分布式驱动电动车直接横摆力矩控制研究

发布时间：2017-10-14 13:23

  本文关键词：分布式驱动电动车直接横摆力矩控制研究

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【摘要】：近些年来,迫于能源和环保的双重压力,汽车的节能和环保性能逐步受到重视,电动汽车自然成为目前研究的焦点,而分布式驱动电动汽车由于其独特的结构特点和性能优势受到了各国研究学者的重视,同时近年发展起来的主动安全控制成为这一方向的研究热点。分布式驱动电动车辆取消了内燃机、动力传动系统,取而代之的是电池和内嵌在车轮中的轮毂电机,使得其具备体积小、比功率大、传动效率高等优势。同时实现了各个车轮驱/制动力独立可控,使得分布式驱动电动车与传统车的行驶过程中稳定性控制必然有所不同,所以对分布式驱动电动车行驶过程中的稳定性控制问题进行研究很有必要。本文基于分布式驱动电动车的特点对其横摆稳定性控制问题进行研究。针对目前整车仿真模型比较简单的缺陷,选取基于参数化建模的Carsim仿真软件搭建整车动力学仿真模型。通过驱动系统配置提供分布式驱动接口,同时由于Carsim不提供电机模型,因此在Matlab/Simulink中搭建了直流无刷电机模型,将Carsim模型和Simulink模型相结合,构成能够实现分布式驱动电动车仿真研究的整车模型。针对实时车辆状态反馈的要求,开发了基于扩展Kalman滤波的车辆状态观测器,对车辆的关键动力学参数:纵向车速、横摆角速度、质心侧偏角进行实时估计。将建立的仿真模型在双移线工况和蛇形工况下进行仿真试验。仿真结果表明,基于扩展Kalman滤波的车辆状态观测器能够很好的跟踪车辆状态,在变车速的工况下仍能取得比较好的观测效果。从横摆稳定性控制的根源和体现入手,分析了轮胎对车辆稳定性的影响,指出了横摆角速度和质心侧偏角与车辆行驶稳定性的关系。选择车辆的横摆角速度作为控制目标,采用前馈加反馈控制的方法实现横摆角速度跟随期望值,计算出需求的横摆力矩。仿真结果表明,附加的横摆力矩能够实现横摆角速度的跟踪,达到了车辆的稳定性控制的目的。针对分布式驱动电动车执行器的冗余控制问题,开发了直接横摆力矩优化分配算法。采用轮胎路面附着利用率综合最小作为优化目标,在多个边界条件的约束下,同时考虑各轮权重系数,实现横摆力矩优化分配算法的求解。仿真结果表明,采用路面附着利用率最小的优化分配方法能够提高车辆在极限工况下的行驶稳定性。
【关键词】：Carsim 分布式驱动 扩展Kalman滤波 横摆力矩控制 优化分配
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题来源及研究目的和意义8-9
• 1.2 分布式驱动电动车概述9-11
• 1.3 直接横摆力矩控制的国内外研究现状11-15
• 1.3.1 国外直接横摆力矩控制研究现状12-13
• 1.3.2 国内横摆稳定性控制研究现状13-14
• 1.3.3 国内外研究现状简析14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第2章 基于CARSIM的分布式驱动汽车动力学建模17-29
• 2.1 CARSIM软件平台17-19
• 2.1.1 Carsim概述17
• 2.1.2 Carsim组成17-18
• 2.1.3 Carsim求解器18-19
• 2.2 CARSIM车辆建模19-23
• 2.2.1 车体模型19-20
• 2.2.2 轮胎模型20-22
• 2.2.3 转向系模型22-23
• 2.3 MATLAB/SIMULINK建模23-26
• 2.3.1 电机模型23-25
• 2.3.2 驾驶员模型25-26
• 2.4 CARSIM-SIMULINK联合仿真26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 基于EKF的车辆状态参数估计29-40
• 3.1 状态变量观测器理论29-32
• 3.1.1 现有状态变量观测方法对比29-30
• 3.1.2 扩展Kalman滤波器理论和算法30-32
• 3.2 基于扩展KALMAN滤波算法的车辆状态估计32-35
• 3.2.1 非线性三自由度车辆模型的建立32-33
• 3.2.2 扩展Kalman滤波算法的实现33-35
• 3.3 车辆估算算法仿真试验验证35-38
• 3.3.1 变车速的双移线仿真试验35-37
• 3.3.2 蛇形工况仿真试验37-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 顶层控制器横摆力矩计算40-51
• 4.1 车辆侧向动力学稳定性控制影响分析40-43
• 4.1.1 轮胎动力学特性与车辆侧向稳定性的关系40-41
• 4.1.2 质心侧偏角与车辆侧向稳定性的关系41-42
• 4.1.3 横摆角速度和车辆侧向稳定性的关系42-43
• 4.2 顶层控制器DYC系统设计43-46
• 4.2.1 直接横摆力矩计算43-46
• 4.2.2 横摆力矩平均分配46
• 4.3 横摆力矩控制的仿真验证和仿真结果分析46-49
• 4.3.1 稳态回转仿真试验47-48
• 4.3.2 低附着系数路面双移线仿真试验48-49
• 4.4 本章小结49-51
• 第5章 底层控制器转矩优化分配研究51-59
• 5.1 转矩分配方案简析51
• 5.2 转矩优化分配算法提出51-56
• 5.2.1 全轮转矩优化分配目标52-53
• 5.2.2 全轮转矩控制优化分配约束边界53-54
• 5.2.3 全轮转矩控制优化分配算法的求解54-55
• 5.2.4 轴载比例分配55
• 5.2.5 权重系数取值的调整55-56
• 5.3 全轮转矩优化分配控制算法仿真验证56-58
• 5.4 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果65-67
• 致谢67

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本文编号：1031308