電動汽車差速系統(tǒng)研究探討

王佳惠

摘要：主要針對電動車傳動系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)以及汽車差速系統(tǒng)進行了分析，并針對當前電子差速系統(tǒng)來進行電梯轉(zhuǎn)速選擇的弊端進行了探討。

關(guān)鍵詞：電子差速;電子汽車;動力學

引言

目前對于電動汽車來說主要有集中式和分布式等兩種動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式。集中驅(qū)動方式主要指的是利用電動機來取代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機，與此同時其他傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不會發(fā)生改變;分布驅(qū)動方式主要指的是利用車輪獨立驅(qū)動的一種電動汽車驅(qū)動形式。與集中式驅(qū)動電動車以及傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車相比較，分布式驅(qū)動電動車自身的機動性、內(nèi)部空間利用率、可控性等方面都更具優(yōu)勢^[1]。

1 自適應(yīng)差速

1.1電機結(jié)構(gòu)

自適應(yīng)差速的電機結(jié)構(gòu)可以看成是一個永磁同步電機與三項異步電動機共同組成的電機結(jié)構(gòu)^[2]。

雙轉(zhuǎn)子電機控制器通過導線和節(jié)流滑環(huán)機構(gòu)共同組成了一個閉合回路。根據(jù)永磁電流電機的基本原理可以知道，外轉(zhuǎn)子繞組在切割磁場的過程中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，與此同時，電樞繞組內(nèi)部由于本身就有電流，因此，就會產(chǎn)生一個電磁轉(zhuǎn)距，傳統(tǒng)電機由于定子實際受到的電磁作用力以及機架外殼產(chǎn)生的反作用力相互抵消，因此不會做功。而對于雙轉(zhuǎn)子電機來說由于氣隙磁場能夠?qū)ν廪D(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁作用力，同時內(nèi)轉(zhuǎn)子也會承受相應(yīng)的反力，因此，可以充分利用這兩個作用力做功來驅(qū)動車輪運轉(zhuǎn)。

1.2差速原理

傳統(tǒng)直流電機實際所產(chǎn)生的磁場并不會旋轉(zhuǎn)，而以大地為參照系的雙轉(zhuǎn)子電機磁極在內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的同時也會出現(xiàn)轉(zhuǎn)動。充分結(jié)合運動相對性可以知道，對于雙轉(zhuǎn)子電機來說內(nèi)外轉(zhuǎn)子分別具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，而其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速則是電機磁極固定狀態(tài)下的機械轉(zhuǎn)速。也就是說雙轉(zhuǎn)組電機實際上的轉(zhuǎn)速是以外轉(zhuǎn)子為參照內(nèi)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的機械轉(zhuǎn)速。而電極內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在實際運動過程中，如果電機機械轉(zhuǎn)速實際產(chǎn)生了微小變化，都會對內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速產(chǎn)生一定的影響。由此可見，對于雙轉(zhuǎn)子電機來說，針對相對轉(zhuǎn)速進行控制是實現(xiàn)雙轉(zhuǎn)子電機控制的本質(zhì)所在，而內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之和或者是轉(zhuǎn)速之差所共同形成的代數(shù)形式就是雙轉(zhuǎn)子電機的實際轉(zhuǎn)速變化關(guān)系。這種關(guān)系與傳統(tǒng)柴油內(nèi)燃機差速器原理比較相似。

對于使用的雙轉(zhuǎn)子電機來作為驅(qū)動電機的汽車來說，其自適應(yīng)差速具有很多優(yōu)點，但是差速系統(tǒng)本身也存在一些不足之處。這主要是因為雙轉(zhuǎn)子電機在實際運行的過程中，內(nèi)外轉(zhuǎn)子實際產(chǎn)生的力矩大小相等，但是方向相反。因此，如果汽車的驅(qū)動電機采取的是雙轉(zhuǎn)子電機就必須要兩個轉(zhuǎn)子外側(cè)額外的安裝換向減速行星排換向來實現(xiàn)換向減速效果。這也是與傳統(tǒng)集中式驅(qū)動方式存在差異的地方。

2 電子差速

2.1 控制結(jié)構(gòu)

（1）四輪差速控制。在四輪轂獨立驅(qū)動電動汽車中4輪電子差速快速的應(yīng)用比較廣泛，其所有單元的信息主要是通過一個控制單元來進行匯總，通過控制單元，能夠?qū)鞲衅餍畔⑦M行綜合后來實現(xiàn)這4個輪轂差速轉(zhuǎn)向的可以調(diào)整。

（2）兩輪差速控制。如果電動汽車全能作為導向輪，而后輪做的一個驅(qū)動輪那么就可以應(yīng)用兩輪差速控制。當汽車需要進行轉(zhuǎn)向的時候，兩個后電動輪通過控制器實現(xiàn)驅(qū)動電機調(diào)節(jié)來完成差速。第4輪差速控制相比較，由于兩輪差速控制要控制兩個驅(qū)動電機，因此整體結(jié)構(gòu)和控制策略相對更加簡單。

2.2 控制策略

在針對電子差速進行控制特別設(shè)計的時候，控制理論是整個設(shè)計過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)，其對電子差速系統(tǒng)實際的控制質(zhì)量會產(chǎn)生直接影響。

（1）滑?？刂评碚摗；？刂茖儆谝环N相對比較特殊的非線性控制方法，其主要是以系統(tǒng)實際所處狀態(tài)、偏差以及導數(shù)值為基礎(chǔ)，針對不同區(qū)域控制量的大小通過理論開關(guān)方式來進行切換，這樣就能夠讓整個系統(tǒng)能夠處在比較理想的來回運動狀態(tài)^[3]。

（2）開關(guān)控制理論。開關(guān)控制能夠讓控制的穩(wěn)定性和魯棒性得到有效提升。汽車在轉(zhuǎn)彎過程中實際轉(zhuǎn)速分配計算過程以及車輪滑移率控制方式進行有效結(jié)合，根據(jù)汽車自加速踏板轉(zhuǎn)句輸入和轉(zhuǎn)向輪角度輸入，并以路面實際狀況以及偏轉(zhuǎn)角變化率的計算作為參考，針對轉(zhuǎn)向過程中每一個車輪滑移率的控制比例進行估算后，就能夠在此基礎(chǔ)上對左右驅(qū)動輪通過開關(guān)控制方式來獨立的分配相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。

3 結(jié)束語

綜上所述，在目前電動汽車差速系統(tǒng)研究領(lǐng)域，電子差速系統(tǒng)和自適應(yīng)差速系統(tǒng)雖然已經(jīng)取得了不錯的成果，但是兩種差速系統(tǒng)都具有各自的優(yōu)缺點，自適應(yīng)差速系統(tǒng)具有更加簡單的操作原理，但是需要進一步加大對驅(qū)動效果以及機械傳動率的深入研發(fā);電子差速系統(tǒng)目前主要使用的是無刷直流電機和永磁同步電機，電機的控制相對比較成熟，但是需要在差速控制算法設(shè)計方面進行進一步深入研究。

參考文獻：

[1]? 《中國公路學報》編輯部. 中國汽車工程學術(shù)研究綜述·2017[J]. 中國公路學報，2017，30（06）：1-197.

[2]? 臧懷泉，戴彥，張素燕，邸聰那. 一種基于相對滑移率的電動汽車電子差速控制方法研究[J]. 機械工程學報，2017，53（16）：112-119.

[3]? 張多，劉國海，趙文祥，繆鵬虎，葉浩. 電動汽車多電機獨立驅(qū)動技術(shù)研究綜述[J]. 汽車技術(shù)，2015（10）：1-6.

（作者單位：北京信息科技大學）