王劍波，彭清祥，吳罕奇，徐 陽

（三一重工股份有限公司，湖南長沙 410100）

在雙側(cè)電機獨立驅(qū)動的電傳動車輛中，左右兩側(cè)電機分別驅(qū)動兩側(cè)主動輪，取消了轉(zhuǎn)向和變速機構(gòu)，通過實施控制兩側(cè)驅(qū)動電機動力輸出實現(xiàn)車輛直線行駛和轉(zhuǎn)向[1]。由于兩側(cè)主動輪之間不存在機構(gòu)約束，使得車輛在直線行駛工況下有可能兩側(cè)主動輪到轉(zhuǎn)速不同而導致車輛直線跑偏。直線行駛穩(wěn)定性是衡量電傳動車輛的一項重要指標[2]。本文通過對左右兩側(cè)驅(qū)動電機的PID參數(shù)進行自整定，達到對雙電機進行協(xié)同控制、提高車輛的直線行駛穩(wěn)定性的目的。

1 采用雙電機驅(qū)動系統(tǒng)的電傳動車輛系統(tǒng)構(gòu)成

圖1為電傳動車輛雙電機驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成，主要由高壓部分和低壓部分組成[3]。高壓部分由發(fā)動機-發(fā)電機組、左/右驅(qū)動電機、左/右電機控制器、動力電池組、高壓配電盒、DCDC轉(zhuǎn)換模塊等組成；低壓部分包括DC24V鉛酸蓄電池、整車低壓電器、整車控制器、發(fā)動機控制ECU、發(fā)電機控制器GCU、電池管理系統(tǒng)BMS、DCDC控制模塊等，通過高速CAN總線實現(xiàn)各模塊間的實時數(shù)據(jù)通訊。

圖1 電傳動車輛雙電機驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成

整車控制器根據(jù)整車運行狀態(tài)、電池組能量狀態(tài)、操作員操作意圖、高壓系統(tǒng)安全策略等計算左右兩側(cè)驅(qū)動輪的驅(qū)動力輸出，向左右驅(qū)動電機控制器發(fā)送目標轉(zhuǎn)矩和目標轉(zhuǎn)速，從而分別控制左右兩側(cè)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。整車控制器和電池管理系統(tǒng)實施進行數(shù)據(jù)交換，監(jiān)控整車能量狀態(tài)，控制發(fā)動機和發(fā)電機控制器，實現(xiàn)整車高效能量管理。

2 雙閉環(huán)行駛控制系統(tǒng)

本文采用的雙電機獨立驅(qū)動的電傳動車輛的行駛控制系統(tǒng)為雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，控制框圖如圖2所示。整車控制器是整車的核心控制單元，它通過CAN總線，與左右兩側(cè)電機控制器進行高速數(shù)據(jù)通訊[4]。整車控制器通過采集到的加速、制動、轉(zhuǎn)向、檔位信號，計算出左右兩側(cè)驅(qū)動電機下一時刻的控制目標轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，并通過CAN總線發(fā)送給兩側(cè)驅(qū)動電機控制器；左/右驅(qū)動電機控制器分別根據(jù)接收到的控制目標轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，并與反饋的實際轉(zhuǎn)速進行比較，通過PID實時調(diào)節(jié)車體左/右側(cè)驅(qū)動電機的實際轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)左/右驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速的閉環(huán)調(diào)節(jié)，確保左/右側(cè)驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速跟隨目標轉(zhuǎn)速。

由于雙電機驅(qū)動形式取消了傳統(tǒng)的機械式差速器，所以保證車輛能夠正常直線行駛的核心就是雙電機的轉(zhuǎn)速一致性。直線行駛時，整車控制器同時監(jiān)控左右兩側(cè)驅(qū)動電機實際轉(zhuǎn)速，當兩側(cè)驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速差超出設定范圍時，通過轉(zhuǎn)矩補償控制策略，實時調(diào)整左右兩側(cè)驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)速低的一側(cè)增加轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速高的另一側(cè)減小轉(zhuǎn)矩），從而實現(xiàn)左右兩側(cè)電機轉(zhuǎn)速同步的協(xié)同控制。

3 PID參數(shù)自整定控制算法

為了進一步提高車輛的直線行駛穩(wěn)定性，本文對左右兩側(cè)驅(qū)動電機的PID參數(shù)進行自整定。PID控制中一個至關(guān)重要的問題是控制器的參數(shù)整定問題，即三參數(shù)（比例系數(shù)、積分時間、微分時間）的整定，整定的好壞不但會影響到控制質(zhì)量，而且還會影響到控制器的魯棒性。此外，由于現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中存在著非線性和不確定性，這些因素能造成模型參數(shù)或模型結(jié)構(gòu)的變化，使得原來整定的參數(shù)無法保證系統(tǒng)繼續(xù)良好工作，這就要求PID控制器具有在線修正參數(shù)的功能[5]。

本文采用基于Gauss算法的PID參數(shù)自整定控制策略[6]，比例系數(shù)P與偏差（目標值與實際值的差值）成正比關(guān)系，積分時間I與偏差成反比關(guān)系，微分時間D與偏差成反比關(guān)系，有利于加快系統(tǒng)的響應速度，有效降低穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，提高轉(zhuǎn)向靈敏度和縮短恢復時間。圖3為變P參數(shù)曲線圖，圖4為變I參數(shù)曲線圖，圖5為變P參數(shù)曲線圖。

圖2 雙閉環(huán)行駛系統(tǒng)控制框圖

圖3 變P參數(shù)曲線圖

圖4 變I參數(shù)曲線圖

圖5 變D參數(shù)曲線圖

采用Gauss函數(shù)構(gòu)造P、I、D增益函數(shù)，得到表達式為：

式 （1） - （3） 中 ， Kp0、Ki0、Kd0為按常規(guī)PID控制器整定參數(shù)，為修正系數(shù)，主要取決于控制變量的限幅值和對象的穩(wěn)定性，越大，動態(tài)響應越快，但太大容易引起過大超調(diào)；e為速度偏差。

4 試驗及結(jié)果分析

本文采用的PID參數(shù)自整定控制算法在某雙電機獨立驅(qū)動的電傳動車輛上進行試驗。圖6為有轉(zhuǎn)矩補償控制時雙側(cè)電機的轉(zhuǎn)速響應曲線。圖7為PID參數(shù)自整定后的雙側(cè)電機的轉(zhuǎn)速響應曲線。左右兩側(cè)驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速基本一致，車輛能夠保持直線行駛，表明采用PID參數(shù)自整定的控制算法后左右電機轉(zhuǎn)速較穩(wěn)定，直線行駛穩(wěn)定性良好。

圖6 有轉(zhuǎn)矩補償控制時雙側(cè)電機的轉(zhuǎn)速響應

圖7 PID參數(shù)自整定后的雙側(cè)電機的轉(zhuǎn)速響應

5 結(jié)論

本文針對雙側(cè)驅(qū)動電機的電傳動車輛的直線行駛跑偏的問題，提出了PID參數(shù)自整定控制算法，對比例系數(shù)P、積分系數(shù)I、微分系數(shù)D進行了自整定，能夠在運行過程中實時調(diào)整左右兩側(cè)驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速，提高了直線行駛的穩(wěn)定性，并成功應用于某雙電機獨立驅(qū)動的電傳動車輛上。

參考文獻：

［1］李巍，張承寧.電驅(qū)動車輛雙電機協(xié)調(diào)控制研究［J］.車輛與動力技術(shù)，2005（2）：13-16.

［2］孫紅要，張承寧，曹磊.雙電機獨立驅(qū)動履帶車輛直駛穩(wěn)定控制研究［J］.車輛與動力技術(shù)，2005（4）：26-28.

［3］陳清泉，孫逢春.現(xiàn)代電動汽車技術(shù)［M］.北京：北京理工大學出版社，2002.

［4］林程，孟祥，曹萬科，等.電動汽車雙電機獨立驅(qū)動系統(tǒng)的CAN控制研究［J］.電力電子技術(shù)，2011（12）：31-33.

［5］楊智，朱海鋒，黃以華.PID控制器設計與參數(shù)整定方法綜述［J］.化工自動化及儀表，2005，32（5）：1-7.

［6］巨輝.基于廣義高斯隸屬度函數(shù)的PID參數(shù)模糊自整定［J］.自動化儀表，2004（10）：26-28.