電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配控制方法，屬于電動輪汽車領(lǐng)域，其中電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)包括以下幾個部分：駕駛員意圖模塊、輪轂電機(jī)、穩(wěn)定性控制器、轉(zhuǎn)矩分配器、滑移率控制器、整車模塊、路面信息模塊和整車傳感器模塊。穩(wěn)定性控制器包括微調(diào)模式和穩(wěn)調(diào)模式；轉(zhuǎn)矩分配器將整車的運(yùn)動分為動力性模式、經(jīng)濟(jì)性模式和穩(wěn)定性模式。本發(fā)明轉(zhuǎn)矩分配控制方法將滑移率、附著系數(shù)、橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角、輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速等多個控制量聯(lián)合控制汽車，保證汽車在低速和高速時的穩(wěn)定性和動力性；汽車轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分配，以提高汽車正常行駛中或出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時的汽車的驅(qū)動能力、電機(jī)的利用效率和整車的穩(wěn)定性。
【專利說明】
電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及一種電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配控制方法，其屬于電動汽車領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
:
[0002]隨著節(jié)能環(huán)保成為當(dāng)今世界的主題，電動汽車在全球掀起了一股發(fā)展浪潮。作為新一代電動汽車的一個重要分支，電動輪汽車采用多個獨(dú)立控制的輪轂電機(jī)分別驅(qū)動車輪，其動力源與車輪以及車輪與車輪之間沒有機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，取消了傳統(tǒng)汽車的復(fù)雜傳動系統(tǒng)。電動輪汽車具有傳動效率高、空間布置靈活、易于實(shí)現(xiàn)底盤系統(tǒng)的電子化和主動化的優(yōu)點(diǎn)，是純電動汽車、混合動力電動汽車及燃料電池電動汽車?yán)硐氲耐ㄓ抿?qū)動技術(shù)平臺，是電動汽車發(fā)展的終極形式，具有很好的應(yīng)用前景及技術(shù)發(fā)展?jié)摿Α?br>
[0003]電動輪的轉(zhuǎn)矩分配較為復(fù)雜，需要考慮整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性的協(xié)調(diào)，并且要結(jié)合汽車的運(yùn)動狀態(tài)及駕駛員意圖選擇不同的電機(jī)驅(qū)動方式。目前，對電動輪汽車轉(zhuǎn)矩分配的研究主要集中在控制算法的研究。主要有以下幾種算法，(I)基于載荷的轉(zhuǎn)矩分配方法，此方法是針對四輪獨(dú)立驅(qū)動車輛的車輪的載荷不同，按比例分配轉(zhuǎn)矩，但由于受外界因素的影響，路面信息中噪聲成分較多，無法準(zhǔn)確評估汽車的運(yùn)動狀態(tài)，而且此算法沒有考慮輪胎與路面附著的極限約束情況，導(dǎo)致在分配過程中的最優(yōu)解出現(xiàn)偏差；(2)基于約束的平均分配轉(zhuǎn)矩，此方法考慮了路面與輪胎的約束問題，而且將路面情況考慮為非線性變化，但由于對路面附著的利用率并不高，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的效率很低；(3)通過對驅(qū)動輪的Pid防滑控制達(dá)到整車的動力性和穩(wěn)定性。此方法考慮了車輪的驅(qū)動防滑,但對轉(zhuǎn)矩的分配策略選擇使用邏輯門的方法，對車輪直接增加轉(zhuǎn)矩或者較小轉(zhuǎn)矩，容易導(dǎo)致整車失穩(wěn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0004]本發(fā)明提供一種電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配控制方法，其通過對汽車轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分配，以提高汽車正常行駛中或出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時的汽車的驅(qū)動能力、電機(jī)的利用效率和整車的穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配控制方法，所述電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)包括駕駛員意圖模塊、輪轂電機(jī)、穩(wěn)定性控制器、轉(zhuǎn)矩分配器、滑移率控制器、整車模塊、路面信息模塊和整車傳感器模塊；所述穩(wěn)定性控制器包括整車微調(diào)模式和整車穩(wěn)調(diào)模式，所述整車穩(wěn)調(diào)模式包括整車參考模型和穩(wěn)定性控制算法；所述轉(zhuǎn)矩分配器選擇動力性模式、經(jīng)濟(jì)性模式或穩(wěn)定性模式，對穩(wěn)定器控制器和滑移率控制器中得到的轉(zhuǎn)矩按照不同工況進(jìn)行分配，具體步驟如下:
[0006]步驟1:汽車在行駛過程中，由駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤或腳踏油門來發(fā)出指令，加速指令傳遞到轉(zhuǎn)矩分配器上；同時，所述整車模塊中的整車傳感器模塊測取輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、車速、質(zhì)心側(cè)偏角、方向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度和側(cè)向加速度，并將這些數(shù)據(jù)連同駕駛員的轉(zhuǎn)向指令反饋給穩(wěn)定性控制器、轉(zhuǎn)矩分配器、滑移率控制器、整車模塊、路面信息模塊；穩(wěn)定性控制器通過計(jì)算獲得附加轉(zhuǎn)矩Mz，滑移率控制器通過控制得到參考轉(zhuǎn)矩Tdi，將它們傳送給轉(zhuǎn)矩分配器；
[0007]步驟2:所述轉(zhuǎn)矩分配器根據(jù)傳遞來的數(shù)據(jù)Mz、Tdi和駕駛員的意圖模塊選擇動力性模式、經(jīng)濟(jì)性模式和穩(wěn)定性模式來分配轉(zhuǎn)矩Ti’，輪轂電機(jī)模塊根據(jù)分配的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩Ti ；
[0008]步驟3:將輪轂電機(jī)產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩傳送到整車狀態(tài)器上，保證汽車的正常運(yùn)行。
[0009]進(jìn)一步地，所述駕駛員方向盤轉(zhuǎn)角Sf通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的傳動比轉(zhuǎn)化為前輪轉(zhuǎn)角δ，所述穩(wěn)定性控制器根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角的大小來選擇不同模式，從而得到附加轉(zhuǎn)矩Μζ，將Mz傳遞到轉(zhuǎn)矩分配器上，具體如下:
[0010]如果方向盤轉(zhuǎn)角小于等于10°或者一直在正向反向的修正過程，所述穩(wěn)定性控制進(jìn)入微調(diào)模式:若橫擺角速度等于0，則傳送Mz = O給轉(zhuǎn)矩分配器，如果橫擺角速度大于零，則在整車的左側(cè)車輪分配一個單位轉(zhuǎn)矩Ttl,如果橫擺角速度小于零，則在整車的右側(cè)車輪分配一個單位轉(zhuǎn)矩Ttl,并將Mz = T0傳送給轉(zhuǎn)矩分配器，并實(shí)時檢測橫擺角速度，以保證整車按既定路徑行駛；
[0011]如果方向盤轉(zhuǎn)角大于10且持增大的趨勢，所述穩(wěn)定性控制進(jìn)入穩(wěn)調(diào)模式:將整車傳感器模塊傳遞來的車速U和前輪轉(zhuǎn)角δ進(jìn)入整車參考模型，所述整車參考模型為汽車二自由度模型，如下式:
[0012]+mra- \β? =Hlfid +bIlTd ~C2S
[0013]其中，
kf
akf-bkr a2kf +b2krkf-1-kr okf -Mr 一c2= TIT? S中 a
^ I an:---1 fry一； bn =——::■■■■■■■■■；■i , —z—*Λ.、
JiJzvxMvxΜνΛ,M
為前軸距，b為后軸距，Jz為轉(zhuǎn)動慣量，Vx為車速，kf、kr為汽車前后軸側(cè)偏剛度，M為整車質(zhì)量，δ為前輪轉(zhuǎn)角，Yd為理論的橫擺角速度，理論的質(zhì)心側(cè)偏角；
[0014]理論的橫擺角速度Y d和質(zhì)心側(cè)偏角β d與整車傳感器模塊檢測出的實(shí)際橫擺角速度Y和質(zhì)心側(cè)偏角β作差，并設(shè)定滑模面為:
[0015]S = ki ( β - β d) +k2 ( Y - Y d)
[0016]式中，kl、k2為加權(quán)系數(shù)；
[0017]同時，將滑模變結(jié)構(gòu)方法與最優(yōu)控制相結(jié)合，設(shè)定目標(biāo)函數(shù)為
[0018]J = / Cl1S^d2 (Rm-R) 2dt
I + Ku2
[0019]式中，dl, d2為加權(quán)系數(shù)，=~-L , Rm為參考轉(zhuǎn)彎半徑,L為汽車軸距,K為
S
穩(wěn)定性系數(shù)，R為實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑；
[0020]計(jì)算出附加轉(zhuǎn)矩Mz，并將計(jì)算得來的Mz進(jìn)入轉(zhuǎn)矩分配器。
[0021]進(jìn)一步地，路面信息模塊通過滑模觀測器觀測到路面附著系數(shù)，整車傳感器檢測到車輪輪速和車速，由下式計(jì)算滑移率S，并通過統(tǒng)計(jì)整理得到與最大路面附著系數(shù)相對應(yīng)的滑移率sd，計(jì)算公式如下:
IwR—u ?.■-;wR >u
嫌
u — wR 、 ?
——> WK
U
[0023]式中，w為車輪轉(zhuǎn)速，R為輪胎半徑，u為車速
[0024]設(shè)滑模面為:
[0025]S = s-sd
[0026]式中，滑移率為S、最大路面附著系數(shù)相對應(yīng)的滑移率為sd，對滑移率進(jìn)行控制，
[0027]設(shè)控制規(guī)律為S..,..S = O,得到較為理想的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩Tdi (i = 1-4)，并將數(shù)據(jù)時時傳送轉(zhuǎn)矩分配器。
[0028]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)矩分配器根據(jù)傳遞來的數(shù)據(jù)Mz、Tdi和駕駛員的意圖模塊分成動力性模式、經(jīng)濟(jì)性模式和穩(wěn)定性模式來分配轉(zhuǎn)矩Ti’，輪轂電機(jī)模塊根據(jù)分配的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩Ti，具體如下:
[0029]動力性模式:若路面附著系數(shù)較大即μ彡0.6，且附著系數(shù)的變化明顯即Idy/dt|彡0.2，車輪轉(zhuǎn)速和車速均比較小即W彡30rad/s，v彡10m/s ;以及若路面附著系數(shù)在
0.15-0.6范圍內(nèi)，且附著系數(shù)的變化不大即|dy/dt I彡0.2，車輪轉(zhuǎn)速和車速均比較大即w彡82rad/s, v ^ 25m/s ;所述以上兩種情況電動輪汽車進(jìn)入動力性模式，其目標(biāo)函數(shù)如下:
[0030]fmin = (i_id)2+(T-Td)2
[0031]式中，i為輪轂電機(jī)電流，T為輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩，Td為輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩、id為輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩Td所對應(yīng)的輪轂電機(jī)參考電流；
[0032]經(jīng)濟(jì)性模式:若路面附著系數(shù)在0.15-0.6范圍內(nèi)，且附著系數(shù)的變化不大即d μ /dt彡0.2，車輪轉(zhuǎn)速和車速在中速范圍即30rad/s ? 82rad/s, 10m/s ? 25m/
s，所述電動輪汽車進(jìn)入經(jīng)濟(jì)性模式，其目標(biāo)函數(shù)如下:
[0033]fmin = (n-nd)2+ (p-pd)2
[0034]式中，η為輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速,nd為輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩Td所對應(yīng)的輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)速，P = ?為輪轂電機(jī)效率，Pd = 為輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的效率;
[0035]穩(wěn)定性模式:若方向盤轉(zhuǎn)角不斷增大即δ >10°，且側(cè)向加速度ay開始增大，所述電動輪汽車進(jìn)入穩(wěn)定性模式，其目標(biāo)函數(shù)如下:
[0036]J = f [(LI ^L)2+ LI* (Cl + Cl + C.3 + CA)11 djdt
jG'.MMz
[0037]式中，I’ L2= Y?其中，μ為當(dāng)前時刻路面附著系數(shù)，μ ^為路面附著系數(shù)
rinA
最大值，R為輪胎半徑，F(xiàn)zi為各輪載荷，G為整車重量，Cl、c2、c3、c4為四個輪轂電機(jī)附加轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)；
[0038]同時:
[0039]cl I +1 c2 I +1 c3 I +1 c4 = I ；
[0040]得到三種模式下的轉(zhuǎn)矩Ti，，并將其傳遞到輪轂電機(jī)上，使之產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩Ti。
[0041]本發(fā)明具有如下有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可即時響應(yīng)車輛的行駛狀態(tài)，根據(jù)不同時刻的車速和駕駛員意圖可適時調(diào)節(jié)滑移率、電機(jī)狀態(tài)和轉(zhuǎn)矩分配，減小因路況較差或其他原因而引起的打滑現(xiàn)象和其他危險工況，充分的利用路面附著，增加汽車在驅(qū)動過程中的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和動力性。
【專利附圖】
【附圖說明】
:
[0042]圖1為本發(fā)明電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配控制方法的控制框圖。
[0043]圖2為本發(fā)明電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配控制方法中穩(wěn)定性控制器的控制框圖。
[0044]圖3為本發(fā)明電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配控制方法中穩(wěn)定性控制器微調(diào)的控制圖。
[0045]圖4為本發(fā)明電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配控制方法中穩(wěn)定性控制器穩(wěn)調(diào)的控制圖。
[0046]圖5為本發(fā)明電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配控制方法中滑移率控制器的控制圖。
[0047]圖6為本發(fā)明電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配控制方法中轉(zhuǎn)矩分配器的控制圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0048]請參照圖1所示，本發(fā)明電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)包括駕駛員意圖模塊、輪轂電機(jī)、穩(wěn)定性控制器、轉(zhuǎn)矩分配器、滑移率控制器、整車模塊、路面信息模塊和傳感器模塊。穩(wěn)定性控制器包括整車微調(diào)模式和穩(wěn)調(diào)模式(包括整車參考模型和穩(wěn)定性控制算法)；轉(zhuǎn)矩分配器將整車的運(yùn)動分為動力性模式、經(jīng)濟(jì)性模式和穩(wěn)定性模式，對穩(wěn)定器控制器和滑移率控制器中得到的轉(zhuǎn)矩按照不同工況進(jìn)行分配，以提高汽車正常行駛中或出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時汽車的驅(qū)動能力、電機(jī)的利用效率和整車的穩(wěn)定性。駕駛員方向盤轉(zhuǎn)角Sf通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的傳動比轉(zhuǎn)化為前輪轉(zhuǎn)角S。
[0049]在汽車在行駛過程中，由駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤或腳踏油門來發(fā)出指令，加速指令傳遞到轉(zhuǎn)矩分配器上，同時，所述整車模塊中的整車傳感器模塊測取輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、車速、質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺角速度和側(cè)向加速度等汽車運(yùn)動參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)連同駕駛員的轉(zhuǎn)向指令反饋給穩(wěn)定性控制器、轉(zhuǎn)矩分配器、滑移率控制器、整車模塊、路面信息模塊。
[0050]穩(wěn)定性控制器根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角的大小來選擇不同模式:從而得到附加轉(zhuǎn)矩Mz，將Mz傳遞到轉(zhuǎn)矩分配器上；具體如下:
[0051]如果方向盤轉(zhuǎn)角小于等于10°或者一直在正向反向的修正過程，所述穩(wěn)定性控制進(jìn)入微調(diào)模式:若橫擺角速度等于0，則傳送Mz = O給轉(zhuǎn)矩分配器，如果橫擺角速度大于零，則在整車的左側(cè)車輪分配一個單位轉(zhuǎn)矩Ttl,如果橫擺角速度小于零，則在整車的右側(cè)車輪分配一個單位轉(zhuǎn)矩Ttl,并將Mz = T0傳送給轉(zhuǎn)矩分配器，并實(shí)時檢測橫擺角速度，以保證整車按既定路徑行駛；
[0052]如果方向盤轉(zhuǎn)角大于10且持增大的趨勢，所述穩(wěn)定性控制進(jìn)入穩(wěn)調(diào)模式:將整車傳感器模塊傳遞來的車速u和前輪轉(zhuǎn)角δ進(jìn)入整車參考模型。整車參考模型為汽車二自由度模型，如下式:「 ? LA/ =rtIlA/+u12?v - cI*5
[0053]1.^
I爲(wèi)/ =h\lhi +hMYd-Cls
[0054]式中，
kf
ak r -Mra2kt 十b2krk r +A7.ak f- -hkr~a^rTT°~
^ - -./i — -r.111._ J.fj _ 】.^ _..1mvv.fl?— Jz ’an— JtvjeMv.t * ^ — Mvx1.l— ^ ’*
[0055]其中a為前軸距,b為后軸距，Jz為轉(zhuǎn)動慣量,Vx為車速,kf、kr為汽車前后軸側(cè)偏剛度，M為整車質(zhì)量，δ為前輪轉(zhuǎn)角，Y d為理論的橫擺角速度，β d為理論的質(zhì)心側(cè)偏角。
[0056]理論的橫擺角速度Y d和質(zhì)心側(cè)偏角β d與整車傳感器模塊檢測出的實(shí)際橫擺角速度Y和質(zhì)心側(cè)偏角β作差，并設(shè)定滑模面為:
[0057]S = ki ( β - β d) +k2 ( Y - Y d)
[0058]式中，kl、k2為加權(quán)系數(shù)；
[0059]同時，將滑模變結(jié)構(gòu)方法與最優(yōu)控制相結(jié)合，設(shè)定目標(biāo)函數(shù)為
[0060]J = / Cl1S^d2 (Rm-R) 2dt
[0061]式中，dl，d2為加權(quán)系數(shù)，為參考轉(zhuǎn)彎半徑，L為汽車軸距，K為穩(wěn)定性系數(shù)，R為實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑。
[0062]計(jì)算出附加轉(zhuǎn)矩Mz，并將計(jì)算得來的Mz進(jìn)入轉(zhuǎn)矩分配器。
[0063]路面信息模塊通過滑模觀測器觀測到路面附著系數(shù)，整車傳感器檢測到車輪輪速和車速，由下式計(jì)算滑移率S，并通過統(tǒng)計(jì)整理得到與最大路面附著系數(shù)相對應(yīng)的滑移率sd。計(jì)算公式如下:
ImR —U....................---;η?Λ>Μ
u — wR 、 ?
--;u > wR
u.
[0065]式中，w為車輪轉(zhuǎn)速，R為輪胎半徑，u為車速。
[0066]設(shè)滑模面為:
[0067]S = s-sd
[0068]式中，滑移率為S、最大路面附著系數(shù)相對應(yīng)的滑移率為sd對滑移率進(jìn)行控制，
[0069]設(shè)控制規(guī)律為5 + 4-0,得到較為理想的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩了也(1 = 1-4)，并將數(shù)據(jù)時時傳送轉(zhuǎn)矩分配器；
[0070]轉(zhuǎn)矩分配器根據(jù)傳遞來的數(shù)據(jù)和駕駛員的意圖分成動力性模式、經(jīng)濟(jì)性模式和穩(wěn)定性模式來分配轉(zhuǎn)矩Ti’，輪轂電機(jī)模塊并根據(jù)分配的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩Ti。具體如下:
[0071]若路面附著系數(shù)較大(μ彡0.6)，且變化明顯(|dy/dt|彡0.2)，車輪轉(zhuǎn)速和車速均比較小(w彡30rad/s，v彡10m/s);以及若路面附著系數(shù)在0.15-0.6范圍內(nèi)，且變化不大(|dy/dt彡0.2)，車輪轉(zhuǎn)速和車速均比較大(w彡82rad/s，V彡25m/s)，所述以上兩種情況電動輪汽車進(jìn)入動力性模式，其目標(biāo)函數(shù)如下:
[0072]Jfflin= (1-1d)2+(T-Td)2
[0073]式中，i為輪轂電機(jī)電流，T為輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩,Td為輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩、id為輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩Td所對應(yīng)的輪轂電機(jī)參考電流；
[0074]若路面附著系數(shù)在0.15-0.6范圍內(nèi)，且變化不大(I d μ /dt I ^ 0.2),車輪轉(zhuǎn)速和車速在中速范圍(30rad/s ^ 82rad/s, 10m/s ? 25m/s)，所述電動輪汽車進(jìn)入經(jīng)濟(jì)性模式，其目標(biāo)函數(shù)如下:
[0075]fmin = (n-nd)2+ (p-pd)2
[0076]式中，η為輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速，nd為輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩Td所對應(yīng)的輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)速，ρ = 為輪轂電機(jī)效率,pd =--^為輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的效率;
[0077]若整車傳感器模塊檢測出方向盤轉(zhuǎn)角不斷增大(δ彡10° )且側(cè)向加速度ay開始增大，此時電動輪汽車進(jìn)入穩(wěn)定性模式。具體如下:
[0078]取U=:，L2= γ。其中，μ為當(dāng)前時刻路面附著系數(shù)，μπ為路面附著系數(shù)最
Fmλ
大值，R為輪胎半徑。
[0079]則各輪分配情況按
[0080]J = I [(Li + LI * (Cl + Cl + c3 + c4f fd]dt
J G
[0081]式中，F(xiàn)zi為各輪載荷，G為整車重量，Cl、c2、c3、c4為四個輪轂電機(jī)附加轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)。同時:
[0082]I c 11 +1 c2 I +1 c3 I +1 c4 I = I
[0083]得到三種模式下的轉(zhuǎn)矩Ti ’，并將其傳遞到輪轂電機(jī)上，使之產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩Ti。
[0084]將輪轂電機(jī)產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩傳送到整車模塊上，保證汽車的正常運(yùn)行。
[0085]本發(fā)明電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配控制方法，可即時響應(yīng)車輛的行駛狀態(tài)，根據(jù)不同時刻的車速和駕駛員意圖可適時調(diào)節(jié)滑移率、電機(jī)狀態(tài)和轉(zhuǎn)矩分配，減小因路況較差或其他原因而引起的打滑現(xiàn)象和其他危險工況，充分的利用路面附著，增加汽車在驅(qū)動過程中的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和動力性。
[0086]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配控制方法，所述電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)包括駕駛員意圖模塊、輪轂電機(jī)、穩(wěn)定性控制器、轉(zhuǎn)矩分配器、滑移率控制器、整車模塊、路面信息模塊和整車傳感器模塊；所述穩(wěn)定性控制器包括整車微調(diào)模式和整車穩(wěn)調(diào)模式，所述整車穩(wěn)調(diào)模式包括整車參考模型和穩(wěn)定性控制算法；所述轉(zhuǎn)矩分配器選擇動力性模式、經(jīng)濟(jì)性模式或穩(wěn)定性模式，對穩(wěn)定器控制器和滑移率控制器中得到的轉(zhuǎn)矩按照不同工況進(jìn)行分配，其特征在于:具體步驟如下 步驟1:汽車在行駛過程中，由駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤或腳踏油門來發(fā)出指令，加速指令傳遞到轉(zhuǎn)矩分配器上；同時，所述整車模塊中的整車傳感器模塊測取輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、車速、質(zhì)心側(cè)偏角、方向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度和側(cè)向加速度，并將這些數(shù)據(jù)連同駕駛員的轉(zhuǎn)向指令反饋給穩(wěn)定性控制器、轉(zhuǎn)矩分配器、滑移率控制器、整車模塊、路面信息模塊；穩(wěn)定性控制器通過計(jì)算獲得附加轉(zhuǎn)矩Mz，滑移率控制器通過控制得到參考轉(zhuǎn)矩Tdi，將它們傳送給轉(zhuǎn)矩分配器； 步驟2:所述轉(zhuǎn)矩分配器根據(jù)傳遞來的數(shù)據(jù)Mz、Tdi和駕駛員的意圖模塊選擇動力性模式、經(jīng)濟(jì)性模式和穩(wěn)定性模式來分配轉(zhuǎn)矩Ti’，輪轂電機(jī)模塊根據(jù)分配的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩Ti ； 步驟3:將輪轂電機(jī)產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩傳送到整車狀態(tài)器上，保證汽車的正常運(yùn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配控制方法，其特征在于:所述駕駛員方向盤轉(zhuǎn)角Sf通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的傳動比轉(zhuǎn)化為前輪轉(zhuǎn)角S，所述穩(wěn)定性控制器根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角的大小來選擇不同模式，從而得到附加轉(zhuǎn)矩Mz，將Mz傳遞到轉(zhuǎn)矩分配器上，具體如下: 如果方向盤轉(zhuǎn)角小于等于10°或者一直在正向反向的修正過程，所述穩(wěn)定性控制進(jìn)入微調(diào)模式:若橫擺角速度等于0，則傳送Mz = O給轉(zhuǎn)矩分配器，如果橫擺角速度大于零，則在整車的左側(cè)車輪分配一個單位轉(zhuǎn)矩Ttl,如果橫擺角速度小于零，則在整車的右側(cè)車輪分配一個單位轉(zhuǎn)矩Ttl,并將Mz = T0傳送給轉(zhuǎn)矩分配器，并實(shí)時檢測橫擺角速度，以保證整車按既定路徑行駛； 如果方向盤轉(zhuǎn)角大于10且持增大的趨勢，所述穩(wěn)定性控制進(jìn)入穩(wěn)調(diào)模式:將整車傳感器模塊傳遞來的車速u和前輪轉(zhuǎn)角δ進(jìn)入整車參考模型，所述整車參考模型為汽車二自由度模型，如下式:
Ird =?\\β(? + (>nrd -η在
[Pd =hIlfid +hMYd 其中，
kIa'kj- -hkrLrkf +h2krk #.+krmk f -hkr-ak f Cj-,, aIl = r ' al2 — }' 方I I =~TZ * ^12 =?5 cI = ； ;* X ;
JzJivxMvxΜνΛ,J.z其中a為前軸距，b為后軸距,Jz為轉(zhuǎn)動慣量，vx為車速，kf、l^為汽車前后軸側(cè)偏剛度,M為整車質(zhì)量，δ為前輪轉(zhuǎn)角，Yd為理論的橫擺角速度，理論的質(zhì)心側(cè)偏角； 理論的橫擺角速度Yd和質(zhì)心側(cè)偏角^^與整車傳感器模塊檢測出的實(shí)際橫擺角速度Y和質(zhì)心側(cè)偏角β作差，并設(shè)定滑模面為:
S = Ic1 (β - β d) +k2 ( Y - Y d) 式中，kl、k2為加權(quán)系數(shù)； 同時，將滑模變結(jié)構(gòu)方法與最優(yōu)控制相結(jié)合，設(shè)定目標(biāo)函數(shù)為
J = / Cl1S^d2 (Rm-R) 2dt
I + Ku2 式中，dl，d2為加權(quán)系數(shù)，Rm=^Rm為參考轉(zhuǎn)彎半徑，L為汽車軸距，K為穩(wěn)
O定性系數(shù)，R為實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑； 計(jì)算出附加轉(zhuǎn)矩Mz，并將計(jì)算得來的Mz進(jìn)入轉(zhuǎn)矩分配器。
3.如權(quán)利要求2所述的電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配控制方法，其特征在于:路面信息模塊通過滑模觀測器觀測到路面附著系數(shù)，整車傳感器檢測到車輪輪速和車速，由下式計(jì)算滑移率S，并通過統(tǒng)計(jì)整理得到與最大路面附著系數(shù)相對應(yīng)的滑移率sd,計(jì)算公式如下:
wR -1t ?
-:WR > u
wR
u — wR , ,、......................................；U > WK
,U 式中，W為車輪轉(zhuǎn)速，R為輪胎半徑，u為車速 設(shè)滑模面為:
S = s-sd 式中，滑移率為S、最大路面附著系數(shù)相對應(yīng)的滑移率為sd，對滑移率進(jìn)行控制， 設(shè)控制規(guī)律為s + g =O ,得到較為理想的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩Tdi (i = 1-4)，并將數(shù)據(jù)時時傳送轉(zhuǎn)矩分配器。
4.如權(quán)利要求3所述的電動輪汽車輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩分配控制方法，其特征在于:所述轉(zhuǎn)矩分配器根據(jù)傳遞來的數(shù)據(jù)Mz、Tdi和駕駛員的意圖模塊分成動力性模式、經(jīng)濟(jì)性模式和穩(wěn)定性模式來分配轉(zhuǎn)矩Ti’，輪轂電機(jī)模塊根據(jù)分配的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩Ti，具體如下: 動力性模式:若路面附著系數(shù)較大即μ彡0.6，且附著系數(shù)的變化明顯即ldy/dt|彡0.2，車輪轉(zhuǎn)速和車速均比較小即w ( 30rad/s，V彡10m/s ;以及若路面附著系數(shù)在.0.15-0.6范圍內(nèi)，且附著系數(shù)的變化不大即|dy/dt I彡0.2，車輪轉(zhuǎn)速和車速均比較大即w彡82rad/s, v ^ 25m/s ;所述以上兩種情況電動輪汽車進(jìn)入動力性模式，其目標(biāo)函數(shù)如下:
fmin = Q-1d)2+(T-Td) 2 式中，i為輪轂電機(jī)電流，T為輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩,Td為輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩、id為輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩Td所對應(yīng)的輪轂電機(jī)參考電流； 經(jīng)濟(jì)性模式:若路面附著系數(shù)在0.15-0.6范圍內(nèi)，且附著系數(shù)的變化不大即I CU /dt|彡0.2，車輪轉(zhuǎn)速和車速在中速范圍即30rad/s彡w彡82rad/s, 10m/s ? 25m/s，所述電動輪汽車進(jìn)入經(jīng)濟(jì)性模式，其目標(biāo)函數(shù)如下:
fmin = (n-nd)2+ (P-Pd)2 式中，η為輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速，nd為輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩Td所對應(yīng)的輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)速，P =.為輪轂電機(jī)效率，Pd =Ig-為輪轂電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的效率； 穩(wěn)定性模式:若方向盤轉(zhuǎn)角不斷增大即δ 3 10°，且側(cè)向加速度ay開始增大，所述電動輪汽車進(jìn)入穩(wěn)定性模式，其目標(biāo)函數(shù)如下: * P"τι *.J= |[(11——)2 + ￡2 * (Cl + c2 + e*3 + c4f / d]di
J G
a\'卜 式中，U=—，L+2=^^其中，μ為當(dāng)前時刻路面附著系數(shù)，μ m為路面附著系數(shù)最大
/{.,',K值，R為輪胎半徑，F(xiàn)zi為各輪載荷，G為整車重量，Cl、c2、c3、c4為四個輪轂電機(jī)附加轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)； 同時:
I cl I +1c2I +1c3I +1c4I = I ；得到三種模式下的轉(zhuǎn)矩Ti’，并將其傳遞到輪轂電機(jī)上，使之產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩Ti。
【文檔編號】B60L15/20GK104175902SQ201410359202
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】段婷婷, 王春燕, 趙萬忠 申請人:南京航空航天大學(xué)