基于DSP2407的電動(dòng)汽車電子差速問題研究

摘 要:介紹了電子差速技術(shù)，討論了基于雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電子差速控制問題;建立了基于阿克曼原理的轉(zhuǎn)向低速差速模型。

關(guān)鍵詞:雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng) 電子差速 TMS320LF2407A

中圖分類號(hào):U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-198X(2011)03(c)-0107-01

隨著人民生活水平提高和汽車工業(yè)的快速發(fā)展，使得國民汽車保有量飛速增長。而這一增長對(duì)自然環(huán)境和交通的安全性提出了很大的考驗(yàn)。隨著控制科學(xué)，電子電氣技術(shù)的發(fā)展，將各種控制技術(shù)和電動(dòng)車的研究相結(jié)合起來將成為一種趨勢。對(duì)于多電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車來說，可以利用電子差速的方法解決汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的差速問題，增加汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。

1 常見電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)方式、差速問題，及解決方案

目前流行的幾種驅(qū)動(dòng)布置方法有集中驅(qū)動(dòng)式、雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)式(分前驅(qū)式和后驅(qū)式)、四電機(jī)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)(包括四輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng))等幾種形式。不論采用何種形式的驅(qū)動(dòng)方案，在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪需要解決差速問題。傳統(tǒng)汽車使用機(jī)械差速器來完成差速，最常用的是對(duì)稱式錐齒輪差速器，無論左右驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速是否相等，兩邊扭矩總是平均分配，這樣的分配比例對(duì)于車輛在良好路面上直行或轉(zhuǎn)彎時(shí)，其運(yùn)行狀態(tài)都是滿意的[1]。隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，國內(nèi)外對(duì)電子差速器的研究也逐漸增多起來。采用電子差速器，利用軟件對(duì)各驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行合理分配，可以減少了機(jī)械傳動(dòng)部件，使其具有傳動(dòng)效率高、空間布置靈活、易于實(shí)現(xiàn)底盤系統(tǒng)的電子化和主動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。

2 電子差速設(shè)計(jì)

可以參考前輪轉(zhuǎn)向汽車阿克曼(Ackerman)轉(zhuǎn)向幾何學(xué)原理，在不考慮汽車質(zhì)心側(cè)偏、橫擺角，以及路面情況變化和側(cè)風(fēng)等情況下，可以汽車的轉(zhuǎn)向幾何模型如圖1所示。利用該模型進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)驅(qū)動(dòng)輪速度分析的假設(shè)前提條件為:剛性車體;車輪作純滾動(dòng)，即不考慮已發(fā)生滑移、滑轉(zhuǎn);行駛時(shí)所有輪胎都未離開地面;輪胎側(cè)向變形與側(cè)向力成正比。

圖中α１α２分別為前輪左右輪轉(zhuǎn)角，Ｋ為左右轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)距離，L為軸距。由幾何關(guān)系我們可以得出車輪轉(zhuǎn)角關(guān)系如下:

若假定輪胎在轉(zhuǎn)向時(shí)不發(fā)生側(cè)偏、且不考慮側(cè)傾時(shí)垂直載荷對(duì)內(nèi)、外側(cè)車輪的影響，由速度瞬心定理可以知驅(qū)動(dòng)輪行駛速度應(yīng)滿足:

其中V為整車質(zhì)心速度，R為整車質(zhì)心到轉(zhuǎn)向中心點(diǎn)的距離;VL、VR分別為左右驅(qū)動(dòng)輪的輪速，RL、RR分別為左右驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)到轉(zhuǎn)向中心的距離。

設(shè)給定的目標(biāo)速度為V0，由于本文將采用雙電機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的方式，則根據(jù)汽車模型轉(zhuǎn)向時(shí)的幾何關(guān)系圖1及式(2)可以得出:

首先電動(dòng)車駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，控制器根據(jù)傳感器采集到的各種信號(hào)，判斷電動(dòng)車駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，計(jì)算出前后輪相應(yīng)合適的轉(zhuǎn)角，然后電子差速控制算法根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪相應(yīng)轉(zhuǎn)角信息和目標(biāo)車速V0計(jì)算出驅(qū)動(dòng)輪速度V1、V2，最后由電機(jī)轉(zhuǎn)速控制程序分別以V1和V2為轉(zhuǎn)速目標(biāo)設(shè)定值，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電運(yùn)行后，首先執(zhí)行初始化程序，對(duì)DSP一些寄存器進(jìn)行設(shè)置，之后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定自檢，如果發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)清除，然后開啟A/D轉(zhuǎn)換程序，進(jìn)入中斷等待循環(huán)。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)采集到方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)超過一定閾值，這里設(shè)置一個(gè)軟中斷，讀取保存各傳感器信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)值，轉(zhuǎn)向子程序判斷轉(zhuǎn)向模式，然后將前輪轉(zhuǎn)角值傳遞給電子差速子程序，電子差速子程序通過前輪轉(zhuǎn)角和目標(biāo)速度V0，計(jì)算出左右驅(qū)動(dòng)輪的速度，然后改寫EVA/EVB的比較控制寄存器，改變PWM的占空比，來改變電機(jī)速度，然后返回中斷，并從新檢查方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)。

4 結(jié)論

本文研究了電動(dòng)汽車的電子差速問題。設(shè)計(jì)了前驅(qū)電動(dòng)輪差速的低速簡化模型，以減小整體系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。設(shè)計(jì)制作的基于DSP2407的電子控制系統(tǒng)的初步實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文所提出技術(shù)方案的實(shí)用性。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，控制理論的完善成熟，電子差速技術(shù)作為車輛主動(dòng)安全的先進(jìn)技術(shù)一定會(huì)得到廣泛的運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

[1]葛英輝，倪光正.新型電動(dòng)車電子差速控制策略研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，39(12).

[2]袁儀，陳世元，劉耀閣.電動(dòng)汽車電子轉(zhuǎn)彎差速的解決方案綜述[J].上海汽車，2009.03.

[3]葛英輝，倪光正.新的輪式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車電子差速控制算法的研究[J].汽車工程，2005.

[4]劉宗鋒.雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的電子差速[J]，微電機(jī)，2008．9．

[5]葛英輝.輪式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車控制系統(tǒng)的研究:[J].杭州:浙江大學(xué)，2004.

[6]高時(shí)芳.四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的電子差速系統(tǒng)研究:[J].西安:西北工業(yè)大學(xué)，2006.

[7]黃立培.電動(dòng)機(jī)控制.北京:清華大學(xué)出版社，2003.42—54.

[8]靳力強(qiáng)，王慶年，宋傳學(xué).四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)仿真，吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，第34卷，第四期，2004年10月.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文