一种用于多挡位电动车轮驱动车辆的换挡控制方法与流程

本发明涉及一种混合动力及电动车辆控制技术领域的方法，具体讲涉及一种用于多挡位电动车轮驱动车辆的换挡控制方法。

背景技术：

随着电力电子技术、控制技术、永磁同步电机、机电系统集成等技术的发展，电动车轮在混合动力领域及电动车辆中得到了广泛的应用。中、轻型车辆的电动车轮，大都采用“外转子电机”或“内转子电机+减速器”的单一挡位方案；而重型车辆或特殊用途车辆由于在爬坡度、加速时间和最高车速等多方面的性能需求，其电动车轮中需采用多挡(一般为两挡)变速机构，以实现在有限的空间、重量约束下，尽可能地扩大电动车轮的有效性能区间，保证电机始终在高效率区工作。

对于采用多挡位电动车轮驱动的车辆，由于其每个车轮都存在多挡位的变速机构，因此在行进间换挡过程中存在各个电动车轮之间的协调控制问题。车辆换挡过程中的冲击力、时间和摩擦力会对车辆行驶产生影响，尤其是多挡车辆，对换挡控制的方法要求较高；每个电动车轮都有两个以上的挡位，若对各个车轮的换挡操作不协调，则有可能导致整车动力性、经济性和操纵性的下降，严重的话甚至会造成系统部件的损坏。现有技术的换挡控制方法是针对单挡车辆，且仅分析单一换挡车轮对象的协调换挡，没有考虑到多挡车辆换挡控制动力中断的影响。因此，对于采用多挡位电动车轮的车辆，需要保证在车辆行驶过程中各个车轮的协调换挡，尽量减少车辆的动力中断，并保证换挡的平顺性，这就需要提供一种高要求的针对整车的换挡控制方法。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明提供一种用于多挡位电动车轮驱动车辆的换挡控制方法。

技术方案：

一种用于多挡位电动车轮驱动车辆的换挡控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

步骤s1：控制器根据接收的信息和当前电动车轮的挡位信息判断是否需要进行升挡或降挡操作，若需要换挡，向电动车轮发送换挡指令并由第k轴开始进入下一步换挡过程，所述k初始值为1；

步骤s2：接收换挡指令的电动车轮驱动电机输出零转矩，同时整车的需求转矩进行重新优化分配；

步骤s3：第k轴两侧电动车轮的驱动电机进入零转矩输出模式之后，电动车轮控制器操纵各自的换挡执行机构挂入空挡；

步骤s4：第k轴两侧电动车轮挂入空挡之后，其驱动电机进入调速模式，使电机转速与各自的车轮转速能够在目标挡位下相匹配；

步骤s5：第k轴两侧电动车轮的驱动电机完成调速之后，电动车轮控制器操纵各自的换挡执行机构换入目标挡位；

步骤s6：第k轴两侧电动车轮换入目标挡位之后，令k＝k+1，并判断电动车轮是否全部完成换挡过程，若未全部完成换挡，则重复进行步骤s2至s5的流程；若全部完成换挡，则重新优化分配各个车轮的输出转矩，使所有车轴上的电动车轮在当前的新挡位下共同输出转矩驱动车辆，整个换挡过程结束。

优选地，所述换挡控制方法基于“同轴车轮同步换挡，不同轴车轮交替换挡”的策略来实施。

优选地，所述步骤s1中控制器接收的信息包括：驾驶模式输入指令和车辆状态信息；

所述驾驶模式输入指令指驾驶员对车辆的操作信号，包括：驾驶员的油门踏板信号和制动踏板信号；

所述车辆状态信息包括车辆行驶的时速、行驶方向等。

优选地，所述步骤s2中的所述驱动电机输出零转矩具体是第k轴左右两侧电动车轮的驱动电机输出零转矩；

所述整车的需求转矩在除第k轴外的其他各车轴之间进行重新优化分配。

优选地，所述步骤s2中将整车的需求转矩在除第k轴以外的其他各车轴之间进行重新优化分配，即各电机的输出转矩满足：

tkl＝tkr＝0(1)

式(1)表示第k轴左右侧电机输出零转矩，式(2)表示为了使整车换挡平顺且动力不中断，其余各车轴的电动车轮的驱/制动转矩重新分配所需要满足的约束条件，tdesired为根据驾驶员意图识别的整车需求转矩。

优选地，所述步骤s4中的电机转速与各自的车轮转速能够在目标挡位下相匹配，即两侧电机转速和车轮转速满足：

nkl_motor＝i”nkl_wheel(3)

nkr_motor＝i”nkr_wheel(4)

其中nkl_motor和nkr_motor分别为第k轴左右两侧电动车轮的电机转速，nkl_wheel和nkr_wheel分别为第k轴左右两侧电动车轮的转速。

优选地，所述步骤s6中的所述判断电动车轮是否全部完成换挡过程具体是判断n个车轴上的全部电动车轮是否都完成了换挡过程；

所述重新优化分配各个车轮的输出转矩具体是根据整车的转矩分配策略对各个车轮的输出转矩进行重新优化分配。

优选地，所述多挡位电动车轮包括：电机1、多挡减速机构2、轮辋轮胎3、制动器4、电动车轮控制器5。

优选地，所述采用多挡位电动车轮驱动的n轴(n≥2)车辆包括：车体、第1轴左侧电动车轮、第1轴右侧电动车轮、第2轴左侧电动车轮、第2轴右侧电动车轮、……第n轴左侧电动车轮、第n轴右侧电动车轮。所述电动车轮通过悬架与车辆车体相连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

现有的电动车轮或轮边电驱动系统，其从电机到轮胎的传动方案大多数都是基于单一挡位固定减速比。国内外只有极少数采用多挡位变速方案的电动车轮产品或专利，其在电机尺寸和整体效率、车轮输出的转矩和转速范围等性能指标方面优于单一挡位的电动车轮方案。

本发明提出的控制方法，通过对车辆各车轴上的电动车轮的换挡过程进行统一调度，一方面使不同轴上的电动车轮交替换挡，另一方面使同一轴上左右两侧的电动车轮尽量实现同步换挡，在此基础上配合转矩补偿再分配策略，将处于换挡过程中的电动车轮的转矩输出需求分配至其他未处于换挡过程的电动车轮。该技术方案能够避免换挡过程中的车辆动力中断，保证换挡的平顺性，将各车轮换挡不同步所造成的不利影响降至最低。

本发明所提出的控制方法也适用于具有多挡位的轮边电驱动系统及其驱动的车辆，并具有相同的实施优势和有益效果。即对于所有具有多挡位变速功能的分布式独立电驱动系统，本发明所提出的控制方法均能够实现其协调换挡过程。

附图说明

图1为本发明技术方案实施所基于的多挡位电动车轮的结构示意图。

图2为本发明技术方案实施所基于的采用多挡位电动车轮驱动车辆的结构示意图。

图3为本发明技术方案的控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有的技术需求，本发明提供一种用于多挡位电动车轮驱动车辆的换挡控制方法，

其特征在于，所述方法基于“同轴车轮同步换挡，不同轴车轮交替换挡”的策略来实施。

所述多挡位电动车轮如图1所示，包括：电机1、多挡变速机构2、轮辋轮胎3、制动器4、电动车轮控制器5；所述电机1的动力输出经由多挡变速机构2，驱动轮辋轮胎3；所述制动器4用于在轮辋轮胎侧产生机械制动力，或在电机侧产生机械制动力；所述电动车轮控制器5用于驱动电机、控制换挡执行机构、操纵制动器、以及监控电动车轮运行状态。或者，所述制动器4也可由整车液压制动管路统一操纵控制。

所述采用多挡位电动车轮驱动的n轴(n≥2)车辆如图2所示，按照与本专利相关功能的范畴划分包括：车体，第1轴左侧电动车轮、第1轴右侧电动车轮、第2轴左侧电动车轮、第2轴右侧电动车轮、……第n轴左侧电动车轮、第n轴右侧电动车轮。所述各个电动车轮通过悬架(独立悬架、半独立悬架、非独立悬架)与车体相连接。

本发明提出的控制方法的流程图如附图3所示，所述控制方法包括如下步骤：

步骤s1：整车控制器接收驾驶员的油门踏板和制动踏板信号，综合可能存在的驾驶模式输入指令，判断识别驾驶员的驾驶意图，并根据采集到的车速等车辆状态信息，结合当前电动车轮的挡位信息判断是否需要电动车轮进行升挡或降挡操作，若需要换挡，则由k＝1开始，从步骤s2进入换挡过程。记当前挡位的传动比为i'，目标挡位的传动比为i”；记n个车轴上左右两侧电动车轮的电机输出转矩分别为t1l,t1r,t2l,t2r,……,tnl,tnr，下标中的数字1,2,……n用于标示各个车轴，字母l和r用于标示左侧和右侧车轮。

步骤s2：控制策略向各电动车轮发送指令，使其驱/制动转矩进行重新分配：第k轴的左右侧电机输出零转矩，同时将整车的需求转矩在除第k轴以外的其他各车轴之间进行重新优化分配，即各电机的输出转矩满足

tkl＝tkr＝0(1)

式(1)表示第k轴左右侧电机输出零转矩，式(2)表示为了使整车换挡平顺且动力不中断，其余各车轴的电动车轮的驱/制动转矩重新分配所需要满足的约束条件，tdesired为根据驾驶员意图识别的整车需求转矩。

步骤s3：第k轴两侧电动车轮的驱动电机进入零转矩输出模式之后，电动车轮控制器操纵各自的换挡执行机构挂入空挡。

步骤s4：第k轴两侧电动车轮挂入空挡之后，其驱动电机进入调速模式，使电机转速与各自的车轮转速能够在目标挡位下相匹配，即两侧电机转速和车轮转速满足

nkl_motor＝i”nkl_wheel(3)

nkr_motor＝i”nkr_wheel(4)

其中nkl_motor和nkr_motor分别为第k轴左右两侧电动车轮的电机转速，nkl_wheel和nkr_wheel分别为第k轴左右两侧电动车轮的转速。

步骤s5：第k轴两侧电动车轮的驱动电机完成调速之后，电动车轮控制器操纵各自的换挡执行机构换入目标挡位。

步骤s6：第k轴两侧电动车轮换入目标挡位之后，令k＝k+1，并判断是否n个车轴上的全部电动车轮都完成了换挡过程，若未全部完成换挡，则重复进行步骤s2至s5的流程；若全部完成换挡，则根据整车的转矩分配策略对各个车轮的输出转矩进行重新优化分配，使所有车轴上的电动车轮在当前的新挡位下共同输出转矩驱动车辆，整个换挡过程结束。

最后应当说明的是:以上所述实施例仅是本发明的优选实施方式而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。