95
10.16638/jki.1671-7988.2021.05.027
史小川，岳靖斐，程威，史册
（陕西汽车控股集团有限公司，陕西 西安 710200）
摘 要：随着新能源汽车的深入研发，电机驱动控制技术的要求也越来越高，文章主要针对多轴增程式混合动力汽车驱动控制策略进行研究，提出电机驱动控制器设计架构以及电子差速控制策略，通过仿真以及实车测试对文章所提出的驱动控制策略进行验证。
关键字：五轴混动汽车；电机驱动控制器；电子差速控制
中图分类号：U463.6 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)05-95-03
Research on electronic differential control strategy of five axle hybrid vehicle
Shi Xiaochuan, Yue Jingfei, Cheng Wei, Shi Ce
( Shaanxi Automobile Holding Group Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )
Abstract: With the in-depth research and development of new energy vehicles, the requirements of motor drive control technology are higher and higher. This paper mainly studies the drive control strategy of multi axis extended range hybrid electric vehicle, proposes the design framework of motor drive controller and electronic differential control strategy, and verifies the proposed drive control strategy through simulation and vehicle test.
Keywords: Five axle hybrid vehicle; Motor drive controller; Electronic differential control CLC NO.: U463.6 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)05-95-03
1 绪论
增程式混合动力汽车的工作模式可分为混动模式和纯电模式。纯电模式与纯电动汽车的原理相似。混动模式可将发电机作为动力源，为驱动电机以及电池提供电能，有效弥补了纯电行驶里程不足的缺点。由于增程式混合动力汽车省去了变速箱，传动轴，分动器等能量损耗单元，使得能源传递效率更高，达到提高续驶里程和节约能源的目的[1]。其动力性、隐蔽性、通过性强，低油耗，可成为移动电站等优势引起了广泛的关注 [2]。本文以五轴增程式混合动力汽车为研究对象，采用32位高性能控制器进行控制，采用轮边电机进行分布式驱动，通过电子差速控制策略对各轮转矩进行合理分配，从而达到更优的整车控制性能。
2 电子差速控制策略
2.1 二自由度运动学方程
本文所采用的车辆模型如图1所示。采用双前桥转向，其中k i 为第i 桥上轮胎的等效侧偏刚度；β为车辆质心侧偏角；r 为车辆横摆角速度；αi 为车轮的转向角；δi 为第i 轴的转角；l i 为第i 轴到质心的距离；m 为车辆的总质量；I z 为汽车整车绕Z 轴的转动惯量。
根据五轴车辆模型可以得出车辆二自由度运动微分方程如公式1所示。
（1）
引入横摆力矩M z 可将1式转换为微分方程如公式2所
示。
作者简介：史小川，就职于陕西汽车控股集团有限公司。
汽车实用技术
96
（2）其中，状态向量X=[β r]T，输入向量U=[δ1δ2δ3δ4δ5 M z]T，
输出变量为Y。
图1 五轴车辆模型图
2.2 电子差速控制策略
图2 电子差速控制模型结构图
本文采用的电子差速控制策略是基于直接横摆力矩控制的等转矩分配策略。根据车辆的二自由度模型将驾驶员的需求转矩值按转弯半径大小分配给五个驱动桥，再根据等转矩分配策略，将每个桥的转矩值等分给左右两边驱动电机，为电子差速控制提供基础扭矩。电子差速控制模型结构如图2所示。根据车辆的方向盘转角以及驾驶员需求转矩，计算出各桥的转矩分配值，再结合质心侧偏角和横摆角速度计算出横摆力矩差值，通过车辆二自由度模型将横摆力矩差值转换成左右驱动轮转矩差值，结合滑移率限制模块，得出最终的驱动转矩值分配给各桥左右两端驱动电机，从而实现差速控制[3]。
3 仿真与实车实验
3.1 联合仿真平台比速汽车是哪个公司
联合仿真平台包括车辆模型和控制策略模型两部分组成。本章通过TruckSim平台搭建车辆模型、设定车辆参数、制定车辆行驶工况；通过Simulink仿真平台搭建控制策略模型，控制策略模型主要负责数据处理、滑移率计算模块和电子差速控制；最终搭建出TruckSim/Simulink联合仿真平台[4]。TruckSim平台车身参数设定如图3所示，Simulink中搭建控制策略模型如图4所示。
图3 TruckSim平台
图4 Simulink仿真平台
为了验证本文所搭建模型的可行性，同时搭建传统开放式机械差速控制仿真模型作对比，选取双移线工况为实验工况[5]，得到车辆各轮滑移率对比图为图5所示。图中虚线为传统机械差速控制的滑移率曲线图，实线为电子差速控制的滑移率曲线图。从图中可以看出，本文所提出的电子差速控制策略可以提高车辆行驶稳定性且能达到传统机械差速控制效果。
图5 各轮滑移率值
史小川 等：五轴混动汽车电子差速控制策略研究
97
3.2 实车实验
通过仿真实验验证后，将代码定点化搭建电机控制器MBD 模型如图6所示。其中电子差速控制模块为
控制策略的核心模块如图7所示，该模块主要包含：直接横摆力矩计算模块、驱动选择模块、转矩分配模块以及滑移率限制模块。直接横摆力矩计算模块，根据质心侧偏角和横摆角速度的偏差值，经过模糊控制器进行模糊和解模糊控制，将得出的横摆力矩值结合车辆模型计算出各轴的左右轮差值，进行转矩分配；驱动选择模块，根据需求转矩值大小，对驱动桥数进行选择，可有效提高各桥电机的使用寿命并减少油耗；滑移率限制模块是将直接横摆力矩计算模块得到的转矩值结合各轮的滑移率大小进行滑移率限值。
图6 电机控制器MBD 模型
图7 电子差速控制模块
将自动生成的代码下载入控制器中并布置到实车进行实车验证。在同样的环形场地跑两圈（第一圈等转矩分配控制策略，第二圈电子差速控制策略），通过采集滑移率值对电子差速控制策略控制性能性进行验证。滑移率对比图如图8所示。从对比图中看出电子差速控制策略的滑移率控制效果要优于等转矩分配，且滑移率控制基本控制在5%以内，证明本文所提出的电子差速控制策略是可行的。
图8 滑移率对比图
4 结论
本文针对增程式混合动力汽车电机驱动控制器的动力分配问题进行研究，基于对车辆模型、车辆二自由度运动学方程、等转矩分配策略、横摆力矩控制以及电子差速控制策略的研究，提出了基于直接横摆力矩控制电子差速控制策略的设计方法，并基于TruckSim/Simulink 联合仿真平台对系统进行仿真试验以及进行实车测试，根据所测得的各轮滑移率大小，判断车辆在转弯时的车辆稳定性，验证本文所采用的基于模糊控制的直接横摆力矩控制电子差速控制策略是可行的。
参考文献
[1] 董欣阳.增程式电动轿车动力系统控制策略设计及优化研究[D].
合肥工业大学,2015.
[2] 朱辰宇，余卓平，熊璐，张培志，曾德全.军用增程式电动汽车增程器
工作点选取策略设计[J].制造业自动化,2018,40(01):10-15. [3] Daya JLF, Sanjeevikumar P, Blaabjerg F, et al.Implementation of
wavelet-based robust differential control for electric vehicle applica -tion[J].Ieee Transactions on Power Electronics, 2015,30(12):6510- 6513.
[4] 邱斌斌，朱绍鹏，马浩军，等.电动车辆驱动控制系统仿真测试平台
设计[J].浙江大学学报(工学版), 2015,49(06):1154-1159.
[5] 龚贤武，唐自强，赵轩，等.轮边电机驱动型电动汽车动力系统参数
优化设计[J].合肥工业大学学报（自然科学版）,2017,40(01): 24-30.
发布评论