基于雙轉(zhuǎn)子電機的混合動力汽車操縱穩(wěn)定性控制與仿真研究

【摘要】：進入21世紀，人們開始越來越重視對環(huán)境的保護，而傳統(tǒng)內(nèi)燃機面臨著兩個重要的問題：全球燃油數(shù)量的限制與汽車尾氣導致的環(huán)境污染。因此，電動汽車相比傳統(tǒng)汽車而言具備了更廣闊的市場前景。本文的研究對象為一種新型的電機驅(qū)動形式的混合動力汽車即雙轉(zhuǎn)子電機驅(qū)動的混合動力汽車，對其操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)進行設(shè)計研究和仿真分析。 本文所采用的電機是一種新型的雙轉(zhuǎn)子電機，由該雙轉(zhuǎn)子電機可以設(shè)計出一種新型的混合動力汽車，其中后驅(qū)動軸被雙轉(zhuǎn)子電機直接代替，并且在雙轉(zhuǎn)子電機的兩端根據(jù)需求設(shè)計了減速和換向減速行星齒輪機構(gòu)，電機的轉(zhuǎn)矩最終傳遞至車輪驅(qū)動車輪前進。該雙轉(zhuǎn)子電機集成了差速和再生制動等功能為一體。 本論文主要圍繞雙轉(zhuǎn)子電機驅(qū)動的混合動力汽車的操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)進行研究。首先確定了電機的選型，并根據(jù)電機的特點建立了永磁同步雙轉(zhuǎn)子電機控制系統(tǒng)仿真模型。該雙轉(zhuǎn)子電機可以穩(wěn)定驅(qū)動汽車，并且具有轉(zhuǎn)彎差速功能。之后對車輛進行動力學分析，根據(jù)車輛模型數(shù)據(jù)與驅(qū)動形式建立整車模型。車輛的狀態(tài)參數(shù)質(zhì)心側(cè)偏角，橫擺角速度是常被用來表征車輛行駛穩(wěn)定性的主要特征量。其中，車輛的橫擺角速度可以通過橫擺角速度傳感器得到，而質(zhì)心側(cè)偏角則必須通過估算得到。因此本文設(shè)計了車速觀測器和車輛的質(zhì)心側(cè)偏角觀測器，并仿真分析其估算的準確性。通過建立理想狀態(tài)下的車輛模型，估算理想橫擺角速度和理想質(zhì)心側(cè)偏角，建立汽車的穩(wěn)定性判據(jù)準則判斷車輛的行駛狀態(tài)。若判斷車輛出現(xiàn)失穩(wěn)則控制系統(tǒng)輸出橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角實際值與理想值之間的偏差，通過模糊控制器輸出需求的補償橫擺力矩，通過分析車輛的轉(zhuǎn)向情況，判斷所需制動與驅(qū)動的車輪。分析估算滑移率和輪胎力之間的關(guān)系，輸出目標車輪的滑移率，通過制動系統(tǒng)與雙轉(zhuǎn)子電機轉(zhuǎn)矩的PID控制和模糊PID控制分別控制目標車輪的滑移率。在Vedyna仿真分析軟件下進行車輛的雙移線仿真和蛇形繞樁仿真，路面的附著系數(shù)分別為0.4和0.8，車速為60km/h和80km/h。對比有無該控制系統(tǒng)情況下，該車輛的質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度得到有效控制，橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角均被有效地抑制。最后通過ADAMS/CAR和Simulink的聯(lián)合仿真進一步驗證了該控制系統(tǒng)的有效性。 【關(guān)鍵詞】：雙轉(zhuǎn)子電機 操縱穩(wěn)定性 質(zhì)心側(cè)偏角 滑移率 模糊控制
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：U469.7;U461.6
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-22
• 1.1 研究背景及意義9-14
• 1.2 雙轉(zhuǎn)子電機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 車輛的操縱穩(wěn)定性控制國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-20
• 1.4 論文的研究意義和主要內(nèi)容20-22
• 第二章 電動汽車動力學模型建立22-37
• 2.1 輪胎模型22-25
• 2.2 制動系統(tǒng)模型25-26
• 2.3 電機模型26-28
• 2.4 車輛的動力學分析28-34
• 2.4.1 整車動力學分析28-30
• 2.4.2 車輪力學分析30-31
• 2.4.3 輪胎垂向載荷分析31-32
• 2.4.4 車輪側(cè)偏角分析32-34
• 2.5 整車模型的圖形建模34-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第三章 車輛狀態(tài)參數(shù)觀測器的設(shè)計37-48
• 3.1 車速觀測器的設(shè)計37-43
• 3.2 質(zhì)心側(cè)偏角觀測器的設(shè)計43-46
• 3.3 本章小結(jié)46-48
• 第四章 車輛操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的原理與分析48-65
• 4.1 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)48-49
• 4.2 車輛穩(wěn)定性控制的基本原理49-51
• 4.3 理想狀態(tài)下參考模型的建立51-54
• 4.3.1 理想橫擺角速度的估算52-53
• 4.3.2 理想質(zhì)心側(cè)偏角的估算53-54
• 4.4 汽車失穩(wěn)判斷54-60
• 4.5 汽車的橫擺力矩分析60-63
• 4.6 基于雙轉(zhuǎn)子電機驅(qū)動的混合動力汽車操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)63-64
• 4.7 本章小結(jié)64-65
• 第五章 車輛操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的控制實現(xiàn)65-88
• 5.1 模糊控制的基本原理65-67
• 5.2 基于模糊控制的橫擺力矩控制器的設(shè)計67-76
• 5.2.1 補償橫擺力矩確定67-70
• 5.2.2 控制車輪的選擇70-72
• 5.2.3 基于PID控制的目標滑移率控制器72-73
• 5.2.4 基于模糊PID控制的目標滑移率控制器73-76
• 5.3 仿真結(jié)果與分析76-87
• 5.4 本章小結(jié)87-88
• 第六章 基于ADAMS/CAR的聯(lián)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 仿真結(jié)果分析91-93
• 6.4 本章小結(jié)93-94
• 全文總結(jié)與展望94-96
• 參考文獻96-103
• 附錄103-110
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果110-111
• 致謝111-112
• 附件112

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