張慶

摘 要：純電動(dòng)汽車輸出轉(zhuǎn)矩過(guò)大或者冰雪濕滑路面行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)容易發(fā)生滑轉(zhuǎn)。針對(duì)純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制問(wèn)題，研究了基于滑模變結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)防滑控制方法，并通過(guò)仿真分析進(jìn)行了驗(yàn)證控制方法的可行性，對(duì)純電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)和使用具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車 驅(qū)動(dòng)防滑 滑模變結(jié)構(gòu)控制

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（a）-0001-02

汽車輸出轉(zhuǎn)矩過(guò)大或在冰雪濕滑路面行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪容易發(fā)生過(guò)度滑轉(zhuǎn)，嚴(yán)重影響汽車的駕駛性和安全性。為了避免驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生過(guò)度滑轉(zhuǎn)，在車輛控制時(shí)需對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制，以期獲得最佳的驅(qū)動(dòng)效果。相比于傳統(tǒng)燃油汽車，由于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中包含電機(jī)及控制器單元，純電動(dòng)汽車在輸出轉(zhuǎn)矩控制方面具有非常大的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)可以概括為：（1）通過(guò)電機(jī)控制器單元能方便準(zhǔn)確地獲得電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；（2）電機(jī)能迅速相應(yīng)轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)并被精確控制。 該文采用滑膜變結(jié)構(gòu)控制算法對(duì)純電動(dòng)汽車輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制，有效抑制了驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)良好的驅(qū)動(dòng)防滑效果。

1 純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑問(wèn)題

純電動(dòng)汽車由動(dòng)力電池為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能并驅(qū)動(dòng)車輛行駛，在汽車驅(qū)動(dòng)行駛過(guò)程中，電機(jī)所提供的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞給車輪，對(duì)路面產(chǎn)生一個(gè)與行駛方向相反的作用力，根據(jù)牛頓第三定律，路面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與行駛方向相同的切向反作用力，驅(qū)動(dòng)車輛行駛，這個(gè)切向反作用力稱為縱向附著力。路面所能提供的縱向附著力與路面縱向附著系數(shù)成正比關(guān)系。

當(dāng)車輛在良好附著系數(shù)路面行駛時(shí)，縱向附著力足夠大，此時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，車輛的加速性能越好，爬坡能力也越強(qiáng)；但是當(dāng)車輛在低附著系數(shù)路面行駛時(shí)，輪胎與路面間附著性能變差，當(dāng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩超過(guò)路面附著力時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪將發(fā)生滑轉(zhuǎn)。

一般用滑轉(zhuǎn)率來(lái)表示滑轉(zhuǎn)過(guò)程中滑動(dòng)成分的多少，滑轉(zhuǎn)率可表示為。在純滾動(dòng)時(shí)，車速等于驅(qū)動(dòng)輪輪速，此時(shí)滑轉(zhuǎn)率=0；在純滑動(dòng)時(shí)，車速為零，此時(shí)滑轉(zhuǎn)率=1；在邊滾邊滑時(shí)，滑轉(zhuǎn)率為0<<1。

車輪滑轉(zhuǎn)率與路面附著系數(shù)之間具有關(guān)聯(lián)關(guān)系，即隨著車輪滑轉(zhuǎn)率從零開始增大，車輪與路面之間的縱向附著系數(shù)先增大后減小，存在一個(gè)最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率對(duì)應(yīng)峰值附著系數(shù)，而側(cè)向附著系數(shù)則始終不斷減小。驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)主要發(fā)生在車輛運(yùn)動(dòng)縱向方向，因此對(duì)驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)防滑控制時(shí)，只針對(duì)車輛的縱向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究。

為了獲得最佳的驅(qū)動(dòng)防滑效果，在純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制時(shí)應(yīng)以最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率為控制目標(biāo)，將驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率控制在最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率附近，以獲得最大的縱向附著系數(shù)，從而提高車輛的加速性能和通過(guò)性能。

2 基于滑膜變結(jié)構(gòu)的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制

2.1 驅(qū)動(dòng)防滑控制模型

只考慮車輛的縱向運(yùn)動(dòng)。在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)，忽略空氣阻力影響，將車輛模型簡(jiǎn)化為單輪模型，如圖1所示。

2.2 基于滑模變結(jié)構(gòu)的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制

純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)以最佳滑轉(zhuǎn)率為控制目標(biāo)，對(duì)控制的精度和快速響應(yīng)性有較高要求。驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)非線性系統(tǒng)[1]，為了實(shí)現(xiàn)控制器在最短時(shí)間內(nèi)對(duì)最佳滑轉(zhuǎn)率實(shí)現(xiàn)正確跟蹤，鑒于滑模變結(jié)構(gòu)控制算法具有不依賴非線性系統(tǒng)的精確模型，控制響應(yīng)快速度高等優(yōu)點(diǎn)，該文采取滑模變結(jié)構(gòu)控制算法[2-3]來(lái)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)防滑控制器。

3 仿真分析

在Matlab/simulink軟件中對(duì)所研究的驅(qū)動(dòng)防滑控制算法進(jìn)行仿真分析。整車質(zhì)量1 000 kg，車輪半徑為0.32 m，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為1.1 kg.m2。以冰雪路面作為研究對(duì)象，此路面下的最佳滑轉(zhuǎn)率為0.2，初始時(shí)給電機(jī)500 N·m的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)以使得驅(qū)動(dòng)輪容易發(fā)生滑轉(zhuǎn)，在無(wú)驅(qū)動(dòng)防滑控制情況下，車速和輪速輸出如圖2所示；在滑模驅(qū)動(dòng)防滑控制下，車速及轉(zhuǎn)速變化如圖3所示；有、無(wú)驅(qū)動(dòng)防滑控制兩中狀態(tài)下滑轉(zhuǎn)率對(duì)比如圖4所示。

從圖2中可以看出，在無(wú)驅(qū)動(dòng)防滑控制下，輪速遠(yuǎn)偏離車速，驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生了過(guò)度滑轉(zhuǎn)。從圖4中可以看出，無(wú)驅(qū)動(dòng)防滑控制下，驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率保持為0.8。針對(duì)驅(qū)動(dòng)輪在冰雪路面發(fā)生過(guò)度滑轉(zhuǎn)的情況進(jìn)行驅(qū)動(dòng)防滑控制，從圖3中可以看出，在滑模驅(qū)動(dòng)防滑控制下，輪速和車速之間保持收斂，未出現(xiàn)輪速遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離車速的情況；從圖4中也可以看出，在驅(qū)動(dòng)防滑控制下，驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率保持在0.2，實(shí)現(xiàn)了對(duì)冰雪路面最佳滑轉(zhuǎn)率的準(zhǔn)確跟蹤。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制問(wèn)題，研究了基于滑模變結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)防滑控制方法，并通過(guò)仿真分析進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)純電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)和使用具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

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