CN113353081B - 一种四驱车的前后轴扭矩分配系统和方法 - Google Patents

一种四驱车的前后轴扭矩分配系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种四驱车的前后轴扭矩分配方法，其基于纵向加速度获取前轴基准扭矩TF0和后轴基准扭矩TR0；基于目标横摆角速度与实际横摆角速度获取横摆角速度修正扭矩TYRFB；基于轴间滑移率误差获取滑移率修正扭矩TDNFB；基于横摆角速度修正扭矩TYRFB和滑移率修正扭矩TDNFB获取前后轴修正扭矩TFB；基于前后轴修正扭矩TFB获取前轴电机扭矩TF＝TF0+TFB，后轴电机扭矩TR＝TR0‑TFB。本发明不仅实现合理的纵向滑移、纵向加速度和横摆角速度控制，而且能够降低车辆打滑情况、充分利用路面附着系数，提高整车动力性，同时实现保证整车操稳的前提下，提高车辆纵向加速性能。

Description

一种四驱车的前后轴扭矩分配系统和方法
技术领域
本发明公开了一种扭矩分配系统和方法，属于扭矩分配技术领域，具体公开了一种四驱车的前后轴扭矩分配系统和方法。
背景技术
在目前世界各国关于汽车油耗排放法规越来越严苛的环境下，纯电动汽车具有节能、高效、零排放的优点，因此目前较多国家致力于推进纯电动汽车的研发和市场化。四驱汽车较两驱汽车能够提供更为强劲的动力。在湿滑路面和非铺装路面四驱车较两驱车具有更高的通过性，更强的脱困能力。新能源四驱车辆通过将电机作为驱动轴的动力源，可以在前后轴均布置一个驱动电机，简化了传统四驱系统的传动结构，为车内乘客留出了更大的乘坐空间。而且由于不受机械传动装置传递扭矩限值的限制，新能源四驱车辆的前后轴扭矩分配比例可以在0:100至100:0之间连续调节，能够更充分的发挥四驱车型操纵稳定性的优势。
中国发明专利CN108216240A的说明书中公开了一种用于控制四轮驱动车辆的前轮和后轮扭矩分配的方法和装置，其包括滑移控制扭矩计算部，被配置为：在4WD模式下行驶期间，基于从车辆收集的信息来计算后轮的滑移控制扭矩；操纵控制扭矩计算部，被配置为：在4WD模式下行驶期间，基于从车辆收集的信息来计算后轮的操纵控制扭矩；加权因子确定部，被配置为：基于车辆状态信息来确定滑移控制加权因子和操纵控制加权因子；以及目标扭矩计算部，被配置为：通过将加权因子分别应用于滑移控制扭矩和操纵控制扭矩并进行求和来计算后轮的目标扭矩，其中，后轮的目标扭矩为分配给后轮的扭矩的目标值。该发明虽然公开了基于横摆角速度误差和轴间滑移率，对前后轴扭矩进行分配的控制策略，但是该方案中的前后轴扭矩分配只根据轴间滑移率和横摆角速度，未考虑纵向加速度对前后轴扭矩分配的影响，故存在存在前后扭矩分配考虑要素不全面的技术缺陷，其无法在保证操稳、滑移控制的前提下，提高整车纵向加速性能。
中国发明专利CN106043284A的说明书中公开了一种电动四轮驱动混合电动车辆的前后轮扭矩分配的控制方法，该控制方法包括：由车辆状态信息和驾驶员驾驶操作输入信息确定燃油效率最优模式和4WD模式其中之一为驾驶模式；计算驾驶员要求的总扭矩量；当确定为所述4WD模式时，计算所述4WD模式下的后轮扭矩量；计算所述4WD模式下的前轮扭矩量；计算所述4WD模式下的前轮发动机扭矩量；以及根据计算出的4WD模式下的前轮发动机扭矩量和计算出的4WD模式下的后轮扭矩量，控制前轮驱动下发动机扭矩输出和后轮驱动下驱动电动机的扭矩输出。该技术方案虽然公开了前后轴扭矩分配方法，但该方法只考虑到了纵向加速度、横摆角速度误差对前后轴扭矩分配的影响，未考虑纵向滑移率对前后轴扭矩分配的影响，故存在存在前后扭矩分配考虑要素不全面的技术缺陷，其无法在保证操稳、滑移控制的前提下，提高整车纵向加速性能。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，发明提供了一种四驱车的前后轴扭矩分配系统和方法，其不仅实现合理的纵向滑移、纵向加速度和横摆角速度控制，而且能够降低车辆打滑情况、充分利用路面附着系数，提高整车动力性，同时实现保证整车操稳的前提下，提高车辆纵向加速性能。
本发明公开了一种四驱车的前后轴扭矩分配系统，其特征在于：包括纵向加速度控制模块，用于将输入的纵向加速度信号转换为前轴基准扭矩信号和后轴基准扭矩信号，并将前轴基准扭矩信号和后轴基准扭矩信号输出至输出模块；滑移率控制模块，用于将输入的实际轴间滑移率信号转换为滑移率修正扭矩信号，并将滑移率修正扭矩信号输出至扭矩决策模块；横摆角速度控制模块，用于将输入的目标横摆角速度信号与实际横摆角速度信号转换为横摆角速度修正扭矩信号，并将横摆角速度修正扭矩信号输出至扭矩决策模块；扭矩决策模块，用于将输入的滑移率修正扭矩信号和横摆角速度修正扭矩信号转换为前后轴修正扭矩信号，并将前后轴修正扭矩信号发送输出模块；输出模块，用于将输入的基于前轴基准扭矩信号、后轴基准扭矩信号和将前后轴修正扭矩信号转换为前轴扭矩信号和后轴扭矩信号，并将前轴扭矩信号和后轴扭矩信号输出至执行单元。
在本发明的一种优选实施方案中，纵向加速度信号、实际横摆角速度信号通过汽车电子稳定控制系统ESC获取，目标横摆角速度信号通过纵向车速计算获取，实际轴间滑移率信号通过前轴左右轮的平均车速、后轴左右轮的平均车速计算获取，纵向车速、前轴左右轮的平均车速、后轴左右轮的平均车速通过整车控制器VCU获取。
本发明还公开了一种四驱车的前后轴扭矩分配方法，基于纵向加速度获取前轴基准扭矩TF0和后轴基准扭矩TR0；基于目标横摆角速度与实际横摆角速度获取横摆角速度修正扭矩TYRFB；基于轴间滑移率误差获取滑移率修正扭矩TDNFB；基于横摆角速度修正扭矩TYRFB和滑移率修正扭矩TDNFB获取前后轴修正扭矩TFB；基于前后轴修正扭矩TFB获取前轴电机扭矩TF＝TF0+TFB，后轴电机扭矩TR＝TR0-TFB。
在本发明的一种优选实施方案中，后轴基准扭矩TR0＝Tall*(Lf/L+ax/g*hg/L)，前轴基准扭矩TF0＝Tall-TR0，其中，Tall为轮边总驱动扭矩请求，Lf为汽车质心到前轴的水平距离，L为前后轴的水平距离，ax为纵向加速度，hg为质心高度。
在本发明的一种优选实施方案中，轮边总驱动扭矩请求Tall基于车速信号、油门踏板信号、档位信号、驾驶模式信号获取。
在本发明的一种优选实施方案中，基于目标横摆角速度与实际横摆角速度差值，采用PI控制方法获取横摆角速度修正扭矩TYRFB：
Figure BDA0003139696680000041
Figure BDA0003139696680000042
Figure BDA0003139696680000043
其中，Vx为纵向车速，L为前后轴轴距，δ为方向盘转角，Kus为转向不足梯度，Ψactual为通过汽车电子稳定控制系统获取的实际横摆角速度，
Figure BDA0003139696680000044
为目标横摆角速度。
在本发明的一种优选实施方案中，基于轴间滑移率误差，采用PI控制方法获取滑移率修正扭矩TDNFB：
Figure BDA0003139696680000045
slip_ratio_error＝|target_slip_ratio-actual_slip_ratio|
actual_slip_ratio＝|Vfront-Vrear|/max(Vfront，Vrear)×100％
其中，target_slip_ratio为目标轴间滑移率，取值为10％～30％，Vfront为前轴左右轮的平均车速，Vrear为后轴左右轮的平均车速。
在本发明的一种优选实施方案中，target_slip_ratio取值与路面类型有关；当行驶路面为低附着路面时，target_slip_ratio取值范围为10％～20％；当行驶路面为高附着路面时，target_slip_ratio取值范围为20％～30％。
在本发明的一种优选实施方案中，前后轴修正扭矩TFB＝TYRFB*Factor+TDNFB*(1-Factor)，其中，Factor为修正系数，修正系数Factor与横摆角速度误差Ψerror相关。
在本发明的一种优选实施方案中，当Ψerror＜Ψ1时，Factor＝1；当Ψerror＞Ψ2时，Factor＝0，当Ψ1≤Ψerror≤Ψ2时，0＜Factor＜1，其中Ψ1、Ψ2均为标定值。
本发明的有益效果是：本发明综合考虑了纵向加速度、横摆角速度和轴间滑移率对前后轴扭矩分配的影响，综合实现纵向加速度、纵向滑移和横摆角速度的优化控制，以实现在保证操稳、滑移控制的前提下，提高整车纵向加速性能；进一步的，本发明在实现合理的纵向滑移、纵向加速度和横摆角速度控制的同时，具有逻辑算法计算量校、方便工程实现的优点；进一步的，本发明在分配前后轴扭矩时考虑了车辆存在纵向滑移的工况，能够有效地以降低车辆打滑情况；进一步的，当车辆存在纵向加速度时，本发明基于根据加速度等信息对前后轴扭矩进行调整，充分的利用路面附着系数，从而提高整车动力性；进一步的，本发明根据车辆纵向加速度、横摆角速度和纵向滑移情况，对前后轴扭矩进行合理分配，以实现保证整车操稳的前提下，提高车辆纵向加速性能。
附图说明
图1为本发明一种四驱车的前后轴扭矩分配方法的流程图；
图2为本发明一种四驱车的前后轴扭矩分配方法中修正系数Factor与横摆角速度误差Ψerror的关系示意图。
具体实施方式
下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
本发明公开了一种四驱车的前后轴扭矩分配系统，其特征在于：包括纵向加速度控制模块，用于将输入的纵向加速度信号转换为前轴基准扭矩信号和后轴基准扭矩信号，并将前轴基准扭矩信号和后轴基准扭矩信号输出至输出模块；滑移率控制模块，用于将输入的实际轴间滑移率信号转换为滑移率修正扭矩信号，并将滑移率修正扭矩信号输出至扭矩决策模块；横摆角速度控制模块，用于将输入的目标横摆角速度信号与实际横摆角速度信号转换为横摆角速度修正扭矩信号，并将横摆角速度修正扭矩信号输出至扭矩决策模块；扭矩决策模块，用于将输入的滑移率修正扭矩信号和横摆角速度修正扭矩信号转换为前后轴修正扭矩信号，并将前后轴修正扭矩信号发送输出模块；输出模块，用于将输入的基于前轴基准扭矩信号、后轴基准扭矩信号和将前后轴修正扭矩信号转换为前轴扭矩信号和后轴扭矩信号，并将前轴扭矩信号和后轴扭矩信号输出至执行单元。
在本发明的一种优选实施方案中，纵向加速度信号、实际横摆角速度信号通过汽车电子稳定控制系统ESC获取，目标横摆角速度信号通过纵向车速计算获取，实际轴间滑移率信号通过前轴左右轮的平均车速、后轴左右轮的平均车速计算获取，纵向车速、前轴左右轮的平均车速、后轴左右轮的平均车速通过整车控制器VCU获取。
本发明还公开了一种四驱车的前后轴扭矩分配方法，其1)将纵向加速度控制、横摆角速度控制和滑移率控制的前后轴扭矩分配进行耦合，得到最终前后轴扭矩指令，具体步骤如下：
纵向加速度控制是基于前后轴载荷、纵向加速度等，分别计算前后轴的基准扭矩；其中，后轴基准扭矩TR0＝Rall*(Lf/L+ax/g*hg/L)，前轴基准扭矩TF0＝Tall-TR0；
Tall为轮边总驱动扭矩请求，其根据车速、油门踏板、档位等信号计算得到；Lf为汽车质心到前轴的水平距离；L为前后轴的水平距离；ax为纵向加速度；hg为质心高度；
横摆角速度修正扭矩是基于目标横摆角速度与实际横摆角速度差值，采用PI控制方法计算得到，横摆角速度修正扭矩
Figure BDA0003139696680000071
Figure BDA0003139696680000072
目标横摆角速度
Figure BDA0003139696680000073
与可根据以下公式获取。其中，Vx为纵向车速；L为前后轴轴距；δ为方向盘转角；Kus为转向不足梯度，其可通过试验获取；
Figure BDA0003139696680000074
实际横摆角速度Ψactual可通过ESC(汽车电子稳定控制系统)获取；
横摆角速度误差Ψerror为目标横摆角速度
Figure BDA0003139696680000075
与实际横摆角速度Ψacrual差值的绝对值,横摆角速度误差
Figure BDA0003139696680000076
滑移率修正扭矩是基于轴间滑移率误差，采用PI控制方法计算得到，滑移率修正扭矩
Figure BDA0003139696680000077
根据公式slip_ratio_error＝|target_slip_ratio-actual_slip_ratio|,获得轴间滑移率误差。
target_slip_ratio为目标轴间滑移率，其取值与路面类型有关：当低附着路面下，target_slip_ratio可设为10％～20％，高附着路面下，target_slip_ratio可设为20％～30％。
actual_slip_ratio为实际轴间滑移率，其可根据公式
actual_slip_ratio＝|Vfront-Vrear|/max(Vfront，Vrear)×100％
获取。其中，Vfront为前轴左右轮的平均车速，Vrear为后轴左右轮的平均车速；
横摆角速度修正扭矩和滑移率修正扭矩进行综合决策，得到前后轴修正扭矩TFB＝TYRFB*Factor+TDNFB*(1-Tactor)；
Factor为修正系数，其与Ψerror之间的关系如附图2所示；＝
Ψerror比较小时，factor为1，前后轴扭矩分配仅响应横摆角速度误差的控制需求；Ψerror比较大时，factor为0，前后轴扭矩分配仅响应轴间滑移率的控制需求。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种四驱车的前后轴扭矩分配系统，其特征在于：包括
纵向加速度控制模块，用于将输入的纵向加速度信号转换为前轴基准扭矩信号和后轴基准扭矩信号，并将前轴基准扭矩信号和后轴基准扭矩信号输出至输出模块；
滑移率控制模块，用于将输入的实际轴间滑移率信号转换为滑移率修正扭矩信号，并将滑移率修正扭矩信号输出至扭矩决策模块；
横摆角速度控制模块，用于将输入的目标横摆角速度信号与实际横摆角速度信号转换为横摆角速度修正扭矩信号，并将横摆角速度修正扭矩信号输出至扭矩决策模块；
扭矩决策模块，用于将输入的滑移率修正扭矩信号和横摆角速度修正扭矩信号转换为前后轴修正扭矩信号，并将前后轴修正扭矩信号发送输出模块；
输出模块，用于将输入的基于前轴基准扭矩信号、后轴基准扭矩信号和将前后轴修正扭矩信号转换为前轴扭矩信号和后轴扭矩信号，并将前轴扭矩信号和后轴扭矩信号输出至执行单元。
2.根据权利要求1所述的四驱车的前后轴扭矩分配系统，其特征在于：纵向加速度信号、实际横摆角速度信号通过汽车电子稳定控制系统ESC获取，目标横摆角速度信号通过纵向车速计算获取，实际轴间滑移率信号通过前轴左右轮的平均车速、后轴左右轮的平均车速计算获取，纵向车速、前轴左右轮的平均车速、后轴左右轮的平均车速通过整车控制器VCU获取。
3.一种四驱车的前后轴扭矩分配方法，其特征在于：基于纵向加速度获取前轴基准扭矩TF0和后轴基准扭矩TR0；基于目标横摆角速度与实际横摆角速度获取横摆角速度修正扭矩TYRFB；基于轴间滑移率误差获取滑移率修正扭矩TDNFB；基于横摆角速度修正扭矩TYRFB和滑移率修正扭矩TDNFB获取前后轴修正扭矩TFB；基于前后轴修正扭矩TFB获取前轴电机扭矩TF＝TF0+TFB，后轴电机扭矩TR＝TR0-TFB。
4.根据权利要求3所述的四驱车的前后轴扭矩分配方法，其特征在于：后轴基准扭矩TR0＝Tall*(Lf/L+ax/g*hg/L)，前轴基准扭矩TF0＝Tall-TR0，其中，Tall为轮边总驱动扭矩请求，Lf为汽车质心到前轴的水平距离，L为前后轴的水平距离，ax为纵向加速度，hg为质心高度。
5.根据权利要求4所述的四驱车的前后轴扭矩分配方法，其特征在于：轮边总驱动扭矩请求Tall基于车速信号、油门踏板信号、档位信号、驾驶模式信号获取。
6.根据权利要求3所述的四驱车的前后轴扭矩分配方法，其特征在于：基于目标横摆角速度与实际横摆角速度差值，采用PI控制方法获取横摆角速度修正扭矩TYRFB：
TYRFB＝KP*Ψerror+KI∫0 tΨerrordt
Figure FDA0003139696670000022
Figure FDA0003139696670000021
其中，Vx为纵向车速，L为前后轴轴距，δ为方向盘转角，Kus为转向不足梯度，Ψactual为通过汽车电子稳定控制系统获取的实际横摆角速度，
Figure FDA0003139696670000023
为目标横摆角速度。
7.根据权利要求3所述的四驱车的前后轴扭矩分配方法，其特征在于：基于轴间滑移率误差，采用PI控制方法获取滑移率修正扭矩TDNFB：
TDNFB＝KP*slip_ratio_error+KI∫0 tslip_ratio_error dt
slip_ratio_error＝|target_slip_ratio-actual_slip_ratio|
actual_slip_ratio＝|Vfront-Vrear|/max(Vfront，Vrear)×100％
其中，target_slip_ratio为目标轴间滑移率，取值为10％～30％，Vfront为前轴左右轮的平均车速，Vrear为后轴左右轮的平均车速。
8.根据权利要求7所述的四驱车的前后轴扭矩分配方法，其特征在于：target_slip_ratio取值与路面类型有关；当行驶路面为低附着路面时，target_slip_ratio取值范围为10％～20％；当行驶路面为高附着路面时，target_slip_ratio取值范围为20％～30％。
9.根据权利要求3所述的四驱车的前后轴扭矩分配方法，其特征在于：前后轴修正扭矩TFB＝TYRFB*Factor+TDNFB*(1-Factor)，其中，Factor为修正系数，修正系数Factor与横摆角速度误差Ψerror相关。
10.根据权利要求9所述的四驱车的前后轴扭矩分配方法，其特征在于：当Ψerror＜Ψ1时，Factor＝1；当Ψerror＞Ψ2时，Factor＝0，当Ψ1≤Ψerror≤Ψ2时，0＜Factor＜1，其中Ψ1、Ψ2均为标定值。
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