轮毂电机驱动电动汽车状态参数观测及转矩分配策略研究

发布时间：2017-10-21 14:22

  本文关键词：轮毂电机驱动电动汽车状态参数观测及转矩分配策略研究

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【摘要】：近年来,随着能源短缺和生态环境恶化,电动汽车以其零排放或极低排放成为未来交通发展的方向。作为电动汽车的一种,轮毂电机驱动电动汽车由于动力分散式驱动、整车空间布置灵活和节能环保等优点成为电动汽车的重要发展方向。与传统车相比,轮毂电机驱动电动汽车操纵稳定性控制和行驶状态参数观测等技术是影响轮毂电机驱动电动汽车性能的核心关键问题。本文以轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,开展了车辆行驶状态参数观测器、车辆行驶控制目标参数算法和基于操纵稳定性的转矩分配策略等方面的研究,对改善轮毂电机驱动电动汽车的整车性能和深化车辆动力学理论具有较高的学术意义和工程应用价值。本文建立了轮毂电机驱动电动汽车7自由度整车仿真平台,仿真平台采用模块化设计,其中整车动力学模型由车体模型、轮毂电机模型、车轮模型、轮胎模型、转向系统模型、液压制动系统模型和路面模型等组成；整车控制器模型包括驾驶员驾驶意图模型和阿克曼转向差速模型,并建立了基于实验数据的轮毂电机能量效率模型、驾驶员加速意图模型和驾驶员平稳驾驶意图模型。本文设计了基于MCMC (Markov Chain Monte Carlo)粒子滤波算法的车辆行驶状态参数观测器,研究了基于MCMC粒子滤波算法的纵向车速、侧向车速和横摆角速度等行驶状态参数的观测方法。本文研究了考虑车辆转向时各轮垂直载荷转移引起轮胎侧偏刚度变化的车辆控制目标参数算法,该算法研究建立了纵／侧向加速度-各轮垂直载荷-轮胎侧偏刚度-车辆控制目标参数的内在联系。在上述研究的基础上,本文研究了基于操纵稳定性的轮毂电机驱动电动汽车转矩分配策略研究,该策略采用BP神经网络PID控制策略,以车辆在低附着路面上行驶时的操纵稳定性转矩分配控制策略为研究的切入点,重点分析了轮毂电机驱动电动汽车多目标参数相互耦合控制的问题,研究了改善轮毂电机驱动电动汽车的操纵稳定性的途径。本文研发了轮毂电机驱动电动汽车试验样车和整车的硬件在环仿真系统。通过轮毂电机驱动电动汽车整车试验和硬件在环仿真分析,分析了基于MCMC粒子滤波算法的车辆行驶状态参数观测器的特性,验证本文所研究的车辆行驶状态参数观测算法、控制目标参数算法和基于操纵稳定性的转矩分配策略,结果表明,所提出的轮毂电机驱动电动汽车算法和转矩分配策略具有一定的有效性。
【关键词】：轮毂电机驱动电动汽车 状态参数观测 转矩分配 控制策略
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 常用符号表9-14
• 1 引言14-28
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 轮毂电机驱动电动汽车国内外发展现状15-18
• 1.2.1 轮毂电机驱动电动汽车的国外发展现状15-17
• 1.2.2 轮毂电机驱动电动汽车的国内发展现状17-18
• 1.3 轮毂电机驱动电动汽车控制算法国内外研究现状18-24
• 1.3.1 车辆行驶状态参数观测算法研究现状18-20
• 1.3.2 车辆控制目标参数算法研究现状20-22
• 1.3.3 基于操纵稳定性的转矩分配策略研究现状22-24
• 1.4 论文选题的目的24
• 1.5 论文的研究内容24-28
• 2 轮毂电机驱动电动汽车试验样车开发28-52
• 2.1 轮毂电机驱动电动汽车试验样车整体方案设计28-34
• 2.1.1 整车试验样车的功能及目标28
• 2.1.2 整车试验样车主要零部件选型/改装设计28-32
• 2.1.3 整车试验样车控制系统零部件布置设计32-33
• 2.1.4 整车试验样车的底盘设计33-34
• 2.2 轮毂电机驱动电动汽车整车控制器软硬件开发34-49
• 2.2.1 整车控制器功能需求分析及整体方案设计34-36
• 2.2.2 整车控制器硬件开发36-40
• 2.2.3 整车控制器软件开发40-44
• 2.2.4 整车控制器软硬件调试44-49
• 2.3 本章小结49-52
• 3 轮毂电机驱动电动汽车行驶状态参数观测器研究52-70
• 3.1 车辆控制系统状态参数观测器设计方法及算法研究52-55
• 3.1.1 车辆行驶状态参数观测器设计方法分析52-53
• 3.1.2 车辆行驶状态参数观测算法分析53-55
• 3.2 基于MCMC粒子滤波车辆行驶状态参数观测器研究55-61
• 3.2.1 车辆行驶状态参数观测器结构设计55-56
• 3.2.2 MCMC粒子滤波观测器研究56-61
• 3.3 MCMC粒子滤波观测器状态方程及量测方程研究61-69
• 3.3.1 基于非线性车辆模型的状态方程及量测方程研究61-64
• 3.3.2 基于轮胎模型的状态方程及量测方程研究64-68
• 3.3.3 量测噪声调节方法研究68-69
• 3.4 本章小结69-70
• 4 轮毂电机驱动电动汽车转矩分配策略研究70-98
• 4.1 车辆操纵稳定性分析70-73
• 4.1.1 车辆“失稳”分析70-71
• 4.1.2 车辆操纵稳定性的表征方法研究71-73
• 4.2 基于分层结构的操纵稳定性控制系统设计73-74
• 4.3 考虑轮胎侧偏刚度变化的车辆控制目标参数算法研究74-80
• 4.3.1 考虑轮胎侧偏刚度变化的车辆控制目标参数算法设计75
• 4.3.2 基于车辆动力学的各轮垂直载荷与纵/横向加速度关系研究75-76
• 4.3.3 基于“魔术公式”轮胎模型侧偏刚度与垂直载荷关系研究76-78
• 4.3.4 基于车辆运动学的控制目标与轮胎侧偏刚度关系研究78-80
• 4.4 基于操纵稳定性的车辆横摆力矩算法研究80-89
• 4.4.1 操纵稳定性控制灵敏度设计80-82
• 4.4.2 横向控制目标权重系数调节82-84
• 4.4.3 基于BP神经网络PID的横摆力矩算法研究84-89
• 4.5 基于约束条件的转矩分配控制策略研究89-96
• 4.5.1 转矩分配优化目标函数的研究89-91
• 4.5.2 电机约束条件分析91-93
• 4.5.3 路面附着约束条件分析93-94
• 4.5.4 驱动防滑约束条件分析94-95
• 4.5.5 各轮驱动转矩分配求解95-96
• 4.6 本章小结96-98
• 5 轮毂电机驱动电动汽车控制算法仿真分析及试验验证98-136
• 5.1 整车仿真平台研究98-119
• 5.1.1 整车仿真平台整体结构研究98-100
• 5.1.2 七自由度整车动力学模型建立100-112
• 5.1.3 整车控制器模型建立112-119
• 5.2 基于试验样车和硬件在环的算法及相关策略试验验证119-126
• 5.2.1 基于试验样车的整车动力学模型试验验证119-121
• 5.2.2 基于试验样车的车辆行驶状态参数观测算法试验验证121-123
• 5.2.3 基于硬件在环的车辆控制目标参数算法试验验证123-124
• 5.2.4 基于硬件在环的操纵稳定性转矩分配策略试验验证124-126
• 5.3 基于仿真平台的算法及相关策略仿真分析126-132
• 5.3.1 车辆行驶状态参数观测算法仿真分析126-128
• 5.3.2 车辆控制目标参数算法仿真分析128-129
• 5.3.3 基于操纵稳定性的转矩分配策略仿真分析129-132
• 5.4 本章小结132-136
• 6 全文总结136-140
• 6.1 论文的主要工作及结论136-138
• 6.2 本文的主要创新点138
• 6.3 展望138-140
• 参考文献140-148
• 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果148-152
• 学位论文数据集152

【参考文献】

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1 永井正夫;;基于先进控制技术的车辆主动安全领域研究展望(英文)[J];汽车安全与节能学报;2010年01期

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本文编号：1073828