雷金平 / 陜西東銘車輛系統(tǒng)股份有限公司

淺析純電動汽車驅(qū)動防滑控制

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本文將電動汽車作為研究對象，并對其建立動力學模型，然后介紹了電動汽車的防滑控制方法，更具防滑控制方法設(shè)計PID與模糊驅(qū)動防滑控制器，并查看此種方法的效果，得出結(jié)論此方式能夠在很短的時間內(nèi)是滑移率趨近于零。

電動汽車；防滑控制；PID控制；模糊控制

引言

由于我國發(fā)展迅速，帶來的環(huán)境影響加劇，為防止環(huán)境問題繼續(xù)加劇，電動汽車的研制得到國家的大力扶持，并且世界上很多公司都在研制電動汽車，電動汽車成為了世界的焦點。隨著電動汽車的防滑控制也成為了熱點，驅(qū)動防滑控制是通過改變輪胎上的制動力或者是發(fā)電機上的轉(zhuǎn)矩來達到控制驅(qū)動力，進而防止出現(xiàn)車輪的動力大于輪胎和地表的摩擦力，并且有效的控制車輪的驅(qū)動力還能夠很好的掌控電動汽車的穩(wěn)定性以及操作性。

1.電動汽車防滑控制原理

驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)是一種有效減小電動汽車在驅(qū)動過程中發(fā)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象的控制系統(tǒng)，進而保證電動汽車的安全駕駛。通過大量的實驗證明，電動汽車發(fā)生滑轉(zhuǎn)的概率和道路的摩擦系數(shù)有關(guān)系。為有效的避免在驅(qū)動時出現(xiàn)滑移的現(xiàn)象，有效的控制滑移率是十分有必要的。

滑移率s計算公式：

其中：vx為車輪速度，km/h；va為車速，km/h。

摩擦系數(shù)為μ，通過實驗證明在兼顧電動汽車的穩(wěn)定性、動力性的同時，在保證高的安全系數(shù)情況下，車輪的滑移率應(yīng)該有效的掌控在0.1～0.3之間，這樣電動汽車既有良好的動力性又有很好的側(cè)向穩(wěn)定性。通過對滑移率的控制可以影響摩擦因素的大小，本文重點考慮滑移率對縱向摩擦因數(shù)的影響。電動汽車的驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)充分的利用縱向摩擦系數(shù)μ與滑移率s的關(guān)系，通過合理的控制，將滑移率s控制在0.1～0.3之間。

2.電動汽車數(shù)學模型

2.1 本文應(yīng)用最為先進的永磁無刷直流電機，直流電機的參數(shù)見表1和表2。

2.2 電機的選擇

依據(jù)車速計算電機最大功率Pmax（kW），

Ff為滾動阻力，單位為牛頓；f為滾動阻力系數(shù)，G=Mg，M為滿載總質(zhì)量（KG），α為阻力角；為空氣阻力系數(shù)，A為迎風面積，單位為平方米。

根據(jù)式（2）代入電動汽車參數(shù)，得到最大功率Pmax為32.9 kW，因此選用兩臺額定功率為17KW的電機就可以滿足要求。

表1 車輛參數(shù)

2.3 永磁無刷直流電機模型

本文選用直流電機是因為設(shè)想的控制不是十分的復雜。永磁無刷直流電機具有很大哦哦能量密度以及效率，所以是應(yīng)用較為廣泛的電機。

2.4 滑移率計算模型

電動汽車驅(qū)動的防滑系統(tǒng)是依靠控制滑移率s來控制車輛的穩(wěn)定性的，然而滑移率s是依據(jù)汽車速度va與車輪vx速度之間的計算公式得到的，如果發(fā)生滑移的現(xiàn)象，那么輪速一定會超過車速的，這時滑移率就可以直接用公式（1）來表示。

3 通過計算得到驅(qū)動防滑控制結(jié)果并對其進行分析

3.1 PID控制器設(shè)計

PID控制器設(shè)計的關(guān)鍵因素是設(shè)計合理的比例參數(shù)Kp、微分系數(shù)Kd、積分系數(shù)Ki的值，只有這三個參數(shù)的值設(shè)計的最為合理才能得到最優(yōu)的結(jié)果，我們可以依據(jù)多年工作經(jīng)驗，多次選取參數(shù)，總結(jié)參數(shù)之間的相互影響，最終得出最優(yōu)參數(shù)。

設(shè)定輪胎參數(shù)模型，假設(shè)車輛駕駛在混凝土道路上，摩擦系數(shù)選取為0.95，通過計算滑移率和摩擦系數(shù)隨之間的關(guān)系，通過計算可以得到在0.2s以內(nèi)滑移率和摩擦系數(shù)的浮動很大；在0.2s之后，滑移率基本就穩(wěn)定在最優(yōu)滑移率15%，并且摩擦系數(shù)基本平穩(wěn)在最大摩擦系數(shù)0.95。車速隨時間增加，但是達到2.5秒后輪速已經(jīng)達到最大值，這時車速趨于平穩(wěn)，車速基本上為輪速，車速與輪速的差值為0，則這時的滑移率同樣也是0；3.5秒后車速與輪速基本相同，這時驅(qū)動防滑控制結(jié)束，滑移率為0。

3.2 模糊控制器

模糊控制器是將經(jīng)驗輸入到控制工程中，通過經(jīng)驗仿照人的思考模式，并且利用大量的數(shù)據(jù)去推導，然后做出判斷，得到良好的結(jié)果。模糊控制是將實際的數(shù)字轉(zhuǎn)化為一個隸屬函數(shù)，通過模糊控制準則，做出模糊推理，最后得到模糊輸出隸屬函數(shù)，之后再找到準確值，用這個準確值做控制量，隨后輸入到執(zhí)行器上去完成。

設(shè)定輪胎參數(shù)模型，假設(shè)車輛駕駛在混凝土道路上，摩擦系數(shù)選取為0.95，通過計算可以得到在0.2s以內(nèi)滑移率和摩擦系數(shù)的浮動很大；在0.15s之后，滑移率基本就穩(wěn)定在最優(yōu)滑移率15%，并且摩擦系數(shù)基本平穩(wěn)在最大摩擦系數(shù)0.95。車速隨時間增加，但是達到2.5秒后輪速已經(jīng)達到最大值，這時車速趨于平穩(wěn)，車速基本上為輪速，車速與輪速的差值為0，則這時的滑移率同樣也是0；3.5秒后車速與輪速基本相同，這時驅(qū)動防滑控制結(jié)束，滑移率為0。

4.結(jié)論

本文對PID控制和模糊控制兩種理論方式進行比較，通過最終得到的結(jié)果分析，得出兩種控制方式都能夠在大概3秒左右就使滑移率趨近于0，進而使電動汽車達到最優(yōu)的狀態(tài)。這兩種方法還是存在細微差別的，與模糊控制理論相比，PID控制系統(tǒng)的過渡時間波動幅度很小，其過渡時間為0.2秒，然而模糊控制的過渡時間僅僅只有0.15秒，與PID控制相比，模糊控制的過渡時間很短。對于純電動汽車在選取防滑控制器時要參考電動汽車的性能指標，進而選擇合理有效的控制策略，最終得到最優(yōu)的防滑控制系統(tǒng)，保證電動汽車的穩(wěn)定性，保證駕駛?cè)藛T的安全。

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