[發明專利]一種多輪/多軸獨立驅動電動汽車多目標動力學控制方法

有效

• 申請號: 202110794466.3
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113246749B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 林程;梁晟
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B60L15/20
• 分類號: B60L15/20
• 代理公司: 紹興市寅越專利代理事務所(普通合伙) 33285
• 代理人: 胡國平

1.一種多輪/多軸獨立驅動電動汽車多目標動力學控制方法，其特征在于，包括：

構建三層分層控制架構，其中，上層為非線性橫擺穩定性控制器、中間層為能耗優化轉矩分配控制器、下層為最優車輪縱向力跟蹤器；

上層非線性橫擺穩定性控制器結合直接橫擺控制與主動轉向控制，采用多輸入多輸出系統的非線性模型預測控制，通過追蹤目標橫擺角速度及質心側偏角，計算得到期望的附加橫擺力矩與前輪主動轉向角；

中間層能耗優化轉矩分配控制器在保證上層最優橫擺力矩跟蹤效果的同時，以整車需求縱向力為約束，跟蹤上層計算出的期望附加橫擺力矩；并基于驅動系統效率MAP圖，最大程度的在車輪縱向力分配過程中降低驅動系統能耗；其中，所述中間層能耗優化轉矩分配控制器采用基于效率能耗模型的遍歷搜索方法，包括：將電機效率MAP圖的效率信息進行離散化，計算出每個工作點下的能量損耗，根據計算結果將MAP圖重構為由多個電機組成的驅動系統能量損耗與工作點的對應關系組成的能量損耗表格，儲存在控制器中；在實時優化時，以能夠保證縱向車速不變的總驅動力作為約束，以上層得到的最優附加橫擺力矩為跟蹤目標，遍歷搜索能耗表格中的工作點，找出能耗最低的轉矩分配方法；將轉矩轉化為縱向力，作為下層策略的控制目標；

下層最優車輪縱向力跟蹤器首先識別當前路面條件，根據中間層得出的縱向力分配結果，通過不同路面下的縱向力-滑動率轉化規則求出各驅動輪的最優滑動率；其次通過基于模型預測控制的滑動率跟蹤器對各輪最優滑動率進行獨立跟蹤，將控制問題統一轉化為驅動輪滑動率跟蹤問題，實現車輛橫向、縱向、能耗的多目標動力學控制。

2.如權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法在執行周期5毫秒內完成。

3.如權利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述將轉矩轉化為縱向力的計算公式為：

式中，F_i為縱向力，T_i為輪上驅動力矩，下標i為車輪編號；r為車輪滾動半徑，k_s為滑動系數。

4.如權利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述通過不同路面下的縱向力-滑動率轉化規則求出各驅動輪的最優滑動率，包括：

縱向附著系數μ與滑動率s由下式表示：

式中，s為滑動率，c₁、c₂、c₃為曲線擬合參數，由路面條件決定；

輪胎縱向力與縱向附著系數的關系由下式表示：

式中，F_Zi為單個車輪垂向載荷。

5.如權利要求4所述的控制方法，其特征在于，得到最優滑動率后，下層最優車輪縱向力跟蹤器采用單輸入單輸出的模型預測控制的方法，對單個車輪進行滑動率跟蹤獨立控制；根據車輪受力分析，可以得到驅動輪動力學方程：

式中，ω為車輪轉速，T為該車輪驅動力矩，為阻力矩，為車輪轉動慣量；

轉速與滑動率s的關系式為：

式中V_x為縱向車速；

下層最優車輪縱向力跟蹤器的預測模型動力學方程：

式中，k_x為線性區內輪胎縱向力與滑動率的比值，為常數；

下層最優車輪縱向力跟蹤器的有限時域控制問題如下式所示：

式中，為下層預測時域N_s內的滑動率的實際量序列，為預測時域內最優滑動率序列，為相鄰兩步輸入最優轉矩預測值的差值序列，Q_1s與Q_2s為權重矩陣，、為驅動電機輸出扭矩的最小、最大值，、為滑動率線性區域的下限、上限。