電動(dòng)汽車(chē)永磁無(wú)刷輪轂電機(jī)控制策略建模

鄭淑琴 龍江啟

1.重慶大學(xué)建設(shè)管理與房地產(chǎn)學(xué)院，重慶，4000452.溫州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，溫州，325035

電動(dòng)汽車(chē)永磁無(wú)刷輪轂電機(jī)控制策略建模

鄭淑琴1龍江啟2

1.重慶大學(xué)建設(shè)管理與房地產(chǎn)學(xué)院，重慶，4000452.溫州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，溫州，325035

針對(duì)輪轂電機(jī)的獨(dú)立控制問(wèn)題進(jìn)行研究，分析輪轂電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型，建立了無(wú)減速機(jī)構(gòu)的輪轂電機(jī)動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型，探討輪轂電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的控制方法。在理論分析的基礎(chǔ)上，建立了輪轂電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法模型、車(chē)輛控制模型和地面負(fù)載輸入模型，研究不同路面情況和控制轉(zhuǎn)矩輸入下，輪轂電機(jī)的滑移率和輪速的差異性關(guān)系以及制動(dòng)過(guò)程中定轉(zhuǎn)子間隙變形情況，選擇了合適的輪轂電機(jī)制動(dòng)控制方法。仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明，輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制方法具有控制精度高、響應(yīng)迅速的特點(diǎn)，搭載輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性。

電動(dòng)汽車(chē)；輪轂電機(jī)；滑移率；直接轉(zhuǎn)矩控制

0 引言

零排放的純電動(dòng)汽車(chē)被認(rèn)為是解決目前日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境危機(jī)的重要途徑[1-3]，這幾年特別是中國(guó)，純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展非常迅速，但是純電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)受到傳統(tǒng)汽車(chē)設(shè)計(jì)思路的極大束縛，未能充分地發(fā)揮電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，使得目前研發(fā)的純電動(dòng)汽車(chē)受傳統(tǒng)的變速器控制技術(shù)、離合器控制技術(shù)和制動(dòng)控制技術(shù)等因素的影響很大。

輪轂電機(jī)是這幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)，它可以根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)本身的特點(diǎn)靈活設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)形式，通過(guò)將電機(jī)安裝在車(chē)輪的內(nèi)部來(lái)直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪前進(jìn)[1-4]。相比傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的汽車(chē)，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)非常明顯[5-7]：①可以去掉復(fù)雜的變速箱、離合器、差速器、驅(qū)動(dòng)半軸等傳動(dòng)系部件，極大地提高了傳動(dòng)效率；②能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)所在車(chē)輪的直接控制，提高了電動(dòng)汽車(chē)的底盤(pán)可操縱性；③不受傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、差速減速器和驅(qū)動(dòng)半軸尺寸的限制，極大地節(jié)省了電動(dòng)汽車(chē)的布置空間，使得電動(dòng)汽車(chē)的造型設(shè)計(jì)更加靈活，可用空間更大。

本文研究的對(duì)象是一款前置前驅(qū)結(jié)構(gòu)的純電動(dòng)汽車(chē)，它將兩個(gè)輪轂電機(jī)安裝在車(chē)輪的前輪中作為車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)輪，后輪保留了傳統(tǒng)的機(jī)械制動(dòng)裝置，因此同時(shí)兼具電機(jī)制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性大大增加。

1 前置前驅(qū)純電動(dòng)汽車(chē)基本結(jié)構(gòu)

輪轂電機(jī)就是將輪轂和驅(qū)動(dòng)裝置直接合并為一體的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，也就是將驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)裝置都整合在輪轂中，也稱(chēng)之為輪式電機(jī)(wheel motor)[8-9]。輪轂電機(jī)從驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)上又分為有減速機(jī)構(gòu)的輪轂電機(jī)和無(wú)減速機(jī)構(gòu)的輪轂電機(jī)兩種。有減速機(jī)構(gòu)的輪轂電機(jī)也稱(chēng)之為減速驅(qū)動(dòng)電動(dòng)輪，減速器安裝在電動(dòng)機(jī)和車(chē)輪之間，起到了減速增扭的作用，減速裝置一般采用行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，這種輪轂電機(jī)的特點(diǎn)是對(duì)電機(jī)要求不是很高，內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)轉(zhuǎn)速最高可達(dá)10 000 r/min，具有較高的比功率和效率，體積小，質(zhì)量輕，輸出扭矩大，爬坡性能好，能夠保證汽車(chē)在低速行駛時(shí)獲得較為平穩(wěn)的大扭矩。但其缺點(diǎn)是潤(rùn)滑困難，行星齒輪減速機(jī)構(gòu)磨損較快，使用壽命短，散熱不易，工作噪聲大[10-12]。

無(wú)減速機(jī)構(gòu)的輪轂電機(jī)又稱(chēng)為直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)輪，電機(jī)選用低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)，電機(jī)的外轉(zhuǎn)子直接和輪轂機(jī)械連接，無(wú)減速機(jī)構(gòu)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在1500 r/min左右，車(chē)輪的轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速一致。無(wú)減速機(jī)構(gòu)的輪轂電機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，軸向尺寸小，非簧載質(zhì)量小，傳遞效率更高，缺點(diǎn)是對(duì)電機(jī)要求比較高，在電動(dòng)汽車(chē)起步或者爬坡等情況下需要承載大轉(zhuǎn)矩時(shí)需要?jiǎng)恿﹄姵剌敵鲚^大的電流，電機(jī)的峰值效率區(qū)域小，負(fù)載電流超過(guò)一定值后效率下降非常明顯。

隨著電動(dòng)汽車(chē)的飛速發(fā)展，選用輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)獲得了前所未有的重視和發(fā)展，日本的本田公司、三菱汽車(chē)公司，美國(guó)的通用汽車(chē)公司，德國(guó)的大眾公司，中國(guó)的廣汽集團(tuán)和奇瑞公司等整車(chē)企業(yè)紛紛推出了自己的搭載輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)。

輪轂電機(jī)雖然擁有優(yōu)越的性能和較小的安裝尺寸，但是相比傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其高昂的價(jià)格仍然是不可忽視的重要因素，如果電動(dòng)汽車(chē)的4個(gè)輪子全部采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，則帶來(lái)了以下需要解決的問(wèn)題：①取消機(jī)械差速器之后，需要控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)解決不同驅(qū)動(dòng)輪之間的差速問(wèn)題；②各個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速和扭矩之間相互獨(dú)立，需要控制系統(tǒng)解決驅(qū)動(dòng)力協(xié)調(diào)分配的問(wèn)題；③輪轂電機(jī)通常都采用獨(dú)立懸架，非簧載質(zhì)量增大，電動(dòng)汽車(chē)垂直方向的振動(dòng)幅度增大，影響輪胎的附著性能，降低了電動(dòng)汽車(chē)的平順性和舒適性。

綜合考慮成本控制和降低控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度，充分地發(fā)揮機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)效率高、制動(dòng)可靠和成本低廉的特點(diǎn)，本文重點(diǎn)研究圖1所示的一款前置前驅(qū)的純電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)，在該款電動(dòng)汽車(chē)基本構(gòu)架中，前面兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪選用了輪轂電機(jī)，后面的兩個(gè)輪子則保留了傳統(tǒng)的汽車(chē)機(jī)械制動(dòng)裝置，裝備了ABS/ESP裝置。

圖1 搭載輪轂電機(jī)的純電動(dòng)汽車(chē)構(gòu)架Fig.1 Electric vehicle architecture with wheel motor

如圖1所示，輪轂電機(jī)和對(duì)應(yīng)的電機(jī)控制器均安裝在電動(dòng)汽車(chē)的兩個(gè)前輪內(nèi)，輪轂電機(jī)選用無(wú)減速機(jī)構(gòu)輪轂電機(jī)。動(dòng)力電池箱體的電源通過(guò)J-BOX裝置分配到各個(gè)用電單元(純電動(dòng)空調(diào)、電機(jī)控制器、DC/DC以及PTC(positive temperature coefficient)加熱器)，動(dòng)力電池箱體上連接有慢充和快充裝置。

2 前置前驅(qū)輪轂電機(jī)型純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力學(xué)方程

該款純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力學(xué)模型是在滿足所研究問(wèn)題精度的基礎(chǔ)上，對(duì)車(chē)輛系統(tǒng)進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化后得到的，其本質(zhì)還是利用車(chē)輛的數(shù)學(xué)模型來(lái)建立外界激勵(lì)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)模型的輸入、車(chē)輛系統(tǒng)本身以及車(chē)輛系統(tǒng)對(duì)外界的輸出三者之間的關(guān)系。圖2所示為單個(gè)輪轂電機(jī)的計(jì)算模型。圖2中，m31為支撐結(jié)構(gòu)和制動(dòng)卡鉗等的質(zhì)量，m32為輪轂電機(jī)的定子和殼體的質(zhì)量，m33為輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子和制動(dòng)盤(pán)的質(zhì)量，yi為不同質(zhì)量塊對(duì)應(yīng)的位移，kj分別代表懸置零部件的剛度，ck分別代表彈性零部件的阻尼[9]。

圖2 輪轂電機(jī)的計(jì)算模型Fig.2 Wheel motor calculation model

忽略懸架特性，建立電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型方程如下：

(1)

(2)

0.5df(Fxflsinδo-Fxflsinδi)+0.5dr(Fxrr-Fxrl)

(3)

式中，m為整車(chē)質(zhì)量;vx和vy分別為整車(chē)縱向速度和側(cè)向速度；v為車(chē)速;Fx和Fy分別為車(chē)輪受到的縱向力和側(cè)向力;下標(biāo)fl、fr、rl和rr分別代表左前輪、右前輪、左后輪和右后輪;δi和δo分別為前輪內(nèi)外車(chē)輪的轉(zhuǎn)向角;f為車(chē)輪滾動(dòng)阻力系數(shù);g為重力加速度;α為道路坡度角；CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積；ρ為空氣密度；lf和lr分別為汽車(chē)質(zhì)心到前后軸的距離；df和dr分別為前后軸車(chē)輪輪距；Iz為車(chē)輛Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；γ為橫擺角速度。

輪轂電機(jī)受力方程為

Tmi-Tf=Jmidωm/dt

(4)

式中，Tmi為輪轂電機(jī)的扭矩；Tf為車(chē)輪的阻力矩；Jmi為折算到電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωm為電機(jī)和車(chē)輪的轉(zhuǎn)速。

輪胎的滑移率計(jì)算公式為[7]

(5)

式中，si為輪胎滑移率；r為車(chē)輪半徑。

3 輪轂電機(jī)控制方程

設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)采用自控式變頻調(diào)速方法，在電機(jī)軸上安裝有轉(zhuǎn)子磁極位置監(jiān)測(cè)器，通過(guò)檢測(cè)出來(lái)的轉(zhuǎn)子磁極位置，控制定子側(cè)變頻器的電流頻率和相位，使定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈總是保持確定的關(guān)系，從而產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩控制模式下轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系(d-q軸系)中的輪轂電機(jī)定子磁鏈方程為

(6)

式中，ψd和ψq分別為定子磁鏈?zhǔn)噶康膁軸分量和q軸分量；Ld和Lq分別為輪轂電機(jī)的直軸和交軸主電感；ψr為轉(zhuǎn)子磁鏈在定子上的耦合磁鏈。

輪轂電機(jī)的定子電壓方程為

(7)

式中，Usd和Usq為定子電壓Us的d、q軸分量；Isd和Isq分別為定子電流Is的直軸、交軸分量；ω為轉(zhuǎn)子角頻率；p為微分因子；Rs為定子電阻。

由轉(zhuǎn)矩方程式Tes=npψrIs(np為定子和轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)轉(zhuǎn)速差，Tes為定子的電磁轉(zhuǎn)矩)可以得到輪轂電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為

(8)

式中，δ為負(fù)載角，即定子磁鏈?zhǔn)噶喀譻和轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶喀譺之間的夾角。

輪轂電機(jī)的控制方法選用Hopfield網(wǎng)絡(luò)直接轉(zhuǎn)矩控制方法(圖3)，該方法可以在電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中，自動(dòng)跟蹤控制目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化，動(dòng)態(tài)修正和優(yōu)化輪轂的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制參數(shù)，在計(jì)算過(guò)程中可以根據(jù)運(yùn)行規(guī)則不斷進(jìn)行狀態(tài)的變化，能夠迅速收斂到目標(biāo)函數(shù)，跟蹤誤差也能自動(dòng)收斂到很小的范圍內(nèi)，具有良好的轉(zhuǎn)矩跟蹤效果。

圖3 輪轂電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩模式控制系統(tǒng)框圖Fig.3 Thedirect torque mode control system block diagram of wheel motor

對(duì)于Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的第i個(gè)神經(jīng)元，其輸入輸出關(guān)系有

(9)

用能量函數(shù)描述Hopfield網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，有

(10)

令權(quán)值矩陣W對(duì)稱(chēng)，則有

(11)

假設(shè)輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J=JaRa/ke，Ja為電機(jī)的a相轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Ra為電機(jī)的a相電阻，ke為與電機(jī)轉(zhuǎn)速ω相關(guān)的調(diào)整參數(shù)。設(shè)L為電機(jī)電樞電感，電機(jī)的速度指令nd=dω/dt，忽略電機(jī)的a相電樞繞組的電感，則整個(gè)輪轂電機(jī)的Hopfield控制器變成了比例控制+前饋控制模式。假設(shè)K=1/J，則在K1=KP的情況下，有K2=KP+kf(KP為比例控制參數(shù)，kf為與nd相關(guān)的調(diào)整參數(shù))，K3=kf/J。K1和K2為Hopfield控制器的辨識(shí)參數(shù)，K3為常量。則Hopfield網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)能量函數(shù)為

(12)

(13)

(14)

外部輸入矩陣為

(15)

取神經(jīng)元輸出非線性特性函數(shù)為雙曲函數(shù)：

(16)

式中，λi為求解出來(lái)的特征值；Si為第i個(gè)神經(jīng)元輸出值。

網(wǎng)絡(luò)輸出為

K1=g(u1)
K2=g(u2)

由此可以得到

(17)

通過(guò)求解微分方程式(17)可以得到優(yōu)化以后的K1和K2，從而實(shí)現(xiàn)KP和kf的整定。

4 仿真計(jì)算模型

圖4所示為用 MATLAB/Simulink建立的電動(dòng)汽車(chē)路面力學(xué)計(jì)算模型。圖4中的系統(tǒng)輸入in1、in2、in3分別是根據(jù)車(chē)身模型計(jì)算得到的滑移率、側(cè)偏角和輪胎力。同時(shí)，將輪胎力輸入到車(chē)身模型中計(jì)算所需的車(chē)體運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，再返回到輪胎模型中。圖5所示為輪胎力計(jì)算模型。

圖4 路面力學(xué)計(jì)算模型Fig.4 Ground mechanics calculation model

圖5 輪胎力仿真計(jì)算模型Fig.5 Tire force simulation calculation model

電動(dòng)汽車(chē)的仿真計(jì)算參數(shù)輸入如下：整車(chē)整備質(zhì)量1735 kg，行駛阻力曲線為Ff=177.8+1.668v+0.027v2，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)1.05，空氣阻力系數(shù)0.295，迎風(fēng)面積2.28 m2，輪胎滾動(dòng)半徑0.307 m，仿真電機(jī)參數(shù)選自輪轂電機(jī)的外特性曲線(單個(gè)輪轂電機(jī)的峰值功率為80 kW)，電機(jī)的定子電阻為1.5 Ω，電感為0.006 H，轉(zhuǎn)子電阻為1.4 Ω，電感為0.0059 H，自感系數(shù)為0.18 H，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.145 kg·m2，摩擦因數(shù)為0.003。

圖6所示為仿真計(jì)算得到的路面跳變情況下，左右兩個(gè)輪轂電機(jī)(即車(chē)輪)行駛過(guò)程中的滑移率和時(shí)間的變化關(guān)系。仿真工況設(shè)計(jì)如下：車(chē)輛在干瀝青路面以0加速到50 km/h，以此加速度維持3 s，然后進(jìn)入低附著路面行駛3 s。

圖6 左右車(chē)輪滑移率隨時(shí)間變化情況Fig.6 The wheel slip rate changes with time

由圖6可知，在良好附著條件下，左右兩個(gè)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輪滑移率較小，兩個(gè)車(chē)輪的角加速度和角速度幾乎相等。在低附著路面，兩邊車(chē)輪的滑移率增大，但是差值仍然很小。

圖7所示為仿真計(jì)算得到的左右兩個(gè)車(chē)輪的輪速和車(chē)速與時(shí)間的變化情況，由圖7可知，在變負(fù)載變工況的路面上，輪轂電機(jī)選用轉(zhuǎn)矩耦合控制方法可以很好地控制電動(dòng)汽車(chē)完成驅(qū)動(dòng)、差速的功能。

圖7 左右輪速度相差率隨時(shí)間變化情況Fig.7 The difference rate of the left and right wheel speed varies with time

接下來(lái)分析輪轂電機(jī)控制方法在制動(dòng)方面的效果并選擇合適的制動(dòng)控制方式。

設(shè)輪轂電機(jī)的輪荷為455 kg，最大地面摩擦因數(shù)取1.2，輪胎半徑為0.307 m，最大制動(dòng)力矩M=455×9.8×1.2×0.307=1642.7 N·m；單制動(dòng)鉗最大制動(dòng)力F1=M/r=1642.7/0.1875=8761.1 N。雙制動(dòng)鉗最大制動(dòng)力為F1的一半。

由圖8和表1可知，在考慮最大地面制動(dòng)力的情況下，雙制動(dòng)鉗方案的最大總位移約為單制動(dòng)鉗方案最大位移量的1/6，且遠(yuǎn)小于1 mm，考慮到輪轂電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的間隙為1 mm，為了保證制動(dòng)情況下輪轂電機(jī)的制動(dòng)盤(pán)和轉(zhuǎn)子外殼在變形的情況下仍能保持足夠的間隙，因此選用雙制動(dòng)鉗方案作為輪轂電機(jī)的制動(dòng)方案。

表1 輪轂電機(jī)不同制動(dòng)方案仿真計(jì)算結(jié)果

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

將輪轂電機(jī)安裝在電動(dòng)汽車(chē)上進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試驗(yàn)證。圖9所示為試驗(yàn)得到的輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制精度的測(cè)試結(jié)果。試驗(yàn)方法如下：將電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)舉升機(jī)抬離地面，輪轂電機(jī)即輪胎不與地面接觸，通過(guò)在線標(biāo)定整車(chē)控制器軟件的方式控制輪轂電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行試驗(yàn)。首先控制輪轂電機(jī)在30 kW的恒定功率下正轉(zhuǎn)，然后由整車(chē)控制器給輪轂電機(jī)一個(gè)75 kW的階躍轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求，記錄CAN總線上的數(shù)據(jù)，觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制精度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

圖9 輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制精度試驗(yàn)結(jié)果Fig.9 Wheel motor torque control accuracy test results

由圖9可知，在低轉(zhuǎn)矩模式下，輪轂電機(jī)的輸出扭矩和目標(biāo)扭矩的值相差非常小，幾乎重合，在目標(biāo)轉(zhuǎn)矩階躍變化的情況下，電機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)速度稍慢于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)速度，在目標(biāo)轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定后，輪轂電機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩迅速達(dá)到穩(wěn)定值73.5 kW，稍微低于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值。電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制誤差約2%，滿足≤5%的控制誤差的設(shè)計(jì)要求。

圖10所示為定半徑穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)中實(shí)際測(cè)量得到的電動(dòng)汽車(chē)的橫擺角速度和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系與原型車(chē)的對(duì)比結(jié)果。由圖10可知，搭載了輪轂電機(jī)后的電動(dòng)汽車(chē)的橫擺角速度和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角關(guān)系相比原型車(chē)變化不大，而原型車(chē)的眾多試驗(yàn)結(jié)果表明其具有良好的操縱穩(wěn)定性，因此搭載了輪轂電機(jī)后的電動(dòng)汽車(chē)同樣具有良好的操縱穩(wěn)定性。

圖10 電動(dòng)汽車(chē)橫擺角速度/轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角試驗(yàn)結(jié)果Fig.10 The test results of electric vehicle acceleration steering wheel corner

搭載了輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性仿真計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果如表2所示。由表2可知，設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)電動(dòng)汽車(chē)的仿真和試驗(yàn)結(jié)果非常接近，且均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

表2 輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性仿真試驗(yàn)結(jié)果

該款電動(dòng)汽車(chē)的綜合耐久性試驗(yàn)(20 000km)、制動(dòng)耐久性試驗(yàn)結(jié)果也證明，搭載了輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)具有良好的制動(dòng)耐久性能和綜合耐久性能。

6 結(jié)論

(1)針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)用輪轂電機(jī)控制方法進(jìn)行研究，研究了前置前驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力學(xué)方程，建立了輪轂電機(jī)的控制計(jì)算模型，通過(guò)仿真計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，證明了輪轂電機(jī)控制方法具有良好的控制效果。

(2)選用Hopfield網(wǎng)絡(luò)控制方法改進(jìn)輪轂電機(jī)的控制，具有良好的控制效果和響應(yīng)速度。

(3)具備前置前驅(qū)的輪轂電機(jī)方案的電動(dòng)汽車(chē)具有良好的動(dòng)力學(xué)特征，操縱穩(wěn)定性相比原型車(chē)沒(méi)有明顯下降。

輪轂電機(jī)的控制方法和在電動(dòng)汽車(chē)上的測(cè)試應(yīng)用還需要更多的測(cè)試數(shù)據(jù)不斷地積累和完善。本文的研究結(jié)果對(duì)輪轂電機(jī)在電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用研究具有參考作用。

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(編輯 蘇衛(wèi)國(guó))

Control Tactics Modeling of Electric Vehicle Permanent Magnet Brushless Wheel Motors

ZHENG Shuqin1LONG Jiangqi2

1.School of Construction Management and Real Estate,Chongqing University, Chongqing，400045 2.College of Mechanical Engineering,Wenzhou University,Wenzhou，Zhejiang,325035

According to the independent control problems of wheel motor, the wheel motor basic structures and styles were analyzed, and dynamics model without reduction mechanisms was built and the electromagnetic torque control methods of wheel motor were discussed. The electromagnetic torque control tactics, wheel motor direct torque control model, vehicle simulation model and ground input model were set up based on theoretic analyses. Wheel motor slip rates and wheel speed differences were researched under different loads and objective torque inputs, and a favorable breaking method was chosen by compare motor stator and rotor gap deformations. The simulation and tests indicate that torque control method have high control precision, rapid response characteristics, and electric vehicle has good handling and stability.

electric vehicle; wheel motor; slip rate; direct torque control

2016-05-11

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51475336)；溫州市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(G20150001)；浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LQ15E060001)

U467.1

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.06.018

鄭淑琴，女，1979年生。重慶大學(xué)建設(shè)管理與房地產(chǎn)學(xué)院博士研究生。研究方向?yàn)楣こ添?xiàng)目管理。E-mail:sq＿zheng@qq.com。龍江啟，男，1974年生。溫州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授、博士。