陳曉菲，劉 平，楊明亮，孫 磊，羅立全

(西南交通大學(xué) a.機(jī)械工程學(xué)院； b.先進(jìn)驅(qū)動(dòng)節(jié)能技術(shù)教育部工程研究中心， 成都 610031)

輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)是一種新型的電動(dòng)汽車(chē)，取消了發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸、差速器等機(jī)械結(jié)構(gòu)，4個(gè)電機(jī)通過(guò)減速器直接與各個(gè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪相連，不僅在傳遞上具有更高的效率，在控制上也具有很高的靈活性，但由于取消了機(jī)械差速器則需要設(shè)計(jì)有效的電子差速控制策略。當(dāng)前電子差速主要分為轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制?；谵D(zhuǎn)速控制主要通過(guò)理想汽車(chē)轉(zhuǎn)向模型(Ackermann模型)計(jì)算出理想輪速,并以此為依據(jù)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制[1-2]，以期實(shí)現(xiàn)車(chē)輪在路面上純滾動(dòng)。但Ackermann模型只適用于低速轉(zhuǎn)向工況，并且實(shí)際行駛路面十分復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)理想輪速的精確估算，若控制不當(dāng)整車(chē)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，因此不采用轉(zhuǎn)速控制。電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)在轉(zhuǎn)矩模式下能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)差速，并通過(guò)仿真試驗(yàn)和實(shí)車(chē)驗(yàn)證了該結(jié)論[3-5]，因此在轉(zhuǎn)矩模式下不再以輪速為控制目標(biāo)。有學(xué)者采用通過(guò)轉(zhuǎn)矩控制將車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率控制在估算出的目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率上的方法[6-7]，但實(shí)際運(yùn)行路況復(fù)雜，難以對(duì)目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行精確估算，并且使汽車(chē)輪胎的滑轉(zhuǎn)率值始終保持在控制算法所計(jì)算出來(lái)的滑轉(zhuǎn)率上是不現(xiàn)實(shí)的。有學(xué)者將內(nèi)外側(cè)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率一致作為控制目標(biāo)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)[8-10]，但這種方法可能使轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)過(guò)大，且不能實(shí)現(xiàn)小滑轉(zhuǎn)率的調(diào)節(jié)。此外，還有采用以轉(zhuǎn)向過(guò)程中整車(chē)橫擺角速度為控制目標(biāo)，使實(shí)際橫擺角速度跟隨理想橫擺角速度[11]，但該方法只注重考慮轉(zhuǎn)向過(guò)程的穩(wěn)定性而忽略了差速性能。據(jù)此，本文以四輪輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)為研究對(duì)象，采用以滑轉(zhuǎn)率為控制目標(biāo)的電子差速控制策略，依據(jù)不同轉(zhuǎn)向工況對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)以降低轉(zhuǎn)向時(shí)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率，將驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率控制在合理的區(qū)間范圍內(nèi)，并且在達(dá)到較好差速效果的同時(shí)保證轉(zhuǎn)向過(guò)程整車(chē)穩(wěn)定性，最終達(dá)到整體差速策略設(shè)計(jì)目的。

1 差速問(wèn)題分析

不管是傳統(tǒng)汽車(chē)還是電動(dòng)汽車(chē)都存在差速問(wèn)題，差速問(wèn)題主要是指4個(gè)車(chē)輪線速度不能與各自車(chē)輪的輪心速度相協(xié)調(diào)，或者說(shuō)車(chē)輪滾過(guò)的距離不等于車(chē)輪輪心沿平行于行駛路面軌跡移動(dòng)的距離，引起車(chē)輪滑移或滑轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致功率循環(huán)或汽車(chē)不能正常行駛，即不滿足：

(1)

其中：u為車(chē)輪線速度；ω為車(chē)輪旋轉(zhuǎn)角速度；r為車(chē)輪滾動(dòng)半徑；S為車(chē)輪輪心沿平行于行駛路面軌跡移動(dòng)的距離。

當(dāng)各個(gè)車(chē)輪的線速度與輪心速度相等時(shí)車(chē)輪實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)，當(dāng)線速度與輪心速度不相等時(shí)則存在差速問(wèn)題，而電子差速控制策略適用于車(chē)輛驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，因此可以通過(guò)滑轉(zhuǎn)率來(lái)表征差速效果。根據(jù)機(jī)械差速器原理可得，良好的差速就是使得各個(gè)車(chē)輪都實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)，滑轉(zhuǎn)率接近為0。在四輪輪邊驅(qū)動(dòng)客車(chē)上，由于取消了機(jī)械差速器，需要設(shè)計(jì)合理的電子差速器使各個(gè)車(chē)輪接近純滾動(dòng)，要使車(chē)輪全部實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)在低速情況下是可以實(shí)現(xiàn)的，隨著車(chē)速升高、轉(zhuǎn)角增大，大部分轉(zhuǎn)向工況實(shí)際無(wú)法實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)，因此需要研究與工況相適應(yīng)的電子差速策略，以獲得較好的差速性能和控制響應(yīng)。

2 以滑轉(zhuǎn)率為控制目標(biāo)的電子差速策略

2.1 考慮載荷轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)矩分配模塊

當(dāng)汽車(chē)直線行駛時(shí)，可認(rèn)為兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪垂直載荷相同，則對(duì)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩采用平均分配即可。當(dāng)汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)在離心力的作用下車(chē)輛重心會(huì)發(fā)生外移，導(dǎo)致外側(cè)車(chē)輪垂直載荷增加，內(nèi)側(cè)載荷減小，如圖1所示。

圖1 (左轉(zhuǎn))左、右側(cè)車(chē)輪垂直載荷變化示意圖

兩側(cè)車(chē)輪載荷的變化導(dǎo)致內(nèi)側(cè)車(chē)輪附著力小于外側(cè)車(chē)輪，若此時(shí)仍給兩側(cè)車(chē)輪相同驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可能導(dǎo)致內(nèi)側(cè)輪突破附著極限發(fā)生打滑，因此需要對(duì)內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)輪重新分配轉(zhuǎn)矩以降低發(fā)生滑轉(zhuǎn)的可能性。

驅(qū)動(dòng)輪的附著率Cφ是表明汽車(chē)附著性能的一個(gè)重要指標(biāo)，是車(chē)輛在良好路面上行駛時(shí)，在車(chē)輪不打滑情況下，能發(fā)揮最大驅(qū)動(dòng)力所要求的最低附著系數(shù)，計(jì)算公式見(jiàn)式(2)。

(2)

其中：Fx為驅(qū)動(dòng)輪縱向力；Fz為驅(qū)動(dòng)輪垂直載荷。

當(dāng)汽車(chē)在良好路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)車(chē)輪載荷增大而不易突破附著極限發(fā)生滑轉(zhuǎn)，因此本文設(shè)計(jì)以?xún)?nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)輪附著率與外側(cè)驅(qū)動(dòng)輪附著率相等為目標(biāo)，對(duì)轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行重新分配，使得車(chē)輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的可能性降低。由此得到前、后軸內(nèi)外側(cè)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩之比：

(3)

其中Fz1l′、Fz1r′、Fz2l′、Fz2r′分別為轉(zhuǎn)向時(shí)前左、前右、后左、后右側(cè)車(chē)輪垂直載荷。已知轉(zhuǎn)向時(shí)前、后軸兩側(cè)車(chē)輪載荷變化量分別為ΔFz1、ΔFz2，可得轉(zhuǎn)向時(shí)(左轉(zhuǎn))4個(gè)車(chē)輪的垂直載荷分別為[12]：

(4)

其中：ms為簧上質(zhì)量；mus為簧下質(zhì)量；a為質(zhì)心到前軸的距離；b為質(zhì)心到后軸的距離；L為軸距。

將式(4)及ΔFz1、ΔFz2值代入式(3)可得前軸內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值：

(5)

后軸內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值：

(6)

式中：u為縱向速度；h為簧上質(zhì)量質(zhì)心高度；B1為前軸軸距；B2為后軸軸距；KΦr1為前懸架側(cè)傾角剛度；KΦr2為后懸架側(cè)傾角剛度；Φr為車(chē)廂側(cè)傾角；hu為簧下質(zhì)量質(zhì)心離地面高度；θ為前輪平均轉(zhuǎn)角。

2.2 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩修正

隨著轉(zhuǎn)角和車(chē)速的增大，兩側(cè)車(chē)輪載荷差值也會(huì)越來(lái)越大，若按照式(5)(6)分配兩側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩差值過(guò)大，對(duì)整車(chē)帶來(lái)較大的附加橫擺力矩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使車(chē)輛出現(xiàn)過(guò)度轉(zhuǎn)向甚至出現(xiàn)甩尾等不穩(wěn)定工況。為了防止轉(zhuǎn)向過(guò)程出現(xiàn)不穩(wěn)定工況，引入轉(zhuǎn)矩修正因子λ，修正兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩差，在減小車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率的基礎(chǔ)上可以提高驅(qū)動(dòng)輪的側(cè)向附著力，以此抑制過(guò)度轉(zhuǎn)向，防止車(chē)輛出現(xiàn)甩尾的情況，保證轉(zhuǎn)向過(guò)程的穩(wěn)定性。引入修正因子λ后內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)力矩比值為：

(7)

根據(jù)該試驗(yàn)車(chē)選取車(chē)速取值范圍0～70 km/h，車(chē)速每1 km/h取1個(gè)點(diǎn)；方向盤(pán)轉(zhuǎn)角取值范圍為0°～600°，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角每10°取1個(gè)點(diǎn)。車(chē)速取點(diǎn)71個(gè)，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角取點(diǎn)61個(gè)，所覆蓋的轉(zhuǎn)向工況為4 331個(gè)，確保試驗(yàn)工況的全面性。

以本文2.1節(jié)轉(zhuǎn)矩分配為依據(jù)，對(duì)所取樣3 721個(gè)轉(zhuǎn)向工況進(jìn)行仿真，當(dāng)出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)對(duì)該工況下內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值K1、K2進(jìn)行修正，并將該修正值λ記錄下作為取樣點(diǎn)工況的轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)。

通過(guò)對(duì)取樣工況進(jìn)行大量仿真實(shí)驗(yàn)可得到在不同車(chē)速、轉(zhuǎn)角下對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩修正因子大小。利用Matlab建立m文件生成三維MAP圖，如圖2所示。當(dāng)策略運(yùn)算時(shí)，根據(jù)當(dāng)前方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和車(chē)速可以實(shí)時(shí)查出所需轉(zhuǎn)矩修正因子λ。

圖2 轉(zhuǎn)矩修正因子三維MAP圖

根據(jù)修正后的前后軸內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值，可得內(nèi)外側(cè)轉(zhuǎn)矩差分別為：

(8)

其中:T1為前軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；T2為后軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；Td為整車(chē)期望轉(zhuǎn)矩。

4個(gè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以表示為內(nèi)側(cè)減小轉(zhuǎn)矩差，外側(cè)增加相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，以保證整車(chē)總驅(qū)動(dòng)力不變。內(nèi)側(cè)車(chē)輪減小驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以降低出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)的可能性，外側(cè)車(chē)輪增加轉(zhuǎn)矩但驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩沒(méi)有超過(guò)路面附著力時(shí)仍不會(huì)發(fā)生滑轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)向(左轉(zhuǎn))時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：

(9)

2.3 基于PI控制的滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)模塊

當(dāng)汽車(chē)在附著系數(shù)較低路面或極限轉(zhuǎn)彎工況時(shí)車(chē)輪可能出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)的情況，此時(shí)應(yīng)當(dāng)降低滑轉(zhuǎn)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為了保證汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)具有良好的橫向穩(wěn)定性和縱向加速性能，與前人的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合[13]，將驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率控制在20%以下是合理的，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率進(jìn)一步增加時(shí)會(huì)導(dǎo)致輪胎出現(xiàn)不穩(wěn)定工況。以此為依據(jù)設(shè)計(jì)基于PI控制的滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)模塊。

當(dāng)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率超過(guò)20%時(shí)觸發(fā)該模塊。PI控制器輸入?yún)?shù)為輪速上限ωup與當(dāng)前實(shí)時(shí)輪速ω的差值；輪速上限ωup由已知的滑轉(zhuǎn)率上限值λup、車(chē)輪半徑r、輪心速度v根據(jù)滑轉(zhuǎn)率公式計(jì)算可得；實(shí)時(shí)輪速ω由電機(jī)實(shí)時(shí)反饋可得。PI控制模塊如圖3所示。

圖3 PI控制模型

PI控制器輸出參數(shù)為該車(chē)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩ΔT。PI控制器參數(shù)整定采用經(jīng)驗(yàn)法，通過(guò)多次仿真，不斷調(diào)整PI參數(shù)，使得試驗(yàn)結(jié)果滿足該策略控制需求，最終取kP=100，ki=50。在電子差速控制策略中，當(dāng)監(jiān)測(cè)得到車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率低于20%，則PI控制器輸出值為0，即滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)模塊不參與控制。當(dāng)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率高于20%時(shí)，PI輸出相應(yīng)轉(zhuǎn)矩大小使滑轉(zhuǎn)率降低到20%以下，此時(shí)滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)模塊輸出調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩ΔTt1l、ΔTt1r、ΔTt1r、ΔTt2r。根據(jù)本文2.2節(jié)所得轉(zhuǎn)矩，可得此時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：

(10)

2.4 基于滑轉(zhuǎn)率控制的電子差速實(shí)現(xiàn)流程

電子差速控制模塊整體流程如圖4所示。該策略考慮轉(zhuǎn)向過(guò)程中由于離心力的作用導(dǎo)致內(nèi)外側(cè)載荷的重新分配，以?xún)蓚?cè)驅(qū)動(dòng)輪附著率相等為目標(biāo)對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行重新分配，使得車(chē)輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的可能性降低。首先計(jì)算出轉(zhuǎn)向過(guò)程中各車(chē)輪垂直載荷，分配左右側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值K1和K2，考慮轉(zhuǎn)向過(guò)程中整車(chē)的穩(wěn)定性，防止車(chē)輛出現(xiàn)過(guò)度橫擺的情況，對(duì)兩側(cè)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比進(jìn)行修正得到修正后的左右側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比K1′和K2′，此外滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)模塊對(duì)車(chē)輪實(shí)時(shí)滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率超出所設(shè)定上限值時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為經(jīng)滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)模塊計(jì)算得到的Tt1l′、Tt1r′、Tt2l′、Tt2r′，若滑轉(zhuǎn)率未達(dá)到上限值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出為T(mén)t1l、Tt1r、Tt2l、Tt2r。

圖4 電子差速控制策略流程

3 電子差速仿真與分析

3.1 仿真模型建立

選擇動(dòng)力學(xué)仿真軟件Carsim建立整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，由于Carsim軟件無(wú)電動(dòng)汽車(chē)模型，因此建立Carsim/Simulink聯(lián)合仿真電動(dòng)汽車(chē)模型[14]。

本文研究的車(chē)型為某四輪輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)公交車(chē)，整車(chē)基本參數(shù)如表1所示。

表1 整車(chē)仿真參數(shù)

3.2 電子差速仿真結(jié)果

為了驗(yàn)證本文電子差速控制策略，在基于Carsim/Simulink搭建的聯(lián)合仿真平臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎工況仿真，并將有電子差速策略仿真結(jié)果與無(wú)電子差速策略仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，無(wú)策略時(shí)將期望轉(zhuǎn)矩平均分到兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，前后軸轉(zhuǎn)矩則與電子差速控制策略采用相同的分配方法。

3.2.1 高速小轉(zhuǎn)向工況

方向盤(pán)轉(zhuǎn)角在4 s內(nèi)由0°增大到120°(左轉(zhuǎn))，駕駛員加速踏板輸入維持車(chē)速50 km/h。電子差速策略與無(wú)策略驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比如圖5所示，內(nèi)側(cè)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率對(duì)比如圖6所示，橫擺角速度對(duì)比如圖7所示。

圖5 高速小轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比

3.2.2 中速中轉(zhuǎn)向

方向盤(pán)轉(zhuǎn)角在6 s內(nèi)由0°增大到280°(左轉(zhuǎn))，駕駛員加速踏板輸入維持車(chē)速35 km/h。電子差速策略與無(wú)策略驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比如圖8所示，內(nèi)側(cè)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率對(duì)比如圖9所示，橫擺角速度對(duì)比如圖10所示。

圖6 高速小轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率對(duì)比

圖7 高速小轉(zhuǎn)向橫擺角速度對(duì)比

圖8 中速中轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比

圖9 中速中轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率對(duì)比

圖10 中速中轉(zhuǎn)向橫擺角速度對(duì)比

3.2.3 低速大轉(zhuǎn)向

方向盤(pán)轉(zhuǎn)角在6 s內(nèi)由0°增大到580°(左轉(zhuǎn))，駕駛員加速踏板輸入維持車(chē)速2 5 km/h。電子差速策略與無(wú)策略驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比如圖11所示，內(nèi)側(cè)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率對(duì)比如圖12所示，橫擺角速度對(duì)比如圖13所示。

圖11 低速大轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比

圖12 低速大轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率對(duì)比

3.2.4 仿真結(jié)果分析

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出：當(dāng)方向盤(pán)從0°逐漸增大時(shí)，內(nèi)側(cè)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小，外側(cè)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加，直到方向盤(pán)轉(zhuǎn)角穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也趨于穩(wěn)定。由車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率可以看出，采用電子差速策略的車(chē)輪內(nèi)側(cè)滑轉(zhuǎn)率相較于無(wú)策略車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率都有下降：高速小轉(zhuǎn)向工況中滑轉(zhuǎn)率從3%下降到1.5%，中速中轉(zhuǎn)向工況中滑轉(zhuǎn)率從70%下降到10%，低速大轉(zhuǎn)向工況中滑轉(zhuǎn)率從16%下降到6%。3個(gè)轉(zhuǎn)向工況中采用電子差速策略的橫擺角速度與無(wú)策略橫擺角速度偏差較小，最大偏差為3(°)/s，說(shuō)明本文研究的電子差速策略能夠降低車(chē)輪轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的滑轉(zhuǎn)率，并且在車(chē)輪出現(xiàn)較嚴(yán)重滑轉(zhuǎn)率時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩將滑轉(zhuǎn)率控制在期望值以?xún)?nèi)，且在轉(zhuǎn)向過(guò)程中車(chē)輛并未出現(xiàn)過(guò)度橫擺的情況。以上結(jié)果說(shuō)明，該策略能保證車(chē)輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程具有較好的差速效果、橫向穩(wěn)定性和縱向加速性能。

圖13 低速大轉(zhuǎn)向橫擺角速度對(duì)比

4 硬件在環(huán)試驗(yàn)

對(duì)電子差速控制系統(tǒng)進(jìn)行離線仿真驗(yàn)證之后，進(jìn)一步進(jìn)行硬件在環(huán)仿真驗(yàn)證。本文的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由dSPACE1005、dSPACE1104以及搭載Infineon-TriCore芯片的整車(chē)控制器組成，試驗(yàn)設(shè)備如圖14所示。其中整車(chē)控制器中包括電子差速控制系統(tǒng)，dSPACE1005作為整車(chē)模型部分，dSPACE1104作為汽車(chē)駕駛員部分。半實(shí)物仿真試驗(yàn)流程如下：駕駛員操作指令和整車(chē)狀態(tài)參數(shù)分別通過(guò)dSPACE1104、dSPACE1005發(fā)送到整車(chē)控制器，整車(chē)控制器根據(jù)電子差速控制策略計(jì)算出當(dāng)前所需指令驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并將該轉(zhuǎn)矩返回到整車(chē)模型作為輸入量驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，同時(shí)整車(chē)狀態(tài)參數(shù)返回到整車(chē)控制器等待下一指令。

通過(guò)ControlDesk對(duì)硬件在環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括加速踏板開(kāi)度、車(chē)速、滑轉(zhuǎn)率、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、橫擺角速度等參數(shù)。

圖14 硬件在環(huán)試驗(yàn)平臺(tái)

選擇變速轉(zhuǎn)向工況仿真工況，車(chē)輛從靜止開(kāi)始加速，駕駛員加速踏板始終保持在恒定40%開(kāi)度，車(chē)速由0逐漸增加，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角在6 s內(nèi)由0°增大到150°。將相同轉(zhuǎn)向工況進(jìn)行離線仿真和硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)仿真，并將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，離線仿真與硬件在環(huán)試驗(yàn)車(chē)速對(duì)比如圖15所示，車(chē)輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比如圖16、17所示。

圖15 離線仿真與硬件在環(huán)試驗(yàn)車(chē)速對(duì)比

圖16 離線仿真與硬件在環(huán)試驗(yàn)前輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比

圖17 離線仿真與硬件在環(huán)試驗(yàn)后輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比

根據(jù)圖15～17可以看出：離線仿真結(jié)果與硬件在環(huán)仿真結(jié)果基本一致。硬件在環(huán)整車(chē)車(chē)速與離線仿真整車(chē)車(chē)速程相同趨勢(shì)增加，且最終數(shù)值基本相同。硬件在環(huán)仿真對(duì)4個(gè)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩分配情況與離線仿真時(shí)基本吻合，不僅從理論上設(shè)計(jì)了電子差速控制策略，而且驗(yàn)證了控制策略的可靠性。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)分布式驅(qū)動(dòng)車(chē)輛在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)輪差速控制進(jìn)行研究，以四輪輪邊驅(qū)動(dòng)客車(chē)為研究對(duì)象，提出了一種以滑轉(zhuǎn)率為控制目標(biāo)的電子差速控制策略。該策略考慮轉(zhuǎn)向過(guò)程中整車(chē)的差速效果，同時(shí)兼顧轉(zhuǎn)向過(guò)程的穩(wěn)定性。

建立控制策略模型，使用Matlab/Simulink和Carsim軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真，在不同車(chē)速下進(jìn)行不同角度方向盤(pán)角階躍輸入。仿真結(jié)果表明：該電子差速策略能夠在多種轉(zhuǎn)向工況下有效地降低車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率，使車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率始終控制在合理的區(qū)間范圍內(nèi)，使整車(chē)具有較好的差速效果和橫向穩(wěn)定性，達(dá)到了整體差速設(shè)計(jì)目的。

在硬件在環(huán)試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行轉(zhuǎn)彎工況仿真，發(fā)現(xiàn)硬件在環(huán)仿真結(jié)果與離線仿真結(jié)果基本一致，為接下來(lái)實(shí)車(chē)搭載該策略奠定了良好基礎(chǔ)，為將該控制策略進(jìn)行產(chǎn)品化提供了可能。