本發(fā)明屬于電動汽車底盤控制領(lǐng)域，涉及到四輪獨立驅(qū)動電動汽車動力系統(tǒng)設計，特別涉及到一種兼顧動力與能效的四輪獨立驅(qū)動電動汽車力矩分配方法。
背景技術(shù)：
隨著汽車保有量的增加，汽車造成的環(huán)境問題日趨嚴重，電動汽車的發(fā)展越來越受到人們的重視。四輪獨立驅(qū)動電動汽車是電動汽車的一種重要形式，其四個車輪的轉(zhuǎn)矩可以單獨控制，因此相對傳統(tǒng)汽車有更大的控制優(yōu)勢。
汽車的動力性和燃油經(jīng)濟性是汽車的兩大性能指標。在傳統(tǒng)汽車上，人們根據(jù)發(fā)動機效率MAP圖(轉(zhuǎn)速-力矩-效率圖)，通過優(yōu)化傳動系統(tǒng)使得發(fā)動機工作在效率較高的速度-力矩區(qū)間，使汽車保持動力性的同時，提高汽車的燃油經(jīng)濟型。但是針對四輪獨立驅(qū)動電動汽車的特點，目前尚未有一套有效的兼顧四輪獨立驅(qū)動電動汽車動力性和燃油經(jīng)濟性的力矩分配方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實施例要設計一種兼顧動力與能效的四輪獨立驅(qū)動電動汽車力矩分配方法，該方法既能保證四輪獨立驅(qū)動電動汽車的動力性，又能保證四輪獨立驅(qū)動電動汽車的燃油經(jīng)濟性。
為了達到上述目的，本實施例的技術(shù)方案如下：一種兼顧動力與能效的四輪獨立驅(qū)動電動汽車力矩分配方法，使用二次規(guī)劃的方法對四輪獨立驅(qū)動電動汽車力矩進行分配。
進一步的，所述二次規(guī)劃的方法包括：
S1.獲取目標函數(shù)；
S2.制定二次規(guī)劃問題的約束條件。
更進一步的，所述目標函數(shù)為：
其中：
第一項目標函數(shù)：
第二項目標函數(shù)：
J2＝(T1+T2+T3+T4-Td)2；
第三目標函數(shù)為：
其中：η1，η2，η3，η4分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對應的驅(qū)動電機效率；
P1，P2，P3，P4分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對應的驅(qū)動電機輸出功率；
T1，T2，T3，T4分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對應的驅(qū)動電機所分配的力矩
ω1，ω2，ω3，ω4分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對應的驅(qū)動電機角速度；
r為輪胎的有效滾動半徑，μ為地面摩擦系數(shù)，F(xiàn)z1、Fz2、Fz3、Fz4分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪所受的垂直載荷；
所述第一項目標函數(shù)是對四個驅(qū)動電機總的損耗功率計算公式進行變形改寫成平方和的形式得到的，所述四個驅(qū)動電機總的損耗功率計算公式為：
更進一步的，所述約束條件包含兩項：電動機最大輸出力矩約束和電池輸出功率約束；
所述電動機最大輸出力矩約束：左右兩車車輪的力矩相等，用公式描述上述約束為：
其中Tmax為驅(qū)動電機可提供的最大力矩；
所述電池輸出功率約束：四個驅(qū)動電機所消耗的功率之和不大于效率電池提供的最大功率的90％，用公式描述上述約束為：
其中Pb為電池可提供的最大功率。
進一步的，二次規(guī)劃問題用如下公式表示：
求解此二次規(guī)劃問題即得到四輪獨立驅(qū)動電動汽車四個電機所分配的力矩。
有益效果：本發(fā)明的技術(shù)方案考慮了驅(qū)動電機能量的損耗情況，四個驅(qū)動電機分配的力矩之和應該等于駕駛員所需要的力矩Td，輪胎所受到的驅(qū)動力與地面可提供的最大摩擦力的比值，并基于上述參量制定了目標函數(shù)，即目標函數(shù)對于動力性和經(jīng)濟性作出了綜合性的平衡考量，并創(chuàng)造性的將力矩分配轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃問題，提出了力矩分配方法的一種新趨勢，使得長久以來動力性和經(jīng)濟性的相互制衡問題得到解決。
具體實施方式
一種基于能量管理的四輪獨立驅(qū)動電動汽車力矩分配方法：將四輪獨立驅(qū)動電動汽車力矩分配問題轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃問題，從而可以計算四輪獨立驅(qū)動電動汽車每個電動機分配的力矩大小。具體實施步驟如下：
1、采集四輪獨立驅(qū)動電動汽車的驅(qū)動電機數(shù)據(jù)，繪制電機MAP圖
本實施例的所提出的兼顧動力與能效的四輪獨立驅(qū)動電動汽車力矩分配方法是基于驅(qū)動電機的MAP圖進行的，因此首先需要繪制驅(qū)動電機的MAP圖。繪制方法是：在電機測試平臺上對四輪獨立驅(qū)動電動汽車的驅(qū)動電機進行測試，測試不同力矩、不同轉(zhuǎn)速下電機的效率并記錄，記錄如下：
表1四輪獨立驅(qū)動電動汽車電機MAP圖數(shù)據(jù)記錄表
2、建立二次規(guī)劃問題的目標函數(shù)
將四輪獨立驅(qū)動電動汽車力矩分配問題轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃問題首先要尋找目標函數(shù)。本實施例設計的目標函數(shù)包含三項：
2.1、目標函數(shù)第一項
本實施例提出的是一種兼顧動力與能效的四輪獨立驅(qū)動電動汽車力矩分配方法，因此設計目標函數(shù)需要考慮的首要目標是驅(qū)動電機能量的損耗情況，假設左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對應的驅(qū)動電機效率分別為：η1，η2，η3，η4，左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對應的驅(qū)動電機輸出功率分別為：P1，P2，P3，P4，左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對應的驅(qū)動電機所分配的力矩分別為：T1，T2，T3，T4，左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對應的驅(qū)動電機角速度分別為：ω1，ω2，ω3，ω4，則四個驅(qū)動電機總的損耗功率可表示為：
為方便形成二次規(guī)劃問題，對上式進行變形改寫成平方和的形式，得到目標函數(shù)第一項：
2.2、目標函數(shù)第二項
四個驅(qū)動電機分配的力矩之和應該等于駕駛員所需要的力矩Td，將其作為目標函數(shù)可寫為：
J2＝(T1+T2+T3+T4-Td)2。
2.3、目標函數(shù)第三項
輪胎所受到的驅(qū)動力與地面可提供的最大摩擦力的比值應盡量越小越好，這有利于提高汽車的操縱穩(wěn)定性，因此本實施例設計的第三目標函數(shù)為：
本實施例最終設計的目標函數(shù)為上述三項之和：
其中：r為輪胎的有效滾動半徑，μ為地面摩擦系數(shù)，F(xiàn)z1、Fz2、Fz3、Fz4分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪所受的垂直載荷；
3、尋找二次規(guī)劃問題的約束條件
將四輪獨立驅(qū)動電動汽車力矩分配問題轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃問題并建立目標函數(shù)后，要尋找二次規(guī)劃問題的約束條件。本實施例設計的約束條件包含兩項：
3.1、電動機最大輸出力矩約束
每個驅(qū)動電機可輸出的力矩必然小于驅(qū)動電機本身可提供的最大力矩。另外，為了保證電動汽車在行駛過程中的車身穩(wěn)定性，減小輪胎磨損，本實施例規(guī)定左右兩車車輪的力矩必須相等。用公式描述上述約束可寫為：
其中Tmax為驅(qū)動電機可提供的最大力矩。
3.2、電池輸出功率約束
四個驅(qū)動電機所消耗的功率之和一定要小于電池可提供的最大功率，為了更好的保護電池，防止電池過熱，本實施例此處設計的約束條件為：四個驅(qū)動電機所消耗的功率之和一定要效率電池可提供的最大功率的90％。用公式表示為：
其中Pb為電池可提供的最大功率。
最終形成的二次規(guī)劃問題用公式表示為：
求解此二次規(guī)劃問題即可得到四輪獨立驅(qū)動電動汽車四個電機所分配的力矩。
以上所述，僅為本發(fā)明創(chuàng)造較佳的具體實施方式，但本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明創(chuàng)造披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之內(nèi)。