CN104210383A - 一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法及系统，所述方法包括以下步骤：1)实时采集的驾驶员操作行为信号及车辆行驶参数，对所采集的数据进行数据预处理后保存；2)根据步骤1)所采集的数据识别当前驾驶员的驾驶意图；3)根据驾驶意图识别结果采用相应的控制策略进行控制，并根据控制策略向各驱动电机发出转矩控制指令；所述系统包括依次连接的数据采集模块、驾驶意图识别模块和转矩分配控制模块。与现有技术相比，本发明能够根据驾驶员的驾驶意图如一般加速、急加速、转弯行驶等合理地进行四轮转矩分配，提高整车的能量利用率，同时，该系统还能提高车辆在极限工况的行驶稳定性，充分发挥独立驱动的优势。

Description

一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种四轮独立驱动电动汽车控制技术，尤其是涉及一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法及系统。

背景技术

汽车的广泛应用为人类社会的进步起到了重大推动作用，但同时也带来了全球性的大气污染及能源短缺问题，改善汽车排放性能并降低其能源消耗是包括我国在内的全球各国迫切需要解决的课题。而纯电动汽车、混合动力电动汽车及燃料电池汽车是新型节能汽车技术发展的主流方向。较之前电动汽车将电机作为驱动机构，并带有电力驱动管理系统的一般电动车结构，出现了集成度非常高的电动汽车。采用电机直接驱动车轮的驱动型式去掉了传统的汽车的传动系统，使整车的结构得到简化，各轮的驱动力仅通过驱动电机就可实现独立控制，因此，也叫做独立驱动电动车。独立驱动技术是纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池汽车通用的驱动技术平台。由于转矩独立可控，因此，给整车驱动转矩控制带来更大空间。

整车及驱动轮的转矩需求和车辆的行驶状态有关，车辆的行驶状态是由驾驶员的驾驶意图所决定的。根据驾驶员的操纵信号辨识当前的驾驶意图，并预测下一时间段的驾驶行为，然后根据驾驶意图和行为对车辆进行实时控制，是汽车主动控制系统的一项关键技术。对于独立驱动来说，根据整车的行驶状态和驾驶员的行为，正确识别驾驶员的驾驶意图，根据驾驶意图进行各驱动轮转矩合理分配，才能使整车各项性能如动力性、经济型和稳定性更为优越。

国内外研究者对车辆转矩分配控制方面做了大量的研究，提出了多种动力学控制方法，如直接横摆力矩控制、基于目标优化的转矩分配等，并开发了各种辅助控制系统，在汽车上得到了较好的应用，如ABS，ESP等。

但是目前的专利或产品很少有结合驾驶员意图的转矩分配控制，特别是基于驾驶意图的动力学集成控制，因此对汽车的控制策略不能较好的响应驾驶员的要求。同时，由于现有产品对驾驶意图识别不够准确，导致相应的辅助控制系统发出与驾驶员真实意图相异的干预或

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高整车能量利用率、成本低、简单的四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法，该方法包括以下步骤：

1)实时采集的驾驶员操作行为信号及车辆行驶参数，对所采集的数据进行数据预处理后保存；

2)根据步骤1)所采集的数据识别当前驾驶员的驾驶意图；

3)根据驾驶意图识别结果采用相应的控制策略进行控制，并根据控制策略向各驱动电机发出转矩控制指令。

所述的步骤1)中采集的数据包括加速踏板开度、加速踏板开度变化率、车速、加速度、方向盘转角、车轮转角和横摆角速度。

所述的步骤1)中，数据预处理包括单位的转换和异常数据的剔除。

所述的步骤2)中，驾驶意图的识别具体为：将步骤1)采集的数据输入用于识别驾驶意图的模糊控制器中，模糊控制器根据预先设定的模糊推理规则和隶属函数输出驾驶意图识别结果。

所述的模糊控制器的模糊推理规则和隶属函数由神经网络优化获得。

所述的驾驶意图识别结果包括平缓加速、一般加速、紧急加速、低速巡航、高速巡航和转向行驶。

所述的步骤3)具体为：

a)当驾驶意图识别结果为缓慢加速时，控制策略为整车采用后轮驱动方式，且转矩平均分配，整车总需求转矩为：

T_总＝λ·K·T_max

其中，T_总为整车总需求转矩，λ为调整系数，λ＝0.8～1.0，K为加速踏板开度，T_max为电机所能提供的最大转矩；

后轮驱动电机所分配的转矩为：

T_rr＝T_rl＝0.5T_总

其中，T_rr、T_rl分别为左后轮、右后轮的驱动电机所分配的转矩值；

b)当驾驶意图识别结果为一般加速时，控制策略为整车采用后轮驱动方式，转矩平均分配：

T_总＝K·T_max

T_rr＝T_rl＝0.5T_总

；

c)当驾驶意图识别结果为紧急加速时，控制策略如下：

c1)计算整车总需求转矩：

T_总＝K·T_max+T_e

$T_e={\mathrm{\λ}}_{p}e+{\mathrm{\λ}}_i\∫\mathrm{edt}+{\mathrm{\λ}}_d\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}}$

其中，T_e为附加补偿转矩，采用PID控制获得，λ_p、λ_i、λ_d分别为比例、积分、微分控制系数，e为当前输出转矩与参考需求转矩的差值；

c2)采用四轮驱动方式，以整车稳定性为目标，计算各驱动轮所分配转矩的最优值，具体为：

设定控制目标函数为： $\min J=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{F_{\mathrm{xi}}^2(1+\frac{C_f^2{\mathrm{\α}}_i^2}{C_r^2{s}^2})}{{\mathrm{\μ}}_i^2{F}_{\mathrm{zi}}^2}$

其中，F_xi和F_zi分别为车轮的纵向力和垂直载荷，μ_i为车轮与路面之间的峰值附着系数，C_f、C_r、α_i和s分别为轮胎的侧偏刚度、纵向刚度、侧偏角和滑转率，i＝1，2，3，4，分别表示左前轮、右前轮、左后轮和右后轮；

设定约束条件如下：

T_i＞0，i＝fl，fr，rl，rr

T_fl+T_fr+T_rl+T_rr＝T_总

|T_i|≤min(μ_iF_zir_w，|T_max|)

其中，fl，fr，rl，rr分别表示左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，r_w为轮胎滚动半径；

根据控制目标函数和约束条件计算各轮驱动电机所分配的转矩；

d)当驾驶意图识别结果为低速巡航时，控制策略为：以整车经济性为目标进行转矩分配，并采用后轮驱动方式，具体为：

设定控制目标函数为： $\underset{T_i}{\min }f=\frac{k_{\mathrm{rl}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{rl}},n_{\mathrm{rl}})}+\frac{k_{\mathrm{rr}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{rr}},n_{\mathrm{rr}})}$

其中，k_i为单个驱动电机转矩值占当前整车总需求转矩的比例，i＝fl，fr，rl，rr，n_i为驱动电机转速，η为驱动电机在当前转矩和转速下的效率；

设定约束条件如下：

T_i＞0

T_rl+T_rr＝K·T_max

根据控制目标函数和约束条件计算后轮驱动电机所分配的转矩；

e)当驾驶意图识别结果为高速巡航时，控制策略为：以整车经济性为目标进行转矩分配，并采用四轮驱动方式，具体为：

设定控制目标函数为： $\underset{T_i}{\min }f=\frac{k_{\mathrm{fl}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{fl}},n_{\mathrm{fl}})}+\frac{k_{\mathrm{fr}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{fr}},n_{\mathrm{fr}})}+\frac{k_{\mathrm{rl}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{rl}},n_{\mathrm{rl}})}+\frac{k_{\mathrm{rr}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{rr}},n_{\mathrm{rr}})}$

设定约束条件如下：

T_i＞0

T_fl+T_fr+T_rl+T_rr＝K·T_max

$\frac{(T_{\mathrm{fr}}-T_{\mathrm{fl}})d_f}{r_w}+\frac{(T_{\mathrm{rr}}-T_{\mathrm{rl}})d_r}{r_w}=T_{\mathrm{yaw}}$

${\left(\frac{T_{\mathrm{fl}}/r_w}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{fl}}{F}_{\mathrm{zfl}}}\right)}^2+{\left(\frac{T_{\mathrm{rl}}/r_w}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{fr}}{F}_{\mathrm{zfr}}}\right)}^2\≥{\left(\frac{T_{\mathrm{rl}}/r_w}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{rl}}{F}_{\mathrm{zrl}}}\right)}^2+{\left(\frac{T_{\mathrm{rr}}/r_w}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{rr}}{F}_{\mathrm{zrr}}}\right)}^2$

其中，T_yaw为稳定车辆所需要的横摆力矩值，d_r为车辆后轮轮距，d_f为车辆前轮轮距；

根据控制目标函数和约束条件计算各轮驱动电机所分配的转矩；

f)当驾驶意图识别结果为转向行驶时，控制策略为：以整车转向稳定性为目标，通过控制横摆角速度进行转矩分配，并采用前轮驱动方式，具体为：

T_总＝K·T_max

其中，“+”表示右转，“-”表示左转，T_r为左右驱动轮的转矩差，采用PID控制得到：

$T_r={\mathrm{\λ}}_{\mathrm{pl}}{e}_r+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{il}}\∫e_r\mathrm{dt}+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dl}}\frac{{\mathrm{de}}_r}{\mathrm{dt}}$

其中，λ_pl、λ_il、λ_dl分别为此时PID的比例、积分、微分控制系数，e_r＝r-r_d，r为实际横摆角速度，通过横摆角速度传感器得到，r_d为理想横摆角速度。

所述的转向行驶包括右转和左转，当汽车右转时，右侧车轮为内轮，则驱动电机的输出功率为：

其中，v_o为基准车速，即汽车后轴的中点速度，δ_in为内轮转角，δ_out为外轮转角；

当汽车右转时，右侧车轮为内轮，则驱动电机的输出功率为：

一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制系统，包括：

数据采集模块，用于实时采集、处理并保存驾驶员操作行为信号及车辆行驶参数；

驾驶意图识别模块，用于根据数据采集模块中保存的数据识别当前驾驶员的驾驶意图；

转矩分配控制模块，用于根据驾驶意图识别模块的识别结果采用相应的控制策略向各电机控制器发出转矩控制指令。

所述的数据采集模块包括数据处理器及与数据处理器连接的车速传感器、汽车加速度传感器、加速踏板开度传感器、加速踏板开度变化率传感器、方向盘转角传感器、车轮转角传感器、横摆角速度传感器和数据存储器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明能够根据驾驶员的驾驶意图如一般加速、急加速、转弯行驶等合理地进行四轮转矩分配，提高整车的能量利用率，同时，该系统还能提高车辆在极限工况的行驶稳定性，充分发挥独立驱动的优势。

2、本发明以较低的成本，简单的系统结构实现电动汽车高效、安全地行驶，有效避开ESP系统为国外少数公司垄断的技术壁垒。

3、本发明通过识别不同的驾驶员意图对汽车进行多种更加合理而有效的动力学控制，实现了多目标多任务的集成控制系统，对汽车高效安全运行乃至智能汽车的发展有着重要的意义。

附图说明

图1为本发明控制系统的结构示意图；

图2为本发明控制方法的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-图2所示，本发明实施例提供的四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制系统，包括依次连接的数据采集模块1、驾驶意图识别模块2和转矩分配控制模块3，其中，数据采集模块1包括数据处理器及与数据处理器连接的车速传感器、汽车加速度传感器、加速踏板开度传感器、加速踏板开度变化率传感器、方向盘转角传感器、车轮转角传感器、横摆角速度传感器和数据存储器，用于实时采集、提取、处理并保存驾驶员操作行为信号及车辆行驶参数；驾驶意图识别模块2根据数据采集模块中保存的数据，通过模糊推理方法识别当前驾驶员的驾驶意图；转矩分配控制模块3用于根据驾驶意图识别模块的识别结果采用相应的控制策略向各电机控制器发出转矩控制指令，控制策略包括整车总需求转矩的计算和各轮驱动电机的转矩分配，转矩控制指令包括电机开关指令、转矩输出指令、调速指令和功率输出指令。

本发明中的优化分配控制由车载软件计算出相应的目标分配转

数据采集模块1采集的数据包括加速踏板开度、加速踏板开度变化率、车速、加速度、方向盘转角、车轮转角和横摆角速度等。采集的数据分段存储，采样周期为0.01s，数据分段为0.1s，每段存储数据为该时间段内的平均值。为了便于识别和存储，将采集到的数据进行预处理，包括单位的转换和异常数据的剔除。其中单位的转换包括将方向盘转角由弧度制表示转化为角度制表示，车速由m/s转化km/h。运用改进的Nair检验法，剔除异常数据。最后将处理后的数据存储到相应的数据存储器。

驾驶意图识别模块2对驾驶意图的识别具体为：将采集的数据输入用于识别驾驶意图的模糊控制器中，模糊控制器根据预先设定的模糊推理规则和隶属函数输出驾驶意图识别结果。

所述的模糊控制器的设计具体为：通过大量实车运行数据进行统计分析，制定模糊推理规则，建立模糊控制器，并对识别参数用神经网络方法进行离线训练优化，建立了驾驶意图识别模型，其输出的隶属度最大的驾驶意图作为模块识别的驾驶意图。

驾驶意图识别模块2从数据存储器中读取处理后的识别参数，输入到模糊控制器中，并将输入参数模糊化，即将输入参数根据其范围分为不同的等级，其中，加速踏板开度、加速踏板开度变化率分为：“小”、“中”、“大”三个级别，车速分为“低”、“高”两级，汽车加速度和方向盘转角分为“负”、“零”、“正”三级。

将车速大于60km/h左右时可认为是高速；将加速踏板开度用最大行程的百分比表示，变化范围为[0，1]，开度为0.5左右时为“中”；加速踏板开度变化率变化范围为[0，10]，开度变化率为2左右时为“中”，单位为开度/s；汽车加速度变化范围为[-1，1]，单位为m/s²，加速度绝对值小于0.1m/s²时定为“零”，大于0.1m/s²时为“正”，其余为负；方向盘转角变化范围因车而异，当转角在-15°和15°以内时定为“零”，正负号表示左转和右转，大于15°时为正，其余为负。

前述模糊控制器也是依照以上所述建立，其中建立了各个参数的隶属度函数，并采用神经网路对大量实车运行数据进行训练优化，对隶属函数进行适当的修正，以提高识别的准确性。

模糊化的数据经过模糊推理产生模糊化结果，再经反模糊化输出可以表征的具体的驾驶意图。

将驾驶意图识别模型输出的驾驶意图与实际情况相比较，针对识别不够准确的驾驶工况，对模糊推理规则和隶属函数做适当修正。由于不同的汽车类型和性能有所差异，将一部分输入的模糊化数据存储用作训练数据，对模糊控制器的识别可靠性进行优化，并通过不断采集的数据进行验证，通过不断调整，提高适用于特定汽车的驾驶意图识别准确性，最后输出可靠的驾驶意图。

所述的驾驶意图识别结果包括平缓加速、一般加速、紧急加速、低速巡航、高速巡航和转向行驶。整车控制单元根据驾驶意图识别结果及车辆状态信息，确定相应的转矩分配控制策略，与平缓加速、一般加速、紧急加速、低速巡航、高速巡航和转向行驶相对应的控制策略分别为：平缓加速控制策略、一般加速控制策略、紧急加速控制策略、低速巡航控制策略、高速巡航控制策略、转向行驶控制策略。具体控制方式为：

a)当驾驶意图识别结果为缓慢加速时，控制策略为整车采用后轮驱动方式，且转矩平均分配，整车总需求转矩为：

T_总＝λ·K·T_max            (1)

其中，T_总为整车总需求转矩，λ为调整系数，λ＝0.8～1.0，K为加速踏板开度，T_max为电机所能提供的最大转矩；

后轮驱动电机所分配的转矩为：

T_rr＝T_rl＝0.5T_总               (2)

其中，T_rr、T_rl分别为左后轮、右后轮的驱动电机所分配的转矩值。

b)当驾驶意图识别结果为一般加速时，控制策略为整车采用后轮驱动方式，转矩平均分配：

T_总＝K·T_max           (3)

T_rr＝T_rl＝0.5T_总                 (4)

c)当驾驶意图识别结果为紧急加速时，控制策略如下：

c1)计算整车总需求转矩：

T_总＝K·T_max+T_e            (5)

$T_e={\mathrm{\λ}}_{p}e+{\mathrm{\λ}}_i\∫\mathrm{edt}+{\mathrm{\λ}}_d\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}}---\left(6\right)$

其中，T_e为附加补偿转矩，采用PID控制获得，λ_p、λ_i、λ_d分别为比例、积分、微分控制系数，e为当前输出转矩与参考需求转矩的差值，参考需求转矩由车辆参考模型获得的；

c2)采用四轮驱动方式，即

T_fl+T_fr+T_rl+T_rr＝T_总              (7)

以整车稳定性为目标，计算各驱动轮所分配转矩的最优值，具体为：

设定控制目标函数为： $\min J=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{F_{\mathrm{xi}}^2(1+\frac{C_f^2{\mathrm{\α}}_i^2}{C_r^2{s}^2})}{{\mathrm{\μ}}_i^2{F}_{\mathrm{zi}}^2}---\left(8\right)$

其中，F_xi和F_zi分别为车轮的纵向力和垂直载荷，μ_i为车轮与路面之间的峰值附着系数，C_f、C_r、α_i和s分别为轮胎的侧偏刚度、纵向刚度、侧偏角和滑转率，i＝1，2，3，4，分别表示左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，且：

$F_{\mathrm{zi}}=\frac{m({\mathrm{gl}}_j-a_x{h}_g)}{2(l_r+l_f)}+\frac{{(-1)}^{i}m{h}_g{l}_j{a}_y}{d_f(l_r+l_f)}---\left(9\right)$

其中，m为整车质量，l_j为质心到前轴(求前轮载荷时)或后轴(求后轮载荷时)的距离；h_g为车体质心高度d_f为轮距a_x、a_y分别为车体横、纵向加速度；

$s=\frac{\mathrm{\ωr}-v}{\mathrm{\ωr}}---\left(10\right)$

其中，ω为车轮角速度，v为车轮中心速度，r为车轮半径，滑转率可由安装与车上的滑转率传感器得到；

设定约束条件如下：

T_i＞0，i＝fl，fr，rl，rr              (11)

T_fl+T_fr+T_rl+T_rr＝T_总             (12)

|T_i|≤min(μ_iF_zir_w，|T_max|)        (13)

其中，fl，fr，rl，rr分别表示左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，r_w为轮胎滚动半径；

根据控制目标函数和约束条件计算各轮驱动电机所分配的转矩。

d)当驾驶意图识别结果为低速巡航时，控制策略为：以整车经济性为目标进行转矩分配，并采用后轮驱动方式，转矩分配为：

T_fl＝T_fr＝0               (14)

T_rl+T_rr＝K·T_max              (15)

设定控制目标函数为： $\underset{T_i}{\min }f=\frac{k_{\mathrm{rl}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{rl}},n_{\mathrm{rl}})}+\frac{k_{\mathrm{rr}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{rr}},n_{\mathrm{rr}})}---\left(16\right)$

其中，k_i为单个驱动电机转矩值占当前整车总需求转矩的比例，i＝fl，fr，rl，rr，n_i为驱动电机转速，η为驱动电机在当前转矩和转速下的效率；

设定约束条件如下：

T_i＞0                     (17)

T_rl+T_rr＝K·T_max             (18)

根据控制目标函数和约束条件计算后轮驱动电机所分配的转矩。

e)当驾驶意图识别结果为高速巡航时，控制策略为：以整车经济性为目标进行转矩分配，并采用四轮驱动方式，具体为：

设定控制目标函数为： $\underset{T_i}{\min }f=\frac{k_{\mathrm{fl}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{fl}},n_{\mathrm{fl}})}+\frac{k_{\mathrm{fr}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{fr}},n_{\mathrm{fr}})}+\frac{k_{\mathrm{rl}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{rl}},n_{\mathrm{rl}})}+\frac{k_{\mathrm{rr}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{rr}},n_{\mathrm{rr}})}---\left(19\right)$

设定约束条件如下：

T_i＞0               (20)

T_fl+T_fr+T_rl+T_rr＝K·T_max         (21)

$\frac{(T_{\mathrm{fr}}-T_{\mathrm{fl}})d_f}{r_w}+\frac{(T_{\mathrm{rr}}-T_{\mathrm{rl}})d_r}{r_w}=T_{\mathrm{yaw}}---\left(22\right)$

${\left(\frac{T_{\mathrm{fl}}/r_w}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{fl}}{F}_{\mathrm{zfl}}}\right)}^2+{\left(\frac{T_{\mathrm{rl}}/r_w}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{fr}}{F}_{\mathrm{zfr}}}\right)}^2\≥{\left(\frac{T_{\mathrm{rl}}/r_w}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{rl}}{F}_{\mathrm{zrl}}}\right)}^2+{\left(\frac{T_{\mathrm{rr}}/r_w}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{rr}}{F}_{\mathrm{zrr}}}\right)}^2---\left(23\right)$

其中，T_yaw为稳定车辆所需要的横摆力矩值，d_r为车辆后轮轮距，d_f为车辆前轮轮距；

根据控制目标函数和约束条件计算各轮驱动电机所分配的转矩。

f)当驾驶意图识别结果为转向行驶时，控制策略为：以整车转向稳定性为目标，通过控制横摆角速度进行转矩分配，并采用前轮驱动方式，具体为：

T_总＝K·T_max             (24)

其中，“+”表示右转，“-”表示左转，T_r为左右驱动轮的转矩差，采用PID控制得到：

$T_r={\mathrm{\λ}}_{\mathrm{pl}}{e}_r+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{il}}\∫e_r\mathrm{dt}+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dl}}\frac{{\mathrm{de}}_r}{\mathrm{dt}}---\left(27\right)$

其中，λ_pl、λ_il、λ_dl分别为此时PID的比例、积分、微分控制系数。

e_r＝r-r_d                (28)

r为实际横摆角速度，通过横摆角速度传感器得到，r_d为理想横摆角速度，通过理想模型(参考模型)得到：

$r_d=\frac{v_x}{l+\frac{\mathrm{mv}}{l}(\frac{l_r}{C_f}-\frac{l_f}{C_r})}{\mathrm{\δ}}_i---\left(29\right)$

其中，v_x为纵向车速，l_f为前轴至汽车质心的距离，l_r为后轴至汽车质心的距离，l为汽车轴距，l＝l_f+l_rm为汽车质量，δ_i为方向盘转角，C_f前轮侧偏刚度，C_r为后轮侧偏刚度。

由于转向时内外两侧转向轮的转速不同，即外侧车轮的转速大于内侧车轮的转速，因此必须考虑差速的问题。

内外两侧转向轮(这里指前轮)的转向线速度为：

v_o为基准车速，即汽车后轴的中点速度，δ_m为内轮转角，δ_out为外轮转角。

转向行驶包括右转和左转，当汽车右转时，右侧车轮为内轮，则驱动电机的输出功率为：

当汽车右转时，右侧车轮为内轮，则驱动电机的输出功率为：

本发明中的优化分配控制由车载软件计算出相应的目标分配转矩，并由控制分配器实施转矩分配。在优化分配转矩的计算中，需要的电机性能参数及效率参数存储在相应的存储器中，不同转矩和转速对应的效率可通过查表方式获得。存储器中存储的数据还包括汽车结构参数及轮胎性能参数。在相应的计算中，采取直接调用相关数据进行计算。

各电机响应电机控制器发出的信号，输出相应的转矩和功率。

转矩分配控制模块中的PID控制为现有成熟技术，关于如何实现在此不再赘述。

本发明不限于上述示例，可进行各种改变。

Claims (10)

1.一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)实时采集的驾驶员操作行为信号及车辆行驶参数，对所采集的数据进行数据预处理后保存；

2)根据步骤1)所采集的数据识别当前驾驶员的驾驶意图；

3)根据驾驶意图识别结果采用相应的控制策略进行控制，并根据控制策略向各驱动电机发出转矩控制指令。

2.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中采集的数据包括加速踏板开度、加速踏板开度变化率、车速、加速度、方向盘转角、车轮转角和横摆角速度。

3.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中，数据预处理包括单位的转换和异常数据的剔除。

4.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法，其特征在于，所述的步骤2)中，驾驶意图的识别具体为：将步骤1)采集的数据输入用于识别驾驶意图的模糊控制器中，模糊控制器根据预先设定的模糊推理规则和隶属函数输出驾驶意图识别结果。

5.根据权利要求4所述的一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法，其特征在于，所述的模糊控制器的模糊推理规则和隶属函数由神经网络优化获得。

6.根据权利要求1或4所述的一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法，其特征在于，所述的驾驶意图识别结果包括平缓加速、一般加速、紧急加速、低速巡航、高速巡航和转向行驶。

7.根据权利要求6所述的一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法，其特征在于，所述的步骤3)具体为：

a)当驾驶意图识别结果为缓慢加速时，控制策略为整车采用后轮驱动方式，且转矩平均分配，整车总需求转矩为：

T_总＝λ·K·T_max

其中，T_总为整车总需求转矩，λ为调整系数，λ＝0.8～1.0，K为加速踏板开度，T_max为电机所能提供的最大转矩；

后轮驱动电机所分配的转矩为：

T_rr＝T_d＝0.5T_总

其中，T_rr、T_rl分别为左后轮、右后轮的驱动电机所分配的转矩值；

b)当驾驶意图识别结果为一般加速时，控制策略为整车采用后轮驱动方式，转矩平均分配：

T_总＝K·T_max

T_rr＝T_rl＝0.5T_总

；

c)当驾驶意图识别结果为紧急加速时，控制策略如下：

c1)计算整车总需求转矩：

T_总＝K·T_max+T_e

$T_e={\mathrm{\λ}}_{p}e+{\mathrm{\λ}}_i\∫\mathrm{edt}+{\mathrm{\λ}}_d\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}}$

其中，T_e为附加补偿转矩，采用PID控制获得，λ_p、λ_i、λ_d分别为比例、积分、微分控制系数，e为当前输出转矩与参考需求转矩的差值；

c2)采用四轮驱动方式，以整车稳定性为目标，计算各驱动轮所分配转矩的最优值，具体为：

设定控制目标函数为： $\min J=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{F_{\mathrm{xi}}^2(1+\frac{C_f^2{\mathrm{\α}}_i^2}{C_r^2{s}^2})}{{\mathrm{\μ}}_i^2{F}_{\mathrm{zi}}^2}$

其中，F_xi和F_zi分别为车轮的纵向力和垂直载荷，μ_i为车轮与路面之间的峰值附着系数，C_f、C_r、α_i和_s分别为轮胎的侧偏刚度、纵向刚度、侧偏角和滑转率，i＝1，2，3，4，分别表示左前轮、右前轮、左后轮和右后轮；

设定约束条件如下：

T_i＞0，i＝fl，fr，rl，rr

T_fl+T_fr+T_fl+T_rr＝T_总

|T_i|≤min(μ_iF_zir_w，|T_max|)

其中，fl，fr，rl，rr分别表示左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，r_w为轮胎滚动半径；

根据控制目标函数和约束条件计算各轮驱动电机所分配的转矩；

d)当驾驶意图识别结果为低速巡航时，控制策略为：以整车经济性为目标进行转矩分配，并采用后轮驱动方式，具体为：

设定控制目标函数为： $\underset{T_i}{\min }f=\frac{k_{\mathrm{rl}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{rl}},n_{\mathrm{rl}})}+\frac{k_{\mathrm{rr}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{rr}},n_{\mathrm{rr}})}$

其中，k_i为单个驱动电机转矩值占当前整车总需求转矩的比例，i＝fl，fr，rl，rr，n_i为驱动电机转速，η为驱动电机在当前转矩和转速下的效率；

设定约束条件如下：

T_i＞0

T_rl+T_rr＝K·T_max

根据控制目标函数和约束条件计算后轮驱动电机所分配的转矩；

e)当驾驶意图识别结果为高速巡航时，控制策略为：以整车经济性为目标进行转矩分配，并采用四轮驱动方式，具体为：

设定控制目标函数为： $\underset{T_i}{\min }f=\frac{k_{\mathrm{fl}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{fl}},n_{\mathrm{fl}})}+\frac{k_{\mathrm{fr}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{fr}},n_{\mathrm{fr}})}+\frac{k_{\mathrm{rl}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{rl}},n_{\mathrm{rl}})}+\frac{k_{\mathrm{rr}}}{\mathrm{\η}(T_{\mathrm{rr}},n_{\mathrm{rr}})}$

设定约束条件如下：

T_i＞0

T_fl+T_fr+T_rl+T_rr＝K·T_max

$\frac{(T_{\mathrm{fr}}-T_{\mathrm{fl}})d_f}{r_w}+\frac{(T_{\mathrm{rr}}-T_{\mathrm{rl}})d_r}{r_w}=T_{\mathrm{yaw}}$

${\left(\frac{T_{\mathrm{fl}}/r_w}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{fl}}{F}_{\mathrm{zfl}}}\right)}^2+{\left(\frac{T_{\mathrm{rl}}/r_w}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{fr}}{F}_{\mathrm{zfr}}}\right)}^2\≥{\left(\frac{T_{\mathrm{rl}}/r_w}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{rl}}{F}_{\mathrm{zrl}}}\right)}^2+{\left(\frac{T_{\mathrm{rr}}/r_w}{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{rr}}{F}_{\mathrm{zrr}}}\right)}^2$

其中，T_yaw为稳定车辆所需要的横摆力矩值，d_r为车辆后轮轮距，d_f为车辆前轮轮距；

根据控制目标函数和约束条件计算各轮驱动电机所分配的转矩；

f)当驾驶意图识别结果为转向行驶时，控制策略为：以整车转向稳定性为目标，通过控制横摆角速度进行转矩分配，并采用前轮驱动方式，具体为：

T_总＝K·T_max

其中，“+”表示右转，“-”表示左转，T_r为左右驱动轮的转矩差，采用PID控制得到：

$T_r={\mathrm{\λ}}_{\mathrm{pl}}{e}_r+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{il}}\∫e_r\mathrm{dt}+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dl}}\frac{{\mathrm{de}}_r}{\mathrm{dt}}$

其中，λ_pl、λ_il、λ_dl分别为此时PID的比例、积分、微分控制系数，e_r＝r-r_d，r为实际横摆角速度，通过横摆角速度传感器得到，r_d为理想横摆角速度。

8.根据权利要求7所述的一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法，其特征在于，所述的转向行驶包括右转和左转，当汽车右转时，右侧车轮为内轮，则驱动电机的输出功率为：

其中，v_o为基准车速，即汽车后轴的中点速度，δ_in为内轮转角，δ_out为外轮转角；

当汽车右转时，右侧车轮为内轮，则驱动电机的输出功率为：

9.一种实现如权利要求7所述的四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制方法的系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于实时采集、处理并保存驾驶员操作行为信号及车辆行驶参数；

驾驶意图识别模块，用于根据数据采集模块中保存的数据识别当前驾驶员的驾驶意图；

转矩分配控制模块，用于根据驾驶意图识别模块的识别结果采用相应的控制策略向各电机控制器发出转矩控制指令。

10.根据权利要求9所述的一种四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制系统，其特征在于，所述的数据采集模块包括数据处理器及与数据处理器连接的车速传感器、汽车加速度传感器、加速踏板开度传感器、加速踏板开度变化率传感器、方向盘转角传感器、车轮转角传感器、横摆角速度传感器和数据存储器。