本发明公开了一种用于减小车轴平均滑转率的转矩分配方法，包括以下步骤：首先，初始化寄存器；步骤一、读取传感器测量得到的多个车辆信号；步骤二、判断车辆是否转弯；步骤三、实时计算每一采样时刻左右驱动轮的滑转率；步骤四、识别外驱动轮的最佳滑转率；步骤五、估算外驱动轮的纵向刚度；步骤六、判断左右驱动车轮是否打滑；步骤七、计算出左右驱动轮之间的差动转矩；步骤八、在当前需求驱动转矩下，对两驱动轮进行转矩分配；步骤九、根据计算结果输出两后轮驱动转矩。在汽车转弯时，使用本发明所提供的转矩分配方法后车辆的驱动轴的平均滑转率更低，其驱动轮的驱动效率更高，改善车辆操纵性能。
用于减小车轴平均滑转率的转矩分配方法
技术领域
[0001] 本发明涉及汽车转弯时驱动轮的转矩分配方法，特别涉及一种用于减小驱动车轴平均滑转率的转矩分配方法。
背景技术
[0002] 电动轮独立驱动汽车各轮驱动转矩可以任意分配的特点带来了优于传统汽车的动力性、操纵性、稳定性技术优势。此外其灵活的底盘布置和易于实现底盘电动集成化的技术特点成为未来电动汽车发展趋势。然而作为电动汽车的一种，由于电池技术的瓶颈，同样使其具备续驶里程短的问题。因此，为实现车辆更好的经济性，驱动转矩要如何分配能够提高整体驱动效率成为电池技术取得突破性进展之前，必须予以重视的问题。
[0003] 对于电动轮独立驱动汽车，目前已经提出了很多转矩分配方法。根据转矩分配的目的，这些方法主要可以分为三类。一类是提高汽车的机动性，即，在相同的驾驶员输入下，该种转矩分配方法能够减小车辆的转弯半径，从而实现快速过弯。一类是提高汽车的稳定性，即在相同的驾驶员输入下，该种转矩分配方法能够减小车辆质心侧偏角，减小车辆失稳的趋势，保持车辆行驶的稳定。还有一类是提高汽车的经济性，即在相同的工况下，该种转矩分配方法能够减小车辆转弯阻力，增加汽车横摆运动，降低汽车的能耗，从而达到节能的目的。此种方法的核心是利用车辆线性二自由度参考模型，以理想横摆角速度为目标计算出直接横摆力偶矩，从而进行各轮间的转矩分配。针对电动汽车，还会考虑电机工作点的变化以及再生制动对总体能量消耗的影响。然而，以上转矩分配方法大都是基于车辆模型的反馈控制，忽略了转矩分配对于车轮滑转率的影响，导致额外的功率损耗。因此，本发明将根据车辆转弯时轮胎特性的变化，进行驱动轮间的转矩分配，以减小该车轴平均滑转率，减小驱动时的无功损耗，提高车轴的驱动效率，在不改变行驶轨迹的前提下，降低汽车转弯能耗；或在不增加功率需求的情况下，提高车辆的过弯速度。本发明可以应用于轮毂电机驱动电动汽车，亦可应用于驱动转矩可左右轮独立分配的传统内燃机驱动汽车。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种用于转弯时汽车的转矩轮间分配方法，其目的是降低驱动轴的平均滑转率，提高驱动轮的驱动效率，在不增加功率需求的情况下，提高车辆的过弯速度。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
[0006] 一种用于减小车轴平均滑转率的转矩分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007] 步骤一、对寄存器进行初始化设置，为 ko赋初值，设定q＝0，flag＝1[0008] 其中， 为车辆转弯时的外驱动轮的最佳滑转率，ko为车辆转弯时的外驱动轮的纵向刚度，q是一个计数器，flag为打滑标志位。
[0009] 步骤二、读取通过传感器测量得到的车辆信号，如车辆的行驶速度V、方向盘转角δsw、左右驱动轮的转速ωi(i＝l,r，表示左驱动轮和右驱动轮，下同)及轮心速度vi、左右驱动轮的驱动转矩Tri
[0010] 并判断车辆是否转弯，即δsw≥δsw0是否成立，其中δsw0为考虑转向盘游隙在内设定的一个小转角值；
[0011] 若是，则继续进行步骤三；
[0012] 若否，则返回步骤二。
[0013] 步骤三、使用如下公式，在每一采样时刻t实时计算左、右驱动轮的滑转率[0014]
[0015] 其中，si为驱动轮的滑转率，rw为车轮的滚动半径，这里忽略对车轮滚动半径的影响，认为左、右驱动轮的滚动半径相同。
[0016] 步骤四、调用最佳滑转率识别模块识别外驱动轮的最佳滑转率
[0017] 步骤五、调用轮胎纵向刚度估算模块估算外驱动轮的纵向刚度ko。
[0018] 步骤六、使用如下公式，计算出左右驱动轮之间的差动转矩
[0019]
[0020] 其中， 为车辆转弯时的外驱动轮的最佳滑转率，如：当车辆右转时， 当车辆左转时， so为车辆转弯时外驱动轮的当前滑转率，如：当车辆右转时，so＝sl，当车辆左转时，so＝sr；ko为车辆转弯时的外驱动轮的纵向刚度，如：当车辆右转时，ko＝kl，当车辆左转时，ko＝kr；Treq为车辆的总需求驱动转矩，Treq＝Trl+Trr；Tadd为差动转矩修正常数；q是一个计数器，为进行转矩分配的当前控制周期数减1，具体来说，当第一个控制周期时，q＝0，当第n个控制周期时，q＝n-1。
[0021] 步骤七、保持车辆的总需求驱动转矩不变，根据如下公式，对两驱动轮进行转矩分配：
[0022] To＝0.5·(Treq+ΔT)
[0023] Ti＝0.5·(Treq-ΔT)
[0024] 其中，To为转弯时外驱动轮的转矩，Ti为转弯时内驱动轮的转矩。
[0025] 步骤八、返回并使计数器q自增1，循环执行步骤六至步骤八。
[0026] 优选的是，步骤四中，最佳滑转率识别模块需首先利用如下公式计算两个变量[0027]
[0028]
[0029] 其中，ui为车辆行驶时驱动轮与地面之间的实时附着系数，Iw为车轮的转动惯量，κi为实时附着系数ui对时间的导数， 为滑转率si对时间的导数。
[0030] 其次，并判断任意时刻t时的 和flag＝1是否同时成立；
[0031] 若是，则说明该车轮打滑，输出打滑标志位flag＝0。此时的轮胎滑转率即为该驱动轮的最佳滑转率，即
[0032] 若否，则说明该车轮未发生打滑，输出打滑标志位flag＝1，保持寄存器中原始不变；
[0033] 最后，输出两驱动轮中外驱动轮的最佳滑转率 和打滑标志位flag。
[0034] 优选的是，最佳滑转率取真实轮胎附着特性曲线中对应峰值轮胎纵向力的滑转率，其与轮胎附着特性简化折线拐点对应的滑转率数值接近。
[0035] 优选的是，步骤五中，轮胎纵向刚度估算模块是通过递归最小二乘法(RLS)来实现驱动轮的纵向刚度的识别的，输出并更新外驱动轮的纵向刚度ko。
[0036] 优选的是，纵向刚度取轮胎附着特性简化折线模型中折线过原点斜线的斜率，其与真实轮胎附着特性曲线在其线性区间的斜率数值接近。
[0037] 优选的是，步骤六中，计算左右驱动轮之间的差动转矩后，通过打滑标志位flag判断驱动车轮是否打滑；
[0038] 若flag＝0，则说明驱动轮打滑，则令两驱动轮之间的差动转矩ΔT＝0，并启动牵引力控制系统抑制车轮打滑；
[0039] 若flag＝1，则说明驱动轮未打滑，则保持计算得到两驱动轮之间的差动转矩ΔT不变。
[0040] 优选的是，步骤六中的公式中的Tadd·q是差动转矩的修正量，其中转矩修正常数Tadd要综合根据识别的纵向刚度与轮胎附着特性曲线在其线性区间的斜率的差值来确定，其最大值的设定要避免修正量的加入造成驱动轮打滑。
[0041] 优选的是，车辆右转弯时，分配给左右驱动轮的驱动转矩分别为
[0042] Trl＝T0＝0.5·(Treq+ΔT)
[0043] Trr＝Ti＝0.5·(Treq-ΔT)
[0044] 其中，Trl为左驱动轮的转矩，Trr为右驱动轮的转矩。
[0045] 优选的是，车辆左转弯时，分配给左右驱动轮的驱动转矩分别为
[0046] Trr＝T0＝0.5·(Treq+ΔT)
[0047] Trl＝Ti＝0.5·(Treq-ΔT)
[0048] 其中，Trl为左驱动轮的转矩，Trr为右驱动轮的转矩。
[0049] 本发明的有益效果是：
[0050] 本发明在保证驱动轮不打滑的前提下，当传感器检测到方向盘转角输入、车辆进行转弯行驶的状态时，通过左右驱动轮的驱动转矩重新分配，产生内外车轮的转矩差，从而产生附加的横摆力矩。在与未施加控制的车辆进行相同的工况试验的前提下，使用本发明所提供方法的车辆的驱动轴的平均滑转率更低，其驱动轮的驱动效率更高，在不改变行驶轨迹的前提下，降低汽车转弯能耗；或在不增加功率需求的情况下，提高车辆的过弯速度。本发明可以应用于轮毂电机驱动电动汽车，亦可应用于驱动转矩可左右轮独立分配的传统内燃机驱动汽车。
附图说明
[0051] 图1为轮胎附着特性简化示意图。
[0052] 图2为转弯时内外驱动轮转矩分配原理示意图。
[0053] 图3为所述的用于减小车轴平均滑转率的转矩分配方法总流程图。
[0054] 图4为最佳滑转率识别模块控制方法流程图。
[0055] 图5为轮胎纵向刚度估算模块控制方法流程图。
具体实施方式
[0056] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0057] 如图1所示，图中的实线曲线为在某一垂直载荷下的轮胎附着特性曲线。因为只有在轮胎与地面之间保持良好附着的条件下，转矩分配才是有意义的。因此，本发明所述的用于减小车轴平均滑转率的转矩分配方法是在轮胎的线性区间内进行的，即图中打斜线的区域。如图1所示，本发明所述的用于减小车轴平均滑转率的转矩分配方法将这一非线性的轮胎附着特性曲线简化成由线性区的一条过原点的斜线和一条过峰值附着系数(即轮胎附着特性曲线顶点)的横线组成的折线，即图中的虚线所示。本发明中所述的轮胎纵向刚度就是指该简化轮胎附着特性曲线在线性区斜线的斜率，后文不再赘述。
[0058] 如图2所示，当车辆转弯时，由于垂直载荷的重新分配，外驱动轮轮胎的纵向刚度大于内驱动轮轮胎的纵向刚度。若驱动转矩在左右驱动轮之间平均分配，则内驱动轮的滑转率将超过外驱动轮的滑转率，内驱动轮更易出现打滑的现象。若对左右驱动轮重新进行转矩分配，即以外驱动轮的纵向刚度为梯度，适当增加外驱动轮的驱动转矩，同时等大的减小内驱动轮的驱动转矩，则外驱动轮的驱动转矩将沿斜线A-A'变化，外驱动轮的滑转率升高，而内驱动轮的驱动转矩将沿斜线B-B'变化，内驱动轮的滑转率降低。但是，由于外驱动轮的纵向刚度大于内驱动轮的纵向刚度，外驱动轮的滑转率增加量小于内驱动轮的滑转率减小量，因此，该驱动轴的平均滑转率是降低的。也就是说，本发明所述的用于减小车轴平均滑转率的转矩分配方法能够减小驱动轮的纵向滑转，减少车轮滑转带来的能耗损失，提高驱动效率。
[0059] 如图3所示，本发明所述的用于减小车轴平均滑转率的转矩分配控制方法总流程如下。
[0060] 步骤一，对寄存器进行初始化设置，即：为 ko赋初值，设定q＝0，flag＝1。
[0061] 其中， 为车辆转弯时的外驱动轮的最佳滑转率，ko为车辆转弯时的外驱动轮的纵向刚度，q是一个计数器，flag为打滑标志位。
[0062] 步骤二、读取通过传感器测量得到的车辆信号，如车辆的行驶速度V、方向盘转角δsw、左右驱动轮的转速ωi(i＝l,r，表示左驱动轮和右驱动轮，下同。)及轮心速度vi、左右驱动轮的驱动转矩Tri，
[0063] 并判断车辆是否转弯，即δsw≥δsw0是否成立，其中δsw0为考虑转向盘游隙在内设定的一个小转角值，如可设定δsw0＝15°为一实施例；
[0064] 若是，则继续进行步骤三；
[0065] 若否，则返回步骤二。
[0066] 步骤三、使用公式(1)，在每一采样时刻t实时计算左、右驱动轮的滑转率：
[0067]
[0068] 其中，si为驱动轮的滑转率，rw为车轮的滚动半径，vi为车轮的轮心速度，这里忽略对车轮滚动半径的影响，认为左右驱动轮的滚动半径相同。
[0069] 步骤四、调用最佳滑转率识别模块，识别外驱动轮的最佳滑转率
[0070] 步骤五、调用轮胎纵向刚度估算模块，估算外驱动轮的纵向刚度ko，
[0071] 并判断左右驱动车轮是否打滑，即flag＝0是否成立；
[0072] 若是，说明驱动轮打滑，则ΔT＝0，q＝0，存储 ko，并启动牵引力控制系统(TCS)，抑制车轮打滑后；
[0073] 若否，说明驱动轮未打滑，则进行步骤六。
[0074] 步骤六、使用公式(2)，计算出左右驱动轮之间的差动转矩ΔT：
[0075]
[0076] 其中， 为车辆转弯时的外驱动轮的最佳滑转率，如：当车辆右转时， 当车辆左转时， so为车辆转弯时外驱动轮的当前滑转率，如：当车辆右转时，so＝sl，当车辆左转时，so＝sr；ko为车辆转弯时的外驱动轮的纵向刚度，如：当车辆右转时，ko＝kl，当车辆左转时，ko＝kr；Treq为车辆的总需求驱动转矩，Treq＝Trl+Trr；Tadd为差动转矩修正常数；q是一个计数器，为进行转矩分配的当前控制周期数减1，具体来说，当第一个控制周期时，q＝0，当第n个控制周期时，q＝n-1。
[0077] 步骤七、保持车辆的总需求驱动转矩不变，为两个驱动轮分配不同的转矩。两驱动轮的转矩分配必须满足如下条件：
[0078] Treq＝To+Ti (3)
[0079] ΔT＝To-Ti (4)
[0080] 于是，可求得公式(5)、(6)，根据公式(5)、(6)，对两驱动轮进行转矩分配：
[0081] To＝0.5·(Treq+ΔT) (5)
[0082] Ti＝0.5·(Treq-ΔT) (6)
[0083] 其中，To为转弯时外驱动轮的驱动转矩，Ti为转弯时内驱动轮的驱动转矩。
[0084] 需要说明的是，公式(2)中的Tadd·q是差动转矩ΔT的修正量，其转矩修正常数Tadd可以综合根据步骤五估算的纵向刚度与轮胎附着特性曲线在其线性区间的斜率的差值来确定，其数值不可过大，以免由于修正量的加入而造成驱动轮的打滑，因此需对转矩修正常数Tadd的数值进行限定。
[0085] 步骤八、根据公式(7)、(8)、(9)、(10)输出后轮驱动转矩Trl和Trr。
[0086] 在车辆右转弯时，分配给左右驱动轮的驱动转矩分别为
[0087] Trl＝T0＝0.5·(Treq+ΔT) (7)
[0088] Trr＝Ti＝0.5·(Treq-ΔT)
[0089] (8)
[0090] 在车辆左转弯时，分配给左右驱动轮的驱动转矩分别为
[0091] Trr＝T0＝0.5·(Treq+ΔT) (9)
[0092] Trl＝Ti＝0.5·(Treq-ΔT) (10)
[0093] 最后，返回并使计数器q自增1，循环执行步骤六至步骤九。
[0094] 如图4所示，本发明所述的用于减小车轴平均滑转率的转矩分配方法中的最佳滑转率识别模块的具体流程如下：
[0095] 步骤一、对flag、κ、进行初始化设置，flag＝1，κ＝0，
[0096] 其中，κ为实时附着系数u对时间的导数，为滑转率s对时间的导数。
[0097] 步骤二、输入左右驱动轮的驱动转矩Tri、转速ωi及滑转率si。
[0098] 步骤三、根据公式(14)、(15)实时计算κi(t)、
[0099] 首先，根据电动轮旋转系统动力学可知，
[0100]
[0101]
[0102] 其中，ui为车辆行驶时驱动轮与地面之间的实时附着系数，FZi为该驱动轮受到的垂直载荷，Iw为车轮的转动惯量，κi为实时附着系数ui对时间的导数， 为滑转率对时间的导数。
[0103] 其次，在采样时刻t的驱动轮角加速度 可根据公式(13)计算得到：
[0104]
[0105] 其中，T为采样步长。
[0106] 最后，由于该识别算法不关心κi和 的具体数值，只关心其符号，故公式(11)中去除导数前的常系数项。于是，在采样时刻t的κi(t)和 可根据公式(14)、(15)计算得到：
[0107]
[0108]
[0109] 步骤四、判断 且flag＝1是否成立。
[0110] 若是，说明此时该驱动轮打滑，输出打滑标志位flag＝0，此时的轮胎滑转率即为该驱动轮的最佳滑转率，即 最后，输出两驱动轮中的外驱动轮的最佳滑转率
[0111] 若否，说明此时该驱动轮未发生打滑。若两驱动轮都未发生打滑，则输出打滑标志位flag＝1，保持寄存器中原始 不变，输出
[0112] 至此，最佳滑转率识别模块运算流程结束。
[0113] 如图5所示，为本发明所述的用于减小车轴平均滑转率的转矩分配方法中的轮胎纵向刚度估算模块，该模块是通过递归最小二乘法(RLS)法来实现驱动轮的纵向刚度的估算的。其具体流程如下：
[0114] 步骤一、初始化go(1)、Po(1)和λ。
[0115] 其中，go(1)为第一个采样时刻的外驱动轮的轮胎纵向刚度，Po(1)第一个采样时刻的协方差，λ为遗忘因子。
[0116] 步骤二、在每一采样时刻，根据公式(16)计算外驱动轮的驱动力Fo(t)
[0117]
[0118] 步骤三、从第二个采样时刻开始，根据公式(17)计算偏差eo(t)
[0119] eo(t)＝Fo(t)-so(t)·go(t-1) (17)
[0120] 步骤四、从第二个采样时刻开始，根据公式(18)计算增益Ko(t)
[0121] Ko(t)＝Po(t-1)·so(t)·[λ+so(t)·Po(t-1)·so(t)]-1 (18)
[0122] 步骤五、从第二个采样时刻开始，根据公式(19)计算协方差Po(t)
[0123] Po(t)＝λ-1-Ko(t)·so(t)·λ-1·Po(t-1) (19)
[0124] 步骤六、根据公式(20)计算轮胎纵向刚度go(t)
[0125] go(t)＝go(t-1)+Ko(t)·eo(t) (20)
[0126] 步骤七、比较go(t-1)与go(t)，
[0127] 若go(t-1)＞go(t)，则ko＝go(t-1)；
[0128] 否则，ko＝go(t)。
[0129] 步骤八、更新并输出外驱动轮的轮胎纵向刚度ko。
[0130] 在采样时间内，重复步骤二至步骤八，直至输出最终的外驱动轮的轮胎纵向刚度ko。
[0131] 至此，轮胎纵向刚度估算模块运算流程结束。
[0132] 本发明所述的转矩分配方法，在确定左右驱动轮转矩差ΔT以及执行差动驱动的过程中，充分考虑了驱动轮是否打滑的情况。因为一旦驱动轮打滑，那么车辆在转弯过程中极易失稳，转矩分配是没有任何意义的。因此，只有在保证驱动轮与地面附着良好的情况下，才能进行本发明所述的用于减小车轴平均滑转率的转矩分配方法。本发明是针对后轮独立驱动车辆使用的一种转矩轮间分配控制方法。在转弯时，从左右驱动轮的轮胎特性出发，根据轮胎的纵向刚度与滑转率进行轮间的转矩分配，从而实现了该驱动轴的平均滑转率的降低，提高了该驱动轴的驱动效率，减小了轮胎由于滑转带来的能量损失。
[0133] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
