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摘要：基于輪轂電機驅動電動汽車可單獨控制驅動輪，所以在保障靈活性時，進一步提高了電機電子控制要求。據此文章基于SIMULINK設計了輪轂電機電子差速旋轉控制系統(tǒng)，以特殊試驗工況檢驗了控制系統(tǒng)具體效果，即以Matlab軟件設計構建Simulink仿真模型，以此針對仿真結果與系統(tǒng)實際控制效果做了對比。得出結論，電子差速旋轉控制系統(tǒng)可快速有效辨別路面狀況與行駛工況，在直線行駛于對接路面狀態(tài)是，系統(tǒng)可控制兩驅動車輪滑轉率于理想范圍，從而切實發(fā)揮汽車驅動力;系統(tǒng)可實現汽車轉向時兩驅動輪差速控制，兩輪轂電機轉速與轉向模型的轉速要求相符，誤差可控制于要求標準內。

關鍵詞：SIMULINK;輪轂電機;電子差速旋轉控制

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）02-0142-04

0引言

在車輛直線運行狀態(tài)下，車輪沒有出現打滑現象時，左側與右側輪胎轉矩相等。機械差速控制系統(tǒng)可有效解決車輛轉向時的內輪與外輪轉速不一致，然而此轉向系統(tǒng)存在一定缺陷。電動汽車中縮減大量不必要機械裝置，且驅動輪可基于電機進行獨立控制，實現不同轉速狀態(tài)。而以輪轂電機驅動為載體的電動汽車集中電機于車輪，在懸架固定電機主軸，通過外轉子電機帶動車輪旋轉。所以本文面向電動汽車，進行了電子差速旋轉控制系統(tǒng)設計。

1電子差速旋轉控制系統(tǒng)總框架

在車輛行駛時，都會經過直線行駛與轉彎行駛，就直線行駛有效發(fā)揮汽車驅動力，轉彎行駛保障車身轉向穩(wěn)定作為目標，同時顧及車輛行駛時的橫擺運動特征，設計了變滑轉率與橫擺運動相結合控制的電子差速旋轉控制系統(tǒng)。其中基于模糊控制算法設計變滑轉率控制系統(tǒng)，基于PI控制算法設計橫擺運動控制系統(tǒng)。電子差速旋轉控制系統(tǒng)總框架具體如圖1所示。

變滑轉率控制系統(tǒng)通過辨別路面參數，獲取車輛行駛兩驅動輪目標滑轉率于地面縱向峰值附著系數，內控系統(tǒng)就行駛工況、路面狀況、驅動輪行駛形態(tài)為依據，面向滑轉率作出正確決策以控制車輪，且以模糊控制器為載體進行車輪轉矩調節(jié)量計算;橫擺運動控制系統(tǒng)通過車輛二自由度理想模型進行車輛行駛理想橫擺角速度計算，對比角速度與整車模型所反饋橫擺角速度，基于PI控制算法獲得所需增加于質心的橫擺控制力矩，以適度調整橫擺運動;差動驅動控制系統(tǒng)有機結合前兩者系統(tǒng)，通過特制轉矩分配算法合理分配驅動輪轉矩，促使所輸出驅動轉矩滿足車輛行駛差速不滑轉要求，并保障車輛行駛平穩(wěn)性，從而確保了車輛操縱穩(wěn)定性與可靠性。

2電子差速旋轉控制系統(tǒng)結構設計

控制系統(tǒng)結構主要為上位機一下位機，基于傳感器總線進行通信。系統(tǒng)主程序初始化處理器，即處理器引腳設置、初始化芯片與變量、獲取速度與轉向角信息、數據傳輸處理。主程序流程具體如圖2所示。

在程序運行初始階段，先初始化芯片與變量。一旦程序發(fā)生錯誤則快速報錯，而程序無誤時則持續(xù)獲取變量，即行駛速度與方向盤轉向角，以模糊規(guī)則表為輔助模糊化變量，基于模糊控制算法對輪轂電機轉速進行計算，就傳感器總線傳送所獲處理之后的數據于下位機。下位機負責就系統(tǒng)主程序所傳輸數據信息，調節(jié)輪轂電機轉速。通過調節(jié)輸入于功率電路的PwM波占空比，實現電機輸入電流與電機轉速調整。在車輛轉向時，上位機就車輛速度、方向盤轉向角，計算驅動輪所需轉速，同時傳輸于下位機實施。下位機以雙閉環(huán)控制模式加以調節(jié)電機轉速?；诨魻杺鞲衅鞣讲ㄐ盘栴l率進行電機轉速計算，即：

3系統(tǒng)仿真分析

3.1構建仿真模型

電子差速旋轉控制系統(tǒng)包含變滑轉率控制系統(tǒng)、橫擺運動控制系統(tǒng)、差動驅動控制系統(tǒng)3模塊。變滑轉率控制系統(tǒng)與差動驅動控制系統(tǒng)基于Matlab Fcun.tion模塊進行程序代碼編寫;橫擺運動控制系統(tǒng)PI控制器環(huán)節(jié)基于Simulink Liabray模塊庫的PID控制器構建。

3.2結果分析討論

3.2.1突變路面識別與響應能力試驗

設定對接路面為工況，進行突變路面識別與響應能力試驗。所謂對接路面即車輛由高轉到低附著系數路面行駛，以此工況試驗電子差速旋轉控制系統(tǒng)的突變路面快速識別與響應能力。其中，高附著系數路面最大縱向附著系數即0.9;低附著系數路面最大縱向附著系數即0.3;車輛先于高附著系數路面啟動，直線行駛，在2.5s時，突然轉入低附著系數路面;仿真時間為5s。仿真結果具體如圖4、圖5、圖6所示。

由于直線行駛時，驅動輪轉矩變化一致，所以只分析一個驅動輪。由圖可知，在系統(tǒng)不發(fā)揮作用時，車輛從高附著系數路面突然轉向低附著系數路面的時候，車輪滑轉率快速變化，車輪瞬時滑轉，這時一旦側向擾動出現，就會導致車輛方向失穩(wěn)，極易造成側滑甩尾現象。在系統(tǒng)充分發(fā)揮作用時，車輛從高附著系數路面突然轉向低附著系數路面的時候，在2.5s時車輪滑轉率突然出現巨大浮動，然而大概在0.5s之后，浮動幅度緩緩縮減，且快速將其穩(wěn)定于理想范圍。

由圖可以看出，在系統(tǒng)不發(fā)揮作用時，路面發(fā)生突然變化，其中地面的縱向附著系數明顯迅速下降，這就代表驅動力沒有得到有效發(fā)揮。在系統(tǒng)充分發(fā)揮作用時，在大約2.5s時，地面縱向附著系數出現較大的明顯低谷期，這主要是因為行駛時路面驟然改變，車輪行駛力超過地面附著力，車輪滑轉率迅速增大，導致車輪實際滑轉率與目標滑轉率出現過大誤差，造成系統(tǒng)輸出過大轉矩調節(jié)量，使得驅動輪轉矩迅速下降，但是系統(tǒng)同時快速調節(jié)車輪轉矩，在大約0.5s之后，地面縱向附著系數穩(wěn)定于最大系數區(qū)域內，短時間有效調節(jié)，所以對于車輛穩(wěn)定性能影響并不突出。

由圖可知，系統(tǒng)未控制時，右驅動輪轉矩為輸入轉矩的一半。在系統(tǒng)加以控制時，在2.5s路面驟變時，系統(tǒng)開始減量控制驅動輪轉矩，只耗費了1s便實現了調節(jié)向系統(tǒng)穩(wěn)定的轉變，這就說明系統(tǒng)可有效辨別外界路面變化狀況，可迅速調節(jié)車輪滑轉率，響應能力良好。

在轉向角是常數時，驅動輪轉速在車速影響下呈現線性增加趨勢。在汽車轉向時，驅動輪實際轉速與理論轉速誤差較小，這就表明系統(tǒng)與設計要求相符。

4結語

綜上所述，文章基于sIMuuNK設計了輪轂電機電子差速旋轉控制系統(tǒng)，并以Matlab軟件為載體進行了仿真分析，結果表明，電子差速旋轉控制系統(tǒng)可快速有效辨別路面狀況與行駛工況，在直線行駛于對接路面狀態(tài)是，系統(tǒng)可控制兩驅動車輪滑轉率于理想范圍，從而切實發(fā)揮汽車驅動力;系統(tǒng)可實現汽車轉向時兩驅動輪差速控制，兩輪轂電機轉速與轉向模型的轉速要求相符，誤差可控制于要求標準內。