神行问答297:

假设四驱电动车前、后电机的转速一样,而前、后车轮滚动半径不一样(比如前、后胎压不一样),这样前、后车轮的线速度(单位时间滚过的直线距离)会不一样,那么通过什么样的控制策略可以保证汽车的正常行驶?这种情况我们是否会通过调节前、后电机的转速来保证前后车轮转速一致?

参考答案1:

对于双电机纯电四驱车,基本的扭矩分配策略就是在保证车辆稳定性的基础上实现系统效率的最大化。一方面,要实现双电机综合效率的最大化,经济性要好;另一方面,合理分配前后轴扭矩,避免驱动打滑或者制动抱死等失稳状态。

我们暂时只考虑直线行驶工况的前后轴扭矩分配。

1、效率最优分配原则

效率最优包括电机效率、传动效率等,最主要的因素是电机效率。

对于电机来说,其效率MAP一般如下图。在中间转速、中间扭矩位置的电机工作点效率较好,所以电机效率分配主要的思路就是把电机的工作点向效率较高的地方转移。

车轮转速和车速的转换(297如何调节前后电机的转速来保证前后车轮转速一致)(1)

下面举三个典型的例子进行具体说明(假设前后电机一样)。

1)当车速较低时(电机转速2000rpm),驾驶员请求的总需求扭矩较小(折算到电机端50Nm),这时最好的分配方式大概是单独让一个电机驱动,工作在下图中的绿点(2000rpm,50Nm)。如果让两个电机平均分配扭矩,一起工作在如下图中的红点(2000rpm,25Nm),综合效率会更低。

这里暂时忽略了电机空转功率损耗。

车轮转速和车速的转换(297如何调节前后电机的转速来保证前后车轮转速一致)(2)

2)当车速较低时(电机转速2000rpm),驾驶员请求的总需求扭矩较大(折算到电机端200Nm),这时最好的分配方式大概是两个电机平均分配扭矩,一起工作在如下图中的绿点(2000rpm,100Nm)。如果单独让一个电机驱动,工作在下图中的红点(2000rpm,200Nm),综合效率会更低。

车轮转速和车速的转换(297如何调节前后电机的转速来保证前后车轮转速一致)(3)

3)当车速较高时(电机转速8000rpm),驾驶员请求的总需求扭矩较大(折算到电机端100Nm),这时最好的分配方式大概是两个电机平均分配扭矩,一起工作在如下图中的绿点(8000rpm,50Nm)。如果单独让一个电机驱动,工作在下图中的红点(8000rpm,100Nm),综合效率会更低。

车轮转速和车速的转换(297如何调节前后电机的转速来保证前后车轮转速一致)(4)

通过以上的3个实例,我们应该大概知道了效率最优大概是要干什么,即在某一固定转速下,根据需求的大小,来判断是单电机驱动效率更高,还是双电机驱动效率更高,如果是双电机驱动,扭矩分配比例具体是多少(这个根据前后电机效率MAP及传动比计算)。

2、稳定性分配原则

车辆稳定问题涉及到附着椭圆,我们暂时这里不展开讲,只需要知道以下两点。

1)车辆在水平路面上加速时,车辆载荷会向后轴转移;减速时,车辆载荷会向前轴转移。前后轴垂向载荷公式为:

车轮转速和车速的转换(297如何调节前后电机的转速来保证前后车轮转速一致)(5)

车轮转速和车速的转换(297如何调节前后电机的转速来保证前后车轮转速一致)(6)

2)前轴或后轴上的垂直载荷越大,所能允许的驱动力或制动力越大,否则就会发生车轮滑转或者打滑,车辆会有失稳风险。前后轴纵向力公式为:

车轮转速和车速的转换(297如何调节前后电机的转速来保证前后车轮转速一致)(7)

车轮转速和车速的转换(297如何调节前后电机的转速来保证前后车轮转速一致)(8)

这里我们还是举一个例子具体说明。 假如车辆在水平的路面上匀速行驶,车辆载荷平均分配,允许的最大纵向力为400Nm,前后轴各200Nm。突然,驾驶员一脚油门,车辆需求电机总扭矩变为350Nm,车辆加速度也急剧增加,载荷向后轴转移,导致前后轴最大允许的纵向力分别变为150Nm和250Nm。此时需求扭矩应该怎么分配?

若按照匀速下的轴荷比例平均分配,则前轴、后轴扭矩都为175Nm。但是此时前轴由于允许的最大纵向力只有150Nm,如果直接分配175Nm,车轮势必发生滑转,前轴将失去侧向稳定性,显然这是不行的。

此时一般应按照轴荷比例来分配扭矩。此时前后轴轴荷比例为3:5,所以前后轴分配扭矩为:

Fx1=350*3/8=131.25Nm

Fx2=350*5/8=218.75Nm

前后轴扭矩都在允许的扭矩范围内,不会发生滑转,车辆稳定。

稳定性分配原则就是,前后轴扭矩需要根据实时的轴荷分布来具体分配,不能超过路面附着允许的最大值,避免车辆进入失稳状态。

3、总结

对于双电机纯电四驱车的扭矩分配,工程上以稳定性分配原则为边界条件,效率最优分配原则为具体控制条件,保证车辆在稳定的前提下实现最好的经济性。

参考答案提供者:厦钨电机-肖泓扬

参考答案2:

全轮两电机方案:电动四驱车是扭矩控制,很少或者不用转速控制。电动四驱汽车的驱动系统及其扭矩分配方法,根据当前的车速和驾驶员需求扭矩查表计算出最佳扭矩分配系数,从而得到最佳目标需求扭矩对前、后驱动系统的扭矩进行合理分配;VCU实时计算并实时优化前、后驱动系统的扭矩分配比例;通过针对不用需求确定的前或后驱动系统最佳扭矩分配系数二维表,能够实现相应的效果,具体可以是基于整车动力系统效率最优,在确保整车动力系统效率最优的同时满足总的驾驶员需求扭矩,从而兼顾整车的经济性和动力性。

整车设计时,要综合考虑路面附着系数、轴荷、胎压、悬架等各种参数,避免结构因素的不利影响。

VCU会对前后轮独立控制,不同工况下均能够提供充足的扭矩和功率,纯粹的前驱模式或后驱模式都有可能出现。线速度不一致在运行中几乎不会实现,假设前轮扭矩小,后路扭矩大,此时相当于后驱模式,车辆被推着跑。同理也有可能会出现拉着跑。

参考答案提供者:南京创耀-周荣

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