四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)FSEC賽車電子差速控制

宋成鏢 李剛

摘 要：本文以四輪驅(qū)動(dòng)FSEC方程式賽車為研究對(duì)象，根據(jù)其驅(qū)動(dòng)力矩獨(dú)立可控特點(diǎn)提出一種電子差速控制策略。該策略針對(duì)賽車差速控制在比賽中對(duì)實(shí)時(shí)性的需求，設(shè)計(jì)了以加速度為輸入的直接控制算法，該策略簡單可靠。并運(yùn)用車輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明，上述控制策略能有效提升賽車動(dòng)態(tài)表現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng);電子差速控制;電動(dòng)方程式賽車;轉(zhuǎn)矩分配

隨著電動(dòng)方程式賽車技術(shù)的發(fā)展，電子差速控制策略迅速成為賽車控制策略的重點(diǎn)[1]。目前，電子差速控制相關(guān)研究十分豐富[2]，主要分為基于阿克曼梯形的電子差速方案與基于車輛穩(wěn)定性的電子差速方案。

第一種差速方案通過方向盤轉(zhuǎn)角預(yù)估車輛的行駛路線[3-5]，計(jì)算各車輪的參考轉(zhuǎn)速，根據(jù)輪速傳感器返回的實(shí)際輪速進(jìn)行差速控制，該方法控制參數(shù)容易獲取，但是賽車輪胎工作在非線性范圍，并不適用于該方案。第二種電子差速策略以車輛穩(wěn)定性為控制目標(biāo)[6-7]，基于二自由度車輛模型計(jì)算參考橫擺角速度或質(zhì)心側(cè)偏角，結(jié)合實(shí)際傳感器返回值計(jì)算所需橫擺力矩，以此為基礎(chǔ)對(duì)驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行重新分配，實(shí)現(xiàn)電子差速。這種控制方式偏于理論、傳感器數(shù)據(jù)難以獲取，較難實(shí)現(xiàn)良好控制效果。

本文分析賽車控制需求，設(shè)計(jì)了一種以縱向加速度與側(cè)向加速度為控制輸入的電子差速策略，結(jié)合車輛載荷轉(zhuǎn)移模型，提出一種基于車輪載荷比的驅(qū)動(dòng)力分配方案。該控制算法輸入?yún)?shù)容易獲取，無復(fù)雜控制理論，可以最大程度保證實(shí)時(shí)性，提升賽車動(dòng)態(tài)表現(xiàn)。

1 參考模型建立

1.1 縱向載荷轉(zhuǎn)移方程

1.2 側(cè)向力分配方程

1.3 側(cè)向載荷轉(zhuǎn)移方程

2 仿真實(shí)驗(yàn)

2.1 CarSim車輛模型建立

本文整車模型基于CarSim軟件中方程式賽車模型，該車輛模型主要參數(shù)如下：

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)

仿真實(shí)驗(yàn)選擇了兩種典型的實(shí)驗(yàn)工況，分別是直線加速實(shí)驗(yàn)與角階躍圓周實(shí)驗(yàn)。

2.2.1 直線加速仿真

從圖中可以看出：帶有差速控制的車輛將根據(jù)軸荷比例對(duì)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，降低車輪滑移率，在一定程度上提升車輛動(dòng)力性能。

2.2.2 八字環(huán)繞項(xiàng)目仿真

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出：轉(zhuǎn)彎時(shí)，帶有差速控制的車輛將根據(jù)左右輪荷比例對(duì)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，可降低車輛的轉(zhuǎn)彎半徑，提升車輛穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

（1）本文提出的差速控制算法以加速度為基礎(chǔ)，建立載荷轉(zhuǎn)移模型，根據(jù)載荷比例對(duì)需求驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行差速分配，能夠提升車輛動(dòng)力性與穩(wěn)定性。（2）本文提出方法有別于傳統(tǒng)穩(wěn)定性差速控制，以實(shí)時(shí)性為目標(biāo)建立驅(qū)動(dòng)力分配控制方法，為賽車的差速控制提供一種新思路。（3）本文提出算法實(shí)際是利用了輪胎的動(dòng)力學(xué)特性，在下一階段應(yīng)將輪胎模型考慮進(jìn)來，建立更加完善的差速控制算法。

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