馬浩軍,朱紹鵬,俞小莉,許印川,林　鼎

(浙江大學(xué) 動(dòng)力機(jī)械及車輛工程研究所,浙江 杭州 310027)

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考慮側(cè)傾運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)汽車電子差速控制

馬浩軍,朱紹鵬,俞小莉,許印川,林鼎

(浙江大學(xué) 動(dòng)力機(jī)械及車輛工程研究所,浙江 杭州 310027)

摘要:基于車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析,提出考慮車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)汽車(EV)電子差速控制策略.以自主開(kāi)發(fā)的后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車為研究對(duì)象,在CarSim中建立車輛模型,在Matlab/Simulink中建立電子差速控制模塊、滑轉(zhuǎn)率計(jì)算觀測(cè)模塊等,進(jìn)行聯(lián)合仿真.通過(guò)轉(zhuǎn)彎工況仿真測(cè)試,驗(yàn)證提出的電子差速控制策略能實(shí)現(xiàn)差力和差速功能.在移線工況和橫向坡度工況中,與不考慮側(cè)傾運(yùn)動(dòng)的電子差速控制策略進(jìn)行對(duì)比仿真試驗(yàn).仿真結(jié)果表明:提出的電子差速控制策略能更好地根據(jù)實(shí)際工況分配左、右輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,降低車輪的滑轉(zhuǎn)率.通過(guò)實(shí)車測(cè)試進(jìn)一步驗(yàn)證該策略的有效性.

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(EV)；電子差速；側(cè)傾運(yùn)動(dòng)；滑轉(zhuǎn)率

電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)汽車由于各輪驅(qū)動(dòng)力獨(dú)立、可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精確控制,具有明顯的整車動(dòng)力學(xué)控制優(yōu)勢(shì)[1-2],近年來(lái)成為電動(dòng)汽車領(lǐng)域的研究重點(diǎn).采用電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車缺少傳統(tǒng)的機(jī)械差速器,為了保證車輛可靠、高效行駛,必須對(duì)電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)汽車進(jìn)行電子差速控制[3].

從文獻(xiàn)分析可知,電子差速控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速或者轉(zhuǎn)矩[4-6].基于電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的電子差速控制策略本質(zhì)是對(duì)本來(lái)相互獨(dú)立的兩側(cè)車輪施加一個(gè)基于阿克曼模型的傳動(dòng)約束[7-8].這些約束都只進(jìn)行了靜態(tài)分析,沒(méi)有考慮輪胎滑轉(zhuǎn)、車廂側(cè)傾等影響,忽略了車輛轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的離心力和向心力,只適用于低速工況[9-10].實(shí)際系統(tǒng)稍有誤差,就會(huì)導(dǎo)致施加的這個(gè)約束與道路約束不能很好地吻合,會(huì)產(chǎn)生車輪滑轉(zhuǎn)等不穩(wěn)定現(xiàn)象,造成系統(tǒng)不穩(wěn)定,影響整車的操縱穩(wěn)定性和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的最大輸出[11].因此,近年來(lái)很多學(xué)者都著力研究基于電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的電子差速控制策略[12-13].

許多學(xué)者以輪胎滑轉(zhuǎn)率為控制目標(biāo)來(lái)制定左、右輪電機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩.葛英輝等[14]提出參考路面狀況和輪胎偏轉(zhuǎn)率,估算每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪在轉(zhuǎn)向時(shí)的目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率,基于每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率來(lái)分配轉(zhuǎn)矩的控制策略.靳立強(qiáng)等[15]提出將各個(gè)輪胎的滑轉(zhuǎn)率控制在穩(wěn)定區(qū)域的控制策略.趙艷娥等[16]提出基于滑?？刂频囊曰D(zhuǎn)率為控制量的電子差速控制策略.Sakhalkar等[17]提出以橫擺角速度為控制目標(biāo)來(lái)分配驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的控制方法.

無(wú)論是以滑轉(zhuǎn)率還是以橫擺角速度為控制目標(biāo)的控制策略,都不是直接從車輛動(dòng)力學(xué)本身出發(fā)來(lái)分配左、右輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,而是被動(dòng)調(diào)整車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).葛英輝等[18]基于車輛動(dòng)力學(xué)分析,考慮在離心力轉(zhuǎn)彎作用下,左、右車輪的垂直載荷會(huì)發(fā)生變化.該研究根據(jù)車輪垂直載荷變化對(duì)左、右輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了重新分配,實(shí)現(xiàn)差速控制,但僅僅考慮了在離心力作用下發(fā)生的垂直載荷側(cè)向轉(zhuǎn)移,并未考慮由于車輛質(zhì)心偏移產(chǎn)生的垂直載荷轉(zhuǎn)移,因此與車輛的實(shí)際行駛狀態(tài)有較大差異.

本文以車輛發(fā)生側(cè)傾時(shí)由質(zhì)心偏移產(chǎn)生的垂直載荷轉(zhuǎn)移為研究重點(diǎn),基于車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析,制定出考慮質(zhì)心偏移因素在內(nèi)的電動(dòng)汽車電子差速控制策略.建立電子差速聯(lián)合仿真系統(tǒng),進(jìn)行轉(zhuǎn)彎工況和移線工況仿真分析,驗(yàn)證考慮側(cè)傾的電子差速控制策略的有效性.另外,還與不考慮側(cè)傾的電子差速進(jìn)行對(duì)比分析,證明本文所提策略更加符合實(shí)際車輛運(yùn)行工況,更能避免車輪打滑.

1考慮側(cè)傾的電子差速控制方法

1.1車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析

車輛在水平路面上直線正常行駛時(shí),左、右車輪的垂直載荷大體上是相等的,而在轉(zhuǎn)彎時(shí),垂直載荷會(huì)發(fā)生側(cè)向轉(zhuǎn)移,外側(cè)車輪垂直載荷變大,內(nèi)側(cè)車輪垂直載荷變小,導(dǎo)致左、右車輪輪胎的側(cè)偏特性產(chǎn)生變化.此時(shí), 若不對(duì)內(nèi)、外車輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行重新分配,輪胎的磨損將加重,嚴(yán)重時(shí)很有可能發(fā)生滑轉(zhuǎn).

圖1　水平路面上車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)車廂側(cè)傾模型Fig.1　Vehicle rolling model of turning on horizontal road

1)簧上質(zhì)量離心力引起的載荷轉(zhuǎn)移．

當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí),后懸架簧上質(zhì)量ms的離心力引起的側(cè)向轉(zhuǎn)移的垂直載荷為

(1)

式中：L1為車廂質(zhì)心至前軸距離,L2為軸距,v為速度,L3為輪距.后懸架簧上質(zhì)量ms為車廂質(zhì)量m按其質(zhì)心所在位置分配到后懸架計(jì)算所得,轉(zhuǎn)彎半徑r如圖2中的Ackerman轉(zhuǎn)向模型所示：

(2)

式中： θ為前輪平均轉(zhuǎn)向角,L4為車廂質(zhì)心至后軸距離.

圖2　Ackerman轉(zhuǎn)向模型Fig.2　Ackerman steering model

2)簧下質(zhì)量離心力引起的載荷轉(zhuǎn)移．

當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí),后懸架簧下質(zhì)量mus的離心力引起的側(cè)向轉(zhuǎn)移的垂直載荷為

(3)

式中：hu取車輪滾動(dòng)半徑.

3)簧上質(zhì)心偏移引起的載荷轉(zhuǎn)移．

車廂側(cè)傾后,簧上質(zhì)心ms發(fā)生偏移,車廂重力msg會(huì)引起側(cè)傾力矩.msg引起的側(cè)傾力矩與和車廂相連的懸架產(chǎn)生的恢復(fù)力矩T相等,因此,由簧上質(zhì)心偏移引起的側(cè)向轉(zhuǎn)移的垂直載荷如下式所示：

(4)

式中：K為后懸架側(cè)傾角剛度,φr為車廂側(cè)傾角,φ0為路面橫向坡度角(在水平路面上φ0=0).

由汽車動(dòng)力學(xué)分析可知,后驅(qū)車輛在水平路面上靜止或直行時(shí),兩后輪的垂直載荷相同,如下式所示：

(5)

轉(zhuǎn)彎時(shí)左、右驅(qū)動(dòng)后輪的載荷FN3、FN4分別為

FN3=FNb-(ΔFN1+ΔFN2+ΔFN3),

(6)

FN4=FNb+(ΔFN1+ΔFN2+ΔFN3).

(7)

1.2電子差速控制方法

驅(qū)動(dòng)輪的附著率Ci是表明車輛附著性能的一個(gè)重要指標(biāo),是車輛在良好路面上行駛,在車輪不打滑的情況下,能發(fā)揮最大驅(qū)動(dòng)力所要求的最低地面附著系數(shù)[19]：

(8)

式中：Fi為輪胎縱向力,FNi為輪胎垂直載荷,i表示輪胎次序：i=1表示左前輪，i=2表示右前輪，i=3表示左后輪，i=4表示右后輪.

本文針對(duì)僅后輪裝備電動(dòng)輪的電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)電子差速方案,以轉(zhuǎn)彎時(shí)保證左、右兩后驅(qū)動(dòng)輪的附著率C3、C4相等為目標(biāo),并以此為依據(jù)分配兩輪的驅(qū)動(dòng)力,可得左右后輪驅(qū)動(dòng)力之比R：

(9)

這樣可使得車輛發(fā)生滑轉(zhuǎn)的可能性減到最小.把式(1)～(7)代入式(9)得轉(zhuǎn)矩比R為v、θ和φr的函數(shù)：

(10)

由此可計(jì)算轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)內(nèi)外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)矩差ΔT及內(nèi)、外側(cè)車輪目標(biāo)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T3、T4：

(11)

T3=Tm-ΔT,T4=Tm+ΔT.

(12)

式中：Tm為駕駛員施加的期望轉(zhuǎn)矩,由油門踏板行程決定.

2電子差速聯(lián)合仿真系統(tǒng)建模

本文提出的電子差速聯(lián)合仿真系統(tǒng)如圖3所示,具體程序框圖見(jiàn)圖4.其中，wi為車輪角速度，ri為車輪滾動(dòng)半徑，vi為車輪切向速度.電子差速聯(lián)合仿真系統(tǒng)由電機(jī)模型、CarSim車輛模型、駕駛員模型、“人-車-路”狀態(tài)觀測(cè)模型、電子差速控制模塊、滑轉(zhuǎn)率計(jì)算觀測(cè)模塊組成.“人-車-路”狀態(tài)觀測(cè)模型實(shí)時(shí)觀測(cè)車輛速度v,前輪平均轉(zhuǎn)向角θ和車廂側(cè)傾角φr,并實(shí)時(shí)接收駕駛員輸入的方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)δs和油門踏板行程Sac；計(jì)算出車輪期望驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tm,并把相關(guān)參數(shù)傳遞至電子差速控制模塊、滑轉(zhuǎn)率計(jì)算觀測(cè)模塊.電子差速控制模塊算出左右后輪的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T3、T4,經(jīng)電機(jī)模型后傳遞至CarSim車輛模型的左、右后輪,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車輛的電子差速功能.電子差速聯(lián)合仿真中的電機(jī)模型、CarSim車輛模型、駕駛員模型、“人-車-路”狀態(tài)觀測(cè)模型可參考文獻(xiàn)[20-21],不再贅述.2.1節(jié)、2.2節(jié)將分別介紹電子差速控制模塊與滑轉(zhuǎn)率計(jì)算觀測(cè)模塊.

圖3　電子差速聯(lián)合仿真系統(tǒng)Fig. 3　Co-simulation system of electronic differential

圖4　Simulink-CarSim聯(lián)合仿真程序框圖Fig. 4　Block diagram of Simulink-CarSim co-simulation system

2.1電子差速控制模塊

圖5　電子差速控制模塊結(jié)構(gòu)圖Fig.5　Structure diagram of electronic differential control module

根據(jù)1.2節(jié)電子差速控制方法建立了電子差速控制模塊如圖5所示.通過(guò)前輪平均轉(zhuǎn)向角θ、車速v和側(cè)傾角φr計(jì)算垂直載荷的側(cè)向轉(zhuǎn)移ΔFN1、ΔFN2和ΔFN3,進(jìn)而可以計(jì)算出左、右后輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比R,再結(jié)合期望驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tm得到左、右后輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩差ΔT,最后將左右車輪目標(biāo)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T3、T4分配到相應(yīng)車輪的電機(jī)模型.

2.2滑轉(zhuǎn)率計(jì)算觀測(cè)模塊

本文研究的考慮側(cè)傾的電子差速控制方法,以轉(zhuǎn)彎時(shí)保證兩驅(qū)動(dòng)輪的附著率相等為目標(biāo),并以此為依據(jù)分配兩輪的驅(qū)動(dòng)力,從而使得車輛發(fā)生滑轉(zhuǎn)的可能性減到最小,而滑轉(zhuǎn)率作為輪胎工作狀態(tài)的重要指標(biāo),可以反映出輪胎的滑轉(zhuǎn)情況,進(jìn)而判斷控制方法的有效性[22].在驅(qū)動(dòng)情況下滑轉(zhuǎn)率的計(jì)算公式為

(13)

式中：vwi為車輪輪邊速度，ri為車輪滾動(dòng)半徑[23],而vi的計(jì)算公式為

(14)

其中，vxi為車輪縱向速度，vyi為車輪側(cè)向速度，αi為車輪偏轉(zhuǎn)角.因此左、右后輪的切向速度計(jì)算公式為

v3=[(vx-L3γ/2)2+(vy-L4γ)2]1/2cosα3,

(15)

v4=[(vx+L3γ/2)2+(vy-L4γ)2]1/2cosα4.

(16)

式中：vx為汽車縱向速度,vy為汽車側(cè)向速度,γ為車輛橫擺角速度,可由車輪軌跡角ηi和側(cè)傾轉(zhuǎn)向角θi的差得出：

αi=ηi-θi,i=3,4.

(17)

圖6　后輪轉(zhuǎn)向模型俯視圖Fig. 6　Top view of rear wheel steering

根據(jù)圖6所示的后輪動(dòng)力學(xué)模型,小轉(zhuǎn)向時(shí)車輪軌跡角ηi可近似為

(18)

由于考慮車身側(cè)傾運(yùn)動(dòng),在側(cè)傾作用下車廂發(fā)生側(cè)傾,由車廂側(cè)傾所引起后輪繞垂直于地面軸線的轉(zhuǎn)動(dòng),即車輪轉(zhuǎn)向角的變動(dòng),稱為側(cè)傾轉(zhuǎn)向[24].左右后輪側(cè)傾轉(zhuǎn)向角計(jì)算公式如下：

θi=Krrφr,i=3,4.

(19)

式中：Krr為后側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù),φr為側(cè)傾角.

基于式(13)～(19),建立滑轉(zhuǎn)率計(jì)算觀測(cè)模塊,如圖7所示,可以精確實(shí)時(shí)地獲得車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率λi,對(duì)車輛行駛狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控.

圖7　滑轉(zhuǎn)率計(jì)算觀測(cè)模塊結(jié)構(gòu)圖Fig.7　Structure diagram of slip rate observation and calculation module

3電子差速仿真分析

為了驗(yàn)證考慮側(cè)傾因素的電子差速控制效果,基于搭建的電子差速聯(lián)合仿真系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎工況、移線工況和橫向斜坡工況的仿真分析.聯(lián)合仿真中電機(jī)[25]和整車的具體參數(shù)見(jiàn)表1和2.其中，L0為車長(zhǎng)，W0為車寬，H0為車高，δ為轉(zhuǎn)向比，I為車輛繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.

表1　電機(jī)及控制系統(tǒng)參數(shù)

表2后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車整車參數(shù)

Tab.2Vehicle parameters of rear-wheel-independent-driving electric vehicle

參數(shù)數(shù)值L0×W0×H0/mm33826×1640×1446m(滿載)/kg1470δ5.6L2/mm2385L3/mm1430h/mm500L1/mm1193L4/mm1192I/(kg·m2)1500輪胎型號(hào)185/65R14

3.1考慮側(cè)傾的電子差速控制仿真分析

3.1.1高附著路面轉(zhuǎn)彎工況仿真模擬車輛在高附著平坦路面上(附著系數(shù)φ=0.85)左轉(zhuǎn)彎,進(jìn)行2種轉(zhuǎn)彎工況仿真：低速大轉(zhuǎn)彎工況(車速30 km/h,方向盤轉(zhuǎn)角為200°),高速小轉(zhuǎn)彎工況(車速80 km/h,方向盤轉(zhuǎn)角為50°),具體仿真結(jié)果見(jiàn)圖8.

圖8　高附著路面左轉(zhuǎn)彎仿真結(jié)果Fig.8　Simulation results of left turning on high adhesive road

由仿真結(jié)果可以看出,在不同速度下,當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角從0開(kāi)始上升時(shí),內(nèi)側(cè)左后輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小,外側(cè)右后輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大,同時(shí)左后輪實(shí)際切向速度減小,右后輪實(shí)際切向速度增大,并伴隨著車輛行駛速度的緩慢衰減而衰減.仿真結(jié)果表明,在低速大轉(zhuǎn)彎和高速小轉(zhuǎn)彎2種工況下,考慮側(cè)傾的電子差速控制都能實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的差力和差速功能.

3.1.2低附著路面移線工況仿真模擬車輛在低附著平坦路面上(φ=0.50)進(jìn)行移線,進(jìn)行2種工況仿真：低速移線工況(車速30 km/h,方向盤轉(zhuǎn)角最大值為200°),高速移線工況(車速80 km/h,方向盤轉(zhuǎn)角最大值為50°).

由圖9的移線仿真結(jié)果來(lái)看,在低附著路面上以不同速度進(jìn)行移線時(shí),內(nèi)側(cè)左后輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和切向速度都先減小,然后增大到最大值,接著減小至正常值；而外側(cè)右后輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩先增大,然后減小至最小值,接著恢復(fù)至正常值.仿真結(jié)果表明,在低附著路面上考慮側(cè)傾的電子差速控制仍具有良好的差力和差速功能.

圖9　低附著路面移線仿真結(jié)果Fig.9　Simulation results of lane change on low adhesive road

圖10　移線工況對(duì)比仿真結(jié)果Fig.10　Single lane change simulation comparison results

3.2與不考慮側(cè)傾的電子差速控制對(duì)比分析

3.2.1在水平路面移線工況比較由第1章分析可知,與不考慮側(cè)傾因素的電子差速控制相比,考慮側(cè)傾的電子差速控制策略由于考慮簧上質(zhì)心偏移產(chǎn)生的垂直載荷側(cè)向轉(zhuǎn)移,使得左、右車輪的附著率更加接近,即車輪打滑的可能性降到最低.為了驗(yàn)證考慮側(cè)傾的電子差速控制更能降低車輪打滑的可能性,對(duì)移線工況仿真中的車輪垂直載荷、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行分析.模擬車輛在高附著水平路面上(φ=0.85)以30 km/h的車速行駛,3 s之后對(duì)方向盤施加200°往復(fù)轉(zhuǎn)向操作.考慮和不考慮側(cè)傾因素的電子差速仿真結(jié)果如圖10所示.

由圖10(a)～(c)可知,與不考慮側(cè)傾的電子差速相比,考慮了側(cè)傾的電子差速控制策略計(jì)算出的左右車輪垂直載荷更接近車輛的實(shí)際載荷分布,由此制定出的左、右后車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的差力效果更明顯,最大差值達(dá)到45 Nm.由圖10(d)可知,在考慮了側(cè)傾因素的差速控制下,左、右后車輪的滑轉(zhuǎn)率更加接近,而且,不考慮側(cè)傾因素情況下的車輪滑轉(zhuǎn)率最大值明顯要大于考慮側(cè)傾后車輪的滑轉(zhuǎn)率,即更容易發(fā)生滑轉(zhuǎn).

3.2.2橫向斜坡路面工況比較車輛不僅僅在轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)產(chǎn)生側(cè)傾,在具有橫坡度的路面上行駛時(shí),也會(huì)發(fā)生側(cè)傾.為了驗(yàn)證所提出的控制策略同樣適用于斜坡工況,模擬車輛在如圖11所示的高附著路面上(φ=0.85)以30 km/h的速度行駛.

當(dāng)車輛在橫向斜坡上行駛時(shí),在考慮了側(cè)傾因素的差速控制下,由圖12(a)可知,左、右兩輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的差力效果非常明顯.從圖12(b)可以看出,在考慮了側(cè)傾因素后,雖然右后輪的滑轉(zhuǎn)率比不考慮側(cè)傾因素有所增大,但左后輪的滑轉(zhuǎn)率明顯減小,左、右車輪滑轉(zhuǎn)率更接近,出現(xiàn)打滑現(xiàn)象的可能性降低.因此,考慮了側(cè)傾因素的電子差速控制策略在斜坡上起到了很好的差力及防打滑作用.

圖11　橫向斜坡路面示意圖Fig.11　Diagram of lateral slope road

圖12　橫向斜坡工況仿真結(jié)果Fig.12　Simulation results of lateral slope road

4考慮側(cè)傾的電子差速實(shí)車試驗(yàn)

圖13　考慮側(cè)傾的電子差速控制策略實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果Fig.13　Experimental test results of electronic differential control stategy considering rolling movement

為了進(jìn)一步驗(yàn)證所提出的考慮側(cè)傾運(yùn)動(dòng)的電子差速控制策略,將該控制策略應(yīng)用于自主開(kāi)發(fā)的后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車上,在較好的水泥路面上進(jìn)行實(shí)車左轉(zhuǎn)彎試驗(yàn).試驗(yàn)過(guò)程中駕駛員操縱的方向盤轉(zhuǎn)角如圖13(a)所示,左、右輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩如圖13(b)所示,左、右輪切向速度和車速信號(hào)如圖13(c)所示.由圖13(b)可得,在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中,即圖中的5～10 s過(guò)程中,左輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩變小,右輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩變大.同時(shí),由圖13(c)可得,左輪切向速度變小,右輪切向速度變大,即考慮側(cè)傾運(yùn)動(dòng)的電子差速控制在實(shí)車測(cè)試中實(shí)現(xiàn)了很好的差力和差速控制效果.

5結(jié)論

(1)考慮側(cè)傾的電子差速控制策略在不同車速、不同附著系數(shù)路面上進(jìn)行的轉(zhuǎn)彎與移線工況中,都能實(shí)現(xiàn)左右輪較好的差力差速效果,提高了車輛的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性及機(jī)動(dòng)性.

(2)與不考慮側(cè)傾的電子差速控制相比,考慮側(cè)傾的電子差速控制在移線工況和橫向斜坡上都降低了車輪滑轉(zhuǎn)率的最大值,并使得左、右車輪的滑轉(zhuǎn)率趨近,即降低了車輪打滑的可能性.

(3)將設(shè)計(jì)的考慮側(cè)傾因素的電子差速控制策略應(yīng)用于自主開(kāi)發(fā)的后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車上,通過(guò)實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證了該控制策略具有明顯的差力及差速控制效果.

本文提出的考慮側(cè)傾的電子差速控制策略不能起到徹底防滑作用，因此,今后的研究將探討電子差速與驅(qū)動(dòng)防滑的集成控制,提出適應(yīng)多種復(fù)雜工況的更加完善的車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定控制系統(tǒng).

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DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2016.03.022

收稿日期：2015-02-06.

基金項(xiàng)目：浙江省2013年度重大科技專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2013C01001)；浙江省電動(dòng)汽車科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目(2011R50008-12).

作者簡(jiǎn)介：馬浩軍(1990-)，男，碩士生，從事新能源車輛的動(dòng)力學(xué)分析、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究. ORCID：0000-0002-7436-3432. E-mail：mahj@zju.edu.cn. 通信聯(lián)系人：朱紹鵬，女，副教授. ORCID：0000-0002-5179-3894. E-mail：spzhu@zju.edu.cn.

中圖分類號(hào)：U 463.1; TP 391.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-973X(2016)03-08-0566

Electronicdifferentialcontrolconsideringrollingmovementforelectricvehicles

MAHao-jun,ZHUShao-peng,YUXiao-li,XUYin-chuan,LINDing

(Power Machinery and Vehicular Engineering Institute, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)

Abstract:The electronic differential control strategy considering rolling movement for electric vehicle (EV) was proposed based on the analysis of vehicle rolling movement. A vehicle model was built in CarSim according to the rear-wheel-independent-driving EV, which was developed independently. An electronic differential control module and a slip rate observation and calculation module were built in MATLAB/Simulink. The simulation under turning conditions was done to verify that the proposed electronic differential control strategy could implement differential force and speed functions. The comparing simulation against the electronic differential control without rolling consideration was carried out under the lane change and lateral slope road conditions. The simulation results indicated that the proposed electronic differential control strategy could better distribute driving force to the left and right rear wheels according to the real driving conditions and reduce the slip rate of wheels. The experimental test was done to further verify the effectiveness of the proposed strategy.

Key words:electric vehicle (EV); electronic differential; roll movement; slip rate