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申请/专利权人：吉林大学;长沙汽车创新研究院

摘要：本发明属于电动汽车控制技术领域，具体为一种轮毂电机驱动汽车的节能转矩矢量控制方法，通过离线优化的方法，基于能耗最小化的原则，设计了一组不足转向特性集并生成为离线查询表，改善车辆的转向动态响应。根据车辆转向特性生成参考横摆角速度，利用前馈控制器和反馈控制器计算参考横摆力矩。针对得到的横摆力矩和期望总驱动转矩进行转矩矢量分配，确定不同位置的电机的工作状态，降低行驶过程中的驱动冗余，提高能源效率。本发明能够最大限度地降低能耗，改善车辆的操纵稳定性和行驶安全性。

主权项：1.一种轮毂电机驱动汽车的节能转矩矢量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：设计一组不足转向特性，并通过离线优化的方法生成离线look-up表，改善不同驾驶模式下的车辆转向动态响应，并用于上层控制器中的前馈组件查询产生前馈横摆力矩MFFZ；定义一组不同纵向加速度下，动态转向角δdyn和侧向加速度ay的关系曲线；其中动态转向角与阿克曼转向角、车轮转角的关系如下：δdyn＝δ-δkin定义一组等式和不等式约束，其中等式约束用八自由度准静态车辆模型；该模型的侧倾角、横摆角速度和质心侧偏角的导数均为零；该模型的纵向和侧向约束公式如下： 式中，Vdot是速度的导数；γ是横摆角速度；β是质心侧偏角；Fx,i和Fy,i分别是各车轮的纵向力和侧向力；δi是各车轮转角；Fdrag是汽车总行驶阻力；该模型的横摆和侧倾约束公式如下： 式中，Mz是横摆力矩；Xi和yi分别是轴距的一半和轮距的一半；Mz,i是各车轮回正力矩；和是前后悬架的抗侧倾力矩，hCG是质心高度；df和df是前后悬架侧倾中心的高度；是侧倾角；设计不足转向特性的不等式约束与安装的硬件所产生的限制有关，例如：1电动机转矩限制，Mmax；2电池功率限制，作为电池充电状态、电流和温度的函数；3纵向滑移和侧向滑移的大小；将前后电机传动系统输入功率之和的作为目标函数，针对电机驱动效率图的不规则性和局部极小性对目标函数就行寻优，得到使电机输入功率最小化的一组不足转向特性曲线，该组曲线组成了不同纵向加速度下汽车转向时的响应特性；步骤二：根据车辆转向特性生成参考横摆角速度，参考横摆角速度的计算公式如下：γref＝wcs+wcγref,s式中，wc是不同车辆动态响应的调谐参数，可以根据不同驾驶模式改变；γref,s是静态参考横摆角速度，γref,s＝ayV；步骤三：通过步骤二中的参考横摆角速度以及传感器采集到的车速和侧向加速度、电机效率分布、滑移率分布的状态，根据非线性准静态模型计算得到前馈参考横摆力矩；并通过离线优化的方法生成横摆力矩和车辆状态参数相关的离线查找表，用于车辆转向时快速响应，提高对横摆角速度目标的跟踪性能；前馈横摆力矩的离线优化过程基于内点法进行，将步骤一中设计的转向不足特性集作为等式约束，将电机最大和最小转矩、电池最大和最小功率和轮胎的滑移率范围作为不等式约束，选择电机传动系统的输入功率之和作为目标函数对其进行寻优；目标函数的公式如下： 步骤四：通过传感器采集到横摆角速度观测值，将其和参考横摆角速度比较，获得横摆角速度误差eγ，通过PID反馈控制器，计算得到反馈横摆力矩MFBZ；车辆转向过程中通过前馈的快速响应跟踪目标参数，随后通过PID反馈控制器进一步调节横摆角速度的跟踪性能，防止转向过程中发生振荡；参考横摆力矩由前馈横摆力矩和反馈横摆力矩组成； 步骤五：通过转矩矢量分配控制策略将步骤四得到的参考横摆力矩和满足驾驶员需求的期望总转矩，分配到具体的各个车轮，使其满足驾驶员期望的纵向加速度和转向响应；车辆行驶过程中，判断车轮转角δ是否等于零，将分别以直线行驶和转向行驶两种工况进行驱动转矩的分配；δ等于零时，车辆属于直线行驶，将根据电机效率MAP图使驱动电机尽可能工作在高效区，将前后轴电机输入功率作为目标函数，寻找一个最优的前后轴驱动转矩分配系数，使该目标函数最小化计算公式如下： 式中λt表示前轴驱动转矩占总转矩的比例；ηf和ηr表示前后轴电机的效率；n表示转速；Td表示驱动转矩；该目标函数的限制如下：0≤λt≤0.50≤0.5λtTd≤Tmax0≤1-λtTd≤Tmaxδ不等于零的时候，车辆属于转向行驶，此时将根据总转矩需求Ttot确定输出驱动的电机数量，判断各电机的工作状态，由此设置三个逻辑门限制值Tswitch,1、Tswitch,2、Tswitch,3作为电机开关的阈值；当处于工作状态的电机个数不同的时候，提供驱动力的电机位置也有所不同；此时车辆总电机传动系统所产生的能耗公式如下： 将上述的总电机传动系统能耗作为目标函数，总转矩需求分别分配到各电机转矩，根据转矩分配的大小和位置使目标函数最小化。

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