鄒 波， 譚 坤， 楊 剛， 唐 剛， 楊世春

(1.重慶鐵馬工業(yè)集團(tuán)軍品研究所，重慶 400050；2.北京航空航天大學(xué)，北京 100083)

特種車輛多輪分布式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

鄒 波1， 譚 坤1， 楊 剛1， 唐 剛1， 楊世春2

(1.重慶鐵馬工業(yè)集團(tuán)軍品研究所，重慶 400050；2.北京航空航天大學(xué)，北京 100083)

為建立適用于特種車輛的多輪分布式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以某6×6特種車輛為研究對(duì)象，分析了多輪分布式驅(qū)動(dòng)特種車輛的系統(tǒng)總體構(gòu)成及特點(diǎn)；將整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)劃分為驅(qū)動(dòng)控制、整車控制、駕駛員操縱、能量管理等幾個(gè)核心模塊，結(jié)合特種車輛實(shí)車特點(diǎn)，分別對(duì)各模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)及研究.并重點(diǎn)分析了多輪分布式電驅(qū)動(dòng)的整車控制方法、整車扭矩協(xié)調(diào)控制策略、驅(qū)動(dòng)力控制流程、電子差速控制模型及方法等.通過對(duì)多輪分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵功能模塊的建立和分析，完善了特種車輛多輪分布式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì).

車輛工程；混合動(dòng)力；分布式驅(qū)動(dòng)；電驅(qū)動(dòng)

電傳動(dòng)車輛成為未來車輛發(fā)展的方向已經(jīng)毋庸置疑.現(xiàn)階段，混合動(dòng)力汽車技術(shù)作為傳統(tǒng)汽車和電動(dòng)汽車之間的過渡解決方案成為未來汽車技術(shù)研究的重點(diǎn).而在特種車輛研究領(lǐng)域，為了充分發(fā)揮特種車輛多輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，一種采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接或通過減速器間接安裝在車輪上，構(gòu)成電動(dòng)輪邊分布式電驅(qū)動(dòng)形式成為新的研究方向.

多輪混合動(dòng)力分布式電驅(qū)動(dòng)特種車輛是一種串聯(lián)式混合動(dòng)力型式.其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布置靈活，節(jié)約整車空間等諸多優(yōu)點(diǎn).國(guó)外對(duì)于多輪分布式驅(qū)動(dòng)車輛進(jìn)行了深入的研究，已經(jīng)有多款驗(yàn)證車輛正在運(yùn)行.國(guó)內(nèi)科研單位也相應(yīng)進(jìn)行了初步驗(yàn)證性研究，清華大學(xué)[1]以分布式電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，提出一種基于路面附著的電動(dòng)汽車再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)防抱協(xié)調(diào)控制策略，北京理工大學(xué)利用控制器快速原型開發(fā)方法與自動(dòng)代碼生成技術(shù)構(gòu)建了分布式驅(qū)動(dòng)通信系統(tǒng)的軟件與硬件平臺(tái)[2]，同濟(jì)大學(xué)建立了分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車輪邊電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)各工況的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析[3].目前國(guó)內(nèi)的研究均處于理論模型階段，因此，有必要對(duì)分布式驅(qū)動(dòng)這一先進(jìn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)與驗(yàn)證，為下一代特種車輛的發(fā)展提供參考[4].

文中通過分析多輪分布式電驅(qū)動(dòng)特種車輛總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)整車多輪分布式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開展設(shè)計(jì)研究，對(duì)驅(qū)動(dòng)控制、整車控制、駕駛員操縱、能量管理等幾個(gè)核心模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，為后期的控制算法制定及動(dòng)力學(xué)模型建立構(gòu)建了總體平臺(tái).

1 分布式電驅(qū)動(dòng)總體系統(tǒng)構(gòu)成

文中所研究的分布式電驅(qū)動(dòng)總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示.車輛動(dòng)力系統(tǒng)由多個(gè)(這里以6輪為研究對(duì)象)電動(dòng)輪邊總成極其控制器、發(fā)電機(jī)組及控制器、整流器、動(dòng)力電池組及其管理系統(tǒng)和整車控制器組成.

整車各個(gè)控制單元和電控部件通過CAN總線進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)能量管理與動(dòng)力分配的協(xié)調(diào)控制.多輪分布式電驅(qū)動(dòng)特種車輛包含眾多的電控單元，各單元之間傳輸大量的狀態(tài)信息和控制指令，整車通訊網(wǎng)絡(luò)利用 CAN 總線技術(shù)將所有的控制單元有機(jī)的整合，實(shí)現(xiàn)信息共享，從而完成平臺(tái)的復(fù)雜智能控制和故障診斷功能.通過制定多輪綜合控制系統(tǒng)CAN通訊協(xié)議，開發(fā)多輪控制系統(tǒng)中電機(jī)控制、高壓電系統(tǒng)、電池管理控制接口模塊.

發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)以及整流器構(gòu)成發(fā)電機(jī)組，整車驅(qū)動(dòng)所需能量來自于發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池組.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，整流器將發(fā)電機(jī)組發(fā)出的交流電變換成直流電，動(dòng)力電池組也可相應(yīng)輸出直流電，并聯(lián)后送到直流母線(DC-BUS).直流母線上的電能一部分經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換器為車載低壓電氣系統(tǒng)供電，另一部分通過輪轂電機(jī)控制器將直流電變換成交流電輸入輪轂電機(jī).發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池組均可單獨(dú)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)供電，當(dāng)行駛車況要求提高車輛輸出功率則可經(jīng)發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池組同時(shí)供電.

圖1 多輪電驅(qū)動(dòng)車輛總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 驅(qū)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來驅(qū)動(dòng)車輛，是多輪分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的重要分系統(tǒng)之一.它的主要任務(wù)是接收整車控制器的指令，將能源系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)化為車輛的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)車輛，并在車輛制動(dòng)時(shí)把車輛的動(dòng)能再生為電能反饋到動(dòng)力電池組中以實(shí)現(xiàn)車輛的再生制動(dòng).所以，驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的選擇對(duì)于分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的使用性能有很大的影響.通常情況下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)除了要有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)制動(dòng)和能量回饋特性外，還要具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍寬、質(zhì)量小、效率高、體積小等特點(diǎn).為保證電機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍，最高轉(zhuǎn)速是基速的2倍以上，電機(jī)可以在四象限工作；為保證車輛良好的動(dòng)力性，要求電機(jī)具有良好的轉(zhuǎn)矩過載和功率過載能力，峰值轉(zhuǎn)矩一般為額定轉(zhuǎn)矩的2倍以上，峰值功率一般為額定功率的1.5倍以上，且峰值轉(zhuǎn)矩和峰值功率的工作時(shí)間一般都要求5 min以上.

驅(qū)動(dòng)控制模塊的程序幾種狀態(tài)模式如下圖2所示.

圖2 驅(qū)動(dòng)控制程序狀態(tài)模式

Power Up模式：控制器處在上電狀態(tài)，控制器檢測(cè)溫度信號(hào)、電壓信號(hào)是否異常.收到電機(jī)使能命令后，可進(jìn)入Stop模式.

Stop模式：控制器使能IGBT，控制器讀回旋變的偏移位置.控制器等待電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)命令，在外部命令下可進(jìn)入其他模式.

Resolver Calibration模式：控制器標(biāo)定旋轉(zhuǎn)編碼器的初始位置，將初始位置進(jìn)行存儲(chǔ).

Torque Loop模式：控制器進(jìn)入轉(zhuǎn)矩閉環(huán)模式.控制器接受外部轉(zhuǎn)矩指令，控制電機(jī)在允許范圍內(nèi)輸出對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩.

Speed Loop模式：控制器進(jìn)入轉(zhuǎn)速閉環(huán)模式.控制器接受外部轉(zhuǎn)速指令，控制電機(jī)在允許范圍內(nèi)輸出對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速.

3 整車控制模塊設(shè)計(jì)

在多輪分布式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)車輛中驅(qū)動(dòng)力分配、轉(zhuǎn)向、差速的一系列功能，均在整車控制器中予以實(shí)現(xiàn).為了充分發(fā)揮多輪驅(qū)動(dòng)車輛動(dòng)力輸出形式靈活、易于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)能量分配的優(yōu)勢(shì)，多輪電驅(qū)動(dòng)車輛通過設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)扭矩協(xié)調(diào)控制、電子差速策略，開發(fā)制動(dòng)能量回收算法，達(dá)到最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分配控制.在滿足駕駛員對(duì)驅(qū)動(dòng)力需求的前提下，達(dá)到整車性能最佳，并通過整車控制算法來豐富和完善車輛主動(dòng)安全系統(tǒng)的功能.

多輪分布式驅(qū)動(dòng)整車扭矩協(xié)調(diào)控制策略的設(shè)計(jì)主要包括驅(qū)動(dòng)力控制、橫擺力矩控制、直線行駛控制以及電子差速轉(zhuǎn)向的控制四個(gè)方面.多輪扭矩協(xié)調(diào)控制策略的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面.

1)對(duì)于多輪分布式電驅(qū)動(dòng)特種車輛直線行駛而言，在水平良好路面上不需要差速，只需要平均分配各個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩.驅(qū)動(dòng)車輪線速度相等，通過車輪轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量速度，將信號(hào)送入中央處理器.中央處理器比較左右兩輪的轉(zhuǎn)速，并通知電機(jī)控制器，平均分配各驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，這樣就保證了左右車輪轉(zhuǎn)速一致，從而進(jìn)行平穩(wěn)的純滾動(dòng).

多輪分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)整車的驅(qū)動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)車輛的驅(qū)動(dòng)功能并發(fā)揮獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，提高車輛的性能.整車控制器可以根據(jù)行駛要求及驅(qū)動(dòng)目標(biāo)選擇驅(qū)動(dòng)輪數(shù)，實(shí)現(xiàn)前驅(qū)、后驅(qū)以及全驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng).

表1 驅(qū)動(dòng)模式劃分

2)多輪驅(qū)動(dòng)車輛多個(gè)動(dòng)力源之間不存在機(jī)械部件間直接的制約，因此在控制策略和控制方法上必須保證兩驅(qū)動(dòng)輪間的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，多輪驅(qū)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制技術(shù)功能具體包括：對(duì)單電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制、整車輪/軸間的動(dòng)力的協(xié)調(diào)、多電機(jī)的同步協(xié)調(diào)控制，使得車輛在各種行駛條件下的安全行駛.

圖3 多輪分布式驅(qū)動(dòng)力控制流程

多輪分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)力分層控制系統(tǒng)總體流程如圖3所示.建立過程中采用了分層模塊化的思路，由上、中、下3層組成，其中上層為驅(qū)動(dòng)力、橫擺力矩制定層，中層為多目標(biāo)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)力分配層，下層為滑轉(zhuǎn)率控制層.各層模塊相對(duì)獨(dú)立，因此整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較完整清晰，便于根據(jù)實(shí)際需求對(duì)車輛仿真模型和控制算法程序做出相應(yīng)的調(diào)整，也為后期研究?jī)?nèi)容中的控制算法的改進(jìn)及性能驗(yàn)證提供了良好的平臺(tái).

3)當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，則繞轉(zhuǎn)向中心做圓周運(yùn)動(dòng)，前后及左右車輪相對(duì)同一轉(zhuǎn)向中心轉(zhuǎn)過的距離并不相等，欲使車輪實(shí)現(xiàn)無滑移的平穩(wěn)轉(zhuǎn)向，外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速必須大于內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)速，前輪轉(zhuǎn)速必須大于后輪轉(zhuǎn)速.整車控制器必須具備電差速轉(zhuǎn)向功能.下圖4所示為整車電差速控制示意圖.

圖4 電差速獨(dú)立轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制示意圖

電機(jī)位置傳感器將輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化量變?yōu)槟M量反饋給控制器，提高差速轉(zhuǎn)向的精度.通過方向盤轉(zhuǎn)角給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一個(gè)機(jī)械轉(zhuǎn)向角度，位移傳感器則安裝在轉(zhuǎn)向盤底部，把方向盤的轉(zhuǎn)角指令改變?yōu)殡娦盘?hào)模擬量輸入給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器，控制器接受位移傳感器輸入進(jìn)來的轉(zhuǎn)角信號(hào)，控制左右輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)預(yù)期的差速轉(zhuǎn)向，并且通過接受電機(jī)位置傳感器的反饋信號(hào)調(diào)整電子差速的轉(zhuǎn)向精度.

目前兩種常用的差速控制方法如下：

1)以整車質(zhì)心速度和方向盤轉(zhuǎn)角為參考，計(jì)算每個(gè)車輪繞轉(zhuǎn)向中心的線速度，進(jìn)而得出每個(gè)車輪需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過向電機(jī)控制器發(fā)出電壓指令實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而調(diào)整車輪轉(zhuǎn)速，合理的分配每個(gè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)車輪的純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向行駛.

2)根據(jù)輸入的整車速度和方向盤轉(zhuǎn)角，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩指令控制并使車輪轉(zhuǎn)速隨動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各車輪的自適應(yīng)差速.整車控制系統(tǒng)只是根據(jù)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)，而電動(dòng)輪系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速則由電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)輪系統(tǒng)的平衡點(diǎn)決定.

由于轉(zhuǎn)速控制方法響應(yīng)時(shí)間短，較為直觀方便，因此,文中在設(shè)計(jì)整車電差速功能時(shí),優(yōu)先采用了轉(zhuǎn)速控制方法.采用的Aekerman—Jeantand汽車轉(zhuǎn)向模型如下圖5所示[5].

圖5 Aekerman—Jeantand汽車轉(zhuǎn)向模型

模型采用方向盤作為輸入裝置，通過駕駛員輸入模擬電壓大小和方向，反映出相應(yīng)的整車轉(zhuǎn)向角δ，并以當(dāng)前車速V穩(wěn)定轉(zhuǎn)向?yàn)槟繕?biāo)，輸出轉(zhuǎn)向輪和非轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)速.轉(zhuǎn)向內(nèi)輪轉(zhuǎn)速稱為V1，轉(zhuǎn)向外輪轉(zhuǎn)速稱為V2，非轉(zhuǎn)向內(nèi)輪轉(zhuǎn)速為V3，非轉(zhuǎn)向外輪轉(zhuǎn)速為V4.

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：L為車輪軸距；W為兩輪間距離.

4 駕駛員操縱模塊設(shè)計(jì)

駕駛員的操縱意圖主要通過對(duì)操縱按鈕、手柄、踏板、方向盤等操縱裝置進(jìn)行操縱來體現(xiàn).整車控制器則根據(jù)駕駛員指令，對(duì)駕駛員操作的內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別，并同時(shí)解析車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)信號(hào)來判斷車輛狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際情況響應(yīng)駕駛員的操作信息，管理車輛上下電模式、運(yùn)行模式等，并優(yōu)化分配車輛驅(qū)動(dòng)輪數(shù)，保證車輛的動(dòng)力性能，協(xié)助駕駛員完成對(duì)多輪分布式驅(qū)動(dòng)車輛的控制[6].駕駛員操縱模塊設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面.

1)系統(tǒng)上下電模式管理

通過判斷點(diǎn)火鑰匙的位置判斷駕駛員開鑰匙的意圖，對(duì)車輛的鑰匙位置、低壓上電時(shí)序、高壓上電的過程進(jìn)行定義，鑰匙位置依據(jù)傳統(tǒng)車設(shè)計(jì)，有4種位置狀態(tài)，包括：OFF、ACC、ON、START.

2)動(dòng)力總成系統(tǒng)工作模式管理

綜合控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)多輪驅(qū)動(dòng)整車動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行模式、功能及狀態(tài)進(jìn)行管理，控制系統(tǒng)根據(jù)車速、油門踏板、剎車踏板和汽車的其他狀態(tài)來確定車輛運(yùn)行模式，并確定和管理不同運(yùn)行模式間的轉(zhuǎn)換.運(yùn)行模式包括了兩輪、四輪、六輪驅(qū)動(dòng).

3)加速意圖

駕駛員的加速意圖通過加速踏板來體現(xiàn)，加速踏板與驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)能力相關(guān)，并通過整車控制器關(guān)聯(lián)能源供給系統(tǒng)，并最終控制車輛的加速度與車速.從加速踏板的作用可以看出，駕駛員在駕駛車輛過程中的意圖可以通過加速踏板的動(dòng)作來反映，因此，研究駕駛員的駕駛意圖就有必要對(duì)加速踏板的動(dòng)作進(jìn)行分析[7].將加速踏板開至最大開度時(shí)定義為100%，未踩踏加速踏板時(shí)的開度定義0%，則加速踏板的開度范圍就為0% - 100%.

4)轉(zhuǎn)向意圖

多輪分布式電驅(qū)動(dòng)特種車輛采用傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向和電子差速轉(zhuǎn)向相結(jié)合的轉(zhuǎn)向方式，以提高車輛轉(zhuǎn)向的平順性.并且多輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式可改善車輛的牽引特性和滑移特性，拓寬車輛轉(zhuǎn)向半徑范圍.

在駕駛員與汽車所組成的一個(gè)人—車閉環(huán)系統(tǒng)中，駕駛員在駕駛汽車的過程中，會(huì)根據(jù)需要操縱方向盤使汽車作一定的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)[8].同時(shí)，汽車在行駛過程中還會(huì)受到路面凹凸?fàn)顩r、交通狀況、氣候狀況(側(cè)風(fēng)等)的影響而改變車輛的原來行駛方向，這時(shí)，駕駛員就要通過手(握住轉(zhuǎn)向盤)、眼睛(觀察到汽車的運(yùn)動(dòng))、身體(承受到的慣性力)及耳朵(聽到輪胎在地面滾動(dòng)時(shí)的聲音)等來感覺、檢測(cè)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及行駛方向，及時(shí)調(diào)整方向盤轉(zhuǎn)角來保證汽車能按照期望目標(biāo)行駛.而汽車方向盤是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中駕駛員的直接操縱部分[9].方向盤轉(zhuǎn)角的大小對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性具有較大影響[10].駕駛員通過對(duì)方向盤的操縱來將自己的意圖傳達(dá)給汽車轉(zhuǎn)向系，實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)向意圖.因此，正確辨識(shí)駕駛員意圖的前提就是要分析各方向盤轉(zhuǎn)角動(dòng)作.不同的汽車，其方向盤最大的轉(zhuǎn)動(dòng)角度大小不太相同.在其轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，駕駛員每改變一次方向盤到一定的位置就代表駕駛員對(duì)方向盤的一次動(dòng)作.一般駕駛過程中對(duì)方向盤的操縱都是在小轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)[11].

5)制動(dòng)意圖

制動(dòng)踏板就是限制汽車動(dòng)力的踏板，駕駛員通過腳踏制動(dòng)踏板進(jìn)行減速和停車操作.通過試驗(yàn)測(cè)量不同制動(dòng)工況下車輛在制動(dòng)過程中制動(dòng)踏板特性，也就是制動(dòng)踏板力、制動(dòng)踏板位移、制動(dòng)管路油壓和車速等物理量，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后分析采用不同參數(shù)及其組合進(jìn)行駕駛員制動(dòng)意圖識(shí)別的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定制動(dòng)踏板位移是進(jìn)行駕駛員制動(dòng)意圖識(shí)別的最佳參數(shù)，其不受駕駛員駕駛習(xí)慣的影響，易測(cè)量，并能真實(shí)反映出駕駛員的制動(dòng)意圖.駕駛員通過對(duì)制動(dòng)踏板的操作來產(chǎn)生作用到汽車上一定的制動(dòng)力，從而反映自己對(duì)車輛減速的意圖.

5 整車能量管理模塊設(shè)計(jì)

多輪分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電單元和用電單元眾多，電功率流動(dòng)復(fù)雜，各動(dòng)力部件需要協(xié)同工作，因此，通過合理有效的控制算法在各動(dòng)力部件之間實(shí)現(xiàn)電能的分配管理與協(xié)同控制是實(shí)現(xiàn)車輛良好性能的關(guān)鍵.如圖6為多輪電驅(qū)動(dòng)綜合能量管理示意圖.

圖6 綜合控制能量管理

多輪分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量分配與控制策略首先根據(jù)駕駛員操作和車輛運(yùn)行狀態(tài)確定車輛工作模式，不同的工作模式下對(duì)應(yīng)著各自相應(yīng)的電能分配與控制策略.控制系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)采集得到的回饋信息和駕駛員輸入信號(hào)來實(shí)時(shí)地分配動(dòng)力蓄電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和功率流動(dòng)，控制各部件協(xié)同工作，使車輛實(shí)現(xiàn)駕駛員的操作意圖的同時(shí)體現(xiàn)出良好的性能，而底層各子系統(tǒng)在接到整車控制器的上述指令之后各自進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)上層策略的目標(biāo)指令.

6 結(jié) 論

多輪分布式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成車輛能量管理、安全動(dòng)力學(xué)控制以及協(xié)調(diào)車輛各部件共同運(yùn)行等核心功能，對(duì)于車輛的正常、安全行駛發(fā)揮著不可替代的作用.本文對(duì)適用于特種車輛的多輪分布式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開展了設(shè)計(jì)研究.

1)基于整車總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析表明，多輪分布式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要可劃分為驅(qū)動(dòng)控制、整車控制、駕駛員操縱、整車能量管理等幾個(gè)核心模塊.通過對(duì)各個(gè)功能模塊的分析和建立，完善了多輪分布式電驅(qū)動(dòng)特種車輛整車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).為后期的控制算法制定及動(dòng)力學(xué)模型建立構(gòu)建了總體平臺(tái).

2)整車控制模塊以達(dá)到最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分配控制為目標(biāo).包括了驅(qū)動(dòng)扭矩協(xié)調(diào)控制、牽引力控制、橫擺力矩控制、直線行駛控制以及電子差速轉(zhuǎn)向的控制等內(nèi)容，在滿足駕駛員對(duì)驅(qū)動(dòng)力需求的前提下，達(dá)到整車性能最佳，并通過整車控制算法來豐富和完善車輛主動(dòng)安全系統(tǒng)的功能.

3)驅(qū)動(dòng)控制模塊是多輪分布式電驅(qū)動(dòng)車輛的重要分系統(tǒng)，是整車控制模塊的執(zhí)行層.其性能優(yōu)劣對(duì)于分布式電驅(qū)動(dòng)特種的總體使用性能有很大的影響，驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要具備啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍寬、質(zhì)量小、效率高、體積小等特點(diǎn).并具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)和能量回饋特性.

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ResearchonDistributedMulti-wheelElectric-driveSystemDesignforaSpecialVehicle

ZOU Bo1, TAN Kun1, YANG Gang1, TANG Gang1, YANG Shi-chun2

(1. Research center of special vehicles,Tiemaindustries corporation, Chongqing 400050, China;2. Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100191, China)

Taking a 6×6 special vehicle as a research object, its general structure and characteristics are analyzed for building its distributed multi-wheel electric-drive system. The driving system of the vehicle is divided into several core modules including the driving control, the vehicle control, the driver operation and the energy management of the vehicle. Combined with the features of the vehicle, each module is designed and studied respectively. The control method of the vehicle, the coordination control strategy of the torques, the control flow of the driving forces and the control model of its electronic differential are studied. Based on the established key functional modules, the design for the distributed electric-drive system of the vehicle is improved.

vehicle engineering; hybrid; distributed drive; electric drive

1009-4687(2017)04-0001-06

2017-08-20

重慶市科委應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目資助(cstc2013yykfb60003)

鄒 波(1984-)，男，高工，博士，研究方向?yàn)檐囕v總體技術(shù).

U463

A