CN106004523B - 一种分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制的方法 - Google Patents

Abstract

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Q_i，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。

Description

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

本发明属于电动汽车转矩优化控制技术领域。

背景技术

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，提高能效具有重要的意义。

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

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。

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：

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，j，所述矩阵网格Q_i，j的4个节点分别为k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1；

判断矩阵网格Q_i，j的4个节点k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1的数值是否为空，若k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1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Q_i，j的4个节点k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1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k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1上，返回执行步骤一。

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

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：

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，j，所述矩阵网格Q_i，j的4个节点分别为k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1；

判断矩阵网格Q_i，j的4个节点k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1的数值是否为空，若k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1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Q_i，j的4个节点k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1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k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1上，返回执行步骤一。

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。

具体实施方式二、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：

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＝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＝k1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-k1)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＝k1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+(1-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(1-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＝k1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＝k1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＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)和转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(k2)；

步骤五五、对步骤五四计算获得的转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)和转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(k2)进行比较；

当η1<η2时，a＝k1,k1＝k2,η1＝η2，k₂＝a+(1-x)×(b-a)；计算实时总效率值η2＝η(k2)，执行步骤五六；

当η1≥η2时，b＝k2,k2＝k1,η2＝η1，k1＝a+x·(b-a)，计算实时总效率值η1＝η(k1)，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|a-b|<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T1-1＝T3-1＝k·Ttotal/2，后右轮驱动电机和后左轮驱动电机输出转矩为T2-1＝T4-1＝(1-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。

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＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)和转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(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η_{1_1}(i)，其中，P_in,1(i)为前右轮驱动电机i时刻的输入功率，P_out,1(i)为前右轮驱动电机i时刻的输出功率，U₁(i)为i时刻驱动前右轮电机控制器输入端母线电压，I₁(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，n₁(i)为前右轮驱动电机的转速；T_total(i)为i时刻电动汽车四个驱动电机的目标总转矩；

通过公式：

计算获得后右轮驱动电机实时效率η_{2_1}(i)，其中，P_in,2(i)为后右轮驱动电机i时刻的输入功率，P_out,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，1-k为后轴转矩分配系数，n₂(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η_{3_1}(i)，其中，P_in,3(i)为前左轮驱动电机i时刻的输入功率，P_out,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，I₃(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；

通过公式：

计算获得后左轮驱动电机的实时效率η_{4_1}(i)，其中，P_in,4(i)为后左驱动电机i时刻的输入功率，P_out,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，I₄(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；

通过公式：

计算获得四个驱动电机实时总效率，将k＝k1带入公式(5)，获得i时刻转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)；k＝k2分别带入公式(5)，获得i时刻转转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(k2)。

Claims (3)

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，j，所述矩阵网格Q_i，j的4个节点分别为k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1；

判断矩阵网格Q_i，j的4个节点k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1的数值是否为空，若k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1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Q_i，j的4个节点k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1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k_i-1,j、k_i+1,j、k_i,j-1和k_i,j+1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＝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＝k1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-k1)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＝k1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+(1-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(1-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＝k1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＝k1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＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)和转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(k2)；

步骤五五、对步骤五四计算获得的转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)和转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(k2)进行比较；

当η1<η2时，a＝k1,k1＝k2,η1＝η2，k₂＝a+(1-x)×(b-a)；计算实时总效率值η2＝η(k2)，执行步骤五六；

当η1≥η2时，b＝k2,k2＝k1,η2＝η1，k1＝a+x·(b-a)，计算实时总效率值η1＝η(k1)，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|a-b|<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T1-1＝T3-1＝k·Ttotal/2，后右轮驱动电机和后左轮驱动电机输出转矩为T2-1＝T4-1＝(1-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＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)和转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(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η_{1_1}(i)，其中，P_in,1(i)为前右轮驱动电机i时刻的输入功率，P_out,1(i)为前右轮驱动电机i时刻的输出功率，U₁(i)为i时刻驱动前右轮电机控制器输入端母线电压，I₁(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，n₁(i)为前右轮驱动电机的转速，T_total(i)为i时刻电动汽车四个驱动电机的目标总转矩；

通过公式：

计算获得后右轮驱动电机实时效率η_{2_1}(i)，其中，P_in,2(i)为后右轮驱动电机i时刻的输入功率，P_out,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，1-k为后轴转矩分配系数，n₂(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η_{3_1}(i)，其中，P_in,3(i)为前左轮驱动电机i时刻的输入功率，P_out,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，I₃(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；

通过公式：

计算获得后左轮驱动电机的实时效率η_{4_1}(i)，其中，P_in,4(i)为后左驱动电机i时刻的输入功率，P_out,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，I₄(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＝k1带入公式(5)，获得i时刻转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)；k＝k2分别带入公式(5)，获得i时刻转转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(k2)。