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原文传递双电机耦合互补驱动助力方法及系统

专利名称：	双电机耦合互补驱动助力方法及系统
摘要：	本发明提供一种双电机耦合互补驱动助力方法及系统，方法包括以下步骤：实时监测汽车的运行参数；计算汽车于汽车本体坐标系下的实时坐标，构建其与移动场坐标系下的实时坐标的转换矩阵等式，得到所述汽车于移动场坐标系下的实时横摆角；构建汽车前左轮、前右轮、后左轮、后右轮分别受到的引起侧滑角的前左动力、前右动力、后左动力和后右动力的计算模型，并据此进一步构建汽车运行最小能量消耗稳态模型；选择汽车双电机耦合互补驱动助力策略，控制双电机耦合互补输出驱动助力。本发明可以达到可以根据汽车需要的行驶速率以及加速状态选择转速耦合模式或转矩耦合模式，同时达到汽车以最小能量消耗实现汽车稳态行驶的技术效果。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	无锡金阳电机有限公司
发明人：	陈泓
专利状态：	有效
申请日期：	2022-10-28T00:00:00+0800
发布日期：	2022-11-25T00:00:00+0800
申请号：	CN202211334035.X
公开号：	CN115384322A
代理机构：	无锡睿升知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	张悦
分类号：	B60L15/38;B;B60;B60L;B60L15;B60L15/38
申请人地址：	214183 江苏省无锡市惠山区玉祁街道祁北路58号
主权项：	1.双电机耦合互补驱动助力方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、实时监测汽车于导航坐标系下的经纬度信息、汽车移动过程中于汽车本体坐标系下的侧滑角、于移动场坐标系下的汽车实时运动速率和二维坐标以及汽车于汽车本体坐标系下移动偏航角γ； S2、计算汽车于汽车本体坐标系下的实时坐标，进而构建其与移动场坐标系下的实时坐标的转换矩阵等式，得到所述汽车于移动场坐标系下的实时横摆角α； S3、构建汽车前左轮、前右轮、后左轮、后右轮分别受到的引起侧滑角的前左动力、前右动力、后左动力和后右动力的计算模型，并据此进一步构建汽车运行最小能量消耗稳态模型； S4、根据所述S3步骤构建的汽车运行最小能量消耗稳态模型得到的汽车所需扭矩，选择汽车双电机耦合互补驱动助力策略，控制双电机耦合互补输出驱动助力。 2.根据权利要求1所述的双电机耦合互补驱动助力方法，其特征在于，所述S2步骤包括以下步骤： S21、根据所述S1步骤实时监测得到的汽车于导航坐标系下的经纬度信息，计算汽车于大地坐标系下的地理位置坐标：其中，δ为所述S1步骤实时监测得到的汽车于导航坐标系下的经度，τ为所述S1步骤实时监测得到的汽车于导航坐标系下的纬度，h为所述S1步骤实时监测得到的汽车于导航坐标系下的高度；为计算得到的所述汽车于大地坐标系下的地理位置横坐标，为计算得到的所述汽车于大地坐标系下的地理位置纵坐标，为计算得到的所述汽车于大地坐标系下的地理位置竖坐标，e为大地坐标系下的将地球视为椭球的偏心率；n为大地坐标系下的将地球视为椭球的法线长度，计算公式如下：其中，H为地球半长轴的长度，H一般为6378137m； S22、根据所述S21步骤计算得到的汽车于大地坐标系下的地理位置坐标，计算汽车于汽车本体坐标系下的实时坐标：其中，为计算得到的汽车于汽车本体坐标系下的实时横坐标，为计算得到的汽车于汽车本体坐标系下的实时纵坐标； S23、构建所述S22步骤计算得到的汽车于汽车本体坐标系下的实时坐标与移动场坐标系下的实时坐标的转换矩阵等式：其中，为转换矩阵等式于转换过程中移动场坐标系横坐标的常数项，为转换矩阵等式于转换过程中移动场坐标系纵坐标的常数项；进而根据所述S23步骤构建的转换矩阵等式，得到所述汽车于移动场坐标系下的实时横摆角α。 3.根据权利要求2所述的双电机耦合互补驱动助力方法，其特征在于，所述S3步骤构建汽车前左轮、前右轮、后左轮、后右轮分别受到的引起侧滑角的前左动力、前右动力、后左动力和后右动力的计算模型，包括以下步骤： S301、根据所述S1步骤实时监测得到的汽车于移动场坐标系下的汽车实时运动速率v计算其y轴方向实时运动速率，以及所述汽车于移动场坐标系下的实时横摆角速度，计算前轮于汽车本体坐标系下的侧滑角、后轮于汽车本体坐标系下的侧滑角：其中，所述汽车于移动场坐标系下的实时横摆角速度为所述S1步骤实时监测得到的汽车于移动场坐标系下的实时横摆角α相对于时间的一阶导数，即，为前轮轴距离汽车重心所在水平线的垂直距离，为后轮轴距离汽车重心所在水平线的垂直距离； S302、根据所述S301步骤计算结果，计算由于移动场坐标系x轴方向的汽车实时运动加速度和移动场坐标系y轴方向的汽车实时运动加速度引起汽车前左轮的动态负荷增量、汽车前右轮的动态负荷增量、汽车后左轮的动态负荷增量和汽车后右轮的动态负荷增量； S303、根据所述S302的计算结果，计算前左动力于移动场坐标系x轴方向分量、y轴方向分量，前右动力于移动场坐标系x轴方向分量、y轴方向分量，后左动力于移动场坐标系x轴方向分量、y轴方向分量以及后右动力于移动场坐标系x轴方向分量、y轴方向分量； S304：根据所述S303步骤计算结果，分别计算汽车前左轮、前右轮、后左轮、后右轮分别受到的引起侧滑角的前左动力、前右动力、后左动力和后右动力：，，，。 4.根据权利要求3所述的双电机耦合互补驱动助力方法，其特征在于，所述S302步骤计算由于移动场坐标系x轴方向的汽车实时运动加速度和移动场坐标系y轴方向的汽车实时运动加速度引起汽车前左轮的动态负荷增量、汽车前右轮的动态负荷增量、汽车后左轮的动态负荷增量和汽车后右轮的动态负荷增量的公式分别如下：，；，；其中，w为车辆中处于同一轮轴的两个车轮之间的轮距，h为车辆重心距离地面的垂直高度，m为车辆重量，g为重力加速度。 5.根据权利要求3所述的双电机耦合互补驱动助力方法，其特征在于，所述S303步骤计算前左动力于移动场坐标系x轴方向分量、y轴方向分量，前右动力于移动场坐标系x轴方向分量、y轴方向分量，后左动力于移动场坐标系x轴方向分量、y轴方向分量以及后右动力于移动场坐标系x轴方向分量、y轴方向分量的公式分别如下：，； =，；，；，；其中，为汽车车轮的滚动系数，为空气密度，为空气阻力系数，A为汽车迎风面积，为前左轮的静态负荷，为前右轮的静态负荷，为后左轮的静态负荷，为后右轮的静态负荷；为前轮的扭转刚度，为后轮的扭转刚度；为与汽车车轮相连的主减速器（11）的传动比，为汽车轮胎直径，为汽车动力系统输出的扭矩。 6.根据权利要求5所述的双电机耦合互补驱动助力方法，其特征在于，所述前左轮的静态负荷、所述前右轮的静态负荷、所述后左轮的静态负荷以及所述后右轮的静态负荷的计算公式分别如下：，，，；其中，m为车辆重量，g为重力加速度。 7.根据权利要求1所述的双电机耦合互补驱动助力方法，其特征在于，所述S3步骤构建的汽车运行最小能量消耗稳态模型如下：其中，为由汽车动力系统输出的扭矩给予的汽车惯性矩；为汽车的横摆角加速度，T为汽车运行监测时间范围。 8.根据权利要求1所述的双电机耦合互补驱动助力方法，其特征在于，所述S4步骤，包括以下步骤： S401、根据所述S3步骤构建的汽车运行最小能量消耗稳态模型得到的汽车所需扭矩，匹配所述S1步骤在汽车运行监测时间范围T内实时监测得到的于移动场坐标系下的汽车实时运动速率v，采用非线性牛顿－拉夫森法构建汽车运行最小能量消耗稳态模型得到的汽车所需扭矩与移动场坐标系下的汽车实时运动速率v的非线性关系模型：； S402、根据所述S401得到的汽车所需扭矩与移动场坐标系下的汽车实时运动速率v的线性关系，根据于移动场坐标系下的汽车实时运动速率v的不同选择汽车输出扭矩并控制汽车动力系统的双电机为转速耦合或转矩耦合。 9.根据权利要求8所述的双电机耦合互补驱动助力方法，其特征在于，所述S402步骤中的转速或转矩耦合选择策略为： 1）、当时，选择转矩耦合的汽车动力系统的双电机耦合互补驱动助力模式，此时，主控制模块控制第一制动器（9）闭合同时离合器（10）闭合，同时开启第一电机（1）和第二电机（8），根据移动场坐标系下的汽车实时运行速率v求得第一电机（1）需要达到的转速和第二电机（8）需要达到的转速，进而控制第一电机（1）和第二电机（8）的转速，控制转矩耦合第一电机（1）和第二电机（8）的电动助力，为汽车行驶供电；根据移动场坐标系下的汽车实时运行速率v求得第一电机（1）需要达到的转速和第二电机（8）需要达到的转速的公式如下：，；转矩耦合输出结果为：，其中，，，；在转矩耦合过程中，转速符合以下情况：； 2）、当时，选择转速耦合的汽车动力系统的双电机耦合互补驱动助力模式，此时主控制模块控制第一制动器（9）松开且离合器（10）松开，且第一电机（1）和第二电机（8）均开启，根据所述S402步骤构建的移动场坐标系下的汽车实时运行速率v与汽车运行最小能量消耗稳态模型得到的汽车所需扭矩的非线性关系模型，求得使汽车运行最小能量消耗稳态所需扭矩，进而求得第一电机（1）需要输出的扭矩和第二电机（8）需要输出的扭矩，控制转速耦合第一电机（1）和第二电机（8）的电动助力，为汽车行驶提供动力；根据使汽车运行最小能量消耗稳态所需扭矩，求得第一电机（1）需要输出的扭矩和第二电机（8）需要输出的扭矩的公式如下：，；转速耦合的输出结果为：；在转速耦合过程中，转速符合以下情况：；其中，、分别为第一电机（1）输出的转速和扭矩，、分别为第二电机（8）输出的转速和扭矩，、分别为经过转矩或转速耦合后输入至主减速器（11）的转速和扭矩，、分别为经过变速箱（2）变速后输出的转速和扭矩，、为经过第一齿轮（6）和第二齿轮（7）啮合传动后输出的转速和扭矩；为变速箱（2）的传动比，为主减速器（11）的传动比，为第一齿轮（6）和第二齿轮（7）的齿数比，，为第一齿轮（6）的齿数，为第二齿轮（7）的齿数；且转矩耦合或转速耦合中，各个齿轮的啮合传动均满足以下条件：，。 10.采用如权利要求1-9任意一项所述双电机耦合互补驱动助力方法的双电机耦合互补驱动助力系统，双电机耦合互补驱动助力系统包括汽车动力系统，其特征在于：所述双电机耦合互补驱动助力系统还包括汽车动力参数监测模块、最小能量消耗稳态构建模块以及中央控制模块；所述汽车动力系统包括第一电机（1）、变速箱（2）、行星齿轮架（3）、太阳轮（4）、齿圈（5）、第一齿轮（6）、第二齿轮（7）、第二电机（8）、设置于所述变速箱（2）与所述齿圈（5）之间的第一制动器（9）、设置于所述太阳轮（4）转轴上的离合器（10）、与汽车车轮相连的主减速器（11）、汽车动力参数监测模块、最小能量消耗稳态构建模块以及中央控制模块；所述第一制动器（9）用于控制所述齿圈（5）是否与壳体锁紧，所述离合器（10）用于控制所述行星齿轮架（3）与所述太阳轮（4）是否锁紧；所述汽车动力参数监测模块，用于时监测汽车于导航坐标系下的经纬度信息、汽车移动过程中于汽车本体坐标系下的侧滑角、于移动场坐标系下的汽车实时运动速率和二维坐标以及汽车于汽车本体坐标系下移动偏航角γ；所述最小能量消耗稳态构建模块，用于计算汽车于汽车本体坐标系下的实时坐标，进而构建其与移动场坐标系下的实时坐标的转换矩阵等式，得到所述汽车于移动场坐标系下的实时横摆角α；同时用于构建汽车前左轮、前右轮、后左轮、后右轮分别受到的引起侧滑角的前左动力、前右动力、后左动力和后右动力的计算模型，并据此进一步构建汽车运行最小能量消耗稳态模型；所述中央控制模块，用于根据选择汽车双电机耦合互补驱动助力策略，进而控制双电机耦合互补输出驱动助力。