构建车辆最优力矩分配算法目标函数的方法技术

构建车辆最优力矩分配算法目标函数的方法，属于新能源汽车控制领域，为了解决更为全面和系统的对于车辆力矩分配的问题，构建汽车沿x轴的纵向运动方程，构建汽车绕质心的横摆运动方程，将两方程写成矩阵形式，构建目标函数的矩阵范数形式，效果是保证了FWID‑EV的动力性，同时提高了转向工况的稳定性，达到降低交通事故的作用。

Method of Constructing Object Function of Vehicle Optimal Torque Allocation Algorithms

【技术实现步骤摘要】
构建车辆最优力矩分配算法目标函数的方法
本专利技术属于新能源汽车控制领域，特别是一种针对四轮独立驱动电动汽车(FWID-EV)转向工况的力矩分配系统及工作方法和构建车辆最优力矩分配算法目标函数的方法。
技术介绍
全球能源问题的加剧推动了新能源汽车发展的脚步。四轮独立驱动电动汽车因其具备污染少、耗能低以及在结构方面车轮力矩可单独控制的特点成为新能源汽车行业的焦点。但在实际应用中会出现很多安全问题，尤其在转向工况下很容易发生甩尾、侧翻等一系列危险状况，如何利用其独特优势进行力矩分配从而提高车辆安全性，达到降低交通事故的效果是电动汽车研究的一个关键领域。合理进行力矩分配是FWID-EV控制的核心技术，也是电动汽车实现智能化和量产化的必要步骤。力矩分配的主要作用是将车辆速度模型得到的驱动力矩与行车所需调整力矩合理分配给四个电机，使之满足车辆行驶需求，实现驱动车辆的最佳性能。目前在力矩分配方面，大多数文献与研究都是采用平均力矩分配或者垂直分配，这两种力矩分配方法虽然原理简单，但并未考虑到转向过程中可能出现的失稳状况，因此不适用转向行驶。而在转向行驶的力矩分配中，最常用的分配方法是将力矩以某种合理的规则进行分配，虽然通过设定规则调节车轮力矩的方法在一定程度上考虑了转向问题，降低了车轮转矩分配的难度，但没有对四轮独立驱动电动汽车四个车轮可以独立控制的独特优势进行充分挖掘，也没有考虑转向过程中重心转移等状况。因此，为了提高FWID-EV的转向稳定性，更好的将上层控制算法应用于车轮行驶中，有必要开发一种专门针对转向工况的力矩分配发放。
技术实现思路
为了解决更为全面和系统的对于车辆力矩分配的问题，本专利技术提出了一种构建车辆最优力矩分配算法目标函数的方法：汽车沿x轴的纵向运动方程：汽车绕质心的横摆运动方程:将式(3)、(4)写成矩阵形式，数学表达如下：V＝Bu(5)其中其中：m为整车重量、vx为车辆纵向速度、vy为车辆横向速度、γ为汽车的横摆角速度、Fx1为车辆左前轮纵向力、Fx2为车辆右前轮纵向力、δf为前轮转角、Fx3为车辆左后轮纵向力、Fx4为车辆右后轮纵向力、Fy1为车辆左前轮的横向力、Fy2为车辆右前轮的横向力，Iz为车辆绕Z轴的转动惯量、lf为车辆重心到前轴的距离、lr为车辆重心到后轴的距离、Fy3为车辆左后轮的横向力、Fy4为车辆右后轮的横向力、lw为车轮轮距、Mx为横摆力矩、Fx为车轮的驱动力、r为车轮半径、Td为整车驱动力矩、ΔTd为调整驱动力矩、Td为所述原始驱动力矩、T1'为左前轮修正驱动力矩、T2'为右前轮修正驱动力矩、T3为左后轮驱动力矩、T3为右后轮驱动力矩；目标函数的第一项的矩阵范数形式：目标函数的第二项的矩阵范数形式：其中，Wu是驱动力矩矩阵u的权重矩阵，r为车轮半径，μ为路面附着系数，Fz1、Fz2、Fz3、Fz4分别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮垂直作用力；目标函数写为：其中：ξ为权重系数、Wv为分配误差的权重矩阵、A为二次规划的权重矩阵、b为二次规划的线性矩阵。有益效果：该目标函数的建立考虑了四个车轮的滑移率调整力矩、电机的扭矩转速特性，电机的功率、转速和转矩之间的关系、轮胎力的饱和限制，是构建了一种能够更为符合电动汽车转弯实际的目标函数，从而在力矩控制中，保证了FWID-EV的动力性，同时提高了转向工况的稳定性，达到降低交通事故的作用。附图说明图1为驾驶员闭环速度模型图。图2为本方案整体框架图。具体实施方式本专利技术为了保证FWID-EV在转向下的动力性和稳定性，提供了一种四轮独立驱动电动汽车转向工况下的力矩分配方法，在一种实施例中，考虑车辆的稳定性和轮毂电机电动汽车的优势，使用模糊控制算法对车辆转向角、转角变化量进行模糊分类，得到调整驱动力矩，并由其对驾驶员闭环速度控制模型取得的驱动力矩进行调整，输出为修正的驱动力矩值，将其作为车辆需求力矩，与车辆转向行驶途中实际横摆力矩之间的差值作为最优力矩分配控制器中目标函数的第一项，轮胎利用率作为目标函数的第二项，构造二次规划问题，利用有效集求解的方法对四个车轮的驱动力进行分配。概括的说，力矩分配算法如下：1.整体力矩分配策略如附图2所示。根据安装在转角轴上的陀螺仪和光编码器获取车辆转角信号，根据速度传感器获取车辆行驶速度，将方向盘转角和速度作为驾驶员闭环控制器的输入信号，经过PID控制器处理，驾驶员闭环控制器的输出为初始驱动力矩。2.模糊控制器的输入为方向盘转角以及方向盘转角变化量，控制器通过模糊控制算法得到转向工况下所需修正的横摆力矩变化量，最后与初始驱动力矩结合得到控制器的输出为修正的驱动力矩。3.将上一步控制器输出的最终的修正的驱动力矩和安装于FWID-EV车体的中层控制器输出的调整力矩输入最优力矩分配控制器中，利用二次规划算法确定分配给四个车轮的力矩大小，控制器的输出直接作用于四个车轮，趋势车辆完整转向运动以下对其上述力矩分配算法作出详细的说明：A.驱动力修正：A1.初始驱动力矩车辆在行驶过程中，应先根据驾驶员需求得到初始驱动力矩以维持车辆基本运动。本实施例在驾驶员速度模型方面选用PID闭环反馈模型作为本次驾驶员闭环控制器跟随驾驶员需求的理想车速，控制输入为车辆实际车速和理想车速间的差，控制输出为油门开度，通过速度差值与驾驶员反应时间决策出油门开度的大小，然后连接油门工作特性表，输出当前所需输出驱动力矩的大小，最后通过下层分配器将当前力矩合理分配到四个车轮上进行四轮独立驱动电动汽车的速度调节。本实施例主要是对电机力矩进行分配控制，因此在驾驶员速度模型这里不考虑电机减速制动效果。A2.驱动力修正当车辆进入转向工况时，驾驶员通过踩下油门踏板和转动方向盘进行减速转弯控制。A1步骤驾驶员速度模型中节气门的开度决定车辆的初始驱动力大小，力矩分配器依据设计的力矩分配算法对安装于转向轮的电机发送指令。在转向过程中，车辆唯一与地面接触的是四个车轮，此时两个转向轮会在地面分别生成两个约束力，这两个约束力分别围绕左右轴产生力矩，这两个力矩的值分别不同，在左右轮间形成转向所需力矩。此转向力矩与驾驶员输入的操作力矩共同抵抗转向系统中零件间产生的摩擦力矩和车轮的惯性力矩，驱使车辆转向从而完成转向过程。车辆的转向运行状况经过车辆动力学模型的作用又会反馈给驾驶员，可以让操作人员根据实际状态完成下一时刻的转向操作，直到汽车完全驶出转向工况。通过以上分析可知，转向工况下车辆的运行过程是通过驾驶员闭环驱动力、横摆力矩以及侧向向心力矩克服阻力进行车辆转向的一个运动过程。在力矩分配整个过程中，通过调节每个车轮的纵向力，其在横摆力矩的效果上将不尽相同。例如当车辆进入向右转向的状况时，如果理想横摆力矩处于较小范围，这时可以减小左前轮电机的驱动力矩避免发生过度转向，如果理想横摆力矩处于较大范围，就需要其余两个轮子的力矩进行综合控制。因此，本实施例通过对两前轮的驱动力矩进行修正提高车辆转向时的稳定性和动力性。由动力学模型可知，左前轮与右前轮产生的力矩差可写为：式中，Tc1为左轮的驱动力矩、Tc2为右轮的驱动力矩、Td1为左轮的转向驱动力矩、Td2为右轮的转向驱动力矩、Fx1为左轮的驱动力、Fx2为右轮的驱动力，lc为左右车轮的轮距。r为车轮半径。由上式可知，汽车在转向工况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种构建车辆最优力矩分配算法目标函数的方法，其特征在于：汽车沿x轴的纵向运动方程：

【技术特征摘要】
1.一种构建车辆最优力矩分配算法目标函数的方法，其特征在于：汽车沿x轴的纵向运动方程：汽车绕质心的横摆运动方程:将式(3)、(4)写成矩阵形式，数学表达如下：V＝Bu(5)其中其中：m为整车重量、vx为车辆纵向速度、vy为车辆横向速度、γ为汽车的横摆角速度、Fx1为车辆左前轮纵向力、Fx2为车辆右前轮纵向力、δf为前轮转角、Fx3为车辆左后轮纵向力、Fx4为车辆右后轮纵向力、Fy1为车辆左前轮的横向力、Fy2为车辆右前轮的横向力，Iz为车辆绕Z轴的转动惯量、lf为车辆重心到前轴的距离、lr为车辆重心到后轴的距离、Fy3为车辆左后轮的横向力、Fy4为车辆右后...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭烈，李琳辉，赵一兵，岳明，许林娜，孙大川，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21