本發(fā)明涉及一種混合動力及電動車輛控制技術領域的方法，具體講涉及一種用于多擋位電動車輪驅動車輛的換擋控制方法。

背景技術：

隨著電力電子技術、控制技術、永磁同步電機、機電系統(tǒng)集成等技術的發(fā)展，電動車輪在混合動力領域及電動車輛中得到了廣泛的應用。中、輕型車輛的電動車輪，大都采用“外轉子電機”或“內轉子電機+減速器”的單一擋位方案；而重型車輛或特殊用途車輛由于在爬坡度、加速時間和最高車速等多方面的性能需求，其電動車輪中需采用多擋(一般為兩擋)變速機構，以實現(xiàn)在有限的空間、重量約束下，盡可能地擴大電動車輪的有效性能區(qū)間，保證電機始終在高效率區(qū)工作。

對于采用多擋位電動車輪驅動的車輛，由于其每個車輪都存在多擋位的變速機構，因此在行進間換擋過程中存在各個電動車輪之間的協(xié)調控制問題。車輛換擋過程中的沖擊力、時間和摩擦力會對車輛行駛產生影響，尤其是多擋車輛，對換擋控制的方法要求較高；每個電動車輪都有兩個以上的擋位，若對各個車輪的換擋操作不協(xié)調，則有可能導致整車動力性、經濟性和操縱性的下降，嚴重的話甚至會造成系統(tǒng)部件的損壞?，F(xiàn)有技術的換擋控制方法是針對單擋車輛，且僅分析單一換擋車輪對象的協(xié)調換擋，沒有考慮到多擋車輛換擋控制動力中斷的影響。因此，對于采用多擋位電動車輪的車輛，需要保證在車輛行駛過程中各個車輪的協(xié)調換擋，盡量減少車輛的動力中斷，并保證換擋的平順性，這就需要提供一種高要求的針對整車的換擋控制方法。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種用于多擋位電動車輪驅動車輛的換擋控制方法。

技術方案：

一種用于多擋位電動車輪驅動車輛的換擋控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步驟：

步驟s1：控制器根據接收的信息和當前電動車輪的擋位信息判斷是否需要進行升擋或降擋操作，若需要換擋，向電動車輪發(fā)送換擋指令并由第k軸開始進入下一步換擋過程，所述k初始值為1；

步驟s2：接收換擋指令的電動車輪驅動電機輸出零轉矩，同時整車的需求轉矩進行重新優(yōu)化分配；

步驟s3：第k軸兩側電動車輪的驅動電機進入零轉矩輸出模式之后，電動車輪控制器操縱各自的換擋執(zhí)行機構掛入空擋；

步驟s4：第k軸兩側電動車輪掛入空擋之后，其驅動電機進入調速模式，使電機轉速與各自的車輪轉速能夠在目標擋位下相匹配；

步驟s5：第k軸兩側電動車輪的驅動電機完成調速之后，電動車輪控制器操縱各自的換擋執(zhí)行機構換入目標擋位；

步驟s6：第k軸兩側電動車輪換入目標擋位之后，令k＝k+1，并判斷電動車輪是否全部完成換擋過程，若未全部完成換擋，則重復進行步驟s2至s5的流程；若全部完成換擋，則重新優(yōu)化分配各個車輪的輸出轉矩，使所有車軸上的電動車輪在當前的新?lián)跷幌鹿餐敵鲛D矩驅動車輛，整個換擋過程結束。

優(yōu)選地，所述換擋控制方法基于“同軸車輪同步換擋，不同軸車輪交替換擋”的策略來實施。

優(yōu)選地，所述步驟s1中控制器接收的信息包括：駕駛模式輸入指令和車輛狀態(tài)信息；

所述駕駛模式輸入指令指駕駛員對車輛的操作信號，包括：駕駛員的油門踏板信號和制動踏板信號；

所述車輛狀態(tài)信息包括車輛行駛的時速、行駛方向等。

優(yōu)選地，所述步驟s2中的所述驅動電機輸出零轉矩具體是第k軸左右兩側電動車輪的驅動電機輸出零轉矩；

所述整車的需求轉矩在除第k軸外的其他各車軸之間進行重新優(yōu)化分配。

優(yōu)選地，所述步驟s2中將整車的需求轉矩在除第k軸以外的其他各車軸之間進行重新優(yōu)化分配，即各電機的輸出轉矩滿足：

tkl＝tkr＝0(1)

式(1)表示第k軸左右側電機輸出零轉矩，式(2)表示為了使整車換擋平順且動力不中斷，其余各車軸的電動車輪的驅/制動轉矩重新分配所需要滿足的約束條件，tdesired為根據駕駛員意圖識別的整車需求轉矩。

優(yōu)選地，所述步驟s4中的電機轉速與各自的車輪轉速能夠在目標擋位下相匹配，即兩側電機轉速和車輪轉速滿足：

nkl_motor＝i”nkl_wheel(3)

nkr_motor＝i”nkr_wheel(4)

其中nkl_motor和nkr_motor分別為第k軸左右兩側電動車輪的電機轉速，nkl_wheel和nkr_wheel分別為第k軸左右兩側電動車輪的轉速。

優(yōu)選地，所述步驟s6中的所述判斷電動車輪是否全部完成換擋過程具體是判斷n個車軸上的全部電動車輪是否都完成了換擋過程；

所述重新優(yōu)化分配各個車輪的輸出轉矩具體是根據整車的轉矩分配策略對各個車輪的輸出轉矩進行重新優(yōu)化分配。

優(yōu)選地，所述多擋位電動車輪包括：電機1、多擋減速機構2、輪輞輪胎3、制動器4、電動車輪控制器5。

優(yōu)選地，所述采用多擋位電動車輪驅動的n軸(n≥2)車輛包括：車體、第1軸左側電動車輪、第1軸右側電動車輪、第2軸左側電動車輪、第2軸右側電動車輪、……第n軸左側電動車輪、第n軸右側電動車輪。所述電動車輪通過懸架與車輛車體相連接。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

現(xiàn)有的電動車輪或輪邊電驅動系統(tǒng)，其從電機到輪胎的傳動方案大多數都是基于單一擋位固定減速比。國內外只有極少數采用多擋位變速方案的電動車輪產品或專利，其在電機尺寸和整體效率、車輪輸出的轉矩和轉速范圍等性能指標方面優(yōu)于單一擋位的電動車輪方案。

本發(fā)明提出的控制方法，通過對車輛各車軸上的電動車輪的換擋過程進行統(tǒng)一調度，一方面使不同軸上的電動車輪交替換擋，另一方面使同一軸上左右兩側的電動車輪盡量實現(xiàn)同步換擋，在此基礎上配合轉矩補償再分配策略，將處于換擋過程中的電動車輪的轉矩輸出需求分配至其他未處于換擋過程的電動車輪。該技術方案能夠避免換擋過程中的車輛動力中斷，保證換擋的平順性，將各車輪換擋不同步所造成的不利影響降至最低。

本發(fā)明所提出的控制方法也適用于具有多擋位的輪邊電驅動系統(tǒng)及其驅動的車輛，并具有相同的實施優(yōu)勢和有益效果。即對于所有具有多擋位變速功能的分布式獨立電驅動系統(tǒng)，本發(fā)明所提出的控制方法均能夠實現(xiàn)其協(xié)調換擋過程。

附圖說明

圖1為本發(fā)明技術方案實施所基于的多擋位電動車輪的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明技術方案實施所基于的采用多擋位電動車輪驅動車輛的結構示意圖。

圖3為本發(fā)明技術方案的控制方法流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、內容和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。

為解決現(xiàn)有的技術需求，本發(fā)明提供一種用于多擋位電動車輪驅動車輛的換擋控制方法，

其特征在于，所述方法基于“同軸車輪同步換擋，不同軸車輪交替換擋”的策略來實施。

所述多擋位電動車輪如圖1所示，包括：電機1、多擋變速機構2、輪輞輪胎3、制動器4、電動車輪控制器5；所述電機1的動力輸出經由多擋變速機構2，驅動輪輞輪胎3；所述制動器4用于在輪輞輪胎側產生機械制動力，或在電機側產生機械制動力；所述電動車輪控制器5用于驅動電機、控制換擋執(zhí)行機構、操縱制動器、以及監(jiān)控電動車輪運行狀態(tài)?；蛘?，所述制動器4也可由整車液壓制動管路統(tǒng)一操縱控制。

所述采用多擋位電動車輪驅動的n軸(n≥2)車輛如圖2所示，按照與本專利相關功能的范疇劃分包括：車體，第1軸左側電動車輪、第1軸右側電動車輪、第2軸左側電動車輪、第2軸右側電動車輪、……第n軸左側電動車輪、第n軸右側電動車輪。所述各個電動車輪通過懸架(獨立懸架、半獨立懸架、非獨立懸架)與車體相連接。

本發(fā)明提出的控制方法的流程圖如附圖3所示，所述控制方法包括如下步驟：

步驟s1：整車控制器接收駕駛員的油門踏板和制動踏板信號，綜合可能存在的駕駛模式輸入指令，判斷識別駕駛員的駕駛意圖，并根據采集到的車速等車輛狀態(tài)信息，結合當前電動車輪的擋位信息判斷是否需要電動車輪進行升擋或降擋操作，若需要換擋，則由k＝1開始，從步驟s2進入換擋過程。記當前擋位的傳動比為i'，目標擋位的傳動比為i”；記n個車軸上左右兩側電動車輪的電機輸出轉矩分別為t1l,t1r,t2l,t2r,……,tnl,tnr，下標中的數字1,2,……n用于標示各個車軸，字母l和r用于標示左側和右側車輪。

步驟s2：控制策略向各電動車輪發(fā)送指令，使其驅/制動轉矩進行重新分配：第k軸的左右側電機輸出零轉矩，同時將整車的需求轉矩在除第k軸以外的其他各車軸之間進行重新優(yōu)化分配，即各電機的輸出轉矩滿足

tkl＝tkr＝0(1)

式(1)表示第k軸左右側電機輸出零轉矩，式(2)表示為了使整車換擋平順且動力不中斷，其余各車軸的電動車輪的驅/制動轉矩重新分配所需要滿足的約束條件，tdesired為根據駕駛員意圖識別的整車需求轉矩。

步驟s3：第k軸兩側電動車輪的驅動電機進入零轉矩輸出模式之后，電動車輪控制器操縱各自的換擋執(zhí)行機構掛入空擋。

步驟s4：第k軸兩側電動車輪掛入空擋之后，其驅動電機進入調速模式，使電機轉速與各自的車輪轉速能夠在目標擋位下相匹配，即兩側電機轉速和車輪轉速滿足

nkl_motor＝i”nkl_wheel(3)

nkr_motor＝i”nkr_wheel(4)

其中nkl_motor和nkr_motor分別為第k軸左右兩側電動車輪的電機轉速，nkl_wheel和nkr_wheel分別為第k軸左右兩側電動車輪的轉速。

步驟s5：第k軸兩側電動車輪的驅動電機完成調速之后，電動車輪控制器操縱各自的換擋執(zhí)行機構換入目標擋位。

步驟s6：第k軸兩側電動車輪換入目標擋位之后，令k＝k+1，并判斷是否n個車軸上的全部電動車輪都完成了換擋過程，若未全部完成換擋，則重復進行步驟s2至s5的流程；若全部完成換擋，則根據整車的轉矩分配策略對各個車輪的輸出轉矩進行重新優(yōu)化分配，使所有車軸上的電動車輪在當前的新?lián)跷幌鹿餐敵鲛D矩驅動車輛，整個換擋過程結束。

最后應當說明的是:以上所述實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式而非對其保護范圍的限制，盡管參照上述實施例對本申請進行了詳細的說明,所屬領域的普通技術人員應當理解：本領域技術人員閱讀本申請后依然可對申請的具體實施方式進行種種變更、修改或者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請待批的權利要求保護范圍之內。