2017第六回分布式驱动电动汽车

1、未来电驱动系统发展方向---分布式！2、分布式驱动电动汽车动力学建模分布式驱动控制策略设计分布式驱动控制技术应用5、分布式驱动力控制策略的技术瓶颈目录未来电驱动系统发展方向---分布式！传统集中式驱动系统未来电驱动系统发展方向---分布式！1、节省底盘空间，使车辆的载荷分布能更加灵活。2、提高传动效率，减少了传动系统带来的能量损耗。3、提高车辆动力性，轻松实现全时四驱、前驱、后驱等多种驱动形式。4、提高车辆稳定性，各电机转矩独立可控、响应快，通过协调控制各电机实现稳定性控制。分布式驱动力控制DDFC（Distributed

Driving

Force

Control）未来电驱动系统发展方向---分布式！丰田ME.WE及FCVPlus（

2013年，四轮毂电机）奔驰SLS

AMG电动版（

2013年，四轮边电机）保时捷Mission

E（

2015年，前后轴两电机）蔚来EP9（

2016年，四轮边电机）浙江大学动力机械及车辆工程未来电驱动系统发展方向---分布式！分布式驱动电动汽车为什么首先在

客车上实现量产？轮毂电机已安装在了欧洲8个国家的十几辆 客车上运行了近10年行驶工况较为简单车速不高复杂工况下分布式驱动电动汽车的动力学控制，是分布式乘用车能否量产化的瓶颈，不可回避。采用两轮边电机的

K9电动

车，已经出口欧美几十个国家，在国内杭州等多个城市运营浙江大学动力机械及车辆工程未来电驱动系统发展方向---分布式！驱动防滑（ASR）制动防抱死（ABS）直接横摆力矩控制（DYC）电子稳定控制（ESC）电子助力转向（EPS）差速控制（DC）难点2：如何提高可靠性，如何进行故障

和失效控制。难点1

：

如何设计DDFC

控制功能，如何避免控制

。+浙江大学动力机械及车辆工程基于V模式开发流程的分布式驱动控制系统研发浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动电动汽车动力学建模浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动电动汽车动力学建模𝛽

=2𝑎𝐶𝑓

−

2𝑏𝐶𝑟𝑢−𝑚

𝑣

+

𝑢𝛾

−𝛾2𝐶𝑓

+

2𝐶𝑟+2𝐶𝑓𝛿𝑓2𝐶𝑓

+

2𝐶𝑟.估算实际质心侧偏角度模型：横向+横摆估算期望横摆角速度𝛾度模型：纵向+横向+横摆+四个车轮旋转β浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动电动汽车动力学建模度模型：纵向+横向+横摆+四个车轮旋转YX车身坐标系o车轮坐标系浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动电动汽车动力学建模侧倾角俯仰角度模型：纵向+横向+横摆+侧倾+俯仰+四个车轮旋转转向模型估算实时车轮垂直载荷H浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动电动汽车动力学建模度模型：纵向+横向+横摆+侧倾+俯仰+四个车轮旋转车辆在或直线匀速行驶时，各车轮的

垂直载荷大体相等：2L

A

mgz30

z402L

B

mg

F

FF

Fz10

z20

max

HMaYRVCMnY

mVyCCx

RnX

H

M

mV

VC

H当车辆进行加速或制动时，会产生一个纵向加速度，此时由于惯性力的作用会使车辆产生一个俯仰的转矩从而使前后轴的载荷有所转移：当车辆进行转向时，离心力会使车辆分别产生一个俯仰转矩和一个侧倾转矩：L)2RC

(

B2tan

K

M

X由转向几何得转向半径为：（模型的作用！！）另外，车辆转向时侧倾运动也会使车辆产生一个侧倾转矩从而影响车轮的垂直载荷分布，侧倾力矩为：浙江大学动力机械及车辆工程9度模型：纵向+横向+横摆+侧倾+俯仰+四个车轮旋转WWM

MnXXMaYMnY2L

2Lz4F

Fz40WM

MnXXaYnY2L

2Lz3F

Fz30LALAL*LBWM

MnXX-aYnY2L

2LM

Mz4F

Fz40*BX-MaYMnY

nX2L

2LM

M估算实时车轮垂直载荷M

Mz1F

Fz102L

2Lz

4

MnX

MX

*

A

W

LF

A

mg

MnY浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制基于直接横摆力矩控制的驱动力控制驱动防滑控制基于垂直载荷分布的驱动力控制驱动防滑控制12浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制对四轮驱动力矩进行合理分配，使车辆达到所需补偿的横摆力矩。采用分层控制结构、基于直接横摆力矩控制的驱动力控制策略基于车辆动力学模型，根据驾驶员输入和车辆反馈信号观测估算参数横摆角速度、质心侧偏角。基于模糊算法，利用观测值计算出车辆的补偿横摆力矩。浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制补偿横摆力矩制定层-模糊控制横摆角速度误差𝒆

𝜸

的隶属度函数质心侧偏角误差𝒆(𝜷)的隶属度函数变量模糊化模糊推理去模糊化横摆角速度误差𝑒(𝛾)𝑒(𝛽)质心侧偏角误差𝑀补偿横摆力矩𝑧𝑟补偿横摆力矩𝑴𝒛𝒓的隶属度函数浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制𝐹𝑥𝑓𝑙

+𝐹𝑥𝑓𝑟𝑎𝑠𝑖𝑛𝛿+𝐹𝑥𝑓𝑟

−

𝐹𝑥𝑓𝑙𝑊2

𝑐𝑜𝑠𝛿

=

𝑀𝑓𝐹 −

𝐹𝑥𝑟𝑟

𝑥𝑟𝑙2𝑊

=

𝑀𝑟约束关系：𝑀𝑓

=

𝑖𝑀𝑧𝑟,𝑀𝑟=

(1

−𝑖)𝑀𝑧𝑟𝑥𝑓𝑙𝑥𝑓𝑟𝑥𝑓𝑅𝑤𝑇𝑑𝐹 +𝐹 =

𝐹 =

𝑗∙

,𝑅𝑤𝑥𝑓𝑙𝑗

𝑇𝑑

𝑅𝑤

2

𝐹

=𝑊

∙𝑐𝑜𝑠𝛿𝑎𝑠𝑖𝑛𝛿

+

𝑊

𝑐𝑜𝑠𝛿 −

𝑖𝑀𝑧𝑟𝑥𝑓𝑟𝑗

𝑇𝑑

𝑅𝑤

2

𝐹

=𝑊

𝑐𝑜𝑠𝛿

−

𝑎𝑠𝑖𝑛𝛿 +

𝑖𝑀𝑧𝑟𝑊

∙𝑐𝑜𝑠𝛿𝐹𝑥𝑟𝑙=

(1

−

𝑗)𝑇𝑑

−

(1

−

𝑖)𝑀𝑧𝑟2𝑅𝑤

𝑐𝐹𝑥𝑟𝑟=

(1

−

𝑗)𝑇𝑑

+

(1

−

𝑖)𝑀𝑧𝑟2𝑅𝑤

𝑐四轮驱动力：左前轮：𝑖(0<𝑖<1)为横摆力矩分配系数，代表了前后轮通过分配不同力矩对整车横摆力矩的贡献度。𝑗(0<𝑗<1)为驱动力矩分配系数，代表了前后轮分配到的总驱动力矩。右前轮：左后轮：右后轮：𝑥𝑟𝑇𝑑=

𝐹 =

(1

−

𝑗)

∙𝐹𝑥𝑟𝑙

+𝐹𝑥𝑟𝑟推导驱动力分配层-带约束的分配控制油门踏板开度决定的总驱动力矩浙江大学动力机械及车辆工程基于直接横摆力矩控制的驱动力控制仿真分析横摆角速度质心侧偏角整车驱动力矩方向盘转角分布式驱动控制浙江大学动力机械及车辆工程前轮驱动力矩后轮驱动力矩四轮驱动力矩1、两侧车轮能实现力矩分配；2、力矩分配根据车辆的转向特性进行；3、前轮由于存在转向角，因此力矩分配和后轮不同，但总体趋势相同；4、力矩分配以整车的总驱动力矩为基础，对整车动力性影响较小。基于直接横摆力矩控制的驱动力控制仿真分析分布式驱动控制浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制基于垂直载荷分布的驱动力控制策略保证前左右轮的附着率𝐶1、𝐶2相等1𝐶

=𝐹1𝑧2𝐹1𝑥𝐹2𝑥=

𝐶

=𝐹2𝑧1前轮转矩比𝐾𝐹1𝑥

𝐹1𝑧𝐹2𝑥

𝐹2𝑧=

=保证后左右轮的附着率𝐶3、𝐶4相等3𝐶

=𝐹3𝑥𝐹3𝑧=

𝐶4=

𝐹4𝑥𝐹4𝑧2后轮转矩比𝐾𝐹3𝑥

𝐹3𝑧𝐹3𝑥

𝐹4𝑧=

=浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制基于垂直载荷分布的驱动力控制---移线工况仿真分析浙江大学动力机械及车辆工程与不考虑侧倾的电子差速控制相比，考虑侧倾的电子差速控制在移线工况和横向斜坡上都降低了车轮滑转率的最大值，并使得左右车轮的滑转率趋近，即降低了车轮打滑的可能性。分布式驱动控制基于垂直载荷分布的驱动力控制---横坡度路面工况仿真分析（30km/h）浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制结合驱动防滑的驱动力协调控制策略车辆状态观测器u

ωw滑转率计算滑转形式判断：同侧双轮、异侧双轮三轮滑转、四轮滑转路面附着系数估算模块最佳滑转率判断打滑？是单轮驱动防滑u

ωwFx

Fz非期望的横摆力矩？是是多轮扭矩协调控制实时计算每个车轮的当前滑转率，并与路面附着系数估算模块估算所得的当前路面浙江大学动力机械及车辆工程最佳滑转率进行对比，判断是否打滑，若发生打滑，则启动单轮驱动防滑控制。在对四个轮胎进行独立的驱动防滑控制后，若发现因为单轮驱动防滑导致车辆产生了非期望的横摆力矩，则判断当前的滑转形式，启动相应的多轮扭矩协调控制。左后轮转矩右后轮转矩方向盘转角左后轮垂直载荷左后轮纵向力左后轮轮边速度左后轮轮心速度左后轮垂直载荷右后轮纵向力右后轮轮边速度右后轮轮心速度左后轮路面估计右后轮路面估计判断滑移判断滑移最佳滑移率最佳滑移率单轮扭矩调节单轮扭矩调节是是双轮扭矩协调分布式驱动控制两后轮驱动防滑控制程序浙江大学动力机械及车辆工程当前滑移率λi最佳滑移率λopt-+PID控制器扭矩调节量初始扭矩量+

+调节后的扭矩单轮扭矩调节分布式驱动控制两后轮驱动防滑控制程序---单轮扭矩调节浙江大学动力机械及车辆工程双轮扭矩协调：后两轮驱动车仅单轮滑转，或者两轮滑转程度不同（期望横摆角速度）分布式驱动控制两后轮驱动防滑控制程序---双轮协调控制浙江大学动力机械及车辆工程基于V模式开发流程的分布式驱动控制系统研发浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制RCP浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制RCP浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制RCP浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制RCP串口通信信号FPGA程序浙江大学动力机械及车辆工程CAN通信信号FPGA程序分布式驱动控制RCPCAN通讯信号

界面浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制RCP整车驱动力矩车速方向盘转角试验场地：浙大玉泉校区加速踏板：尽量保持不变方向盘转角：负值为左转正值为右转浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制RCP横摆角速度质心侧偏角浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制RCP前轮驱动力矩后轮驱动力矩四轮驱动力矩1、两侧车轮能实现力矩分配；2、力矩分配根据车辆的转向特性进行；3、前轮由于存在转向角，因此力矩分配和后轮不同，但总体趋势相同；4、力矩分配以整车的总驱动力矩为基础，对整车动力性影响较小。浙江大学动力机械及车辆工程分布式驱动控制RCP横摆角速度质心侧偏角将实车试验到的数据作为仿真模型的输入，对比实验结果和仿真结果。通过对比发现：实车试验

到的稳定性参数数据和仿真中得到的数据基本相同，