四轮独立驱动电动汽车驱动防滑实车试验

四轮独立驱动电动汽车驱动防滑实车试验杜志强１，陈慧２（１．南京汽车集团有限公司汽车工程研究院，江苏南京２１００２８；２．同济大学汽车学院，上海２０１８０４）摘要：针对四轮独立驱动电动汽车的特点，根据汽车驱动防滑（ＡＳＲ）系统开发的需要，结合试验实例提供了一套用于四轮独立驱动电动汽车驱动防滑实车道路试验的具体方案，主要包括试验路面选择、附着系数测量等关键环节和低附着系数路面加速、由高附着系数路面驶向低附着系数路面、对开路面加速３种典型工况的试验，并说明了按照该方案进行试验时如何分析试验结果，如何评价防滑控制效果。

关键词：电动汽车；四轮驱动；驱动防滑；试验中图分类号：Ｕ４６９．７２文献标识码：Ａ文章编号：１００８－５４８３（２００８）０１－０００１－０６Ａｎｔｉ－ｓｌｉｐＲｅｇｕｌａｔｉｏｎＴｅｓｔｏｎＲｅａｌＶｅｈｉｃｌｅｆｏｒＦｏｕｒ－ｗｈｅｅｌＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙＤｒｉｖｅｎＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅＤｕＺｈｉｑｉａｎｇ１，ＣｈｅｎＨｕｉ２（１．ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＮａｎｊｉｎｇＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＧｒｏｕｐ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００２８，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＳｃｈｏｏｌ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｎｔｉ－ｓｌｉｐｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ（ＡＳＲ）ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓｐａ－ｐｅｒｂｒｉｎｇｓｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｆｏｕｒ－ｗｈｅｅｌｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙｄｒｉｖｅｎｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ（ＥＶ）ｉｎｔｏａｓｐｅｃｉｆｉｃｔｅｓｔｅｘａｍ－ｐｌｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃｈｏｏｓｉｎｇｔｅｓｔｒｏａｄ，ｍｅａｓｕｒｉｎｇａｄｈｅｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｔｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｖｅｈｉｃｌｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇｏｎｌｏｗａｄｈｅｓｉｏｎ，ｒｕｎｎｉｎｇｆｒｏｍｈｉｇｈａｄｈｅｓｉｏｎｔｏｌｏｗａｄｈｅｓｉｏｎａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇｏｎｆｏｌｉｏｒｏａｄ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅｃｏｎｃｌｕｄｅｓａｔｅｓｔｓｃｈｅｍｅｔｏａｎａｌｙｚｅａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅＡＳＲｏｆｆｏｕｒ－ｗｈｅｅｌｉｎｄｅｐｅｎ－ｄｅｎｔｌｙｄｒｉｖｅｎＥＶ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ（ＥＶ）；ｆｏｕｒ－ｗｈｅｅｌｄｒｉｖｅｎ；ａｎｔｉ－ｓｌｉｐｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ（ＡＳＲ）；ｔｅｓｔ收稿日期：２００８－０１－１８基金项目：国家８６３电动汽车重大专项燃料电池轿车项目资助（２００５ＡＡ５０１０１１）作者简介：杜志强（１９８１－），男，山西寿阳人，从事汽车电子与电动汽车研究。

湖北汽车工业学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｂｅｉＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅ第２２卷第１期２００８年３月Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．１Ｍａｒ．２００８１引言作为一种汽车主动安全技术，驱动防滑（ＡＳＲ）在传统内燃机汽车上的应用已较为成熟，明显提高了汽车的牵引性能、操纵和方向稳定性能，保证了汽车在各种路面条件下能够最充分地利用地面附着性能安全、可靠、高效地行驶。

对于电动汽车而言，在整车结构性能等方面与传统内燃机汽车有很大差别，特别是四轮独立驱动的电动汽车，对其进行驱动防滑控制，有许多新的技术问题需要解决。

例如，在传统汽车上主要是控制发动机或传动系来增减驱动力矩的，而电动汽车则需要控制电动机来做到这一点。

还有，传统汽车大都为两轮驱动，防滑控制所需的车速信息可以由非驱动轮的轮速计算得到，少数四轮驱动汽车目前主要采用光学、声学传感器或利用车身运动状态回归拟合得到车速信息，这样做要么成本较高，要么精度太低，不利于驱动防滑的实际应用。

当然，电动汽车较传统内燃机汽车有许多优点，使得驱动防滑更容易实现。

例如，电机力矩响应快，可以明显改善防滑控制的响应特性；此外，电机既可用来驱动，也湖北汽车工业学院学报２００８年３月可用来制动，这样还便于ＡＳＲ和ＡＢＳ功能的集成而无需任何附加部件。

基于四轮独立驱动电动汽车的上述特点，国内外众多学者和研究机构提出了多种防滑控制策略，并开发了算法。

但是，由于电动汽车技术还远未涉及到安全技术领域，目前的研究主要以仿真研究为主，较少进行实验研究，尤其在国内，针对四轮独立驱动电动汽车的驱动防滑实车道路试验还是空白，这主要是由于缺乏一套可行的试验方案和有效的评价体系。

为此，以同济大学研制的“春晖”系列轮毂电机四轮独立驱动电动汽车第三代样车为试验车（图１），对自行开发的电动汽车驱动防滑控制算法进行了试验验证，探索了一整套适用于四轮独立驱动电动汽车实车驱动防滑试验的方案和简单的评价体系，并在此框架内进行了试验。

图１试验用车２试验车及其动力系统所用试验车的主要参数见表１，其动力系统主要由蓄电池、轮毂电机、电机驱动控制器、总成控制器和电子油门组成，工作原理如图２所示。

蓄电池是整车动力源，它根据电机驱动控制器的需要向轮毂电机提供电能。

轮毂电机是永磁无刷直流电机，一共有４个，分别嵌入各个车轮的轮毂中，依靠其外转子的旋转直接驱动车轮，故而得名。

每个电机额定功率为０．８ｋＷ，最大功率为２．６ｋＷ，最大扭矩为１５５Ｎ・ｍ，最高转速为５１０ｒ・ｍｉｎ－１，它们分别由一台驱动控制器驱动，各驱动控制器具有回馈制动功能。

总成控制器按照驾驶员通过电子油门发出的力矩指令，并根据车轮（轮毂电机）实际运行工况的需要，控制各驱动控制器工作。

３试验仪器设备及材料除试验用车外，试验过程中还用到了一些仪器设备及材料，主要是数据采集系统、传感器和低附着系数路面。

数据采集系统使用ｄＳＰＡＣＥ系统，其中硬件采用便于随车携带的ＭｉｃｒｏＡｕｔｏｂｏｘ，如图３所示，它是德国ｄＳＰＡＣＥ公司为方便实车的各种实验而专门开发的一套硬件系统，可以当作原型控制器使用，亦可与其系统硬件配合，做数据采集用。

实验过程中需要采集各轮的转矩和转速信号用于控制和结果分析，其中转矩由各轮毂电机的电流信号给出，转速信号利用安装在各个车轮上的分辨率为每转２５００脉冲的增量式光电编码器测得，如图４所示。

实验中用于模拟低附着系数路面的材料是２块长２０ｍ，宽６０ｃｍ的不锈钢钢板，如图５所示。

图２试验车动力系统原理框图参数指标外形（长宽高）／ｍｍ３２００×１５００×１５００轮距／ｍｍ１３２０车轮半径／ｍｍ２６０轴距／ｍｍ２３５０整备质量／ｋｇ６００最高车速／（ｋｍ・ｈ－１）４５爬坡度２０％续行里程／ｋｍ５０表１试验车主要参数２——第２２卷第１期图６各轮载荷测量图７路面附着系数测量图８低附着系数路面加速试验４试验方案考虑到实车试验与计算机仿真和实验室台架试验的不同，同时为了达到试验目的，利于对试验结果进行分析和评价，特按照如下方案进行试验。

试验中为了出现明显的滑转现象，减轻车重，去掉试验车的车身，以减轻整车质量，并选取了一段有坡度的路面进行试验。

去掉车身后在试验路面上和水平路面上测得各轮载荷（包括驾驶员）见表２，测量过程如图６所示。

１）重力沿坡分量的测定将试验车停放在试验用的坡路面上，松开制动踏板，踩下加速踏板，保持车辆静止，测得各轮毂电机总力矩，由这一力矩产生的附着力与重力沿坡分量平衡，除以车轮半径即得重力沿坡分量。

２）路面附着系数的测定如图７所示，用绳子将试验车拖住，在低附着系数路面上踩下加速踏板，直到车轮发生滑转，采集到这个过程的力矩信号，峰值点对应的附着力正是在所测路面上能够达到的最大附着力，由此力和车轮载荷即可计算得到附着系数。

３）低附着系数路面加速如图８所示，将试验车停在低附着系数路面上，快速踩下加速踏板，比较无驱动防滑和有驱动防滑时驱动轮的运动状态和车速变化，计算出附着率，看是否接近测得的附着系数。

４）由高附着系数路面驶向低附着系数路面如图９所示，将试验车停在高附着系数路面上，在无驱动防滑时起步加速行驶至低附着系数路面，观测车轮运动状态。

保持同样长度的高附着系数路面，在有驱动防滑时重复上述过程，通过２次试验数据的比较，分析评价有控制时产生的效果。

５）对开路面加速行驶如图１０所示，将实验车右侧车轮停在低附着系数路面上，左侧车轮停在高附着系数路面上，快速踩下加速踏板，比较无驱动防滑和有驱动防滑时两侧驱动轮的运动状态。

５试验结果及评价按照上述试验方案，在只有右前轮驱动的情况下测量重力沿坡分量，试验车保持静止时右前轮力杜志强等：四轮独立驱动电动汽车驱动防滑实车试验光电编码器轮毂电机图４轮速传感器安装位置图图３ｄＳＰＡＣＥ硬件系统———ＭｉｃｒｏＡｕｔｏｂｏｘ图５低附着系数模拟路面右前轮左后轮右后轮１１４１３７１０７１２７１２２１０４左前轮试验用坡度路面１４３水平路面１５２表２不同路面上各轮载荷ｋｇ３——湖北汽车工业学院学报２００８年３月矩如图１１ａ所示，取其平均值为９５Ｎ・ｍ，除以车轮半径０．２６ｍ，得整车重力沿坡分量为Ｇｘ＝３６５．４Ｎ。

在只有右后轮驱动的情况下测量低附着系数路面的附着系数，右后轮力矩如图１１ｂ所示，取峰值１００Ｎ・ｍ，除以车轮半径０．２６ｍ，得最大附着力为３８４．６Ｎ，再除以右后轮载荷１０７ｋｇ×９．８Ｎ／ｋｇ＝１０４８．６Ｎ，即得低附着系数路面的附着系数为!＝０．３６７。

在低附着系数路面起步加速，无驱动防滑和有驱动防滑时的结果（驱动轮轮速、力矩及车速）分别如图１２所示（由于数据量较大，仅考察２个前轮），驱动防滑有效的抑制了车轮滑转。

将有驱动防滑与无驱动防滑的车速信号绘于图１２ｃ，可以看出在无驱动防滑时发生滑转的时间段内，有驱动防滑时车速增加明显较快，取第１ｓ到第２ｓ的速度值进行如下计算：无驱动防滑时，加速度为（３．２８３．６ｍ／ｓ－１．１９３．６ｍ／ｓ）／１ｓ＝０．５８ｍ／ｓ２由牛顿第二定律可得Ｆｘ－Ｇｘ＝０．５８ｍ／ｓ２×（１５２＋１２７＋１２２＋１０４）ｋｇａ左、右前轮无驱动防滑时试验结果ｃ左、右前轮有无驱动防滑时车速比较图１２低附着系数路面起步加速条件下的试验结果ｂ左、右前轮有驱动防滑时试验结果图１０对开路面加速试验图９由高附着系数路面驶向低附着系数路面试验ａ坡道上静止时ｂ测量附着系数时图１１轮毂电机力矩值４——第２２卷第１期由此求得此时附着力Ｆｘ＝６５８．３Ｎ，附着率为!＝６５８．３Ｎ（１４３＋１１４）ｋｇ×９．８Ｎ／ｋｇ＝０．２６１同理可以计算得到，有驱动防滑时附着率为０．３５０。

通过上述粗略计算可以看出，在该试验中，驱动防滑在抑制车轮滑转的同时，也较为充分地利用了路面附着条件。