分布式驅(qū)動(dòng)汽車自適應(yīng)差速仿真研究

唐自強(qiáng), 龔賢武, 趙 軒, 許世維, 賀伊琳

(1.上海汽車集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，上海 201804; 2.長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院,陜西 西安 710064； 3.長(zhǎng)安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院,陜西 西安 710064)

分布式驅(qū)動(dòng)汽車自適應(yīng)差速仿真研究

唐自強(qiáng)1, 龔賢武2, 趙 軒3, 許世維3, 賀伊琳3

(1.上海汽車集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，上海 201804; 2.長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院,陜西 西安 710064； 3.長(zhǎng)安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院,陜西 西安 710064)

文章針對(duì)分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向電子差速策略進(jìn)行研究。分析了目前轉(zhuǎn)向電子差速策略,基于車輛轉(zhuǎn)向行駛動(dòng)力學(xué)以及開(kāi)放式機(jī)械差速器工作原理,提出了轉(zhuǎn)向時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)等轉(zhuǎn)矩分配的自適應(yīng)電子差速策略；基于Matlab/Simulink和Carsim建立的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車聯(lián)合仿真平臺(tái),對(duì)比分析了不同轉(zhuǎn)向行駛工況時(shí)等轉(zhuǎn)矩分配電子差速策略的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車和開(kāi)放式機(jī)械差速器的集中式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的差速性能以及操縱穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明,2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車的差速性能相同,相比于集中式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性,分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性稍差。

分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車;電子差速;Carsim/Simulink聯(lián)合仿真;等轉(zhuǎn)矩分配

分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車具有傳動(dòng)鏈短、機(jī)械效率高、空間布置靈活等突出優(yōu)點(diǎn)[1-2]。相比于機(jī)械式差速器,分布式驅(qū)動(dòng)汽車電子差速器能夠根據(jù)路面狀況、駕駛需求以及車輛穩(wěn)定性和平順性控制算法,主動(dòng)分配調(diào)節(jié)每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩[3]。當(dāng)車輛處于轉(zhuǎn)向以及不平路面行駛工況時(shí),類似機(jī)械差速器,分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車采用電子差速策略實(shí)現(xiàn)車輛平穩(wěn)轉(zhuǎn)向,保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪不發(fā)生過(guò)度滑移與滑轉(zhuǎn)[4]。文獻(xiàn)[5-6]提出了以車輪滑移率一致為目標(biāo)的轉(zhuǎn)向電子差速策略;然而,由于車輛轉(zhuǎn)向過(guò)程中存在輪荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象,驅(qū)動(dòng)輪滑移率并不相同。文獻(xiàn)[7-8]提出了驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速滿足阿克曼原理,同時(shí)考慮軸荷轉(zhuǎn)移、向心力以及輪胎側(cè)偏影響,以驅(qū)動(dòng)輪滑移率為控制目標(biāo)的轉(zhuǎn)向電子差速策略。文獻(xiàn)[3,9-12]提出了驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速滿足阿克曼轉(zhuǎn)向原理為目標(biāo)的轉(zhuǎn)向電子差速策略;然而,阿克曼轉(zhuǎn)向原理是忽略很多實(shí)際因素后的理想車輪轉(zhuǎn)速關(guān)系,并且原理中的車輪速度僅考慮平動(dòng)速度,但車輛轉(zhuǎn)向過(guò)程中可能存在垂直運(yùn)動(dòng)速度,因此該策略僅適用于車輛低速、車輪無(wú)側(cè)偏等理想情況,并不適用車輛所有轉(zhuǎn)向工況。文獻(xiàn)[4,13-15]提出了轉(zhuǎn)向時(shí)驅(qū)動(dòng)輪等轉(zhuǎn)矩分配電子差速策略;然而,沒(méi)有對(duì)等轉(zhuǎn)矩分配電子差速策略和機(jī)械差速器轉(zhuǎn)向性能差異進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比分析。

本文針對(duì)分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車,提出轉(zhuǎn)向時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)等轉(zhuǎn)矩分配的自適應(yīng)電子差速策略,并且基于Matlab/Simulink和Carsim建立的分布式驅(qū)動(dòng)汽車聯(lián)合仿真測(cè)試平臺(tái),仿真驗(yàn)證了不同轉(zhuǎn)向行駛工況時(shí),等轉(zhuǎn)矩分配電子差速策略的分布式驅(qū)動(dòng)汽車與開(kāi)放式機(jī)械差速器的集中式驅(qū)動(dòng)汽車的差速性能相同,而轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性存在一定的差異。

1 分布式驅(qū)動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)向差速

相比于集中式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車,分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速能夠獨(dú)立控制,使得其具有一些額外性能。如更高效驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);省略了機(jī)械差速器、變速器和傳動(dòng)軸,減少了傳動(dòng)系統(tǒng)所占空間,有利于整車布置;能夠?qū)崿F(xiàn)更加復(fù)雜的控制算法;動(dòng)力學(xué)響應(yīng)更加快速;驅(qū)動(dòng)電機(jī)既是執(zhí)行單元又是信息反饋單元;以最小硬件需求即可實(shí)現(xiàn)牽引力控制、制動(dòng)防抱死控制、車輛橫擺穩(wěn)定性控制以及一些提高車輛平順性的控制等。分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝位置可以分為輪邊驅(qū)動(dòng)式和輪轂驅(qū)動(dòng)式;根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪數(shù)目可以分為兩輪驅(qū)動(dòng)和四輪驅(qū)動(dòng)。本文研究的前輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

汽車的差速問(wèn)題主要是指車輪旋轉(zhuǎn)線速度不能與車輛的輪心速度相協(xié)調(diào)[13,15],從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)車輪的過(guò)度滑移與滑轉(zhuǎn),車輛無(wú)法正常行駛、輪胎壽命降低以及車輛轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性降低。在省略垂直方向作用力之后,車輛行駛過(guò)程中車身、車輪所受力和力矩情況如圖2所示。

圖1 前輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)

圖2 車身、車輪所受力和力矩(省略垂直方向作用力)

圖2車輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,根據(jù)車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系,車輪滾動(dòng)行駛距離S1和固結(jié)于車身的車輪輪心平面行駛距離S2可以表示為:

(1)

其中,ω為車輪旋轉(zhuǎn)角速度;R為車輪滾動(dòng)半徑;v為固結(jié)于車身的車輪輪心速度。

當(dāng)車輪滾動(dòng)行駛距離S1小于固結(jié)于車身的車輪輪心平面行駛距離S2時(shí),車輪為滑移狀態(tài)；反之，S1大于S2時(shí)車輪為滑轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于現(xiàn)代汽車所使用的彈性橡膠輪胎的工作特性,使得即使車輛正常驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中,車輪也存在著一定滑移與滑轉(zhuǎn)。然而車輛行駛于不平路面或者轉(zhuǎn)向行駛過(guò)程中,如果S1與S2相差較大,將會(huì)引起車輪發(fā)生較大滑移或者滑轉(zhuǎn),采用機(jī)械差速器的車輛能夠確保轉(zhuǎn)向時(shí)S1與S2相適應(yīng)。分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車各驅(qū)動(dòng)輪之間沒(méi)有機(jī)械連接,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相互獨(dú)立,因此轉(zhuǎn)向時(shí)需要采用電子差速策略保證車輪旋轉(zhuǎn)線速度與車輛的輪心速度相協(xié)調(diào),實(shí)現(xiàn)車輛平穩(wěn)轉(zhuǎn)向。

2 自適應(yīng)電子差速控制策略

2.1 車輛行駛動(dòng)力學(xué)分析

任意時(shí)刻車輪動(dòng)力學(xué)方程可以表示為:

(2)

其中,I為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;MR為車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小;F為車輪與車體或者車身之間相互作用力的大小,其含義為車輪旋轉(zhuǎn)角速度ω與固結(jié)于車身的車輪輪心速度v不協(xié)調(diào)時(shí),所產(chǎn)生的慣性力；mwheel為車輪質(zhì)量。

由(2)式與圖2車輪受力分析可知,當(dāng)車輪旋轉(zhuǎn)角速度ω與固結(jié)于車身的車輪輪心速度v不協(xié)調(diào)時(shí),便產(chǎn)生相互作用力F自適應(yīng)調(diào)節(jié)車輪旋轉(zhuǎn)角速度ω,使得ω與車輪v相協(xié)調(diào)。由此可見(jiàn),車輪與車身之間的相互作用力F能夠自適應(yīng)調(diào)節(jié)車輪轉(zhuǎn)速與車輪輪心速度,使得它們之間相協(xié)調(diào),從而實(shí)現(xiàn)車輛平穩(wěn)轉(zhuǎn)向。

2.2 轉(zhuǎn)向等轉(zhuǎn)矩分配自適應(yīng)電子差速策略

開(kāi)放式機(jī)械差速器工作原理如圖3所示。

圖3 開(kāi)放式機(jī)械差速器工作原理

對(duì)于裝備開(kāi)放式機(jī)械差速器汽車而言,當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向行駛時(shí),主減速器輸入轉(zhuǎn)矩為M0,半軸齒輪1轉(zhuǎn)速大于半軸齒輪2轉(zhuǎn)速,行星齒輪將受到摩擦力矩MT作用。由圖3可知,差速器左側(cè)車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩MR1和右側(cè)車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩MR2的大小為:

(3)

由(3)式與圖3可知,當(dāng)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速存在差別時(shí),兩側(cè)車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩MR1和MR2也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變,因此機(jī)械差速器使得兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪之間的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速直接耦合。

假設(shè)裝配開(kāi)放式機(jī)械差速器的集中式驅(qū)動(dòng)汽車進(jìn)入圖3所示的右轉(zhuǎn)向工況,此時(shí)左側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)角速度ω1與車輪固結(jié)于車身的車輪輪心速度v1出現(xiàn)不協(xié)調(diào)現(xiàn)象,一方面左側(cè)車輪轉(zhuǎn)速ω1受到車輪與車身之間相互作用力F的影響,同時(shí)又受到行星齒輪摩擦力矩MT作用,主動(dòng)降低左側(cè)車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩MR1大小,使得車輪旋轉(zhuǎn)角速度ω1降低,同時(shí)主動(dòng)增加右側(cè)車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩MR2大小,使得車輪旋轉(zhuǎn)角速度ω2升高,從而快速實(shí)現(xiàn)車輪旋轉(zhuǎn)角速度ωi與車輪固結(jié)于車身的車輪輪心速度vi相協(xié)調(diào)。然而,對(duì)于開(kāi)放式機(jī)械差速器而言,由于其內(nèi)摩擦力矩很小,可以認(rèn)為裝配開(kāi)放式機(jī)械差速器車輛的兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩MR1和MR2大小始終相等。

根據(jù)開(kāi)放式機(jī)械差速器驅(qū)動(dòng)輪等轉(zhuǎn)矩分配原理以及車輪和車架之間相互作用力的自適應(yīng)調(diào)節(jié)車輪轉(zhuǎn)速功能,針對(duì)前輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車,本文提出驅(qū)動(dòng)輪等轉(zhuǎn)矩分配自適應(yīng)電子差速策略。等轉(zhuǎn)矩分配電子差速控制策略如圖4所示。該電子差速策略中,盡管沒(méi)有類似機(jī)械差速器這種能夠調(diào)節(jié)車輪轉(zhuǎn)速的直接耦合部件,但仍然可以依靠車輪和車身或者車架之間的相互作用力F充當(dāng)一個(gè)間接耦合部件，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向自適應(yīng)差速功能。

圖4 等轉(zhuǎn)矩分配電子差速控制策略

3 分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車聯(lián)合仿真平臺(tái)

Carsim是一款成熟商業(yè)化、面向特性的參數(shù)化建模汽車動(dòng)力學(xué)仿真軟件,其動(dòng)態(tài)仿真基礎(chǔ)建立于美國(guó)密西根大學(xué)運(yùn)輸研究中心30多年的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)之上。該軟件能夠較為真實(shí)地反映不同駕駛員輸入以及車輛行駛環(huán)境輸入下的車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程,同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)與其他仿真軟件(如Cruise、Matlab)之間的聯(lián)合仿真。

3.1 聯(lián)合仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)

為了驗(yàn)證本文提出的等轉(zhuǎn)矩分配電子差速策略的有效性,基于Carsim建立整車模型,基于Matlab/Simulink建立整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)向電子差速策略,通過(guò)Carsim聯(lián)合仿真接口配置模塊,構(gòu)建出用于分布式驅(qū)動(dòng)汽車電子差速策略性能分析的聯(lián)合仿真平臺(tái)。建立的Carsim/Simulink分布式驅(qū)動(dòng)汽車聯(lián)合仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。由于Carsim車輛模型的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模塊只含有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)模塊,因此需要基于Simulink建立分布式驅(qū)動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng),主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蓄電池。聯(lián)合仿真平臺(tái)的駕駛員輸入模型既可以在Matlab/Simulink中建立,也可以采用Carsim自帶的駕駛員輸入模型,本文采用Carsim自帶的駕駛員模型。

圖5 分布式驅(qū)動(dòng)汽車聯(lián)合仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)

3.2 聯(lián)合仿真平臺(tái)接口設(shè)置

Carsim/Simulink聯(lián)合仿真的前提是對(duì)Carsim輸入與輸出模塊接口進(jìn)行正確的配置[2]。分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車聯(lián)合仿真平臺(tái)輸入與輸出模塊的接口參數(shù)配置情況見(jiàn)表1所列。

表1 Carsim輸入與輸出模塊接口參數(shù)配置

4 轉(zhuǎn)向電子差速仿真分析

選擇Carsim車輛模塊庫(kù)中B-class Hatchback車輛模型,該車輛模型為一款前輪驅(qū)動(dòng)燃油汽車,修改原車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的差速器為External Differential,并基于Matlab/Simulink建立分布式驅(qū)動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。同時(shí)為了對(duì)比分析等轉(zhuǎn)矩分配電子差速策略與開(kāi)放式機(jī)械差速器的轉(zhuǎn)向性能差異,將分布式前輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車修改為單電機(jī)集中式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車,修改方式為將Carsim車輛模塊庫(kù)中B-class Hatchback車輛模型動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的變速箱設(shè)置為External Transmission,并且選擇差速器類型為開(kāi)放式機(jī)械差速器。

4.1 仿真參數(shù)設(shè)置

基于聯(lián)合仿真平臺(tái),在Carsim中建立不同轉(zhuǎn)向行駛工況的駕駛員模型以及道路環(huán)境模型,轉(zhuǎn)向行駛工況仿真參數(shù)設(shè)置情況見(jiàn)表2所列。

表2 轉(zhuǎn)向工況仿真參數(shù)

4.2 仿真對(duì)比

勻速80 km/h雙移線工況仿真對(duì)比曲線如圖6所示。圖6b驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩分配仿真對(duì)比曲線表明,等轉(zhuǎn)矩分配電子差速策略的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩平均分配,然而相比于開(kāi)放式機(jī)械差速器的集中式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車,2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩差異較小,平均相差0.01 N·m;圖6c驅(qū)動(dòng)輪縱向速度仿真曲線表明,雙移線工況下,2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)輪縱向速度變化趨勢(shì)相同,等轉(zhuǎn)矩分配電子差速策略的分布式驅(qū)動(dòng)汽車同樣能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向差速行駛;圖6d中,方向盤轉(zhuǎn)角從0.5°變化到2.0°,由于2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩平均僅相差0.01 N·m,差異較小,因此2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)輪速度無(wú)顯著差異。

圖6e仿真時(shí)間從3.64 s到3.72 s的過(guò)程中,方向盤轉(zhuǎn)角從+1.62°變化到-7.39°,盡管分布式驅(qū)動(dòng)汽車與集中式驅(qū)動(dòng)汽車的左、右驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩始終相同,但由于車輛的輪荷轉(zhuǎn)移,使得當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角大于0°時(shí),左輪滑移率大于右輪滑移率;當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角小于0°時(shí),右輪滑移率大于左輪滑移率。仿真過(guò)程中2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)輪滑移率均處于穩(wěn)定區(qū)域,沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)度滑移與滑轉(zhuǎn),然而,由于2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩平均僅相差0.01 N·m,因此對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)輪滑移率無(wú)顯著差異。

圖6f車輛橫擺角速度仿真曲線表明,2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車的橫擺角速度變化趨勢(shì)相同,相比于等轉(zhuǎn)矩分配電子差速策略的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車,集中式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫擺角速度數(shù)值較小,平均相差0.000 3(°)/s,峰值橫擺角速度響應(yīng)更加迅速,平均響應(yīng)時(shí)間相差0.02 s。

車輛初始速度為20 km/h,加速踏板開(kāi)度為0.2,方向盤階躍工況下的仿真對(duì)比曲線如圖7所示,仿真對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3所列。由于開(kāi)放式機(jī)械差速器轉(zhuǎn)動(dòng)慣性以及摩擦損耗,相同0.2加速踏板開(kāi)度下,分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩大于集中式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩,因此圖7b中直線行駛時(shí)集中式驅(qū)動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)輪縱向速度小于分布式驅(qū)動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)輪縱向速度,10 s末,2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速僅相差0.12 km/h。2 s末,方向盤轉(zhuǎn)角從0°階躍至57.3°,與開(kāi)放式機(jī)械差速器的集中式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車相比,僅通過(guò)車輪與車架之間相互作用力F的自適應(yīng)調(diào)節(jié)作用,2 s末分布式驅(qū)動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)輪縱向速度由相等過(guò)渡到右輪速度大于左輪速度,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向差速功能,從而驗(yàn)證了分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車等轉(zhuǎn)矩分配自適應(yīng)電子差速策略的可行性。

圖7c為驅(qū)動(dòng)輪滑移率變化情況,10 s末,2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)輪滑移率僅相差3×10-5,可見(jiàn)2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)輪滑移率無(wú)顯著差異,且均處于穩(wěn)定區(qū)域。

圖7d車輛橫擺角速度仿真曲線表明,相比于等轉(zhuǎn)矩分配自適應(yīng)電子差速策略的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車,開(kāi)放式機(jī)械差速器的集中式驅(qū)動(dòng)汽車第1次峰值橫擺角速度相應(yīng)時(shí)間較小,相差0.01 s,從而表明機(jī)械差速器實(shí)現(xiàn)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間直接耦合,提高了車輛轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性。

圖6 雙移線工況仿真對(duì)比

圖7 階躍工況仿真對(duì)比

表3 2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車階躍工況仿真對(duì)比

5 結(jié) 論

(1) 本文基于車輛轉(zhuǎn)向行駛動(dòng)力學(xué)以及開(kāi)放式機(jī)械差速器工作原理,根據(jù)車輪與車身之間相互作用力具有的自適應(yīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能,提出轉(zhuǎn)向時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)等轉(zhuǎn)矩分配的自適應(yīng)電子差速策略。

(2) 基于Matlab/Simulink和Carsim建立的分布式驅(qū)動(dòng)汽車聯(lián)合仿真平臺(tái),仿真分析了車輛雙移線工況以及階躍工況時(shí),開(kāi)放式機(jī)械差速器的集中驅(qū)動(dòng)式汽車和等轉(zhuǎn)矩分配電子差速策略的分布式驅(qū)動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向行駛性能。仿真結(jié)果表明,轉(zhuǎn)向時(shí)等轉(zhuǎn)矩分配自適應(yīng)電子差速策略的分布式驅(qū)動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)輪滑移率始終處于穩(wěn)定區(qū)域,2種驅(qū)動(dòng)方式電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向差速性能相同。

(3) 相比于等轉(zhuǎn)矩分配自適應(yīng)電子差速策略的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車,由于開(kāi)放式機(jī)械差速器轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的直接耦合作用,使得集中式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的橫擺角速度響應(yīng)更為迅速,操縱穩(wěn)定性更優(yōu)。

[1] 智晉寧,項(xiàng)昌樂(lè),朱麗君,等.輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車性能仿真與控制方法的研究[J].汽車工程,2012,34(5):389-393.

[2] 熊璐,陳晨,馮源.基于Carsim/Simulink聯(lián)合仿真的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車建模[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2014,26(5):1143-1148,1155.

[3] HAJIHOSSEINLU A,FILIZADEH S,BISTYAK G,et al.Electronic differential design for a vehicle with four independently controlled in-wheel motors[C]//2014 IEEE International Electric Vehicle Conference.[S.l.]:Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc,2014:1-7.

[4] PALACKY P,BRANDSTETTER P,HLEBIS P,et al.Control algorithms of propulsion unit with induction motors for electric vehicle[J].Advances in Electrical and Computer Engineering,2014,14(2):69-76.

[5] 嚴(yán)運(yùn)兵,彭思侖.后驅(qū)電動(dòng)輪汽車電子差速控制影響因素分析[J].汽車工程,2014,36(2):210-215.

[6] 孫會(huì)來(lái),申焱華,金純,等.輪邊電驅(qū)動(dòng)鉸接式礦用汽車差速控制策略研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2014(11):27-33.

[7] 陳東,徐寅,梁華軍.雙電機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力汽車電子差速控制的研究[J].汽車工程,2013,35(1):46-50.

[8] 趙艷娥,張建武.輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車電子差速系統(tǒng)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2008,20(18):4767-4771,4775.

[9] 翟麗,董守全,羅開(kāi)宇.四輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輛轉(zhuǎn)向電子差速控制[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2010,30(8):901-905.

[10] 吳志紅,郭毅,朱元,等.四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車主控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械與電子,2008(7):28-31.

[11] HADDOUN A,BENBOUZID M E H,DIALLO D,et al.Design and implementation of an electric differential for traction application[C]//2010 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference.[S.l.]:IEEE Computer Society,2010:1-6.

[12] HARTANI K,BOURAHLA M,MILOUD Y,et al.Electronic differential with direct torque fuzzy control for vehicle propulsion system[J].Turkish Journal of Electrical Engineering and Computer Sciences,2009,17(1):21-38.

[13] 靳立強(qiáng),王慶年,張緩緩,等.電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車差速技術(shù)研究[J].汽車工程,2007,29(8):700-704.

[14] 何競(jìng)松,陳世元.4WID-EV的自動(dòng)差速原理及控制策略[J].汽車技術(shù),2013(3):11-16.

[15] 靳立強(qiáng),王慶年,張緩緩.電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)汽車差速性能試驗(yàn)研究[J].中國(guó)機(jī)械工程,2007,18(21):2632-2636.

Simulationresearchonself-adaptivedifferentialofdistributeddriveelectricvehicle

TANG Ziqiang1, GONG Xianwu2, ZHAO Xuan3, XU Shiwei3, HE Yilin3

(1.Technical Center, SAIC Motor Corporation Limited, Shanghai 201804, China; 2.School of Automobile, Chang’an University, Xi’an 710064, China； 3.School of Electronic and Control Engineering, Chang’an University, Xi’an 710064, China)

The control strategy of electronic differential for distributed drive electric vehicle was studied. The existing electronic differential strategies were analyzed, and by analyzing the steering dynamics and the working principle of open mechanical differential, the self-adaptive electronic differential strategy of equal torque allocation under steering condition was proposed. Based on the co-simulation platform of Carsim and Matlab/Simulink for distributed drive electric vehicle, and under different steering conditions, the differential performances and steering stability of the distributed drive electric vehicle with self-adaptive electronic differential strategy and the concentrated drive electric vehicle with open mechanical differential were analyzed and compared. The simulation results show that the differential performances are the same for two kinds of driving modes, but the steering stability of the distributed drive electric vehicle is slightly lower than that of the concentrated drive electric vehicle.

distributed drive electric vehicle; electronic differential; co-simulation of Carsim/Simulink; equal torque allocation

2016-03-14；

2016-05-31

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)資助項(xiàng)目(2012AA111106);國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51507013);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(310822151025;310822161002;2014G1321040)和陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(2014JQ7269)

唐自強(qiáng)(1991-),男,江西九江人,上海汽車集團(tuán)股份有限公司工程師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.10.005

U469.72

A

1003-5060(2017)10-1320-06

(責(zé)任編輯 胡亞敏)