發(fā)布時(shí)間：2018-03-08 17:44

  本文選題：四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)　切入點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)分配　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：純電機(jī)驅(qū)動(dòng)的新能源汽車(chē)作為未來(lái)社會(huì)發(fā)展的重要交通工具之一,得到社會(huì)普遍的重視。四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)作為一種新型的電動(dòng)汽車(chē),直接在四個(gè)車(chē)輪上安裝輪轂電機(jī),動(dòng)力輸出更加平穩(wěn)和高效,具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)高效、易于控制等特點(diǎn),獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)為整車(chē)的安全與節(jié)能提供了更多的管理空間,集安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保于一身,可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式下無(wú)法實(shí)現(xiàn)的汽車(chē)動(dòng)力和操縱性能,被認(rèn)為是未來(lái)低碳社會(huì)智慧城市的主要交通工具之一。然而,其控制技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用推廣方面仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。由于安裝有四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)和主動(dòng)轉(zhuǎn)向等多執(zhí)行機(jī)構(gòu),四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)具有冗余的控制自由度,是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),同時(shí)多自由度分布式執(zhí)行器的交互作用,形成了一個(gè)受垂向影響的側(cè)向-縱向復(fù)雜耦合的汽車(chē)非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),這給控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)提高了難度,并且四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)中影響能量消耗的因素復(fù)雜,給整車(chē)的能耗優(yōu)化和能量管理帶來(lái)了挑戰(zhàn)。因此,如何設(shè)計(jì)分布式底盤(pán)系統(tǒng)多執(zhí)行器協(xié)調(diào)控制策略滿足電動(dòng)汽車(chē)安全性和經(jīng)濟(jì)性需求,成為研究的核心內(nèi)容。本論文的主要內(nèi)容是對(duì)四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制方法進(jìn)行研究。旨在解決分布式線控電動(dòng)底盤(pán)過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向等多個(gè)執(zhí)行器間的動(dòng)作耦合及制約問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)“安全-動(dòng)力-節(jié)能”的多目標(biāo)需求。結(jié)合預(yù)測(cè)控制顯示處理帶約束多變量多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的特點(diǎn),提出基于預(yù)測(cè)控制理論的轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制方法,利用商用仿真軟件AMESim建立模擬真車(chē)運(yùn)動(dòng)特性的電動(dòng)汽車(chē)仿真模型,通過(guò)多樣不同工況下的仿真研究,驗(yàn)證本論文所提出的轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的有效性,并通過(guò)硬件在環(huán)實(shí)時(shí)試驗(yàn)對(duì)優(yōu)化控制方法的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了初步探索。為解決極限工況下電動(dòng)汽車(chē)易發(fā)生甩尾失控的安全性問(wèn)題,提出一種利用冗余電機(jī)執(zhí)行器的分布式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法。首先,采用機(jī)理建模方法,建立包含輪胎非線性特性的整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型,描述車(chē)輛轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)特性。然后,針對(duì)整車(chē)和執(zhí)行器間的動(dòng)力學(xué)耦合特性,采用結(jié)合整車(chē)橫擺穩(wěn)定和電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配的一體化控制策略,將車(chē)輛狀態(tài)跟蹤和滑移率約束懲罰設(shè)計(jì)為目標(biāo)函數(shù),提出基于預(yù)測(cè)控制的集中式系統(tǒng)整體優(yōu)化方法。接著為解決車(chē)輛穩(wěn)定狀態(tài)質(zhì)心側(cè)偏角不可測(cè)問(wèn)題,提出利用非線性輪胎力特性的擴(kuò)展卡爾曼狀態(tài)估計(jì)方法。為便于車(chē)輛控制系統(tǒng)的快速實(shí)現(xiàn),進(jìn)一步設(shè)計(jì)分層式橫擺穩(wěn)定控制策略,上層針對(duì)輪胎側(cè)向非線性特性提出橫擺穩(wěn)定三步控制方法,下層針對(duì)輪胎縱向滑移動(dòng)態(tài)特性和執(zhí)行器約束提出轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)控制分配方法,以降低優(yōu)化維數(shù)。最后,離線仿真和實(shí)時(shí)試驗(yàn)驗(yàn)證所提出的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行器的協(xié)同工作,提高車(chē)輛穩(wěn)定性并具有實(shí)時(shí)性能。在保證車(chē)輛安全的基礎(chǔ)上,為提升電動(dòng)汽車(chē)的行駛經(jīng)濟(jì)性,提出一種面向能量管理的電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)矩能效優(yōu)化控制方法。首先,采用數(shù)據(jù)機(jī)理混合建模方法,建立包括電機(jī)能效和輪胎滑移損耗特性的電動(dòng)汽車(chē)能耗動(dòng)力學(xué)模型。然后,針對(duì)存在的動(dòng)力需求和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)飽和約束,以驅(qū)動(dòng)能效最優(yōu)為目標(biāo),利用分布式電機(jī)能效和滑移的差異,提出基于預(yù)測(cè)控制的轉(zhuǎn)矩能效優(yōu)化控制方法,進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)能量管理。接著,為解決車(chē)輛實(shí)時(shí)系統(tǒng)中多約束多變量滾動(dòng)優(yōu)化算法的快速實(shí)現(xiàn)問(wèn)題,提出以線性方程組為轉(zhuǎn)化過(guò)渡方式的解析結(jié)構(gòu)和數(shù)值優(yōu)化結(jié)合的求解方法,通過(guò)減少迭代優(yōu)化計(jì)算次數(shù),提高在線優(yōu)化效率。針對(duì)輪胎滑移率不可測(cè)問(wèn)題,將可測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩作為校正項(xiàng),提出一種單體輪胎滑移率非線性觀測(cè)器方法。最后,通過(guò)離線仿真和臺(tái)架實(shí)時(shí)試驗(yàn)驗(yàn)證所提出的控制方法能夠降低驅(qū)動(dòng)能耗,提高電動(dòng)汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性。在底層執(zhí)行控制中,為控制車(chē)用底層驅(qū)動(dòng)單元PMSM電機(jī)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛控制系統(tǒng)的頻繁變化動(dòng)力需求和行駛經(jīng)濟(jì)需求,提出一種以逆變器開(kāi)關(guān)為核心的基于有限集預(yù)測(cè)控制的電機(jī)轉(zhuǎn)矩優(yōu)化控制方法。首先,分析具有離散開(kāi)關(guān)輸入和連續(xù)狀態(tài)的PMSM和逆變器被控系統(tǒng)特性,建立描述其動(dòng)態(tài)特性的混合系統(tǒng)模型。然后,針對(duì)存在的定子電流安全性約束和開(kāi)關(guān)輸入有限選擇約束,將逆變器開(kāi)關(guān)作為優(yōu)化變量,設(shè)計(jì)以跟蹤期望電流變化和降低驅(qū)動(dòng)能耗為目標(biāo)的優(yōu)化代價(jià)函數(shù),控制電機(jī)輸出準(zhǔn)確快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng),并提升電機(jī)工作區(qū)域效率。為進(jìn)一步解決長(zhǎng)時(shí)域帶約束的混合整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題的快速求解問(wèn)題,提出結(jié)合動(dòng)態(tài)規(guī)劃和基于李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)與電流約束的剪枝函數(shù)的求解方法,降低尋優(yōu)負(fù)擔(dān)以提高驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩優(yōu)化控制的計(jì)算效率。最后,通過(guò)仿真驗(yàn)證了所提電機(jī)控制方法的有效性,為整車(chē)控制系統(tǒng)的進(jìn)一步研究工作奠定了基礎(chǔ)。論文對(duì)提出的電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制方案進(jìn)行了明確論證,并給出了詳盡的控制方法推導(dǎo)過(guò)程。為了驗(yàn)證控制器的有效性,在所搭建的電動(dòng)汽車(chē)AMESim仿真模型和d SPACE硬件在環(huán)實(shí)時(shí)試驗(yàn)平臺(tái)上分別進(jìn)行了算法的仿真和實(shí)時(shí)試驗(yàn)驗(yàn)證,并給出了相關(guān)結(jié)果分析。結(jié)果表明,文中所提出的四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法取得了令人滿意的整體效果。本文未來(lái)還需進(jìn)一步完善的研究工作有:研究具有良好抗垂向擾動(dòng)魯棒性能的車(chē)輛轉(zhuǎn)矩控制方法;研究考慮實(shí)時(shí)道路和交通信息的能量?jī)?yōu)化策略和制動(dòng)能量回收策略;進(jìn)一步研究在線快速求解的滾動(dòng)優(yōu)化協(xié)調(diào)控制算法以滿足車(chē)輛系統(tǒng)實(shí)時(shí)快速控制的需要;目前僅進(jìn)行了硬件實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn),故根據(jù)模擬器或?qū)嵻?chē)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的控制方法驗(yàn)證還需進(jìn)一步探討。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：U469.72

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本文編號(hào)：1584906