本文在现有电动汽车动力控制方法基础上,设计并实现了一种电助力转向与双后轮独立驱动相结合的模型电动车运动控制系统。该系统将电助力转向与双后轮轮毂电机驱动结合,省略了传统的离合器、变速器、主减速器及差速器等部件,大大简化了整车结构大大提高了电动汽车电气化程度和可控制程度,充分发挥了电动汽车高度电机一体化的优势。文中具体给出了系统各关键子系统的设计和控制方法,并通过台架实验证明了设计的有效性。
1 模型电动汽车系统总体构成
设计针对电动车( EV) 理想车况低速行驶,实现了一种双后轮独立驱动运动模型。系统结构如图1所示。
模型车前轮控制采用电助力转向( EPS)系统,动力由两个后轮电机共同提供。电助力转向驱动使用普通直流伺服电机,控制简单;两个后轮电机为两个轮毂式直流无刷(BLDC)电机,能够在提高效率的同时保证长期运行的可靠性。系统中每个电机与电控单元( ECU)间都独自构成一个速度闭环和电流闭环系统,这种设计可以在保持传统汽车驾感的基础上,省略传统车辆的离合器、变速器、主减速器及差速器等部件,大大简化了整车结构,提高传动效率,并且能够通过控制技术实现助力转向功能,和对电动轮的电子差速控制。
2 双后轮驱动电动汽车运动控制系统设计
原型电动汽车运动控制主要需要解决以下两个问题:一是助力转向系统控制问题;二是对两个独立驱动轮的协调控制问题。
2. 1 助力转向控制
电动助力转向工作过程如下:首先,转矩传感器测出驾驶员施加在转向盘上的操纵力矩,车速传感器测出车辆当前的行驶速度,然后将这两个信号传递给ECU; ECU根据内置的控制策略,计算出理想的目标助力力矩,转化为电流指令给电机;然后,电机产生的助力力矩经减速机构放大作用在机械式转向系统上,和驾驶员的操纵力矩一起克服转向阻力矩,实现车辆的转向。
助力电机控制策略采用助力电机电流的闭环给定控制,其控制功能结构框图见图2。
这样的控制结构简化了实际助力特性调整的过程,控制参数调整方便和直观,在满足控制要求的基础上保证了经济性。
2. 2 两驱动轮控制
采用双后轮独立驱动方案,每个驱动轮都能独立提供驱动力,功率可以按需要独立分配,其差速功能可以由软件完成,实现电子式差速。
要判断驾驶员的驾驶意图是直驶还是转向,方向盘转角θ是一个重要参数。策略中引入方向盘自由行程角ε这样一个标志量,当|θ| > ε 时,车辆电控单元(ECU)认为驾驶意图为转向,否则为直驶。无论是直驶控制策略还是转向控制策略,其关键点还是通过对目标转速ni1和ni2的调节来实现对两侧电机的控制,从而达到对车体行走轨迹的操控。双电机协调控制方框图见图3。
1) 直驶控制策略
在直线行驶中,两侧的电机速度no1 和no2很难达到完全一致,总是会存在一定的速度差△n (定义 △n = no1 - no2 ) ,ECU需要对△n进行监测,当△n超过系统允许实时速度差np时,就需要根据△n和np 来对目标转速ni1和 ni2进行一定的调节,调节量为nin;为了保证直线行驶的稳定, ECU还需要对两侧电机的累计行程差△S进行监测,当△S超过系统允许实时速度 Sp 时,就需要根据△S和Sp对目标转速ni1和ni2也进行一定的调节,调节量为nis。根据累计行程差计算出nis,nis = C3 △S, C —比例常数,根据试验确定,不能过大否则容易引起不稳定,计算结果用于调节两个电机的输入转速消减该累计行程差,实现闭环控制。通过累计行程和速度的双重同步,增强了车辆稳定直线行驶的可靠性。
4 结语
设计实现了一种电助力转向与双后轮驱动技术结合的电动车辆运动控制模型,提出以角度、速度控制为基础的双轮毂电机协调控制策略,为使用双后驱电动车辆的稳定行驶问题提供了解决方案。台架试验结果表明:该控制策略可以较好的满足车辆的直线行驶和转向行驶控制要求,证明了设计的有效性。
关键字:电动汽车 动力系统
引用地址:电动汽车动力系统设计与实现
1 模型电动汽车系统总体构成
设计针对电动车( EV) 理想车况低速行驶,实现了一种双后轮独立驱动运动模型。系统结构如图1所示。
模型车前轮控制采用电助力转向( EPS)系统,动力由两个后轮电机共同提供。电助力转向驱动使用普通直流伺服电机,控制简单;两个后轮电机为两个轮毂式直流无刷(BLDC)电机,能够在提高效率的同时保证长期运行的可靠性。系统中每个电机与电控单元( ECU)间都独自构成一个速度闭环和电流闭环系统,这种设计可以在保持传统汽车驾感的基础上,省略传统车辆的离合器、变速器、主减速器及差速器等部件,大大简化了整车结构,提高传动效率,并且能够通过控制技术实现助力转向功能,和对电动轮的电子差速控制。
2 双后轮驱动电动汽车运动控制系统设计
原型电动汽车运动控制主要需要解决以下两个问题:一是助力转向系统控制问题;二是对两个独立驱动轮的协调控制问题。
2. 1 助力转向控制
电动助力转向工作过程如下:首先,转矩传感器测出驾驶员施加在转向盘上的操纵力矩,车速传感器测出车辆当前的行驶速度,然后将这两个信号传递给ECU; ECU根据内置的控制策略,计算出理想的目标助力力矩,转化为电流指令给电机;然后,电机产生的助力力矩经减速机构放大作用在机械式转向系统上,和驾驶员的操纵力矩一起克服转向阻力矩,实现车辆的转向。
助力电机控制策略采用助力电机电流的闭环给定控制,其控制功能结构框图见图2。
这样的控制结构简化了实际助力特性调整的过程,控制参数调整方便和直观,在满足控制要求的基础上保证了经济性。
2. 2 两驱动轮控制
采用双后轮独立驱动方案,每个驱动轮都能独立提供驱动力,功率可以按需要独立分配,其差速功能可以由软件完成,实现电子式差速。
要判断驾驶员的驾驶意图是直驶还是转向,方向盘转角θ是一个重要参数。策略中引入方向盘自由行程角ε这样一个标志量,当|θ| > ε 时,车辆电控单元(ECU)认为驾驶意图为转向,否则为直驶。无论是直驶控制策略还是转向控制策略,其关键点还是通过对目标转速ni1和ni2的调节来实现对两侧电机的控制,从而达到对车体行走轨迹的操控。双电机协调控制方框图见图3。
1) 直驶控制策略
在直线行驶中,两侧的电机速度no1 和no2很难达到完全一致,总是会存在一定的速度差△n (定义 △n = no1 - no2 ) ,ECU需要对△n进行监测,当△n超过系统允许实时速度差np时,就需要根据△n和np 来对目标转速ni1和 ni2进行一定的调节,调节量为nin;为了保证直线行驶的稳定, ECU还需要对两侧电机的累计行程差△S进行监测,当△S超过系统允许实时速度 Sp 时,就需要根据△S和Sp对目标转速ni1和ni2也进行一定的调节,调节量为nis。根据累计行程差计算出nis,nis = C3 △S, C —比例常数,根据试验确定,不能过大否则容易引起不稳定,计算结果用于调节两个电机的输入转速消减该累计行程差,实现闭环控制。通过累计行程和速度的双重同步,增强了车辆稳定直线行驶的可靠性。
4 结语
设计实现了一种电助力转向与双后轮驱动技术结合的电动车辆运动控制模型,提出以角度、速度控制为基础的双轮毂电机协调控制策略,为使用双后驱电动车辆的稳定行驶问题提供了解决方案。台架试验结果表明:该控制策略可以较好的满足车辆的直线行驶和转向行驶控制要求,证明了设计的有效性。
上一篇:Audi Q5的电池包系统
下一篇:汽车电子控制技术-发动机电子控制系统
推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 23:47
有关混合动力汽车和电动汽车的无线BMS的三个问题
锂电池的价格越来越经济实惠,能量密度越来越高,能够驱动混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)行驶更远的距离。借助这些改进,汽车设计工程师现在可将注意力转向通过减小电池管理系统(BMS)的尺寸和重量来进一步提高效率。 有关电池管理系统的背景信息,请参阅“HEV/EV电池管理系统简介。” 传统的有线BMS架构采用基于菊花链配置的线束来连接电池组,制造工艺繁琐,需要经常维护,且维修难度高。 无线BMS技术的发展有望解决上述难题,该技术采用无线芯片组与电池监测器协同工作,可将电压和温度数据从每个电池单元传递到系统中的主微控制器。所需电缆和线束数量的固有减少降低了车辆重量并节省了成本。 如果您正在探索转换为无线BMS架构的可行
[嵌入式]
通用汽车因电池短缺暂停生产部分商用电动汽车
7月19日消息,鉴于电动汽车搭载的Ultium新型电池组短缺,通用汽车已经暂停生产旗下部分电动汽车。通用汽车旗下初创品牌BrightDrop主要为联邦快递和威瑞森等公司生产厢式电动货车。由于所用的Ultium电池缺乏,BrightDrop位于加拿大英格索兰的工厂已经停止生产电动汽车。 通用汽车董事长玛丽·巴拉(Mary Barra)在2021年度国际消费电子展上发表主题演讲时首次介绍了BrightDrop品牌电动货车。据悉,该款厢式电动货车和电动悍马一样都搭载了通用汽车的新型Ultium电池。 2021年晚些时候BrightDrop开始生产厢式电动货车,最初是根据通用汽车在密歇根州与一家公司签订的合同进行,当时通用汽车正
[汽车电子]
纯电动车保养讲究门道,这三大方法成电池续命高招
在如今雾霾日益严重的今天,电动车的普及迫在眉睫,然而电动车进入我们生活的时间较短,可能大家对其了解并不全面,尤其是电动车的后期保养需要注意哪些问题,很多电动车主也表示并不十分清楚。 问题一: 纯电动车保养需要注意的细节? 答:对于电动车而言,它省去了换机油、机滤等配件的费用,因此保养周期相比传统汽油车要长,而且动力总成只需定期更换 电池 组即可,而变速箱一般电动车都是使用无机变速因此也省去了更换变速箱油的繁琐工序。 所以尽可能保持电池寿命是电动车的重中之重,之前就有介绍,那除了动力总成的保养除去外,其它方面的保养就和汽油车差不多了。 定期更换刹车盘,定期更换空气滤芯,定期更换刹车油,譬如绞门链的润滑这些,根据每
[嵌入式]
低压电池监控器进入高压电动汽车
作者:Christopher Gobok ADI 公司混合信号产品部门的高级产品营销工程师 电动汽车 如果您尚未驾驶过电动汽车(EV),包括混合动力电动汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)和全电动汽车,那么很可能您就快要开上了。里程焦虑已成为过去。现在,您可以帮助保护环境,而不必担心陷在其中。世界各地的政府都提供了慷慨的财政激励措施以抵消电动汽车的高价,希望能够引导消费者不购买内燃机(ICE)汽车。有些政府已采取措施强制汽车制造商制造和销售电动汽车,希望市场最终由电动汽车主导,而有些政府则制定了更明确的目标。例如,德国已经努力推动在2030年之前禁止ICE汽车。 在汽车的大部分历史中,创新一直聚焦于提供舒适
[汽车电子]
新基建浪潮下,充电桩将迎来井喷式发展
据国际能源署(IEA)近期发表的《全球电动汽车展望》,2019年电动汽车的公共充电桩数量跃升60%,是过去三年来最大增幅,并超过了电动汽车本身的销量增幅。全球慢充和快充充电桩数量达到86.2万个,中国占有其中60%份额。 目前我国已建公共充电桩51.6万,公共和私人充电桩总计保有量为121.9万,距离480万的目标尚有三百多万的距离,此目标将成为我国新能源车行业的长期目标。 而对于未来的国内市场规模,据工信部发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》征求意见稿提出,预计到2030年,我国新能源汽车保有量将达6420万辆。 根据《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》,我国到2020年要
[汽车电子]
盘点各类电动汽车起火事件,拒做无知恐慌者
近期,南京的一场暴雨将多处地面泡成了“游泳池”,城市排水系统问题立竿见影的呈现出来。不仅如此,一场事故也引起了社会广泛关注—— 电动大巴 起火 事件。由于大巴上的电池在水中浸泡时间过久导致,这让人们对于 电动汽车 这种交通工具的安全性再次产生一定的怀疑。
其实在此之前, 特斯拉 、普锐斯、沃蓝达、众泰,比亚迪等电动车或混动车都有过起火事故。今天就请跟随与非网小编的步伐,一起来解开电动汽车起火谜团。不怕事故多恐怖,就怕做一个无知的恐慌者。
谜题呈现——电动汽车起火事件回顾 说到电动车,也许你的第一反应就是特斯拉,然而世界上第一辆电动车却比特斯拉早上一百年。这种新能源汽车这些年正以疯狂的姿态席卷全球,新事物
[嵌入式]
通用电气公司推出轻便型电动汽车充电桩
近日,通用电气公司推出轻便型电动汽车充电桩。做为电动汽车的小型加油站——充电桩的作用非同小可,它能大大缩短汽车充电时间,从而有利于市场进一步接受电动汽车。同时,这项技术在智能电网中的应用,确保了相关企业可以有效地管理本地及相关区域内的电动汽车。
[汽车电子]
能源互联网电动汽车来搅局,传统能源利用方式要颠覆
全球新一轮科技革命、产业革命、能源革命蓄势待发。中国工程院院士倪光南在11月5日的能源互联网电动汽车项目暨中国职业导师计划(MPC)拜师仪式上表示,能源互联网技术是第三次工业革命的支柱性基础,实现能源绿色化和用能高效化,将从根本上改变对传统能源利用方式的依赖,推动传统产业向以可再生能源和信息网络为基础的新兴产业调整。
据记者了解,能源互联网电动汽车项目发起和组织者为LUPA、美国内布拉斯加大学林肯分校,中国科学院,国家发改委国家能源局中国能源互联网战略研究课题组首席科学家慈松教授为首席科学家和项目带头人,参与实施单位有清华大学交通工具设计专业、广汽集团,中国工程院倪光南院士为特邀顾问。来自清华大学、人民大学、北京航空航天大学、
[嵌入式]