四轮轮毂电机驱动电动汽车节能控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110422053A(43)申请公布日2019.11.08(21)申请号201910680991.5(22)申请日2019.07.26(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市人民大街5988号(72)发明人胡啸陈虹王萍(74)专利代理机构吉林长春新纪元专利代理有限责任公司22100代理人白冬冬(51)Int.Cl.B60L15/20(2006.01)B60W50/00(2006.01)权利要求书5页说明书13页附图3页(54)发明名称四轮轮毂电机驱动电动汽车节能控制方法(57)摘要一种四轮轮毂电机驱动电动汽车节能控制方法，属于控制技术领域。本发明的目的是通过车辆理想状态的合理设计、车辆转矩的优化分配，实现四轮轮毂电机驱动电动汽车的节能，同时保证车辆操纵稳定性的四轮轮毂电机驱动电动汽车节能控制方法。本发明步骤是：S1建立轮胎纵向滑移模型；S2：基于步骤S1已经建立的车辆模型得到期望的车辆横摆角速度和质心侧偏角；S3：得到使车辆稳定需求的附加横摆力矩；S4：基于模型预测控制理论，引入前轮纵向滑移率和后轮纵向滑移率两个虚拟状态量；S5：将步骤S4得到的车辆虚拟后轮转矩分配至车辆的左后轮和右后轮。本发明所述方法不仅适用于常规工况，也适用于高速、低附着等极限工况；降低了能耗，改善了车辆节能性。CN110422053ACN110422053A权利要求书1/5页1.一种四轮轮毂电机驱动电动汽车节能控制方法，其特征在于：其步骤是：S1：对于四轮均为轮毂电机的电动汽车，将其同一轴的左轮和右轮视为一个车轮，考虑车辆轮胎力的非线性特征，由轮胎试验测定侧偏刚度，建立面向控制的车辆简化模型；定义虚拟的前轮和后轮，建立轮胎纵向滑移模型；S2：基于步骤S1已经建立的车辆模型，根据驾驶员给出的车辆前轮转向角和传感器测得的车辆纵向速度，考虑路面附着能力的限制，得到期望的车辆横摆角速度和质心侧偏角；S3：基于反馈控制理论，利用横摆角速度的期望值和实际值，得到使车辆稳定需求的附加横摆力矩；S4：基于模型预测控制理论，引入前轮纵向滑移率和后轮纵向滑移率两个虚拟状态量，利用驾驶员给出的总转矩，考虑多种优化目标和约束条件，将总转矩优化分配至车辆的虚拟前轮和虚拟后轮，即虚拟前轮和虚拟后轮的转矩；当某一轴上分配的转矩为0时，车辆不再向该轴上的两个轮毂电机供电，此时四轮驱动转变为两轮驱动；S5：根据车辆动力学原理，考虑步骤S3得到的附加横摆力矩，将步骤S4得到的车辆虚拟前轮转矩分配至车辆的左前轮和右前轮，将步骤S4得到的车辆虚拟后轮转矩分配至车辆的左后轮和右后轮。2.根据权利要求1所述的四轮轮毂电机驱动电动汽车节能控制方法，其特征在于：S1步骤中轮胎纵向滑移模型：步骤1：对四轮轮毂电机驱动电动汽车进行建模面向控制的车辆简化模型的动力学方程为：四个轮胎纵向力产生的附加横摆力矩为：通过轮胎试验测定不同轮胎侧偏角情况下的轮胎侧偏刚度，表述轮胎力的非线性特征Fyf＝-2Cfαf(4)Fyr＝-2Crαr(5)Cf＝fc(αf)(6)Cr＝fc(αr)(7)前轮、后轮的轮胎侧偏角分别为：步骤2：轮胎纵向滑移模型2CN110422053A权利要求书2/5页车轮纵向滑移动力学方程：将轮胎纵向力简化为：Fx＝Cκ·κ(13)式中，Cκ为轮胎纵向滑移刚度系数。前轮和后轮的垂向载荷的转移考虑如下：式中，ax和ay分别为车辆纵向和侧向加速度。3.根据权利要求1所述的四轮轮毂电机驱动电动汽车节能控制方法，其特征在于：S2步骤中车辆期望的横摆角速度和质心侧偏角：线性二自由度参考模型如下：线性二自由度参考模型改进为非线性二自由度参考模型Cf＝fc(αf)(18)Cr＝fc(αr)(19)进而计算得到考虑轮胎力非线性特征的期望横摆角速度和质心侧偏角：4.根据权利要求1所述的四轮轮毂电机驱动电动汽车节能控制方法，其特征在于：S3步骤中附加横摆力矩：3CN110422053A权利要求书3/5页定义e＝γ*-γ，得：定义当KP＞0，KI＞0，KD＞0时，系统稳定；通过滑模变结构控制方法进行车辆横摆稳定控制，计算附加横摆力矩：定义e'＝γ-γ*，滑模面s＝e'＝0；选取趋近律式中，ρ为边界值，且p，q均为奇数；得到车辆附加横摆力矩：为保证稳定，式中0＜a＜1，K＞0。5.根据权利要求1所述的四轮轮毂电机驱动电动汽车节能控制方法，其特征在于：S4步骤中虚拟前轮和虚拟后轮的转矩：系统的状态空间方程可以描述为：TT其中状态量x＝[κf,κr]，控制量u＝[Tf,Tr]，下标i＝f,r；通过前向欧拉公式描述为离散的非线性形式：kx(k+1)＝f(x(k),u(k))·Ts+x(k)(29)其中Ts表示离散时间，k表示采样时刻，每当系统