分布式電驅(qū)動(dòng)車輛車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化控制研究

分布式電驅(qū)動(dòng)車輛車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化控制研究分布式電驅(qū)動(dòng)車輛車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化控制研究

摘要：

電驅(qū)動(dòng)車輛采用的分布式動(dòng)力系統(tǒng)具有很高的功率密度和靈活性，但在高速行駛和彎道加速等復(fù)雜工況下，車輛的橫向穩(wěn)定性和操控性等性能面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文在綜合分析電驅(qū)動(dòng)車輛車輪轉(zhuǎn)矩分配控制策略及其影響因素的基礎(chǔ)上，提出了一種基于模型預(yù)測(cè)控制的車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化方法，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。該方法可以精準(zhǔn)地控制電驅(qū)動(dòng)車輛車輪的轉(zhuǎn)矩分配，改善車輛的橫向穩(wěn)定性、提高操控性與可靠性。

關(guān)鍵詞：分布式電驅(qū)動(dòng)車輛；車輪轉(zhuǎn)矩分配；優(yōu)化控制；模型預(yù)測(cè)控制；橫向穩(wěn)定性

1.引言

隨著環(huán)保意識(shí)的提高及能源危機(jī)的加劇，新能源汽車逐漸成為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。電驅(qū)動(dòng)車輛具有零污染、零排放，動(dòng)力系統(tǒng)效率高、噪音低等優(yōu)點(diǎn)，被視為替代傳統(tǒng)燃油車輛的理想選擇。與傳統(tǒng)的燃油車輛相比，電驅(qū)動(dòng)車輛采用分布式動(dòng)力系統(tǒng)，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電控系統(tǒng)分別布置在各個(gè)輪之間，可以實(shí)現(xiàn)更加靈活和高效的驅(qū)動(dòng)控制。同時(shí)，分布式電驅(qū)動(dòng)車輛相比于傳統(tǒng)的中心驅(qū)動(dòng)車輛，具有更高的功率密度和更好的操控性，適應(yīng)性更強(qiáng)。因此，在汽車發(fā)展的新時(shí)代，分布式電驅(qū)動(dòng)車輛具有巨大的潛力和市場(chǎng)前景。

然而，電驅(qū)動(dòng)車輛的橫向穩(wěn)定性和操控性等性能在高速行駛和彎道加速等復(fù)雜工況下仍面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在分布式電驅(qū)動(dòng)車輛中，每個(gè)車輪都有對(duì)應(yīng)的電機(jī)和電控系統(tǒng)，因此，通過(guò)合理的車輪轉(zhuǎn)矩分配，可以有效地改善車輛的操控性和運(yùn)動(dòng)性能。因此，研究分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的車輪轉(zhuǎn)矩分配控制策略是一個(gè)關(guān)鍵的課題。

2.相關(guān)工作

針對(duì)分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的車輪轉(zhuǎn)矩分配控制策略，已經(jīng)出現(xiàn)了多種研究方法。目前，常用的分布式車輪轉(zhuǎn)矩分配策略包括基于加速度傳感器的反饋控制、基于自適應(yīng)控制的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)、基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的同步控制、基于人工智能的智能控制等。

其中，基于加速度傳感器的反饋控制是目前較為成熟的控制方法之一。該方法通過(guò)采集車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)和控制。然而，該方法具有魯棒性和精度等方面的限制，無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)雜工況下的操控需求。另外，基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的同步控制和基于人工智能的智能控制等方法具有一定的局限性，需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。

3.研究方法

在綜合分析分布式電驅(qū)動(dòng)車輛車輪轉(zhuǎn)矩分配控制策略及其影響因素的基礎(chǔ)上，本文提出了一種基于模型預(yù)測(cè)控制的車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化方法。基本思想是，通過(guò)預(yù)測(cè)車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、道路信息等因素，實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化分配，滿足車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和操控需求，提高車輛的行駛穩(wěn)定性和可靠性。

具體來(lái)講，該方法包括以下幾個(gè)步驟：

（1）建立車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，包括動(dòng)力學(xué)方程、方向穩(wěn)定方程和轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)方程等。

（2）采集道路信息、駕駛員行為數(shù)據(jù)、車輛運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)等，并通過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析，獲得車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和環(huán)境信息。

（3）根據(jù)車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和環(huán)境信息，建立預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)車輛的行駛軌跡、速度、加速度等參數(shù)。

（4）將預(yù)測(cè)結(jié)果作為優(yōu)化控制的參考，通過(guò)模型預(yù)測(cè)控制方法，尋找最優(yōu)的車輪轉(zhuǎn)矩分配方案。

（5）通過(guò)實(shí)際車輛試驗(yàn)和仿真驗(yàn)證，評(píng)估和改進(jìn)控制效果和可行性。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于模型預(yù)測(cè)控制的分布式電驅(qū)動(dòng)車輛車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化方法的有效性和可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該方法可以根據(jù)車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化分配，減少車輛的側(cè)滑和過(guò)度轉(zhuǎn)向等不穩(wěn)定現(xiàn)象，提高車輛的操控性和運(yùn)動(dòng)性能。同時(shí)，該方法具有一定的魯棒性和適應(yīng)性，可以適用于不同的車型和路況要求。

5.結(jié)論與展望

本文研究了分布式電驅(qū)動(dòng)車輛車輪轉(zhuǎn)矩分配控制策略及其影響因素，并提出了一種基于模型預(yù)測(cè)控制的車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化方法。該方法可以精準(zhǔn)地控制車輪的轉(zhuǎn)矩分配，改善車輛的橫向穩(wěn)定性、提高操控性與可靠性。未來(lái)，還可以進(jìn)一步深化研究，拓展優(yōu)化控制策略的適用范圍，實(shí)現(xiàn)分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的智能化控制和網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，促進(jìn)新能源汽車的可持續(xù)發(fā)展6.論文的貢獻(xiàn)和局限性

本文提出了一種基于模型預(yù)測(cè)控制的分布式電驅(qū)動(dòng)車輛車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化方法，可以提高車輛的操控性和運(yùn)動(dòng)性能，具有較好的魯棒性和適應(yīng)性。該方法可以為分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的智能化控制和網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用提供重要的參考和借鑒。但本文所提出的方法仍存在一些局限性：

1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果基于仿真實(shí)驗(yàn)，還需要進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)際車輛試驗(yàn)驗(yàn)證。

2）本文建立的預(yù)測(cè)模型僅考慮了車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和環(huán)境信息，未考慮駕駛員的行為特征和偏好，實(shí)際應(yīng)用中需要繼續(xù)完善模型。

3）本文所提的方法需要大量的數(shù)據(jù)處理和分析工作，尤其是對(duì)于在線控制應(yīng)用需要實(shí)時(shí)獲取和處理大量數(shù)據(jù)，對(duì)硬件設(shè)備和算法的性能要求較高。

7.下一步的研究方向

基于本文的研究成果，下一步的研究可以在以下方向進(jìn)行拓展：

1）進(jìn)一步開(kāi)展實(shí)際車輛試驗(yàn)，驗(yàn)證方法的可行性和有效性。

2）優(yōu)化預(yù)測(cè)模型，考慮更多的因素如駕駛員行為、路況變化等，提高預(yù)測(cè)精度和實(shí)時(shí)性。

3）研究分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，如能耗優(yōu)化、速度平滑控制等。

4）進(jìn)一步研究分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的智能化控制和網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，如與智能交通系統(tǒng)的集成、車隊(duì)智能協(xié)調(diào)等5）考慮多種操控模式，如巡航、跟車、自動(dòng)駕駛等，逐步實(shí)現(xiàn)分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的智能化運(yùn)營(yíng)。

6）進(jìn)一步優(yōu)化硬件設(shè)備和算法性能，降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性。

7）加強(qiáng)與汽車產(chǎn)業(yè)的合作，促進(jìn)研究成果的技術(shù)轉(zhuǎn)化，推動(dòng)分布式電驅(qū)動(dòng)車輛技術(shù)的市場(chǎng)化應(yīng)用。

8）拓展研究領(lǐng)域，探索分布式電驅(qū)動(dòng)船舶、機(jī)器人等領(lǐng)域的智能化控制應(yīng)用9）考慮不同應(yīng)用場(chǎng)景下的能源管理和儲(chǔ)能技術(shù)，優(yōu)化能源利用效率和環(huán)境保護(hù)。

在分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，能源管理和儲(chǔ)能技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。不同應(yīng)用場(chǎng)景下，需要考慮不同的能源需求和特點(diǎn)，如城市巡航、長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)?，需要針?duì)不同的需求進(jìn)行能源管理和儲(chǔ)能技術(shù)的選擇和優(yōu)化。

在城市巡航場(chǎng)景下，車輛需要頻繁啟停，對(duì)能源管理和儲(chǔ)能技術(shù)的要求較高。傳統(tǒng)的燃油車在啟停時(shí)需要消耗一定的能量，而分布式電驅(qū)動(dòng)車輛可以通過(guò)能量回收技術(shù)，將制動(dòng)能量或慣性能量轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行儲(chǔ)存，從而提高能源利用效率。此外，分布式電驅(qū)動(dòng)車輛還可以采用超級(jí)電容器、鋰離子電池等儲(chǔ)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能量的高效儲(chǔ)存和釋放。

在長(zhǎng)途運(yùn)輸場(chǎng)景下，車輛需要保持穩(wěn)定的高速運(yùn)行，對(duì)能源管理和儲(chǔ)能技術(shù)的要求也較高。此時(shí)，分布式電驅(qū)動(dòng)車輛可以采用混合動(dòng)力技術(shù)，將電能和燃油能量結(jié)合使用，以滿足長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)男枨?。同時(shí)，針對(duì)巨大的能源需求，分布式電驅(qū)動(dòng)車輛可以采用流體儲(chǔ)能技術(shù)，利用壓縮空氣或液體來(lái)儲(chǔ)存能量，在需要時(shí)進(jìn)行釋放。

除了能源管理和儲(chǔ)能技術(shù)的選擇，還需要考慮環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。分布式電驅(qū)動(dòng)車輛采用電能驅(qū)動(dòng)，可以有效減少排放物的排放，從而保護(hù)環(huán)境。但是，電池等儲(chǔ)能技術(shù)在加工、生產(chǎn)和處理過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生一定的污染物，需要注意環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。

綜上所述，能源管理和儲(chǔ)能技術(shù)是分布式電驅(qū)動(dòng)車輛智能化運(yùn)營(yíng)的重要組成部分，需要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇和優(yōu)化，同時(shí)還需要注意環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。

10）研究分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的安全性和信息安全問(wèn)題，提高系統(tǒng)的防護(hù)性和魯棒性。

隨著分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的普及和應(yīng)用，安全性和信息安全問(wèn)題也越來(lái)越重要。分布式電驅(qū)動(dòng)車輛在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要考慮以下幾點(diǎn)：

首先是系統(tǒng)的防護(hù)性。分布式電驅(qū)動(dòng)車輛需要在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下進(jìn)行運(yùn)行，需要考慮不同的安全威脅和風(fēng)險(xiǎn)。為了保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行，需要在硬件和軟件設(shè)計(jì)中考慮安全問(wèn)題，并采用多層次的安全防護(hù)措施，如物理隔離、網(wǎng)絡(luò)隔離、數(shù)據(jù)加密等。

其次是系統(tǒng)的魯棒性。分布式電驅(qū)動(dòng)車輛采用多個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，需要保證系統(tǒng)的魯棒性，即在某個(gè)電機(jī)失效或出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)崩潰，而是能夠繼續(xù)保持穩(wěn)定的運(yùn)行。為了保證系統(tǒng)的魯棒性，需要采用故障檢測(cè)和容錯(cuò)措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)故障，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

最后是信息安全問(wèn)題。分布式電驅(qū)動(dòng)車輛采用的計(jì)算和通信設(shè)備較多，需要保證信息的安全和保密。需要采用嚴(yán)密的身份驗(yàn)證和訪問(wèn)控制機(jī)制，保證只有授權(quán)的用戶才能訪問(wèn)系統(tǒng)。同時(shí)，還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和完整性檢驗(yàn)，防止數(shù)據(jù)被篡改或