本文關鍵詞：輪轂電機電動汽車實車平臺及其驅動控制策略研究

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【摘要】：節(jié)能、環(huán)保、安全是汽車未來持續(xù)發(fā)展的方向和永恒主題,輪轂電機電動汽車因其獨特的結構與驅動形式越來越受到研究學者的關注。與傳統(tǒng)汽車相比,輪轂電機電動汽車具有顯著的動力學控制優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在其各輪驅動轉矩獨立且實時可控、電機驅動轉矩響應速度快且控制精度高這兩個方面。那么,如何利用這些優(yōu)勢,通過合理的控制輪轂電機電動汽車驅動車輪的轉矩來提高車輛電氣化連接驅動行駛的穩(wěn)定性自然就成了目前的一個重要挑戰(zhàn)和研究熱點。本文正是基于此,對輪轂電機電動汽車的實車平臺及其驅動過程的穩(wěn)定性控制策略進行了展開研究。首先,根據(jù)研究需要,設計搭建了基于傳統(tǒng)簡易車架的輪轂電機電動汽車實車平臺。平臺車設計先從總體架構層面上對整車的電子控制系統(tǒng)架構和網(wǎng)絡通訊架構進行了定義,然后對整車的電機驅動系統(tǒng)、動力電池、懸架轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等關鍵子系統(tǒng)進行了獨立設計,經(jīng)匹配、校核、組裝、加工,完成輪轂電機電動汽車實車平臺的搭建。其次,根據(jù)實車平臺物理結構及參數(shù),基于CarSim傳統(tǒng)車模型,經(jīng)動力系統(tǒng)等修改建立了輪轂電機獨立驅動電動汽車整車模型,并設置了整車與電機驅動系統(tǒng)的接口。在電機參數(shù)及其數(shù)學模型分析的基礎上,應用Simulink建立了基于特性查表的轉矩PI控制的電機動力學模型。根據(jù)所定義的接口,通過制定基于車速跟隨PID控制以獲取總驅動力的整車驅動行駛策略,聯(lián)合CarSim/Simulink搭建了通用的輪轂電機電動汽車仿真測試平臺,并對其進行了直駛能力及轉向能力的驗證,同時進一步對汽車在直線加速及轉向穩(wěn)定性工況下常態(tài)行駛的動態(tài)性能進行了仿真,驗證表明了該平臺的準確性。再次,基于分層結構控制思想,設計了整車驅動控制策略。整個策略上層采用模塊化設計且分工明確,集成了車輛參考模型、失穩(wěn)判定模塊、總驅動力制定模塊、橫擺力矩決策模塊、滑轉率控制模塊等五大模塊。車輛參考模型負責給其他控制模塊提供參考信號,為使其能與CarSim的整車模型相匹配,選用了遺傳算法對其參數(shù)進行了辨識。失穩(wěn)判定模塊負責實時地判斷車輛運行過程的穩(wěn)定性狀態(tài),為不使驅動穩(wěn)定性控制系統(tǒng)頻繁無故的啟動,設計了基于相平面法聯(lián)合橫擺角速度偏差門限值法的車輛失穩(wěn)判定方法。總驅動力制定模塊則負責獲得車輛行駛需求的總驅動力,并對設定目標車速的穩(wěn)定自適應跟蹤。橫擺力矩決策模塊主要在車輛發(fā)生失穩(wěn)的情況下決策出調節(jié)車輛穩(wěn)定所需的橫擺力矩,考慮魯棒性,基于滑模理論,分別設計了以車身橫擺角速度和質心側偏角為控制變量并考慮其誤差變化率的二階滑�？刂破�,為了消除兩控制變量之間的耦合影響,設計了一個耦合協(xié)調控制策略,通過加權得到橫擺力矩�；D率控制模塊則負責保證車輛運行時車輪不發(fā)生滑轉,一旦車輪滑轉,基于模糊算法的滑轉率控制器則開始工作,從而提高整車行駛的穩(wěn)定性。下層驅動力分配層則負責將獲得的總驅動力、橫擺力矩及滑轉率控制力矩實時分配給每個驅動車輪�；谵D矩規(guī)則分配,對設計的驅動控制策略進行角階躍及雙移線工況的仿真試驗,結果表明:相比無控制情況及橫擺角速度單變量橫擺力矩滑模控制時,設計的驅動綜合控制策略能更加有效提高車輛的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性,驗證了驅動控制策略的有效性及其對工況的適應性。然后,對上層獲得的三種力矩在下層的有效分配問題進行了研究,提出了基于動態(tài)載荷因子的分配方法及基于穩(wěn)定性的轉矩優(yōu)化分配方法,前者以動態(tài)載荷因子為分配系數(shù),充分考慮了汽車行駛過程的載荷轉移問題;后者以各個輪胎利用率之和最小為優(yōu)化目標,并考慮載荷轉移、路面附著條件限制以及電機轉矩輸出限制等因素,實時地將上層獲得的三種力矩由有效集算法解算并最優(yōu)分配給每個車輪。與轉矩規(guī)則分配方法相比,三種算法在Fishhook及蛇形工況試驗的仿真結果表明:三種轉矩分配算法均可提升車輛行駛的穩(wěn)定性,但動態(tài)載荷分配及最優(yōu)分配由于考慮了相關因素且更接近實際情況,因而控制效果更佳,其中轉矩最優(yōu)分配的控制效果最佳。最后,論文對輪轂電機電動汽車的實車平臺及其驅動穩(wěn)定性控制策略研究作了全面的總結,并對論文研究呈現(xiàn)的不足及后續(xù)研究進行了展望。
【關鍵詞】：輪轂電機電動汽車 驅動控制策略 分層結構 轉矩優(yōu)化分配 聯(lián)合仿真
【學位授予單位】：西華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-26
• 1.1 研究背景及選題意義11-14
• 1.2 輪轂電機電動汽車實車平臺研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 國外發(fā)展概況14-16
• 1.2.2 國內發(fā)展概況16-17
• 1.3 輪轂電機電動汽車驅動穩(wěn)定性控制研究現(xiàn)狀17-24
• 1.3.1 電子差速控制18-20
• 1.3.2 橫擺力矩控制20-21
• 1.3.3 驅動防滑控制21-22
• 1.3.4 驅動力分配22-24
• 1.4 本文的主要研究內容24-26
• 2 輪轂電機電動汽車實車平臺的搭建26-36
• 2.1 實車平臺總體架構設計27-28
• 2.1.1 整車電子控制系統(tǒng)架構設計27-28
• 2.1.2 整車網(wǎng)絡通訊架構設計28
• 2.2 子系統(tǒng)設計28-34
• 2.2.1 電機驅動系統(tǒng)28-31
• 2.2.2 動力電池系統(tǒng)31-32
• 2.2.3 懸架轉向系統(tǒng)32-33
• 2.2.4 制動系統(tǒng)33-34
• 2.2.5 控制系統(tǒng)34
• 2.3 實車平臺的搭建34-35
• 2.4 本章小節(jié)35-36
• 3 基于CarSim/Simulink的輪轂電機電動汽車模型36-51
• 3.1 實車參數(shù)36-37
• 3.2 基于CarSim的輪轂電機電動汽車整車模型的建立37-42
• 3.2.1 車體建模38-39
• 3.2.2 空氣動力學39
• 3.2.3 動力系統(tǒng)39-40
• 3.2.4 制動、轉向系統(tǒng)40
• 3.2.5 懸架系統(tǒng)40-41
• 3.2.6 輪胎模型41-42
• 3.3 基于Simulink的電機模型的建立42-43
• 3.4 整車驅動行駛策略制定43-44
• 3.4.1 PID控制原理43-44
• 3.4.2 基于車速跟隨PID控制的總驅動力獲取44
• 3.5 輪轂電機電動車聯(lián)合仿真模型的建立及驗證44-46
• 3.5.1 直駛能力驗證45
• 3.5.2 轉向能力驗證45-46
• 3.6 車輛穩(wěn)態(tài)下行駛的動態(tài)性能仿真驗證46-50
• 3.6.1 直線加速動力性仿真46-47
• 3.6.2 轉向穩(wěn)定性仿真47-50
• 3.7 本章小結50-51
• 4 輪轂電機電動汽車驅動控制策略設計51-79
• 4.1 驅動穩(wěn)定性控制策略總體設計方案51-52
• 4.2 車輛參考模型52-57
• 4.2.1 線性二自由度整車模型52-54
• 4.2.2 基于遺傳算法的參考模型參數(shù)辨識54-57
• 4.3 車輛失穩(wěn)的判定57-61
• 4.3.1 穩(wěn)定性評價參數(shù)57-59
• 4.3.2 失穩(wěn)判定方法的設計59-61
• 4.4 橫擺力矩決策61-66
• 4.4.1 滑模控制算法簡介61-62
• 4.4.2 基于二階滑�？刂频臋M擺力矩決策62-66
• 4.5 滑轉率控制層66-69
• 4.5.1 模糊控制理論66-67
• 4.5.2 基于模糊方法的滑轉率控制器設計67-69
• 4.6 驅動轉矩的下層分配69-71
• 4.7 驅動控制策略仿真驗證71-77
• 4.7.1 集成算法的仿真平臺搭建71-72
• 4.7.2 開環(huán)角階躍仿真工況72-74
• 4.7.3 閉環(huán)雙移線仿真工況74-77
• 4.8 本章小節(jié)77-79
• 5 驅動轉矩分配算法研究79-92
• 5.1 轉矩分配算法簡介79-80
• 5.2 轉矩動態(tài)載荷分配80-81
• 5.3 驅動轉矩最優(yōu)分配81-85
• 5.3.1 優(yōu)化分配目標81-82
• 5.3.2 優(yōu)化分配的邊界約束82-83
• 5.3.3 優(yōu)化求解算法83-85
• 5.4 驅動轉矩分配算法仿真驗證85-91
• 5.4.1 開環(huán)Fishhook仿真工況85-88
• 5.4.2 閉環(huán)蛇形仿真工況88-91
• 5.5 本章小節(jié)91-92
• 結論92-94
• 參考文獻94-98
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文及科研成果98-99
• 致謝99-100

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1 本報記者 馬靜t，

本文編號：646017