双电机驱动汽车差速控制解析
双电机驱动汽车差速控制解析
1. 传统汽车驱动差速原理与控制机制
1.1 汽车的动力传递路径
机械式汽车动力驱动系统一般由离合器、变速器、万向节、传动轴、驱动桥（主减速器和差速器）、半轴及驱动车轮组成，如图1所示。
图1汽车动力驱动驱动系统简图
发动机产生的动力经传动系传给驱动车轮，通过车轮与地面的相互作用，转换为地面推动汽车前进的作用力。
汽车行驶过程中，由于左右车轮的动力半径不可能完全相等、汽车转弯以及路面不平等原因，驱动轮间的行驶路程长度一定不相等，因此汽车传动系中设置了差速器。
1.2 驱动差速原理与控制机制
汽车差速器的工作原理就是通过一套简单的行星齿轮装置实现左右车轮的自适应差速。
该装置工作过程中保持左右车轮的驱动转矩相
等，但某一车轮阻力减小时，容许其转速增加；反之当车轮阻力增加时，容许车轮转速减低。
事实上，汽车行驶过程中，驱动车轮不是独立存在的，一方面车轮作为汽车的一分子，需随汽车一起运动，同时车轮运动也受地面的约束，在附着作用范围内，车轮转速的变化受到地面附着的约束。
因此汽车差速器的工作原理，可以这样解析：差速装置给左右车轮相等的驱动转矩，即等转矩控制；车轮转速由路面约束，即在路面约束条件下，车轮自动调节转速，以实现阻力最小。
2. 双电机驱动汽车的差速控制原理
2.1 双电机驱动汽车的动力传递路径
对于双电机驱动的汽车，动力源可能是动力电池组或发电机+电池，但驱动系统基本上如图2所示。
图2 双电机驱动系统简图
这类电驱动汽车，由于电机控制策略的不同，都要面临左右车轮因行驶路程不同而需要进行差速控制问题。
2.2 驱动电机及其控制策略
目前，电动汽车广泛应用的驱动电机主要有异步电动机、无刷直流电动机和永磁同步电动机(PMSM)三种。
异步电动机具有结构简单、可靠性高，控制技术相对成熟等优点。异步电动机的控制方法主要有恒压频比控制、矢量控制和直接转矩控制等。恒压频比控制的优点是控制方法简单，转速的改变可以通过控制电源频率实现；其缺点是动态性能不好，在突加负载或转速给定突变时容易发生失步现象。矢量控制的调速范围宽，可以对转矩实行精确控制，从零速起对转速进行控制。直接转矩控制的控制方法比矢量控制简单，系统动态响应速度快；但控制精度不如矢量控制高。
无刷直流电动机系统的优点是功率密度大，控制方法简单，效率高。控制方法主要有：电压控制策略，即通常所称的调压调速特性；转矩闭环控制策略，转矩控制策略包括直接输入转矩(电流) 指令的电流滞环控制，采用积分作用(如PI 规律) 的调节系数的电流控制，以及基于转矩控制的空间电压矢量控制；转速闭环控制策略，转速控制策略是对电机转速输入指令与转速反馈信号的差值△V ，进行PI 或PID 规律调节的闭环控制。
永磁同步电动机具有控制精度高、转矩密度高、噪声低等优点。由于转子无导条，无铜耗，所以转子惯量可以做得很小。永磁同步电动机的控制策略有三种，即恒转矩控制、普通弱磁控制和最大输入功率弱磁控制。
3. 双电机驱动汽车的差速控制原理选择
对于双电机驱动或多电机驱动的汽车，电机控制策略的选择至关
重要，目前电驱动汽车领域采用各种控制策略的都有，也有多种策略的组合，也有各种创新性控制策略。
根据本文第一部分汽车行驶驱动与差速控制原理分析，建议无论采用那种驱动电机，都采用左右驱动车轮相等转矩控制策略，转矩的大小由驾驶员控制。而对于四驱汽车，前后车轮的驱动转矩比建议考虑前后轴荷比以及加速工况的轴荷转移进行控制。