考虑电机效率差异的四轮轮毂电机驱动车辆扭矩分配方法

本发明涉及新能源汽车，特别是涉及一种考虑电机效率差异的四轮轮毂电机驱动车辆扭矩分配方法。

背景技术：

1、随着环境和能源问题的日益突出，新能源汽车作为替代传统燃油汽车的重要选择之一，在汽车行业中受到广泛关注。四轮轮毂电机驱动车辆是一种采用独立控制每个车轮上的电机来实现驱动和制动的汽车。与传统中央驱动和传统四驱相比，这种构造可以提供更好的操控性、稳定性和能效。在四轮轮毂电机驱动车辆中，扭矩分配是指将电机产生的扭矩分配给每个车轮，以实现车辆的加速、制动和转向。传统的扭矩分配方法主要基于车辆的动力学模型计算车辆所需的力，来确定每个车轮上的扭矩分配比例。然而，传统的扭矩分配方法忽视了电机之间的效率map的差异性。实际上，由于生产制造、工作条件、使用寿命不一致，导致四个轮毂电机之间的效率分布存在较大差异，传统的四个轮毂电机扭矩分配方式由于忽略了这种效率差异，容易导致电机工作在低效率区域，降低了车辆的行驶里程。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的考虑电机效率差异的四轮轮毂电机驱动车辆扭矩分配方法解决了传统扭矩分配方法由于忽略电机之间的效率map，导致电机工作在低效率区域的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种考虑电机效率差异的四轮轮毂电机驱动车辆扭矩分配方法，包括以下步骤：

3、s1：根据四轮轮毂电机驱动车辆的车速，获得车辆最大驱动力；

4、s2：根据车辆最大驱动力和踏板开度，获得车辆总需求扭矩；

5、s3：基于车辆总需求扭矩，建立驱动效率目标函数和约束条件；

6、s4：根据驱动效率目标函数和约束条件，进行扭矩分配优化求解，获得最佳分配系数；

7、s5：根据扭矩斜率限制，对最佳分配系数进行修正，获得四轮轮毂电机驱动车辆扭矩分配结果，完成考虑电机效率差异的四轮轮毂电机驱动车辆扭矩分配。

8、上述方案的有益效果是：本发明通过建立电机的效率map模型，并结合车辆的运行状态信息，在满足运动需求的前提下，以驱动效率最高的方式分配扭矩给每个车轮。通过考虑电机效率差异性，可以实现更高效的能量利用，提高车辆的续航里程和能源利用率，解决了传统扭矩分配方法由于忽略电机之间的效率map，导致电机工作在低效率区域的问题。

9、进一步地，s1中包括以下分步骤：

10、s1-1：根据四轮轮毂电机驱动车辆的车速v计算电机转速ω，公式为：

11、ω＝v/rw

12、其中，rw为车轮半径；

13、s1-2：根据电机转速ω插值计算左前轮电机最大扭矩tfl_max、右前轮电机最大扭矩tfr_max、左后轮电机最大扭矩trl_max和右后轮电机最大扭矩trr_max，公式为：

14、tfl_max＝ft_fl(ω)

15、tfr_max＝ft_fr(ω)

16、trl_max＝ft_rl(ω)

17、trr_max＝ft_rr(ω)

18、其中，ft_fl(·)为左前轮电机的电机外特性，ft_fr(·)为右前轮电机的电机外特性，ft_rl(·)为左后轮电机的电机外特性，ft_rr(·)为右后轮电机的电机外特性；

19、s1-3：将电机最大扭矩进行叠加，获得车辆最大驱动力tmax，公式为：

20、tmax＝tfl_max+tfr_max+trl_max+trr_max。

21、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，根据车速、电机转速、以及各轮电机的最大扭矩，获得车辆最大驱动力，用于后续的计算。

22、进一步地，s2中车辆总需求扭矩tdemand公式为：

23、tdemand＝spedal*tmax

24、其中，spedal为踏板开度。

25、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，根据踏板开度和车辆最大驱动力获得车辆总需求。

26、进一步地，s3中驱动效率目标函数和约束条件公式为：

27、

28、其中，min表示取最小值，pbat_dem为驱动效率目标函数，tfl为左前轮电机扭矩，tfr为右前轮电机扭矩，trl为左后轮电机扭矩，trr为右后轮电机扭矩，ηfl为左前轮电机效率，ηfr为右前轮电机效率，ηrl为左后轮电机效率，ηrr为右后轮电机效率，fη_fl(·)为左前轮电机的效率map特性，fη_fr(·)为右前轮电机的效率map特性，fη_rl(·)为左后轮电机的效率map特性，fη_rr(·)为右后轮电机的效率map特性，voc为电池开路电压，ibat为电流，μ为路面附着系数，fz_fl为左前轮电机垂直载荷，fz_fr为右前轮电机垂直载荷，fz_rl为左后轮电机垂直载荷，fz_rr为右后轮电机垂直载荷。

29、上述进一步方案的有益效果是：在约束条件中，考虑了总需求扭矩约束，最大驱动扭矩约束，效率约束，电池功率约束，地面附着约束，左右两侧扭矩对称分配，确保了扭矩分配的合理性。

30、进一步地，s4中扭矩分配优化求解简化为满足约束条件下，根据车速v和车辆总需求扭矩tdemand，计算最佳分配系数，公式为：

31、

32、其中，λ1opt(·)为第一最佳分配系数λ1的二维插值函数，λ2opt(·)为第二最佳分配系数λ2的二维插值函数。

33、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，将扭矩的优化分配转化为计算最佳分配系数的问题，简化计算方法。

34、进一步地，λ1opt(v,tdemand)和λ2opt(v,tdemand)的计算包括以下分步骤：

35、s4-1：将车速v等间隔划分成n份，将车辆总需求扭矩tdemand等间隔划分成m份，并建立车速v和车辆总需求扭矩tdemand的二维网格；

36、s4-2：根据二维网格，在满足约束条件的情况下，计算每一个车速v和车辆总需求扭矩tdemand组合下的最佳分配系数，将最小的总需求扭矩tdemand对应的分配系数作为λ1opt(v,tdemand)和λ2opt(v,tdemand)。

37、上述进一步方案的有益效果是：在优化求解中，通过离线，采用遍历方法计算不同速度和不同需求扭矩下的最佳分配系数，当车辆运行时，只需根据车速、需求扭矩在线插值即可确定最佳分配系数，降低了控制单元的计算工作量。

38、进一步地，s5中对最佳分配系数进行修正的具体方法为：

39、λ1opt_fix(·)为修正后的λ1opt(v,tdemand)，计算结果如下所示：

40、

41、其中，为偏导符号，l为轴距，ζ为设定的允许值，δv为车速变化量，δt为车辆总需求扭矩变化量；

42、λ2opt_fix(·)为修正后的λ2opt(v,tdemand)，计算结果如下所示：

43、

44、上述进一步方案的有益效果是：实际车辆运行过程中，外界不确定性的环境干扰，可能导致车辆速度和需求扭矩波动，最佳分配系数存在突变，从而造成整车总扭矩突变，产生车辆运动冲击，降低舒适度，为此，本发明提出了基于方向导数限制的最佳分配系数修正方法，确保分配的扭矩可实现，确保四轮轮毂电机驱动行驶的舒适性。

45、进一步地，s5中四轮轮毂电机驱动车辆扭矩分配结果为：

46、

47、其中，为左前轮电机扭矩分配结果，为右前轮电机扭矩分配结果，为左后轮电机扭矩分配结果，为右后轮电机扭矩分配结果。

48、上述进一步方案的有益效果是：通过上述公式，获得了左前轮电机、右前轮电机、左后轮电机以及右后轮电机的扭矩分配结果，保证了四轮轮毂电机驱动车辆在运行时最佳的效能分配。