一種輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的轉(zhuǎn)矩分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車(chē)和車(chē)輛動(dòng)力學(xué)控制領(lǐng)域，涉及一種輪轂電機(jī)和制動(dòng)器轉(zhuǎn)矩分 配方法，尤其是輪轂電機(jī)與制動(dòng)器之間驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛是目前電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獨(dú) 特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和布置方式，給車(chē)輛的底盤(pán)結(jié)構(gòu)帶來(lái)了技術(shù)革新，有利于優(yōu)化車(chē)輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 發(fā)揮電動(dòng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)、挖掘車(chē)輛動(dòng)力學(xué)控制潛能。
[0003] 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，多個(gè)輪轂電機(jī)與制動(dòng)器構(gòu)成了一個(gè)執(zhí)行器冗余系統(tǒng)，需要 合理地分配所有輪轂電機(jī)和制動(dòng)器之間的轉(zhuǎn)矩，才能真正地發(fā)揮輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的性能 優(yōu)勢(shì)。
[0004] 在目前的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛中，轉(zhuǎn)矩分配的方法主要包括基于規(guī)則的分配方法， 以及基于優(yōu)化函數(shù)的控制分配方法?；谝?guī)則的方法重點(diǎn)在于轉(zhuǎn)矩分配規(guī)則的制定，計(jì)算 量小，求解速度快，但是，不能很好地處理輪轂電機(jī)和制動(dòng)器的約束條件，其中的某些電動(dòng) 輪容易提前達(dá)到約束邊界，而其他電動(dòng)輪未充分發(fā)揮作用，以至于降低了總體控制效果?；?于優(yōu)化函數(shù)的控制分配方法的主要內(nèi)容是目標(biāo)函數(shù)的確定，以及約束條件下對(duì)目標(biāo)函數(shù)的 求解，目前常用的對(duì)目標(biāo)函數(shù)的求解算法主要是基于數(shù)學(xué)關(guān)系的解析算法，求解速度快，轉(zhuǎn) 矩分配精度高，但是在一些復(fù)雜工況下難以滿足實(shí)際的約束條件。通行的方法中，大多只是 針對(duì)輪轂電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分配，而不考慮機(jī)械制動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩分配，當(dāng)需求的制動(dòng)力矩 較大時(shí)，輪轂電機(jī)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到飽和極限，而機(jī)械制動(dòng)器卻未發(fā)揮作用，因此存在一定的 缺陷。
[0005] 因此，需要一種轉(zhuǎn)矩分配方法，在對(duì)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的輪轂電機(jī)和制動(dòng)器進(jìn)行 轉(zhuǎn)矩分配時(shí)，一方面需要充分考慮輪轂電機(jī)和制動(dòng)器的約束條件，另一方面需要具有較高 的分配精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于提供一種對(duì)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的輪轂電機(jī)與制動(dòng)器同時(shí)加以考 慮來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩分配的方法，通過(guò)求解最優(yōu)控制分配方程，得到輪轂電機(jī)與制動(dòng)器的最 優(yōu)輸出轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩最優(yōu)分配，尤其是針對(duì)四軸八輪車(chē)輛在計(jì)算中引入了整車(chē)需求側(cè)向 合力參數(shù)。
[0007] 本發(fā)明的目的通過(guò)以下操作步驟實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的制動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩分配方法，該分配方法的主要思路為：由 整車(chē)控制方法得到所需的整車(chē)目標(biāo)控制力和力矩后，首先通過(guò)控制電動(dòng)輪縱向力實(shí)現(xiàn)所述 的整車(chē)目標(biāo)控制力和力矩，然后進(jìn)一步通過(guò)控制輪轂電機(jī)和制動(dòng)器的輸出轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)電動(dòng)輪 縱向力。所述整車(chē)控制方法包含但不限于滑模變結(jié)構(gòu)控制方法、PID控制方法、模糊控制方 法。
[0009] 該方法包含以下步驟：
[0010] -、采用最優(yōu)控制分配方法，根據(jù)整車(chē)需求縱向合力，整車(chē)需求側(cè)向合力以及整車(chē) 需求橫擺力矩，對(duì)電動(dòng)輪縱向力的建立最優(yōu)控制分配方程，；
[0011] 二、根據(jù)建立的電動(dòng)輪縱向力最優(yōu)控制分配方程，求解得到各電動(dòng)輪縱向力最優(yōu) 解，結(jié)合電動(dòng)輪輸出轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)輪縱向力的關(guān)系，得到各電動(dòng)輪輸出轉(zhuǎn)矩；
[0012] 三、根據(jù)輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械制動(dòng)器轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，得到各輪轂電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和制 動(dòng)器輸出轉(zhuǎn)矩。
[0013] 在本申請(qǐng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟一中所述的根據(jù)建立的電動(dòng)輪縱向力最優(yōu) 控制分配方程，求解得到各電動(dòng)輪縱向力最優(yōu)解，建立的電動(dòng)輪縱向力的最優(yōu)控制分配方 程為帶加權(quán)系數(shù)的二階范數(shù)形式，所述的電動(dòng)輪縱向力在一定的約束條件內(nèi)被求解，所述 約束條件為電動(dòng)輪的附著力極限和輪轂電機(jī)及制動(dòng)器的輸出轉(zhuǎn)矩極限。
[0014] 最優(yōu)控制分配方程表示如下：
[0016] 式中，其中u是由所有電動(dòng)輪縱向力Fxwi.j組成的列向量，下標(biāo)i = 1，2,......，n ;分 別表示第一軸、第二軸、……、第n軸，下標(biāo)j代表1或r，1和r分別表示左側(cè)輪和右側(cè) ，U [Fxwll，F(xiàn)xwlr，F(xiàn)xw21，F(xiàn)xw2r， ，F(xiàn)xwnI，F(xiàn)xwnr ]，IT是電動(dòng)輪縱向力Fxwl的上約束邊界，U是電 動(dòng)輪縱向力Fxwl的下約束邊界，Wu是維數(shù)為電動(dòng)輪個(gè)數(shù)的對(duì)角加權(quán)矩陣，Wv是維數(shù)為目標(biāo) 控制力和力矩個(gè)數(shù)的對(duì)角加權(quán)矩陣，B是系數(shù)矩陣，V是整車(chē)目標(biāo)控制力和力矩組成的列向 量，y是值大于1000的加權(quán)系數(shù)。
[0017] 在本申請(qǐng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的電動(dòng)輪縱向力最優(yōu)控制分配方程中的一 個(gè)目標(biāo)函數(shù)為逼近誤差目標(biāo)函數(shù)，意義在于所分配的電動(dòng)輪縱向力在動(dòng)力學(xué)關(guān)系上需要盡 量逼近目標(biāo)控制力和力矩，即Bu與V之差盡量小，表不為如下：
[0019] 式（1)中，控制分配方程中的另一個(gè)目標(biāo)函數(shù)為性能目標(biāo)函數(shù)，意義在于所分配 的電動(dòng)輪縱向力的負(fù)荷率盡量地小，表示為如下：
[0021] 所述電動(dòng)輪縱向力的負(fù)荷率是指電動(dòng)輪縱向力與電動(dòng)輪最大附著力之比，表示 為：
[0023] 式中，y U是電動(dòng)輪所處的路面附著系數(shù)。
[0024] 根據(jù)電動(dòng)輪負(fù)荷率P u的定義，Wu取為式（5)，則目標(biāo)函數(shù)J2表示所有電動(dòng)輪縱 向力負(fù)荷率之和。
[0026] 采用積極集算法求解式（I)，得到電動(dòng)輪縱向力最優(yōu)解。
[0027] 求得電動(dòng)輪縱向力最優(yōu)解后，由電動(dòng)輪輸出轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)輪縱向力之間的關(guān)系求解 電動(dòng)輪輸出轉(zhuǎn)矩，所述關(guān)系如下：
[0028] Twheellj=FxwljRw (6)
[0029] 式中，Twh_是各電動(dòng)輪輸出轉(zhuǎn)矩，Rw是電動(dòng)輪滾動(dòng)半徑。
[0030] 在本申請(qǐng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟三中所述的根據(jù)輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械制動(dòng) 器轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，得到輪轂電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)器輸出轉(zhuǎn)矩，是在驅(qū)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩完全由 輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩提供；制動(dòng)時(shí)，若輪轂電機(jī)能夠提供足夠的電制動(dòng)力矩，則只由輪轂電機(jī)輸出 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；若輪轂電機(jī)無(wú)法提供足夠的電制動(dòng)力矩，則制動(dòng)器輸出制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)充。所述 的輪轂電機(jī)可以輸出驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也可以輸出制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所述的制動(dòng)器只能輸出制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1是本發(fā)明中控制分配方法的原理圖；
[0032] 圖2是實(shí)施例中車(chē)輛動(dòng)力學(xué)關(guān)系圖；
[0033] 圖3是實(shí)施例中電動(dòng)輪內(nèi)的輪轂電機(jī)與制動(dòng)器之間的轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以8X8輪轂電機(jī)驅(qū) 動(dòng)車(chē)輛的輪轂電機(jī)和制動(dòng)器的輸出轉(zhuǎn)矩為分配對(duì)象，以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施， 給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍包含而不限于8輪車(chē)輛和4輪車(chē)輛。
[0035] 如附圖1所示，所采用的整車(chē)控制方法包含但不限于滑模變結(jié)構(gòu)控制方法、PID控 制方法、模糊控制方法，得到車(chē)輛所需的目標(biāo)控制力和力矩V。由整車(chē)控制方法得到所需 的整車(chē)目標(biāo)控制力和力矩后，首先通過(guò)控制電動(dòng)輪縱向力實(shí)現(xiàn)所述的整車(chē)目標(biāo)控制力和力 矩，然后進(jìn)一步通過(guò)控制輪轂電機(jī)和制動(dòng)器的輸出轉(zhuǎn)矩u實(shí)現(xiàn)電動(dòng)輪縱向力。
[0036] 考慮電動(dòng)輪縱向力的約束條件，所述約束條件為電動(dòng)輪的附著力極限和輪轂電機(jī) 及制動(dòng)器的輸出轉(zhuǎn)矩極限，表示為如下：
[0038] 下標(biāo)i= 1，2,……，n;分別表示第一軸、第二軸、……、第n軸，下標(biāo)j代表1或 r，1和r分別表示左側(cè)輪和右側(cè)輪，max是取最大值的函數(shù)，min是取最小值的函數(shù)，!^^是 電機(jī)最大輸出驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，Tbniax是制動(dòng)器最大輸出制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，ig是輪邊減速器的減速比，F(xiàn)zwlj 是電動(dòng)輪的垂向載荷，F(xiàn)xwi.j是電動(dòng)輪縱向力，F(xiàn)ywu是電動(dòng)輪側(cè)向力，Rw是電動(dòng)輪滾動(dòng)半徑， iH,是電動(dòng)輪所處的路面附著系數(shù)。
[0039] 最優(yōu)控制分配方程表示如下：
[0041] 式中，u是由所有電動(dòng)輪縱向力Fxwi_j組成的列向量，下標(biāo)i= 1，2,......，n;分別表 示第一軸、第二軸、……、第n軸，下標(biāo)j代表1或r，1和r分別表示左側(cè)輪和右側(cè)輪，u-I-Fxwll)Fxwlr)Fxw21)Fxw2r) )Fxwnl)Fxwnr]T，i是電動(dòng)輪縱向力Fxwl^上約束邊界，u是電動(dòng)輪 縱向力匕^的下約束邊界，Wu是維數(shù)為電動(dòng)輪個(gè)數(shù)的對(duì)角加權(quán)矩陣，Wv是維數(shù)為目標(biāo)控制 力和力矩個(gè)數(shù)的對(duì)角加權(quán)矩陣，B是系數(shù)矩陣，V是目標(biāo)控制力和力矩組成的列向量，Y是 值大于1000的加權(quán)系數(shù)。
[0042] 所述的電動(dòng)輪縱向力最優(yōu)控制分配方程中的一個(gè)目標(biāo)函數(shù)為逼近誤差目標(biāo)函數(shù)， 意義在于所分配的電動(dòng)輪縱向力在動(dòng)力學(xué)關(guān)系上需要盡量逼近目標(biāo)控制力和力矩，即Bu 與V之差盡量小，表不為如下：
[0044] 式（1)中，控制分配方程中的另一個(gè)目標(biāo)函數(shù)為性能目標(biāo)函數(shù)，意義在于所分配 的電動(dòng)輪縱向力的負(fù)荷率盡量地小，表示為如下：
[0046