淺析純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制

雷金平 / 陜西東銘車(chē)輛系統(tǒng)股份有限公司

淺析純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制

雷金平 / 陜西東銘車(chē)輛系統(tǒng)股份有限公司

本文將電動(dòng)汽車(chē)作為研究對(duì)象，并對(duì)其建立動(dòng)力學(xué)模型，然后介紹了電動(dòng)汽車(chē)的防滑控制方法，更具防滑控制方法設(shè)計(jì)PID與模糊驅(qū)動(dòng)防滑控制器，并查看此種方法的效果，得出結(jié)論此方式能夠在很短的時(shí)間內(nèi)是滑移率趨近于零。

電動(dòng)汽車(chē)；防滑控制；PID控制；模糊控制

引言

由于我國(guó)發(fā)展迅速，帶來(lái)的環(huán)境影響加劇，為防止環(huán)境問(wèn)題繼續(xù)加劇，電動(dòng)汽車(chē)的研制得到國(guó)家的大力扶持，并且世界上很多公司都在研制電動(dòng)汽車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)成為了世界的焦點(diǎn)。隨著電動(dòng)汽車(chē)的防滑控制也成為了熱點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)防滑控制是通過(guò)改變輪胎上的制動(dòng)力或者是發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩來(lái)達(dá)到控制驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)而防止出現(xiàn)車(chē)輪的動(dòng)力大于輪胎和地表的摩擦力，并且有效的控制車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力還能夠很好的掌控電動(dòng)汽車(chē)的穩(wěn)定性以及操作性。

1.電動(dòng)汽車(chē)防滑控制原理

驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)是一種有效減小電動(dòng)汽車(chē)在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象的控制系統(tǒng)，進(jìn)而保證電動(dòng)汽車(chē)的安全駕駛。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明，電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生滑轉(zhuǎn)的概率和道路的摩擦系數(shù)有關(guān)系。為有效的避免在驅(qū)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)滑移的現(xiàn)象，有效的控制滑移率是十分有必要的。

滑移率s計(jì)算公式：

其中：vx為車(chē)輪速度，km/h；va為車(chē)速，km/h。

摩擦系數(shù)為μ，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明在兼顧電動(dòng)汽車(chē)的穩(wěn)定性、動(dòng)力性的同時(shí)，在保證高的安全系數(shù)情況下，車(chē)輪的滑移率應(yīng)該有效的掌控在0.1～0.3之間，這樣電動(dòng)汽車(chē)既有良好的動(dòng)力性又有很好的側(cè)向穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)滑移率的控制可以影響摩擦因素的大小，本文重點(diǎn)考慮滑移率對(duì)縱向摩擦因數(shù)的影響。電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)充分的利用縱向摩擦系數(shù)μ與滑移率s的關(guān)系，通過(guò)合理的控制，將滑移率s控制在0.1～0.3之間。

2.電動(dòng)汽車(chē)數(shù)學(xué)模型

2.1 本文應(yīng)用最為先進(jìn)的永磁無(wú)刷直流電機(jī)，直流電機(jī)的參數(shù)見(jiàn)表1和表2。

2.2 電機(jī)的選擇

依據(jù)車(chē)速計(jì)算電機(jī)最大功率Pmax（kW），

Ff為滾動(dòng)阻力，單位為牛頓；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，G=Mg，M為滿(mǎn)載總質(zhì)量（KG），α為阻力角；為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積，單位為平方米。

根據(jù)式（2）代入電動(dòng)汽車(chē)參數(shù)，得到最大功率Pmax為32.9 kW，因此選用兩臺(tái)額定功率為17KW的電機(jī)就可以滿(mǎn)足要求。

表1 車(chē)輛參數(shù)

2.3 永磁無(wú)刷直流電機(jī)模型

本文選用直流電機(jī)是因?yàn)樵O(shè)想的控制不是十分的復(fù)雜。永磁無(wú)刷直流電機(jī)具有很大哦哦能量密度以及效率，所以是應(yīng)用較為廣泛的電機(jī)。

2.4 滑移率計(jì)算模型

電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)的防滑系統(tǒng)是依靠控制滑移率s來(lái)控制車(chē)輛的穩(wěn)定性的，然而滑移率s是依據(jù)汽車(chē)速度va與車(chē)輪vx速度之間的計(jì)算公式得到的，如果發(fā)生滑移的現(xiàn)象，那么輪速一定會(huì)超過(guò)車(chē)速的，這時(shí)滑移率就可以直接用公式（1）來(lái)表示。

3 通過(guò)計(jì)算得到驅(qū)動(dòng)防滑控制結(jié)果并對(duì)其進(jìn)行分析

3.1 PID控制器設(shè)計(jì)

PID控制器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素是設(shè)計(jì)合理的比例參數(shù)Kp、微分系數(shù)Kd、積分系數(shù)Ki的值，只有這三個(gè)參數(shù)的值設(shè)計(jì)的最為合理才能得到最優(yōu)的結(jié)果，我們可以依據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，多次選取參數(shù)，總結(jié)參數(shù)之間的相互影響，最終得出最優(yōu)參數(shù)。

設(shè)定輪胎參數(shù)模型，假設(shè)車(chē)輛駕駛在混凝土道路上，摩擦系數(shù)選取為0.95，通過(guò)計(jì)算滑移率和摩擦系數(shù)隨之間的關(guān)系，通過(guò)計(jì)算可以得到在0.2s以?xún)?nèi)滑移率和摩擦系數(shù)的浮動(dòng)很大；在0.2s之后，滑移率基本就穩(wěn)定在最優(yōu)滑移率15%，并且摩擦系數(shù)基本平穩(wěn)在最大摩擦系數(shù)0.95。車(chē)速隨時(shí)間增加，但是達(dá)到2.5秒后輪速已經(jīng)達(dá)到最大值，這時(shí)車(chē)速趨于平穩(wěn)，車(chē)速基本上為輪速，車(chē)速與輪速的差值為0，則這時(shí)的滑移率同樣也是0；3.5秒后車(chē)速與輪速基本相同，這時(shí)驅(qū)動(dòng)防滑控制結(jié)束，滑移率為0。

3.2 模糊控制器

模糊控制器是將經(jīng)驗(yàn)輸入到控制工程中，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)仿照人的思考模式，并且利用大量的數(shù)據(jù)去推導(dǎo)，然后做出判斷，得到良好的結(jié)果。模糊控制是將實(shí)際的數(shù)字轉(zhuǎn)化為一個(gè)隸屬函數(shù)，通過(guò)模糊控制準(zhǔn)則，做出模糊推理，最后得到模糊輸出隸屬函數(shù)，之后再找到準(zhǔn)確值，用這個(gè)準(zhǔn)確值做控制量，隨后輸入到執(zhí)行器上去完成。

設(shè)定輪胎參數(shù)模型，假設(shè)車(chē)輛駕駛在混凝土道路上，摩擦系數(shù)選取為0.95，通過(guò)計(jì)算可以得到在0.2s以?xún)?nèi)滑移率和摩擦系數(shù)的浮動(dòng)很大；在0.15s之后，滑移率基本就穩(wěn)定在最優(yōu)滑移率15%，并且摩擦系數(shù)基本平穩(wěn)在最大摩擦系數(shù)0.95。車(chē)速隨時(shí)間增加，但是達(dá)到2.5秒后輪速已經(jīng)達(dá)到最大值，這時(shí)車(chē)速趨于平穩(wěn)，車(chē)速基本上為輪速，車(chē)速與輪速的差值為0，則這時(shí)的滑移率同樣也是0；3.5秒后車(chē)速與輪速基本相同，這時(shí)驅(qū)動(dòng)防滑控制結(jié)束，滑移率為0。

4.結(jié)論

本文對(duì)PID控制和模糊控制兩種理論方式進(jìn)行比較，通過(guò)最終得到的結(jié)果分析，得出兩種控制方式都能夠在大概3秒左右就使滑移率趨近于0，進(jìn)而使電動(dòng)汽車(chē)達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)。這兩種方法還是存在細(xì)微差別的，與模糊控制理論相比，PID控制系統(tǒng)的過(guò)渡時(shí)間波動(dòng)幅度很小，其過(guò)渡時(shí)間為0.2秒，然而模糊控制的過(guò)渡時(shí)間僅僅只有0.15秒，與PID控制相比，模糊控制的過(guò)渡時(shí)間很短。對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)在選取防滑控制器時(shí)要參考電動(dòng)汽車(chē)的性能指標(biāo)，進(jìn)而選擇合理有效的控制策略，最終得到最優(yōu)的防滑控制系統(tǒng)，保證電動(dòng)汽車(chē)的穩(wěn)定性，保證駕駛?cè)藛T的安全。

[1]戰(zhàn)仁軍,商保利,商鵬,等.車(chē)載武器在后坐力沖擊作用下的振動(dòng)響應(yīng)［J］.華僑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015(5):49－50.

[2]張振良,趙亞超,黃妙華,喻厚宇.電動(dòng)輪車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制策略的研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(信息與管理工程版).2014(06)