发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题,提出了一种基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法及其装置,其所要解决的技术问题是:如何根据车辆的实时状态来分配扭矩,提高安全性。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现:一种基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法,包括:
根据车辆当前运行参数计算出驾驶员实际需求扭矩;
实时获取车辆的纵向加速度和侧向加速度并进行计算获取前轴载荷和后轴载荷;
根据前轴载荷和后轴载荷进行查询扭矩分配系数二维表,进而获得对应于当前前轴载荷和后轴载荷的扭矩分配系数;
根据当前的驾驶员实际需求扭矩和扭矩分配系数进行计算获得前轴扭矩控制值和后轴扭矩控制值。
四驱电动汽车启动后,首先可根据预设的扭矩分配系数对车辆的前轴需求扭矩和后轴需求扭矩进行控制,之后则本基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法进入工作,首先根据车辆当前运行参数计算出驾驶员实际需求扭矩,再根据纵向加速度和侧向加速度进行计算获取前轴载荷和后轴载荷,前后轴载荷代表着各个车轮与地面之间的抓地力,通过前后轴的载荷分布情况来实时分配前后轴的需求扭矩,能够保证动力最大的情况下,提高车辆的稳定性与安全性,而且本方案中的前轴载荷和后轴载荷是根据实时获取的纵向加速度和侧向加速度进行计算获得的,结合了车辆实时运行状态,获得的前轴载荷和后轴载荷精确地反应了车辆的当前状态。之后则根据前轴载荷和后轴载荷进行查询扭矩分配系数二维表来获得相应地扭矩分配系数,再由当前的驾驶员实际需求扭矩与扭矩分配系数进行相乘获得前轴需求扭矩和后轴需求扭矩,扭矩分配准确性高,实现了根据车辆的实时状态来分配扭矩,安全性高。
在上述的基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法中,实时获取车辆的纵向加速度和侧向加速度并进行计算获取前轴载荷和后轴载荷的操作包括:
获取车辆的物理结构参数,包括后轴距、前轴距、轴距、后轴轮距、前轴轮距和质心高度;
根据纵向加速度、侧向加速度、后轴距、轴距、前轴轮距和质心高度进行计算获取左前轮的垂向载荷和右前轮的垂向载荷;
根据纵向加速度、侧向加速度、前轴距、轴距、后轴轮距和质心高度进行计算获取左后轮的垂向载荷和右后轮的垂向载荷;
将计算获得的左前轮的垂向载荷和右前轮的垂向载荷进行相加计算获得前轴载荷;
将计算获得的左后轮的垂向载荷和右后轮的垂向载荷进行相加计算获得后轴载荷。
通过实时获取的纵向加速度和侧向加速度并结合车辆的物理结构参数对车辆的每个车轮进行计算垂向载荷,根据垂向载荷能够清楚地知道每个车轮与地面之间的抓地力,并根据前轴载荷和后轴载荷进行查表获得扭矩分配系数,在控制时,能够根据车辆的实时运行状态进行扭矩分配,及时调整车辆的打滑的情况,扭矩分配控制精确度高,进而提高了车辆的稳定性和安全性。
在上述的基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法中,所述左前轮垂向载荷由下面的载荷计算公式一计算获得,所述载荷计算公式一为:
其中,Ffl为左前轮垂向载荷;r为后轴距;L为轴距;B为前轴轮距;h为质心高度;m为整车质量;ax为纵向加速度;at为侧向加速度;g为重量加速度。
在上述的基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法中,所述右前轮垂向载荷由下面的载荷计算公式二计算获得,所述载荷计算公式二为:
其中,fr为右前轮垂向载荷;r为后轴距;L为轴距;B为前轴轮距;h为质心高度;m为整车质量;ax为纵向加速度;ay为侧向加速度;g为重量加速度。
在上述的基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法中,其特征在于,所述左后轮垂向载荷由下面的载荷计算公式三计算获得,所述载荷计算公式三为:
其中,Frl为左后轮垂向载荷;Lf为前轴距;L为轴距;A为后轴轮距;h为质心高度;m为整车质量;ax为纵向加速度;ay为侧向加速度;g为重量加速度。
在上述的基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法中,所述右后轮垂向载荷由下面的载荷计算公式四计算获得,所述载荷计算公式四为:
其中,Frr为右后轮垂向载荷;Lf为前轴距;L为轴距;A为后轴轮距;h为质心高度;m为整车质量;ax为纵向加速度;ay为侧向加速度;g为重量加速度。
在上述的基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法中,利用加速度计传感器实时采集获取车辆的纵向加速度和侧向加速度。
一种基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配装置,包括:
信号采集模块,用于获取车辆当前运行参数、车辆的纵向加速度和侧向加速度;
驾驶员需求扭矩获取模块,用于根据车辆当前运行参数计算出驾驶员实际需求扭矩;
前后载荷计算模块,用于根据信号采集模块获取的纵向加速度和侧向加速度进行计算获取前轴载荷和后轴载荷;
扭矩分配系数获取模块,用于根据前轴载荷和后轴载荷进行查询扭矩分配系数二维表获取扭矩分配系数;
前后轴扭矩计算模块,用于根据驾驶员需求扭矩获取模块计算的驾驶员实际需求扭矩和扭矩分配系数获取模块获取的扭矩分配系数进行计算获得前轴扭矩控制值和后轴扭矩控制值。
本基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配装置,在四驱电动汽车启动后,首先通过信号采集模块实时获取车辆当前运行参数、纵向加速度和侧向加速度,进而由驾驶员需求扭矩获取模块根据车辆当前运行参数计算出驾驶员实际需求扭矩,再由前后载荷计算模块根据纵向加速度和侧向加速度进行计算获取前轴载荷和后轴载荷,前后轴载荷代表着各个车轮与地面之间的抓地力,通过前后轴的载荷分布情况来实时分配前后轴的需求扭矩,能够保证动力最大的情况下,提高车辆的稳定性与安全性。之后由扭矩分配系数获取模块根据前轴载荷和后轴载荷进行查询扭矩分配系数二维表来获得相应地扭矩分配系数,再由前后轴扭矩计算模块将当前的驾驶员实际需求扭矩与扭矩分配系数进行相乘获得前轴需求扭矩和后轴需求扭矩,本发明的方案是采用车辆的实时运行状态进行扭矩分配,扭矩分配准确性高,提高了车辆的安全性。
在上述的基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法中,所述前后载荷计算模块包括:
左前轮载荷计算模型,用于根据纵向加速度和侧向加速度并结合车辆的物理结构参数进行计算获得左前轮的垂向载荷;
右前轮载荷计算模型,用于根据纵向加速度和侧向加速度并结合车辆的物理结构参数进行计算获得右前轮的垂向载荷;
左后轮载荷计算模型,用于根据纵向加速度和侧向加速度并结合车辆的物理结构参数进行计算获得左后轮的垂向载荷;
右后轮载荷计算模型,用于根据纵向加速度和侧向加速度并结合车辆的物理结构参数进行计算获得右后轮的垂向载荷;
前轴载荷计算模块,用于将左前轮载荷计算模型计算的左前轮的垂向载荷和右前轮载荷计算模型计算的右前轮的垂向载荷进行相加计算获得前轴载荷;
后轴载荷计算模块,用于将左后轮载荷计算模型计算的左后轮的垂向载荷和右后轮载荷计算模型计算的右后轮的垂向载荷进行相加计算获得后轴载荷。
在上述的基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法中,所述信号采集模块包括用于获取车辆的纵向加速度和侧向加速度的加速度计传感器和用于获取车辆当前运行参数的CAN总线。
与现有技术相比,本基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法及其装置具有以下优点:
1、本发明是根据纵向加速度和侧向加速度来计算各个车轮的垂向载荷,通过前后轴的垂向载荷分布情况来实时分配前后轴的电机扭矩,达到了保证动力最大的前提下,提高了车辆的稳定性与安全性。
2、本发明根据车辆的实时运行状态来计算前后轴载荷,载荷估算精度高,为四驱车辆前后轴扭矩分配的准确性提高了保证,更能保证车辆的安全性与稳定性。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
如图3所示,本基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配装置包括:信号采集模块1、驾驶员需求扭矩获取模块2、前后载荷计算模块3、扭矩分配系数获取模块4和前后轴扭矩计算模块5,信号采集模块1分别与驾驶员需求扭矩获取模块2和前后载荷计算模块3连接,扭矩分配系数获取与前后载荷计算模块3连接,前后轴扭矩计算模块5分别连接扭矩分配系数获取模块4和驾驶员需求扭矩获取模块2。其中,前后载荷计算模块3包括左前轮载荷计算模型31、右前轮载荷计算模型32、左后轮载荷计算模型33、右后轮载荷计算模型34、前轴载荷计算模块35和后轴载荷计算模块36,左前轮载荷额计算模型与信号采集模块1连接,用于根据纵向加速度和侧向加速度并结合车辆的物理结构参数进行计算获得左前轮的垂向载荷;右前轮载荷计算模型32与信号采集模块1连接,用于根据纵向加速度和侧向加速度并结合车辆的物理结构参数进行计算获得右前轮的垂向载荷;左后轮载荷计算模型33与信号采集模块1连接,用于根据纵向加速度和侧向加速度并结合车辆的物理结构参数进行计算获得左后轮的垂向载荷;右后轮载荷计算模型34与信号采集模块1连接,用于根据纵向加速度和侧向加速度并结合车辆的物理结构参数进行计算获得右后轮的垂向载荷;前轴载荷计算模块35分别连接左前轮载荷计算模型31和右前轮载荷计算模型32,用于将左前轮载荷计算模型31计算的左前轮的垂向载荷和右前轮载荷计算模型32计算的右前轮的垂向载荷进行相加计算获得前轴载荷;后轴载荷计算模块36分别连接左后轮载荷计算模型33和右后轮载荷计算模型34,用于将左后轮载荷计算模型33计算的左后轮的垂向载荷和右后轮载荷计算模型34计算的右后轮的垂向载荷进行相加计算获得后轴载荷。
信号采集模块11包括CAN总线11和加速度计传感器12,在车辆的网络中,由CAN总线11建立了车载网络连接,因此,通过CAN总线11能够获得车辆当前运行参数,包括车速、方向盘转角、油门开度、制定踏板和挡位等参数,加速度计传感器12对车辆的纵向加速度和侧向加速度进行实时采集。
本基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配装置的各功能部件可集成于车辆的电机控制器或者整车控制器中,如果是集成于整车控制器中,则通过整车控制器输出前轴扭矩控制值和后轴扭矩控制值给电机控制器,通过电机控制器控制前后轴电机根据实时分配的扭矩控制值进行动作。
本基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配装置是通过设置各种功能部件分别对应实现了基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法。下面通过基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法来说明基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配装置的工作原理。
如图1、2所示,本基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配方法为基于垂直载荷分布的四驱扭矩分配装置的控制方法,首先将车辆的物理结构参数,包括后轴距、前轴距、轴距、后轴轮距、前轴轮距和质心高度等的参数进行预存,在四驱电动汽车行驶过程时,首先通过信号采集模块1实时获取车辆当前运行参数、纵向加速度和侧向加速度,由驾驶员需求扭矩获取模块2根据车辆当前运行参数中的方向盘转角、车速、油门开度、制动踏板和挡位进行综合计算获得驾驶员实际需求扭矩;由前后载荷计算模块3中的左前轮载荷计算模型31、右前轮载荷计算模型32、左后轮载荷计算模型33和右后轮载荷计算模型34分别根据纵向加速度和侧向加速度并结合车辆的物理结构参数对车辆的各个车轮的垂向载荷进行计算,其中的左前轮的垂向载荷Ffl通过载荷计算公式一计算获取,载荷计算公式一为:
其中,Ffl为左前轮垂向载荷;LL为后轴距;L为轴距;B为前轴轮距;h为质心高度;m为整车质量;ax为纵向加速度;ay为侧向加速度;g为重量加速度。
右前轮的垂向载荷Ffr通过载荷计算公式二计算获得,载荷计算公式二为:
所述载荷计算公式二为:
其中,Ffr为右前轮垂向载荷;Lr为后轴距;L为轴距;B为前轴轮距;h为质心高度;m为整车质量;ax为纵向加速度;ay为侧向加速度;g为重量加速度。
左后轮的垂向载荷Frl通过载荷计算公式三计算获得,载荷计算公式三为:
其中,Frl为左后轮垂向载荷;Lf为前轴距;L为轴距;A为后轴轮距;h为质心高度;m为整车质量;ax为纵向加速度;ay为侧向加速度;g为重量加速度。
右后轮的垂向载荷Frr通过载荷计算公式四计算获得,载荷计算公式四为:
其中,Frr为右后轮垂向载荷;Lf为前轴距;L为轴距;A为后轴轮距;h为质心高度;m为整车质量;ax为纵向加速度;ay为侧向加速度;g为重量加速度。
计算获得各个车轮的垂向载荷之后,由前轴载荷计算模块35将左前轮的垂向载荷和右前轮的垂向载荷进行相加计算即获得前轴载荷;由后轴载荷计算模块36将左后轮的垂向载荷和右后轮的垂向载荷进行相加计算即获得后轴载荷。
之后由扭矩分配系数获取模块4根据前轴载荷和后轴载荷进行查询扭矩分配系数二维表来获得相应地扭矩分配系数,再由前后轴扭矩计算模块5将当前的驾驶员实际需求扭矩与扭矩分配系数进行相乘获得前轴需求扭矩和后轴需求扭矩。在本实施例中,扭矩分配系数二维表通过线下无数次测试并考虑车辆的各个行驶工况得出的由前轴载荷、后轴载荷和扭矩分配系数这三个参数组成的扭矩分配系数二维表,根据扭矩分配系数二维表进行查询扭矩分配系数,准确性高。在本实施例中,扭矩分配二维标准中的扭矩分配系数为后轴扭矩分配系数,将驾驶员实际需求扭矩与根据前轴载荷和后轴载荷查表获取的扭矩分配系数进行相乘计算即可获得后轴扭矩控制值,再将驾驶员实际需求扭矩与后轴扭矩控制值进行相减即得到了前轴扭矩控制值。本发明的方案是采用车辆的实时运行状态进行扭矩分配,扭矩分配准确性高,提高了车辆的安全性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。