電動(dòng)汽車(chē)低速轉(zhuǎn)向電子差速兼顧輔助轉(zhuǎn)向控制

劉亮

摘 要：以后輪自主驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向差速控制為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)低速轉(zhuǎn)向的特點(diǎn)構(gòu)建一個(gè)阿克曼轉(zhuǎn)向模型，再對(duì)車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)電子差速的控制發(fā)揮出的輔助作用進(jìn)行全面考慮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)低速轉(zhuǎn)向電子差速兼顧輔助轉(zhuǎn)向控制全面的分析。最終結(jié)果表明了通過(guò)阿克曼轉(zhuǎn)向差速仿真模型而制定的轉(zhuǎn)矩分配方案，不但發(fā)揮出了差速的作用，并且在車(chē)輛的轉(zhuǎn)向行駛過(guò)程中也表現(xiàn)出了較為出色的輔助效果。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);低速轉(zhuǎn)向電子差速;輔助;轉(zhuǎn)向控制

一、阿克曼轉(zhuǎn)向模型

當(dāng)車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)，按照阿克曼轉(zhuǎn)向模型，能夠得到車(chē)輛運(yùn)動(dòng)的實(shí)際狀態(tài)，詳情見(jiàn)下圖1。在圖中，δin與δout是汽車(chē)外前輪的轉(zhuǎn)向角度，δ代表的是汽車(chē)整體轉(zhuǎn)向的角度，W還有L指的是汽車(chē)軸距以及輪距，而R0代表汽車(chē)轉(zhuǎn)向半徑，Rin以及Rout為汽車(chē)內(nèi)外兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪實(shí)際的轉(zhuǎn)向半徑，車(chē)輛行駛速度用v表示，也就是后輪軸線(xiàn)的中點(diǎn)位置以O(shè)為中心旋轉(zhuǎn)的速度。

通過(guò)上述的阿克曼轉(zhuǎn)向模型，我們可以分析電動(dòng)汽車(chē)各個(gè)時(shí)刻運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。對(duì)于阿克曼轉(zhuǎn)向模型中的幾何關(guān)系而言，其中任何一個(gè)車(chē)輪駛過(guò)的路徑圓心均匯聚到了汽車(chē)后軸延長(zhǎng)線(xiàn)轉(zhuǎn)向的中心點(diǎn)上，從而讓轉(zhuǎn)向變得更為流暢，同時(shí)還可以得到以下公式：

R0=L/tanδ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

r0=L/sinr0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

Rin=R0-W/2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

Rout=R0+ W/2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

二、差速兼顧輔助轉(zhuǎn)向控制

1.轉(zhuǎn)矩的分配方案

在電動(dòng)汽車(chē)中應(yīng)用阿克曼轉(zhuǎn)向模型，需要對(duì)汽車(chē)行駛速度、汽車(chē)的動(dòng)力學(xué)模型還有輸入轉(zhuǎn)角等參數(shù)進(jìn)行收集，從而得到車(chē)輪的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)彎半徑等數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出車(chē)輛內(nèi)外側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩的差值，同時(shí)根據(jù)駕駛員期待的驅(qū)動(dòng)力橘來(lái)做合理化分配，最終讓轉(zhuǎn)速差達(dá)到轉(zhuǎn)向差速的效果。下圖2即電子差速的控制方案結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2? 電子差速的控制方案結(jié)構(gòu)示意圖

為了確保汽車(chē)的總驅(qū)動(dòng)力矩處于恒定狀態(tài)，通過(guò)等差值轉(zhuǎn)矩分配法，所以?xún)蓚?cè)驅(qū)動(dòng)輪分配到的轉(zhuǎn)矩值是：

Tin=Td-?T? ? ? ? （7）

Tout=Td-?T? ? ? ? （8）

車(chē)輛在轉(zhuǎn)向的過(guò)程中，其控制系統(tǒng)會(huì)收集汽車(chē)油門(mén)踏板的信號(hào)，從而給出特定的總驅(qū)動(dòng)力矩，同時(shí)按照方向盤(pán)的轉(zhuǎn)角以及車(chē)速信號(hào)等，最終通過(guò)計(jì)算來(lái)得出汽車(chē)內(nèi)外兩側(cè)精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩。借助增加以及減少外側(cè)與內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩等方式，不只是可以讓電子差速的作用得到最大程度的展現(xiàn)，而且還能夠合理分配汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩，從而為車(chē)輛轉(zhuǎn)向提供一定幫助。

2.輪轂電機(jī)的控制

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)中使用的輪轂電機(jī)而言，其除了要具備常見(jiàn)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)之外，其還應(yīng)當(dāng)具有更大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、更為廣泛的調(diào)速范圍，同時(shí)體積也應(yīng)當(dāng)更小、整體質(zhì)量要更輕、運(yùn)行的總效率也要更高。不同于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，輪轂電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)使用的為恒轉(zhuǎn)矩的模式，而在中高速運(yùn)行時(shí)則使用的是恒功率的模式。以電機(jī)轉(zhuǎn)速為基礎(chǔ)的控制又被稱(chēng)作電機(jī)的調(diào)速控制，其屬于一種較為常見(jiàn)的電機(jī)控制技術(shù)，一般包括弱磁調(diào)速還有電壓調(diào)速等多種控制方法。此類(lèi)控制技術(shù)大多是以電子差速的原理為基礎(chǔ)，通過(guò)分析電機(jī)反饋回來(lái)的轉(zhuǎn)速信號(hào)以及指令差異等，然后再利用PI還有PID等諸多方式來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

本篇文章所使用的是以電機(jī)為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)矩控制方案，借助電流來(lái)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，同時(shí)借助由PI進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)設(shè)備，來(lái)讓汽車(chē)電機(jī)電流以及輸出的轉(zhuǎn)矩等得到科學(xué)調(diào)節(jié)，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)矩完成閉環(huán)控制的目標(biāo)。

結(jié)束語(yǔ)

將電子差速當(dāng)作基礎(chǔ)，通過(guò)阿克曼轉(zhuǎn)向模型來(lái)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行深入分析，從而證實(shí)了電子差速的控制確實(shí)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)輔助轉(zhuǎn)向具有一定的影響。同時(shí)借助上述模型來(lái)對(duì)研究轉(zhuǎn)矩的分配方案，最終發(fā)現(xiàn)，此類(lèi)控制方案不但能夠?qū)崿F(xiàn)基本的差速控制，而且其在車(chē)輛的轉(zhuǎn)向行駛過(guò)程中也具有出色的輔助效果，此類(lèi)控制方案可以在試驗(yàn)車(chē)輛中進(jìn)行良好試用，在未來(lái)相關(guān)控制策略的研究中也可以適當(dāng)進(jìn)行借鑒。

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