【《四轮独立驱动电动汽车转矩分配策略分析》2700字】

四轮独立驱动电动汽车转矩分配策略分析目录TOC\o"1-3"\h\u27242四轮独立驱动电动汽车转矩分配策略分析 138091.1附加横摆力矩的分配策略 1193321.1.1平均分配法 1296161.1.2轴载分配法 331691.2转矩分配算法验证和结果分析 4195551.2.1在双移线工况下高附着路面仿真结果 4299671.2.2在双移线工况下低附着路面的仿真结果 6当汽车轮胎侧偏特性位于非线性范围内时，导致车辆工作在极限状态，容易出现侧滑的情况，影响整车行驶稳定。比如，当汽车进入弯道时，若转向速度过快或地面附着率低，极易造成车辆前轴侧滑，逐渐偏离预期驾驶路线，甚至发生转向过度造成后轮滑移的情况。为确保汽车的橫摆稳定性，需要在车辆即将失稳时施加一定的附加横摆力矩并且将附加横摆力矩按照一定的策略分配给四个车轮以维持车辆稳定。1.1附加横摆力矩的分配策略本文研究的分层控制策略的下层控制器为力矩分配层，即将前文中计算得出的用来维持车辆稳定的附加横摆力矩根据一定的策略分配到四个车轮。四轮独立驱动电动汽车是由分别安装在四个车轮上的轮毂电机实现的驱动。电动汽车用的电机一般都是永磁同步电机，可以通过控制电机转动方向实现驱动、制动两种功能。通过对电机转矩的控制，实现对附加横摆力矩的控制，从而实现对车辆纵向力的调节，完成对车辆稳定性的控制。在本章中，会对第四章中计算得出的附加横摆力矩给予合理的分配。通过参考查阅文献，整理出了三种转矩分配方法，分别是平均分配法，轴载分配法和最优分配法。本文采用平均分配法和轴载分配法。在双移线工况下，将平均分配法和载荷分配法进行了对比仿真实验，总结出最有效的转矩分配策略。1.1.1平均分配法比例分配法是指将扭矩分别传输给给轮胎时，根据前后桥和左右同轴车轮按一定的比值分配的原理。由前文计算得到的附加横摆力矩的值，得到公式如下：（5-1）（5-2）（5-3）（5-4）（5-5）公式中kpor是比例分配系数。若kpor取0.5，就是平均分配法分布式驱动电动汽车由四个轮毂电机提供驱动力，电动机之间的输出扭矩彼此独立，可以更灵活地分配纵向力。以电动机特性为基础的的横摆力矩分配就是对相应的车轮采用制动或驱动方式，采取增加汽车一侧驱动力矩，降低另一侧驱动力矩的措施，将附加横摆力矩转换为车辆所需的驱动或制动转矩。平均分配法就是在汽车两侧产生一对等大反向纵向力矩。下图4-1是以电机特性为基础的情况下，汽车稳定状态运行时的力平衡图。图4-1汽车稳态行驶时平衡图当汽车处于稳定驾驶状态的时候，参考上图4-1汽车受力状况得出以下公式：（4-8）在电动机的作用下，依照横摆力矩平均分配原理，增大电动汽车左侧车轮的纵向力，同时减小电动汽车右侧车轮的纵向力，就会形成需求的附加横摆力矩。假定汽车前后轴距相等，则车辆在稳定状态下的力矩平衡方程如下：（4-9）根据公式（4-8）和公式（4-9）能够得到，给汽车施加了一个纵向力后，会使得前轮胎侧偏力Fy1减小，后轮胎侧偏力Fy2增大，从而减小汽车的前轮侧偏角，增大汽车后轮侧偏角，车辆的不足转向量减小。采用平均分配法时，同一侧轮胎承受同样大小的转矩，即Tfl=Trl,Tfr=Trr，所以附加横摆力矩决策模块不工作时，汽车没有附加横摆力矩，四个汽车轮胎分别受到等大的转矩。公式如下：（4-10）Td为汽车总纵向力需求；Tfl、Trl、Tfr、Trr各代表汽车左前、右前、左后、右后车轮纵向力矩。综上所述，依照平均分配法得到的各个车轮驱动力矩为：（4-11）1.1.2轴载分配法根据分布式驱动电动车各车轮电机转矩独立可控的特点，综合考虑路面约束，将各轮的附着力裕度最大作为基本原则，选择了基于各轴荷估计值为分配比例的扭矩分配方法。假定电动轮转矩分别为T1，T2，T3和T4，依次对应着左前轮，右前轮，左后轮和右后轮，仅考虑车辆纵向力的分布，在分布式驱动电动车的稳定性控制过程中，必须保证每个车轮的总驱动力矩需求，如下式（4-12）所示。（4-12）公式中，是纵向行驶时需要的整车驱动力矩，Ft是纵向驱动力，R是轮胎半径。考虑到加速度情况时，每个车轮轴荷估算值为：（4-13）公式中Fzf、Fzr是前后轴上的载荷，a、b是质心距离前后轴的长度，是前后轴之间的距离，Ax是纵向加速度,h为车辆质心高度。轴载分配法是指当对轮胎进行转矩分配时，参照前后轴车轮的载荷比的原则进行转矩分配，公式如下所示（4-14）根据以上公式可以得到每个车轮的驱动力矩：（4-14）1.2转矩分配算法验证和结果分析为了检验本章研究的四轮驱动转矩分配策略的有效性，以第二章已经搭建完成的CarSim-Simulink联合仿真模型为实验平台。在双移线工况下，分别选取高附着系数道路工况与低附着系数路面工况在软件环境下做一个对照仿真验证。1.2.1在双移线工况下高附着路面仿真结果为充分利用地面附着力在汽车转矩分配中的优势，所以取较大的路面附着系数u的值为0.85，为车胎提供充足的附着力。驾驶员目标车速为80km/h，此工况下的仿真结果如下图所示。图4-2橫摆角速度控制效果对比曲线图4-3质心侧偏角控制效果对比曲线图4-4橫摆角速度跟踪误差由上图4-2横摆角速度控制曲线与图4-3质心侧偏角输出曲线能够看出来，平均分配和轴载分配的控制效果都可以在一定程度上实现高附着路面下车辆的行驶稳定性控制，但载荷分配控制算法对整个转向过程稳定性的控制效果比平均分配控制算法更加的稳定，转弯过程更平顺，轴载分配控制时的最大横摆角速度降低到0.15rad/s，质心侧偏角的峰值控制在0.012deg以下。由图4-4可以观察出轴载分配时的橫摆角速度较比例分配时的数值更加接近理想值，载荷分配的误差值在0.06以内。由此可对比出在高附着路面工况下，平均分配和轴载分配的效果虽相差不大，但是后者有更显著的优势，其控制过程更加的稳定，使车辆行驶更加平稳。1.2.2在双移线工况下低附着路面的仿真结果为了检验平均分配和轴载分配策略对低附着路面的控制效果，选取低附着路面来验证稳定性驱动控制结果。确定道路附着系数为0.2，驾驶员目标车速为50km/h。图4-5橫摆角速度控制效果对比曲线图4-6质心侧偏角控制效果对比曲线图4-7橫摆角速度跟踪误差从图4-5和图4-6能够看出，在道路附着系数低的路面上行驶，相较于轴载分配，驱动力矩平均分配方案对整车稳定性的控制效果不够稳定，横摆角速度控制曲线变化幅度更加明显，对驾驶员方向盘信号输入的跟踪效果并不理想。所以在两者相比之下，载荷分配下的横摆角速度控制效果相对稳定。由图4-7可以观察出轴载分配时的橫摆角速度较比例分配时的数值更加接近理想值，载荷分配的误差值趋近于0，这说明了在低附着路面上，轴载分配的策略明显更有优势。因