輪轂式四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)控制方法發(fā)展綜述

戴彥 田紅霞

摘 要：由于環(huán)境污染與資源消耗，輪轂式電動(dòng)汽車(chē)成為汽車(chē)行業(yè)的主力軍。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)能夠使研發(fā)組對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行多自由度控制，電動(dòng)汽車(chē)的電子差速問(wèn)題就是如何有效的發(fā)揮驅(qū)動(dòng)輪多自由度控制優(yōu)勢(shì)的問(wèn)題。要想輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)能夠快速發(fā)展且廣泛應(yīng)用，就必須開(kāi)發(fā)出低成本、高效率且可施行的電動(dòng)汽車(chē)電子差速控制系統(tǒng)[3]。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);轉(zhuǎn)向穩(wěn)定;電子差速

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.123

1 引言

由于環(huán)境與資源問(wèn)題日益嚴(yán)重，新能源汽車(chē)是現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)的主要發(fā)展方向之一[1]。電動(dòng)汽車(chē)因?yàn)槠鋭?dòng)力性較好，且節(jié)約能源，在生活中應(yīng)用越來(lái)越廣泛[2]。獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪轂電動(dòng)汽車(chē)是指每個(gè)車(chē)輪有一個(gè)獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)，如何在轉(zhuǎn)彎時(shí)有效控制車(chē)輪穩(wěn)定性，是獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪轂電動(dòng)汽車(chē)的研究重點(diǎn)之一[3]。由于輪胎的非線(xiàn)性對(duì)滑移率有嚴(yán)重的影響，因此解決該問(wèn)題是電子差速控制中的一個(gè)重要問(wèn)題[4]。

2 輪轂電動(dòng)汽車(chē)研究現(xiàn)狀

隨著環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，各國(guó)對(duì)污染源之一的燃油汽車(chē)工業(yè)均做了相應(yīng)的計(jì)劃。法國(guó)預(yù)計(jì)在2040年停售燃油車(chē);德國(guó)、荷蘭等國(guó)家預(yù)計(jì)在2030年前禁售燃油車(chē);而中國(guó)也計(jì)劃從2040年開(kāi)始全面停止銷(xiāo)售燃油汽車(chē)[5]。奔馳、寶馬、豐田等各大汽車(chē)企業(yè)都開(kāi)始了新能源汽車(chē)的計(jì)劃。

電動(dòng)汽車(chē)以電能為能量，直接采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛，不產(chǎn)生污染源，減少污染，有效地提高了經(jīng)濟(jì)效益。德國(guó)奔馳公司設(shè)計(jì)了第一輛輪轂式電動(dòng)汽車(chē)。最初，由于輪轂式電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力太短，沒(méi)有得到大力發(fā)展[5]。上世紀(jì)七十年代，由于環(huán)境與資源問(wèn)題，電動(dòng)汽車(chē)再次登上歷史舞臺(tái)，成為各國(guó)、各大汽車(chē)企業(yè)的研究熱點(diǎn)。

日本在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域研究較早，處于世界的領(lǐng)先地位。1997年豐田公司推出了普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē)，并進(jìn)行了批量生產(chǎn)。1999年本田公司推出FCX系列電動(dòng)汽車(chē)，通過(guò)了道路驗(yàn)證，并進(jìn)行了可靠性、碰撞安全性實(shí)驗(yàn)。

美國(guó)從1993年開(kāi)始進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)，聯(lián)合了克萊斯勒汽車(chē)公司、福特汽車(chē)公司及通用汽車(chē)公司，5年間投入了3億美元進(jìn)行研究。2013年，通用汽車(chē)公司研發(fā)生產(chǎn)的Volt電動(dòng)汽車(chē)在美國(guó)開(kāi)始普及，銷(xiāo)量累計(jì)達(dá)到近7萬(wàn)輛。

我國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展相對(duì)世界其他國(guó)家起步較晚，研究相對(duì)落后。但近十年來(lái)，我國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的研究不斷加大?！笆濉币?guī)劃期間，我國(guó)啟動(dòng)了863電動(dòng)汽車(chē)重大科技項(xiàng)目，總投資達(dá)9億元進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)。近些年，國(guó)內(nèi)各大車(chē)展上，各汽車(chē)公司自主研發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)紛紛亮相。如奇瑞公司的MI-EV，最高時(shí)速可達(dá)120km/h，采用磷酸鐵鋰電池續(xù)航里程為150km。比亞迪公司的E6，最高時(shí)速為160km/h，續(xù)航里程為300km。還有吉利公司的EK-1，采用鉛酸蓄電池，時(shí)速最高在80km/h，續(xù)航里程在80km。

3 電子差速控制方法的研究現(xiàn)狀

汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于左右輪轉(zhuǎn)彎半徑不同，使其在同時(shí)間內(nèi)滾過(guò)的距離是不同的，差速器的左右是使車(chē)輪獲得不同的車(chē)速，因而，差速器使汽車(chē)轉(zhuǎn)向的重要組成部分。由于電動(dòng)汽車(chē)直接由輪轂電機(jī)控制車(chē)輪，去掉了機(jī)械差速部分，通過(guò)軟件編程算法滿(mǎn)足行駛要求的差速方法，即為電子差速。

電動(dòng)汽車(chē)的電子差速控制方法主要有以下三種方法：

（1）以Ackermann轉(zhuǎn)向模型（如圖1所示）為參考模型，計(jì)算出各驅(qū)動(dòng)輪的理想轉(zhuǎn)速，對(duì)其進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的電子差速控制。

遼寧工業(yè)大學(xué)的孫明江等人以Ackermann模型為參考模型，以左前輪車(chē)速為控制目標(biāo)，通過(guò)協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速使其角速度相同，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)電子差速控制。

在國(guó)外，Ju-Sang Lee等人以Ackermann轉(zhuǎn)向模型為電動(dòng)汽車(chē)的參考模型，針對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)的非線(xiàn)性特問(wèn)題，提出了一種具有自適應(yīng)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法，非線(xiàn)性對(duì)電子差速控制的影響。

（2）控制電動(dòng)汽車(chē)車(chē)輪轉(zhuǎn)矩來(lái)完成電動(dòng)汽車(chē)的電子差速控制。日本Yoichi Hori等人在縱向驅(qū)動(dòng)力分配控制研究上取得了良好的控制效果。Yeepien Yang等人獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的后輪驅(qū)動(dòng)作為控制對(duì)象，提出了內(nèi)輪為轉(zhuǎn)矩控制方法，外層為橫擺運(yùn)動(dòng)控制方法的雙層控制算法，提高了電子差速系統(tǒng)的魯棒性。

吉林大學(xué)勒立強(qiáng)等人依據(jù)實(shí)車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)仿真模型，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)按轉(zhuǎn)矩模式進(jìn)行控制，取得了良好的效果。

（3）通過(guò)控制電動(dòng)汽車(chē)的單輪最佳滑移率實(shí)現(xiàn)電子差速控制。日本，Yoichi Hori等人針對(duì)“UOT Electric March I&II”車(chē)型，Yoichi Hori等人對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)防滑控制和車(chē)輪最佳滑轉(zhuǎn)率的估算進(jìn)行了廣泛的研究，并取得了不少的研究成果。

浙江大學(xué)倪光正等人以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪轂式電動(dòng)汽車(chē)為研究對(duì)象，運(yùn)用比例控制估算驅(qū)動(dòng)輪的最佳滑移率為控制目標(biāo)，并根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪的滑移率分配驅(qū)動(dòng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)了輪轂式電動(dòng)汽車(chē)電子差速控制，達(dá)到良好效果。

4 結(jié)論

由于環(huán)境及資源緊缺問(wèn)題，電動(dòng)汽車(chē)得到大力發(fā)展，本文介紹了電動(dòng)汽車(chē)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)，以及電子差速控制的研究現(xiàn)狀，為了保證電動(dòng)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須研究穩(wěn)定、快速的電子差速系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐國(guó)凱，趙秀春，蘇航編著.電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)與控制[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[2]趙艷娥，張建武.輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)電子差速系統(tǒng)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2008，20（18）：4767-4768.

[3]崔新，侯明善，秦琴.基于目標(biāo)最優(yōu)機(jī)動(dòng)的線(xiàn)性化運(yùn)動(dòng)學(xué)模型及其特性研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2004，24（01）：73-75.

[4]陸勇，張建榮，張大明.電動(dòng)輪技術(shù)在電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006（10）：169-171.

[5]李會(huì).電動(dòng)汽車(chē)電子差速系統(tǒng)研究[D].武漢理工大學(xué)，2013.

[6]孫明江.段敏.韓海蘭等.輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)電子差速控制影響因素分析[J].汽車(chē)工程，2015，15（11）：54-56.