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重庆大学郑玲:轮毂电机电动汽车安全性及测试评价方法
2021-02-19 00:12
本文摘要:7月20-21日,电动汽车资源网在深圳坪山举办“2018第二届中国新能源汽车检测评估技术发展高峰论坛”。7月21日上午,大会围绕“电机电子控制等核心部件测试评估技术”邀请了几大咖啡玩家。重庆大学汽车工程系主任、教授、博士生导师郑作了题为“轮式电动汽车安全性及试验评价方法”的主题演讲。重庆大学汽车工程系主任、教授、博士生导师郑玲表示,近年来,全球汽车保有量迅速增加,环境污染、能源短缺等问题日益不利。 人们显然对环保和能耗提出了更高的排斥。

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7月20-21日,电动汽车资源网在深圳坪山举办“2018第二届中国新能源汽车检测评估技术发展高峰论坛”。7月21日上午,大会围绕“电机电子控制等核心部件测试评估技术”邀请了几大咖啡玩家。重庆大学汽车工程系主任、教授、博士生导师郑作了题为“轮式电动汽车安全性及试验评价方法”的主题演讲。重庆大学汽车工程系主任、教授、博士生导师郑玲表示,近年来,全球汽车保有量迅速增加,环境污染、能源短缺等问题日益不利。

人们显然对环保和能耗提出了更高的排斥。新能源汽车已经成为全球研究热点,各国也逐渐发布了停止销售燃油车的计划。

日本、欧盟、美国等主要汽车国家纷纷推出新能源发展计划,并逐步发布停止销售燃油汽车的计划。在中国政府的大力支持下,新能源汽车是目前乃至未来最重要的发展方向,因此各大汽车公司和零部件公司投入了大量的人力、物力和财力来应对。

在电动汽车的驾驶形式上,主要有集中驾驶和分散驾驶。集中驱动类似于传统燃油车,只是发动机换成了电机,传动、传动轴、差速器等传动装置类似于传统燃油车。

在分布式驱动的电动车中,轮毂电机是在四个轮子上生产的,仍然使用一个集中式电机驱动,使传动装置停止,不利于底盘的轻量化,底盘的布局也不会更加灵活。7月21日下午,郑玲重点分析了分布式驱动电动汽车的优缺点,并就如何趋利避害提出了建议。她回应说,分布式电动车的扭矩波动不会影响汽车的机动性;而且,如果在车轮上安装电机,车轮的重量不会大幅度增加,簧下载荷质量减小后,汽车的舒适性和操纵稳定性也不会受到很大影响;此外,四个电机同时安装在车轮上,因此如果电机过热,不会影响电动汽车的安全性。

当然,分布式驱动电动车也有优势。一是扭矩控制准确,调用快;第二,没有变速器和差速器,整车质量不会提高,效率也不会提高。

郑玲回应称,轮毂电机驱动电动车的核心框架是电动轮,主要包括舍弗勒电动轮、TM4电动轮和米其林电动轮。舍弗勒电动轮的最低峰值功率可超过40kW,扭矩可超过700Nm。

TM4电动轮采用外转子永磁无刷电机,轮毂上也是一样,内置鼓式制动器。必须在独立转子上玩耍。最低峰值功率可超过80kW,峰值扭矩超过670Nm;米其林电动车轮将驱动电机与17英寸车轮、主动悬挂电机和盘式制动器联系在一起。

目前这三种代表主流的轮毂驱动结构。分布式驱动电动汽车电子差速控制郑玲响应,侧重于驱动型电动汽车可以建立差速控制,但四个车轮的差速是由差速建立的,而分布式电动汽车不需要差速,可以通过精确控制每个车轮的扭矩来建立差速控制。她回应说,如果四个车轮的扭矩不同,就不会有可选的扭矩,可以控制转向过程中的稳定性。

如果转向过大,增加一个可选的反方向扭矩,可以提高转向稳定性,保证四个车轮在直行工况下速度相同,这就是差速控制的目的。郑玲回应说,四轮驱动电动汽车更容易建立电子差速控制,根据不同的控制目标有三种电子差速控制方法。一、基于稳定性的差速控制,基于各种控制理论,以稳定性因素为控制目标,使车辆建立差速,保证车身的稳定性;二、基于位移亲和度的差速控制,考虑位移亲和度的影响因素,差速过程中车轮位移亲和度的实时控制在稳定范围内;第三,基于位移亲和度的微分控制,通过一种控制策略将前两个控制器融合,从而构建稳定的车辆微分控制来防止位移。随后,郑玲解释了基于扭矩分配的集成底盘稳定性控制策略。

她回应说,四个车轮的扭矩可以精确控制,所以每个车轮的扭矩可以根据汽车的工况进行调节,精确调节扭矩就可以超过控制汽车稳定性的目的。一般来说,传统的集中驱动电动汽车不能通过制动器产生偏航力矩,液压系统调用快,所以必须提供额外的传感器来提供车轮运动状态;而电动汽车的每个车轮的分布式驱动都会产生驱动/制动力矩,这种情况下电机调用慢,精度高,需要根据电机力矩/扭矩提供车轮运动状态。

为了构建分布式驱动电动汽车的转矩,郑玲和他的团队明确提出了分层平滑控制策略。根据运行路径,可以计算出期望的侧向力、纵向力和偏航力矩,中间层可以考虑一些约束条件,以舒适、安全和节能为目标,精确分配四个车轮的扭矩。

这样就可以构建集安全、舒适、节能于一体的整车稳定性控制。郑玲回应说,四轮独立国家驱动电动汽车有八个高效率维度,车辆的平面运动只包括三个维度:横向运动、纵向运动和偏航运动。

因此,四轮独立状态驱动电动汽车的驱动、制动和转向控制是标定系统的控制分配问题。针对以上情况,可以考虑轮胎的负荷亲和力,以四个轮胎的负荷亲和力能够均匀分布为目标。

通过降低峰值负载亲和力,可以降低能耗,并确保轮胎和路面之间吸附的安全性。比如在0.8的低吸附系数和80km/h的车速条件下,发现四个车轮的轮胎载荷亲和力非常相似,使用稳定性控制和不使用稳定性控制的差别很小。稳定性控制需要精确跟踪车辆想要行驶的状态,包括横向速度、偏航角速度和质心偏离角,这样可以使轮胎载荷亲和力分布更均匀,车辆轨迹仅次于误差,因此需要有效提高车辆在低吸附路面上的稳定性。簧下重量的负面影响和改善策略的负面影响主要在于簧下重量大。

针对郑玲,明确提出了若干解决办法。使用轮毂电机后,为了防止车身操纵稳定性上升,以驱动轮为设计目标对象,整体结构设计。在布局设计中,引入了减振器,以扩展轮毂电机的浮动设计,并将其转化为非簧下重量。

此外,使用智能主动悬架控制技术可以大大改善簧下重量过大和扭矩波动的问题。随后,郑玲解释了致动器过热和容错控制方法。

她回应说,在一辆四轮独立国家驱动的电动汽车中,给定车轮的过热会导致汽车失去安全性。电机过热可以分为两种情况:一种是高效过热,由于一个或两个电机失去功能,失去的横向合力和偏航力矩的扰动可以通过剩余的驱动力和纵向力来补偿;二是低效过热,三轮驱动电机过热,所有电机过热,同侧两轮驱动电机过热。鉴于电机过热,可以实现一些容错或维护控制。

比如单个电机过热,可以降低另一个电机的转矩,然后剩下的电机保持恒定,解决单个电机过热导致的过热问题;不同侧的两轮驱动电机过热,如左前轮和右前轮,是同一轴两侧的电机过热。这种情况下,过热转矩可以变为零,唯一长时间输入的转矩是两者之间较小的值;如果同侧两个或两个以上车轮的电机过热,所有驱动电机将归零,以确保车辆的安全行驶。关于四轮独立国家驱动电动汽车的功能安全性,郑玲指出,要测试四轮独立国家驱动电动汽车的安全性,需要通过整车旋转轮毂试验台和整车道路试验等动态性能测试,测试整车在不同工况下的动态特性。

另外,由于电机安装在轮毂上,通风防尘的废品率增加,轮毂电机加工生产的废品率更高。


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