一种基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法及其装置与流程

1.本发明属于汽车技术领域，涉及一种基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法及其装置。


背景技术：

2.四驱电动汽车由于需要在前后车轮之间，进行合理的分配驱动扭矩，才能充分发挥四驱动力系统的优势，当分配时，需要考虑提高系统的运转效率、也需要充分利用路面的附着系数来实现驱动防滑等控制技术，但是，目前的现有技术大多从提高系统效率的角度考虑前后轴驱动扭矩分配，也有通过切换两驱和四驱的方式，提高车辆通过性的控制方法，在驱动防滑方面有与电子稳定性控制单元协调实现驱动防滑的文献，但是这些技术方案由于均没有考虑路面附着系数，都无法获得最佳的动力性能，车辆甚至会出现车轮滑转，引起纵向加速性能和侧向稳定性下降,影响车辆安全性。
3.针对上述存在的问题，现有中国文献公开了一种四驱电动汽车前后轴驱动扭矩分配控制方法，包括以下步骤：s1、根据加速踏板和车速值计算出驾驶员总扭矩指令td；s2、基于系统效率最优原则进行初始扭矩分配，得出前轴初始驱动扭矩tdf0和后轴初始驱动扭矩tdr0；s3、对路面可利用的附着系数进行估算得出附着系数μ；s4、根据附着系数μ计算前轴驱动扭矩极限值和后轴驱动扭矩极限值；s5、根据前轴驱动扭矩极限值和后轴驱动扭矩极限值x对前后轴初始扭矩分配作出调整；s6、分别计算出前轴电机扭矩指令和后轴电机扭矩指令，其中，根据路面模型二维表格查表确定每种路面下的附着系数μ；该发明能够通过实时识别路面附着系数计算出最佳的前后轴驱动力极限值，并据此对前后轴驱动扭矩进行转移分配，进而实现最佳的动力性能，主动避免车轮滑转。但是该方案中的路面附着系数是通过路面模型二维表确定的附着系数，查询时存在误差，从而会导致路面附着系数精确度不高，无法实现最佳的动力性能，仍存在车轮滑转的风险，安全性不足。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法及其系统，其所要解决的技术问题是：如何提高车辆的安全性。
5.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法，包括：
6.获取侧向加速度、前轴垂向载荷和后轴垂向载荷；
7.根据前轴垂向载荷计算获得前轴路面附着系数；根据后轴垂向载荷计算获得后轴路面附着系数；
8.根据前轴路面附着系数和侧向加速度计算获得前轴最大纵向加速度，进而获得前轴扭矩限制值；根据后轴路面附着系数和侧向加速度计算获得后轴最大纵向加速度，进而获得后轴扭矩限制值；
9.根据获得的前轴扭矩限制值和后轴扭矩限制值分别对车辆分配的前轴初始驱动
扭矩和后轴初始驱动扭矩进行对应地调节。
10.本基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法在四驱电动汽车行驶过程时，实时获取侧向加速度、前轴垂向载荷和后轴垂向载荷，并根据前轴垂向载荷、后轴垂向载荷获得前后轴的路面附着系数，进而根据该前后轴的路面附着系数和侧向加速度进行计算获得前轴最大纵向加速度和后轴纵向加速度，进而根据前轴最大纵向加速度和前轴垂向载荷进行计算获得前轴扭矩限制值，根据后轴最大纵向加速度和后轴垂向载荷进行计算获得后轴扭矩限制值，根据获得的前轴扭矩限制值和后轴扭矩限制值分别对车辆分配的前轴初始驱动扭矩和后轴初始驱动扭矩进行对应地调节，即对前轴初始扭矩和后轴初始驱动扭矩进行限制，确保前后轴驱动扭矩不超过各前后轴路面附着系数决定的驱动扭矩限制值。本发明的方案是根据前后轴垂向载荷来获取对应的前后轴路面附着系数，垂向载荷反应了车辆的实时运行状态，保证在路面附着情况不好的情况下，能够根据车辆当前的运行状态进行控制，控制精度高，能够更可靠地增加车辆的动力性能，防止前轴或后轴驱动扭矩过大引起车轮滑转，具有可靠地驱动防滑效果，提高了车辆的安全性。
11.在上述的基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法中，获取前轴垂向载荷和后轴垂向载荷的操作为：
12.利用加速度计传感器采集纵向加速度和侧向加速度；
13.根据纵向加速度和侧向加速度并结合车辆的物理结构参数来对车辆每个车轮的垂向载荷进行估算；
14.前轴垂向载荷等于左前轮的垂向载荷加上右前轮的垂向载荷；
15.后轴垂向载荷等于左后轮的垂向载荷加上右后轮的垂向载荷。
16.其中，车辆的物理结构参数包括后轴距、前轴距、轴距、后轴轮距、前轴轮距和质心高度。在本方案中，车辆的前后轴垂向载荷是根据纵向加速度和侧向加速度进行计算的，体现了车辆的实时运动状态，提高了垂直载荷估算的精度，进而保证了前后轴扭矩限制值计算的精确性，为车辆的安全驾驶提供保障。
17.在上述的基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法中，车辆每个车轮的垂向载荷通过以下公式进行估算：
[0018][0019][0020][0021][0022]
其中，f
fl
为左前轮垂向载荷；f
fr
为右前轮垂向载荷；f
rl
为左后轮垂向载荷；f
rr
为右后轮垂向载荷；l
r
为后轴距；l
f
为前轴距；l为轴距a为后轴轮距；b为前轴轮距；h为质心高度；m为整车质量；a
x
为纵向加速度；a
y
为侧向加速度；g为重力加速度。
[0023]
在上述的基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法中，根据前轴垂向载荷计算获得前轴路面附着系数的操作包括：
[0024]
获取车辆的车速和前轴轴速并将前轴轴速与车速进行比较；
[0025]
在前轴轴速大于车速时，获取前轴扭矩驱动力并根据前轴扭矩驱动力和前轴垂向载荷计算获得前轴路面附着系数。
[0026]
在前轴轴速大于车速时，判断车辆前轮出现了打滑，此时进行求取前轴路面附着系数，能够及时对车辆前轴的驱动扭矩进行限制，保证车辆的稳定性和安全性。
[0027]
在上述的基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法中，其特征在于，根据后轴垂向载荷计算获得后轴路面附着系数的操作包括：
[0028]
获取车辆的车速和后轴轴速并将后轴轴速与车速进行比较；
[0029]
在后轴轴速大于车速时，获取后轴扭矩驱动力并根据后轴扭矩驱动力和后轴垂向载荷计算获得后轴路面附着系数。
[0030]
在后轴轴速大于车速时，判断车辆后轮出现了打滑，此时进行求取后轴路面附着系数，能够及时对车辆后轴的驱动扭矩进行限制，保证车辆的稳定性和安全性。
[0031]
在上述的基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法中，所述前轴路面附着系数由以下公式计算获得：
[0032][0033]
其中，f
x前
为前轴驱动力；μ
前
为前轴路面附着系数。
[0034]
所述后轴的路面附着系数由以下公式计算获得：
[0035][0036]
其中，f
x后
为后轴驱动力；μ
后
为后轴路面附着系数。
[0037]
在上述的基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法中，获得前轴扭矩限制值的操作包括：
[0038]
对计算获得的左前轮垂向载荷和右前轮垂向载荷进行比较，选取两者中小的垂向载荷并代入以下公式一进行计算获得前轴扭矩限制值；
[0039]
公式一：
[0040][0041]
其中，t
q前
为前轴扭矩限制值，1为滚动半径；a
x前
为前轴最大纵向加速度，所述前轴最大纵向加速度的计算公式如下：
[0042][0043]
其中，g为重力加速度；a
y
为侧向加速度。
[0044]
在上述的基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法中，获得后轴扭矩限制值的操作包括：
[0045]
对计算获得的左后轮垂向载荷和右后轮垂向载荷进行比较，选取两者中小的垂向载荷并代入以下公式二进行计算获得后轴扭矩限制值；
[0046]
公式二：
[0047]
[0048]
其中，t
q后
为后轴扭矩限制值，1为滚动半径，a
x后
为后轴最大纵向加速度，计算公式如下：
[0049][0050]
其中，g为重力加速度；ay为侧向加速度。
[0051]
一种基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制装置，包括用于获取侧向加速度和纵向加速度的信号采集模块，其特征在于，还包括：
[0052]
垂向载荷计算模块，用于根据侧向加速度和纵向加速度估算获取前轴垂向载荷和后轴垂向载荷；
[0053]
附着系数计算模块，用于根据前轴垂向载荷和后轴垂向载荷进行计算获得前轴路面附着系数和后轴路面附着系数；
[0054]
扭矩限制值计算模块，用于根据前轴垂向载荷、后轴垂向载荷、前轴路面附着系数、后轴路面附着系数以及侧向加速度分别进行计算获得前轴扭矩限制值和后轴扭矩限制值；
[0055]
扭矩限制控制模块，用于根据获得的前轴扭矩限制值和后轴扭矩限制值分别对车辆分配的前轴初始驱动扭矩和后轴初始驱动扭矩进行对应地调节。
[0056]
本基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制装置在四驱电动汽车行驶过程时，由信号采集模块实时获取侧向加速度和纵向加速度，由垂向载荷计算模块根据侧向加速度、纵向加速度并结合车辆的物理结构参数进行估算每个车轮的垂向载荷，从而获得前轴垂向载荷和后轴垂向载荷，其中车辆的物理结构参数包括后轴距、前轴距、轴距、后轴轮距、前轴轮距和质心高度。获得前后轴垂向载荷之后，由路面附着系数计算模块根据前轴垂向载荷、后轴垂向载荷和整车的驱动力进行分别计算获得前轴的路面附着系数和后轴的路面附着系数，最后由扭矩限制值计算模块根据获得的前后轴的路面附着系数和侧向加速度进行计算获得前轴最大纵向加速度和后轴纵向加速度，进而根据前轴最大纵向加速度和前轴垂向载荷进行计算获得前轴扭矩限制值，根据后轴最大纵向加速度和后轴垂向载荷进行计算获得后轴扭矩限制值，由扭矩限制控制模块根据获得的前轴扭矩限制值和后轴扭矩限制值分别对车辆分配的前轴初始驱动扭矩和后轴初始驱动扭矩进行对应地调节，即对前轴初始扭矩和后轴初始驱动扭矩进行限制，确保前后轴驱动扭矩不超过各前后轴路面附着系数决定的驱动扭矩限制值。本发明的方案是根据前后轴垂向载荷来获取对应的前后轴路面附着系数，垂向载荷反应了车辆的实时运行状态，保证在路面附着情况不好的情况下，能够根据车辆当前的运行状态进行控制，控制精度高，能够更可靠地增加车辆的动力性能，防止前轴或后轴驱动扭矩过大引起车轮滑转，具有可靠地驱动防滑效果，提高了车辆的安全性。
[0057]
在上述的基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制装置中，所述的信号采集模块包括用于获取侧向加速度和纵向加速度的纵向加速度计传感器。
[0058]
在上述的基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制装置中，所述四驱扭矩限制装置还包括：
[0059]
限扭条件判断模块，用于获取can总线上的前轴轴速、后轴轴速和车速并在前轴轴速大于车速时，使附着系数计算模块计算前轴路面附着系数，在后轴轴速大于车速时，使附着系数计算模块计算后轴路面附着系数。限扭条件判断模块的设置，对是否进行前后轴扭
矩限制设定了判断条件，能够在车轮出现打滑时及时进行驱动扭矩限制，保证车辆的稳定性和安全性。
[0060]
与现有技术相比，本基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法及其装置具有以下优点：
[0061]
1、本发明是通过纵向加速度和侧向加速度并结合车辆自身的物理结构参数来实时对各车轮的垂向载荷进行计算，结合了车辆的动态运动状态来进行计算，解决了目前前后轴垂向载荷都为整车重量的二分之一，未结合车辆的动态运动状态的问题，通过本发明的方案提高了垂直载荷估算的精度，进而确保了前后轴扭矩限制的精确性，保证对车辆进行可靠的扭矩控制，提高了车辆行驶的稳定性和安全性。
[0062]
2、本发明还设定了扭矩限制的条件，即在判断车轮出现打滑时，才进行对路面附着系数的估算，更智能更经济，提高了车辆进行扭矩限制的可靠性。
附图说明
[0063]
图1是本发明实施例一的控制流程图。
[0064]
图2是本发明实施例二的控制流程图。
[0065]
图3是本发明实施例一的结构示意图。
[0066]
图4是本发明实施例二的结构示意图。
[0067]
图中，1、信号采集模块；2、垂向载荷计算模块；3、附着系数计算模块；4、扭矩限制值计算模块；5、扭矩限制控制模块；6、限扭条件判断模块。
具体实施方式
[0068]
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0069]
实施例一：
[0070]
如图3所示，本基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制装置包括信号采集模块1、垂向载荷计算模块2、路面附着系数计算模块3、扭矩限制值计算模块4和扭矩限制控制模块5，信号采集模块1与垂向载荷计算模块2连接，垂向载荷计算模块2与路面附着系数计算模块3连接，扭矩限制值计算模块4分别连接信号采集模块1、路面附着系数计算模块3和垂直载荷计算模块，扭矩限制值计算模块4和扭矩限制控制模块5连接。
[0071]
垂向载荷计算模块2、路面附着系数计算模块3、扭矩限制值计算模块4和扭矩限制控制模块5的功能可集成于车辆的电机控制器或者整车控制器中，如果是集成于整车控制器中，则通过整车控制器输出前轴限制扭矩指令和后轴限制扭矩指令给电机控制器。在进行扭矩调节时，通过电机控制器或整车控制器实现垂向载荷的计算、路面附着系数的计算、扭矩限制值的计算以及控制电机扭矩限制在扭矩限制值内的功能，保证车辆在运行时，能够根据各车轮的垂向载荷对前后轴的扭矩进行限制，保证车轮的抓地力，提高车辆的稳定性和安全性。
[0072]
信号采集模块1包括加速度计传感器，通过加速计传感器获取纵向加速度和侧向加速度。
[0073]
本基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制装置是通过设置各种功能部件分别对应实
现了基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法。下面通过基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法来说明基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制装置的工作原理。
[0074]
如图1所示，本基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法为基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制装置的控制方法，在四驱电动汽车行驶过程时，由信号采集模块1实时获取侧向加速度和纵向加速度并发送给垂向载荷计算模块2，由垂向载荷计算模块2根据侧向加速度、纵向加速度并结合车辆的物理结构参数进行估算每个车轮的垂向载荷，其中车辆的物理结构参数为车辆制造完成后，固定的参数，包括后轴距、前轴距、轴距、后轴轮距、前轴轮距和质心高度。各车轮的垂向载荷通过下面公式进行计算：
[0075][0076][0077][0078][0079]
其中，f
fl
为左前轮垂向载荷；f
fr
为右前轮垂向载荷；f
rl
为左后轮垂向载荷；f
rr
为右后轮垂向载荷；l
r
为后轴距；l
f
为前轴距；l为轴距；a为后轴轮距；b为前轴轮距；h为质心高度；m为整车质量；a
x
为纵向加速度；a
y
为侧向加速度。
[0080]
在根据上面公式计算获得各车轮的垂向载荷后，其前轴垂向载荷等于左前轮垂向载荷加上右前轮垂向载荷，即前轴垂向载荷f
f
＝f
fl
+f
fr
；后轴垂向载荷等于左后轮垂向载荷加上右后轮垂向载荷，即后轴垂向载荷f
r
＝f
rl
+f
rr
。
[0081]
之后由路面附着系数计算模块3获取前轴垂向载荷、后轴垂向载荷、前轴驱动力和后轴驱动力并分别对这些参数进行计算，其中，根据前轴垂向载荷和前轴驱动力进行计算获得前轴路面附着系数μ
前
，最终由以下公式计算过得：
[0082][0083]
其中，f
x前
为前轴驱动力；μ
前
为前轴路面附着系数。
[0084]
根据后轴垂向载荷和后轴驱动力进行计算获得后轴路面附着系数μ
后
，最终由以下公式计算过得：
[0085][0086]
其中，f
x后
为后轴驱动力；μ
后
为后轴路面附着系数。其中的前后轴驱动力为前轴驱动车辆的能力和后轴驱动车辆的能力。在使用时，可直接通过can总线获取后轴驱动力和前轴驱动力的信号。
[0087]
前轴路面附着系数μ
前
和后轴路面附着系数μ
后
计算获得后，由扭矩限制值计算模块4分别根据获得的前轴路面附着系数μ
前
、后轴路面附着系数μ
后
和侧向加速度a
y
对前轴最大纵向加速度a
x前
和后轴纵向加速度a
x后
进行计算，具体为，由以下公式计算前轴最大纵向加速度a
x前
：
[0088][0089]
其中，g为重力加速度，ay为侧向加速度。
[0090]
由以下公式计算后轴最大纵向加速度a
x后
：
[0091][0092]
其中，g为重力加速度，a
y
为侧向加速度。
[0093]
扭矩限制值计算模块4在计算获得前轴最大纵向加速度a
x前
和后轴最大加速度a
x后
后，根据获得的前轴最大纵向加速度a
x前
、左前轮垂向载荷f
fl
和右前轮垂向载荷f
fr
进行计算前轴扭矩限制值t
q前
，在计算前轴扭矩限制值t
q前
时首先对计算获得的左前轮垂向载荷f
fl
和右前轮垂向载荷f
fr
进行比较，如左前轮垂向载荷f
fl
小于右前轮垂向载荷f
fr
时，选择左前轮垂向载荷f
fl
通过以下公式一进行计算获得前轴扭矩限制值t
q前
；
[0094]
公式一：
[0095][0096]
其中，1为滚动半径。
[0097]
如果左前轮垂向载荷f
fl
大于右前轮垂向载荷f
fr
时，则选择右前轮垂向载荷f
fr
通过以下公式一进行计算获得前轴扭矩限制值t
q前
；
[0098]
公式一：
[0099][0100]
其中，1为滚动半径。
[0101]
根据获得的后轴最大纵向加速度a
x后
、左后轮垂向载荷f
rl
和右后轮垂向载荷f
rr
进行计算后轴扭矩限制值t
q后
，在计算后轴扭矩限制值t
q后
时首先对计算获得的左后轮垂向载荷f
rl
和右后轮垂向载荷f
rr
进行比较，如左后轮垂向载荷f
rl
小于右后轮垂向载荷f
rr
时，选择左后轮垂向载荷f
rl
通过以下公式二进行计算获得前轴扭矩限制值t
q后
；
[0102]
公式二：
[0103][0104]
其中，1为滚动半径。
[0105]
如果左后轮垂向载荷f
rl
大于右后轮垂向载荷f
rr
时，则选择右后轮垂向载荷f
rr
通过以下公式二进行计算获得前轴扭矩限制值t
q后
；
[0106]
公式二：
[0107][0108]
其中，1为滚动半径。
[0109]
最后由扭矩限制控制模块5根据获得的前轴扭矩限制值t
q前
和后轴扭矩限制值t
q后
分别对车辆分配的前轴初始驱动扭矩和后轴初始驱动扭矩进行对应地调节，前轴初始驱动扭矩和后轴初始驱动扭矩在车辆启动的最开始为相等的，即将驾驶员的实际需求扭矩根据平均分方式来分配给前后轴，根据本发明的方案，在前轴车轮发生打滑，若前轴初始驱动扭
矩大于前轴扭矩限制值t
q前
时，控制前轴输出的驱动扭矩减少到获取的前轴扭矩限制值t
q前
；若前轴初始驱动扭矩小于前轴扭矩限制值t
q前
时，则不进行控制。在后轴车轮发生打滑，而且若后轴初始驱动扭矩大于后轴扭矩限制值t
q后
时，控制后轴输出的驱动扭矩减少到获取的后轴扭矩限制值t
q后
；若前轴初始驱动扭矩小于前轴扭矩限制值t
q后
时，则不进行控制。本发明的方案是根据前后轴垂向载荷来获取对应的前后轴路面附着系数，而垂向载荷反应了车辆的实时运行状态，则本案获得的前后轴路面附着系数，保证了车辆在控制时，能够根据车辆当前的运行状态进行控制，控制精度高，能够更可靠地增加车辆的动力性能，防止前轴或后轴驱动扭矩过大引起车轮滑转，具有可靠地驱动防滑效果，提高了车辆的安全性。
[0110]
实施例二：
[0111]
如图2所示，本实施例中的技术方案与实施例一中的技术方案基本相同，不同之处在于，本基于垂直载荷估算的四驱扭矩限制方法中，根据前轴垂向载荷和前轴驱动力进行计算获得前轴路面附着系数μ
前
的操作还包括：
[0112]
通过can总线获取车辆的车速和前轴轴速并将前轴轴速与车速进行比较；
[0113]
在前轴轴速大于车速时，根据前轴垂向载荷和前轴驱动力计算获得前轴的路面附着系数μ
前
。
[0114]
根据后轴垂向载荷计算获得后轴的路面附着系数μ
后
的操作还包括：
[0115]
通过can总线获取车辆的车速和后轴轴速并将后轴轴速与车速进行比较；
[0116]
在后轴轴速大于车速时，根据后轴垂向载荷计算获得后轴路面附着系数μ
后
。
[0117]
如图4所示，在本基于垂直载荷分布的四驱限制装置中，还包括：
[0118]
限扭条件判断模块6，用于获取can总线上的前轴轴速、后轴轴速和车速并在前轴轴速大于车速时，使附着系数计算模块3计算前轴的路面附着系数μ
前
，在后轴轴速大于车速时，使附着系数计算模块3计算后轴的路面附着系数μ
后
。限扭条件判断模块6跟路面附着系数计算模块3连接。
[0119]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。