基于四輪輪轂電機的純電動汽車驅(qū)動控制策略研究

【摘要】：輪轂電機電動汽車代表了一種全新的整車架構(gòu)設(shè)計思想，為汽車設(shè)計領(lǐng)域開辟了新的思路。由于各車輪力矩獨立可控，這種新型的驅(qū)動方式能夠?qū)崿F(xiàn)先進(jìn)的動力學(xué)控制。此外，動力總成與傳動系統(tǒng)的摘除，使得設(shè)計師在優(yōu)化汽車整車布置方面有了更多自由發(fā)揮的空間。隨著電機、電池技術(shù)快速的發(fā)展，體積更小，能量密度更高的電池和電機將為該類型電動車的研發(fā)帶來更好的契機。本文就輪轂電機電動汽車試驗樣車及驅(qū)動控制策略開展了研究。 首先，本文根據(jù)項目需求開發(fā)了四輪輪轂電機純電動汽車，搭載了四輪輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)，鋰離子電池系統(tǒng)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電子液壓制動系統(tǒng)，實現(xiàn)了底盤的高度線控化。基于樣車實際物理結(jié)構(gòu)和參數(shù)搭建了CarSim整車模型，并對照實車的響應(yīng)對模型進(jìn)行了標(biāo)定。 然后，設(shè)計了整車驅(qū)動控制策略。驅(qū)動控制策略分為穩(wěn)定性控制模式和經(jīng)濟性控制模式。車輛轉(zhuǎn)彎時穩(wěn)定性控制起作用，此時采用分層控制的方式，上層為驅(qū)動力、橫擺力矩控制層，計算車輛當(dāng)前狀態(tài)下所需的總的縱向和橫擺力矩，底層為驅(qū)動力分配層，負(fù)責(zé)將上層產(chǎn)生的力矩需求合理的分配給各個車輪，以提高其動力性和穩(wěn)定性。本文中，上層控制器采用了模糊控制，以橫擺角速度誤差和質(zhì)心側(cè)偏角誤差作為控制輸入，輸出車輛所需的橫擺力矩。此外，引入PI控制，以就兩種方法的控制效果進(jìn)行對比。驅(qū)動力分配層采用偽逆重新分配算法，以輪胎利用率最低為優(yōu)化目標(biāo)，地面附著極限為約束，對各車輪的驅(qū)動力矩進(jìn)行優(yōu)化分配。當(dāng)車輛直線行駛時，控制策略切換到經(jīng)濟性模式。該模式以提升整車效率為目標(biāo)，根據(jù)電機的Map圖，用數(shù)值的方法預(yù)先找出不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩下效率最優(yōu)的分配系數(shù)，繪成表格。通過查表的方式確定當(dāng)前工況下的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)。 最后，在Matlab/Simulink環(huán)境下完成了算法的搭建，并與CarSim模型進(jìn)行了聯(lián)合仿真。此外，對穩(wěn)定性控制模式進(jìn)行了半實物硬件在環(huán)仿真。對經(jīng)濟性模式進(jìn)行了底盤測功機實驗，實驗采用了NEDC工況。仿真與實驗的結(jié)果表明，驅(qū)動控制策略能有效的改善車輛轉(zhuǎn)彎時的穩(wěn)定性，并且有很好的實時性，較之與PI控制器，模糊控制器有更好的魯棒性。經(jīng)濟性模式在一定程度上降低了整車的能量消耗。 【關(guān)鍵詞】：輪轂電機 模糊控制 偽逆重新分配 硬件在環(huán)
【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】：2015
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-26
• 1.1 課題提出的背景10-11
• 1.2 輪轂電機電動汽車技術(shù)優(yōu)勢及研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 輪轂電機電動汽車的技術(shù)優(yōu)勢11-13
• 1.2.2 國外輪轂電機電動汽車研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 國內(nèi)輪轂電機電動汽車研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 輪轂電機電動汽車驅(qū)動力控制研究現(xiàn)狀16-23
• 1.3.1 操縱穩(wěn)定性控制16-19
• 1.3.2 驅(qū)動防滑控制19-20
• 1.3.3 電子差速控制20-22
• 1.3.4 經(jīng)濟性最優(yōu)控制22-23
• 1.3.5 集成控制23
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線23-26
• 第2章 試驗樣車的開發(fā)與整車模型的搭建26-40
• 2.1 引言26
• 2.2 總體設(shè)計方案26-28
• 2.2.1 電動汽車電子電器架構(gòu)26-27
• 2.2.2 電動汽車的通訊架構(gòu)27-28
• 2.3 各子系統(tǒng)介紹28-34
• 2.3.1 電驅(qū)動系統(tǒng)28-30
• 2.3.2 動力電池30-32
• 2.3.3 制動、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)32
• 2.3.4 控制、傳感與信息采集系統(tǒng)32-33
• 2.3.5 電動汽車艙內(nèi)布置33-34
• 2.4 整車 CarSim 模型34-39
• 2.4.1 整車模型基本參數(shù)的測定34-36
• 2.4.2 整車 CarSim 模型的標(biāo)定36-39
• 2.5 小結(jié)39-40
• 第3章 整車驅(qū)動控制策略的研究40-60
• 3.1 引言40
• 3.2 控制策略的總體架構(gòu)40-41
• 3.3 穩(wěn)定性控制模式41-53
• 3.3.1 參考模型41-45
• 3.3.2 橫擺力矩的模糊控制45-50
• 3.3.3 PI 控制器50
• 3.3.4 驅(qū)動力分配器50-53
• 3.4 基于經(jīng)濟的驅(qū)動力分配53-57
• 3.4.1 電機特性測試54-55
• 3.4.2 轉(zhuǎn)矩的最優(yōu)分配算法55-57
• 3.5 小結(jié)57-60
• 第4章 控制算法的仿真與實驗驗證60-74
• 4.1 引言60
• 4.2 離線仿真60-66
• 4.3 實時環(huán)境下的仿真66-70
• 4.4 驅(qū)動力經(jīng)濟性最優(yōu)分配的底盤測功機實驗70-72
• 4.5 小結(jié)72-74
• 第5章 總結(jié)與展望74-76
• 5.1 總結(jié)74
• 5.2 展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82

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