电动汽车低速转向电子差速兼顾辅助转向控制

刘亮

摘 要：以后轮自主驱动的电动汽车转向差速控制为基础，同时结合电动汽车低速转向的特点构建一个阿克曼转向模型，再对车辆转向时电子差速的控制发挥出的辅助作用进行全面考虑，进而实现了对低速转向电子差速兼顾辅助转向控制全面的分析。最终结果表明了通过阿克曼转向差速仿真模型而制定的转矩分配方案，不但发挥出了差速的作用，并且在车辆的转向行驶过程中也表现出了较为出色的辅助效果。

关键词：电动汽车;低速转向电子差速;辅助;转向控制

一、阿克曼转向模型

当车辆转向时，按照阿克曼转向模型，能够得到车辆运动的实际状态，详情见下图1。在图中，δin与δout是汽车外前轮的转向角度，δ代表的是汽车整体转向的角度，W还有L指的是汽车轴距以及轮距，而R0代表汽车转向半径，Rin以及Rout为汽车内外两侧驱动轮实际的转向半径，车辆行驶速度用v表示，也就是后轮轴线的中点位置以O为中心旋转的速度。

通过上述的阿克曼转向模型，我们可以分析电动汽车各个时刻运动的状态。对于阿克曼转向模型中的几何关系而言，其中任何一个车轮驶过的路径圆心均汇聚到了汽车后轴延长线转向的中心点上，从而让转向变得更为流畅，同时还可以得到以下公式：

R0=L/tanδ                              （1）

r0=L/sinr0                             （2）

Rin=R0-W/2                              （3）

Rout=R0+ W/2                              （4）

二、差速兼顾辅助转向控制

1.转矩的分配方案

在电动汽车中应用阿克曼转向模型，需要对汽车行驶速度、汽车的动力学模型还有输入转角等参数进行收集，从而得到车轮的转速以及转弯半径等数据，进而计算出车辆内外侧的驱动轮转矩的差值，同时根据驾驶员期待的驱动力橘来做合理化分配，最终让转速差达到转向差速的效果。下图2即电子差速的控制方案结构示意图。

图2  电子差速的控制方案结构示意图

为了确保汽车的总驱动力矩处于恒定状态，通过等差值转矩分配法，所以两侧驱动轮分配到的转矩值是：

Tin=Td-?T        （7）

Tout=Td-?T        （8）

车辆在转向的过程中，其控制系统会收集汽车油门踏板的信号，从而给出特定的总驱动力矩，同时按照方向盘的转角以及车速信号等，最终通过计算来得出汽车内外两侧精准的驱动轮转矩。借助增加以及减少外侧与内侧驱动轮转矩等方式，不只是可以让电子差速的作用得到最大程度的展现，而且还能够合理分配汽车驱动轮转矩，从而为车辆转向提供一定帮助。

2.轮毂电机的控制

对于电动汽车中使用的轮毂电机而言，其除了要具备常见电气传动系统所具有的特点之外，其还应当具有更大的启动转矩、更为广泛的调速范围，同时体积也应当更小、整体质量要更轻、运行的总效率也要更高。不同于传统的发动机，轮毂电机在低速运行时使用的为恒转矩的模式，而在中高速运行时则使用的是恒功率的模式。以电机转速为基础的控制又被称作电机的调速控制，其属于一种较为常见的电机控制技术，一般包括弱磁调速还有电压调速等多种控制方法。此类控制技术大多是以电子差速的原理为基础，通过分析电机反馈回来的转速信号以及指令差异等，然后再利用PI还有PID等诸多方式来实现闭环控制。

本篇文章所使用的是以电机为基础的转矩控制方案，借助电流来对电机的转矩进行控制，同时借助由PI进行控制的调节设备，来让汽车电机电流以及输出的转矩等得到科学调节，从而使电机转矩完成闭环控制的目标。

结束语

将电子差速当作基础，通过阿克曼转向模型来对电动汽车动力学以及运动学进行深入分析，从而证实了电子差速的控制确实对电动汽车辅助转向具有一定的影响。同时借助上述模型来对研究转矩的分配方案，最终发现，此类控制方案不但能够实现基本的差速控制，而且其在车辆的转向行驶过程中也具有出色的辅助效果，此类控制方案可以在试验车辆中进行良好试用，在未来相关控制策略的研究中也可以适当进行借鉴。

参考文献

[1]华磊，张成涛，陆文祺，王佳奇.轮毂电机电动汽车电子差速低速转向控制仿真[J].广西科技大学学报，2018，29（03）：77-81.

[2]张厚忠，苏健，张勇.电动汽车低速转向电子差速兼顾辅助转向控制[J].重庆理工大学学报（自然科学），2017，31（08）：14-21.

[3]王栋梁，茹强，赵轩.分布式驱动电动汽车电子差速仿真研究[J].汽车实用技术，2017（01）：23-25.

[4]马浩军.电动汽车电子差速控制系统研究[D].浙江大学，2016.