得到期望横摆力矩；

获取所述车辆的实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息；

基于所述期望横摆力矩、所述实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息，确定目标力矩分配模式；

基于所述目标力矩分配模式，对所述车辆的各个车轮驱动力矩进行分配，得到各个车轮分配的驱动力矩。

可选地，所述方法还包括：

基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，计算获得所述车辆的实际横摆角速度；

基于稳态横摆角速度增益表达式，计算得到所述车辆的安全横摆角速度。

可选地，所述对所述车辆的各个车轮驱动力矩进行分配，得到各个车轮分配的驱动力矩，包括：

获取整车总驱动力矩和各个车轮的驱动力矩分配权值；

基于期望横摆力矩、车辆行驶轨迹的横向偏差和轮胎滑移率，计算得到各个车轮的驱动力矩分配系数；

基于所述整车总驱动力矩、各个车轮的驱动力矩分配权值和分配系数，计算得到各个车轮的驱动力矩。

可选地，所述基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，计算获得所述车辆的实际横摆角速度，包括：

基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，获取车辆的纵向车速、前后轴之间的距离和前轮转角；

根据所述车辆的纵向车速、前后轴之间的距离和前轮转角，计算得到所述车辆的实际横摆角速度。

可选地，所述方法还包括：

基于车辆转向过程中侧向力受到轮胎在路面上附着能力的限制条件，计算得到目标临界横摆角速度；

基于所述目标临界横摆角速度和目标安全横摆角速度，确定期望横摆角速度。

一种分布式电动车四轮驱动力矩分配系统，包括：

第一计算单元，用于根据车辆的期望横摆角速度和实际横摆角速度的偏差，计算得到期望横摆力矩；

第一获取单元，用于获取所述车辆的实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息；

确定单元，用于基于所述期望横摆力矩、所述实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息，确定目标力矩分配模式；

分配单元，用于基于所述目标力矩分配模式，对所述车辆的各个车轮驱动力矩进行分配，得到各个车轮分配的驱动力矩。

可选地，所述系统还包括：

第二计算单元，用于基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，计算获得所述车辆的实际横摆角速度；

第三计算单元，用于基于稳态横摆角速度增益表达式，计算得到所述车辆的安全横摆角速度。

可选地，所述分配单元包括：

第一获取子单元，用于获取整车总驱动力矩和各个车轮的驱动力矩分配权值；

第一计算子单元，用于基于期望横摆力矩、车辆行驶轨迹的横向偏差和轮胎滑移率，计算得到各个车轮的驱动力矩分配系数；

第二计算子单元，用于基于所述整车总驱动力矩、各个车轮的驱动力矩分配权值和分配系数，计算得到各个车轮的驱动力矩。

可选地，所述第二计算子单元具体用于：

基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，获取车辆的纵向车速、前后轴之间的距离和前轮转角；

根据所述车辆的纵向车速、前后轴之间的距离和前轮转角，计算得到所述车辆的实际横摆角速度。

可选地，所述系统还包括：

第四计算单元，用于基于车辆转向过程中侧向力受到轮胎在路面上附着能力的限制条件，计算得到目标临界横摆角速度；

期望横摆角速度确定单元，用于基于所述目标临界横摆角速度和目标安全横摆角速度，确定期望横摆角速度。

相较于现有技术，本发明提供了一种分布式电动车四轮驱动力矩分配方法及系统，根据车辆的期望横摆角速度和实际横摆角速度的偏差，计算得到期望横摆力矩；获取所述车辆的实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息；基于所述期望横摆力矩、所述实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息，确定目标力矩分配模式；基于所述目标力矩分配模式，对所述车辆的各个车轮驱动力矩进行分配，得到各个车轮分配的驱动力矩。本发明通过四轮驱动力矩多模式分配方法，提高车辆在低附着路面上的高速避障能力，保证行驶过程中的横向稳定性，且提高四轮驱动力矩的分配效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种分布式电动车四轮驱动力矩分配方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的第一模式下的防止误判发生的方法的流程一种各个车轮制动力与横摆力矩的关系示意图；

图3为本发明实施例提供的一种力矩分配流程图；

图4为本发明实施例提供的一种车辆行驶轨迹跟随情况的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种横摆角速度对比的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种质心侧偏角对比的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种分布式电动车四轮驱动力矩分配系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

在本发明实施例中提供了一种分布式电动车四轮驱动力矩分配方法，例如可以应用于在针对高速越野环境下，通过本发明的分布式驱动电动车(4WID–EVS)四轮驱动力矩多模式分配方法，可提供越野车辆在低附着路面上的高速避障能力，保证行驶过程中的横向稳定性，且提高四轮驱动力矩的分配效率。

参见图1，该方法可以包括以下步骤：

S101、根据车辆的期望横摆角速度和实际横摆角速度的偏差，计算得到期望横摆力矩。

车辆传感器采集车速、前轮转角、四轮驱动力矩等车辆状态信息，确定实际横摆角速度、安全横摆角速度和临界横摆角速度。具体的，基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，计算获得所述车辆的实际横摆角速度；基于稳态横摆角速度增益表达式，计算得到所述车辆的安全横摆角速度。

在本发明实施例中，所述基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，计算获得所述车辆的实际横摆角速度，包括：

基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，获取车辆的纵向车速、前后轴之间的距离和前轮转角；根据所述车辆的纵向车速、前后轴之间的距离和前轮转角，计算得到所述车辆的实际横摆角速度。

S102、获取所述车辆的实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息。

S103、基于所述期望横摆力矩、所述实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息，确定目标力矩分配模式。

S104、基于所述目标力矩分配模式，对所述车辆的各个车轮驱动力矩进行分配，得到各个车轮分配的驱动力矩。

在本发明实施例中，基于车辆转向过程中侧向力受到轮胎在路面上附着能力的限制计算得到目标临界横摆角速度；根据实际横摆角速度和期望横摆角速度的差值计算期望横摆力矩；对分布式驱动越野电动车的驱动力矩分配模式进行划分，根据不同的行驶状态切换控制模式。其中，车辆行驶状态包括：不足转向，中性转向，过多转向。车辆出现失稳的情况，比如哪一侧出现侧滑甩尾，期望横摆角速度与实际横摆角速度的偏差大小，以此切换不同的控制模式。

根据期望横摆力矩，车辆实际横摆角速度与期望横摆角速度的偏差程度，车辆实际行驶轨迹的偏差程度和轮胎滑移率选取最优的驱动力矩的分配模式。

车辆实际横摆角速度为：

在该式中，u为纵向车速，l为前、后轴之间的距离，δ为前轮转角。

基于二自由度车辆模型，侧向运动和横摆运动方程的表达式为：

在上式中，K_f、K_r为汽车前、后轮的侧偏刚度；m为整车质量；I_Z为整车绕z轴的转动惯量；v是侧向车速。

当车辆进入稳态时，横摆角速度w_r为定值，此时，

得到目标安全横摆角速度为：

车辆转向过程中侧向力受到轮胎在路面上附着能力的限制，不能超过路面所能提供的侧向力极限值，临界横摆角速度为：

w_rl＝μg/u

因此，理想横摆角速度需满足的关系式为：

|w_rq|≤|w_rl|

在上式中，μ为路面附着系数，g为重力加速度。

综上所述，最终的理想横摆角度速度限定值为：

w_rd＝min{|w_rq|,|w_rl|}·sgn(δ)

在上式中，当x>0时，sgn(x)＝1；当x<0时，sgn(x)＝-1；当x＝0时，sgn(x)＝0。

车辆的各个车轮的制动力作用都会产生横摆力矩，并且控制效果各不相同，如图2所示，当横摆力矩以逆时针方向为正时，汽车的前外轮和内后轮的制动力对汽车横摆力矩的影响最大。当驾驶员进行左转时，制动力作用于外前轮将产生负的横摆力矩；制动力作用于后内轮将产生正的横摆力矩；制动力分别作用于后外轮、前内轮时同样会得到相应的横摆力矩，但作用效果不理想。显然，当后轴发生侧滑时，此时常用的方式是对前外轮施加制动力，产生向外侧的横摆力矩。当车辆前轴发生侧滑时，此时分别对后内轮，前内轮，后外轮施加制动力均能产生向内侧的横摆力矩，控制效果分别是横摆力矩随制动力的增加，或迅速增大，或很快变成负值，或先是负值然后有迅速增大。所以，仅通过对其中一个车轮制动力控制将很难得到期望横摆力矩。通过合理地分配各个车轮的驱、制动力，可得到理想横摆力矩，将有助于提高车辆横向稳定性。

考虑到分布式驱动电动汽车可灵活地分配各个驱动轮的驱、制动力矩，根据以上的理论分析，本节将根据载荷分配来将得到的期望横摆力矩转化为各个轮驱动力。整车驱动力矩等于各个车轮驱动力矩之和，如下所示：

T＝min{T₁+T₂+T₃+T₄}

在上式中，T为整车总驱动力矩，T_i为各个车轮驱动力矩，γ_i为各个车轮驱动力矩分配权值系数，Δw_r为期望横摆角速度和实际横摆角速度的偏差,ΔY为车辆行驶轨迹的横向偏差,s_i为轮胎滑移率,i＝1,2,3,4。

期望横摆力矩与各个车轮驱动力矩之间的关系，满足下式：

这里假设汽车的前、后轮距都相等，即：B_f＝B_r＝B；R为车轮半径。

参见图3，其示出了本发明实施例提供的力矩分配流程图，通过传感器采集各个参数，包括期望横摆角速度、期望轨迹点坐标，然后计算得到横摆角速度偏差、行驶轨迹偏差，从而得到期望横摆力矩和轮胎滑移率，进行多模式驱动决策，主要基于单轮控制、两轮控制、三轮控制和四轮控制。控制模式的选择基于车辆操纵稳定性理论，根据期望横摆角速度与实际横摆角速度的差值得到期望横摆力矩，然后将车辆横摆角速度的偏差值、横向轨迹偏差值、轮胎的滑移率作为各个轮的驱动力矩的约束条件，通过最优的模式切换将得到的期望横摆力矩转化为各个轮驱动力，合理地利用各个驱动轮，实现驱动轮利用率的最大化和横向稳定性控制。

在本发明实施例中为验证所设计的横向稳定性控制器的可靠性和准确性，基于Matlab/Simlink与CarSim仿真环境进行控制器仿真验证。参见表1为本发明实施例中仿真实验中利用的车辆模型数据。

表1

名称	数值	单位
			簧上质量m	227	Kg
轴距l	2.946	m
			质心高度h	0.781	m
前轴距离B<sub>f</sub>	1.9	m
			后轴距离B<sub>r</sub>	1.9	m
轮胎半径R	0.357	m
			前轴侧偏刚度K<sub>f</sub>	-81320	N·rad<sup>-1</sup>
后轴侧偏刚度K<sub>r</sub>	-89542	N·rad<sup>-1</sup>
			绕z轴转动惯量I<sub>z</sub>	3524.9	kg·m<sup>-2</sup>
质心至前轴距离a	1.33	m
			质心至后轴距离b	1.616	m

根据ISO 3888—1:1999(E)标准规定，选择双移线路面作为仿真工况。为验证所提出的控制器可用于越野极限环境下的车辆横向稳定性控制，测试环境为高速下湿滑泥泞路面。设定工况条件:初速度为100km/h、路面附着系数为0.4，仿真结果如图4、图5和图6所示。

本发明提供了一种分布式电动车四轮驱动力矩分配方法，根据车辆的期望横摆角速度和实际横摆角速度的偏差，计算得到期望横摆力矩；获取所述车辆的实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息；基于所述期望横摆力矩、所述实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息，确定目标力矩分配模式；基于所述目标力矩分配模式，对所述车辆的各个车轮驱动力矩进行分配，得到各个车轮分配的驱动力矩。本发明通过四轮驱动力矩多模式分配方法，提高车辆在低附着路面上的高速避障能力，保证行驶过程中的横向稳定性，且提高四轮驱动力矩的分配效率。

参见图7，在本发明实施例中还提供了一种分布式电动车四轮驱动力矩分配系统，包括：

第一计算单元10，用于根据车辆的期望横摆角速度和实际横摆角速度的偏差，计算得到期望横摆力矩；

第一获取单元20，用于获取所述车辆的实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息；

确定单元30，用于基于所述期望横摆力矩、所述实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息，确定目标力矩分配模式；

分配单元40，用于基于所述目标力矩分配模式，对所述车辆的各个车轮驱动力矩进行分配，得到各个车轮分配的驱动力矩。

可选地，所述系统还包括：

第二计算单元，用于基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，计算获得所述车辆的实际横摆角速度；

第三计算单元，用于基于稳态横摆角速度增益表达式，计算得到所述车辆的安全横摆角速度。

可选地，所述分配单元包括：

第一获取子单元，用于获取整车总驱动力矩和各个车轮的驱动力矩分配权值；

第一计算子单元，用于基于期望横摆力矩、车辆行驶轨迹的横向偏差和轮胎滑移率，计算得到各个车轮的驱动力矩分配系数；

第二计算子单元，用于基于所述整车总驱动力矩、各个车轮的驱动力矩分配权值和分配系数，计算得到各个车轮的驱动力矩。

可选地，所述第二计算子单元具体用于：

基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，获取车辆的纵向车速、前后轴之间的距离和前轮转角；

根据所述车辆的纵向车速、前后轴之间的距离和前轮转角，计算得到所述车辆的实际横摆角速度。

可选地，所述系统还包括：

第四计算单元，用于基于车辆转向过程中侧向力受到轮胎在路面上附着能力的限制条件，计算得到目标临界横摆角速度；

期望横摆角速度确定单元，用于基于所述目标临界横摆角速度和目标安全横摆角速度，确定期望横摆角速度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种分布式电动车四轮驱动力矩分配方法，其特征在于，包括：

根据车辆的期望横摆角速度和实际横摆角速度的偏差，计算得到期望横摆力矩；

获取所述车辆的实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息；

基于所述期望横摆力矩、所述实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息，确定目标力矩分配模式；所述目标力矩分配模式为以下至少一种：单轮控制、两轮控制、三轮控制和四轮控制；

基于所述目标力矩分配模式，对所述车辆的各个车轮驱动力矩进行分配，得到各个车轮分配的驱动力矩；

所述对所述车辆的各个车轮驱动力矩进行分配，得到各个车轮分配的驱动力矩，包括：

获取整车总驱动力矩和各个车轮的驱动力矩分配权值；

基于期望横摆力矩、车辆行驶轨迹的横向偏差和轮胎滑移率，计算得到各个车轮的驱动力矩分配系数；

基于所述整车总驱动力矩、各个车轮的驱动力矩分配权值和分配系数，计算得到各个车轮的驱动力矩；

其中，所述整车驱动力矩等于各个车轮驱动力矩之和，计算公式如下：

T＝min{T₁+T₂+T₃+T₄}

T为整车总驱动力矩，T_i为各个车轮驱动力矩，γ_i为各个车轮驱动力矩分配权值系数，Δw_r为期望横摆角速度和实际横摆角速度的偏差,ΔY为车辆行驶轨迹的横向偏差,s_i为轮胎滑移率,i＝1,2,3,4；

所述期望横摆力矩与各个车轮驱动力矩之间的关系，满足下式：

其中，所述M_z表示期望横摆力矩，所述R表示车轮半径，所述B表示轮距，所述δ表示前轮转角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，计算获得所述车辆的实际横摆角速度；

基于稳态横摆角速度增益表达式，计算得到所述车辆的安全横摆角速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，计算获得所述车辆的实际横摆角速度，包括：

基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，获取车辆的纵向车速、前后轴之间的距离和前轮转角；

根据所述车辆的纵向车速、前后轴之间的距离和前轮转角，计算得到所述车辆的实际横摆角速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于车辆转向过程中侧向力受到轮胎在路面上附着能力的限制条件，计算得到目标临界横摆角速度；

基于所述目标临界横摆角速度和目标安全横摆角速度，确定期望横摆角速度。

5.一种分布式电动车四轮驱动力矩分配系统，其特征在于，包括：

第一计算单元，用于根据车辆的期望横摆角速度和实际横摆角速度的偏差，计算得到期望横摆力矩；

第一获取单元，用于获取所述车辆的实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息；

确定单元，用于基于所述期望横摆力矩、所述实际行驶轨迹的偏差信息和各个轮胎的滑移信息，确定目标力矩分配模式；所述目标力矩分配模式为以下至少一种：单轮控制、两轮控制、三轮控制和四轮控制；

分配单元，用于基于所述目标力矩分配模式，对所述车辆的各个车轮驱动力矩进行分配，得到各个车轮分配的驱动力矩；

所述分配单元包括：

第一获取子单元，用于获取整车总驱动力矩和各个车轮的驱动力矩分配权值；

第一计算子单元，用于基于期望横摆力矩、车辆行驶轨迹的横向偏差和轮胎滑移率，计算得到各个车轮的驱动力矩分配系数；

第二计算子单元，用于基于所述整车总驱动力矩、各个车轮的驱动力矩分配权值和分配系数，计算得到各个车轮的驱动力矩；

其中，所述整车驱动力矩等于各个车轮驱动力矩之和，计算公式如下：

T＝min{T₁+T₂+T₃+T₄}

T为整车总驱动力矩，T_i为各个车轮驱动力矩，γ_i为各个车轮驱动力矩分配权值系数，Δw_r为期望横摆角速度和实际横摆角速度的偏差,ΔY为车辆行驶轨迹的横向偏差,s_i为轮胎滑移率,i＝1,2,3,4；

所述期望横摆力矩与各个车轮驱动力矩之间的关系，满足下式：

其中，所述M_z表示期望横摆力矩，所述R表示车轮半径，所述B表示轮距，所述δ表示前轮转角。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第二计算单元，用于基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，计算获得所述车辆的实际横摆角速度；

第三计算单元，用于基于稳态横摆角速度增益表达式，计算得到所述车辆的安全横摆角速度。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二计算子单元具体用于：

基于所述车辆的车载传感器采集到的车速和前轮转角参数，获取车辆的纵向车速、前后轴之间的距离和前轮转角；

根据所述车辆的纵向车速、前后轴之间的距离和前轮转角，计算得到所述车辆的实际横摆角速度。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第四计算单元，用于基于车辆转向过程中侧向力受到轮胎在路面上附着能力的限制条件，计算得到目标临界横摆角速度；

期望横摆角速度确定单元，用于基于所述目标临界横摆角速度和目标安全横摆角速度，确定期望横摆角速度。

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