張利鵬 董闖闖 張 偉 龐詔文 張思龍 賈啟康

燕山大學(xué)車輛與能源學(xué)院，秦皇島，066004

0 引言

開發(fā)高性能的智能電動汽車已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然途徑。電動汽車按照其驅(qū)動輪的動力來源劃分，可以分為集中式驅(qū)動和分布式驅(qū)動兩種模式［1］。由于有傳統(tǒng)汽車成熟的驅(qū)動技術(shù)可以繼承，故大部分電動汽車都采用了集中式驅(qū)動模式，但此類電動汽車行駛在對開坡道上時，低附著系數(shù)路面一側(cè)驅(qū)動輪的地面附著力會大幅減小，使此側(cè)驅(qū)動輪產(chǎn)生明顯滑轉(zhuǎn)。由于差速器具備兩側(cè)驅(qū)動半軸等扭矩分配特性，故會同步減小附著較好一側(cè)車輪的驅(qū)動力，這將導(dǎo)致車輛通過性能明顯降低，甚至無法爬坡。針對傳統(tǒng)集中式驅(qū)動系統(tǒng)所開發(fā)的牽引力控制系統(tǒng)（traction control system，TCS）能有效改善汽車在對開路面上的通過性能［2］，但利用制動系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動控制會損耗車載能量且增加成本，不利于整車性能的提高。相對而言，分布式驅(qū)動電動汽車的各驅(qū)動輪輸出轉(zhuǎn)矩可以獨(dú)立控制，在對開坡道上能夠充分利用兩側(cè)路面的附著力，從而維持車輛正常行駛，通過性能要明顯優(yōu)于集中式驅(qū)動車輛。

分布式驅(qū)動電動汽車具有整車的多維動力學(xué)控制功能，可以靈活實現(xiàn)驅(qū)動防滑、差動助力轉(zhuǎn)向、直接橫擺力矩控制以及防側(cè)翻控制，從而大幅改善車輛的機(jī)動性、通過性和操縱穩(wěn)定性［3-7］，但分布式驅(qū)動系統(tǒng)難以匹配變速裝置，車輛的驅(qū)動能力完全取決于電機(jī)的工作特性，其動力性和經(jīng)濟(jì)性都受到了限制。此外，分布式驅(qū)動電動汽車在復(fù)雜路面或驅(qū)動電機(jī)故障等惡劣工況下很難保證各輪驅(qū)動力矩達(dá)到理想值，嚴(yán)重降低行車安全［8］。

為解決上述問題，筆者所在課題組發(fā)明了一種既可實現(xiàn)集中式驅(qū)動又能實現(xiàn)分布式驅(qū)動且?guī)в袃蓳踝詣幼兯俟δ艿碾p模耦合驅(qū)動系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以充分利用兩種驅(qū)動模式的各自優(yōu)點并避免不適用工況，從而大幅提高整車的動力學(xué)性能。本文使用該系統(tǒng)的雙模耦合驅(qū)動控制來提升電動汽車對開路面的通過性能，并利用臺架和實車試驗驗證了控制效果。

1 系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩輸出特性與控制方案

1.1 系統(tǒng)特點

雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)型見圖1。該系統(tǒng)通過控制兩側(cè)驅(qū)動電機(jī)的工作狀態(tài)及操縱同步器進(jìn)行模式和擋位切換，可實現(xiàn)圖2所示的雙電機(jī)集中式驅(qū)動和分布式驅(qū)動模式。

圖1 雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)型Fig.1 Dual-mode coupling drive system configuration

圖2 雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動模式Fig.2 Drive modes of the dual-mode coupling drive system

當(dāng)車輛需要較高的加速和爬坡能力時，兩側(cè)驅(qū)動電機(jī)輸入軸與中間集中式驅(qū)動齒輪組的主動齒輪接合，進(jìn)行雙電機(jī)集中式驅(qū)動；當(dāng)車輛需要高速行駛時，兩側(cè)驅(qū)動電機(jī)輸入軸分別與各自相鄰的兩側(cè)分布式驅(qū)動齒輪組的主動齒輪接合，進(jìn)行雙電機(jī)分布式驅(qū)動。該驅(qū)動系統(tǒng)具備兩擋自動變速功能，可以有效降低對電機(jī)性能的要求，能夠明顯改善車輛的動力性；可根據(jù)不同工況選取不同的驅(qū)動模式并協(xié)調(diào)兩側(cè)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出，有利于提高車輛的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和行駛穩(wěn)定性［9］。為了實現(xiàn)上述模式的切換控制，設(shè)計的變模執(zhí)行機(jī)構(gòu)見圖3，它由直流電機(jī)驅(qū)動一套蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，蝸輪帶動一個雙向撥指左右擺動，再通過撥叉同步進(jìn)行兩套同步器的變模換擋操作，從而通過機(jī)械互鎖避免兩側(cè)驅(qū)動模式不一致問題。

圖3 變模執(zhí)行機(jī)構(gòu)Fig.3 Modification of the implementing agencies

1.2 轉(zhuǎn)矩輸出特性

雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)集中式驅(qū)動模式兩側(cè)車輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩輸出為

式中，Tdml、Tdmr分別為左、右兩側(cè)驅(qū)動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；Iω為車輪的轉(zhuǎn)動慣量；Fxfl、Fxfr分別為左前、右前驅(qū)動輪的驅(qū)動力；rr為車輪半徑；ω?fl、ω?fr分別為左前、右前驅(qū)動輪的角加速度；k為差速器的鎖止系數(shù)；η1、i1分別為集中式驅(qū)動模式的一級減速器傳動效率和傳動比；η2、i2分別為二級減速器傳動效率和傳動比；sgn（）為符號函數(shù)。

雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)分布式驅(qū)動模式兩側(cè)車輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩輸出為［10］

式中，I0、分別為中間一級減速器及差速器外殼組件的轉(zhuǎn)動慣量和角加速度；η3、i3分別為分布式驅(qū)動模式的傳動效率和傳動比。

從上述轉(zhuǎn)矩輸出特性分析可見，集中式驅(qū)動模式下，兩側(cè)驅(qū)動輪等轉(zhuǎn)速時，兩側(cè)驅(qū)動力矩完全相等，不等轉(zhuǎn)速時，高轉(zhuǎn)速側(cè)車輪驅(qū)動力矩小于低轉(zhuǎn)速側(cè)車輪，差值由總驅(qū)動力矩和差速器鎖止系數(shù)決定。該差值會對兩側(cè)驅(qū)動力矩分配產(chǎn)生一定影響，再加上差速器鎖止系數(shù)具有時變特性，故進(jìn)行精確的車輪驅(qū)動力矩控制比較困難。分布式驅(qū)動模式下，兩側(cè)驅(qū)動輪等轉(zhuǎn)速時，兩側(cè)驅(qū)動力矩完全由驅(qū)動電機(jī)獨(dú)立控制；不等轉(zhuǎn)速時，中間一級減速器及差速器外殼組件的慣性力矩和差速器鎖止系數(shù)也會影響兩側(cè)驅(qū)動力矩的大小，但由于上述慣性力矩非常小，差速器鎖止系數(shù)可產(chǎn)生的力矩傳遞影響就更微小，因此，不等轉(zhuǎn)速時兩側(cè)驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩也基本由驅(qū)動電機(jī)獨(dú)立控制，差速器的影響不用考慮，這為整車控制提供了便利條件。

1.3 雙模耦合驅(qū)動控制方案

雙模耦合驅(qū)動電動汽車在對開坡道上的變?？刂葡到y(tǒng)架構(gòu)見圖4。整車控制器（vehicle control unit，VCU）采集加速踏板開度信號、制動踏板開度信號、擋位信號等，用來分析當(dāng)前駕駛員的駕駛意圖；同時，還要實時采集雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)兩側(cè)輸出軸的轉(zhuǎn)速，從而確定車輪相對滑轉(zhuǎn)率并判斷是否需要進(jìn)行變模。整車控制器與驅(qū)動電機(jī)控制器以及變模電機(jī)控制器之間進(jìn)行通信，實時發(fā)送控制信號。為保證動力性和低速驅(qū)動效率，車輛起步時優(yōu)先采用雙電機(jī)集中式驅(qū)動模式，并根據(jù)效率最優(yōu)原則分配兩側(cè)驅(qū)動電機(jī)力矩輸出。當(dāng)整車控制器識別出需要變模時，首先，向驅(qū)動電機(jī)控制器發(fā)出自由模式請求，使驅(qū)動電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩降為零；其次，進(jìn)行集中式的摘擋控制，通過變模機(jī)構(gòu)中的角位移傳感器進(jìn)行撥叉實際位置的閉環(huán)控制；然后，當(dāng)檢測到摘擋完成后，進(jìn)行驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速的主動調(diào)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差滿足變模需求后，使驅(qū)動電機(jī)再次處于無轉(zhuǎn)矩輸出的空轉(zhuǎn)狀態(tài)；接著，進(jìn)行分布式的進(jìn)擋控制；最后，當(dāng)角位移傳感器反饋信息顯示進(jìn)擋完成后，驅(qū)動電機(jī)恢復(fù)正常的轉(zhuǎn)矩輸出，進(jìn)行分布式驅(qū)動。由于針對分布式驅(qū)動的防滑控制已有大量研究成果，本課題組也開展過長期的理論與試驗研究［11］，故本文控制方案中不再涉及相關(guān)內(nèi)容。

圖4 控制系統(tǒng)架構(gòu)Fig.4 Control system architecture

2 控制器設(shè)計

2.1 變模觸發(fā)條件判定

對于對開坡道雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)變模的觸發(fā)條件判定，可以選擇驅(qū)動輪相對滑轉(zhuǎn)率門限值S*，當(dāng)參考滑轉(zhuǎn)率S＞S*時，認(rèn)為驅(qū)動輪已經(jīng)發(fā)生滑轉(zhuǎn)，需要進(jìn)行變模控制［12］。

研究對象為前輪驅(qū)動汽車，左前側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速為nfl，右前側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速為nfr。為了避免實際車速為零或抖動時對滑轉(zhuǎn)率辨識的影響，本文取二者平均轉(zhuǎn)速n0與車輪半徑的乘積為等效參考車速，即

由于單側(cè)車輪滑轉(zhuǎn)出現(xiàn)時，該值會明顯大于實際車速，更有利于進(jìn)行滑轉(zhuǎn)判定，因此，參考滑轉(zhuǎn)率

所得到的參考滑轉(zhuǎn)率會小于實際的車輪滑轉(zhuǎn)率，但由于對開坡道車速很低，車輪滑轉(zhuǎn)變化迅速，極短的時間內(nèi)參考滑轉(zhuǎn)率即會達(dá)到較高值，故并不影響實際控制效果。驅(qū)動防滑的最佳滑轉(zhuǎn)率范圍通常為 0.05～0.20［13］，本文中選取相對滑轉(zhuǎn)率門限值S*=0.20，即當(dāng)S＞0.20時開始進(jìn)行變?？刂啤?/p>

2.2 驅(qū)動電機(jī)調(diào)速控制器設(shè)計

本文選取的集中式驅(qū)動模式和分布式驅(qū)動模式的總傳動比分別為 i1i2（i1i2=8.46）和 i3i2（i3i2=5.24）。由于存在轉(zhuǎn)速差且無離合器，故進(jìn)行變?？刂茣r需要進(jìn)行驅(qū)動電機(jī)主動調(diào)速。當(dāng)從集中式模式切換為分布式模式時，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速需要快速降低；當(dāng)從分布式模式切換為集中式模式時，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速需要快速升高。為了提高變模過程中的平順性，根據(jù)試驗所獲的經(jīng)驗，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速與將要嚙合的齒輪之間的轉(zhuǎn)速差小于50 r/min時，執(zhí)行進(jìn)擋控制。

變模過程中，驅(qū)動電機(jī)的調(diào)速需要在很短的時間內(nèi)完成并具有足夠高的控制精度，本文選用模糊-PID（fuzzy-PID）控制理論設(shè)計相應(yīng)控制器［14］，其結(jié)構(gòu)見圖5。圖5中，nm為驅(qū)動電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速；n為實際轉(zhuǎn)速；ΔKP、ΔKI、ΔKD分別為模糊控制器的3個輸出量，根據(jù)輸入量e和ec分別對這3個量進(jìn)行選取，從而使控制器反應(yīng)更快，具有更好的靜態(tài)、動態(tài)性能。

圖5 模糊PID控制器結(jié)構(gòu)Fig.5 Fuzzy PID controller structure

模糊控制器輸入量e和ec分別為轉(zhuǎn)速誤差和誤差變化率，均采用三角形隸屬函數(shù)，相對于正態(tài)型隸屬函數(shù)，三角形隸屬函數(shù)的計算工作量小，可節(jié)約存儲空間且反應(yīng)快，其論域范圍設(shè)置為［-6，6］。在論域上取7個模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，它們表示{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}。e和ec的隸屬度函數(shù)μ見圖6。

圖6 e和ec的隸屬度函數(shù)Fig.6 Membership functions of e and ec

式中，kP、kI、kD分別為模糊PID控制器解模糊之后參與計算的三個系數(shù)；T為采樣周期。

傳統(tǒng)PID控制器的一般表達(dá)式為

對kP、kI和kD分別進(jìn)行解模糊計算

式中，KP0、KI0、KD0為PID參數(shù)的初始設(shè)計值，由傳統(tǒng)PID控制器的參數(shù)整定方法設(shè)計。

模糊控制規(guī)則是模糊-PID參數(shù)自整定控制器設(shè)計的重點，合適的模糊控制規(guī)則可使被控系統(tǒng)在最短的時間內(nèi)穩(wěn)定到期望的工作狀態(tài)，根據(jù)實踐經(jīng)驗采用Mamdani推理法和加權(quán)平均法去模糊化，建立ΔKP、ΔKI和ΔKD的自整定規(guī)則，其模糊規(guī)則見表1～表3。

2.3 變模執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器設(shè)計

變?？刂七^程中，以滿足變模換擋時間要求D下的沖擊度最小為目標(biāo)，選取預(yù)測函數(shù)控制（predictive function control，PFC）設(shè)計控制器進(jìn)行變模執(zhí)行電機(jī)的控制。PFC是預(yù)測控制范疇的一種控制方法，包含預(yù)測控制中預(yù)測模型、滾動優(yōu)化和反饋校正的功能［15-16］。PFC理論中控制量由一組與過程特性和跟蹤值有關(guān)的基函數(shù)組成，使用基函數(shù)對目標(biāo)控制量進(jìn)行優(yōu)化，通過基函數(shù)的權(quán)重系數(shù)求控制量。

表1 ΔKP的模糊規(guī)則Tab.1 ΔKPfuzzy rules

表2 ΔKI的模糊規(guī)則Tab.2 ΔKIfuzzy rules

表3 ΔKD的模糊規(guī)則Tab.3 ΔKfuzzy rules

根據(jù)文獻(xiàn)［17］給出的詳細(xì)控制步驟進(jìn)行變模電機(jī)角位移的參考軌跡跟蹤。該參考軌跡

式中，y?(k+i)為控制器的期望軌跡；yc(k)為模型的實際輸出；Ts為一個數(shù)據(jù)的周期；Tr為預(yù)測步數(shù)的周期總數(shù)；i為數(shù)據(jù)的個數(shù)。

3 樣機(jī)開發(fā)與臺架試驗

3.1 樣機(jī)開發(fā)與測試臺架搭建

所開發(fā)的雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)樣機(jī)見圖7，該系統(tǒng)采用兩臺永磁同步電機(jī)驅(qū)動。為了實現(xiàn)復(fù)雜控制，系統(tǒng)采用dSPACE/MicroAutoBox作為控制器，其可以直接下載MATLAB/Simulink的控制程序，進(jìn)行快速在線仿真研究［18-19］。驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)見表4。

圖7 驅(qū)動系統(tǒng)樣機(jī)Fig.7 Drive system prototype

表4 驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)Tab.4 Drive system parameters

本文利用兩臺測功機(jī)分別模擬左側(cè)、右側(cè)驅(qū)動輪的不同負(fù)載和轉(zhuǎn)速情況，進(jìn)行雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩輸出特性和變模換擋控制的簡單試驗研究。所搭建的試驗臺架見圖8。

圖8 試驗臺架Fig.8 Test bench

3.2 轉(zhuǎn)矩輸出特性試驗

由于本文研究的是對開坡道雙模耦合驅(qū)動控制效果，故在進(jìn)行轉(zhuǎn)矩輸出特性試驗時，假定一側(cè)測功機(jī)提供負(fù)載，另一側(cè)測功機(jī)不提供負(fù)載，有負(fù)載測功機(jī)轉(zhuǎn)速定在100 r/min，無負(fù)載測功機(jī)處于自由狀態(tài)，從而可以輕松模擬單側(cè)驅(qū)動滑轉(zhuǎn)情況。為避免無負(fù)載測功機(jī)轉(zhuǎn)速提升過快，控制加速踏板開度在5%以內(nèi)。

雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)處于集中式驅(qū)動模式下測得的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速變化曲線見圖9，當(dāng)無負(fù)載側(cè)半軸的轉(zhuǎn)速增加到416 r/min時結(jié)束此組試驗?？梢钥闯?，無負(fù)載側(cè)半軸的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩只是隨著有負(fù)載側(cè)轉(zhuǎn)矩的增大而輕微增大，但其轉(zhuǎn)速卻快速升高，這是由集中式驅(qū)動時差速器將驅(qū)動力矩向兩側(cè)大致平均分配的轉(zhuǎn)矩輸出特性決定的，無負(fù)載側(cè)測得力矩加上慣性力矩的和基本等于有負(fù)載側(cè)力矩值去除差速器鎖止系數(shù)影響的部分。

圖9 集中式驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速Fig.9 Torque and rotational speed of centralized drive

雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)處于分布式驅(qū)動模式下將采用有負(fù)載半軸一側(cè)的電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，測得的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速變化曲線見圖10。在5%以內(nèi)的加速踏板開度下，有負(fù)載端轉(zhuǎn)矩達(dá)到16.2 N·m，而無負(fù)載端轉(zhuǎn)矩雖然隨著有負(fù)載端轉(zhuǎn)矩的增大而增大，但增幅非常微小，最大轉(zhuǎn)矩僅為0.2 N·m。由于轉(zhuǎn)矩大小無法克服測功機(jī)軸的摩擦力矩，整個過程中無負(fù)載側(cè)轉(zhuǎn)速基本為零。這說明差速器在分布式驅(qū)動模式下對系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩傳遞的影響基本可以忽略不計，兩側(cè)半軸的轉(zhuǎn)矩完全受兩側(cè)驅(qū)動電機(jī)獨(dú)立控制。

圖10 分布式驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速Fig.10 Torque and rotational speed of distributed drive

3.3 驅(qū)動電機(jī)調(diào)速控制試驗

在臺架上對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行基于模糊-PID控制的主動調(diào)速試驗，其中由分布式驅(qū)動模式調(diào)至集中式驅(qū)動模式時的升速調(diào)節(jié)結(jié)果見圖11。從圖11中可以看出，實際電機(jī)轉(zhuǎn)速可以在200～250 ms內(nèi)調(diào)至與目標(biāo)轉(zhuǎn)速偏差小于50 r/min的區(qū)域內(nèi)，且超調(diào)量很小，所制定控制策略滿足變模要求。

3.4 變模電機(jī)角位移跟蹤控制試驗

圖11 驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)曲線Fig.11 Speed adjustment curveof drive motor

當(dāng)兩側(cè)驅(qū)動電機(jī)調(diào)速到與目標(biāo)轉(zhuǎn)速差在50 r/min以內(nèi)時，變模電機(jī)在預(yù)測函數(shù)控制下對擬合的角位移曲線進(jìn)行跟蹤，角位移跟蹤結(jié)果見圖12。變模過程中，結(jié)合套與同步環(huán)和結(jié)合齒圈接觸位置存在很大的隨機(jī)性，不同的結(jié)合位置會給結(jié)合套不同的阻力，同時對沖擊度也有明顯的影響，所以在角位移跟蹤過程中存在一定的誤差，但是并不影響變?？刂频目煽啃?。所設(shè)計的預(yù)測函數(shù)控制器可以實現(xiàn)對擬合角位移的準(zhǔn)確跟蹤。

圖12 角位移跟蹤曲線Fig.12 Angular displacement tracking curve

4 試驗樣車開發(fā)與對開坡道試驗

4.1 試驗樣車開發(fā)

為了驗證裝配雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)的電動汽車在對開坡道上的驅(qū)動控制效果，基于某國產(chǎn)微型汽車的車身和底盤結(jié)構(gòu)改裝了驅(qū)動系統(tǒng)搭載試驗樣車，整車參數(shù)見表5。

表5 整車參數(shù)Tab.5 Vehicle parameters

4.2 驅(qū)動控制效果驗證

試驗車在坡度為6°的對開坡道上進(jìn)行起步加速，右側(cè)車輪在作為高附著系數(shù)路面的干燥水泥路面上，左側(cè)車輪在涂抹洗滌液后的作為低附著系數(shù)路面的地板革上。試驗車、雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)、試驗用的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器以及進(jìn)行車速和車身姿態(tài)測量的差分GPS等設(shè)備的裝車情況見圖13。

圖13 試驗車及試驗設(shè)備Fig.13 Test car and test equipment

為了比較車輛在對開坡道上采用分布式驅(qū)動、集中式驅(qū)動與雙模耦合驅(qū)動的不同起步加速控制效果，利用所開發(fā)的雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)分別以上述3種驅(qū)動模式進(jìn)行試驗。在雙模耦合驅(qū)動過程中，剛開始采用集中式驅(qū)動模式，當(dāng)識別到出現(xiàn)單側(cè)驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)時，自動切換為分布式驅(qū)動模式，得到的車輛運(yùn)行狀態(tài)曲線見圖14。試驗過程中每次發(fā)車地點相同，整個行駛過程中坡道角均保持一致。

由試驗結(jié)果可見，采用集中式驅(qū)動時，左輪很快發(fā)生滑轉(zhuǎn)，該輪地面驅(qū)動力大幅減小，此時由于差速器等轉(zhuǎn)矩傳遞特性的影響，右輪也不能夠提供足夠大的地面驅(qū)動力，導(dǎo)致試驗車基本無法行駛；采用分布式驅(qū)動時，雖然左輪也會發(fā)生滑轉(zhuǎn)而減小驅(qū)動力，但右輪不會受到影響，可以維持大驅(qū)動力輸出，車輛可以起步加速爬坡，約在第9 s時左輪離開地板革路面，即試驗車離開對開坡道而駛上單一坡道，此后降速停車結(jié)束試驗；采用雙模耦合驅(qū)動時，剛開始為集中式驅(qū)動模式，左輪很快發(fā)生滑轉(zhuǎn)，此時控制器控制雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)切換到分布式驅(qū)動模式，從而使車輛獲得繼續(xù)加速能力。

集中式驅(qū)動模式下，由于兩側(cè)車輪地面驅(qū)動力接近，用于維持車輛行駛轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩較小；分布式驅(qū)動模式下，兩側(cè)車輪地面驅(qū)動力差異較大，為維持車輛直線行駛，需要輸入較大的轉(zhuǎn)向盤修正轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩；采用雙模耦合驅(qū)動時，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩隨驅(qū)動模式變化而改變。雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)在整個變模過程中有驅(qū)動電機(jī)降扭過程、驅(qū)動模式切換過程和變模結(jié)束后的轉(zhuǎn)矩恢復(fù)過程，會存在動力中斷，但整個變模時間不超過1 s，不會發(fā)生車輛溜坡現(xiàn)象。

圖14 不同驅(qū)動模式車輛運(yùn)行狀態(tài)Fig.14 Vehicle running status with different driving modes

由車輛橫擺角速度變化曲線可以看出，分布式驅(qū)動模式下高附著系數(shù)路面驅(qū)動輪可以獲得比低附著系數(shù)路面驅(qū)動輪更大的地面驅(qū)動力，二者之間的差異會導(dǎo)致車輛發(fā)生橫擺運(yùn)動，特別是駛出對開路面瞬時會存在明顯的橫擺振蕩，說明分布式驅(qū)動模式在對開坡道行駛條件下會獲得比集中式驅(qū)動模式更優(yōu)異的通過性能，但有必要進(jìn)行橫擺運(yùn)動控制。采用雙模耦合驅(qū)動可以適時選取集中式與分布式驅(qū)動模式，獲得更好的整車動力學(xué)性能。

5 結(jié)論

（1）集中式驅(qū)動作為一種常規(guī)驅(qū)動模式被電動汽車廣泛采用，但其在對開坡道上無法保證車輛的通行能力；相對而言，分布式驅(qū)動由于可以實現(xiàn)各輪的單獨(dú)驅(qū)動，可能充分利用地面附著條件，具有更好的通過性能。

（2）雙模耦合驅(qū)動可以充分利用集中式和分布式驅(qū)動的優(yōu)勢。差速器作為關(guān)鍵力矩傳遞部件，對于分布式驅(qū)動模式下的兩側(cè)驅(qū)動力矩的分配基本不產(chǎn)生影響，該部件不但無負(fù)效應(yīng)，反而增加了驅(qū)動系統(tǒng)的靈活性。

（3）基于模糊-PID控制的驅(qū)動電機(jī)主動調(diào)速與基于PFC的變模機(jī)構(gòu)角位移控制相結(jié)合，可以保證變模的準(zhǔn)確性并滿足整車的最佳驅(qū)動模式需求，變模時間在可接受范圍內(nèi)。

（4）基于分布式驅(qū)動技術(shù)實現(xiàn)雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)對開坡道的驅(qū)動防滑控制，可以進(jìn)一步提高車輛通過性能，有必要繼續(xù)研究相關(guān)的耦合控制方法；另外，如何保證雙模耦合驅(qū)動系統(tǒng)變模時的整車平順性、變模的可靠性，仍是需要進(jìn)一步深入研究的內(nèi)容。