一种电动汽车四轮驱动电机扭矩分配方法及系统与流程

1.本发明涉及电动汽车底盘控制领域，尤其涉及一种电动汽车四轮驱动电机扭矩分配方法及系统。


背景技术：

2.电动汽车是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。由于对环境影响相对燃油汽车较小，目前已经被广泛使用。
3.电动汽车的工作原理：使用蓄电池供电，输出电流给电力调节器，驱动电动机，带动动力传动系统来驱动汽车行驶。
4.现有技术中的四轮驱动电机对力矩分配较不合理，驱动电机的输出功率难以满足行驶需求，影响整车性能。而且还会造成电能的浪费，影响电动汽车的续航里程。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种电动汽车四轮驱动电机扭矩分配方法，方法能够兼顾经济性和动力性，满足电动汽车行驶要求。
6.电动汽车四轮驱动电机扭矩分配方法包括：步骤一：设置总需求扭矩等于各个电机峰值扭矩之和乘以踏板开度；步骤二：获取电机数据，通过对电机数据进行处理，产生表数据；步骤三：在模块中建立寻优的控制策略，计算系统电功率；系统电功率等于各个电机的电功率之和，系统电功率的计算方式为：（2）其中：为前轴左侧电机实时系统效率，为前轴右侧电机实时系统效率，为后轴左电机实时系统效率，为后轴右侧电机实时系统效率，为电机转速；步骤四：以最小电功率情况下各个电机的分配扭矩为最优扭矩；步骤五：启动模块，记录不同转速、扭矩情况下各个电机的最优扭矩分配结果；步骤六：运行模块的工具箱得到的mat文件，通过脚本对文件进行处理，得到在预设转速下总需求扭矩与电机效率的二维表数据。
7.进一步需要说明的是，步骤一还包括：给每一个电机定一个名称，名称包括：前轴左侧电机、前轴右侧电机、后轴左电机、后轴右侧电机，需求总扭矩计算方式为：（1）其中：为需求总扭矩，为前轴左侧电机峰值扭矩，为前轴右侧电机峰值扭矩，为后轴左电机峰值扭矩，为后轴右侧电机峰值扭矩，p为踏板深度。
8.进一步需要说明的是，电机数据包括：电机转速数据、扭矩与系统效率数据，电机外特性曲线数据。
9.进一步需要说明的是，步骤二还包括：通过语言的griddata 函数将获取的电机扭矩、电机转速、系统效率三者的数据网格化及矩阵化，得到一个二维数据表；将电机外特性的峰值扭矩和转速配置成一维数据表。
10.进一步需要说明的是，步骤三还包括：系统电功率等于各个电机的电功率之和，系统电功率的计算方式为：（2）其中：为前轴左侧电机实时系统效率，为前轴右侧电机实时系统效率，为后轴左电机实时系统效率，为后轴右侧电机实时系统效率，为电机转速。
11.进一步需要说明的是，步骤三中将为前轴左侧电机实时系统效率，为前轴右侧电机实时系统效率，为后轴左电机实时系统效率，为后轴右侧电机实时系统效率的排列组合形式通过多层循环来罗列出来，根据公式（2）计算每种排列组合的电机总电功率以及最小电功率，即为最优扭矩分配情况。
12.进一步需要说明的是，步骤六中，运行模块的工具箱具体包括：启动工具箱，选择，选择需要测试的模型；设置工具箱中的输入参数、输出参数；
将模块的输入参数与工具箱输入引脚绑定，将模块输出参数与工具箱输出引脚绑定；设置需要保存在文件参数；设置完成之后，运行工具箱，得到文件，通过脚本提取工具箱中记录不同转速、扭矩情况下的四个电机最优扭矩分配数据，得到二维表数据。
13.本发明还提供一种电动汽车四轮驱动电机扭矩分配系统，系统包括：扭矩设置模块、电机数据处理模块、模块以及扭矩分配控制模块；扭矩设置模块用于设置总需求扭矩等于各个电机峰值扭矩之和乘以踏板开度；电机数据处理模块用于获取电机数据，通过对电机数据进行处理，产生表数据；模块用于建立寻优的控制策略，计算系统电功率；系统电功率等于各个电机的电功率之和，系统电功率的计算方式为：（2）以最小电功率情况下各个电机的分配扭矩为最优扭矩；扭矩分配控制模块用于启动模块，记录不同转速、扭矩情况下各个电机的最优扭矩分配结果；还用于运行模块的工具箱得到的文件，通过脚本对文件进行处理，得到四个在预设转速下总需求扭矩与电机效率的二维表数据。
14.进一步需要说明的是，模块设置有工具箱。
15.进一步需要说明的是，还包括：数据展示模块；数据展示模块用于显示在预设转速下总需求扭矩与电机效率的二维表数据以及系统运行过程数据。
16.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供的四轮驱动电机的最优扭矩分配方法及系统，仅需要电机的转速、扭矩、系统效率和外特性数据，均容易获取，经过处理后生成二维表，容易应用在工程实际中。因为算法使电机尽量工作在高效区间，在相同的续驶里程要求下，可以匹配更少的电池电量，提升整车性能。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为电动汽车四轮驱动电机扭矩分配方法流程图；图2为电机效率数据示意图；图3为电机扭矩分配组合方式示意图；图4为4个电机的最优扭矩分配二维表示意图；图5为电动汽车四轮驱动电机扭矩分配系统示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本发明一种电动汽车四轮驱动电机扭矩分配方法，如图1至4所示，方法包括：s101：设置总需求扭矩等于各个电机峰值扭矩之和乘以踏板开度；总需求扭矩为电动汽车四轮在进行行驶过程的扭矩总量，可以认为是四驱四轮的加和。本发明设定为各个电机峰值扭矩，也就是输出的最大扭矩。踏板开度范围：0%-100%。
21.进一步的讲，如图2所示，用户可以设置总需求总扭矩直接根据油门踏板的深度乘以各个电机低转速下的峰值和，给每一个电机定一个名称，名称包括：前轴左侧电机、前轴右侧电机、后轴左电机、后轴右侧电机，需求总扭矩计算方式为：（1）其中分别为需求总扭矩、前轴电机1峰值扭矩、前轴电机2峰值扭矩、后轴电机1峰值扭矩、后轴电机2峰值扭矩；p为踏板深度；s102：获取电机数据，通过对电机数据进行处理，产生表数据；获取各种型号电机的数据，电机数据可以包括扭矩、转速、系统效率三者的数据、电机外特性数据。通过语言griddata等函数将获取的扭矩、转速、系统效率三者的数据网格化、矩阵化，得到一个二维数据表，电机外特性的峰值扭矩和转速做成一维数据表，供后续在模块中使用。
22.本发明涉及的是美国公司出品的商业数学软件，用于数据分析、无线通信、深度学习、图像处理与计算机视觉、信号处理、量化金融与风险管理、机器人，控制系统等领域。
23.对于本发明来讲，可以配置处理器进行对电机数据获取，当然对于本发明涉及的
电动汽车四轮驱动电机扭矩分配系统中可以通过硬件实施，这里描述的实施方式可以通过使用特定用途集成电路(asic，application specific integrated circuit)、数字信号处理器(dsp，digital signal processing)、可编程逻辑装置(pld，programmable logic device)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计为执行这里描述的功能的电子单元中的至少一种来实施，在一些情况下，这样的实施方式可以在控制器中实施。对于软件实施，诸如过程或功能的实施方式可以与允许执行至少一种功能或操作的单独的软件模块来实施。软件代码可以由以任何适当的编程语言编写的软件应用程序(或程序)来实施，软件代码可以存储在存储器中并且由控制器执行。
24.当然还可以设置显示单元可以显示电动汽车四轮驱动电机扭矩分配系统中处理的信息。显示单元可以显示与电动汽车四轮驱动电机扭矩分配相关的用户界面(ui，user interface)或图形用户界面(gui，graphical user interface)。
25.s103：在模块中建立寻优的控制策略，计算系统电功率；系统电功率等于各个电机的电功率之和，系统电功率的计算方式为：（2）其中：为前轴左侧电机实时系统效率，为前轴右侧电机实时系统效率，为后轴左电机实时系统效率，为后轴右侧电机实时系统效率，为电机转速；以控制电机允许的扭矩精度误差为间隔分配，一般情况下是选择以控制电机允许的扭矩精度误差为间隔分配，一般情况下是选择的间隔取数据，在for循环中计算四个电机所有力矩分配组合形式，最后输出最小电功率情况下的各电机扭矩分配情况。
26.s104：以最小电功率情况下各个电机的分配扭矩为最优扭矩；本发明涉及的控制算法离线化，是基于控制算法中有多层for循环。运用下的中功能，记录在不同转速、扭矩下的最优分配结果，对生成的文件通过脚本文件处理，生成单个电机在不同转速、扭矩对应的最优分配扭矩。
27.在一个转速下的需求总扭矩，可以分配给在一个转速下的需求总扭矩，可以分配给不同扭矩，但是总扭矩一定情况下，它的排列组合方式也是有限，可以将所有的排列组合形式通过多层for循环来罗列出来，根据上述公式计算每种排列组合的电机总电功率，最小电功率的情况即是本发明寻找的最优扭矩分配情况。
28.进一步的讲，通过多层for循环可以列举所有的排列组合方式，假如需求总扭矩为100 ，四个电机的扭矩分配按照图3所示进行分配，其核心是涵盖所有的分配情况，同时也要对分配的扭矩进行限制，扭矩不能超过电机的外特性下扭矩，然后根据公式2计算
每一种分配方式情况下的系统电功率，然后比较哪种方式电功率最小，将此时的分配方式输出来。当转速在4000rpm,需求扭矩为1000 的情况下，此时左侧前轴电机、右侧前轴电机、后轴左电机、后轴右电机分配扭矩分别为185、240、285、290，最小功率为433.9kw。
29.进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，其中，控制算法离线化，因为设计的算法中通过3层的for循环去表示每种分配方式，如果在微控制器中执行算法，将浪费大量的时间，需要将控制策略离线化。在此需要借助下工具箱，首先启动工具箱，选择,选择需要测试的模型，之后的步骤包括：（1）设置中的输入参数、输出参数。
30.（2）将输入参数与输入引脚绑定，将输出参数与输出引脚绑定。
31.（3）设置需要保存在文件的参数。
32.配置完成之后，根据启动运行，得到一个文件，通过的m脚本文件提取中记录不同转速、扭矩情况下的4个电机最优扭矩分配数据，最终形成得到的如图4所示二维表数据。
33.s105：启动模块，记录不同转速、扭矩情况下各个电机的最优扭矩分配结果；s106：运行模块的工具箱得到的文件，通过脚本对文件进行处理，得到在预设转速下总需求扭矩与电机效率的二维表数据。
34.对于上述步骤来讲，启动，因为中控制策略只能输出一个转速，一个总需求扭矩情况下的各个电机扭矩分配情况，因为程序含有for 多次的循环，不适合在微控制器中执行，所以需要做成二维表来查询。可以记录不同转速、扭矩情况下各个电机的最优扭矩分配情况，在对运行得到的文件通过m脚本文件进行处理，得到四个在一个转速下总需求扭矩与电机最优效率扭矩的二维表。
35.基于上述提供的四轮驱动电机的最优扭矩分配方法，仅需要电机的转速、扭矩、系
统效率和外特性数据，均容易获取，经过处理后生成二维表，容易应用在工程实际中。因为算法使电机尽量工作在高效区间，在相同的续驶里程要求下，可以匹配更少的电池电量，提升整车性能。
36.根据上述提供的四轮驱动电机的最优扭矩分配方法，本发明提供的电动汽车四轮驱动电机扭矩分配系统，如图5所示，系统包括：扭矩设置模块、电机数据处理模块、模块以及扭矩分配控制模块；扭矩设置模块用于设置总需求扭矩等于各个电机峰值扭矩之和乘以踏板开度；电机数据处理模块用于获取电机数据，通过对电机数据进行处理，产生表数据；电机数据处理模块可以获取各种型号电机的数据，如扭矩、转速、系统效率三者的数据、电机外特性数据。这些数据均可以从电机供应商得到，通过函数读取获取的excel中单个电机的特性数据，再通过中、等函数对获取的数据生成网格化矩阵、数据网格化处理，对多种型号的电机进行数据处理。
37.模块用于建立寻优的控制策略，计算系统电功率；系统电功率等于各个电机的电功率之和，系统电功率的计算方式为：（2）以最小电功率情况下各个电机的分配扭矩为最优扭矩；扭矩分配控制模块用于启动模块，记录不同转速、扭矩情况下各个电机的最优扭矩分配结果；还用于运行模块的工具箱得到的文件，通过脚本对文件进行处理，得到四个在预设转速下总需求扭矩与电机效率的二维表数据。
38.本发明在得到四个在预设转速下总需求扭矩与电机效率的二维表数据之后可以通过数据展示模块进行显示，当然也可以显示系统运行过程数据。
39.本发明提供的电动汽车四轮驱动电机扭矩分配方法及系统是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
40.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。