CN110816514B - 一种基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法及系统，属于轮毂电机驱动汽车技术领域，解决了如何提高轮毂电机驱动效率的问题。一种基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法，包括以下步骤：当车辆的四个轮毂电机均能正常工作时，根据轮毂电机总输出功率判断车辆进行四轮驱动、进行两轮驱动或停止驱动；当车辆有三个轮毂电机能正常工作时，则以车辆一端中左、右两侧均能正常工作的轮毂电机，进行车辆驱动；当车辆有两个轮毂电机能正常工作时，若能正常工作的轮毂电机位于车辆同侧，则车辆停止运行，否则利用该两个能正常工作的轮毂电机进行车辆驱动。在保证车辆稳定性的前提下提高了轮毂电机驱动效率。

Description

一种基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法及系统

技术领域

本发明涉及轮毂电机驱动汽车技术领域，尤其是涉及一种基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法及系统。

背景技术

高功率密度的无铁芯盘式永磁同步轮毂电机主要有，高功率密度，外型可满足特殊场合应用，无铁芯结构不存在铁损和定位力矩，在重量、效率、散热性能等方面技术优势；轮毂电机驱动汽车是汽车行业未来发展的重要方向之一，在国家政策的引导和支持下，中国新能源汽车产业迅速发展，中国已经成为全球新能源汽车产销量第一大国。统计数据显示，2011年中国新能源汽车销量仅为0.816万辆，2018年1-11月，国内新能源汽车销售102.98万辆，同比增长68％，呈现出稳定增长趋势，本发明的研究成果可以推动轮毂电机驱动混合动力汽车的实际应用，市场前景广阔。

分布式轮毂电机驱动汽车的驱动方法选择比较灵活，两个驱动单元(前驱或后驱)、两个以上的驱动单元(全驱)之间可以形成相互依赖、协调促进的耦合系统，分布式驱动可以实现各轮转矩的独立控制以及转矩优化分配，提高车辆驱动力矩响应速度；而现有技术中大多未为涉及如何提高轮毂电机驱动效率，也很少涉及如何根据车辆运行工况，调整发动机或电池的工作模式，以提高整车的能源利用率，降低排放。

发明内容

本发明的目的在于至少克服上述一种技术不足，提出一种基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法及系统。

一方面，本发明提供了一种基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法，包括以下步骤：

当车辆的四个轮毂电机均能正常工作时，则根据车辆需求转矩和当前车速，获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率与两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，

若所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率大于两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，则车辆进行四轮驱动，

否则，计算车辆当前的前轴权重系数及后轴权重系数，若所述前轴权重系数大于后轴权重系数，则车辆进行前轮驱动，若所述前轴权重系数小于后轴权重系数，则车辆进行后轮驱动，若所述前轴权重系数和后轴权重系数相等且不为零时，则根据车辆当前的前轴、后轴路面附着系数，确定车辆进行前轮驱动、后轮驱动或停止运行，若所述前轴权重系数和后轴权重系数均为零时，车辆停止运行；

当车辆有三个轮毂电机能正常工作时，则以车辆一端中左、右两侧均能正常工作的轮毂电机，进行车辆驱动；

当车辆有两个轮毂电机能正常工作时，若能正常工作的轮毂电机位于车辆同侧，则车辆停止运行，否则利用该两个能正常工作的轮毂电机进行车辆驱动。

进一步地，所述根据车辆当前的前轴、后轴路面附着系数，确定车辆进行前轮驱动、后轮驱动或是停止运行，具体包括：

计算车辆当前的前轴路面附着系数和后轴路面附着系数，若所述前轴路面附着系数大于或等于所述后轴路面附着系数，且所述前轴路面附着系数不为零时，则车辆进行前轮驱动；若所述前轴路面附着系数小于所述后轴路面附着系数，则车辆进行后轮驱动；若所述前轴路面附着系数与所述后轴路面附着系数均为零时，则车辆停止运行。

进一步地，所述根据车辆需求转矩和当前车速，获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，具体包括：

根据公式P_{mt_4}＝P_m1+P_m2+P_m3+P_m4获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率；其中，P_mi＝T_miω_miη_{m_driv}(T_mi,ω_mi)，P_mi是轮毂电机输出功率，T_mi是轮毂电机转矩，ω_mi是轮毂电机转速，η_{m_driv}(T_mi,ω_mi)是轮毂电机驱动效率，i＝1,2,3,4分别对应前左轮，前右轮、后左轮和后右轮，T_mi＝T_d/4，

V_v是当前车速，r是车轮有效半径，j是减速器减速比，T_d是当前需求转矩，P_{mt_4}是四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率。

进一步地，所述根据车辆需求转矩和当前车速，获取两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，具体包括：

根据公式P_{mt_2}＝P′_m1+P′_m2获取两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，其中，P′_mi＝T′_miω_miη_{m_driv}(T′_mi,ω_mi)，T′_mi＝T_d/2，此时，i取1或2，T′_mi是轮毂电机转矩，ω_mi是轮毂电机转速，η_{m_driv}(T′_mi,ω_mi)是轮毂电机驱动效率，

V_v是当前车速，r是车轮有效半径，j是减速器减速比，T_d是当前需求转矩。

进一步地，所述计算车辆当前的前轴权重系数及后轴权重系数，具体包括，根据轮毂电机最大转矩、路面附着系数、车轮法向力，计算得到车轮最大等效附着系数，若前轴的左、右轮的车轮最大等效附着系数均大于0，则所述前轴权重系数为1，否则所述前轴权重系数为0；若后轴的左、右轮的车轮最大等效附着系数均大于0，则所述后轴权重系数为1，否则所述后轴权重系数为0。

进一步地，基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法还包括，根据所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率、两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率确定车辆当前的需求功率，根据所述车辆当前的需求功率以及车辆电池当前SOC值，确定车辆电池和/或发动机的工作模式。

进一步地，根据所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率、两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率确定车辆当前的需求功率，具体包括，

根据公式

其中，P_{mt_4}为四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，P_{mt_2}为两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，η_{m_driv}(T_m,ω_m)为轮毂电机驱动效率，T_m为轮毂电机转矩，ω_m为轮毂电机转速。

进一步地，根据所述车辆当前的需求功率以及车辆电池当前SOC值，确定车辆电池和/或发动机的工作模式，具体包括，

当车辆当前的需求功率小于电池最大输出功率，且车辆电池当前SOC值大于最小值SOC_min时，电池提供驱动车辆需要的全部动力，

当车辆当前的需求功率大于当前车速下发动机高效输出功率，且车辆电池当前SOC值大于最小值SOC_min时，电池和发动机同时提供驱动车辆需要动力，

当车辆当前的需求功率小于当前车速下发动机高效输出功率，且车辆电池当前SOC值小于最大值SOC_max时，发动机驱动车辆的同时给电池充电；

当车辆停止运行时，且车辆电池当前SOC值小于最大值SOC_max，发动机驱动发电机给电池充电；

当车辆制动时，且车辆电池当前SOC值小于最大值SOC_max，轮毂电机回收制动能量，给电池充电。

另一方面，本发明还提供了一种根据上述任一技术方案所述的基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法的系统，包括轮毂电机总输出功率获取模块、四轮驱动使能模块和两轮驱动使能模块；

所述轮毂电机总输出功率获取模块，用于在车辆的四个轮毂电机均能正常工作时，根据车辆需求转矩和当前车速，获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率与两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率；

所述四轮驱动使能模块，用于在所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率大于两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率时，使车辆进行四轮驱动；

所述两轮驱动使能模块，用于计算车辆当前的前轴权重系数及后轴权重系数，若所述前轴权重系数大于后轴权重系数，则使车辆进行前轮驱动，若所述前轴权重系数小于后轴权重系数，则使车辆进行后轮驱动，若所述前轴权重系数和后轴权重系数相等且不为零时，则根据车辆当前的前轴、后轴路面附着系数，确定车辆进行前轮驱动、后轮驱动或停止运行；

所述两轮驱动使能模块，还用于当车辆有三个轮毂电机能正常工作时，则以车辆一端中左、右两侧均能正常工作的轮毂电机，进行车辆驱动；当车辆有两个轮毂电机能正常工作时，若能正常工作的轮毂电机位于车辆同侧，则车辆停止运行，否则利用该两个能正常工作的轮毂电机进行车辆驱动

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：当车辆的四个轮毂电机均能正常工作时，则根据车辆需求转矩和当前车速，获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率与两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，

若所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率大于两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，则车辆进行四轮驱动，

否则，计算车辆当前的前轴权重系数及后轴权重系数，若所述前轴权重系数大于后轴权重系数，则车辆进行前轮驱动，若所述前轴权重系数小于后轴权重系数，则车辆进行后轮驱动，若所述前轴权重系数和后轴权重系数相等且不为零时，则根据车辆当前的前轴、后轴路面附着系数，确定车辆进行前轮驱动、后轮驱动或停止运行，若所述前轴权重系数和后轴权重系数均为零时，车辆停止运行；

当车辆有三个轮毂电机能正常工作时，则以车辆一端中左、右两侧均能正常工作的轮毂电机，进行车辆驱动；

当车辆有两个轮毂电机能正常工作时，若能正常工作的轮毂电机位于车辆同侧，则车辆停止运行，否则利用该两个能正常工作的轮毂电机进行车辆驱动；

通过上述技术方案，对车辆轮毂电机进行驱动，在保证车辆稳定性的前提下实现了提高了轮毂电机驱动效率。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1所述的面向控制的车辆模型的结构示意图；

图3为本发明实施例1所述的工作模式逻辑门限和模式交叉示意；

图4为本发明实施例1所述的所述基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法的原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明的实施例提供了一种基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法，其流程示意图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

当车辆的四个轮毂电机均能正常工作时，则根据车辆需求转矩和当前车速，获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率与两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，

若所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率大于两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，则车辆进行四轮驱动，

否则，计算车辆当前的前轴权重系数及后轴权重系数，若所述前轴权重系数大于后轴权重系数，则车辆进行前轮驱动，若所述前轴权重系数小于后轴权重系数，则车辆进行后轮驱动，若所述前轴权重系数和后轴权重系数相等且不为零时，则根据车辆当前的前轴、后轴路面附着系数，确定车辆进行前轮驱动、后轮驱动或停止运行，若所述前轴权重系数和后轴权重系数均为零时，车辆停止运行；

当车辆有三个轮毂电机能正常工作时，则以车辆一端中左、右两侧均能正常工作的轮毂电机，进行车辆驱动；

当车辆有两个轮毂电机能正常工作时，若能正常工作的轮毂电机位于车辆同侧，则车辆停止运行，否则利用该两个能正常工作的轮毂电机进行车辆驱动。

具体实施时，首先根据面向控制的车辆模型，所述面向控制的车辆模型的结构示意图，如图2所示，分析车辆的能量流和动力流，建立发动机、发电机、轮毂电机和电池的数学模型；

根据发动机油耗特性map图，建立表示发动机性能的数学模型，该模型是发动机转速和转矩的函数，同时可以计算出发动机的燃油消耗率，

η_e＝η_e(T_e,ω_e) (1)

上式中，T_e是发动机转矩；ω_e是发动机转速；η_e发动机效率；

发动机燃油效率。

根据发电机的二维稳态效率map图，建立表示发电机性能的数学模型，该模型是发电机转速和转矩的函数。

式中，T_g是发电机转矩；ω_g是发电机转速；η_g是发电机效率。

轮毂电机的工作模式分为驱动模式和制动模式，根据不同的二维稳态效率map图，分别建立驱动和制动模式下的轮毂电机数学模型。

式中，T_m是轮毂电机转矩；ω_m是轮毂电机转速；η_{m_driv}是轮毂电机驱动效率；η_{m_gen}是轮毂电机发电效率。

电池的模型分为充电模型和放电模型，发电机和轮毂电机均可以对电池充电，只有轮毂电机消耗电量。

P_b＝P_{b_m}+P_{b_g} (5)

式中，η_{b_chg}是电池充电效率；η_{b_dchg}是电池放电效率；V_{b_oc}是电池开路电压；I_b是电池电流；P_b是电池功率；P_{b_g}是发电机功率；P_{b_m}是轮毂电机功率。

就四轮轮毂电机驱动车辆来说，根据参与驱动车轮划分，理论上存在15种驱动方式，通过对各种驱动模式进行可行性分析，左右两侧都有驱动轮的驱动模式可以实现正常的行驶，从行驶安全和传统的驾驶习惯考虑，划分了以下5种驱动模式，其中，前3种为正常驱动模式，后两种为(故障/跛行)驱动模式，模式1为四驱驱动模式，即四个车轮全部为驱动轮，模式2为前驱模式，即左前轮和右前轮为驱动轮，驱动模式3为后驱模式，即左后轮和右后轮为驱动轮；模式4为左对角驱动模式，即左前轮和右后轮为驱动轮；模式5为右对角驱动模式，即右前轮和左后轮为驱动轮；

当车辆的四个轮毂电机均能正常工作时，根据需求转矩和当前车速，结合轮毂电机效率MAP图确定驱动轮的个数)

具体的，根据车辆需求转矩和当前车速，获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率与两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率以判断是用四轮驱动还是两轮驱动；

优选的，所述根据车辆当前的前轴、后轴路面附着系数，确定车辆进行前轮驱动、后轮驱动或是停止运行，具体包括：

计算车辆当前的前轴路面附着系数和后轴路面附着系数，若所述前轴路面附着系数大于或等于所述后轴路面附着系数，且所述前轴路面附着系数不为零时，则车辆进行前轮驱动；若所述前轴路面附着系数小于所述后轴路面附着系数，则车辆进行后轮驱动；若所述前轴路面附着系数与所述后轴路面附着系数均为零时，则车辆停止运行。

优选的，所述根据车辆需求转矩和当前车速，获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，具体包括：

根据公式P_{mt_4}＝P_m1+P_m2+P_m3+P_m4获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率；其中，P_mi＝T_miω_miη_{m_driv}(T_mi,ω_mi)，P_mi是轮毂电机输出功率，T_mi是轮毂电机转矩，ω_mi是轮毂电机转速，η_{m_driv}(T_mi,ω_mi)是轮毂电机驱动效率，i＝1,2,3,4分别对应前左轮，前右轮、后左轮和后右轮，T_mi＝T_d/4，

V_v是当前车速，r是车轮有效半径，j是减速器减速比，T_d是当前需求转矩，P_{mt_4}是四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率。

优选的，所述根据车辆需求转矩和当前车速，获取两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，具体包括：

根据公式P_{mt_2}＝P′_m1+P′_m2获取两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，其中，P′_mi＝T′_miω_miη_{m_driv}(T′_mi,ω_mi)，T′_mi＝T_d/2，此时，i取1或2，T′_mi是轮毂电机转矩，ω_mi是轮毂电机转速，η_{m_driv}(T′_mi,ω_mi)是轮毂电机驱动效率，

V_v是当前车速，r是车轮有效半径，j是减速器减速比，T_d是当前需求转矩。

若P_{mt_4}>P_{mt_2}，则驱动轮个数为4，反之驱动轮个数为2，当驱动轮的个数为2时，还需要根据各轮的优先级，确定驱动轮的位置。

需要说明的是，首先在电机故障或附着条件恶劣时，具有两个能力轮的轴获得更高的优先级，保证车辆的稳定性；当所有电机均能正常工作时，路面附着系数高的轮子获得更高的优先级；最后非驱动轮可以作为发电机，回收滚动能量；

优选的，所述计算车辆当前的前轴权重系数及后轴权重系数，具体包括，根据轮毂电机最大转矩、路面附着系数、车轮法向力，计算得到车轮最大等效附着系数，若前轴的左、右轮的车轮最大等效附着系数均大于0，则所述前轴权重系数为1，否则所述前轴权重系数为0；若后轴的左、右轮的车轮最大等效附着系数均大于0，则所述后轴权重系数为1，否则所述后轴权重系数为0。

具体实施例时，有

式中，μ_max为车轮最大等效附着系数，μ_opt为车轮最优等效附着系数，T_{m_max}为轮毂电机最大转矩，T_{m_opt}为轮毂电机最优转矩，μ_f为路面附着系数，F_z为车轮法向力，m为整车质量，g为重力加速度，r为车轮半径。

根据下面流程计算前后轴权重系数，

其中，a_f为前轴权重系数，同理，可以计算得到后轴权重系数a_r；

当a_f>a_r时，选择前轴驱动，当a_f<a_r，选择后轴驱动；当a_f＝a_r＝0时，无法进行正常驾驶，进入跛行模式或停止运行；

当a_f＝a_r＝1时，使车辆具有更高的稳定裕度，具体步骤如下：

计算车轮最大等效附着系数和车轮最优等效附着系数，得到前、后轴路面附着系数，路面附着系数，有如下流程，

其中，μ_f为前轴路面附着系数(权重)，同理，可以计算得到后轴路面附着系数权重μ_r，比较μ_f和μ_r的大小，选着权重较高的轴为驱动轴，若μ_f和μ_r相等，则默认为前轴驱动；更大的路面附着系数，使车辆具有更高的稳定裕度；

优选的，所述基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法还包括，根据所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率、两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率确定车辆当前的需求功率，根据所述车辆当前的需求功率以及车辆电池当前SOC值，确定车辆电池和/或发动机的工作模式。

根据功率流和能耗划分了5种工作模式，模式1为纯电动模式(EV)，即电池提供驱动车辆需要的全部动力，模式2为行车耗电模式(HEV)，即电池和发动机同时提供驱动车辆需要动力，模式3为行车发电模式(RE)，即发动机驱动车辆的同时给电池充电；模式4为停车发电模式(SC)，即发动机驱动发电机给电池充电，轮毂电机不工作(停车状态)；模式5为制动能量回收模式(RG)，即轮毂电机回收制动能量给电池充电；工作模式的约束条件表，如表1所示，

表1

表1中，P_d是当前车辆需求功率，P_{b_max}是电池最大输出功率，P_{e_eff}是当前车速下发动机高效输出功率，SOC是当前电荷状态，SOC_max是电荷状态最大值，SOC_min是电荷状态最小值；工作模式逻辑门限和模式交叉示意，如图3所示；

优选的，根据所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率、两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率确定车辆当前的需求功率，具体包括，

根据公式

其中，P_{mt_4}为四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，P_{mt_2}为两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，η_{m_driv}(T_m,ω_m)为轮毂电机驱动效率，T_m为轮毂电机转矩，ω_m为轮毂电机转速。

优选的，根据所述车辆当前的需求功率以及车辆电池当前SOC值，确定车辆电池和/或发动机的工作模式，具体包括，

当车辆当前的需求功率小于电池最大输出功率，且车辆电池当前SOC值大于最小值SOC_min时，电池提供驱动车辆需要的全部动力，

当车辆当前的需求功率大于当前车速下发动机高效输出功率，且车辆电池当前SOC值大于最小值SOC_min时，电池和发动机同时提供驱动车辆需要动力，

当车辆当前的需求功率小于当前车速下发动机高效输出功率，且车辆电池当前SOC值小于最大值SOC_max时，发动机驱动车辆的同时给电池充电；

当车辆停止运行时，且车辆电池当前SOC值小于最大值SOC_max，发动机驱动发电机给电池充电；

当车辆制动时，且车辆电池当前SOC值小于最大值SOC_max，轮毂电机回收制动能量，给电池充电。

根据功率需求和当前SOC值以提高发动机效率为目的可有6种切换方式，表2为工作模式切换方式及条件表，

表2

工作模式的切换过程可分为两类，涉及发动机启停的切换方式1、2、3、4；未涉及发动机启停，切换方式5，6，工作模式切换应避免发动机的频繁启停，因此预设了两个迟滞变量SOC_up和SOC_low，两个迟滞变量可根据多次试验得到，SOC_max>SOC_up>SOC_low>SOC_min。

所述基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法的原理示意图，如图4所示；

一个具体实施例中，以OM(t)表示当前工作模式，OM(t+1)表示下一时刻工作模式，从EV模式切换到RE或HEV，有如下流程，

从HEV模式切换到RE或EV模式，有如下流程，

从RE模式切换到HEV或EV模式，

实施例2

本发明实施例提供一种根据实施例1中任一实施例所述的基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法的系统，包括轮毂电机总输出功率获取模块、四轮驱动使能模块和两轮驱动使能模块；

所述轮毂电机总输出功率获取模块，用于在车辆的四个轮毂电机均能正常工作时，根据车辆需求转矩和当前车速，获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率与两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率；

所述四轮驱动使能模块，用于在所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率大于两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率时，使车辆进行四轮驱动；

所述两轮驱动使能模块，用于计算车辆当前的前轴权重系数及后轴权重系数，若所述前轴权重系数大于后轴权重系数，则使车辆进行前轮驱动，若所述前轴权重系数小于后轴权重系数，则使车辆进行后轮驱动，若所述前轴权重系数和后轴权重系数相等且不为零时，则根据车辆当前的前轴、后轴路面附着系数，确定车辆进行前轮驱动、后轮驱动或停止运行；

所述两轮驱动使能模块，还用于当车辆有三个轮毂电机能正常工作时，则以车辆一端中左、右两侧均能正常工作的轮毂电机，进行车辆驱动；当车辆有两个轮毂电机能正常工作时，若能正常工作的轮毂电机位于车辆同侧，则车辆停止运行，否则利用该两个能正常工作的轮毂电机进行车辆驱动。

本发明公开了一种基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法及系统，当车辆的四个轮毂电机均能正常工作时，则根据车辆需求转矩和当前车速，获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率与两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，

若所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率大于两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，则车辆进行四轮驱动，

否则，计算车辆当前的前轴权重系数及后轴权重系数，若所述前轴权重系数大于后轴权重系数，则车辆进行前轮驱动，若所述前轴权重系数小于后轴权重系数，则车辆进行后轮驱动，若所述前轴权重系数和后轴权重系数相等且不为零时，则根据车辆当前的前轴、后轴路面附着系数，确定车辆进行前轮驱动、后轮驱动或停止运行，若所述前轴权重系数和后轴权重系数均为零时，车辆停止运行；

当车辆有三个轮毂电机能正常工作时，则以车辆一端中左、右两侧均能正常工作的轮毂电机，进行车辆驱动；

当车辆有两个轮毂电机能正常工作时，若能正常工作的轮毂电机位于车辆同侧，则车辆停止运行，否则利用该两个能正常工作的轮毂电机进行车辆驱动；

通过上述技术方案，对车辆轮毂电机进行驱动，在保证车辆稳定性的前提下提高了轮毂电机驱动效率。

此外，轮毂电机工作方式确定后，根据功率需求和当前SOC值，以提高发动机工作效率为目的以提高发动机工作效率为目的制定5种工作模式及定6种切换方式，定义了两个迟滞变量SOC_up，SOC_low以避免工作模式间的频繁切换；实现了在多种路况下均可以按照所述工作模式进行快速平稳切换，显著降低了整车的能耗，提高整车的能源利用率，降低排放。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当车辆的四个轮毂电机均能正常工作时，则根据车辆需求转矩和当前车速，获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率与两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，

若所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率大于两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，则车辆进行四轮驱动，

否则，计算车辆当前的前轴权重系数及后轴权重系数，若所述前轴权重系数大于后轴权重系数，则车辆进行前轮驱动，若所述前轴权重系数小于后轴权重系数，则车辆进行后轮驱动，若所述前轴权重系数和后轴权重系数相等且不为零时，则根据车辆当前的前轴、后轴路面附着系数，确定车辆进行前轮驱动、后轮驱动或停止运行，若所述前轴权重系数和后轴权重系数均为零时，车辆停止运行；

当车辆有三个轮毂电机能正常工作时，则以车辆一端中左、右两侧均能正常工作的轮毂电机，进行车辆驱动；

当车辆有两个轮毂电机能正常工作时，若能正常工作的轮毂电机位于车辆同侧，则车辆停止运行，否则利用该两个能正常工作的轮毂电机进行车辆驱动。

2.根据权利要求1所述的基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于，所述根据车辆当前的前轴、后轴路面附着系数，确定车辆进行前轮驱动、后轮驱动或是停止运行，具体包括：

计算车辆当前的前轴路面附着系数和后轴路面附着系数，若所述前轴路面附着系数大于或等于所述后轴路面附着系数，且所述前轴路面附着系数不为零时，则车辆进行前轮驱动；若所述前轴路面附着系数小于所述后轴路面附着系数，则车辆进行后轮驱动；若所述前轴路面附着系数与所述后轴路面附着系数均为零时，则车辆停止运行。

3.根据权利要求1所述的基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于，所述根据车辆需求转矩和当前车速，获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，具体包括：

根据公式P_{mt_4}＝P_m1+P_m2+P_m3+P_m4获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率；其中，P_mi＝T_miω_miη_{m_driv}(T_mi,ω_mi)，P_mi是轮毂电机输出功率，T_mi是轮毂电机转矩，ω_mi是轮毂电机转速，η_{m_driv}(T_mi,ω_mi)是轮毂电机驱动效率，i＝1,2,3,4分别对应前左轮，前右轮、后左轮和后右轮，T_mi＝T_d/4，

V_v是当前车速，r是车轮有效半径，j是减速器减速比，T_d是当前需求转矩，P_{mt_4}是四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率。

4.根据权利要求1所述的基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于，所述根据车辆需求转矩和当前车速，获取两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，具体包括：

根据公式P_{mt_2}＝P′_m1+P′_m2获取两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，其中，P′_mi＝T′_miω_miη_{m_driv}(T′_mi,ω_mi)，T′_mi＝T_d/2，此时，i取1或2，T′_mi是轮毂电机转矩，ω_mi是轮毂电机转速，η_{m_driv}(T′_mi,ω_mi)是轮毂电机驱动效率，

V_v是当前车速，r是车轮有效半径，j是减速器减速比，T_d是当前需求转矩。

5.根据权利要求1所述的基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于，所述计算车辆当前的前轴权重系数及后轴权重系数，具体包括，根据轮毂电机最大转矩、路面附着系数、车轮法向力，计算得到车轮最大等效附着系数，若前轴的左、右轮的车轮最大等效附着系数均大于0，则所述前轴权重系数为1，否则所述前轴权重系数为0；若后轴的左、右轮的车轮最大等效附着系数均大于0，则所述后轴权重系数为1，否则所述后轴权重系数为0。

6.根据权利要求1所述的基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于，还包括，根据所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率、两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率确定车辆当前的需求功率，根据所述车辆当前的需求功率以及车辆电池当前SOC值，确定车辆电池和/或发动机的工作模式。

7.根据权利要求6所述的基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于，根据所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率、两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率确定车辆当前的需求功率，具体包括，

根据公式

其中，P_{mt_4}为四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，P_{mt_2}为两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率，η_{m_driv}(T_m,ω_m)为轮毂电机驱动效率，T_m为轮毂电机转矩，ω_m为轮毂电机转速。

8.根据权利要求6所述的基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法，其特征在于，根据所述车辆当前的需求功率以及车辆电池当前SOC值，确定车辆电池和/或发动机的工作模式，具体包括，

当车辆当前的需求功率小于电池最大输出功率，且车辆电池当前SOC值大于最小值SOC_min时，电池提供驱动车辆需要的全部动力，

当车辆当前的需求功率大于当前车速下发动机高效输出功率，且车辆电池当前SOC值大于最小值SOC_min时，电池和发动机同时提供驱动车辆需要动力，

当车辆当前的需求功率小于当前车速下发动机高效输出功率，且车辆电池当前SOC值小于最大值SOC_max时，发动机驱动车辆的同时给电池充电；

当车辆停止运行时，且车辆电池当前SOC值小于最大值SOC_max，发动机驱动发电机给电池充电；

当车辆制动时，且车辆电池当前SOC值小于最大值SOC_max，轮毂电机回收制动能量，给电池充电。

9.一种根据权利要求1～8任一所述的基于多模式切换的轮毂电机驱动车辆控制方法的系统，其特征在于，包括轮毂电机总输出功率获取模块、四轮驱动使能模块和两轮驱动使能模块；

所述轮毂电机总输出功率获取模块，用于在车辆的四个轮毂电机均能正常工作时，根据车辆需求转矩和当前车速，获取四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率与两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率；

所述四轮驱动使能模块，用于在所述四轮驱动模式下轮毂电机总输出功率大于两轮驱动模式下轮毂电机总输出功率时，使车辆进行四轮驱动；

所述两轮驱动使能模块，用于计算车辆当前的前轴权重系数及后轴权重系数，若所述前轴权重系数大于后轴权重系数，则使车辆进行前轮驱动，若所述前轴权重系数小于后轴权重系数，则使车辆进行后轮驱动，若所述前轴权重系数和后轴权重系数相等且不为零时，则根据车辆当前的前轴、后轴路面附着系数，确定车辆进行前轮驱动、后轮驱动或停止运行；

所述两轮驱动使能模块，还用于当车辆有三个轮毂电机能正常工作时，则以车辆一端中左、右两侧均能正常工作的轮毂电机，进行车辆驱动；当车辆有两个轮毂电机能正常工作时，若能正常工作的轮毂电机位于车辆同侧，则车辆停止运行，否则利用该两个能正常工作的轮毂电机进行车辆驱动。

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