基于多目标优化的四轮独立驱动电动汽车驱动转矩控制方法研究

In the study of control methods in in-wheel-motored electric vehicles (EVs), there exist a few problems, such as: the existing control schemes are difficult to consider the energy economy and driving stability effectively, and the strong coupling relation between motor system and vehicle system components make it become a coupling loop control problem, and the existing control method lacks of theoretical verification of stability and robustness, as well as the real-time and miniaturization problem of controller realization. In order to solve these above problems, from the perspective of the theory and methods, this project mainly studies the drive torque coordinate optimization control in in-wheel-motored EVs. The main study includes: (1) a drive torque optimization control strategy of in-wheel-motored EVs with requirement of integrated security and energy; (2) a motor drive control method to meet the multi-objective needs of in-wheel-motored EVs; (3) a drive torque control strategy with efficient and low-cost implementation. The proposed control method in this project can solve the coupling loop control problem, and meet the requirements of security and energy saving which are reflected in the objective function of multi-objective optimization, and ensure the EVs keeping the best handling and economic performance under normal driving conditions. Meanwhile, an integrated motor drive control scheme is also designed to reduce the switching loss and resonance transmission in motor control

针对现有控制方案难以有效综合考虑能耗经济性和行驶稳定性问题，电机系统及整车系统部件间强耦合性使其成为循环耦合控制问题，整体控制方法缺少稳定性与鲁棒性的理论保证，以及控制器实现面临实时性与小型化问题，本项目从理论和方法的角度对汽车转矩协调与优化控制展开研究。重点研究：(1) 四轮独立驱动安全与节能一体化驱动转矩优化控制;(2) 满足汽车多工况不同需求的电机驱动控制；(3) 四轮驱动转矩控制策略的高效、低成本实现方法。通过本项目的研究提出循环耦合控制问题的解决方案，将安全与节能需求体现在多目标优化的目标函数中，通过多目标优化保证正常驱动状态下整车具有最佳的操纵性能与经济性能。针对整车的优化控制需求提出电机驱动集成控制方案，对于减小开关损失、共振传递提供了一种解决方式。

针对现有控制方案难以有效综合考虑能耗经济性和行驶稳定性问题，电机系统及整车系统部件间强耦合性使其成为循环耦合控制问题，整体控制方法缺少稳定性的理论保证，以及控制器实现面临实时性与小型化问题，本项目重点研究： 1): 为解决分布式线控电动底盘过驱动系统中驱动、转向等多个执行器间的动作耦合及制约问题，结合预测控制显示处理带约束多变量多目标优化问题的特点，为满足电动汽车安全性和经济性需求，研究了分布式底盘系统的多目标多执行器动态优化协调控制方案，以提高整车的横摆稳定性并提升节能空间，有助于研发更加安全、高效、灵活的电动车辆。2):针对极限工况下电动汽车易发生甩尾失控的安全性问题，提出了一种利用冗余电机执行器的分布式电驱动系统协调控制方法，提高了整车的稳定性能。针对整车和执行器间的动力学耦合特性，以车辆状态跟踪和滑移率限定为目标函数，提出了基于预测控制的集中式系统整体优化方法，实现了整车横摆稳定和电机转矩分配的一体化控制。3):提出了一种以逆变器开关为核心的基于有限集预测控制的电机转矩优化控制方法，实现了转矩准确快速的动力响应，提升了电机工作区域效率。针对定子电流安全性约束和开关输入有限选择约束，以逆变器开关为优化变量，建立了以跟踪期望电流变化和降低驱动能耗为目标的优化代价函数，实现了电机驱动和节能的权衡控制；针对长时域带约束的混合整数规划问题的快速求解问题，提出了结合动态规划和基于李雅普诺夫函数稳定判据和电流约束筛选函数的求解方法，降低了寻优负担，提高了转矩优化控制的计算效率。. 本项目一定程度上解决了具体性能需求之间的矛盾。所提算法已经应用于电动汽车整车控制及电机协调控制中，可进一步在一汽、东风等产品中得到应用，促进了企业的产品的研发和性能提高，带来了显著的社会效益和经济效益。