劉晶晶 唐陽山

摘要：車輛在起步或加速時(shí)容易發(fā)生打滑，驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)可將驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率控制在最佳范圍內(nèi)，避免車輛打滑。文章根據(jù)驅(qū)動(dòng)防滑控制原理，在simulink中建立了整車模型、電機(jī)模型和駕駛員模型，設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)輪防滑控制器，并與carsim進(jìn)行聯(lián)合仿真，仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)輪防滑控制器能夠有效控制滑轉(zhuǎn)率，防止汽車打滑。

Abstract： The vehicle is prone to slip when starting or accelerating. The driving Acceleration Slip Regulation control system can control the slip rate of the driving wheel in the best range to avoid vehicle slip. According to the principle of drive anti-skid control， the vehicle model， motor model and driver model are established in simulink. The anti-skid controller of drive wheel is designed and co-simulated with carsim. The simulation results show that the designed anti-skid controller of drive wheel can effectively control the slip rate and prevent the car from slipping.

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;驅(qū)動(dòng)防滑;滑轉(zhuǎn)率;聯(lián)合仿真

Key words： electric vehicle;driving anti-slip;slip rate;joint simulation

中圖分類號(hào)：U469.72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）15-0007-02

0? 引言

電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制（ASR）系統(tǒng)主要是將驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，使車輛即使在惡劣路面上仍具有較強(qiáng)的加速性能和行駛穩(wěn)定性能[1]，從而保證汽車行駛時(shí)的安全性。對(duì)于輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，由于輪轂電機(jī)不僅具有響應(yīng)速度快、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以獲取實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩信息，在驅(qū)動(dòng)防滑控制方面有著先天的優(yōu)勢(shì)。所以針對(duì)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)防滑控制策略。

1? carsim建立整車動(dòng)力學(xué)模型

在carsim中選擇B-Class作為仿真用基準(zhǔn)車，本研究為直線行駛的驅(qū)動(dòng)防滑控制，所以carsim中的空氣動(dòng)力學(xué)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)均采用原B級(jí)車默認(rèn)值，不做改變。修改動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，將動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)改為四輪驅(qū)動(dòng)（4-Wheel system），將內(nèi)部動(dòng)力輸入如發(fā)動(dòng)機(jī)、差速器、變速器等全部改為外部輸入[2]。因?yàn)橐獙鹘y(tǒng)車改為輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，所以相應(yīng)的增大非簧載質(zhì)量和車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，如圖1。

2? ASR控制系統(tǒng)模型

2.1 整車模型? 本文根據(jù)控制策略需要，建立整車七自由度模型。七個(gè)自由度分別為車身的縱向運(yùn)動(dòng)、側(cè)向運(yùn)動(dòng)和橫擺運(yùn)動(dòng)以及四個(gè)車輪縱向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)該模型做出如下假設(shè)：路面為水平路面;車輛坐標(biāo)系原點(diǎn)與車輛質(zhì)心重合;忽略車輛的垂直彈跳、俯仰運(yùn)動(dòng)和側(cè)傾運(yùn)動(dòng);忽略空氣阻力和滾動(dòng)阻力;左右輪轉(zhuǎn)向角始終相等[3]。

縱向運(yùn)動(dòng)方程：

側(cè)向運(yùn)動(dòng)方程：

橫擺運(yùn)動(dòng)方程：

車輪縱向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程：

式中，vx、vy為車輛行駛縱向、側(cè)向速度;δ為前輪轉(zhuǎn)角;Fx，ij、Fy，ij為各車輪的縱向力和側(cè)向力;Mz為繞Z軸的旋轉(zhuǎn)力矩;Bf、Br為前、后輪輪距;a、b為質(zhì)心到前、后輪的輪距;J為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;ω為車輪轉(zhuǎn)速;Td為輪轂電機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)力矩。

2.2 輪轂電機(jī)模型? 本文輪轂電機(jī)采用無刷直流電機(jī)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：Ke為電動(dòng)勢(shì)常數(shù);Kt為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。

2.3 駕駛員模型? 駕駛員模型是通過對(duì)駕駛員行為分析，建立相關(guān)模型來反映真實(shí)駕駛情況下駕駛員對(duì)車輛的操作[4]。根據(jù)本文控制策略需求，只建立簡(jiǎn)單的速度跟蹤駕駛員模型，采用PI控制算法，輸入為目標(biāo)車速與實(shí)際車速的差，輸出為駕駛員目標(biāo)力矩。

3? 驅(qū)動(dòng)輪防滑PID控制器

本文所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)輪防滑控制器根據(jù)PID控制原理，控制器輸入為驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率偏差（實(shí)際滑轉(zhuǎn)率與最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率的差），輸出為驅(qū)動(dòng)輪過剩力矩。通過調(diào)節(jié)合理的P、I、D的值，將驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率控制到最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率附近。

驅(qū)動(dòng)輪防滑PID控制器的原理圖如圖2。

4? carsim/simulink聯(lián)合仿真

根據(jù)設(shè)計(jì)，將需要修改的參數(shù)輸入到carsim中，并在carsim中設(shè)置單一低附著路面仿真工況和對(duì)開路面仿真工況，與simulink中建立的模型聯(lián)合起來進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如圖3-圖6。

由圖3-圖6曲線可以看出，加入驅(qū)動(dòng)防滑控制后車輛跟隨效果更好，車輛加速效果更好，滑轉(zhuǎn)率也有明顯下降，控制策略具有一定作用。

5? 結(jié)論

汽車起步或加速行駛時(shí)，若駕駛員踩踏板的開度很大，會(huì)給車輛很大的駕駛員需求力矩，車輛則會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象，尤其是在冰雪路面。裝了驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)的汽車可以很明顯的降低車輛驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率，提高加速性能，提高車輛行駛的安全穩(wěn)定性與動(dòng)力性。

參考文獻(xiàn)：

[1]喻凡，林逸.汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016（9）：130.

[2]馬高峰，李剛，韓海蘭.基于CarSim的四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車建模方法研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2015，53（07）：8-11.

[3]Tian Hao. Research on Anti Slip Control of Wheel Motor Vehicle Drive[D]. Jilin： Jilin University， 2000：13.

[4]靳彪，張欣，彭之川，等.四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車建模與仿真[J].中國公路學(xué)報(bào)，2016，29（4）：138-144.