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四輪獨立驅(qū)動電動車控制系統(tǒng)設(shè)計與研究

2016-08-28 02:08:06趙志剛駱志偉胡小龍楊松樸
微特電機 2016年11期
關(guān)鍵詞:滑轉(zhuǎn)率輪速輪轂

趙志剛,駱志偉,胡小龍,何 剛,楊松樸

(北京航天發(fā)射技術(shù)研究所,北京 100076)

四輪獨立驅(qū)動電動車控制系統(tǒng)設(shè)計與研究

趙志剛,駱志偉,胡小龍,何 剛,楊松樸

(北京航天發(fā)射技術(shù)研究所,北京 100076)

四輪獨立驅(qū)動電動汽車由于采用4個輪轂電機作為驅(qū)動電機,車輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩可以通過電機反饋得出,能夠?qū)崿F(xiàn)單個車輪的獨立控制,在車輛控制策略制定、主動控制安全和制動能量回饋等方面具有明顯優(yōu)勢。通過驅(qū)動力矩和和制動力矩的合理計算和分配控制以達到提高整車經(jīng)濟性能的目的;通過輪速補償估算策略,使得四輪獨立驅(qū)動電動車的滑轉(zhuǎn)率計算更加準確,對于提高車輛行駛安全性具有十分重要的價值。

四驅(qū)電動車;轉(zhuǎn)速估算;滑轉(zhuǎn)率控制

0 引 言

四驅(qū)電動車采用輪轂電機的驅(qū)動方式,具有很多優(yōu)點,比如每個車輪可以進行單獨驅(qū)動控制、車輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩可以測得、比傳統(tǒng)汽車機構(gòu)簡單等顯著特點,從而能夠更好地運用車輛動力學(xué)原理,制定車輛控制策略,實現(xiàn)車輛的主動安全控制和能量回收利用,獨立驅(qū)動控制逐漸成為電動汽車發(fā)展的熱點。

本文簡要介紹了四驅(qū)電動車控制系統(tǒng)的組成,通過驅(qū)動力矩和和制動力矩的合理計算和分配控制以達到提高整車經(jīng)濟性能的目的;通過輪速補償估算策略,使得四輪獨立驅(qū)動電動車的滑轉(zhuǎn)率計算更加準確,對于提高車輛行駛安全性具有十分重要的價值。

1 四驅(qū)電動車控制系統(tǒng)

四輪獨立驅(qū)動電動車采用4個輪轂電機作為驅(qū)動電機,車輪可以進行單獨控制,車輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩可以通過電機反饋得出,在車輛控制策略制定、主動控制安全和制動能量回饋等方面具有明顯優(yōu)勢。

1.1硬件構(gòu)成

四輪電驅(qū)車驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動控制系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)組成。

驅(qū)動控制系統(tǒng)負責(zé)由驅(qū)動控制器根據(jù)采集的模擬信號判斷駕駛員意圖及車輛行駛狀態(tài),對各驅(qū)動電機進行轉(zhuǎn)矩控制,給各電機控制器下發(fā)控制信號,完成電機驅(qū)動行駛控制。組成部分包括啟動開關(guān)、油門踏板、制動踏板、方向盤、集中控制器、電機控制器、驅(qū)動電機等。

能量管理系統(tǒng)負責(zé)實現(xiàn)多能量源管理、回饋制動、智能配電、蓄電池健康管理技術(shù)等功能。組成部分包括蓄電池組、充電機、智能配電器、集中控制器、制動控制單元等。

健康管理系統(tǒng)負責(zé)收集整車工作狀態(tài)及故障信息。實現(xiàn)整車健康管理、安全監(jiān)視及數(shù)字儀表顯控。組成部分包括數(shù)字儀表、集中控制器、數(shù)字儀表等。

根據(jù)油門狀態(tài)對應(yīng)輸出功率,通過比例換算得到給定的目標功率。根據(jù)電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩給定確定電機是否達到了給定功率。在沒有達到給定功率時,驅(qū)動控制器按電機額定轉(zhuǎn)矩給各電機控制器下發(fā)轉(zhuǎn)矩指令。當(dāng)達到給定功率時,以恒功率(給定功率)為限定條件,根據(jù)當(dāng)前電機轉(zhuǎn)速動態(tài)計算轉(zhuǎn)矩給定值,轉(zhuǎn)矩給定值隨電機轉(zhuǎn)速增大而反比減小。各電機采用以功率為控制給定的等轉(zhuǎn)矩驅(qū)動策略,考慮整車動力性需求后期可根據(jù)軸荷不同進行轉(zhuǎn)矩補償。

整車功率流、信號流結(jié)構(gòu)圖如圖1、圖2所示。

圖1 整車功率流結(jié)構(gòu)圖

圖2 整車信號流結(jié)構(gòu)圖

1.2軟件方案

通過基于全輪獨立驅(qū)動電動車極值輪速滑轉(zhuǎn)率估算方法簡化了全輪獨立驅(qū)動滑轉(zhuǎn)率的基礎(chǔ)輪速難以選擇的問題,通過基于胎壓監(jiān)測的輪速補償技術(shù)解決了輪胎外徑差異帶來的計算量擾動問題,解決了全輪獨立驅(qū)動電動車滑轉(zhuǎn)率難以計算問題的方法。

若滑轉(zhuǎn)率>0.2,說明驅(qū)動力過大,需要降低該輪的驅(qū)動力;若滑轉(zhuǎn)率<-0.2,說明該輪被拖滑,需要增加該輪的驅(qū)動力?;D(zhuǎn)率計算原理如圖3所示。在車輛處于驅(qū)動狀態(tài)時,比較四輪的轉(zhuǎn)速并求出最小值,作為計算車速的基值;在車輛處于制動狀態(tài)是,比較四輪的轉(zhuǎn)速并求出最大值,作為計算車速的基值,從而有效地解決了滑轉(zhuǎn)率計算時車速難以選擇的問題。輪胎的胎壓是輪速一個十分重要的參數(shù),由于胎壓的不同也會引起四輪轉(zhuǎn)速存在差異,通過檢測輪胎壓力的方法對輪速進行修正補償,對于更為準確估計輪胎轉(zhuǎn)速具有重要作用,補償原理如圖4所示。

圖3 車速及滑轉(zhuǎn)率計算框圖

圖4 基于胎壓的輪速修正計算框圖

2 實驗結(jié)果

四驅(qū)電動車的實物如圖5所示。為了驗證路面行駛各輪力矩分配策略的有效性,進行了路面左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎試驗,實際的力矩分配效果如圖6、圖7所示。

圖5 四驅(qū)電動車實物圖

圖6 左轉(zhuǎn)彎(轉(zhuǎn)向角15°)時各輪轂電機轉(zhuǎn)矩分配

圖7 右轉(zhuǎn)彎(轉(zhuǎn)向角15°)時各輪轂電機轉(zhuǎn)矩分配

通過上述試驗數(shù)據(jù)可以看出,在不同的轉(zhuǎn)彎工況下,電子差速控制策略在試驗臺架上得到了驗證,各輪轂電機轉(zhuǎn)矩以轉(zhuǎn)向角為基準,按對應(yīng)比例關(guān)系分配到內(nèi)側(cè)和外側(cè)輪轂電機,試驗平臺轉(zhuǎn)向穩(wěn)定,試驗平臺行駛平順。

當(dāng)車輛行駛到附著系數(shù)不良的路面(如積水地面、冰雪地面等),或當(dāng)駕駛?cè)诉M行復(fù)雜操作(如高速轉(zhuǎn)向等)或因其他某種原因使四輪力矩分配不當(dāng)時,可能產(chǎn)生車輪滑轉(zhuǎn)的危險現(xiàn)象,因此要對車輛進行滑轉(zhuǎn)率控制?;D(zhuǎn)率控制的目標是將各輪滑轉(zhuǎn)率控制在20%以內(nèi)(從車輛動力學(xué)的角度考慮,當(dāng)各輪滑轉(zhuǎn)率達到20%時,是輪胎相對于地面附著力開始下降的臨界點)。正常驅(qū)動行駛時,當(dāng)滑轉(zhuǎn)率超過0.2,說明驅(qū)動力過大,則降低該輪的驅(qū)動力;制動運行時,當(dāng)滑轉(zhuǎn)率超過0.2,說明該輪被拖滑,則增加該輪的驅(qū)動力。通過試驗驗證了各車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)時的控制效果,圖8、圖9、圖10分別給出了各輪空轉(zhuǎn)時滑轉(zhuǎn)率控制的效果。

從上述試驗數(shù)據(jù)中可以看出,當(dāng)各車輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)時,滑轉(zhuǎn)率控制策略生效,通過控制各輪轂電機轉(zhuǎn)矩,各車輪轉(zhuǎn)速得到有效控制,各輪滑轉(zhuǎn)率被控制在20%以內(nèi)。

圖8 各輪滑轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩控制效果圖

圖9 各輪滑轉(zhuǎn)時的輪速控制效果圖

圖10 各輪滑轉(zhuǎn)時的滑轉(zhuǎn)率控制效果圖

3 結(jié) 語

本文研究了四輪驅(qū)動電動車轉(zhuǎn)矩分配、車輛轉(zhuǎn)速合理計算達到改善系統(tǒng)最佳運行經(jīng)濟性的問題。給出了車輛速度計算的方法以及優(yōu)化措施,通過路面試驗測試證明了該方法的有效性,對于車輛穩(wěn)定性設(shè)計具有一定參考價值。

[1] 趙志剛,林輝,張慶超,等.電動舵機伺服控制器的設(shè)計與研究[J].微特電機,2013,41(9):44-46.

[2] 王恩德,黃聲華.表貼式永磁同步電機伺服系統(tǒng)電流環(huán)設(shè)計[J].中國電機工程學(xué)報,2012,32(33):82-88.

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DesignandResearchoftheFour-WheelDriveElectricVehicle

ZHAOZhi-gang,LUOZhi-wei,HUXiao-long,HEGang,YANGSong-pu

(Beijing Institute of Space Launch Technology,Beijing 100076,China)

Wheel independent drive electric cars thanks to four-wheel motor as the drive motor, wheel speed and torque can be obtained by the motor feedback, enables independent control of individual wheels, the vehicle control strategy development, security and active control of braking energy feedback so has obvious advantages. Reasonable and calculating the drive torque and braking torque distribution control and the vehicle to achieve improved economic performance of the object; wheel speed estimated by the compensation policy, so that four-wheel independent drive electric cars slip rate calculation more accurately, to improve vehicle security has a very important value.

four-wheel drive electric vehicle; rotational speed estimation; slip rate control

2016-05-30

TM35

:A

:1004-7018(2016)11-0051-03

趙志剛(1989-),男,碩士,研究方向為電力電子與電力傳動。

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