电动汽车驱动防滑控制方法对比分析

电动汽车驱 防动滑制方控对法比分张析兆良 (济同大学德中院学，上海 02 9 )00 2【摘要】首先述概了 电车动整车系动力统控学的制特，点再对比分析者P控了制、 ID模型踪跟控制以及动 自寻态最佳滑 率的转滑模变结 控构制 种三驱动防滑 控算制法优缺的点，后对后两种制方控法的鲁棒性进行最对比分，析到了动态自寻最佳滑率的转滑模变结构控制抗干扰性较强的结论 得。

src】【Fl,terc ca rto hytm d mnccnlriE itdsdcA tat bt hi r htsc frtses a yiot nV i y a eii e o r eT, teav ane adddas gt fhe o tl ao tm fr AR (ni l e ai ) u a h n hd at n i vn eoa er c no lrh o Sg at rgiat s p grt n rl—i o cem e,a h cr I o tlo p r w d iePDacnr, M (F o e lf nw ot 1n S ( aa lsu t rc nh o Cmd loligcn r) a VdC vr e bt uce—o oo ri

t1i fen tn aknoh pi saapo a t ail .L sy h otu sb et nr )twt u c of c itgteto l rt lu m t ya at,t er b ss eee o hh ri i mio c l n l w M FC a VSd ae cm rpd. T h e u ls o ha C h s as n e oru t e tsa n C r o a e r s eth w ts tSV a to rrg bs ns h n MFC.

【关键词电】动汽车防滑制控分

d析 1 . i 9 j i9 n10 5 -4 21 2.0 o:0 63/.s .0 7 4 5. 0 0 .1 s3

0前言 随着国汽中保车有量的不断增加，照欧美按发模展复制式中国汽车工业发展的必然会导致石 油备储问题及以环境保护 题的问日益锐尖，因此

1电动车系动统力学控制特点 相对于燃内机驱动汽车而的言，电动机的外特曲性线是低速状态恒矩扭，速状态恒功高，这率就非常符合 车辆

的行驶工况需求， 起步阶段需在

研发能与环节保的汽车成已为业内识共。电动汽使车电用作能驱为能动，源使用阶段可做到以在零排放获取，电能 面方，信随着太阳能技术、在相水利术技等可再生能源应用的日广益泛，能电的

要较大的、持续的动驱力；而在矩高阶段速，要需较的大输出功率。现将采 四轮用轮毂电机驱动的电动车在汽汽车力动学控制的势优罗如下列:取获也摆将脱燃烧煤炭、油等化石能源污染环石境的题问。时，同传在统燃内机汽车领 域，内国外内由积于程累度不同， 致术差距技较 ,时大间导短内成完赶超困难较多，在新能源汽车领域，内 而国 几乎外同时期在起步，些技术还有所领，此某先基在础上通过持续研发，对国外汽现车技术的弯实道超车还是可以预期的 。

()获得信息的。相多较于传 统内燃机驱可1动车辆的驱动防滑控制来说，于四轮轮边驱动 基电汽动的每个车车轮的驱力动值可矩以被准确 馈读回出同样，,可以利用控制电机的电流值来控也每个制车轮的动驱力矩，就为各种现代控方制这

在法基于四轮轮边 动驱系统上的用应扫除了障 碍。果再能配合速角度传感器的号信值，可 如就

收稿日期 0 0—:7— 7 2 0 2

上1海汽车2 1. 20 1

0实现路以附面系数着，速车等信的息计值。估这

完全还原胎轮附着系特数性曲线，可故认其为设定的经值验有没分的充论依理据而，且存也在大极的不确定性。因此虽其有一定然的实价值用，其还但有值得改与商进的榷地方。对电动于汽车的动驱防滑制控策略来说 有一，

是传车辆统所具不备的。 )(2响应速度快。电机动的相 应时通问常在1s 0 m数的量级上，后时间基本可以忽不计略。滞但对传统于内燃驱机车辆来动说，节内燃机的调

输力矩往往出需要通过 机械机构来实现， 如减诸少节门气度开等，由此出现相应了时间急剧增加，危险工也就更况易容出现。点是传统内燃机所无法车比拟的，那就是轮车的上

动驱矩力可很以容地获取易，同样可也以方便很地加以控制这。就使得动驱防滑算不再法局

限于以

)(制控度来说角，统内燃机驱动的辆车 3从传从获取各传种器信号感输出驱到动力矩的调节结果这个过程中在大量复杂存的非线关性系，影

且速度角角加与 ()度主要为控制量的变辑逻门 减速限值控方法制，而可是以托现代控制理论依的发展，构建各出类制控算法。这些方法总结起来可以分响输力出矩的素众因多。就这为构数建仿学模真型来带了巨大困的难而。电机的出输力与矩输入电流在一定的存应对系关，构建电数机模学型故 单简很多。各种仿真结果能也更贴近实际应用过程。

两为类，即是其以否滑率转作控制目为。标转率滑为反作轮映胎状态重要参数的指标，接决定了轮直胎与面路间利用的附着数系的大小，以接直反映可

行的安车全性但滑。转的率计算需知要道车的轮

纵向度，而纵向速度速获的取有通只一过定的算法来间接得到，此其不因备具实性际，者， 再再完备 算法同的也样存在 一定的误。因此差控 制目标是否 是转率滑，接直定决了类该制方法控适范用，围以及确程准。在度此介 3种绍具一有定际实车实应用值价的控制法方。 21 P D制方控法 . I因可此以认为，于轮轮边四驱动电动汽车基

按照可个车轮的情况每各自独立调节其毂轮电机的输力矩，出方便实地现电子差速，整其车的动力学能性更优异加。当然，基于轮毂电机四轮驱动系统的电动汽车控制也为现因有相关零 部件技术的原冈， 其发展受一些制到约。 ( )1于由电池能密度量较低，电续车驶里程受 到一定响影，持 一定离距的续驶里程所 需电维池

该类控制方 是法对滑率移号的反馈信与设值 的定想滑移理率值之差进行例比、积与分微分的

运，算照按设来输出想修正的力矩信号，其最后将用于作被控对象以完，成个整控制过程，核心 思其想于在将滑转控率制在预设先定的值。上相对于

的体积与重都量很大； ()2由于电机布的置间空小较，机尺电寸受到限制,影就响电了机出力矩输值。这

逻辑门限值的控制法方I P,的D控制方法显然较为平稳,以免避轮速的大幅度波动。但该法仍方 可然无法避对道路免情况的识辨，时同也需对要

车

2控制策略对传于统的内燃车来机说，其实现驱动防滑控制算的方法法主要有：动机输发扭出调矩节；轮动驱制动矩力调节；速差锁止器控；制合离器或速器控变

轮纵向速度的 估计，分以获别取参考 的最佳滑转率以当及的前车轮滑转率现今。常用 是适用的0 2作路面为的佳滑最转， .由于率佳滑移最在不率同路上面的会值生发定一变的化，通常在 5存~% 2%的差别，此单纯定设一个平均值或经值验 0因制。而其控制 策略主要是则辑逻门限值控制。逻辑门限控制值方不涉及法控被系统的具数体模学 ,于型现对实非线性系统的控，制以被广泛采便所用但是它，的控逻制辑比较杂复动，较大，波控系制统的个各门限值都是通反过复试获验得的验数经

作驱为动防时滑的佳最滑转率无法实现最佳控制效果。控其制理原框如图图 1示所。 需指要出是的， I DP制控策略较为简单，制控器的计可以设结归为对例比、分与积分3个参微 的设数计，且并其参数调规节律也已经成熟，因此海上车 2汽1 . 02 10据，特别是在路识道方别面，由于设定的验值经法无

2l

根据踏板产 生的需 驱动求拒力图 1 D控P框制图 I

在实际工领程还域是存一在定的应价用值当，,然

这都要能是实在现路面辨识 前提下。的即PD的I制控参数需要随着不同路面而生发变化， 就是这图2 M C控制框图 F在低着附系的数路与面高附着系数面的情况路下， PDI的3个控制数参可能截不然。同想要在际情况实应下，用不得不使 PD的参能够根数据就 I路情面况进行自动在线调整 ,就一定在度上这程限制了 PD的实际应用 I

移，。因上此控述制器理中参想模考型中的等效质量然必会发生一 定的变化，时如果仍然以 1此4 整/车质量加上轮胎的质量 作为每个车控轮制的参模型考，必然出现一定的偏 差。对于型跟模则踪

控制来说，准型是模决定该法方控 制有效性的 唯一变标，量因此参考型模确正与否对于该控制方

对于需要踪跟最佳转滑率的控制 法方来说 ,本文不荐使推其用它控制方 ,为法从控制角 度因来说， PDI方法最简单易行，且效果明显 ,解要决需的是文所说上的对于同路不能面够改变控制参数

法来说至重要关。因此对 使模用型跟控制踪方法来，要说对车辆质量的进行参数辨识，在后线需然

的问题，就也是说， IP D法方的应用 完全依赖于对于面路的辨识技术的准与确否 有就；需是要估还

时修正时参考模 ,型防以止车打轮滑。 通过对该方原法理的分，以析发现 ,跟型 模踪可控制方法标准模型的推是以导车轮滑率转为零算当前的向纵车速，以成对滑完转率的算。估2模型 2跟踪控方法制 .作为前提条件的， 过前文仿的真分也析可发现，通 在着系数较附高的路面上，的滑转轮率基本都车稳定在零，而非定稳在最佳滑转率附近 ,就表明这车轮没有全完利用路面所提能供的附 力，着别特是高在着系数附路上面，控方制对于法动驱性该能是一的损定失。模型踪控制跟由日本学者H i ea o和 Si d o— S dhn i i a等人最a早提¨。出它的大最特点是所 c S ki hroJ用到的控策制中略不要对路需面附着系数的辨识以及车速信息的算估，而可大以大减 控少器制

从的作量工成本与，据根电机 矩力和转速就能实仅现车的驱辆动防滑果。 其效基本原理是：于单模型来轮说，轮正常 对附着车时， 的车效等量为质 14整车质加量上 汽轮/的胎量质；胎处于打 滑状的态显变著化 是就角轮

型模跟踪控制方法 其，控制 变量车为轮的轮 速，车当轮轮速值现出常异时，车时轮已处于但此轮滑胎转非的稳定区域，胎轮处非于定稳态，此状时有可能已经出现危险工况。此需要因对型跟模控制踪方法进行 定一的进，改以其使能够到起一定的预防打滑势的作趋。 用 23动 态寻自最佳滑转率滑模的变结 控构制方 .法

速度的变化，速加时，当随着车打轮滑现的出现象，轮胎的角度将速明显 小于标准模型输的理出想轮速。照按此原理， 以该以等效质 作量为控 可制器的参中考模型，轮在任一时刻的输轮出 速车均与考参模型输出的轮速相比较，以两

者差值作滑模结构变是 一类殊特的非线性制系控统，借其助于理想开 关的方式切换，断变换切 控换不制量的符号和 大小， 系统很小在的域内领沿滑 使面运模动。具有其较强的鲁性棒，控制能 加增 系统该的不 定确性和外部扰动系对统 抗干扰的能 力。鲁其性棒能主要的现体就在于控制 的器正修1 3

依为据，用简 的单例比控制来调节电力矩机修 正采值大的小，而避免轮车打滑，证行车的安全保进性。其控制理原框图图如2示。在所实车运行 中，辆不可避免地存在 载荷转车海汽上车 21.20 10

医力值矩可以包一含的定速估车计误差值，当该但误值差果如过大时，导会致系 统在滑模面附近 则的高频抖振比较厉害而，影响执行器在实际情进况下的使用控。制理原框图如图3所。示添 粑莲-叵

图 4着附系数——滑率曲移线此口时增加车轮的驱动矩力；] 罔3 C控制V框图 S当=0时， A: A… A处于最佳滑率移 ,值要，保持A,需使以车轮所处状的态可以保持在对等效于力矩及以修正矩力值的获取，很 在文多献上都经有已所捕 j述此在不再述赘，处，需要着重指此出的本文对是于切换函数的进改。根

较大纵的附着向系数上，时要保持车轮上的驱此动力矩 ;相据关文献可以发现， 的统模滑变结 控制方构传法也是通过车轮的实时转率滑与设定的佳最滑转

当 <时 o, A> A

,需要减小，以使 A车轮所处状的态可以获更得大纵的附向着数系此时，减可少车上轮驱动力的矩。依照单 模轮型对述判别上条件进等行价变换 ,以得到：可 当 二>￣需要加增电动驱动机力矩；, o -j,率间的之值差为系作变结统构的判 条别件，样 这这方法种与 DP控制在存相的同问题，将文介 I绍下的模滑结构变控制方将法再不两个以滑转率之差为作统改系变构结的主要判条别，件以是系而统动搜自索出的来路面最佳滑转率来作系统改

为结构变的主要 控制方，法此以来规避滑转率的估误差对计系于统的影响。当二 WV一

在实际的车过行程巾，存往不在同的路面， 往如果于不同对的路面需均要识辨则比较麻烦，而

时：需要保电动机驱持力动；矩 0,且会出还一现的定误差。但通过轮胎实验可以发 ,现各种路的最面纵大向附着系数虽然不尽相同，

当—÷< ,时0需要减小电动机驱力矩动。WV一 W但其滑转率—路面—着附系数的曲线形状基本是相同的，向附系着数总是先增加 再减少。现将纵

其：中车轮上为的动力驱矩 m;, ,N车轮为动惯转量， g为 w轮车角速度 a/,;k m; d s为车轮纵 r向速车/。,然上虽述判别条件中还存车在 m轮s的纵向车速，考虑滑到模变构控结器制对于但 向车速纵已经了有一定的容错性，因该此制方控法实的性用还是较强的。 2 4于对模跟型踪控制以及动态自寻 最佳滑转

纵向附着 .系数对应的滑转率称 为最佳转滑率， 最佳在滑率转前，向附之着系数往往随着转率滑的增纵加增而加；在最滑转率件之后，向附着系 纵数随着滑转率的增加而出现下了降现象从图 4。所

示附的系数着—滑—移率曲线，得以到驱动防可滑原则 :』 . .

率的滑模变结构控制的棒鲁比性较分析于由车轮滑转率是一个比较难以量的量测 ,当>0时，A<A…需 增要 A大， ,使车以【/同时对于路面最滑转佳的率辨识算法可也能在精度以及响应时间求上平取衡比较困难 ,因此文本上海汽车 2. 120 01轮处所于状态的可以获得更的大向纵附系着数， 1 4

认 后两为种不以转率作滑为主要制控参数的控制干扰，括包复杂的电磁 扰干境环，在际实情况中故所获得的角度速信号通常呈会出现一定波的动。 下将对模型文跟控制方法踪以及动自态寻佳最滑 O方法其有的适用拥范围更大，因此就只也对后两种制方控法的鲁棒进性分行析。 在车实用中使，速度信号 常通通过 角速 角度传感器获得，实 使用车过程中会受到各 面的方在

64 2

转率滑模变的结构控方制法的鲁性进行简棒方针单分析 ,体是离在线仿真中，速角度号施加信 具‘对23

角速度及其干

扰的后信号4

5问6

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纵向车速与车轮速轮

前轮转率

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0纵向速车与车轮速轮 l l前轮滑转率l

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图鲁棒5仿真性果结

下(转第1 9页 )上海汽

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在实践用运中 因地，制宜，合自身实际情况，结分充利用一切可用源，资到互互补利 ,一定能做就高、时地效达到共赢目标。从长远来，海看 及上大众车在汽今将更后有效合地理将 BB用优于 o化模块 竞和争性模块开发， 面方强自加身的一l (开)里斯蒂安 舒，瑞， .棋盘博弈采购法—— 6 奥克 等李 4方法种削 减成本 .[北京：国资物出社，版09 M中]20 .2陈花春超.竞争越微时利代的营经模式 .[京：北械 M机]工业出版 ,0 7社0.2参考文献发能力和竞争实力，另一方面过通学习和应用来自供应的专商业经验和来自竞争对手优的势优点，取相结互合，长补短的合综方法，发和 采取开设出计有竞更争性的模块，车型新自的主开发 为建立坚实的基础。女电电七七七七电七七

3海周炜，等.战略竞争情报 .北[京：学出版 , M]社科2 0, 1 )0 82( .

4左张 .竞之争之道情报先行 .竞争情报》文集[]《论 J.上海科学技术献文版出社， 0 8( . 20 0 1, )七七女七七七女七七七七七七七七

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(上接第 1页)5一

个能量为1k的白噪声干扰，辆模型在位于 W车在本文的基础上，过台架试验以实车试及验来 通路附着面系为 0数 2的路上面行驶得到仿的真 结果，.其号信扰前干的后况情如 5图 a所示 ()。图 5 b所示是模型跟控踪制方法的仿真分 ()析结果，图中可以出看，制器已经本基效失，从控 个整驱过动程的转滑率已受不控制，时仿真时同

不完断控善程序，制以期早日能实际使够用。参考文献 1 S i -e i o aa. T k h i0 nk& T a hCe Hwa 4h n hi r kSi aa o ra i oin. W he lM o o e hc e e tr” Vd el iOUT l r c ac 一 Ix e i teEV l f rE tec M h I” rEp r n a o i

间m束结，时速向度小较， 也就意味车着辆纵的这驱动性能到受定一影的。这响与图 c5所 的示()

Noe r nCo t ote.d P oo . NvMloi rnSulis rc fI ETRMAC0 o n c n o 21J0i Tet hi c Clofn r,eTo ya ee e n ok,J pn 2, 0 1aa02 Ke n. t, Buk ozR ee c e n u he l rci g n e Rhch h. f r e n Ip Wte lS i Ta k n p

动态自最佳滑寻转 的滑率模变结构控制的 真仿 析分果结形成鲜了明比对，者滑转率虽 然还有 些波动后，车轮状基态都在本稳 定区内域，向但纵车速在仿真结束时近 1/ 驱动，性能还是得 m3s其以保证。的UigS iigMd o t Jl. A 02WodC nr s 0 2, s ln oe Cn[]rS E 0 2 r ges o20 n. d ol 3万家庆，汉根，杨，振平基 .路于面附着系 曲线数贺的孙陈佳最滑移计率算方 法[]J .汽车科技 ,40,6. 0 2 ) (

3结语本文据根电汽动车系统动力学的制控特点，通过对三种典型控 制方法特点的 比对析分，别 分评价了其缺优点所在，对 不基于转滑率作为主 并控要参制数两的控种制方法的鲁棒性进行仿真了分，到析了动态自寻 最佳转滑率滑的模变构结得控制方具法有一定的实用推 价广值。来 以，未可

上海车

汽 212 0 .1 0

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