基于轮毂悬架垂向模型的电动汽车滑移率预测控制系统研究

发布时间：2020-04-25 17:49

【摘要】：当前,环境污染和清洁能源已成为全世界的焦点。而电动汽车,尤其是四轮轮毂驱动电动汽车,因其具有节能和零排放等优点而成为研究热点。滑移率控制作为电动汽车纵-垂向协同控制的重要组成部分,对于车辆的安全性和动力性起着至关重要的作用。车辆在低附着系数不平路面行驶时,车轮的滑移率稳定区间较小,极易出现车轮过度滑转或抱死的现象,这使得车辆的安全性难以保证。本文主要针对装配被动悬架的四轮轮毂驱动电动汽车在低附着系数不平路面上行驶过程中的滑移率控制进行研究。建立了同时考虑纵-垂向载荷变化的1/2车辆模型,设计了考虑安全约束的非线性、多目标滑移率控制系统。根据各个车轮的垂向载荷,将滑移率控制在最优值,从而避免车轮的过度滑转或抱死,增大了车辆的纵向力,提高了安全性和动力性。本文的主要工作内容如下:首先,介绍了研究电动汽车的背景意义,阐述了四轮轮毂驱动电动汽车的结构特点,分析了滑移率控制对于电动汽车纵-垂向力协同控制的重要性。从控制结构的角度综述了电动汽车纵-垂向力协同控制系统的国内外研究现状,并着重对电动汽车滑移率控制方法进行了归纳总结。其次,针对四轮轮毂驱动电动汽车进行了动力学分析,建立了包括13自由度整车模型、轮胎模型和轮毂电机模型的整车动力学模型,13自由度的整车模型考虑了横摆运动、翻滚运动和横向运动。之后,在Matlab/Simulink环境下,验证了13自由度整车模型的有效性。再次,针对低附着系数不平路面的滑移率控制,搭建了用于控制系统设计的1/2纵-垂向车辆模型。该模型考虑了车轮的垂向振动载荷和俯仰运动的载荷转移,能够充分的表现出车辆的纵-垂向动力学特性。根据四轮轮毂驱动电动汽车的结构特点,将滑移率的稳定区间作为控制系统的状态约束,将轮毂电机输出转矩的最大值作为控制系统的输出约束。以控制滑移率取得最优值为主要控制目标,兼顾减小电机输出转矩和电机输出转矩的变化率,设计了非线性模型预测控制系统,得到最优的控制转矩,提高了电动汽车的驱动性或制动性,保证了车辆安全性、驾驶员舒适性,并减少了能量消耗。最后,在Matlab/Simulink仿真环境下,基于13自由度整车模型,针对覆雪和覆冰两种低附着系数不平路面,在起步、加速和制动工况下,验证了负载变化时,滑移率控制系统的有效性。
【图文】：

路况,摩擦系数,路面条件,沥青路面

1c ,2c ,3c 的取值过相关研究者实车测量实验，得到三个可变参数在五种常.1 所示。.1 中的五组参数，可以得到图 2.2 中所示的五条摩擦系数与可以看出，在相同的滑移率情况下，干燥的沥青路面提供 1.2，而冰面所能提供的摩擦系数最小，其峰值为 0.05。其在两者之间。本文需要根据仿真实验所需路面条件选取适动汽车的轮胎建模。表 2.1 不同路面条件下轮胎模型参数值路面条件 c1c2c3干燥沥青路面 1.2801 23.99 0.52潮湿沥青路面 0.857 33.822 0.347干燥水泥路面 1.1973 25.168 0.5373覆雪路面 0.1946 94.129 0.0646覆冰路面 0.05 306 0

曲线,整车模型,曲线

图 2.3 整车模型的验证曲线为整车模型的验证曲线图，图中蓝色、绿色曲线分别代表 CarSi本文所建模型的数据曲线。经过 10s 后，车辆的纵向速度由80k本文所建模型的速度能够跟踪上 CarSim 模型的速度变化曲线，在可接受的范围内。在横摆角的变化曲线中，本文的模型相比于致，但 CarSim 模型的峰值为 26deg，本文所建模型的峰值为 2。在横摆角速度的变化曲线中，本文的模型相较 CarSim 模型再s 的误差，前者的横摆角速度峰值为 18deg/s，后者的横摆角速度为摆角速度的误差是由于本文主要针对车辆的纵-垂向动力学特性在横向动力学的建模过程中进行了更多的简化。所以，由整车看出本文所建立的整车模型与CarSim中的整车模型在横向与纵，误差很小。述，本文中建立的 13 自由度整车模型与 CarSim 中的模型在动误差在允许的范围内，所以本文所建的这两种模型能够真实反动电动汽车的基本力学特性和运动状态。因此，通过验证，本
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

【参考文献】