[发明专利]一种用于电动轮汽车的矢量控制方法

权利要求书

1.一种用于电动轮汽车的矢量控制方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

1)设置一包括有矢量控制器、整车控制器、加速踏板传感器、N个车轴和安装于各车轴两端的共计2N个轮毂驱动单元；各轮毂驱动单元结构相同，均分别由1个轮毂电机与1个轮毂电机控制器组成，对各个轮毂电机依次进行编号，记为i_j，其中，i代表该轮毂电机所在的车轴，i＝1，2，...，N，角标j用于表示轮毂电机与车轴的相对位置，j＝1时表示轮毂电机位于车辆左侧，j＝2时表示轮毂电机位于车辆右侧；矢量控制器包括驱动转矩计算模块、横摆转矩计算模块、防滑转矩计算模块、协调转矩计算模块、电机状态管理模块、输入接口模块和输出接口模块；

2)矢量控制器分别从整车控制器、各轮毂驱动单元和加速踏板传感器获取整车状态信息和电机状态信息，由输入接口模块整合为整车输入信息矢量C_vc，表达式如下：

C_vc＝{α_b，G_s，δ，P_dis，P_chr，a_x，a_y，ω_r，V_x，V_y}

各车轴轮毂电机状态输入信息矢量C_ci，表达式如下：

以及加速踏板开度信息α_a；

所述整车输入信息矢量C_vc中，α_b为制动踏板开度，G_s为档位，δ为方向盘转角，P_dis为电池最大允许放电功率，P_chr为电池最大允许充电功率，a_x为汽车纵向加速度，a_y为汽车横向加速度，ω_r为汽车横摆角速度，V_x为纵向车速，V_y为横向车速，均分别由矢量控制器通过整车CAN总线从整车控制器实时获取；

所述各车轴轮毂电机状态输入信息矢量C_ci中，为第i_j个轮毂电机的最大正向能力，为第i_j个轮毂电机的最大反向能力，为第i_j个轮毂电机的实时转速，为第i_j个轮毂电机的实时转矩，为第i_j个轮毂电机的故障状态，定义当第i_j个轮毂电机发生故障时，当第i_j个轮毂电机未发生故障时，为第i_j个轮毂电机的实时温度，均分别由矢量控制器通过动力CAN总线从各轮毂驱动单元实时获取；

3)将整车输入信息矢量C_vc、各车轴轮毂电机状态输入信息矢量C_ci与加速踏板开度α_a组成控制输入信息矢量S_c，并分别传递至驱动转矩计算模块、横摆转矩计算模块、防滑转矩计算模块、协调转矩计算模块和电机状态管理模块；

4)驱动转矩计算模块和横摆转矩计算模块根据矢量控制信息输入矢量S_c计算得到期望转矩矢量T_ae，并传递至防滑转矩计算模块，具体过程如下：

4.1)驱动转矩计算模块根据矢量控制信息输入矢量S_c中的加速踏板开度信号α_b、档位信号G_s，结合电机当前时刻最大能力解析驾驶员加速意图，计算得到期望驱动转矩T_td；其中，电机当前时刻最大能力由各个轮毂电机最大正向/反向能力计算，如下式所示：

4.2)横摆转矩计算模块根据矢量控制信息输入矢量S_c中的方向盘转角δ、汽车横摆角速度ω_r、汽车横向加速度a_x、汽车纵向加速度a_y、横向车速V_x、纵向车速V_y，以稳定性控制为目标计算得到期望横摆转矩T_sd；

4.3)由步骤4.1)得到的期望驱动转矩T_td，和步骤4.2)得到的期望横摆转矩T_sd组成期望转矩矢量T_de，并传递至防滑转矩计算模块；

5)防滑转矩计算模块根据矢量控制信息输入矢量S_c和期望转矩矢量T_de计算得到防滑转矩矢量T_an，并传递至协调转矩计算模块，具体过程如下：

5.1)根据矢量控制信息输入矢量S_c中的各轮毂电机实时转速纵向车速V_x、汽车横摆角速度ω_r，并通过下式判断车轮滑转状态

式中，分别表示由各轮毂电机驱动的相应车轮的滑转状态，0表示车轮滑转，1表示车轮未滑转，分别表示由各轮毂电机驱动的相应车轮的滑转率，λ₀为滑动状态判断门限值，取为20％～30％；

根据车轮滑转状态对车辆滑转状态h_v进行判断：若任一车轮发生滑转即认为车辆发生滑转，即h_v＝0，否则认为车辆未发生滑转，即h_v＝1，表达式如下：

5.2)结合步骤5.1)中的车辆滑转状态h_v和步骤4.3)中的期望转矩矢量T_de，计算得到防滑转矩矢量T_an，如下式所示：

式中，D_T＝[d_pq]∈R^N×2，表示期望转矩分配矩阵，定义该分配矩阵中的元素d_pq如下式所示：

定义T_an＝[T_ank]^T∈R^2N×1，T_ank为第i_j个轮毂电机的防滑转矩，n＝[n_k]^T∈R^2N×1表示轮毂电机转速矢量，角标对应关系如下式所示：

k＝2(i-1)+j(i＝1，2，N；j＝1，2)

将防滑转矩矢量T_an传递至协调转矩计算模块；

6)协调转矩计算模块根据矢量控制信息输入矢量S_c、防滑转矩矢量T_an计算得到电机转矩指令矢量T，具体过程如下：

6.1)根据防滑转矩矢量T_an与轮毂电机转速矢量n，通过下式计算汽车当前时刻需求功率P_v：

6.2)根据当前时刻需求功率P_v的方向与大小，与电池最大能力进行对比，计算得到比例系数K，具体过程如下：

a)当P_v≥0时，将当前时刻需求功率P_v与控制输入信息矢量S_c中的电池最大放电功率P_dis对比，通过下式计算比例系数K：

b)当P_v≤0时，将当前时刻需求功率P_v与控制输入信息矢量S_c中的电池最大充电功率P_chr对比，通过下式计算比例系数K：

6.3)结合步骤6.2)得到的比例系数K和防滑转矩矢量T_an，计算得到电机转矩指令矢量T，如下式所示：

T＝KT_an

式中，T＝[T_k]^T∈R^2N×1，T_k表示第i_j个表示各轮毂电机的转矩指令；

7)电机状态管理模块根据矢量控制信息输入矢量S_c中各轮毂电机故障状态得到轮毂电机故障信息E_f，若任一轮毂电机存在故障，记E_f＝1，否则认为轮毂电机未发生故障，记E_f＝0，表达式如下：

将矢量控制信息输入矢量S_c中各轮毂电机温度的最大值作为轮毂电机温度信息E_K，由轮毂电机故障信息E_f和轮毂电机温度信息E_K组成轮毂电机状态信息E_m；

8)将轮毂电机转矩指令矢量T和轮毂电机状态信息矢量E_m组成矢量控制输出信息矢量S_o，并传递至输出接口模块；

9)输出接口模块依据信息接收端拆分矢量控制输出信息矢量S_o，分别发送至各信息接收端。

2.如权利要求1所述的一种用于电动轮汽车的矢量控制方法，其特征在于，步骤9)的具体过程为：

1)矢量控制输出信息矢量S_o中的轮毂电机状态信息矢量E_m拆分为轮毂电机故障信息和轮毂电机温度信息，并传递至整车控制器；

2)矢量控制输出信息矢量S_o中的轮毂电机转矩指令矢量T拆分为各车轴轮毂电机转矩指令，并传递至相应轮毂驱动单元。