分布式驅(qū)動電動汽車驅(qū)動力矩分配策略研究

郭雷 石晶 黃浩 李昊潼 劉慶華

摘 要：文章通對過四輪獨立驅(qū)動的分布式驅(qū)動的電動汽車轉(zhuǎn)矩分配的研究，基于模糊算法和pi算法，通過對車輛橫向穩(wěn)定指標(biāo)的評估從而計算補償力矩。并且基于確定的補償力矩具體給出轉(zhuǎn)矩分配原則，最后同過使用CarMaker和Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真，證明了這種分配算法對車輛的穩(wěn)定性有改善的效果。

關(guān)鍵詞：分布式驅(qū)動電動汽車;橫擺力矩;轉(zhuǎn)矩分配

中圖分類號：U469.72 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）19-07-03

Research on Torque Vectoring Control of Distributed Drive Electric Vehicle

Guo Lei， Shi Jing， Huang Hao， Li Haotong， Liu Qinghua

（ School of Automotive and Transportation Engineering， Liaoning University of Technology， Liaoning Jinzhou 121001 ）

Abstract： Based on the research on the torque distribution of the distributed drive electric vehicle with four-wheel independent drive， based on the fuzzy algorithm and the pi algorithm， the compensation torque is calculated by evaluating the vehicle lateral stability index. And based on the determined compensation torque， a specific torque distribution principle is given， and finally the joint simulation is carried out with CarMaker and Simulink. It is proved that this kind of allocation algorithm can improve the stability of the vehicle.

Keywords： Distributed drive electric vehicle; Yaw torque; Torque distribution

CLC NO.： U469.72 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-07-03

前言

隨著電動汽車在我國的快速發(fā)展，越來越多的尖端科技應(yīng)用在電動汽車上，出現(xiàn)了很多動力形式的電動汽車，四輪獨立驅(qū)動的電動汽車成為市場的主流產(chǎn)品。在分布式驅(qū)動的電動汽車縱向控制中，研究如何合理分配各個驅(qū)動電機的驅(qū)動力矩對改善分布式驅(qū)動的電動汽車行駛時的動力性和穩(wěn)定性有很大的作用。基于轉(zhuǎn)矩分配的電子差速不僅可以有效的提高車輛的動力性，還可以提高車輛的行駛穩(wěn)定性。

1 轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)總體方案

車輛扭矩分配控制系統(tǒng)的框圖如圖1所示。該控制系統(tǒng)分為車輛橫擺力矩控制部分和扭矩控制分配部分。車輛橫擺力矩控制部分通過從參考模型獲得的實際橫擺角速度和預(yù)期橫角速度來計算附加橫擺力矩的值。基于扭矩控制分配層的附加橫擺力矩分別控制每個車輪的驅(qū)動力矩，從而使四輪可以產(chǎn)生合理的驅(qū)動力矩。

2 補償力矩的確定

2.1 參考模型

本文選用整車二自由度模型，二自由度整車模型給出了車輛前輪轉(zhuǎn)角與車輛橫擺角速度的關(guān)系：

式中：K為穩(wěn)定性系數(shù);v為縱向速度;δ為前輪轉(zhuǎn)角輸入。

所以根據(jù)公式（1）可以得出橫擺角速度期望值。參考模型同樣需要考慮輪胎達(dá)到附著極限的情況。因此需要設(shè)置橫擺角速度上限值，當(dāng)達(dá)到極限值之后，橫擺角速度期望值輸出為一個定值，這個定值為：

式中：μ為路面附著系數(shù);g為重力加速度。

2.2 補償力矩的計算

由于本文重點研究的是轉(zhuǎn)矩分配控制，在補償力矩的估算選擇的是傳統(tǒng)的PI算法，通過車輛橫擺角速度的實際值與期望值進(jìn)行比較，通過PI算法，計算出合理的補償力矩M。而PI控制器中的比例常數(shù)Kp和積分常數(shù)Ki則是有平時工程實踐中得到。

3 轉(zhuǎn)矩分配控制

在以往關(guān)于分布式驅(qū)動電動汽車的橫向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)矩分配控制研究當(dāng)中，大多數(shù)研究者都是注重對補償力矩計算的準(zhǔn)確性，忽略了在轉(zhuǎn)矩分配過程中如何施加補償力矩。往往都是在一側(cè)增加補償力矩，另一側(cè)減少而這種簡單的分配沒有考慮執(zhí)行器的因素。有可能出現(xiàn)力矩過大執(zhí)行器無法實現(xiàn)和影響行駛穩(wěn)定性的現(xiàn)象。因此我們利用四輪獨立驅(qū)動電動汽車四個電機獨立驅(qū)動的優(yōu)點，根據(jù)前后軸的垂直載荷來具體分配每個電機的轉(zhuǎn)矩。

假設(shè)T1，T2，T3，T4分別為左前輪，右前輪。左后輪，右后輪電機轉(zhuǎn)矩，Td為總驅(qū)動力矩則有：

因此為了滿足整車補償力矩控制需要得出：

式中：B為車輛的輪距;R為車輪滾動半徑;由于車輛前輪轉(zhuǎn)角很小，cosδ取1則有：

出現(xiàn)前后軸軸荷轉(zhuǎn)移時，前后軸載荷為：

式中：Fzf，F(xiàn)zf為前后軸載荷;ax為縱向加速度;hc質(zhì)心高度;

因此根據(jù)附著力的定義得：

根據(jù)以上公式求解方程組得到：

4 仿真結(jié)果分析

根據(jù)整車參數(shù)在CarMaker建立整車模型，并搭建雙移線場景，設(shè)置車速在為80km/h，路面附著系數(shù)取0.6通過對這種中低附著率情況，在車輛觀測模塊中得出車速，質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度的數(shù)據(jù)圖。如圖2看出，車輛的車速跟隨曲線差值比較小。圖3看出橫擺角速度在穩(wěn)定范圍內(nèi)，并且橫擺角速度跟隨曲線誤差跟小由此證明本文這種驅(qū)動力矩分配控制在保證車輛有良好動力輸出的情況下還能提高車輛的橫向穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

本文研究了一種基于車輛橫擺力矩的四輪獨立驅(qū)動的電動汽車驅(qū)動動力矩分配方法，在驅(qū)動力矩分配過程中，通過得出的補償力矩具體的量化了各個電機的補償力矩。在進(jìn)行了CarMaker和Simulink仿真之后，證明基于轉(zhuǎn)矩分配的電子差速不僅可以有效的提高車輛的動力性，還可以提高車輛的行駛穩(wěn)定性。對以后分布式驅(qū)動電動汽車縱向控制和穩(wěn)定性控制提供。

參考文獻(xiàn)

[1] 王震坡，陳辛波，張雷，羅建，趙萬忠，熊璐.分布式驅(qū)動電動汽車關(guān)鍵

技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化展望[J].科技導(dǎo)報，2020，38（08）：99-100.

[2] 高青云.雙電機獨立驅(qū)動方程式賽車穩(wěn)定性與再生制動控制研究[D].遼寧工業(yè)大學(xué)，2019.

[3] 王震坡，丁曉林，張雷.四輪輪轂電機驅(qū)動電動汽車驅(qū)動防滑控制關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].機械工程學(xué)報，2019，55（12）：99-120.

[4] 黃開啟，羅良銓，程健，劉細(xì)平.分布式驅(qū)動電動汽車綜合性能轉(zhuǎn)矩優(yōu)化分配[J].控制工程，2019，26（11）：2078-2085.

[5] 樊東升，李剛.分布式驅(qū)動電動汽車狀態(tài)參數(shù)估計綜述[J].汽車實用技術(shù)，2019（15）：3-4.