紙特老机摇 2016年第44卷第8期
r驱动控制
轮驱电动汽车转矩协制研究
张辉W，呼梦颖\\刘桓1
(1.西安理工大学，西安710048 ;2.西安交通大学，西安710049)
:针对轮驱电动汽车转速控制稳定性较差和动态响应时间长的问题，设计以转矩为控制量的电子差速协
制策略，构建仿真模型和以TMS320F28335为核心的集成化驱动装置，实现轮驱电动汽车转矩合理分配，验证方
摘要案的可行性。
关键词：轮驱；电动汽车；电子差速中图分类号:TM33
文献标志码:A
文章编号:1004-7018 (2016) 08-0067-03
Research on Torque Coordination Control for Electric Vehicles Driving In-Wheel
ZHANG Hui1，2，HU Meng-ying1，LIU Huan1
(1. Xi'an University of Technology，Xi'an 710048，China;2. Xi'an Jiao Tong University，Xi'an 710049，China)
Abstract ： Considering poor stability and long dynamic response time of electric vehicle driving in-wheel based on
speed，electronic differential coordination control strategy was designed based on torque. Simulation model and integrated drive device based on TMS320F28335 were established to achieve reasonable torque distribution. The results prove the method was feasible.
Key words：driving in-wheel； electric vehicle； electronic differential
0引言
轮式驱动（简称轮驱）电动汽车将电机与车轮 集成，省去机械传动装置，减轻汽车重量，提高传动 效率和续驶里程[1-2]。每个驱动电机可以控
制，用电子差速（以下简称ED)装置取代机械差速 装置，但关键是必须解决各驱动轮之间的协 制[3]。
文献[4 -5 ]设计基于滑模控制理论的横摆力矩 控制器分配各驱动轮转矩，该控制策略复杂，需用传 感器或估算方法获得横摆角速度和质心侧偏角等参 数。文献[6]采用神经网络PID控制器计算驱动轮 目标转矩，该控制策略只能针对神经网络训练过的 路面进行控制，通用性不强。文献[7]中电机的转 矩控制环由电流环实现，该控制策略需通过实验数 据确定电机转矩与电流的转换关系，控制精度低，动 态响应较差。
论文采用外转子式无刷直流电动机（以下简称 BLDCM)作为驱动电机，以普通路面行驶时两轮附 着率相等为目标，设计需求参数较少、通用性较强、
收稿日期:2014-11-24
基金项目：国家自然科学基金项目（51277150，51307140);陕西省 工业攻关项目（2013K07 -05 );陕西省教育厅产业化培育项目
易于工程化的ED与BLDCM直接转矩控制（以下简 称DTC)结合的转矩协制策略，构建集成电子 差速控制和电机控制的驱动装置，实现转矩合理分
配。
1结构与转矩协制策略1.1轮驱电动汽车结构
轮驱电动汽车采用前轮转向、双后轮驱动结构， 主要包括蓄电池、BLDCM和控制器，结构如图1所 示。控制器根据加速踏板开度和转向盘转角，判断 行车意图，实时调节两电机的输出转矩。因此，两驱 动电机的转矩协制是算法的核心。
张
辉，等轮驱电动汽车转矩协制研究
图
1
轮驱电动汽车结构图
1.2转矩协制策略
转矩协制策略分为上层控制和下层控制。 上层控制综合考虑加速踏板开度和转向盘转角，确 定两驱动轮的目标转矩;下层控制确保电机转矩跟 随目标转矩，实现动力输出。转矩协制框图如 图2所示。
协制策略将ED与DTC结合，构成转速、转 矩双闭环，外环是包含驾驶员的速度环，内环是包含
(14JF020);电力设备电气绝缘国家重点实验室开放基金项目
(EIPE12209);陕西省重点学科建设专项资金项目（105-7075X1301)
67
r驱动控制
DTC的转矩环。ED控制器根据采集的加速踏板开
度和转向盘转角，实时计算两驱动轮的目标转矩，作 为转矩闭环的参考值。
下层控制
图1) ED2
转矩协制框图
控制
策略采用以转矩为控制量的ED算法，保证汽 车转向时两驱动轮的附着率相等。
若两驱动轮附着率相等，则左右驱动轮的转矩 比和垂直载荷比相等[9]，即：
K( V
x，啄）n
T
：r~ Nk~v2 sin 啄
Bg + v2x sin 啄
(1)
2 h
式中
：T:，7^分别为左右驱动轮目标转矩;Nl，Nr
分别为左右驱动轮垂直载荷;&为纵向速度;啄为前 轮转角
;a为车体质心到前轴的距离;B为轮距;h为
车体质心高度;g为重力加速度。
左右驱动轮转矩之和满足：
T：l + T：
r = 2 T：
(2)
式中
：T：为加速踏板给定的转矩指令。联立式
(1)、式(2)，得到瓦0转矩分配：
T:2K(Vx
，啄）^1 +K(vx，S) +K2
(3)
张
T
:r
1
(Vx，啄）’
呼
2)
BLDCMBLDCM 控制
等控制策略采用无磁链观测DTC[10]，主
轮
驱电路拓扑采用三相全桥逆变电路，三相六状态、两两 电导通模式[11]，电压空间矢量分布如图3所示。
动汽车转矩协制研究
!C/5(000110)
图3
BLDCM电压空间矢量分布
68
根据定子磁链所处扇区和转矩滞环比较器的输 出选择电压空间矢量，开关表如表1所示。
紙特老机摇 2016年第44卷第8期
表
1
电压空间矢量开关表
扇区
霍尔位置信号
滞环输出
10
I
110
域010UU芋011UUU郁001UU吁101U
U
遇100
2驱动装置构建2.1硬件平台
以
TMS320F28335为核心构建驱动装置，硬件
结构框图如图4所示。驱动装置根据加速踏板开度 和转向盘转角，协制两驱动轮的输出转矩，实现 电动汽车前进、后退、转向及制动。
图4
驱动装置结构框图
2.2软件流程
软件程序主要包括换相
、ED转矩分配、转矩观
测、滞环调节等模块，主程序流程图如图5所示。
图5
主程序流程图
读取前进/后退信号，调用相应的换相程序;采
集加速踏板开度和转向盘转角，通过ED
策略分配
左右驱动轮的目标转矩，结合观测的反馈转矩进行 滞环调节;若发生转子位置信号跳变，则产生换相中 断，执行换相中断子程序。
3仿真和实验分析3.1仿真分析
在
MATLAB/Simulink中构建汽车动力学与
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BLDCM结合的整车模型并进行仿真分析。
汽车主要参数:质量800 kg;车体质心到前轴的 距离a = 1 200 mm;轮距B = 1 400 mm;车体质心高 度h = BLDCM0. 3 m;车轮半径0.255 m。
主要参数:额定功率3 kWx2;额定电压 96 V;极对数23;额定转速1 500 r/min。
定义汽车左转时，kmh转向盘转角和前轮转角为正。0
电动汽车以20 /行驶，转动转向盘从毅至120毅
(前轮转角从0。至10。）后回正，转向盘转角和电机 转矩波形如图6所示。
图6转向盘转角和转矩仿真波形
m直线行驶时，两电机转矩相等，约为16.2 N
•
;左转时，内电机(左电机)转矩减小，外电机（右电
机)转矩增加，当转向盘转角为120。时，内电机转矩 约为13 N • m，外电机转矩约为19.4 N • m
;方向盘 回转，内电机转矩回升，外电机转矩下降，直至转向 盘完全回正，两电机输出转矩相等，恢复直线行驶。
3.2实验分析
以
TMS320F28335为核心，构建轮驱电动汽车
集成化驱动装置，实验参数和仿真参数一致。
轮驱电动汽车在转向盘120。转角行驶时，两电 机
A相电流在4 ~4.5 s间的放大波形如图7。由电
机电流计算得出，外电机转矩约为19.7，内电机转 矩约为13.8，外驱动轮输出转矩大于内驱动轮;外
电机电流频率约为13.3
Hz，内电机电流频率约为 11.8 Hz，计算得出外驱动轮转速约为219.5 r/min， 内驱动轮转速约为197.2 r/min，外驱动轮转速高于
(B
内驱动轮，实现差速功能。换相（期C
间，由于关断相 相）电流下降速度和开通相相）电流上升速
度不相等，恒导通相(A相）电流发生畸变，引起转矩
脉动。
图7转向行驶时驱动电机A
相电流波形 转动转向盘从0。~ 120。后回正，电机转矩波形 如图8所示。汽车以20
km/h直线行驶时，内外电 机转矩相等，约为16.4 N • m;转向行驶时，内电机
r驱动控制
转矩减小，外电机转矩增加，当转向盘转角为120。 时，内电机转矩约为13. 8 • ，外电机转矩约为 19.7 N • m
Nm
，与依据电流计算出的转矩一致;转向盘 回正后内外电机转矩相等，恢复直线行驶。
\"ms (50 ms/div)
图8转矩实验波形
4结语
TMS采用
ED与DTC结合的转矩协制策略，以
320F28335为核心，构建集成电子差速控制和
电机控制的轮驱电动汽车驱动装置。仿真和实验结
果表明，控制策略可以实现转矩合理分配，方案是可 行的。
参考文献
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控
直流电机的控制[J].电气传动，2011，41(7):13-16.
制研究
作者简介:张辉（1963-)男，博士，教授，博士生导师，主要研究 方向为新型电能储存装置与电动汽车控制等。
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