一种面向直线行驶工况的四轮独立驱动电动汽车转矩实时优化分配控制方法技术

本发明专利技术涉及一种面向直线行驶工况的四轮独立驱动电动汽车转矩实时优化分配控制方法，针对以轮毂电机为动力单元的四轮独立驱动电动汽车在直线行驶工况下的转矩分配问题，制订了对应的在线优化分配控制算法，进一步利用离线获取的优化分配系数表对在线优化结果进行补偿修正，分离了转矩分配功能与整车控制器的设计耦合，有利于控制软件模块化设计的实施；本发明专利技术实现了四轮独立驱动电动汽车在直线行驶工况下的转矩优化分配，在满足驾驶意图的前提下，能够有效提高动力总成的能量效率，同时保证汽车的动力性和制动稳定性满足设计指标。

A real-time optimal torque distribution control method for four-wheel independent drive electric vehicles under linear driving conditions

The invention relates to a real-time optimal torque distribution control method of four-wheel independent drive electric vehicle for linear driving condition. Aiming at the torque distribution problem of four-wheel independent drive electric vehicle with hub motor as power unit under linear driving condition, the corresponding on-line optimal distribution control algorithm is formulated, and the on-line optimal distribution coefficient table obtained offline is further used to optimize the on-line distribution The torque distribution function is separated from the design coupling of the vehicle controller, which is beneficial to the implementation of the modular design of the control software. The invention realizes the optimal torque distribution of the four-wheel independent drive electric vehicle under the straight driving condition, which can effectively improve the energy efficiency of the power assembly and ensure the power of the vehicle on the premise of meeting the driving intention The performance and braking stability meet the design indexes.

【技术实现步骤摘要】
一种面向直线行驶工况的四轮独立驱动电动汽车转矩实时优化分配控制方法
本专利技术为一种面向直线行驶工况的四轮独立驱动电动汽车转矩实时优化分配控制方法，属于新能源汽车设计与制造领域，具体的涉及四轮独立驱动电动汽车的转矩分配控制技术。
技术介绍
汽车诞生至今仅百余年时间，但其消耗的石油资源和造成的交通污染已经深刻地影响了人类社会的发展进程。随着石油资源的持续消耗，能源安全已经成为包括中国在内世界诸多国家生存与发展必须面对的严峻挑战；同时，人类社会对节能减排的迫切需求和不断严苛的排放法规已经让汽车制造商们清醒地认识到发展电动汽车势在必行。以轮毂电机为动力单元的四轮独立驱动电动汽车，凭借其简化的底盘结构、快速的扭矩响应以及准确的控制执行成为了业内公认的未来电动汽车发展方向之一；得益于电传线控的架构优势，转矩在四轮间的自由分配赋予了汽车性能优化更加灵活的发挥空间，直线行驶是汽车使用中最常遇到的工况，针对该工况的转矩分配策略会显著影响车辆经济性、动力性和制动性。受制于相对有限的电池能量密度，续航里程成为阻碍电动汽车占据主流市场的重要障本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向直线行驶工况的四轮独立驱动电动汽车转矩实时优化分配控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n第一步：通过电动汽车的整车控制器获取电动汽车实时需求扭矩和实时车速；/n第二步：判断获取的实时车速对应的电机转速所处的转速区间，此处取最小区间，将最小区间端点组成转速向量；/n第三步：根据获取的实时需求扭矩判断电动汽车实时状态，其中，当实时需求扭矩为零时，判定电动汽车处于零输出模式，当实时需求扭矩大于零时，判定电动汽车处于驱动模式，当实时需求扭矩小于零时，判定电动汽车处于制动模式；/n第四步：根据判定的电动汽车实时状态获取转速向量对应的优化分配系数向量以及匹配的车速向量；/n第五步：根据第四步...

【技术特征摘要】
1.一种面向直线行驶工况的四轮独立驱动电动汽车转矩实时优化分配控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：通过电动汽车的整车控制器获取电动汽车实时需求扭矩和实时车速；
第二步：判断获取的实时车速对应的电机转速所处的转速区间，此处取最小区间，将最小区间端点组成转速向量；
第三步：根据获取的实时需求扭矩判断电动汽车实时状态，其中，当实时需求扭矩为零时，判定电动汽车处于零输出模式，当实时需求扭矩大于零时，判定电动汽车处于驱动模式，当实时需求扭矩小于零时，判定电动汽车处于制动模式；
第四步：根据判定的电动汽车实时状态获取转速向量对应的优化分配系数向量以及匹配的车速向量；
第五步：根据第四步中获取的优化分配系数向量和匹配的车速向量，利用线性插值计算实时车速对应的实时优化分配系数；
第六步：利用离线制作的能量最优转矩分配系数表对第五步中获取的实时优化分配系数进行修正，通过优选决策函数获取实时车速下最优转矩分配系数；
第七步：将第六步中获取的最优转矩分配系数传递至转矩输出计算函数，获取最终的转矩输出指令，接着将获取的最终转矩输出指令分别发送至电动汽车对应轮毂电机的电机控制器处。


2.根据权利要求1所述的面向直线行驶工况的四轮独立驱动电动汽车转矩实时优化分配控制方法，其特征在于：
定义电动汽车实时需求扭矩为Td，实时车速为Vx，最小区间端点组成的转速向量为[n1,n2]，下标为t表示电动汽车处于驱动模式，下标为g表示电动汽车处于制动模式，下标t/g表示驱动模式或制动模式；
当汽车处于驱动模式时，根据驱动约束计算函数获取分配系数上下限Kmin,t和Kmax,t，再根据附着-能量联合优化函数求出转速向量[n1,n2]对应的优化分配系数向量[Kt,1,Kt,2]和匹配的车速向量[Vx1,Vx2]，其中，ni的单位是转每分钟，下标i为1或2；
当汽车处于制动模式时，根据制动约束计算函数获得分配系数上下限Kmin,g和Kmax,g，再根据附着-能量联合优化函数求出转速向量[n1,n2]对应的优化分配系数向量[Kg,1,Kg,2]和车速向量[Vx1,Vx2]，其中，ni表示电机转速，其单位是转每分钟，下标i为1或2。


3.根据权利要求2所述的面向直线行驶工况的四轮独立驱动电动汽车转矩实时优化分配控制方法，其特征在于：
当汽车处于驱动模式时，根据驱动约束计算函数获取分配系数上下限Kmin,t和Kmax,t，所述的驱动约束计算函数由公式(2)形成，



其中Tf,max(ni)和Tr,max(ni)为电机特性决定的最大转矩，由电机外特性曲线获取，ni表示电机转速，由于前后轮采用相同的轮毂电机，因此在直线行驶工况下认为转速近似相等；对于电机控制器能够反馈最大转矩信号的轮毂电机来说，Tf,max(ni)和Tr,max(ni)也可以由反馈信号直接获取，当同一轴上左右轮毂电机反馈的最大转矩信号不一致时，取较小的值进行计算；
当汽车处于制动模式时，根据制动约束计算函数获得分配系数上下限Kmin,g和Kmax,g，所述的制动约束计算函数由公式(3)、(4)形成，






其中，Lr为整车质心到后轴的距离，hg为质心高度，L为汽车轴距，M为整车质量，g为重力加速度，G为整车重力，Rw为车轮滚动半径，Tf,min(ni)和Tr,min(ni)为电机特性决定的代数最小转矩，其中规定再生制动为负转矩，由电机外特性曲线获取，ni表示电机转速，由于前后轮采用相同的轮毂电机，因此在直线行驶工况下认为转速近似相等；
对于电机控制器能够反馈最小转矩信号的轮毂电机来说，Tf,min(ni)和Tr,min(ni)也可以由反馈信号直接获取，当同一轴上左右轮毂电机反馈的最大转矩信号不一致时，取较大的值进行计算。


4.根据权利要求3所述的面向直线行驶工况的四轮独立驱动电动汽车转矩实时优化分配控制方法，其特征在于：前述附着-能量联合优化函数中消耗的优化指标函数最优解的解析形式包括以下步骤，
第4.1步：优化指标函数如公式(5)所示，



其中λ1和λ2分别代表路面附着利用的优化权重和电机能耗的优化权重，Fzf和Fzr分别表示车辆前轴和后轴的载荷，ΣPhub表示四个轮毂电机的消耗功率之和，Tfl、Tfr分别为前轴左、右轮输出转矩，Trl、Trr分别为后轴左、右轮输出转矩，Td为实时需求扭矩，Ti为各个车轮的输出转矩，下标i表示fl、fr、rl、rr，Rw为车轮滚动半径，JEAA为优化指标函数；
第4.2步：由电机台架试验得到的功率损失特性场，采用公式(6)计算获取电机功率消耗特性场，



其中，T表示试验测得的电机转矩，单位是N*m；n表示试验测得的电机转速,单位是转每分钟，即用rpm表示；Ploss是每组(T，n)下测得的损失功率，由输入的直流电功率减去轮端输出的机械功率得到，单位是kw；Phub表示轮毂电机的电功率消耗，单位是kw，规定正转矩表示驱动，负转矩表示制动，正功率表示电机从电池消耗功率，负功率表示电机向电池回馈功率，根据试验结果，将特性场中的试验转速数据制作成电机转速工况点数据表；
第4.3步：按照制动和驱动两种模式，采用三次多项式的方式分别拟合不同转速下电机的功率消耗随转矩的变化关系，拟合公式如(7)所示，其中a，b，c，d为待拟合参数与4.2步中制作的转速工况点数据表对应
Phub＝a(n)Ti3+b(n)Ti2+c(n)Ti+d(n)(7)
第4.4步：由于直线行驶工况下左右轮转矩输出应当相同，因此规定前轴左、右轮输出转矩为Tfl＝Tfr＝Tf，后轴左右轮输出转矩为Trl＝Trr＝Tr，具体表达式如(8)所示。



其中，定义前轮输出力矩占需求转矩50％的比例为K，该比例就是前、后轴转矩的分配系数，Td为实时需求扭矩；
第4.5步：将公式(6)、(7)和(8)带入公式(5)，能够得到该优化问题关于K的二次多项式的解析表达式如(9)所示，其中的系数如式(10)-(12)所示；
JEAA(K)＝τ1K2-τ2K+ε(9)


...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷国栋，任彦君，李广民，梁晋豪，罗凯，陈浩，沈童，王茜，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32