淺析純電動汽車驅動防滑控制

雷金平 / 陜西東銘車輛系統股份有限公司

淺析純電動汽車驅動防滑控制

雷金平 / 陜西東銘車輛系統股份有限公司

本文將電動汽車作為研究對象，并對其建立動力學模型，然后介紹了電動汽車的防滑控制方法，更具防滑控制方法設計PID與模糊驅動防滑控制器，并查看此種方法的效果，得出結論此方式能夠在很短的時間內是滑移率趨近于零。

電動汽車；防滑控制；PID控制；模糊控制

引言

由于我國發展迅速，帶來的環境影響加劇，為防止環境問題繼續加劇，電動汽車的研制得到國家的大力扶持，并且世界上很多公司都在研制電動汽車，電動汽車成為了世界的焦點。隨著電動汽車的防滑控制也成為了熱點，驅動防滑控制是通過改變輪胎上的制動力或者是發電機上的轉矩來達到控制驅動力，進而防止出現車輪的動力大于輪胎和地表的摩擦力，并且有效的控制車輪的驅動力還能夠很好的掌控電動汽車的穩定性以及操作性。

1.電動汽車防滑控制原理

驅動防滑控制系統是一種有效減小電動汽車在驅動過程中發生滑轉現象的控制系統，進而保證電動汽車的安全駕駛。通過大量的實驗證明，電動汽車發生滑轉的概率和道路的摩擦系數有關系。為有效的避免在驅動時出現滑移的現象，有效的控制滑移率是十分有必要的。

滑移率s計算公式：

其中：vx為車輪速度，km/h；va為車速，km/h。

摩擦系數為μ，通過實驗證明在兼顧電動汽車的穩定性、動力性的同時，在保證高的安全系數情況下，車輪的滑移率應該有效的掌控在0.1～0.3之間，這樣電動汽車既有良好的動力性又有很好的側向穩定性。通過對滑移率的控制可以影響摩擦因素的大小，本文重點考慮滑移率對縱向摩擦因數的影響。電動汽車的驅動防滑控制系統充分的利用縱向摩擦系數μ與滑移率s的關系，通過合理的控制，將滑移率s控制在0.1～0.3之間。

2.電動汽車數學模型

2.1 本文應用最為先進的永磁無刷直流電機，直流電機的參數見表1和表2。

2.2 電機的選擇

依據車速計算電機最大功率Pmax（kW），

Ff為滾動阻力，單位為牛頓；f為滾動阻力系數，G=Mg，M為滿載總質量（KG），α為阻力角；為空氣阻力系數，A為迎風面積，單位為平方米。

根據式（2）代入電動汽車參數，得到最大功率Pmax為32.9 kW，因此選用兩臺額定功率為17KW的電機就可以滿足要求。

表1 車輛參數

2.3 永磁無刷直流電機模型

本文選用直流電機是因為設想的控制不是十分的復雜。永磁無刷直流電機具有很大哦哦能量密度以及效率，所以是應用較為廣泛的電機。

2.4 滑移率計算模型

電動汽車驅動的防滑系統是依靠控制滑移率s來控制車輛的穩定性的，然而滑移率s是依據汽車速度va與車輪vx速度之間的計算公式得到的，如果發生滑移的現象，那么輪速一定會超過車速的，這時滑移率就可以直接用公式（1）來表示。

3 通過計算得到驅動防滑控制結果并對其進行分析

3.1 PID控制器設計

PID控制器設計的關鍵因素是設計合理的比例參數Kp、微分系數Kd、積分系數Ki的值，只有這三個參數的值設計的最為合理才能得到最優的結果，我們可以依據多年工作經驗，多次選取參數，總結參數之間的相互影響，最終得出最優參數。

設定輪胎參數模型，假設車輛駕駛在混凝土道路上，摩擦系數選取為0.95，通過計算滑移率和摩擦系數隨之間的關系，通過計算可以得到在0.2s以內滑移率和摩擦系數的浮動很大；在0.2s之后，滑移率基本就穩定在最優滑移率15%，并且摩擦系數基本平穩在最大摩擦系數0.95。車速隨時間增加，但是達到2.5秒后輪速已經達到最大值，這時車速趨于平穩，車速基本上為輪速，車速與輪速的差值為0，則這時的滑移率同樣也是0；3.5秒后車速與輪速基本相同，這時驅動防滑控制結束，滑移率為0。

3.2 模糊控制器

模糊控制器是將經驗輸入到控制工程中，通過經驗仿照人的思考模式，并且利用大量的數據去推導，然后做出判斷，得到良好的結果。模糊控制是將實際的數字轉化為一個隸屬函數，通過模糊控制準則，做出模糊推理，最后得到模糊輸出隸屬函數，之后再找到準確值，用這個準確值做控制量，隨后輸入到執行器上去完成。

設定輪胎參數模型，假設車輛駕駛在混凝土道路上，摩擦系數選取為0.95，通過計算可以得到在0.2s以內滑移率和摩擦系數的浮動很大；在0.15s之后，滑移率基本就穩定在最優滑移率15%，并且摩擦系數基本平穩在最大摩擦系數0.95。車速隨時間增加，但是達到2.5秒后輪速已經達到最大值，這時車速趨于平穩，車速基本上為輪速，車速與輪速的差值為0，則這時的滑移率同樣也是0；3.5秒后車速與輪速基本相同，這時驅動防滑控制結束，滑移率為0。

4.結論

本文對PID控制和模糊控制兩種理論方式進行比較，通過最終得到的結果分析，得出兩種控制方式都能夠在大概3秒左右就使滑移率趨近于0，進而使電動汽車達到最優的狀態。這兩種方法還是存在細微差別的，與模糊控制理論相比，PID控制系統的過渡時間波動幅度很小，其過渡時間為0.2秒，然而模糊控制的過渡時間僅僅只有0.15秒，與PID控制相比，模糊控制的過渡時間很短。對于純電動汽車在選取防滑控制器時要參考電動汽車的性能指標，進而選擇合理有效的控制策略，最終得到最優的防滑控制系統，保證電動汽車的穩定性，保證駕駛人員的安全。

[1]戰仁軍,商保利,商鵬,等.車載武器在后坐力沖擊作用下的振動響應［J］.華僑大學學報（自然科學版），2015(5):49－50.

[2]張振良,趙亞超,黃妙華,喻厚宇.電動輪車驅動防滑控制策略的研究[J].武漢理工大學學報(信息與管理工程版).2014(06)