電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統設計與實(shí)現

本文在現有電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力控制方法基礎上,設計并實(shí)現了一種電助力轉向與雙后輪獨立驅動(dòng)相結合的模型電動(dòng)車(chē)運動(dòng)控制系統。該系統將電助力轉向與雙后輪輪轂電機驅動(dòng)結合,省略了傳統的離合器、變速器、主減速器及差速器等部件,大大簡(jiǎn)化了整車(chē)結構大大提高了電動(dòng)汽車(chē)電氣化程度和可控制程度,充分發(fā)揮了電動(dòng)汽車(chē)高度電機一體化的優(yōu)勢。文中具體給出了系統各關(guān)鍵子系統的設計和控制方法,并通過(guò)臺架實(shí)驗證明了設計的有效性。
　　
1　模型電動(dòng)汽車(chē)系統總體構成
　　
設計針對電動(dòng)車(chē)( EV) 理想車(chē)況低速行駛,實(shí)現了一種雙后輪獨立驅動(dòng)運動(dòng)模型。系統結構如圖1所示。
　　
模型車(chē)前輪控制采用電助力轉向( EPS)系統,動(dòng)力由兩個(gè)后輪電機共同提供。電助力轉向驅動(dòng)使用普通直流伺服電機,控制簡(jiǎn)單;兩個(gè)后輪電機為兩個(gè)輪轂式直流無(wú)刷(BLDC)電機,能夠在提高效率的同時(shí)保證長(cháng)期運行的可靠性。系統中每個(gè)電機與電控單元( ECU)間都獨自構成一個(gè)速度閉環(huán)和電流閉環(huán)系統,這種設計可以在保持傳統汽車(chē)駕感的基礎上,省略傳統車(chē)輛的離合器、變速器、主減速器及差速器等部件,大大簡(jiǎn)化了整車(chē)結構,提高傳動(dòng)效率,并且能夠通過(guò)控制技術(shù)實(shí)現助力轉向功能,和對電動(dòng)輪的電子差速控制。
　　
2　雙后輪驅動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)運動(dòng)控制系統設計
　　
原型電動(dòng)汽車(chē)運動(dòng)控制主要需要解決以下兩個(gè)問(wèn)題:一是助力轉向系統控制問(wèn)題;二是對兩個(gè)獨立驅動(dòng)輪的協(xié)調控制問(wèn)題。
　　
2. 1　助力轉向控制
　　
電動(dòng)助力轉向工作過(guò)程如下:首先,轉矩傳感器測出駕駛員施加在轉向盤(pán)上的操縱力矩,車(chē)速傳感器測出車(chē)輛當前的行駛速度,然后將這兩個(gè)信號傳遞給ECU; ECU根據內置的控制策略,計算出理想的目標助力力矩,轉化為電流指令給電機;然后,電機產(chǎn)生的助力力矩經(jīng)減速機構放大作用在機械式轉向系統上,和駕駛員的操縱力矩一起克服轉向阻力矩,實(shí)現車(chē)輛的轉向。
　　
助力電機控制策略采用助力電機電流的閉環(huán)給定控制,其控制功能結構框圖見(jiàn)圖2。
　　

　　
這樣的控制結構簡(jiǎn)化了實(shí)際助力特性調整的過(guò)程,控制參數調整方便和直觀(guān),在滿(mǎn)足控制要求的基礎上保證了經(jīng)濟性。
　　
2. 2　兩驅動(dòng)輪控制
　　
采用雙后輪獨立驅動(dòng)方案,每個(gè)驅動(dòng)輪都能獨立提供驅動(dòng)力,功率可以按需要獨立分配,其差速功能可以由軟件完成,實(shí)現電子式差速。
　　
要判斷駕駛員的駕駛意圖是直駛還是轉向,方向盤(pán)轉角θ是一個(gè)重要參數。策略中引入方向盤(pán)自由行程角ε這樣一個(gè)標志量,當|θ| > ε 時(shí),車(chē)輛電控單元(ECU)認為駕駛意圖為轉向,否則為直駛。無(wú)論是直駛控制策略還是轉向控制策略,其關(guān)鍵點(diǎn)還是通過(guò)對目標轉速ni1和ni2的調節來(lái)實(shí)現對兩側電機的控制,從而達到對車(chē)體行走軌跡的操控。雙電機協(xié)調控制方框圖見(jiàn)圖3。
　　

　　
1) 直駛控制策略
　　
在直線(xiàn)行駛中,兩側的電機速度no1 和no2很難達到完全一致,總是會(huì )存在一定的速度差△n (定義 △n = no1 - no2 ) ,ECU需要對△n進(jìn)行監測,當△n超過(guò)系統允許實(shí)時(shí)速度差np時(shí),就需要根據△n和np 來(lái)對目標轉速ni1和 ni2進(jìn)行一定的調節,調節量為nin;為了保證直線(xiàn)行駛的穩定, ECU還需要對兩側電機的累計行程差△S進(jìn)行監測,當△S超過(guò)系統允許實(shí)時(shí)速度 Sp 時(shí),就需要根據△S和Sp對目標轉速ni1和ni2也進(jìn)行一定的調節,調節量為nis。根據累計行程差計算出nis,nis = C3 △S, C —比例常數,根據試驗確定,不能過(guò)大否則容易引起不穩定,計算結果用于調節兩個(gè)電機的輸入轉速消減該累計行程差,實(shí)現閉環(huán)控制。通過(guò)累計行程和速度的雙重同步,增強了車(chē)輛穩定直線(xiàn)行駛的可靠性。
　　
4　結語(yǔ)
　　
設計實(shí)現了一種電助力轉向與雙后輪驅動(dòng)技術(shù)結合的電動(dòng)車(chē)輛運動(dòng)控制模型,提出以角度、速度控制為基礎的雙輪轂電機協(xié)調控制策略,為使用雙后驅電動(dòng)車(chē)輛的穩定行駛問(wèn)題提供了解決方案。臺架試驗結果表明:該控制策略可以較好的滿(mǎn)足車(chē)輛的直線(xiàn)行駛和轉向行駛控制要求,證明了設計的有效性。