四輪獨立驅動FSEC賽車電子差速控制

宋成鏢 李剛

摘 要：本文以四輪驅動FSEC方程式賽車為研究對象，根據其驅動力矩獨立可控特點提出一種電子差速控制策略。該策略針對賽車差速控制在比賽中對實時性的需求，設計了以加速度為輸入的直接控制算法，該策略簡單可靠。并運用車輛動力學仿真軟件進行仿真驗證，仿真結果表明，上述控制策略能有效提升賽車動態表現。

關鍵詞：四輪獨立驅動;電子差速控制;電動方程式賽車;轉矩分配

隨著電動方程式賽車技術的發展，電子差速控制策略迅速成為賽車控制策略的重點[1]。目前，電子差速控制相關研究十分豐富[2]，主要分為基于阿克曼梯形的電子差速方案與基于車輛穩定性的電子差速方案。

第一種差速方案通過方向盤轉角預估車輛的行駛路線[3-5]，計算各車輪的參考轉速，根據輪速傳感器返回的實際輪速進行差速控制，該方法控制參數容易獲取，但是賽車輪胎工作在非線性范圍，并不適用于該方案。第二種電子差速策略以車輛穩定性為控制目標[6-7]，基于二自由度車輛模型計算參考橫擺角速度或質心側偏角，結合實際傳感器返回值計算所需橫擺力矩，以此為基礎對驅動力矩進行重新分配，實現電子差速。這種控制方式偏于理論、傳感器數據難以獲取，較難實現良好控制效果。

本文分析賽車控制需求，設計了一種以縱向加速度與側向加速度為控制輸入的電子差速策略，結合車輛載荷轉移模型，提出一種基于車輪載荷比的驅動力分配方案。該控制算法輸入參數容易獲取，無復雜控制理論，可以最大程度保證實時性，提升賽車動態表現。

1 參考模型建立

1.1 縱向載荷轉移方程

1.2 側向力分配方程

1.3 側向載荷轉移方程

2 仿真實驗

2.1 CarSim車輛模型建立

本文整車模型基于CarSim軟件中方程式賽車模型，該車輛模型主要參數如下：

2.2 仿真實驗

仿真實驗選擇了兩種典型的實驗工況，分別是直線加速實驗與角階躍圓周實驗。

2.2.1 直線加速仿真

從圖中可以看出：帶有差速控制的車輛將根據軸荷比例對驅動力進行相應調整，降低車輪滑移率，在一定程度上提升車輛動力性能。

2.2.2 八字環繞項目仿真

從實驗結果中可以看出：轉彎時，帶有差速控制的車輛將根據左右輪荷比例對驅動力進行相應調整，可降低車輛的轉彎半徑，提升車輛穩定性。

3 結論

（1）本文提出的差速控制算法以加速度為基礎，建立載荷轉移模型，根據載荷比例對需求驅動力矩進行差速分配，能夠提升車輛動力性與穩定性。（2）本文提出方法有別于傳統穩定性差速控制，以實時性為目標建立驅動力分配控制方法，為賽車的差速控制提供一種新思路。（3）本文提出算法實際是利用了輪胎的動力學特性，在下一階段應將輪胎模型考慮進來，建立更加完善的差速控制算法。

參考文獻：

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