郭 帥，李軍偉，高 松，李研強(qiáng)

(1.山東理工大學(xué)交通與車(chē)輛工程學(xué)院， 山東淄博255049;2.山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所， 山東濟(jì)南250014)

基于滑移率的雙電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)

郭 帥1，李軍偉1，高 松1，李研強(qiáng)2

(1.山東理工大學(xué)交通與車(chē)輛工程學(xué)院， 山東淄博255049;2.山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所， 山東濟(jì)南250014)

針對(duì)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)輪打滑引起的動(dòng)力損失問(wèn)題，引入采用模糊PID(比例積分微分)控制算法的踏板調(diào)整系數(shù)，建立了基于車(chē)輪滑移率的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配方法，并利用美國(guó)NI公司的Motohawk搭建了整車(chē)模型和策略模型；在VeriStand的基礎(chǔ)上研發(fā)了面向整車(chē)模型的上位機(jī)控制系統(tǒng)，應(yīng)用Kvaser將策略下載到整車(chē)控制器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了在D2P(快速原型設(shè)計(jì))設(shè)備上的硬件在環(huán)仿真測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，所建立的轉(zhuǎn)矩分配策略可以合理的將轉(zhuǎn)矩分配到前后軸上，同時(shí)可將前后輪的滑移率有效控制在10%以內(nèi)，提高了電動(dòng)汽車(chē)的效率和性能，為雙電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)的轉(zhuǎn)矩分配提供了有益參考。

雙電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)；轉(zhuǎn)矩分配；整車(chē)控制器；硬件在環(huán)仿真

0 引 言

雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)因動(dòng)力源和電機(jī)之間采用電纜連接，缺少車(chē)輪打滑的預(yù)警信息，容易導(dǎo)致汽車(chē)動(dòng)力不足或動(dòng)力損耗[1]。如何合理有效地在雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的轉(zhuǎn)矩分配過(guò)程中采用一定的防滑機(jī)制，是保證汽車(chē)能夠正常行駛，提高雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性的重要舉措。然而，由于雙電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其轉(zhuǎn)矩分配控制策略比傳統(tǒng)單電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)復(fù)雜，目前關(guān)于車(chē)輪打滑后轉(zhuǎn)矩分配策略的研究相對(duì)較少。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究人員雖然對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的轉(zhuǎn)矩控制策略做了大量研究，例如，文獻(xiàn)[2]以混合動(dòng)力汽車(chē)為研究對(duì)象，通過(guò)離散化的方程優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩分配策略；文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]研究了雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)，提出了基于駕駛模式轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)矩分配策略；文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[6]考慮到了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，使所得到的轉(zhuǎn)矩分配控制策略在瞬態(tài)條件下更加準(zhǔn)確。但這些研究能夠給出較為可靠的電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)矩控制策略，然而由于沒(méi)有考慮車(chē)輪打滑后的轉(zhuǎn)矩分配策略，致使車(chē)輛打滑過(guò)程中損失較多動(dòng)力。

本文以雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，將防滑機(jī)制應(yīng)用到轉(zhuǎn)矩分配策略中，利用車(chē)輛行駛過(guò)程中的前后車(chē)輪滑移率，對(duì)基于車(chē)輪滑移率的電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法進(jìn)行研究，以減少失去附著率一側(cè)車(chē)輪的動(dòng)力輸出，降低能量損耗，并建立滿足動(dòng)力性要求的汽車(chē)整車(chē)模型和汽車(chē)整車(chē)控制器策略模型，在D2P(快速原型設(shè)計(jì))設(shè)備上對(duì)策略模型進(jìn)行硬件在環(huán)仿真測(cè)試，使優(yōu)化后的扭矩分配策略能有效地提高電動(dòng)汽車(chē)的效率和性能。

1 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的前后軸是由對(duì)稱且分別獨(dú)立的電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的，其動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，汽車(chē)前后軸電機(jī)的動(dòng)力通過(guò)固定傳動(dòng)比的減速器、主減速器和差速器等傳輸?shù)角拜喓秃筝?；汽?chē)整車(chē)控制器采集四個(gè)車(chē)輪的滑移率，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的再分配和優(yōu)化，通過(guò)CAN總線將轉(zhuǎn)矩信號(hào)發(fā)送給前后軸電機(jī)控制器，對(duì)前后軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。

圖1 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Drive system structure of the dual motor

與傳統(tǒng)單電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可以提供更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，可使汽車(chē)在相同駕駛條件下提升單個(gè)電機(jī)的負(fù)荷率，從而提高汽車(chē)的整體運(yùn)行性能；與雙電機(jī)單軸耦合驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)相比，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置緊湊，轉(zhuǎn)矩分配、再生制動(dòng)和空間布局可以更加合理[7]。

2 驅(qū)動(dòng)控制策略

雙軸驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)，由于輪胎氣壓不同或是輪胎磨損等因素而造成前后車(chē)輪滾動(dòng)半徑不相等，或因道路不平坦、汽車(chē)曲線行駛等因素，造成汽車(chē)前后車(chē)輪的行程產(chǎn)生差異，從而在汽車(chē)前后驅(qū)動(dòng)橋之間產(chǎn)生功率循環(huán)，造成輪胎和其他零部件的磨損，額外損耗電機(jī)的功率。為了避免功率循環(huán)造成的功率浪費(fèi)，電動(dòng)汽車(chē)的轉(zhuǎn)矩分配策略應(yīng)按照前后軸軸荷比分別輸出相應(yīng)轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)前后軸的車(chē)輪[8-10]。假設(shè)前后軸對(duì)應(yīng)的前后傳動(dòng)系傳動(dòng)比相等、傳動(dòng)效率相等，轉(zhuǎn)矩分配的閉環(huán)控制圖如圖2所示。

圖2 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩分配圖Fig.2 Drive torque distribution diagram of the dual motor

2.1 車(chē)輪未打滑時(shí)轉(zhuǎn)矩分配

由于初始轉(zhuǎn)矩的分配與軸荷比成正比，前后軸軸荷即前后輪法向反作用力，其與汽車(chē)的總體布置、車(chē)身形狀、行駛狀況及道路坡度有關(guān)。汽車(chē)加速上坡的受力圖如圖3所示。

圖3 汽車(chē)受力圖Fig.3 Force diagram of the electric vehicle

圖3中，α為道路坡度角，G為汽車(chē)車(chē)重，F(xiàn)W為空氣阻力，F(xiàn)j為加速阻力，F(xiàn)i為坡道阻力，F(xiàn)Zw1、FZw2為作用在車(chē)身上并位于前后輪接地點(diǎn)上方的空氣升力，a、b為汽車(chē)質(zhì)心至前后軸的距離，L為前后軸距，F(xiàn)Z1為前輪的法向反作用力，F(xiàn)Z2為前輪的法向反作用力。

若將作用在汽車(chē)上的諸力對(duì)前后輪與道路接觸面中心取力矩，忽略掉旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性阻力偶矩與滾動(dòng)阻力偶矩之后，可得到前后輪的法向反作用力：

(1)

(2)

式中，hg為質(zhì)心高度。

當(dāng)車(chē)輪未打滑時(shí)，前后軸電機(jī)的轉(zhuǎn)矩以及總的需求轉(zhuǎn)矩滿足以下方程，即：

(3)

(4)

Treq=Ap(Tfmax+Trmax)，

(5)

式中，Treqf為前軸電機(jī)轉(zhuǎn)矩，Treqr為后軸電機(jī)轉(zhuǎn)矩，Treq為總的需求轉(zhuǎn)矩，iT為傳動(dòng)系傳動(dòng)比，ηT為傳動(dòng)系效率，Ap為加速踏板信號(hào)，Tfmax為前軸電機(jī)最大扭矩，Trmax為后軸電機(jī)最大扭矩。

2.2 踏板調(diào)整控制算法

當(dāng)車(chē)輪打滑時(shí)，車(chē)輛四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪滑移率定義為：

(6)

式中，Sfl、Sfr、Srl、Srr分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪四個(gè)車(chē)輪的滑移率，ωfl、ωfr、ωrl、ωrr分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪四個(gè)車(chē)輪的角速度，R為車(chē)輪半徑，vx為縱向車(chē)速，其中在驅(qū)動(dòng)輪加速情況下，車(chē)輪的滑移率為正，在驅(qū)動(dòng)輪減速的情況下，車(chē)輪的滑移率為負(fù)。

驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)依據(jù)四個(gè)輪子Sfl、Sfr、Srl、Srr的滑移率判斷車(chē)輛的行駛條件，根據(jù)踏板開(kāi)度和踏板調(diào)整系數(shù)進(jìn)行軸間轉(zhuǎn)矩分配。前后軸滑移率計(jì)算如下：

(7)

(8)

(9)

Smax=max(Sf,Sr)。

(10)

當(dāng)汽車(chē)行駛在高附著力的路面上時(shí)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪滑移率都在穩(wěn)定的滑動(dòng)區(qū)間，滑移率滿足如下要求：

max(Sf,Sr)≤λ0，

(11)

式中，λ0是一般路面下車(chē)輛的滑移率，大小為10%～20%，這里取10%。因?yàn)槠?chē)正常行駛時(shí)，輪胎最大縱向附著力的點(diǎn)出現(xiàn)在滑移率為10%左右，并且路面附著系數(shù)在這滑移率的這一區(qū)間內(nèi)是先遞增后減小的，同時(shí)比較低的車(chē)輪滑移率可以保證橫向附著系數(shù)，從而有利于汽車(chē)的方向穩(wěn)定性[5,10]。

當(dāng)汽車(chē)行駛在低附著力的路面上時(shí)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪滑移率都在不穩(wěn)定的滑動(dòng)區(qū)間，滑移率滿足如下要求：

min(Sf,Sr)≥λ0，

(12)

(13)

式中，λave是低附著力的路面上滑移率的均值。

當(dāng)汽車(chē)行駛在混合型路面上時(shí)，前后車(chē)輪的附著力明顯不同，滑移率滿足如下條件：

max(Sf,Sr)≥λ0，

(14)

(15)

式中，λfr是車(chē)輪前后滑移率差的閾值。

為了減少滑移嚴(yán)重車(chē)輪的動(dòng)力，以滿足駕駛員的扭矩需求，引入踏板調(diào)整系數(shù)，車(chē)輪滑移率偏差變量設(shè)計(jì)[11-12]：

e=max(Sf,Sr)-λ0。

(16)

由于傳統(tǒng)控制方法抗干擾能力相對(duì)較差，無(wú)法滿足系統(tǒng)對(duì)控制精度的要求，所以采用模糊PID(比例積分微分)控制算法計(jì)算踏板調(diào)整系數(shù)，對(duì)踏板調(diào)整的比例、積分和微分系數(shù)kp、ki和kd應(yīng)用模糊控制的方法進(jìn)行調(diào)整。

當(dāng)汽車(chē)前后軸開(kāi)始發(fā)生滑移或是滑移結(jié)束時(shí)，由于車(chē)輪滑移率偏差e較大，為了加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，比例系數(shù)kp可以選取的較大；為了避免車(chē)輪滑移率的偏差e瞬時(shí)變大而導(dǎo)致微分過(guò)飽和使控制系統(tǒng)超出控制的允許范圍，微分系數(shù)kd選取中等；為了避免車(chē)輪滑移率出現(xiàn)較大的超調(diào)量，而產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，使積分系數(shù)ki=0。當(dāng)汽車(chē)的前后軸正常工作后，車(chē)輪滑移率偏差e和滑移率偏差變化率大小為中等，為使車(chē)輪滑移率超調(diào)量較小，比例系數(shù)kp應(yīng)選取小些，積分系數(shù)ki的取值要適當(dāng)，而微分系數(shù)kd對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)速度會(huì)有較大影響，微分系數(shù)kd的取值要適中；當(dāng)汽車(chē)前后軸轉(zhuǎn)速基本恒定后，由于車(chē)輪滑移率偏差e較小，為了保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)使比例系數(shù)kp和積分系數(shù)ki增大，同時(shí)為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，避免控制系統(tǒng)在設(shè)定值的區(qū)間范圍內(nèi)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，在車(chē)輪滑移率的偏差變化率較小時(shí)，微分系數(shù)kd取大些，車(chē)輪滑移率的偏差變化率較大時(shí)，微分系數(shù)kd取小些[13]。

根據(jù)以上分析內(nèi)容，制定踏板調(diào)整系數(shù)PID模糊規(guī)則如表1。

表1kp、ki和kd模糊規(guī)則
Tab.1 Vague rules ofkp,kiandkd

e·ePBPSZENSNBPBNBPBPSNBPBZENSPSZENSPSZEZEZEPSPSNBPBPSNSPSZENSPSNSZEZENSPSNSNBZENBPSPSNSPSZEZEZENSPSNSNBPSNSNBNSNBZEPSZEZEZEPSNSNSPSNSNBPBNBNBNBZEZEPSPSNBZEPBNBZEPBNBZEPBNBPS

表1中的每一欄內(nèi)有3個(gè)模糊規(guī)則，分別為比例系數(shù)kp、積分系數(shù)ki和微分系數(shù)kd的模糊規(guī)則，車(chē)輪滑移率偏差和車(chē)輪滑移率偏差變化率作為模糊控制系統(tǒng)的輸入變量，比例系數(shù)kp、積分系數(shù)ki和微分系數(shù)kd為模糊控制系統(tǒng)的輸出變量。

采用模糊PID控制算法計(jì)算的踏板調(diào)整系數(shù)，即

(17)

式中，F(xiàn)λ0是踏板調(diào)整系數(shù)的初始值，一般設(shè)為1；kp、ki和kd是踏板調(diào)整的比例、積分和微分系數(shù)。

應(yīng)用模糊PID控制算法計(jì)算得到踏板調(diào)整系數(shù)仿真曲線如圖4所示，當(dāng)前后軸車(chē)輪滑移率發(fā)生較大變化時(shí)，踏板調(diào)整系數(shù)Fλ會(huì)減小，從而減小動(dòng)力損耗；當(dāng)前后軸車(chē)輪滑移率維持在正常值且差值很小時(shí)，踏板調(diào)整系數(shù)會(huì)保持1不變。

(a) 滑移率曲線

(b) 踏板調(diào)整系數(shù)曲線

圖4 踏板調(diào)整系數(shù)及滑移率仿真曲線
Fig.4 Simulation of the pedal adjustment coefficient and the slip ratio

2.3 車(chē)輪打滑時(shí)轉(zhuǎn)矩分配

當(dāng)前軸車(chē)輪發(fā)生100%滑移時(shí)，需求扭矩計(jì)算如下：

Treq=ApTrmax=Treqr，

(18)

Treqf=0。

(19)

當(dāng)后軸車(chē)輪發(fā)生100%滑移時(shí)，需求扭矩計(jì)算如下：

Treq=ApTfmax=Treqf，

(20)

Treqr=0。

(21)

當(dāng)前后軸車(chē)輪都未發(fā)生100%滑移的情況時(shí)，引入踏板調(diào)整系數(shù)和轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)的需求扭矩計(jì)算如下：

Treq=FλAp(Tfmax+Trmax)，

(22)

(23)

(24)

為了防止驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生滑移和滑拖，根據(jù)前后軸車(chē)輪的滑移率，對(duì)前軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的需求轉(zhuǎn)矩Treqf和后軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的需求轉(zhuǎn)矩Treqr進(jìn)行調(diào)整，如果前后驅(qū)動(dòng)軸處的路面附著系數(shù)不相等，比如某一側(cè)驅(qū)動(dòng)軸的附著力下降，則轉(zhuǎn)矩分配策略根據(jù)踏板調(diào)整系數(shù)減少總的需求轉(zhuǎn)矩大小，從而減少滑移率較大一側(cè)車(chē)輪的動(dòng)力，減少能量損耗；當(dāng)某一側(cè)車(chē)輪滑移率達(dá)到100%時(shí)，系統(tǒng)會(huì)中斷其驅(qū)動(dòng)力的輸出，由附著力大的車(chē)輪對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軸輸出驅(qū)動(dòng)力，即前后軸電機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩不再與所對(duì)應(yīng)的汽車(chē)前后軸軸荷成比例，而是利用路面的附著條件使附著力大的車(chē)輪獲得盡可能大的驅(qū)動(dòng)力，使汽車(chē)可以安全脫困[14-15]。

3 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)整車(chē)及策略模型

利用美國(guó)NI公司的Motohawk，建立MPC565系列控制器底層及策略仿真模型，如圖5所示，根據(jù)加速踏板及制動(dòng)踏板的開(kāi)度、電機(jī)的轉(zhuǎn)速、車(chē)速、檔位、故障診斷的狀態(tài)等信息，輸出對(duì)應(yīng)的前后軸電機(jī)的需求扭矩?？刂葡到y(tǒng)針對(duì)MCU(電機(jī)控制器)和BMS(電池管理系統(tǒng))的控制算法、系統(tǒng)上下電、驅(qū)動(dòng)模式選擇、能量回收計(jì)算[16]、扭矩計(jì)算等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)的控制。

圖5 電動(dòng)汽車(chē)策略模型Fig.5 Strategy model of the electric vehicle

限滑機(jī)制主要分為前輪限滑和后輪限滑兩種類(lèi)型，根據(jù)車(chē)速、檔位、剎車(chē)、車(chē)輪滑移率等判斷限滑使能條件，通過(guò)與電機(jī)控制器配合完成限滑功能[17-19]。限滑扭矩的大小主要結(jié)合電機(jī)的扭矩特性曲線，以初始滑動(dòng)時(shí)車(chē)輪的扭矩為基準(zhǔn)，當(dāng)前軸或后軸車(chē)輪滑動(dòng)時(shí)，VCU(整車(chē)控制器)減小滑動(dòng)一側(cè)車(chē)輪的扭矩，減少動(dòng)力損失。

如圖6所示建立電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)模型。集成的NIVeriStandSignalProbe模塊獲取整車(chē)控制器策略模型的驅(qū)動(dòng)踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)、檔位信號(hào)等信息，信號(hào)經(jīng)電機(jī)控制器模塊及PXI(面向儀器系統(tǒng)的外圍組件互連擴(kuò)展)機(jī)箱處理后，將電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，以及車(chē)速、滑移率等信號(hào)發(fā)送給整車(chē)控制器，使策略模型在D2P設(shè)備上進(jìn)行硬件在環(huán)仿真測(cè)試，從而形成一個(gè)閉環(huán)的仿真控制系統(tǒng)。

圖6 電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)模型Fig.6 Vehicle model of the electric vehicle

4 仿真驗(yàn)證

圖7 硬件在環(huán)仿真Fig.7 Hardware in loop simulation

利用VeriStand軟件搭建整車(chē)模型的上位機(jī)，將雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)模型生成的Vehicle.dll文件導(dǎo)入到VeriStand軟件內(nèi)，可以在上位機(jī)界面實(shí)時(shí)控制加速踏板、制動(dòng)踏板、檔位等，并可以觀測(cè)汽車(chē)的車(chē)速、轉(zhuǎn)矩、電池SOC(電池荷電狀態(tài))等信息。

通過(guò)Kvaser將VCU 控制策略模型生成的VCU.dll文件下載進(jìn)入整車(chē)控制器內(nèi)，如圖7所示，使用D2P設(shè)備對(duì)VCU 控制策略進(jìn)行硬件在環(huán)仿真。

油門(mén)踏板開(kāi)度在50%時(shí)，在高附著率的路面上，前后軸車(chē)輪滑移率及轉(zhuǎn)矩分配仿真結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，當(dāng)前軸滑移率與后軸滑移率差值很小且前后軸滑移率小于10%時(shí)，前后軸轉(zhuǎn)矩會(huì)按照軸荷比分配。

(a) 前軸滑移率

(b) 后軸滑移率

(c) 前軸分配的轉(zhuǎn)矩

(d) 后軸分配的轉(zhuǎn)矩

圖8 高附著率路面上轉(zhuǎn)矩分配及滑移率仿真圖
Fig.8 Simulation of torque distribution and the slip ratio on high adhesion road

從圖8可以看出，在附著力高的路面上行駛時(shí)，在每一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上的路面附著系數(shù)足夠大，可以提供足夠大的路面反向力矩，在加速踏板的全域范圍內(nèi)，車(chē)輪的滑移率都保持在一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)[20-22]，并且也沒(méi)有超過(guò)滑移率的峰值，前后軸轉(zhuǎn)矩按照軸荷比分配，前后軸轉(zhuǎn)矩分別維持在90 N·m和120 N·m。

油門(mén)踏板開(kāi)度在50%時(shí)，在低附著率面上行駛時(shí)，前后軸車(chē)輪滑移率及轉(zhuǎn)矩分配仿真結(jié)果如圖9所示。由圖9可知，當(dāng)前軸滑移率與后軸滑移率差距很大時(shí)，由于踏板調(diào)整系數(shù)的介入，前后軸轉(zhuǎn)矩都會(huì)相應(yīng)較小以減少動(dòng)力損耗。

(a) 前軸滑移率

(b) 后軸滑移率

(c)前軸分配轉(zhuǎn)矩

(d) 后軸分配轉(zhuǎn)矩

圖9 低附著率路面上轉(zhuǎn)矩分配及滑移率仿真圖
Fig.9 Simulation of torque distribution and slip ratio of front and rear axle on multiple adhesion road

從圖9可以看出，當(dāng)汽車(chē)行駛在低附著率道路上時(shí)，車(chē)輪在剛開(kāi)始發(fā)生滑移時(shí)，路面附著系數(shù)不能達(dá)到汽車(chē)的轉(zhuǎn)矩需求，前后軸轉(zhuǎn)矩分別為65 N·m和85 N·m，驅(qū)動(dòng)輪的滑移率將處在不穩(wěn)定區(qū)間。在這種情況下，要通過(guò)減少踏板調(diào)整系數(shù)，使車(chē)輪滑移率降低到穩(wěn)定區(qū)域，盡可能的滿足當(dāng)前路面的需求轉(zhuǎn)矩；而當(dāng)前后車(chē)輪滑移率穩(wěn)定在正常區(qū)間10%以內(nèi)時(shí)，前后軸轉(zhuǎn)矩分別回到90 N·m和120 N·m。

綜上分析可知，與傳統(tǒng)的僅按照前后軸荷比進(jìn)行前后軸轉(zhuǎn)矩分配的方法相比，本文的基于滑移率的前后軸轉(zhuǎn)矩分配方法可以減少滑移動(dòng)力的損失，將前后軸車(chē)輪滑移率控制在10%以內(nèi)[5]，使汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性都得到提高。

5 結(jié) 論

本文利用前后車(chē)輪滑移率，提出了一種基于車(chē)輪滑移率模糊PID控制算法的雙電機(jī)雙軸驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)矩分配策略，根據(jù)前后軸車(chē)輪的滑移率動(dòng)態(tài)優(yōu)化前后軸電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，應(yīng)用模糊PID控制算法引入踏板調(diào)整系數(shù)，使汽車(chē)前后軸車(chē)輪滑移率控制在10%以內(nèi)，有效防止驅(qū)動(dòng)輪的打滑；建立了汽車(chē)整車(chē)模型和控制器策略模型，并應(yīng)用美國(guó)NI公司的D2P進(jìn)行了硬件在環(huán)仿真測(cè)試。結(jié)果表明，該策略可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的智能分配，減少車(chē)輪打滑時(shí)的動(dòng)力損失，使前后軸電機(jī)工作在高效的轉(zhuǎn)矩區(qū)間，從而顯著提高了電動(dòng)汽車(chē)的效率，為雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)矩分配控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種行之有效的方法。

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(責(zé)任編輯 梁 健)

Torque distribution system of double motor electric vehicle based on slip ratio

GUO Shuai1, LI Jun-wei1, GAO Song1，LI Yan-qiang2

(1. School of Traffic & Vehicle Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China;2. Automation Research Institute of Shandong Academy of Sciences, Ji’nan 250014, China)

The two-axis double motor drive electric vehicle torque distribution strategy was studied, and the dynamic optimization method was developed based on the slipping rate while using vague PID (proportion, integral, differential) control algorithm to calculate the pedal adjustment coefficient, then the model of the vehicle model and strategy was built by Motohawk developed by NI (National Instruments). And the vehicle model was imported into VeriStand to build the upper monitor control system of the vehicle model, then the model application should be downloaded to the vehicle controller by the Kvaser. At last, the hardware in the loop simulation should be applied to D2P (rapid prototype) devices with all kinds of test board. Results show that the design of the torque distribution strategy can distribute the torque reasonably and make the wheels slip ratio within 10% to improve the efficiency and performance of electric vehicles effectively. This strategy will provide a useful reference for the torque distribution of electric vehicle with double motors.

dual motor electric vehicle; torque distribution; vehicle control unit(VCU); hardware in the loop simulation

2016-08-25；

2016-09-21

山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2015EM054)；山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2015GGX105009)

李軍偉(1964-)，男，河南平頂山人，山東理工大學(xué)教授，博士；E-mail：ljwhitt@163.com。

郭帥，李軍偉，高松,等.基于滑移率的雙電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，41(6)：1797-1806.

10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.1797

U461

A

1001-7445(2016)06-1797-10