電動汽車低速轉(zhuǎn)向電子差速兼顧輔助轉(zhuǎn)向控制

劉亮

摘 要：以后輪自主驅(qū)動的電動汽車轉(zhuǎn)向差速控制為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合電動汽車低速轉(zhuǎn)向的特點(diǎn)構(gòu)建一個(gè)阿克曼轉(zhuǎn)向模型，再對車輛轉(zhuǎn)向時(shí)電子差速的控制發(fā)揮出的輔助作用進(jìn)行全面考慮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對低速轉(zhuǎn)向電子差速兼顧輔助轉(zhuǎn)向控制全面的分析。最終結(jié)果表明了通過阿克曼轉(zhuǎn)向差速仿真模型而制定的轉(zhuǎn)矩分配方案，不但發(fā)揮出了差速的作用，并且在車輛的轉(zhuǎn)向行駛過程中也表現(xiàn)出了較為出色的輔助效果。

關(guān)鍵詞：電動汽車;低速轉(zhuǎn)向電子差速;輔助;轉(zhuǎn)向控制

一、阿克曼轉(zhuǎn)向模型

當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，按照阿克曼轉(zhuǎn)向模型，能夠得到車輛運(yùn)動的實(shí)際狀態(tài)，詳情見下圖1。在圖中，δin與δout是汽車外前輪的轉(zhuǎn)向角度，δ代表的是汽車整體轉(zhuǎn)向的角度，W還有L指的是汽車軸距以及輪距，而R0代表汽車轉(zhuǎn)向半徑，Rin以及Rout為汽車內(nèi)外兩側(cè)驅(qū)動輪實(shí)際的轉(zhuǎn)向半徑，車輛行駛速度用v表示，也就是后輪軸線的中點(diǎn)位置以O(shè)為中心旋轉(zhuǎn)的速度。

通過上述的阿克曼轉(zhuǎn)向模型，我們可以分析電動汽車各個(gè)時(shí)刻運(yùn)動的狀態(tài)。對于阿克曼轉(zhuǎn)向模型中的幾何關(guān)系而言，其中任何一個(gè)車輪駛過的路徑圓心均匯聚到了汽車后軸延長線轉(zhuǎn)向的中心點(diǎn)上，從而讓轉(zhuǎn)向變得更為流暢，同時(shí)還可以得到以下公式：

R0=L/tanδ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

r0=L/sinr0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

Rin=R0-W/2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

Rout=R0+ W/2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

二、差速兼顧輔助轉(zhuǎn)向控制

1.轉(zhuǎn)矩的分配方案

在電動汽車中應(yīng)用阿克曼轉(zhuǎn)向模型，需要對汽車行駛速度、汽車的動力學(xué)模型還有輸入轉(zhuǎn)角等參數(shù)進(jìn)行收集，從而得到車輪的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)彎半徑等數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出車輛內(nèi)外側(cè)的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩的差值，同時(shí)根據(jù)駕駛員期待的驅(qū)動力橘來做合理化分配，最終讓轉(zhuǎn)速差達(dá)到轉(zhuǎn)向差速的效果。下圖2即電子差速的控制方案結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2? 電子差速的控制方案結(jié)構(gòu)示意圖

為了確保汽車的總驅(qū)動力矩處于恒定狀態(tài)，通過等差值轉(zhuǎn)矩分配法，所以兩側(cè)驅(qū)動輪分配到的轉(zhuǎn)矩值是：

Tin=Td-?T? ? ? ? （7）

Tout=Td-?T? ? ? ? （8）

車輛在轉(zhuǎn)向的過程中，其控制系統(tǒng)會收集汽車油門踏板的信號，從而給出特定的總驅(qū)動力矩，同時(shí)按照方向盤的轉(zhuǎn)角以及車速信號等，最終通過計(jì)算來得出汽車內(nèi)外兩側(cè)精準(zhǔn)的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩。借助增加以及減少外側(cè)與內(nèi)側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩等方式，不只是可以讓電子差速的作用得到最大程度的展現(xiàn)，而且還能夠合理分配汽車驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩，從而為車輛轉(zhuǎn)向提供一定幫助。

2.輪轂電機(jī)的控制

對于電動汽車中使用的輪轂電機(jī)而言，其除了要具備常見電氣傳動系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)之外，其還應(yīng)當(dāng)具有更大的啟動轉(zhuǎn)矩、更為廣泛的調(diào)速范圍，同時(shí)體積也應(yīng)當(dāng)更小、整體質(zhì)量要更輕、運(yùn)行的總效率也要更高。不同于傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)，輪轂電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)使用的為恒轉(zhuǎn)矩的模式，而在中高速運(yùn)行時(shí)則使用的是恒功率的模式。以電機(jī)轉(zhuǎn)速為基礎(chǔ)的控制又被稱作電機(jī)的調(diào)速控制，其屬于一種較為常見的電機(jī)控制技術(shù)，一般包括弱磁調(diào)速還有電壓調(diào)速等多種控制方法。此類控制技術(shù)大多是以電子差速的原理為基礎(chǔ)，通過分析電機(jī)反饋回來的轉(zhuǎn)速信號以及指令差異等，然后再利用PI還有PID等諸多方式來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

本篇文章所使用的是以電機(jī)為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)矩控制方案，借助電流來對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，同時(shí)借助由PI進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)設(shè)備，來讓汽車電機(jī)電流以及輸出的轉(zhuǎn)矩等得到科學(xué)調(diào)節(jié)，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)矩完成閉環(huán)控制的目標(biāo)。

結(jié)束語

將電子差速當(dāng)作基礎(chǔ)，通過阿克曼轉(zhuǎn)向模型來對電動汽車動力學(xué)以及運(yùn)動學(xué)進(jìn)行深入分析，從而證實(shí)了電子差速的控制確實(shí)對電動汽車輔助轉(zhuǎn)向具有一定的影響。同時(shí)借助上述模型來對研究轉(zhuǎn)矩的分配方案，最終發(fā)現(xiàn)，此類控制方案不但能夠?qū)崿F(xiàn)基本的差速控制，而且其在車輛的轉(zhuǎn)向行駛過程中也具有出色的輔助效果，此類控制方案可以在試驗(yàn)車輛中進(jìn)行良好試用，在未來相關(guān)控制策略的研究中也可以適當(dāng)進(jìn)行借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]華磊，張成濤，陸文祺，王佳奇.輪轂電機(jī)電動汽車電子差速低速轉(zhuǎn)向控制仿真[J].廣西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，29（03）：77-81.

[2]張厚忠，蘇健，張勇.電動汽車低速轉(zhuǎn)向電子差速兼顧輔助轉(zhuǎn)向控制[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2017，31（08）：14-21.

[3]王棟梁，茹強(qiáng)，趙軒.分布式驅(qū)動電動汽車電子差速仿真研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017（01）：23-25.

[4]馬浩軍.電動汽車電子差速控制系統(tǒng)研究[D].浙江大學(xué)，2016.