汽车驱动轮电子差速器控制研究

汽车驱动轮电子差速器控制研究

安治文

广东科技学院

1绪论

目前许多汽车公司都在开发自己的电子差速系统，1990年，奔驰公司开始研究前轮电子转向系统，后来把电子差速系统应用于一些概念车上。世界上其他厂家和一些大学如日本国立大学的研究所也对电子转向系统做了相关深入的研究，日本的研究所根据一系列研究实验结果开发了自己的电子差速系统。研究所做了相关的实验探究，在摩擦系数很小的雪地上，通过电子转向差速系统，让汽车进行蛇行侧向等试验，试验中基本上符合参数要求，相比传统的转向系统有较大的提高。

国内也有不少研究所对电子差速系统做研究，中科院电工研究所针对电动汽车做了大量的研究，并且实验过程中与东风汽车集团和中科院大连化物所进行合作，分析了在转向过程中的动力学原理，根据具体几何模型，讨论了差速过程中车轮驱动和制动转矩变化应符合的要求，研制成功电动汽车概念车，提出了自由轮转速和防滑控制系统。同济大学给出了四轮电子差速转向控制系统的研究，行驶时要考虑各个车轮与地面都能保持纯滚动的状态，从而减小摩擦力，延长汽车的使用寿命。"春晖三号"的转向和驱动系统就采用了线控技术，使用电子差速方案实现转向。浙江大学提出了基于车轮与地面附着系数为控制对象的新型电子差速控制方案。以使两驱动轮的附着率来分配驱动转矩，从而将汽车滑转的可能性降到最低。同时他们仿真了车辆的运动状态，并且在其中考虑了风阻力和轮胎侧向力等因素，得到了一系列结论，在转速较大时，转矩分配比例变化较大，离心力将在车体运动过程中产生的侧翻力矩中起到决定性的作用。

2控制驱动系统组成

2.1结构框架

控制驱动系统应至少由五部分组成，电机、控制电路、传感器、驱动电路和模块。原理如图所示。

整个车辆差速控制系统分共有两个输入信号，分别是转向盘的指令和车辆的状态信号，输出车轮转速控制信号。系统接收到输入转速信号，控制器会算出两个驱动车轮相应的转速，通常内侧的车轮的转速要减少一部分，外侧车轮的转速要增加一部分，并且控制器是同时分配内外侧的转矩，由此电子差速系统有了机械式差速器的作用。输入一个转速值时，控制器输出到电动机，进而通过电动机中的PID调节器获得转速信号，从而输出一个实际转速。

2.2电子差速系统

在电子差速系统中，主要分为两个部分，一个是基于独立控制的电子差速算法一个是整车差速算法，搭载于四个电动轮和中央控制器上。通过CAN总线，中央控制器与四个电动轮连接成一个实时网络。CAN总线可以减轻电动轮驱动的电路对中央控制器的电磁干扰，因此CAN总线的连接方式使得中央控制器与电动轮的驱动电路相互分离，如果没有这种相互分离，电动轮的损坏很有可能造成中央控制器的损坏，因此这种连接方式降低了连带损坏的风险，提高了系统稳定性。通过采样，电子差速系统控制中央控制器获得传感器传来的车辆转向信号和车速信号，通过差速算法，可得到四个车轮各自的转速，这一结果将作为设定值通过CAN总线传送给电动轮；这个设定值会作为车轮的控制目标，系统自动使用转速控制算法对每个电动轮进行控制，这样就能实时控制电动轮的转速，使得实际转速能够实时满足整车差速算法的要求，从而完成安全转向。

这种电子差速系统需要较多的硬件I/O，控制算法的运算负荷较重，需要实时进行控制。因此可能成本较高，一般不推荐使用单个微控制器。一个智能单元的集中控制显然不能满足需求，因此可根据具体的场合选择分布式的控制，将控制算法的运算合理分配到几个智能单元中并行控制和处理，从而提高运算效率，降低单个微控制器所需要的性能要求。这样整个系统中控制任务比较分散，实时控制效率高，多个I／O硬件设计比较方便，扩展能力较强，方便故障检查和排除，这种智能化也使得系统结构清晰。

2.3驱动策略

电压可调压调速，方法是保持直流电动机的磁通为额定值，改变电压来改变直流电动机转速的调速，最高电压不能超过额定电压。电压越低，转速越低。有一个限定因素是改变电压来调速的方法，调速范围只能在额定转速范围内，电动机在低速运行时，转速随负载变动的幅度小，稳定性就比较好。这种调速方法优点是平滑性好，效率高。转矩控制可直接输入转矩指令，也可基于转矩，控制空间电压矢量，甚至也可通过积分作用来调节系数。转速控制可对电机转速的输入值和转速反馈的信号进行调节。

3PID参数确定

PID控制是一种线性控制方法，它根据给定值与实际值构成控制偏差，常规PID控制器是最基本、广泛的一种控制器，优点是算法简单，稳定，可靠性好。常规PID控制器可调节许多对象，应用非常广泛，尤其是对线性定常系统是相当有效的，PID控制器各个参数的确定决定着调节过程中品质的好坏。PID也在不断地进行改进，传统的PID算法必须在某一个特定的条件下完成，但是工况有可能时刻在变，这就不能局限于某一特定条件了，因此当工况变化时，一组PID参数很难适应这种变化的工作条件，设计性能往往不能达到我们的需要的要求。本文通过参数自整定控制理论，以误差和误差率作为PID输入，误差和误差率可不断变化，根据变化的误差和误差率可自调整PID参数，因此可以不用局限在某个特定条件下完成算法，这样就有较好的鲁棒性。对偏差进行积分和微分运算，将不同的运算结果相加，就能得到PID控制器的控制输出值。由于在数字控制系统中需要进行采样控制，要通过采样得到的偏差值计算控制量，因此不能在连续的时间域进行积分和微分，需要进行离散化处理。

参考文献

[1]王强,王耘,宋小文.基于差动驱动的电子差速控制方法研究[J].机电工程,2011,28(6):698-703.

[2]黄斌,吴森,曹正策.电动轮驱动车辆电子差速技术研究[J].武汉理工大学学报,2013,35(6):134-138.

[3]高拓宇.汽车驱动轮电子差速控制方法研究[D].重庆交通大学,2011.