一种车辆及其轮边驱动系统和轮边驱动扭矩分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种车辆及其轮边驱动系统和轮边驱动扭矩分配方法，属于电动汽车 领域。
【背景技术】
[0002] 随着汽车保有量的急剧攀升，汽车带给地球的能源紧张和大气污染问题日益严 重。新能源汽车尤其是纯电动汽车成为各大厂家积极研发的方向，轮边驱动作为一种纯电 动结构的驱动方式具有动力传递路线短、布置灵活等多方面的优势。
[0003] 现有电动汽车构型方案中，采用将电机直接与车轮集成的方案或者轮边电机的驱 动方案是最有利于整车性能提升的，而轮边电机驱动技术是提高电动汽车性能的一项关键 技术，各轮驱动力仅通过驱动电机即可实现独立控制控制而不必像传统汽车那样要对整车 动力传动系及制动系进行综合控制才能实现车轮驱动力控制。
[0004] 现有电动轮汽车技术文献大多针对乘用车（两轮前驱、两轮后驱或四轮驱动）， 较少有关于客车的电动轮技术。客车具有车身长、载荷大的特点，例如满载16T的客车，一 般采用单轴双电机驱动，例如中国专利公布号CN103879307A公开了一种用于电动汽车的 后轮独立驱动控制系统及方法，电机尺寸会较大，势必会影响车内后轴处过道宽度；公布号 CN201354003Y公开了一种多轮驱动电动车，前轴在布置轮边电机和减速器的同时，还要布 置转向系，也会影响车内前轴处过道宽度，而且在转向时的操控性能不如后驱车辆。
[0005] 针对轮边电机驱动系统的扭矩分配，现有技术有如下方案：例如公布号为 CN104175902A的专利公开了一种电动轮汽车轮毂电机转矩分配系统的转矩分配控制方法， 其中电动轮汽车轮毂电机转矩分配系统包括以下部分：驾驶员意图模块、轮毂电机、稳定性 控制器、转矩分配器、滑移率控制器、整车模块、路面信息模块和整车传感器模块。整车模块 中的整车传感器模块测取轮毂电机转速、车轮转速、车速、质心侧偏角、方向盘转角、横摆角 速度和侧向加速度，并根据这些数据计算得到电机分配转距。该方案能够根据车辆行驶状 态、不同时刻车速和驾驶员意图适时调节滑移率、电机状态和转矩分配，但是其不足之处在 于所使用的电机扭矩分配方法主要是针对各独立车轮的轮毂电机进行转矩分配，不适用于 多轴系统，且传动效率没有保障，其控制方法也比较复杂，不利于实际应用。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种车内过道宽、载客多、能耗低、操纵安全性好的轮边驱动 系统，并提供一种使用上述驱动系统的轮边驱动扭矩分配方法，通过轮边电机的扭矩协调 控制实现转向差速和轴间扭矩分配功能。
[0007] 为实现上述目的，本发明的方案包括：
[0008] 一种车辆轮边驱动系统，包括1个转向轴和m个驱动轴，m彡2,转向轴用于与两个 转向轮连接，驱动轴上安装有2m个由对应轮边电机驱动的电动轮，每个轮边电机对应连接 有一个电机控制器，各电机控制器均与整车控制器连接，所述整车控制器用于根据所采集 的需求信号向各电机控制器发送对应指令以控制对应轮边电机驱动车辆行驶。
[0009] 所述轮边电机通过减速器与对应车轮机械相连。
[0010] 一种车辆，包括车轮及对应的车辆轮边驱动系统，所述车辆轮边驱动系统包括1 个转向轴和m个驱动轴，m多2,转向轴上安装有两个转向轮，驱动轴上安装有2m个由对应 轮边电机驱动的电动轮，每个轮边电机对应连接有一个电机控制器，各电机控制器均与整 车控制器连接，所述整车控制器用于根据所采集的需求信号向各电机控制器发送对应指令 以控制对应轮边电机驱动车辆行驶。
[0011] 所述轮边电机通过减速器与对应车轮机械相连。
[0012] 一种车辆轮边驱动扭矩分配方法，若车辆的驱动轴个数大于1，则：
[0013] 当车辆油门踏板开度不为零且方向盘转角小于标定值时，以轮边驱动系统总效率 最高为目标，根据需求总扭矩的大小在各驱动轴之间进行扭矩分配，且同一个驱动轴对应 的两个轮边电机的扭矩相同；
[0014] 当油门踏板开度不为零且方向盘转角大于标定值且车速小于设定临界车速时，对 驱动电机进行转向差速调节扭矩分配：首先根据需求扭矩的大小在各驱动轴之间进行扭矩 的平均分配，再根据当前车速和方向盘转角下每个驱动轴的左右侧轮边电机的目标转速， 确定各驱动轴左右侧轮边电机的输出扭矩。
[0015] 当驱动轴数目m = 2时，驱动系统总效率是：
[0016] n = (Treq · n)/[2n · (Tl/n (Tl，n)+T2/q (T2, η))]
[0017] 其中，Treq为车辆需求总扭矩，η为轮边电机平均转速，η (ΤΙ，η)和η (T2，η)分 别为两驱动轴的电机在对应扭矩和转速下的效率；T I、T 2分别为两驱动轴对应电机的 扭矩，且有：
[0018] Tl= Treq · ^/2
[0019] T2 = Treq · (1-^)/2
[0020] 其中，Ii1为第一驱动轴驱动扭矩占总驱动扭矩的百分比，且0 < k 1。
[0021] 当驱动轴数目m>2时，驱动系统总效率是：
【主权项】
1. 一种车辆轮边驱动系统，其特征在于，包括1个转向轴和m个驱动轴，m> 2,转向轴 用于与两个转向轮连接，驱动轴上安装有2m个由对应轮边电机驱动的电动轮，每个轮边电 机对应连接有一个电机控制器，各电机控制器均与整车控制器连接，所述整车控制器用于 根据所采集的需求信号向各电机控制器发送对应指令W控制对应轮边电机驱动车辆行驶。
2. 根据权利要求1所述的车辆轮边驱动系统，其特征在于：所述轮边电机通过减速器 与对应车轮机械相连。
3. -种车辆，包括车轮及对应的车辆轮边驱动系统，其特征在于，所述车辆轮边驱动系 统包括1个转向轴和m个驱动轴，m> 2,转向轴上安装有两个转向轮，驱动轴上安装有2m 个由对应轮边电机驱动的电动轮，每个轮边电机对应连接有一个电机控制器，各电机控制 器均与整车控制器连接，所述整车控制器用于根据所采集的需求信号向各电机控制器发送 对应指令W控制对应轮边电机驱动车辆行驶。
4. 根据权利要求3所述的车辆，其特征在于，所述轮边电机通过减速器与对应车轮机 械相连。
5. -种车辆轮边驱动扭矩分配方法，其特征在于，若车辆的驱动轴个数大于1，则： 当车辆油口踏板开度不为零且方向盘转角小于标定值时，W轮边驱动系统总效率最高 为目标，根据需求总扭矩的大小在各驱动轴之间进行扭矩分配，且同一个驱动轴对应的两 个轮边电机的扭矩相同； 当油口踏板开度不为零且方向盘转角大于标定值且车速小于设定临界车速时，对驱动 电机进行转向差速调节扭矩分配；首先根据需求扭矩的大小在各驱动轴之间进行扭矩的平 均分配，再根据当前车速和方向盘转角下每个驱动轴的左右侧轮边电机的目标转速，确定 各驱动轴左右侧轮边电机的输出扭矩。
6. 根据权利要求5所述的车辆轮边驱动扭矩分配方法，其特征在于，当驱动轴数目m= 2时，驱动系统总效率是； n= (Treq-n)/巧n- (Tl/n(Tl，n)+T2/n(T2，n))] 其中，Treq为车辆需求总扭矩，n为轮边电机平均转速，n(Tl，n)和n订2,n)分别为 两驱动轴的电机在对应扭矩和转速下的效率；Tl、T2分别为两驱动轴对应电机的扭矩，且 有： T1 =Treq?ki/2 T2 =Treq? (1-ki) /2 其中，ki为第一驱动轴驱动扭矩占总驱动扭矩的百分比，且0 <ki< 1。
7. 根据权利要求5所述的车辆轮边驱动扭矩分配方法，其特征在于，当驱动轴数目m〉2 时，驱动系统总效率是：
其中，Treq为车辆需求总扭矩，n为轮边电机平均转速，n(Tl，n)、n订2，11). ..、n(Tm，n)分别为各驱动轴的电机在对应扭矩和转速下的效率；Tl、T2、…、Tm分别为两驱动轴对 应电机的扭矩，且有： T1 =Treq?ki/2 T2 =Treq?\J2 Tm=Treq? (l-ki-ka-----k^_i) /2 其中，ki、k2、…、km_汾别为第一、第二…第m-1个驱动轴对应驱动扭矩占总驱动扭矩 的百分比，且0 <ki< 1，0 <k2< 1 且0 <ki+k2+'''+km_i< 1。
8. 根据权利要求5所述的车辆轮边驱动扭矩分配方法，其特征在于，对驱动电机进行 转向差速调节扭矩分配时，各驱动轴左右侧轮边电机输出扭矩对应的转矩分配系数为kd， 且0<kd<l，其计算公式为： kd=T_l_map/(T_l_map+T_r_map) 其中，T_l_map为左侧轮边电机目标转速对应的查表扭矩，T_r_map为右侧轮边电机目 标转速对应的的查表扭矩； 则各驱动轴对应的左右侧电机扭矩Tm_l、Tm_r的计算公式如下： Tm_l=Tm?kd Tm_r=Tm? (l_kd)/2 其中，Tm为对应驱动轴的电机扭矩。
9. 根据权利要求5所述的车辆轮边驱动扭矩分配方法，其特征在于：当油口踏板开度 不为零且方向盘转角大于标定值同时车速大于设定临界车速时，若车身横摆角速度超过当 前车速下允许的车身横摆角速度最大值，则进行车身稳定控制：W当前车速下的理想车身 横摆角速度与当前车身横摆角速度的差值为控制目标，进行PID控制，输出左右侧电机扭 矩调节值，直到车身侧倾力矩低于安全口限值为止。
10. 根据权利要求5~9任意一项所述的车辆轮边驱动扭矩分配方法，其特征在于，当 任意一个电动轮的滑转率高于滑转率安全口限值时，对理想滑转率与当前滑转率的差值进 行PI控制，输出该电动轮扭矩下降值，直到该轮滑转率低于安全口限值为止。
【专利摘要】本发明涉及车辆及其轮边驱动系统和轮边驱动扭矩分配方法，驱动系统的驱动轴不少于2个，可以更合理的布置车内空间，并且能获得较好的动力性，载客能力和爬坡性能比单电机驱动客车有所增强；还可以根据车辆需求功率，灵活分配各驱动轴扭矩，获得较高的轮边驱动系统效率，最大程度的节省动力电池耗电量；并将轴间扭矩分配、转向差速及其他控制模块结合在一起，形成一套适用于多后轴轮边驱动系统的控制方法，能实现驱动系统能量优化、ASR、ESP、EBS等先进的汽车电子控制系统功能，使得整车在动力性、经济性、舒适性和安全性等方面获得良好的平衡。
【IPC分类】B60L15-00, B60K1-02
【公开号】CN104786804
【申请号】CN201510216703
【发明人】吴浩, 高建平, 张晓伟, 苏常军, 杨学青, 刘海龙
【申请人】郑州宇通客车股份有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月30日