四輪驅動混合動力車輛前後輪力矩分配控制方法
2023-09-16 05:18:30
專利名稱：：四輪驅動混合動力車輛前後輪力矩分配控制方法
技術領域：
：本發明有關一種車輛前後輪力矩分配方法，特別涉及一種四輪驅動混合動力車輛前後輪力矩分配控制方法。
背景技術：
：四輪驅動混合動力車輛與普通混合動力車輛相比在冰雪和鬆軟(0ff_r0ad)路面可以極大提高車輛的性能。四輪驅動車輛在普通路面可以提高車輛的加速性能，減小前輪打滑的機率。因此四輪驅動混合動力車輛與普通混合動力車輛相比具有更優越的性能。混合動力車輛四輪驅動是依靠控制系統在前後輪分配車輛驅動力矩實現。如果前後輪力矩分配不合理，比如在高速時後輪的驅動力矩分配過多，車輛轉向失穩的可能性將大大增加。再比如在高速時後輪動能再生制動力矩分配過多，車輛將轉向不足。這些都極大的影響車輛的安全性。
發明內容鑑於上述的前後輪力矩分配問題，本發明的目的在於提供一種四輪驅動混合動力車輛的前後輪力矩分配控制方法，以使其提高車輛驅動性能和車輛安全性能。為了實現上述目的，依據本發明提出一種四輪驅動混合動力車輛前後輪力矩分配控制方法，該四輪驅動混合動力車輛包括發動機、用於驅動車輛前輪的前輪電機及用於驅動車輛後輪的後輪電機，所述前後輪力矩分配控制方法包括，步驟Sl至步驟S3。步驟Sl確定駕駛員請求力矩根據接收的踏板位置信號和發動機轉速信號確定駕駛員請求力矩。步驟S2包括同步的步驟S2A、步驟S2B及步驟2C；步驟S2A最佳效率力矩分配將步驟Sl確定的駕駛員請求力矩依據車輛動力傳動系統最佳效率原則在發動機和電機之間分配；步驟S2B車輛穩定性前後輪力矩分配根據接收的車速信號和步驟Sl確定的駕駛員請求力矩依據車輛穩定性動力性原則決定前後輪力矩分配，前後輪力矩分配由前後輪力矩分配比決定.根據前後輪力矩分配比和駕駛員請求力矩確定後輪力矩，根據前後輪力矩分配比和駕駛員請求力矩確定後輪力矩；步驟S2C車輛穩定性後輪力矩分配限制根據接受的方向盤轉角信息和車速信息依據車輛穩定性動力性原則確定後輪力矩上限。步驟S3分配力矩綜合綜合步驟2A的最佳效率力矩分配、步驟2B確定的車輛穩定性前後輪力矩分配、和步驟2C的車輛穩定性後輪力矩分配上限，決定發動機力矩請求量、前輪電機力矩請求量和後輪電機力矩請求量。本發明還可採用以下技術措施進一步實現。前述的控制方法，其中所述的步驟S2B中確定前後輪力矩分配包括，在低速時更多的力矩分配到後輪，隨著車速的增加，後輪的力矩分配減少；在大驅動力矩請求時更多的力矩分配到後輪，隨著驅動力矩的增加後輪的力矩分配增加；高速時減少後輪力矩是基於車輛安全的考慮；大驅動力矩時增加後輪力矩是基於充分利用車輛重心後移的性能。前述的控制方法，其中所述的步驟S2C後輪力矩分配限制包括，在高速時限制後輪的力矩，隨著車速的增加，後輪所允許的力矩減少；在車輛轉向時限制後輪的力矩，隨著方向盤角度的增加後輪所允許的力矩減少；高速時限制後輪力矩是基於車輛安全的考慮；大方向盤轉角限制後輪力矩也是基於車輛安全的考慮。前述的控制方法，其中所述的步驟S3分配力矩綜合包括，在小油門低速時，基於提高車輛動力傳動系統效率的原則在電機發動機間分配驅動力矩；在大油門時，基於提高車輛的驅動性能的原則在前後輪間分配驅動力矩在轉向或高速時，基於提高車輛的安全性能的原則在前後輪間分配驅動力矩。前述的控制方法，其中所述的四輪驅動混合動力車輛還包括混合動力控制器、發動機控制器、前輪電機控制器及後輪電機控制器，前後輪力矩分配控制方法由混合動力控制器完成，混合動力控制器將發動機力矩請求量、前輪電機力矩請求量和後輪電機力矩請求量分別對應傳送給發動機控制器、前輪電機控制器及後輪電機控制器。本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，本發明的四輪驅動混合動力車輛前後輪力矩分配控制方法，能夠提高車輛驅動性能，能夠減少對車輛穩定性控制的幹涉進而提高車輛的安全性。圖1是四輪驅動混合動力車輛結構示意圖。圖2是四輪驅動混合動力車輛的控制系統示意圖。圖3是四輪驅動混合動力車輛的前後輪力矩分配控制方法示意圖。圖4是前後輪力矩分配示意圖。圖5是後輪力矩限制示意圖。具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的四輪驅動混合動力車輛前後輪力矩分配控制方法其具體實施方式、步驟、結構、特徵及其功效詳細說明。請參閱圖1所示，是四輪驅動混合動力車輛結構示意圖。四輪驅動混合動力車輛100包括用於驅動前輪51的前輪驅動系統10、用於驅動後輪53的後輪驅動系統20、電機逆變器33、低壓電池31及高壓電池35。所述前輪驅動系統10包括前輪驅動發動機11，發動機11可以是汽油機或柴油機；前輪電機13，電機13可以是永磁電機或感應電機，電機可以安裝在發動機11曲軸或在發動機11前端輪系通過皮帶驅動車輛，電機13也可能安裝在離合器前或離合器後；前輪自動變速箱15，自動變速箱15控制擋位切換和離合器的分離與結合；前差速器17，將自動變速箱15傳遞的力矩向兩側前輪51傳遞；前半軸19將差速器17力矩傳遞至前輪51。所述後輪驅動系統20包括後輪電機21，電機21可以是永磁電機或感應電機；後輪固定傳動比變速箱23；後差速器25，將變速箱23傳遞的力矩向兩側後輪53傳遞；後半軸27將差速器25力矩傳遞至後輪53。所述低壓電池31，為車輛12V低壓系統提供能源。所述電機逆變器33，把高壓電池35直流電壓和電流逆變為三相交流直流電壓和電流實時驅動前輪電機13和/或後輪電機21。所述高壓電池35，在驅動時向前輪電機13和/或後輪電機21提供電能，在發電時接受前輪電機13和/或後輪電機21所產生電能並存儲。所述四輪驅動混合動力車輛100有不同的運行模式。純電動模式，發動機11不工作，由後輪電機21單獨驅動車輛；串聯模式，車輛由後輪電機21單獨驅動，發動機11工作，發動機11通過前輪電機13向高壓電池33充電，此時自動變速箱15處於空擋且自動變速箱離合器分離；並聯模式，發動機11工作，發動機11、前輪電機13及後輪電機21均參與驅動車輛；前輪驅動模式，後輪電機21不工作，車輛有發動機11和前輪電機13驅動。請參閱圖1、圖2所示，圖2是四輪驅動混合動力車輛的控制系統示意圖。四輪驅動混合動力車輛100還包括，混合動力控制器40、發動機控制器41，前輪電機控制器43、後輪電機控制器45、變速箱控制器47及高壓電池控制器49。所述混合動力控制器40是車輛動力傳動系統的主控制器。發動機控制器41，變速箱控制器47，前輪電機控制器43、後輪電機控制器45、和電池控制器49是車輛動力傳動系統的副控制器。發動機控制器41，變速箱控制器47，前輪電機控制器43、後輪電機控制器45、和電池控制器49接受混合動力控制器40的指令並執行混合動力控制的請求。混合動力控制器40根據車輛和動力傳動的狀態以及駕駛員的輸入，實時地在前後輪和在電機13、21與發動機11間分配驅動力矩，並向前輪電機控制器43、後輪電機控制器45和發動機控制器41發出分配後的力矩指令。混合動力控制器40根據車輛和動力傳動的狀態以及駕駛員的輸入，實時地決定車輛的運行模式，並向變速箱控制器47發出離合器分離和結合的指令。請參閱圖1、圖2、圖3所示，圖3是四輪驅動混合動力車輛的前後輪力矩分配控制方法示意圖。本發明較佳實施例的前後輪力矩分配控制方法是由混合動力控制器40完成，包括以下步驟步驟Sl確定駕駛員請求力矩根據接收的踏板位置信號和發動機轉速信號通過駕駛員力矩請求表(look-uptable)確定駕駛員請求力矩。駕駛員力矩請求表是踏板輸入的單調增長函數，是發動機轉速的單調下降函數。步驟S2，包括同步的步驟S2A、步驟S2B、步驟2C。步驟S2A最佳效率力矩分配將步驟Sl確定的駕駛員請求力矩在發動機和電機之間分配，發動機提供的力矩所佔比率可以是0%至100%，電機提供的力矩所佔比率也可以是0%至100%，所述電機包括前輪電機13和/或後輪電機21。最佳效率力矩分配採用離線優化技術離線將驅動力矩在發動機和電機之間分配，分配的原則是車輛動力傳動系統效率的最大化。步驟S2B車輛穩定性前後輪力矩分配根據接收的車速信號和步驟Sl確定的駕駛員請求力矩決定前後輪力矩分配比，根據前後輪力矩分配比和駕駛員請求力矩確定後輪力矩。前後輪力矩分配比的原則是，在車輛低速時更多的力矩分配到後輪傾向於純電動驅動；在車輛高速時更少的力矩分配到後輪，確保後輪提供轉向時的穩定能力；在大驅動力矩請求(或者說駕駛員請求力矩大)時更多的力矩分配到後輪，利用車輛重心在加速時的後移提高車輛的驅動能力；在小驅動力矩請求時更少的力矩分配到後輪，增加通過優化力矩分配提高車輛效率的機會。步驟S2C車輛穩定性後輪力矩分配限制根據接受的方向盤轉角信息和車速信息確定後輪力矩上限值。原則是在車輛轉向或高速時限制後驅力矩，以提高車輛的安全性。步驟S3分配力矩綜合綜合步驟2A的最佳效率力矩分配，步驟2B車輛穩定性前後輪力矩分配，和步驟2C的車輛穩定性後輪力矩分配限制決定發動機力矩請求量、前輪電機力矩請求量和後輪電機力矩請求量。分配力矩綜合的原則是在小油門低速時，基於提高車輛效率的原則在電機發動機間分配驅動力矩；在大油門時，基於提高車輛的驅動性能的原則在前後輪間分配驅動力矩在轉向或高速時，基於提高車輛的安全性能的原則在前後輪間分配驅動力矩。最後，混合動力控制器40將發動機力矩請求量、前輪電機力矩請求量和後輪電機力矩請求量分別發送至發動機控制器、前輪電機控制器和後輪電機控制器，以控制車輛驅動。請參閱圖4所示，是步驟S2B確定車輛穩定性前後輪力矩分配中前後輪力矩分配示意圖。如圖所示，隨著車速的增加，後輪的力矩分配減少；隨著驅動力矩的增加後輪的力矩分配增加。高速時減少後輪力矩是基於車輛安全的考慮。大驅動力矩時增加後輪力矩是基於充分利用車輛重心後移的性能。請參閱圖5所示，是步驟S2C車輛穩定性後輪力矩分配限制中後輪力矩限制示意圖。如圖所示，隨著車速的增加，後輪所允許的力矩減少；隨著方向盤角度的增加後輪所允許的力矩減少。高速時限制後輪力矩是基於車輛安全的考慮；大轉向角限制後輪力矩也是基於車輛安全的考慮。車輛在高速或方向盤大轉角運行時，車輛失穩的機率增大。如果此時後前輪力矩分配方法不當，例如，把過多的駕駛員請求力矩分配到後輪，後輪能夠提供的側向力就會減小。車輛轉向時的穩定性主要由後輪的側向力保障。因此後前輪力矩分配方法不當將會導致車輛失穩，在高速時會造成非常嚴重的後果。即使車輛裝配有車輛穩定性控制裝置(例如ESP)，由於四輪驅動混合動力車輛前輪力矩分配方法不當可能導致前輪力矩分配動態變化，將極大幹涉車輛穩定性控制裝置，最嚴重的情況導致車輛穩定性控制裝置失去對車輛穩定性的控制。本發明的後前輪力矩分配方法將提供基於車輛穩定性前輪力矩分配，並因此減小對車輛穩定性控制器的幹涉，提高車輛安全。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然並非用以限定本發明實施的範圍，依據本發明的權利要求書及說明內容所作的簡單的等效變化與修飾，仍屬於本發明技術方案的範圍內。權利要求1.一種四輪驅動混合動力車輛前後輪力矩分配控制方法，該四輪驅動混合動力車輛包括發動機、用於驅動車輛前輪的前輪電機及用於驅動車輛後輪的後輪電機，其特徵在於前後輪力矩分配控制方法包括以下步驟步驟Si確定駕駛員請求力矩根據接收的踏板位置信號和發動機轉速信號確定駕駛員請求力矩；步驟S2包括同步的步驟S2A、步驟S2B及步驟2C，其中步驟S2A最佳效率力矩分配將步驟Sl確定的駕駛員請求力矩依據車輛動力傳動系統最佳效率原則在發動機和電機之間分配；步驟S2B車輛穩定性前後輪力矩分配根據接收的車速信號和步驟Sl確定的駕駛員請求力矩依據車輛穩定性動力性原則決定前後輪力矩分配，前後輪力矩分配由前後輪力矩分配比.(根據前後輪力矩分配比和駕駛員請求力矩確定後輪力矩)；步驟S2C車輛穩定性後輪力矩分配限制根據接受的方向盤轉角信息和車速信息依據車輛穩定性動力性原則確定後輪力矩上限；以及步驟S3分配力矩綜合綜合步驟2A的最佳效率力矩分配、步驟2B車輛穩定性前後輪力矩分配和步驟2C的車輛穩定性後輪力矩分配上限，決定發動機力矩請求量、前輪電機力矩請求量和後輪電機力矩請求量。2.如權利要求1所述的四輪驅動混合動力車輛前後輪力矩分配控制方法，其特徵在於步驟S2B中確定前後輪力矩分配包括，在低速時更多的力矩分配到後輪，隨著車速的增加，後輪的力矩分配減少；在大驅動力矩請求時更多的力矩分配到後輪，隨著驅動力矩的增加後輪的力矩分配增加；高速時減少後輪力矩是基於車輛安全的考慮；大驅動力矩時增加後輪力矩是基於充分利用車輛重心後移的性能。3.如權利要求1所述的四輪驅動混合動力車輛前後輪力矩分配控制方法，其特徵在於其中所述的步驟S2C後輪力矩分配限制包括，在高速時限制後輪的力矩，隨著車速的增加，後輪所允許的力矩減少；在車輛轉向時限制後輪的力矩，隨著方向盤角度的增加後輪所允許的力矩減少；高速時限制後輪力矩是基於車輛安全的考慮；大方向盤轉角限制後輪力矩也是基於車輛安全的考慮。4.如權利要求1所述的四輪驅動混合動力車輛前後輪力矩分配控制方法，其特徵在於其中所述的步驟S3分配力矩綜合包括，在小油門低速時，基於提高車輛動力傳動系統效率的原則在電機發動機間分配驅動力矩；在大油門時，基於提高車輛的驅動性能的原則在前後輪間分配驅動力矩在轉向或高速時，基於提高車輛的安全性能的原則在前後輪間分配驅動力矩。5.如權利要求1所述的四輪驅動混合動力車輛前後輪力矩分配控制方法，其特徵在於其中所述的四輪驅動混合動力車輛還包括混合動力控制器、發動機控制器、前輪電機控制器及後輪電機控制器，前後輪力矩分配控制方法由混合動力控制器完成，混合動力控制器將發動機力矩請求量、前輪電機力矩請求量和後輪電機力矩請求量分別對應傳送給發動機控制器、前輪電機控制器及後輪電機控制器。全文摘要本發明是有關一種四輪驅動混合動力車輛前後輪力矩分配控制方法，包括步驟S1確定駕駛員請求力矩。步驟S2包括同步的步驟S2A、步驟S2B及步驟2C；步驟S2A依據車輛動力傳動系統最佳效率原則將駕駛員請求力矩在發動機和電機間分配；步驟S2B依據車輛穩定性原則將駕駛員請求力矩在前後輪間分配；步驟S2C依據車輛穩定性原則限制後輪力矩分配。步驟S3綜合步驟2A的最佳效率力矩分配、步驟2B確定的車輛穩定性前後輪力矩分配、和步驟2C的車輛穩定性後輪力矩分配上限，決定發動機力矩請求量、前輪電機力矩請求量和後輪電機力矩請求量。本發明能夠提高車輛驅動性能、能夠減少對車輛穩定性控制的幹涉進而提高車輛的安全性。文檔編號B60W10/10GK102463986SQ201110109519公開日2012年5月23日申請日期2011年4月29日優先權日2010年11月8日發明者申水文,胡建華,蔣奕申請人:申水文,胡建華,蔣奕