一种四轮轮毂电机车辆系统动力匹配方法技术方案

本发明专利技术提供一种四轮轮毂电机车辆系统动力匹配方法，以整车参数和动力性需求为依据，进行多工况下的动力学分析并计算车辆对电机整体性能的要求；确定电机选型和结构布置方案，根据驾驶员意图和行驶工况，制定不同行驶工况下的驱动策略；根据车型和用途，结合已有的车辆的行驶工况数据进行统计和大数据分析，分析车辆的常用的典型行驶工况的需求功率，作为分布式电机的参数匹配和功能划分的依据，对各个轮毂电机进行参数匹配；建立以动力性和经济性为优化目标，以电机具体的参数为优化变量，以动力性能要求和细化匹配具体要求作为约束条件的多目标优化模型；运用权重法简化为但目标求解优化问题，运用模拟退火算法寻找全局最优解。

A Dynamic Matching Method for Four Wheel Hub Motor Vehicle System

【技术实现步骤摘要】
一种四轮轮毂电机车辆系统动力匹配方法
本专利技术涉及电动汽车领域，具体涉及一种四轮轮毂电机车辆系统动力匹配方法。
技术介绍
新能源汽车是未来汽车发展的重要方向，而分布式驱动的新能源汽车是其发展方向之一，分布式驱动的新能源汽车动力匹配和选型方法是其一个关键技术。轮毂电机分布式电驱动系统是将驱动电机直接安装在驱动轮内，通过独立控制电动机驱动实现汽车行驶。目前轮毂电机分布式电驱动系统的新能源汽车动力匹配和选型方法在国内还未成熟，更多的是将整车总体电机功率需求平均分配到各个车轮，采用四个完全相同的电动机，这样的匹配方法没有充分考虑车辆的常用工况和特殊工况要求，没有发挥分布式驱动各轮独立的优点，不能保证电机在汽车行驶过程中的常用工况下保持在高效率区工作，影响车辆的行驶里程，在动力性和经济性之间没有达到权衡。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种四轮轮毂电机车辆系统动力匹配方法，充分发挥轮毂电机各轮独立驱动的特点，提升车辆的能源利用效率。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种四轮轮毂电机车辆系统动力匹配方法。其特征在于它包括以下步骤：S1、确定整车参数和动力性需求，以整车参数和动力性需求为依据，进行多工况下的动力学分析并计算车辆对电机整体性能的要求，所述的电机整体性能包括整车需求的峰值功率和峰值转矩；S2、初步匹配：确定电机选型和结构布置方案，结合驾驶员意图和行驶工况，制定不同行驶工况下的驱动策略；S3、细化匹配：根据车型和用途，分析车辆的应用场景，对车辆行驶工况数据进行统计和大数据分析，提取城市道路和高速公路上车辆的速度和加速度特征，将出现比例大于30％的速度和加速度特征作为常用行驶工况，计算车辆匀速巡航、起步加速等常用行驶工况的需求功率，作为分布式电机的参数匹配和功能划分的依据，对各个轮毂电机进行参数匹配；S4、优化匹配：根据车型、行驶工况和对应的驱动策略，建立以动力性和经济性为优化目标，以电机具体的参数为优化变量，以动力性能要求和细化匹配具体要求作为约束条件的多目标优化模型；S5、将多目标优化模型运用权重法简化为单目标求解优化问题，运用模拟退火算法，寻找全局最优解，作为最终匹配结果。全部匹配流程如图1所示。按上述方法，所述的S1中的整车参数包括：整车整备质量m1，满载质量m0，轮胎滚动半径r，空气阻力系数Cd，迎风面积A，滚动阻力系数f，轮毂电机传动系总成的机械传动效率ηT，最大爬坡车速vamax，最大爬坡度αmax，重力加速度g，最高车速vmax，经济巡航车速ve，0-100km/h加速时间，旋转质量换算系数δ。按上述方法，所述的S1车辆对电机整体性能的要求具体计算如下：以最高车速、最大爬坡度和最短加速时间确定整车最大功率需求；以最大爬坡度确定整车最大转矩需求；越野车辆考虑越野路况下的通过性具体需求；最高车速vmax对应的车辆需求功率pvmax为：最大爬坡度αmax对应的车辆需求功率pαmax为：原地起步加速到指定车速的全力加速时间tmax对应的车辆需求功率ptmax为：整车整体电机最大功率pm取三者的最大值，即pmax≥max(pvmax,pαmax,ptmax)整车电机系统最大转矩根据整车最大爬坡转矩Tαmax需求确定，即按上述方法，所述的S2中，驱动策略基于车辆的需求功率和整车效率优化，利用全局寻优函数J＝min(P1/η1+P2/η2+P3/η3+P4/η4)，进行整车需求功率的分配，实现最小的整车能量消耗，其中Pi∈[0,min(Pi,m,Pi,re)]，∑Pi＝Prequired，Pi为各轮实际输出功率，Pi,re为各轮需求功率，Pi,m为各轮最大功率，Prequired为总需求力矩；根据全局寻优函数和前后轮差异匹配原理可知，当需求功率小于小功率电机额定功率时，此时小功率电机效率较高，采用小功率电机两轮驱动模式能量消耗最低；当需求功率大于小功率电机额定功率且小于大功率电机额定功率时，必然存在一个转折功率点，在功率转折点处切换为使用大功率电机两轮驱动模式；当需求功率大于大功率电机额定功率时，存在功率转折点，此时切换为四轮驱动模式，四轮驱动时通过全局寻优函数进行前后轮功率分配，驱动模式如图2所示。按上述方法，由于全局寻优函数的结果存在动力切换的功率转折点，采用人工干预全局寻优函数结果的方式对功率转折点进行修正，避免动力输出波动。按上述方法，所述的S3具体包括：首先对车辆的应用场景和功能定位进行分析，参考城市循环工况和车辆在城市中行驶时车速分布范围，选取出满足车辆不同动力性需求的两个车速工况点，分别作为小功率巡航车速ve1和大功率巡航车速ve2，另外车辆的最高车速为vmax，前轮额定转速对应整车经济车速，前轮峰值转速对应最高车速，前轮额定功率为该整车经济车速下整车的需求功率，后轮额定转速对应整车经济车速，后轮峰值转速对应最高车速，后轮额定功率为该整车经济车速下整车的需求功率。按上述方法，所述的S4中，选取的优化变量X包括前轮轮毂电机峰值功率Pm1、额定功率Pe1、额定转速ne1和后轮轮毂电机峰值功率Pm3、额定功率Pe3、额定转速ne3，表示为：X＝[Pm1,Pe1,ne1,Pm3,Pe3,ne3]以动力性为优化目标，建立加速时间tmin、最高车速Vmax和最大爬坡度imax的优化目标函数：F1(Pm1,Pe1,ne1,Pm3,Pe3,ne3)＝tminF2(Pm1,Pe1,ne1,Pm3,Pe3,ne3)＝vmaxF3(Pm1,Pe1,ne1,Pm3,Pe3,ne3)＝imax为提高整车的经济性，分别以一个NEDC循环工况周期、小功率巡航车速行驶100km、大功率巡航车速行驶100km消耗的电量为优化目标，建立优化目标函数：F4(Pm1,Pe1,ne1,Pm3,Pe3,ne3)＝W1F5(Pm1,Pe1,ne1,Pm3,Pe3,ne3)＝W2F6(Pm1,Pe1,ne1,Pm3,Pe3,ne3)＝W3式中，W1别为一个NEDC循环工况周期消耗的电量，W2为小功率巡航车速行驶100km消耗的电量，W3为大功率巡航车速行驶100km消耗的电量；总目标函数表达为：minF(X)＝[F1(X),1/F2(X),1/F3(X),F4(X),F5(X),F6(X)]为了能得出得到最优解，采用加权系数法对分目标进行处理：其中，为预设值，具体的取值根据车辆性能需求制定，且然后考虑动力性、经济性和前后差异匹配建立多目标优化函数的约束条件：F1(Pm1,Pe1,ne1,Pm3,Pe3,ne3)≤tF2(Pm1,Pe1,ne1,Pm3,Pe3,ne3)≥vF3(Pm1,Pe1,ne1,Pm3,Pe3,ne3)≥i其中t,v,i为根据整车动力性能要求设定的具体数值；考虑到前后差异匹配的要求，前轮轮毂电机功率小于四轮平均分配时的功率，后轮轮毂电机大于四轮平均分配时的功率：式中，Pmax为整车电机总功率。按上述方法，所述的S5具体利用模拟退火算法对模型进行求解，通过不断地在当前解的周围寻找更优解来进行迭代从而找到问题的最优解，得出优化的电机参数；具体为：1)初始化：初始温度T，每个温度值迭代次数为L，降温次数N，降温系数为α，温度下限Tmin；2)随机生成初始解X，计算目标函数F(X)的值；3)扰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四轮轮毂电机车辆系统动力匹配方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、确定整车参数和动力性需求，以整车参数和动力性需求为依据，进行多工况下的动力学分析并计算车辆对电机整体性能的要求，所述的电机整体性能包括整车需求的峰值功率和峰值转矩；S2、初步匹配：确定电机选型和结构布置方案，结合驾驶员意图和行驶工况，制定不同行驶工况下的驱动策略；S3、细化匹配：根据车型和用途，分析车辆的应用场景，对车辆行驶工况数据进行统计和大数据分析，提取城市道路和高速公路上车辆的速度和加速度特征，将出现比例大于30％的速度和加速度特征作为常用行驶工况，计算常用行驶工况的需求功率，作为分布式电机的参数匹配和功能划分的依据，对各个轮毂电机进行参数匹配；S4、优化匹配：根据车型、行驶工况和对应的驱动策略，建立以动力性和经济性为优化目标，以电机具体的参数为优化变量，以动力性能要求和细化匹配具体要求作为约束条件的多目标优化模型；S5、将多目标优化模型运用权重法简化为单目标求解优化问题，运用模拟退火算法，寻找全局最优解，作为最终匹配结果。

【技术特征摘要】
1.一种四轮轮毂电机车辆系统动力匹配方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、确定整车参数和动力性需求，以整车参数和动力性需求为依据，进行多工况下的动力学分析并计算车辆对电机整体性能的要求，所述的电机整体性能包括整车需求的峰值功率和峰值转矩；S2、初步匹配：确定电机选型和结构布置方案，结合驾驶员意图和行驶工况，制定不同行驶工况下的驱动策略；S3、细化匹配：根据车型和用途，分析车辆的应用场景，对车辆行驶工况数据进行统计和大数据分析，提取城市道路和高速公路上车辆的速度和加速度特征，将出现比例大于30％的速度和加速度特征作为常用行驶工况，计算常用行驶工况的需求功率，作为分布式电机的参数匹配和功能划分的依据，对各个轮毂电机进行参数匹配；S4、优化匹配：根据车型、行驶工况和对应的驱动策略，建立以动力性和经济性为优化目标，以电机具体的参数为优化变量，以动力性能要求和细化匹配具体要求作为约束条件的多目标优化模型；S5、将多目标优化模型运用权重法简化为单目标求解优化问题，运用模拟退火算法，寻找全局最优解，作为最终匹配结果。2.根据权利要求1所述的四轮轮毂电机车辆系统动力匹配方法，其特征在于：所述的S1中的整车参数包括：整车整备质量m1，满载质量m0，轮胎滚动半径r，空气阻力系数Cd，迎风面积A，滚动阻力系数f，轮毂电机传动系总成的机械传动效率ηT，最大爬坡车速vamax，最大爬坡度αmax，重力加速度g，最高车速vmax，经济巡航车速ve，0-100km/h加速时间，旋转质量换算系数δ。3.根据权利要求1所述的四轮轮毂电机车辆系统动力匹配方法，其特征在于：所述的S1车辆对电机整体性能的要求具体计算如下：以最高车速、最大爬坡度和最短加速时间确定整车最大功率需求；以最大爬坡度确定整车最大转矩需求；越野车辆考虑越野路况下的通过性具体需求；最高车速vmax对应的车辆需求功率pvmax为：最大爬坡度αmax对应的车辆需求功率pαmax为：原地起步加速到指定车速的全力加速时间tmax对应的车辆需求功率ptmax为：整车整体电机最大功率pm取三者的最大值，即pmax≥max(pvmax,pαmax,ptmax)整车电机系统最大转矩根据整车最大爬坡转矩Tαmax需求确定，即4.根据权利要求1所述的四轮轮毂电机车辆系统动力匹配方法，其特征在于：所述的S2中，驱动策略基于车辆的需求功率和整车效率优化，利用全局寻优函数J＝min(P1/η1+P2/η2+P3/η3+P4/η4)，进行整车需求功率的分配，实现最小的整车能量消耗，其中Pi∈[0,min(Pi,m,Pi,re)]，∑Pi＝Prequired，Pi为各轮实际输出功率，Pi,re为各轮需求功率，Pi,m为各轮最大功率，Prequired为总需求力矩；根据全局寻优函数和前后轮差异匹配原理可知，当需求功率小于小功率电机额定功率时，此时小功率电机效率较高，采用小功率电机两轮驱动模式能量消耗最低；当需求功率大于小功率电机额定功率且小于大功率电机额定功率时，必然存在一个转折功率点，在功率转折点处切换为使用大功率电机两轮驱动模式；当需求功率大于大功率电机额定功率时，存在功率转折点，此时切换为四轮驱动模式，四轮驱动时通过全局寻优函数进行前后轮功率分配。5.根据权利要求4所述的四轮轮毂电机车辆系统动力匹配方法，其特征在于：由于全局寻优函数的结果存在动力切换的功率转折点，采用人工干预全局寻优函数结果的方式对功率转折点进行修正，避免动力输出波动。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：付翔，玉亚峰，刘道远，覃威铭，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42