一种四轮驱动电动汽车转矩分配控制方法

摘要

一种四轮驱动电动汽车转矩分配控制方法，涉及一种电动汽车的控制方法。本发明为了解决现有四驱系统控制方法的能效仍有待于提高的问题。本发明首先通过信号检测及调理单元实时检测汽车的运行情况并发送至控制器单元；在动力电池的SOC小于电动车允许运行下限时，控制器单元发送停车指令，电动汽车停止运行，否则计算电动汽车运行中三个驱动电机实时总转矩，采用搜索算法实时计算电动汽车三个驱动电机总效率最优时前轮、后轴转矩的最优分配系数并将三个驱动电机实时总转矩分配给两个前轮和后轴，前轮转矩平均分配至左前轮驱动电机与右前轮驱动电机。本发明适用于汽车的设计制造领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动汽车的控制方法。

背景技术

目前纯电动汽车所配备的电池重量高、价格昂贵。并且在燃油汽车上根本不能算作问题的续驶里程，对于纯电动汽车而言，却成为了影响用户购买的最大障碍之一。

于是，车企们开始考虑能否在设计上减少电池数量，进而既降低汽车制造成本，同时又能满足消费者对续驶里程的需求。于是，增程式电动汽车问世。利用一个比较轻且便宜的增程器来解决用户对纯电动汽车的“里程焦虑”感，并且能够大幅度减少电池数量。

目前常见的汽车有前驱、后驱和四驱系统，相对于前驱和后驱系统，四驱系统有着较强的通过能力，能够应对相对复杂的路况。目前的四驱系统不但由于结构复杂导致成本偏高，而且四驱系统的设置还会影响到转向系统的设置，有可能影响转向系统的工作稳定性。汽车在转向时会通过差速器在需要的情况下来调整不同车轮的转速差，现有的四驱系统会在复杂路况的情况下通过差速锁将动力分配给具有附着力的车轮。

所以现有的四驱系统及控制方法很难使驱动效率达到最优，能效仍存在着很大的提高空间。尤其是很难在转向、四驱动力平衡的前提下使驱动效率达到最优。

发明内容

本发明为了解决现有四驱系统控制方法的能效仍有待于提高的问题。

一种四轮驱动电动汽车转矩分配控制方法，是基于具有三个驱动电机的分布式驱动电动汽车动力系统上实现的，所述的动力系统包括动力电池、三个驱动电机、控制器单元和信号检测及调理单元；

三个驱动电机包括一个后轴驱动电机和两个前轮驱动电机，两个前轮驱动电机为左前轮驱动电机及右前轮驱动电机；其中后轴驱动电机与电动汽车后轴连接，左前轮驱动电机与右前轮驱动电机型号相同，左前轮驱动电机安装在电动汽车左前轮的轮毂或轮边上(左前轮驱动电机为轮毂或轮边电机)，右前轮驱动电机安装在电动汽车右前轮轮毂或轮边上(右前轮驱动电机为轮毂或轮边电机)；三个驱动电机为电动汽车提供转矩；

动力电池与三个驱动电机采用电气连接，同时为三个驱动电机提供电能；

控制器单元与三个驱动电机采用信号连接，同时为三个驱动电机提供转矩分配控制信号，控制三个驱动电机实时输出转矩；

信号检测及调理单元与动力电池、三个驱动电机及控制器单元采用信号连接，其中，信号检测及调理单元输入端分别与动力电池及三个驱动电机信号输出端连接，信号检测及调理单元输出端与控制器单元信号输入端连接；信号检测及调理单元用于检测包括测动力电池和三个驱动电机的实时信号，并计算电动汽车运行过程中三个驱动电机总转矩，同时为控制器单元提供总转矩及转速信号；

本发明所述的一种四轮驱动电动汽车转矩分配控制方法，包括以下步骤：

步骤一、信号检测及调理单元实时检测电动汽车的速度信号、三个驱动电机的转速信号、电动汽车加速踏板开度信号、动力电池SOC信号，发送至控制器单元；

步骤二、信号检测及调理单元实时判定动力电池的SOC(充电状态或剩余容量)情况，当动力电池的SOC小于电动车允许运行下限时，控制器单元发送停车指令，电动汽车停止运行，否则执行步骤三；

步骤三、信号检测及调理单元计算电动汽车运行中三个驱动电机实时总转矩，利用获得的三个驱动电机实时总转矩和电机转矩外特性，采用搜索算法实时计算电动汽车三个驱动电机总效率最优时前轮、后轴转矩的最优分配系数；根据所述的电动汽车三个驱动电机总效率最优时前轮、后轴转矩的最优分配系数将三个驱动电机实时总转矩分配给两个前轮和后轴，并将前轮转矩平均分配至左前轮驱动电机与右前轮驱动电机，实现对分布式驱动电动汽车转矩实时最优分配控制。

优选地，步骤三中采用搜索算法实时计算电动汽车三个驱动电机总效率最优时前轮、后轴转矩的最优分配系数并将三个驱动电机实时总转矩分配给两个前轮驱动电机和后轴驱动电机的过程包括以下步骤：

步骤3.1、根据电动汽车的实时速度信号和加速踏板开度模拟量信号计算分布式驱动电动汽车三个驱动电机的实时总转矩Tt(i′)；

步骤3.2、设定转矩优化分配系数k，k为两个前轮的需求转矩与三个驱动电机的实时总转矩Tt(i′)的比，k的搜索区间[a，b]，搜索区间[a，b]的初始化搜索区间为[0，1]；设定搜索比例x，x<1；搜索收敛精度为ε；

步骤3.3、按转矩分配系数k＝k1＝a+x·(b-a)计算左前轮驱动电机和右前轮驱动电机实时输出的总转矩；并将所述左前轮驱动电机和右前轮驱动电机实时输出的总转矩平均分配给左前轮驱动电机和右前轮驱动电机，获得转矩分配系数k＝k1时左前轮驱动电机和右前轮驱动电机实时输出的目标转矩；

按转矩分配系数(1-k1)计算后轴驱动电机实时输出转矩，获得转矩分配系数k＝k1时后轴驱动电机实时输出的目标转矩；

按转矩分配系数k＝k2＝a+(1-x)·(b-a)，计算左前轮驱动电机和右前轮驱动电机实时输出的总转矩，并将所述左前轮驱动电机和右前轮驱动电机实时输出的总转矩平均分配给左前轮驱动电机和右前轮驱动电机，获得转矩分配系数k＝k2时左前轮驱动电机和右前轮驱动电机实时输出的目标转矩；

按转矩分配系数(1-k2)计算后轴驱动电机实时输出转矩，获得转矩分配系数k＝k2时后轴驱动电机实时输出的目标转矩；

步骤3.4、利用步骤3.3获得的k＝k1时三个驱动电机实时输出的总转矩和k＝k2时三个驱动电机实时输出的总转矩，计算三个驱动电机实时输出的目标转矩，结合三个驱动电机输入端总线电压、总线电流及输出转速，计算转矩分配系数k＝k1和转矩分配系数k＝k2时三个驱动电机的实时输入功率、实时输出功率；

步骤3.5、根据步骤3.4获得的三个驱动电机的实时输入功率、实时输出功率，并根据三个驱动电机的输入功率和输出功率计算转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)和转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(k2)；

步骤3.6、对步骤3.5计算获得的转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)和转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(k2)进行比较；

当η1<η2时，令a＝k1，k1＝k2，η1＝η2，k2＝a+(1-x)(b-a)；计算实时总效率值η2＝η(k2)，执行步骤3.7；

当η1≥η2时，令b＝k2，k2＝k1，η2＝η1，k1＝a+x·(b-a)，计算实时总效率值η1＝η(k1)，执行步骤3.7；

步骤3.7、对转矩分配系数k搜索区间[a，b]进行收敛判定，若|a-b|<ε，则结束搜索，获得电动汽车三个驱动电机转矩的最优分配系数，左前轮驱动电机输出转矩为T2和右前轮驱动电机输出转矩T3为T2＝T3＝k·Tt(i′)/2，后轴驱动电机输出转矩为T1＝(1-k)·Tt(i′)；否则，返回执行步骤3.6。

优选地，步骤3.5根据三个驱动电机的输入功率和输出功率计算转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)和转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(k2)的过程包括以下步骤：

通过公式(1)计算获得后轴驱动电机的实时输入输出功率，

其中，P_in,1(i′)为i′时刻后轴驱动电机实时输入功率，P_out,1(i′)为i′时刻后轴驱动电机实时输出功率；U₁(i′)为i′时刻后轴驱动电机输入端母线电压，I₁(i′)为i′时刻后轴驱动电机输入端母线电流；n₁(i′)为后轴驱动电机的转速；

通过公式(2)计算获得左前轮驱动电机的实时输入输出功率，

其中，P_in,2(i′)为i′时刻左前轮驱动电机实时输入功率，P_out,2(i′)为i′时刻左前轮驱动电机实时输出功率；U₂(i′)为i′时刻左前轮驱动电机输入端母线电压，I₂(i′)为i′时刻左前轮驱动电机输入端母线电流；n₂(i′)为左前轮驱动电机的转速；

通过公式(3)计算获得右前轮驱动电机的实时输入输出功率，

其中，P_in,3(i′)为i′时刻右前轮驱动电机实时输入功率，P_out,3(i′)为i′时刻右前轮驱动电机实时输出功率；U₃(i′)为i′时刻右前轮驱动电机输入端母线电压，I₃(i′)为i′时刻右前轮驱动电机输入端母线电流；n₃(i′)为右前轮驱动电机的转速；

通过公式(4)计算三个驱动电机实时总效率，

当k＝k1时，按照公式(4)计算η(k1)，获得i′时刻转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)；

当k＝k2时，按照公式(4)计算η(k2)，获得i′时刻转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η2＝η(k2)。

优选地，步骤三所述的搜索比例x＝0.382。

针对以上方案，采用搜索算法分配转矩后电动汽车运行存在前轮双电机驱动，后轴单电机驱动及三电机四驱三种模式。

具有三个驱动电机的分布式驱动电动汽车动力系统由于没有设置前轴而采用左、右前轮分别单独驱动，具有四轮驱动汽车通过能力强的优点，同时又不影响转向系统的工作，能够保证对转向系统的精准控制，很好的实现了对转向系统和四驱动力的协调，兼顾了系统的行驶稳定性；并且所述系统结构简单，不但结构稳定可靠，降低了成本，而且易于维修保养。

本发明的方法是基于以上系统的控制方法，能够在转向系统和四驱动力的协调下实现能效优化控制，而且本发明可以按照驱动效率最优进行转矩控制。相比现有控制方法，基于本发明的系统的能效最优控制方法可以节约11％以上的能效。

附图说明

图1为三个驱动电机的分布式驱动电动汽车动力系统的部件关系示意图；

其中，-表示电气连接，表示信号连接；

图2为本发明的流程图；

图3为采用搜索法搜索转矩优分配系数k并将目标总转矩Tt分配给两个前轮驱动电机和后轴驱动电机的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，

一种四轮驱动电动汽车转矩分配控制方法，是基于具有三个驱动电机的分布式驱动电动汽车动力系统上实现的，所述的动力系统包括动力电池1、三个驱动电机、控制器单元5和信号检测及调理单元6；

三个驱动电机包括一个后轴驱动电机2和两个前轮驱动电机，两个前轮驱动电机为左前轮驱动电机3及右前轮驱动电机4；其中后轴驱动电机2与电动汽车后轴连接，左前轮驱动电机3与右前轮驱动电机4型号相同，左前轮驱动电机3安装在电动汽车左前轮的轮毂或轮边上(左前轮驱动电机3为轮毂或轮边电机)，右前轮驱动电机4安装在电动汽车右前轮轮毂或轮边上(右前轮驱动电机4为轮毂或轮边电机)；三个驱动电机为电动汽车提供转矩；

动力电池1与三个驱动电机采用电气连接，同时为三个驱动电机提供电能；

控制器单元5与三个驱动电机采用信号连接，同时为三个驱动电机提供转矩分配控制信号，控制三个驱动电机实时输出转矩；

信号检测及调理单元6与动力电池1、三个驱动电机及控制器单元5采用信号连接，其中，信号检测及调理单元6输入端分别与动力电池1及三个驱动电机信号输出端连接，信号检测及调理单元6输出端与控制器单元5信号输入端连接；信号检测及调理单元6用于检测包括测动力电池1和三个驱动电机的实时信号，并计算电动汽车运行过程中三个驱动电机总转矩，同时为控制器单元5提供总转矩及转速信号；

本发明所述的一种四轮驱动电动汽车转矩分配控制方法，包括以下步骤：

步骤一、信号检测及调理单元6实时检测电动汽车的速度信号、三个驱动电机的转速信号、电动汽车加速踏板开度信号、动力电池SOC信号，发送至控制器单元5；

步骤二、信号检测及调理单元6实时判定动力电池的SOC(充电状态或剩余容量)情况，当动力电池的SOC小于电动车允许运行下限时，控制器单元5发送停车指令，电动汽车停止运行，否则执行步骤三；

步骤三、信号检测及调理单元6计算电动汽车运行中三个驱动电机实时总转矩，利用获得的三个驱动电机实时总转矩和电机转矩外特性，采用搜索算法实时计算电动汽车三个驱动电机总效率最优时前轮、后轴转矩的最优分配系数；根据所述的电动汽车三个驱动电机总效率最优时前轮、后轴转矩的最优分配系数将三个驱动电机实时总转矩分配给两个前轮和后轴，并将前轮转矩平均分配至左前轮驱动电机与右前轮驱动电机，实现对分布式驱动电动汽车转矩实时最优分配控制。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，

本实施方式步骤三中采用搜索算法实时计算电动汽车三个驱动电机总效率最优时前轮、后轴转矩的最优分配系数并将三个驱动电机实时总转矩分配给两个前轮驱动电机和后轴驱动电机的过程包括以下步骤：

步骤3.1、根据电动汽车的实时速度信号和加速踏板开度模拟量信号计算分布式驱动电动汽车三个驱动电机的实时总转矩Tt(i′)；

步骤3.2、设定转矩优化分配系数k，k为两个前轮的需求转矩与三个驱动电机的实时总转矩Tt(i′)的比，k的搜索区间[a，b]，搜索区间[a，b]的初始化搜索区间为[0，1]；设定搜索比例x，x<1；搜索收敛精度为ε；

步骤3.3、按转矩分配系数k＝k1＝a+x·(b-a)计算左前轮驱动电机和右前轮驱动电机实时输出的总转矩；并将所述左前轮驱动电机和右前轮驱动电机实时输出的总转矩平均分配给左前轮驱动电机和右前轮驱动电机，获得转矩分配系数k＝k1时左前轮驱动电机和右前轮驱动电机实时输出的目标转矩；

按转矩分配系数(1-k1)计算后轴驱动电机实时输出转矩，获得转矩分配系数k＝k1时后轴驱动电机实时输出的目标转矩；

按转矩分配系数k＝k2＝a+(1-x)·(b-a)，计算左前轮驱动电机和右前轮驱动电机实时输出的总转矩，并将所述左前轮驱动电机和右前轮驱动电机实时输出的总转矩平均分配给左前轮驱动电机和右前轮驱动电机，获得转矩分配系数k＝k2时左前轮驱动电机和右前轮驱动电机实时输出的目标转矩；

按转矩分配系数(1-k2)计算后轴驱动电机实时输出转矩，获得转矩分配系数k＝k2时后轴驱动电机实时输出的目标转矩；

步骤3.4、利用步骤3.3获得的k＝k1时三个驱动电机实时输出的总转矩和k＝k2时三个驱动电机实时输出的总转矩，计算三个驱动电机实时输出的目标转矩，结合三个驱动电机输入端总线电压、总线电流及输出转速，计算转矩分配系数k＝k1和转矩分配系数k＝k2时三个驱动电机的实时输入功率、实时输出功率；

步骤3.5、根据步骤3.4获得的三个驱动电机的实时输入功率、实时输出功率，并根据三个驱动电机的输入功率和输出功率计算转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)和转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(k2)；

步骤3.6、对步骤3.5计算获得的转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)和转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(k2)进行比较；

当η1<η2时，令a＝k1，k1＝k2，η1＝η2，k2＝a+(1-x)(b-a)；计算实时总效率值η2＝η(k2)，执行步骤3.7；

当η1≥η2时，令b＝k2，k2＝k1，η2＝η1，k1＝a+x·(b-a)，计算实时总效率值η1＝η(k1)，执行步骤3.7；

步骤3.7、对转矩分配系数k搜索区间[a，b]进行收敛判定，若|a-b|<ε，则结束搜索，获得电动汽车三个驱动电机转矩的最优分配系数，左前轮驱动电机输出转矩为T2和右前轮驱动电机输出转矩T3为T2＝T3＝k·Tt(i′)/2，后轴驱动电机输出转矩为T1＝(1-k)·Tt(i′)；否则，返回执行步骤3.6。

具体实施方式三：

本实施方式步骤3.5根据三个驱动电机的输入功率和输出功率计算转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)和转矩分配系数k＝k2时的实时总效率值η2＝η(k2)的过程包括以下步骤：

通过公式(1)计算获得后轴驱动电机的实时输入输出功率，

其中，P_in,1(i′)为i′时刻后轴驱动电机实时输入功率，P_out,1(i′)为i′时刻后轴驱动电机实时输出功率；U₁(i′)为i′时刻后轴驱动电机输入端母线电压，I₁(i′)为i′时刻后轴驱动电机输入端母线电流；n₁(i′)为后轴驱动电机的转速；

通过公式(2)计算获得左前轮驱动电机的实时输入输出功率，

其中，P_in,2(i′)为i′时刻左前轮驱动电机实时输入功率，P_out,2(i′)为i′时刻左前轮驱动电机实时输出功率；U₂(i′)为i′时刻左前轮驱动电机输入端母线电压，I₂(i′)为i′时刻左前轮驱动电机输入端母线电流；n₂(i′)为左前轮驱动电机的转速；

通过公式(3)计算获得右前轮驱动电机的实时输入输出功率，

其中，P_in,3(i′)为i′时刻右前轮驱动电机实时输入功率，P_out,3(i′)为i′时刻右前轮驱动电机实时输出功率；U₃(i′)为i′时刻右前轮驱动电机输入端母线电压，I₃(i′)为i′时刻右前轮驱动电机输入端母线电流；n₃(i′)为右前轮驱动电机的转速；

通过公式(4)计算三个驱动电机实时总效率，

当k＝k1时，按照公式(4)计算η(k1)，获得i′时刻转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η1＝η(k1)；

当k＝k2时，按照公式(4)计算η(k2)，获得i′时刻转矩分配系数k＝k1时的实时总效率值η2＝η(k2)。

其他步骤和参数与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：

本实施方式步骤三所述的搜索比例x＝0.382。

其他步骤和参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：

本实施方式所述的采用搜索算法分配转矩后电动汽车运行存在前轮双电机驱动，后轴单电机驱动及三电机四驱三种模式。

其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。