轮毂电机全轮驱动车辆转向横摆稳定性控制研究

发布时间：2020-05-27 19:20

【摘要】：轮毂电机驱动车辆已成为国内外新能源汽车领域的研究热点。轮毂电机驱动车辆各轮转矩独立可控、转矩响应快、控制精度高,有利于实现车辆的动力学控制,同时也对车辆的稳定性控制技术提出了更高要求。本文研究轮毂电机全轮驱动车辆的高速转向稳定性控制和低速转向差动助力控制,主要工作如下:文中首先对车辆的稳定性控制方法做了归纳,在轮毂电机驱动车辆转向动力学分析的基础上制定了转向横摆稳定性控制策略。该控制策略分为上下层,其中上层控制包括驾驶员模型、驱动/制动模型、转向横摆力矩控制器、低速转向助力控制器、滑动率控制器。下层控制是力矩分配控制器,将上层控制产生的力矩有效地分到各个车轮,维持车辆稳定行驶。其次,根据上下层控制策略搭建各层控制器。车速高于20km/h时,在转向控制中加入质心侧偏角的约束,基于PID算法设计了PID、模糊-PID、RBF-PID三种横摆力矩控制器。在模糊-PID算法中根据PID参数调整规则制定Δk_p、Δk_I和Δk_D的模糊控制规则,增强系统自适应性。在RBF-PID算法中利用RBF网络对神经网络进行辨识,在控制系统中加入输出对输入的Jacobian参数,提高系统的辨识能力、灵敏度;车速低于20km/h时以转向盘转角及其变化率作为输入变量,转向轮力矩差值作为输出变量搭建低速转向助力控制器;车辆转向过程中,采用PID+模糊算法切换控制的滑动率控制方法,当滑动率较小时采用PID控制,较大时采用模糊控制,改善控制器鲁棒性、精度;采用加权最小二乘法搭建车轮力矩的分配控制器。最后,利用Simulink与Carsim建立四轮毂电机驱动车辆联合仿真平台,并运用仿真平台和实车进行了低附路、双纽线、蛇形、双移线等测试。结果表明,车辆的高速、低速转向横摆稳定性被提高,且实现了低速转向轻便性。本文提出的转向横摆稳定性控制策略兼顾滑动率和低速转向助力控制,能够改善轮毂电机驱动车辆的转向横摆稳定性,具有理论指导和实践应用价值。
【图文】：

驱动方式,轮毂电机,轮毂

近几年来轮毂电机驱动车辆的驱动控制技术已经逐渐得到了汽车技术研究者的关注，但是很多技术还尚未成熟，需要进一步的开发和完善。论文以四轮毂电机驱动车辆的转向横摆稳定性为研究内容，通过对控制策略的开发，实现对车辆转向横摆的控制，提高车辆的转向稳定性、轻便性，为轮毂电机驱动车辆的整车稳定性控制技术的开发提供依据。1.2 轮毂电机驱动车辆动力系统目前，新能源汽车主要有集中式、分布式两种驱动方式，其中分布式驱动又包括轮边式驱动、轮毂式驱动，如图 1-1[2]。集中式驱动主要沿用了传统内燃机车辆的驱动结构，而分布式采用电动轮驱动的方式极大地简化了动力传递链。轮边式驱动的特征为将车桥、电机和减速器集为一体，而轮毂式驱动可将电机、减速器、制动器、控制器等部件都集中于轮辋内。两种驱动形式相比，轮毂式的集成化更高，结构更为紧凑。在技术交流中也常将轮边电机纳入轮毂电机的范畴内。由于受到技术和成本的限值，轮边式和轮毂式的应用较少。

电动轮,内转子,轮毂电机

表 1-2 传统集中式与轮毂电机分布式驱动对比传统集中式轮毂电机分布式制造复杂，成本高，但相对成熟模块化制造，易扩展，目前成本高机械传动系统复杂，效率损失高机械传动系统简单，动力传递效率高零部件较多，需要经常维修检查驱动和能量回收效率高，运行成本低机械系统惯量大，控制相应延迟电机响应快，控制简单，转向灵活一体化程度低，电气化发展缓慢集成一体化程度高，易于实现电气化轮毂电机驱动车辆动力轮主要由车轮、驱动电机、减速器、制动器以及系统等部分构成。按照结构形式划分，主要可以分为外转子和内转子两种图 1-2~1-3[3]。外转子轮毂电机通常不加装减速器，车轮转速与电机外转子相同，转速范围通常在 1000~1500r/min 之间，该形式的驱动系统构造较为、转矩输出大、工作可靠性高、调速区间宽、传动效率高，但是电机的过力较差、输出转速低；内转子轮毂电机通常加装减速器，转子转速可达000r/min 以上，利用减速器可得到大转矩输出，但该形式的驱动系统结构较杂、易产生噪声。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

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