汽车电子差速控制论文

关键词： 电动 电子 转向 汽车

汽车电子差速控制论文 篇1：

融合辅助转向功能的电动轮汽车电子差速控制研究

摘 要：伴随着电动轮汽车行业的发展和进步，为了有效提升其可控优势，就要借助车辆转向动力学和驱动力矩分配等方式有效对电子差速进行控制。文章中简要分析了电子差速转向原理，并系统化讨论了融合辅助转向功能的电动轮汽车电子差速控制策略，仅供参考。

关键词：辅助转向功能；电动轮汽车；电子差速；原理；控制策略

一、电子差速转向原理

所谓差速，就是指车辆在正常行驶过程中会出现转向操作，或者是遭遇路面不平的情况，此时，车辆的内车轮和外车轮之间要形成转速差值，才能有效对车辆进行控制，确保其转向平衡符合要求，不会出现车轮滑转以及拖拽的问题。需要注意的是，因为车辆转向过程中两侧车轮本身就会出现弧形轨迹，且外侧的车轮痕迹要明显大于内侧车轮，所以，在相同的时间范围内，要想形成平衡，就要保证外侧车轮的转速高于内侧车轮的实际转速。

正是基于以上的运行原理，目前电动轮汽车开始应用轮毂电机，使融合辅助转向功能电动汽车的研发得以实施。另外，因为轮毂电机在实际应用的过程中能完成独立控制和独立操作，电子差速系统和传统的系统运行过程还存在差距，因此，系统并不需要进行离合装置和传动装置的设置，一些常规化的部件对整体运行过程的影响效率并不大。电动轮汽车运行过程中两侧驱动轮驱动处理独立状态，没有汽车差速系统的约束，也会对后续应用过程造成影响。[1]

基于转速控制策略对电子差速设备予以系统化设计和处理，要对两侧独立的驱动轮施加传动约束，满足n1=f（n2）的关系，将其作为约束根本，能有效减少车轮不稳定造成的影响。然而，这种应用机制和运行方式会对精确度造成约束，这会对整体匹配结构造成影响，相关技术人员要对具体操作流程展开系统化分析和判定。

二、融合辅助转向功能的电动轮汽车电子差速控制策略

在对电动轮汽车进行全面分析的基础上，要对驱动轮转矩和转速等基础参数进行分析，建立独立且精确的控制机制，完善机械式差速器处理效果的同时，要对差速予以控制，有效避免车轮和地面之间发生滑转或者是拖拽的问题，并且要积极建立合理性分配机制，一定程度上避免了循环功率造成的问题，有效提升转向行驶效果。需要注意的是，电动轮汽车在实际管理控制策略体系建立的过程中，也要借助控制算法完成自动调节工序，以保证两侧驱动轮转矩能被控制在规定范围内，实现转向性能的全面优化。[2]

（一）轮毂电机控制

第一，控制方法的判断。要将电机调速控制作为关键和基础，有效维护控制技术的运行机制，结合弱磁调速机制和电压调速机制进行控制管理，充分遵循电子差速原理，结合电机反馈转速信号以及输入转速指令的误差参数，发挥PI和PID之间调速的优势，有效完成闭环处理和控制。但是，因为车辆系统运行过程会出现非线性以及行驶工况较差的现象，这就会导致理论数值和实际数值之间存在误差，甚至会造成滑转问题。基于此，要结合电机功率控制机制对其进行处理，这种处理方式和传统内燃机汽车油门踏板的原理较为相似，利用电机转矩控制机制，能借助电流对电机转矩进行调控，发挥PI控制优势，确保能对电机电流以及输出转矩等基础参数予以合理化管控，维护闭环控制的基础效果。

第二，轮毂数学模型。电动机汽车主要是利用永磁无刷直流轮毂电机的处理方式，转矩控制机制能为其运行效率的优化提供保障，借助相互耦合性就能提升建模实效性。目前，主要是借助电机运行平衡公式对转矩关系式进行推论，基础闭环操作控制。

驱动电机单机闭环控制系统，k1、k2、ki、ks都是调节参数，借助PI控制处理机制能有效提升电机转矩的响应效果，也能为转矩跟随能力的优化奠定基础。[3]

（二）驱动轮转矩综合控制

为了保证驱动轮转矩应用效果，要结合实际应用需求进行统筹处理，确保能整合管理流程，为后续车辆行驶管理工作的全面开展奠定基础，有效整合稳态转向和失稳转向处理工序，充电发挥不同结构简单且响应快的价值优势。一方面，在车辆高速度运行的状态下，会出现失稳的现象，此时为了有效提升差速功能管理机制，要对车辆转向稳定性进行控制和测试。另一方面，要积极处理转矩分配结构，利用目标横摆角速度跟随处理，就能减少车辆转向行驶过程中出现的多转向趋势，一定程度上提高辅助功能的合理性。依据车辆的实际行驶状态就能判定最优化的控制方式。

（三）基于横摆角速度的转矩分配机制

第一，要结合转向模型对具体问题进行具体分析，有效研究电动轮汽车两侧驱动转轮矩控制效果，维护差速控制水平的基础上，要对辅助效果予以分析和判定，整合管理流程的完整性。

第二，要对车辆稳定性的表征參数进行统筹处理，其中，着重对质心侧偏角对车辆稳定性、目标横摆角速度以及协调转矩等进行测试和分析，有效结合简化模型就能对控制方式进行协调和分析，优化管理流程的完整性，也为后续控制效果的优化奠定基础。

三、结语

总而言之，在融合辅助转向功能的电动轮汽车电子差速控制过程中，要充分认知到具体问题具体分析的重要性，并且发挥稳定性控制器的应用价值和优势，有效整合处理流程，保证控制结构的完整性，也为模型和车辆管理工作的调节奠定基础，提高控制效果，减少车辆安全事故的发生几率。

参考文献：

[1]张勇.融合辅助转向功能的电动轮汽车电子差速控制研究[D].江苏大学，2016.

[2]魏建伟.新型电动轮转向系统控制策略及性能分析[J].农业装备与车辆工程，2017，55（11）：1.5.

[3]孙伟.基于主动轮系统的电动汽车整车动力学分析与集成控制[D].重庆大学，2015.

作者简介：令狐昌伟（1981.），男，贵州人，本科，讲师，专业教师，研究方向：汽车电子。

作者：令狐昌伟

汽车电子差速控制论文 篇2：

轮毂电机电动汽车电子差速低速转向控制仿真

摘 要：针对轮毂电机独立驱动电动汽车电子差速的问题进行研究，通过对轮毂电机驱动和传统汽车的差速装置驱动进行比较分析.根据阿克曼汽车转向模型和各个轮毂电机独立可控，提出基于MATLAB /simulink搭建汽車理想状态下的转向仿真建模.仿真结果表明：Ackermann-Jeantand转向几何模型可以计算出给定方向盘角度下的各个车轮的实际速度，进而分别控制各个轮毂电机的转速实现电动汽车电子差速的目的，满足汽车低速转向的要求，对进一步研究电动汽车独立转向电子差速等问题具有一定的借鉴意义.

关键词：轮毂电机；电子差速；MATLAB/Simulink 仿真

0 引言

日益严重的环境污染和能源短缺等问题给汽车行业带来了巨大的影响，发展纯电动汽车被世界各国广泛认为是解决环境污染最有效的方式之一[1].轮毂电动汽车采用轮毂电机直接驱动车轮转动，各个车轮独立可控，动力传动的硬件连形式改为软连接形式，跟传统的内燃机相比，减少了离合器、差速器、传动轴等传动装置，使得汽车结构大为简化，整车质量减轻，提高了传动效率，满足电动汽车发展的新方向[2].

孙明江[3]通过CarSim软件和MATLAB/simulink软件对电动汽车差速进行联合仿真，以采集轮速控制模块和目标转速之差作为输入，采用PID控制算法，计算出各个车轮所需的驱动力矩.实验结果表明提高了电动汽车的稳定性，最终实现电动汽车电子差速.丁张根等[4]提出CANoe和MATLAB联合仿真，能够实现电动机正反转、转速控制.对研究轮毂电机电动车电子差速控制奠定了良好的基础.

本文以阿克曼转向原理计算出左右车轮所需的转速，结合文献[4]实现的节点之间通讯快速、稳定、可靠，可以实现整车控制器控制各个轮毂电机的转速.在MATLAB/simulink中建立电动汽车低速、静态转向的仿真模型，在实验仿真中要求车速不高于16 m/s，实验仿真结果表明四轮轮毂电机在电动汽车低速转向中满足实验要求.但是阿克曼转向原理也存在弊端，电动汽车在转向角为20°时右前车轮仿真转速为16.5 m/s，超过电动汽车实际最高转速16 m/s，不符合实验要求.

1 轮毂电机电动实验车结构简图

轮毂电机电动汽车结构简图如图1所示，由4块12 V的铅酸蓄电池串联为48 V作为整车的主电源，分别给4个650 W的轮毂电机供电，每个轮毂电机独立可控，当控制器接收来自驾驶员的操作命令，并做出相应的反应.汽车转向时控制器采集方向盘转角，求出左右车轮转向角度，根据阿克曼转向模型控制算法计算出各个车轮的速度，主控制器向各个轮毂电机控制器发出控制命令，无刷控制器调整相应电机的转速，达到电子差速低速转向的功能[5].

2 电动汽车电子差速分析

汽车在行驶的过程严格按照驾驶员的意愿改变方向称之为汽车转向.由于轮毂电机直接安装在电动车轮内，与传统汽车相比减少了离合器、变速箱、传动轴差速器、半轴[6]，极大的简化了传动结构，减轻了整车质量，从而提高了传动效率，增加了续航里程，减小了环境污染.当汽车按直线行驶时只需要保证各个车轮的转速相等即可；汽车在转弯时为避免侧滑现象，就必须保证各车轮相对于汽车旋转中心的角速度相等[7].转弯的时候整车控制器采集转角传感器转角信息，通过阿克曼转向原理计算出各个车轮所需的实际转速，控制轮毂电机以不同的转速转动，从而达到差速的目的.又因为各个车轮独立可控，可以容易实现调节车轮转速、汽车转向的力传动特性和角传递特性，电动汽车转向控制流程图如图2所示.

3 建立差速模型

本文根据阿克曼原理建立轮毂电机电动汽车低速转向模型，该转向模型认为车体为刚体且不考虑轮胎非线性影响，转向时只考虑前轮转向后轮不转向，以此简化转向模型，更好的进行公式的推导，模型如图3所示.

图3中，O点为四个车轮的旋转中心的交点，C为左右车轮轮距，L为前后轴距，A和B分别为前轴和后轴到质心的距离，δ为阿克曼转角无法通过实际测得，β为车辆纵向行驶速度与车辆行驶速度的夹角，δ1和δ2为转向车轮的转向角度；V 为车辆实际速度，Vx为车辆前进速度，Vy为车辆侧向速度，V1—V4为各个车轮纵向平移速度，R1—R4为对应的转动半径，R为质心运动的半径[8]，R0为车辆前轴转动半径，ω为垂直速度.

由图中的几何关系可以得：

计算出各个车轮的转速，就可以设计相应的硬件设计和软件仿真实验.

4 基于MATLAB/simulink建模仿真及结果分析

4.1 仿真建模

根据阿克曼转向模型分析，在MATLAB2010版本中建立chasu.mdl文件，其中轴距L=2 m，后轴到质心的距离B=0.6 m，轮距C=0.6 m，模型仿真模型如图4所示[9].取文献[10]中整车参数在simulink中仿真.

4.2 仿真结果

在输入不同车速时，以左轮转向角度为参照，记录下不同车速对应不同转向角下的车速在MATLAB中仿真得出4个车轮的转速如图5—图7所示.其中图5—图7左侧图为L=2.00 m，B=0.60 m，C=0.60 m所仿真的结果图；右侧图为L=2.70 m，B=1.45 m，C=1.56 m所仿真的结果图.

在模型中输入不同的车速和转角，就可以得出相对应各个车轮的车速.由图可知在电动车左转向的时候，其车速是外侧车速大于内侧车速，满足[V=ω*R].在通过整车控制器控制电机控制器输出相应的电机转速，从而实现电子差速和转向.

5 结论

根据MATLAB/simulink仿真结果可知，这种仿真模型适合于低速、静态下的电动汽车转向仿真，且电动汽车四轮车速不同达到差速的目的，为电子差速控制提供可靠理论依据.从不同的车型仿真对比中可以发现当车辆转向的时候外侧转速大于内侧转速，符合车辆转向实际情况.当车轮转向角、转速达到一定值时，外侧车轮速度将保持不变.如转向角为20°时，输入车速为15 m/s的时候，仿真得出右前轮车速为16.5 m/s超过实际车轮最大转速16 m/s，在继续增大转向角度和输入车速对设计的低速差速器没有太大意义，同时电动车差速效果差且出现车轮打滑现象.从实验也证明了阿克曼原理适合于低速转向.

参考文献

[1]蒋鸣雷，张欣，杨庆保. 纯电动汽车低速转向差速控制方法研究[J]. 北京汽车，2014（2）：20-23.

[2]李周清. 外转子永磁轮毂电机的设计研究[J]. 机电工程技术，2012，41（3）：1-6.

[3]孙明江. 轮毂电机电动汽车电子差速控制研究[D].锦州：辽宁工业大学，2016.

[4]丁张根，罗文广. 基于CANoe-MATLAB的电动机仿真控制的研究[J]. 广西科技大学学报，2014，25（2）：58-63.

[5]杨庆保. 纯电动汽车整车控制器研究[D].北京：北京交通大学，2012.

[6]沈世辉，段静，史添添，等. 四轮毂驱动电动汽车电子差速控制的研究[J]. 南阳理工学院学报，2016，8（6）：38-42.

[7]赵艳娥，张建武. 轮毂电机驱动电动汽车电子差速系统研究[J]. 系统仿真学报，2008，20（18）：4767-4771.

[8]杨庆保. 纯电动汽车整车控制器研究[D].北京：北京交通大学，2012.

[9]靳彪，张欣，杨庆保. 纯电动汽车低速转向差速控制模型[J]. 北京交通大学学报，2013，37（4）：158-161.

[10]方春杰. 纯电动汽车质心侧偏角估计及仿真分析[J]. 汽车工程师，2017（11）：34-37.

作者：华磊 张成涛 陆文祺 王佳奇

汽车电子差速控制论文 篇3：

四轮毂电机电动车的电子差速控制方法

摘要：通常四轮独立驱动的电动汽车电子差速系统都是基于转矩分配进行的，本文提出了一种通过对各轮速进行转速分配的电子差速系统，利用Ackermann-Jeantand转向模型，实时计算电子差速过程中随着转角角度以及车辆速度变化的各个车轮的所需转速，并分析了转向时转向轮之间的转矩分配问题。在carsim联合matlab仿真中通过多种车辆工况仿真实验验证了所提出的算法的实用性以及可行性，仿真结果表明，整车系统动态性能良好，电子差速控制策略可以满足四轮独立驱动电动汽车的行驶要求。

关键词：电动车；轮毂电机；电子差速；控制方法

随着能源短缺的危机和环境污染的日益严重，燃油车正逐渐被新能源汽车替代，电动汽车的出现可以解决上述问题，并且已经得到了广泛的关注，在电动汽车中，对于电机驱动控制系统，大部分电动车采用驱动电机与差速器相连再带动车轮的方式，通过电机驱动机械差速器来使得内外车轮的速度差实现差速。而独立轮驱动的电动汽车会根据不同的方向转角来分配给内外侧车轮不同的驱动力矩来实现车辆的差速算法，但这种算法并不能减小车辆的转角半径而且车辆的滑移率也不能得到很好的控制。本文提出了一种电子差速算法。

电子差速即通过车辆在不同转角以及车速的情况下，计算所需要的各轮轮速，然后经过对电机的转速控制，从而实现车辆的差速算法。

1 电子差速方法

电子差速的方法是通过驾驶者输入的转角信号和油门信号传入控制器，再由控制器根据当前整车状态值计算出各轮所需转速，然后通过通信等方式分配给各轮控制器，再由各轮控制器根据所给定的轮速对电机做出调速，从而实现车辆的顺利转弯。

1.1 转向原理

四輪电子差速需要对4个轮毂电机同时进行速度控制和差速计算，是一个复杂的控制系统。其中包括方向盘转角传感器、霍尔传感器、电机控制器、4个轮毂电机。

电子差速转向系统根据当前状态实时调整电机转速。改变各轮转速实现差速。当电动车需要向右转向时，则需右侧轮速小于左侧轮速。由于左右侧的轮速差异，在同一时间内，左侧轮行驶距离大，右侧轮行驶距离小，此时整车就会向右侧转向。在控制器中过程如下：（1）方向盘的角度输出信号由通信方式传入整车控制器，在这之前，定义传入的转角信号取值范围；（2）采集油门信号，并且根据之前的油门量与速度量标定得出总的期望车速；（3）由所输入的转角信号和期望车速得出各轮所需转速，进行分配。

1.2 差速计算分析

本文电子差速方案的目的是研究汽车转向时车速、转角和各轮速之间的内在关系，因此，本文忽略了地面摩擦力不同、轮胎形变不同的其他因素，即计算电动汽车在普通路面上行驶，从而计算各个参数。为了进一步研究方向转角、车速和车轮速之间的关系，就必须简历三者之间的函数公式方程。

由此整车模型如图1所示。根据阿克曼转向模型进行公式推导，涉及到的车身参数有：前轮转向角δ，单位为度；车身长度L；车身宽W；转向半径R。内、外轮转向半径Rin、Rout；为内、外轮转弯周长Cin、Cout。

2 仿真实验分析

电动车在进行电子差速转向时，其当前的运行方式对电子差速方案的实施有着重要的影响。根据不同的工作模式，电子差速运行时，当前电动车的速度状态和转向角度指令都要作相应的变化和调整。

2.1 匀加速减速直线行进工况

仿真工况为汽车处于运直线加减速，从车身速度图来看，车身速度能很好的跟随给定速度，表示车辆速度可控。从速度对比2中得出，各轮转矩的输入在加速时提供正向转矩，减速时提供反向转矩，各轮滑移率始终保持为零，说明车轮与地面无明显滑动。从转速差值观测出，各轮轮速与给定轮速差稳态收敛，说明单个轮轮速可控。最后从稳定性方面，车辆滑移角和横摆角速度始终为零，说明车辆始终处于稳定状态

2.2 匀速蛇形行进工况

仿真实验为车辆恒速蛇形行驶，从车身速度图来看，经过加速后出现超调，但很快跟随。从速度对比2中得出，各轮转矩的在最初提供最大转矩保证车辆能快速跟随，各轮滑移率始终保持为零，说明车轮与地面无明显滑动，从转速差值中观测出，各轮轮速与给定轮速差稳态收敛，说明单个轮轮速可控。最后从稳定性方面，车辆滑移角和横摆角速度始终不超过临界值（即20%和45deg/s），说明车辆始终处于稳定状态。

3 总结

本文的电动车控制器和电子差速系统主要解决了以下问题：

1）本文使用无刷直流轮毂电机进行驱动和调速控制用于驱动四轮独立驱动的电动汽车。

2）本文所使用的联合仿真平台实现了对基于转速分配的算法仿真的验证。

3）本文所提出的基于转速分配的电子差速器适用于低速电动汽车。

参考文献：

[1]陈琦.四轮独立驱动电动汽车系统多模型预测控制方法研究[D].东南大学，2015.

[2]李刚，韩海兰，宗长富，等.四轮轮毂电机电动车集成控制算法实车验证[J].科学技术与工程，2014，14（31）：106-112.

[3]卢东斌，李建秋，何涛，等.四轮轮毂电机驱动电动汽车无刷电机控制算法的研究[J].汽车工程，2012，34（10）：871-877.

[4]黄启然，郑玲，李以农，等.四轮独立驱动电动汽车轮毂电机控制策略的研究[J].汽车工程，2014（10）：1237-1242.

作者：杨濛 　李睿智　 金家林