Modeling and simulation of an electric vehicle with an electronic differential system using MATLAB/Simulink
,
and
Article Sidebar
Full Text: 
PDF
Abstract
This study develops and simulates a dynamic model of an electric vehicle equipped with an electronic differential system (EDS) that independently controls two DC motors on the rear axle, replacing the conventional mechanical differential. The model is derived from the Newton-Euler equations, coupled with a nonlinear Pacejka tire model and a DC motor model. A PI controller is integrated into the EDS to compute and distribute traction forces between the driven wheels. MATLAB/Simulink simulations under various operating conditions demonstrate that the longitudinal velocity closely tracks the reference; torque is dynamically and appropriately distributed to each wheel during steering maneuvers; and both the vehicle sideslip angle and trajectory tracking error are consistently maintained at low levels, ensuring stable and safe operation. These results demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed electronic differential structure, providing a solid foundation for developing more advanced control algorithms.
Tóm tắt
Nghiên cứu này được thực hiện nhằm xây dựng mô hình và mô phỏng động lực học ô tô điện sử dụng hệ thống vi sai điện tử (EDS) điều khiển độc lập bằng hai động cơ điện một chiều tại cầu sau thay thế cho vi sai cơ khí truyền thống. Mô hình được thiết lập dựa trên hệ phương trình Newton-Euler, kết hợp với mô hình lốp phi tuyến Pacejka và mô hình động cơ điện. Bộ điều khiển PI được tích hợp trong cấu trúc vi sai điện tử nhằm tính toán và phân bổ lực kéo giữa các bánh xe chủ động. Kết quả mô phỏng trên phần mềm MATLAB/Simulink trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau cho thấy vận tốc dọc bám sát giá trị tham chiếu, mô-men xoắn được phân phối hợp lý cho từng bánh xe khi chuyển hướng, đồng thời góc trượt thân xe và sai số bám quỹ đạo được duy trì ở mức thấp, nằm trong vùng ổn định. Kết quả nghiên cứu giúp chứng minh tính khả thi, hiệu quả của cấu trúc vi sai điện tử và là nền tảng cho việc phát triển các thuật toán điều khiển cấp cao hơn.
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
References
Aggarwal, A. (2013). Electronic differential in electric vehicle. International Journal of Scientific and Engineering Research, 4(11), 1322–1330.
Anh, N. T., Bình, H. T., Trang, T. T., Nam, P. H., & Dũng, L. T. (2019). Ứng dụng Carsim đánh giá mô hình động lực học quay vòng của ô tô khi xác định quỹ đạo chuyển động. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, (Số đặc biệt), 99–102.
Asperti, M., Vignati, M., & Sabbioni, E. (2024). On torque vectoring control: Review and comparison of state-of-the-art approaches. Machines, 12(3), 160. https://doi.org/10.3390/machines12030160
Ehsani, M., Gao, Y., Longo, S., & Ebrahimi, K. (2018). Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles (3rd ed.). CRC Press. https://doi.org/10.1201/9780429504884
Guo, X., Chen, Y., & Li, H. (2020). Research on steering stability control of electric vehicle driven by dual in-wheel motor. In Proceedings of the 2020 10th IEEE International Conference on Cyber Technology in Automation, Control, and Intelligent Systems (CYBER) (pp. 394–399). https://doi.org/10.1109/CYBER50695.2020.9279154
Hu, J., Zhang, K., Zhang, P., & Yan, F. (2024). Direct yaw moment control for distributed drive electric vehicles based on hierarchical optimization control framework. Mathematics, 12(11), 1715. https://doi.org/10.3390/math12111715
Huy, N. T. Q., Cường, N. H., Hữu, B. V., Lẻ, L. V., & Trường, H. V. (2026). Nghiên cứu ảnh hưởng của góc đánh lái đến độ ổn định ngang của xe ô tô điện cỡ nhỏ khi xuống dốc. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Thái Nguyên, 231(02), 70–77. https://doi.org/10.34238/tnu-jst.13798.
International Organization for Standardization. (2018). ISO 3888-1:2018 Passenger cars — Test track for a severe lane-change manoeuvre — Part 1: Double lane change. ISO.
Jazar, R. N. (2017). Vehicle dynamics: Theory and application (3rd ed.). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-53441-1
Liu, H. (2025). Electronic differential control based on speed and optimum slip ratio estimation for all-electric vehicles with in-wheel motors. PLOS ONE, 20(6), e0325125. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0325125
Liu, S., Zhang, H., Wang, S., & Zhao, X. (2025). Hierarchical torque vectoring control strategy of distributed driving electric vehicles considering stability and economy. Sensors, 25(13), 3933. https://doi.org/10.3390/s25133933
Ngọc, N. Đ., Anh, N. T., & Duyên, Đ. N. (2022). Khảo sát sự ổn định của xe khi chuyển làn bằng mô hình động lực học phức hợp. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, 79, 26–32.
Pacejka, H. B. (2005). Tire and vehicle dynamics (2nd ed.). SAE International. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-6918-4.X5000-X
Patil, U. A., Savant, V. J., Bharamgonda, R. S., & Gore, P. N. (2018). Recent advances in differential drive systems for automobile propulsion. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 5(5), 3244–3249.
Rajamani, R. (2011). Vehicle dynamics and control (2nd ed.). Springer.
https://doi.org/10.1007/978-1-4614-1433-9
Robert Bosch GmbH. (2018). Bosch automotive handbook (10th ed.). SAE International.
Setiawan, N., Caesarendra, W., & Majdoubi, R. (2024). Implementation of Kalman Filter on Pid Control System for DC Motor Under Noisy Condition. Buletin Ilmiah Sarjana Teknik Elektro, 6(3), 271–280. https://doi.org/10.12928/biste.v6i3.11236
Thắm, N. T. (2024). Điều khiển feed-forward kết hợp PI tuyến tính cho thiết bị ổn định điện áp tự động để cải thiện chất lượng điện năng. Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, 22(5), 12–17.
Yıldırım, M., Öksüztepe, E., Tanyeri, B., & Kürüm, H. (2015). Electronic differential system for an electric vehicle with in-wheel motor. In 2015 9th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ELECO) (pp. 1048–1052). IEEE. https://doi.org/10.1109/ELECO.2015.7394567.
Zhang, L., Yang, J., & Li, S. (2021). A model-based unmatched disturbance rejection control approach for speed regulation of a converter-driven DC motor using output-feedback. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica, 8(9). https://doi.org/10.1109/JAS.2021.1004213
Zong, Y., Yin, D., Gao, S., & Wang, L. (2025). Stable Drift Control Strategy Under Extreme Conditions for RWIDEVs: Y. Zong et al. International Journal of Automotive Technology, 26(3), 1–13. https://doi.org/10.1007/s12239-025-00338-1