具体实施方式

下面结合对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图3所示，本发明提供的一种基于路面载荷谱的轮毂电机轴承热管理系统，具体包括：4个六分力传感器150、信号处理运算装置140、第一控制器131、第一喷油器121、第二喷油器122、第一温度传感器161、第二温度传感器162和第二控制器132，所述4个六分力传感器150设置在车轮210中，用于实时采集车轮210所受的路面载荷；信号处理运算装置140与所述4个六分力传感器150相连接，用于将采集到的实时路面载荷编制成车轮承受最大载荷-时间谱，并根据已经预设好的轮毂电机力学传递模型，将轮胎所受的实时路面载荷谱编制成内侧轮毂电机轴承110a和外侧轮毂电机轴承110b的实时摩擦力矩载荷谱，之后根据已经预设好的轮毂电机轴承摩擦产热模型，编制出内侧轮毂电机轴承110a的摩擦损耗功率-时间谱和外侧轮毂电机轴承110b的摩擦损耗功率-时间谱；第一控制器131与所述信号处理运算装置140相连接，可根据预设好的喷油策略，根据内侧轮毂电机轴承110a的摩擦损耗功率-时间谱和外侧轮毂电机轴承110b来控制喷油量；第一喷油器121与所述第一控制器131相连接，且所述第一喷油器121设置在内侧轮毂电机轴承110a上；第二喷油器122与所述第一控制器131相连接，且所述第二喷油器122设置在外侧轮毂电机轴承110b上；所述第一喷油器121和第二喷油器122接受第一控制器131的电信号控制，所述第一喷油器121对内侧轮毂电机轴承110a进行一定油量的喷油冷却；所述第二喷油器122对外侧轮毂电机轴承110b进行一定油量的喷油冷却；所述内侧轮毂电机轴承110a和外侧轮毂电机轴承110b为本发明的冷却对象；第一温度传感器161设置在所述内侧轮毂电机轴承110a的保持架上，用于采集内侧轮毂电机轴承110a内部的温度变化，以监测内侧轮毂电机轴承110a的冷却效果；第二温度传感器162设置在所述外侧轮毂电机轴承110b的保持架上，用于采集外侧轮毂电机轴承110b内部的温度变化，以监测外侧轮毂电机轴承110b的冷却效果；第二控制器132与所述第一温度传感器161、第二温度传感器162和第一控制器131相连接，用于将所述内侧轮毂电机轴承110a内部温度和外侧轮毂电机轴承110b内部温度反馈给所述第一控制器131。

如果所述第二控制器132判断对内侧轮毂电机轴承110a和外侧轮毂电机轴承110b的热管理效果不达到要求，会将信号反馈给所述第一控制器131，调整所述第一喷油器121和第二喷油器122的喷油量，并利用所述第一温度传感器161和第二温度传感器162进行温度点采集和监测，重复此步骤，直到内侧轮毂电机轴承110a和外侧轮毂电机轴承110b监测到的温度达到要求。

本发明提供的基于路面载荷谱的轮毂电机轴承热管理系统，可根据所述4个六分力传感器150采集到的路面载荷，在信号处理运算装置140中编制出内侧轮毂电机轴承110a和外侧轮毂电机轴承110b的摩擦损耗功率-时间谱，并根据喷油策略，利用所述第一喷油器121对内侧轮毂电机轴承110a进行喷油冷却，第二喷油器122对外侧轮毂电机轴承110b进行喷油冷却，能方便快捷地对内侧轮毂电机轴承110a和外侧轮毂电机轴承110b进行实时控温。

如图2所示，本发明还提供一种基于路面载荷谱的轮毂电机轴承热管理系统的控制方法，使用所述的基于路面载荷谱的轮毂电机轴承热管理系统，具体包括如下步骤：

步骤一、采集车轮承受的路面载荷、内侧轮毂电机轴承和外侧轮毂电机轴承的内部温度，获得车轮承受载荷-时间谱；

步骤二、将所述车轮承受载荷-时间谱划分出时间采样频率并分别获得内侧轮毂电机轴承的摩擦损耗功率-时间谱和外侧轮毂电机轴承的摩擦损耗功率-时间谱；

步骤三、根据所述内侧轮毂电机轴承的摩擦损耗功率对第一喷油器的喷油量进行初步调节，根据所述外侧轮毂电机轴承的摩擦损耗功率对第二喷油器的喷油量进行初步调节；

所述初步调节的喷油量满足：

式中，V_i1为初步调节的喷油量，i＝1、2，Q_i为摩擦损耗功率，C_p为润滑油的定压比热容，ρ为润滑油的密度，ΔT₁为预期降低的温度，ΔT₁＝20℃；

步骤四、初步调节后，若所述内侧轮毂电机轴承的内部温度超过预设的轮毂电机轴承热管理判断准则90℃时，则第二控制器将信号传输到第一控制器，所述第一控制器对第一喷油器的喷油量进行二次调节；

若所述外侧轮毂电机轴承的内部温度超过预设的轮毂电机轴承热管理判断准则90℃时，则第二控制器将信号传输到第一控制器，所述第一控制器对第二喷油器的喷油量进行二次调节。

其中，所述步骤二包括如下步骤：

步骤1、将所述车轮承受载荷-时间谱F_路面-t进一步处理，划分出固定的时间采样频率，并分析得到此时间频域内的最大载荷值，将此载荷值作为此时间频域内的代表值，重新编制成车轮承受最大载荷-时间谱；

所述车轮承受最大载荷-时间谱采集的是轮胎实时最大切向受力、轮胎实时最大径向受力和轮胎实时最大轴向受力；

步骤2、将所述车轮承受最大载荷-时间谱转换为内侧轮毂电机轴承实时载荷-时间谱和外侧轮毂电机轴承实时载荷-时间谱F_轴承-t；

最终目的是将轮胎所受的最大载荷-时间谱转化成内侧轮毂电机轴承实时载荷-时间谱和外侧轮毂电机轴承实时载荷-时间谱，即内侧轮毂电机轴承和外侧轮毂电机轴承所受的径向实时受力、内侧轮毂电机轴承和外侧轮毂电机轴承所受的轴向实时受力情况，形成轮毂电机轴承力学传递模型。

根据在所述信号运算处理装置内预设好的轮毂电机轴承力学传递模型，此模型能表征出从轮胎受力到轴承受力的转化，且能分别求解出轴承所受的轴向力和径向力，将轮胎所受的实时最大载荷-时间谱导入计算模型，编制成内侧轮毂电机轴承实时载荷-时间谱和外侧轮毂电机轴承实时载荷-时间谱F_轴承-t，此载荷谱可表征为内侧轮毂电机轴承和外侧轮毂电机轴的轴向载荷谱和径向载荷谱。

如图3所示，根据轮毂电机在行驶时受力的原理样图，可以分析出内侧轮毂电机轴承的径向受力、内侧轮毂电机轴承的轴向受力、外侧轮毂电机轴承的径向受力和外侧轮毂电机轴承的轴向受力情况，所述内侧轮毂电机轴承实时载荷-时间谱具体包括：

式中，F₁为内侧轮毂电机轴承的径向受力，e为外侧轮毂电机轴承距离轮胎中心偏距，l为内侧轮毂电机轴承与外侧轮毂电机轴承的间距，F_B为轮胎实时最大切向受力，F_Z为轮胎实时最大径向受力，F_Y为轮胎实时最大轴向受力，R为轮胎的半径，F_α1为内侧轮毂电机轴承的轴向受力。

所述外侧轮毂电机轴承实时载荷-时间谱具体包括：

F_α2＝F_α1；

式中，F₂为外侧轮毂电机轴承的径向受力，F_α2为外侧轮毂电机轴承的轴向受力。

步骤3、将所述内侧轮毂电机轴承实时载荷-时间谱和外侧轮毂电机轴承实时载荷-时间谱F_轴承-t转换为内侧轮毂电机轴承的摩擦力矩-时间谱和外侧轮毂电机轴承的摩擦力矩-时间谱M-t；

内侧轮毂电机轴承的径向受力和内侧轮毂电机轴承的轴向受力可转换为内侧轮毂电机轴承的摩擦力矩，外侧轮毂电机轴承的径向受力和外侧轮毂电机轴承的轴向受力可转换为外侧轮毂电机轴承的摩擦力矩。

根据所述信号运算处理装置内预设的内侧轮毂电机轴承的径向受力、内侧轮毂电机轴承的轴向受力、外侧轮毂电机轴承的径向受力、外侧轮毂电机轴承的轴向受力与内侧轮毂电机轴承的摩擦力矩、外侧轮毂电机轴承的摩擦力矩的转化模型，将所述内侧轮毂电机轴承轴向、径向实时载荷-时间谱和外侧轮毂电机轴承轴向、径向实时载荷-时间谱导入转化模型，计算得到内侧轮毂电机轴承的摩擦力矩-时间谱和外侧轮毂电机轴承的摩擦力矩-时间谱M-t。

轮毂电机轴承所受的轴向力和径向力会挤压内侧轴承与外侧轴承内的部件，使轴承内的各部件产生随力增大而增大的摩擦力矩，所述摩擦力矩满足：

式中，v₀为润滑油的运动粘度，n为轴承的实时监测速度，d_m为轴承的节圆直径，F_i为内侧轮毂电机轴承的径向受力或者外侧轮毂电机轴承的径向受力，Z为滚动体个数，D为滚动体直径，α为内侧轮毂电机轴承和外侧轮毂电机轴承的接触角。

除轴承的径向受力和轴承的轴向受力外，其余参数均在轴承和润滑油选定后确定。

步骤4、将所述内侧轮毂电机轴承摩擦力矩-时间谱和外侧轮毂电机轴承摩擦力矩-时间谱分别一一对应的转换为内侧轮毂电机轴承的摩擦损耗功率-时间谱和外侧轮毂电机轴承的摩擦损耗功率-时间谱q_轴承-t；

根据所述信号运算处理装置内预设好的轮毂电机轴承摩擦产热模型，将所述内侧轮毂电机轴承摩擦力矩-时间谱和外侧轮毂电机轴承摩擦力矩-时间谱M-t转化成实时摩擦损耗功率-时间谱，此摩擦损耗功率-时间谱可作为轮毂电机轴承产热趋势的参考，高摩擦损耗功率预示轴承一段时间后的温度场较高，低摩擦损耗功率预示轴承一段时间后的温度场较低，针对摩擦损耗功率的高低，便于后续制定轮毂电机轴承的热管理策略。

根据轮毂电机轴承的摩擦力矩和实时的转速的关系可计算出相应的轴承摩擦损耗功率，所述摩擦损耗功率满足：

式中，ω_i为内侧轮毂电机轴承或外侧轮毂电机轴承转动的角速度，D_pw为内侧轮毂电机轴承或外侧轮毂电机轴承滚动体的节圆直径。

在所述步骤三中，将内侧轮毂电机轴承的摩擦损耗功率-时间谱和外侧轮毂电机轴承的摩擦损耗功率-时间谱q_轴承-t导入所述第一控制器中，根据轮毂电机轴承的摩擦损耗功率和轴承冷却前后的目标温差，可计算出针对相应摩擦损耗功率所需的润滑油的体积流量，进行喷油量的初步调节，目的是针对不同程度的产热执行不同程度的喷油，形成相应的喷油信号，并将喷油信号传递至所述喷油器中。

在所述步骤四中，所述第一控制器能接受来自第二控制器的调整信号，改变喷油量的大小，有效控制喷油信号；所述第一喷油器和第二喷油器接受来自所述第一控制器的喷油控制信号，能实时改变喷油量大小和喷油持续时间，是内侧轮毂电机轴承和外侧轮毂电机轴承的直接冷却部件。所述第一温度传感器埋置于内侧轮毂电机轴承内部，能实时监测内侧轮毂电机轴承的保持架的温度变化情况，第二温度传感器埋置于外侧轮毂电机轴承内部，能实时监测外侧轮毂电机轴承的保持架的温度变化情况，为减少控制器的运算负担，所述第一温度传感器和第二温度传感器的时间采样频率为车轮承受最大载荷-时间谱时间频率的0.5倍，便能有效监测轮毂电机轴承的温度场变化情况。

将所述第一温度传感器和第二温度传感器的温度监测值传输到所述第二控制器中，利用预设的轮毂电机轴承热管理判断准则对轮毂电机轴承各部位进行温度检测：所述预设的轮毂电机轴承热管理判断准则为：

T_Y≤95℃；

式中，T_Y为内侧轮毂电机轴承和外侧轮毂电机轴承的内部温度。

针对不同结构轮毂电机和不同转速的轮毂电机，此标准可以进行特殊设定，总之，需保证轮毂电机轴承的运转情况稳定。

如果在实时监测中，所述第一温度传感器和第二温度传感器监测的温度值超过预设的轮毂电机轴承热管理判断准则90℃，所述第二控制器需要重新拟定喷油策略，所述二次调节满足：

式中，V_i2为二次调节增加的喷油量，ΔT₂为第二次调整预设的降低温度，且ΔT₂＝10。

按照上述计算标准提升喷油量，并将信号传递至第一控制器，实现对轮毂电机轴承热管理的闭环控制。

综上所述，本发明的基于路面载荷谱的轮毂电机轴承热管理系统的控制方法，能将车轮六分力传感器检测到的载荷，转换成轮毂电机轴承的热流密度谱，并根据喷油量与热流密度的照应关系，通过第一控制器实现对轮毂电机轴承的喷油冷却，同时利用内置温度传感器对轮毂电机轴承进行实时温度检测，利用第二控制器实时调整喷油策略，以保轮毂电机轴承在合理的温度环境下工作，维持轮毂电机系统的稳定。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。