一種車輛及其輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輪邊驅(qū)動(dòng)扭矩分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種車輛及其輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輪邊驅(qū)動(dòng)扭矩分配方法，屬于電動(dòng)汽車 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車保有量的急劇攀升，汽車帶給地球的能源緊張和大氣污染問(wèn)題日益嚴(yán) 重。新能源汽車尤其是純電動(dòng)汽車成為各大廠家積極研發(fā)的方向，輪邊驅(qū)動(dòng)作為一種純電 動(dòng)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式具有動(dòng)力傳遞路線短、布置靈活等多方面的優(yōu)勢(shì)。
[0003] 現(xiàn)有電動(dòng)汽車構(gòu)型方案中，采用將電機(jī)直接與車輪集成的方案或者輪邊電機(jī)的驅(qū) 動(dòng)方案是最有利于整車性能提升的，而輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是提高電動(dòng)汽車性能的一項(xiàng)關(guān)鍵 技術(shù)，各輪驅(qū)動(dòng)力僅通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制控制而不必像傳統(tǒng)汽車那樣要對(duì)整車 動(dòng)力傳動(dòng)系及制動(dòng)系進(jìn)行綜合控制才能實(shí)現(xiàn)車輪驅(qū)動(dòng)力控制。
[0004] 現(xiàn)有電動(dòng)輪汽車技術(shù)文獻(xiàn)大多針對(duì)乘用車（兩輪前驅(qū)、兩輪后驅(qū)或四輪驅(qū)動(dòng)）， 較少有關(guān)于客車的電動(dòng)輪技術(shù)?？蛙嚲哂熊嚿黹L(zhǎng)、載荷大的特點(diǎn)，例如滿載16T的客車，一 般采用單軸雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，例如中國(guó)專利公布號(hào)CN103879307A公開了一種用于電動(dòng)汽車的 后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，電機(jī)尺寸會(huì)較大，勢(shì)必會(huì)影響車內(nèi)后軸處過(guò)道寬度；公布號(hào) CN201354003Y公開了一種多輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，前軸在布置輪邊電機(jī)和減速器的同時(shí)，還要布 置轉(zhuǎn)向系，也會(huì)影響車內(nèi)前軸處過(guò)道寬度，而且在轉(zhuǎn)向時(shí)的操控性能不如后驅(qū)車輛。
[0005] 針對(duì)輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的扭矩分配，現(xiàn)有技術(shù)有如下方案：例如公布號(hào)為 CN104175902A的專利公開了一種電動(dòng)輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配控制方法， 其中電動(dòng)輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)包括以下部分：駕駛員意圖模塊、輪轂電機(jī)、穩(wěn)定性 控制器、轉(zhuǎn)矩分配器、滑移率控制器、整車模塊、路面信息模塊和整車傳感器模塊。整車模塊 中的整車傳感器模塊測(cè)取輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、車速、質(zhì)心側(cè)偏角、方向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角 速度和側(cè)向加速度，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算得到電機(jī)分配轉(zhuǎn)距。該方案能夠根據(jù)車輛行駛狀 態(tài)、不同時(shí)刻車速和駕駛員意圖適時(shí)調(diào)節(jié)滑移率、電機(jī)狀態(tài)和轉(zhuǎn)矩分配，但是其不足之處在 于所使用的電機(jī)扭矩分配方法主要是針對(duì)各獨(dú)立車輪的輪轂電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配，不適用于 多軸系統(tǒng)，且傳動(dòng)效率沒有保障，其控制方法也比較復(fù)雜，不利于實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種車內(nèi)過(guò)道寬、載客多、能耗低、操縱安全性好的輪邊驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)，并提供一種使用上述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輪邊驅(qū)動(dòng)扭矩分配方法，通過(guò)輪邊電機(jī)的扭矩協(xié)調(diào) 控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向差速和軸間扭矩分配功能。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0008] 一種車輛輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括1個(gè)轉(zhuǎn)向軸和m個(gè)驅(qū)動(dòng)軸，m彡2,轉(zhuǎn)向軸用于與兩個(gè) 轉(zhuǎn)向輪連接，驅(qū)動(dòng)軸上安裝有2m個(gè)由對(duì)應(yīng)輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)輪，每個(gè)輪邊電機(jī)對(duì)應(yīng)連接 有一個(gè)電機(jī)控制器，各電機(jī)控制器均與整車控制器連接，所述整車控制器用于根據(jù)所采集 的需求信號(hào)向各電機(jī)控制器發(fā)送對(duì)應(yīng)指令以控制對(duì)應(yīng)輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。
[0009] 所述輪邊電機(jī)通過(guò)減速器與對(duì)應(yīng)車輪機(jī)械相連。
[0010] 一種車輛，包括車輪及對(duì)應(yīng)的車輛輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述車輛輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括1 個(gè)轉(zhuǎn)向軸和m個(gè)驅(qū)動(dòng)軸，m多2,轉(zhuǎn)向軸上安裝有兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪，驅(qū)動(dòng)軸上安裝有2m個(gè)由對(duì)應(yīng) 輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)輪，每個(gè)輪邊電機(jī)對(duì)應(yīng)連接有一個(gè)電機(jī)控制器，各電機(jī)控制器均與整 車控制器連接，所述整車控制器用于根據(jù)所采集的需求信號(hào)向各電機(jī)控制器發(fā)送對(duì)應(yīng)指令 以控制對(duì)應(yīng)輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。
[0011] 所述輪邊電機(jī)通過(guò)減速器與對(duì)應(yīng)車輪機(jī)械相連。
[0012] 一種車輛輪邊驅(qū)動(dòng)扭矩分配方法，若車輛的驅(qū)動(dòng)軸個(gè)數(shù)大于1，則：
[0013] 當(dāng)車輛油門踏板開度不為零且方向盤轉(zhuǎn)角小于標(biāo)定值時(shí)，以輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總效率 最高為目標(biāo)，根據(jù)需求總扭矩的大小在各驅(qū)動(dòng)軸之間進(jìn)行扭矩分配，且同一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸對(duì)應(yīng) 的兩個(gè)輪邊電機(jī)的扭矩相同；
[0014] 當(dāng)油門踏板開度不為零且方向盤轉(zhuǎn)角大于標(biāo)定值且車速小于設(shè)定臨界車速時(shí)，對(duì) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向差速調(diào)節(jié)扭矩分配：首先根據(jù)需求扭矩的大小在各驅(qū)動(dòng)軸之間進(jìn)行扭矩 的平均分配，再根據(jù)當(dāng)前車速和方向盤轉(zhuǎn)角下每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的左右側(cè)輪邊電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速， 確定各驅(qū)動(dòng)軸左右側(cè)輪邊電機(jī)的輸出扭矩。
[0015] 當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸數(shù)目m = 2時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總效率是：
[0016] n = (Treq · n)/[2n · (Tl/n (Tl，n)+T2/q (T2, η))]
[0017] 其中，Treq為車輛需求總扭矩，η為輪邊電機(jī)平均轉(zhuǎn)速，η (ΤΙ，η)和η (T2，η)分 別為兩驅(qū)動(dòng)軸的電機(jī)在對(duì)應(yīng)扭矩和轉(zhuǎn)速下的效率；T I、T 2分別為兩驅(qū)動(dòng)軸對(duì)應(yīng)電機(jī)的 扭矩，且有：
[0018] Tl= Treq · ^/2
[0019] T2 = Treq · (1-^)/2
[0020] 其中，Ii1為第一驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)扭矩占總驅(qū)動(dòng)扭矩的百分比，且0 < k 1。
[0021] 當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸數(shù)目m>2時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總效率是：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種車輛輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，包括1個(gè)轉(zhuǎn)向軸和m個(gè)驅(qū)動(dòng)軸，m> 2,轉(zhuǎn)向軸 用于與兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪連接，驅(qū)動(dòng)軸上安裝有2m個(gè)由對(duì)應(yīng)輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)輪，每個(gè)輪邊電 機(jī)對(duì)應(yīng)連接有一個(gè)電機(jī)控制器，各電機(jī)控制器均與整車控制器連接，所述整車控制器用于 根據(jù)所采集的需求信號(hào)向各電機(jī)控制器發(fā)送對(duì)應(yīng)指令W控制對(duì)應(yīng)輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于：所述輪邊電機(jī)通過(guò)減速器 與對(duì)應(yīng)車輪機(jī)械相連。
3. -種車輛，包括車輪及對(duì)應(yīng)的車輛輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述車輛輪邊驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)包括1個(gè)轉(zhuǎn)向軸和m個(gè)驅(qū)動(dòng)軸，m> 2,轉(zhuǎn)向軸上安裝有兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪，驅(qū)動(dòng)軸上安裝有2m 個(gè)由對(duì)應(yīng)輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)輪，每個(gè)輪邊電機(jī)對(duì)應(yīng)連接有一個(gè)電機(jī)控制器，各電機(jī)控制 器均與整車控制器連接，所述整車控制器用于根據(jù)所采集的需求信號(hào)向各電機(jī)控制器發(fā)送 對(duì)應(yīng)指令W控制對(duì)應(yīng)輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛，其特征在于，所述輪邊電機(jī)通過(guò)減速器與對(duì)應(yīng)車輪機(jī) 械相連。
5. -種車輛輪邊驅(qū)動(dòng)扭矩分配方法，其特征在于，若車輛的驅(qū)動(dòng)軸個(gè)數(shù)大于1，則： 當(dāng)車輛油口踏板開度不為零且方向盤轉(zhuǎn)角小于標(biāo)定值時(shí)，W輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總效率最高 為目標(biāo)，根據(jù)需求總扭矩的大小在各驅(qū)動(dòng)軸之間進(jìn)行扭矩分配，且同一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸對(duì)應(yīng)的兩 個(gè)輪邊電機(jī)的扭矩相同； 當(dāng)油口踏板開度不為零且方向盤轉(zhuǎn)角大于標(biāo)定值且車速小于設(shè)定臨界車速時(shí)，對(duì)驅(qū)動(dòng) 電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向差速調(diào)節(jié)扭矩分配；首先根據(jù)需求扭矩的大小在各驅(qū)動(dòng)軸之間進(jìn)行扭矩的平 均分配，再根據(jù)當(dāng)前車速和方向盤轉(zhuǎn)角下每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的左右側(cè)輪邊電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，確定 各驅(qū)動(dòng)軸左右側(cè)輪邊電機(jī)的輸出扭矩。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛輪邊驅(qū)動(dòng)扭矩分配方法，其特征在于，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸數(shù)目m= 2時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總效率是； n= (Treq-n)/巧n- (Tl/n(Tl，n)+T2/n(T2，n))] 其中，Treq為車輛需求總扭矩，n為輪邊電機(jī)平均轉(zhuǎn)速，n(Tl，n)和n訂2,n)分別為 兩驅(qū)動(dòng)軸的電機(jī)在對(duì)應(yīng)扭矩和轉(zhuǎn)速下的效率；Tl、T2分別為兩驅(qū)動(dòng)軸對(duì)應(yīng)電機(jī)的扭矩，且 有： T1 =Treq?ki/2 T2 =Treq? (1-ki) /2 其中，ki為第一驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)扭矩占總驅(qū)動(dòng)扭矩的百分比，且0 <ki< 1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛輪邊驅(qū)動(dòng)扭矩分配方法，其特征在于，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸數(shù)目m〉2 時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總效率是：
其中，Treq為車輛需求總扭矩，n為輪邊電機(jī)平均轉(zhuǎn)速，n(Tl，n)、n訂2，11). ..、n(Tm，n)分別為各驅(qū)動(dòng)軸的電機(jī)在對(duì)應(yīng)扭矩和轉(zhuǎn)速下的效率；Tl、T2、…、Tm分別為兩驅(qū)動(dòng)軸對(duì) 應(yīng)電機(jī)的扭矩，且有： T1 =Treq?ki/2 T2 =Treq?\J2 Tm=Treq? (l-ki-ka-----k^_i) /2 其中，ki、k2、…、km_汾別為第一、第二…第m-1個(gè)驅(qū)動(dòng)軸對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)扭矩占總驅(qū)動(dòng)扭矩 的百分比，且0 <ki< 1，0 <k2< 1 且0 <ki+k2+'''+km_i< 1。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛輪邊驅(qū)動(dòng)扭矩分配方法，其特征在于，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行 轉(zhuǎn)向差速調(diào)節(jié)扭矩分配時(shí)，各驅(qū)動(dòng)軸左右側(cè)輪邊電機(jī)輸出扭矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)為kd， 且0<kd<l，其計(jì)算公式為： kd=T_l_map/(T_l_map+T_r_map) 其中，T_l_map為左側(cè)輪邊電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的查表扭矩，T_r_map為右側(cè)輪邊電機(jī)目 標(biāo)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的的查表扭矩； 則各驅(qū)動(dòng)軸對(duì)應(yīng)的左右側(cè)電機(jī)扭矩Tm_l、Tm_r的計(jì)算公式如下： Tm_l=Tm?kd Tm_r=Tm? (l_kd)/2 其中，Tm為對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)軸的電機(jī)扭矩。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛輪邊驅(qū)動(dòng)扭矩分配方法，其特征在于：當(dāng)油口踏板開度 不為零且方向盤轉(zhuǎn)角大于標(biāo)定值同時(shí)車速大于設(shè)定臨界車速時(shí)，若車身橫擺角速度超過(guò)當(dāng) 前車速下允許的車身橫擺角速度最大值，則進(jìn)行車身穩(wěn)定控制：W當(dāng)前車速下的理想車身 橫擺角速度與當(dāng)前車身橫擺角速度的差值為控制目標(biāo)，進(jìn)行PID控制，輸出左右側(cè)電機(jī)扭 矩調(diào)節(jié)值，直到車身側(cè)傾力矩低于安全口限值為止。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5~9任意一項(xiàng)所述的車輛輪邊驅(qū)動(dòng)扭矩分配方法，其特征在于，當(dāng) 任意一個(gè)電動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率高于滑轉(zhuǎn)率安全口限值時(shí)，對(duì)理想滑轉(zhuǎn)率與當(dāng)前滑轉(zhuǎn)率的差值進(jìn) 行PI控制，輸出該電動(dòng)輪扭矩下降值，直到該輪滑轉(zhuǎn)率低于安全口限值為止。
【專利摘要】本發(fā)明涉及車輛及其輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輪邊驅(qū)動(dòng)扭矩分配方法，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)軸不少于2個(gè)，可以更合理的布置車內(nèi)空間，并且能獲得較好的動(dòng)力性，載客能力和爬坡性能比單電機(jī)驅(qū)動(dòng)客車有所增強(qiáng)；還可以根據(jù)車輛需求功率，靈活分配各驅(qū)動(dòng)軸扭矩，獲得較高的輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率，最大程度的節(jié)省動(dòng)力電池耗電量；并將軸間扭矩分配、轉(zhuǎn)向差速及其他控制模塊結(jié)合在一起，形成一套適用于多后軸輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化、ASR、ESP、EBS等先進(jìn)的汽車電子控制系統(tǒng)功能，使得整車在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性和安全性等方面獲得良好的平衡。
【IPC分類】B60L15-00, B60K1-02
【公開號(hào)】CN104786804
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510216703
【發(fā)明人】吳浩, 高建平, 張曉偉, 蘇常軍, 楊學(xué)青, 劉海龍
【申請(qǐng)人】鄭州宇通客車股份有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月30日