基于滑轉(zhuǎn)率的四輪輪邊驅(qū)動(dòng)客車電子差速控制策略

陳曉菲，劉 平，楊明亮，孫 磊，羅立全

(西南交通大學(xué) a.機(jī)械工程學(xué)院； b.先進(jìn)驅(qū)動(dòng)節(jié)能技術(shù)教育部工程研究中心， 成都 610031)

輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車是一種新型的電動(dòng)汽車，取消了發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸、差速器等機(jī)械結(jié)構(gòu)，4個(gè)電機(jī)通過減速器直接與各個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪相連，不僅在傳遞上具有更高的效率，在控制上也具有很高的靈活性，但由于取消了機(jī)械差速器則需要設(shè)計(jì)有效的電子差速控制策略。當(dāng)前電子差速主要分為轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制?；谵D(zhuǎn)速控制主要通過理想汽車轉(zhuǎn)向模型(Ackermann模型)計(jì)算出理想輪速,并以此為依據(jù)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制[1-2]，以期實(shí)現(xiàn)車輪在路面上純滾動(dòng)。但Ackermann模型只適用于低速轉(zhuǎn)向工況，并且實(shí)際行駛路面十分復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)理想輪速的精確估算，若控制不當(dāng)整車會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，因此不采用轉(zhuǎn)速控制。電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)汽車在轉(zhuǎn)矩模式下能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)差速，并通過仿真試驗(yàn)和實(shí)車驗(yàn)證了該結(jié)論[3-5]，因此在轉(zhuǎn)矩模式下不再以輪速為控制目標(biāo)。有學(xué)者采用通過轉(zhuǎn)矩控制將車輪滑轉(zhuǎn)率控制在估算出的目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率上的方法[6-7]，但實(shí)際運(yùn)行路況復(fù)雜，難以對(duì)目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行精確估算，并且使汽車輪胎的滑轉(zhuǎn)率值始終保持在控制算法所計(jì)算出來的滑轉(zhuǎn)率上是不現(xiàn)實(shí)的。有學(xué)者將內(nèi)外側(cè)車輪滑轉(zhuǎn)率一致作為控制目標(biāo)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)[8-10]，但這種方法可能使轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)過大，且不能實(shí)現(xiàn)小滑轉(zhuǎn)率的調(diào)節(jié)。此外，還有采用以轉(zhuǎn)向過程中整車橫擺角速度為控制目標(biāo)，使實(shí)際橫擺角速度跟隨理想橫擺角速度[11]，但該方法只注重考慮轉(zhuǎn)向過程的穩(wěn)定性而忽略了差速性能。據(jù)此，本文以四輪輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車為研究對(duì)象，采用以滑轉(zhuǎn)率為控制目標(biāo)的電子差速控制策略，依據(jù)不同轉(zhuǎn)向工況對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)以降低轉(zhuǎn)向時(shí)車輪滑轉(zhuǎn)率，將驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率控制在合理的區(qū)間范圍內(nèi)，并且在達(dá)到較好差速效果的同時(shí)保證轉(zhuǎn)向過程整車穩(wěn)定性，最終達(dá)到整體差速策略設(shè)計(jì)目的。

1 差速問題分析

不管是傳統(tǒng)汽車還是電動(dòng)汽車都存在差速問題，差速問題主要是指4個(gè)車輪線速度不能與各自車輪的輪心速度相協(xié)調(diào)，或者說車輪滾過的距離不等于車輪輪心沿平行于行駛路面軌跡移動(dòng)的距離，引起車輪滑移或滑轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致功率循環(huán)或汽車不能正常行駛，即不滿足：

(1)

其中：u為車輪線速度；ω為車輪旋轉(zhuǎn)角速度；r為車輪滾動(dòng)半徑；S為車輪輪心沿平行于行駛路面軌跡移動(dòng)的距離。

當(dāng)各個(gè)車輪的線速度與輪心速度相等時(shí)車輪實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)，當(dāng)線速度與輪心速度不相等時(shí)則存在差速問題，而電子差速控制策略適用于車輛驅(qū)動(dòng)過程中，因此可以通過滑轉(zhuǎn)率來表征差速效果。根據(jù)機(jī)械差速器原理可得，良好的差速就是使得各個(gè)車輪都實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)，滑轉(zhuǎn)率接近為0。在四輪輪邊驅(qū)動(dòng)客車上，由于取消了機(jī)械差速器，需要設(shè)計(jì)合理的電子差速器使各個(gè)車輪接近純滾動(dòng)，要使車輪全部實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)在低速情況下是可以實(shí)現(xiàn)的，隨著車速升高、轉(zhuǎn)角增大，大部分轉(zhuǎn)向工況實(shí)際無法實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)，因此需要研究與工況相適應(yīng)的電子差速策略，以獲得較好的差速性能和控制響應(yīng)。

2 以滑轉(zhuǎn)率為控制目標(biāo)的電子差速策略

2.1 考慮載荷轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)矩分配模塊

當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，可認(rèn)為兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪垂直載荷相同，則對(duì)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩采用平均分配即可。當(dāng)汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)在離心力的作用下車輛重心會(huì)發(fā)生外移，導(dǎo)致外側(cè)車輪垂直載荷增加，內(nèi)側(cè)載荷減小，如圖1所示。

圖1 (左轉(zhuǎn))左、右側(cè)車輪垂直載荷變化示意圖

兩側(cè)車輪載荷的變化導(dǎo)致內(nèi)側(cè)車輪附著力小于外側(cè)車輪，若此時(shí)仍給兩側(cè)車輪相同驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可能導(dǎo)致內(nèi)側(cè)輪突破附著極限發(fā)生打滑，因此需要對(duì)內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)輪重新分配轉(zhuǎn)矩以降低發(fā)生滑轉(zhuǎn)的可能性。

驅(qū)動(dòng)輪的附著率Cφ是表明汽車附著性能的一個(gè)重要指標(biāo)，是車輛在良好路面上行駛時(shí)，在車輪不打滑情況下，能發(fā)揮最大驅(qū)動(dòng)力所要求的最低附著系數(shù)，計(jì)算公式見式(2)。

(2)

其中：Fx為驅(qū)動(dòng)輪縱向力；Fz為驅(qū)動(dòng)輪垂直載荷。

當(dāng)汽車在良好路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)車輪載荷增大而不易突破附著極限發(fā)生滑轉(zhuǎn)，因此本文設(shè)計(jì)以內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)輪附著率與外側(cè)驅(qū)動(dòng)輪附著率相等為目標(biāo)，對(duì)轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行重新分配，使得車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的可能性降低。由此得到前、后軸內(nèi)外側(cè)車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩之比：

(3)

其中Fz1l′、Fz1r′、Fz2l′、Fz2r′分別為轉(zhuǎn)向時(shí)前左、前右、后左、后右側(cè)車輪垂直載荷。已知轉(zhuǎn)向時(shí)前、后軸兩側(cè)車輪載荷變化量分別為ΔFz1、ΔFz2，可得轉(zhuǎn)向時(shí)(左轉(zhuǎn))4個(gè)車輪的垂直載荷分別為[12]：

(4)

其中：ms為簧上質(zhì)量；mus為簧下質(zhì)量；a為質(zhì)心到前軸的距離；b為質(zhì)心到后軸的距離；L為軸距。

將式(4)及ΔFz1、ΔFz2值代入式(3)可得前軸內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值：

(5)

后軸內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值：

(6)

式中：u為縱向速度；h為簧上質(zhì)量質(zhì)心高度；B1為前軸軸距；B2為后軸軸距；KΦr1為前懸架側(cè)傾角剛度；KΦr2為后懸架側(cè)傾角剛度；Φr為車廂側(cè)傾角；hu為簧下質(zhì)量質(zhì)心離地面高度；θ為前輪平均轉(zhuǎn)角。

2.2 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩修正

隨著轉(zhuǎn)角和車速的增大，兩側(cè)車輪載荷差值也會(huì)越來越大，若按照式(5)(6)分配兩側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩差值過大，對(duì)整車帶來較大的附加橫擺力矩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使車輛出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向甚至出現(xiàn)甩尾等不穩(wěn)定工況。為了防止轉(zhuǎn)向過程出現(xiàn)不穩(wěn)定工況，引入轉(zhuǎn)矩修正因子λ，修正兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩差，在減小車輪滑轉(zhuǎn)率的基礎(chǔ)上可以提高驅(qū)動(dòng)輪的側(cè)向附著力，以此抑制過度轉(zhuǎn)向，防止車輛出現(xiàn)甩尾的情況，保證轉(zhuǎn)向過程的穩(wěn)定性。引入修正因子λ后內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)力矩比值為：

(7)

根據(jù)該試驗(yàn)車選取車速取值范圍0～70 km/h，車速每1 km/h取1個(gè)點(diǎn)；方向盤轉(zhuǎn)角取值范圍為0°～600°，方向盤轉(zhuǎn)角每10°取1個(gè)點(diǎn)。車速取點(diǎn)71個(gè)，方向盤轉(zhuǎn)角取點(diǎn)61個(gè)，所覆蓋的轉(zhuǎn)向工況為4 331個(gè)，確保試驗(yàn)工況的全面性。

以本文2.1節(jié)轉(zhuǎn)矩分配為依據(jù)，對(duì)所取樣3 721個(gè)轉(zhuǎn)向工況進(jìn)行仿真，當(dāng)出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)對(duì)該工況下內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值K1、K2進(jìn)行修正，并將該修正值λ記錄下作為取樣點(diǎn)工況的轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)。

通過對(duì)取樣工況進(jìn)行大量仿真實(shí)驗(yàn)可得到在不同車速、轉(zhuǎn)角下對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩修正因子大小。利用Matlab建立m文件生成三維MAP圖，如圖2所示。當(dāng)策略運(yùn)算時(shí)，根據(jù)當(dāng)前方向盤轉(zhuǎn)角和車速可以實(shí)時(shí)查出所需轉(zhuǎn)矩修正因子λ。

圖2 轉(zhuǎn)矩修正因子三維MAP圖

根據(jù)修正后的前后軸內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值，可得內(nèi)外側(cè)轉(zhuǎn)矩差分別為：

(8)

其中:T1為前軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；T2為后軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；Td為整車期望轉(zhuǎn)矩。

4個(gè)車輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以表示為內(nèi)側(cè)減小轉(zhuǎn)矩差，外側(cè)增加相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，以保證整車總驅(qū)動(dòng)力不變。內(nèi)側(cè)車輪減小驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以降低出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)的可能性，外側(cè)車輪增加轉(zhuǎn)矩但驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩沒有超過路面附著力時(shí)仍不會(huì)發(fā)生滑轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)向(左轉(zhuǎn))時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：

(9)

2.3 基于PI控制的滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)模塊

當(dāng)汽車在附著系數(shù)較低路面或極限轉(zhuǎn)彎工況時(shí)車輪可能出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)的情況，此時(shí)應(yīng)當(dāng)降低滑轉(zhuǎn)車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為了保證汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)具有良好的橫向穩(wěn)定性和縱向加速性能，與前人的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合[13]，將驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率控制在20%以下是合理的，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率進(jìn)一步增加時(shí)會(huì)導(dǎo)致輪胎出現(xiàn)不穩(wěn)定工況。以此為依據(jù)設(shè)計(jì)基于PI控制的滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)模塊。

當(dāng)車輪滑轉(zhuǎn)率超過20%時(shí)觸發(fā)該模塊。PI控制器輸入?yún)?shù)為輪速上限ωup與當(dāng)前實(shí)時(shí)輪速ω的差值；輪速上限ωup由已知的滑轉(zhuǎn)率上限值λup、車輪半徑r、輪心速度v根據(jù)滑轉(zhuǎn)率公式計(jì)算可得；實(shí)時(shí)輪速ω由電機(jī)實(shí)時(shí)反饋可得。PI控制模塊如圖3所示。

圖3 PI控制模型

PI控制器輸出參數(shù)為該車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩ΔT。PI控制器參數(shù)整定采用經(jīng)驗(yàn)法，通過多次仿真，不斷調(diào)整PI參數(shù)，使得試驗(yàn)結(jié)果滿足該策略控制需求，最終取kP=100，ki=50。在電子差速控制策略中，當(dāng)監(jiān)測(cè)得到車輪滑轉(zhuǎn)率低于20%，則PI控制器輸出值為0，即滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)模塊不參與控制。當(dāng)車輪滑轉(zhuǎn)率高于20%時(shí)，PI輸出相應(yīng)轉(zhuǎn)矩大小使滑轉(zhuǎn)率降低到20%以下，此時(shí)滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)模塊輸出調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩ΔTt1l、ΔTt1r、ΔTt1r、ΔTt2r。根據(jù)本文2.2節(jié)所得轉(zhuǎn)矩，可得此時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：

(10)

2.4 基于滑轉(zhuǎn)率控制的電子差速實(shí)現(xiàn)流程

電子差速控制模塊整體流程如圖4所示。該策略考慮轉(zhuǎn)向過程中由于離心力的作用導(dǎo)致內(nèi)外側(cè)載荷的重新分配，以兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪附著率相等為目標(biāo)對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行重新分配，使得車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的可能性降低。首先計(jì)算出轉(zhuǎn)向過程中各車輪垂直載荷，分配左右側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值K1和K2，考慮轉(zhuǎn)向過程中整車的穩(wěn)定性，防止車輛出現(xiàn)過度橫擺的情況，對(duì)兩側(cè)車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比進(jìn)行修正得到修正后的左右側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩比K1′和K2′，此外滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)模塊對(duì)車輪實(shí)時(shí)滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率超出所設(shè)定上限值時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為經(jīng)滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)模塊計(jì)算得到的Tt1l′、Tt1r′、Tt2l′、Tt2r′，若滑轉(zhuǎn)率未達(dá)到上限值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出為Tt1l、Tt1r、Tt2l、Tt2r。

圖4 電子差速控制策略流程

3 電子差速仿真與分析

3.1 仿真模型建立

選擇動(dòng)力學(xué)仿真軟件Carsim建立整車動(dòng)力學(xué)模型，由于Carsim軟件無電動(dòng)汽車模型，因此建立Carsim/Simulink聯(lián)合仿真電動(dòng)汽車模型[14]。

本文研究的車型為某四輪輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)公交車，整車基本參數(shù)如表1所示。

表1 整車仿真參數(shù)

3.2 電子差速仿真結(jié)果

為了驗(yàn)證本文電子差速控制策略，在基于Carsim/Simulink搭建的聯(lián)合仿真平臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎工況仿真，并將有電子差速策略仿真結(jié)果與無電子差速策略仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，無策略時(shí)將期望轉(zhuǎn)矩平均分到兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪，前后軸轉(zhuǎn)矩則與電子差速控制策略采用相同的分配方法。

3.2.1 高速小轉(zhuǎn)向工況

方向盤轉(zhuǎn)角在4 s內(nèi)由0°增大到120°(左轉(zhuǎn))，駕駛員加速踏板輸入維持車速50 km/h。電子差速策略與無策略驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比如圖5所示，內(nèi)側(cè)車輪滑轉(zhuǎn)率對(duì)比如圖6所示，橫擺角速度對(duì)比如圖7所示。

圖5 高速小轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比

3.2.2 中速中轉(zhuǎn)向

方向盤轉(zhuǎn)角在6 s內(nèi)由0°增大到280°(左轉(zhuǎn))，駕駛員加速踏板輸入維持車速35 km/h。電子差速策略與無策略驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比如圖8所示，內(nèi)側(cè)車輪滑轉(zhuǎn)率對(duì)比如圖9所示，橫擺角速度對(duì)比如圖10所示。

圖6 高速小轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)車輪滑轉(zhuǎn)率對(duì)比

圖7 高速小轉(zhuǎn)向橫擺角速度對(duì)比

圖8 中速中轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比

圖9 中速中轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)車輪滑轉(zhuǎn)率對(duì)比

圖10 中速中轉(zhuǎn)向橫擺角速度對(duì)比

3.2.3 低速大轉(zhuǎn)向

方向盤轉(zhuǎn)角在6 s內(nèi)由0°增大到580°(左轉(zhuǎn))，駕駛員加速踏板輸入維持車速2 5 km/h。電子差速策略與無策略驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比如圖11所示，內(nèi)側(cè)車輪滑轉(zhuǎn)率對(duì)比如圖12所示，橫擺角速度對(duì)比如圖13所示。

圖11 低速大轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比

圖12 低速大轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)車輪滑轉(zhuǎn)率對(duì)比

3.2.4 仿真結(jié)果分析

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出：當(dāng)方向盤從0°逐漸增大時(shí)，內(nèi)側(cè)車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小，外側(cè)車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加，直到方向盤轉(zhuǎn)角穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也趨于穩(wěn)定。由車輪滑轉(zhuǎn)率可以看出，采用電子差速策略的車輪內(nèi)側(cè)滑轉(zhuǎn)率相較于無策略車輪滑轉(zhuǎn)率都有下降：高速小轉(zhuǎn)向工況中滑轉(zhuǎn)率從3%下降到1.5%，中速中轉(zhuǎn)向工況中滑轉(zhuǎn)率從70%下降到10%，低速大轉(zhuǎn)向工況中滑轉(zhuǎn)率從16%下降到6%。3個(gè)轉(zhuǎn)向工況中采用電子差速策略的橫擺角速度與無策略橫擺角速度偏差較小，最大偏差為3(°)/s，說明本文研究的電子差速策略能夠降低車輪轉(zhuǎn)彎過程中的滑轉(zhuǎn)率，并且在車輪出現(xiàn)較嚴(yán)重滑轉(zhuǎn)率時(shí)通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩將滑轉(zhuǎn)率控制在期望值以內(nèi)，且在轉(zhuǎn)向過程中車輛并未出現(xiàn)過度橫擺的情況。以上結(jié)果說明，該策略能保證車輛轉(zhuǎn)彎過程具有較好的差速效果、橫向穩(wěn)定性和縱向加速性能。

圖13 低速大轉(zhuǎn)向橫擺角速度對(duì)比

4 硬件在環(huán)試驗(yàn)

對(duì)電子差速控制系統(tǒng)進(jìn)行離線仿真驗(yàn)證之后，進(jìn)一步進(jìn)行硬件在環(huán)仿真驗(yàn)證。本文的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由dSPACE1005、dSPACE1104以及搭載Infineon-TriCore芯片的整車控制器組成，試驗(yàn)設(shè)備如圖14所示。其中整車控制器中包括電子差速控制系統(tǒng)，dSPACE1005作為整車模型部分，dSPACE1104作為汽車駕駛員部分。半實(shí)物仿真試驗(yàn)流程如下：駕駛員操作指令和整車狀態(tài)參數(shù)分別通過dSPACE1104、dSPACE1005發(fā)送到整車控制器，整車控制器根據(jù)電子差速控制策略計(jì)算出當(dāng)前所需指令驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并將該轉(zhuǎn)矩返回到整車模型作為輸入量驅(qū)動(dòng)車輛，同時(shí)整車狀態(tài)參數(shù)返回到整車控制器等待下一指令。

通過ControlDesk對(duì)硬件在環(huán)試驗(yàn)過程中相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括加速踏板開度、車速、滑轉(zhuǎn)率、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、橫擺角速度等參數(shù)。

圖14 硬件在環(huán)試驗(yàn)平臺(tái)

選擇變速轉(zhuǎn)向工況仿真工況，車輛從靜止開始加速，駕駛員加速踏板始終保持在恒定40%開度，車速由0逐漸增加，方向盤轉(zhuǎn)角在6 s內(nèi)由0°增大到150°。將相同轉(zhuǎn)向工況進(jìn)行離線仿真和硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)仿真，并將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，離線仿真與硬件在環(huán)試驗(yàn)車速對(duì)比如圖15所示，車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比如圖16、17所示。

圖15 離線仿真與硬件在環(huán)試驗(yàn)車速對(duì)比

圖16 離線仿真與硬件在環(huán)試驗(yàn)前輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比

圖17 離線仿真與硬件在環(huán)試驗(yàn)后輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)比

根據(jù)圖15～17可以看出：離線仿真結(jié)果與硬件在環(huán)仿真結(jié)果基本一致。硬件在環(huán)整車車速與離線仿真整車車速程相同趨勢(shì)增加，且最終數(shù)值基本相同。硬件在環(huán)仿真對(duì)4個(gè)車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩分配情況與離線仿真時(shí)基本吻合，不僅從理論上設(shè)計(jì)了電子差速控制策略，而且驗(yàn)證了控制策略的可靠性。

5 結(jié)束語

針對(duì)分布式驅(qū)動(dòng)車輛在轉(zhuǎn)彎過程中的驅(qū)動(dòng)輪差速控制進(jìn)行研究，以四輪輪邊驅(qū)動(dòng)客車為研究對(duì)象，提出了一種以滑轉(zhuǎn)率為控制目標(biāo)的電子差速控制策略。該策略考慮轉(zhuǎn)向過程中整車的差速效果，同時(shí)兼顧轉(zhuǎn)向過程的穩(wěn)定性。

建立控制策略模型，使用Matlab/Simulink和Carsim軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真，在不同車速下進(jìn)行不同角度方向盤角階躍輸入。仿真結(jié)果表明：該電子差速策略能夠在多種轉(zhuǎn)向工況下有效地降低車輪滑轉(zhuǎn)率，使車輪滑轉(zhuǎn)率始終控制在合理的區(qū)間范圍內(nèi)，使整車具有較好的差速效果和橫向穩(wěn)定性，達(dá)到了整體差速設(shè)計(jì)目的。

在硬件在環(huán)試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行轉(zhuǎn)彎工況仿真，發(fā)現(xiàn)硬件在環(huán)仿真結(jié)果與離線仿真結(jié)果基本一致，為接下來實(shí)車搭載該策略奠定了良好基礎(chǔ)，為將該控制策略進(jìn)行產(chǎn)品化提供了可能。