CN113886968A - 电动越野汽车的轮边扭矩限制方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动越野汽车的轮边扭矩限制方法、电子设备及存储介质，属于汽车扭矩技术领域。首先建立简化的车轮驱动模型，传递到轮胎的扭矩可以分解为轮胎与地面的摩擦力和车轮打滑空转的角加速度，利用车辆既有的车速、扭矩、轮速等信号估算轮胎与地面之间的等效综合摩擦系数；然后根据各个车轮转速与车速，判断各个车轮的打滑情况，同时对差速锁锁止的条件进行判断，在一定条件下实现差速锁主动锁止的功能；接着根据差速锁的状态，轮胎打滑情况，计算各驱动桥传递到轮边的扭矩值；在差速锁锁止的条件下，根据估算的轮胎和路面之间的等效综合摩擦系数，计算驱动桥机械保护的扭矩限值；最后监测差速锁的解锁条件，实现差速锁的主动解锁。

Description

电动越野汽车的轮边扭矩限制方法、电子设备及存储介质

技术领域

本发明属于汽车扭矩技术领域，具体涉及一种电动越野汽车的轮边扭矩限制方法、电子设备及存储介质。

背景技术

车辆动力总成的动力通过动力装置、减速/变速/耦合装置、半轴传递到车轮，通过车轮与路面的摩擦牵引车辆行驶。车辆的牵引力除了动力总成输出到轮边的扭矩之外，还取决于路面和轮胎之间的摩擦条件，即车辆的附着条件。车辆行驶在附着条件不好的路面时，车辆轮胎容易出现打滑的情况，影响车辆行驶的稳定性和通过性。

在附着条件不好的情况下，动态地识别每个轮胎和地面之间的摩擦情况，并对动力总成输出到轮边的扭矩进行限制，可以有效改善车辆轮胎打滑的问题，提升车辆的可控性和通过性。对于越野车辆而言，除了需要在铺装路面上的良好行驶性能外，还需要应对在沙漠、碎石、泥沼、河滩、岩石、雪地等各种越野路况，考虑差速锁锁止的相关影响，需要一种简单可靠的轮胎与路面的摩擦系数评估方法。

在不考虑路面附着的情况下，车辆在差速锁锁止的状态下，存在单边驱动轴传递全部的动力总成输出扭矩的可能。如果根据该一侧车轮完全没有附着，动力全通过另一侧半轴输出到车轮的极限情况考虑半轴设计的边界，半轴的规格将选取的比较大，成本和重量都难以接受；如果不考虑该情况，需要采用限制动力总成扭矩输出的办法对半轴进行保护，避免半轴的断裂和早期疲劳失效。然而实际上大部分情况都是两侧轮胎都有不同程度的附着，如果只按照单侧半轴的能力进行限扭，无法充分发挥动力总成的动力，不利于车辆脱困。因此需要根轮胎和路面的摩擦情况，差速锁的状态计算动力总成输出到轮边的扭矩边界，最大限度的利用动力总成的动力输出。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电动越野汽车的轮边扭矩限制方法、电子设备及存储介质，根据轮胎与路面的摩擦情况以及差速锁的状态计算动力总成输出到轮边的扭矩边界，有效改善车辆打滑情况，提升车辆通过性和动力性。

为实现上述目的，本发明提供了一种电动越野汽车的轮边扭矩限制方法，包括以下步骤：

S1、建立车轮驱动的简化模型：

式中，T表示传递到车轮的扭矩，μ表示等效综合摩擦系数，g表示重力加速度，r表示轮胎滚动半径，J表示轮胎转动惯量，V表示车速，n表示轮胎转速；

S2、根据车轮驱动的简化模型，分别计算左侧轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数μ_l和右侧轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数μ_r；

S3、判断车轮是否打滑；若否，则车辆正常驱动；若是，则执行步骤S4；

S4、判断差速器的差速锁是否满足锁止条件；若是，则差速器的差速锁锁止，计算驱动桥所允许的扭矩上限T_axle＝min[μ_l，μ_r]×m×g×r+T_smax，T_smax表示半轴允许传递的最大扭矩，并将该扭矩上限发送给电机控制器以保护半轴；若否，则差速器的差速锁解锁，计算驱动桥的轮边限扭值T_axle＝min[μ_l，μ_r]×m×g×r，并将该限扭值发送给电机控制器进行限扭；

S5、监测差速锁锁止的驱动桥是否打滑；若是，则根据锁止前的轮胎与地面的等效综合摩擦系数计算限扭值

并将该限扭值发送给电机控制器进行限扭；若否，则执行步骤S6；

S6、判断差速器的差速锁是否满足解锁条件；若是，则差速器的差速锁解锁，继续执行步骤S3；若否，则差速锁保持锁止状态，继续执行步骤S5。

在一些可选的实施方案中，轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数计算公式如下：

计算某侧轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数时，采用该侧的轮胎转速。

在一些可选的实施方案中，根据车速V和轮胎与地面接触点的线速度

判断车轮是否打滑。优选地，轮胎与地面接触点的线速度V_w和车速V的差值大于等于预设阈值，则车轮打滑。

在一些可选的实施方案中，通过差速器锁止的驱动桥的轮速和车速监测差速锁锁止的驱动桥是否打滑。

在一些可选的实施方案中，差速器的差速锁的锁止条件为：V≤V_lock且δn≤n_lock，或驾驶员按下锁止按键；V_lock表示差速器允许锁止的车速，δn表示驱动桥左右轮速差，n_lock表示差速器允许锁止的左右轮速差。

在一些可选的实施方案中，差速器的差速锁的解锁条件为：V≤V_unlock且α≤α_unlock，或驾驶员按下解锁按键；V_unlock表示差速器解锁转速，α表示方向盘转角，α_unlock表示允许差速锁自动解锁的方向盘转角。

一种电子设备，包括一个或多个处理器以及存储器；一个或多个程序被存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序配置用于执行上述的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法。

一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有程序代码，其中，在程序代码运行时执行上述的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

①建立车轮驱动的简化模型，采用车辆既有参数实现对轮胎和地面之间等效综合摩擦系数的估算，方案实施的成本低；并由此实现对每个轮胎和路面之间等效综合摩擦系数的单独精准估算；

②实现从路面的实际情况出发估算低附条件下的轮边扭矩需求，改善车辆打滑情况，提升车辆通过性和动力性；

③在差速锁锁止的状态下，不是简单的将半轴传递扭矩的能力作为路边扭矩的上限，充分考虑两边轮胎附着条件，最大限度的输出动力，提升车辆的脱困能力；

④根据相关条件的判断，实现差速锁的主动锁止功能，降低对驾驶员专业性和经验的要求，改善用户体验，提升差速锁的利用率，凸显该配置的实用价值。

附图说明

图1为本发明实施例的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法流程图；

图2为本发明实施例的车轮驱动的简化模型示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明首先建立简化的车轮驱动模型，传递到轮胎的扭矩可以分解为轮胎与地面的摩擦力和车轮打滑空转的角加速度，利用车辆既有的车速、扭矩、轮速等信号估算轮胎与地面之间的等效综合摩擦系数；然后根据各个车轮转速与车速的对比，判断各个车轮的打滑情况，同时对差速锁锁止的条件进行判断，在一定条件下实现差速锁主动锁止的功能；接着根据差速锁的状态，轮胎打滑情况，依据估算的摩擦系数计算各驱动桥传递到轮边的扭矩值；在差速锁锁止的条件下，根据估算的轮胎和路面之间的等效综合摩擦系数，计算驱动桥机械保护的扭矩限值；最后监测差速锁的解锁条件，实现差速锁的主动解锁功能。

具体地，如图1所示，包括以下步骤：

①如图2所示，建立车轮驱动的简化模型：

传递到车轮的扭矩

T为传递到车轮的扭矩，可以通过电机输出扭矩、速比、效率计算得到，单位为Nm；扭矩T一部分用来克服轮胎和路面的摩擦力，另一部分转化为轮胎的旋转运动。式中，’表示求导，括号里面计算出来的是角速度，求导后为角加速度，角加速度与转动惯量的乘积为扭矩。

②根据上式，估算轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数。轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数计算公式如下：

计算某侧轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数时，采用该侧的轮胎转速。由于轮胎两侧的附着条件不同，在打滑时两侧轮胎的转速不同，故估算出来的左侧轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数μ_l和右侧轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数μ_r会有差异，本发明则利用该差异进行限扭。

③根据车速V与轮胎与地面接触点的线速度

的关系来判断车辆的打滑情况，如果轮胎与地面接触点的线速度V_w与车速V的差值大于等于参考值V_ref，即(V_w-V)≥V_ref，则认为轮胎打滑，否则认为轮胎未出现打滑。其中V_ref可以根据具体车型的实际情况进行调整和标定。

④如果判断出轮胎未出现打滑，则车辆正常驱动。

⑤如判断轮胎出现打滑，再对差速锁锁止条件进行判断：V≤V_lock且δn≤n_lock，或驾驶员按锁止按键，则差速锁锁止，否则差速器保持解锁状态。V_lock，n_lock根据差速锁和整车相关性能进行调整和标定。

⑥如差速器处于解锁状态，计算存在车轮打滑的驱动桥的轮边扭矩需求T_axle＝min[μ_r，μ_l]×m×g×r，将该限扭值发送给电机控制器，实现限扭功能。

⑦如果差速器锁止，计算该驱动桥所允许的扭矩上限T_axle＝min[μ_r，μ_l]×m×g×r+T_smax，将该扭矩上限值发给电机控制器，实现对半轴的保护，避免半轴过载导致断裂或者早期疲劳失效。

⑧监测差速器锁止的驱动桥是否存在打滑的情况，通过差速器锁止的驱动桥的轮速和车速进行判断，方法与针对单独轮胎的判断方法相同，即同步骤③。

⑨如果差速器锁止的驱动桥出现轮胎打滑情况根据锁止前的估算的轮胎与地面的摩擦系数计算限扭值

将该限扭值发送给电机控制器，实现限扭功能。

⑩如果差速器锁止的驱动桥未出现轮胎打滑情况，判断是否满足差速锁解锁条件V≤V_unlock且α≤α_unlock或驾驶员按解锁按键。V_unlock、α_unlock根据差速锁和整车相关性能进行调整和标定。

如不满足条件，差速锁保持锁止状态，继续监测该驱动桥轮胎的打滑情况。

如果满足条件，差速锁解锁，继续监测该驱动桥左右轮胎的打滑情况。

符号说明：

α——方向盘转角，可以采用转向系统发出的信号，rad；

α_unlock——允许差速锁自动解锁的方向盘转角，根据差速锁和整车相关性能调整和标定，rad；

μ——估算的轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数；

μr——估算的左侧轮胎与地面的等效综合摩擦系数；

μl——估算的右侧轮胎与地面的等效综合摩擦系数；

g——重力加速度，m/s²；

J——轮胎转动惯量，kgm²；

m——轮胎承载质量，一般可以采用轴荷数据，如左右两侧差异较大可以进行区分，kg；

n——轮胎转速，r/m；

n_lock——差速器允许锁止的左右论述差，r/m；

δ_n——驱动桥左右轮速差，r/m；

r——轮胎滚动半径，m；

T——传递到车轮的扭矩，可以通过电机输出扭矩、速比、效率计算得到，Nm；

T_axle——驱动桥扭矩限值，Nm；

T_smax——半轴允许传递的最大扭矩，如左右半轴存在较大差异可以进行区分，Nm；

V——车速，km/h；

V_w——根据车轮转速计算的车轮线速度，km/h；

V_lock——差速器允许锁止的车速，根据差速锁和整车相关性能调整和标定，km/h；

V_unlock——差速器解锁转速，根据差速锁和整车相关性能调整和标定，km/h。

本发明还提供一种电子设备，包括一个或多个处理器以及存储器；一个或多个程序被存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序配置用于执行上述的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有程序代码，其中，在程序代码运行时执行上述的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法。

综上所述，本发明在轮胎出现打滑的情况下，降低输出到轮边的扭矩，改善轮胎打滑情况，在保护机械部件的基础上最大限度的发挥动力总成的扭矩输出，提升车辆的脱困能力；并提出了电控机械差速锁的自动锁止和解锁策略，轮胎驱动的简化模型，轮胎与地面综合摩擦系数的估算方法，差速器解锁情况下的轮边扭矩限值估算方法，差速器锁止情况下驱动轴扭矩限值估算方法，差速器锁止情况下的驱动桥扭矩输出上限估算方法，带差速锁的驱动桥轮边限扭策略。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动越野汽车的轮边扭矩限制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立车轮驱动的简化模型：

式中，T表示传递到车轮的扭矩，μ表示等效综合摩擦系数，g表示重力加速度，r表示轮胎滚动半径，J表示轮胎转动惯量，V表示车速，n表示轮胎转速；

S2、根据车轮驱动的简化模型，分别计算左侧轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数μ_l和右侧轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数μ_r；

S3、判断车轮是否打滑；若否，则车辆正常驱动；若是，则执行步骤S4；

S4、判断差速器的差速锁是否满足锁止条件；若是，则差速器的差速锁锁止，计算驱动桥所允许的扭矩上限T_axle＝min[μ_l，μ_r]×m×g×r+T_smax，T_smax表示半轴允许传递的最大扭矩，并将该扭矩上限发送给电机控制器以保护半轴；若否，则差速器的差速锁解锁，计算驱动桥的轮边限扭值T_axle＝min[μ_l，μ_r]×m×g×r，并将该限扭值发送给电机控制器进行限扭；

S5、监测差速锁锁止的驱动桥是否打滑；若是，则根据锁止前的轮胎与地面的等效综合摩擦系数计算限扭值

并将该限扭值发送给电机控制器进行限扭；若否，则执行步骤S6；

S6、判断差速器的差速锁是否满足解锁条件；若是，则差速器的差速锁解锁，继续执行步骤S3；若否，则差速锁保持锁止状态，继续执行步骤S5。

2.根据权利要求1所述的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法，其特征在于，轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数计算公式如下：

计算某侧轮胎与路面之间的等效综合摩擦系数时，采用该侧的轮胎转速。

3.根据权利要求1所述的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法，其特征在于，根据车速V和轮胎与地面接触点的线速度

判断车轮是否打滑。

4.根据权利要求3所述的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法，其特征在于，轮胎与地面接触点的线速度V_w和车速V的差值大于等于预设阈值，则车轮打滑。

5.根据权利要求1所述的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法，其特征在于，通过差速器锁止的驱动桥的轮速和车速监测差速锁锁止的驱动桥是否打滑。

6.根据权利要求1所述的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法，其特征在于，差速器的差速锁的锁止条件为：V≤V_lock且δn≤n_lock，或驾驶员按下锁止按键；V_lock表示差速器允许锁止的车速，δn表示驱动桥左右轮速差，n_lock表示差速器允许锁止的左右轮速差。

7.根据权利要求1所述的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法，其特征在于，差速器的差速锁的解锁条件为：V≤V_unlock且α≤α_unlock，或驾驶员按下解锁按键；V_unlock表示差速器解锁转速，α表示方向盘转角，α_unlock表示允许差速锁自动解锁的方向盘转角。

8.一种电子设备，其特征在于，包括一个或多个处理器以及存储器；

一个或多个程序被存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序配置用于执行权利要求1-7中任一项所述的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质中存储有程序代码，其中，在程序代码运行时执行权利要求1-7中任一项所述的电动越野汽车的轮边扭矩限制方法。

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