電動(dòng)汽車四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)技術(shù)綜述

1、電動(dòng)汽車四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)技術(shù)綜述摘要：在能源與環(huán)境的雙重壓力下,電驅(qū)動(dòng)車輛已經(jīng)成為當(dāng)前汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),其中四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)技術(shù)更是成為當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)的描述，如電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電子差速控制技術(shù)、整車控制技術(shù)進(jìn)行分析，了解和深化對(duì)電動(dòng)汽車的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電子差速控制，整車控制0引言隨著能源問(wèn)題的突顯和人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，混合動(dòng)力汽車(HEV)、燃料電池汽車(FCEV)、純電動(dòng)汽車(EV)等新能源汽車已經(jīng)開(kāi)始受到越來(lái)越多的關(guān)注。在這種大背景下，具有無(wú)污染、零排放特點(diǎn)的純電動(dòng)汽車被公認(rèn)為是最具有發(fā)展前途的交通工具之一1

2、。以驅(qū)動(dòng)電機(jī)為原動(dòng)機(jī)的電動(dòng)汽車，在驅(qū)動(dòng)形式的多樣性上有較大優(yōu)勢(shì)。其中，把電機(jī)直接安裝在輪轂上，對(duì)整車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的四驅(qū)動(dòng)方式稱為四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)(Four-wheel Independent Drive)，簡(jiǎn)稱4WD，因其簡(jiǎn)潔的整車結(jié)構(gòu)、高效傳動(dòng)、以及能借助微控制器實(shí)時(shí)控制技術(shù)直接控制各電動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)防滑等突出優(yōu)點(diǎn)，成為電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)獨(dú)特方向2。目前率先進(jìn)入到商業(yè)運(yùn)行的電動(dòng)車輛多是在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車底盤(pán)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造，以中置電機(jī)取代發(fā)動(dòng)機(jī)作為車輛動(dòng)力源。由于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變，這種形式電動(dòng)車輛難以充分發(fā)揮電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)有的各種技術(shù)優(yōu)勢(shì)。隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展和線控技術(shù)的應(yīng)用，以輪轂電機(jī)為驅(qū)

3、動(dòng)系統(tǒng)的底盤(pán)結(jié)構(gòu)成為電動(dòng)汽車新的發(fā)展方向3。本文通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)的描述，如電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電子差速控制技術(shù)、整車控制技術(shù)，了解和深化對(duì)電動(dòng)汽車的認(rèn)識(shí)。1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.1國(guó)外電動(dòng)汽車研究現(xiàn)狀輪轂電機(jī)車輛平臺(tái)自身具有的線傳控制特征，使整車布置和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有很大的柔性，這些優(yōu)勢(shì)得到了各國(guó)汽車廠商和研發(fā)機(jī)構(gòu)的認(rèn)同并都展開(kāi)了相關(guān)的研究。不過(guò)受到安全法規(guī)的限制，現(xiàn)在與整車安全相關(guān)的線控技術(shù)還無(wú)法應(yīng)用到量產(chǎn)車型當(dāng)中。因此，目前對(duì)基于輪轂電機(jī)平臺(tái)的線控電動(dòng)汽車的研究主要還是處于概念車的開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)室研究階段。豐田汽車公司從上世紀(jì)九十年代末開(kāi)始進(jìn)行輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)

4、車的開(kāi)發(fā)，重點(diǎn)研究基于傳統(tǒng)汽車底盤(pán)的輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車走向?qū)嵱没年P(guān)鍵技術(shù)，如傳統(tǒng)懸架、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)等如何改進(jìn)設(shè)計(jì)，以適應(yīng)輪轂電機(jī)在車輪上的安裝，全新結(jié)構(gòu)的輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等4。日本Nissan公司分別于2003年、2007年和2010年分別推出了Pivo1、Pivo2、Pivo3三款概念電動(dòng)汽車。Pivo1搭載Nissan自研的高性能鋰電池組和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，Pivo1具有卓越的可操作性，駕駛艙能夠180度旋轉(zhuǎn)，駕駛方便且非常適合城市駕駛。Pivo2和Pivo3型都借用了第一代的設(shè)計(jì)理念，不過(guò)采用了更加超前的技術(shù)。整車采用全線控技術(shù)，以四輪輪轂電機(jī)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用 4 輪

5、獨(dú)立輪拱設(shè)計(jì)，具備可實(shí)現(xiàn)全新移動(dòng)模式的“變形系統(tǒng)”。相比Pivo2型，Pivo3還加入了取代后視鏡的電子監(jiān)控系統(tǒng)和日產(chǎn)“自動(dòng)代客泊車”(Automated Valet Parking)系統(tǒng)。Pivo3一旦停在指定的充電位置上將自動(dòng)開(kāi)始充電。美國(guó)通用汽車公司2003年開(kāi)發(fā)了輪轂電機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的雪弗蘭輕型電動(dòng)汽車，在2005年北美國(guó)際汽車展上又展出新一代輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的氫燃料電池電動(dòng)汽車 Sequel，由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)時(shí)精確控制四個(gè)車輪扭矩，進(jìn)一步提高車輛的穩(wěn)定性和牽引性能，且有制動(dòng)能量回收功能5。東京大學(xué)Hori教授所領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室Hori教授所領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室先后開(kāi)發(fā)了“UOT Electric Marc

6、h”和“UOT Electric March II”兩種輪轂電機(jī)電動(dòng)車4,6。其中利用輪轂電機(jī)力矩響應(yīng)快速精確、易獲得驅(qū)動(dòng)力矩和可單獨(dú)控制每個(gè)車輪驅(qū)動(dòng)力的特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向和懸架系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)控制。東京農(nóng)工大學(xué)永井正夫教授所領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的NOVEL -I和NOVEL-微型電動(dòng)汽車，重點(diǎn)研究了基于模型匹配控制理論的 DYC 控制策略和線控轉(zhuǎn)向（SBW）的操縱穩(wěn)定性控制策略7。1.2 國(guó)內(nèi)線控電動(dòng)車輛研究現(xiàn)狀隨著國(guó)家在“863”計(jì)劃在電動(dòng)汽車重大課題中的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)幾個(gè)主要的汽車廠商和高校都已經(jīng)對(duì)電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)了深入研究。不過(guò)受技術(shù)儲(chǔ)備不足限制，汽車廠商的研

7、究重點(diǎn)集中在混合動(dòng)力和中置式純電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)上。對(duì)于輪轂電機(jī)平臺(tái)的線控車輛的研究，目前的研發(fā)力量主要集中在各大高校中。同濟(jì)大學(xué)較早展開(kāi)相關(guān)研究，于2002年、2003年、2004年相繼推出了春暉一號(hào)、春暉二號(hào)、春暉三號(hào)，它們是四輪驅(qū)動(dòng)燃料電池微型電動(dòng)汽車，具有斜行，原地轉(zhuǎn)向，四輪轉(zhuǎn)向功能?；谠撈脚_(tái)，同濟(jì)大學(xué)重點(diǎn)研究了四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的狀態(tài)、輪胎側(cè)偏剛度和路面附著系數(shù)估算方法8?；谶@些估計(jì)方法對(duì)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向和懸架結(jié)構(gòu)的電動(dòng)汽車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)的LQR和WLS控制以提高車輛的穩(wěn)定性和電機(jī)工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的9。清華大學(xué)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車研究主要從提高穩(wěn)定性和改善機(jī)動(dòng)性的目標(biāo)出發(fā)，對(duì)全輪縱向力進(jìn)行

8、優(yōu)化分配，提高了直接橫擺力矩控制下的路面附著潛力和橫擺響應(yīng)速度，并研究基于電機(jī)節(jié)能策略的四輪獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)力分配方法，通過(guò)優(yōu)化保證正常驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下整車具有最佳的經(jīng)濟(jì)性能10。吉林大學(xué)研究了四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)彎驅(qū)動(dòng)工況下轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制方法，改善了車輛的操縱穩(wěn)定性，并研究利用差動(dòng)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行助力轉(zhuǎn)向，以提高轉(zhuǎn)向輕便性和路感11。上海交通大學(xué)提出基于滑模控制的四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車穩(wěn)定性控制方法，側(cè)偏角和橫擺角速度聯(lián)合控制策略能夠?qū)①|(zhì)心側(cè)偏角控制在穩(wěn)定范圍內(nèi)，并能很好跟蹤車輛的期望橫擺角速度12。燕山大學(xué)提出了四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車等轉(zhuǎn)矩和等功率驅(qū)動(dòng)力分配策略。武漢理工大學(xué)等提出的電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)力 R

9、-v 控制策略能夠提高汽車操縱性，并有節(jié)能的效果13。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海電驅(qū)動(dòng)等在輪轂電機(jī)和電驅(qū)動(dòng)輪開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品化方面做了大量研究工作14。綜合上述的研究概況可以看出，國(guó)外對(duì)線控電動(dòng)車輛的研究得益于汽車廠商的參與和其雄厚的電控技術(shù)基礎(chǔ)支撐，目前在工程化實(shí)現(xiàn)和可靠性上已經(jīng)取得了一定的成果。而國(guó)內(nèi)的研究起步相對(duì)較晚，現(xiàn)在主要還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，只有少部分高校結(jié)合自身研究需要搭建了試驗(yàn)樣車。2電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的核心。它由電動(dòng)機(jī)、功率變換器和電子控制器構(gòu)成。車載電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求運(yùn)行效率高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，冷卻性好，調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)速高，體積小，質(zhì)量小等特

10、性。另外，還有動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能強(qiáng)和能量回饋性能，能在恒轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)工作等要求。車用電動(dòng)機(jī)主要有直流電機(jī)(Direct Current Motor，DCM)、感應(yīng)電機(jī)(Induction Motor，IM)、永磁無(wú)刷直流電機(jī)(Brushless DC Motor，BLDCM)、正弦波永磁同步電機(jī) (Permanet Magnet Synchromous，PMSM) 和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(Switched Reluntance Motor，SRM)五種類型15。目前交流感應(yīng)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格較低、效率高、重量輕，但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。永磁同步電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是效率可以比交流感應(yīng)電機(jī)高6個(gè)百分點(diǎn)，但價(jià)格較貴，永磁

11、材料一般僅耐熱120以下。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)較新，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、成本較低、起動(dòng)性能好，沒(méi)有大的沖擊電流，它兼有交流感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速和直流電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是噪聲較大。DCM結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、成本低，具有交流電動(dòng)機(jī)所不可比擬的優(yōu)良電磁轉(zhuǎn)矩控制特性。所以直到20世紀(jì)80年代中期，仍是國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車用電機(jī)的主要研發(fā)對(duì)象。但DCM電刷和換向器使得維護(hù)性增加，限制轉(zhuǎn)速提高，并且體積和重量較大，應(yīng)用日益減少，目前僅在一些場(chǎng)地車、旅游觀光車和高爾夫球車上使用。DCM一般采用PWM脈寬調(diào)制控制方式，其驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單，根據(jù)不同需求可設(shè)計(jì)成可逆和不可逆系統(tǒng)。IM也是較早用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的一種電機(jī)，它的

12、調(diào)速控制技術(shù)比較成熟，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量小、成本低、運(yùn)行可靠、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、噪聲低、轉(zhuǎn)速極限高和不用位置傳感器等優(yōu)點(diǎn)。其控制技術(shù)主要有V/ F控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制(Vector Control，VC)和直接轉(zhuǎn)矩控制(Direct TorqueControl，DTC)。永磁同步電機(jī)按其反電動(dòng)勢(shì)不同分為方波的BLDCM和正弦波PMSM。它們都具有較高的功率密度，其控制方式與感應(yīng)電機(jī)基本相同，因此在電動(dòng)汽車上得到了廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)前電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)的研發(fā)熱點(diǎn)。BLDCM系統(tǒng)不需要絕對(duì)位置傳感器，一般采用霍爾元件或增量式碼盤(pán)，也可以通過(guò)檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)波形換相。PMSM系統(tǒng)需要絕對(duì)式碼盤(pán)或旋

13、轉(zhuǎn)變壓器等轉(zhuǎn)子位置傳感器，這類電機(jī)具有較高的能量密度和效率，其體積小、慣性低、響應(yīng)快，非常適應(yīng)于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有極好的應(yīng)用前景。目前日本研制的電動(dòng)汽車主要采用這種電機(jī)。SRM具有簡(jiǎn)單可靠、可在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)高效運(yùn)行，控制靈活、可4 象限運(yùn)行、響應(yīng)速度快和成本較低等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，SRM存在著轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大、噪聲大、需要位置檢測(cè)器等缺點(diǎn)，所以應(yīng)用受到了限制。3電子差速控制技術(shù)圖 12低速行駛時(shí)ACKERMANN和JEANTAND模型根據(jù)汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)，以及運(yùn)行中的車輪、道路及它們之間的相互物理作用可知，汽車在行駛過(guò)程中，左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的行程往往是不相等的。例如，汽車在轉(zhuǎn)彎

14、時(shí)，為滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，汽車外側(cè)車輪的行程始終長(zhǎng)于內(nèi)側(cè)的行程。此外，即使汽車直線行駛，也會(huì)由于左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的路面情況的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度的不同，以及制造誤差導(dǎo)致左右車輪外徑不等或滾動(dòng)半徑不等，從而左右兩車輪行程不等。在上述各種狀態(tài)下，如采用單-驅(qū)動(dòng)軸將動(dòng)力傳遞給左右車輪，則會(huì)由于左右車輪的轉(zhuǎn)速相等而行程不同的運(yùn)動(dòng)學(xué)矛盾，必然引發(fā)某一驅(qū)動(dòng)車輪的滑轉(zhuǎn)或滑移，其結(jié)果除了會(huì)使輪胎過(guò)早磨損、無(wú)益地消耗功率及使驅(qū)動(dòng)輪軸超載等外，而且，還會(huì)因不能按所要求的瞬時(shí)中心轉(zhuǎn)向而使操縱性發(fā)生變化。同時(shí)，由于車輪與路面間，尤其在轉(zhuǎn)彎時(shí)若有大的滑移或滑轉(zhuǎn)，則易使汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)

15、失去抗側(cè)滑的能力而使穩(wěn)定性變化。因此，為了消除由于左右車輪在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的這些弊病，傳統(tǒng)汽車左右車輪間裝有機(jī)械差速器，從而保證了汽車驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)，具有不同旋轉(zhuǎn)速度的可能性，使之滿足汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律性的要求。圖1 低速行駛時(shí)ACKERMANN和JEANTAND模型相對(duì)于機(jī)械差速器，電子差速有很多的優(yōu)越性。電子差速系統(tǒng)僅僅在需要轉(zhuǎn)向時(shí)電機(jī)才有功率輸出，它省去了傳遞效率低的機(jī)械傳動(dòng)，節(jié)省了能源。而且在電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中取消了液壓助力，從而減少了相應(yīng)的液壓裝置，進(jìn)而避免了液壓油泄漏、液壓油管、油封等廢棄物對(duì)環(huán)境造成的污染等。此外，電子差速系統(tǒng)的硬件具有通用性，故針對(duì)不同路況，只

16、需修改相應(yīng)的參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制算法，甚至可以在一個(gè)系統(tǒng)里含有多套控制算法，針對(duì)不同的情況，只要在顯示界面通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定即可。這些無(wú)疑都提高了汽車的操縱性，從而將傳統(tǒng)“人車”閉環(huán)系統(tǒng)中駕駛員負(fù)擔(dān)的部分工作由控制器完成，減輕駕駛員負(fù)擔(dān)，提高了汽車系統(tǒng)對(duì)駕駛員轉(zhuǎn)向輸入響應(yīng)的敏感度和“人車”閉環(huán)系統(tǒng)的主動(dòng)安全性。圖2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電子差速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4純電動(dòng)汽車整車控制技術(shù)整車控制技術(shù)與電機(jī)技術(shù)和電池技術(shù)并稱為純電動(dòng)汽車的三大核心技術(shù)。目前我國(guó)已基本形成了由整車廠牽頭、零部件企業(yè)參與、國(guó)家政策統(tǒng)籌扶持的純電動(dòng)汽車整車研發(fā)體系。主要由零部件供應(yīng)企業(yè)負(fù)責(zé)零部件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)和制造工作，整車廠則根

17、據(jù)整車的設(shè)計(jì)需要向零部件供應(yīng)商提出具體的技術(shù)指標(biāo)和相關(guān)特征參數(shù)要求，并完成整車及動(dòng)力系統(tǒng)部件的系統(tǒng)集成和整車控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)。（1）轉(zhuǎn)矩控制策略轉(zhuǎn)矩控制是整車控制系統(tǒng)功能的一個(gè)重要組成部分，主要是根據(jù)駕駛員的操作和當(dāng)前狀態(tài)決定對(duì)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩指令的調(diào)節(jié)和控制輸出。1）駕駛模式通常，轉(zhuǎn)矩控制策略的制定都跟駕駛模式有緊密的聯(lián)系。駕駛模式往往是根據(jù)整車的特點(diǎn)和需求預(yù)先設(shè)計(jì)好的用來(lái)區(qū)分不同轉(zhuǎn)矩控制特點(diǎn)的一個(gè)有限集合，如動(dòng)力模式、一般模式、經(jīng)濟(jì)模式以及故障模式等等。通過(guò)對(duì)駕駛員當(dāng)前的操作以及實(shí)際道路運(yùn)行特征參數(shù)的實(shí)時(shí)分析甚至結(jié)合GPRS車聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)道路信息，預(yù)測(cè)當(dāng)前的道路狀態(tài)以及駕駛員的可能行為，從而決定相

18、應(yīng)合適的控制策略，是一種有效的探索，對(duì)于未來(lái)汽車的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展具有較強(qiáng)的理論意義，但這種方式往往需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算，對(duì)控制器的運(yùn)算速度要求較高，在目前的技術(shù)條件下，實(shí)車應(yīng)用還存在著一定的困難16-17。目前的純電動(dòng)汽車產(chǎn)品多數(shù)還是通過(guò)檔位設(shè)置和手動(dòng)選擇的方式實(shí)現(xiàn)駕駛模式的選擇和切換以達(dá)到不同的控制效果和駕駛感覺(jué)。目前純電動(dòng)汽車一般都會(huì)根據(jù)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的側(cè)重設(shè)置至少兩個(gè)前進(jìn)檔位，一個(gè)偏向于發(fā)揮電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快的特點(diǎn)突出純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能；另一個(gè)則是側(cè)重于經(jīng)濟(jì)性的考慮，降低動(dòng)力性表現(xiàn)，以提高經(jīng)濟(jì)性，這主要是由于純電動(dòng)汽車以動(dòng)力電池為能量來(lái)源，電池放電倍率直接影響其放電容量效率和

19、能量效率，倍率越大，則效率相對(duì)越低，從而可放的能量也就越少，因而會(huì)導(dǎo)致整車?yán)m(xù)駛里程的減少，因此，通過(guò)降低踏板對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩輸出幅度已成為經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行模式的主流選擇。但是，在此過(guò)程中，過(guò)分的降低轉(zhuǎn)矩輸出能力，會(huì)帶來(lái)整車動(dòng)力性的過(guò)差，影響到駕駛感覺(jué)。2）轉(zhuǎn)矩控制架構(gòu)及控制策略轉(zhuǎn)矩控制策略是整車控制系統(tǒng)的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)不同駕駛模式下的控制功能以及駕駛感覺(jué)的關(guān)鍵決策部分。圖3所示為文獻(xiàn)18提出的純電動(dòng)汽車整車控制流程，主要包括意圖識(shí)別、需求轉(zhuǎn)矩計(jì)算、工作模式切換、故障診斷及功率限制等模塊，這也是目前所通常采用的一種較為實(shí)用的轉(zhuǎn)矩控制流程。圖3 純電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)矩控制流程圖實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)矩控制的方式多種

20、多樣，包括由踏板位置通過(guò)一定的函數(shù)關(guān)系對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩外特性輸出的轉(zhuǎn)矩策略、由踏板位置和車速共同決定的轉(zhuǎn)矩控制策略以及單純基于踏板變化率的控制等等。其中，最簡(jiǎn)單的方式就是將加速踏板位置通過(guò)一定的函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)化為百分比值然后直接對(duì)應(yīng)當(dāng)前電機(jī)的外特性轉(zhuǎn)矩得到轉(zhuǎn)矩指令輸出，如圖4所示。圖4 踏板對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩外特性控制方式函數(shù)關(guān)系通常有圖4左圖所示的三種：其中，b曲線屬于線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，較為適中，a曲線偏硬，c曲線則偏軟。該種方法最為簡(jiǎn)單，處理容易，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種實(shí)用控制方法15-18。但是，該種方法由于采用了較為簡(jiǎn)單的處理方式，對(duì)于不同的工況及駕駛員需求缺乏一定的適應(yīng)性。合理的模式劃分是轉(zhuǎn)矩控制的

21、基礎(chǔ)，而建立良好的轉(zhuǎn)矩控制架構(gòu)并準(zhǔn)確解析駕駛員的操作意圖以保證整車控制性能的提升是轉(zhuǎn)矩控制策略研究的關(guān)鍵。（2）能量管理和轉(zhuǎn)矩約束控制策略純電動(dòng)汽車以電氣化動(dòng)力系統(tǒng)為主要特點(diǎn)，系統(tǒng)故障也往往都集中于電機(jī)和電池系統(tǒng)，尤其是某些操作還可能會(huì)帶來(lái)對(duì)系統(tǒng)部件不可逆的損傷。因而通常情況下需要采取適當(dāng)?shù)哪芰抗芾砗娃D(zhuǎn)矩約束控制策略，以確保動(dòng)力系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)高效工作。如圖5所示，為三菱i-MiEV純電動(dòng)轎車整車控制系統(tǒng)所設(shè)置的電池可用區(qū)間。圖5 三菱電池工作區(qū)間劃分及電流約束策略區(qū)間的設(shè)置主要是限制了電池的開(kāi)路電壓范圍，使動(dòng)力電池不處于過(guò)高或過(guò)低的電壓狀態(tài)下工作。在實(shí)際的控制過(guò)程中，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度的不同，設(shè)置了相

22、應(yīng)的電流上下限以避免產(chǎn)生過(guò)充和過(guò)放現(xiàn)象的發(fā)生，如圖5(b)所示。文獻(xiàn)19根據(jù)電池充放電的特性，將電池的工作區(qū)間劃分為了如圖6所示的幾個(gè)區(qū)域，主要包括充放電的限制區(qū)以及電池的不同SOC狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的高效區(qū)間，并根據(jù)不同的工作區(qū)域，適當(dāng)調(diào)整了控制策略。圖6 電池可用區(qū)間限制及不同SOC區(qū)間所對(duì)應(yīng)的效率區(qū)域劃分文獻(xiàn)20中，當(dāng)識(shí)別加速踏板位置大于額定轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的踏板開(kāi)度位置時(shí)，判斷駕駛員有急加速需求，此時(shí)通過(guò)加速踏板位置和踏板變化率兩個(gè)參數(shù)對(duì)原轉(zhuǎn)矩指令進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償。并且，為了避免由于電機(jī)頻繁過(guò)載引起電機(jī)溫升過(guò)高并導(dǎo)致故障的出現(xiàn)，分別基于電機(jī)溫度和過(guò)載時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)過(guò)載的管理和控制。綜上所述，純電動(dòng)汽

23、車整車控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)合適的控制軟件結(jié)構(gòu)，劃分控制模式，制定合理的轉(zhuǎn)矩控制架構(gòu)，能同時(shí)兼顧動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的雙重考慮，滿足駕駛員的不同駕駛需求。并且應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)督整車及動(dòng)力系統(tǒng)部件的狀態(tài)，確保電機(jī)電池系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)高效工作，具備對(duì)一般異?，F(xiàn)象的處理能力，盡量降低被迫停車的可能性。5結(jié)語(yǔ)隨著世界石油能源的緊缺，石油價(jià)格日益昂貴。電動(dòng)汽車正處于蓬勃發(fā)展的新時(shí)期，但要完全替代傳統(tǒng)汽車仍需一段時(shí)間。顯而易見(jiàn)，電氣技術(shù)的研究及電控新技術(shù)的突破，決定了電動(dòng)汽車能否達(dá)到傳統(tǒng)汽車的各種良好性能指標(biāo)。本文通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車控制技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)的描述，包括四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)技術(shù)、電子差速控制技術(shù)和整車控制技術(shù)。全面深入了解

24、了電動(dòng)汽車控制策略方面的研究現(xiàn)狀，為今后的學(xué)習(xí)研究打下了良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 陳國(guó)迎. 四輪獨(dú)立線控電動(dòng)汽車試驗(yàn)平臺(tái)搭建與集成控制策略研究D, 吉林大學(xué), 2012.2 廖凌霄. 四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車控制策略的研究D, 武漢理工大學(xué), 2010.3 Hori Yoichi. Future vehicle driven by electricity and control-Research on four-wheel-motored "UOT Electric March II"C. IEEE Transaction on Industrial Electronics. 2

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