張慶

摘 要：純電動汽車輸出轉(zhuǎn)矩過大或者冰雪濕滑路面行駛時(shí)，驅(qū)動容易發(fā)生滑轉(zhuǎn)。針對純電動汽車驅(qū)動防滑控制問題，研究了基于滑模變結(jié)構(gòu)的驅(qū)動防滑控制方法，并通過仿真分析進(jìn)行了驗(yàn)證控制方法的可行性，對純電動汽車的設(shè)計(jì)和使用具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：純電動汽車 驅(qū)動防滑 滑模變結(jié)構(gòu)控制

中圖分類號：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（a）-0001-02

汽車輸出轉(zhuǎn)矩過大或在冰雪濕滑路面行駛時(shí)，驅(qū)動輪容易發(fā)生過度滑轉(zhuǎn)，嚴(yán)重影響汽車的駕駛性和安全性。為了避免驅(qū)動輪發(fā)生過度滑轉(zhuǎn)，在車輛控制時(shí)需對輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制，以期獲得最佳的驅(qū)動效果。相比于傳統(tǒng)燃油汽車，由于電驅(qū)動系統(tǒng)中包含電機(jī)及控制器單元，純電動汽車在輸出轉(zhuǎn)矩控制方面具有非常大的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢可以概括為：（1）通過電機(jī)控制器單元能方便準(zhǔn)確地獲得電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；（2）電機(jī)能迅速相應(yīng)轉(zhuǎn)矩控制信號并被精確控制。 該文采用滑膜變結(jié)構(gòu)控制算法對純電動汽車輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制，有效抑制了驅(qū)動輪過度滑轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)良好的驅(qū)動防滑效果。

1 純電動汽車驅(qū)動防滑問題

純電動汽車由動力電池為驅(qū)動電機(jī)提供電能并驅(qū)動車輛行駛，在汽車驅(qū)動行駛過程中，電機(jī)所提供的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)傳遞給車輪，對路面產(chǎn)生一個(gè)與行駛方向相反的作用力，根據(jù)牛頓第三定律，路面會產(chǎn)生一個(gè)與行駛方向相同的切向反作用力，驅(qū)動車輛行駛，這個(gè)切向反作用力稱為縱向附著力。路面所能提供的縱向附著力與路面縱向附著系數(shù)成正比關(guān)系。

當(dāng)車輛在良好附著系數(shù)路面行駛時(shí)，縱向附著力足夠大，此時(shí)電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩越大，車輛的加速性能越好，爬坡能力也越強(qiáng)；但是當(dāng)車輛在低附著系數(shù)路面行駛時(shí)，輪胎與路面間附著性能變差，當(dāng)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩超過路面附著力時(shí)，驅(qū)動輪將發(fā)生滑轉(zhuǎn)。

一般用滑轉(zhuǎn)率來表示滑轉(zhuǎn)過程中滑動成分的多少，滑轉(zhuǎn)率可表示為。在純滾動時(shí)，車速等于驅(qū)動輪輪速，此時(shí)滑轉(zhuǎn)率=0；在純滑動時(shí)，車速為零，此時(shí)滑轉(zhuǎn)率=1；在邊滾邊滑時(shí)，滑轉(zhuǎn)率為0<<1。

車輪滑轉(zhuǎn)率與路面附著系數(shù)之間具有關(guān)聯(lián)關(guān)系，即隨著車輪滑轉(zhuǎn)率從零開始增大，車輪與路面之間的縱向附著系數(shù)先增大后減小，存在一個(gè)最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率對應(yīng)峰值附著系數(shù)，而側(cè)向附著系數(shù)則始終不斷減小。驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)主要發(fā)生在車輛運(yùn)動縱向方向，因此對驅(qū)動輪進(jìn)行驅(qū)動防滑控制時(shí)，只針對車輛的縱向運(yùn)動進(jìn)行研究。

為了獲得最佳的驅(qū)動防滑效果，在純電動汽車驅(qū)動防滑控制時(shí)應(yīng)以最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率為控制目標(biāo)，將驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率控制在最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率附近，以獲得最大的縱向附著系數(shù)，從而提高車輛的加速性能和通過性能。

2 基于滑膜變結(jié)構(gòu)的純電動汽車驅(qū)動防滑控制

2.1 驅(qū)動防滑控制模型

只考慮車輛的縱向運(yùn)動。在電動汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了簡化系統(tǒng)，忽略空氣阻力影響，將車輛模型簡化為單輪模型，如圖1所示。

2.2 基于滑模變結(jié)構(gòu)的純電動汽車驅(qū)動防滑控制

純電動汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)以最佳滑轉(zhuǎn)率為控制目標(biāo)，對控制的精度和快速響應(yīng)性有較高要求。驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)非線性系統(tǒng)[1]，為了實(shí)現(xiàn)控制器在最短時(shí)間內(nèi)對最佳滑轉(zhuǎn)率實(shí)現(xiàn)正確跟蹤，鑒于滑模變結(jié)構(gòu)控制算法具有不依賴非線性系統(tǒng)的精確模型，控制響應(yīng)快速度高等優(yōu)點(diǎn)，該文采取滑模變結(jié)構(gòu)控制算法[2-3]來設(shè)計(jì)驅(qū)動防滑控制器。

3 仿真分析

在Matlab/simulink軟件中對所研究的驅(qū)動防滑控制算法進(jìn)行仿真分析。整車質(zhì)量1 000 kg，車輪半徑為0.32 m，車輪轉(zhuǎn)動慣量為1.1 kg.m2。以冰雪路面作為研究對象，此路面下的最佳滑轉(zhuǎn)率為0.2，初始時(shí)給電機(jī)500 N·m的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩信號以使得驅(qū)動輪容易發(fā)生滑轉(zhuǎn)，在無驅(qū)動防滑控制情況下，車速和輪速輸出如圖2所示；在滑模驅(qū)動防滑控制下，車速及轉(zhuǎn)速變化如圖3所示；有、無驅(qū)動防滑控制兩中狀態(tài)下滑轉(zhuǎn)率對比如圖4所示。

從圖2中可以看出，在無驅(qū)動防滑控制下，輪速遠(yuǎn)偏離車速，驅(qū)動輪發(fā)生了過度滑轉(zhuǎn)。從圖4中可以看出，無驅(qū)動防滑控制下，驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率保持為0.8。針對驅(qū)動輪在冰雪路面發(fā)生過度滑轉(zhuǎn)的情況進(jìn)行驅(qū)動防滑控制，從圖3中可以看出，在滑模驅(qū)動防滑控制下，輪速和車速之間保持收斂，未出現(xiàn)輪速遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離車速的情況；從圖4中也可以看出，在驅(qū)動防滑控制下，驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率保持在0.2，實(shí)現(xiàn)了對冰雪路面最佳滑轉(zhuǎn)率的準(zhǔn)確跟蹤。

4 結(jié)語

針對純電動汽車驅(qū)動防滑控制問題，研究了基于滑模變結(jié)構(gòu)的驅(qū)動防滑控制方法，并通過仿真分析進(jìn)行了驗(yàn)證，對純電動汽車的設(shè)計(jì)和使用具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙治國.車輛動力學(xué)及其非線性控制理論技術(shù)的研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2002.

[2] 謝利理，劉麗卓，鄭新華，等.基于LuGre模型的飛機(jī)制動系統(tǒng)滑?？刂芠J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，41（6）：65-69.

[3] 陳振，劉向東，靳永強(qiáng)，等.采用擴(kuò)展卡爾曼濾波磁鏈觀測器的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28 （33）：75-81.