夏國強(qiáng)　許向國

摘 要：為了解決能源危機(jī)，促進(jìn)低碳節(jié)能的發(fā)展，在國際上很早就進(jìn)行了對(duì)電動(dòng)車的研究。但是因?yàn)楹芏嗉夹g(shù)的原因和成本的限制，電動(dòng)車一直沒能進(jìn)行普及。本文對(duì)于輪邊驅(qū)動(dòng)車的平順性和操穩(wěn)性進(jìn)行了深入的分析，探究怎么在這方面進(jìn)行控制，加強(qiáng)電動(dòng)車的普及和應(yīng)用，促進(jìn)電動(dòng)車在我國的普及。

關(guān)鍵詞：輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車；平順性；操穩(wěn)性

1 前言

輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車傳動(dòng)效率高，對(duì)于能源的利用效率高，但是整車非簧載質(zhì)量的顯著增大和輪轂電機(jī)存在的特殊轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，會(huì)對(duì)車輛的平順性與操穩(wěn)性產(chǎn)生消極影響。所以，我們應(yīng)該加強(qiáng)這一方面的探索，盡快的完善相應(yīng)技術(shù)的革新。

2 當(dāng)前輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的研究進(jìn)展

對(duì)于輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的研究主要是因?yàn)樵趧?dòng)力學(xué)上這一類型的電動(dòng)車具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，有可能成為未來世界交通工具的主流。基于這一可能，世界各國推進(jìn)了對(duì)于輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的研究，通用公司進(jìn)行了雪佛蘭混合動(dòng)力皮卡車的研制、法國TM4設(shè)計(jì)制造了制動(dòng)鼓動(dòng)一體性的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、標(biāo)志公司開發(fā)了4輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車，英國的貝姆勒公司開發(fā)了四輪電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車等。最具前沿價(jià)值的是法國的米其林公司開發(fā)的主動(dòng)輪技術(shù)，把動(dòng)力裝置、懸架裝置、制動(dòng)裝置、車輪本身構(gòu)架成了一個(gè)整體，不需要傳統(tǒng)動(dòng)力就可以驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)的智能化車輪，無論是理念、技術(shù)，還是傳動(dòng)的構(gòu)思，都堪稱典范。輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車示意圖如下：

3 對(duì)于輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車平順性和穩(wěn)操性的研究

3.1 輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車平順性和操穩(wěn)性的研究進(jìn)展

輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的動(dòng)力結(jié)構(gòu)相比于其他傳統(tǒng)電動(dòng)車或者是驅(qū)動(dòng)車來說，更為獨(dú)特，雖然在傳動(dòng)和動(dòng)力學(xué)上具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，但是同樣也造成了非簧載質(zhì)量的增大和電機(jī)的特殊轉(zhuǎn)矩波動(dòng)問題，在平穩(wěn)性和操穩(wěn)性方面無法與其他類型的傳統(tǒng)車輛相比。所以我國的多所高校和企業(yè)在這一方面對(duì)于車輛著重進(jìn)行了研究。同濟(jì)大學(xué)使用頻率域傳遞和均方根分析的方法，得出簧載質(zhì)量的增大是汽車平順性下降的一個(gè)主要原因。吉林大學(xué)研究得出，簧載質(zhì)量的增加不僅使車輛的平順性降低，同時(shí)輪胎的側(cè)向力也因?yàn)閯?dòng)載荷均方根值的增大而降低，繼而在穩(wěn)操性方面也對(duì)電動(dòng)車造成了影響。武漢理工大學(xué)對(duì)于上述兩種結(jié)論進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，證實(shí)了兩所大學(xué)的研究成果。

對(duì)于電機(jī)特殊轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的問題，同濟(jì)大學(xué)在整個(gè)輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的研究領(lǐng)域都比較有建樹，在這一方面通過對(duì)車輛傳動(dòng)路徑和輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車車內(nèi)噪聲的分析與研究，得出車輛總成振動(dòng)的主要原因就是電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)形成了車輪軸向力矩波動(dòng)。東北大學(xué)通過對(duì)電機(jī)徑向力和切向力的分析，得出了激振力與初相角的關(guān)系。針對(duì)上述問題，我國學(xué)者進(jìn)行了深入的分析與研究，對(duì)于電機(jī)的設(shè)置以及控制方面進(jìn)行了深入的鉆研，并取得了一定的成果。但是仍然不能徹底解決輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車平順性和穩(wěn)操性的問題。

3.2 輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車平順性和操穩(wěn)性的分析與控制

對(duì)于這一方面的研究主要分為四個(gè)方面，首先要分析非簧載質(zhì)量對(duì)于車輛平順性和操穩(wěn)性的影響，對(duì)于如何降低系統(tǒng)的能量消耗和垂向振動(dòng)負(fù)效應(yīng)進(jìn)行探討；其次，分析電機(jī)垂向激勵(lì)對(duì)車輛平順性和穩(wěn)操性的影響進(jìn)行分析，根據(jù)FxLMS算法，對(duì)主動(dòng)懸架控制進(jìn)行分析，探討如何對(duì)車輛垂向振動(dòng)進(jìn)行有效的控制；再次，從整體上對(duì)電動(dòng)車的平順性和操穩(wěn)性進(jìn)行分析，從整體上對(duì)于車輛操作的平順性和操穩(wěn)性進(jìn)行分析與探討，實(shí)現(xiàn)對(duì)于輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的進(jìn)一步控制。

3.2.1 非簧載質(zhì)量

非黃載質(zhì)量主要受到路面的影響，在凸包路面，電動(dòng)車的垂向加速度、懸架行動(dòng)程、車輪動(dòng)載荷都有所增大，車輪的轉(zhuǎn)彎性和橫向穩(wěn)定性下降，造成了車輛操穩(wěn)性和安全性的下降，同時(shí)平順性受到影響。但是當(dāng)車輛以高速行駛過凸包路面時(shí)，平順性有所改善，但是穩(wěn)操性沒有改善。在10Hz低頻正弦路面的影響下，平順性和穩(wěn)操性也會(huì)下降。針對(duì)這一情況，我們可以采用主動(dòng)被動(dòng)聯(lián)合減震控制的方法。根據(jù)車輛的設(shè)計(jì)，電機(jī)定子固連于輪軸，不會(huì)隨車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，可以把定子做成中空，安裝減震的裝置，輪轂電機(jī)的質(zhì)量與吸振器的質(zhì)量就進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，降低了非簧載的整體質(zhì)量，同時(shí)吸振器可以進(jìn)行減震，減少了非簧載的負(fù)荷壓力。這一裝置與主動(dòng)懸架天棚-地鉤聯(lián)合使用，可以降低整個(gè)頻率內(nèi)的1/4功率流，削弱了因非簧載質(zhì)量的增加而造成的電動(dòng)車平順性和操穩(wěn)性的下降。非簧載質(zhì)量圖如下：

3.2.2電機(jī)垂向激勵(lì)

垂向激勵(lì)主要對(duì)車身的加速度和車輪的動(dòng)載荷影響較大，兩者的波動(dòng)加劇，就會(huì)引起車輛平順性和穩(wěn)操性的下降。當(dāng)車輛的速度小于20m/h的時(shí)候，車輛的電機(jī)垂向性能指標(biāo)會(huì)顯著的增大，當(dāng)車速在10kn/h時(shí)，車身加速和車輪動(dòng)載和的增大幅度到達(dá)了97.6%和111%，對(duì)于整個(gè)電動(dòng)車的平順性和穩(wěn)操性造成了極大的破壞。也就是說，在低速行駛的過程中，電機(jī)垂向激勵(lì)對(duì)于車輛的平順性和穩(wěn)操性產(chǎn)生的破壞最大。

這一問題可以通過FxLMS算法的振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，對(duì)控制的信號(hào)進(jìn)行推到，并對(duì)控制濾波器進(jìn)行加權(quán)自適應(yīng)。這一算法使系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)檎抑芷谛盘?hào)的激勵(lì)頻率發(fā)生顯著的變化，對(duì)于電動(dòng)車輛的穩(wěn)操性和平順性大大加強(qiáng)了。FxLMS算法如下：

y（n）=wT（n）x（n）

yk（n）=s（n）y（n）

e（n）=d（n）+yk（n）

X，（n）=x（n）*^s（n）

W（n+1）=w（n）-2 e（n）x，（n）

運(yùn)行結(jié)構(gòu)如下圖：

從整體上來說電動(dòng)車垂向運(yùn)動(dòng)、側(cè)傾運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)的固有頻率較低，影響車輛的平順性和操穩(wěn)性，這主要是因?yàn)殡姍C(jī)的垂向激勵(lì)頻率與車輛固有頻率的接近會(huì)導(dǎo)致車輛的共振，從而使平順性降低。解決問題，可以在FxLMS算法的基礎(chǔ)上，把車身懸架端點(diǎn)和天棚-地鉤控制以及FxLMS控制相結(jié)合，控制主動(dòng)懸架輸出作用力，加強(qiáng)車身的平順性和穩(wěn)操性。

4 結(jié)語

在輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的平順性和穩(wěn)操性方面，我國各高校以及企業(yè)都在進(jìn)行研究，很快就能取得突破性的進(jìn)展，這一研究結(jié)果也將對(duì)我國的傳統(tǒng)車輛產(chǎn)生一定的沖擊，但是，成本依然會(huì)成為車輛發(fā)展的主要限制因素。我們還不能放松，對(duì)輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車進(jìn)行更加深入的研究。

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