輪轂式四輪獨立驅動電動汽車控制方法發展綜述

戴彥 田紅霞

摘 要：由于環境污染與資源消耗，輪轂式電動汽車成為汽車行業的主力軍。輪轂電機驅動的電動汽車能夠使研發組對電動汽車的驅動輪進行多自由度控制，電動汽車的電子差速問題就是如何有效的發揮驅動輪多自由度控制優勢的問題。要想輪轂電機驅動的電動汽車能夠快速發展且廣泛應用，就必須開發出低成本、高效率且可施行的電動汽車電子差速控制系統[3]。

關鍵詞：電動汽車;轉向穩定;電子差速

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.123

1 引言

由于環境與資源問題日益嚴重，新能源汽車是現代汽車工業的主要發展方向之一[1]。電動汽車因為其動力性較好，且節約能源，在生活中應用越來越廣泛[2]。獨立驅動輪轂電動汽車是指每個車輪有一個獨立電機驅動，如何在轉彎時有效控制車輪穩定性，是獨立驅動輪轂電動汽車的研究重點之一[3]。由于輪胎的非線性對滑移率有嚴重的影響，因此解決該問題是電子差速控制中的一個重要問題[4]。

2 輪轂電動汽車研究現狀

隨著環境問題的日益嚴重，各國對污染源之一的燃油汽車工業均做了相應的計劃。法國預計在2040年停售燃油車;德國、荷蘭等國家預計在2030年前禁售燃油車;而中國也計劃從2040年開始全面停止銷售燃油汽車[5]。奔馳、寶馬、豐田等各大汽車企業都開始了新能源汽車的計劃。

電動汽車以電能為能量，直接采用電機驅動車輪行駛，不產生污染源，減少污染，有效地提高了經濟效益。德國奔馳公司設計了第一輛輪轂式電動汽車。最初，由于輪轂式電動汽車的續航能力太短，沒有得到大力發展[5]。上世紀七十年代，由于環境與資源問題，電動汽車再次登上歷史舞臺，成為各國、各大汽車企業的研究熱點。

日本在電動汽車領域研究較早，處于世界的領先地位。1997年豐田公司推出了普銳斯混合動力汽車，并進行了批量生產。1999年本田公司推出FCX系列電動汽車，通過了道路驗證，并進行了可靠性、碰撞安全性實驗。

美國從1993年開始進行電動汽車開發，聯合了克萊斯勒汽車公司、福特汽車公司及通用汽車公司，5年間投入了3億美元進行研究。2013年，通用汽車公司研發生產的Volt電動汽車在美國開始普及，銷量累計達到近7萬輛。

我國對電動汽車的發展相對世界其他國家起步較晚，研究相對落后。但近十年來，我國對電動汽車的研究不斷加大。“十五”規劃期間，我國啟動了863電動汽車重大科技項目，總投資達9億元進行電動汽車的研發。近些年，國內各大車展上，各汽車公司自主研發的電動汽車紛紛亮相。如奇瑞公司的MI-EV，最高時速可達120km/h，采用磷酸鐵鋰電池續航里程為150km。比亞迪公司的E6，最高時速為160km/h，續航里程為300km。還有吉利公司的EK-1，采用鉛酸蓄電池，時速最高在80km/h，續航里程在80km。

3 電子差速控制方法的研究現狀

汽車轉彎時，由于左右輪轉彎半徑不同，使其在同時間內滾過的距離是不同的，差速器的左右是使車輪獲得不同的車速，因而，差速器使汽車轉向的重要組成部分。由于電動汽車直接由輪轂電機控制車輪，去掉了機械差速部分，通過軟件編程算法滿足行駛要求的差速方法，即為電子差速。

電動汽車的電子差速控制方法主要有以下三種方法：

（1）以Ackermann轉向模型（如圖1所示）為參考模型，計算出各驅動輪的理想轉速，對其進行控制，實現電動汽車的電子差速控制。

遼寧工業大學的孫明江等人以Ackermann模型為參考模型，以左前輪車速為控制目標，通過協調驅動輪轉速使其角速度相同，從而實現電動汽車電子差速控制。

在國外，Ju-Sang Lee等人以Ackermann轉向模型為電動汽車的參考模型，針對汽車轉向時的非線性特問題，提出了一種具有自適應功能的神經網絡控制算法，非線性對電子差速控制的影響。

（2）控制電動汽車車輪轉矩來完成電動汽車的電子差速控制。日本Yoichi Hori等人在縱向驅動力分配控制研究上取得了良好的控制效果。Yeepien Yang等人獨立驅動電動汽車的后輪驅動作為控制對象，提出了內輪為轉矩控制方法，外層為橫擺運動控制方法的雙層控制算法，提高了電子差速系統的魯棒性。

吉林大學勒立強等人依據實車試驗數據建立了四輪獨立驅動的電動汽車仿真模型，對驅動電機按轉矩模式進行控制，取得了良好的效果。

（3）通過控制電動汽車的單輪最佳滑移率實現電子差速控制。日本，Yoichi Hori等人針對“UOT Electric March I&II”車型，Yoichi Hori等人對電動汽車的驅動防滑控制和車輪最佳滑轉率的估算進行了廣泛的研究，并取得了不少的研究成果。

浙江大學倪光正等人以獨立驅動輪轂式電動汽車為研究對象，運用比例控制估算驅動輪的最佳滑移率為控制目標，并根據驅動輪的滑移率分配驅動輪的輸出轉矩，實現了輪轂式電動汽車電子差速控制，達到良好效果。

4 結論

由于環境及資源緊缺問題，電動汽車得到大力發展，本文介紹了電動汽車的國內外發展趨勢，以及電子差速控制的研究現狀，為了保證電動汽車的轉向穩定性，必須研究穩定、快速的電子差速系統。

參考文獻：

[1]徐國凱，趙秀春，蘇航編著.電動汽車的驅動與控制[M].北京：電子工業出版社，2010.

[2]趙艷娥，張建武.輪轂電機驅動電動汽車電子差速系統研究[J].系統仿真學報，2008，20（18）：4767-4768.

[3]崔新，侯明善，秦琴.基于目標最優機動的線性化運動學模型及其特性研究[J].彈箭與制導學報，2004，24（01）：73-75.

[4]陸勇，張建榮，張大明.電動輪技術在電動汽車中的應用及發展趨勢[J].機械設計與制造，2006（10）：169-171.

[5]李會.電動汽車電子差速系統研究[D].武漢理工大學，2013.

[6]孫明江.段敏.韓海蘭等.輪轂電機電動汽車電子差速控制影響因素分析[J].汽車工程，2015，15（11）：54-56.