一种分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制的方法
【专利摘要】一种分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制的方法，属于电动汽车转矩优化控制技术领域。提高了分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制的稳定性。本发明的采用车速传感器测量电动汽车的实时速度，采用转速传感器检测电动汽车的四个驱动电机的转速，采用加速踏板信号处理模块检测电动汽车加速踏板开度模拟量信号；计算获取电动汽车四个驱动电机的目标总转矩Ttotal；设定最优转矩分配系数矩阵W，W内元素为转矩优化分配系数，在矩阵W中查找电动汽车四个驱动电机的目标总转矩Ttotal和电动汽车的实时速度所对应的矩阵网格Qi，j或采用搜索法搜索转矩优分配系数k，按k将总转矩Ttotal分配给四个驱动电机，控制四个驱动电机输出目标转矩。本发明适用于电动汽车转矩分配。
【专利说明】
一种分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制的方法
技术领域
[0001 ]本发明属于电动汽车转矩优化控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 分布式驱动电动汽车作为一种先进电动汽车动力系统，其在经济性及动力性方面 发展潜力巨大。从系统角度讲，分布式驱动电动汽车动力系统由于系统可控自由度高，操作 稳定性强及节能潜力大等技术优点，已经得到了广泛的关注。分布式驱动电动汽车动力系 统由于存在多个驱动单元，因此，如何在对各个驱动单元之间的协同控制的同时实现系统 的转矩优化控制是目前研究的主要问题，研究系统总需求转矩合理分配给各个驱动电机的 控制方法，以实现系统效率最优，同时发挥多电机驱动系统优势，进而实现高动力性同时， 提尚能效具有重要的意义。
[0003] 目前，针对分布式驱动电动汽车转矩优化控制主要有转矩平均分配法、采用基于 模型算法及搜索法等。但以上方法都存在一定的技术弊端，转矩平均分配法对于前后轴电 机不一致的动力系统而言适应性较低，不能保证系统驱动总效率最优;基于模型算法需要 对各个部件效率特性测试数据建立标定模型，只考虑了效率随工况变化情况，忽略了其他 匹配部件等特性，存在局限性;采用搜索法可以对不同参数的电机、在不同的运行工况下均 可实现实时的驱动效率最优的转矩控制，实时性强、适应性好，但是仅采用搜索法的转矩优 化控制会在实车应用中产生较大的转矩波动，对驾驶舒适性及零部件寿命造成不良影响。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了提高分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制的稳定性，提出一种应 用于分布式驱动电动汽车的可自动标定的实时转矩优化控制方法。
[0005] 本发明所述的一种分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制的方法，该方法的具体 步骤为：
[0006] 步骤一、采用车速传感器测量电动汽车的实时速度，采用转速传感器检测电动汽 车的四个驱动电机的转速，采用加速踏板信号处理模块检测电动汽车加速踏板开度模拟量 信号；
[0007] 步骤二、利用步骤一采集的电动汽车的实时速度、四个驱动电机的转速和加速踏 板开度模拟量信号，计算获取电动汽车四个驱动电机的目标总转矩Ttotal;
[0008] 步骤三、设定最优转矩分配系数矩阵W，（i，j)为系数矩阵W的坐标，W的纵坐标为电 动汽车四个驱动电机的总转矩，W的横坐标为电动汽车的速度，W内元素为转矩优化分配系 数，坐标上4个相邻节点围成的区域为矩阵网格，在矩阵W中查找步骤二获得的电动汽车四 个驱动电机的目标总转矩Ttotal和电动汽车的实时速度所对应的矩阵网格Q 1U，所述矩阵 网格Qi, j 的 4个节点分别为 ki-1, j、ki+i, j、ki, j-1 和 ki, j+i;
[0009] 判断矩阵网格Qi,j的4个节点ki-4Pki,j+1的数值是否为空，若ki-1;j、 中任一节点数值为空，则执行步骤五，否则，执行步骤四；
[0010]步骤四、计算矩阵网格Qi,j的4个节点ki-i,j、ki+i,j、ki,j-1和ki,j+i的数值的平均值，获 得步骤二获得的电动汽车四个驱动电机的目标总转矩Ttotal和电动汽车的实时速度所对 应的数值k，按数值k将总转矩分配给四个驱动电机，控制四个驱动电机输出目标转矩，实现 分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制；
[0011]步骤五、采用搜索法搜索步骤二获得的电动汽车四个驱动电机的目标总转矩 Ttotal和电动汽车的实时速度所对应的转矩优分配系数k，按k将总转矩Ttotal分配给四个 驱动电机，控制四个驱动电机输出目标转矩，并将数值k赋值给矩阵W内的电动汽车四个驱 动电机的目标总转矩Ttotal和电动汽车的实时速度所对应的矩阵网格Qi,j的4个节点ki-u、 ki+i,j、ki,j-1和ki,j+i上，返回执行步骤一。
[0012]本发明充分发挥搜索法可实现实时优化控制以及在线标定算法可提高系统控制 稳定性的优势，减少因搜索算法导致的搜索过程中存在的波动，同时对于未知工况可实现 对转矩分配过程在线标定，具有较强的控制稳定性，同时对于未知工况的适应性方面具有 明显的提升。
【附图说明】
[0013]图1为本发明所述方法的流程图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0014] 一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种分布式驱动电 动汽车实时转矩优化控制的方法，该方法的具体步骤为：
[0015] 步骤一、采用车速传感器测量电动汽车的实时速度，采用转速传感器检测电动汽 车的四个驱动电机的转速，采用加速踏板信号处理模块检测电动汽车加速踏板开度模拟量 信号；
[0016] 步骤二、利用步骤一采集的电动汽车的实时速度、四个驱动电机的转速和加速踏 板开度模拟量信号，计算获取电动汽车四个驱动电机的目标总转矩Ttotal;
[0017] 步骤三、设定最优转矩分配系数矩阵W，（i，j)为系数矩阵W的坐标，W的纵坐标为电 动汽车四个驱动电机的总转矩，W的横坐标为电动汽车的速度，W内元素为转矩优化分配系 数，坐标上4个相邻节点围成的区域为矩阵网格，在矩阵W中查找步骤二获得的电动汽车四 个驱动电机的目标总转矩Ttotal和电动汽车的实时速度所对应的矩阵网格Q 1U，所述矩阵 网格Qi, j 的 4个节点分别为 ki-i,j、ki+i,j、ki,j-1 和 ki,j+i;
[0018]判断矩阵网格Qi,j的4个节点ki-4Pki,j+1的数值是否为空，若ki-1;j、 中任一节点数值为空，则执行步骤五，否则，执行步骤四；
[0019] 步骤四、计算矩阵网格Qi,」的4个节点ki-i,j、ki+i,j、ki,j-1和ki,j+i的数值的平均值，获 得步骤二获得的电动汽车四个驱动电机的目标总转矩Ttotal和电动汽车的实时速度所对 应的数值k，按数值k将总转矩分配给四个驱动电机，控制四个驱动电机输出目标转矩，实现 分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制；
[0020] 步骤五、采用搜索法搜索步骤二获得的电动汽车四个驱动电机的目标总转矩 Ttotal和电动汽车的实时速度所对应的转矩优分配系数k，按k将总转矩Ttotal分配给四个 驱动电机，控制四个驱动电机输出目标转矩，并将数值k赋值给矩阵W内的电动汽车四个驱 动电机的目标总转矩Ttotal和电动汽车的实时速度所对应的矩阵网格Qi, j的4个节点ki-1; j、 ki+i, j、ki, j-1和ki, j+i上，返回执行步骤一。
[0021] 本实施方式所述的方法可实现驱动电机效率参数未知条件下转矩效率最优分配 控制，同时可实现对电力电子器件随工况变化引起的效率变化情况下转矩优化控制。
【具体实施方式】 [0022] 二、本实施方式是对一所述的一种分布式驱动电动汽 车实时转矩优化控制的方法的进一步说明，搜索法的具体步骤为：
[0023] 步骤五一、根据电动汽车的实时速度信号和加速踏板开度模拟量信号计算分布式 驱动电动汽车实时目标总转矩Ttotal;设定转矩优化分配系数k，k为前轴电机转矩与实时 目标总转矩Ttotal的比，k的初始化搜索区间[a，b] = [0，1 ]，搜索比例x，且x〈 1，搜索收敛精 度为e;
[0024] 步骤五二、按转矩分配系数k = k1 = a+x ? (b-a)计算前轴两个驱动电机实时输出 的目标总转矩;平均分配所述前轴两个驱动电机实时输出的目标总转矩，获得转矩分配系 数k = kl时前轴单个驱动电机实时输出的目标转矩；
[0025] 按转矩分配系数（1-kl)计算后轴两个驱动电机实时输出目标总转矩，平均分配所 述后轴两个驱动电机实时输出目标总转矩，获得转矩分配系数k = kl时后轴单个驱动电机 实时输出的目标转矩；
[0026] 按转矩分配系数k = k2 = a+(l-x)X(b-a)，计算前轴两个驱动电机实时输出目标 转矩，平均分配所述前轴两个驱动电机实时输出的目标总转矩，获得转矩分配系数k = k2时 前轴单个驱动电机实时输出的目标转矩；
[0027] 按分配系数（l-k2)计算后轴两个驱动电机实时输出目标转矩，平均分配所述后轴 两个驱动电机实时输出目标总转矩，获得转矩分配系数k = k2时后轴单个驱动电机实时输 出的目标转矩；
[0028]步骤五三、利用步骤五二获得的k = kl时，四个驱动电机实时输出的目标转矩和k =k2时，四个驱动电机实时输出的目标转矩，计算四个驱动电机实时输出的目标转矩，结合 四个驱动电机输入端总线电压、总线电流及输出转速，计算转矩分配系数k = kl和转矩分配 系数k = k2时，四个驱动电机的实时输入功率、实时输出功率及效率；
[0029] 步骤五四、根据步骤五三获得的四个驱动电机的实时输入功率、实时输出功率及 效率，计算四个驱动电机输入总功率和输出总功率，并根据四个驱动电机输入总功率和输 出总功率计算转矩分配系数k=kl时的实时总效率值nl=n(kl)和转矩分配系数k = kl时的 实时总效率值n2=n(k2);
[0030] 步骤五五、对步骤五四计算获得的转矩分配系数k=k 1时的实时总效率值n 1=n (ki)和转矩分配系数k=ki时的实时总效率值n2=n(k2)进行比较；
[0031] 当rU〈q2时，a = kl，kl = k2，ql=q2，k2 = a+(l-x) X (b_a);计算实时总效率值q2 = n(k2)，执行步骤五六；
[0032] 当ql 时，b = k2，k2 = kl，q2 = ql，kl = a+x ? (b_a)，计算实时总效率值ql = q (kl)，执行步骤五六；
[0033]步骤五六、对转矩分配系数k搜索区间[a，b]进行收敛判定，若| a-b | <e，则结束搜 索，前右轮驱动电机和前左轮驱动电机输出转矩为Tl'l = T3-l=k ? Ttotal/2,后右轮驱动 电机和后左轮驱动电机输出转矩为T2-l = T4-l = (l-k) ? Ttotal/2,获得电动汽车四个驱 动电机转矩的最优分配系数，否则，返回执行第五五。
[0034]【具体实施方式】三、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种分布式驱动电动汽 车在线实时转矩优化分配控制方法的进一步说明，步骤五四根据四个驱动电机输入总功率 和输出总功率计算转矩分配系数k=ki时的实时总效率值ni=n(ki)和转矩分配系数k=ki 时的实时总效率值n2=n(k2)的具体方法为：
[0035] 通过公式：
[0037]计算获得前右轮驱动电机实时效率m+Ki)，其中，pin>1(i)为前右轮驱动电机i时 刻的输入功率，Pcmt, i ( i )为前右轮驱动电机i时刻的输出功率，山（i )为i时刻驱动前右轮电 机控制器输入端母线电压，Ii( i)为i时刻前右轮电机控制器输入端母线电流，k为前轴转矩 分配系数，m(i)为前右轮驱动电机的转速；
[0038] 通过公式：
[0040]计算获得后右轮驱动电机实时效率mKi)，其中，Pin,2(i)为后右轮驱动电机i时 亥IJ的输入功率，Pcmt, 2 ( i )为后右轮驱动电机i时刻的输出功率，U2 ( i )为i时刻驱动后右轮电 机控制器输入端母线电压，I2(i)为i时刻后右轮电机控制器输入端母线电流，l_k为后轴转 矩分配系数，n 2(i)为后右轮驱动电机的转速；
[0041 ] 通过公式：
[0043] 计算获得前左轮驱动电机实时效率^⑴，其中，Pin,3⑴为前左轮驱动电机i时 亥IJ的输入功率，Pcmt, 3 ( i )为前左轮驱动电机i时刻的输出功率，U3 ( i )为i时刻驱动前左轮电 机控制器输入端母线电压，13 (i)为i时刻前左轮电机控制器输入端母线电流，n3 (i)为前左 轮驱动电机的转速；
[0044] 通过公式：
[0046]计算获得后左轮驱动电机的实时效率ru+Ki)，其中，Pin,4(i)为后左驱动电机i时 亥IJ的输入功率，Pcmt, 4⑴为后左驱动电机i时刻的输出功率，U4⑴为i时刻驱动后左驱动电 机控制器的输入端母线电压，l4(i)为i时刻后左驱动电机控制器输入端母线电流，n4(i)为 后左轮驱动电机的转速；
[0047] 通过公式：
[0049]计算获得四个驱动电机实时总效率，将k = kl带入公式(5)，获得i时刻转矩分配系 数k = kl时的实时总效率值nl = n(kl) ;k = k2分别带入公式(5)，获得i时刻转转矩分配系数 k=kl时的实时总效率值n2=n(k2)。
【主权项】
1. 一种分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制的方法，其特征在于，该方法的具体步 骤为： 步骤一、采用车速传感器测量电动汽车的实时速度，采用转速传感器检测电动汽车的 四个驱动电机的转速，采用加速踏板信号处理模块检测电动汽车加速踏板开度模拟量信 号； 步骤二、利用步骤一采集的电动汽车的实时速度、四个驱动电机的转速和加速踏板开 度模拟量信号，计算获取电动汽车四个驱动电机的目标总转矩TtOtal; 步骤三、设定最优转矩分配系数矩阵W，（i，j)为系数矩阵W的坐标，W的纵坐标为电动汽 车四个驱动电机的总转矩，W的横坐标为电动汽车的速度，W内元素为转矩优化分配系数，坐 标上4个相邻节点围成的区域为矩阵网格，在矩阵W中查找步骤二获得的电动汽车四个驱动 电机的目标总转矩Ttotal和电动汽车的实时速度所对应的矩阵网格Q i,」，所述矩阵网格Qi, j 的 4 个节点分别为 ki-i,j、ki+i,j、ki,j-1 和 ki,j+i; 判断矩阵网格Qi,j的4个节点ki-i,j、ki+i,j、ki,j-1和ki,j+i的数值是否为空，若ki-i,j、ki+i,j、 kndPkuu中任一节点数值为空，则执行步骤五，否则，执行步骤四； 步骤四、计算矩阵网格Qu的4个节点的数值的平均值，获得步 骤二获得的电动汽车四个驱动电机的目标总转矩Ttotal和电动汽车的实时速度所对应的 数值k，按数值k将总转矩分配给四个驱动电机，控制四个驱动电机输出目标转矩，实现分布 式驱动电动汽车实时转矩优化控制； 步骤五、采用搜索法搜索步骤二获得的电动汽车四个驱动电机的目标总转矩Ttotal和 电动汽车的实时速度所对应的转矩优分配系数k，按k将总转矩Ttotal分配给四个驱动电 机，控制四个驱动电机输出目标转矩，并将数值k赋值给矩阵W内的电动汽车四个驱动电机 的目标总转矩Ttotal和电动汽车的实时速度所对应的矩阵网格Q i, j的4个节点ki-uAi+l， j、ki, j-1和ki, j+i上，返回执行步骤一。2. 根据权利要求1所述的一种分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制的方法，其特征 在于，搜索法的具体步骤为： 步骤五一、根据电动汽车的实时速度信号和加速踏板开度模拟量信号计算分布式驱动 电动汽车实时目标总转矩Ttotal;设定转矩优化分配系数k，k为前轴电机转矩与实时目标 总转矩Ttotal的比，k的初始化搜索区间[a，b] = [0，1 ]，搜索比例X，且x〈 1，搜索收敛精度为 ε； 步骤五二、按转矩分配系数k = lu = a+X · (b-a)计算前轴两个驱动电机实时输出的目标 总转矩;平均分配所述前轴两个驱动电机实时输出的目标总转矩，获得转矩分配系数k = kl 时前轴单个驱动电机实时输出的目标转矩； 按转矩分配系数（1-kl)计算后轴两个驱动电机实时输出目标总转矩，平均分配所述后 轴两个驱动电机实时输出目标总转矩，获得转矩分配系数k = kl时后轴单个驱动电机实时 输出的目标转矩； 按转矩分配系数k = k2 = a+(l_x) X (b-a)，计算前轴两个驱动电机实时输出目标转矩， 平均分配所述前轴两个驱动电机实时输出的目标总转矩，获得转矩分配系数k = k2时前轴 单个驱动电机实时输出的目标转矩； 按分配系数（l_k2)计算后轴两个驱动电机实时输出目标转矩，平均分配所述后轴两个 驱动电机实时输出目标总转矩，获得转矩分配系数k = k2时后轴单个驱动电机实时输出的 目标转矩； 步骤五三、利用步骤五二获得的k = kl时，四个驱动电机实时输出的目标转矩和k = k2 时，四个驱动电机实时输出的目标转矩，计算四个驱动电机实时输出的目标转矩，结合四个 驱动电机输入端总线电压、总线电流及输出转速，计算转矩分配系数k=kl和转矩分配系数 k = k2时，四个驱动电机的实时输入功率、实时输出功率及效率； 步骤五四、根据步骤五三获得的四个驱动电机的实时输入功率、实时输出功率及效率， 计算四个驱动电机输入总功率和输出总功率，并根据四个驱动电机输入总功率和输出总功 率计算转矩分配系数k=kl时的实时总效率值nl=n(kl)和转矩分配系数k = kl时的实时总 效率值n2 = n(k2); 步骤五五、对步骤五四计算获得的转矩分配系数k=ki时的实时总效率值qi=n(ki)和 转矩分配系数k = kl时的实时总效率值n2 = n (k2)进行比较； 当nl〈n2时，a = kl，kl=k2，nl=rl2，k2 = a+(l-x) X (b-a);计算实时总效率值n2 = n (k2)，执行步骤五六； 当111彡112时，匕=1^2，1^2 = 1^1，112 = 111，1^1=3+叉.（13-3)，计算实时总效率值111=11(1^1)， 执行步骤五六； 步骤五六、对转矩分配系数k搜索区间[a，b]进行收敛判定，若I a-b I <ε，则结束搜索，前 右轮驱动电机和前左轮驱动电机输出转矩为Tl-l = T3-l = k · Ttotal/2,后右轮驱动电机 和后左轮驱动电机输出转矩为T2-l = T4-l = (l-k) · Ttotal/2,获得电动汽车四个驱动电 机转矩的最优分配系数，否则，返回执行第五五。3.根据权利要求2所述的一种分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制的方法，其特征 在于，步骤五四根据四个驱动电机输入总功率和输出总功率计算转矩分配系数k = kl时的 实时总效率值ni=n(ki)和转矩分配系数k=ki时的实时总效率值n2=n(k2)的具体方法 为： 通过公式：计算获得前右轮驱动电机实时效率ni_i(i)，其中，Pin,I(i)为前右轮驱动电机i时刻的输 入功率，Pcmt,Ki)为前右轮驱动电机i时刻的输出功率，UKi)为i时刻驱动前右轮电机控制 器输入端母线电压，Ii(i)为i时刻前右轮电机控制器输入端母线电流，k为前轴转矩分配系 数，m (i)为前右轮驱动电机的转速； 通过公式：计算获得后右轮驱动电机实时效率n2」（i)，其中，Pm,2(i)为后右轮驱动电机i时刻的输 入功率，Pcmt,2(i)为后右轮驱动电机i时刻的输出功率，u2(i)为i时刻驱动后右轮电机控制 器输入端母线电压，I2(i)为i时刻后右轮电机控制器输入端母线电流，Ι-k为后轴转矩分配 系数，n 2(i)为后右轮驱动电机的转速； 通过公式：计算获得前左轮驱动电机实时效率Π 3_1 ( i )，其中，Pin, 3 (i)为前左轮驱动电机i时刻的输 入功率，Pcmt,3(i)为前左轮驱动电机i时刻的输出功率，U3(i)为i时刻驱动前左轮电机控制 器输入端母线电压，l3(i)为i时刻前左轮电机控制器输入端母线电流，n 3(i)为前左轮驱动 电机的转速； 通过公式：计算获得后左轮驱动电机的实时效率n4」(i)，其中，Pin,4(i)为后左驱动电机i时刻的输 入功率，Pcmt, 4 (i)为后左驱动电机i时刻的输出功率，U4 (i)为i时刻驱动后左驱动电机控制 器的输入端母线电压，l4(i)为i时刻后左驱动电机控制器输入端母线电流，n4(i)为后后左 轮驱动电机的转速； 通过公式：计算获得四个驱动电机实时总效率，将k = kl带入公式(5)，获得i时刻转矩分配系数k =kl时的实时总效率值nl=n(kl) ;k = k2分别带入公式(5)，获得i时刻转转矩分配系数k = k 1时的实时总效率值n2 = n(k2)。
【文档编号】B60L15/38GK106004523SQ201610586779
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】杜玖玉, 欧阳明高, 高明明, 李建秋, 卢兰光
【申请人】清华大学