關(guān)鍵詞：多輪轂電機(jī)系統(tǒng)；虛擬總軸；總量協(xié)同一致；控制器

中圖分類號(hào)：U461.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

項(xiàng)目基金：2022年湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目《新能源汽車輪轂電機(jī)協(xié)同控制研究》（課題編號(hào)：22C1490）。

0引言

電機(jī)控制技術(shù)被稱為新能源汽車關(guān)鍵三電技術(shù)之一。隨著新能源汽車技術(shù)的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)水平得到了很大提升。輪轂電機(jī)技術(shù)則屬于驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)的一種。輪轂電機(jī)采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，各輪轂電機(jī)均可以根據(jù)車輛行駛情況隨時(shí)進(jìn)行切換，以適應(yīng)不同工況需求[1]。

近年來(lái)，關(guān)于輪轂電機(jī)技術(shù)的研究取得了大量成果。在提高車輛舒適性與操穩(wěn)性方面，江洪等建立了由輪轂電機(jī)模型和空氣懸架模型組成的九自由度車輛系統(tǒng)模型，并提出了基于模型預(yù)測(cè)控制理論的半主動(dòng)懸架控制方法[2]。王拓等設(shè)計(jì)的控制器不需要對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車進(jìn)行建模，只需要控制系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)[3]。在分布式電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制策略方面，吳偉斌等應(yīng)用電子差速控制策略，設(shè)計(jì)了一種輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)、帶電子差速轉(zhuǎn)向的輪式運(yùn)輸車，解決了丘陵山地果茶種植戶的實(shí)際運(yùn)輸問(wèn)題[4]。肖祥慧等提出了一種基于模型預(yù)測(cè)控制器的分布式驅(qū)動(dòng)扭矩分配系統(tǒng)，提高了分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的穩(wěn)定性[5]。在一體化扭矩控制方面，李以農(nóng)等基于模糊滑?？刂频姆€(wěn)定性控制器，有效提高輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的行駛穩(wěn)定性[6]。本文采用了一體化扭矩控制方式，通過(guò)主動(dòng)控制車輪的扭矩分配來(lái)提高車輛的穩(wěn)定性。

本研究通過(guò)研究輪轂電機(jī)的協(xié)同控制策略，可對(duì)輪轂電機(jī)的主要部件進(jìn)行集成和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)輕量化；能促進(jìn)新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)朝著電子化發(fā)展，加速智能化。而虛擬總軸控制策略屬于智能控制策略的一種，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、協(xié)同效率高以及抗干擾能力強(qiáng)，在實(shí)際工程項(xiàng)目中得到了普遍應(yīng)用[7]。故本文設(shè)計(jì)基于虛擬總軸的總量一致控制策略，采用積分滑模的控制方法，使誤差收斂到零。

1基于虛擬總軸的多輪轂電機(jī)總量一致控制框圖

基于虛擬總軸的多輪轂電機(jī)總量一致控制策略的設(shè)計(jì)目的為：當(dāng)某一輪轂電機(jī)空轉(zhuǎn)/打滑時(shí)，為保證輪轂電機(jī)系統(tǒng)的協(xié)同，設(shè)計(jì)智能控制決策反饋調(diào)節(jié)特性能迅速感知此故障，并快速調(diào)節(jié)受阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速；設(shè)計(jì)虛擬跟蹤控制器和協(xié)同控制器，使輪轂電機(jī)系統(tǒng)在振蕩過(guò)程中能維持動(dòng)態(tài)平衡。

基于虛擬總軸的多輪轂電機(jī)協(xié)同控制框圖如圖1所示。該系統(tǒng)由目標(biāo)信號(hào)、虛擬總軸、輪轂電機(jī)系統(tǒng)和多輪轂電機(jī)協(xié)同控制策略組成。在某輪轂電機(jī)空轉(zhuǎn)/打滑的情況下，相應(yīng)輪轂電機(jī)的輸出電壓將會(huì)發(fā)生變化。

將所有輪轂電機(jī)的電壓之和實(shí)時(shí)反饋至虛擬總軸，虛擬總軸則可通過(guò)調(diào)節(jié)總電壓來(lái)調(diào)節(jié)輪轂電機(jī)的總扭矩，確保所有輪轂電機(jī)的總扭矩動(dòng)態(tài)跟蹤參考扭矩，可表示如下：

進(jìn)一步探索在給定系統(tǒng)參考指令和不確定突發(fā)擾動(dòng)下，虛擬總軸控制的每個(gè)輪轂電機(jī)總輸出扭矩的協(xié)同跟蹤性能。圖3a所示為虛擬總軸調(diào)節(jié)輸出的多輪轂電機(jī)系統(tǒng)參考扭矩曲線，可以看出，虛擬總軸的輸出扭矩能夠動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)給出的參考扭矩。在加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程至0.2000s時(shí)，若輪轂電機(jī)2突發(fā)空轉(zhuǎn)/打滑，虛擬總軸將各輪轂電機(jī)扭矩牽引至穩(wěn)態(tài)值，整個(gè)過(guò)程可在0.0020s內(nèi)完成。在勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程至0.5000s時(shí)，若輪轂電機(jī)3突發(fā)空轉(zhuǎn)/打滑，系統(tǒng)能在0.0020s內(nèi)完成虛擬總軸輸出扭矩先下降后回升的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程至0.8000s時(shí)，若輪轂電機(jī)4突發(fā)空轉(zhuǎn)/打滑，系統(tǒng)能在0.0020s內(nèi)完成相應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

圖3b所示為輪轂電機(jī)的輸出總扭矩動(dòng)態(tài)跟蹤過(guò)程，紅色虛線表示虛擬總軸輸出的參考信號(hào)，黑色實(shí)線表示輪轂電機(jī)的總輸出扭矩。可以看出，系統(tǒng)可保持動(dòng)態(tài)跟蹤性能。

圖3c所示為多輪轂電機(jī)系統(tǒng)協(xié)同跟蹤誤差，可以看出，跟蹤誤差出現(xiàn)在系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，虛擬總軸調(diào)節(jié)使得系統(tǒng)總扭矩恢復(fù)至給定值的過(guò)程中，跟蹤時(shí)間為0.0001s。

圖3d所示為多輪轂電機(jī)系統(tǒng)協(xié)同跟蹤誤差曲線，可以看出，當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)歷不確定擾動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)跟蹤誤差，但系統(tǒng)調(diào)整時(shí)間為0.0020s。

從仿真結(jié)果可以看出，多輪轂電機(jī)系統(tǒng)在參數(shù)擾動(dòng)下仍具有良好的魯棒性，且仿真波形與理論分析一致。

6結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于虛擬總軸的多輪轂電機(jī)協(xié)同控制策略，該策略依托虛擬總軸的反饋特性和積分滑?？刂扑惴?，在車輛運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整輪轂電機(jī)的總扭矩。最后，以輪轂電機(jī)系統(tǒng)為仿真對(duì)象，驗(yàn)證了該策略具有良好的魯棒性和協(xié)同跟蹤性能，縮短了輪轂電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程所需的時(shí)間，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

作者簡(jiǎn)介：

諶雪媛，碩士，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)電系統(tǒng)和工業(yè)過(guò)程控制。