后驅(qū)全電獨(dú)立驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)電動(dòng)車橫擺穩(wěn)定性控制

楊坤,解來(lái)卿,王杰,譚迪,張學(xué)義,劉吉順

(1.山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院,255000,山東淄博;2.清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,100084,北京;3.阿爾特汽車技術(shù)股份有限公司,100076,北京)

隨著中國(guó)汽車保有量的逐年增多及能源安全與環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重性的日益突出,電動(dòng)化已成為汽車技術(shù)發(fā)展的主要方向之一[1]。其中,輪轂電機(jī)電動(dòng)車因具有傳動(dòng)效率高、空間布置靈活、前后軸荷分配合理、動(dòng)力性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢(shì)而成為研究熱點(diǎn)[2-3]。近年來(lái),隨著人們對(duì)其電子差速系統(tǒng)[4]、差動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制[5]、驅(qū)動(dòng)橫擺力矩控制[6-7]、輪轂電機(jī)系統(tǒng)對(duì)懸架設(shè)計(jì)[8]、整車垂向運(yùn)動(dòng)[9]、整車平順性[10]等影響研究的深入,操縱穩(wěn)定性逐步成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題,這也是充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)[11]。目前,市場(chǎng)上主流的汽車操縱穩(wěn)定性控制方案均是通過(guò)對(duì)車輪施加制動(dòng)力實(shí)現(xiàn)的,但由于液壓制動(dòng)調(diào)節(jié)單元的關(guān)鍵技術(shù)被博世、大陸等國(guó)外大公司壟斷[12-13],使基于傳統(tǒng)液壓制動(dòng)的橫擺穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(YSC)在輪轂電機(jī)電動(dòng)車上的應(yīng)用受到限制。電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)(EMB)作為下一代制動(dòng)系統(tǒng),具有制動(dòng)力大小可知、滯后小和控制精確的特點(diǎn),且便于集成ABS/TCS/ESP等控制系統(tǒng),從而為突破國(guó)內(nèi)公司在液壓制動(dòng)系統(tǒng)控制單元方面的瓶頸提供了機(jī)遇[14];同時(shí),基于輪轂電機(jī)電動(dòng)車可為車輪獨(dú)立提供電機(jī)制動(dòng)力的特點(diǎn),可用耦合制動(dòng)替代單純的機(jī)械制動(dòng),從而減小對(duì)EMB最大制動(dòng)力、工作時(shí)間的要求,并解決高壓電源、制動(dòng)備份等影響EMB應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題[14]。為此,基于全電耦合制動(dòng)的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)電動(dòng)車YSC極具研究?jī)r(jià)值。針對(duì)傳統(tǒng)YSC控制系統(tǒng)采用的門限值和PID控制,應(yīng)用過(guò)程中存在控制參數(shù)優(yōu)化困難、標(biāo)定周期長(zhǎng)、工作量大等問(wèn)題,本文以后驅(qū)全電獨(dú)立驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)電動(dòng)車為研究對(duì)象,提出了基于全電耦合制動(dòng)和遺傳PID算法的YSC方案,搭建了基于15自由度車輛模型的仿真平臺(tái),通過(guò)階躍路轉(zhuǎn)向工況,對(duì)用于全電獨(dú)立驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)電動(dòng)車YSC的性能和優(yōu)勢(shì)開(kāi)展可行性驗(yàn)證分析。

1 工作原理

本文研究對(duì)象為采用EMB和輪轂電機(jī)的后驅(qū)全電獨(dú)立驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)電動(dòng)車,其原理如圖1所示,主要由2套輪轂電機(jī)系統(tǒng)(IWM)、4套EMB、整車控制器(VCU)、YSC控制器、動(dòng)力電池系統(tǒng)(含電池管理系統(tǒng)(BMS))、2套DC-DC系統(tǒng)、電子制動(dòng)踏板總成、電子油門踏板總成、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺角速度傳感器、2路CAN總線、高壓線束、低壓線束等組成。VCU接收油門踏板開(kāi)度、制動(dòng)踏板開(kāi)度、IWM狀態(tài)、動(dòng)力電池狀態(tài)及YSC控制器輸出的車速,并通過(guò)相應(yīng)的控制算法判斷駕駛員意圖和車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài);根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制算法控制2個(gè)后輪的驅(qū)動(dòng)力矩;根據(jù)制動(dòng)控制算法控制各車輪制動(dòng)力矩及后輪EMB制動(dòng)力矩和IWM電機(jī)制動(dòng)力矩的分配;YSC控制器根據(jù)4個(gè)輪速傳感器輸出的輪速信號(hào)及由整車控制器輸出的油門開(kāi)度、制動(dòng)踏板開(kāi)度、各IWM狀態(tài)和對(duì)EMB的制動(dòng)需求,通過(guò)計(jì)算得到輪速、車速、車輪狀態(tài)、整車狀態(tài)等信息;根據(jù)YSC算法計(jì)算得到對(duì)整車目標(biāo)橫擺補(bǔ)償力矩及相關(guān)車輪制動(dòng)力矩的需求,最終通過(guò)對(duì)2個(gè)IWM和4個(gè)EMB的控制,實(shí)現(xiàn)基于全電耦合制動(dòng)的YSC控制。

2 YSC控制系統(tǒng)方案

基于全電耦合制動(dòng)的后驅(qū)全電獨(dú)立驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)電動(dòng)車YSC工作原理如圖2所示。為了優(yōu)化控制參數(shù)、縮短標(biāo)定周期、減小標(biāo)定工作量,YSC控制選用遺傳PID控制算法,輸入為時(shí)間t、整車目標(biāo)和實(shí)際橫擺角速度γno和γ,輸出為目標(biāo)橫擺補(bǔ)償力矩ΔM,其中γno可基于單軌車輛模型根據(jù)車輛縱向速度vx、路面附著系數(shù)μ、方向盤轉(zhuǎn)角δw計(jì)算得到。制動(dòng)力分配算法首先根據(jù)δw、γno、γ確定對(duì)哪個(gè)車輪施加制動(dòng)力矩,然后根據(jù)目標(biāo)橫擺補(bǔ)償力矩確定相應(yīng)車輪的目標(biāo)制動(dòng)力矩大小,最終通過(guò)控制IWM和EMB對(duì)目標(biāo)車輪施加制動(dòng)力矩,以實(shí)現(xiàn)YSC控制。

2.1 基于遺傳PID算法的YSC控制

基于遺傳PID算法的YSC控制流程如圖3所示。遺傳算法將生物進(jìn)化原理引入到優(yōu)化參數(shù)編碼后形成的種群中,通過(guò)復(fù)制、交叉、變異等遺傳操作對(duì)種群中的個(gè)體進(jìn)行篩選,根據(jù)優(yōu)勝劣汰的原則,將適應(yīng)度高的個(gè)體保留下來(lái)組成新種群,通過(guò)多次更新使種群適應(yīng)度不斷提高,直到滿足優(yōu)化條件[15]。為了增加控制算法的可移植性,通過(guò)m語(yǔ)言編寫遺傳PID程序,通過(guò)S函數(shù)在Simulink中實(shí)現(xiàn)與車輛模型的集成。參數(shù)編碼、解碼、尋優(yōu)指標(biāo)及遺傳操作的概率計(jì)算是控制的關(guān)鍵。

圖3 基于遺傳PID算法的YSC控制流程圖

基于常用的二進(jìn)制多參數(shù)編碼方案,按照下式將每個(gè)參數(shù)進(jìn)行二進(jìn)制編碼得到子串,即

(1)

(2)

(3)

式中:Kp、Ki、Kd為PID控制的比例、積分、微分系數(shù);下標(biāo)max、min表示取值的上下限;上標(biāo)Lp、Li、Ld為Kp、Ki、Kd子串的長(zhǎng)度,子串譯碼后所對(duì)應(yīng)的無(wú)符號(hào)整數(shù)范圍為[02Lp]、[02Li]、[02Ld];δp、δi、δd為根據(jù)Kp、Ki、Kd搜索空間的二進(jìn)制參數(shù)換算成的十進(jìn)制數(shù)。將得到的各個(gè)子串按照一定的順序排列組成一個(gè)大的二進(jìn)制字符串,即個(gè)體。

PID參數(shù)的尋優(yōu)指標(biāo)主要考慮如下3個(gè)因素[15]:一是為了獲得滿意的過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)分析,采用誤差絕對(duì)值時(shí)間積分性能指標(biāo)作為參數(shù)選擇的最小目標(biāo)函數(shù);二是為了防止控制能量過(guò)大,在目標(biāo)函數(shù)中加入控制輸入的平方項(xiàng);三是為了避免超調(diào),采用懲罰功能,即一旦產(chǎn)生超調(diào),將超調(diào)量作為最優(yōu)指標(biāo)的一項(xiàng),如下式所示

J(q)=

(4)

式中:J(q)為當(dāng)前迭代遺傳PID參數(shù)選擇的最小目標(biāo)函數(shù);q為遺傳PID控制器的當(dāng)前迭代次數(shù);j為求和迭代次數(shù)變量,j=1,2,…,q;w1、w2、w3、w4為遺傳PID算法整定目標(biāo)函數(shù)加權(quán)值;e(j)為第j次迭代時(shí)的遺傳PID控制系統(tǒng)輸入誤差;Δu(j)為第j次迭代時(shí)的控制增量;tu為上升時(shí)間;Δγ(j)為第j次迭代車輛系統(tǒng)輸出的橫擺角速度增量。

遺傳操作概率包括選擇概率、交叉概率和變異概率,其中交叉概率和變異概率采用常數(shù),選擇操作選用適應(yīng)度比例法[15],即通過(guò)個(gè)體的適應(yīng)度值,求得每個(gè)個(gè)體對(duì)應(yīng)的選擇概率。選擇概率大的在下一代中將有較多的子孫,反之則被淘汰。個(gè)體的選擇概率如下式所示

(5)

n=PsiN

(6)

式中:N為遺傳算法種群規(guī)模;fi為遺傳算法個(gè)體i的適應(yīng)度值;n為第i個(gè)遺傳算法個(gè)體的選擇次數(shù)。

2.2 制動(dòng)力分配控制

2.2.1 控制車輪選取 YSC根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角及目標(biāo)橫擺角速度與實(shí)際橫擺角速度的偏差來(lái)判斷整車的轉(zhuǎn)向特性,當(dāng)車輛處于過(guò)多轉(zhuǎn)向時(shí),通過(guò)控制前外輪和后外輪制動(dòng)力給整車施加一定的橫擺補(bǔ)償力矩;當(dāng)車輛處于不足轉(zhuǎn)向時(shí),通過(guò)對(duì)后內(nèi)輪施加一定的制動(dòng)力,以獲得相應(yīng)的橫擺補(bǔ)償力矩。由于對(duì)前內(nèi)輪施加制動(dòng)力,獲得的橫擺補(bǔ)償力矩方向不定,因此不宜對(duì)前內(nèi)輪施加制動(dòng)控制,車輪選取規(guī)則如表1所示。設(shè)定規(guī)則時(shí),令左轉(zhuǎn)向時(shí)δw為正,右轉(zhuǎn)向時(shí)δw為負(fù),橫擺角速度以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?/p>

表1 YSC控制車輪選取規(guī)則表

2.2.2 車輪制動(dòng)力矩控制 確定橫擺補(bǔ)償力矩后,根據(jù)整車構(gòu)型、控制車輪選取規(guī)則和車輪動(dòng)力學(xué)方程,在忽略車輪滾動(dòng)阻力的前提下,可由下式求得各車輪的EMB力矩和后輪IWM力矩

(7)

(8)

(9)

(10)

式中:TBI為IWM制動(dòng)力矩;Re為車輪滾動(dòng)半徑;δf為前輪轉(zhuǎn)角;lf為質(zhì)心到前軸的距離;c為過(guò)多轉(zhuǎn)向時(shí)后外輪制動(dòng)力矩與前外輪制動(dòng)力矩之比;d為輪距;Iw為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;ω為車輪轉(zhuǎn)速。當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)且發(fā)生過(guò)多轉(zhuǎn)向時(shí),根據(jù)式(7)控制車輪制動(dòng)力矩;當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)且發(fā)生不足轉(zhuǎn)向時(shí),根據(jù)式(8)控制車輪制動(dòng)力矩;當(dāng)汽車右轉(zhuǎn)且發(fā)生過(guò)多轉(zhuǎn)向時(shí),根據(jù)式(9)控制車輪制動(dòng)力矩;當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)且發(fā)生不足轉(zhuǎn)向時(shí),根據(jù)式(10)控制車輪制動(dòng)力矩。

2.2.3 后輪制動(dòng)力矩分配控制 后輪制動(dòng)力矩由EMB制動(dòng)力矩和IWM制動(dòng)力矩互補(bǔ)提供,分配時(shí)主要考慮兩個(gè)原則:一是從節(jié)能和優(yōu)化EMB的角度出發(fā),考慮優(yōu)先使用IWM制動(dòng)力矩;二是要考慮電機(jī)、電池特性對(duì)IWM輸出最大制動(dòng)力矩的影響。

當(dāng)Tdmi≤TBImi時(shí)

(11)

當(dāng)Tdmi>TBImi時(shí)

(12)

式中:Tdmi為YSC對(duì)第i個(gè)車輪的需求制動(dòng)力矩;TBImi為第i個(gè)IWM所能提供的最大制動(dòng)力矩;TBIi為第i個(gè)IWM的制動(dòng)力矩;TEi為第i個(gè)車輪EMB的制動(dòng)力矩。

IWM系統(tǒng)提供的制動(dòng)力矩可由下式確定

Ts=f(lm,nm)

(13)

(14)

式中:Ts為IWM電機(jī)穩(wěn)態(tài)輸出力矩,根據(jù)電機(jī)負(fù)荷率、轉(zhuǎn)速及外特性查表得到;lm為電機(jī)負(fù)荷率;nm為電機(jī)轉(zhuǎn)速;Tm為電機(jī)動(dòng)態(tài)輸出扭矩;s為拉氏變換變量;te1為系統(tǒng)時(shí)間常數(shù);te2為滯后時(shí)間常數(shù)。

由電機(jī)特性決定的IWM最大制動(dòng)力矩為

(15)

式中:TBIi_mot為第i個(gè)IWM由電機(jī)特性決定的最大制動(dòng)力矩;Tmmi為第i個(gè)IWM電機(jī)的峰值制動(dòng)力矩;iIi為第i個(gè)IWM的減速比;Pmmi為第i個(gè)IWM電機(jī)的峰值制動(dòng)功率;ηIi為第i個(gè)IWM的傳動(dòng)效率;nbi為第i個(gè)IWM電機(jī)的基速。

由電池特性決定的IWM最大制動(dòng)力矩為

(16)

式中:TBIi_bat為第i個(gè)IWM由電池最大充電功率決定的最大制動(dòng)力矩;Pbmi為電池所允許的第i個(gè)IWM的最大充電功率;ηbi為電池充電效率。同時(shí),需要根據(jù)式(15)(16)考慮電機(jī)/電池特性對(duì)IWM輸出制動(dòng)力矩的限制。

制動(dòng)時(shí)第i個(gè)IWM所能提供的最大制動(dòng)力矩取TBIi_mot、TBIi_bat中的小值,如下式所示

TBImi=min(TBIi_mot,TBIi_bat)

(17)

2.2.4 EMB制動(dòng)控制 對(duì)機(jī)械制動(dòng)力快速、準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)是基于全電耦合制動(dòng)實(shí)現(xiàn)YSC的關(guān)鍵,為此EMB制動(dòng)控制采用了由壓力控制環(huán)、轉(zhuǎn)速控制環(huán)和電流控制環(huán)串聯(lián)組成的三閉環(huán)控制結(jié)構(gòu),三環(huán)均采用PI控制算法[16],控制原理如圖4所示。

ωm為EMB電機(jī)轉(zhuǎn)速;Im為電流;U為EMB控制器輸出給電機(jī)的電壓圖4 EMB控制原理圖

kap、kbp為油門、制動(dòng)踏板開(kāi)度;Vx、Vy為汽車質(zhì)心在車輛坐標(biāo)系中沿x、y方向的速度;ay為汽車側(cè)向加速度;Fwz為輪胎法向力;Fz為車輪垂直載荷;vx、vy和vwx、vwy分別為非簧載質(zhì)量坐標(biāo)系和車輪動(dòng)坐標(biāo)系下輪心縱向、側(cè)向速度;Patt為電動(dòng)附件功率;PI為IWM功率;Tb為車輪制動(dòng)力矩;βw為輪胎側(cè)偏角;Sw為車輪滑動(dòng)率;λ1為車輪最佳滑動(dòng)率;μ1、μ2為路面峰值、滑動(dòng)摩擦系數(shù);Fx、Fy為輪胎縱向、側(cè)向力;z0為路面縱斷面高度圖5 仿真平臺(tái)原理示意圖

圖4中,外環(huán)是決定系統(tǒng)主要性質(zhì)的基本控制環(huán),內(nèi)環(huán)的作用是限制本環(huán)的被調(diào)量以保護(hù)電動(dòng)機(jī),同時(shí)對(duì)環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié),使其更有利于外環(huán)控制[14]。

FE可由下式計(jì)算得到

TEi=2μliRBiFEi

(18)

式中:μli為制動(dòng)器i的摩擦系數(shù);RBi為制動(dòng)器i的摩擦半徑;FEi為第i個(gè)EMB的制動(dòng)壓力。

3 仿真平臺(tái)搭建

為了驗(yàn)證基于全電耦合制動(dòng)的后驅(qū)全電獨(dú)立驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)電動(dòng)車YSC的可行性,基于Matlab/Simulink搭建了包含整車模型、車輪載荷計(jì)算模塊、車輪中心沿整車坐標(biāo)系坐標(biāo)軸速度計(jì)算模塊、車輪中心沿輪胎坐標(biāo)系坐標(biāo)軸速度計(jì)算模塊、駕駛員模型、電子油門踏板模型、電子制動(dòng)踏板模型、IWM模型、EMB模型、電池模型、控制模塊在內(nèi)的仿真平臺(tái),原理如圖5所示。圖中以后右輪為例,詳細(xì)給出了EMB系統(tǒng)、車輪及輪胎的模型,其他3輪與之相同,其中整車的動(dòng)力學(xué)模型如下式所示

FxwfR)cosδf+(FywfL+FywfR)sinδf+Ff+Fw)

(19)

FywfR)cosδf-(FxwfL+FxwfR)sinδf

(20)

(FxwfL+FxwfR)sinδf]lf+

(21)

式中:m為整車質(zhì)量;Fw為整車風(fēng)阻;Ff為整車滾動(dòng)阻力;Iz為整車橫擺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;lr為汽車質(zhì)心到后軸中心線的距離。

4 仿真分析

本文以某B級(jí)后驅(qū)全電獨(dú)立驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)電動(dòng)車為研究對(duì)象,對(duì)基于全電耦合制動(dòng)的YSC控制進(jìn)行了驗(yàn)證分析,整車參數(shù)及仿真條件如表2所示。

表2 車輛參數(shù)及仿真條件

為了驗(yàn)證YSC控制的可行性及對(duì)路面變化的適應(yīng)性,選擇階躍路轉(zhuǎn)向工況開(kāi)展仿真分析驗(yàn)證。路面附著系數(shù)與方向盤轉(zhuǎn)角變化如圖6所示,在0.5 s時(shí),方向盤發(fā)生角度為0.3 rad的階躍轉(zhuǎn)向,0～2 s時(shí)路面附著系數(shù)為1,2～4 s時(shí)路面附著系數(shù)躍變?yōu)?.2,4 s時(shí)路面附著系數(shù)躍變?yōu)?。

為了驗(yàn)證YSC的控制效果,對(duì)有控制和無(wú)控制的情況進(jìn)行了對(duì)比分析。整車橫擺角速度的變化如圖7所示。0.5～2 s時(shí),汽車發(fā)生轉(zhuǎn)向,但路面附著系數(shù)未發(fā)生變化時(shí),有控制和無(wú)控制時(shí)的整車橫擺角速度均在目標(biāo)橫擺角速度附近,汽車保持穩(wěn)定。2 s時(shí),路面附著系數(shù)由1躍變?yōu)?.2,無(wú)控制時(shí)的汽車橫擺角速度逐步脫離目標(biāo)值,差值開(kāi)始增大,當(dāng)路面附著系數(shù)再次發(fā)生躍變時(shí),汽車橫擺角速度迅速增大,整車失穩(wěn);當(dāng)有控制時(shí),整車橫擺角速度可一直跟蹤目標(biāo)值,整車保持穩(wěn)定行駛。這表明基于全電耦合制動(dòng)的YSC控制可以有效控制汽車的過(guò)多轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向,并能適應(yīng)路面附著系數(shù)的突變,具有較強(qiáng)的魯棒性和路面適應(yīng)性。

YSC工作時(shí)各車輪的總制動(dòng)力矩如圖8所示。方向盤轉(zhuǎn)角大于0且發(fā)生過(guò)多轉(zhuǎn)向時(shí),對(duì)前右輪、后右輪施加制動(dòng)力矩;當(dāng)發(fā)生不足轉(zhuǎn)向時(shí),對(duì)后左輪施加制動(dòng)力矩;控制過(guò)程中未對(duì)前左輪施加控制。在整個(gè)控制過(guò)程中,后右輪所需最大制動(dòng)力矩為732 N·m(2.34 s),前右輪所需最大制動(dòng)力矩為650 N·m(2.28 s),后左輪所需最大制動(dòng)力矩為347 N·m(4.20 s)。

圖6 路面附著系數(shù)及方向盤轉(zhuǎn)角的變化

圖7 整車橫擺角速度的變化

圖8 YSC工作時(shí)各車輪總制動(dòng)力矩的變化

YSC工作時(shí)各IWM制動(dòng)力矩的變化如圖9所示。后左輪IWM制動(dòng)力矩能夠完全滿足YSC的需求,后右輪IWM制動(dòng)力矩在2.155～2.663 s不能獨(dú)立滿足YSC的需求,此時(shí)IWM輸出最大力矩。YSC工作時(shí)各IWM電機(jī)負(fù)荷率的變化如圖10所示,當(dāng)后右輪IWM輸出最大制動(dòng)力矩時(shí),電機(jī)負(fù)荷率達(dá)到-100%。

圖9 YSC工作時(shí)各IWM制動(dòng)力矩的變化

圖10 YSC工作時(shí)各IWM電機(jī)負(fù)荷率的變化

YSC工作時(shí)各EMB制動(dòng)力矩的變化如圖11所示。前左輪無(wú)需制動(dòng),因此其EMB制動(dòng)力矩為0;前右輪制動(dòng)力矩需完全由EMB提供;后左輪制動(dòng)力矩可完全由IWM提供,其EMB制動(dòng)力矩為0;后右輪IWM最大制動(dòng)力矩不能完全滿足YSC的需求,不足部分需由后右輪EMB提供,但EMB輸出的最大制動(dòng)力矩僅為237 N·m,工作時(shí)間為0.49 s,與總制動(dòng)力矩最大值732 N·m和總工作時(shí)間4.42 s相比,后右輪EMB所輸出的最大制動(dòng)力矩減小495 N·m,占總制動(dòng)力矩的67.6%,工作時(shí)間減少3.93 s,減少幅度達(dá)88.9%,效果顯著,這使優(yōu)化EMB的體積和結(jié)構(gòu)成為可能。

圖11 YSC工作時(shí)各EMB制動(dòng)力矩的變化

在YSC工作過(guò)程中,后左、后右輪IWM的電功率、電流特性曲線如圖12、13所示。電功率、電流為負(fù)值,表示系統(tǒng)處于發(fā)電狀態(tài)。后左輪IWM最大發(fā)電功率為20.3 kW,最大發(fā)電電流為55 A;后右輪IWM最大發(fā)電功率為25 kW,最大發(fā)電電流為65.1 A。在此過(guò)程中,除減小了EMB能耗外,后左和后右輪IWM可回收能量31.25 kJ,節(jié)能效果顯著。

圖12 YSC工作時(shí)后左輪IWM電流及電功率的變化

圖13 YSC工作時(shí)后右輪IWM電流及電功率的變化

5 結(jié) 論

在全電獨(dú)立驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)電動(dòng)車成為研究熱點(diǎn)的同時(shí),其操縱穩(wěn)定性也成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題,這是充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)。本文考慮基于傳統(tǒng)液壓制動(dòng)的YSC應(yīng)用于電動(dòng)車受到的限制和EMB應(yīng)用于電動(dòng)車的優(yōu)勢(shì),針對(duì)基于全電耦合制動(dòng)的后驅(qū)全電獨(dú)立驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)電動(dòng)車YSC系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展研究,得到如下結(jié)論:

(1)輪轂電機(jī)技術(shù)與電子機(jī)械制動(dòng)技術(shù)的結(jié)合,符合汽車電動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì),與傳統(tǒng)電動(dòng)車相比,車輪的耦合制動(dòng)具有獨(dú)立、快速、精確可調(diào)的優(yōu)勢(shì),這為進(jìn)一步減少整車能耗和優(yōu)化EMB制動(dòng)提供了新思路,相關(guān)優(yōu)勢(shì)通過(guò)本文進(jìn)行了驗(yàn)證;

(2)針對(duì)整車構(gòu)型特點(diǎn),提出了基于全電耦合制動(dòng)的后驅(qū)全電獨(dú)立驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)電動(dòng)車YSC系統(tǒng)方案,尤其提出了相應(yīng)的遺傳PID控制算法、車輪制動(dòng)力矩控制算法、后輪制動(dòng)力矩分配控制、EMB制動(dòng)力控制等,相關(guān)算法可為研究基于全電耦合制動(dòng)的底盤動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)提供參考;

(3)基于Matlab/Simulink搭建了包含整車模型、車輪載荷計(jì)算模塊、車輪中心沿整車坐標(biāo)系坐標(biāo)軸速度計(jì)算模塊、車輪中心沿輪胎坐標(biāo)系坐標(biāo)軸速度計(jì)算模塊、駕駛員模型、電子油門踏板模型、電子制動(dòng)踏板模型、IWM模型、EMB模型、電池模型和控制模型的仿真平臺(tái),該平臺(tái)可為后續(xù)的快速原型實(shí)驗(yàn)、實(shí)車控制參數(shù)優(yōu)化等研究提供支撐。