本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車底盤控制領(lǐng)域，涉及到四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別涉及到一種兼顧動(dòng)力與能效的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車力矩分配方法。

背景技術(shù)：

隨著汽車保有量的增加，汽車造成的環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，電動(dòng)汽車的發(fā)展越來越受到人們的重視。四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車是電動(dòng)汽車的一種重要形式，其四個(gè)車輪的轉(zhuǎn)矩可以單獨(dú)控制，因此相對(duì)傳統(tǒng)汽車有更大的控制優(yōu)勢(shì)。

汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性是汽車的兩大性能指標(biāo)。在傳統(tǒng)汽車上，人們根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)效率MAP圖(轉(zhuǎn)速-力矩-效率圖)，通過優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作在效率較高的速度-力矩區(qū)間，使汽車保持動(dòng)力性的同時(shí)，提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)型。但是針對(duì)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的特點(diǎn)，目前尚未有一套有效的兼顧四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的力矩分配方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實(shí)施例要設(shè)計(jì)一種兼顧動(dòng)力與能效的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車力矩分配方法，該方法既能保證四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的動(dòng)力性，又能保證四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)施例的技術(shù)方案如下：一種兼顧動(dòng)力與能效的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車力矩分配方法，使用二次規(guī)劃的方法對(duì)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車力矩進(jìn)行分配。

進(jìn)一步的，所述二次規(guī)劃的方法包括：

S1.獲取目標(biāo)函數(shù)；

S2.制定二次規(guī)劃問題的約束條件。

更進(jìn)一步的，所述目標(biāo)函數(shù)為：

其中：

第一項(xiàng)目標(biāo)函數(shù)：

第二項(xiàng)目標(biāo)函數(shù)：

J₂＝(T₁+T₂+T₃+T₄-T_d)²；

第三目標(biāo)函數(shù)為：

其中：η₁，η₂，η₃，η₄分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率；

P₁，P₂，P₃，P₄分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率；

T₁，T₂，T₃，T₄分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)所分配的力矩

ω₁，ω₂，ω₃，ω₄分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)角速度；

r為輪胎的有效滾動(dòng)半徑，μ為地面摩擦系數(shù)，F(xiàn)_z1、F_z2、F_z3、F_z4分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪所受的垂直載荷；

所述第一項(xiàng)目標(biāo)函數(shù)是對(duì)四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)總的損耗功率計(jì)算公式進(jìn)行變形改寫成平方和的形式得到的，所述四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)總的損耗功率計(jì)算公式為：

更進(jìn)一步的，所述約束條件包含兩項(xiàng)：電動(dòng)機(jī)最大輸出力矩約束和電池輸出功率約束；

所述電動(dòng)機(jī)最大輸出力矩約束：左右兩車車輪的力矩相等，用公式描述上述約束為：

其中T_max為驅(qū)動(dòng)電機(jī)可提供的最大力矩；

所述電池輸出功率約束：四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所消耗的功率之和不大于效率電池提供的最大功率的90％，用公式描述上述約束為：

其中P_b為電池可提供的最大功率。

進(jìn)一步的，二次規(guī)劃問題用如下公式表示：

求解此二次規(guī)劃問題即得到四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車四個(gè)電機(jī)所分配的力矩。

有益效果：本發(fā)明的技術(shù)方案考慮了驅(qū)動(dòng)電機(jī)能量的損耗情況，四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分配的力矩之和應(yīng)該等于駕駛員所需要的力矩T_d，輪胎所受到的驅(qū)動(dòng)力與地面可提供的最大摩擦力的比值，并基于上述參量制定了目標(biāo)函數(shù)，即目標(biāo)函數(shù)對(duì)于動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性作出了綜合性的平衡考量，并創(chuàng)造性的將力矩分配轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃問題，提出了力矩分配方法的一種新趨勢(shì)，使得長(zhǎng)久以來動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的相互制衡問題得到解決。

具體實(shí)施方式

一種基于能量管理的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車力矩分配方法：將四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車力矩分配問題轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃問題，從而可以計(jì)算四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車每個(gè)電動(dòng)機(jī)分配的力矩大小。具體實(shí)施步驟如下：

1、采集四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)據(jù)，繪制電機(jī)MAP圖

本實(shí)施例的所提出的兼顧動(dòng)力與能效的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車力矩分配方法是基于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的MAP圖進(jìn)行的，因此首先需要繪制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的MAP圖。繪制方法是：在電機(jī)測(cè)試平臺(tái)上對(duì)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試不同力矩、不同轉(zhuǎn)速下電機(jī)的效率并記錄，記錄如下：

表1四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車電機(jī)MAP圖數(shù)據(jù)記錄表

2、建立二次規(guī)劃問題的目標(biāo)函數(shù)

將四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車力矩分配問題轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃問題首先要尋找目標(biāo)函數(shù)。本實(shí)施例設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)包含三項(xiàng)：

2.1、目標(biāo)函數(shù)第一項(xiàng)

本實(shí)施例提出的是一種兼顧動(dòng)力與能效的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車力矩分配方法，因此設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)需要考慮的首要目標(biāo)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)能量的損耗情況，假設(shè)左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率分別為：η₁，η₂，η₃，η₄，左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率分別為：P₁，P₂，P₃，P₄，左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)所分配的力矩分別為：T₁，T₂，T₃，T₄，左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)角速度分別為：ω₁，ω₂，ω₃，ω₄，則四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)總的損耗功率可表示為：

為方便形成二次規(guī)劃問題，對(duì)上式進(jìn)行變形改寫成平方和的形式，得到目標(biāo)函數(shù)第一項(xiàng)：

2.2、目標(biāo)函數(shù)第二項(xiàng)

四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分配的力矩之和應(yīng)該等于駕駛員所需要的力矩T_d，將其作為目標(biāo)函數(shù)可寫為：

J₂＝(T₁+T₂+T₃+T₄-T_d)²。

2.3、目標(biāo)函數(shù)第三項(xiàng)

輪胎所受到的驅(qū)動(dòng)力與地面可提供的最大摩擦力的比值應(yīng)盡量越小越好，這有利于提高汽車的操縱穩(wěn)定性，因此本實(shí)施例設(shè)計(jì)的第三目標(biāo)函數(shù)為：

本實(shí)施例最終設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)為上述三項(xiàng)之和：

其中：r為輪胎的有效滾動(dòng)半徑，μ為地面摩擦系數(shù)，F(xiàn)_z1、F_z2、F_z3、F_z4分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪所受的垂直載荷；

3、尋找二次規(guī)劃問題的約束條件

將四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車力矩分配問題轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃問題并建立目標(biāo)函數(shù)后，要尋找二次規(guī)劃問題的約束條件。本實(shí)施例設(shè)計(jì)的約束條件包含兩項(xiàng)：

3.1、電動(dòng)機(jī)最大輸出力矩約束

每個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)可輸出的力矩必然小于驅(qū)動(dòng)電機(jī)本身可提供的最大力矩。另外，為了保證電動(dòng)汽車在行駛過程中的車身穩(wěn)定性，減小輪胎磨損，本實(shí)施例規(guī)定左右兩車車輪的力矩必須相等。用公式描述上述約束可寫為：

其中T_max為驅(qū)動(dòng)電機(jī)可提供的最大力矩。

3.2、電池輸出功率約束

四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所消耗的功率之和一定要小于電池可提供的最大功率，為了更好的保護(hù)電池，防止電池過熱，本實(shí)施例此處設(shè)計(jì)的約束條件為：四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所消耗的功率之和一定要效率電池可提供的最大功率的90％。用公式表示為：

其中P_b為電池可提供的最大功率。

最終形成的二次規(guī)劃問題用公式表示為：

求解此二次規(guī)劃問題即可得到四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車四個(gè)電機(jī)所分配的力矩。

以上所述，僅為本發(fā)明創(chuàng)造較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明創(chuàng)造披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。