本發明涉及車輛驅動控制領域，具體涉及一種車輛轉矩分配裝置及方法。

背景技術：

行駛的安全性和穩定性是輪式車輛的兩項重要性能指標，為了提高行駛性能，需要采用有效手段來提高車輛行駛的安全性和穩定性。對于輪轂電機驅動車輛，例如六輪獨立驅動電動車輛，每個車輪獨立驅動，當車輛在不平路面、低附著路面行駛或翻越障礙時，由于各車輪所獲得的路面附著力不同，導致各個車輪的轉速難以協同一致，這樣一方面加速了輪胎的磨損，另一方面導致車輛行駛不穩定，同時，還會使車輪過度滑轉，降低車輛的動力性能。

技術實現要素：

本發明提供了一種車輛轉矩分配裝置及方法，以解決車輛在不平路面、低附著路面行駛或翻越障礙時，各個車輪的轉速難以協同一致，一方面加速了輪胎的磨損，另一方面導致車輛行駛不穩定，同時，還會使車輪過度滑轉，降低車輛的動力性能的問題，降低車輪的滑轉，提高輪轂電機驅動車輛行駛的安全性、穩定性和整車的動力性能。

第一方面，本發明提供了一種車輛轉矩分配裝置，包括計算模塊、預測模塊、初始轉矩分配模塊和轉矩輸出模塊；所述計算模塊與所述轉矩輸出模塊連接，用于計算車輪的滑轉率，并將該滑轉率發送給所述轉矩輸出模塊；所述預測模塊與所述轉矩輸出模塊連接，用于預測車輪的最優滑轉率，并將該最優滑轉率發送給所述轉矩輸出模塊；所述初始轉矩分配模塊與所述轉矩輸出模塊連接，用于將總轉矩分配給各車輪電機，并將各車輪電機分配得到的初始轉矩發送給所述轉矩輸出模塊；所述轉矩輸出模塊用于求得所述滑轉率與所述最優滑轉率的差值，對該差值進行比例積分運算得到轉矩修正值，將該轉矩修正值與車輪電機分配得到的初始轉矩疊加得到輸出轉矩值，并將該輸出轉矩值輸出。

其中，所述預測模塊用于將時出現的滑轉率作為車輪的最優滑轉率，其中，T_di為第i個車輪的驅動轉矩，為T_di的導數，I_w為車輪轉動慣量，為第i個車輪的角速度，為的導數。

其中，所述預測模塊用于當所述時出現的滑轉率屬于0.05-0.20的范圍時，將該滑轉率作為最優滑轉率。

其中，所述預測模塊用于將0.15作為最優滑轉率的初始值。

其中，所述預測模塊用于，當κ_inκ_i(n-1)≤0，且當前輸出的滑轉率屬于0.05-0.20的范圍時，將上一步輸出的滑轉率作為最優滑轉率，其中，κ_in為當前計算值，為上一步計算值，為第i個車輪的驅動轉矩的導數，I_w為車輪轉動慣量，為第i個車輪的角速度的導數。

其中，還包括車輛行駛模塊，該車輛行駛模塊與所述轉矩輸出模塊連接，用于接收所述轉矩輸出模塊反饋的輸出轉矩值；所述車輛行駛模塊還分別與所述計算模塊、預測模塊和初始轉矩分配模塊連接，用于獲取輪轂電機及車輛狀態參數并將輪轂電機及車輛狀態參數提供給所述計算模塊、預測模塊和初始轉矩分配模塊。

其中，所述初始轉矩分配模塊包括輪荷占比計算單元和分配單元，所述輪荷占比計算單元與分配單元連接，用于計算各車輪輪荷占總輪荷的比值，所述分配單元用于根據各車輪輪荷占總輪荷的比值分配總轉矩。

其中，所述轉矩輸出模塊還包括限幅單元，該限幅單元用于比較所述滑轉率與所述最優滑轉率，當所述滑轉率大于所述最優滑轉率時，則輸出所述滑轉率與所述最優滑轉率的差值，當所述滑轉率小于等于所述最優滑轉率時，則不輸出所述滑轉率與所述最優滑轉率的差值。

第二方面，本發明還提供了一種電動車輛，包括上述任一項所述的車輛轉矩分配裝置。

第三方面，本發明還提供了一種車輛轉矩分配方法，包括以下步驟：S1：計算車輪的滑轉率；預測車輪的最優滑轉率；將總轉矩分配給各車輪電機；S2：求得所述滑轉率與所述最優滑轉率的差值，對該差值進行比例積分運算得到轉矩修正值，將該轉矩修正值與車輪電機分配得到的初始轉矩疊加得到輸出轉矩值。

本發明的車輛轉矩分配裝置及方法具有以下有益效果：

本發明的裝置及方法能夠修正車輛出現滑轉的車輪所對應的驅動電機的轉矩，調節其轉矩輸出，將車輪滑轉率控制在最優滑轉率附近，增大車輪與地面的附著力，使車輪的驅動力與地面附著力平衡，延長了輪胎使用壽命，降低了車輪的滑轉，從而提高了輪轂電機驅動車輛的行駛穩定性、安全性和整車的動力性能。本發明的裝置能夠對每個車輪進行防滑控制，實時監測每個車輪的滑轉情況。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發明。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明車輛轉矩分配裝置的結構示意圖；

圖2為圖1所示的車輛轉矩分配裝置的流程圖；

圖3為本發明車輛轉矩分配裝置的一種優選結構示意圖；

圖4為圖3所示的車輛轉矩分配裝置的流程圖；

圖5為本發明車輛轉矩分配裝置的初始轉矩分配模塊的結構示意圖；

圖6為本發明車輛轉矩分配裝置的轉矩輸出模塊的結構示意圖；

圖7為使用了本發明車輛轉矩分配裝置和未使用本發明車輛轉矩分配裝置兩種情況下車速對比；

圖8為使用了本發明車輛轉矩分配裝置和未使用本發明車輛轉矩分配裝置兩種情況下車身加速度對比；

圖9為使用了本發明車輛轉矩分配裝置和未使用本發明車輛轉矩分配裝置兩種情況下第一輪縱向滑轉率對比；

圖10為使用了本發明車輛轉矩分配裝置和未使用本發明車輛轉矩分配裝置兩種情況下第二輪縱向滑轉率對比；

圖11為使用了本發明車輛轉矩分配裝置和未使用本發明車輛轉矩分配裝置兩種情況下第三輪縱向滑轉率對比；

圖12為使用了本發明車輛轉矩分配裝置和未使用本發明車輛轉矩分配裝置兩種情況下第四輪縱向滑轉率對比；

圖13為使用了本發明車輛轉矩分配裝置和未使用本發明車輛轉矩分配裝置兩種情況下第五輪縱向滑轉率對比；

圖14為使用了本發明車輛轉矩分配裝置和未使用本發明車輛轉矩分配裝置兩種情況下第六輪縱向滑轉率對比。

具體實施方式

下面結合附圖介紹本發明的實施例。

如圖1所示，本發明車輛轉矩分配裝置包括計算模塊11、預測模塊12、初始轉矩分配模塊13和轉矩輸出模塊10。計算模塊11與轉矩輸出模塊10連接，用于計算車輪的滑轉率，并將計算得出的滑轉率發送給轉矩輸出模塊10。預測模塊12與轉矩輸出模塊10連接，用于預測車輪的最優滑轉率，并將預測的最優滑轉率發送給轉矩輸出模塊10。初始轉矩分配模塊13與轉矩輸出模塊10連接，用于將總轉矩分配給各車輪電機，并將各車輪電機分配得到的初始轉矩發送給轉矩輸出模塊10。轉矩輸出模塊10用于求得計算模塊11發送的滑轉率與預測模塊12發送的最優滑轉率的差值，對該差值進行比例積分運算得到轉矩修正值，將轉矩修正值與車輪電機分配得到的初始轉矩疊加得到輸出轉矩值，并將該輸出轉矩值輸出。

如圖2所示，圖1中的車輛轉矩分配裝置的工作流程包括：步驟S11，計算車輪的滑轉率；步驟S12，預測車輪的最優滑轉率；步驟S13，將預先給定的總轉矩分配給各車輪電機；步驟S2，計算步驟S11得到的滑轉率與步驟S12得到的最優滑轉率的差值，對該差值進行比例積分運算,得到轉矩修正值，將轉矩修正值與步驟S13中車輪電機分配得到的初始轉矩疊加得到輸出轉矩值。其中，步驟S11、S12和S13的順序可以互換，步驟S11、S12和S13也可以同時進行。步驟S2中，采用比例積分(proportional integral，PI)控制算法得到轉矩修正值，該轉矩修正值即為轉矩調節量，轉矩修正值與車輪電機分配得到的初始轉矩疊加就得到最終的輸出轉矩值，轉矩輸出模塊10將該輸出轉矩值輸出。

如圖3所示，圖3所示的車輛轉矩分配裝置與圖2所示的車輛轉矩分配裝置不同的是還包括車輛行駛模塊14，該車輛行駛模塊14與轉矩輸出模塊10連接，用于接收轉矩輸出模塊10反饋的輸出轉矩值，并根據反饋的輸出轉矩值對各車輪電機的轉矩進行控制，形成閉環控制。車輛行駛模塊14還分別與計算模塊11、預測模塊12、初始轉矩分配模塊13連接，用于獲取輪轂電機及車輛狀態參數，并將獲取的輪轂電機及車輛狀態參數提供給計算模塊11、預測模塊12和初始轉矩分配模塊13。

如圖4所示，圖3中的車輛轉矩分配裝置的工作流程為：步驟S0，車輛行駛模塊14獲取輪轂電機及車輛狀態參數，并將獲取的輪轂電機及車輛狀態參數提供給計算模塊11、預測模塊12和初始轉矩分配模塊13；步驟S11，計算車輪的滑轉率；步驟S12，預測車輪的最優滑轉率；步驟S13，將預先給定的總轉矩分配給各車輪電機；步驟S2，計算步驟S11得到的滑轉率與步驟S12得到的最優滑轉率的差值，對該差值進行比例積分運算,得到轉矩修正值，將轉矩修正值與步驟S13中車輪電機分配得到的初始轉矩疊加得到輸出轉矩值；步驟S3，車輛行駛模塊14接收轉矩輸出模塊10反饋的輸出轉矩值，并根據反饋的輸出轉矩值對各車輪電機的轉矩進行控制。其中，步驟S11、S12和S13的順序可以互換，步驟S11、S12和S13也可以同時進行。

下面介紹預測模塊12預測車輪的最優滑轉率的過程。

車輛在行駛過程中，由輪轂電機產生的驅動力矩直接作用到車輪上，此時作用于驅動車輪上的轉矩T_d產生一對地面的圓周力F_f，驅動輪受到地面產生的反作用力F_d(方向與F_f相反)便為驅動汽車的作用力，理論上，動力裝置輸出的驅動力矩越大，車輪作用于地面而產生的圓周力就會越大，同時地面對驅動輪的反作用力就會越大，加速能力就越好，爬坡能力也就越強。但是，車輛在實際行駛中，地面對車輪的切向反作用力不會因為驅動力矩的不斷增加而無限制的增大，比如在潮濕的瀝青路面或者光滑的低附著系數路面上行駛的汽車，當驅動力過大時，很可能導致驅動輪在路面上急劇加速滑轉，這時地面反作用力就會比較小，不會隨著驅動力矩的繼續增加而增大，那么車輛的動力性能便會大幅度地降低。所以，車輛的動力性能除了與驅動力有關之外，還與輪胎和地面之間的附著系數有著密切關系。

地面施加給車輪的驅動力可以用垂直載荷與路面附著系數的乘積來表示，即

上式中，F_xi為地面施加給車輪的驅動力，F_zi為垂直載荷，為路面附著系數。

由車輪轉動動力學方程：

上式中，I_w為車輪轉動慣量，為第i個車輪的角速度，T_di為第i個車輪的驅動轉矩，r_r為車輪的滾動半徑。

由以上兩式求出第i個車輪的路面附著系數為：

則附著系數對時間t的導數為：

由滑轉率計算公式：

上式中，μ_i為滑轉率，u_i為車輪中心縱向速度，即汽車的行駛速度，

可得，滑轉率μ_i對時間t的導數為：

進一步得到：

由于車輛驅動行駛時，上式中的F_zi、r_r、Ω_i²均為正數，的正負號由決定。當時，即時，此時出現的滑轉率即為最優滑轉率μ_p。

進行驅動防滑控制時，由于驅動輪的加速度是采用差分運算得到的，運算過程中產生了極大的震蕩，即使車輪滑轉率不大，也會出現的情況。因此，當時出現的滑轉率屬于0.05-0.20的范圍時，才將該滑轉率作為最優滑轉率，以提高最優滑轉率預測的準確度，其中，T_di為第i個車輪的驅動轉矩，為T_di的導數，I_w為車輪轉動慣量，為第i個車輪的角速度，為的導數。

預測模塊12也可以用于將0.15作為最優滑轉率的初始值。

預測模塊12還可以取兩步計算值進行最佳滑轉率的識別，設κ_in為當前計算值，κ_i(n-1)為上一步計算值，當κ_inκ_i(n-1)≤0時，且當前輸出的滑轉率屬于0.05-0.20的范圍時，即認為當前車輪已發生滑轉，則取上一步輸出的滑轉率μ_i(n-1)作為最優滑轉率，其中，為第i個車輪的驅動轉矩的導數，I_w為車輪轉動慣量，為第i個車輪的角速度的導數。

如圖5所示，初始轉矩分配模塊13包括輪荷占比計算單元15和分配單元16，輪荷占比計算單元15與分配單元16連接，用于計算各車輪輪荷占總輪荷的比值，分配單元16用于根據各車輪輪荷占總輪荷的比值分配總轉矩。由于電驅動車輛可以通過綜合控制器和電機控制器對每個驅動電機進行實時和獨立控制，并且驅動電機本身轉矩響應快、控制精度高，因而各車輪的轉矩可以實現靈活、動態分配，不像機械傳動車輛那樣受限于固定的傳動比，所以在初始轉矩分配中采用基于載荷比的分配，即第i輪分配到的轉矩占總轉矩的比例應為第i輪的輪荷占六輪總輪荷的比值。

如圖6所示，轉矩輸出模塊10還包括限幅單元17，該限幅單元17用于比較計算模塊11得到的滑轉率與預測模塊12得到的最優滑轉率，當滑轉率大于最優滑轉率時，則輸出滑轉率與最優滑轉率的差值，當滑轉率小于等于最優滑轉率時，則不輸出滑轉率與最優滑轉率的差值。

本發明的裝置能夠修正車輛出現滑轉的車輪所對應的驅動電機的轉矩，調節其轉矩輸出，將車輪滑轉率控制在最優滑轉率附近，增大車輪與地面的附著力，使車輪的驅動力與地面附著力平衡，延長了輪胎使用壽命，降低了車輪的滑轉，從而提高了輪轂電機驅動車輛的行駛穩定性、安全性和整車的動力性能。本發明的裝置能夠對每個車輪進行防滑控制，實時監測每個車輪的滑轉情況。本發明的裝置尤其適用于多輪獨立驅動電動車輛直線行駛工況的轉矩分配。

根據本說明書的教導，本領域技術人員應當能夠理解，上述的“模塊”、“單元”是指能夠獨立完成或與其他部件配合完成特定功能的軟件和/或硬件，本領域技術人員基于成本和處理速度的考慮，可以將本說明書中的“模塊”和/或“單元”通過軟件和/或硬件實現。

本發明還提供一種電動車輛，包括上述的車輛轉矩分配裝置。

發明人對本發明車輛轉矩分配裝置的效果進行了數值仿真分析，進行數值分析時選用六輪獨立驅動電動車輛，如圖7所示，虛線表示未使用本發明車輛轉矩分配裝置時車輛的車速，從圖中可以看出，最終達到的車速值為8.12m/s；實線表示使用了本發明車輛轉矩分配裝置后車輛的車速，從圖中可以看出，最終達到的車速值約為9.80m/s，高于未使用本發明車輛轉矩分配裝置時最終的車速值。

如圖8所示，虛線表示未使用本發明車輛轉矩分配裝置時的車身加速度，加速度平均值為1.43m/s²，算數均方根為1.98m/s²；實線表示使用了本發明車輛轉矩分配裝置后的車身加速度，加速度平均值為2.01m/s²，算數均方根為2.78m/s²，可見，使用了本發明車輛轉矩分配裝置后，車輛動力性得到了明顯提升。

如圖9-14所示，從圖中可以看出，未使用本發明車輛轉矩分配裝置時，各車輪縱向滑轉率波動較大，有處在0.4～0.7范圍內的滑轉率數值，這一區間內的滑轉率表明車輪在這些時刻發生滑轉。使用了本發明車輛轉矩分配裝置后，縱向滑轉率波動范圍明顯縮小，并且平均值均在最優滑轉率0.15附近，可見，本發明車輛轉矩分配裝置有效改善了車輪的滑轉情況。

本發明還提供一種車輛轉矩分配方法，包括以下步驟：

S1：計算車輪的滑轉率；預測車輪的最優滑轉率；將總轉矩分配給各車輪電機；

S2：求得滑轉率與最優滑轉率的差值，并對該差值進行比例積分運算得到轉矩修正值，將轉矩修正值與車輪電機分配得到的初始轉矩疊加得到輸出轉矩值。

步驟S1中，將時出現的滑轉率作為車輪的最優滑轉率，其中，T_di為第i個車輪的驅動轉矩，為T_di的導數，I_w為車輪轉動慣量，為第i個車輪的角速度，為的導數。

步驟S1中，當所述時出現的滑轉率屬于0.05-0.20的范圍時，將該滑轉率作為最優滑轉率。

步驟S1中，將0.15作為最優滑轉率的初始值。

步驟S1中，當κ_inκ_i(n-1)≤0，且當前輸出的滑轉率屬于0.05-0.20的范圍時，將上一步輸出的滑轉率作為最優滑轉率，其中，κ_in為當前計算值，κ_i(n-1)為上一步計算值，為第i個車輪的驅動轉矩的導數，I_w為車輪轉動慣量，為第i個車輪的角速度的導數。

步驟S1之前還包括：獲取輪轂電機及車輛狀態參數；步驟S2之后還包括：接收輸出轉矩值。

步驟S1中，計算各車輪輪荷占總輪荷的比值，根據各車輪輪荷占總輪荷的比值分配總轉矩。

步驟S2中，比較滑轉率與最優滑轉率，當滑轉率大于最優滑轉率時，則輸出滑轉率與最優滑轉率的差值，當滑轉率小于等于最優滑轉率時，則不輸出滑轉率與最優滑轉率的差值。

本說明書中，對于車輛轉矩分配方法實施例而言，由于其基本相似于車輛轉矩分配裝置實施例，相關之處參見車輛轉矩分配裝置實施例的部分說明即可，以避免重復性描述。

本領域的技術人員可以清楚地了解到本發明的技術方案可借助軟件或硬件來實現。基于這樣的理解，本發明中的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品或硬件產品的形式體現出來，其中，計算機軟件產品可以存儲在存儲介質中，如ROM/RAM、磁碟和光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機、服務器或網絡設備等)執行本發明各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。說明書中的“模塊”和“單元”是指能夠獨立完成或與其他部件配合完成特定功能的軟件和/或硬件。

以上所述僅是本發明的具體實施方式，使本領域技術人員能夠理解或實現本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其他實施例中實現。因此本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。

以上的本發明實施方式，并不構成對本發明保護范圍的限定。