考虑轮毂电机效率与轮胎滑移能耗的四轮独立驱动电动汽车实用化最优驱动控制策略

为解决电动汽车动力电池寿命和续航焦虑问题，Junnian Wang团队针对四轮独立驱动电动汽车(FWIDEV)提出了一种分层动态模糊遗传算法(HDFGA)。该研究通过两层级优化架构协同优化电机能耗与轮胎滑移功率损耗，在低附着路况下实现综合能耗降低5.0%，并通过硬件在环(HDiL)测试验证了策略的经济性和实时性，为分布式电驱动底盘(DEDC)系统提供了实用的能量管理解决方案。

　　

随着能源危机与环境问题日益严峻，电动汽车成为汽车产业转型的重要方向。然而动力电池的能量密度、循环寿命等问题始终制约着电动汽车的续航能力，特别是对于采用分布式电驱动底盘(DEDC)的四轮独立驱动电动汽车(FWIDEV)而言，虽然其多执行器特性带来了更大的控制自由度，但也使得驱动能量分配问题变得更为复杂。当前大多数能量管理策略要么严重依赖专家经验，要么需要全局或未来信息支持，在实际交通环境中往往难以应用。更关键的是，现有研究多集中于常规电动汽车，对FWIDEV这种具有过驱动特性的底盘系统缺乏针对性解决方案。

针对这些挑战，Jilin University国家汽车底盘集成与仿生重点实验室的Junnian Wang团队在《Results in Engineering》发表了创新性研究成果。研究人员建立了一个包含车辆纵向动力学模型、轮毂永磁同步电机(PMSM)模型和动力电池模型的完整系统框架，通过分层动态模糊遗传算法(HDFGA)实现了电机效率与轮胎滑移能耗的协同优化。关键技术包括：1)基于实验数据的电机效率图谱建模；2)采用自适应概率的单点交叉遗传算法加速优化过程；3)设计基于最大轮速滑移率和纵向加速度输入的模糊权重调节器。

研究结果显示，在标准测试工况下，HDFGA的上层优化结果与动态规划(DP)全局最优解十分接近，相比规则基准(RB)策略，新欧洲驾驶循环(NEDC)和全球统一轻型车测试循环(WLTC)下分别实现了5.16%和6.38%的能耗降低。特别是在低附着路面(μ=0.25)的仿真中，HDFGA通过动态调整前后轴扭矩分配，使轮胎滑移功率损耗降低55.6%，综合能耗减少5.0%。硬件在环(HDiL)测试进一步证实，在μ突变路面条件下，该策略不仅改善了经济性指标，还将平均纵向加速度提升至0.1572g，最终车速达到94.23km/h，展现出优越的动态性能。

在方法学层面，这项研究的突破主要体现在三个方面：首先，提出的两层级优化架构有效简化了过驱动系统的扭矩分配复杂度，上层专注于电机效率优化，下层则综合考虑滑移能耗；其次，动态权重调节机制通过模糊控制器实时响应车辆状态变化，在加速或低附着工况下自动增加滑移能耗的优化权重；最后，自适应交叉变异概率的遗传算法使单次优化平均耗时控制在1.034ms以内，最大延迟不超过1.1ms，满足了实时控制需求。

这项研究的实际意义在于，它摒弃了对全局信息的依赖，仅基于驾驶员实时操作和车辆状态变量进行优化，更加符合当前交通基础设施的实际情况。研究团队通过理论分析、数字仿真和硬件在环测试的完整验证链条，证实了HDFGA策略在提升FWIDEV续航能力方面的有效性，为分布式电驱动系统的能量管理提供了新的技术路线。未来，该策略有望与加速防滑控制(ASR)等现有系统集成，形成更全面的车辆控制方案。