[发明专利]一种多轴驱动分布式车辆的车轮扭矩分配方法

摘要

本发明提出了一种多轴驱动分布式车辆的车轮扭矩分配方法，本发明通过将上层控制器的车辆纵向力与车辆横摆力矩指令转化为车轮解析纵向扭矩和与车轮解析转向扭矩差，并将车轮的扭矩分配分为左右分配与前后分配两个阶段；左右分配时将一侧车轮视为一个整体，采用转向优先的原则；前后分配采用考虑不同车轮限值下的平均分配的方式，使同侧车轮扭矩负担相近，同侧车轮之间扭矩相互补偿，准确实现同侧车轮扭矩和的分配。本发明将复杂的多轴车轮扭矩分配问题分解为较少车轮的扭矩分配问题，降低了车轮扭矩分配的复杂度，保证车辆的动力性和转向稳定性，以及上层控制器需求指令的最大实现，特别适用于车轮能力限制或者损坏的工况下的车轮扭矩分配。

主权项

1.一种多轴驱动分布式车辆的车轮扭矩分配方法，所述多轴驱动分布式车辆含有左右对称设置的共计2N个车轮，各车轮分别由一个相应的电机驱动，各电机分别由一个电机控制器控制，所述电机为轮毂电机或轮边电机；其特征在于，所述车轮扭矩分配方法包括以下步骤：1)建立车辆坐标系根据国际标准定义车辆坐标系OXYZ，令坐标系原点O为车辆质心，坐标轴X为车辆的前进方向，坐标轴Y为车辆前进方向的左侧方向，坐标轴Z为垂直于直面向外；规定车轮扭矩坐标方向与Y方向一致时为正，反之为负；车辆纵向力方向与X方向一致时为正，反之为负；车辆横摆力矩方向与Z方向一致时为正，反之为负；2)解析车辆纵向力与横摆力矩获取上层控制器需求指令，包括车辆纵向力F_x与车辆横摆力矩M_z；规定车轮不打滑，将获取的车辆纵向力F_x转化为左右侧车轮的扭矩和，并定义为车轮解析纵向扭矩和T_aa，将获取的车辆横摆力矩M_z转化为左右侧车轮的扭矩差，并定义为车轮解析转向扭矩差T_sa，计算公式分别如式(1)、(2)所示：T_aa＝F_xr                   (1)式(1)、(2)中，r为车轮滚动半径，B为车辆轮距；3)根据转向优先原则分配车轮扭矩在进行多轴驱动分布式车辆车轮扭矩分配时，忽略前轮转向角对前轮地面作用力方向的影响，将一侧车轮视为一个整体，先进行上层控制需求扭矩的左右分配，得到左、右侧车轮扭矩和T_L、T_R，再进行左、右侧车轮扭矩和的前后分配，从而得到各车轮扭矩；具体包括以下步骤：3.1)左右分配车轮需求扭矩3.1.1)限制车轮解析纵向扭矩和与车轮解析转向扭矩差根据左、右侧车轮正向与负向最大扭矩限值对解析车轮纵向扭矩和T_aa与解析车轮转向扭矩差T_sa进行限制，得到限制后的车轮纵向扭矩和T_a与车轮转向扭矩差T_s；其中，对于车轮纵向扭矩和T_a，根据转向优先的原则，在进行左右分配时不能形成对车辆的横摆力矩，利用式(3)对解析纵向扭矩和T_aa进行限制：式(3)中，T_a为限制后的车轮纵向扭矩和，为左侧车轮的正向最大扭矩和，为左侧车轮负向最大扭矩和，为右侧车轮正向最大扭矩和，为右侧车轮负向最大扭矩和，计算公式分别如式(4)、(5)所示：式(4)、(5)中，分别为左侧第i个车轮的正向和负向最大扭矩限值，分别为右侧第j个车轮的正向和反向最大扭矩限值，分别由控制各车轮的相应电机控制器反馈得到；对于车轮转向扭矩差T_s，根据转向优先原则，利用式(6)对解析转向扭矩差T_sa进行限制：式(6)中，T_s为限制后的车轮转向扭矩差，其余变量物理含义同前；3.1.2)计算特征扭矩差设左、右侧车轮扭矩和分别均由直行扭矩与横摆扭矩组成，直行扭矩由车轮纵向扭矩和T_a计算得到；横摆扭矩由车轮转向扭矩差T_s计算得到；根据步骤2)确定的车轮解析转向扭矩差T_sa的正负计算特征扭矩差，用于判断左、右侧车轮的直行扭矩与横摆扭矩之和，是否超出左、右车轮扭矩限值，表达式如式(7)所示：式(7)中，T_sa为根据步骤2)确定的车轮解析转向扭矩差；为左侧车轮负极限转向扭矩差，表示车辆逆时针转向时，左侧车轮直行扭矩与横摆扭矩的和等于负向最大扭矩限值时的转向扭矩差；为右侧车轮正极限转向扭矩差，表示车辆逆时针转向时，右侧车轮直行扭矩与横摆扭矩的和等于正向最大扭矩限值时的转向扭矩差；为左侧车轮正极限转向扭矩差，表示车辆顺时针转向时，左侧车轮直行扭矩与横摆扭矩的和等于正向最大扭矩限值时的转向扭矩差；为右侧车轮负极限转向扭矩差，表示车辆顺时针转向时，右侧车轮直行扭矩与横摆扭矩的和等于负向最大扭矩限值时的转向扭矩差；3.1.3)根据上述特征扭矩差分配左右侧车轮扭矩和，具体分配方式如下：3.1.3.1)判断车轮转向扭矩差T_s的正负，若T_s≥0，则进入步骤3.1.3.2)，否则进入步骤3.1.3.6)；3.1.3.2)判断车轮转向扭矩差T_s、右侧正极限转向扭矩差左侧负极限转向扭矩差三者中的最小值，若最小值为车轮转向扭矩差T_s，则进入步骤3.1.3.3)；若最小值为右侧正极限转向扭矩差则进入步骤3.1.3.4)；若最小值为左侧负极限转向扭矩差则进入步骤3.1.3.5)；3.1.3.3)按照式(8)计算左、右侧车轮扭矩和T_L、T_R：左、右侧车轮扭矩和分配完成，进入步骤3.2)；3.1.3.4)按照式(9)计算左、右侧车轮扭矩和：左、右侧车轮扭矩和分配完成，进入步骤3.2)；3.1.3.5)按照式(10)计算左、右侧车轮扭矩和：左、右侧车轮扭矩和分配完成，进入步骤3.2)；3.1.3.6)判断车轮转向扭矩差T_s、右侧负极限转向扭矩差左侧正极限转向扭矩差三者中的最大值，若最大值为车轮转向扭矩差T_s，则进入步骤3.1.3.3)；若最大值为右侧负极限转向扭矩差则进入步骤3.1.3.7)；若最大值为左侧正极限转向扭矩差则进入步骤3.1.3.8)；3.1.3.7)按照式(11)计算左、右侧车轮扭矩和：左、右侧车轮扭矩和分配完成，进入步骤3.2)；3.1.3.8)按照式(12)计算左、右侧车轮扭矩和：左、右侧车轮扭矩和分配完成，进入步骤3.2)；3.2)前后分配同侧车轮扭矩和同侧车轮扭矩和的前后分配采用平均分配方式，左、右侧车轮扭矩和的分配方法一致，对左侧车轮扭矩和的前后分配按照以下步骤执行：3.2.1)判断左侧车轮扭矩和T_L的正负，若左侧车轮扭矩和T_L≥0，则进入步骤3.2.2)；若左侧车轮扭矩和T_L＜0，则进入步骤3.2.7)；3.2.2)将左侧N个车轮中正向最大扭矩限值由小到大进行排序，得到一个新的序列k表示第t_i个车轮的正向最大扭矩限值在左侧车轮正向扭矩限值序列中排第k个位置；设分配次数为s，s的初始值为1，若则进入步骤3.2.3)；否则s＝2，进入步骤3.2.4)；3.2.3)按照式(13)计算左侧各车轮扭矩：左侧车轮扭矩分配完成；3.2.4)若则进入步骤3.2.5)，否则进入步骤3.2.6)；3.2.5)按照式(14)计算左侧各车轮扭矩：左侧车轮扭矩分配完成；3.2.6)令s＝s+1，若s＝N+1，则左侧车轮扭矩分配完成，否则返回步骤3.2.4)；3.2.7)将左侧N个车轮中负向最大扭矩限值由大到小进行排序，得到一个新的序列k表示第r_i个车轮的负向最大扭矩限值在左侧车轮负向扭矩限值序列中排第k个位置；设分配次数为s，s的初始值为1，若则进入步骤3.2.8)；否则s＝2，进入步骤3.2.9)；3.2.8)按照式(15)计算左侧各车轮扭矩：左侧车轮扭矩分配完成；3.2.9)若则进入步骤3.2.10)，否则进入步骤3.2.11)；3.2.10)按照式(16)计算左侧各车轮扭矩：左侧车轮扭矩分配完成；3.2.11)令s＝s+1，若s＝N+1，则左侧车轮扭矩分配完成，否则返回步骤3.2.9)；对右侧车轮扭矩和的前后分配参照左侧进行，完成车轮扭矩分配。