WO2023001100A1

WO2023001100A1 - 分布式四驱扭矩控制方法

Info

Publication number: WO2023001100A1
Application number: PCT/CN2022/106240
Authority: WO
Inventors: 王德平; 吴爱彬; 刘元治; 杨钫; 崔金龙; 周泽慧; 赵洋
Original assignee: 中国第一汽车股份有限公司
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2022-07-18
Publication date: 2023-01-26
Also published as: CN113335263B; CN113335263A

Abstract

一种分布式四驱扭矩控制方法，包括：获取车辆当前参数；计算参考车速、车辆加速度、路面利用附着系数和道路坡度；计算行驶稳定因子，选择车辆工作模式，并计算四个电机扭矩。该分布式四驱扭矩控制方法解决扭矩控制中存在的延时滞后和未考虑驾驶意图的问题。

Description

分布式四驱扭矩控制方法

本申请要求在2021年07月19日提交中国专利局、申请号为202110814949.5的中国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及电动汽车驱动控制技术领域，例如涉及一种分布式四驱扭矩控制方法。

背景技术

电动汽车主要依赖于根据车辆状态(如轮速、方向盘转角、横摆加速度等)进行前后轴扭矩分配，实现对四驱的经济性控制和牵引性控制等功能。多数控制没有充分考虑驾驶意图的识别，且车辆状态获取依赖于传感器，受传感器信号的精度和传输速度的影响，车辆状态的传输存在响应滞后问题；同时转向工况的控制方法主要通过制动进行以横摆反馈控制为主的闭环控制，也存在延时滞后的问题，而且控制方法单一，产品化实现困难。

发明内容

本申请提供了一种分布式四驱扭矩控制方法，以解决分布式四驱扭矩控制存在的延时滞后和未考虑驾驶意图的问题。

本申请采用以下技术方案：

本申请提供一种分布式四驱扭矩控制方法，包括：

获取车辆当前参数；

所述车辆当前参数包括车辆纵向加速度、车辆侧向加速度、加速踏板开度、制动踏板开度、方向盘转角、横摆角速度、轮速和当前驾驶员选择的车辆操作模式；

根据所述车辆纵向加速度、所述车辆侧向加速度、所述方向盘转角、所述横摆角速度和所述轮速，计算参考车速、车辆加速度、路面附着系数和道路坡度；

根据所述路面附着系数、所述车辆加速度、所述参考车速和所述方向盘转角，计算行驶稳定因子；

根据所述加速踏板开度、所述制动踏板开度、所述参考车速、所述方向盘转角、所述行驶稳定因子和所述车辆操作模式选择车辆工作模式；

其中，所述车辆工作模式分为三种，分别为运动工作模式、经济工作模式和制动工作模式；

当车辆处于所述运动工作模式、所述经济工作模式和所述制动工作模式的任一所述车辆工作模式时，计算四个电机的扭矩；

其中，所述计算四个电机的扭矩包括：

当车辆的所述车辆工作模式为运动工作模式时，车辆前后轴的轴荷计算公式如下：

式中,F _zf，F _zr—前轴和后轴的垂向力，m—整车质量，g—重力加速度，h _g—车辆质心高度,a _x—车辆纵向加速度，θ—坡度角，a—前轴到车辆质心距离，b—后轴到车辆质心距离，L＝a+b表示车辆的轴距；

前轴和后轴的路面利用附着系数的计算公式如下：

式中，μ _f和μ _r分别为前轴和后轴的路面利用附着系数，F _xf为前轴的纵向轮胎力，F _xr为后轴的纵向轮胎力；

设前轴和后轴的路面利用附着系数相等，公式如下：

所述运动工作模式下的轴间扭矩分配系数λ ₁的计算公式如下：

前轴和后轴的电机驱动扭矩T _f、T _r，与前轴和后轴的纵向轮胎力F _xf、F _xr的关系如下所示：

式中，r _f—前轴的轮胎半径，r _r—后轴的轮胎半径，J _f—前轴的转动惯量，J _r—后轴的转动惯量，

—前轴的加速度，

—后轴的加速度；

在车辆处于匀速或加速稳定状态的情况下，前轴和后轴的电机驱动扭矩T _f、T _r，与前轴和后轴的纵向轮胎力F _xf、F _xr的关系如下所示：

T _r＝r _rF _xr

T _f＝r _fF _xf

轴间扭矩分配系数λ ₁通过如下公式计算：

令tanθ＝i,cosθ＝1，则λ ₁的计算公式如下：

根据上述公式，通过道路坡度i和车辆纵向加速度a _x，获取轴间扭矩分配系数λ ₁，根据轴间扭矩分配系数λ ₁对同轴的左右电机进行平均分配；

当车辆的所述车辆工作模式为经济工作模式时，前后轴电机总的输出功率计算过程如下所示：

T _r＝λ ₂·T _a

T _f＝(1-λ ₂)·T _a

P _all＝P _f+P _r

式中，T _a表示驾驶员需求扭矩，T _f表示前轴的电机驱动扭矩，T _r表示后轴的电机驱动扭矩，λ ₂表示经济工作模式下的轴间扭矩分配系数，n表示电机转速，η _f、η _r分别表示前轴电机的工作效率和后轴电机的工作效率，P _f，P _r分别表示前轴电机的输出功率和后轴电机的输出功率，P _all表示前后轴电机总的输出功率，前后轴电机总的输出功率的最优控制方程如下：

同时前后轴的分配扭矩受到总成可用能力的限制，所述限制条件通过如下公式表示：

λ ₂·T _a≤T _max r

(1-λ ₂)·T _a≤T _max f

式中，T _max r表示后轴电机总可用扭矩，T _max f表示前轴电机总可用扭矩；

根据车辆当前的驾驶员需求扭矩和参考车速，结合前后轴电机的工作效率，离线计算前后轴电机总的输出功率最优的扭矩分配表，使整车当前前后轴电机总的输出功率损失最小，进而计算得到不同参考车速和前后轴电机驱动扭矩状态下的最优轴间扭矩分配系数；

当车辆的所述车辆工作模式为制动工作模式时，所述制动工作模式下的轴间扭矩分配系数λ _rear受的计算公式如下：

λ _rear＝min(0.5,λ ₂)。

式中，λ ₂表示经济工作模式下的轴间扭矩分配系数；

根据轴间扭矩分配系数λ _rear对同轴的左右电机的扭矩进行平均分配。

本申请还提供了一种车辆，包括:

至少一个处理器；

存储器，设置为存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，所述至少一个处理器实现任一实施例所述的分布式四驱扭矩控制方法。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一实施例所述的分布式四驱扭矩控制方法。

附图说明

图1是一种分布式四驱电动汽车的四个电机分布示意图；

图2是本申请提供的一种分布式四驱扭矩控制方法流程图；

图3是本申请提供的一种分布式四驱扭矩控制方法中三种车辆工作模式的划分示意图；

图4是本申请提供的一种分布式四驱扭矩控制方法中转向工况下的扭矩控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本申请提供一种分布式四驱扭矩控制方法，分布式四驱电动汽车包括四个电机，如图1所示，分别为左前电机、左后电机、右前电机和右后电机，分别用于驱动左前轮、左后轮、右前轮和右后轮，四个电机统一由整车控制器(vehicle Control Unit，VCU)控制，执行包括转向和扭矩分配等操作，解决了相关技术中的控制方法存在的延时滞后以及未考虑驾驶员意图的问题。

首先需要说明的是，本申请中涉及到的字母参数中，下脚标x表示车辆纵向方向，y表示侧向方向，z表示竖向或垂向方向，f表示前方，如前轮或前轴，r表示后方，如后轮或后轴。

如图2所示流程，本申请提供的一种分布式四驱扭矩控制方法包括如下步骤：

S1，获取车辆当前参数。

车辆当前参数包括车辆纵向加速度、车辆侧向加速度、加速踏板开度、制动踏板开度、方向盘转角、横摆角速度、轮速和当前驾驶员选择的车辆操作模式，车辆操作模式包括舒适操作模式(也称AUTO模式)、经济操作模式(也称ECO模式)和运动操作模式(也称SPORT模式)。

S2，根据车辆纵向加速度、车辆侧向加速度、方向盘转角、横摆角速度和轮速，计算参考车速、车辆加速度、路面附着系数和道路坡度。

S3，根据路面附着系数、车辆加速度、参考车速和方向盘转角，计算行驶稳定因子。

S4，根据加速踏板开度、制动踏板开度、参考车速、方向盘转角、行驶稳定因子和车辆操作模式选择车辆工作模式。

其中，车辆操作模式由驾驶员选择。车辆工作模式分为三种，分别为运动工作模式、经济工作模式和制动工作模式。车辆工作模式的选择是整车控制器对车辆当前工作状态的再判断的结果，便于得到更加准确的电机扭矩。

S5，当电动汽车处于运动工作模式、经济工作模式和制动工作模式的任一工作模式时，计算四个电机的扭矩。

上述分布式四驱扭矩控制方法中，车辆当前参数中考虑了驾驶员意图识别，对车辆操作模式下的车辆当前运行状态进行再判断，新的判别机制包括三种车辆工作模式的判别，并根据判别结果计算在当前车辆工作模式下的四个电机扭矩，实现了分布式四驱扭矩控制，四个电机的输出扭矩同时兼顾车辆的安全性、动力性和经济性，利于提高车辆转向性能，从而实现分布式四驱控制的驾驶辅助。

可选地，步骤S2中参考车速v _{ref_veh}，根据轮速、横摆角速度和方向盘转角计算得到。

根据轮速、横摆角速度和方向盘转角计算参考车速v _{ref_veh}，包括：

将多个车轮的轮速在后轴中心进行归一化处理，归一化公式如下所示：

式中，v _fl为左前轮纵向车速(m/s)，v _fr为右前轮纵向车速(m/s)；v _rl为左后轮纵向车速(m/s)，v _rr为右后轮纵向车速(m/s)；v _{fl_x}为左前轮在后轴中心的纵向车速(m/s)，v _{fr_x}为右前轮在后轴中心的纵向车速(m/s)；v _{rl_x}为左后轮在后轴中心的纵向车速(m/s)，v _{rr_x}为右后轮在后轴中心的纵向车速(m/s)；L为车辆轴距(m)，b为轮矩(m)，δ为前轮转角(rad)，

为横摆角速度(rad/s)。

选择最小的归一化轮速作为参考车速，即：

v _{ref_veh}＝min(v _{fl_x},v _{fr_x},v _{rl_x},v _{rr_x})

根据参考车速v _{ref_veh}，可以计算车辆加速度a _act：

为参考车速v _{ref_veh}的微分。

如果驱动防滑功能被触发，则将当前车辆加速度作为当前的路面附着系数：

μ＝a _act

如果驱动防滑功能未被触发，则当前的路面附着系数为当前车辆加速度与上一时刻路面附着系数中的最大值：

μ＝max(a _act，μ)

式中，v _{ref_veh}为参考车速，μ为路面附着系数，a _act为车辆加速度。

当车辆在坡路上行驶时，道路坡度i的正弦值即为纵向加速度传感器测量值与纵向车速微分值的差值与重力加速度的比：

其中，i表示道路坡度；a _x表示传感器测量的纵向加速度，g表示重力加速度，单位为m/s ²，v _x表示车辆的纵向车速。

可选地，步骤S3中，行驶稳定因子γ由当前车辆加速度a _act和路面附着系数μ确定，并由参考车速v _{ref_veh}和方向盘转角steerAngle进行修正。

式中，γ为行驶稳定因子，该值在0与1之间，该值越大，表征路面利用越充分，越接近路面附着极限；fac1和fac2分别为与参考车速和方向盘转角有关的因子，取值在0-1之间。

根据步骤S1-S3中的当前车辆参数，结合图3，步骤S4中的三种车辆工作模式通过如下方式进行划分：

(1)运动工作模式，在如下任意一种情况下，车辆进入运动工作模式：

(1.1)加速踏板开度大于第一预设开度；

(1.2)加速踏板开度大于第二预设开度且小于第一预设开度、且加速踏板开度变化率大于第一预设值、且接收到的模式指令为舒适操作模式指令；

(1.3)行驶稳定因子大于设定值、且接收到的模式指令为舒适操作模式指令；

(1.4)路面附着系数小于设定值、且接收到的模式指令为舒适操作模式指令；

(1.5)道路坡度大于设定值、且接收到的模式指令为舒适操作模式指令；

(1.6)接收到的模式指令为运动操作模式指令。

(2)经济工作模式，在如下任一种情况下，车辆进入经济工作模式：

(2.1)加速踏板的开度大于0且小于等于第二预设开度、且接收到的模式指令为舒适操作模式指令；

(2.2)接收到的车辆操作模式指令为经济操作模式指令。

(3)制动工作模式，在以下任意一种情况下，车辆进入制动工作模式：

(3.1)加速踏板的开度为0、且接收到的车辆操作模式指令为自动(或舒适)操作模式指令；

(3.2)制动踏板的开度信号大于0。

步骤S5中，三种车辆工作模式下计算四个电机扭矩，包括如下步骤：

(S51)本实施例中，当车辆的当前车辆工作模式为运动工作模式时，对多个电机的扭矩按整车动力输出最优方案进行扭矩分配，基于车辆轴荷分配实现路面附着系数的充分利用，提升动力性。

对车辆前后轴荷进行动力学分析，考虑车辆加速阻力和坡度阻力，忽略掉空气阻力、轮胎滚动阻力偶矩、旋转惯量等因素，前后轴的轴荷计算公式可简化为：

式中，F _zf，F _zr—前轴和后轴的垂向力，m—整车质量，g—重力加速度，h _g—车辆质心高度，a _x—车辆纵向加速度，θ—坡度角，a—前轴到车辆质心距离，b—后轴到车辆质心距离，L＝a+b表示车辆的轴距。

前轴和后轴的路面利用附着系数分别为：

式中，μ _f和μ _r分别为前轴和后轴的路面利用附着系数，F _xf为前轴的纵向轮胎力，F _xr为后轴的纵向轮胎力。

路面利用附着系数小于路面附着系数，是指路面附着系数的利用率。

为提升车辆纵向驱动稳定性，前轴和后轴的路面利用附着系数应尽量相等，以降低驱动轮的总路面附着系数，防止驱动轮过早出现打滑现象，即：

假设运动工作模式下的轴间扭矩分配系数λ ₁为：

忽略车轮滚动阻力偶矩，前轴和后轴的电机驱动扭矩T _f、T _r，与前轴和后轴的纵向载荷(纵向轮胎力)F _xf、F _xr的关系为：

—前轴的加速度，

—后轴的加速度。

假设车辆处于匀速或加速等稳定状态，前轴和后轴(也简称为前后轴)加速度较小，忽略前后轴转动惯量所产生的惯性力，则有：

T _r＝r _rF _xr

T _f＝r _fF _xf

由此，轴间扭矩分配系数λ ₁可表示为：

令tanθ＝i,cosθ＝1，则有：

根据上述公式，通过道路坡度i和车辆纵向加速度a _x，可获取轴间扭矩分配系数λ ₁，根据轴间扭矩分配系数λ ₁对同轴的左右电机的扭矩进行平均分配。

(S52)当车辆的当前工作模式为经济工作模式时，对多个电机的扭矩按整车经济效率最优进行分配。在保证满足需求扭矩的情况下，调节前后轴上电机工作负荷，使得前后轴上电机工作点尽可能落在电机工作的高效区域，以提高电机的工作效率，保证车辆的经济性。

驱动系统实时功率的计算过程如下所示：

T _r＝λ ₂·T _a

T _f＝(1-λ ₂)·T _a

P _all＝P _f+P _r

式中，T _a表示驾驶员需求扭矩，T _f表示前轴电机驱动扭矩，T _r表示后轴电机驱动扭矩，λ ₂表示经济工作模式下的轴间扭矩分配系数，n表示电机转速(本文中假设四个电机的转速相同)，η _f、η _r分别表示前后轴电机的工作效率，P _f，P _r分别表示前后轴电机的输出功率，P _all表示前后轴电机总的输出功率。根据上式得到驱动系统实时功率的最优控制方程如下：

同时前后轴的分配扭矩需要受到总成可用能力的限制，所述限制通过如下公式表示：

λ ₂·T _a≤T _max r

(1-λ ₂)·T _a≤T _max f

式中，T _max r表示后轴电机总可用扭矩，T _max f表示前轴电机总可用扭矩。

根据车辆当前的驾驶员需求扭矩和参考车速，结合前后轴电机的工作效率，可离线计算使驱动系统实时功率最优的扭矩分配表，使整车当前驱动系统的功率损失最小，进而计算得到不同参考车速和前后轴电机驱动扭矩状态下的最优轴间扭矩分配系数。

示例性的，根据上述限制，可以得到轴间扭矩分配系数λ ₂的取值范围，并根据

得到该取值范围内的多个轴间扭矩分配系数对应的前后轴电机总的输出功率，将该多个轴间扭矩分配系数对应的多个前后轴电机总的输出功率中的最小前后轴电机总的输出功率对应的轴间扭矩分配系数作为最优轴间扭矩分配系数。

示例性的，λ ₂的取值范围为0-0.5，则可以根据

得到λ ₂为0，0.05，0.1,0.15，0.2，0.25，0.3，0.35，0.4，0.45和0.5时的多个P _all，并通过插值得到λ ₂的取值范围内的所有轴间扭矩分配系数对应的多个前后轴电机总的输出功率，从而将所有前后轴电机总的输出功率中最小的前后轴电机总的输出功率对应的轴间扭矩分配系数作为最优轴间扭矩分配系数。

示例性的，根据上述最优控制方程可知，前轴电机的工作效率和后轴电机的工作效率越大，前后轴电机总的输出功率越小，因此可设定多个不同驾驶员需求扭矩和多个不同参考车速，针对每一参考车速，获取所述多个不同的驾驶员需求扭矩在多个轴间扭矩分配系数下的前轴电机的工作效率和后轴电机的工作效率之和，并将该参考车速下，每个驾驶员需求扭矩对应的最大前轴电机的工作效率和后轴电机的工作效率之和对应的轴间扭矩分配系数作为该参考车速下，该驾驶员需求扭矩对应的最优轴间扭矩分配系数。

在针对每一参考车速，获取每一驾驶员需求扭矩对应的最优扭矩轴间分配系数后，可以建立不同参考车速和不同驾驶员需求扭矩与最优轴间扭矩分配系数之间的对应关系表，即驱动系统实时功率最优的扭矩分配表，进而，在获取当前驾驶员需求扭矩和当前车速的情况下，可以在驱动系统实时功率最优的扭矩分配表中查找当前驾驶员需求扭矩和当前车速的情况下的最优轴间扭矩分配系数。

示例性的，可以在驱动系统实时功率最优的扭矩分配表中查找与当前驾驶员需求扭矩和当前车速最接近的驾驶员需求扭矩和参考车速所对应的最优轴间扭矩分配系数。

示例性的，上述多个轴间扭矩分配系数为根据上述限制确定的λ ₂的取值范围内的间隔预设设间隔的多个轴间扭矩分配系数，例如，确定的λ ₂的取值范围为0-0.5，上述多个轴间扭矩分配系数可以为0，0.1，0.2，0.3，0.4和0.5。

示例性的，可以通过如下方式针对每一参考车速，获取所述多个不同的驾驶员需求扭矩在多个轴间扭矩分配系数下的前轴电机的工作效率和后轴电机的工作效率之和：针对每一参考车速，建立一个关系表，该表指示所述多个不同的驾驶员需求扭矩在λ ₂为0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1时的前轴电机的工作效率和后轴电机的工作效率之和，进而在根据上述限制确定λ ₂的取值范围后，可以从针对每一参考车速建立的关系表中获取所述多个不同的驾驶员需求扭矩在多个轴间扭矩分配系数下的前轴电机的工作效率和后轴电机的工作效率之和，例如上述多个λ ₂为0，0.1，0.2，0.3，0.4和0.5。

在获取最优的轴间扭矩分配系数后，可以根据最优的轴间扭矩分配系数和当前驾驶员需求扭矩得到前轴电机驱动扭矩T _f和后轴电机驱动扭矩T _r，进而完成前后轴扭矩分配。

驾驶员需求扭矩是与加速踏板开度和参考车速有关的物理量，本申请的实施例中采用相关技术中的计算方法来得到驾驶员需求扭矩，因此不再展开驾驶员需求扭矩的具体计算过程。考虑驾驶员需求扭矩(包括驱动需求扭矩和制动需求扭矩)，便于在相关车辆操作模式下划分车辆工作模式，以提供更好的扭矩分配方法。

本实施例中，驱动系统的功率为前后轴电机总的输出功率。

在同一种参考车速和前后轴电机驱动扭矩状态下，存在多种扭矩分配方案使当前驱动系统的功率损失最小，且在参考车速或前后轴电机驱动扭矩有波动时，轴间扭矩分配系数会存在较大波动，不利于实现对四驱的控制。因此，本申请在寻优过程中，引入了容忍度的约束条件，对所得到的最优轴间扭矩分配系数进行二次寻优。

容忍度tolerance的定义如下所示：

式中，P _{all_best}表示在一工作点下最优轴间扭矩分配系数所对应的前后轴电机总的输出功率，P _{all_T}表示在满足容忍度约束条件下的前后轴电机总的输出功率。即在前后轴上电机总的输出功率P _{all_best}在满足一定容忍度tolerance的情况下的总的输出功率P _{all_T}对应的轴间分配系数，认为是最终的轴间扭矩分配系数。可以理解的是，容忍度tolerance为0表示总的输出功率的偏差为0。

本实施中容忍度tolerance设置为0.5，以得到满足精度要求的轴间扭矩分配系数。

为了使得每一参考车速下，不同的驾驶员需求扭矩对应的最优轴间扭矩分配系数对应的前后轴电机总的输出功率更加平滑，即差值较小，可以在针对每一参考车速，获取每一驾驶员需求扭矩对应的最优轴间分配系数后，针对每一参考车速，选择每一驾驶员需求扭矩下使得不同的驾驶员需求扭矩对应的前后轴电机总的输出功率更加平滑的轴间扭矩分配系数且选择的轴间扭矩分配系数对应的前后轴上电机总的输出功率在所获取的最优轴间分配系数对应的前后轴电机总的输出功率的容忍度范围内，将选择的轴间分配系数作为该参考车速下，该驾驶员需求扭矩对应的最终的最优轴间扭矩分配系数。

(S53)当车辆的当前工作模式为制动工作模式时，对前轴上的电机和后轴上的电机的扭矩分配需要进行能量回收效率最优分配。制动工作模式下的轴间扭矩分配系数的计算方法同经济工作模式下的轴间扭矩分配系数λ ₂的计算方法，同时为保证制动安全，制动工作模式下的轴间扭矩分配系数λ _rear受下式限制，实现了将制动力主要分配在前轴：

λ _rear＝min(0.5,λ ₂)。

可选地，本申请提供的一种分布式四驱扭矩控制方法，还包括根据加速踏板开度、参考车速、方向盘转角和方向盘转向角速度，判断电动汽车即当前车辆是否处于转向工况，在处于转向工况的情况下，通过动态轴荷转移改善车辆的转向稳定性。

首先，转向工况的判别需要考虑如下参数：加速踏板开度、参考车速、方向盘转角、方向盘转向角速度，当满足转向工况的所有判别条件时，可确定当前车辆进入转向工况。

转向工况的判别条件为：

(1)加速踏板开度大于设定值A；

(2)参考车速大于设定值B；

(3)方向盘转角大于设定值C，或方向盘转角大于设定值D(D小于C)，且方向盘转向角速度大于设定值E。

以上三个条件同时满足时判定当前车辆进入转向工况，在转向工况下，车辆执行轴荷前移的控制方法使车辆轴荷前移，结合图4，轴荷前移的控制方法如下所述：当转向工况条件满足时，所述前轴进行降扭且持续时间为t1，然后降扭恢复且持续时间为t1-t2；所述前轴再次降扭且持续时间为t2-t3，然后降扭恢复且持续时间为t3-t4，……，如此重复，通过多个间隔性的降扭恢复段(前轴扭矩为0的时间段)减少车辆前轴驱动扭矩，使车辆轴荷前移，从而达到提升车辆入弯性能的目的。可选地，前轴扭矩为1的持续时间段具有相等的持续时间t1，前轴扭矩为0的持续时间段具有相等的持续时间(t2-t1)。当车辆处于转向工况时，通过主动轴荷转移可以提升车辆的转向性能。

可选地，通过操稳控制策略和主动防滑控制策略对多个电机的需求扭矩进行约束以输出电机需求扭矩。

1)当车辆发生侧滑甩尾时，根据横摆控制策略对多个电机的驱动扭矩进行修正，例如：根据车辆的参考车速和方向盘转角获取目标横摆角速度，根据目标横摆角速度与获取的车辆当前的实际横摆角速度的偏差，对车辆的前后轴上四个电机驱动扭矩进行修正，车辆比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation，PID)控制器根据横摆角速度偏差进行闭环控制，动态调整多个车轮的扭矩分配。

2)当车辆发生滑转时，根据主动防滑策略对多个电机的驱动扭矩进行修正，例如：根据车辆的轮速、方向盘转角和横摆角速度获取参考车速，进而计算车辆的滑移率；根据车辆加速度和滑移率对车辆上的电机驱动扭矩进行修正，当滑移率超过阈值时，通过车辆PID控制器进行轮速偏差的闭环控制，预防和限制车轮的打滑。

本申请的一种分布式四驱扭矩控制方法，在考虑驾驶意图的条件下，结合车辆当前参数，驾驶员需求扭矩和当前车辆操作模式，对车辆当前工作状态进行再判断，得到三种车辆工作模式，分别计算四个电机扭矩，计算结果更加准确，解决了分布式四驱基于车辆操稳状态进行扭矩闭环控制的延时滞后问题。

Claims

一种分布式四驱扭矩控制方法，包括：

获取车辆当前参数；

所述车辆当前参数包括车辆纵向加速度、车辆侧向加速度、加速踏板开度、制动踏板开度、方向盘转角、横摆角速度、轮速和当前驾驶员选择的车辆操作模式；

根据所述车辆纵向加速度、所述车辆侧向加速度、所述方向盘转角、所述横摆角速度和所述轮速，计算参考车速、车辆加速度、路面附着系数和道路坡度；

根据所述路面附着系数、所述车辆加速度、所述参考车速和所述方向盘转角，计算行驶稳定因子；

根据所述加速踏板开度、所述制动踏板开度、所述参考车速、所述方向盘转角、所述行驶稳定因子和所述车辆操作模式选择车辆工作模式；其中，所述车辆工作模式分为三种，分别为运动工作模式、经济工作模式和制动工作模式；

在车辆处于所述运动工作模式、所述经济工作模式和所述制动工作模式的任一所述车辆工作模式的情况下，计算四个电机的扭矩；

其中，所述计算四个电机的扭矩包括：在车辆的所述车辆工作模式为运动工作模式的情况下，车辆前后轴的轴荷计算公式如下：

式中，F _zf，F _zr—前轴和后轴的垂向力，m—整车质量，g—重力加速度，h _g—车辆质心高度，a _x—车辆纵向加速度，θ—坡度角，a—前轴到车辆质心距离，b—后轴到车辆质心距离，L＝a+b表示车辆的轴距；

前轴和后轴的路面利用附着系数计算公式如下：

式中，μ _f和μ _r分别为前轴和后轴的路面利用附着系数，F _xf为前轴的纵向轮胎力，F _xr为后轴的纵向轮胎力；

设前轴和后轴的路面利用附着系数相等，公式如下：

所述运动工作模式下的轴间扭矩分配系数λ ₁的计算公式如下：

前轴和后轴的电机驱动扭矩T _f、T _r，与前轴和后轴的纵向轮胎力F _xf、F _xr的关系如下所示：

式中，r _f—前轴的轮胎半径，r _r—后轴的轮胎半径，J _f—前轴的转动惯量，J _r—后轴的转动惯量，
—前轴的加速度，
—后轴的加速度；

在车辆处于匀速或加速稳定状态的情况下，前轴和后轴的电机驱动扭矩T _f、T _r，与前轴和后轴的纵向轮胎力F _xf、F _xr的关系如下所示：

T _r＝r _rF _xr

T _f＝r _fF _xf

轴间扭矩分配系数λ ₁通过如下公式计算：

令tanθ＝i,cosθ＝1，则λ ₁的计算公式如下：

根据上述公式，通过道路坡度i和车辆纵向加速度a _x，获取轴间扭矩分配系数λ ₁，根据轴间扭矩分配系数λ ₁对同轴的左右电机进行平均分配；

在车辆的所述车辆工作模式为经济工作模式的情况下，前后轴电机总的输出功率的计算过程如下所示：

T _r＝λ ₂·T _a

T _f＝(1-λ ₂)·T _a

P _all＝P _f+P _r

式中，T _a表示驾驶员需求扭矩，T _f表示前轴的电机驱动扭矩，T _r表示后轴的电机驱动扭矩，λ ₂表示经济工作模式下的轴间扭矩分配系数，n表示电机转速，η _f、η _r分别表示前轴电机的工作效率和后轴电机的工作效率，P _f，P _r分别表示前轴电机的输出功率和后轴电机的输出功率，P _all表示前后轴电机总的输出功率，前后轴电机总的输出功率的最优控制方程如下：

同时前后轴的分配扭矩受到总成可用能力的限制，所述限制通过如下公式表示：

λ ₂·T _a≤T _max r

(1-λ ₂)·T _a≤T _max f

式中，T _max r表示后轴电机总可用扭矩，T _max f表示前轴电机总可用扭矩；

根据车辆当前的驾驶员需求扭矩和参考车速，结合前后轴电机的工作效率，离线计算前后轴电机总的输出功率最优的扭矩分配表，使整车当前前后轴电机总的输出功率损失最小，进而计算得到不同参考车速和前后轴电机驱动扭矩状态下的最优轴间扭矩分配系数；

在车辆的所述车辆工作模式为制动工作模式的情况下，所述制动工作模式下的轴间扭矩分配系数λ _rear计算公式如下：

λ _rear＝min(0.5,λ ₂)

式中，λ ₂表示经济工作模式下的轴间扭矩分配系数。
根据权利要求1所述的分布式四驱扭矩控制方法，其中，所述车辆操作模式包括舒适操作模式、经济操作模式和运动操作模式。
根据权利要求1所述的分布式四驱扭矩控制方法，其中，所述参考车速通过如下方式得到：

将多个车轮的轮速在后轴中心进行归一化处理；

式中，v _fl为左前轮纵向车速，v _fr为右前轮纵向车速，v _rl为左后轮纵向车速，v _rr为右后轮纵向车速，v _{fl_x}为左前轮在后轴中心的纵向车速，v _{fr_x}为右前轮在后轴中心的纵向车速，v _{rl_x}为左后轮在后轴中心的纵向车速，v _{rr_x}为右后轮在后轴中心的纵向车速，L为车辆轴距，b为轮矩，δ为前轮转角，
为横摆角速度；

选择最小的归一化轮速作为参考车速，即：

v _{ref_veh}＝min(v _{fl_x},v _{fr_x},v _{rl_x},v _{rr_x})。
根据权利要求3所述的分布式四驱扭矩控制方法，其中，所述车辆加速度a _act通过如下公式计算得到：

其中，
为参考车速v _{ref_veh}的导数。
根据权利要求4所述的分布式四驱扭矩控制方法，其中，所述路面附着系数分如下两种情况进行计算:

在驱动防滑功能被触发的情况下，将当前车辆加速度作为当前的路面附着系数：

μ＝a _act

在驱动防滑功能未被触发的情况下，当前的路面附着系数为当前车辆加速度与上一时刻路面附着系数中的最大值：

μ＝max(a _act，μ)

式中，v _{ref_veh}为参考车速，μ为路面附着系数，a _act为车辆加速度。
根据权利要求1所述的分布式四驱扭矩控制方法，其中，所述道路坡度i通过如下公式计算得到：

其中，i表示道路坡度；a _x表示传感器测量的纵向加速度，g表示重力加速度，v _x表示车辆的纵向车速。
根据权利要求4所述的分布式四驱扭矩控制方法，其中，所述行驶稳定因子γ通过如下公式计算：

式中，γ为行驶稳定因子，fac1和fac2分别为与参考车速和方向盘转角有关的因子，取值在0-1之间。
根据权利要求2所述的分布式四驱扭矩控制方法，其中，所述车辆工作模式通过如下方式进行划分：

在如下的任意一种情况下，车辆进入所述运动工作模式：所述加速踏板开度大于第一预设开度；所述加速踏板开度大于第二预设开度且小于第一预设开度、且所述加速踏板开度的变化率大于第一预设值、且接收到的模式指令为舒适操作模式指令；所述行驶稳定因子大于设定值、且接收到的所述模式指令为所述舒适操作模式指令；所述路面附着系数小于设定值、且接收到的所述模式指令为所述舒适操作模式指令；所述道路坡度大于设定值、且接收到的所述模式指令为所述舒适操作模式指令；接收到的所述模式指令为所述运动操作模式指令；

在如下任意一种情况下，车辆进入所述经济工作模式：所述加速踏板开度大于0且小于等于第二预设开度、且接收到的所述模式指令为所述舒适操作模式指令；接收到的所述模式指令为所述经济操作模式指令；

在以下任意一种情况下，车辆进入所述制动工作模式：

所述加速踏板开度为0、且接收到的所述模式指令为所述舒适操作模式指令；所述制动踏板开度信号大于0。
根据权利要求1所述的分布式四驱扭矩控制方法，还包括对所述最优轴间扭矩分配系数进行二次寻优，其中，对所述最优轴间扭矩分配系数进行二次寻优包括：容忍度tolerance的定义如下所示：

式中，P _{all_best}表示在一工作点下最优轴间扭矩分配系数所对应的前后轴电机总的输出功率，P _{all_T}表示在满足容忍度约束条件下的前后轴电机总的输出功率。
根据权利要求1所述的分布式四驱扭矩控制方法，还包括判断车辆当前是否处于转向工况，在车辆处于转向工况的情况下，执行轴荷前移的控制方法，使车辆轴荷前移；

其中，所述转向工况的判别条件为：

所述加速踏板开度大于设定值A；

所述参考车速大于设定值B；

所述方向盘转角大于设定值C；或所述方向盘转角大于设定值D且方向盘转向角速度大于设定值E，其中，设定值D小于设定值C；

在以上三个条件同时满足的情况下，确定车辆进入转向工况；

执行轴荷前移的控制方法使车辆轴荷前移，包括：

所述前轴进行降扭且持续时间为t1，然后降扭恢复且持续时间为t1-t2；所述前轴再次降扭且持续时间为t2-t3，然后降扭恢复且持续时间为t3-t4，……，如此重复，通过多个间隔性的前轴降扭，使车辆轴荷前移。
一种车辆，包括:

至少一个处理器；

存储器，设置为存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，所述至少一个处理器实现如权利要求1-10中任一所述的分布式四驱扭矩控制方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-10中任一所述的分布式四驱扭矩控制方法。