一种电动汽车驱动防滑控制方法

兰华，李兰

（太原理工大学，山西 太原 030012）

一种电动汽车驱动防滑控制方法

兰华，李兰

（太原理工大学，山西 太原 030012）

为了保证电动汽车在直线加速行驶状态下的驱动性能及车辆行驶安全性，提出了一种驱动防滑牵引力控制方法，分析了轮胎纵向附着系数与纵向滑转率的关系曲线，以使轮胎保持稳定附着为控制目标，基于期望滑转率值给出了动力输出切断的驱动防滑控制策略。仿真结果表明，采用驱动防滑控制后，轮胎打滑得以避免，车辆获得更好的加速特性，驱动防滑控制有效改善了车辆的驱动性能。

电动汽车；滑转率；牵引力控制；燃油汽车

目前，为了应对能源和环境危机，新能源技术受到了日益广泛的关注。而电动汽车作为新能源领域的重要组成部分，其技术的发展和进步具有重要的时代意义。与传统的燃油汽车相同，电动汽车牵引力控制用以改善车辆的驱动性能，提升车辆行驶安全性。本文以驱动电机能够直接控制输出转矩的特点为基础，讨论了一种可用于电动汽车的驱动防滑控制方法。

1 驱动防滑控制策略

基于前轮单桥臂电机驱动结构形式的汽车，在直行加速情况下，车辆的侧向速度和横摆角速度均为0，此时，车辆动力学方程可表示为：

式（1）（2）中：m为整车质量，u为车辆的纵向速度，Fx1和Fx2分别表示地面作用于左、右前轮的纵向力，J为轮胎转动惯量，w1和w2为左、右轮胎转速，Tm为驱动电机输出转矩，为总传动比，η为传动效率，R为轮胎半径，Fz1和Fz2为左、右轮胎的垂直载荷，f为轮胎滚阻系数。

车辆轮胎所获得的纵向驱动力和其纵向滑转率满足一定的对应关系，路面附着系数μ与滑转率S关系曲线如图1所示。由图1可以看出，当有驱动转矩作用于轮胎使其产生滑转后，路面附着系数首先随滑转率的增加而增大至最大值，进而开始随滑转率的提升而减小。当轮胎规格与路面类型一定时，存在一个最优滑转率，使得当前路面附着系数为最大，即轮胎获得最大的纵向驱动力。该最优滑转率值将μ-S曲线划分为左、右两部分，左半部分为稳定附着区，右半部分则反映轮胎发生打滑。

图1 路面附着系数与滑转率关系曲线

当驾驶员通过加速踏板给定较大加速意图时，由于电机转矩输出过大，很容易造成轮胎打滑，即进入μ-S曲线右半部分状态。此时对于车辆而言，一方面轮胎磨损加剧；另一方面，加速性能下降，不论从经济性还是安全性上看，都应当尽量避免这种工况出现。

为了引入驱动防滑控制，通过动力输出切断来限制驱动转矩的过度输出，可以有效防止轮胎打滑，为车辆提供最优驱动性能。驱动防滑控制策略为：

式（3）中：S0为预先设定的最优滑转率值，为驾驶员的操作给定转矩，S1和S2分别表示左前轮和右前轮两个驱动轮的滑转率。

由此可见，驱动防滑控制策略要求先计算两个驱动轮当前的滑转率值，再与设定的最优滑转率进行比较。当某一轮胎的滑转率大于最优滑转率时，认为轮胎发生打滑。此时，切断电机的转矩输出。当驱动轮的滑转率均在稳定附着区时，电机按照驾驶员的操作意图输出相应转矩。驱动轮实时滑转率按上述公式计算，其中，轮胎转速ω1和ω2可由转速传感器测量得到，车辆的纵向速度u可根据从动轮的转速按照u=ωR计算得到。驱动防滑控制策略的控制流程如图2所示。

图2 驱动防滑控制策略的控制流程图

2 仿真结果

为了验证所讨论的驱动防滑控制策略，在Matlab Simulink环境中搭建了车辆及控制策略的仿真模型。仿真模型选取表1中的车辆参数，车辆轮胎力由魔术公式计算得到。

表1 仿真模型参数

仿真中选择最优滑转率S0=0.2，设定由驾驶员操作输入的加速转矩=30 N·m，采用式（3）中描述的驱动防滑控制策略，仿真得到驱动轮的滑转率如图3所示，电机驱动转矩输出如图4所示。为了评估驱动防滑控制对车辆驱动性能的改善效果，对在相同条件下未施加驱动防滑控制的车辆进行仿真，得到驱动轮的滑转率如图5所示，两种条件下仿真得到的车速变化情况如图6所示。

图3 采用驱动防滑控制策略的驱动轮滑转率

图4 驱动防滑控制转矩输出

图5 未采用驱动防滑控制策略的驱动轮滑转率

图6 加速性能对比

由图3可以看出，采用驱动防滑控制后，车辆驱动轮的滑转率稳定在预设的最优值0.2附近，轮胎未发生打滑现象，由图4可以看到根据驱动防滑控制产生的输出动力切断情况。由图5可以看出，在未施加驱动防滑控制的情况下，驱动轮的滑转率迅速增大，超过了稳定附着的界限，轮胎进入打滑状态。图6显示了两种情况下车辆加速效果的明显差异。仿真结果表明，采用驱动防滑控制后，车辆的驱动性能得到了明显提升。

3 结论

车辆直线加速行驶时，如果驾驶员给定的驱动转矩过大，可能使轮胎发生打滑，导致驱动性能和车辆安全性降低。引入驱动防滑控制策略，根据驱动轮的实时滑转率，在轮胎即将发生打滑时切断车辆的驱动动力输出，可以有效避免轮胎打滑的发生，有效改善了车辆的驱动性能。

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TP275

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.01.085

2095－6835（2018）01－0085－03

兰华（1960—），女，四川泸县人，高级实验师，毕业于山西矿业学院机械制造专业，现在太原理工大学机械工程学院从事教学实验工作。

〔编辑：张思楠〕