四轮独立驱动电动车电子差速系统研究

发布时间：2020-09-26 20:37

　　采用轮毂电机独立驱动的电动汽车使车辆传动系统得到了根本简化,便于实现多轴多轮驱动,提高了驱动效能及控制的灵活性,已成为车用驱动方式研究的热点。四轮独立驱动电动汽车的转向可通过差速控制取代传统的机械差速器来实现,进一步简化了车辆的转向结构。电子差速控制方案是影响车辆转弯半径、行驶稳定性的关键因素,本文主要针对电子差速系统在四轮独立驱动电动汽车的应用展开了研究。首先,本文对电子差速原理进行了分析,为了得到电动汽车四个车轮的理论速度,分别建立了前轮差速转向模型和四轮差速转向模型,并分析了两种差速方式各自优势;为了研究转向角变化对车轮的影响,建立了差速转向动力学模型和轮胎模型。其次,在对所建立的模型进行分析后,并基于对现有电子差速系统的研究分析、驾驶过程的安全性、差速方式的灵活性和工程应用实际情况的综合考虑,设计了基于不同行驶状态和车况下的电子差速方案。电动汽车的电子差速控制器,通过对车况信号实时采集,判断执行不同的电子差速方式;同时计算不同差速方案中四个车轮的车速实时变化情况,并将车速的控制信号分别发送给四个电机驱动控制器,电机驱动控制器控制轮毂电机运行,达到差速的目的。电子差速控制器还实时的对四个车轮的滑移率/滑转率进行检测,从而判断四个车轮的行驶状况,并对四个车轮的速度进行实时调整。文章对所建立的Matlab/Simulink差速仿真模型结果进行了分析,验证了电子差速方案的有效性。然后,本文对电动汽车的电控系统和软件进行了设计。主要对电动汽车的电子差速控制器进行了详细设计,使用Altium Designer对控制器进行原理图设计和PCB绘制;根据电动汽车的差速功能要求,使用KeilμVision4对电动汽车控制器进行电子差速软件开发,并搭建了电动汽车的差速实验平台。最后,本文研制了原理样车,对电控系统和电子差速系统进行实验,实验结果表明所设计的电子差速方案有效可行。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【部分图文】：

电动汽车

向驱动力分配情况、轮胎的滑转率和路面附着系数等，取得了许多成果。文献[9]基于后轮驱动的电动车，采用滑模控制算法对驱动电机进行了闭环控制，取得了很好的控制效果。文献[10]基于两后轮独立驱动的电动汽车，建立了以车轮转速为控制目标的自适应控制和以横摆角速度为控制目标的两层控制方案，并达到了控制目标。文献[11]设计了基于前轮、后轮和四轮三种电子差速控制模式的电子差速器，并进行了仿真和大量的实验。2014 年，日本的纯电动汽车研发公司——SIM-Drive 宣布：研发出第四款车辆“SIM-HAL”，如图 1.1（a）所示。该车采用四个轮毂电机直接驱动，进行四轮独立控制，实现了电动汽车的机动性与稳定性的平衡。美国著名的电动汽车及能源公司——特斯拉（Tesla），从 2008 年至 2017 年期间相继推出了“Roadster”、“Model S”、“Model X”、“Model 3”，如图 1.1（b）所示。其设计制造、电池技术、充电技术、电池管理、驱动技术不断完善，而驱动技术也由原来的两轮驱动逐渐提升为四轮全驱，而这背后依托的是两个电机：一个电机驱动后轮，配合另一个较小的电机驱动前轮。Tesla 无疑极大的推动了电动汽车的发展。

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（a）“春晖三号” （b）文献 13 和 14 的差速结构图 1.2 “春晖三号”和文献 13 和 14 的差速结构献[13]和文献[14]对基于 Ackerman 转向模型的电子差速控制进行了研究，列研究成果，其研究模型如图 1.2（b）所示。献[15]和文献[16]设计了基于神经网络的电子差速控制系统。该系统通过行分析，估算出各种情况下车轮的转速，实现起来比较方便。献[17]提出了以轮胎滑移率为控制目标的用于转矩分配的滑模控制策略，分析，也取得了一定的效果。011 年，奇瑞公司展出了采用四轮驱动的瑞麟“XI-EV”纯电动汽车，车轮进行单独调节，如图 1.3（a）所示。

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（a）“春晖三号” （b）文献 13 和 14 的差速结构图 1.2 “春晖三号”和文献 13 和 14 的差速结构文献[13]和文献[14]对基于 Ackerman 转向模型的电子差速控制进行了研究，并取一系列研究成果，其研究模型如图 1.2（b）所示。文献[15]和文献[16]设计了基于神经网络的电子差速控制系统。该系统通过对样据进行分析，估算出各种情况下车轮的转速，实现起来比较方便。文献[17]提出了以轮胎滑移率为控制目标的用于转矩分配的滑模控制策略，通过仿真分析，也取得了一定的效果。2011 年，奇瑞公司展出了采用四轮驱动的瑞麟“XI-EV”纯电动汽车，车轮的驱可以进行单独调节，如图 1.3（a）所示。

【参考文献】