1 模型電動(dòng)汽車系統(tǒng)總體構(gòu)成

設(shè)計(jì)針對電動(dòng)車( EV) 理想車況低速行駛,實(shí)現(xiàn)了一種雙后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)模型。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

模型車前輪控制采用電助力轉(zhuǎn)向( EPS)系統(tǒng),動(dòng)力由兩個(gè)后輪電機(jī)共同提供。電助力轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)使用普通直流伺服電機(jī),控制簡單;兩個(gè)后輪電機(jī)為兩個(gè)輪轂式直流無刷(BLDC)電機(jī),能夠在 提高效率的同時(shí)保證長期運(yùn)行的可靠性。系統(tǒng)中每個(gè)電機(jī)與電控單元( ECU)間都獨(dú)自構(gòu)成一個(gè)速度閉環(huán)和電流閉環(huán)系統(tǒng),這種設(shè)計(jì)可以在保持傳統(tǒng)汽車駕感的基礎(chǔ)上,省略傳統(tǒng)車輛的離合器、變速器、主減速器及差速器等部件,大大簡化了整車結(jié)構(gòu),提高傳動(dòng)效率,并且能夠通過控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向功能,和對電動(dòng)輪的電子差速控制。

2 雙后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

原型電動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)控制主要需要解決以下兩個(gè)問題:一是助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制問題;二是對兩個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪的協(xié)調(diào)控制問題。

2. 1 助力轉(zhuǎn)向控制

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向工作過程如下:首先,轉(zhuǎn)矩傳感器測出駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的操縱力矩,車速傳感器測出車輛當(dāng)前的行駛速度,然后將這兩個(gè)信號傳遞給ECU; ECU根據(jù)內(nèi)置的控制策略,計(jì)算出理想的目標(biāo)助力力矩,轉(zhuǎn)化為電流指令給電機(jī);然后,電機(jī)產(chǎn)生的助力力矩經(jīng)減速機(jī)構(gòu)放大作用在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上,和駕駛員的操縱力矩一起克服轉(zhuǎn)向阻力矩,實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向。

助力電機(jī)控制策略采用助力電機(jī)電流的閉環(huán)給定控制,其控制功能結(jié)構(gòu)框圖見圖2。

這樣的控制結(jié)構(gòu)簡化了實(shí)際助力特性調(diào)整的過程,控制參數(shù)調(diào)整方便和直觀,在滿足控制要求的基礎(chǔ)上保證了經(jīng)濟(jì)性。

2. 2 兩驅(qū)動(dòng)輪控制

采用雙后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方案,每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪都能獨(dú)立提供驅(qū)動(dòng)力,功率可以按需要獨(dú)立分配,其差速功能可以由軟件完成,實(shí)現(xiàn)電子式差速。

要判斷駕駛員的駕駛意圖是直駛還是轉(zhuǎn)向,方向盤轉(zhuǎn)角θ是一個(gè)重要參數(shù)。策略中引入方向盤自由行程角ε這樣一個(gè)標(biāo)志量,當(dāng)|θ| > ε 時(shí),車輛電控單元(ECU)認(rèn)為駕駛意圖為轉(zhuǎn)向,否則為直駛。無論是直駛控制策略還是轉(zhuǎn)向控制策略,其關(guān)鍵點(diǎn)還是通過對目標(biāo)轉(zhuǎn)速ni1和ni2的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對兩側(cè)電機(jī)的控制,從而達(dá)到對車體行走軌跡的操控。雙電機(jī)協(xié)調(diào)控制方框圖見圖3。

1) 直駛控制策略

在直線行駛中,兩側(cè)的電機(jī)速度no1 和no2很難達(dá)到完全一致,總是會(huì)存在一定的速度差△n (定義 △n = no1 - no2 ) ,ECU需要對△n進(jìn)行監(jiān)測,當(dāng)△n超過系統(tǒng)允許實(shí)時(shí)速度差np時(shí),就需要根據(jù)△n和np 來對目標(biāo)轉(zhuǎn)速ni1和 ni2進(jìn)行一定的調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)量為nin;為了保證直線行駛的穩(wěn)定, ECU還需要對兩側(cè)電機(jī)的累計(jì)行程差△S進(jìn)行監(jiān)測,當(dāng)△S超過系統(tǒng)允許實(shí)時(shí)速度 Sp 時(shí),就需要根據(jù)△S和Sp對目標(biāo)轉(zhuǎn)速ni1和ni2也進(jìn)行一定的調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)量為nis。根據(jù)累計(jì)行程差計(jì)算出nis,nis = C3 △S, C —比例常數(shù),根據(jù)試驗(yàn)確定,不能過大否則容易引起不穩(wěn)定,計(jì)算結(jié)果用于調(diào)節(jié)兩個(gè)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速消減該累計(jì)行程差,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。通過累計(jì)行程和速度的雙重同步,增強(qiáng)了車輛穩(wěn)定直線行駛的可靠性。

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種電助力轉(zhuǎn)向與雙后輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)結(jié)合的電動(dòng)車輛運(yùn)動(dòng)控制模型,提出以角度、速度控制為基礎(chǔ)的雙輪轂電機(jī)協(xié)調(diào)控制策略,為使用雙后驅(qū)電動(dòng)車輛的穩(wěn)定行駛問題提供了解決方案。臺架試驗(yàn)結(jié)果表明:該控制策略可以較好的滿足車輛的直線行駛和轉(zhuǎn)向行駛控制要求,證明了設(shè)計(jì)的有效性。