本發(fā)明涉及一種混合動力及電動車輛控制技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體講涉及一種用于多擋位電動車輪驅(qū)動車輛的換擋控制方法。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)、永磁同步電機(jī)、機(jī)電系統(tǒng)集成等技術(shù)的發(fā)展，電動車輪在混合動力領(lǐng)域及電動車輛中得到了廣泛的應(yīng)用。中、輕型車輛的電動車輪，大都采用“外轉(zhuǎn)子電機(jī)”或“內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)+減速器”的單一擋位方案；而重型車輛或特殊用途車輛由于在爬坡度、加速時間和最高車速等多方面的性能需求，其電動車輪中需采用多擋(一般為兩擋)變速機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)在有限的空間、重量約束下，盡可能地?cái)U(kuò)大電動車輪的有效性能區(qū)間，保證電機(jī)始終在高效率區(qū)工作。

對于采用多擋位電動車輪驅(qū)動的車輛，由于其每個車輪都存在多擋位的變速機(jī)構(gòu)，因此在行進(jìn)間換擋過程中存在各個電動車輪之間的協(xié)調(diào)控制問題。車輛換擋過程中的沖擊力、時間和摩擦力會對車輛行駛產(chǎn)生影響，尤其是多擋車輛，對換擋控制的方法要求較高；每個電動車輪都有兩個以上的擋位，若對各個車輪的換擋操作不協(xié)調(diào)，則有可能導(dǎo)致整車動力性、經(jīng)濟(jì)性和操縱性的下降，嚴(yán)重的話甚至?xí)斐上到y(tǒng)部件的損壞。現(xiàn)有技術(shù)的換擋控制方法是針對單擋車輛，且僅分析單一換擋車輪對象的協(xié)調(diào)換擋，沒有考慮到多擋車輛換擋控制動力中斷的影響。因此，對于采用多擋位電動車輪的車輛，需要保證在車輛行駛過程中各個車輪的協(xié)調(diào)換擋，盡量減少車輛的動力中斷，并保證換擋的平順性，這就需要提供一種高要求的針對整車的換擋控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于多擋位電動車輪驅(qū)動車輛的換擋控制方法。

技術(shù)方案：

一種用于多擋位電動車輪驅(qū)動車輛的換擋控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步驟：

步驟s1：控制器根據(jù)接收的信息和當(dāng)前電動車輪的擋位信息判斷是否需要進(jìn)行升擋或降擋操作，若需要換擋，向電動車輪發(fā)送換擋指令并由第k軸開始進(jìn)入下一步換擋過程，所述k初始值為1；

步驟s2：接收換擋指令的電動車輪驅(qū)動電機(jī)輸出零轉(zhuǎn)矩，同時整車的需求轉(zhuǎn)矩進(jìn)行重新優(yōu)化分配；

步驟s3：第k軸兩側(cè)電動車輪的驅(qū)動電機(jī)進(jìn)入零轉(zhuǎn)矩輸出模式之后，電動車輪控制器操縱各自的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)掛入空擋；

步驟s4：第k軸兩側(cè)電動車輪掛入空擋之后，其驅(qū)動電機(jī)進(jìn)入調(diào)速模式，使電機(jī)轉(zhuǎn)速與各自的車輪轉(zhuǎn)速能夠在目標(biāo)擋位下相匹配；

步驟s5：第k軸兩側(cè)電動車輪的驅(qū)動電機(jī)完成調(diào)速之后，電動車輪控制器操縱各自的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)換入目標(biāo)擋位；

步驟s6：第k軸兩側(cè)電動車輪換入目標(biāo)擋位之后，令k＝k+1，并判斷電動車輪是否全部完成換擋過程，若未全部完成換擋，則重復(fù)進(jìn)行步驟s2至s5的流程；若全部完成換擋，則重新優(yōu)化分配各個車輪的輸出轉(zhuǎn)矩，使所有車軸上的電動車輪在當(dāng)前的新?lián)跷幌鹿餐敵鲛D(zhuǎn)矩驅(qū)動車輛，整個換擋過程結(jié)束。

優(yōu)選地，所述換擋控制方法基于“同軸車輪同步換擋，不同軸車輪交替換擋”的策略來實(shí)施。

優(yōu)選地，所述步驟s1中控制器接收的信息包括：駕駛模式輸入指令和車輛狀態(tài)信息；

所述駕駛模式輸入指令指駕駛員對車輛的操作信號，包括：駕駛員的油門踏板信號和制動踏板信號；

所述車輛狀態(tài)信息包括車輛行駛的時速、行駛方向等。

優(yōu)選地，所述步驟s2中的所述驅(qū)動電機(jī)輸出零轉(zhuǎn)矩具體是第k軸左右兩側(cè)電動車輪的驅(qū)動電機(jī)輸出零轉(zhuǎn)矩；

所述整車的需求轉(zhuǎn)矩在除第k軸外的其他各車軸之間進(jìn)行重新優(yōu)化分配。

優(yōu)選地，所述步驟s2中將整車的需求轉(zhuǎn)矩在除第k軸以外的其他各車軸之間進(jìn)行重新優(yōu)化分配，即各電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩滿足：

tkl＝tkr＝0(1)

式(1)表示第k軸左右側(cè)電機(jī)輸出零轉(zhuǎn)矩，式(2)表示為了使整車換擋平順且動力不中斷，其余各車軸的電動車輪的驅(qū)/制動轉(zhuǎn)矩重新分配所需要滿足的約束條件，tdesired為根據(jù)駕駛員意圖識別的整車需求轉(zhuǎn)矩。

優(yōu)選地，所述步驟s4中的電機(jī)轉(zhuǎn)速與各自的車輪轉(zhuǎn)速能夠在目標(biāo)擋位下相匹配，即兩側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速滿足：

nkl_motor＝i”nkl_wheel(3)

nkr_motor＝i”nkr_wheel(4)

其中nkl_motor和nkr_motor分別為第k軸左右兩側(cè)電動車輪的電機(jī)轉(zhuǎn)速，nkl_wheel和nkr_wheel分別為第k軸左右兩側(cè)電動車輪的轉(zhuǎn)速。

優(yōu)選地，所述步驟s6中的所述判斷電動車輪是否全部完成換擋過程具體是判斷n個車軸上的全部電動車輪是否都完成了換擋過程；

所述重新優(yōu)化分配各個車輪的輸出轉(zhuǎn)矩具體是根據(jù)整車的轉(zhuǎn)矩分配策略對各個車輪的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行重新優(yōu)化分配。

優(yōu)選地，所述多擋位電動車輪包括：電機(jī)1、多擋減速機(jī)構(gòu)2、輪輞輪胎3、制動器4、電動車輪控制器5。

優(yōu)選地，所述采用多擋位電動車輪驅(qū)動的n軸(n≥2)車輛包括：車體、第1軸左側(cè)電動車輪、第1軸右側(cè)電動車輪、第2軸左側(cè)電動車輪、第2軸右側(cè)電動車輪、……第n軸左側(cè)電動車輪、第n軸右側(cè)電動車輪。所述電動車輪通過懸架與車輛車體相連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

現(xiàn)有的電動車輪或輪邊電驅(qū)動系統(tǒng)，其從電機(jī)到輪胎的傳動方案大多數(shù)都是基于單一擋位固定減速比。國內(nèi)外只有極少數(shù)采用多擋位變速方案的電動車輪產(chǎn)品或?qū)＠?，其在電機(jī)尺寸和整體效率、車輪輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍等性能指標(biāo)方面優(yōu)于單一擋位的電動車輪方案。

本發(fā)明提出的控制方法，通過對車輛各車軸上的電動車輪的換擋過程進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，一方面使不同軸上的電動車輪交替換擋，另一方面使同一軸上左右兩側(cè)的電動車輪盡量實(shí)現(xiàn)同步換擋，在此基礎(chǔ)上配合轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償再分配策略，將處于換擋過程中的電動車輪的轉(zhuǎn)矩輸出需求分配至其他未處于換擋過程的電動車輪。該技術(shù)方案能夠避免換擋過程中的車輛動力中斷，保證換擋的平順性，將各車輪換擋不同步所造成的不利影響降至最低。

本發(fā)明所提出的控制方法也適用于具有多擋位的輪邊電驅(qū)動系統(tǒng)及其驅(qū)動的車輛，并具有相同的實(shí)施優(yōu)勢和有益效果。即對于所有具有多擋位變速功能的分布式獨(dú)立電驅(qū)動系統(tǒng)，本發(fā)明所提出的控制方法均能夠?qū)崿F(xiàn)其協(xié)調(diào)換擋過程。

附圖說明

圖1為本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施所基于的多擋位電動車輪的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施所基于的采用多擋位電動車輪驅(qū)動車輛的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明技術(shù)方案的控制方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

為解決現(xiàn)有的技術(shù)需求，本發(fā)明提供一種用于多擋位電動車輪驅(qū)動車輛的換擋控制方法，

其特征在于，所述方法基于“同軸車輪同步換擋，不同軸車輪交替換擋”的策略來實(shí)施。

所述多擋位電動車輪如圖1所示，包括：電機(jī)1、多擋變速機(jī)構(gòu)2、輪輞輪胎3、制動器4、電動車輪控制器5；所述電機(jī)1的動力輸出經(jīng)由多擋變速機(jī)構(gòu)2，驅(qū)動輪輞輪胎3；所述制動器4用于在輪輞輪胎側(cè)產(chǎn)生機(jī)械制動力，或在電機(jī)側(cè)產(chǎn)生機(jī)械制動力；所述電動車輪控制器5用于驅(qū)動電機(jī)、控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、操縱制動器、以及監(jiān)控電動車輪運(yùn)行狀態(tài)。或者，所述制動器4也可由整車液壓制動管路統(tǒng)一操縱控制。

所述采用多擋位電動車輪驅(qū)動的n軸(n≥2)車輛如圖2所示，按照與本專利相關(guān)功能的范疇劃分包括：車體，第1軸左側(cè)電動車輪、第1軸右側(cè)電動車輪、第2軸左側(cè)電動車輪、第2軸右側(cè)電動車輪、……第n軸左側(cè)電動車輪、第n軸右側(cè)電動車輪。所述各個電動車輪通過懸架(獨(dú)立懸架、半獨(dú)立懸架、非獨(dú)立懸架)與車體相連接。

本發(fā)明提出的控制方法的流程圖如附圖3所示，所述控制方法包括如下步驟：

步驟s1：整車控制器接收駕駛員的油門踏板和制動踏板信號，綜合可能存在的駕駛模式輸入指令，判斷識別駕駛員的駕駛意圖，并根據(jù)采集到的車速等車輛狀態(tài)信息，結(jié)合當(dāng)前電動車輪的擋位信息判斷是否需要電動車輪進(jìn)行升擋或降擋操作，若需要換擋，則由k＝1開始，從步驟s2進(jìn)入換擋過程。記當(dāng)前擋位的傳動比為i'，目標(biāo)擋位的傳動比為i”；記n個車軸上左右兩側(cè)電動車輪的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩分別為t1l,t1r,t2l,t2r,……,tnl,tnr，下標(biāo)中的數(shù)字1,2,……n用于標(biāo)示各個車軸，字母l和r用于標(biāo)示左側(cè)和右側(cè)車輪。

步驟s2：控制策略向各電動車輪發(fā)送指令，使其驅(qū)/制動轉(zhuǎn)矩進(jìn)行重新分配：第k軸的左右側(cè)電機(jī)輸出零轉(zhuǎn)矩，同時將整車的需求轉(zhuǎn)矩在除第k軸以外的其他各車軸之間進(jìn)行重新優(yōu)化分配，即各電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩滿足

tkl＝tkr＝0(1)

式(1)表示第k軸左右側(cè)電機(jī)輸出零轉(zhuǎn)矩，式(2)表示為了使整車換擋平順且動力不中斷，其余各車軸的電動車輪的驅(qū)/制動轉(zhuǎn)矩重新分配所需要滿足的約束條件，tdesired為根據(jù)駕駛員意圖識別的整車需求轉(zhuǎn)矩。

步驟s3：第k軸兩側(cè)電動車輪的驅(qū)動電機(jī)進(jìn)入零轉(zhuǎn)矩輸出模式之后，電動車輪控制器操縱各自的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)掛入空擋。

步驟s4：第k軸兩側(cè)電動車輪掛入空擋之后，其驅(qū)動電機(jī)進(jìn)入調(diào)速模式，使電機(jī)轉(zhuǎn)速與各自的車輪轉(zhuǎn)速能夠在目標(biāo)擋位下相匹配，即兩側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速滿足

nkl_motor＝i”nkl_wheel(3)

nkr_motor＝i”nkr_wheel(4)

其中nkl_motor和nkr_motor分別為第k軸左右兩側(cè)電動車輪的電機(jī)轉(zhuǎn)速，nkl_wheel和nkr_wheel分別為第k軸左右兩側(cè)電動車輪的轉(zhuǎn)速。

步驟s5：第k軸兩側(cè)電動車輪的驅(qū)動電機(jī)完成調(diào)速之后，電動車輪控制器操縱各自的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)換入目標(biāo)擋位。

步驟s6：第k軸兩側(cè)電動車輪換入目標(biāo)擋位之后，令k＝k+1，并判斷是否n個車軸上的全部電動車輪都完成了換擋過程，若未全部完成換擋，則重復(fù)進(jìn)行步驟s2至s5的流程；若全部完成換擋，則根據(jù)整車的轉(zhuǎn)矩分配策略對各個車輪的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行重新優(yōu)化分配，使所有車軸上的電動車輪在當(dāng)前的新?lián)跷幌鹿餐敵鲛D(zhuǎn)矩驅(qū)動車輛，整個換擋過程結(jié)束。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上所述實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式而非對其保護(hù)范圍的限制，盡管參照上述實(shí)施例對本申請進(jìn)行了詳細(xì)的說明,所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請后依然可對申請的具體實(shí)施方式進(jìn)行種種變更、修改或者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。