[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

本發明公開了一種多輪/多軸獨立驅動電動汽車多目標動力學控制方法，構建三層分層控制架構，上層橫擺穩定性控制器采用直接橫擺控制方法計算最優整車附加橫擺力矩，保證車輛主動安全性；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，基于驅動系統效率MAP圖，盡可能地通過車輪縱向力分配降低驅動系統能耗；下層最優車輪縱向力跟蹤器，根據中間層得出的縱向力分配結果，計算并保持各車輪的實時最優目標滑動率；同時，在下層最優車輪縱向力跟蹤器中，通過設置線性滑移率約束，減小滑動率增大對上層控制器建模、中間層效率計算的影響，保證了本方法在低附著工況下的整體有效性。

技術領域

本發明涉及動力學控制技術領域，具體涉及一種多輪/多軸獨立驅動電動汽車多目標動力學控制方法。

背景技術

近年來，隨著經濟的飛速增長城市交通面臨著日益嚴重的問題，尤其是能源消耗的問題，使得我國政府不得不出臺相關政策，推進新能源汽車產業化。隨著新能源汽車技術的不斷進步，出現了許多新型的驅動系統構型。其中，多輪/多軸獨立驅動電動汽車是近年來的熱門構型之一，其具有控制靈活性高、傳動鏈短、傳動效率高等優點，能夠通過完成更復雜的控制任務，在保證車輛行駛穩定性與安全性的情況下盡可能地對能耗等其他控制目標進行優化。但其機械結構特殊，必須實現電子差速等控制功能；進一步地，為實現多目標動力學控制，需要應用更加復雜、先進的控制架構與優化算法。

目前多輪/多軸獨立驅動電動汽車的動力學控制主要分為能耗經濟性、橫擺穩定性、縱向驅動防滑性能三個方面的控制問題，而大多數的控制方法將三者分開設計，并在不同的工況下進行控制模式的切換，無法同時實現三個控制目標的綜合優化。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種多輪/多軸獨立驅動電動汽車多目標動力學控制方法，其通過構建三層分層控制架構，綜合考慮能耗經濟性、橫擺穩定性、縱向驅動防滑性能等控制目標，將控制任務分解至不同控制層，實現全工況下的多軸電動汽車多目標優化控制。

本發明公開了一種多輪/多軸獨立驅動電動汽車多目標動力學控制方法，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；

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。

作為本發明的進一步改進，所述控制方法在控制器執行周期5毫秒內完成。

作為本發明的進一步改進，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。