分布式電驅(qū)動車輛車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化控制研究

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

摘要：

電驅(qū)動車輛采用的分布式動力系統(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峻的挑戰(zhàn)。本文在綜合分析電驅(qū)動車輛車輪轉(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)測控制的車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化方法，并通過仿真實驗驗證了該方法的有效性和可行性。該方法可以精準地控制電驅(qū)動車輛車輪的轉(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)動車輛；車輪轉(zhuǎn)矩分配；優(yōu)化控制；模型預(yù)測控制；橫向穩(wěn)定性

1.引言

隨著環(huán)保意識的提高及能源危機的加劇，新能源汽車逐漸成為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。電驅(qū)動車輛具有零污染、零排放，動力系統(tǒng)效率高、噪音低等優(yōu)點，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)動車輛采用分布式動力系統(tǒng)，將驅(qū)動電機和電控系統(tǒng)分別布置在各個輪之間，可以實現(xiàn)更加靈活和高效的驅(qū)動控制。同時，分布式電驅(qū)動車輛相比于傳統(tǒng)的中心驅(qū)動車輛，具有更高的功率密度和更好的操控性，適應(yīng)性更強。因此，在汽車發(fā)展的新時代，分布式電驅(qū)動車輛具有巨大的潛力和市場前景。

然而，電驅(qū)動車輛的橫向穩(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峻的挑戰(zhàn)。在分布式電驅(qū)動車輛中，每個車輪都有對應(yīng)的電機和電控系統(tǒng)，因此，通過合理的車輪轉(zhuǎn)矩分配，可以有效地改善車輛的操控性和運動性能。因此，研究分布式電驅(qū)動車輛的車輪轉(zhuǎn)矩分配控制策略是一個關(guān)鍵的課題。

2.相關(guān)工作

針對分布式電驅(qū)動車輛的車輪轉(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)控制的動態(tài)調(diào)節(jié)、基于無線網(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。該方法通過采集車輛的運動狀態(tài)信息，實現(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，無法應(yīng)對復(fù)雜工況下的操控需求。另外，基于無線網(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，需要進一步優(yōu)化和改進。

3.研究方法

在綜合分析分布式電驅(qū)動車輛車輪轉(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)測控制的車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化方法。基本思想是，通過預(yù)測車輛的運動狀態(tài)、道路信息等因素，實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化分配，滿足車輛運動狀態(tài)和操控需求，提高車輛的行駛穩(wěn)定性和可靠性。

具體來講，該方法包括以下幾個步驟：

（1）建立車輛運動學(xué)模型，包括動力學(xué)方程、方向穩(wěn)定方程和轉(zhuǎn)向動力學(xué)方程等。

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

（3）根據(jù)車輛的運動狀態(tài)和環(huán)境信息，建立預(yù)測模型，預(yù)測車輛的行駛軌跡、速度、加速度等參數(shù)。

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

（5）通過實際車輛試驗和仿真驗證，評估和改進控制效果和可行性。

4.實驗結(jié)果與分析

通過仿真實驗驗證了基于模型預(yù)測控制的分布式電驅(qū)動車輛車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化方法的有效性和可行性。實驗結(jié)果表明：該方法可以根據(jù)車輛運動狀態(tài)和環(huán)境信息，實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化分配，減少車輛的側(cè)滑和過度轉(zhuǎn)向等不穩(wěn)定現(xiàn)象，提高車輛的操控性和運動性能。同時，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)測控制的車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化方法。該方法可以精準地控制車輪的轉(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，還可以進一步深化研究，拓展優(yōu)化控制策略的適用范圍，實現(xiàn)分布式電驅(qū)動車輛的智能化控制和網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，促進新能源汽車的可持續(xù)發(fā)展6.論文的貢獻和局限性

本文提出了一種基于模型預(yù)測控制的分布式電驅(qū)動車輛車輪轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化方法，可以提高車輛的操控性和運動性能，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）實驗結(jié)果基于仿真實驗，還需要進一步進行實際車輛試驗驗證。

2）本文建立的預(yù)測模型僅考慮了車輛運動狀態(tài)和環(huán)境信息，未考慮駕駛員的行為特征和偏好，實際應(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，尤其是對于在線控制應(yīng)用需要實時獲取和處理大量數(shù)據(jù)，對硬件設(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行拓展：

1）進一步開展實際車輛試驗，驗證方法的可行性和有效性。

2）優(yōu)化預(yù)測模型，考慮更多的因素如駕駛員行為、路況變化等，提高預(yù)測精度和實時性。

3）研究分布式電驅(qū)動車輛的多目標優(yōu)化問題，如能耗優(yōu)化、速度平滑控制等。

4）進一步研究分布式電驅(qū)動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、車隊智能協(xié)調(diào)等5）考慮多種操控模式，如巡航、跟車、自動駕駛等，逐步實現(xiàn)分布式電驅(qū)動車輛的智能化運營。

6）進一步優(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）加強與汽車產(chǎn)業(yè)的合作，促進研究成果的技術(shù)轉(zhuǎn)化，推動分布式電驅(qū)動車輛技術(shù)的市場化應(yīng)用。

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

在分布式電驅(qū)動車輛的設(shè)計和開發(fā)過程中，能源管理和儲能技術(shù)是一個關(guān)鍵的問題。不同應(yīng)用場景下，需要考慮不同的能源需求和特點，如城市巡航、長途運輸?shù)?，需要針對不同的需求進行能源管理和儲能技術(shù)的選擇和優(yōu)化。

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

在長途運輸場景下，車輛需要保持穩(wěn)定的高速運行，對能源管理和儲能技術(shù)的要求也較高。此時，分布式電驅(qū)動車輛可以采用混合動力技術(shù)，將電能和燃油能量結(jié)合使用，以滿足長途運輸?shù)男枨?。同時，針對巨大的能源需求，分布式電驅(qū)動車輛可以采用流體儲能技術(shù)，利用壓縮空氣或液體來儲存能量，在需要時進行釋放。

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

綜上所述，能源管理和儲能技術(shù)是分布式電驅(qū)動車輛智能化運營的重要組成部分，需要根據(jù)不同的應(yīng)用場景進行選擇和優(yōu)化，同時還需要注意環(huán)境保護問題。

10）研究分布式電驅(qū)動車輛的安全性和信息安全問題，提高系統(tǒng)的防護性和魯棒性。

隨著分布式電驅(qū)動車輛的普及和應(yīng)用，安全性和信息安全問題也越來越重要。分布式電驅(qū)動車輛在系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)過程中需要考慮以下幾點：

首先是系統(tǒng)的防護性。分布式電驅(qū)動車輛需要在不同的應(yīng)用場景下進行運行，需要考慮不同的安全威脅和風(fēng)險。為了保障系統(tǒng)的安全運行，需要在硬件和軟件設(shè)計中考慮安全問題，并采用多層次的安全防護措施，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)動車輛采用多個電機進行驅(qū)動，需要保證系統(tǒng)的魯棒性，即在某個電機失效或出現(xiàn)故障時，不會使整個系統(tǒng)崩潰，而是能夠繼續(xù)保持穩(wěn)定的運行。為了保證系統(tǒng)的魯棒性，需要采用故障檢測和容錯措施，及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)故障，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

最后是信息安全問題。分布式電驅(qū)動車輛采用的計算和通信設(shè)備較多，需要保證信息的安全和保密。需要采用嚴密的身份驗證和訪問控制機制，保證只有授權(quán)的用戶才能訪問系統(tǒng)。同時，還需要對數(shù)據(jù)進行加密和完整性檢驗，防止數(shù)據(jù)被篡改或