Electronic differential for electric vehicles powertrain control

Abstract

Seeking for a more sustainable world, society is increasingly exploring the use of systems that have a lower environment impact. The electric vehicle has a great potential to reduce urban pollution and recently has gained prominence in automotive engineering research. The differential plays an important role for vehicles. In multi-drive systems the motor controllers must additionally be configured to provide an electronic differential effect. Electronic differential is a device which controls the electric machine’s rotational speed and provides the required torque for each driving wheel, allowing different wheel speeds. It is used in multi-drive systems due to current vehicle velocity, steering wheel angle and accelerator pedal position. This work analyzes the possibility of using an electronic differential in a Formula SAE vehicle. In order to do so, a system composed by an electronic central unit, sensors, signal conditioners, drivers and electric machines, is proposed for verification of the differential effect in electric vehicles. In this system, tests have been carried out: steering wheel angle sensor, accelerator pedal position, PWM pulse width comparison for electric machines speed control and electric machines rotational speed. Also, data was collected in order to characterize the device. The results present an expressive similarity according to simulations, validating the system, thus enabling the possibility for electric machines control in multi-drive vehicles.

À la recherche d'un monde plus durable, la société étudie de plus en plus l'utilisation de systèmes ayant un impact moindre sur l'environnement. Le véhicule électrique a un grand potentiel pour réduire la pollution urbaine et a récemment gagné en importance dans les recherches en ingénierie automobile. Le différentiel joue un rôle important pour les véhicules. Dans les multi-drive systèmes, les contrôle des machines electriques doivent être configurés pour fournir un effet différentiel électronique. Le différentiel électronique est un dispositif qui contrôle la vitesse de rotation des machines électriques et fournit le couple requis pour chaque roue motrice, permetent différentes vitesses de rotation. Il est utilisé dans le multi-drive systèmes en raison de la vitesse actuelle du véhicule, de l’angle du volant et de la pédale d'accélérateur. Ce travail analyse la possibilité d'utiliser un différentiel électronique dans un véhicule de Formule SAE. Pour ce faire, un système composé d'une centrale électronique, de capteurs et leurs circuits, drivers et machines électriques, est proposé pour vérifier l'effet différentiel dans les véhicules électriques. Dans ce système, des tests ont été effectués avec : le capteur d'angle du volant, position de la pédale d’accélérateur, étude de la largeur du pulse PWM pour le contrôle de la vitesse des machines électriques et la vitesse de rotation des machines électriques. De plus, des données ont été collectées afin de caractériser le dispositif. Les résultats présentent une expressive similarité selon les simulations, validant le système, permettant ainsi la possibilité de contrôler les machines électriques dans les multi-drive véhicules.