0 引言

全球汽车产业加速向电动化、智能化转型，新能 源汽车安全性能成为消费者关注核心与行业竞争关键。 牵引力控制系统（TCS）是主动安全系统的核心，能有效解决低附着路面驱动轮打滑问题，对提升车辆行驶稳定性与动力性至关重要。传统燃油车 TCS 技术已成 熟并广泛应用，其通过制动控制器与发动机协同调节转矩实现打滑控制。但电动汽车驱动电机转矩加载速 率快、输出无延迟，传统 TCS 难以适配。

目前国内外研究主要从控制算法改进和参数标定两方面优化电动汽车 TCS，但均未突破传统燃油车 " 制动控制器主导、多模块级联传输 " 的控制架构，仍依赖制动控制器（Wire Control Brake System,WCBS）－整车控制器（ Vehicle Control Unit, VCU）－电机控制器 （Power Control Unit,PCU）的多级转矩指令传输链路。 这与电机 " 低速大转矩、转矩加载速率为发动机 30 倍 " 的特性存在突出矛盾，导致转矩响应延迟、打滑抑制滞后、调节波动大等问题，无法充分发挥电机快速响应 优势，成为制约电动汽车主动安全性能升级的关键瓶颈。

针对上述问题，本研究立足电动驱动系统特性，提出分布式牵引力控制系统（dTCS）方案。核心创新是重构控制架构，将原 WCBS 承担的转矩控制逻辑迁移至 PCU，剔除 VCU 中间环节，构建 "PCU- 电机 - 轮胎 " 短链路控制体系，实现 " 感知－决策－执行 " 一体化。WCBS 与 PCU 分工协作，前者负责目标转速求解，后者负责转速闭环控制与转矩快速调节，充分整合双控制器优势。本文详细阐述 dTCS 的开发方案与计算原理， 并通过整车对比测试验证其在低附着路面的打滑抑制效 果及对车辆动力性、操控稳定性的提升作用，为电动汽车牵引力控制技术升级提供技术路径与理论支撑。

1 现状与问题

某款电动汽车辆所搭载的 TCS，其控制策略完全沿用传统燃油车 TCS 架构，如图 1 所示。该系统以驱动轮与参考轮速的转速差为核心监测指标，在识别到驱动轮打滑工况后，通过 WCBS 下发指令，再通过 VCU 计算并传递至 PCU，调节电机输出转矩，最终将驱动轮滑转率维持在目标控制区间，达成滑转率闭环控制。

图1 TCS 功能执行路径

现有 TCS 功能执行路径为WCBS → VCU → PCU → 电机→轮胎，转矩响应闭环时间 72 ms。多个控制器通信延迟降低了系统控制效率，引发打滑识别滞后、转矩指令传递迟缓等问题；且 WCBS 转矩请求无法被快速响应， 转矩动态调节范围波动较大，最终导致车辆行驶稳定性不足，加速过程易产生顿挫。

2 优化方案及措施

2.1 开发方案

针对现有 TCS 功能存在的传递路径长、响应延迟高等缺陷，基于自主研发的 PCU 软硬件平台，设计并开发 dTCS 方案。该方案通过重构控制架构，将 TCS 转矩控制逻辑从 WCBS 迁移至 PCU，去除 VCU 的中间传输环节，从而省去 WCBS、 VCU 转矩计算及信号传递时间。最终构建形成“感知－决策－执行”一体 化的短链路控制体系，实现功能传递路径的精简与转矩闭环响应速度的提升，确保车辆在低附着路面等复杂场景下的行驶安全性。

如图 2 所 示，dTCS 与传统 TCS 的本质差 异 体 现 于 功 能 执 行 路 径 的 差 异：传 统 TCS 采用 WCBS → VCU → PCU →电机→轮胎的多级传输路径， 而 dTCS 则构建了 PCU →电机→轮胎的短链路控制架构。路径精简使转矩响应闭环时间缩短 60 ms，响应速度提升 5 倍，可充分发挥驱动电机的快速转矩响应优势。

图2 TCS 和 dTCS 功能执行路径对比

2.2 功能计算原理

PCU 主控板采用 TI280035 芯片，数字处理能力强， dTCS 核心算法是对目标转速进行 PI 闭环控制，通过采集电机转速信号并进行离散化处理，输入给主控芯片计算，PI 算法计算复杂度小，现用芯片可满足要求， 采用增量式 PI 计算，增量式 PI 计算公式如式（1）：

式中：U_k、U_k-1 分别是第 K 次、第 K-1 次 PI 输出的计算转矩，∆U_k 是第 K 次的转矩增量，e_k、e_k-1、K_p、K_i、T_s 分别是第K次、K-1次目标转速误差、K_p参数、K_i参数、控制周期，e_k利用第K次目标转速减去第K次实际电机转速进行计算，e_k-1 是第 K-1 次误差，K_p、K_i 根据不同工况进行实车标定。

由于目标转速计算过程具有较高复杂度，且打滑抑 制需兼顾 WCBS 协同干预，目标转速的求解由 WCBS 完成，目标转速的闭环控制由 PCU 执行。该模式可充分整合 WCBS 与 PCU 的硬件及算法优势，实现驱动轮打滑的快速精准抑制。dTCS 功能的计算流程如图 3 所示。

图3 dTCS 功能计算流程

2.2.1 功能输入

PCU 接收的核心指令为 WCBS 输出的电机目标转速。WCBS 基于四轮轮速采集数据，融合车速、路面附着系数、弯道工况等参数，计算最优目标滑转率， 进而将其转换为电机目标转速。

2.2.2 打滑判断

打滑判定由 PCU 执 行：当 电 机 实 时 转 速 高 于 WCBS 目标转速阈值时，dTCS 功能触发；当电机实时转速低于目标转速阈值、持续满足设定时长，且 dTCS 目标转矩小于驾驶员请求转矩时，dTCS 功能解除。

2.2.3 转矩计算

dTCS 功能激活后，PCU 对电机目标转速实施高精度闭环控制，核心采用“PI 控制 + 动态补偿”的复合控制策略，通过精准调节输出转矩使电机转速快速收敛至目标转速区间，实现驱动轮打滑的有效抑制，如图 4 所示。具体控制逻辑如下：首先，计算电机实时转速与 WCBS 目标转速的偏差 ∆n（∆n= 实时转速 - 目标转速），将 ∆n 作为 PI 控制器的输入；其次，PI 控制器 根据偏差大小输出基础控制转矩，其中比例系数 K_p 和 积分系数 K_i 采用动态调整策略。为应对电机负载变化、 路面附着系数波动等干扰因素，在 PI 控制基础上增加动态补偿项：通过实时估算路面附着系数变化率，动态修正输出转矩，补偿干扰带来的转速偏差。经实测， 该复合控制策略可使电机转速在大偏差工况下快速收敛，收敛时间≤ 20 ms，控制精度显著优于传统 TCS 的单一 PI 控制。

图4 dTCS 目标转速控制

针对车辆行驶于分离路面的特殊工况（即左右驱动轮所处路面附着系数差异较大，导致左右轮转速差 ＞ 100 r/min），采用“制动干预 + 转矩补偿”的协同控制策略，兼顾打滑抑制与动力平衡。具体控制逻辑如下： 当 WCBS 通过四轮轮速差识别到分离路面工况后，对高转速侧车轮施加精准制动力（制动力大小根据转速差 动态调整），以快速抑制该侧车轮打滑；同时，WCBS 向 PCU 下发制动力矩补偿指令。PCU 在转速闭环输出的参考转矩基础上，叠加与制动力对应的补偿转矩（补 偿转矩 = 制动力 × 车轮滚动半径 / 传动效率，传动效率按 92% 计算），以弥补单侧制动导致的整车动力损失。 随后，将叠加补偿转矩后的总转矩与驾驶员请求转矩进行仲裁：若总转矩≤驾驶员请求转矩，则直接以总转 矩作为 PCU 最终目标转矩；若总转矩＞驾驶员请求转 矩，则以驾驶员请求转矩为上限，确保动力输出不超出驾驶员预期。该策略可有效避免分离路面工况下因单侧制动导致的车辆动力不足、后溜或姿态偏移问题。

2.2.4 转矩输出

为了快速抑制打滑，需要快速响应 dTCS 功能计算的目标转矩，在降矩阶段，降矩梯度比正常的降矩梯度大，同时考虑台架转矩冲击结果，防止过电流等故障， 而在转矩上升过程中，转矩梯度偏小，防止升矩过程二次打滑。

为快速抑制驱动轮打滑，需对 dTCS 目标转矩进行 快速响应控制。降扭阶段采用增大的降扭梯度，并结合台架转矩冲击试验结果优化参数，以防止过流故障； 转矩回升阶段则采用较小的升扭梯度，避免转矩快速 恢复导致的二次打滑现象。

3 整车测试结果

对 TCS 与 dTCS 功能开展整车对比测试，按照表 1 测试工况要求开展 7 项低附着工况对比，主要评价指标包括打滑量、轮速稳定时间、0 ～ 60 km/h 加速时间，冰雪路面定圆过弯速度。

试验结果表明功能关键指标大幅提升，低附着路面起步工况下，dTCS 可使驱动轮打滑量降低 50%，车辆稳定时间缩短 70%。整车动力性与操控性得到优化， 0 ～ 60 km/h 加速时间缩短约 2s 左右，冰雪路面定圆过弯速度提升 10 km/h 左右。

4 结语

本文针对传统 TCS 难以适配驱动电机低速大转矩、 响应快特性的痛点，将其转矩控制功能迁移至 PCU， 构建 " 感知－决策－执行 " 一体化短链路，采用 WCBS 与 PCU 协同控制模式，由 WCBS 计算目标转速，PCU 执行转速闭环控制并进行转矩仲裁，实现打滑过程毫秒级闭环转矩控制。

测试结果表明，dTCS 在轮胎打滑识别精度与速度、 转矩响应速率、加速性能与稳定性、转矩调节收敛性方面均有显著提升。该方案有效解决了传统 CAN 总线 转矩传输延迟导致的驱动轮调节范围大、车辆稳定性差及加速顿挫问题，可降低低附着路面打滑量、缩短车辆稳定时间，显著提升电动汽车行驶安全性能。

参考文献

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