基于双转子电机的混合动力汽车操纵稳定性控制与仿真研究

【摘要】：进入21世纪，人们开始越来越重视对环境的保护，而传统内燃机面临着两个重要的问题：全球燃油数量的限制与汽车尾气导致的环境污染。因此，电动汽车相比传统汽车而言具备了更广阔的市场前景。本文的研究对象为一种新型的电机驱动形式的混合动力汽车即双转子电机驱动的混合动力汽车，对其操纵稳定性控制系统进行设计研究和仿真分析。 本文所采用的电机是一种新型的双转子电机，由该双转子电机可以设计出一种新型的混合动力汽车，其中后驱动轴被双转子电机直接代替，并且在双转子电机的两端根据需求设计了减速和换向减速行星齿轮机构，电机的转矩最终传递至车轮驱动车轮前进。该双转子电机集成了差速和再生制动等功能为一体。 本论文主要围绕双转子电机驱动的混合动力汽车的操纵稳定性控制系统进行研究。首先确定了电机的选型，并根据电机的特点建立了永磁同步双转子电机控制系统仿真模型。该双转子电机可以稳定驱动汽车，并且具有转弯差速功能。之后对车辆进行动力学分析，根据车辆模型数据与驱动形式建立整车模型。车辆的状态参数质心侧偏角，横摆角速度是常被用来表征车辆行驶稳定性的主要特征量。其中，车辆的横摆角速度可以通过横摆角速度传感器得到，而质心侧偏角则必须通过估算得到。因此本文设计了车速观测器和车辆的质心侧偏角观测器，并仿真分析其估算的准确性。通过建立理想状态下的车辆模型，估算理想横摆角速度和理想质心侧偏角，建立汽车的稳定性判据准则判断车辆的行驶状态。若判断车辆出现失稳则控制系统输出横摆角速度和质心侧偏角实际值与理想值之间的偏差，通过模糊控制器输出需求的补偿横摆力矩，通过分析车辆的转向情况，判断所需制动与驱动的车轮。分析估算滑移率和轮胎力之间的关系，输出目标车轮的滑移率，通过制动系统与双转子电机转矩的PID控制和模糊PID控制分别控制目标车轮的滑移率。在Vedyna仿真分析软件下进行车辆的双移线仿真和蛇形绕桩仿真，路面的附着系数分别为0.4和0.8，车速为60km/h和80km/h。对比有无该控制系统情况下，该车辆的质心侧偏角和横摆角速度得到有效控制，横摆角速度和质心侧偏角均被有效地抑制。最后通过ADAMS/CAR和Simulink的联合仿真进一步验证了该控制系统的有效性。 【关键词】：双转子电机 操纵稳定性 质心侧偏角 滑移率 模糊控制
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.7;U461.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 研究背景及意义9-14
• 1.2 双转子电机的国内外研究现状14-16
• 1.3 车辆的操纵稳定性控制国内外研究现状16-20
• 1.4 论文的研究意义和主要内容20-22
• 第二章 电动汽车动力学模型建立22-37
• 2.1 轮胎模型22-25
• 2.2 制动系统模型25-26
• 2.3 电机模型26-28
• 2.4 车辆的动力学分析28-34
• 2.4.1 整车动力学分析28-30
• 2.4.2 车轮力学分析30-31
• 2.4.3 轮胎垂向载荷分析31-32
• 2.4.4 车轮侧偏角分析32-34
• 2.5 整车模型的图形建模34-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 车辆状态参数观测器的设计37-48
• 3.1 车速观测器的设计37-43
• 3.2 质心侧偏角观测器的设计43-46
• 3.3 本章小结46-48
• 第四章 车辆操纵稳定性控制系统的原理与分析48-65
• 4.1 车辆稳定性控制系统的结构48-49
• 4.2 车辆稳定性控制的基本原理49-51
• 4.3 理想状态下参考模型的建立51-54
• 4.3.1 理想横摆角速度的估算52-53
• 4.3.2 理想质心侧偏角的估算53-54
• 4.4 汽车失稳判断54-60
• 4.5 汽车的横摆力矩分析60-63
• 4.6 基于双转子电机驱动的混合动力汽车操纵稳定性控制系统结构63-64
• 4.7 本章小结64-65
• 第五章 车辆操纵稳定性控制系统的控制实现65-88
• 5.1 模糊控制的基本原理65-67
• 5.2 基于模糊控制的横摆力矩控制器的设计67-76
• 5.2.1 补偿横摆力矩确定67-70
• 5.2.2 控制车轮的选择70-72
• 5.2.3 基于PID控制的目标滑移率控制器72-73
• 5.2.4 基于模糊PID控制的目标滑移率控制器73-76
• 5.3 仿真结果与分析76-87
• 5.4 本章小结87-88
• 第六章 基于ADAMS/CAR的联合仿真88-94
• 6.1 仿真流程88-89
• 6.2 仿真模型建立89-91
• 6.3 仿真结果分析91-93
• 6.4 本章小结93-94
• 全文总结与展望94-96
• 参考文献96-103
• 附录103-110
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果110-111
• 致谢111-112
• 附件112

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