基于四轮轮毂电机的纯电动汽车驱动控制策略研究

【摘要】：轮毂电机电动汽车代表了一种全新的整车架构设计思想，为汽车设计领域开辟了新的思路。由于各车轮力矩独立可控，这种新型的驱动方式能够实现先进的动力学控制。此外，动力总成与传动系统的摘除，使得设计师在优化汽车整车布置方面有了更多自由发挥的空间。随着电机、电池技术快速的发展，体积更小，能量密度更高的电池和电机将为该类型电动车的研发带来更好的契机。本文就轮毂电机电动汽车试验样车及驱动控制策略开展了研究。 首先，本文根据项目需求开发了四轮轮毂电机纯电动汽车，搭载了四轮轮毂电机驱动系统，锂离子电池系统，电动助力转向系统和电子液压制动系统，实现了底盘的高度线控化。基于样车实际物理结构和参数搭建了CarSim整车模型，并对照实车的响应对模型进行了标定。 然后，设计了整车驱动控制策略。驱动控制策略分为稳定性控制模式和经济性控制模式。车辆转弯时稳定性控制起作用，此时采用分层控制的方式，上层为驱动力、横摆力矩控制层，计算车辆当前状态下所需的总的纵向和横摆力矩，底层为驱动力分配层，负责将上层产生的力矩需求合理的分配给各个车轮，以提高其动力性和稳定性。本文中，上层控制器采用了模糊控制，以横摆角速度误差和质心侧偏角误差作为控制输入，输出车辆所需的横摆力矩。此外，引入PI控制，以就两种方法的控制效果进行对比。驱动力分配层采用伪逆重新分配算法，以轮胎利用率最低为优化目标，地面附着极限为约束，对各车轮的驱动力矩进行优化分配。当车辆直线行驶时，控制策略切换到经济性模式。该模式以提升整车效率为目标，根据电机的Map图，用数值的方法预先找出不同转速和转矩下效率最优的分配系数，绘成表格。通过查表的方式确定当前工况下的转矩分配系数。 最后，在Matlab/Simulink环境下完成了算法的搭建，并与CarSim模型进行了联合仿真。此外，对稳定性控制模式进行了半实物硬件在环仿真。对经济性模式进行了底盘测功机实验，实验采用了NEDC工况。仿真与实验的结果表明，驱动控制策略能有效的改善车辆转弯时的稳定性，并且有很好的实时性，较之与PI控制器，模糊控制器有更好的鲁棒性。经济性模式在一定程度上降低了整车的能量消耗。 【关键词】：轮毂电机 模糊控制 伪逆重新分配 硬件在环
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-26
• 1.1 课题提出的背景10-11
• 1.2 轮毂电机电动汽车技术优势及研究现状11-16
• 1.2.1 轮毂电机电动汽车的技术优势11-13
• 1.2.2 国外轮毂电机电动汽车研究现状13-15
• 1.2.3 国内轮毂电机电动汽车研究现状15-16
• 1.3 轮毂电机电动汽车驱动力控制研究现状16-23
• 1.3.1 操纵稳定性控制16-19
• 1.3.2 驱动防滑控制19-20
• 1.3.3 电子差速控制20-22
• 1.3.4 经济性最优控制22-23
• 1.3.5 集成控制23
• 1.4 本文主要研究内容及技术路线23-26
• 第2章 试验样车的开发与整车模型的搭建26-40
• 2.1 引言26
• 2.2 总体设计方案26-28
• 2.2.1 电动汽车电子电器架构26-27
• 2.2.2 电动汽车的通讯架构27-28
• 2.3 各子系统介绍28-34
• 2.3.1 电驱动系统28-30
• 2.3.2 动力电池30-32
• 2.3.3 制动、转向系统32
• 2.3.4 控制、传感与信息采集系统32-33
• 2.3.5 电动汽车舱内布置33-34
• 2.4 整车 CarSim 模型34-39
• 2.4.1 整车模型基本参数的测定34-36
• 2.4.2 整车 CarSim 模型的标定36-39
• 2.5 小结39-40
• 第3章 整车驱动控制策略的研究40-60
• 3.1 引言40
• 3.2 控制策略的总体架构40-41
• 3.3 稳定性控制模式41-53
• 3.3.1 参考模型41-45
• 3.3.2 横摆力矩的模糊控制45-50
• 3.3.3 PI 控制器50
• 3.3.4 驱动力分配器50-53
• 3.4 基于经济的驱动力分配53-57
• 3.4.1 电机特性测试54-55
• 3.4.2 转矩的最优分配算法55-57
• 3.5 小结57-60
• 第4章 控制算法的仿真与实验验证60-74
• 4.1 引言60
• 4.2 离线仿真60-66
• 4.3 实时环境下的仿真66-70
• 4.4 驱动力经济性最优分配的底盘测功机实验70-72
• 4.5 小结72-74
• 第5章 总结与展望74-76
• 5.1 总结74
• 5.2 展望74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82

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