[發明專利]一種雙電機線控轉向系統及其多目標能量優化方法

有效

• 申請號: 202011154741.7
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112208627B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 徐坤豪;趙萬忠;周小川;鄒松春;周長志;高犇;鄭雙權;羅建
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B62D5/04
• 分類號: B62D5/04;B60W50/00;G06F30/20;G06F30/15;G06F111/06;G06F111/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹蕓

1.一種雙電機線控轉向系統的多目標能量優化方法，該方法使用的雙電機線控轉向系統，包括方向盤模塊、轉向執行模塊、ECU模塊、信號采集模塊、變傳動比模塊、車輛理想狀態計算模塊、需求轉矩轉速計算模塊以及轉矩分配系數優化模塊，其中：所述方向盤模塊和轉向執行模塊分別與信號采集模塊連接，信號采集模塊分別與變傳動比模塊和車輛理想狀態計算模塊連接，變傳動比模塊和車輛理想狀態計算模塊分別與需求轉矩轉速計算模塊連接，需求轉矩轉速計算模塊、轉矩分配系數優化模塊和ECU模塊順序連接；

所述信號采集模塊將獲取的轉向盤轉角信號、轉向盤轉角微分信號、車速信號進行濾波降噪，并將其傳遞給變傳動比模塊；

所述變傳動比模塊根據信號采集模塊傳遞來的信號計算出車輛的變傳動比信號，并將其傳遞給需求轉矩轉速計算模塊；

所述車輛理想狀態計算模塊根據信號采集模塊傳遞來的信號計算出車輛的理想橫擺角速度和理想質心側偏角，并將其傳遞給需求轉矩轉速計算模塊；

所述需求轉矩轉速計算模塊根據變傳動比模塊和車輛理想狀態計算模塊傳來的變傳動比信號、理想橫擺角速度和理想質心側偏角計算出兩個轉向電機的需求轉速和兩者的需求總轉矩，并將其傳遞給轉矩分配系數優化模塊；

所述轉矩分配系數優化模塊根據需求轉矩轉速計算模塊傳來的兩個轉向電機的需求轉速和總需求轉矩信號，采用模擬退火算法對轉矩分配系數進行優化，并將得到的最優轉矩分配系數傳遞給ECU控制模塊；

所述ECU控制模塊根據轉矩分配系數優化模塊傳來的最優轉矩分配系數信號控制兩個轉向電機輸出相應大小的轉矩，從而將輸出的轉矩經齒輪齒條轉向器、轉向橫拉桿共同驅動車輪完成車輛轉向；

其特征在于，多目標能量優化包括步驟如下：

(1)建立整車模型和雙電機線控轉向系統模型，包括信號采集模塊、變傳動比模塊和車輛理想狀態計算模塊；

(2)根據步驟(1)建立的模型，推導車輛兩個轉向電機的總需求轉矩和轉速公式；

(3)建立雙電機總消耗功率模型和總損耗功率模型，基于電機效率模型，結合功率損耗分析研究轉矩分配問題；所述建立雙電機總消耗功率模型和總損耗功率模型的具體過程包括以下步驟，以下將兩個電機稱之為主電機和輔電機：

步驟3.1),定義轉矩分配系數k為：

T_req＝T_m1+T_m2

其中，T_m1是主電機的輸出轉矩，T_m2是輔電機的輸出轉矩，T_req是雙電機的總需求轉矩；

步驟3.2),建立雙電機總消耗功率模型：

式中，ω_m1和ω_m2是主輔電機的轉速；η₁(T_m1,ω_m1)是輸出轉矩為T_m1、轉速為ω_m1時主電機的效率，η₂(T_m2,ω_m2)是輸出轉矩為T_m2、轉速為ω_m2時輔電機的效率；P_inm1和P_inm2分別是電機1、2的瞬時輸入功率；

雙電機總消耗功率P_opt為：

式中：P_opt為雙電機總消耗功率；

步驟3.3),建立雙電機線控轉向系統的總損耗功率模型：

P_loss＝P_Cu+P₁+P_m

式中，P_loss,P_Cu,P₁,P_m分別為電機的總損耗功率、銅耗功率、除銅耗外的電機功率損耗、摩擦損耗功率；

根據等效電路模型，各損耗模型建立如下：

式中，i_oq為轉矩電流的q軸分量；R_a為電機定子相電阻，R_c電機鐵損等效電阻；根據永磁同步電機的模型，電磁轉矩與q軸電流成正比，比例系數為ψ_f，ψ_f的值通過試驗測量轉矩和q軸電流值并進行擬合得到；ψ_d,ψ_q分別為d軸和q軸的磁鏈；R_c為鐵損等效電阻；摩擦損耗存在于電機和測功機的軸承處，T_m為摩擦轉矩，T_s為電機電磁轉矩，T_opt為輸出轉矩；

根據前述各部分功耗模型，電機損耗功率表示為：

P_loss＝a_pT_opt²+(2a_pT_m+b_p)T_opt+(a_pT_m²+b_pT_m)

其中a_p、b_p為兩個系數，分別為：

其中n_p為電機轉子永磁體極對數；

(4)在雙電機轉矩轉速和優化變量取值范圍的約束條件下，建立雙電機線控轉向系統多目標能量優化模型；

(5)根據雙電機線控轉向系統多目標能量優化模型，采用模擬退火算法根據電機外特性曲線圖優化出最優轉矩分配系數，使得電機總功率最低。