電動汽車低速轉向電子差速兼顧輔助轉向控制

劉亮

摘 要：以后輪自主驅動的電動汽車轉向差速控制為基礎，同時結合電動汽車低速轉向的特點構建一個阿克曼轉向模型，再對車輛轉向時電子差速的控制發揮出的輔助作用進行全面考慮，進而實現了對低速轉向電子差速兼顧輔助轉向控制全面的分析。最終結果表明了通過阿克曼轉向差速仿真模型而制定的轉矩分配方案，不但發揮出了差速的作用，并且在車輛的轉向行駛過程中也表現出了較為出色的輔助效果。

關鍵詞：電動汽車;低速轉向電子差速;輔助;轉向控制

一、阿克曼轉向模型

當車輛轉向時，按照阿克曼轉向模型，能夠得到車輛運動的實際狀態，詳情見下圖1。在圖中，δin與δout是汽車外前輪的轉向角度，δ代表的是汽車整體轉向的角度，W還有L指的是汽車軸距以及輪距，而R0代表汽車轉向半徑，Rin以及Rout為汽車內外兩側驅動輪實際的轉向半徑，車輛行駛速度用v表示，也就是后輪軸線的中點位置以O為中心旋轉的速度。

通過上述的阿克曼轉向模型，我們可以分析電動汽車各個時刻運動的狀態。對于阿克曼轉向模型中的幾何關系而言，其中任何一個車輪駛過的路徑圓心均匯聚到了汽車后軸延長線轉向的中心點上，從而讓轉向變得更為流暢，同時還可以得到以下公式：

R0=L/tanδ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

r0=L/sinr0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

Rin=R0-W/2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

Rout=R0+ W/2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

二、差速兼顧輔助轉向控制

1.轉矩的分配方案

在電動汽車中應用阿克曼轉向模型，需要對汽車行駛速度、汽車的動力學模型還有輸入轉角等參數進行收集，從而得到車輪的轉速以及轉彎半徑等數據，進而計算出車輛內外側的驅動輪轉矩的差值，同時根據駕駛員期待的驅動力橘來做合理化分配，最終讓轉速差達到轉向差速的效果。下圖2即電子差速的控制方案結構示意圖。

圖2? 電子差速的控制方案結構示意圖

為了確保汽車的總驅動力矩處于恒定狀態，通過等差值轉矩分配法，所以兩側驅動輪分配到的轉矩值是：

Tin=Td-?T? ? ? ? （7）

Tout=Td-?T? ? ? ? （8）

車輛在轉向的過程中，其控制系統會收集汽車油門踏板的信號，從而給出特定的總驅動力矩，同時按照方向盤的轉角以及車速信號等，最終通過計算來得出汽車內外兩側精準的驅動輪轉矩。借助增加以及減少外側與內側驅動輪轉矩等方式，不只是可以讓電子差速的作用得到最大程度的展現，而且還能夠合理分配汽車驅動輪轉矩，從而為車輛轉向提供一定幫助。

2.輪轂電機的控制

對于電動汽車中使用的輪轂電機而言，其除了要具備常見電氣傳動系統所具有的特點之外，其還應當具有更大的啟動轉矩、更為廣泛的調速范圍，同時體積也應當更小、整體質量要更輕、運行的總效率也要更高。不同于傳統的發動機，輪轂電機在低速運行時使用的為恒轉矩的模式，而在中高速運行時則使用的是恒功率的模式。以電機轉速為基礎的控制又被稱作電機的調速控制，其屬于一種較為常見的電機控制技術，一般包括弱磁調速還有電壓調速等多種控制方法。此類控制技術大多是以電子差速的原理為基礎，通過分析電機反饋回來的轉速信號以及指令差異等，然后再利用PI還有PID等諸多方式來實現閉環控制。

本篇文章所使用的是以電機為基礎的轉矩控制方案，借助電流來對電機的轉矩進行控制，同時借助由PI進行控制的調節設備，來讓汽車電機電流以及輸出的轉矩等得到科學調節，從而使電機轉矩完成閉環控制的目標。

結束語

將電子差速當作基礎，通過阿克曼轉向模型來對電動汽車動力學以及運動學進行深入分析，從而證實了電子差速的控制確實對電動汽車輔助轉向具有一定的影響。同時借助上述模型來對研究轉矩的分配方案，最終發現，此類控制方案不但能夠實現基本的差速控制，而且其在車輛的轉向行駛過程中也具有出色的輔助效果，此類控制方案可以在試驗車輛中進行良好試用，在未來相關控制策略的研究中也可以適當進行借鑒。

參考文獻

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