發(fā)布時間：2017-08-20 15:32

  本文關(guān)鍵詞：四輪輪轂驅(qū)動電動汽車滑移率控制系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 電動汽車 輪轂電機(jī) 滑移率控制 非線性模型預(yù)測控制 時變約束 d SPACE

【摘要】：采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的電動汽車由于其動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單和控制模式靈活的特點(diǎn),已經(jīng)成為近些年研究的熱點(diǎn)。而四輪輪轂驅(qū)動電動汽車的四個車輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信息容易獲取,并且可以對四個車輪進(jìn)行獨(dú)立精確的控制,使得控制更為靈活、方便,同時電機(jī)具有驅(qū)動和制動兩種工作模式,四輪輪轂驅(qū)動電動汽車的這些特性為先進(jìn)控制算法的應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。本文主要針對四輪輪轂驅(qū)動電動汽車滑移率控制系統(tǒng)進(jìn)行研究,電動汽車滑移率控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)滑移率控制系統(tǒng)相比具有更加全面的功能,它能有效防止車輪在驅(qū)動時過度滑轉(zhuǎn)或者在制動時抱死,并增強(qiáng)車輛的操縱性、穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)彎性能。當(dāng)然,由于要同時對四個車輪進(jìn)行精確控制,控制問題變得更加復(fù)雜,普通的算法難以滿足控制需求。本文設(shè)計了一種基于非線性模型預(yù)測控制的電動汽車滑移率控制系統(tǒng)。為了保證車輛安全,將車輪滑移率穩(wěn)定區(qū)間作為系統(tǒng)的時域約束來處理,滑移率穩(wěn)定區(qū)間是變化的,它與路面附著系數(shù)有關(guān)。同時,由于電機(jī)本身物理結(jié)構(gòu)限制,其驅(qū)動或者制動能力是有限的,所以電機(jī)的實際輸出力矩不能超過電機(jī)的最大輸出力矩,而電機(jī)的最大輸出力矩值是變化的,它與電機(jī)轉(zhuǎn)速和電壓相關(guān),因此將電機(jī)的最大輸出力矩限制作為系統(tǒng)時變約束。控制目標(biāo)除了保證驅(qū)動和制動性能外,還考慮了駕駛員舒適性和減少控制能量。并且電動汽車的滑移率控制系統(tǒng)要同時控制四個車輪的滑移率,它是一個非線性、機(jī)理復(fù)雜、多目標(biāo)、帶約束的系統(tǒng)。而非線性模型預(yù)測控制能有效解決這類問題,并且能顯性處理約束。此外,為了防止車輪滑移率穩(wěn)定區(qū)間約束造成控制問題不可解,還引入了滑移率的松弛變量,對穩(wěn)定區(qū)間約束進(jìn)行適當(dāng)松弛。所設(shè)計的滑移率控制系統(tǒng)通過同時控制四個車輪的力矩使得四個車輪的滑移率嚴(yán)格保持在穩(wěn)定區(qū)間內(nèi),從而有效防止車輪在驅(qū)動時過度滑轉(zhuǎn)或者在制動時抱死,并在保證安全前提下提供較大的縱向力來獲得良好的驅(qū)動和制動性能。為了驗證控制器的有效性,在AMESim中搭建15自由度的高精度四輪輪轂驅(qū)動電動汽車模型,并在多種典型工況下,分別通過離線仿真和快速原型仿真實驗驗證了滑移率控制系統(tǒng)的良好性能。主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn):1.基于AMESim高級仿真軟件搭建了15自由度高精度四輪輪轂驅(qū)動電動汽車模型,并且結(jié)合實車數(shù)據(jù)完成了對模型的參數(shù)匹配并對電動汽車模型進(jìn)行了系統(tǒng)動力學(xué)分析,為控制系統(tǒng)設(shè)計提供基礎(chǔ)。2.設(shè)計了一種基于非線性模型預(yù)測控制的滑移率控制系統(tǒng),控制目標(biāo)包括車輛安全性,良好的驅(qū)動和制動性能,同時還考慮了駕駛員舒適性和控制能量問題。其中車輛的安全性目標(biāo)通過滑移率穩(wěn)定區(qū)間約束實現(xiàn),同時考慮電機(jī)最大力矩時變約束,并且為了防止造成控制問題不可解,還引入了滑移率的松弛變量以及其懲罰項。然后基于AMESim和Simulink聯(lián)合仿真平臺,在多種典型工況下離線驗證了滑移率控制系統(tǒng)的有效性。3.提出利用改進(jìn)型粒子群優(yōu)化算法來求解非線性模型預(yù)測控制優(yōu)化問題,從而提高非線性模型預(yù)測控制的在線計算性能。并搭建了基于d SPACE的實時仿真平臺,對所設(shè)計的滑移率控制系統(tǒng)進(jìn)行快速原型實驗,驗證了控制器的實時性能,為下一步的工程實際應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：電動汽車 輪轂電機(jī) 滑移率控制 非線性模型預(yù)測控制 時變約束 d SPACE
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U469.72;TP273
【目錄】：

• 前言4-5
• 摘要5-7
• abstract7-14
• 第1章 緒論14-24
• 1.1 課題背景及研究意義14-15
• 1.2 輪轂驅(qū)動電動汽車15-21
• 1.2.1 輪轂驅(qū)動電動汽車的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)15-17
• 1.2.2 輪轂驅(qū)動電動汽車國外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.3 輪轂驅(qū)動電動汽車國內(nèi)研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3 電動汽車滑移率控制研究現(xiàn)狀21-22
• 1.4 主要研究內(nèi)容22-24
• 第2章 四輪轂驅(qū)動電動汽車整車模型搭建24-43
• 2.1 AMESim軟件簡介24-26
• 2.2 基于AMESim的電動汽車模型搭建26-37
• 2.2.1 模型結(jié)構(gòu)26-28
• 2.2.2 模型搭建28-37
• 2.3 電動汽車模型動力學(xué)分析37-42
• 2.3.1 驅(qū)動工況38
• 2.3.2 制動工況38-39
• 2.3.3 雙移線工況39-40
• 2.3.4 電動汽車模型的系統(tǒng)特性分析40-42
• 2.4 本章小結(jié)42-43
• 第3章 電動汽車滑移率控制系統(tǒng)設(shè)計43-60
• 3.1 控制問題分析43-47
• 3.2 面向控制的滑移率控制系統(tǒng)模型47-50
• 3.3 非線性模型預(yù)測控制算法50-53
• 3.3.1 NMPC基本原理50-51
• 3.3.2 約束優(yōu)化問題描述51-53
• 3.4 基于非線性模型預(yù)測控制的滑移率控制系統(tǒng)設(shè)計53-59
• 3.4.1 控制策略53-55
• 3.4.2 面向控制的離散模型55-57
• 3.4.3 目標(biāo)函數(shù)設(shè)計57-59
• 3.5 本章小結(jié)59-60
• 第4章 滑移率控制系統(tǒng)仿真測試60-70
• 4.1 驅(qū)動工況測試60-65
• 4.1.1 車輛起步61-63
• 4.1.2 車輛加速63-65
• 4.2 制動工況測試65-67
• 4.2.1 易滑路面制動66-67
• 4.2.2 分離路面制動67
• 4.3 雙移線工況測試67-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 第5章 基于dSPACE的的實時仿真實驗70-82
• 5.1 改進(jìn)型粒子群優(yōu)化算法70-74
• 5.1.1 PSO算法公式及原理70-71
• 5.1.2 PSO參數(shù)選取71-72
• 5.1.3 PSO實現(xiàn)步驟72-74
• 5.2 實時仿真平臺搭建74-78
• 5.2.1 dSPACE系統(tǒng)簡介74-76
• 5.2.2 DS1006處理器板76-77
• 5.2.3 MicroAutoBox 1401/1505/150777-78
• 5.3 快速原型實驗與分析78-81
• 5.4 本章小結(jié)81-82
• 第6章 全文總結(jié)及工作展望82-84
• 6.1 全文工作總結(jié)82-83
• 6.2 未來工作展望83-84
• 參考文獻(xiàn)84-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果90-92
• 致謝92

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1 吳誥s，

本文編號：707462