CN110605974B - 一种多轴分布式电驱动车辆驱动型式切换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轴分布式电驱动车辆驱动型式切换控制方法。本发明首先根据当前车速计算驾驶员需求功率，并根据踏板变化量获取需求功率补偿量；驾驶员需求功率加上需求功率补偿量，作为总需求功率；根据总需求功率和功率门限判断输出驱动型式。本发明引入的踏板变化率具有预测性，有助于减少驱动型式的切换次数且简单可靠、实时性强，能有效提升车辆的整体效率。

Description

一种多轴分布式电驱动车辆驱动型式切换控制方法

技术领域

本发明涉及一种多轴分布式电驱动车辆驱动型式切换控制方法，属于汽车控制技术领域。

技术背景

分布式驱动电动汽车主要结构特征是将驱动电机直接安装在驱动轮内或者驱动轮附近，具有驱动传动链短、传动效率高、结构紧凑等突出优点。

当电动车辆在良好路面以较稳定的速度行驶且方向盘转角较小时，驱动电机均有较多的工作点分布在高速低转矩的低效率区，存在效率优化的空间，车辆稳定性控制的需求较小，车辆有提高能量效率的裕度。在较低负荷下，多轴分布式驱动车辆无需所有的电机同时工作就可正常行驶，适当减小低效区工作的电机数量有利于提高整体效率。根据当前工况切换多轴分布式驱动车辆的驱动型式，能够大大提高整车能量效率，提高续驶里程。针对多轴分布式驱动车辆驱动型式切换策略的研究成为难点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种多轴分布式电驱动车辆驱动型式切换控制方法，具体包括以下步骤：

根据驾驶员需求转矩和当前车速计算驾驶员需求功率；

根据踏板变化量获取需求功率补偿量；

驾驶员需求功率加上需求功率补偿量，作为总需求功率；

将总需求功率划定多个相邻的功率区间，每个所述功率区间对应一种驱动型式，根据总需求功率处于的功率区间的位置，进行驱动型式切换，所述总需求功率越高则采用驱动轮数更多的驱动型式。

优选地，根据踏板变化量通过查表得到需求功率补偿量△P。

优选地，采用离线的动态规划方法求解得出驱动型式的控制序列作为全局最优解，然后通过对该全局最优解进行分析拟合得到踏板变化量与需求功率补偿量的关系。

优选地，采用离线的动态规划方法求解得出驱动型式的控制序列作为全局最优解，具体为：

定义状态变量，表示驱动型式；

定义控制变量，表示在各驱动型式间的保持或切换动作；

定义性能函数J1,所述性能函数J1结合τ时刻的离线计算总功率和电机总效率，以降低能耗，提升电机的总体效率；

定义惩罚函数J2，所述惩罚函数J2结合切换前后所有车轮中转矩变化最大的车轮的扭矩变化量，用于衡量切换的冲击程度，以减少不必要的切换；

定义惩罚函数J3，所述惩罚函数J3结合实际电机功率与电机额定功率的比值，以考虑各电机的峰值特性。

优选地，定义状态变量为x，其中x＝[1]对应10×10驱动型式,x＝[2]对应10×8驱动型式,x＝[3]对应10×6驱动型式。

优选地，

其中，P_tot,τ和η_τ分别是τ时刻的离线计算总功率和电机总效率；

其中，K₁为切换标识，当发生切换时取1，否则取0；K₂为用以评价切换的影响的人为设定的第一惩罚因子；ΔT_max为切换前后所有轮中转矩变化最大的车轮的扭矩变化量；

其中，K₃为过载标识，当电机过载时取1，否则取0；K₄为人为设定的第二惩罚因子；P_real/P_typical为实际电机功率与电机额定功率的比值，用于评价过载程度；

同时，各电机转矩应满足车辆的总需求转矩：

∑T_ij,t＝T_req,t t∈[0,t₀]。

本发明至少包括以下有益效果：

1.本发明能够根据不同工况下的功率需求切换驱动型式，从而使得各驱动电机工作在较高的效率区，提高整车的能量效率，实现节能；

2.引入的踏板变化率具有预测性，有助于减少驱动型式的切换次数；

3、总需求功率通过需求功率补偿量进行矫正，用于满足动态规划算法归纳出的最优驱动型式切换规律，从而实现了驱动电机效率的提升，最终达到节能的目的。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明多轴分布式驱动车辆驱动型式切换控制流程图；

图2为本发明踏板变化量与功率补偿量关系图；

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

公知的，汽车领域中，车辆驱动形式表达为“第一数字”x“第二数字”，其中“x”前的数字表示车辆车轮总数，“x”后面的数字表示驱动轮数。

如图1所示为本发明多轴分布式驱动车辆驱动型式切换控制流程图，以五轴分布式驱动车辆为例，具体步骤如下：

步骤1)，根据驾驶员踏板开度α_pedal解析驾驶员需求转矩T_desiret，如下所示；

T_desire＝α_pedal×(10×T_motor)

其中，T_motor为轮毂电机的峰值转矩；

步骤2)，根据驾驶员需求转矩T_desire和当前车速计算驾驶员需求功率P_desire；

步骤3)，根据踏板变化量通过查表得到需求功率补偿量△P,踏板变化量与需求功率补偿量的关系如图2所示，优选地，图2的踏板变化量与需求功率补偿量的关系由下述方法得到：

首先采用离线的动态规划方法求解得出驱动型式的控制序列作为全局最优解，然后通过对该全局最优解进行分析拟合得到踏板变化量与需求功率补偿量的关系。

其中，采用离线的动态规划方法求解驱动型式最优序列的具体步骤为如下a和b：

步骤a)，定义状态变量为x为驱动型式；优选地，其中x＝[1]对应10×10驱动型式,x＝[2]对应10×8驱动型式,x＝[3]对应10×6驱动型式。

定义控制变量u，表示在各驱动型式间的保持或切换动作；u根据上一阶段的状态有不同可行范围，其所有可能的取值为{-2,-1,0,1,2}。

步骤3.2)设计目标函数：

定义性能函数J₁,以降低能耗，提升电机的总体效率：

其中，P_tot,τ和η_τ分别是τ时刻的离线计算总功率和电机总效率，其满足如下关系：

η＝∑(T_ij·n_ij)/∑[(T_ij·n_ij)/(η_ij)]

其中，P_ij为第i轴第j个电机功率；T_ij为第i轴第j个电机的扭矩；，n_ij为第i轴第j个电机的转速；η_ij为第i轴第j个电机的二维效率特性。

定义惩罚函数J₂，以减少不必要的切换：

其中，K₁为切换标识，当发生切换时取1，否则取0；K₂是人为设定的第一惩罚因子，用以评价切换的影响；ΔT_max为切换前后所有轮中转矩变化最大的车轮的扭矩变化量，用于衡量切换的冲击程度。

定义惩罚函数J₃，以考虑各电机的峰值特性：

其中，K₃为过载标识，当电机过载时取1，否则取0；K₄是人为设定的第二惩罚因子；P_real/P_typical为实际电机功率与电机额定功率的比值，用于评价过载程度。

同时，各电机转矩应满足车辆的总需求转矩：

∑T_ij,t＝T_req,t t∈[0,t₀]

步骤b)通过离线的动态规划算法，求解驱动型式控制序列的全局最优解及车辆状态信息；

然后，通过对该驱动型式控制序列的全局最优解进行分析拟合得到踏板变化量与需求功率补偿量的关系。

步骤4)，根据驾驶员需求功率P_desire和需求功率补偿量△P,计算总需求功率P,如下所示：

P＝P_desire+△P

步骤5)，将总需求功率P与设定的功率门限值P1、P₂(P₁<P₂)进行比较判断；

当总需求功率P小于功率门限值P₁时，采用10x4的驱动型式；

当总需求功率P大于功率门限值P₁小于功率门限值P₂时，采用10x6的驱动型式；

当总需求功率P大于功率门限值P₂时，采用10x10的驱动型式。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种多轴分布式电驱动车辆驱动型式切换控制方法，根据驾驶员需求转矩和当前车速计算驾驶员需求功率，

其特征在于：

根据踏板变化量通过查表，采用离线的动态规划方法求解得出驱动型式的控制序列作为全局最优解，包括：

步骤a)，定义状态变量为x为驱动型式；优选地，其中x＝[1]对应10×10驱动型式,x＝[2]对应10×8驱动型式,x＝[3]对应10×6驱动型式；

定义控制变量u，表示在各驱动型式间的保持或切换动作；u根据上一阶段的状态有不同可行范围，其所有可能的取值为{-2,-1,0,1,2}；

定义性能函数J₁，以降低能耗，提升电机的总体效率：

其中，P_tot,τ和η_τ分别是τ时刻的离线计算总功率和电机总效率，其满足如下关系：

η＝∑(T_ij·n_ij)/∑[(T_ij·n_ij)/(η_ij)] (3)

其中，P_ij为第i轴第j个电机功率；T_ij为第i轴第j个电机的扭矩；n_ij为第i轴第j个电机的转速；η_ij为第i轴第j个电机的二维效率特性；P_tot表示离线计算总功率；

定义惩罚函数J₂，以减少不必要的切换：

其中，K₁为切换标识，当发生切换时取1，否则取0；K₂是人为设定的第一惩罚因子，用以评价切换的影响；ΔT_max为切换前后所有轮中转矩变化最大的车轮的扭矩变化量，用于衡量切换的冲击程度；

定义惩罚函数J₃，以考虑各电机的峰值特性：

其中，K₃为过载标识，当电机过载时取1，否则取0；K₄是人为设定的第二惩罚因子；P_real/P_typical为实际电机功率与电机额定功率的比值，用于评价过载程度；

同时，各电机转矩之和应满足车辆的总需求转矩；

步骤b)通过离线的动态规划算法，求解驱动型式控制序列的全局最优解及车辆状态信息；

然后通过对该全局最优解进行分析拟合得到踏板变化量与需求功率补偿量的关系，获取需求功率补偿量△P；

驾驶员需求功率加上需求功率补偿量，作为总需求功率；

将总需求功率划定多个相邻的功率区间，每个所述功率区间对应一种驱动型式，根据总需求功率处于的功率区间的位置，进行驱动型式切换，所述总需求功率越高则采用驱动轮数更多的驱动型式。

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