用于減小車軸平均滑轉(zhuǎn)率的轉(zhuǎn)矩分配方法與流程
本發(fā)明涉及汽車轉(zhuǎn)彎時驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩分配方法，特別涉及一種用于減小驅(qū)動車軸平均滑轉(zhuǎn)率的轉(zhuǎn)矩分配方法。
背景技術(shù)：
電動輪獨立驅(qū)動汽車各輪驅(qū)動轉(zhuǎn)矩可以任意分配的特點帶來了優(yōu)于傳統(tǒng)汽車的動力性、操縱性、穩(wěn)定性技術(shù)優(yōu)勢。此外其靈活的底盤布置和易于實現(xiàn)底盤電動集成化的技術(shù)特點成為未來電動汽車發(fā)展趨勢。然而作為電動汽車的一種，由于電池技術(shù)的瓶頸，同樣使其具備續(xù)駛里程短的問題。因此，為實現(xiàn)車輛更好的經(jīng)濟(jì)性，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩要如何分配能夠提高整體驅(qū)動效率成為電池技術(shù)取得突破性進(jìn)展之前，必須予以重視的問題。
對于電動輪獨立驅(qū)動汽車，目前已經(jīng)提出了很多轉(zhuǎn)矩分配方法。根據(jù)轉(zhuǎn)矩分配的目的，這些方法主要可以分為三類。一類是提高汽車的機動性，即，在相同的駕駛員輸入下，該種轉(zhuǎn)矩分配方法能夠減小車輛的轉(zhuǎn)彎半徑，從而實現(xiàn)快速過彎。一類是提高汽車的穩(wěn)定性，即在相同的駕駛員輸入下，該種轉(zhuǎn)矩分配方法能夠減小車輛質(zhì)心側(cè)偏角，減小車輛失穩(wěn)的趨勢，保持車輛行駛的穩(wěn)定。還有一類是提高汽車的經(jīng)濟(jì)性，即在相同的工況下，該種轉(zhuǎn)矩分配方法能夠減小車輛轉(zhuǎn)彎阻力，增加汽車橫擺運動，降低汽車的能耗，從而達(dá)到節(jié)能的目的。此種方法的核心是利用車輛線性二自由度參考模型，以理想橫擺角速度為目標(biāo)計算出直接橫擺力偶矩，從而進(jìn)行各輪間的轉(zhuǎn)矩分配。針對電動汽車，還會考慮電機工作點的變化以及再生制動對總體能量消耗的影響。然而，以上轉(zhuǎn)矩分配方法大都是基于車輛模型的反饋控制，忽略了轉(zhuǎn)矩分配對于車輪滑轉(zhuǎn)率的影響，導(dǎo)致額外的功率損耗。因此，本發(fā)明將根據(jù)車輛轉(zhuǎn)彎時輪胎特性的變化，進(jìn)行驅(qū)動輪間的轉(zhuǎn)矩分配，以減小該車軸平均滑轉(zhuǎn)率，減小驅(qū)動時的無功損耗，提高車軸的驅(qū)動效率，在不改變行駛軌跡的前提下，降低汽車轉(zhuǎn)彎能耗；或在不增加功率需求的情況下，提高車輛的過彎速度。本發(fā)明可以應(yīng)用于輪轂電機驅(qū)動電動汽車，亦可應(yīng)用于驅(qū)動轉(zhuǎn)矩可左右輪獨立分配的傳統(tǒng)內(nèi)燃機驅(qū)動汽車。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種用于轉(zhuǎn)彎時汽車的轉(zhuǎn)矩輪間分配方法，其目的是降低驅(qū)動軸的平均滑轉(zhuǎn)率，提高驅(qū)動輪的驅(qū)動效率，在不增加功率需求的情況下，提高車輛的過彎速度。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
一種用于減小車軸平均滑轉(zhuǎn)率的轉(zhuǎn)矩分配方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一、對寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置，為
其中，
步驟二、讀取通過傳感器測量得到的車輛信號，如車輛的行駛速度v、方向盤轉(zhuǎn)角δsw、左右驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速ωi(i＝l,r，表示左驅(qū)動輪和右驅(qū)動輪，下同)及輪心速度vi、左右驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩tri
并判斷車輛是否轉(zhuǎn)彎，即δsw≥δsw0是否成立，其中δsw0為考慮轉(zhuǎn)向盤游隙在內(nèi)設(shè)定的一個小轉(zhuǎn)角值；
若是，則繼續(xù)進(jìn)行步驟三；
若否，則返回步驟二。
步驟三、使用如下公式，在每一采樣時刻t實時計算左、右驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率
其中，si為驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率，rw為車輪的滾動半徑，這里忽略對車輪滾動半徑的影響，認(rèn)為左、右驅(qū)動輪的滾動半徑相同。
步驟四、調(diào)用最佳滑轉(zhuǎn)率識別模塊識別外驅(qū)動輪的最佳滑轉(zhuǎn)率
步驟五、調(diào)用輪胎縱向剛度估算模塊估算外驅(qū)動輪的縱向剛度ko。
步驟六、使用如下公式，計算出左右驅(qū)動輪之間的差動轉(zhuǎn)矩
其中，
步驟七、保持車輛的總需求驅(qū)動轉(zhuǎn)矩不變，根據(jù)如下公式，對兩驅(qū)動輪進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配：
to＝0.5·(treq+δt)
ti＝0.5·(treq-δt)
其中，to為轉(zhuǎn)彎時外驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩，ti為轉(zhuǎn)彎時內(nèi)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩。
步驟八、返回并使計數(shù)器q自增1，循環(huán)執(zhí)行步驟六至步驟八。
優(yōu)選的是，步驟四中，最佳滑轉(zhuǎn)率識別模塊需首先利用如下公式計算兩個變量
其中，ui為車輛行駛時驅(qū)動輪與地面之間的實時附著系數(shù)，iw為車輪的轉(zhuǎn)動慣量，κi為實時附著系數(shù)ui對時間的導(dǎo)數(shù)，
其次，并判斷任意時刻t時的
若是，則說明該車輪打滑，輸出打滑標(biāo)志位flag＝0。此時的輪胎滑轉(zhuǎn)率即為該驅(qū)動輪的最佳滑轉(zhuǎn)率，即
若否，則說明該車輪未發(fā)生打滑，輸出打滑標(biāo)志位flag＝1，保持寄存器中原始
最后，輸出兩驅(qū)動輪中外驅(qū)動輪的最佳滑轉(zhuǎn)率
優(yōu)選的是，最佳滑轉(zhuǎn)率取真實輪胎附著特性曲線中對應(yīng)峰值輪胎縱向力的滑轉(zhuǎn)率，其與輪胎附著特性簡化折線拐點對應(yīng)的滑轉(zhuǎn)率數(shù)值接近。
優(yōu)選的是，步驟五中，輪胎縱向剛度估算模塊是通過遞歸最小二乘法(rls)來實現(xiàn)驅(qū)動輪的縱向剛度的識別的，輸出并更新外驅(qū)動輪的縱向剛度ko。
優(yōu)選的是，縱向剛度取輪胎附著特性簡化折線模型中折線過原點斜線的斜率，其與真實輪胎附著特性曲線在其線性區(qū)間的斜率數(shù)值接近。
優(yōu)選的是，步驟六中，計算左右驅(qū)動輪之間的差動轉(zhuǎn)矩后，通過打滑標(biāo)志位flag判斷驅(qū)動車輪是否打滑；
若flag＝0，則說明驅(qū)動輪打滑，則令兩驅(qū)動輪之間的差動轉(zhuǎn)矩δt＝0，并啟動牽引力控制系統(tǒng)抑制車輪打滑；
若flag＝1，則說明驅(qū)動輪未打滑，則保持計算得到兩驅(qū)動輪之間的差動轉(zhuǎn)矩δt不變。
優(yōu)選的是，步驟六中的公式中的tadd·q是差動轉(zhuǎn)矩的修正量，其中轉(zhuǎn)矩修正常數(shù)tadd要綜合根據(jù)識別的縱向剛度與輪胎附著特性曲線在其線性區(qū)間的斜率的差值來確定，其最大值的設(shè)定要避免修正量的加入造成驅(qū)動輪打滑。
優(yōu)選的是，車輛右轉(zhuǎn)彎時，分配給左右驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩分別為
trl＝t0＝0.5·(treq+δt)
trr＝ti＝0.5·(treq-δt)
其中，trl為左驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩，trr為右驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩。
優(yōu)選的是，車輛左轉(zhuǎn)彎時，分配給左右驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩分別為
trr＝t0＝0.5·(treq+δt)
trl＝ti＝0.5·(treq-δt)
其中，trl為左驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩，trr為右驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明在保證驅(qū)動輪不打滑的前提下，當(dāng)傳感器檢測到方向盤轉(zhuǎn)角輸入、車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)彎行駛的狀態(tài)時，通過左右驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩重新分配，產(chǎn)生內(nèi)外車輪的轉(zhuǎn)矩差，從而產(chǎn)生附加的橫擺力矩。在與未施加控制的車輛進(jìn)行相同的工況試驗的前提下，使用本發(fā)明所提供方法的車輛的驅(qū)動軸的平均滑轉(zhuǎn)率更低，其驅(qū)動輪的驅(qū)動效率更高，在不改變行駛軌跡的前提下，降低汽車轉(zhuǎn)彎能耗；或在不增加功率需求的情況下，提高車輛的過彎速度。本發(fā)明可以應(yīng)用于輪轂電機驅(qū)動電動汽車，亦可應(yīng)用于驅(qū)動轉(zhuǎn)矩可左右輪獨立分配的傳統(tǒng)內(nèi)燃機驅(qū)動汽車。
附圖說明
圖1為輪胎附著特性簡化示意圖。
圖2為轉(zhuǎn)彎時內(nèi)外驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩分配原理示意圖。
圖3為所述的用于減小車軸平均滑轉(zhuǎn)率的轉(zhuǎn)矩分配方法總流程圖。
圖4為最佳滑轉(zhuǎn)率識別模塊控制方法流程圖。
圖5為輪胎縱向剛度估算模塊控制方法流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
如圖1所示，圖中的實線曲線為在某一垂直載荷下的輪胎附著特性曲線。因為只有在輪胎與地面之間保持良好附著的條件下，轉(zhuǎn)矩分配才是有意義的。因此，本發(fā)明所述的用于減小車軸平均滑轉(zhuǎn)率的轉(zhuǎn)矩分配方法是在輪胎的線性區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的，即圖中打斜線的區(qū)域。如圖1所示，本發(fā)明所述的用于減小車軸平均滑轉(zhuǎn)率的轉(zhuǎn)矩分配方法將這一非線性的輪胎附著特性曲線簡化成由線性區(qū)的一條過原點的斜線和一條過峰值附著系數(shù)(即輪胎附著特性曲線頂點)的橫線組成的折線，即圖中的虛線所示。本發(fā)明中所述的輪胎縱向剛度就是指該簡化輪胎附著特性曲線在線性區(qū)斜線的斜率，后文不再贅述。
如圖2所示，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時，由于垂直載荷的重新分配，外驅(qū)動輪輪胎的縱向剛度大于內(nèi)驅(qū)動輪輪胎的縱向剛度。若驅(qū)動轉(zhuǎn)矩在左右驅(qū)動輪之間平均分配，則內(nèi)驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率將超過外驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率，內(nèi)驅(qū)動輪更易出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象。若對左右驅(qū)動輪重新進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配，即以外驅(qū)動輪的縱向剛度為梯度，適當(dāng)增加外驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，同時等大的減小內(nèi)驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，則外驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩將沿斜線a-a'變化，外驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率升高，而內(nèi)驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩將沿斜線b-b'變化，內(nèi)驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率降低。但是，由于外驅(qū)動輪的縱向剛度大于內(nèi)驅(qū)動輪的縱向剛度，外驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率增加量小于內(nèi)驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率減小量，因此，該驅(qū)動軸的平均滑轉(zhuǎn)率是降低的。也就是說，本發(fā)明所述的用于減小車軸平均滑轉(zhuǎn)率的轉(zhuǎn)矩分配方法能夠減小驅(qū)動輪的縱向滑轉(zhuǎn)，減少車輪滑轉(zhuǎn)帶來的能耗損失，提高驅(qū)動效率。
如圖3所示，本發(fā)明所述的用于減小車軸平均滑轉(zhuǎn)率的轉(zhuǎn)矩分配控制方法總流程如下。
步驟一，對寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置，即：為
其中，
步驟二、讀取通過傳感器測量得到的車輛信號，如車輛的行駛速度v、方向盤轉(zhuǎn)角δsw、左右驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速ωi(i＝l,r，表示左驅(qū)動輪和右驅(qū)動輪，下同。)及輪心速度vi、左右驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩tri，
并判斷車輛是否轉(zhuǎn)彎，即δsw≥δsw0是否成立，其中δsw0為考慮轉(zhuǎn)向盤游隙在內(nèi)設(shè)定的一個小轉(zhuǎn)角值，如可設(shè)定δsw0＝15°為一實施例；
若是，則繼續(xù)進(jìn)行步驟三；
若否，則返回步驟二。
步驟三、使用公式(1)，在每一采樣時刻t實時計算左、右驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率：
其中，si為驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率，rw為車輪的滾動半徑，vi為車輪的輪心速度，這里忽略對車輪滾動半徑的影響，認(rèn)為左右驅(qū)動輪的滾動半徑相同。
步驟四、調(diào)用最佳滑轉(zhuǎn)率識別模塊，識別外驅(qū)動輪的最佳滑轉(zhuǎn)率
步驟五、調(diào)用輪胎縱向剛度估算模塊，估算外驅(qū)動輪的縱向剛度ko，
并判斷左右驅(qū)動車輪是否打滑，即flag＝0是否成立；
若是，說明驅(qū)動輪打滑，則δt＝0，q＝0，存儲
若否，說明驅(qū)動輪未打滑，則進(jìn)行步驟六。
步驟六、使用公式(2)，計算出左右驅(qū)動輪之間的差動轉(zhuǎn)矩δt：
其中，
步驟七、保持車輛的總需求驅(qū)動轉(zhuǎn)矩不變，為兩個驅(qū)動輪分配不同的轉(zhuǎn)矩。兩驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩分配必須滿足如下條件：
treq＝to+ti(3)
δt＝to-ti(4)
于是，可求得公式(5)、(6)，根據(jù)公式(5)、(6)，對兩驅(qū)動輪進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配：
to＝0.5·(treq+δt)(5)
ti＝0.5·(treq-δt)(6)
其中，to為轉(zhuǎn)彎時外驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，ti為轉(zhuǎn)彎時內(nèi)驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。
需要說明的是，公式(2)中的tadd·q是差動轉(zhuǎn)矩δt的修正量，其轉(zhuǎn)矩修正常數(shù)tadd可以綜合根據(jù)步驟五估算的縱向剛度與輪胎附著特性曲線在其線性區(qū)間的斜率的差值來確定，其數(shù)值不可過大，以免由于修正量的加入而造成驅(qū)動輪的打滑，因此需對轉(zhuǎn)矩修正常數(shù)tadd的數(shù)值進(jìn)行限定。
步驟八、根據(jù)公式(7)、(8)、(9)、(10)輸出后輪驅(qū)動轉(zhuǎn)矩trl和trr。
在車輛右轉(zhuǎn)彎時，分配給左右驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩分別為
trl＝t0＝0.5·(treq+δt)(7)
trr＝ti＝0.5·(treq-δt)(8)
在車輛左轉(zhuǎn)彎時，分配給左右驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩分別為
trr＝t0＝0.5·(treq+δt)(9)
trl＝ti＝0.5·(treq-δt)(10)
最后，返回并使計數(shù)器q自增1，循環(huán)執(zhí)行步驟六至步驟九。
如圖4所示，本發(fā)明所述的用于減小車軸平均滑轉(zhuǎn)率的轉(zhuǎn)矩分配方法中的最佳滑轉(zhuǎn)率識別模塊的具體流程如下：
步驟一、對flag、κ、
其中，κ為實時附著系數(shù)u對時間的導(dǎo)數(shù)，
步驟二、輸入左右驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩tri、轉(zhuǎn)速ωi及滑轉(zhuǎn)率si。
步驟三、根據(jù)公式(14)、(15)實時計算κi(t)、
首先，根據(jù)電動輪旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)動力學(xué)可知，
其中，ui為車輛行駛時驅(qū)動輪與地面之間的實時附著系數(shù)，fzi為該驅(qū)動輪受到的垂直載荷，iw為車輪的轉(zhuǎn)動慣量，κi為實時附著系數(shù)ui對時間的導(dǎo)數(shù)，
其次，在采樣時刻t的驅(qū)動輪角加速度
其中，t為采樣步長。
最后，由于該識別算法不關(guān)心κi和
步驟四、判斷
若是，說明此時該驅(qū)動輪打滑，輸出打滑標(biāo)志位flag＝0，此時的輪胎滑轉(zhuǎn)率即為該驅(qū)動輪的最佳滑轉(zhuǎn)率，即
若否，說明此時該驅(qū)動輪未發(fā)生打滑。若兩驅(qū)動輪都未發(fā)生打滑，則輸出打滑標(biāo)志位flag＝1，保持寄存器中原始
至此，最佳滑轉(zhuǎn)率識別模塊運算流程結(jié)束。
如圖5所示，為本發(fā)明所述的用于減小車軸平均滑轉(zhuǎn)率的轉(zhuǎn)矩分配方法中的輪胎縱向剛度估算模塊，該模塊是通過遞歸最小二乘法(rls)法來實現(xiàn)驅(qū)動輪的縱向剛度的估算的。其具體流程如下：
步驟一、初始化go(1)、po(1)和λ。
其中，go(1)為第一個采樣時刻的外驅(qū)動輪的輪胎縱向剛度，po(1)第一個采樣時刻的協(xié)方差，λ為遺忘因子。
步驟二、在每一采樣時刻，根據(jù)公式(16)計算外驅(qū)動輪的驅(qū)動力fo(t)
步驟三、從第二個采樣時刻開始，根據(jù)公式(17)計算偏差eo(t)
eo(t)＝fo(t)-so(t)·go(t-1)(17)
步驟四、從第二個采樣時刻開始，根據(jù)公式(18)計算增益ko(t)
步驟五、從第二個采樣時刻開始，根據(jù)公式(19)計算協(xié)方差po(t)
步驟六、根據(jù)公式(20)計算輪胎縱向剛度go(t)
go(t)＝go(t-1)+ko(t)·eo(t)(20)
步驟七、比較go(t-1)與go(t)，
若go(t-1)＞go(t)，則ko＝go(t-1)；
否則，ko＝go(t)。
步驟八、更新并輸出外驅(qū)動輪的輪胎縱向剛度ko。
在采樣時間內(nèi)，重復(fù)步驟二至步驟八，直至輸出最終的外驅(qū)動輪的輪胎縱向剛度ko。
至此，輪胎縱向剛度估算模塊運算流程結(jié)束。
本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)矩分配方法，在確定左右驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩差δt以及執(zhí)行差動驅(qū)動的過程中，充分考慮了驅(qū)動輪是否打滑的情況。因為一旦驅(qū)動輪打滑，那么車輛在轉(zhuǎn)彎過程中極易失穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩分配是沒有任何意義的。因此，只有在保證驅(qū)動輪與地面附著良好的情況下，才能進(jìn)行本發(fā)明所述的用于減小車軸平均滑轉(zhuǎn)率的轉(zhuǎn)矩分配方法。本發(fā)明是針對后輪獨立驅(qū)動車輛使用的一種轉(zhuǎn)矩輪間分配控制方法。在轉(zhuǎn)彎時，從左右驅(qū)動輪的輪胎特性出發(fā)，根據(jù)輪胎的縱向剛度與滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行輪間的轉(zhuǎn)矩分配，從而實現(xiàn)了該驅(qū)動軸的平均滑轉(zhuǎn)率的降低，提高了該驅(qū)動軸的驅(qū)動效率，減小了輪胎由于滑轉(zhuǎn)帶來的能量損失。
盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
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