四轮独立驱动电动汽车差动助力转向系统控制研究

发布时间：2017-10-19 09:42

  本文关键词：四轮独立驱动电动汽车差动助力转向系统控制研究

  更多相关文章： 电动汽车 轮毂电机驱动 差动助力转向 扭矩特性 模糊PID 滑模变结构

【摘要】：随着石油资源的迅速递减与大气污染的加剧,高效率、零排放的电动汽车在最近几年成为了国内外的研究热点。本文以本校车辆实验室开发的微型轮毂电机四轮独立驱动电动汽车为研究对象,根据四轮独立驱动电动汽车的轮毂电机能独立控制的特点,提出一种新型的适应于电动轮独立驱动电动汽车的差动助力转向的助力方式,主要的工作内容有以下几个方面：(1)基于Matlab/Simulink平台建立四轮独立驱动电动汽车的整车动力学模型,包括三自由度、五自由度的车身模型、轮毂电机模型、转向系统动力学模型、轮胎模型。在前轮转角输入下,对两种车身动力学模型进行开环仿真对比,分析车辆的侧倾运动和俯仰运动对车辆仿真结果的影响。(2)依据电动助力转向的助力特性建立差动转向助力曲线,深入研究基于转向盘转角和车速的差动助力转向的直接控制策略以及方向盘回正时的差动控制策略,由于转向轮的差动会造成车辆在转向时的横摆角速度值增大,使车辆的稳定性降低。本文在前轮差动的基础上利用模糊PID控制理论,建立了基于最佳横摆角速度的后轮差动补偿控制策略。(3)利用Carsim软件对所建立的整车模型进行验证,在模型足够精确的条件下,基于PI控制器对车速进行控制,在匀速工况下,针对不同的车速对差动助力转向的有效性和车辆的稳定性进行仿真,仿真结果表明所设计的差动助力转向系统能够在有效减轻转向手力的同时,使车辆的横摆角速度稳定在最优值附近。(4)针对汽车转向不足的特性,在路径规划的基础上,基于滑模控制理论对电动汽车的后轮进行差动控制以辅助转向,并在极限工况下,即方向盘转角为零的情况下进行仿真,验证该控制的可行性,以进一步增强所设计的差动转向系统的有效性。
【关键词】：电动汽车 轮毂电机驱动 差动助力转向 扭矩特性 模糊PID 滑模变结构
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 电动汽车的国内外研究现状10-11
• 1.3 差动助力转向技术发展概况11-15
• 1.3.1 轮毂电机四轮独立驱动电动汽车差动助力转向原理11-12
• 1.3.2 差动助力转向与现有助力转向技术的比较12-15
• 1.3.3 差动助力转向与直接横摆力矩控制(DYC)的区别15
• 1.3.4 差动助力转向系统的优势15
• 1.4 差动助力转向的国内外研究现状15-16
• 1.5 本文主要研究内容16-18
• 第二章 四轮独立驱动电动汽车动力学建模与分析18-28
• 引言18
• 2.1 车辆动力学模型的建立18-26
• 2.1.1 车辆动力学模型的建立18-22
• 2.1.2 轮毂电机模型的建立22-23
• 2.1.3 轮胎模型的建立23-26
• 2.2 车辆Simulink开环仿真26-27
• 2.2.1 车辆系统Simulink开环仿真分析26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 差动助力转向的原理及动力学特性分析28-41
• 引言28
• 3.1 转向系统模型的建立28-29
• 3.2 轮胎绕主销的回正力矩29-30
• 3.3 转向器在转向主销处的摩擦力矩30
• 3.4 转向或回正过程的判定30-31
• 3.5 差动助力转向动力学特性分析31-34
• 3.5.1 理想方向盘手力曲线的设计要求31
• 3.5.2 差动助力转向助力曲线的确定31-32
• 3.5.3 直线型助力曲线参数的确定32
• 3.5.4 零车速时的助力特性曲线增益系数K_0的确定32-34
• 3.5.5 差动助力转向控制器的设计34
• 3.6 直接横摆力矩控制对差动助力转向的补偿控制34-38
• 3.6.1 理想横摆角速度34-35
• 3.6.2 控制器的设计35-36
• 3.6.3 模糊控制器的特点36-37
• 3.6.4 基于最佳横摆角速度的后轮差动控制37-38
• 3.7 滑移率的控制38-40
• 3.7.1 车轮的滑移率38
• 3.7.2 最优滑移率38-39
• 3.7.3 最佳滑移率的控制39-40
• 3.8 本章小结40-41
• 第四章 差动助力转向系统的仿真与验证41-53
• 引言41-42
• 4.1 车辆动力学模型的验证42-45
• 4.1.1 运动学模型联合仿真验证42-44
• 4.1.2 轮胎模型的验证44-45
• 4.2 车辆行驶PI控制45-47
• 4.3 仿真参数47-48
• 4.4 转向轻便性仿真分析48-52
• 4.4.1 电动汽车以30km/h匀速行驶时48-49
• 4.4.2 电动汽车以50km/h匀速行驶时49-50
• 4.4.3 方向盘转角正弦输入工况50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 基于后轮差动的主动转向控制53-62
• 引言53-54
• 5.1 链式系统的路径规划54
• 5.2 期望横摆角速度的设计54-55
• 5.3 控制器的设计55-58
• 5.3.1 滑模变结构控制简介55
• 5.3.2 滑动模态及数学表达式55-56
• 5.3.3 车辆二自由度模型的建立56-57
• 5.3.4 滑模控制器数学模型的建立57-58
• 5.4 基于后轮差动的主动转向控制的仿真与验证58-61
• 5.4.1 换道工况58-59
• 5.4.2 高速公路匝道工况59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-63
• 6.1 全文总结62
• 6.2 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 作者简介68

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