分布式驱动电动汽车驱动力矩分配策略研究

郭雷 石晶 黄浩 李昊潼 刘庆华

摘 要：文章通对过四轮独立驱动的分布式驱动的电动汽车转矩分配的研究，基于模糊算法和pi算法，通过对车辆横向稳定指标的评估从而计算补偿力矩。并且基于确定的补偿力矩具体给出转矩分配原则，最后同过使用CarMaker和Simulink进行联合仿真，证明了这种分配算法对车辆的稳定性有改善的效果。

关键词：分布式驱动电动汽车;横摆力矩;转矩分配

中图分类号：U469.72  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）19-07-03

Research on Torque Vectoring Control of Distributed Drive Electric Vehicle

Guo Lei， Shi Jing， Huang Hao， Li Haotong， Liu Qinghua

（ School of Automotive and Transportation Engineering， Liaoning University of Technology， Liaoning Jinzhou 121001 ）

Abstract： Based on the research on the torque distribution of the distributed drive electric vehicle with four-wheel independent drive， based on the fuzzy algorithm and the pi algorithm， the compensation torque is calculated by evaluating the vehicle lateral stability index. And based on the determined compensation torque， a specific torque distribution principle is given， and finally the joint simulation is carried out with CarMaker and Simulink. It is proved that this kind of allocation algorithm can improve the stability of the vehicle.

Keywords： Distributed drive electric vehicle; Yaw torque; Torque distribution

CLC NO.： U469.72  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）19-07-03

前言

随着电动汽车在我国的快速发展，越来越多的尖端科技应用在电动汽车上，出现了很多动力形式的电动汽车，四轮独立驱动的电动汽车成为市场的主流产品。在分布式驱动的电动汽车纵向控制中，研究如何合理分配各个驱动电机的驱动力矩对改善分布式驱动的电动汽车行驶时的动力性和稳定性有很大的作用。基于转矩分配的电子差速不仅可以有效的提高车辆的动力性，还可以提高车辆的行驶稳定性。

1 转矩协调总体方案

车辆扭矩分配控制系统的框图如图1所示。该控制系统分为车辆横摆力矩控制部分和扭矩控制分配部分。车辆横摆力矩控制部分通过从参考模型获得的实际横摆角速度和预期横角速度来计算附加横摆力矩的值。基于扭矩控制分配层的附加横摆力矩分别控制每个车轮的驱动力矩，从而使四轮可以产生合理的驱动力矩。

2 补偿力矩的确定

2.1 参考模型

本文选用整车二自由度模型，二自由度整车模型给出了车辆前轮转角与车辆横摆角速度的关系：

式中：K为稳定性系数;v为纵向速度;δ为前轮转角输入。

所以根据公式（1）可以得出横摆角速度期望值。参考模型同样需要考虑轮胎达到附着极限的情况。因此需要设置横摆角速度上限值，当达到极限值之后，横摆角速度期望值输出为一个定值，这个定值为：

式中：μ为路面附着系数;g为重力加速度。

2.2 补偿力矩的计算

由于本文重点研究的是转矩分配控制，在补偿力矩的估算选择的是传统的PI算法，通过车辆横摆角速度的实际值与期望值进行比较，通过PI算法，计算出合理的补偿力矩M。而PI控制器中的比例常数Kp和积分常数Ki则是有平时工程实践中得到。

3 转矩分配控制

在以往关于分布式驱动电动汽车的横向稳定性和转矩分配控制研究当中，大多数研究者都是注重对补偿力矩计算的准确性，忽略了在转矩分配过程中如何施加补偿力矩。往往都是在一侧增加补偿力矩，另一侧减少而这种简单的分配没有考虑执行器的因素。有可能出现力矩过大执行器无法实现和影响行驶稳定性的现象。因此我们利用四轮独立驱动电动汽车四个电机独立驱动的优点，根据前后轴的垂直载荷来具体分配每个电机的转矩。

假设T1，T2，T3，T4分别为左前轮，右前轮。左后轮，右后轮电机转矩，Td为总驱动力矩则有：

因此为了满足整车补偿力矩控制需要得出：

式中：B为车辆的轮距;R为车轮滚动半径;由于车辆前轮转角很小，cosδ取1則有：

出现前后轴轴荷转移时，前后轴载荷为：

式中：Fzf，Fzf为前后轴载荷;ax为纵向加速度;hc质心高度;

因此根据附着力的定义得：

根据以上公式求解方程组得到：

4 仿真结果分析

根据整车参数在CarMaker建立整车模型，并搭建双移线场景，设置车速在为80km/h，路面附着系数取0.6通过对这种中低附着率情况，在车辆观测模块中得出车速，质心侧偏角和横摆角速度的数据图。如图2看出，车辆的车速跟随曲线差值比较小。图3看出横摆角速度在稳定范围内，并且横摆角速度跟随曲线误差跟小由此证明本文这种驱动力矩分配控制在保证车辆有良好动力输出的情况下还能提高车辆的横向稳定性。

5 结论

本文研究了一种基于车辆横摆力矩的四轮独立驱动的电动汽车驱动动力矩分配方法，在驱动力矩分配过程中，通过得出的补偿力矩具体的量化了各个电机的补偿力矩。在进行了CarMaker和Simulink仿真之后，证明基于转矩分配的电子差速不仅可以有效的提高车辆的动力性，还可以提高车辆的行驶稳定性。对以后分布式驱动电动汽车纵向控制和稳定性控制提供。

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