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一种基于麻雀搜索算法的分布式驱动电动汽车多目标转矩优化分配策略

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Journal of Measurement Science and Instrumentation 2023年第1期14卷 85-94页

作者：卢相璇武小兰白志峰张传伟张荣博西安建筑科技大学机电工程学院陕西西安710055 陕西省纳米材料与技术重点实验室陕西西安710055 西安科技大学机械工程学院陕西西安710054

以分布式驱动电动汽车为研究对象,针对常用的基于轴向载荷比例的动态转矩分配方法适应性差、不能满足当前对电动汽车多目标控制的需求等问题,提出一种基于麻雀搜索算法(Sparrow search algorithm,SSA)的多目标转矩优化分配策略。首先,... 详细信息

以分布式驱动电动汽车为研究对象,针对常用的基于轴向载荷比例的动态转矩分配方法适应性差、不能满足当前对电动汽车多目标控制的需求等问题,提出一种基于麻雀搜索算法(Sparrow search algorithm,SSA)的多目标转矩优化分配策略。首先,建立包含减小轮胎负荷率、提高电机效率以及降低电机转矩变化幅度三个目标的目标函数。其次,将计算出的驱动力矩和附加横摆力矩作为等式约束,用麻雀搜索算法求解优化问题。最后,利用Carsim和Simulink建立联合仿真平台进行仿真试验。结果表明,所提出的多目标转矩优化分配策略能更好地适应各种工况,有效提高车辆稳定性、经济性以及行驶平顺性。

关键词：分布式驱动电动汽车转矩优化分配麻雀搜索算法

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分布式驱动电动汽车转矩优化分配策略

分布式驱动电动汽车转矩优化分配策略

作者：朱轶凡长沙理工大学

学位级别：硕士

近年来汽车行业迅猛发展,方便了人们出行,同时也给生态环境带来不小的负担。由于全球变暖以及石油资源等问题,电动汽车已经成为未来汽车行业最理想的发展方向。分布式驱动电动汽车与传统汽车完全不同的驱动形式使其逐渐成为研究的热点,... 详细信息

近年来汽车行业迅猛发展,方便了人们出行,同时也给生态环境带来不小的负担。由于全球变暖以及石油资源等问题,电动汽车已经成为未来汽车行业最理想的发展方向。分布式驱动电动汽车与传统汽车完全不同的驱动形式使其逐渐成为研究的热点,各轮独立分布、转矩单独控制这些优点为其转矩优化分配提供了巨大的研究空间。本文针对分布式驱动电动汽车的转矩优化分配策略进行了深入研究,通过对转矩的优化分配提升车辆各方面的性能。主要工作如下:首先,构建Carsim和Simulink的联合仿真平台。选用车辆建模精确的Carsim软件设立整车模型,同时在Simulink软件中对电机进行建模,合理配置Carsim整车模型的输入及输出接口,完成联合平台的建立。通过标准双移线工况验证平台的可靠性,为后续转矩分配策略的建立与验证奠定基础。其次,计算出基于整车稳定性需求的附加横摆力矩,将其作为转矩分配的上层约束条件保证车辆的稳定性。确定车辆稳定性控制系统结构主要分为两层,在上层稳定性控制器中,利用滑模控制算法对车辆采取模型跟踪控制,选取合适的滑模面与趋近率计算出附加横摆力矩的值,为后文建立下层转矩优化分配层做铺垫。再次,在上层控制器计算得出的附加横摆力矩约束条件下,对转矩进行优化,使其满足车辆稳定性并且兼顾一定的经济性。构建以稳定性为主兼顾经济性的综合优化目标函数,通过对反映车辆稳定性状态的参数横摆角速度与质心侧偏角的跟踪判断,利用模糊控制器确定综合优化目标函数中各目标函数的权重值。满足各个执行器约束条件下,利用加权最小二乘法进行转矩优化分配,使用有效集解法对其求解,并进行改进。最后,将转矩优化分配策略在Carsim-Simulink联合仿真平台上进行仿真分析。选取低速角阶跃工况与高速双移线工况对车辆稳定性进行仿真测试,结果表明车辆的质心侧偏角与横摆角速度在车辆稳定性控制系统的作用下有较为明显的校正。在高速双移线工况下对转矩优化分配策略进行仿真分析,结果表明将转矩优化分配后车辆稳定性与经济性都得到了提升。

关键词：分布式驱动电动汽车联合仿真滑模控制转矩优化分配有效集算法

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分布式驱动电动汽车转矩节能优化分配

中国公路学报 2018年第5期31卷 183-190页

作者：徐兴陈特陈龙蔡英凤王吴杰江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 江苏大学汽车工程研究院江苏镇江212013

为了提高分布式驱动电动汽车的经济性和续航里程,对4个轮毂电机驱动转矩优化分配问题进行研究。通过轮毂电机台架试验得到轮毂电机的驱动效率特性,分析转矩优化分配实现节约整车能耗的可行性;建立侧重提高电机效率的目标函数,使电机转... 详细信息

为了提高分布式驱动电动汽车的经济性和续航里程,对4个轮毂电机驱动转矩优化分配问题进行研究。通过轮毂电机台架试验得到轮毂电机的驱动效率特性,分析转矩优化分配实现节约整车能耗的可行性;建立侧重提高电机效率的目标函数,使电机转矩处于电机效率Map图中的高效区;建立侧重提高电机响应速度的目标函数,减小转矩分配瞬间电流波动过大带来的能耗;基于模糊理论设计以电机效率为变量的权重函数,实时调节权重来协调2种目标函数,提出一种转矩节能优化分配方法,得到最优的轴间转矩分配系数。在后轴驱动、平均分配、优化分配3种分配方式下进行整车能耗的ECE城市循环工况对比仿真分析。结果表明:提出的节能优化分配方法通过实时优化驱动电机的转矩,避免了电机工作在转矩过大和过小的低效区,提高了整个驱动系统的能量利用率,相比于后轴驱动和平均分配整车能耗效率提高了5.91%和10.54%;实车试验验证了转矩节能优化分配算法的节能效果,优化分配相比另外2种分配方式整车能耗效率分别提高了3.66%和8.58%。

关键词：汽车工程电动汽车台架试验分布式驱动节能转矩优化分配

分布式驱动电动汽车转弯转矩优化方法与仿真验证

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中国科技论文 2017年第7期12卷 754-757,769页

作者：马良峰李建秋高明明清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

针对分布式驱动电动汽车转弯工况转矩优化分配问题,建立了永磁同步电机的效率优化模型,并提出了基于模型的转弯工况下效率最优的转矩分配算法。为了验证优化的效果,建立了Matlab/Simulink与CarSim的联合仿真平台。仿真结果表明:转弯工... 详细信息

针对分布式驱动电动汽车转弯工况转矩优化分配问题,建立了永磁同步电机的效率优化模型,并提出了基于模型的转弯工况下效率最优的转矩分配算法。为了验证优化的效果,建立了Matlab/Simulink与CarSim的联合仿真平台。仿真结果表明:转弯工况下的能效优化效果与转向角成正比。基于提出的优化算法,分布式驱动电动轿车最大转向角下的能效提升效果可达2.5%。

关键词：分布式驱动电动汽车转矩优化分配能效联合仿真

分布式驱动电动汽车质心侧偏角估计及转矩分配策略研究

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分布式驱动电动汽车质心侧偏角估计及转矩分配策略研究

作者：卢相璇西安建筑科技大学

学位级别：硕士

分布式驱动电动汽车整车结构简单,传动效率高,四个轮毂电机转矩独立可控,和燃油汽车或者集中驱动电动汽车相比,其独特的结构特点及优势为汽车稳定性控制的发展带来了更多的可能性。其中车辆质心侧偏角是表征车辆稳定性的重要指标,对车... 详细信息

分布式驱动电动汽车整车结构简单,传动效率高,四个轮毂电机转矩独立可控,和燃油汽车或者集中驱动电动汽车相比,其独特的结构特点及优势为汽车稳定性控制的发展带来了更多的可能性。其中车辆质心侧偏角是表征车辆稳定性的重要指标,对车辆的稳定性控制有至关重要的作用。同时转矩分配控制策略是分布式驱动式电动汽车操纵稳定性的核心部分,驱动轮之间转矩的合理分配至关重要。本文以分布式驱动电动汽车为研究对象,开展了如下几点研究工作:对分布式驱动电动汽车进行动力学分析,搭建七自由度整车车辆动力学模型。为了方便后续研究,将模型进一步简化为线性二自由度模型和非线性三自由度模型。基于Carsim软件建立车体模型,在MATLAB/Simulink中搭建驾驶员模型和四个轮毂电机模型,完成Carsim-MATLAB/Simulink联合仿真平台的搭建。将搭建的分布式驱动电动汽车模型和Carsim软件中传统车辆模型对比,验证所搭建的分布式驱动模型的有效性。以分布式驱动电动汽车为研究目标,提出一种基于强跟踪卡尔曼滤波及无迹卡尔曼滤波融合估计的质心侧偏角估计方法。由于汽车在侧向加速度较小时车辆动力学特性大致呈线性变化,此时通过强跟踪卡尔曼滤波快速估计,当汽车侧向加速度较大时车辆动力学特性趋于非线性,通过无迹卡尔曼滤波准确估计。最后将两种估计方法得到的数据融合,实现不同车速不同工况下车辆质心侧偏角的估计,并利用Carsim-MATLAB/Simulink联合仿真平台对所提出的方法的有效性进行验证。分析车辆失稳原因,制定多目标转矩优化分配策略。提出的转矩优化分配策略包括上层力矩决策层和下层力矩分配层。上层力矩决策层基于PID控制决策出跟随当前车速所需的总驱动力矩,用滑模控制算法计算出使车辆保持稳定所需的附加横摆力矩;下层力矩分配层对上层决策出的力矩进行优化分配,提出了一种以提高轮胎附着裕量、提高能耗经济性和改善车辆行驶平顺性为目标的多目标转矩优化分配策略,采用麻雀搜索算法求解该多目标优化问题。用搭建的联合仿真平台将提出的转矩优化分配策略和基于轮胎轴向载荷分配的动态转矩分配方法对比,结果表明,所提出的转矩优化分配策略使车辆有更好的稳定性、经济性和平顺性。利用基于d SPACE搭建的分布式驱动电动汽车平台进行半实物仿真实验,对所提出的转矩优化分配策略在角阶跃工况下进行实验验证,验证所提出的转矩优化分配策略的可行性。

关键词：分布式驱动电动汽车质心侧偏角估计转矩优化分配

基于转矩分配的分布式驱动电动汽车横摆稳定性控制策略研究

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基于转矩分配的分布式驱动电动汽车横摆稳定性控制策略研究

作者：朱敬娜北京理工大学

学位级别：硕士

分布式驱动电动汽车因动力性好、传动链短、传动效率比较高、控制精确等优点,逐渐成为电动汽车研究的热点之一。本文以分布式驱动电动汽车为研究对象,重点开展了基于转矩优化分配的横摆稳定性控制策略研究。本文主要研究工作如下:(1)总... 详细信息

分布式驱动电动汽车因动力性好、传动链短、传动效率比较高、控制精确等优点,逐渐成为电动汽车研究的热点之一。本文以分布式驱动电动汽车为研究对象,重点开展了基于转矩优化分配的横摆稳定性控制策略研究。本文主要研究工作如下:(1)总结了分布式驱动电动汽车的国内外研发现状以及成果,一并综述了分布式驱动电动汽车横摆稳定性的研究方法和控制策略。(2)基于CarMaker软件建立了包括车身、动力系统、转向系统、轮胎、驾驶员、悬架系统、制动系统等子系统的整车动力学模型,为后续的控制策略研究提供了验证平台。(3)考虑到质心侧偏角在横摆稳定性控制方面的重要性以及测量成本、精度的限制,提出了适用于分布式驱动电动汽车的改进无迹卡尔曼滤波算法,试验证明该算法能够有效实现质心侧偏角的准确估计。(4)建立了基于分层架构的分布式驱动电动汽车的横摆稳定性控制策略。上层基于滑模控制方法进行了期望附加横摆力矩的计算,下层基于稳定性目标对上层的期望力矩进行了转矩分配。仿真结果证明了该控制算法在保证分布式驱动电动汽车横摆稳定行驶方面的有效性。(5)搭建了硬件在环分布式驱动电动汽车稳定性验证平台,开展了相关的试验工作,试验结果证明该控制策略的有效性。

关键词：分布式驱动电动汽车质心侧偏角估计转矩优化分配横摆稳定性

分布式驱动电动汽车行驶状态估计与转矩节能优化研究

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分布式驱动电动汽车行驶状态估计与转矩节能优化研究

作者：陈特江苏大学

学位级别：硕士

随着目前能源短缺和尾气排放等环境问题的日益恶化,采用清洁可再生能源作为汽车能量来源的诉求也逐渐凸显,纯电动汽车成为我国新能源汽车的发展方向。利用四个轮毂电机直接驱动的分布式驱动电动汽车依赖其自身技术优势和发展前景,近些... 详细信息

随着目前能源短缺和尾气排放等环境问题的日益恶化,采用清洁可再生能源作为汽车能量来源的诉求也逐渐凸显,纯电动汽车成为我国新能源汽车的发展方向。利用四个轮毂电机直接驱动的分布式驱动电动汽车依赖其自身技术优势和发展前景,近些年来得到了政府的支持和科研人员的广泛关注。本文以四轮轮毂电机独立驱动的分布式驱动电动汽车为研究对象,针对分布式驱动电动汽车的纵向力估计和转矩节能优化分配开展研究工作。在某款纯电动汽车原型上进行了分布式驱动系统的改装,基于快速原型实现了整车控制系统的设计及信息传递路径的匹配。搭建了电动汽车的CarSimSimulink联合仿真平台,建立了Carsim整车模型、轮毂电机转矩输出模型、车速跟踪模型等模块。根据轮毂电机特性试验数据,提出采用子空间辨识算法进行轮毂电机模型参数的辨识,并验证了辨识模型精确性。提出了电驱动轮模型并将其应用到汽车纵向力估计中,考虑到电驱动轮模型含有未知输入的情况,采用模型降阶的方法实现了未知输入的解耦,结合卡尔曼滤波和未知输入观测器提出了一种最优的纵向力估计方法,进行了仿真分析和底盘测功机道路模拟试验,验证了所设计的纵向力观测方法在估计精度、实时性和抗干扰能力上的优越性。建立了三自由度车辆动力学模型和轮胎模型,利用所设计的纵向力观测器,结合强跟踪卡尔曼滤波(Strong tracking Kalman filter,STF)算法,提出了一种车辆行驶状态联合估计方法。在Carsim和Simulink联合仿真平台上进行仿真验证和分析,结果表明,相比EKF,STF算法在估计精度与实时性上都具有更好的表现。根据轮毂电机台架试验数据分析了轮毂电机的驱动效率特性,结合分布式驱动电动汽车的控制系统分析了转矩节能优化分配的可行性。利用模糊控制器设计了一种整车多目标转矩节能优化分配算法,该算法通过实时优化分配驱动电机转矩实现节能的目的。与此同时,进行了ECE城市道路循环工况的仿真试验和实车道路试验,验证了所提出的转矩节能优化分配算法在提高整车能量利用率和车辆经济性上具有较好的效果。

关键词：电动汽车分布式驱动纵向力估计转矩优化分配节能

基于FOSMC的轮毂电机驱动电动汽车稳定协调与转矩分配研究

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基于FOSMC的轮毂电机驱动电动汽车稳定协调与转矩分配研究

作者：郦路遥江苏大学

学位级别：硕士

纯电动汽车具有节能,环保,安全等优点,有利于解决未来能源,环境等问题,具有良好的发展前景。作为纯电动汽车的一种全新型式,轮毂电机驱动电动汽车由安装在车轮上的轮毂电机直接驱动行驶,大大简化了底盘传动结构,动力响应更为迅速,能量... 详细信息

纯电动汽车具有节能,环保,安全等优点,有利于解决未来能源,环境等问题,具有良好的发展前景。作为纯电动汽车的一种全新型式,轮毂电机驱动电动汽车由安装在车轮上的轮毂电机直接驱动行驶,大大简化了底盘传动结构,动力响应更为迅速,能量传递更为高效。轮毂电机驱动的最主要优势在于它优良的动力学控制,四个轮毂电机可以独立控制,转矩分配灵活可变,大大提高了车辆的可控自由度,因此非常有利于实现车辆的行驶稳定性控制,但是,考虑复杂工况下电动汽车多电机协调与整车稳定性控制是核心问题。本文以轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,基于车辆多状态行驶稳定性自适应需求,开展车辆的横摆稳定性及转矩分配方法研究。首先,基于CarSim平台构建轮毂电机驱动电动汽车整车模型,尤其是车体模型设计,驱动型式变换后驱动轮力矩输入接口修改,将轮毂电机的驱动力矩输出给驱动轮。采用永磁无刷直流电机作为车用轮毂电机,搭建起等效的电机Simulink模型,提出PID驾驶员模型,形成驾驶员-四轮毂电机-轮胎驱动力-动力学模型的CarSim/Simulink联合仿真平台。分别设计了直线先加速后制动工况和方向盘转角阶跃输入工况,验证了车辆动力学的基本性能,为后文的控制策略仿真验证提供了保障。其次,就轮毂电机驱动电动汽车稳定性控制问题展开讨论,分析影响车辆操纵稳定性的两个关键参数:横摆角速度和质心侧偏角,并基于直接横摆力矩控制方法,构建了上层为横摆控制层,下层为转矩分配层的整体控制架构。通过横摆控制层计算使车辆稳定所需的附加横摆力矩,根据转矩分配策略得到四个车轮力输出到模型,以实现车辆的稳定性控制。再次,引入分数阶微积分理论,基于Oustaloup递推滤波近似方法,在Simulink中设计了分数阶微积分控制器。建立起车辆二自由度参考模型,以车辆横摆角速度和质心侧偏角为状态量,引入分数阶微积分算子设计滑模面,根据指数趋近率求解得到附加横摆力矩,并对分数阶滑模控制器进行了稳定性分析。通过双移线工况下仿真发现,在低速低附着和高速高附着条件下,分数阶滑模控制（FOSMC）较传统滑模控制（SMC）相比,质心侧偏角在FOSMC作用下更接近于理想值,横摆角速度的控制误差分别降低了11.8%和24%,控制输入分别减少了35.5%和23.5%,并且有效抑制了系统的抖振。然后,针对轮毂电机驱动电动汽车转矩灵活分配的特点,设计等比例转矩分配策略,并提出基于车辆质心侧偏角动态权重的的转矩优化分配方法,以轮胎利用率平方和最小化为优化目标函数,设计基于车辆质心侧偏角的前后轴权重系数,以实现转矩优化分配。通过方向盘正弦输入工况下的仿真对比,得出优化分配可以按照车辆附着情况对转矩精准分配,轮胎利用率平方和降低了15.4%,提高了车辆的侧向裕量和行驶稳定性。最后,建立HiL仿真测试系统,并基于D2P快速控制原型搭建用于硬件在环的稳定性控制策略模块以及转矩优化分配模块,试验结果表明在分数阶滑模控制下,提高了稳定性参数的跟踪性,并改善了优化分配下峰值转矩波动的情况,验证了控制策略的有效性和实时性。

关键词：轮毂电机驱动电动汽车横摆稳定性分数阶滑模控制转矩优化分配行驶稳定性

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轮毂电机电动汽车稳定性控制及最优转矩分配

轮毂电机电动汽车稳定性控制及最优转矩分配

作者：赵鑫东北大学

学位级别：硕士

安全、节能、环保作为汽车的永恒发展主题,推动着新能源汽车的快速发展。轮毂电机电动汽车(IMEV)是一种由装在轮毂内的电机直接驱动的电动汽车,因其响应速度快、路径跟踪灵活性强而成为纯电动汽车未来发展的重要研究课题。而对于现代汽... 详细信息

安全、节能、环保作为汽车的永恒发展主题,推动着新能源汽车的快速发展。轮毂电机电动汽车(IMEV)是一种由装在轮毂内的电机直接驱动的电动汽车,因其响应速度快、路径跟踪灵活性强而成为纯电动汽车未来发展的重要研究课题。而对于现代汽车而言,安全性是其最重要的性能之一。轮毂电机电动汽车在提高汽车的性能方面有着巨大的潜力,通过合理的分配各车轮转矩,保持轮毂电机电动汽车的横向稳定性是关键问题之一,可以有效防止侧滑、翻滚等危险情况的发生。本文以轮毂电机电动汽车为研究对象,聚焦于车辆的横向稳定性控制,在车辆保持稳定的同时通过车轮转矩的优化分配提高车辆的稳定性,主要工作如下:首先,根据影响车辆横向稳定性的运动学特征确定车辆模型自由度,搭建包含车辆动力学模型、轮胎模型、车轮动力学模型在内的七自由度整车动力学模型,并搭建针对轮毂电机电动汽车的外部驾驶员模型,对其驱动装置轮毂电机进行参数匹配及模型建立。最后利用Carsim和Simulink搭建轮毂电机电动汽车的联合仿真平台对搭建的车辆模型的准确性进行验证。其次,本文采用分层控制结构,上层为运动跟踪层,分析影响车辆稳定性的因素及控制机理,设计车辆稳定性判别控制器。考虑车辆的实际转向行驶情况,提出了一种考虑车速的不确定性及执行器饱和的多目标状态反馈的直接横摆力矩控制器。为使车辆在低附着路面依然有很好的操纵稳定性,设计了基于模糊PID的滑移率控制器,并在两种典型工况下验证了所设计的稳定性控制器的效果。最后,下层的力矩分配层对上层控制器得出的速度保持的驱动力矩、滑移率调整力矩和稳定性控制器所需的附加横摆力矩进行合理的分配,分配算法设计有四轮平均分配方式,基于轮胎动态载荷分配方式以及基于最小目标函数的优化分配方式。利用搭建的Carsim和Simulink仿真平台对轮毂电机电动汽车的不同转矩分配下的稳定性控制策略进行验证,结果表明本文设计的最优转矩分配方法比平均分配和动态载荷分配的控制效果更优,明显提高了车辆的横向稳定性。

关键词：轮毂电机电动汽车横向稳定性控制多目标控制转矩优化分配