基于轮毂电机的电子差速控制系统研究

发布时间：2017-10-23 11:42

  本文关键词：基于轮毂电机的电子差速控制系统研究

  更多相关文章： 电子差速 永磁无刷直流电机 双闭环控制 变滑转率 横摆运动

【摘要】：随着能量资源短缺及大气污染两大形势的不断加重,电动汽车逐渐开始成为新能源产业的重要发展对象之一。电动轮驱动汽车由于省掉了传统车辆复杂的机械差速部件及机械传动机构,使用轮毂电机直接驱动单个车轮,从而简化了底盘结构,降低了整车质量,具有传动效率高,空间布置灵活,易于控制等优点,而电动轮驱动汽车同时也面对着一个重要难题,那就是如何实现各电动轮间的速度协调问题。本文以两前轮转向两后轮轮毂电机驱动电动车为研究对象,首先进行轮毂电机的选型,在详细比较各类电机的用途性能及优缺点的基础上,选取永磁无刷直流电机作为电动轮驱动电机。基于电动汽车结构参数及动力性能指标,匹配出永磁无刷直流电机的性能参数,并在此基础上建立电机数学模型,电机控制策略选择速度与电流双闭环控制方法,外层速度环使用离散PID控制,内层电流环使用电流滞环比较控制,同时为验证电机控制系统对电机本体的控制效果,使用Matalb/Simulink软件构建系统仿真模型,经验证所设计的电机控制系统具有良好的动静态性能,控制效果较好。本文制定出一种变滑转率与横摆运动联合控制的电子差速控制方案,该方案主要分为三大块:变滑转率控制模块、横摆运动控制模块以及差动驱动控制模块。变滑转率控制模块以直线行驶时充分发挥汽车驱动力,转弯行驶时保证汽车平稳转向为目的,制定出不同行驶工况及路面状况下滑转率的跟踪目标,并根据其内部控制系统决策出滑转率控制车轮及其转矩调节量,其中滑转率的跟踪控制采用模糊控制算法;横摆运动控制系统用于实时校正汽车的运动姿势使其跟踪理想模型,保证行驶安全性,控制系统采用经典PI控制算法;对于汽车横摆与车轮滑转率的联合控制采用差动驱动分配算法实现对两驱动轮转矩的合理分配。为了较真实的反应汽车实际运行状态,本文建立八自由度电动汽车行驶动力学模型,并考虑轮胎特性影响,构建“魔术公式”轮胎模型,将其用作电子差速控制系统的校验平台,借助Matlab/Simulink软件构建车辆模型、轮胎模型以及电子差速控制系统的联合仿真模型,设立对接路面、对开路面以及高速转弯操稳试验三种特殊工况进行仿真分析,结果表明,所设计的电子差速控制系统对外界突变路面及行驶工况的变化有较好的辨识度,能够实现汽车行进路途中车轮无滑转且能沿理想路径行驶。
【关键词】：电子差速 永磁无刷直流电机 双闭环控制 变滑转率 横摆运动
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 电动轮汽车研究现状9-12
• 1.2.2 电子差速系统研究现状12-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 第二章 电动汽车驱动系统16-33
• 2.1 驱动系统结构设计16-17
• 2.2 驱动电机的选择17-18
• 2.2.1 驱动电机的基本要求17
• 2.2.2 驱动电机的种类17-18
• 2.3 驱动电机性能参数18-23
• 2.3.1 整车参数及动力性能指标18-19
• 2.3.2 驱动电机参数计算19-23
• 2.4 驱动电机控制系统设计23-32
• 2.4.1 BLDCM数学模型23-25
• 2.4.2 BLDCM双闭环控制系统25-30
• 2.4.3 BLDCM控制系统效果验证30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 电动汽车整车行驶动力学模型33-47
• 3.1 整车八自由度模型33-37
• 3.2“魔术公式”轮胎模型37-40
• 3.3 车辆理想跟踪模型40-44
• 3.3.1 线性二自由度操纵模型40-42
• 3.3.2 汽车理想运动模型42-44
• 3.4 汽车状态参数估算44-45
• 3.5 控制参数的选取45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 电子差速控制系统设计47-62
• 4.1 控制系统总体结构47-49
• 4.2 变滑转率控制系统49-59
• 4.2.1 路面参数辨识49-54
• 4.2.2 滑转率控制系统54-55
• 4.2.3 模糊控制器设计55-59
• 4.3 横摆运动控制系统59-60
• 4.4 差动驱动控制系统60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 电子差速控制系统仿真验证62-78
• 5.1 Matlab/Simulink软件介绍62
• 5.2 仿真模型搭建62-69
• 5.2.1 整车和轮胎模型62-66
• 5.2.2 二自由度理想模型66-67
• 5.2.3 状态参数估算模型67
• 5.2.4 电子差速控制系统模型67-68
• 5.2.5 整体模型架构68-69
• 5.3 仿真结果分析69-77
• 5.3.1 仿真参数设置70
• 5.3.2 对接路面试验70-72
• 5.3.3 对开路面试验72-74
• 5.3.4 高速转弯操稳试验74-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 论文总结78-79
• 6.2 后续展望79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间研究成果84-85
• 致谢85

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本文编号：1083229