兼顧動力與能效的四輪獨立驅動電動汽車力矩分配方法與流程
2023-10-31 09:36:22
本發明屬於電動汽車底盤控制領域，涉及到四輪獨立驅動電動汽車動力系統設計，特別涉及到一種兼顧動力與能效的四輪獨立驅動電動汽車力矩分配方法。
背景技術：
隨著汽車保有量的增加，汽車造成的環境問題日趨嚴重，電動汽車的發展越來越受到人們的重視。四輪獨立驅動電動汽車是電動汽車的一種重要形式，其四個車輪的轉矩可以單獨控制，因此相對傳統汽車有更大的控制優勢。
汽車的動力性和燃油經濟性是汽車的兩大性能指標。在傳統汽車上，人們根據發動機效率MAP圖(轉速-力矩-效率圖)，通過優化傳動系統使得發動機工作在效率較高的速度-力矩區間，使汽車保持動力性的同時，提高汽車的燃油經濟型。但是針對四輪獨立驅動電動汽車的特點，目前尚未有一套有效的兼顧四輪獨立驅動電動汽車動力性和燃油經濟性的力矩分配方法。
技術實現要素：
為了解決現有技術存在的上述問題，本實施例要設計一種兼顧動力與能效的四輪獨立驅動電動汽車力矩分配方法，該方法既能保證四輪獨立驅動電動汽車的動力性，又能保證四輪獨立驅動電動汽車的燃油經濟性。
為了達到上述目的，本實施例的技術方案如下：一種兼顧動力與能效的四輪獨立驅動電動汽車力矩分配方法，使用二次規劃的方法對四輪獨立驅動電動汽車力矩進行分配。
進一步的，所述二次規劃的方法包括：
S1.獲取目標函數；
S2.制定二次規劃問題的約束條件。
更進一步的，所述目標函數為：
其中：
第一項目標函數：
第二項目標函數：
J2＝(T1+T2+T3+T4-Td)2；
第三目標函數為：
其中：η1，η2，η3，η4分別為左前輪、右前輪、左後輪、右後輪對應的驅動電機效率；
P1，P2，P3，P4分別為左前輪、右前輪、左後輪、右後輪對應的驅動電機輸出功率；
T1，T2，T3，T4分別為左前輪、右前輪、左後輪、右後輪對應的驅動電機所分配的力矩
ω1，ω2，ω3，ω4分別為左前輪、右前輪、左後輪、右後輪對應的驅動電機角速度；
r為輪胎的有效滾動半徑，μ為地面摩擦係數，Fz1、Fz2、Fz3、Fz4分別為左前輪、右前輪、左後輪、右後輪所受的垂直載荷；
所述第一項目標函數是對四個驅動電機總的損耗功率計算公式進行變形改寫成平方和的形式得到的，所述四個驅動電機總的損耗功率計算公式為：
更進一步的，所述約束條件包含兩項：電動機最大輸出力矩約束和電池輸出功率約束；
所述電動機最大輸出力矩約束：左右兩車車輪的力矩相等，用公式描述上述約束為：
其中Tmax為驅動電機可提供的最大力矩；
所述電池輸出功率約束：四個驅動電機所消耗的功率之和不大於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Pb為電池可提供的最大功率。
進一步的，二次規劃問題用如下公式表示：
求解此二次規劃問題即得到四輪獨立驅動電動汽車四個電機所分配的力矩。
有益效果：本發明的技術方案考慮了驅動電機能量的損耗情況，四個驅動電機分配的力矩之和應該等於駕駛員所需要的力矩Td，輪胎所受到的驅動力與地面可提供的最大摩擦力的比值，並基於上述參量制定了目標函數，即目標函數對於動力性和經濟性作出了綜合性的平衡考量，並創造性的將力矩分配轉化為二次規劃問題，提出了力矩分配方法的一種新趨勢，使得長久以來動力性和經濟性的相互制衡問題得到解決。
具體實施方式
一種基於能量管理的四輪獨立驅動電動汽車力矩分配方法：將四輪獨立驅動電動汽車力矩分配問題轉化為二次規劃問題，從而可以計算四輪獨立驅動電動汽車每個電動機分配的力矩大小。具體實施步驟如下：
1、採集四輪獨立驅動電動汽車的驅動電機數據，繪製電機MAP圖
本實施例的所提出的兼顧動力與能效的四輪獨立驅動電動汽車力矩分配方法是基於驅動電機的MAP圖進行的，因此首先需要繪製驅動電機的MAP圖。繪製方法是：在電機測試平臺上對四輪獨立驅動電動汽車的驅動電機進行測試，測試不同力矩、不同轉速下電機的效率並記錄，記錄如下：
表1四輪獨立驅動電動汽車電機MAP圖數據記錄表
2、建立二次規劃問題的目標函數
將四輪獨立驅動電動汽車力矩分配問題轉化為二次規劃問題首先要尋找目標函數。本實施例設計的目標函數包含三項：
2.1、目標函數第一項
本實施例提出的是一種兼顧動力與能效的四輪獨立驅動電動汽車力矩分配方法，因此設計目標函數需要考慮的首要目標是驅動電機能量的損耗情況，假設左前輪、右前輪、左後輪、右後輪對應的驅動電機效率分別為：η1，η2，η3，η4，左前輪、右前輪、左後輪、右後輪對應的驅動電機輸出功率分別為：P1，P2，P3，P4，左前輪、右前輪、左後輪、右後輪對應的驅動電機所分配的力矩分別為：T1，T2，T3，T4，左前輪、右前輪、左後輪、右後輪對應的驅動電機角速度分別為：ω1，ω2，ω3，ω4，則四個驅動電機總的損耗功率可表示為：
為方便形成二次規劃問題，對上式進行變形改寫成平方和的形式，得到目標函數第一項：
2.2、目標函數第二項
四個驅動電機分配的力矩之和應該等於駕駛員所需要的力矩Td，將其作為目標函數可寫為：
J2＝(T1+T2+T3+T4-Td)2。
2.3、目標函數第三項
輪胎所受到的驅動力與地面可提供的最大摩擦力的比值應儘量越小越好，這有利於提高汽車的操縱穩定性，因此本實施例設計的第三目標函數為：
本實施例最終設計的目標函數為上述三項之和：
其中：r為輪胎的有效滾動半徑，μ為地面摩擦係數，Fz1、Fz2、Fz3、Fz4分別為左前輪、右前輪、左後輪、右後輪所受的垂直載荷；
3、尋找二次規劃問題的約束條件
將四輪獨立驅動電動汽車力矩分配問題轉化為二次規劃問題並建立目標函數後，要尋找二次規劃問題的約束條件。本實施例設計的約束條件包含兩項：
3.1、電動機最大輸出力矩約束
每個驅動電機可輸出的力矩必然小於驅動電機本身可提供的最大力矩。另外，為了保證電動汽車在行駛過程中的車身穩定性，減小輪胎磨損，本實施例規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Tmax為驅動電機可提供的最大力矩。
3.2、電池輸出功率約束
四個驅動電機所消耗的功率之和一定要小於電池可提供的最大功率，為了更好的保護電池，防止電池過熱，本實施例此處設計的約束條件為：四個驅動電機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Pb為電池可提供的最大功率。
最終形成的二次規劃問題用公式表示為：
求解此二次規劃問題即可得到四輪獨立驅動電動汽車四個電機所分配的力矩。
以上所述，僅為本發明創造較佳的具體實施方式，但本發明創造的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明創造披露的技術範圍內，根據本發明創造的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明創造的保護範圍之內。